JP3907349B2

JP3907349B2 - 電動式舵取装置

Info

Publication number: JP3907349B2
Application number: JP18966999A
Authority: JP
Inventors: 匡秀中村; 賢作中村; 修佐野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: JP2001018812A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は操舵補助力の発生源として用いられるモータの回転を、螺旋溝を有する舵取軸に動力変換機構を介して伝達し、該舵取軸を軸長方向へ移動させて操舵補助するようにした電動式舵取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵輪に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取軸に伝えて操舵を補助する構成とした電動式舵取装置は、操舵補助力の発生源として油圧アクチュエータを用いる油圧パワーステアリング装置と比較して、車速の高低，操舵の頻度等、走行状態に応じた補助力特性の制御が容易に行えるという利点を有することから、近年、その使用範囲が拡大する傾向にある。
【０００３】
図６は従来例の電動式舵取装置の縦断正面図である。
一方、電動式舵取装置の難点は、舵取り補助のために十分な回転力を発生し得る小型のモータが得難く、該モータの占有スペースを、伝動対象となる舵取機構の周辺に確保することが難しいところにある。この難点の解消のため、図６の如く車体の左右方向に延設され、その両端部にタイロッドを介して操向用の車輪（前輪）が連結される舵取軸１００の周りに円筒状のロータ１０１及び円筒状のステータ１０２を有する操舵補助用のモータ１０３及び前記ロータ１０１の回転力を前記操舵軸１００の軸長方向への移動力に変換するボールねじ機構１０４を配置することにより、配設スペースの削減を図った電動式舵取装置が従来から提案されている。
【０００４】
図７は従来例の電動式舵取装置のモータ及び動力変換機構部分の拡大縦断正面図である。
ボールねじ機構１０４は、舵取軸１００の外周面に設ける第１の螺旋溝１０５と、該第１の螺旋溝１０５に係合する複数のボール１０６が保持されており、軸長方向への移動が拘束されて回転が可能な保持環１０７とを備え、前記モータ１０３からの伝動により前記保持環１０７を回転駆動して、この回転力を、前記第１の螺旋溝１０５に沿って転動するボール１０６を介して舵取軸１００に伝え、該舵取軸１００を軸長方向に移動せしめ、操舵輪の操作に応じて行われる操舵を補助する構成となっている。
【０００５】
保持環１０７には前記第１の螺旋溝１０５に対応する第２の螺旋溝１０８が設けてあり、該第２の螺旋溝１０８に沿って前記ボール１０６が転動することになるため、保持環１０７の材料として軸受鋼が使用され、前記第２の螺旋溝１０８が刻設された後、焼き入れ等の熱処理が施される。これに対し前記ロータ１０１はその外周に例えば永久磁石１０９が設けられる構造であり、焼き入れ等の熱処理を施す必要がないため、その材料が前記保持環１０７の材料と異なる。従って、保持環１０７は、前記ロータ１０１と別個に設けられ、該保持環１０７の一端を前記ロータ１０１の一端に一体回転可能に嵌合してある。
【０００６】
