JP4678483B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ機構を備えた電動式パワーステアリング装置に関する。

操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、かかる電動モータの回転力をラック軸に伝達することにより伝えて操舵を補助する電動式パワーステアリング装置が知られている。ここで、電動モータの回転力をラック軸の推力に変換するため、ボールねじ機構を用いる場合がある（特許文献１参照）。

ところで、特許文献１に記載の電動式パワーステアリング装置においては、ボールねじ機構のナットの外周に歯車が一体的に形成されており、かかる歯車を介して電動モータの動力がナットに伝達されるようになっている。しかるに、ナットの高回転化を図るには、その慣性を抑えることが望まれる。又、電動式パワーステアリング装置の外形を小さく抑えることが望まれており、そのためには、ナットの外径をより小さくすることが好ましい。

これに対し、特許文献２に記載の電動式パワーステアリング装置においては、ボールねじ機構のナットの両端に、ボールの循環用としてエンドキャップを取り付けている。

特公平６−５０４号公報 特開２０００−２２５９５６号公報

かかる従来例のボールねじ機構の概略断面図を図９に示す。図に示すように、エンドキャップ式の場合、ナットＮの端面をエンドキャップＥＤで完全に覆ってしまうので、動力伝達のためにナットＮに対して軸線方向から動力伝達を行う場合、エンドキャップＥＤを介して動力伝達を行うと、動力伝達による応力によって内部循環路が歪み、適切なボール循環を行えなくなったり、エンドキャップＥＤが破損したりする恐れがある。しかしながら、エンドキャップＥＤに厚みを与えて剛性を高めると、ナットＮが大きく且つ重くなり、アシスト制御に悪影響を与える慣性力も増大するので好ましくない。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、コンパクト化を図りつつも、円滑な作動を確保できる電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、
電動モータと、
操舵機構に連結されたラック軸と、
前記電動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、を有し、
前記動力伝達機構は、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、を有し、
前記ナットは、軸線方向に延在する前記転動体の循環路を設けた本体と、前記本体の両端に設けられ前記転走路を転動してきた転動体を、前記転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ前記循環路へ戻すデフレクタとからなり、
前記デフレクタは、前記ナットに圧入される環状の固定部材を用いて前記ナットに固定されており、前記固定部材は、前記電動モータから伝達される動力を受ける外部の部材の雄セレーション部に係合する雌セレーション部を有しており、係合した前記雄セレーション部と前記雌セレーション部とを介して動力伝達が行われることを特徴とすることを特徴とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置によれば、前記ナットが、前記本体の両端に設けられ前記転走路を転動してきた転動体を、前記転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ前記循環路へ戻すデフレクタを設けているので、前記転動体の転動方向を変化させることなくすくい上げることができるため、円滑な転動を確保でき、作動音や振動などを低く抑えることができる。特に、前記デフレクタを設けることにより、従来のコマやチューブなどを前記ナットの外周面に設ける必要がなくなり、従って前記ナットの外径を小さく抑えることができる。又、エンドキャップ式に比べ、ナットの軸線方向長を短く抑えることができる。

前記ナットは、前記電動モータから伝達される動力を受ける受け部を前記転走路の半径方向外方に設けていると好ましい。

前記受け部は、前記ナットの外周面に形成されたギヤ部であり、前記電動モータからの動力は、それに噛合する他のギヤを介して伝達されると好ましいが、ギヤ部に係合する歯付きベルトやチェーンを介して伝達されてもよい。

前記デフレクタは、前記ナットに圧入される環状の固定部材を用いて前記ナットに固定されており、前記固定部材は、外部の部材の雄セレーション部に係合する雌セレーション部を有しており、係合した前記雄セレーション部と前記雌セレーション部とを介して動力伝達が行われると、前記ナットの外径を増大させることなく動力伝達を行えるので好ましい。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置の要部断面図である。図２は、図１のナットをII-II線で切断して矢印方向に見た図であるが、ねじ軸とボールは省略している。図１において、電動式パワーステアリング装置１１は、不図示の車体に固定されたハウジング２１を有する。ハウジング２１を水平に貫通するようにして、ラック軸２３が軸線方向移動自在に支持されている。図示していないが、ステアリングホイールに連結された入力軸の下方端にはピニオンが形成され、ラック軸２３のラック歯に噛合しており、入力軸の回転によりラック軸２３は図で左右に移動するようになっている。ラック軸２３の両端は、操舵機構のタイロッド（不図示）に連結されている。

