JP5221269B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置として、特許文献１に記載の如く、手動操舵力を付与されて直線動するラック軸を有し、ラック軸に設けたねじ溝にボールを介して螺合されるナットをハウジングに軸受装置により支持し、ナットに回転力を付与して手動操舵力をアシストするアシストモータを有するものがある。

特許文献１に記載の軸受装置は、複列アンギュラ玉軸受からなり、その内輪をナットの外周に固定し、その外輪をハウジングの内周に摺動可能に装填し、その外輪の両端部のそれぞれとハウジングとの間に弾性体を挟圧している。

ナットの外周に設けた軸受装置がハウジングに対して弾性体の圧縮変形を伴って軸方向に変位できる。これにより、(i)ボールとラック軸のねじ溝又はナットとが路面凹凸の小入力により、軸方向にがたつく衝撃を弾性体の変形により吸収して打音防止し、又は、(ii)ボールとラック軸のねじ溝とナットの加工精度不良に起因するナット回転時のトルク変動を、弾性体により吸収する。
特開2002-145080

特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置には以下の問題点がある。
(1)複列アンギュラ玉軸受の外輪の両端部に設けた弾性体は、複列をなす２つの玉に予圧をかけるものにならず、軸受自体のがたをなくすことに寄与しない。軸受自体のがたをなくすために、軸受の各部の加工精度を高くする必要があってコスト高になる。

(2)ナットを支持する軸受装置が複列アンギュラ玉軸受であり、単一の外輪をハウジングの内周に摺動可能に装填するものであり、ハウジングに接する外輪の軸方向接触長は複列分の長い長さになる。従って、ナットの外周に設けた軸受は、外輪の摺動抵抗が大きい分、軸方向に変位し難く、前述(i)の打音防止効果、(ii)のトルク変動防止効果を十分に得ることができない。

本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、高精度の軸受を用いることなく、ボールとラック軸のねじ溝又はナットの打音防止とトルク変動防止を図ることにある。

請求項１の発明は、手動操舵力を付与されて直線動するラック軸を有し、ラック軸に設けたねじ溝にボールを介して螺合されるナットをハウジングに軸受装置により支持し、ナットに回転力を付与して手動操舵力をアシストするアシストモータを有する電動パワーステアリング装置において、前記軸受装置がナットの軸方向に並ぶ第１と第２の２つの玉軸受からなり、各玉軸受はそれらの外輪及び／又は内輪を玉に対してナットの軸方向に移動可能にし、第１の玉軸受と第２の玉軸受の各内輪をナットの外周に摺動可能に装填し、それらの内輪の間に弾性体を挟圧すること、又は、第１の玉軸受と第２の玉軸受の各外輪をハウジングの内周に摺動可能に装填し、それらの外輪の間に弾性体を挟圧することとし、前記第１の玉軸受と第２の玉軸受の各外輪の間に環状スペーサを介装し、このスペーサの内周の軸方向中央部に狭幅の環状ストッパ部を設け、第１の玉軸受と第２の玉軸受の各内輪の間に介装される弾性体が、それらの内輪により常に挟圧される厚肉部と、スペーサの環状ストッパ部に添設されて厚肉部の圧縮変形量が一定値を越えたときにそれらの内輪と環状ストッパ部により挟圧される薄肉部とを有し、又は、第１の玉軸受と第２の玉軸受の各内輪の間に環状スペーサを介装し、このスペーサの外周の軸方向中央部に狭幅の環状ストッパ部を設け、第１の玉軸受と第２の玉軸受の各外輪の間に介装される弾性体が、それらの外輪により常に挟圧される厚肉部と、スペーサの環状ストッパ部に添設されて厚肉部の圧縮変形量が一定値を越えたときにそれらの外輪と環状ストッパ部により挟圧される薄肉部とを有するようにしたものである。

（請求項１）
(a)ナットを支持する軸受装置が２つの玉軸受からなり、各軸受がそれらの外輪及び／又は内輪を玉に対しナットの軸方向に移動できる。従って、２つの玉軸受の内輪の間又は外輪の間に挟圧される弾性体は、各軸受の玉に予圧をかけるものになり、軸受自体のがたをなくすことに寄与する。軸受の各部の加工精度を高くすることなく、軸受自体のがたをなくすことができ、コスト低減できる。

