JP6123407B2

JP6123407B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP6123407B2
Application number: JP2013064252A
Authority: JP
Inventors: 宏計東條
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: US20140291062A1; EP2783943B1; CN104071213A; US9227656B2; CN104071213B; JP2014189060A; EP2783943A1

Description

本発明は、ラックハウジングおよび排水装置を有する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（ＥＰＳ）は、油圧式のパワーステアリング装置と比較して、レイアウトの自由度が高く、エネルギー消費量が小さいという特徴がある。このため、近年では小型車両のみならず大型車両においてもＥＰＳの採用が検討されるようになっており、これに対応すべく大出力のＥＰＳに対する需要が拡大する傾向にある。この需要動向に対応するため、ラックピニオン式の操舵機構のラック軸に、大きな減速比を設定して高いラック軸力を発生させることができるボールねじ機構を組み込み、ラック軸にボールねじ機構を介して電動モータからのアシスト力を伝えるラックアシストタイプと呼ばれるＥＰＳが普及しつつある。このラックアシストタイプのＥＰＳとして、ラック軸と平行に電動モータを配置し、電動モータ軸部に設けられたプーリとラック軸のボールねじ軸部に回動嵌合されたボールナットに設けられたプーリとの間にベルトを巻き掛けた減速装置と、これらを収容するラックハウジングとを備え、このベルトを介して電動モータの駆動力がボールナットからラック軸に伝達されるようにしたベルト駆動方式のＥＰＳが知られている。このＥＰＳは、路面に比較的近い車体下部に取り付けられることから、ラック軸の端部が蛇腹状に形成された樹脂製のブーツにより包囲されている。

ところで、車両の悪路走行時に飛び石などがブーツに衝突し、その衝撃力によりブーツが損傷すると、その損傷箇所からラックハウジング内に水が浸入する場合がある。ラックハウジング内に浸入した水は自然には排出されず、この状態で低温環境下におかれると、ベルト駆動方式のＥＰＳでは、減速装置の周辺に滞留した水の凍結により、ベルトとプーリとの間が固着されてベルト駆動することができない場合がある。例えば、特許文献１では、ラックハウジングに排水装置を備え、ラックハウジングの内部空間に浸入した水を排出することができるＥＰＳが開示されている。図５に示すように、この排水装置２００は、第１排水ケース２２０および第２排水ケース２３０からなる排水ケース２１０と、弾性部材からなる排水バルブ２４０とを備えている。第１排水ケース２２０および第２排水ケース２３０は、それぞれラックハウジングの内部空間と連通するケース入口２２１およびラックハウジングの外部と連通するケース出口２３１を有している。排水バルブ２４０は、本体部２４１およびフランジ部２４２を有し、フランジ部２４２とケース入口２２１の内面の突起部２２２とが接触することにより、ケース入口２２１を閉鎖している。ラックハウジングの内部空間に浸入した水は、ケース入口２２１を介して排水ケース２２０の内部に流れ込み、フランジ部分２４２の上部に滞留する。そして、図６に示すように、水の圧力によりフランジ部分２４２が弾性変形し、ケース入口２２１の内面の突起部２２２とフランジ部分２４２との間に隙間が形成され、この隙間から流出した水がケース出口２３１を介してラックハウジングの外部に排出される。

独国特許出願公開第１０２００９０３９８３２号明細書

しかしながら、上記ＥＰＳの排水装置２００においては、排水バルブ２４０のフランジ部分２４２に水が一様に広がって滞留すると、水の圧力が小さくなって排水性が低下する場合があるという問題があった。また、フランジ部分２４２とケース入口２２１の内面の突起部２２２との接触面積が小さいために密封性が低く、例えば、水没した際にケース出口２３１からラックハウジングの内部空間に水が浸入する場合があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、ラックハウジングの排水性と密封性を高くすることにより、厳しい環境下での使用が可能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。

