JP2018111412A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじ支持軸受けから発生するラトル音を抑制すると共に、ボールねじ支持軸受とハウジングの熱膨張率の違いによって生じる寸法変化も抑えることができ、少ない部品点数の電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ボールねじ軸６と、ボールねじナット４と、ボール７とからなるボールねじ機構と、当該ボールねじ機構を収納するハウジング２と、ハウジング２とボールねじナット４との間に配されるボールねじ支持軸受８と、ボールねじ軸６と別軸に配置され、ボールねじナット４の駆動に供される電動モータと、からなり、ボールねじ支持軸受８とハウジング２との間に緊密に配され、円筒部１１ａと、円筒部１１ａの一方の端部から径方向内側に向けて連続して設けられている環状部１１ｂとで構成された軸受ケースを含んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじ式ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に関する。

近年、環境への配慮からハイブリッドカーや電気自動車の需要が高まっており、これらに搭載される電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ、以下、ＥＰＳという。）には静粛性が求められるが、路面からの振動によるラトル音（叩き音）が生じることが問題となっている。ラトル音は、主にボールねじナット及びボールねじ軸、ラックギア及びピニオンギア間のバックラッシ（Ｂａｃｋｌａｓｈ）のために発生している。特に、電動式のボールねじ機構によりラック軸を駆動するボールねじ式ラックアシスト型のＥＰＳでは、ボールねじやそれを支持する軸受がタイヤに近く、反力の伝達経路途中にダンパーとなる構成部品が少なく、振動しやすい。この振動は、ステアリングホイールへと伝達されるため運転者に不快感を与えてしまう。

そこで、これらの問題を解決するものとして、特許文献１と特許文献２が提案されている。特許文献１では、ボールねじ支持軸受がセットされるハウジングの内周面に凸部を設け、当該ハウジングに当該ボールねじ支持軸受をセットし、ボールねじ支持軸受の両端に弾性部材を入れることで軸方向に弾性支持している技術思想が開示されている。また、特許文献２では、特許文献１の作用効果の他に、さらにボールねじ支持軸受が傾き可能となっている。

しかしながら、この特許文献１の構成では，弾性部材の弾性力設定によっては、ラック軸を通じて入力される外力や、ボールねじナットを通じて入力される回転力によってボールねじ支持軸受の外輪が回転してしまい、ハウジングに設けられた凸部が摩耗してしまう虞がある。また、ハウジングカバーと軸受の熱膨張率の違いによる寸法変化によって隙間が増減してしまい、ラトル音の防止ができなくなってしまう虞がある。
特許文献２においても、同様にハウジングとボールねじ支持軸受の熱膨張率の違いによる寸法変化によって、隙間が増減してしまい、ラトル音の防止ができなくなってしまう虞がある。また、軸受とハウジング間に別部品を挿入した場合は、部品や組立工数が増加するためコストが増加する。

