JP2016013798A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトと従動プーリとの擦れにより発生した磨耗粉がラック軸のボールねじ部に付着するのを防止できる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】変速機構２０は、ラック軸１２のボールねじ部３９に複数のボール４０を介してボールナット３８を螺合することにより形成される。ボールナット３８は、第１のハウジング２９に支持した軸受３４により従動プーリ３６を介して回転自在に支持される。ボールナット３８の外周には、従動プーリ３６が一体回転可能に嵌合され、片持ち支持されない側の従動プーリ３６の端部内周面に螺合されるボールねじ締結スクリュー４４により従動プーリ３６が固定される。ボールねじ締結スクリュー４４は、軸方向に従動プーリ３６よりも長く延出した円筒形状のロックスクリューからなり、一端部外周には径方向に突出したフランジ部４７を備え、従動プーリ３６と重なり合わない外周面には、グリースが塗布されている。【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、ベルト駆動方式を用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、モータトルクを減速機およびボールねじを介して転舵軸の軸方向の力に変換することにより操舵機構にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が知られている。この電動パワーステアリング装置には、転舵軸に対して電動モータの回転軸が平行に配置された、いわゆるラックパラレルタイプの電動パワーステアリング装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この電動パワーステアリング装置は、電動モータの回転軸およびボールねじにそれぞれ取付けられた一対のプーリ、および各プーリに巻き架けられたベルトからなる減速機を備えている。そして、電動モータの回転軸の回転が一対のプーリおよびベルトを介してボールねじに伝達される。また、特許文献１には、ラック軸に噛合うボールナットとギヤハウジングとにブッシュを架け渡し、ギヤハウジングに直線移動可能に支持されるラック軸の振れを抑えることが記載されている。

特開２００５−３４３３０８号公報

ところで、このような電動パワーステアリング装置では、ベルトがボールねじのボールナットに取付けられた従動プーリの両端のフランジと擦れることでベルトが磨耗し、磨耗粉が発生する場合がある。この磨耗粉の一部がラック軸の外周に落下してラック軸のボールねじ部に付着することで、磨耗粉がラック軸の回転によりボールねじ内部に侵入する。その結果、ラック軸とボールナットのねじ溝およびボールの表面の損傷による剥離を引き起こし、また、潤滑剤の性能を低下させ焼き付きや作動不良、異音や振動を発生させ、ボールねじの早期の寿命低下の原因となるおそれがある。このため、ベルトの磨耗粉がラック軸のボールねじ部に付着しないようにする必要がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ベルトと従動プーリとの擦れにより発生した磨耗粉がラック軸のボールねじ部に付着するのを防止できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電動パワーステアリング装置において、操舵補助力を発生する電動モータと、車両の操舵機構に軸方向に往復移動可能に設けられたラック軸と、前記ラック軸のねじ部にボールを介して螺合するボールナットと、前記電動モータの回転軸に結合された駆動プーリと、前記ボールナットに結合され軸方向両端にフランジが形成された従動プーリと、前記駆動プーリおよび前記従動プーリに巻き架けられた無端状のベルトとを有し、前記電動モータの回転軸の回転力を前記駆動プーリ、前記ベルト、および前記従動プーリを介して前記操舵機構に伝達する減速機と、前記減速機を収容し、前記ボールナットを回転自在に片持ち支持するハウジングと、前記ボールナットの片持ち支持されない側から軸方向に延出する円筒状の締結部材と、を備え、前記締結部材は、前記従動プーリとの接続部とは反対側の端部に径方向の外周に円板状に突出したフランジ部を有し、前記接続部を除く外周面にグリースが塗布されていることを要旨とする。

