JP6182977B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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、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とを備える。
ラック軸１２１の外周にはねじ部１２１Ａが形成され、そのねじ部１２１Ａ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。軸受１５０はハウジング１３０によって軸方向ＺＡの両側から挟まれている。軸受１５０として例えば複列アンギュラ玉軸受が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００６−５０９９７９号公報

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（特に、その外輪部１５１）がハウジング１３０から反力Ｐａを受ける。このため、外輪部１５１は、当該反力Ｐａを考慮して厚く形成する必要があった。このため、ＥＰＳにおける径方向ＺＢのサイズのコンパクトが困難であった。

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、径方向のサイズをよりコンパクトに構成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、モータ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する円環状の外輪部、前記外輪部の内側に位置するとともに前記ボールねじナットを内部で保持する円環状の内輪部、並びに前記外輪部及び内輪部間で転動するとともに、前記軸方向に沿って複数列配置される玉を有し、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単一の複列アンギュラ玉軸受と、前記複列アンギュラ玉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外輪部との間に設けられ、前記複列アンギュラ玉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、を備え、前記モータの回転は、当該モータの出力軸と一体回転可能な駆動プーリと、前記ボールねじナットと一体回転可能な従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡されるベルトとを通じて前記ボールねじナットに伝達されるように構成されており、前記複列アンギュラ玉軸受は、前記ボールねじナットの外周のうち、前記ベルトが配置される部位と異なる部位に対して配置され、前記弾性部材は、金属製の皿ばねであり、径方向の外側の部位である外縁部が前記複列アンギュラ玉軸受の外輪部の側周面から当該複列アンギュラ玉軸受を押圧するように当該外輪部の側周面に接するように構成され、前記ボールねじナットのボールの転動領域は、前記軸方向において前記ベルト及び前記複列アンギュラ玉軸受と重なるように配置されている。

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複列アンギュラ玉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、以後の駆動源を通じたボールねじナットの転舵軸に対する回転、ひいては転舵軸の軸方向への移動が容易となる。

また、上記構成によれば、複列アンギュラ玉軸受とハウジング（係止部）との間に弾性部材が設けられることで、上記軸受の移動時における外輪部がハウジング（係止部）から受ける反力を低減することができる。このため、外輪部を薄く形成すること、ひいては電動パワーステアリング装置における径方向のサイズをよりコンパクトに構成することができる。

上記電動パワーステアリング装置について、前記外輪部における内周面には前記玉を転動可能に保持する玉保持穴が形成され、前記外輪部における前記玉保持穴の頂点から前記外輪部の外面までの軌道底肉厚を、前記玉径の２５％〜３０％に設定することが好ましい。

この構成によれば、複列アンギュラ玉軸受の外輪部における軌道底肉厚が玉径の２５％〜３０％に設定される。このように、従来一般的な外輪部よりその軌道底肉厚を薄くした場合であっても、上記のように軸受における外輪部がハウジング（係止部）から受ける反力を低減できる。よって、耐久性を維持しつつ、複列アンギュラ玉軸受の径方向のサイズをよりコンパクトにすることができる。

本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、径方向のサイズをよりコンパクトに構成することができる。

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。 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。 本発明の一実施形態における軸受が移動したときの電動パワーステアリング装置の部分断面図。 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における出力軸４１ａ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、複列アンギュラ玉軸受５０が設けられている。複列アンギュラ玉軸受５０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。

詳しくは、図３に示すように、複列アンギュラ玉軸受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の内周面には、外輪部５１の周方向に沿う玉保持穴５１ａが形成されている。

玉保持穴５１ａは、玉５３の周面に応じた曲面を有する。玉保持穴５１ａは軸方向ＺＡに沿って２つ形成されている。玉保持穴５１ａの頂点から外輪部５１の上面までの厚さを軌道底肉厚Ｔと規定する。この軌道底肉厚Ｔは、玉径Ｂｄの２５％〜３０％に設定する。この軌道底肉厚Ｔは、外輪部５１の強度を考慮しつつできる限り薄くしている。各玉保持穴５１ａ内には玉５３が充填される。この状態で、玉５３は外輪部５１と内輪部５２との間での相対回転によって転動可能となる。

図３に示すように、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。複列アンギュラ玉軸受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。

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。

金属ばね６２は金属製の円環状の皿ばねである。また、プレート６１は、金属ばね６２がハウジング３０に接触することを防止する目的で設けられたものであって、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は短手方向に延出する保持部６１ａと、長手方向に延出する防磨耗部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と反対側は外輪部５１の側周面と接触することで複列アンギュラ玉軸受５０を押圧する。このように、複列アンギュラ玉軸受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、図４に示すように、ラック軸２１が左方向に僅かに移動する。

