JP2020172126A - 転舵ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】従動プーリ及びボール螺子ナット間の異物の挟み込みを抑制できる転舵ユニットを提供する。【解決手段】転舵ユニットは、モータ３１の回転を伝達するベルト機構３２と、ベルト機構３２を介して伝達された回転をラック軸４の往復動に変換するボール螺子機構３３とを備える。ベルト機構３２を構成する従動プーリ６２には、径方向内側に延出されたフランジ部６４が設けられるとともに、フランジ部６４には、軸方向に貫通した挿通孔６５が形成される。ボール螺子機構３３を構成するボール螺子ナット７１におけるフランジ部６４とのナット側対向面７１ａには、ボルト穴８１が形成される。従動プーリ６２とボール螺子ナット７１とは、挿通孔６５を介してボルト穴８１に螺着されるボルト８２により一体回転可能に締結される。そして、ナット側対向面７１ａには、フランジ側対向面６４ａとの間に軸方向の隙間Ｓを形成する段差部８３が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、転舵ユニットに関する。

従来、車両用の操舵装置には、モータを駆動源とするアクチュエータにより転舵輪を転舵させる転舵ユニットを備えたものがある。例えば特許文献１には、転舵ユニットのアクチュエータが付与する転舵力を運転者による操舵を補助するためのアシスト力とする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）として構成された操舵装置が開示されている。

特許文献１の転舵ユニットでは、モータの回転をベルト機構を介してボール螺子機構に伝達し、該ボール螺子機構において転舵軸の軸方向移動に変換することで、アシスト力を付与する。詳しくは、ベルト機構は、モータに連結された駆動プーリと、転舵軸の外周に回転可能に配置された従動プーリと、駆動プーリと従動プーリとの間に巻き掛けられたベルトとを有する。ボール螺子機構は、従動プーリの内周に嵌合されるとともに、複数のボールを介して転舵軸に螺合するボール螺子ナットを有している。そして、従動プーリには、径方向内側に延出されたフランジ部が形成されており、ボール螺子ナットと従動プーリとは、フランジ部を介して螺着されるボルトによって一体回転可能に締結されている。

特開２０１４−１８４７３９号公報

ところで、上記特許文献１の構成では、例えば従動プーリとボール螺子ナットとの組み付け時等において、ボール螺子ナットとフランジ部との間に異物を挟み込むおそれがある。その結果、従動プーリがボール螺子ナットに対して傾斜した状態で組み付けられ、該従動プーリが振れ回ることで、例えば異音が発生する。

なお、このような問題は、ＥＰＳを構成する転舵ユニットに限らず、運転者により操舵される操舵ユニットと運転者の操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵ユニットとの間の動力伝達が分離されたステアバイワイヤ式の操舵装置を構成する転舵ユニットにおいても、同様に生じ得る。

本発明の目的は、従動プーリ及びボール螺子ナット間の異物の挟み込みを抑制できる転舵ユニットを提供することにある。

上記課題を解決する転舵ユニットは、ハウジング内に軸方向に往復動可能に収容された転舵軸と、モータに連結された駆動プーリと、前記転舵軸の外周に回転可能に配置された従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられたベルトとを有するベルト機構と、前記従動プーリと一体回転可能に連結されるボール螺子ナットを有し、該ボール螺子ナットの回転を前記転舵軸の往復動に変換するボール螺子機構とを備えたものにおいて、前記従動プーリには、径方向内側に延出されたフランジ部が設けられるとともに、前記フランジ部には、軸方向に貫通した挿通孔が形成され、前記ボール螺子ナットにおける前記フランジ部と対向するナット側対向面には、ボルト穴が形成され、前記従動プーリと前記ボール螺子ナットとは、前記挿通孔を介して前記ボルト穴に螺着されるボルトにより一体回転可能に締結されるものであって、前記ナット側対向面には、前記フランジ部における前記ボール螺子ナットと対向するフランジ側対向面との間に軸方向の隙間を形成する段差部が設けられた。