ロータ１０１の両端は舵取軸１００を回転可能に支持するハウジング１１０内に一対の軸受１１１，１１２を介して保持され、保持環１０７の他端は軸受１１３を介して前記ハウジング１１０内に保持されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上の如くボールねじ機構１０４を用いた電動式舵取装置においては、螺旋溝１０８を有する保持環１０７がモータ１０３のロータ１０１と別個に設けられるため、前記ロータ１０１への嵌合構造及び該嵌合部１１４の周りを保持する軸受１１２が必要であり、比較的コストが高くなるとともに、嵌合部１１４及び軸受１１２部の軸長方向への長さに見合う分だけ操舵補助部分の全長が長くなるという問題がある。また、ロータ１０１及び保持環１０７は、３個の軸受１１１，１１２，１１３を用いて３点が支持されているため、組立てるとき舵取軸１００の軸心に対しロータ１０１及び保持環１０７の軸心が偏心し易いという問題があり、また、保持環１０７を熱処理する必要があるため、より一層コスト高になるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決することができる電動式舵取装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動式舵取装置は、螺旋溝が設けられている舵取軸を支持するハウジングと、前記舵取軸の周りに配置される円筒状のロータを有する操舵補助用のモータと、該モータの回転力を前記舵取軸の軸長方向への移動力に変換する動力変換機構とを備えた電動式舵取装置において、前記動力変換機構は、内面に前記螺旋溝と係合する突起を有する内環部材及び該内環部材を複数の転動体を介して回転可能に保持する外環部材を備え、前記ハウジング内に一対の軸受を介して前記ロータの両端部が支持されており、該ロータの一端部内周面は前記外環部材が嵌合保持され、且つ該外環部材の軸長方向への移動を阻止する嵌合溝を備え、該嵌合溝の一側位置から外周面にかけて貫通する挿入孔を前記ロータに設けてあり、該ロータの一端部を支持する一方の前記軸受は、前記外環部材が保持される軸長方向領域内の外周部を前記ハウジング内に支持していることを特徴とする。
【００１０】
第１発明にあっては、内環部材及び外環部材を有する動力変換機構を用いるため、ボールねじ機構が必要とする第２の螺旋溝をなくし、該第２の螺旋溝部分の熱処理工程を省くことができ、コストを低減できる。また、このように熱処理工程を省くことができる動力変換機構をロータ内に設けてあるため、ボールねじ機構を用いるものの如くロータへの嵌合部及び該嵌合部の周りを保持する軸受が必要でなく、ボールねじ機構を用いるものに比較して操舵補助部分の全長、ひいては舵取軸の全長を短くできる。また、動力変換機構用の軸受を省くことができ、一対の軸受を用いてロータの両端部を支持することができるため、組立てるときロータの一端及び他端間の偏心量を容易に少なくでき、また、一対の軸受によって軸受間の間隔を長くできるため、ロータの一端及び他端間の偏心量をより一層少なくできる。
しかも、外環部材を挿入孔から嵌合溝へ容易に挿入することができ、また、外環部材の軸長方向への移動を嵌合溝によって阻止でき、また、この状態で舵取軸を内環部材に挿入することによって外環部材の挿入孔からの抜け出しを阻止することができるため、内環部材及び外環部材の組込を簡易にできる。
【００１２】
第２発明にあっては、軸受が支持するロータの一端部内に外環部材が保持されているため、ロータの回転力を内環部材の突起から舵取軸に伝達するとき、ロータの撓みを良好に防止でき、前記突起及び螺旋溝の係合量を安定させることができる。
【００１５】
第２発明に係る電動式舵取装置は、前記ハウジングに、前記舵取軸の回りを止める回り止め手段を設けてあることを特徴とする。
【００１６】
第２発明にあっては、動力変換機構によって舵取軸が軸長方向へ移動するとき該舵取軸に回転トルクが加わることになるが、この回転トルクによる舵取軸の回りを回り止め手段によって良好に止めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１は本発明に係る電動式舵取装置の縦断正面図である。
【００１８】
図１に示した電動式舵取装置は、一端部がコラム軸を介して操舵輪に連動連結され、他端部にピニオン（図示せず）が設けられたピニオン軸１と、前記ピニオンに噛合するラック歯（図示せず）及び螺旋溝２１が軸長方向に離隔して設けられ、車体の左右方向に延設された舵取軸２と、該舵取軸２を軸長方向へ移動が可能に支持する円筒状のハウジング３と、該ハウジング３内に前記舵取軸２と同軸的に配置され、操舵輪の操舵に伴い駆動されて操舵補助するブラシレス形のモータ４と、前記ハウジング３内に前記舵取軸２と同軸的に配置され、前記モータ４の回転力を前記舵取軸２の軸長方向への移動力に変換する動力変換機構５とを備えている。