これに伴い、複列アンギュラ玉軸受５０（外輪部５１）が一方の金属ばね６２（図中左側）を圧縮させ、他方の金属ばね６２を伸長させつつボールねじナット４５と一体で左方向に移動する。

この複列アンギュラ玉軸受５０及びボールねじナット４５の移動によって、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の回転がスムーズとなる。ラック軸２１が右方向に僅かに移動した場合もこれと同様に作用する。

上記のように、金属ばね６２が弾性変形可能に複列アンギュラ玉軸受５０の両側に配置されることで、複列アンギュラ玉軸受５０の移動に伴いハウジング３０（係止部３１ｃ，３２ｃ）から受ける反力Ｐａを低減することができる。よって、上述のように外輪部５１を薄くしても耐久性が低下することが抑制される。なお、この反力Ｐａは金属ばね６２のばね定数に応じて定まる。

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）ステアリング２の回動に伴い軸方向ＺＡにラック軸２１が僅かに移動すると、ラック軸２１に対してボールねじナット４５及び複列アンギュラ玉軸受５０が一体となって金属ばね６２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４５及び複列アンギュラ玉軸受５０を移動させることで、以後のモータ４１を通じたボールねじナット４５のラック軸２１に対する回転、ひいてはラック軸２１の軸方向ＺＡへの移動が円滑となる。

また、複列アンギュラ玉軸受５０とハウジング３０（係止部３１ｃ，３２ｃ）との間に金属ばね６２が設けられることで、上記複列アンギュラ玉軸受５０の移動時における外輪部５１がハウジング３０（係止部３１ｃ，３２ｃ）から受ける反力Ｐａを低減することができる。このため、外輪部５１を薄く形成すること、ひいては電動パワーステアリング装置１０における径方向ＺＢのサイズをよりコンパクトに構成することができる。

（２）複列アンギュラ玉軸受５０の外輪部５１における軌道底肉厚Ｔが玉径Ｂｄの２５％〜３０％に設定される。このように、従来一般的な外輪部５１よりその軌道底肉厚Ｔを薄くした場合であっても、上記のように複列アンギュラ玉軸受５０における外輪部５１がハウジング３０（係止部３１ｃ，３２ｃ）から受ける反力Ｐａを低減できる。よって、耐久性を維持しつつ、複列アンギュラ玉軸受５０の径方向ＺＢのサイズをよりコンパクトにすることができる。

（３）金属ばね６２のばね定数を調整することで、外輪部５１が金属ばね６２を介してハウジング３０から受ける反力Ｐａを調整することができる。具体的には、ばね定数が小さいほど、外輪部５１が受ける反力Ｐａが小さくなる。

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、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。
・上記実施形態においては、軌道底肉厚Ｔは、玉径Ｂｄの２５％〜３０％に設定されていたが、この範囲外であってもよい。

・上記実施形態においては、ハウジング３０は、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。

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、３２ｂ…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…複列アンギュラ玉軸受、６１…プレート、６１ａ…保持部、６１ｂ…防磨耗部、６２…金属ばね（弾性部材）。

Claims (2)

1. 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、モータ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する円環状の外輪部、前記外輪部の内側に位置するとともに前記ボールねじナットを内部で保持する円環状の内輪部、並びに前記外輪部及び内輪部間で転動するとともに、前記軸方向に沿って複数列配置される玉を有し、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単一の複列アンギュラ玉軸受と、
   前記複列アンギュラ玉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外輪部との間に設けられ、前記複列アンギュラ玉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、を備え、
   前記モータの回転は、当該モータの出力軸と一体回転可能な駆動プーリと、前記ボールねじナットと一体回転可能な従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡されるベルトとを通じて前記ボールねじナットに伝達されるように構成されており、
   前記複列アンギュラ玉軸受は、前記ボールねじナットの外周のうち、前記ベルトが配置される部位と異なる部位に対して配置され、
   前記弾性部材は、金属製の皿ばねであり、径方向の外側の部位である外縁部が前記複列アンギュラ玉軸受の外輪部の側周面から当該複列アンギュラ玉軸受を押圧するように当該外輪部の側周面に接するように構成され、
   前記ボールねじナットのボールの転動領域は、前記軸方向において前記ベルト及び前記複列アンギュラ玉軸受と重なるように配置された
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 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、
   前記外輪部における内周面には前記玉を転動可能に保持する玉保持穴が形成され、前記外輪部における前記玉保持穴の頂点から前記外輪部の外面までの軌道底肉厚を、前記玉径の２５％〜３０％に設定する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。