上記構成によれば、段差部により軸方向の隙間が形成されることで、ボール螺子ナットとフランジ部との接触面積が減少するため、これらの間で異物の挟み込みが発生することを抑制できる。また、ボール螺子ナットは、内周に螺旋状の螺子溝を有するものであり、軸方向に延びる筒状の部材であるため、例えばフランジ部に段差部を形成する場合に比べ、必要な強度を確保しつつ、軸方向寸法の増大を抑制できる。

上記転舵ユニットにおいて、前記段差部は、前記隙間が前記ボール螺子ナットの内外を連通するように形成されることが好ましい。
ボール螺子ナットとフランジ部との間の隙間が径方向内側又は外側に閉塞した形状となるように段差部を形成した場合、例えばボール螺子ナットの製造時に発生した摩耗粉等が隙間に留まり易くなる。この点、上記構成では、隙間がボール螺子ナットの内外を連通するため、異物が隙間に留まり難くなり、異物の挟み込みが発生することを好適に抑制できる。

上記転舵ユニットにおいて、前記段差部は、前記隙間が径方向に沿う直線状となるように形成されることが好ましい。
上記構成によれば、ボール螺子ナットの形状が複雑化することを抑制でき、その製造が容易になる。

上記転舵ユニットにおいて、前記フランジ側対向面は、該フランジ側対向面の全面が径方向に沿う平面状に形成されることが好ましい。
上記構成によれば、フランジ側対向面が平面状に形成されるため、例えばフランジ部にナット側対向面との間に隙間を形成する段差部を設ける場合に比べ、軸方向寸法の増大を抑制しつつ、フランジ部の強度が低下することを抑制できる。

本発明によれば、従動プーリ及びボール螺子ナット間の異物の挟み込みを抑制できる。

操舵装置の概略構成図。 （ａ）はＥＰＳアクチュエータ近傍の軸方向に沿った断面図、（ｂ）は従動プーリとボール螺子ナットとの締結部分の拡大断面図。 ボール螺子ナットを軸方向他端側から見た側面図。

以下、転舵ユニットを備えた操舵装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、操舵装置１は、ステアリングホイール２が連結されるステアリングシャフト３と、転舵軸としてのラック軸４の両端に連結される転舵輪５を転舵させる転舵ユニット６と、ステアリングシャフト３の回転をラック軸４の往復動に変換する変換機構としてのラックアンドピニオン機構７とを備えている。

ステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２が位置する側から順にコラム軸１１、中間軸１２、及びピニオン軸１３を連結することにより構成されている。ピニオン軸１３には、その外周の全周に亘ってピニオン歯１３ａが形成されている。

転舵ユニット６は、上記ラック軸４と、ラック軸４が往復動可能に挿通されるハウジングとしてのラックハウジング２１と、転舵輪５を転舵させる転舵力を運転者の操舵を補助するためのアシスト力として付与するアクチュエータとしてのＥＰＳアクチュエータ２２とを備えている。つまり、本実施形態の操舵装置１は、電動パワーステアリング装置として構成されている。

ラック軸４には、所定の軸方向範囲に亘ってラック歯４ａが形成されている。ラックハウジング２１は、それぞれ円筒状に形成された第１ハウジング２３と第２ハウジング２４とを連結してなる。ピニオン軸１３とラック軸４とは、第１ハウジング２３内に所定の交差角をもって配置されている。そして、ラックアンドピニオン機構７は、ピニオン軸１３のピニオン歯１３ａとラック軸４のラック歯４ａとが噛合されることで構成されている。また、ラック軸４の両端には、タイロッド２５が連結されており、タイロッド２５の先端は、転舵輪５が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。したがって、操舵装置１では、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転がラックアンドピニオン機構７によりラック軸４の軸方向移動に変換され、この軸方向移動がタイロッド２５を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪５の転舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