上記構成によれば、ボールナットは従動プーリを介してハウジングに固定され、円筒状の締結部材によりボールナットの外周に従動プーリが固定される。締結部材は、ボールナットの片持ち支持されない側から軸方向に延出し、その端部には径方向の外周に突出する円板状のフランジ部が設けられ、従動プーリとの接続部を除く外周面にはグリースが塗布されている。これにより、ベルトと従動プーリの軸方向両端のフランジとの擦れにより発生した磨耗粉は、締結部材外周に落下してグリースが塗布された外周面に付着し固定される。その結果、磨耗粉がボールねじ内部に侵入することがなくなりラック軸のボールねじ部とボールナットのねじ溝やボールの表面の損傷を防止し、ボールねじの作動不良、異音や振動の発生が抑制され、ボールねじの耐久性の向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記締結部材は、前記従動プーリを前記ボールナットに螺合し固定するロックスクリューからなることを要旨とする。

上記構成によれば、ボールナットと従動プーリとを固定する締結部材は、従動プーリに螺合するロックスクリューをボールナットの片持ち支持されない側から軸方向に延出して形成される。これにより、ハウジング内のラック軸外周の空間を利用してボールねじ周辺のラック軸全体を覆うことができるので、ブッシュなどの部品を追加する必要がなくなりベルトの磨耗粉の侵入からラック軸を保護することができる。その結果、ベルトの磨耗粉のラック軸のボールねじ部への付着を防止することにより、ボールねじの作動不良を抑制し、耐久性を向上することが可能となる。

本発明によれば、ベルトと従動プーリとの擦れにより発生した磨耗粉がラック軸のボールねじ部に付着するのを防止する電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。 図１の操舵補助機構周辺の要部断面構造を示す断面図。 図２の要部拡大図における変速機構の断面構造を示す断面図。 （ａ）は、締結部材の平面構造を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。

以下、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、いわゆるラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置である。すなわち、ラックアンドピニオン機構を含むステアリング機構（操舵機構）２と、ステアリング機構２に操舵補助力（アシスト力）を与えるための操舵補助機構３とを備えている。操舵補助機構３は、後述する電動モータ１９の回転軸１８（図２参照）をラック軸（ラックバー）１２とほぼ平行となるように配設している。そして、回転軸１８と、ラック軸１２に組み込んだ変速機構２０とを、ベルト式伝達機構の減速機構（減速機）２１によって繋いだ、いわゆるラックパラレルタイプの電動パワーステアリング装置（ＲＰ−ＥＰＳ）１を構成している。なお、以下では、ラック軸１２の軸線方向を軸方向という。

ステアリング機構２は、ステアリングシャフト５、中間軸７、ピニオン軸９、およびラック軸１２を有している。操舵部材としてのステアリングホイール４にステアリングシャフト５が連結され、ステアリングシャフト５に自在継手６を介して中間軸７が連結されて、中間軸７に自在継手８を介してピニオン軸９が連結される。ラック軸１２は、車両の左右方向に延びる操舵軸としてステアリング機構２に往復移動可能に設けられ、ピニオン軸９の先端部に設けられたピニオン１０に噛み合うラック１１を有する。

ラック軸１２の両端部にはそれぞれタイロッド１３が結合されており、各タイロッド１３は図示しないナックルアームを介して転舵輪１４に連結されている。ステアリングホイール４が操作されてステアリングシャフト５が回転すると、この回転がピニオン１０およびラック１１によって、車両の左右方向に沿うラック軸１２の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪１４の転舵が達成される。

また、ピニオン軸９は、入力軸１５と出力軸１６とに分割されている。これら入、出力軸１５，１６はトーションバー１７を介して同一の軸線上で互いに連結されている。操舵補助機構３は、回転軸１８を有する電動モータ１９と、回転軸１８の回転をラック軸１２の軸方向移動に変換するための変換機構２０と、回転軸１８の回転を減速して回転力を変換機構２０に伝達するための伝達機構としての減速機構２１とを備えている。

電動モータ１９は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２２によって制御される。電動モータ１９は、例えば、３相のブラシレスモータが使用され、ＥＣＵ一体型モータであるＭＣＵ２７として構成されている。また、電動モータ１９の回転軸１８の回転速度は、電動モータ１９に内蔵されたレゾレルバなどの回転角度センサ２３によって検出される回転角度θから検出されるようになっている。