【００１９】
モータ４は、前記舵取軸２の周りであり、前記ハウジング３内に固定される円筒状のステータ４１、及び該ステータ４１の内周面及び舵取軸２の外周面間に回転可能に支持されており、その外周面に複数個の永久磁石４３が周方向に離隔して設けられている円筒状のロータ４２を備えている。尚、永久磁石４３はその磁極が交互に異なるように配置されている。
【００２０】
このロータ４２は、その両端が前記ステータ４１よりも軸長方向外方へ突出しており、この両端部が軸受６，７を介して前記ハウジング３内に支持されている。ロータ４２の一端部の内周面には周方向へ延びる嵌合溝４４が軸長方向へ適宜の間隔を隔てて複数個（実際には３個）設けてあり、また、これら嵌合溝４４の一側位置から外周面にかけて貫通する挿入孔４５を設けてある。
【００２１】
図２はモータ４及び動力変換機構５部分の拡大縦断正面図である。
動力変換機構５は、内面に前記螺旋溝２１と係合する環状の突起５１を有する内環部材５２及び該内環部材５２の外周部をボールを用いてなる複数の転動体５３を介して回転可能に保持する外環部材５４を備えた複数個（実際には３個）の伝動環５０と、前記螺旋溝２１とによって構成されている。各伝動環５０は前記挿入孔４５に挿入され、外環部材５４が前記各嵌合溝４４に嵌合保持されている。
【００２２】
図３は動力変換機構５部分の拡大縦断側面図である。
伝動環５０は、ロータ４２の回転中心に対し偏倚されている。換言すれば、内環部材５２の突起５１はロータ４２の回転中心、ひいては舵取軸２の軸心に対し周方向に等分した位置で偏倚しており、該突起５１の周方向一部分を螺旋溝２１に確実に係合させ、伝動環５０の回転トルクをその３つの係合箇所から舵取軸２の螺旋溝２１に伝達し、回転トルクの分力により舵取軸２を軸長方向へ移動させるようにしてある。
【００２３】
伝動環５０は、例えばロータ４２の軸長方向両側に配置されるものをロータ４２の回転中心に対し一方側へ偏倚させ、中間に配置されるものを他方側へ偏倚させ、換言すれば略１８０度の位相差で偏倚させ、内環部材５２の突起５１を舵取軸２の軸心に対し両側の位置で螺旋溝２１に係合させ、伝動環５０の回転によって舵取軸２を軸長方向へ移動させるとき、該舵取軸２が回転することを防止する。尚、伝動環５０が挿入される挿入孔４５は、前述した偏倚側位置と反対側位置に設けられている。
【００２４】
ロータ４２の前述した偏倚側位置には前記嵌合溝４４に開口するネジ孔４６を設け、該ネジ孔４６に前記外環部材５４に当接し、前記伝動環５０の偏倚量を調整する調整ネジ４７が螺着されている。また、ロータ４２の一端部の外周面には軸受嵌合部４８及び環状溝４９が設けてあり、軸受嵌合部４８に前記軸受６を嵌合し、環状溝４９に止め輪８が嵌め込みされ、軸受６の抜け出しを防止してある。
【００２５】
以上の如く構成された電動式舵取装置は、操舵輪の操舵力がピニオン軸１のピニオンから舵取軸２のラック歯に伝達されるとともに、操舵輪の操舵に伴って生ずる操舵トルクに応じてモータ４が駆動制御される。この駆動制御によりモータ４が発生するロータ４２の回転力は伝動環５０に伝達され、該伝動環５０が回転するとともに、伝動環５０の回転トルクが内環部材５２の突起５１から螺旋溝２１に伝達され、その分力により舵取軸２が軸長方向へ移動され、操舵のために操舵輪に加えるべき力が軽減される。
【００２６】
ロータ４２の回転力を舵取軸２に伝達する動力変換機構５は内環部材５２の突起５１が舵取軸２の螺旋溝２１に係合する構造であるため、舵取軸２の螺旋溝２１に対応する螺旋溝及び該螺旋溝部分の熱処理工程を省くことができ、ボールねじ機構を用いるものに比較してコストを低減できる。
【００２７】