ＥＰＳアクチュエータ２２は、駆動源であるモータ３１と、モータ３１の回転を伝達するベルト機構３２と、ベルト機構３２を介して伝達された回転をラック軸４の往復動に変換するボール螺子機構３３とを備えており、第１ハウジング２３と第２ハウジング２４との連結部分に設けられている。そして、ＥＰＳアクチュエータ２２は、ラック軸４の往復動に変換することで得られる転舵力をアシスト力として付与する。

次に、ＥＰＳアクチュエータ２２の構成について詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、ラック軸４におけるラックアンドピニオン機構７と反対側、すなわち図２の左側を軸方向一端側とし、ラックアンドピニオン機構７側、すなわち図２の右側を軸方向他端側とする。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１ハウジング２３は、第１筒状部４１と、第１筒状部４１の軸方向一端側に形成された第１収容部４２とを有している。第１収容部４２は、第１筒状部４１よりも大径の筒状に形成されている。第１収容部４２には、その周壁の一部をモータ３１が配置された側に膨出させた形状の膨出部４３が形成されている。膨出部４３の端壁には、ラック軸４の軸方向に貫通した挿入孔４４が形成されている。

第２ハウジング２４は、第２筒状部４５と、第２筒状部４５の軸方向他端側に形成された第２収容部４６とを有している。第２収容部４６は、第２筒状部４５よりも大径の円筒状に形成されている。第２収容部４６には、第１ハウジング２３の膨出部４３を覆うカバー部４７が形成されている。

モータ３１の回転軸５１は、挿入孔４４を介して膨出部４３内に挿入されている。そして、モータ３１は、回転軸５１がラック軸４と平行になる姿勢で、ボルト５２を介して第１ハウジング２３に取り付けられている。

ベルト機構３２は、駆動プーリ６１と、従動プーリ６２と、ベルト６３とを備えている。駆動プーリ６１は、円筒状に形成されており、モータ３１の回転軸５１に対して同軸上で一体回転可能に連結されている。従動プーリ６２は、円筒状に形成されている。そして、従動プーリ６２は、後述するボール螺子ナット７１の外周に嵌合されることにより、駆動プーリ６１と同じ軸方向位置でラック軸４の外周に回転可能に配置されている。従動プーリ６２の軸方向他端側には、径方向内側に延出された円環状のフランジ部６４が形成されている。フランジ部６４には、軸方向に貫通した複数の挿通孔６５が形成されている。また、フランジ部６４におけるボール螺子ナット７１と対向するフランジ側対向面６４ａは、その全面が径方向に沿う平面状に形成されている。換言すると、フランジ側対向面６４ａは、その全面が軸方向と直交する一様な平面状に形成されている。なお、フランジ側対向面６４ａは、研磨加工が施されることにより、滑らかな面に仕上げられている。ベルト６３は、ゴム等の弾性材料からなり、駆動プーリ６１と従動プーリ６２との間で所定の張力が発生するように巻き掛けられている。

ボール螺子機構３３は、螺子軸となる上記ラック軸４と、ラック軸４の外周に同軸配置されたボール螺子ナット７１と、ラック軸４とボール螺子ナット７１との間に設けられた複数のボール７２とを備えている。

ボール螺子ナット７１は、外径が異なる段付きの円筒状に形成されており、小径筒部７３と、小径筒部７３の軸方向他端側に設けられた大径筒部７４とを有している。小径筒部７３の外径は、大径筒部７４の外径よりも小さく設定されている。小径筒部７３の外周には、転がり軸受７５がロックナット７６により小径筒部７３と大径筒部７４との段差面に押し付けられた状態で固定されている。これにより、ボール螺子ナット７１は、第１収容部４２及び第２収容部４６内で回転可能に支持されている。

なお、転がり軸受７５には、複列アンギュラ玉軸受が採用されており、その内部隙間が予め設定された隙間となるように、ロックナット７６によって予圧が付与されている。また、転がり軸受７５の両側には、断面Ｌ字状の保持器７７がその外輪に隣接して配置されるとともに、保持器７７には、ゴム等の弾性体７８が第１ハウジング２３及び第２ハウジング２４との間でそれぞれ圧縮された状態で配置されている。

