JP2015178292A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 転舵軸の良好な軸支を可能にするパワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】 ナットの軸方向における端面、またはナットの外周面の周方向所定範囲においてナットの外部に開口するとともに、ナット側ボールねじ溝と連通するように形成されたボール挿入通路と、ボール挿入通路を介してナット内に挿入されるとともに、ボール循環溝内おいて移動可能に設けられた複数のボールと、ハウジングに設けられ、ハウジング内において転舵軸を軸方向に移動可能に軸支するすべり軸受と、転舵軸の転舵軸側ボールねじ溝よりも軸方向一端側に設けられ、すべり軸受によって軸支されるすべり面と、を設けた。【選択図】 図2

Description

本発明は、パワーステアリング装置に関する。

この種の技術としては、下記の特許文献1に記載の技術が開示されている。特許文献1には、電動モータの駆動力をボールねじ機構に伝達してラック軸にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置が開示されている。

特開2013-00617号公報

特許文献1に記載の技術では、ラック軸（転舵軸）の端部までボールねじ溝が切られており、ラック軸はボールねじ機構を介して複列アンギュラ玉軸受けによって片持ち支持されている。そのため、ラック軸が傾きやすく良好な軸支を行うことができない。
本発明は、上記問題に着目されたもので、その目的とするところは、転舵軸の良好な軸支を可能にするパワーステアリング装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のパワーステアリング装置では、ナットの軸方向における端面、またはナットの外周面の周方向所定範囲においてナットの外部に開口するとともに、ナット側ボールねじ溝と連通するように形成されたボール挿入通路と、ボール挿入通路を介してナット内に挿入されるとともに、ボール循環溝内おいて移動可能に設けられた複数のボールと、ハウジングに設けられ、ハウジング内において転舵軸を軸方向に移動可能に軸支するすべり軸受と、転舵軸の転舵軸側ボールねじ溝よりも軸方向一端側に設けられ、すべり軸受によって軸支されるすべり面と、を設けた。

よって、転舵軸を良好に軸支することができる。

実施例1のパワーステアリング装置の正面図である。 実施例1のパワーステアリング装置の断面図である。 実施例1の転舵軸にナットを挿入した状態の斜視図である。 実施例1の転舵軸にナットを挿入した状態の斜視図である。

［実施例1］
実施例1のパワーステアリング装置1について説明する。実施例1のパワーステアリング装置1は、電動モータ40の駆動力をボールねじ機構26を介して転舵軸10に伝達することで運転者の操舵力に対するアシスト力を付与するものである。
〔パワーステアリング装置の構成〕
図1はパワーステアリング装置1の正面図である。図2はパワーステアリング装置1の軸方向断面図である。
パワーステアリング装置1は、運転者が操舵したステアリングホイールの回転を、転舵輪を転舵させる転舵軸10に伝達する操舵機構2と、転舵軸10にアシスト力を付与するアシスト機構3とを有している。

パワーステアリング装置1の各構成要素は、第一ハウジング31、第二ハウジング32およびモータハウジング33からなるハウジング30内に収容されている。
転舵軸10は、第一ハウジング31および第二ハウジング32に収容されており、第二ハウジング32にはエンドブッシュ34によって軸支されている。
操舵機構2は、ステアリングホイールに連結する操舵入力軸80と、操舵入力軸80と一体に回転するピニオン81を有している。ピニオン81は、転舵軸10の外周に形成されたラックと噛み合っている。
アシスト機構3は、電動モータ40と、電動モータ40の出力を転舵軸10に伝達するボールねじ機構26とを有している。
電動モータ40は、運転者によりステアリングホイールに入力された操舵トルクおよび操舵量に応じてモータコントローラにより出力が制御されている。電動モータ40の出力回転軸40aには円柱状の入力プーリ35が一体に回転するように設けられている。
ボールねじ機構26は、ナット20と出力プーリ27とを有している。出力プーリ27の外見は円筒状の部材であって、ナット20に一体回転可能に固定されている。電動モータ40の駆動軸40aには円筒状の入力プーリ35が一体に回転するように固定されている。

