JP5217825B2

JP5217825B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5217825B2
Application number: JP2008238148A
Authority: JP
Inventors: 進穂永
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-09-17
Also published as: JP2010069995A

Description

本発明は、電動モータによって駆動される駆動歯車および被動歯車を有する歯車減速機構ならびに該歯車減速機構を介して作動されるボールねじ機構を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置には、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されているように、ラック軸に形成したボールねじ軸にボールを介して螺合する回転可能なボールナットと平行に電動モータを配置し、電動モータのモータシャフトに駆動歯車を連結するとともに、ボールナットに被動歯車を取付け、これら駆動歯車と被動歯車とを中間歯車を介して噛合させた歯車減速機構を備えたモータ平行タイプの電動パワーステアリング装置がある。

この種の電動パワーステアリング装置においては、ハウジング内にボールナットおよび被動歯車を軸受によって回転可能に支持する必要があるが、特許文献１（図１）および特許文献２に記載されたものにおいては、ハウジング内にボールナットおよび被動歯車をボールねじ軸の軸方向に並設されているため、歯車減速機構およびボールねじ機構が軸方向に長くなっている。
特開２００５−２８０５５５号公報特開２００８−１０５６４９号公報

ところで、歯車減速機構およびボールねじ機構の軸方向寸法を短くするために、ハウジング内に被動歯車およびボールナットを径方向に重合して配置しようとすると、被動歯車を軸受の内輪に固定するために、例えば、被動歯車の軸部の外周に軸受の内輪に当接する段部を設け、被動歯車の軸部の端部外周に形成したねじ部に螺合する締付ナットを締付けることにより、軸受の内輪に被動歯車を軸方向に固定する必要がある。同様に、被動歯車の内周にボールナットを固定するために、例えば、被動歯車の軸部の内周にボールナットに設けたフランジ部等に当接する段部を設け、被動歯車の軸部の端部内周に形成したねじ部に螺合する締付ナットを締付けることにより、被動歯車にボールナットを軸方向に固定する必要がある。

このように、被動歯車およびボールナットを径方向に重合配置するためには、被動歯車の軸部の外周および内周にそれぞれ段部とねじ部を設ける必要があるため、必然的に被動歯車の軸部の肉厚を大きくせざるを得ず、このために、被動歯車の軸部の外径およびこれを支持する軸受の外径が大きくなり、車両への搭載性に制約を受ける問題があった。

本発明は、上記した従来の問題を解消するためになされたもので、被動歯車の軸部の外径およびこれを支持する軸受の外径を小さくして、車両搭載性を向上させた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、電動モータによって駆動される駆動歯車および被動歯車を有する歯車減速機構ならびに該歯車減速機構を介して作動されるボールねじ機構を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、前記ボールねじ機構のボールナットの外周に前記被動歯車を嵌合し、前記被動歯車を軸受によりハウジングに回転可能に支持し、前記被動歯車を前記軸受に対し軸方向に固定する被動歯車ロックナットと、前記ボールナットを前記被動歯車に対し軸方向に固定するボールナットロックナットとを備え、前記ボールナットロックナットを前記被動歯車ロックナットにねじ係合したことである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記被動歯車ロックナットの内周に、前記被動歯車の軸部の外周に形成されたねじ部にねじ係合するねじ部を備え、前記被動歯車ロックナットのねじ部に、前記ボールナットロックナットの外周に形成したねじ部をねじ係合し、前記ボールナットロックナットと前記被動歯車の軸部の端部との間に、前記ボールナットに設けたフランジ部を配置し、該フランジ部を前記ボールナットロックナットと前記軸部の端部との間で挟持して固定することである。

請求項１に係る発明によれば、ボールねじ機構のボールナットの外周に被動歯車を嵌合し、被動歯車を軸受によりハウジングに回転可能に支持し、被動歯車を軸受に対し軸方向に固定する被動歯車ロックナットと、ボールナットを被動歯車に対し軸方向に固定するボールナットロックナットとを備え、ボールナットロックナットを被動歯車ロックナットにねじ係合したので、ボールナットと被動歯車とを径方向に重合してハウジング内に回転支持する場合においても、被動歯車に被動歯車ロックナットをねじ係合するねじ部を形成するだけで、被動歯車を軸受に対し軸方向に固定できるとともに、ボールナットを被動歯車に対し軸方向に固定することができる。これにより、被動歯車の外周および内周にねじ部を設ける必要がなくなり、被動歯車の肉厚を小さくできるので、被動歯車の外径およびこれを支持する軸受の外径を小さくすることができ、電動パワーステアリング装置の小型化かつ軽量化を可能にできる。