請求項１に係わる発明は、ラック軸と平行に電動モータを配置し、前記電動モータ軸部に設けたプーリと前記ラック軸のボールねじ軸部に回動嵌合されたボールナットに設けられたプーリとの間にベルトを巻き掛けた減速装置と、前記減速装置および前記ラック軸の主要部を収容するラックハウジングと、前記ラックハウジングに収納された前記減速装置の下方に配置された排水装置とを備え、前記排水装置は、前記ラックハウジングの内部空間と連通するケース入口と前記ラックハウジングの外部と連通するケース出口とを有する排水ケースと、弾性部材からなる排水バルブとを備え、前記ベルトを介して前記電動モータの駆動力が前記ラック軸に伝達される電動パワーステアリング装置において、前記排水ケースは、前記ケース入口の内面の周縁部に溝部が設けられ、前記排水バルブは、柱状に形成され排水ケースに固定された本体部と、前記本体部の前記ケース入口側の一端に一体に形成され前記ケース入口に対向して配置されたフランジ部とを有し、前記排水ケースの底面に前記ケース入口に向けて突出する凸部が設けられ、前記本体部の前記ケース入口とは反対側の他端に前記凸部と嵌合する凹部が設けられ、前記凸部と前記凹部とを嵌合させることにより前記排水ケースに固定され、前記フランジ部は、中央部に前記ケース入口に向けて盛り上がる形状の盛上部と、周縁部に平坦で環状のシール部とを有し、前記シール部は、前記本体部の柱状の軸方向に前記盛上部より前記ケース入口から遠くに設けられ、前記盛上部と前記シール部との間の部分は前記盛上部から前記シール部に向けて前記ケース入口とは反対側へ傾斜した面を有し、前記シール部を前記ケース入口の内面の周縁部に面接触させることにより閉弁状態とするとともに、前記溝部と前記シール部との間に環状空間を形成し、前記シール部が弾性変形して前記ケース入口の内面の周縁部との間に隙間が形成されることにより開弁状態とすることを特徴とする。

上記のように構成した請求項１の発明によれば、ラックハウジングの内部空間に浸入した水は、ケース入口を介して、排水装置に流れ込む。排水装置に流れ込んだ水は、排水バルブのフランジ部にある中央部の盛上部にとどまることなく周縁部へ流れる。閉弁状態において、フランジ部の周縁部へ流れた水は、ケース入口の内面の周縁部に設けられた溝部とシール部との間に形成された環状空間に滞留する。環状空間に滞留した水が所定量に達すると、水の圧力によってシール部が弾性変形し、シール部とケース入口との間には隙間が形成され、開弁状態となる。開弁状態において、環状空間に滞留した水は、隙間を介して排水ケースの下側の空間に流れ込み、ケース出口からラックハウジングの外部へ排出される。また、環状空間に滞留した水が流出して所定量以下になると、水の圧力が減少することにより、排水バルブのシール部がケース入口の周縁部に密着して、閉弁状態に戻る。このように、電動パワーステアリング装置は、排水装置に流れ込んだ水が環状空間に効率的に集められるので、排水性を向上させることができる。また、この排水装置は閉弁状態において、シール部とケース入口の周縁部との間の密着している面積が大きいので、ケース出口１５４からの水の浸入を防いで、電動パワーステアリング装置の密封性を高くすることができる。また、排水装置の組み付けにおいて、排水バルブは、排水バルブ本体部の凹部と排水ケース底面の凸部とが嵌合することにより排水ケースに固定されるので、容易に組み付けをおこなうことができる。

本発明によれば、ラックハウジングの排水性と密封性を高くすることにより、厳しい環境下での使用が可能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す断面図である。本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のラックシャフトの中心軸方向を示す断面図である。本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の排水装置の閉弁状態を示す断面図である。本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の排水装置の開弁状態を示す断面図である。従来の電動パワーステアリング装置の排水装置の閉弁状態を示す断面図である。従来の電動パワーステアリング装置の排水装置の開弁状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置を図面に従って説明する。
図１に示されるように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリング装置本体１０、ラックハウジング２０、アシスト装置３０、および排水装置１００を有し、ステアリングホイール２の操作をアシスト装置３０によりアシストするラックパラレル型の電動パワーステアリング装置として構成されている。