大径筒部７４の外径は、従動プーリ６２の内径と略等しく設定されている。大径筒部７４の軸方向他端面であるフランジ部６４と対向するナット側対向面７１ａには、複数のボルト穴８１が形成されている。また、大径筒部７４の外周には、従動プーリ６２が嵌合されている。そして、ボール螺子ナット７１は、挿通孔６５を介してボルト穴８１にボルト８２が螺着されることにより、従動プーリ６２と一体回転可能に連結されている。

図２（ｂ）及び図３に示すように、ナット側対向面７１ａには、フランジ部６４のフランジ側対向面６４ａとの間に軸方向の隙間Ｓを形成するような溝状の段差部８３が設けられている。詳しくは、ナット側対向面７１ａには、４つの段差部８３が周方向に等角度間隔で形成されている。各段差部８３は、隙間Ｓがボール螺子ナット７１の内外を連通するとともに、隙間Ｓが径方向に沿う直線状となるように形成されている。これにより、ナット側対向面７１ａとフランジ側対向面６４ａとの間には、軸方向視で略十字状の隙間Ｓが形成されている。なお、ナット側対向面７１ａのフランジ側対向面６４ａとの接触部分は、研磨加工が施されることにより、滑らかな面に仕上げられている。

図２（ａ）に示すように、ボール螺子ナット７１の内周には、螺子溝９１が形成されている。一方、ラック軸４の外周には、螺子溝９１に対応する螺子溝９２が形成されている。そして、螺子溝９１，９２が互いに対向することによって螺旋状のボール軌道Ｒ１が形成されている。ボール軌道Ｒ１内には、複数のボール７２が螺子溝９１，９２に挟まれた状態で配設されている。つまり、ボール螺子ナット７１は、ラック軸４の外周に各ボール７２を介して螺合されている。

これにより、各ボール７２は、ラック軸４とボール螺子ナット７１との間の相対回転に伴い、その負荷を受けつつ、ボール軌道Ｒ１内を転動する。そして、各ボール７２の転動によってラック軸４とボール螺子ナット７１との軸方向の相対位置が変位することにより、モータ３１のトルクがアシスト力としてラック軸４に付与される。なお、ボール軌道Ｒ１内を転動するボール７２は、ボール螺子ナット７１に設けられたボール軌道Ｒ１の二点間を短絡する循環路Ｒ２を通過することで無限循環する。

なお、転舵ユニット６の組み付けに際しては、ボール螺子ナット７１に対して従動プーリ６２を一体回転可能に締結した後に、螺子軸となるラック軸４がボール螺子ナット７１内に挿入される。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）ナット側対向面７１ａに、フランジ側対向面６４ａとの間に軸方向の隙間Ｓを形成する段差部８３を設けたため、ボール螺子ナット７１とフランジ部６４との接触面積が減少する。そのため、例えばナット側対向面７１ａの全体がフランジ部６４と接触する場合に比べ、ボール螺子ナット７１を研磨する際に生じた摩耗粉等の異物がこれらの間に挟み込まれることを抑制できる。

また、ボール螺子ナット７１は、内周に螺旋状の螺子溝９１を有するものであり、軸方向に延びる筒状の部材であるため、例えばフランジ部６４に段差部を形成する場合に比べ、必要な強度を確保しつつ、軸方向寸法の増大を抑制できる。これにより、隙間Ｓの軸方向に沿った寸法である深さを深くすることができ、当該隙間Ｓに大きな異物の挟み込みが発生しても、従動プーリ６２がボール螺子ナット７１に対して傾斜した状態で組み付けられることを抑制できる。

（２）隙間Ｓがボール螺子ナット７１の径方向内側又は外側に閉塞した形状となるように段差部８３を形成した場合、例えばボール螺子ナット７１の製造時に発生した摩耗粉等が隙間に留まり易くなる。この点、本実施形態では、段差部８３を、隙間Ｓがボール螺子ナット７１の内外を連通するように形成したため、異物が隙間Ｓに留まり難くなり、異物の挟み込みが発生することを好適に抑制できる。