入力プーリ35と出力プーリ27との間にはベルト28が巻回されている。電動モータ40の駆動力は入力プーリ35、ベルト28、出力プーリ27を介してナット20に伝達される。入力プーリ35の外径は出力プーリ27の外径より小さく形成されている。
ナット20は、転舵軸10を包囲するように環状に形成され、転舵軸10に対し回転自在に設けられている。ナット20の内周には、螺旋状に溝が形成されており、この溝がナット側ボールねじ溝21を構成している。転舵軸10はラック形成部10aとねじ溝形成部10bの２本の部材を繋げて形成されている。ラック形成部10aの外周には前述のラックが形成されている。ねじ溝形成部10bの外周には螺旋状の溝が形成されており、この溝が転舵軸側ボールねじ溝11を構成している。
転舵軸10にナット20を挿入した状態で、ナット側ボールねじ溝21と転舵軸側ボールねじ溝11とによってボール循環溝12を形成している。ボール循環溝12内には金属製の複数のボール22が充填されている。ナット20が回転するとボール循環溝12内をボール22が移動することにより、ナット20に対して転舵軸10が長手方向に移動する。
転舵軸10の転舵軸側ボールねじ溝11よりも軸方向一端側の表面は滑らかに表面処理されておりすべり面13を構成している。前述のエンドブッシュ34はすべり面13を軸支している。すべり面13は、転舵軸10の軸方向の全可動範囲においてエンドブッシュ34と摺動可能な範囲に設けられている。

〔ナットの構成〕
ナット20はベアリング24によって第一ハウジング31に回転自在に軸支されている。ベアリング24は、アウタレース24aとインナレース24bとを有している。アウタレース24aとインナレース24bとの間にはボール24cが設けられている。インナレース24bは、ナット20の軸方向一端側（操舵機構2側）に、ナット20と一体に形成されている。
図3は転舵軸10にナット20を挿入した状態の斜視図である。図4は図3の図からボールチューブ23を分解した状態の図である。
ナット20の本体部20aの外周にはボール循環溝12に接続する接続通路20b,20cが形成されている。ボール22は、接続通路20b,20cからボール循環溝12内に充填される。接続通路20b,20cには、接続通路20b,20cを繋ぐボールチューブ23が挿入されている。ボールチューブ23の中央部付近には、チューブクリップ25が被せられている。チューブクリップ25の両端部には、ボルト29が貫通するボルト孔25ａが形成されている。ナット20の本体部20aには、ボルト29が挿入されるボルト孔20cが形成されている。
ボール循環溝12にボール22を充填したのちに、ボール22が充填されたボールチューブ23を接続通路20b,20cに挿入する。ボールチューブ23にチューブクリップ25を被せた状態で、ボルト29によりチューブクリップ25をナット20に固定することにより、ボールチューブ23をナット20に保持している。

〔作用〕
転舵軸10は、応力集中を避けるために外径は軸方向全体に渡ってできるだけ均一であることが望まれる。このような条件のもと、転舵軸ボールねじ溝11を転造加工によって形成しようとすると、転舵軸10のねじ溝形成部10bの軸方向全体に渡って転舵軸側ボールねじ溝11が形成されることとなる。
ねじ溝形成部10bの端部まで転舵軸側ボールねじ溝11が形成されると、ハウジング30に対して転舵軸10を軸支する軸受は、転舵軸側ボールねじ溝11に当接することとなる。そのため、転舵軸10が軸方向に移動すると転舵軸側ボールねじ溝11の段差によって軸受が損傷しやすくなる。また段差によって振動や騒音が生じる。また転舵軸側ボールねじ溝11の山の部分のみが軸受と接触することなるため、転舵軸10自体も損傷しやすくなる。
これらの問題の発生を抑制するために、転舵軸10と軸受とののクリアランスを大きめにとり、転舵軸に大きな力が作用したときにのみ軸受で荷重を受けることもできる。しかし、この解決方法では、転舵軸10をしっかり軸支することができず、転舵軸10にガタつきが生じてしまう。

そこで実施例1では、切削加工によって転舵軸側ボールねじ溝11を形成するようにした。転造加工と異なり、切削加工は転舵軸10の外径が軸方向全体で均一であっても部分的にボールねじ溝を形成することができる。これにより、転舵軸10の転舵軸側ボールねじ溝11よりも一端側に、ねじ溝が切られていない滑らかに表面処理されたすべり面13を形成することができる。そして、すべり面13において、エンドブッシュ34が転舵軸10を軸支するようにした。
これにより、すべり軸受であるエンドブッシュ34が転舵軸10と接触する部分を表面が滑らかなすべり面13とすることができる。よって、振動や騒音を抑制し、エンドブッシュ34や転舵軸10の破損を抑制することができる。また転舵軸10とエンドブッシュ34とのクリアランスを小さくすることができるため、転舵軸10のガタつきを抑制することができる。