ステアリング装置本体１０は、コラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、ピニオンシャフト１３、ラックシャフト１４、ラックアンドピニオン機構１５、ボールジョイント１６、ブーツ１７、およびタイロッド１８を有している。
そして、ステアリングホイール２の回転にともないコラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、およびピニオンシャフト１３を一体的に回転させている。このピニオンシャフト１３の回転により、ラックシャフト１４を長手方向に移動させている。ラックシャフト１４の移動により、ボールジョイント１６を介してタイロッド１８を動作させ、ナックル４を介して転舵輪３の転舵角を変化させている。

ラックシャフト１４は、ギア形成部分１４Ａおよびねじ形成部分１４Ｂを有し、ギア形成部分１４Ａには、中心軸方向の所定範囲にわたり複数のラックギア１４Ｃが形成されている。また、ねじ形成部分１４Ｂには、中心軸方向の所定範囲にわたりラックねじ１４Ｄとしての雄ねじが形成されている。

ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオンシャフト１３のピニオンギア１３Ａおよびラックシャフト１４のラックギア１４Ｃによって、ピニオンシャフト１３の回転をラックシャフト１４の並進に変換している。

ラックハウジング２０は、第１ハウジング２１および第２ハウジング２２が互いに結合され、内部空間２３が形成している。この内部空間２３に、ピニオンシャフト１３、ラックシャフト１４、ボールジョイント１６、アシスト装置３０を構成する減速装置５０、ボールねじ装置６０、および支持装置７０を収容している。

ブーツ１７は、弾性樹脂材料により形成され、ラックハウジング２０の端部およびタイロッド１８に取り付けられている。このブーツ１７は、ラックシャフト１４におけるラックハウジング２０からの突出部分であるボールジョイント１６およびタイロッド１８を覆い、ラックハウジング２０の外部から内部空間２３に異物が浸入することを抑制している。

アシスト装置３０は、電動モータ４０、減速装置５０、ボールねじ装置６０、および支持装置（図示せず）を有している。そして、電動モータ４０の回転を減速装置５０によりボールねじ装置６０に伝達して、ボールねじ装置６０を回転させることにより、ラックシャフト１４の中心軸方向に作用する力をラックシャフト１４に付与している。

排水装置１００は、減速装置５０の下方に設けられた第２ハウジング２２の弁固定部分２５に取り付けられ、ラックハウジング２０の内部空間２３に浸入した水をラックハウジング２０の外部に排出している。

次にアシスト装置３０の構成について説明する。
図２に示すように、電動モータ４０は、ラックハウジング２０の外面に取り付けられている。この電動モータ４０は、モータ本体４１およびモータシャフト４２を有し、モータ本体４１が第１ハウジング２１に固定され、減速装置５０を介してボールねじ装置６０を回転させている。

モータシャフト４２は、モータ本体４１およびラックハウジング２０の内部空間２３にまたがって配置され、モータ本体４１に電流が供給されることにより回転している。

ボールねじ装置６０は、ラックシャフト１４のねじ形成部分１４Ｂの周囲に取り付けられ、ラックシャフト１４の中心軸まわりにおいてラックシャフト１４に対して回転している。このボールねじ装置６０は、ナット６１およびボール６２を有し、ナット６１の回転によりラックシャフト１４の中心軸方向に作用する力をラックシャフト１４に付与している。

減速装置５０は、駆動プーリ５１、従動プーリ５２、および伝達ベルト５３を有し、駆動プーリ５１がモータシャフト４２に固定され、従動プーリ５２が回転支持部品７１に固定されている。この駆動プーリ５１および従動プーリ５２には、伝達ベルト５３が巻き掛けられ、駆動プーリ５１の回転を従動プーリ５２により減速している。

