JP2019172045A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ナット及びスリーブが小径であるパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】モータ１４０と、ラック軸１３０と、動力伝達機構１と、を備えるパワーステアリング装置１００であって、動力伝達機構１は、外周面に第１ねじ溝１２が形成されたねじ棒１１と、内周面に第２ねじ溝３１が形成されたナット２０と、転動路１５を転動する複数のボール５８と、受動プーリ７０と、を備え、ナット２０は、内部に循環路３２の形成されたナット本体３０と、左端側のナット左端部４０と、を備え、受動プーリ７０は、モータ１４０からの動力が入力されるプーリ本体７１と、左端側のプーリ左端部８０と、を備え、ナット左端部４０の外周面には凸条４１が形成され、プーリ左端部８０の内周面には凸条４１に係合する凹溝８１が形成され、中心軸線Ｏ１から凸条４１の頂点までの第１長さＬ１は、中心軸線Ｏ１から循環路３２までの第２長さＬ２よりも短い。【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。

モータの回転力（動力）がアシスト力としてラック軸に入力されるラックアシスト型のパワーステアリング装置が知られている（特許文献１参照）。このようなパワーステアリング装置では、モータの回転力がボールねじによって往復運動に変換されてラック軸に入力される。

特開２００６−６９５１７号公報

ところが、特許文献１では、ボールねじを構成するナットにおいて、その循環路の径方向外側に凸部が突設され、この凸部がスリーブの内周面に形成された凹部に係合する構成であるため、ナット及びスリーブの外径が大きくなっていた。なお、スリーブにはモータからのアシスト力が入力される。

そこで、本発明は、ナット及びスリーブが小径であるパワーステアリング装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、動力を発生するモータと、操舵輪を操舵するラック軸と、前記モータからの動力を前記ラック軸に伝達する動力伝達機構と、を備えるパワーステアリング装置であって、前記動力伝達機構は、前記ラック軸と一体であると共に外周面に第１ねじ溝が形成されたねじ棒と、前記ねじ棒を中心とすると共に内周面に第２ねじ溝が形成されたナットと、前記第１ねじ溝及び前記第２ねじ溝で構成された転動路を転動する複数の転動子と、前記ナットを中心とするスリーブと、を備え、前記ナットは、内部に前記転動子を循環させる循環路の形成されたナット本体と、前記ナット本体の一端側のナット一端部と、を備え、前記スリーブは、前記ナット本体の外側に配置されると共に前記モータからの動力が入力されるスリーブ本体と、前記スリーブ本体の一端側のスリーブ一端部と、を備え、前記ナット一端部の外周面には径方向外向きに突出する凸部が形成され、前記スリーブ一端部の内周面には前記凸部に係合する凹部が形成され、前記ねじ棒の中心軸線から前記凸部の頂点までの第１長さは、前記中心軸線から前記循環路までの第２長さよりも短いことを特徴とするパワーステアリング装置である。

このような構成によれば、ナット一端部の凸部とスリーブ一端部の凹部とが周方向におおいて係合しているので、モータの動力がスリーブからナットに伝達される。また、中心軸線から凸部の頂点までの第１長さ、つまり、中心軸線から凸部及び凹部の係合位置までの第１長さは、中心軸線から循環路までの第２長さよりも短い。このように、ナット及びスリーブは、軸方向において循環路とずれた位置で係合しているので、循環路の形成されたナット本体の径方向外側に、スリーブとの被係合部は不要となり、ナット本体及びスリーブ本体の外径は、特許文献１よりも小径となる。

本発明によれば、ナット及びスリーブが小径であるパワーステアリング装置を提供することができる。

本実施形態に係るパワーステアリング装置の構成図である。 本実施形態に係るパワーステアリング装置の要部の断面図である。 図２のＸ１−Ｘ１線断面図である。 変形例に係るパワーステアリング装置の断面図である。 変形例に係るパワーステアリング装置の断面図である。

本発明の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。

≪パワーステアリング装置の構成≫
本実施形態に係るパワーステアリング装置１００は、電動式のモータ１４０の発生するアシスト力（動力）が、ラック軸１３０に入力されるラックアシスト型である。

パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１１０と、ステアリング軸１２０と、ラック軸１３０と、モータ１４０と、モータ１４０のアシスト力をラック軸１３０に伝達する動力伝達機構１と、角度センサ１９１等と、ＥＣＵ２００（Electronic Control Unit）と、を備えている。