(b)ナットを支持する軸受装置が２つの玉軸受からなり、各軸受がそれらの外輪及び／又は内輪を玉に対しナットの軸方向に移動できる。従って、ラック軸に軸方向の一方に向かう衝撃荷重が入力し、ナットが両方向に変位するとき、２つの軸受のうちの一方の軸受の外輪及び／又は内輪だけが、ハウジングの内周及び／又はナットの外周に摺動するものになる。ラック軸に軸方向の他方に向う衝撃荷重が入力するときには、２つの軸受のうちの他方の軸受の内輪だけが、ナットの外周に摺動するものになる。このとき、各軸受のハウジングに接する外輪の軸方向接触長、ナットに接する内輪の軸方向接触長は、２つの軸受分の半分の短い長さになる。従って、各軸受は、それらの外輪及び／又は内輪の摺動抵抗が小さくなる分、軸方向に変位容易になって弾性体を変形容易にし、(i)ボールとラック軸のねじ溝又はナットとが路面凹凸の小入力により、軸方向にがたつく衝撃を弾性体の変形によりスムースに吸収して十分に打音防止し、又は、(ii)ボールとラック軸のねじ溝とナットの加工精度不良に起因するナット回転時のトルク変動を、弾性体によりスムースに吸収する。

(c)２つの玉軸受の内輪の間又は外輪の間に挟圧される弾性体が、それらの内輪又は外輪により常に挟圧される厚肉部と、厚肉部の圧縮変形量が一定値を越えたときに挟圧される薄肉部とを有する。従って、車両の高速走行に対応してラック軸の軸方向に入力する荷重（図３の荷重Ｆ（推力））が小中荷重域にあるときには、弾性体の厚肉部が圧縮（図３の変形量Ｌ）され、その厚肉部が発現する小ばね定数（荷重Ｆ／変形量Ｌ）によりその小中荷重に起因する衝撃を柔軟に吸収する。他方、車両の低速走行や極低速走行（据え切り運転）に対応してラック軸の軸方向に入力する荷重が大荷重域にあるときには、弾性体の薄肉部が圧縮され、その薄肉部が発現する大ばね定数によりその大荷重に起因する衝撃に確実に抗する。そして、最大衝撃力は、弾性体の薄肉部を介するスペーサのストッパ部に突き当たって確実に支持される。

図１は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図２は２つの玉軸受の間に挟圧した弾性体による衝撃吸収動作を示す模式図、図３は弾性体のばね定数を示す模式図である。

図１は、車両等に搭載される電動パワーステアリング装置１０の要部であり、１１はハウジング、１２はラック軸、２０はボールナット装置、３０は軸受装置、４０は電動アシストモータを示す。

ハウジング１１の内部を貫通するように設けられるラック軸１２は、不図示のステアリング軸に取付けられているピニオンが噛み合いされ、操舵者がステアリング軸に加える手動操舵力をハウジング１１内を左右に直線動する。

ボールナット装置２０は、ハウジング１１内で、ラック軸１２に設けたねじ溝１２Ａにボール２１を介して螺着されるナット２２を、ハウジング１１に軸受装置３０により支持する。

アシストモータ４０は、ハウジング１１内のラック軸１２まわりに固定的に設けられ、ボールナット装置２０のナット２２に回転力を付与する。アシストモータ４０は、ステータ４１をハウジング１１の内周に固定され、ロータ４２をラック軸１２の外側に同軸配置される。ロータ４２の一端外周部には、ナット２２の一端内周部がスプライン結合される。

電動パワーステアリング装置１０にあっては、操舵者がステアリング軸に加えた手動操舵力の操舵方向と操舵トルクに応じてアシストモータ４０が駆動制御されてナット４２が回転すると、ナット４２とスプライン結合されているボールナット装置２０のナット２２が回転し、ナット２２の回転がラック軸１２を軸方向に直線動させる。これにより、ラック軸１２にタイロッドを介して連結されている車輪が転舵される。アシストモータ４０が操舵者の手動操舵力をアシストするものになる。

