JP6167666B2

JP6167666B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP6167666B2
Application number: JP2013108373A
Authority: JP
Inventors: 利浩朝倉
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: JP2014227047A

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

従来、車両の操舵機構にモータの動力を付与することにより運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、ＥＰＳでは、操舵機構としてラックアンドピニオン機構が採用されている。当該機構は、ステアリングの操作に伴うピニオンの回転を当該ピニオンに噛み合うラック軸の軸方向への移動に変換する。

例えば、図５に示すように、ＥＰＳは、ハウジング１３０と、ラック軸１２１と、ボールねじナット１４５と、ボール１４４と、軸受１５０と、弾性ばね１６２と、プレート１６３とを備える。

ラック軸１２１の外周にはねじ部が形成され、そのねじ部にはボールねじナット１４５が複数のボール１４４を介して螺合されている。軸受１５０は、ハウジング１３０の内周面とボールねじナット１４５の外周面との間に設置されている。ラック軸１２１の軸方向ＺＡにおける、軸受１５０とハウジング１３０との隙間には、それぞれ円環状の弾性ばね１６２及びプレート１６３が設置されている。

弾性ばね１６２は、例えば金属製のウェーブワッシャ又は皿ばね等である。プレート１６３は、弾性ばね１６２がハウジング１３０に接触するのを防止するべく、ハウジング１３０と弾性ばね１６２との間に設けられている。

弾性ばね１６２は自身の弾性力をプレート１６３と軸受１５０（正確にはその外輪１５０ａの側面）とに作用させる。軸受１５０は両弾性ばね１６２からの付勢力によって、ラック軸１２１の軸方向ＺＡに沿って、弾性的に変位可能に保持されている。

上記構成において、ステアリングが回動操作されると、ピニオンを介してラック軸１２１に軸方向ＺＡの力が加わる。これにより、ラック軸１２１が軸方向ＺＡに僅かに移動する。この移動は、ボールねじナット１４５の回転に伴うものではない。このラック軸１２１の移動に伴って、軸受１５０は、弾性ばね１６２からの付勢力に抗しつつ、ボールねじナット１４５と一体で軸方向ＺＡに移動する。この状態で、モータ（図示略）を通じて、ボールねじナット１４５に回転力が加えられることで、ボールねじナット１４５の回転が円滑に開始される。このため、円滑にラック軸１２１が軸方向ＺＡに移動を開始する。

国際公開２０１１／１４７８２４号公報

ＥＰＳには、路面からの振動がタイヤを通じて加えられることがある。この場合、上記構成では、その振動に伴い弾性ばね１６２が主として重力方向に落下していくおそれがある。これにより、図５の２点鎖線で示すように、プレート１６３に対して弾性ばね１６２の位置がずれて、弾性ばね１６２の端部がハウジング１３０に干渉し、ハウジング１３０が磨耗するおそれがある。また、この弾性ばね１６２の位置ずれによって、軸受１５０を適切に弾性保持できなくなるおそれもある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、弾性ばねの重力方向への位置ずれを抑制した電動パワーステアリング装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する電動パワーステアリング装置は、ステアリングの回動に伴い軸方向に移動する転舵軸と、前記転舵軸を前記軸方向に移動可能に内包するハウジングと、前記転舵軸に複数のボールを介して螺合されるとともに、駆動源を通じて回転駆動されると前記転舵軸を軸方向に移動させるボールねじナットと、外周面が前記ハウジングの内周面に接し、かつ内周面が前記ボールねじナットの外周面に接する位置に設けられることで前記ボールねじナットを保持しつつ、その保持した前記ボールねじナットを前記ハウジングに対して回転可能に支持する軸受と、前記軸受に対する前記転舵軸の軸方向の両側に位置するものであって、前記ハウジングと一体的に形成される係止部と、前記各係止部と前記軸受との間に設けられ、前記軸受を前記軸方向に弾性的に変位可能に保持する弾性部材と、前記ハウジングの内周面に接し、前記各弾性部材と前記各係止部との間に設置されるプレートと、前記プレートの一部として、前記ハウジングの内周面に接する部位に対して前記プレートの径方向の内側に形成されるとともに、重力方向に対向する方向から前記弾性部材を支持する保持部と、を備え、前記弾性部材は、円環状であり、径方向の内側の部位である内縁部が前記プレート側に突出し、当該内縁部と比較して大径で、径方向の外側の部位である外縁部が前記軸受側に突出するように設けられ、前記内縁部は、前記弾性部材が径方向の内側から支持されるように前記保持部にはめ込まれており、前記外縁部は、前記弾性部材が前記軸受の外輪部の側面から当該軸受を押圧するように当該外輪部の側面に接する。