ＷＯ／２００８／０１７５４１ ＵＳ９０３３０９７

そこで、本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボールねじのねじ軸及びナットとボールとの間やボールねじ支持軸受の外輪及び内輪と転動体との間あるいは軸受とハウジングとの間で発生するラトル音を抑制すると共に、ボールねじ支持軸受とハウジングの熱膨張率の違いによって生じる寸法変化も抑えることができ、少ない部品点数の電動パワーステアリング装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、第１の発明の電動パワーステアリング装置は、外周面に螺旋溝が形成されたボールねじ軸と、前記ボールねじ軸の外周に備えられ、内周面に螺旋溝が形成されたボールねじナットと、前記ボールねじナットの螺旋溝と前記ボールねじ軸の螺旋溝で形成される転動路に配置されたボールとからなるボールねじ機構と、前記ボールねじ機構を収納するハウジングと、前記ハウジングと前記ボールねじナットとの間に配されるボールねじ支持軸受と、前記ボールねじ軸と別軸に配置され、前記ボールねじナットの駆動に供される電動モータと、からなり、前記ボールねじ支持軸受と前記ハウジングとの間に緊密に配され、円筒部と、前記円筒部の一方の端部から径方向内側に向けて連続して設けられている環状部とで構成された軸受ケースを含むことを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記円筒部及び環状部の少なくとも一方の端部に弾性部が設けられていることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、前記弾性部には、外向きに傾斜するテーパ部を有することを特徴とする。
第４の発明は、第１の発明乃至第３のいずれかにおいて、前記円筒部と前記環状部の少なくとも一方には、弾性率が変化する弾性率変化部を有することを特徴とする。
第５の発明は、第４の発明において、弾性率変化部は、穴部又は薄肉部であることを特徴とする。
第６の発明は、第１の発明乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記軸受ケースは、締め代部を有することを特徴とする。
第７の発明は、第１の発明乃至第６の発明のいずれかにおいて、前記軸受ケースは２つあり、それぞれの前記軸受ケースの円筒部が対向するように配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、ボールねじやボールねじ支持軸受あるいは軸受とハウジングとの間で発生するラトル音を抑制すると共に、ボールねじ支持軸受とハウジングの熱膨張率の違いによって生じる寸法変化も抑えることができ、少ない部品点数の電動パワーステアリング装置を提供することができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面図で、（ｂ）は図１（ａ）に示されたボールねじ支持軸受のＡの部分の要部拡大図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る組み込む前の自然状態の軸受ケースで、（ｂ）は、図２（ａ）の軸受ケースのＢの部分の一部断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る軸受ケースの第１変形例を示す斜視図で、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る軸受ケースの第２変形例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る軸受ケースの第３変形例を示す斜視図である。 （ａ）と（ｂ）は、本発明の実施形態に係る軸受ケースの第４変形例を示す斜視図である。

以下、本発明の電動パワーステアリング装置の実施形態を図に基いて説明する。なお、本発明は本実施形態に限定解釈されるものではなく本発明の範囲内において適宜設計変更可能である。

本実施形態のラックアシスト型ＥＰＳ（Ｒ−ＥＰＳ）は、電動モータをボールねじ軸（ラック軸）と別軸に配置（オフセット）させたボールねじ式オフセットラックＥＰＳのタイプで、ボールねじ機構と、前記ボールねじ機構を収納するハウジング２と、前記ハウジング２と前記ボールねじ機構のボールねじナット４との間に配されるボールねじ支持軸受８と、ボールねじ機構のボールねじナット４の駆動に供される電動モータ（図示せず）と、当該ボールねじ機構と当該電動モータと連結する減速機構とで、構成されている。なお、図示しない電動モータ及び減速機構は特に限定解釈されるものではなく、本実施形態において詳細な説明は省略する。

ボールねじ機構は、例えば、図１（ａ）に示すように、外周面に螺旋溝６ａが形成されたボールねじ軸６と、前記ボールねじ軸６の外周に備えられ、内周面に螺旋溝４ａが形成されたボールねじナット４と、前記ボールねじナット４の螺旋溝４ａと前記ボールねじ軸６の螺旋溝６ａで形成される転動路に配置されたボール７とからなり、ボール７を介して、ボールねじナット４とボールねじ軸６とが相対移動可能となっている。
すなわち、例えば、ボールねじナット４は、貫通孔が形成された筒形状（例えば、円筒形状）をなし、この貫通孔にボールねじ軸６が貫通するように設置されて、ハウジング２の軸受収容部（ステアリングギアケース）３内に備えられている。

ボールねじ軸６の螺旋溝６ａは、ラック軸５の外周面を除いたボールねじ軸６の外周面全長にわたって、ゴシックアーチ形状（２つの円弧を組み合わせた形状）に形成されており、溝Ｒ比は約０．５としている。また、螺旋溝６ａの一端側に達したボール７は、ボールねじナット４の両端に組み込まれたエンドデフレクタ（図示せず）ですくい上げられ、ボールねじナット４内部の貫通穴を通過して再び螺旋溝６ａに戻され再び循環することになる。

そして、ボールねじ軸６（ラック軸５）と別軸にオフセット配置された電動モータ（図示せず）によって、ボールねじナット４が回転駆動され、転動路内のボール７が転動することによりボールねじ軸６（ラック軸５）が軸方向に移動する。