ラック軸２３と軸線が平行になるようにして、電動モータ３５がハウジング２１に取り付けられている。電動モータ３５の出力軸３５ａは、駆動軸３７にセレーション結合で軸線方向相対変位可能且つ回転方向一体的に固定されている。駆動軸３７は、軸受２０，２２によりハウジング２１に対して回転自在に支持されており、軸受２０，２２に挟まれた部分に駆動ギヤ部３７ａを有している。

駆動軸３７とラック軸２３との間に、中間軸３８が配置されている。中間軸３８は、軸受２４，２５によりハウジング２１に対して回転自在に支持されており、軸受２４，２５に挟まれた部分に、駆動ギヤ部３７ａに噛合する中間ギヤ部３８ａを有している。

ラック軸２３の周囲に、ナット４５が配置され、玉軸受２６及び複列アンギュラ玉軸受２７によりハウジング２１に対して回転自在に支持されている。複列アンギュラ玉軸受２７の内輪は、ナット４５の内周に螺合する内輪抑え５１により予圧を与えられつつ固定され、複列アンギュラ玉軸受２７の外輪は、ハウジング２１の内周に螺合する外輪抑え５２により固定されている。従って、ナット４５は軸線方向にガタが抑えられた状態で取り付けられている。

ナット４５は、中央の中空円筒状の本体４５ａと、両端のデフレクタ４５ｂ（片側のみ図示）とからなる。本体４５ａは、図２に示すように、軸線方向に貫通する循環路４５ｃを形成している。

図４は、図１の構成の矢印IVで示す部位を拡大して示す図であり、図５は、図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。本体４５ａにねじ止めされた固定板４５ｈにより取り付けられた各デフレクタ４５ｂ（図４，５では一方のみ図示）は、転送してきたボール６５を、図４に示すように、ねじ軸のリード角（θ）方向へすくい上げ、且つ図５に示すように、転走路（ねじ溝）の接線方向へすくい上げることで循環路４５ｃに戻すすくい上げ片４５ｄを形成している。

図１において、本体４５の図で左端には、固定板４５ｇがねじ止めされている。更に、本体４５ａの軸受２６，２７に挟まれた部分に、中間ギヤ部３８ａに噛合する従動ギヤ部（受け部）４５ｅが設けられている。駆動ギヤ部３７ａ、中間ギヤ部３８ａ、従動ギヤ部４５ｅにより歯車対を構成する。

ねじ軸と一体（別部品を連結してもよい）であるラック軸２３の外周面の一部には、雄ねじ溝２３ｂが形成されている。雄ねじ溝２３ｂの周囲にはナット４５が配置されており、雄ねじ溝２３ｂに対向する本体４５ａの内周面に、雌ねじ溝４５ｆを形成している。雄ねじ溝２３ｂと雌ねじ溝４５ｆとで形成する螺旋状の空間（転走路）内には、多数のボール６５が転動自在に配置されている。ねじ軸２３と，ナット４５と，ボール６５とでボールねじ機構（動力伝達機構）を構成する。

本実施の形態の動作について説明する。図示していないが、運転者がステアリングホイールを回転させると、その回転力が入力軸へと伝達される。入力軸が回転すると、それにピニオン噛合したラック歯が押され、ラック軸２３が軸線方向に移動し、タイロッドを介して不図示の操舵機構を駆動することで、車輪の操舵が行われるようになっている。