この構成によれば、ステアリングの回動に伴い軸方向に転舵軸が僅かに移動すると、転舵軸に対してボールねじナット及び軸受が一体となって弾性部材の弾性力に抗しつつ移動する。このように、ボールねじナット及び軸受を移動させることで、以後のボールねじナットの転舵軸に対する回転が容易となる。

また、上記構成によれば、プレートの保持部が重力方向に対向する方向から弾性部材を支持する。このため、例えば、車両の走行に伴い電動パワーステアリング装置に振動が加わった場合でも、弾性部材が重力方向に位置ずれすることが防止される。

上記電動パワーステアリング装置について、前記保持部は、前記弾性部材の前記内縁部の周方向全域に亘って形成されることが好ましい。

この構成によれば、保持部は、弾性部材の内縁部の周方向全域に亘って形成される。このため、組み付け後のプレートと弾性部材との周方向における位置関係に関わらず、保持部の一部がプレートを重力方向に対向する方向から保持する。したがって、プレートに弾性部材をはめ込んだものを、軸受と各係止部との間に組み付ける際の組み付けの自由度が向上する。

上記電動パワーステアリング装置について、前記軸受は複列アンギュラ玉軸受であって、前記弾性部材は、前記外縁部が前記軸受の外輪部の側面全周に接する皿ばねであることが好ましい。

複列アンギュラ玉軸受は、単列ベアリング等に比べて、外輪部を薄肉で形成することが可能である。これは、一般的に複列アンギュラ玉軸受では、外輪部と内輪部との間のボールの数が多くなるため、ボールを通じて外輪部に加わる荷重を分散させることができるからである。上記構成によれば、弾性部材として皿ばねを採用することで、皿ばねが軸受の外輪部の側面を全周に亘って押圧することができる。よって、外輪部が薄い複列アンギュラ玉軸受であっても、それを安定的に弾性保持することができる。

本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、弾性ばねの重力方向への位置ずれを抑制することができる。

本発明の一実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図。本発明の一実施形態における電動パワーステアリング装置の部分断面図。図２の拡大図。本発明の一実施形態におけるプレート及び金属ばねの分解斜視図。背景技術における電動パワーステアリング装置の断面図。

以下、電動パワーステアリング装置の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸２１と、ハウジング３０と、ピニオンギア１３Ａと、を備えている。

ラック軸２１は円柱状に形成される。ここで、図１中の左右方向がラック軸２１の軸方向ＺＡとして規定され、軸方向ＺＡに直交する方向がラック軸２１の径方向ＺＢとして規定されている。

ハウジング３０は、アルミニウムで形成されるとともに、ラック軸２１の軸方向ＺＡに貫通した貫通孔３０ａを有する。ラック軸２１は、軸方向ＺＡに移動可能に、ハウジング３０の貫通孔３０ａに挿通されている。ラック軸２１の図中の中央右寄り外周には、一定範囲に亘ってラックギア２１Ｂが形成されている。

ピニオンギア１３Ａはラック軸２１におけるラックギア２１Ｂと噛合した状態に設置される。ステアリング２の回動操作に応じて、コラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、及びピニオンシャフト１３を通じて、ピニオンギア１３Ａが回転する。ピニオンギア１３Ａが回転することでラック軸２１の軸方向への移動が可能となる。

ラック軸２１の左右端面には、それぞれボールジョイント２２が連結され、さらにその各ボールジョイント２２にはタイロッド２３が連結されている。さらに、各タイロッド２３の先端には、ナックル４が連結されている。ラック軸２１が軸方向ＺＡに移動することで、タイロッド２３及びナックル４を通じて転舵輪３に力が伝達されて、その転舵輪３の転舵角を変化させることができる。