さらに、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール４の操舵角度δを検出する操舵角センサ２４と、操舵トルクτを検出するトルクセンサ２５と、車速Ｖを検出する車速センサ２６とを備えている。操舵トルクτは、トーションバー１７を介する入、出力軸１５，１６間の相対回転変位量により検出される。操舵角センサ２４およびトルクセンサ２５は、ピニオン軸９の周囲に配置されている。上記回転角度センサ２３を含むこれらのセンサ２４，２５，２６が検出した値は、ＥＣＵ２２に入力され演算処理されるようになっている。

ＥＣＵ２２は、入力された操舵トルクτや車速Ｖなどの検出値に基づいてステアリング機構２に付与するアシストトルクを決定し、このアシストトルクに基づいて電動モータ１９を駆動制御する。

次に、変速機構２０および減速機構２１のそれぞれの構造について説明する。
図２は、図１の操舵補助機構３周辺の要部断面構造を示す断面図である。
図２に示すように、ラック軸１２が挿通されるハウジング３１は、略円筒状の第１のハウジング２９と、略円筒状の第２のハウジング３０とを接合して形成されている。第１のハウジング２９にはラック軸１２のほぼ全体が収容され、第２のハウジング３０にはラック軸１２の一部が収容されている。また、ハウジング３１には、変速機構２０および減速機構２１から構成される減速機部３３が収容されている。そして、第１および第２のハウジング２９，３０は、それぞれラック軸１２の外周に設けたフランジ面を通してボルト締結により固定されている。

減速機構２１は、プーリ・ベルト機構からなる減速機構であり、例えば、歯付の駆動プーリ３５と、駆動プーリ３５よりも大径である歯付の従動プーリ３６と、駆動および従動プーリ３５，３６間に巻き架けられた無端状の歯付のベルト３７とを備えている。駆動プーリ３５は、電動モータ１９の回転軸１８に連結された入力プーリであり、回転軸１８の軸方向中間部に一体回転可能に配置されている。従動プーリ３６は、操舵軸としてのラック軸１２に変速機構２０を介して連結された出力プーリであり、ラック軸１２の周囲を取り囲んで配置されている。

変速機構２０は、ボールねじからなる変換機構であり、ラック軸１２の周囲を取り囲む回転筒としてのボールナット３８を備えている。ボールナット３８は、ラック軸１２の外周に溝が螺刻されたボールねじ部（ねじ部）３９にボール４０を介して螺合している。ボールナット３８は、軸受３４を介して第１のハウジング２９に回転自在に支持されている。また、ボールナット３８の外周には従動プーリ３６が一体回転可能に嵌め合わされている。具体的には、ボールナット３８の外周に形成された段部と、軸受３４とによって従動プーリ３６が挟持され、ボールナット３８に固定されている。そして、従動プーリ３６の片持ち支持されない側の内周面端部には、軸方向に延出した円筒状のボールねじ締結スクリュー（締結部材）４４が螺合され、ボールナット３８と従動プーリ３６とを固定している。

ＭＣＵ２７は、電動モータ１９とＥＣＵ２２とから構成されている。電動モータ１９は、回転軸１８および回転角度センサ２３（図１参照）と、モータハウジング２８とを有しており、回転軸１８がラック軸１２にほぼ平行になるように配置されている。電動モータ１９の周囲はモータハウジング２８により覆われている。モータハウジング２８における回転軸１８側の端部には円筒状のモータフランジ部３２が形成されており、このモータフランジ部３２の軸方向の端面が第２のハウジング３０の側壁に当接している。モータフランジ部３２には、その軸方向に貫通する複数のボルト孔（図示せず）が形成されている。このボルト孔に挿通されたボルト（図示せず）が第２のハウジング３０に締結されることにより、モータハウジング２８が第２のハウジング３０に固定されている。

モータフランジ部３２と当接する第２のハウジング３０の端面には、円環状の溝４２が形成されている。この溝４２には、円環状のシールリング４３が配置されている。本実施形態のシールリング４３は、ゴム部材（例えば、合成ゴムなど）からなるＯリングが用いられる。このシールリング４３により第２のハウジング３０およびモータハウジング２８の間のシール性が確保されている。