ステアリングホイール１１０は、運転者が操作する操作部材である。

ステアリング軸１２０は、細長の円筒状部材であり、軸受（図示しない）を介して車体に回転自在に支持されている。ステアリング軸１２０の上端は、ステアリングホイール１１０に連結されており、ステアリング軸１２０とステアリングホイール１１０は一体で回転する。

ステアリング軸１２０の下端にはピニオンギヤ１２１が形成されており、ピニオンギヤ１２１は後記するラック１３２に噛合している。ステアリング軸１２０の中間には周方向に捩れるトーションバー（図示しない）が設けられており、トーションバーは操作トルクに対応して捩れるようになっている。

ラック軸１３０は、車幅方向に延びる細長の棒状部材であって、スライドすることで前輪３０２を操舵する部材である。ラック軸１３０は、ブッシュ（図示しない）を介して円筒状のハウジング１３１（図２参照）にスライド自在で収容されている。ラック軸１３０には、ラック１３２が形成されている。

ラック軸１３０の両端には、ラックエンド１３３がそれぞれ固定されている。各ラックエンド１３３は、タイロッド３０１を介して、前輪３０２（操舵輪）に連結されている。そして、ラック軸１３０が車幅方向にスライドすると前輪３０２、３０２が操舵されるようになっている。

モータ１４０は、ＥＣＵ２００からの指令に従って、アシスト力を発生する電動式のモータである。ただし、油圧式のモータでもよい。

角度センサ１９１は、ステアリング軸１２０の操作角度を検出し、ＥＣＵ２００に出力するようになっている。トルクセンサ１９２は、運転者からステアリング軸１２０に入力された操作トルクを検出し、ＥＣＵ２００に出力するようになっている。車速センサ１９３は、車速を検出し、ＥＣＵ２００に出力するようになっている。

ＥＣＵ２００は、パワーステアリング装置１００を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。

具体的には、ＥＣＵ２００は、操作角度、操作トルク及び車速に基づいて、モータ１４０を駆動させるようになっている。例えば、操作トルクが大きくなるにつれて、モータ１４０の駆動トルクが大きくなる関係となっている。

≪動力伝達機構≫
動力伝達機構１は、モータ１４０のアシスト力をラック軸１３０に伝達する機構である。動力伝達機構１は、ベルト機構６０と、ボールねじ１０と、を備えている。

＜ベルト機構＞
ベルト機構６０は、モータ１４０のアシスト力（回転力）を後記するナット２０に伝達する機構である。ベルト機構６０は、モータ１４０の出力軸に固定された駆動プーリ６１と、ナット２０に固定された受動プーリ７０（スリーブ）と、駆動プーリ６１及び受動プーリ７０に掛け渡されたベルト６２と、を備えている。受動プーリ７０については後で詳細に説明する。

＜ボールねじ＞
ボールねじ１０は、モータ１４０からの回転力を車幅方向の直線運動に変換する変換機構である。ボールねじ１０は、ねじ棒１１と、ナット２０と、複数のボール５８（転動子）と、を備えている。

＜ねじ棒＞
ねじ棒１１は、ラック軸１３０と一体である棒状部分であり、中心軸線Ｏ１を中心としている。ねじ棒１１は、本実施形態では、ラック軸１３０の一部が加工されることで構成されていが、別部材であるねじ棒１１がラック軸１３０に連結された構成でもよい。ねじ棒１１の外周面には、断面が半円状である第１ねじ溝１２が螺設されている。

＜ナット＞
ナット２０は、ねじ棒１１を中心として、ねじ１１を囲むよう配置された円筒状の部材である。ナット２０は、ナット本体３０と、ナット本体３０の左端側（一端側）に形成されたナット左端部４０（ナット一端部）と、ナット本体３０の右端側（他端側）に形成されたナット右端部５０と、を備えている。

ナット本体３０の内周面には、断面が半円状である第２ねじ溝３１が螺設されている。第２ねじ溝３１は、第１ねじ溝１２とでボール５８の転動する断面が円形の転動路１５を構成している。

ナット本体３０の内部、詳細には、外周面に開口すると共に軸方向に延びる循環路３２が形成されている。循環路３２は、転動路１５の両端を連通させ、転動路１５を経由するようにボール５８を循環させる通路である。なお、循環路３２の径方向外側の開口は、受動プーリ７０で閉じられている。