ハウジング３０は、第１ハウジング部３１と、第２ハウジング部３２とを備える。両ハウジング部３１，３２は軸方向ＺＡに接離可能に構成されている。
第１ハウジング部３１は、ラック軸２１の外形に応じた筒状の本体部３１ａと、本体部３１ａより大径筒状の左端部３１ｂとからなる。すなわち、第１ハウジング部３１は、本体部３１ａ及び左端部３１ｂが連結されて段差付き円筒状に形成される。第１ハウジング部３１には、図中の左側から第２ハウジング部３２が嵌め込まれる。第２ハウジング部３２の右端部３２ａは、上記第１ハウジング部３１の左端部３１ｂと同一径の円筒状に形成されている。また、第２ハウジング部３２の左部３２ｂは、上記第１ハウジング部３１の本体部３１ａと同一径の円筒状に形成されている。第２ハウジング部３２は、その右端部３２ａを通じて、第１ハウジング部３１の左端部３１ｂにはめ込まれている。

第１ハウジング部３１の本体部３１ａの下側には、駆動源としてモータ４１が設置されている。そのモータ４１の出力軸４１ａは、図中の左側に向かって延出するとともに第２ハウジング部３２における右端部３２ａ内に挿通されている。

図２に示すように、第２ハウジング部３２の右端部３２ａと、第１ハウジング部３１の左端部３１ｂとが形成する内部空間には、駆動プーリ４６、従動プーリ４７、タイミングベルト３３、ボールねじ機構４３が収納される。駆動プーリ４６は、モータ４１の出力軸４１ａに固定されている。このため、駆動プーリ４６は出力軸４１ａと一体回転する。

ラック軸２１の外周には、左端から一定範囲に亘ってねじ部２１Ａが形成されている。このねじ部２１Ａの外周には、ボールねじ機構４３が設けられている。
詳しくは、ボールねじ機構４３は、ボールねじナット４５、多数のボール４４を有している。ボールねじナット４５は、ねじ部２１Ａに沿って配列される多数のボール４４を介してラック軸２１に螺合されている。ボールねじナット４５は、ハウジング３０における第１ハウジング部３１と第２ハウジング部３２との間に位置している。

ボールねじナット４５における第１ハウジング部３１側の外周には、従動プーリ４７が螺合されている。これにより、ボールねじナット４５及び従動プーリ４７は一体回転可能となる。

この従動プーリ４７と駆動プーリ４６との間にはタイミングベルト３３が掛け渡されている。したがって、モータ４１の回転は、駆動プーリ４６から、タイミングベルト３３を介して従動プーリ４７、ひいてはボールねじナット４５に伝達される。

また、ボールねじナット４５の外周面と、第２ハウジング部３２の内周面との間には、軸受５０が設けられている。この軸受５０は、複列アンギュラ玉軸受である。複列アンギュラ玉軸受は、単列ベアリング等に比べて、軸方向ＺＡに長く、かつ径方向ＺＢに薄い形状である。

図３に示すように、軸受５０は、外輪部５１と、内輪部５２と、玉５３とを備える。内輪部５２は略円環状に形成されている。内輪部５２内にはボールねじナット４５が嵌合されている。

外輪部５１も略円環状に形成されている。外輪部５１の外周面は第２ハウジング部３２の内周面に接している。外輪部５１と内輪部５２との間に複数の玉５３が軸受５０の周方向に沿って転動可能に配置されている。本例の軸受５０では、軸受５０の周方向に沿って配列される複数の玉５３が、軸方向ＺＡに沿って２列設けられる。このように、軸方向ＺＡに沿って２列の玉が設けられるため、軸受５０は軸方向ＺＡに長い形状となる。内輪部５２はボールねじナット４５と一体で回転する。このとき、内輪部５２は外輪部５１との間で玉５３を回転させる。

ボールねじナット４５における従動プーリ４７と反対側の外周縁部には、径方向ＺＢに突出したフランジ４５ａが形成されている。軸受５０（正確には内輪部５２）は、ボールねじナット４５の外周面であって、フランジ４５ａと従動プーリ４７との間に位置する。

図２に示すように、第１ハウジング部３１における外輪部５１側の先端に係止部３１ｃが位置する。また、第２ハウジング部３２における外輪部５１と軸方向ＺＡに離間した部位には係止部３２ｃが位置する。軸方向ＺＡにおける外輪部５１と各係止部３１ｃ，３２ｃとの隙間には、それぞれプレート６１と、金属ばね６２とが配置されている。