請求項２に係る発明によれば、被動歯車ロックナットの内周に、被動歯車の軸部の外周に形成されたねじ部にねじ係合するねじ部を備え、被動歯車ロックナットのねじ部に、ボールナットロックナットの外周に形成したねじ部をねじ係合し、ボールナットロックナットと被動歯車の軸部の端部との間に、ボールナットに設けたフランジ部を配置し、フランジ部をボールナットロックナットと軸部の端部との間で挟持して固定する構成であるので、被動歯車の軸部に形成したねじ部にねじ係合する被動歯車ロックナットのねじ部を用いて、ボールナットのフランジ部をボールナットロックナットによって軸方向に固定することができる。

以下本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１０の模式図を示し、図２は電動パワーステアリング装置１０に内蔵された歯車減速機構１１部分の断面図を示す。

図１において、電動パワーステアリング装置１０は、転舵輪１２を転舵するためにステアリングホイール１３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト１４と、ステアリングシャフト１４からの操舵トルクにより転舵輪１２を転舵する、例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構１５と、ステアリングシャフト１４と操舵機構１５とを連結する軸継手としての中間軸１６とを備えている。

操舵機構１５は、入力軸としてのピニオン軸１７と、自動車の横方向（直進方向と直交する方向）に延びる転舵軸としてのラック軸１８と、ピニオン軸１７およびラック軸１８を支持するハウジング２０とを有している。ピニオン軸１７は、ハウジング２０に回動可能に支持され、ラック軸１８は、ハウジング２０に直線往復移動可能に支持されている。ピニオン軸１７のピニオン歯１７ａは、ラック軸１８のラック歯１８ａに噛合されている。ラック軸１８の両端部は、タイロッドおよびナックルアームを介して転舵輪１２に連結されている。

これにより、ステアリングホイール１３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト１４等を介して操舵機構１５に伝達され、ピニオン軸１７が回転される。ピニオン軸１７の回転は、ピニオン歯１７ａおよびラック歯１８ａによって、ラック軸１８の直線移動に変換され、これによって転舵輪１２が転舵される。

ラック軸１８には、図２に示すように、ボールねじ軸２１が一体的に形成され、ボールねじ軸２１に多数のボール２２を介して螺合するボールナット２３が、ラック軸１８と同心的にハウジング２０内に回転可能に支持されている。かかるボールねじ軸２１、ボール２２およびボールナット２３によって、ボールナット２３の回転をボールねじ軸２１の軸方向運動に変換するボールねじ機構２４を構成している。

さらに、電動パワーステアリング装置１０には、操舵トルクを検出するトルクセンサ２５（図１参照）と、トルクセンサ２５の出力に基づいて制御され、操舵トルクをアシストする電動モータ２６と、電動モータ２６の回転を減速する歯車減速機構１１が設けられている。歯車減速機構１１は、電動モータ２６によって駆動される駆動歯車３１と、ボールナット２３に設けられた被動歯車３２と、これら駆動歯車３１および被動歯車３２に噛合し、駆動歯車３１の回転を被動歯車３２に伝達する中間歯車３３とによって構成されている。

ボールナット２３は、ハウジング２０に装着された軸受３５によって被動歯車３２を介してボールねじ軸２１と同一軸線上に支持されている。軸受３５は、複列のボールベアリングからなり、軸受３５の外輪３５ａはハウジング２０の内周に嵌合され、締付ナット３６によって軸方向に固定されている。ボールナット２３の外周には、中間歯車３３に噛合する被動歯車３２が一体的に嵌着されている。

被動歯車３２は、図３に示すように、軸方向の一端に中間歯車３３に噛合する歯部３７を備え、軸方向の他端に軸受３５の内輪３５ｂに嵌合する軸部３８を備えている。軸部３８の中央部の外周には、軸受３５の内輪３５ｂの一端に当接する段部３８ａが形成され、軸部３８の端部外周には、ねじ部３８ｂが形成されている。軸部３８のねじ部３８ｂには、軸受３５の内輪３５ｂの他端に当接する被動歯車ロックナット４０の内周に形成されたねじ部４０ａがねじ係合（螺合）されている。これにより、被動歯車ロックナット４０を締付けることにより、軸受３５の内輪３５ｂが軸部３８の段部３８ａと被動歯車ロックナット４０との間で挟持され、軸受３５の内輪３５ｂに被動歯車３２が一体的に固定される。ここで、被動歯車ロックナット４０は、被動歯車３２の軸部３８の端部より大きく突出（オーバハング）した軸方向長さを有している。