循環路３２の左側、右側には、デフレクタ２２がそれぞれ設けられている。各デフレクタ２２は、循環路３２と転動路１５との間でボール５８を授受し案内する部材である。すなわち、デフレクタ２２は、転動路１５からボール５８を掬い上げて循環路３２に案内したり、循環路３２からのボール５８を転動路１５に案内したりする。

ナット左端部４０及びナット右端部５０は、ナット本体３０よりも薄肉で形成されており、ナット２０の外周面は、ナット本体３０とナット左端部４０又はナット右端部５０との境界部分において段違いとなっている。

ナット左端部４０の外周面には、径方向外向きに突出すると共に軸方向に延びる１本の凸条４１（凸部）が形成されている（図３参照）。本実施形態では、周方向において、凸条４１と循環路３２とは同一位置に形成されている。すなわち、凸条４１と循環路３２とは同一位相となっている。

凸条４１は後記する凹溝８１（凹部）に圧入嵌合し、凸条４１と凹溝８１とは、周方向において係合すると共に、軸方向においてずれ難くなっている。これにより、ナット２０は受動プーリ７０と一体で回転するようになっている。なお、ナット左端部４０も、後記するプーリ左端部８０内に圧入されており、ナット２０及び受動プーリ７０は、軸方向においてずれ難くなっている。そして、ナット左端部４０には、プーリ左端部８０の脱落を防止するＣ字形のクリップ４９が取り付けられている。

ナット右端部５０は、自動調心式であってシールド付きの玉軸受５１で回転自在に支持されている。玉軸受５１の内輪５１ａには、ナット右端部５０に螺合したロックナット５２が当接しており、玉軸受５１は位置決めされている。玉軸受５１の外輪５１ｂは、ハウジング１３１に内嵌している。

＜ボール＞
ボール５８は、ねじ棒１１とナット２０との間に形成された転動路１５を転動することで、ねじ棒１１とナット２０との相対回転を容易としている。なお、図２において、ボール５８は循環路３２に１個のみ記載し、その他を省略している。

＜受動プーリ＞
ベルト機構６０の受動プーリ７０について説明する。受動プーリ７０は、ナット２０を中心として、ナット２０を囲むよう配置された円筒状の部材である。受動プーリ７０は、
プーリ本体７１（スリーブ本体）と、プーリ本体７１の左端側（一端側）に形成されたプーリ左端部８０（スリーブ一端部）と、を備えている。

プーリ本体７１は、ナット本体３０の外側に配置された部分である。プーリ本体７１にはベルト６２が掛け渡されており、プーリ本体７１にモータ１４０からの動力が入力されるようになっている。プーリ本体７１の外周面には、ベルト６２を軸方向において規制する断面Ｌ字形を呈する環状の規制部材７２、７２が固定されている。

プーリ左端部８０はプーリ本体７１よりも厚肉で形成されており、プーリ左端部８０の内周面はプーリ本体７１の内周面よりも径方向内側（中心軸線Ｏ１側）に突出している。すなわち、受動プーリ７０の内周面は、プーリ本体７１とプーリ左端部８０との境界部分において段違いとなっている。

プーリ左端部８０の内周面には、軸方向に延びる１本の凹溝８１（凹部）が形成されている（図３参照）。凹溝８１には前記したように凸条４１が嵌合しており、凹溝８１は凸条４１と係合している。

中心軸線Ｏ１から凸条４１の頂点までの第１長さＬ１は、中心軸線Ｏ１から循環路３２の天壁面（径方向外側端）までの第２長さＬ２よりも短く構成されている。すなわち、径方向において、凸条４１と凹溝８１との係合位置は、循環路３２よりも径方向内側となっている。

≪パワーステアリング装置の作用効果≫
パワーステアリング装置１００の作用効果を説明する。
ナット２０の凸条４１と受動プーリ７０の凹溝８１とが、軸方向において、循環路３２とずれた位置で係合しているので、ナット本体３０において循環路３２の径方向外側に受動プーリ７０との被係合部は不要となる。これにより、ナット２０と受動プーリ７０の外径は、特許文献１よりも小径となる。

≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。

前記した実施形態では、動力伝達機構１がモータ１４０の回転力をナット２０に伝達する機構としてベルト機構６０を備える構成を例示したが、その他に例えば、チェーンを介して動力を伝達するチェーン機構を備える構成でもよい。チェーン機構は、モータ１４０の出力軸に固定された駆動スプロケットと、ナット２０に固定された受動スプロケット（スリーブ）と、駆動スプロケット及び受動スプロケットに掛け渡されたチェーンと、を備えて構成される。