電動モータ１９の回転軸１８が回転すると、これにともなって、駆動プーリ３５が回転する。そして、駆動プーリ３５の回転はベルト３７を介して従動プーリ３６に伝達され、従動プーリ３６およびボールナット３８が駆動プーリ３５の回転よりも低速で回転する。ボールナット３８の回転は、ボール４０を介してラック軸１２の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪１４（図１参照）の転舵が補助される。

次に、変速機構２０の詳細について説明する。
図３は、図２の要部拡大図における変速機構２０の断面構造を示す断面図である。
図３に示すように、ラック軸１２は、その外周に溝が螺刻されたボールねじ部３９を形成することにより、ねじ軸として構成されている。変速機構２０は、このボールねじ部３９に複数のボール４０を介してボールナット３８を螺合することにより形成されている。ボールナット３８は、第１のハウジング２９に支持した軸受３４により従動プーリ３６を介して回転自在に片持ち支持されている。

そして、ボールナット３８の外周には、従動プーリ３６が一体回転可能に嵌め合わされている。ボールナット３８の片持ち支持されない側の従動プーリ３６の端部の内周面にボールねじ締結スクリュー４４が螺合されることにより、ボールナット３８および従動プーリ３６が固定される。ボールねじ締結スクリュー４４は、軸方向に従動プーリ３６よりも長く延出した円筒形状のロックスクリューからなり、延出した一端部外周には径方向に突出したフランジ部４７が形成されている。さらに、このボールねじ締結スクリュー４４の従動プーリ３６と重なり合う部分を除く外周面全体には、耐熱性のグリースが塗布されている。

次に、ボールねじ締結スクリュー４４の構造について説明する。
図４（ａ）は、ボールねじ締結スクリュー４４の平面構造を示す平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図である。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ボールねじ締結スクリュー４４は、中心軸ｍを中心としてラック軸１２（図３参照）が挿通する挿通穴４５を備えている。ボールねじ締結スクリュー４４の軸方向の一端部の外周に従動プーリ３６（図３参照）に螺合するねじ溝が螺刻されたねじ部(接続部）４６が形成され、反対側の他端部の外周部分には径方向に突出した円板状のフランジ部４７が形成されている。

以上により、ベルト３７が従動プーリ３６の軸方向両端のフランジ４１と擦れて生じる磨耗粉がラック軸１２上に落下した場合であっても、磨耗粉はボールねじ締結スクリュー４４の外周面に付着して固定されるので、ラック軸１２のボールねじ部３９へ付着する。さらに、磨耗粉はフランジ部４７により移動が規制されるので、変速機構２０のボールナット３８内部に侵入することがない。このため、変速機構２０のボールねじによる動作を確実に行なうことができる。

次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の作用および効果について説明する。

上記実施形態によれば、ボールナット３８は、ハウジング３１（第１のハウジング２９）に支持した軸受３４により従動プーリ３６を介して回転自在に片持ち支持される。ボールナット３８の外周には、従動プーリ３６が一体回転可能に嵌め合わされ、ボールナット３８の片持ち支持されない側の従動プーリ３６の端部の内周面にボールねじ締結スクリュー４４が螺合され、ボールナット３８と従動プーリ３６とが固定される。ボールねじ締結スクリュー４４は、軸方向に従動プーリ３６よりも長く延出した円筒形状のロックスクリューからなり、延出した一端部外周には径方向に突出した円板状のフランジ部４７が形成されている。そして、このボールねじ締結スクリュー４４の従動プーリ３６と重なり合うねじ部４６を除く外周面全体には、グリースが塗布されている。例えば、ボールねじの潤滑用のグリースが用いられる。

したがって、ベルト３７と従動プーリ３６の軸方向両端のフランジ４１との擦れによりベルト３７の磨耗粉が発生した場合であっても、ボールねじ締結スクリュー４４外周に落下した磨耗粉はグリースが塗布された外周面に付着し固定される。また、ハウジング３１（第２のハウジング３０）内のラック軸１２外周の空間を利用して変速機構２０内部のラック軸１２全体を覆うことができるので、ブッシュやカバーなどの部品を追加する必要がない。