被動歯車３２の内周には、ボールナット２３が嵌合され、ボールナット２３の一端に、被動歯車３２の軸部３８の端部に当接するフランジ部２３ａが形成されている。被動歯車３２の軸部３８の外周にねじ係合された被動歯車ロックナット４０のねじ部４０ａには、ボールナット２３のフランジ部２３ａに当接するボールナットロックナット４１の外周に形成したねじ部４１ａがねじ係合されている。これにより、ボールナットロックナット４１を締付けることにより、ボールナット２３のフランジ部２３ａが被動歯車３２の軸部３８の端部とボールナットロックナット４１との間で挟持され、被動歯車３２にボールナット２３が一体的に固定される。

このように、被動歯車３２の軸部３２の外周にねじ係合する被動歯車ロックナット４０は、その内周にボールナット２３のフランジ部２３ａとボールナットロックナット４１とを収容するに十分な軸方向長さを有している。なお、図３中４２は、被動歯車３２の一端内周をハウジング２０に回転可能に支持する補助軸受である。

上記した構成により、ボールナット２３と被動歯車３２とを径方向に重合してハウジング２０内に回転支持する場合でも、被動歯車３２の軸部３８には、その外周に段部３８ａとねじ部３８ｂを設けるだけで、軸受３５の内輪３５ｂに被動歯車３２を固定できるとともに、被動歯車３２にボールナット２３を固定することができる。これにより、被動歯車３２の軸部３８の肉厚を小さくすることができ、被動歯車３２の外径およびこれを支持する軸受３５の外径を小さくできるようになる。

なお、ハウジング２０は、軸受３５を装着するハウジング部２０ａと、その両側に結合されたハウジング部２０ｂ、２０ｃに分割され、ハウジング部２０ａに予め軸受３５、被動歯車３２およびボールナット２３を組付けた状態で、ハウジング部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ相互を結合できるように構成されている。

ボールねじ軸２１とボールナット２３との間に介在された多数のボール２２は、ボールねじ軸２１とボールナット２３との間に形成されたボール転動軌道内を転動するようになっており、ボール転動軌道を転動したボール２２は、ボールナット２３に取付けられたリターンチューブ４３内を通ってボール転動軌道に戻されるようになっている。

リターンチューブ４３を取付けるために、ボールナット２３の外周の円周上一部には、図３に示すように、平坦状に切欠いた取付け座２３ｂが形成され、この取付け座２３ｂにリターンチューブ４３がリターンチューブホルダ４４によって保持されるようになっている。リターンチューブ４３はパイプを略Ｕ字状に曲げ加工して形成され、図３の２点鎖線で示すように、中央部に直線部４３ａと、両端部に直線部４３ａより直角に折り曲げられた両端脚部４３ｂ、４３ｃを有し、両端脚部４３ｂ、４３ｃは取付け座２３ｂに開口された図略のチューブ挿入孔に挿入され、ボール転動軌道の両端部に接続される。

ボールナット２３の取付け座２３ｂには、リターンチューブ４３の直線部４３ａを収容する断面半円状の収容溝２３ｃが形成され、リターンチューブ４３の直線部４３ａは収容溝２３ｃにほぼ半周が収容され、残りの半周が取付け座２３ｂ上より突出されている。リターンチューブホルダ４４は、薄板状のプレートからなり、リターンチューブホルダ４４の中央部に、リターンチューブ４３の直線部４３ａに係合するＶ字状係合部４４ａが形成されている。リターンチューブホルダ４４の両端部は、皿ビス４５によってボールナット２３の取付け座２３ｂに固定されている。皿ビス４５は、リターンチューブホルダ４４の板厚と略同一高さの頭部を持ち、皿ビス４５がリターンチューブホルダ４４の上面より突出しないようになっている。

これにより、ボールナット２３にリターンチューブ４３の両端脚部４３ｂ、４３ｃを挿入し、リターンチューブホルダ４４によってリターンチューブ４３をボールナット２３に固定することにより、ボールねじ軸２１とボールナット２３との間で形成されるボール転動軌道の一端側と他端側が、リターンチューブ４３により互いに接続されて無限軌道が構成される。このような構成により、ボールナット２３が回転されると、ボール２２を転動させながらボールねじ軸２１が軸線方向に移動され、ボール２２はボールナット２３の回転方向に応じて、ボール転動軌道の一端側もしくは他端側よりリターンチューブ４３内に押し出され、リターンチューブ４３によりリターンされて再びボール転動軌道内に戻される。