また、動力変換機構５を組み込む場合、内環部材５２を保持している外環部材５４を挿入孔４５からロータ４２内へ挿入した後、舵取軸２を前記内環部材５２に挿入することによって外環部材５４の挿入孔４５からの抜け出しを阻止することができ、また、外環部材５４の軸長方向への移動を嵌合溝４４によって阻止することができ、動力変換機構５を簡易に組み込むことができる。
【００２８】
このように外環部材５４は両端部が軸受６，７に支持されたロータ４２内に保持されるため、ボールねじ機構を用いるものの如くロータ４２への嵌合部及び該嵌合部の周りを保持する軸受が必要でなく、ボールねじ機構を用いるものに比較して操舵補助部分の全長、ひいては舵取軸の全長を短くできる。また、ロータ４２の両端部は一対の軸受６，７を用いて支持するため、ロータ４２の一端及び他端間の偏心量をボールねじ機構を用いるものに比較して容易に少なくできる。また、ロータ４２の両端部を支持する一対の軸受６，７によって軸受６，７間の間隔を長くできるため、ロータ４２の一端及び他端間の偏心量をより一層少なくできる。
【００２９】
しかも、外環部材５４は一方の軸受６が支持するロータ４２の一端部内に保持されるため、ロータ４２の回転力を内環部材５２の突起５１から舵取軸２に伝達するとき、ロータ４２の撓みを良好に防止でき、前記突起５１及び螺旋溝２１の係合量を安定させることができる。
【００３０】
実施の形態２
図４はラックピニオン機構部分の断面図である。
この実施の形態２の電動式舵取装置は、前記ハウジング３に、前記舵取軸２のラック歯２２と反対の周面２ａに摺接部材９を介して接触し舵取軸２の軸長方向への移動を案内する案内体１０を備えた電動式舵取装置において、前記舵取軸２のラック歯２２と反対側の周面２ａに軸長方向へ延びる平坦面２３を設け、該平坦面２３に接触する平接触面１１ａを有し、前記舵取軸２の回りを止める回り止め体１１を前記摺接部材９に設けたものであり、その他の構成及び作用は実施の形態１と同じであるため、共通部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用を省略する。
【００３１】
実施の形態２において、前記ハウジング３には前記案内体１０を収容する収容孔３１及び該収容孔３１に連続するネジ孔３２が設けてあり、該ネジ孔３２に前記案内体１０に当接して前記摺接部材９を前記周面２ａに摺接させる調整ネジ１３が螺着されている。また、前記平坦面２３及び回り止め体１１が舵取軸２の回りを止める回り止め手段を構成している。
【００３２】
実施の形態２にあっては、前記動力変換機構５によって舵取軸２を軸長方向へ移動させるとき該舵取軸２に加わる回転トルクによって舵取軸２が回ることを前記回り止め体１１及び前記ラック歯２２に噛合するピニオン１ａ（舵取軸に係合する係合部分）によって良好に防止できるため、例えば前記伝動環５０を備えた動力変換機構５に代えて、前記ボールねじ機構を用いた場合においても、舵取軸２の回りを良好に防止できる。
【００３３】
すなわち、前記ボールねじ機構を用いた場合、該ボールねじ機構によって舵取軸２を軸長方向へ移動させるとき、該舵取軸２に比較的大きな回転トルクが加わることになる。ところが、従来にあっては、舵取軸２のラック歯２２と反対側の周面２ａに略Ｃ字形の摺接部材９が接触しているだけであるため、舵取軸２に加わる回転トルクを前記ピニオン１ａが負担するだけであり、従って、ピニオン１ａの軸径及び歯部を強化する必要があるが、実施の形態２にあっては、舵取軸２に加わる回転トルクを前記ピニオン１ａ及び回り止め体１１で負担することができるため、ピニオン１ａの軸径及び歯部の強度を特別に高める必要がない。これによって、操舵補助用の油圧シリンダが用いられた動力舵取装置のピニオンと同じピニオンを用いることができる。
【００３４】
実施の形態３
図５はラックピニオン機構部分の実施の形態２を示す断面図である。