このとき図示しないトルクセンサが操舵トルクを検出し、その量に応じて、不図示のＣＰＵが電動モータ３５に対して電力を供給するので、出力軸と共に駆動ギヤ部３７ａが回転し、それに中間ギヤ部３８ａを介して噛合したギヤ部４５ｅが、所定の減速比で回転させられる。それによりナット４５も回転し、かかる回転運動はボール６５を介してラック軸２３の軸線運動に変換される。転走路の一端まで転動したボール６５は、デフレクタ４５ｂによりすくい上げられ、循環路４５ｃを介して他端へと戻されるようになっている。ラック軸２３の軸線方向力を用いて、補助操舵力を出力できるようになっている。

本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１においては、ナット４５が、転走路（２３ｂ、４５ｆ）からボール６５を転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げるので、ボール６５の転動方向を変化させることなく循環路４５ｃへとすくい上げることができるため、円滑な転動を確保でき、作動音や振動などを低く抑えることができる。更に、デフレクタ４５ｂを本体４５ａの両端に設けているので、本体４５ａの外周面にコマやチューブを設ける必要がなく、電動モータ３５から伝達される動力を受ける受け部すなわち従動ギヤ部４５ｅを転走路の半径方向外方の外周面中央に設けることができ、従って電動モータ３５より動力が従動ギヤ部４５ｅに伝達されたときに、ナット４５のこじれを抑制して円滑な作動を可能とすることができる。又、電動モータ３５から伝達される動力を受ける従動ギヤ部４５ｅを転走路の半径方向外方の外周面に設けることで、ナット４５の軸線方向長を抑えることもできる。

図３は、第２の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１１の要部断面図である。本実施の形態においては、図１、２に示す実施の形態に対して異なる点のみを説明し、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。

本実施の形態においては、中間軸を省略する代わりに、駆動軸３７のギヤ部３７ａと、本体４５の従動ギヤ部４５ｅに係合する歯付きベルト５５を設けている。従って、電動モータ３５の出力軸３５ａと共に、駆動ギヤ部３７ａが回転すれば、歯付きベルト５５を介して、従動ギヤ部４５ｅが所定の減速比で回転させられる。それによりナット４５も回転するので、電動モータ３５の動力をねじ軸２３に伝達することができる。尚、歯付きベルトの替わりにチェーンを用いても良い。

図６は、第３の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置２１１の要部断面図である。図７は、ナットと従動ギヤの分解図であり、図８は、ナットからデフレクタを取り外した状態で軸線方向に見た図である。

図６において、電動式パワーステアリング装置２１１は、不図示の車体に固定されたハウジング１２１を有する。ハウジング１２１は、図６では３分割され、部材１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃからボルト止めにより一体化されている。ハウジング１２１を水平に貫通するようにして、ラック軸１２３が軸線方向移動自在に支持されている。図示していないが、ステアリングホイールに連結された入力軸の下方端にはピニオンが形成され、ラック軸１２３のラック歯に噛合しており、入力軸の回転によりラック軸１２３は図で左右に移動するようになっている。ラック軸１２３の両端は、操舵機構のタイロッド（不図示）に連結されている。

ラック軸１２３と軸線が平行になるようにして、電動モータ（不図示）がハウジング１２１に取り付けられている。電動モータの動力は、図６で一部のみ示す中間軸１３８に伝達される。中間軸１３８は、軸受１２４，１２５によりハウジング１２１に対して回転自在に支持されており、軸受１２４，１２５に挟まれた部分に、中間ギヤ部１３８ａを有している。