以下、軸受装置３０について詳述する。軸受装置３０は、ボールナット装置２０のナット２２の軸方向に並ぶ第１と第２の２つの玉軸受３１、３２からなり、各軸受３１、３２はそれらの外輪３１Ａ、３２Ａ及び／又は内輪３１Ｂ、３２Ｂを、玉３１Ｃ、３２Ｃに対しナット２２の軸方向に移動可能にする。本実施例の軸受３１、３２は、内輪３１Ｂ、３２Ｂの肩のない側の内径を、内輪３１Ｂ、３２Ｂの溝底から円筒面にしており、それらの内輪３１Ｂ、３２Ｂの肩のある側を互いに隣接させる正面合わせとし、結果としてそれらの内輪３１Ｂ、３２Ｂを玉３１Ｃ、３２Ｃに対しナット２２の軸方向に移動可能にするものである。

軸受装置３０は、第１の玉軸受３１と第２の玉軸受３２の各外輪３１Ａ、３２Ａをハウジング１１の内周に固定的に装填し、それらの外輪３１Ａ、３２Ａの間に環状スペーサ３３を介装している。また、第１の玉軸受３１と第２の玉軸受３２の各内輪３１Ｂ、３２Ｂをナット２２の外周の少なくとも軸方向に摺動可能に装填し、それらの内輪３１Ｂ、３２Ｂの間に弾性体３４を挟圧している。即ち、第１の玉軸受３１と第２の玉軸受３２は、ハウジング１１の内周に外輪３１Ａ、スペーサ３３、外輪３２Ａを装填し、ハウジング１１の内周に設けた支持部１１Ａと、ハウジング１１の内周に螺着した止め具３５によりそれらの外輪３１Ａ、スペーサ３３、外輪３２Ａを保持される。また、第１の玉軸受３１と第２の玉軸受３２は、ナット２２の外周に内輪３１Ｂ、弾性体３４、内輪３２Ｂを装填し、ナット２２の外周に設けたフランジ部２２Ａと、ナット２２の外周に螺着した止め具３６によりそれらの内輪３１Ｂ、弾性体３４、内輪３２Ｂを保持される。

軸受装置３０は、第１の玉軸受３１の外輪３１Ａと第２の玉軸受３２Ａの間にスペーサ３３の広幅部３３Ａを介装し、広幅部３３Ａの内周の軸方向中央部に狭幅の環状ストッパ部３３Ｂを設けてある。そして、第１の玉軸受３１の内輪３１Ｂと第２の玉軸受３２の内輪３２Ｂの間に介装される弾性体３４が、それらの内輪３１Ｂ、３２Ｂにより常に挟圧される厚肉部３４Ａと、スペーサ３３のストッパ部３３Ｂに添設されて厚肉部３４Ａの圧縮変形量が一定値を越えたときに、それらの内輪３１Ｂ、３２Ｂとストッパ部３３Ｂにより挟圧される薄肉部３４Ｂを有する。本実施例では、スペーサ３３のストッパ部３３Ｂまわりに、弾性体３４が焼付等により接着一体化されるものとすることができる。

従って、電動パワーステアリング装置１０において、２つの玉軸受３１、３２の間に挟圧した弾性体３４による衝撃吸収動作は以下の如くになる。

(1)車両の高速走行時等に、ラック軸１２が軸方向の一方に小〜中荷重を受けると、ナット２２及び第１の玉受３１の内輪３１Ｂがラック軸１２とともに図２（Ａ）〜図２（Ｂ）の如く微小移動する。このとき、第２の玉軸受３２の内輪３２Ｂは、その玉３２Ｃ、外輪３２Ａを介してハウジング１１側の止め具３５に支持されていて移動せず、ナット２２の外周に対して摺動する。結果として、弾性体３４の厚肉部３４Ａの第１の玉軸受３１寄り側部分が弾性的に圧縮変形し、その小〜中荷重に起因する衝撃を柔軟に吸収する。