支持装置７０は、ラックシャフト１４のねじ形成部分１４Ｂおよびボールねじ装置６０の周囲に配置されている。この支持装置７０は、ラックハウジング２０およびラックシャフト１４に対するナット６１の回転を支持している。

また、回転支持部品７１は、ナット６１の外周に固定され、ボールベアリング７２を介してハウジングに２０回転自在に支持され、伝達ベルト５３の回転にともないラックシャフト１４の中心軸まわりにおいてラックシャフト１４に対して回転している。

次にアシスト装置３０の動作について説明する。
アシスト装置３０は、ステアリングホイール２（図１参照）の回転に応じて電動モータ４０のモータシャフト４２および駆動プーリ５１を回転させている。この駆動プーリ５１は、伝達ベルト５３を介して従動プーリ５２、回転支持部品７１、およびナット６１を回転させ、ボール６２を介してラックシャフト１４の中心軸方向に作用する力をラックシャフト１４に付与している。

次に排水装置１００の構成について説明する。
図３に示すように、排水装置１００は、排水ケース１１０、排水バルブ１６０、およびシールリング１９０により構成されている。この排水ケース１１０は、樹脂材料により形成された第１排水ケース１２０および第２排水ケース１５０が互いに結合されている。

第１排水ケース１２０は、ケース入口１３２、ケースねじ１３３およびリング溝１３４を有し、外周面１３６に形成されたケースねじ１３３により第２ハウジング２２の弁固定部分２５に取り付けられている。この第１排水ケース１２０は、ケース入口１３２を介してラックハウジング２０の内部空間２３と連通している。また、ケース入口１３２の内面１３２ａの周縁部には、溝部１３８が形成されている。

第１排水ケース１２０のケース上部分１３０は、円筒形状に形成され、上部周壁部分１３１の内周面１３７により上部空間１３５を有している。ケース上部分１３０は、ケース入口１３２を介して上部空間１３５とラックハウジング２０の内部空間２３とを互いに連通している。

第１排水ケース１２０のケース下部分１４０は、六角形状に形成され、下部周壁部分１４１、区切部分１４２、開口部分１４３を有している。ケース下部分１４０は、外周面１４６が第２ハウジング２２の外部に位置する状態において弁固定部分２５に取り付けられている。

第２排水ケース１５０は、ケース下部分１４０に対応する六角形状に形成され、周壁部分１５１、底壁部分１５２、ケース出口１５４、および内側空間１５５を有している。この第２排水ケース１５０は、外周面１５６がケース下部分１４０の内周面１４７に対向して第１排水ケース１２０に取り付けられ、周壁部分１５１が内周面１４７に圧入されることにより第１排水ケース１２０に固定されている。そして、ケース出口１５４を介して内側空間１５５とラックハウジング２０の外部の空間と連通している。ケース出口１５４は、底壁部分１５２を貫通し、第２排水ケース１５０の中心軸まわりに等間隔に複数個形成されている。また、底壁部分１５２には、中央部に排水バルブ１６０を固定する凸部１５３が設けられている。

シールリング１９０は、弾性樹脂材料により円環形状に形成され、第１排水ケース１２０のリング溝１３４に嵌め込まれ、第２ハウジング２２の弁固定部分２５と第１排水ケース１２０の外周面１３６との間をシールしている。

排水バルブ１６０は、例えばシリコンゴムなど、排水ケース１１０の樹脂材料よりも高い弾性を有する弾性樹脂材料からなり、本体部１６１と本体部１６１の一端のフランジ部１６２とが一体に形成されている。

本体部１６１は、柱状に形成され、他端の底部に凹部１８０が設けられている。また、排水バルブ１６０は、本体部１６１の凹部１８０と第２排水ケース１５０の凸部１５３とが嵌合することにより、排水ケース１１０に固定されている。排水ケース１１０に固定された排水バルブ１６０は、フランジ部１６２がケース入口１３２に対向して配置される。