ラック軸１２３の周囲に、ナット１４５が配置され、複列アンギュラ玉軸受１２７によりハウジング１２１に対して回転自在に支持されている。これを、より具体的に説明する。ハウジング１２１の部材１２１Ａにおける内孔１２１ａに嵌合するようにして、薄肉円筒状のスリーブ１３９が配置されている。又、内孔１２１ａの底面（図６で左側）から順に、リング状部材１３０、第１緩衝部材１３１，複列アンギュラ玉軸受１２７の外輪１２７ａ、第２緩衝部材１３２が配置され、部材１２１Ａに螺合されるロック部材１３３により固定されている。第１緩衝部材１３１は、リング状部材１３０に当接する弾性体１３１ａを有している。又、第２緩衝部材１３２は、ロック部材１３３に当接する弾性体１３２ａを有している。弾性体１３１ａ、１３２ａが弾性変形することによって、複列アンギュラ玉軸受１２７は、制限される範囲内でナット１４５とともに軸線方向に移動可能となっている。外輪１２７ａは、スリーブ１３９の内周面に嵌合している。

複列アンギュラ玉軸受１２７の２分割され軸線方向に並べられた内輪１２７ｂ、１２７ｂは、ナット１４５の外周面に嵌合しており、図でその右端は、ナット１４５の右端近傍に形成された外周段部１４５ｈに当接している。また、内輪１２７ｂ、１２７ｂの図で左端は、ねじ部材１３４の右端に当接して、それより予圧を付与されている。ねじ部材１３４は、ナット１４５の外周面に形成されたねじ部１４５ｋに螺合している。ねじ部材１３４のねじ込み量により予圧を調整できる。

図７において、ナット１４５は、中空円筒状の本体１４５ａと、その両端に設けられたデフレクタ１４５ｂとからなる。本体１４５ａは、軸線方向に貫通する循環路１４５ｃ（図６参照）を形成しており、また各デフレクタ１４５ｂは、転送してきたボール１６５を、転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ循環路１４５ｃに戻すすくい上げ片１４５ｄを形成している。デフレクタ１４５ｂは、図４，５に示すデフレクタ４５ｂと同様の形状を有する。

図７で、ナット１４５の本体１４５ａの左端には、デフレクタ１４５ｂが配置され、ねじ１３６により本体１４５ａにねじ止めされたドーナツ円盤状の抑え板１３５によって固定されている。一方、ナット１４５の本体１４５ａの右端には、デフレクタ１４５ｂが配置され、ナット１４５の右端内周に形成された大径部１４５ｊに圧入嵌合した環状部材１４７により固定されている。環状部材１４７の内周には雌セレーション部１４７ａが形成されている。

図６において、従動部材（外部の部材）である中空の従動ギヤ１３７は、ハウジング１２１に対して、両端を軸受１２６，１２９により回転自在に支持されており、中間ギヤ部１３８ａに噛合する従動ギヤ部１３７ａを有していると共に、左端外周に雄セレーション部１３７ｂを形成している。中間ギヤ部１３８ａ、従動ギヤ部１３７ａにより歯車対を構成する。なお、ナット１４５等の組付けは、ハウジング１２１の部材１２１Ａ、１２１Ｂを取り外した状態で、図の右方から行うことができる。

従動ギヤ１３７の雄セレーション部１３７ｂと、環状部材１４７の雌セレーション部１４７ａとを係合させることによって、従動ギヤ１３７と固定部材１４７とは軸線方向に相対移動可能だが、回転方向に相対回転不能に連結される。従動ギヤ１３７と固定部材１４７とを軸線方向に相対移動可能としているのは、弾性体１３１ａ、１３２ａの緩衝効果を発揮させるためである。従動ギヤ１３７の雄セレーション部１３７ｂと、環状部材１４７の雌セレーション部１４７ａとの間に大荷重が伝達された場合でも、デフレクタ１４５ｂに直接応力が負荷されないので、その変形が抑制され、ボール１６５の転動不良は招くことがない。

このように、本実施の形態によれば、ナット１４５に雌セレーション部を形成することなく、雌セレーション部１４７ａを形成した環状部材１４７を圧入嵌合することによって、ナット１４５の製造を容易にする利点、及びナット１４５の外径と雌セレーション部１４７ａの内径とをが無関係となり、仕様に合わせてセレーションの外径や歯数などを変更した環状部材に任意に交換できるなどの点がある。