上記したリターンチューブ４３の取付け構成により、被動歯車３２に内周に対面するボールナット２３の取付け座２３ａにリターンチューブ４３を配設するにも係わらず、ボールナット２３の外径を極力小さくすることができ、上記した被動歯車ロックナット４０を用いた被動歯車３２およびボールナット２３の取付け構成と相俟って、被動歯車３２および軸受３５の外径を可及的に小さくすることが可能となる。

ハウジング２０には、図２に示すように、電動モータ２６がラック軸１８と平行に設置されている。電動モータ２６のモータシャフトは、駆動歯車３１を設けた駆動歯車軸５１の一端に回転連結されている。駆動歯車軸５１は、ハウジング２０に軸受５２を介して回転可能に支持されている。また、ハウジング２０には、ボールナット２３と駆動歯車軸５１との間に、中間歯車軸５３が駆動歯車軸５１と平行に配置されている。中間歯車軸５３は、ハウジング２０に軸受５４を介して回転可能に支持されている。中間歯車軸５３上には、中間歯車３３が一体的に設けられ、中間歯車３３は駆動歯車３１および被動歯車３２にそれぞれ噛合されている。

上記した駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２によって、電動モータ２６の回転をボールナット２３に減速して伝達する歯車減速機構１１を構成している。

上記した構成の電動パワーステアリング装置１０によれば、ステアリングホイール１３を操舵すると、操舵トルクがピニオン軸１７に入力され、ピニオン軸１７とラック軸１８とによる操舵機構１５を介してラック軸１８が軸方向に移動される。

ピニオン軸１７に入力された操舵トルクは、トルクセンサ２５により検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ２６が回転制御され、補助トルクを発生させる。電動モータ２６による補助トルクは、駆動歯車軸５１に設けた駆動歯車３１、およびアイドル歯車３３、被動歯車３２を介してボールナット２３に伝達され、ボールナット２３の回転によりラック軸１８が軸方向に移動され、運転者によるステアリングホイール１３の操舵力が軽減される。

上記した実施の形態においては、歯車減速機構１１を、駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２で構成した例について説明したが、中間歯車３３を省略して、駆動歯車３１と被動歯車３２とを直接噛合させるようにしてもよく、逆に、複数の中間歯車を介して駆動歯車３１と被動歯車３２とを回転連結するようにしてもよい。

また、上記した実施の形態においては、リターンチューブ４３を保持するリターンチューブホルダ４４を皿ビス４５によってボールナット２３に固定することによって、ボールナット２３の外径も小さくすることができる例について述べたが、かかる構成は本発明にとって必ずしも必要な要件ではなく、また、ボール２２の循環方式も、リターンチューブ式に限定されるものではなく、デフレクタを用いたボール循環方式に変更することも可能である。

以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。

本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を示す概略図である。図１の歯車減速機構部分の断面図である。図２の要部拡大断面図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、１１…歯車減速機構、１７…ピニオン軸、１８…ラック軸、２０…ハウジング、２１…ボールねじ軸、２３…被動歯車軸（ボールナット）、２４…ボールねじ機構、２６…電動モータ、３１…駆動歯車、３２…被動歯車、３３…中間歯車、３５…軸受、３８…軸部、３８ａ…段部、３８ｂ…ねじ部、４０…被動歯車ロックナット、４０ｂ…ねじ部、４１…ボールナットロックナット、４１ｂ…ねじ部。

Claims

電動モータによって駆動される駆動歯車および被動歯車を有する歯車減速機構ならびに該歯車減速機構を介して作動されるボールねじ機構を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
前記ボールねじ機構のボールナットの外周に前記被動歯車を嵌合し、前記被動歯車を軸受によりハウジングに回転可能に支持し、前記被動歯車を前記軸受に対し軸方向に固定する被動歯車ロックナットと、前記ボールナットを前記被動歯車に対し軸方向に固定するボールナットロックナットとを備え、前記ボールナットロックナットを前記被動歯車ロックナットにねじ係合したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１において、前記被動歯車ロックナットの内周に、前記被動歯車の軸部の外周に形成されたねじ部にねじ係合するねじ部を備え、前記被動歯車ロックナットのねじ部に、前記ボールナットロックナットの外周に形成したねじ部をねじ係合し、前記ボールナットロックナットと前記被動歯車の軸部の端部との間に、前記ボールナットに設けたフランジ部を配置し、該フランジ部を前記ボールナットロックナットと前記軸部の端部との間で挟持して固定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。