図４に示すように、金属ばね６２は金属製で円環状の皿ばねである。また、プレート６１は鉄製かつ断面Ｌ字で円環状に形成されている。すなわち、プレート６１は、短手辺としての保持部６１ａと、長手辺としての防磨耗部６１ｂとから構成される。保持部６１ａの外径は、金属ばね６２の内径に合わせて設定されている。よって、金属ばね６２はプレート６１（保持部６１ａ）にはめ込まれる。この状態で、保持部６１ａは、金属ばね６２の内側に全周に亘って位置する。

図３に示すように、プレート６１はその内部に金属ばね６２を保持した状態で、ボールねじナット４５の外周側であって、かつ外輪部５１と各係止部３１ｃ，３２ｃとの間にそれぞれ設けられる。すなわち、金属ばね６２の内部側（ラック軸２１の回転中心側）にプレート６１の保持部６１ａが位置して、金属ばね６２の各係止部３１ｃ，３２ｃ側にプレート６１の防磨耗部６１ｂが位置している。

また、金属ばね６２におけるボールねじナット４５側（図中下側）は防磨耗部６１ｂと接触することで防磨耗部６１ｂを押圧し、金属ばね６２におけるボールねじナット４５と反対側（図中上側）は、外輪部５１の側周面と接触することで軸受５０を押圧する。軸受５０は、両金属ばね６２からの弾性力によってその位置に保持されている。

つぎに、電動パワーステアリング装置１０の作用について説明する。
図１に示すように、ステアリング２の操作によってピニオンギア１３Ａ及びラックギア２１Ｂ等を通じてラック軸２１に軸方向ＺＡへの力が加わる。これにより、ラック軸２１がステアリング２の操作方向に応じた方向に僅かに移動する。このラック軸２１の移動は、ボールねじナット４５の回転に伴うものではない。これにより、軸受５０が一方の金属ばね６２を圧縮しつつボールねじナット４５と一体で移動する。このように軸受５０及びボールねじナット４５を僅かに移動させることで、その後のモータ（駆動源）４１の駆動に伴うボールねじナット４５の回転、ひいてはラック軸２１の軸方向への移動がスムーズとなる。

また、転舵輪３を通じて電動パワーステアリング装置１０に振動が加わった場合でも、プレート６１の保持部６１ａによって金属ばね６２の重力方向への変位が規制されている。

以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）プレート６１の保持部６１ａが重力方向に対向する方向から金属ばね６２を支持する。このため、金属ばね６２が重力方向に位置ずれすることが防止される。よって、より確実に軸受５０を両金属ばね６２の弾性力を通じて支持することができる。このため、電動パワーステアリング装置１０としての動作、ひいてはステアリング２の操作性が安定する。

また、金属ばね６２がアルミニウム製のハウジング３０に接触して、ハウジング３０が磨耗することが抑制される。また、この磨耗に伴う異音も抑制できる。
（２）図４に示すように、保持部６１ａは、金属ばね６２の内周側に金属ばね６２の周方向ＺＣ全域に亘って形成される。このため、組み付け後のプレート６１と金属ばね６２との周方向ＺＣにおける位置関係に関わらず、保持部６１ａの一部がプレート６１を重力方向に対向する方向から保持する。したがって、プレート６１に金属ばね６２をはめ込んだものを、軸受５０と各係止部３１ｃ，３２ｃとの間に組み付ける際の周方向ＺＣの組み付け自由度が向上する。

（３）軸受５０として採用される複列アンギュラ玉軸受は、単列ベアリング等に比べて、外輪部５１を薄肉とすることが可能である。これは、外輪部５１と内輪部５２との間の玉５３の数が多くなることで、玉５３を通じて外輪部５１に加わる荷重を分散させることができるからである。上記構成によれば、金属ばね６２として皿ばねを採用することで、皿ばねが軸受５０の外輪部５１の側面を全周に亘って押圧することができる。よって、外輪部５１が薄い複列アンギュラ玉軸受であっても、軸受５０を安定的に弾性保持することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態においては、プレート６１の保持部６１ａは、防磨耗部６１ｂの全周に亘って形成されていたが、防磨耗部６１ｂに対して保持部６１ａが一部のみ形成されてもよい。この場合には、少なくとも、プレート６１における、金属ばね６２の重力方向に対向する方向に保持部６１ａを形成する。また、一定角度間隔で、複数の保持部を形成してもよい。これら構成では、少ない材料でプレート６１を形成することができる。これらによっても、上記（１）の効果を奏することができる。