また実施例1では、すべり面13を転舵軸10の軸方向の全可動範囲においてエンドブッシュ34と摺動可能な範囲に設けた。
これにより、エンドブッシュ34が転舵軸側ボールねじ溝11に接触することがないため、エンドブッシュの損傷を抑制することができる。
また実施例1では、転舵軸側ボールねじ溝11が形成される領域の転舵軸10の母材の外径と、すべり面13が形成される領域の転舵軸10の母材の外径を同径とした。
転舵軸側ボールねじ溝11が形成される部分を大径とし、すべり面13が形成される部分を小径とすれば、転造加工により転舵軸10の端部にすべり面13を設けつつ転舵軸側ボールねじ溝11を形成することは可能である。しかし、転舵軸10の転舵軸側ボールねじ溝11が形成される領域の径と、すべり面13が形成される領域の径とが異なることとなる。そのため、転舵軸10に応力集中する箇所が生じてしまい、転舵軸10が損傷するおそれがある。また、転舵軸側ボールねじ溝11が形成される部分の強度と、すべり面13が形成される部分の強度が異なるため、焼き入れを行った際に生じる曲げが大きくなるおそれがある。また、すべり面13の端部にタイロッドを接続するが、接続部の外径が小さくなり、接続部分の強度が確保できないおそれがある。また、接続作業時の作業性が悪化するおそれがある。

一方、実施例1では、転舵軸10の径が軸方向全体にわたってほぼ均一とすることができる。このため、応力集中を抑制し、転舵軸10の損傷を抑制することができる。また，焼き入れ時の曲げを抑制することができる。また、タイロッドを接続する部分の外径を確保することができる。このため、タイロッドとの接続部分の強度を確保することができる。更に、接続作業時の作業性を向上させることができる。
また実施例1では、転舵軸側ボールねじ溝11の形成領域を高周波焼き入れにより熱処理を行うようにした。
高周波焼き入れは、筒状の装置内に転舵軸10を挿入して熱処理を行うことができる。これにより、長尺形状の転舵軸10であっても、転舵軸側ボールねじ溝11の形成領域のみに部分的に熱処理を行うことができ、熱処理作業効率を向上させることができる。
また実施例1では、転舵軸10に転舵軸側ボールねじ溝11を切削加工する前に、ボールねじ溝11の形成領域と、すべり面13の形成領域の表面を研削加工するようにした。
これにより、転舵軸側ボールねじ溝11の歯先面と、すべり面13の表面とを一度に研削加工することができ、転舵軸10の軸方向全体の外径寸法を整えることができる。

〔効果〕
(1) ステアリングホイールの回転に伴い転舵輪を転舵させる転舵軸10と、転舵軸10の長手方向を第一軸方向としたとき、転舵軸10の第一軸方向の所定範囲において転舵軸10の外周側に設けられ、切削加工によって螺旋状の溝形状に形成された転舵軸側ボールねじ溝11と、転舵軸10を包囲するように環状に形成された本体部20aを備え、転舵軸10に対し回転自在に設けられたナット20と、ナット20の内周側に設けられ、螺旋状の溝形状を有し、転舵軸側ボールねじ溝11と共に螺旋状のボール循環溝12を構成するナット側ボールねじ溝21と、ナット20の回転軸を第二軸方向とし、ナット20の回転軸周りの方向を周方向としたとき、ナット20の第二軸方向における端面、またはナット20の外周面の周方向所定範囲においてナットの外部に開口するとともに、ナット側ボールねじ溝21と連通するように形成された接続通路20b,20c（ボール挿入通路）と、ナット20に設けられ、接続通路20b,20cの外部への開口を封止するボールチューブ23（封止部材）と、接続通路20b,20cを介してナット20内に挿入されるとともに、ボール循環溝12内おいて移動可能に設けられた複数のボール22と、転舵軸10およびナット20を収容するハウジング30と、ハウジング30に設けられ、ハウジング30内において転舵軸10を第一軸方向に移動可能に軸支するエンドブッシュ34（すべり軸受）と、転舵軸10の転舵軸側ボールねじ溝11よりも第一軸方向一端側に設けられ、エンドブッシュ34によって軸支されるすべり面13と、ナット20を回転駆動し、ナット20の回転が転舵軸10の軸方向運動に変換されることにより転舵軸10に操舵力を付与する電動モータ40と、を有するようにした。
よって、振動や騒音を抑制し、エンドブッシュ34や転舵軸10の破損を抑制することができる。また転舵軸10のガタつきを抑制することができる。