ボールねじナット４は、軸受収容部（ステアリングギアケース）３に収容されたボールねじ支持軸受８によって、回転自在に支持されている。

ボールねじ支持軸受８は、ボールねじナット４と一体に形成された内輪８ａと、この内輪８ａにボール８ｂを介して連結され、弾性部材からなる軸受ケース１０でハウジング２から浮かせる構造（フローティング構造）になっている。即ち、ボールねじ支持軸受８の外輪８ｃの外周面とハウジング２との間に弾性部材からなる軸受ケース１０を介在させて、ハウジング２から浮かせた状態で支持されている。これにより、軸受ケース１０にガタ付きがなく軸方向に開いて（移動して）、軸方向での緩衝材としての機能を果たすダンパーの役割をする。なお、移動しても軸受ケース１０の弾性的復帰力によって元の位置に戻ろうとする。

軸受ケース１０は、図２（ａ）に示すように、所定の厚みを持った弾性部材であって、円筒部の外周面である円筒部１１ａと、円筒部１１ａの片側にのみ（図では左右のそれぞれ外側端部）に側面をなす環状部１１ｂ（テーパ部１１ｃを含む）とで構成されている。そして、この軸受ケース１０を２つ（軸受ケース１０ａと軸受ケース１０ｂ）用いて、相互に対向するように配置されている（図では、円筒部１１ａの端部同士を対向させている。）。
また、本実施形態では、円筒部１１ａ及び環状部１１ｂ（テーパ部１１ｃを含む）の少なくとも一方の端部に弾性部Ｑ（Ｑ１、Ｑ２）が設けられている。

円筒部１１ａは、軸受ケース１０の軸方向の外周部分であり、円筒部１１ａには複数の帯状のリブ１１ｄが設けられている。このリブ１１ｄが円筒部１１ａに形成されることにより円筒形状を安定維持している。
また、円筒部１１ａのうち、それぞれが対向する内側の一部外周面Ｐは、ハウジング２への組込み易くするためハウジング２の内周面と平行にしていると共に、径方向にガタ付きなく組み付けるために所定の角度Ｒを設け、端部に向かって傾斜してバネ機能を有する弾性部Ｑ１を形成している。

環状部１１ｂは、円筒部１１ａと同じ所定の厚みを有し、軸受ケース１０の側面を形成している。その形状は、円筒部１１ａの一方の端部から軸直角方向（径方向）に、ボールねじ支持軸受８の軸方向側面を覆う位置まで連続している。

また、環状部１１ｂの端部には、外向き（軸方向）に傾斜するテーパ部１１ｃが形成されている。このテーパ部１１ｃは、バネ機能を有する弾性部Ｑ２として、ハウジング２に設けられた溝部２ａに組み込まれるときに、図２（ｂ）に示される矢印Ｓのとおり両方向から押し潰される。具体的には、軸受収容部（ステアリングギアケース）３にボールねじ支持軸受８が組み込まれる（収容される）ときに、図正面の右側の軸受ケース１０（１０ａ）の環状部１１ｂから連続したテーパ部１１ｃがハウジング２の段付き部２ｂからハウジング２に設けられた溝部２ａに沿って押し付けて面接触させ、次に、図正面の左側の軸受ケース１０（１０ｂ）の環状部１１ｂから連続したテーパ部１１ｃを止め輪２０に設けられた溝部２０ａに沿って押し付けて面接触させるように止め輪２０を嵌め込むことで、このテーパ部１１ｃが両方向から押し潰されるような構造となっている。
このような構造を持った軸受ケース１０は、軸受収容部（ステアリングギアケース）３に収容されると、ハウジング２とボールねじ支持軸受８との隙間によるガタ付きを抑制して緩衝材としての機能を果たすと共に、軸方向にボールねじ支持軸受８が移動したときハウジング２と環状部１１ｂが面接触して衝撃を吸収する弾性部材としての機能を果たす。

軸受ケース１０の素材は、バネ鋼材であるＳＵＰ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｐｒｉｎｇ）材、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）材及び樹脂等も使用でき、これら素材の平板を絞り加工することで容易に製作することができる。