この実施の形態３の電動式舵取装置は、実施の形態２と同様、前記ハウジング３に、前記舵取軸２のラック歯２２と反対の周面２ａに摺接部材９を介して接触し舵取軸２の軸長方向への移動を案内する案内体１０を備えた電動式舵取装置において、前記舵取軸２のラック歯２２と反対側の周面２ａに軸長方向へ延びる一対の略Ｖ字形の溝２４，２４を設け、これら溝２４，２４に接触する略Ｖ字形の接触面１２ａを有し、前記舵取軸２の回りを止める一対の回り止め体１２，１２を前記摺接部材９に設けたものであり、その他の構成及び作用は実施の形態２と同じであるため、共通部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用を省略する。尚、前記溝２４，２４及び回り止め体１２，１２が舵取軸２の回りを止める回り止め手段を構成している。
【００３５】
実施の形態３にあっては、前記動力変換機構５によって舵取軸２を軸長方向へ移動させるとき該舵取軸２に加わる回転トルクによって舵取軸２が回転することを一対の回り止め体１２，１２及びピニオン１ａによって良好に防止できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した如く第１発明によれば、舵取軸の螺旋溝に対応する螺旋溝及び該螺旋溝部分の熱処理工程を省くことができるため、ボールねじ機構を用いるものに比較してコストを低減できる。また、ボールねじ機構を用いるものの如くロータへの嵌合部及び該嵌合部の周りを保持する軸受が必要でなく、ボールねじ機構を用いるものに比較して操舵補助部分の全長、ひいては舵取軸の全長を短くできるとともに、ロータの一端及び他端間の偏心量を少なくできる。
しかも、一対の軸受の一方は、外環部材が保持される前記一端部の軸長方向領域内の外周部をハウジング内に支持しているため、ロータの回転力を内環部材の突起から舵取軸に伝達するとき、ロータの撓みを良好に防止でき、前記突起及び螺旋溝の係合量を安定させることができる。また、内環部材及び外環部材の組込みを簡易にできる。
【００３９】
第２発明によれば、回転トルクによる舵取軸の回りを回り止め手段によって良好に止めることができ、舵取軸に係合する係合部分の強度を特別に高める必要がなく、汎用品の係合部分を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動式舵取装置の実施の形態１の縦断正面図である。
【図２】本発明に係る動力舵取装置のモータ及び動力変換機構部分の拡大縦断正面図である。
【図３】本発明に係る電動式舵取装置の動力変換機構部分の拡大縦断側面図である。
【図４】本発明に係る電動式舵取装置のラックピニオン機構部分の断面図である。
【図５】ラックピニオン機構部分の実施の形態２を示す断面図である。
【図６】従来例の電動式舵取装置の縦断正面図である。
【図７】従来例の電動式舵取装置のモータ及び動力変換機構部分の拡大縦断正面図である。
【符号の説明】
２舵取軸
２１螺旋溝
２３平坦面
３ハウジング
４モータ
４２ロータ
４４嵌合溝
４５挿入孔
５動力変換機構
５１突起
５２内環部材
５３転動体
５４外環部材
６軸受
７軸受
１１回り止め体

Claims

螺旋溝が設けられている舵取軸を支持するハウジングと、前記舵取軸の周りに配置される円筒状のロータを有する操舵補助用のモータと、該モータの回転力を前記舵取軸の軸長方向への移動力に変換する動力変換機構とを備えた電動式舵取装置において、前記動力変換機構は、内面に前記螺旋溝と係合する突起を有する内環部材及び該内環部材を複数の転動体を介して回転可能に保持する外環部材を備え、前記ハウジング内に一対の軸受を介して前記ロータの両端部が支持されており、該ロータの一端部内周面は前記外環部材が嵌合保持され、且つ該外環部材の軸長方向への移動を阻止する嵌合溝を備え、該嵌合溝の一側位置から外周面にかけて貫通する挿入孔を前記ロータに設けてあり、該ロータの一端部を支持する一方の前記軸受は、前記外環部材が保持される軸長方向領域内の外周部を前記ハウジング内に支持していることを特徴とする電動式舵取装置。
前記ハウジングに、前記舵取軸の回りを止める回り止め手段を設けてある請求項１記載の電動式舵取装置。