(2) すべり面13は、エンドブッシュ34上を転舵軸10が摺動する全域に形成されるようにした。
よって、エンドブッシュの損傷を抑制することができる。
(3) 転舵軸側ボールねじ溝11が形成される領域の転舵軸10の母材の外径とすべり面13が形成される領域の転舵軸10の母材の外径を同径とした。
よって、応力集中を抑制し、転舵軸10の損傷を抑制することができる。また焼き入れ時の曲げを抑制することができる。また、タイロッドとの接続部分の強度を確保することができる。更に、接続作業時の作業性を向上させることができる。
(4) 転舵軸10の転舵軸側ボールねじ溝11の形成領域を、高周波焼き入れにより熱処理した。
よって、転舵軸側ボールねじ溝11の形成領域のみに部分的に熱処理を行うことができ、熱処理効率を向上させることができる。
(5) 転舵軸側ボールねじ溝11の切削加工前に転舵軸側ボールねじ溝11の形成領域とすべり面13の形成領域の表面に研削加工を施すようにした。
よって、転舵軸側ボールねじ溝11の歯先面と、すべり面13の表面とを一度に研削加工することができ、転舵軸10の軸方向全体の外径寸法を整えることができる。

［他の実施例］
以上、本発明を実施例1に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は実施例1に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
実施例1では、ナット20の接続通路20b,20cからボール循環溝12内にボール22を充填するようにしている。これをナット20の軸方向側面からボール循環溝12に貫通する孔を形成し、この孔からボール22を充填するようにしても良い。この場合、ボール22を充填する孔を封止する必要がある。
実施例1では、転舵軸側ボールねじ溝11を切削加工により形成すると記載したが、切削加工には研削加工も含まれる。

［請求項以外の技術的思想］
更に、上記実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
(A) 請求項1に記載のパワーステアリング装置において、
前記すべり面は、前記すべり軸受上を前記転舵軸が摺動する全域に形成されることを特徴とするパワーステアリング装置。
(B) 請求項1に記載のパワーステアリング装置において、
前記転舵軸の前記転舵軸側ボールねじ溝形成領域は高周波焼き入れにより熱処理されることを特徴とするパワーステアリング装置。

10 転舵軸
11 転舵軸側ボールねじ溝
12 ボール循環溝
13 すべり面
20 ナット
20a 本体部
20b,20c 接続通路（ボール挿入通路）
21 ナット側ボールねじ溝
22 ボール
23 ボールチューブ（封止部材）
30 ハウジング
34 エンドブッシュ（すべり軸受）
40 電動モータ

Claims (3)

1. ステアリングホイールの回転に伴い転舵輪を転舵させる転舵軸と、
   前記転舵軸の長手方向を第一軸方向としたとき、前記転舵軸の前記第一軸方向の所定範囲において前記転舵軸の外周側に設けられ、切削加工によって螺旋状の溝形状に形成された転舵軸側ボールねじ溝と、
   前記転舵軸を包囲するように環状に形成された本体部を備え、前記転舵軸に対し回転自在に設けられたナットと、
   前記ナットの内周側に設けられ、螺旋状の溝形状を有し、前記転舵軸側ボールねじ溝と共に螺旋状のボール循環溝を構成するナット側ボールねじ溝と、
   前記ナットの回転軸を第二軸方向とし、前記ナットの回転軸周りの方向を周方向としたとき、前記ナットの前記第二軸方向における端面、または前記ナットの外周面の前記周方向所定範囲において前記ナットの外部に開口するとともに、前記ナット側ボールねじ溝と連通するように形成されたボール挿入通路と、
   前記ナットに設けられ、前記ボール挿入通路の前記外部への開口を封止する封止部材と、
   前記ボール挿入通路を介して前記ナット内に挿入されるとともに、前記ボール循環溝内おいて移動可能に設けられた複数のボールと、
   前記転舵軸および前記ナットを収容するハウジングと、
   前記ハウジングに設けられ、前記ハウジング内において前記転舵軸を前記第一軸方向に移動可能に軸支するすべり軸受と、
   前記転舵軸の前記転舵軸側ボールねじ溝よりも前記第一軸方向一端側に設けられ、前記すべり軸受によって軸支されるすべり面と、
   前記ナットを回転駆動し、前記ナットの回転が前記転舵軸の軸方向運動に変換されることにより前記転舵軸に操舵力を付与する電動モータと、
   を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 請求項1に記載のパワーステアリング装置において、
   前記転舵軸側ボールねじ溝が形成される領域の前記転舵軸の母材の外径と前記すべり面が形成される領域の前記転舵軸の母材の外径は同径であることを特徴とするパワーステアリング装置。
3. 請求項1に記載のパワーステアリング装置において、
   前記転舵軸は、前記転舵軸側ボールねじ溝の切削加工前に前記転舵軸側ボールねじ溝形成領域と前記すべり面形成領域の表面に研削加工が施されることを特徴とするパワーステアリング装置。

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