フランジ部１６２は、排水ケース１１０のケース入口１３２の径よりも大きく、中央部にケース入口１３２に向けて盛り上がる形状の盛上部１７０を有し、周縁部に環状のシール部１７１を有している。シール部１７１は、ケース入口１３２の内面１３２ａの周縁部に押し付けられ、押し付けにより生じる復元力により、ケース入口１３２の内面１３２ａの周縁部に密着し、これにより溝部１３８とシール部１７１との間の環状空間１３９が形成される。

排水装置１００は、排水バルブ１６０と排水ケース１１０により弁体を構成し、ケース入口１３２とケース出口１５４との間の閉弁状態または開弁状態を生成している。この排水装置１００は、シール部１７１がケース入口１３２の内面１３２ａの周縁部と密着することにより閉弁状態とされ、シール部１７１が弾性変形して、ケース入口１３２の内面１３２ａの周縁部との間に隙間が形成されることにより開弁状態とされる。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置１によれば、図１のブーツ１７が損傷すると、電動パワーステアリング装置１の外部の水が、損傷部分からブーツ１７の内部に浸入し、さらにラックハウジング２０の開口部分を介して内部空間２３に浸入する。

ラックハウジング２０の内部空間２３に浸入した水は、第１ハウジング２１または第２ハウジング２２の壁面上を移動し、減速装置５０の下方に設けられた第２ハウジング２２のハウジング底壁部分２４の壁面上に到達する。

図３に示すように、ハウジング底壁部分２４の壁面上に到達した水は、第２ハウジング２２の弁固定部分２５に取り付けられた排水装置１００のケース入口１３２を介して、第１排水ケース１２０の上部空間１３５に流れ込む。第１排水ケース１２０の上部空間１３５に流れ込んだ水は、排水バルブ１６０のフランジ部１６２にある中央部の盛上部１７０にとどまることなく周縁部へ流れる。閉弁状態において、フランジ部１６２の周縁部へ流れた水は、ケース入口１３２の内面１３２ａの周縁部に設けられた溝部１３８とシール部１７１との間に形成された環状空間１３９に滞留する。

図４に示すように、環状空間１３９に滞留した水が所定量に達すると、水の圧力によってシール部１７１が弾性変形して下方に撓む。このシール部１７１の弾性変形により、シール部１７１とケース入口１３２の内面１３２ａとの間には隙間が形成され、環状空間１３９と第２排水ケース１５０の内側空間１５５とが連通して開弁状態となる。この開弁状態において、環状空間１３９に滞留した水は、隙間を介して第２排水ケース１５０の内側空間１５５に流れ込み、水はケース出口１５４からラックハウジング２０の外部へ排出される。

また、環状空間１３９に滞留する水が流出して所定量以下になると、水の圧力が減少することにより、排水バルブ１６０のシール部１７１が復元する。これにより、シール部１７１がケース入口１３２の周縁部に密着し、環状空間１３９と第２排水ケース１５０の内側空間１５５との隙間が閉鎖して、閉弁状態に戻る。

このように、電動パワーステアリング装置１は、排水装置１００に流れ込んだ水が環状空間１３９に効率的に集められて排水されるので、排水性を向上させることができる。また、排水装置１００は閉弁状態において、シール部１７１とケース入口１３２の内面１３２ａの周縁部との間の密着している面積が大きいので、ケース出口１５４からの水の浸入を防いで、電動パワーステアリング装置１の密封性を高くすることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で適宜変更することが可能である。

