JP4776345B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動モーターの駆動力でアシスト力を発生する電動パワーステアリング装置に関する。

この種の装置として特許文献１に記載したものが従来から知られている。この従来の装置は、入力軸と出力軸との相対回転量に応じたハンドルからの入力トルクを検出するとともに、この検出した入力トルクに応じて、電動モーターを駆動する。そして、この電動モーターにはボールナットを連係しているが、このボールナットにはボール循環溝を形成するとともに、このボール循環溝に組み込んだスチール製のボール部材を、操舵シャフトに形成したねじ部にかみ合わせている。
従って、電動モーターを駆動してボールナットが回転すると、その回転力によって操舵シャフトが軸方向に移動する。
特開２００３−３１２４９６号公報

上記のようにした従来の装置では、電動モーターに連係したボールナットを回転させて操舵シャフトを軸方向へ移動させる場合に、上記ボールナットのねじ溝と操舵シャフトに形成したねじ部との間を、ボール部材が循環する。このように、ボール部材が循環する循環経路は、ボール部材がスムーズに循環できるように、ボールに対して小さな隙間が保持される寸法で形成され、組み付けられている。
しかし、電動モーターの駆動によってボールナットが回転する際に、その回転軸が、僅かにふらつくことがある。また、路面状況によって車輪を介して操舵シャフトに外力が入力され、操舵シャフトが振動することもある。
上記のような原因によりボールナットががたつくと、上記ボール部材が、循環経路中で、ボールナットやシャフトに衝突して騒音を発生させる。

また、ボールナットが、シャフトに対してがたつくと、ボール部材の循環経路の隙間が変動してしまうこともある。
隙間が変動するということは、ボール部材の循環経路の隙間が、部分的に大きくなったり、小さくなったりしてしまうということである。すなわち、隙間が大きくなってしまった部分では、ボール部材が振動して、その振動や騒音が、ハンドルに伝わってしまうこともある。また、隙間が小さくなってしまった部分では、ボール部材がスムーズに移動できなくなって、操舵シャフトの移動がスムーズにできなくなってしまうこともある。これによって、ドライバーに違和感を与えるといった問題もあった。

この発明の目的は、電動モーターで回転駆動されたボールナットによって、操舵シャフトを軸方向へ移動させる際に、ボール部材の振動や騒音の発生を抑えた電動パワーステアリング装置を提供することである。

この発明は、 ケーシングと、中空のモーターシャフトを備えた電動モーターと、上記モーターシャフトを貫通するとともに、軸方向に移動可能に設けられた操舵シャフトと、上記電動モーターの両側にあって上記モーターシャフトを回転自在に支持するベアリングと、一方のベアリングの外方に突出した上記操舵シャフトに設けられたラックと、このラックにかみ合うピニオンと、ハンドルと上記ピニオンとの間に設けられたトルクセンサーと、他方のベアリングの外方に突出した上記モーターシャフトの内周に設けられたボールナットと、上記トルクセンサーの出力信号に応じて上記電動モーターを駆動して上記モーターシャフトを回転させるコントローラと、上記ケーシングに設けられるとともに、上記モーターシャフトおよび上記ボールナットを介して上記操舵シャフトを、この操舵シャフトの軸に直交する方向に押圧するナット押圧手段と、上記操舵シャフトの上記ラックに対応する部分を上記ピニオンに押し付けるラック押圧手段とを設け、このラック押圧手段による上記ピニオンへの押圧力の方向と、上記ナット押圧手段による上記操舵シャフトへの押圧力の方向とを同一方向とすることを特徴とする。

この発明によれば、電動モーターによるボールナットの回転時に、ボール部材の振動や騒音の発生を抑えることができる。そのため、ドライバーに違和感を与えることがない。
この発明によれば、操舵シャフトに対して、ピニオン部分と、ボールナット部分との二箇所で、同一方向に押圧力を作用させることによって、操舵シャフトのねじれを防止することができる。その結果、ボールナット部分での、ボール部材の転動による振動や騒音をより効果的に抑えることができるようになる。

図１にこの発明の一実施形態を示す。
図示の実施形態は、ケーシング１内に、操舵シャフト２を軸方向に移動可能に設けるとともに、この操舵シャフト２の両端には、図示しないタイロッド等を介して車輪を連係している。上記のようにした操舵シャフト２には、ラック３を形成するとともに、このラック３とは別にねじ部４を形成している。そして、上記ラック３は操舵シャフト２の軸線に対して片方の面に形成し、上記ねじ部４は操舵シャフト２の外周上に形成している。

また、ハンドルＨには、入力軸５を連係するとともに、この入力軸５には、図示していないトーションバーを介して出力軸６を連結している。そして、この出力軸６にはピニオン７を設けるとともに、このピニオン７を操舵シャフト２に形成したラック３にかみ合わせている。

