JP6291725B2 - 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、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転舵軸の軸方向への移動に変換する。

特開２００６−２２４９４５号公報

例えば、図４に示すように、ＥＰＳは、ハウジング１３０と、転舵軸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。
転舵軸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。この軸受１５０として、ＥＰＳにおける径方向（図中の上下方向）のコンパクト化の観点から、複列アンギュラ玉軸受の採用が検討されている。転舵軸１２１の軸方向における、軸受１５０とハウジング１３０との隙間には、弾性部材１６２が設置されている。軸受１５０は両側から両弾性部材１６２によって弾性変位可能に挟み込まれている。

上記構成において、ステアリングが回動操作されると、ピニオンを介して転舵軸１２１に軸方向ＺＡの力が加わる。これにより、転舵軸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。この転舵軸１２１の移動に伴って、ボールねじナット１４５及び軸受１５０が一体で軸方向に移動する。この軸受１５０の移動に伴って弾性部材１６２が弾性変形する。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、円滑に転舵軸１２１が軸方向ＺＡに移動を開始する。

しかし、特に、軸受１５０として複列アンギュラ玉軸受が採用された場合には、軸受１５０とハウジング１３０の内周面との接触面積が大きくなる。よって、軸受１５０とハウジング１３０の内周面との摩擦抵抗によって、上記軸受１５０のスムーズな移動が妨げられるおそれがある。このため、上記転舵軸１２１の円滑な動き出しが十分に実現されないおそれがある。同様の問題は単列軸受においても生じうる。

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、ハウジングに対する軸受の摩擦抵抗が低減され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、前記軸受を前記軸方向に弾性的に変位可能に保持する弾性保持部と、前記軸受の外周面とハウジングの内周面とが接触する面である前記ハウジングの内周面又は前記軸受の外周面に形成された凹状の摩擦抑制穴と、を備え、前記摩擦抑制穴内には、潤滑油が充填され、前記軸受は、複列アンギュラ玉軸受であり、前記モータの回転は、当該モータの出力軸に一体的に取り付けられる駆動プーリと、前記ボールねじナットに一体的に取り付けられる従動プーリと、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伝達されるように構成されており、前記ベルトは、前記ボールねじナットの外周のうち、軸方向両端の一方側の端部に対して配置され、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、前記弾性保持部は、皿ばね及びウェーブワッシャから選ばれる金属ばねであり、径方向の外側の部位が前記複列アンギュラ玉軸受の外輪部の側面に軸方向から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、軸方向において、前記複列アンギュラ玉軸受の玉と前記従動プーリにおける前記ベルトが配置される部位との両方に重なるように配置される。

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保持部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。

上記構成によれば、軸受とハウジングとの接触面には、凹状の摩擦抑制穴が形成されている。この摩擦抑制穴により、軸受とハウジングとの接触面積が低減する。このため、上述のように、ボールねじナット及び軸受が一体で移動する際の軸受のハウジングに対する摺動摩擦を低減することができる。

また、上記構成によれば、摩擦抑制穴内に潤滑油が充填されることで、いっそう軸受のハウジングに対する摺動摩擦を低減することができる。

また、複列アンギュラ玉軸受は、単列ベアリング等に比べて、軸方向に長い形状となる。よって、複列アンギュラ玉軸受では自ずと軸受とハウジングとの接触面積、ひいては摺動摩擦が大きくなる。しかし、上記構成によれば、軸受のハウジングに対する摺動摩擦を低減することができるため、複列アンギュラ玉軸受を採用した構成でも、円滑に複列アンギュラ玉軸受を移動させることができる。

本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、ハウジングに対する軸受の摩擦抵抗を低減することができる。

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断面図。 図２の拡大図。 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３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（図中左右方向）に貫通した貫通孔３０ａを有する。ラック軸２１は、自身の軸方向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。そして、ピニオンギア１３Ａはステアリング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を通じて回転する。これにより、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。
図１に示すように、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、図２に示すように、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に長い形状である。したがって、軸受５０はボールねじナット４５を片持ちであっても比較的高剛性に支持することができ、タイミングベルト３３のテンションによるボールねじナット４５の傾きを抑制することができる。

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。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は玉５３を回転させつつ、外輪部５１に対して回転する。

第２ハウジング部３２における軸受５０と接触する内周面には凹状の摩擦抑制穴３４が形成されている。摩擦抑制穴３４は円環状に形成されている。この摩擦抑制穴３４には、潤滑剤としてのグリス５５が充填されている。このグリス５５は、摩擦抑制穴３４における軸方向ＺＡ両側に形成される軸受５０と第２ハウジング部３２とが接触する接触面５６に染み出す。摩擦抑制穴３４及びグリス５５により、第２ハウジング部３２の内周面に対する軸受５０の摺動摩擦が低減される。