その他に例えば、動力伝達機構１がギヤ機構を備える構成としてもよい。ギヤ機構は、モータ１４０の出力軸に固定された駆動ギヤと、駆動ギヤに噛合するとともにナット２０に固定された受動ギヤ（スリーブ）と、を備えて構成される。

前記した実施形態では、周方向において、凸条４１及び凹溝８１と、循環路３２とは同一位置（同一位相）である構成を例示したが、凸条４１及び凹溝８１の位置は変更自由である。例えば、凸条４１及び凹溝８１が、循環路３２の１８０°反対側に形成された構成でもよい。

前記した実施形態では、１本の凸条４１と１本の凹溝８１とが係合する構成を例示したが、凸条４１及び凹溝８１の本数は変更自由である。すなわち、パワーステアリング装置１００は、少なくとも１つ以上の凸条４１（凸部）と、少なくとも１つ以上の凹溝８１（凹部）と、を備え、これらがそれぞれ嵌合し、周方向において係合する構成であればよい。

具体的に例えば、図４に示すように、４つの凸条４１及び凹溝８１を周方向において等間隔（９０°）で備える構成としてもよい。また、図５に示すように、ナット左端部４０の外周面にセレーション軸部４２が形成され、プーリ左端部８０の内周面にセレーション孔部８２が形成され、ナット左端部４０とプーリ左端部８０とがセレーション結合した構成でもよい。この場合、セレーション軸部４２は複数の凸部を備え、セレーション孔部８２が複数の凹部を備え、複数の凸部と複数の凹部とは嵌合し、周方向において係合している。

前記した実施形態では、図３に示すように、周方向における凸条４１の幅は狭めで、中心軸線Ｏ１を中心とした場合における凸条４１の中心角が１０°程度である構成を例示したが、凸条４１の幅は変更自由である。例えば、凸条４１の幅が半円弧以上である構成、つまり、凸条４１の中心角が１８０°以上である構成でもよい。凹溝８１についても同様である。

前記した実施形態では、パワーステアリング装置１００が、ステアリングホイール１１０とラック軸１３０とが機械的に連結された構成を例示したが、その他に例えば、機械的に連結されていないＳＢＷ（Steer By Wire、ステアバイワイヤ）方式である構成でもよい。

１ 動力伝達機構
１０ ボールねじ
１１ ねじ棒
１２ 第１ねじ溝
１５ 転動路
２０ ナット
３０ ナット本体
３１ 第２ねじ溝
３２ 循環路
４０ ナット左端部（ナット一端部）
４１ 凸条（凸部）
５８ ボール（転動子）
６０ ベルト機構
７０ 受動プーリ（スリーブ）
７１ プーリ本体（スリーブ本体）
８０ プーリ左端部（スリーブ一端部）
８１ 凹溝（凹部）
１００ パワーステアリング装置
１３０ ラック軸
１４０ モータ
３０２ 前輪（操舵輪）
Ｏ１ 中心軸線
Ｌ１ 第１長さ
Ｌ２ 第２長さ

Claims (2)

1. 動力を発生するモータと、
   操舵輪を操舵するラック軸と、
   前記モータからの動力を前記ラック軸に伝達する動力伝達機構と、
   を備えるパワーステアリング装置であって、
   前記動力伝達機構は、前記ラック軸と一体であると共に外周面に第１ねじ溝が形成されたねじ棒と、前記ねじ棒を中心とすると共に内周面に第２ねじ溝が形成されたナットと、前記第１ねじ溝及び前記第２ねじ溝で構成された転動路を転動する複数の転動子と、前記ナットを中心とするスリーブと、を備え、
   前記ナットは、内部に前記転動子を循環させる循環路の形成されたナット本体と、前記ナット本体の一端側のナット一端部と、を備え、
   前記スリーブは、前記ナット本体の外側に配置されると共に前記モータからの動力が入力されるスリーブ本体と、前記スリーブ本体の一端側のスリーブ一端部と、を備え、
   前記ナット一端部の外周面には径方向外向きに突出する凸部が形成され、
   前記スリーブ一端部の内周面には前記凸部に係合する凹部が形成され、
   前記ねじ棒の中心軸線から前記凸部の頂点までの第１長さは、前記中心軸線から前記循環路までの第２長さよりも短い
   ことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記凸部は前記凹部に圧入されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。

Images