さらに、これら入力軸５および出力軸６との間には、両軸５，６の相対回転量を入力トルクとして電気的に検出するトルクセンサ８を設けている。そして、上記ハンドルＨを回すと、操舵シャフト２に作用している負荷に応じて、入力軸５と出力軸６とが相対回転するとともに、トルクセンサ８は、その相対回転量に応じて電気的なトルク信号を出力する。

一方、アシスト力を発揮する電動モーターｍは中空モーターであり、中空のモーターシャフト９備え、このモーターシャフト９内に、上記操舵シャフト２を貫通させている。また、モーター本体１０を上記ケーシング１に固定し、モーター本体１０とモーターシャフト９の外周とはベアリング１１，１２を介在して連結されている。

そして、モーター本体１０から突出させたモーターシャフト９の一端側内周には、大径部９ａを形成し、そこにボールナット１３を圧入して固定している。このように構成することによって、上記モーターシャフト９が、ケーシング１に対して軸方向への移動が規制され、これに固定されたボールナット１３も、ケーシング１に対する軸方向の移動が規制されることになる。
また、このボールナット１３は、ボール部材１４を介在させて、操舵シャフト２に形成した上記ねじ部４にはめ合わせている。従って、電動モーターｍが駆動すると、それにともなってボールナット１３が回転し、このボールナット１３の回転にともなって操舵シャフト２には、軸方向の推力が作用することになる。

そして、上記トルクセンサ８および電動モーターｍのそれぞれは、コントローラＣに接続している。このコントローラＣは、トルクセンサ８のほか、図示していない車速センサなどにも接続し、これらのセンサからの入力信号によって、車両の走行状態に応じて電動モーターｍを制御するようにしている。
ただし、上記コントローラＣは、上記トルク信号が大きければ大きいほど、電動モーターｍの駆動力を大きくする制御をするようにしている。

また、ケーシング１における上記モーターシャフト９の大径部９ａの外周に対応する部分には、操舵シャフト２の軸線に直交する方向にパッド穴１５を形成し、そこにプレッシャパッド１６を挿入する。このプレッシャパッド１６を、モーターシャフト９の大径部９ａの外周に接触させるとともに、モーターシャフト９へ押し付ける方向に弾性力を作用させるスプリング１７を設けている。そして、このパッド穴１５の開口を、アジャスタプラグ１８をねじ止めして塞ぐようにしている。なお、上記スプリング１７による押圧力は、アジャスタプラグ１８の締め込み量によって調整することができる。また、アジャスタプラグ１８の外周には、ロックナット１９をかみ合わせて、アジャスタプラグ１８の位置を固定するようにしている。

以上のようにして、スプリング１７の弾性力によってプレッシャパッド１６をモーターシャフト９へ押し付け、このモーターシャフト９に固定されたボールナット１３を、ボール部材１４に押し付けるようにしている。
なお、この実施形態では、上記パッド穴１５、プレッシャパッド１６、スプリング１７およびアジャスタプラグ１８が、この発明のナット押圧手段を構成し、その押圧力は、矢印Ｆａで示す、操舵シャフト２の軸に直交する方向である。

一方、操舵シャフト２のラック３を形成した面と反対側で、上記ピニオン７と対向するケーシング１部分には、上記ナット押圧手段と同様にして、ピニオン７にラック３を押し付けるラック押圧手段を設けている。すなわち、ケーシング１において、上記ピニオン７に対応する位置に、操舵シャフト２の軸線と直行する方向にパッド穴２０を形成し、その中にプレッシャパッド２１と、これをピニオン７方向、すなわち、矢印Ｆｂ方向へ押圧するスプリング２２とを挿入し、上記パッド穴２０の開口をアジャスタプラグ２３で塞ぎ、さらに、ロックナット２４で止めている。このように、ラック押圧手段を構成することによって、操舵シャフト２のラック３とピニオン７とを十分にかみ合わせるようにしている。
また、ピニオン７に向う押圧力Ｆｂの方向と、上記ボールナット１３を押圧する押圧力Ｆａの方向とが同一方向になるように、両押圧手段の位置を構成している。
つまり、上記操舵シャフト２には、２つの押圧手段による同一方向の押圧力が作用している。

このような電動パワーステアリング装置において、ハンドルＨを操作すると、操作力は入力軸５に作用するとともに、その回転力が、図示していないトーションバーを介して出力軸６に伝達される。このとき、操舵シャフト２に作用している負荷に応じて、出力軸６と入力軸５とがトーションバーを介して相対回転するが、その相対回転量を、トルクセンサ８が電気的に検出し、それを電気信号としてコントローラＣに伝達する。