（３）段差部８３を、隙間Ｓが径方向に沿った直線状となるように形成したため、ボール螺子ナット７１の形状が複雑化することを抑制でき、その製造が容易になる。
（４）フランジ部６４のフランジ側対向面６４ａの全面を、径方向に延びる平面状、換言すると軸方向と直交する平面状に形成したため、例えばフランジ部６４にナット側対向面７１ａとの間に軸方向の隙間を形成するような段差部を設ける場合に比べ、軸方向寸法の増大を抑制しつつ、フランジ部６４の強度が低下することを抑制できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、フランジ側対向面６４ａの少なくとも一部を非平面状に形成してもよい。

・上記実施形態において、段差部８３の形状、すなわち隙間Ｓの形状は適宜変更可能である。例えば隙間Ｓが円弧状となるように段差部８３を形成してもよく、また径方向に沿って隙間Ｓの軸方向の大きさが変化するように段差部８３を形成してもよい。さらに、例えば隙間Ｓがボール螺子ナット７１の径方向内側及び外側の少なくとも一方に閉塞した形状となるように段差部８３を形成してもよい。

・上記実施形態において、ナット側対向面７１ａに形成する段差部８３の数は適宜変更可能であり、例えば単一の段差部８３のみを形成してもよい。
・上記実施形態では、操舵装置１を電動パワーステアリング装置として構成したが、これに限らず、運転者により操舵される操舵ユニットと、運転者の操舵に応じて転舵輪５を転舵させる転舵ユニットとの間の動力伝達が分離したステアバイワイヤ式の操舵装置として構成してもよい。

次に、上記実施形態及び変形例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）上記いずれかの構成の転舵ユニットと、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの回転を前記転舵軸の往復動に変換する変換機構とを備えた操舵装置。

１…操舵装置、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト、４…ラック軸、５…転舵輪、６…転舵ユニット、７…ラックアンドピニオン機構、１３…ピニオン軸、２１…ラックハウジング、２２…ＥＰＳアクチュエータ、３１…モータ、３２…ベルト機構、３３…ボール螺子機構、６１…駆動プーリ、６２…従動プーリ、６３…ベルト、６４…フランジ部、６４ａ…フランジ側対向面、６５…挿通孔、７１…ボール螺子ナット、７１ａ…ナット側対向面、８１…ボルト穴、８２…ボルト、８３…段差部、Ｓ…隙間。

Claims (4)

1. ハウジング内に軸方向に往復動可能に収容された転舵軸と、
   モータに連結された駆動プーリと、前記転舵軸の外周に回転可能に配置された従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられたベルトとを有するベルト機構と、
   前記従動プーリと一体回転可能に連結されるボール螺子ナットを有し、該ボール螺子ナットの回転を前記転舵軸の往復動に変換するボール螺子機構とを備えた転舵ユニットにおいて、
   前記従動プーリには、径方向内側に延出されたフランジ部が設けられるとともに、前記フランジ部には、軸方向に貫通した挿通孔が形成され、
   前記ボール螺子ナットにおける前記フランジ部と対向するナット側対向面には、ボルト穴が形成され、
   前記従動プーリと前記ボール螺子ナットとは、前記挿通孔を介して前記ボルト穴に螺着されるボルトにより一体回転可能に締結されるものであって、
   前記ナット側対向面には、前記フランジ部における前記ボール螺子ナットと対向するフランジ側対向面との間に軸方向の隙間を形成する段差部が設けられた転舵ユニット。
2. 請求項１に記載の転舵ユニットにおいて、
   前記段差部は、前記隙間が前記ボール螺子ナットの内外を連通するように形成された転舵ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の転舵ユニットにおいて、
   前記段差部は、前記隙間が径方向に沿う直線状となるように形成された転舵ユニット。
4. 請求項１又は２に記載の転舵ユニットにおいて、
   前記フランジ側対向面は、該フランジ側対向面の全面が径方向に沿う平面状に形成された転舵ユニット。