(2)車両の低速走行や極低速走行（据え切り運転）時等に、ラック軸１２が軸方向の一方に大荷重を受けると、ナット２２及び第１の玉軸受３１の内輪３１Ｂがラック軸１２とともに図２（Ｃ）の如くに大移動する。このとき、第２の玉軸受３２の内輪３２Ｂは、その玉３２Ｃ、外輪３２Ａを介してハウジング１１の側の止め具３５に支持されていて移動せず、ナット２２の外周に対して摺動する。結果として、弾性体３４の厚肉部３４Ａの第１の玉軸受３１寄り側部分が弾性的に最大限圧縮変形した後、弾性体３４の第１の玉軸受３１寄り側の薄肉部３４Ｂがスペーサ３３のストッパ部３３Ｂとの間で挟圧され、その大荷重に起因する衝撃に確実に抗する。そして、ラック軸１２が受ける最大荷重に起因する最大衝撃力は、弾性体３４の薄肉部３４Ｂを介するスペーサ３３のストッパ部３３Ｂに突き当たって確実に支持される。

弾性体３４の上述(1)、(2)の衝撃吸収動作に対応するばね特性、換言すればその圧縮変形量Ｌと、この変形量Ｌにより発現するばね荷重Ｆの比であるばね定数Ｆ／Ｌは、図３に示す如くになる。

本発明によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)ナット２２を支持する軸受装置３０が２つの玉軸受３１、３２からなり、各軸受３１、３２がそれらの内輪３１Ｂ、３２Ｂを玉３１Ｃ、３２Ｃに対しナット２２の軸方向に移動できる。従って、２つの玉軸受３１、３２の内輪３１Ｂ、３２Ｂの間に挟圧される弾性体３４は、各軸受３１、３２の玉３１Ｃ、３２Ｃに予圧をかけるものになり、軸受３１、３２自体のがたをなくすことに寄与する。軸受３１、３２の各部の加工精度を高くすることなく、軸受３１、３２自体のがたをなくすことができ、コスト低減できる。

(b)ナット２２を支持する軸受装置３０が２つの玉軸受３１、３２からなり、各軸受３１、３２がそれらの内輪３１Ｂ、３２Ｂを玉３１Ｃ、３２Ｃに対しナット２２の軸方向に移動できる。従って、ラック軸１２に軸方向の一方に向かう衝撃荷重が入力し、ナット２２が両方向に変位するとき、２つの軸受３１、３２のうちの一方の軸受３２の内輪３２Ｂだけが、ナット２２の外周に摺動するものになる。ラック軸１２に軸方向の他方に向う衝撃荷重が入力するときには、２つの軸受３１、３２のうちの他方の軸受３１の内輪３１Ｂだけが、ナット２２の外周に摺動するものになる。このとき、各軸受３１、３２のナット２２に接する内輪３１Ｂ、３２Ｂの軸方向接触長は、２つの軸受３１、３２分の半分の短い長さになる。従って、各軸受３１、３２は、それらの内輪３１Ｂ、３２Ｂの摺動抵抗が小さくなる分、軸方向に変位容易になって弾性体３４を変形容易にし、(i)ボール２１とラック軸１２のねじ溝１２Ａ又はナット２２とが路面凹凸の小入力により、軸方向にがたつく衝撃を弾性体３４の変形によりスムースに吸収して十分に打音防止し、又は、(ii)ボール２１とラック軸１２のねじ溝１２Ａとナット２２の加工精度不良に起因するナット２２回転時のトルク変動を、弾性体３４によりスムースに吸収する。

(c)２つの玉軸受３１、３２の内輪３１Ｂ、３２Ｂの間に挟圧される弾性体３４が、それらの内輪３１Ｂ、３２Ｂにより常に挟圧される厚肉部３４Ａと、厚肉部３４Ａの圧縮変形量が一定値を越えたときに挟圧される薄肉部３４Ｂとを有する。従って、車両の高速走行に対応してラック軸１２の軸方向に入力する荷重（図３の荷重Ｆ（推力））が小中荷重域にあるときには、弾性体３４の厚肉部３４Ａが圧縮（図３の変形量Ｌ）され、その厚肉部３４Ａが発現する小ばね定数（荷重Ｆ／変形量Ｌ）によりその小中荷重に起因する衝撃を柔軟に吸収する。他方、車両の低速走行や極低速走行（据え切り運転）に対応してラック軸１２の軸方向に入力する荷重が大荷重域にあるときには、弾性体３４の薄肉部３４Ｂが圧縮され、その薄肉部３４Ｂが発現する大ばね定数によりその大荷重に起因する衝撃に確実に抗する。そして、最大衝撃力は、弾性体３４の薄肉部３４Ｂを介するスペーサ３３のストッパ部３３Ｂに突き当たって確実に支持される。