コントローラＣは、トルクセンサ８からのトルク信号など、車両の走行状態に応じて電動モーターｍの駆動を制御し、その電動モーターｍを駆動させる。このように電動モーターｍが駆動すれば、それにともなって、ボールナット１３が回転するので、操舵シャフト２には、その軸方向に推力が作用する。このように電動モーターｍによって作用する上記推力が、ステアリングのアシスト力となる。

上記のようにした実施形態の装置において、先に説明したように、スプリング１７によって一定の押圧力でボールナット１３をボール部材１４へ押し付けるようにしているため、ボールナット１３とねじ部４との相対関係が変動することを防止できる。その結果、ボール部材１４の循環経路のボール部材に対する隙間が部分的に変動することを防止することができる。
従って、ボールナット１３の回転時に、ボール部材１４が、スムーズに移動するようになる。また、ボール部材１４による振動や騒音の発生を低減することができる。

なお、ここでは、ボールナット１３を中空の電動モーターｍに連結するために、中空のモーターシャフト９内にボールナット１３の全体を圧入して固定するようにしている。そこで、このボールナット１３を操舵シャフト２に対して押し付けるために、上記プレッシャパッド１６は、モーターシャフト９を介してボールナット１３を押圧している。しかし、ボールナット１３の軸方向端部をモーターシャフト９と連係するようにすれば、モーターシャフト９から突出した部分の外周を、直接、プレッシャパッド１６で押圧することもできる。
また、中空でない電動モーターを用いた場合でも、そのモーターシャフトと連係する部分を、ボールナット１３外周の一部分とすれば、それ以外の部分をプレッシャパッドで押圧することができる。

なお、上記プレッシャパッド１６が接触する面が、モーターシャフト９の外周、およびボールナット１３のいずれであっても、その接触面は、電動モーターｍの回転にともなって回転する面である。そこで、上記プレッシャパッド１６が接触する面は、軸に直交する断面外周が円でなければならない。
また、プレッシャパッド１６の摺動面は、摩擦係数が低く、耐磨耗性の高い材質で形成することが好ましい。

さらに、操舵シャフト２には、上記ナット押圧手段とは別に、ラック押圧手段を設けて、ラック３を、ピニオン７へ押し付けるようにしているので、ラック３とピニオン７とのかみあいが、確実なものとなる。しかも、ラック押圧手段を構成するプレッシャパッド２１の押圧力Ｆｂが、ボールナット１３を押圧する押圧力Ｆａと同一方向なので、操舵シャフト２がねじれないように、支持する効果がある。これにより、上記ボールナット１３が、ねじ部４に対して押圧される押圧力がより安定したものとなり、ボール部材１４の移動の際に発生する振動や騒音をより確実に抑えることができるようになる。

なお、上記ラック押圧手段側のプレッシャパッド２１は、操舵シャフト２の軸方向の移動時に、その接触面が摺動面となるので、上記プレッシャパッド１６と同様に、摩擦係数が低く、耐磨耗性の高い材質が好ましい。

この発明の実施形態の部分断面図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ 操舵シャフト
３ ラック
４ ねじ部
５ 入力軸
６ 出力軸
７ ピニオン
８ トルクセンサ
ｍ 電動モーター
９ モーターシャフト
１３ ボールナット
１４ ボール部材
１５ パッド穴
１６ プレッシャパッド
１７ スプリング
１８ アジャスタプラグ
１９ ロックナット
２０ パッド穴
２１ プレッシャパッド
２２ スプリング
２３ アジャスタプラグ
２４ ロックナット
Ｈ ハンドル
Ｃ コントローラ

Claims (1)

1. ケーシングと、中空のモーターシャフトを備えた電動モーターと、上記モーターシャフトを貫通するとともに、軸方向に移動可能に設けられた操舵シャフトと、上記電動モーターの両側にあって上記モーターシャフトを回転自在に支持するベアリングと、一方のベアリングの外方に突出した上記操舵シャフトに設けられたラックと、このラックにかみ合うピニオンと、ハンドルと上記ピニオンとの間に設けられたトルクセンサーと、他方のベアリングの外方に突出した上記モーターシャフトの内周に設けられたボールナットと、上記トルクセンサーの出力信号に応じて上記電動モーターを駆動して上記モーターシャフトを回転させるコントローラと、上記ケーシングに設けられるとともに、上記モーターシャフトおよび上記ボールナットを介して上記操舵シャフトを、この操舵シャフトの軸に直交する方向に押圧するナット押圧手段と、上記操舵シャフトの上記ラックに対応する部分を上記ピニオンに押し付けるラック押圧手段とを設け、このラック押圧手段による上記ピニオンへの押圧力の方向と、上記ナット押圧手段による上記操舵シャフトへの押圧力の方向とを同一方向とする電動パワーステアリング装置。
   

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