また、本実施形態のラックアシスト型ＥＰＳ（Ｒ−ＥＰＳ）において、軸受ケース１０は、ボールねじ支持軸受８に組み込みまれ一体となった状態で、軸受収容部（ステアリングギアケース）３に組み込まれる。図１（ｂ）は、軸受ケース１０が軸受収容部（ステアリングギアケース）３内に組み込まれている状態を示している。以下、図１（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
一対の軸受ケース１０ａと軸受ケース１０ｂは、ボールねじ支持軸受８の両側（図では左右両側）からそれぞれの円筒部１１ａ端部が対向するように組み付け、外輪８ｃの外周面全体と当接させ、ボールねじ支持軸受８と一体としている。
また、軸受ケース１０がボールねじ支持軸受８と一体に組み込まれる場合、対向する軸受ケース１０ａと軸受ケース１０ｂの円筒部１１ａの端部の間には所定の隙間Ｔ（マージン）を予め設けている（図１（ｂ）参照。）。これにより、軸受ケース１０が軸受収容部（ステアリングギアケース）３内に組み込まれ、ハウジングと外輪８Ｃとで挟まれ押圧されても、隙間Ｔがあるため軸受ケース１０同士（軸受ケース１０ａと軸受ケース１０ｂ）が接触することが避けられる。なお、この隙間Ｔは、円筒部１１ａがハウジングと外輪８Ｃとで挟まれ押圧されるため、軸受収容部（ステアリングギアケース）３内に組み込まれる前の隙間Ｔよりも狭くなる（図１（ａ）、（ｂ）参照。）。

また、軸受位置決め部１２は、本実施形態において、軸受ケース１０を介して、ボールねじ支持軸受８と対向するハウジング２の内周面と当接することで、この内周面と当接した位置でボールねじ支持軸受８の位置決めを図れるようになっている。

また、この軸受位置決め部１２にて、ボールねじ支持軸受８の軸直角方向（径方向）の位置決めを行うと共に、軸受ケース１０とボールねじ支持軸受８の外輪８ｃの外周面の寸法に締め代を有する締め代部１３を設けている。このように、ボールねじ支持軸受８と軸受ケース１０の寸法に締め代を設けることによって、軸受ケース１０がボールねじ支持軸受８から抜けることが無いようにできる。

さらに、ボールねじ６・ボールねじナット４・ボールねじ支持軸受８・軸受ケース１０が一体して組み合わせられた状態で、軸受収容部（ステアリングギアケース）３に組み込まれるため、部品点数及び組立工数の減少が可能となる。

また、軸受ケース１０のテーパ部１１ｃが、軸方向に移動して面接触して押し潰れきることが無いように、一方の軸受ケース１０ａ側においては、ハウジング２に溝部２ａを設け、他方の軸受ケース１０ｂ側においては、止め輪２０に溝部２ｂを設けている。

以上説明のとおり、軸受ケース１０がボールねじ支持軸受８に組み込みまれ一体となった状態で、軸受収容部（ステアリングギアケース）３に組み込まれ、ラトル音を発生する要因となるねじ支持軸受８をハウジング２から浮かせる（フローティング構造）ことで、ボールねじ支持軸受８をハウジング２に直接当てずに、かつ、ガタ付きが無く軸方向に移動可能と支持することができる。
そして、路面から伝わる反力を吸収（緩衝）し、ボール８ｂやそれを支持するボールねじ支持軸受８から発生するラトル音を抑制する効果を奏することができる。
また、ボールねじ支持軸受８と軸受ケース１０を組み付けた状態で軸受収容部（ステアリングギアケース）３に組み込めるため、部品点数及び組立工数の削減が可能となる。

また、軸受ケース１０の装着により、ボールねじ支持軸受８の外輪８ｃとハウジング２の熱膨張率の違いから生じる隙間の発生をも抑えることができる。すなわち、温度変化によるボールねじ支持軸受８への寸法変化を吸収することができる。

［他の変形例］
軸受ケース１０の弾性率を変化させる弾性率変化部を設けた変形例について、図を用いて説明する。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分についてのみ説明し重複する説明は省略する。また、図面上、軸受ケース１０の共通する符号には同じ符号を付すこととする。