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、ボールねじナット４５の径方向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。

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が形成される。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が形成される。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は円環状の皿ばね又はウェーブワッシャであって、外輪部５１の側面に接する位置に設けられる。金属ばね６２は弾性保持部の一例である。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。

プレート６１はその内部に金属ばね６２を保持した状態で、金属ばね６２と各係止部３１ｃ，３２ｃとの間に位置する。外輪部５１は、両金属ばね６２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。これにより、軸受５０が金属ばね６２を圧縮しつつボールねじナット４５と一体で軸方向ＺＡに移動する。このとき、摩擦抑制穴３４及びその中に充填されるグリス５５によって、軸受５０と第２ハウジング部３２の内周面との摺動摩擦が低減される。よって、軸受５０及びボールねじナット４５の移動がスムーズとなる。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の回転がスムーズとなる。

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）軸受５０とハウジング３０との接触面には、凹状の摩擦抑制穴３４が形成されている。この摩擦抑制穴３４により、軸受５０とハウジング３０との接触面積が低減する。このため、上述のように、ボールねじナット４５及び軸受５０が一体で移動する際の軸受５０のハウジング３０に対する摺動摩擦を低減することができる。

（２）摩擦抑制穴３４内にグリス５５が充填されることで、いっそう軸受５０のハウジング３０に対する摺動摩擦を低減することができる。
（３）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に長い形状となる。よって、複列アンギュラ玉軸受５０では自ずと軸受５０とハウジング３０との接触面積、ひいては摺動摩擦が大きくなる。しかし、上記構成によれば、軸受５０のハウジング３０に対する摺動摩擦を低減することができるため、複列アンギュラ玉軸受を採用した構成でも、円滑に複列アンギュラ玉軸受５０を軸方向ＺＡに移動させることができる。

（４）摩擦抑制穴３４はアルミニウム製のハウジング３０に形成されるため、容易に摩擦抑制穴３４を形成することができる。
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、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、摩擦抑制穴３４は１つであったが、軸方向ＺＡに沿って複数の摩擦抑制穴３４が設けられてもよい。
・上記実施形態においては、摩擦抑制穴３４にグリス５５が充填されていたが、グリス５５が充填されていなくてもよい。この場合でも、摩擦抑制穴３４が凹状に形成されることで、軸受５０と第２ハウジング部３２との接触面積、ひいては、軸受５０と第２ハウジング部３２との摺動摩擦を低減することができる。

・上記実施形態においては、ハウジング３０は、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。
・上記実施形態においては、摩擦抑制穴３４はハウジング３０に形成されていたが、軸受５０の外周面に形成されていてもよい。この場合でも、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

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）前記ハウジングはアルミニウムで形成され、前記摩擦抑制穴は前記軸受と面接触する前記ハウジングに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。

（ロ）前記潤滑油はグリスであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
（ハ）前記弾性保持部は、前記軸受に対する前記転舵軸の軸方向の両側に、前記軸受と離間して位置する、前記ハウジングの一部である係止部と、前記各係止部と前記軸受との間に設けられる弾性体と、を備え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、３４…摩擦抑制穴、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、５５…グリス（潤滑油）、６２…金属ばね（弾性保持部）。

Claims (1)

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、
   前記軸受を前記軸方向に弾性的に変位可能に保持する弾性保持部と、
   前記軸受の外周面とハウジングの内周面とが接触する面である前記ハウジングの内周面又は前記軸受の外周面に形成された凹状の摩擦抑制穴と、を備え、
   前記摩擦抑制穴内には、潤滑油が充填され、
   前記軸受は、複列アンギュラ玉軸受であり、
   前記モータの回転は、当該モータの出力軸に一体的に取り付けられる駆動プーリと、前記ボールねじナットに一体的に取り付けられる従動プーリと、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、
   前記ベルトは、前記ボールねじナットの外周のうち、軸方向両端の一方側の端部に対して配置され、
   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、
   前記弾性保持部は、皿ばね及びウェーブワッシャから選ばれる金属ばねであり、径方向の外側の部位が前記複列アンギュラ玉軸受の外輪部の側面に軸方向から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、軸方向において、前記複列アンギュラ玉軸受の玉と前記従動プーリにおける前記ベルトが配置される部位との両方に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。