１：ステアリング装置、２：ステアリングホイール、３：転舵輪、４：ナックル、１０：ステアリング装置本体、１１：コラムシャフト、１２：インターミディエイトシャフト、１３：ピニオンシャフト、１３Ａ：ピニオンギア、１４：ラックシャフト、１４Ａ：ギア形成部分、１４Ｂ：ねじ形成部分、１４Ｃ：ラックギア、１４Ｄ：ラックねじ、１５：ラックアンドピニオン機構、１６：ボールジョイント、１７：ブーツ、１８：タイロッド、２０：ラックハウジング、２１：第１ハウジング、２２：第２ハウジング、２３：内部空間、２４：ハウジング底壁部分、２５：弁固定部分、３０：アシスト装置、４０：電動モータ、４１：モータ本体、４２：モータシャフト、５０：減速装置、５１：駆動プーリ、５２：従動プーリ、５３：伝達ベルト、６０：ボールねじ装置、６１：ナット、６２：ボール、７０：支持装置、７１：回転支持部品、７２：ボールベアリング、１００：排水装置、１１０：排水ケース、１２０：第１排水ケース、１３０：ケース上部分、１３１：上部周壁部分、１３２：ケース入口、１３２ａ：内面、１３３：ケースねじ、１３４：リング溝、１３５：上部空間、１３６：外周面、１３７：内周面、１３８：溝部、１３９：環状空間、１４０：ケース下部分、１４１：下部周壁部分、１４２：区切部分、１４３：開口部分、１４６：外周面、１４７：内周面、１５０：第２排水ケース、１５１：周壁部分、１５２：底壁部分、１５３：凸部、１５４：ケース出口、１５５：内側空間、１５６：外周面、１５７：内周面、１６０：排水バルブ、１６１：本体部、１６２：フランジ部、１７０：盛上部、１７１：シール部、１８０：凹部、１９０：シールリング、２００：排水装置、２１０：排水ケース、２２０：第１排水ケース、２２１：ケース入口、２２２：突起部、２３０：第２排水ケース、２３１：ケース出口、２４０：排水バルブ、２４１：本体部分、２４２：フランジ部分、２５０：シールリング

Claims

ラック軸と平行に電動モータを配置し、前記電動モータ軸部に設けたプーリと前記ラック軸のボールねじ軸部に回動嵌合されたボールナットに設けられたプーリとの間にベルトを巻き掛けた減速装置と、前記減速装置および前記ラック軸の主要部を収容するラックハウジングと、前記ラックハウジングに収納された前記減速装置の下方に配置された排水装置とを備え、
前記排水装置は、前記ラックハウジングの内部空間と連通するケース入口と前記ラックハウジングの外部と連通するケース出口とを有する排水ケースと、弾性部材からなる排水バルブとを備え、
前記ベルトを介して前記電動モータの駆動力が前記ラック軸に伝達される電動パワーステアリング装置において、
前記排水ケースは、前記ケース入口の内面の周縁部に溝部が設けられ、
前記排水バルブは、柱状に形成され排水ケースに固定された本体部と、前記本体部の前記ケース入口側の一端に一体に形成され前記ケース入口に対向して配置されたフランジ部とを有し、前記排水ケースの底面に前記ケース入口に向けて突出する凸部が設けられ、前記本体部の前記ケース入口とは反対側の他端に前記凸部と嵌合する凹部が設けられ、前記凸部と前記凹部とを嵌合させることにより前記排水ケースに固定され、
前記フランジ部は、中央部に前記ケース入口に向けて盛り上がる形状の盛上部と、周縁部に平坦で環状のシール部とを有し、前記シール部は、前記本体部の柱状の軸方向に前記盛上部より前記ケース入口から遠くに設けられ、前記盛上部と前記シール部との間の部分は前記盛上部から前記シール部に向けて前記ケース入口とは反対側へ傾斜した面を有し、前記シール部を前記ケース入口の内面の周縁部に面接触させることにより閉弁状態とするとともに、前記溝部と前記シール部との間に環状空間を形成し、前記シール部が弾性変形して前記ケース入口の内面の周縁部との間に隙間が形成されることにより開弁状態とすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。