図６において、ねじ軸と一体（別部品として連結してもよい）であるラック軸１２３の外周面の一部には、雄ねじ溝１２３ｂが形成されている。雄ねじ溝１２３ｂの周囲にはナット１４５が配置されており、雄ねじ溝１２３ｂに対向する本体１４５ａの内周面に、雌ねじ溝１４５ｆを形成している。雄ねじ溝１２３ｂと雌ねじ溝１４５ｆとで形成する螺旋状の空間（転走路）内には、多数のボール（転動体）１６５が転動自在に配置されている。ねじ軸１２３と，ナット１４５と，ボール１６５とでボールねじ機構（動力伝達機構）を構成する。

本実施の形態の動作について説明する。図示していないが、運転者がステアリングホイールを回転させると、その回転力が入力軸へと伝達される。入力軸が回転すると、それにピニオン噛合したラック歯が押され、ラック軸１２３が軸線方向に移動し、タイロッドを介して不図示の操舵機構を駆動することで、車輪の操舵が行われるようになっている。

このとき図示しないトルクセンサが操舵トルクを検出し、その量に応じて、不図示のＣＰＵが電動モータに対して電力を供給するので、中間ギヤ部１３８ａを介して噛合した従動ギヤ部１３７ａが、所定の減速比で回転させられる。従って、従動ギヤ１３７から固定部材１４７を介してナット１４５に回転動力の伝達が行われ、かかるナット１４５の回転運動はボール１６５を介してラック軸１２３の軸線運動に変換される。転走路の一端まで転動したボール１６５は、デフレクタ１４５ｂによりすくい上げられ、循環路１４５ｃを介して他端へと戻されるようになっている。ラック軸１２３の軸線方向力を用いて、補助操舵力を出力できるようになっている。

図１０は、第４の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置３１１の要部断面図である。本実施の形態においては、図６に示す実施の形態に対して異なる点のみを説明し、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。

本実施の形態においては、中間軸を省略する代わりに、従動軸１３７のギヤ部１３７ａに動力を伝達する歯付きベルト１５５を設けている。従って、不図示の電動モータからの動力は、歯付きベルト１５５を介して従動軸１３７に伝達され、これに連結されたナット１４５も回転するので、電動モータの動力をねじ軸１２３に伝達することができる。尚、歯付きベルトの替わりにチェーンを用いても良い。

以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。本発明は、ステアリングホイールとラック軸とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）式操舵機構や、４輪操舵（４ＷＳ）車に用いる後輪操舵機構などにも適用可能である。

第１の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１の要部断面図である。 図１のナットをII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 第２の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１１の要部断面図である。 図１の構成の矢印IVで示す部位を拡大して示す図である。 図５は、図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。 第３の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置２１１の要部断面図である。 図７は、ナットと従動ギヤの分解図である。 図８は、ナットからデフレクタを取り外した状態で軸線方向に見た図である。 エンドキャップ式ボールねじ機構の概略断面図である。 第４の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置３１１の要部断面図である。

符号の説明

１１、１１１、２１１、３１１ 電動式パワーステアリング装置
２３、１２３ ねじ軸
４５、１４５ ナット
５５ 歯付きベルト
６５、１６５ ボール

Claims (3)

1. 電動モータと、
   操舵機構に連結されたラック軸と、
   前記電動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、を有し、
   前記動力伝達機構は、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、を有し、
   前記ナットは、軸線方向に延在する前記転動体の循環路を設けた本体と、前記本体の両端に設けられ前記転走路を転動してきた転動体を、前記転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ前記循環路へ戻すデフレクタとからなり、
   前記デフレクタは、前記ナットに圧入される環状の固定部材を用いて前記ナットに固定されており、前記固定部材は、前記電動モータから伝達される動力を受ける外部の部材の雄セレーション部に係合する雌セレーション部を有しており、係合した前記雄セレーション部と前記雌セレーション部とを介して動力伝達が行われることを特徴とすることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記外部の部材のギヤ部は別のギヤに噛合していることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記外部の部材のギヤ部は歯付きベルトに係合していることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。

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