第１変形例は、図３（ａ）に示すように、軸受ケース１０の環状部１１ｂに略長方形で四角がＲ状（角取り）に穴加工した穴部１４（弾性率変化部）を、等間隔に４個設けることで、軸心方向の弾性率を変化することができる。
第２変形例は、図３（ｂ）に示すように、円筒部１１ａに略長方形で四角がＲ状（角取り）に穴加工した穴部１５（弾性率変化部）を、等間隔に４個設けることで、軸直角方向（径方向）の弾性率を変化することができる。
なお、穴部１４及び穴部１５の弾性率変化部の数は４個に限定されることなく等間隔に複数であれば良く、また、穴部１４及び穴部１５の形状や位相についても限定されない。

第３変形例は、図４に示すように、軸受ケース１０の円筒部１１ａと環状部１１ｂの端部両方を切り欠いて穴加工した穴部１６（弾性率変化部）を等間隔に１２個設けることで、軸心方向及び軸直角方向（径方向）の弾性率を変化することができる。
なお、穴部１６の弾性率変化部の数は１２個に限定されることなく等間隔に複数設けてあれば良く、また、穴部１６の形状や位相についても限定されない。

第４変形例は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、軸受ケース１０の円筒部１１ａから環状部１１ｂ（テーパ部１１ｃを除く）まで連続して、略長方形に部分的に厚みを薄く加工した、軸受ケース１０の外周面側の薄肉部（弾性率変化部）１７又は軸受ケース１０の内周面側の薄肉部（弾性率変化部）１８を、それぞれの面に等間隔に８個設けることで、軸心方向及び軸直角方向（径方向）の弾性率を変化することができるようにしたものである（図５（ａ）は、軸受ケース１０の外側の斜視図で、図５（ｂ）は、軸受ケース１０の内側の斜視図である。）。
なお、厚みが薄く加工された薄肉部（弾性率変化部）１７又薄肉部（弾性率変化部）１８は、円筒部１１ａと環状部１１ｂの両方に、又は、円筒部１１ａ或いは環状部１１ｂの外周面或いは内周面のみ片方であっても構わない。
また、薄肉部１７又薄肉部１８の弾性率変化部の数は８個に限定されることなく、等間隔に複数設けてあれば良く、また、穴の形状、厚みや位相についても限定されない。

以上説明のとおり、円筒部１１ａと環状部１１ｂの少なくとも一方には、弾性率が変化する弾性率変化部を有する軸受ケースに組み込むことにより弾性率の変化調整ができる。これにより、柔軟に、ボールねじ支持軸受８そのものが発生するラトル音や、ボールねじ支持軸受８とハウジング２との間のバックラッシ（Ｂａｃｋｌａｓｈ）を吸収し低減させることができる。

１ ハウジングカバー
２ ハウジング
３ 軸受収容部（ステアリングギアケース）
４ ボールねじナット
５ ラック軸
６ ボールねじ軸
７ ボール
８ ボールねじ支持軸受
１０ 軸受ケース
１１ａ 円筒部
１１ｂ 環状部
１１ｃ テーパ部
１１ｄ 円周溝
１２ 軸受位置決め部
１３ 締め代部
１４、１５、１６ 穴部（弾性率変化部）
１７、１８ 薄肉部（弾性率変化部）

Claims (7)

1. 外周面に螺旋溝が形成されたボールねじ軸と、前記ボールねじ軸の外周に備えられ、内周面に螺旋溝が形成されたボールねじナットと、前記ボールねじナットの螺旋溝と前記ボールねじ軸の螺旋溝で形成される転動路に配置されたボールとからなるボールねじ機構と、
   前記ボールねじ機構を収納するハウジングと、
   前記ハウジングと前記ボールねじナットとの間に配されるボールねじ支持軸受と、
   前記ボールねじ軸と別軸に配置され、前記ボールねじナットの駆動に供される電動モータと、からなり、
   前記ボールねじ支持軸受と前記ハウジングとの間に緊密に配され、円筒部と、前記円筒部の一方の端部から径方向内側に向けて連続して設けられている環状部とで構成された軸受ケースを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記円筒部及び環状部の少なくとも一方の端部に弾性部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記弾性部は、外向きに傾斜するテーパ部であることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記円筒部と前記環状部の少なくとも一方には、弾性率が変化する弾性率変化部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 弾性率変化部は、穴部又は薄肉部であることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記軸受ケースは、締め代部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記軸受ケースは２つあり、それぞれの前記軸受ケースの円筒部が対向するように配置されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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