これにより、ベルト３７の磨耗粉が変速機構２０内部に侵入することがなくなり、磨耗粉のラック軸１２のボールねじ部３９への付着を防止し、ラック軸１２を保護することができる。その結果、磨耗粉などの異物によるラック軸１２のボールねじ部３９、ボールナット３８、およびボール４０の表面の損傷による剥離を生じ、それに起因する変速機構２０の作動不良や異音、振動の発生が抑制され、変速機構２０の耐久性の向上を図ることができる。

以上のように、本発明の実施形態によれば、ベルトと従動プーリのフランジとの擦れにより発生した磨耗粉がラック軸のボールねじ部に付着するのを防止する電動パワーステアリング装置を提供できる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。

上記実施形態では、ボールねじ締結スクリュー４４の延出した一端部の外周にフランジ部４７を設ける場合を例示したが、ボールねじ締結スクリュー４４の軸方向長さおよびフランジ径は、ラック軸１２外周の空間に応じて適宜変更が可能である。また、形状もこれに限定されるものでなく、他の形状、例えば、ねじ部４６から外周面に段差を設けて従動プーリ３６のフランジ４１の径より大きい大径部を有するように形成してもよい。

上記実施形態では、ボールねじ締結スクリュー４４の適用対象としてプーリ・ベルト機構からなるラックパラレルタイプの電動パワーステアリング装置１を例示したが、ボールねじ締結スクリュー４４の適用対象はこれに限定されるものでない。本実施形態のボールねじ締結スクリュー４４は、プーリ・ベルト機構からなる減速機を用いた他の構成の装置にも適用可能である。

１：電動パワーステアリング装置、２：ステアリング機構（操舵機構）、
３：操舵補助機構、４：ステアリングホイール、５：ステアリングシャフト、
６，８：自在継手、７：中間軸、９：ピニオン軸、１０：ピニオン、１１：ラック、
１２：ラック軸、１３：タイロッド、１４：転舵輪、１５：入力軸、１６：出力軸、
１７：トーションバー、１８：回転軸、１９：電動モータ、２０：変速機構、
２１：減速機構（減速機）、２２：ＥＣＵ、２３：回転角度センサ、
２４：操舵角センサ、２５：トルクセンサ、２６：車速センサ、２７：ＭＣＵ、
２８：モータハウジング、２９，３０：第１，第２のハウジング、３１：ハウジング、
３２：モータフランジ部、３３：減速機部、３４：軸受、３５：駆動プーリ、
３６：従動プーリ、３７：ベルト、３８：ボールナット、
３９：ボールねじ部（ねじ部）、４０：ボール、４１：従動プーリフランジ、４２：溝、４３：シールリング、４４：ボールねじ締結スクリュー（締結部材）、４５：挿通穴、
４６：締結スクリューねじ部（接続部）、４７：締結スクリューフランジ部、ｍ：中心軸

Claims (2)

1. 操舵補助力を発生する電動モータと、
   車両の操舵機構に軸方向に往復移動可能に設けられたラック軸と、
   前記ラック軸のねじ部にボールを介して螺合するボールナットと、
   前記電動モータの回転軸に結合された駆動プーリと、前記ボールナットに結合され軸方向両端にフランジが形成された従動プーリと、前記駆動プーリおよび前記従動プーリに巻き架けられた無端状のベルトとを有し、前記電動モータの回転軸の回転力を前記駆動プーリ、前記ベルト、および前記従動プーリを介して前記操舵機構に伝達する減速機と、
   前記減速機を収容し、前記ボールナットを回転自在に片持ち支持するハウジングと、
   前記ボールナットの片持ち支持されない側から軸方向に延出する円筒状の締結部材と、を備え、
   前記締結部材は、前記従動プーリとの接続部とは反対側の端部に径方向の外周に円板状に突出したフランジ部を有し、前記接続部を除く外周面にグリースが塗布されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記締結部材は、前記従動プーリを前記ボールナットに螺合し固定するロックスクリューからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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