尚、上記実施例では、第１の玉軸受３１と第２の玉軸受３２の各内輪３１Ｂ、３２Ｂの間に弾性体３４を挟圧するものとしたが、本発明では、第１の玉軸受３１と第２の玉軸受３２の各外輪３１Ａ、３２Ａの間に弾性体３４を挟圧しても良い。第１の玉軸受３１と第２の玉軸受３２の各外輪３１Ａ、３２Ａの間に弾性体を挟圧し、かつ各内輪３１Ｂ、３２Ｂの間に弾性体を挟圧しても良い。

また、上記実施例では、第１の玉軸受３１と第２の玉軸受３２をマグネトベアリングとするものとしたが、本発明では、第１の玉軸受３１と第２の玉軸受３２を単列アンギュラ玉軸受とするものでも良い。このとき、２つの単列アンギュラ玉軸受の正面合わせの各内輪の間に弾性体を挟圧し、２つの単列アンギュラ玉軸受の背面合わせの各外輪の間に弾性体を挟圧するものとする。

また、本発明では、第１の玉軸受３１及び第２の玉軸受３２としてマグネトベアリング又は単列アンギュラ玉軸受を採用するものに限らず、それらの外輪及び／又は内輪が玉に対しナットの軸方向に移動可能にするものを広く採用できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

図１は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。 図２は２つの玉軸受の間に挟圧した弾性体による衝撃吸収動作を示す模式図である。 図３は弾性体のばね定数を示す模式図である。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ハウジング
１２ ラック軸
１２Ａ ねじ溝
２０ ボールナット装置
２１ ボール
２２ ナット
３０ 軸受装置
３１ 第１の玉軸受
３１Ａ、３２Ａ 外輪
３１Ｂ、３２Ｂ 内輪
３１Ｃ、３２Ｃ 玉
３２ 第２の玉軸受
３３ 環状スペーサ
３３Ａ 広幅部
３３Ｂ 環状ストッパ部
３４ 弾性体
３４Ａ 厚肉部
３４Ｂ 薄肉部
４０ 電動アシストモータ

Claims (1)

1. 手動操舵力を付与されて直線動するラック軸を有し、ラック軸に設けたねじ溝にボールを介して螺合されるナットをハウジングに軸受装置により支持し、ナットに回転力を付与して手動操舵力をアシストするアシストモータを有する電動パワーステアリング装置において、
   前記軸受装置がナットの軸方向に並ぶ第１と第２の２つの玉軸受からなり、各玉軸受はそれらの外輪及び／又は内輪を玉に対してナットの軸方向に移動可能にし、
   第１の玉軸受と第２の玉軸受の各内輪をナットの外周に摺動可能に装填し、それらの内輪の間に弾性体を挟圧すること、又は、
   第１の玉軸受と第２の玉軸受の各外輪をハウジングの内周に摺動可能に装填し、それらの外輪の間に弾性体を挟圧することとし、
   前記第１の玉軸受と第２の玉軸受の各外輪の間に環状スペーサを介装し、このスペーサの内周の軸方向中央部に狭幅の環状ストッパ部を設け、第１の玉軸受と第２の玉軸受の各内輪の間に介装される弾性体が、それらの内輪により常に挟圧される厚肉部と、スペーサの環状ストッパ部に添設されて厚肉部の圧縮変形量が一定値を越えたときにそれらの内輪と環状ストッパ部により挟圧される薄肉部とを有し、又は、
   第１の玉軸受と第２の玉軸受の各内輪の間に環状スペーサを介装し、このスペーサの外周の軸方向中央部に狭幅の環状ストッパ部を設け、第１の玉軸受と第２の玉軸受の各外輪の間に介装される弾性体が、それらの外輪により常に挟圧される厚肉部と、スペーサの環状ストッパ部に添設されて厚肉部の圧縮変形量が一定値を越えたときにそれらの外輪と環状ストッパ部により挟圧される薄肉部とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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