・上記実施形態においては、プレート６１の断面形状はＬ字状であったが、その形状は適宜変更可能である。例えば、保持部６１ａを、金属ばね６２の内周側ではなく外周側に設けてもよい。この場合であっても、図２等の下端側の金属ばね６２の重力方向に保持部が位置する結果、金属ばね６２の落下が防止される。また、金属ばね６２の内周側と外周側との両方に保持部６１ａが形成されてもよい。

・上記実施形態においては、軸受５０は複列アンギュラ玉軸受であったが、これに限らず、その他種類の軸受であってもよい。
・上記実施形態においては、ハウジング３０は、第１ハウジング部３１及び第２ハウジング部３２から構成されていたが、ハウジング３０が一体形成されていてもよい。

・上記実施形態においては、金属ばね６２は皿ばねであったが、ウェーブワッシャであってもよい。また、ゴム等の樹脂製の弾性部材であってもよい。この場合であっても、保持部６１ａによって、弾性部材の位置ずれが抑制される。

・上記実施形態においては、ハウジング３０は、アルミニウムで形成されていたが、鉄で形成されてもよい。
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想を記載する。

（イ）前記弾性部材は、ウェーブワッシャであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
（ロ）前記ハウジングはアルミニウム製であって、前記プレートは鉄製であって、前記弾性部材は金属製であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

２…ステアリング、３…転舵輪、４…ナックル、１０…電動パワーステアリング装置、２１…ラック軸（転舵軸）、２１Ａ…ねじ部、２１Ｂ…ラックギア、２２…ボールジョイント、２３…タイロッド、３０…ハウジング、３１…第１ハウジング部、３１ｃ…係止部、３２…第２ハウジング部、３２ｃ…係止部、３３…タイミングベルト、４１…電気モータ（駆動源）、４３…ボールねじ機構、４５…ボールねじナット、５０…軸受、６１…プレート、６１ａ…保持部、６１ｂ…防磨耗部、６２…金属ばね（弾性部材）。

Claims

ステアリングの回動に伴い軸方向に移動する転舵軸と、
前記転舵軸を前記軸方向に移動可能に内包するハウジングと、
前記転舵軸に複数のボールを介して螺合されるとともに、駆動源を通じて回転駆動されると前記転舵軸を軸方向に移動させるボールねじナットと、
外周面が前記ハウジングの内周面に接し、かつ内周面が前記ボールねじナットの外周面に接する位置に設けられることで前記ボールねじナットを保持しつつ、その保持した前記ボールねじナットを前記ハウジングに対して回転可能に支持する軸受と、
前記軸受に対する前記転舵軸の軸方向の両側に位置するものであって、前記ハウジングと一体的に形成される係止部と、
前記各係止部と前記軸受との間に設けられ、前記軸受を前記軸方向に弾性的に変位可能に保持する弾性部材と、
前記ハウジングの内周面に接し、前記各弾性部材と前記各係止部との間に設置されるプレートと、
前記プレートの一部として、前記ハウジングの内周面に接する部位に対して前記プレートの径方向の内側に形成されるとともに、重力方向に対向する方向から前記弾性部材を支持する保持部と、を備え、
前記弾性部材は、円環状であり、径方向の内側の部位である内縁部が前記プレート側に突出し、当該内縁部と比較して大径で、径方向の外側の部位である外縁部が前記軸受側に突出するように設けられ、
前記内縁部は、前記弾性部材が径方向の内側から支持されるように前記保持部にはめ込まれており、
前記外縁部は、前記弾性部材が前記軸受の外輪部の側面から当該軸受を押圧するように当該外輪部の側面に接する
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に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記保持部は、前記弾性部材の前記内縁部の周方向全域に亘って形成される
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又は２に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記軸受は複列アンギュラ玉軸受であって、
前記弾性部材は、前記外縁部が前記軸受の外輪部の側面全周に接する皿ばねである
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。