JP6331021B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、パワーステアリング装置に関する。

この種の技術としては、下記の特許文献1に記載の技術が開示されている。特許文献1には、電動モータの駆動力を、駆動側歯付プーリ、歯付ベルト、従動側歯付プーリ、ボールナット、ボール、ボールねじを介してラック軸に伝達し、ラック軸を軸方向に駆動するものが開示されている。ボールナットは、従動側歯付プーリの内周側に設けられており、ラック軸に形成されたボールねじにボールを介して噛み合っている。

特開2013-226880号公報

特許文献1に記載の技術では、ボールナットを従動側歯付プーリの内周に挿入する際の組立性を確保するため、ボールナットの外周と従動側歯付プーリの内周との間に隙間を設けている。そのため、ボールナットの中心軸と従動側歯付プーリの中心軸とがずれた状態で組み立てるおそれがある。
本発明は、上記問題に着目されたもので、その目的とするところは、ナット（ボールナット）の中心軸と出力プーリ（従動側歯付プーリ）の中心軸とのずれを抑制し、組付精度の向上を図ることができるパワーステアリング装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のパワーステアリング装置では、ナットと出力プーリの一方に設けられ円筒状に形成された挿入部と、前記ナットと出力プーリの他方に設けられ挿入部が挿入される挿入孔との間に、径方向において圧縮した状態で弾性部材を設け、前記ナットに前記出力プーリを前記第一基準軸線に沿って締め付けて固定するスクリュを設けた。

よって、出力プーリとナットの組付性を確保しつつ、第一基準軸線Ｌ１に対する出力プーリおよびナットの平行度等の組付精度の向上を図ることができる。

実施例1のパワーステアリング装置の正面図である。 実施例1のパワーステアリング装置の断面図である。 実施例1のパワーステアリング装置のアシスト機構付近の拡大断面図である。 実施例1のナットを径方向から見た図である。 実施例1のナットの環状溝付近の拡大断面図である。 実施例1のナットを出力プーリに挿入する前後の弾性部材の断面形状を模式的に示した図である。 比較例のナットの環状溝付近の拡大断面図である。

［実施例1］
実施例1のパワーステアリング装置1について説明する。実施例1のパワーステアリング装置1は、電動モータ40の駆動力をボールねじ機構26を介して転舵軸10に伝達することで運転者の操舵力に対するアシスト力を付与するものである。
〔パワーステアリング装置の構成〕
図1はパワーステアリング装置1の正面図である。図2はパワーステアリング装置1を転舵軸10の軸線上で切断した断面図である。
パワーステアリング装置1は、運転者が操舵したステアリングホイールの回転を転舵軸10に伝達する操舵機構2と、転舵軸10にアシスト力を付与するアシスト機構3とを有している。転舵軸10が軸方向に移動することにより転舵輪を転舵させる。
パワーステアリング装置1の各構成要素は、第一ハウジング31、第二ハウジング32およびモータハウジング33からなるハウジング30内に収容されている。
操舵機構2は、ステアリングホイールに連結する操舵入力軸80と、操舵入力軸80と一体に回転するピニオン81を有している。ピニオン81は、転舵軸10の外周に形成されたラックと噛み合っている。

アシスト機構3は、電動モータ40と、電動モータ40の出力を転舵軸10に伝達するボールねじ機構26とを有している。
電動モータ40は、運転者によりステアリングホイールに入力された操舵トルクおよび操舵量に応じてモータコントローラにより出力が制御されている。電動モータ40は、モータハウジング33に収容されている。電動モータ40は、モータハウジング33に固定されたステータ40aと、ステータ40aに対して回転可能に支持されたロータ40bとから構成されている。ロータ40bには、モータハウジング33の外部に伸びる駆動軸40cが設けられている。駆動軸40cは、ロータ40bに対して一体回転するように固定されている。
ボールねじ機構26は、ナット20と出力プーリ27とを有している。出力プーリ27の外見は円筒状の部材であって、ナット20に一体回転可能に固定されている。電動モータ40の駆動軸40cには円筒状の入力プーリ35が一体に回転するように固定されている。ナット20の回転軸を第一基準軸線L1とし、入力プーリ35の回転軸を第二基準軸線L2とする。第二基準軸線L2は、第一基準軸線L1に対して径方向にオフセットするように配置される。なお、ナット20に一体に固定されている出力プーリ27も第一基準軸線L1を回転軸としている。

入力プーリ35と出力プーリ27との間にはベルト28が巻回されている。ベルト28は樹脂によって形成されている。電動モータ40の駆動力は入力プーリ35、ベルト28、出力プーリ27を介してナット20に伝達される。入力プーリ35の外径は出力プーリ27の外径より小さく形成されている。入力プーリ35、出力プーリ27およびベルト28によって減速機が構成されている。
ナット20は、転舵軸10を包囲するように円筒状に形成され、転舵軸10に対し回転自在に設けられている。ナット20の内周には、螺旋状に溝が形成されており、この溝がナット側ボールねじ溝21を構成している。転舵軸10の外周には、ラックが形成されている部分とは軸方向に離れた位置に螺旋状の溝が形成されており、この溝が転舵軸側ボールねじ溝11を構成している。
転舵軸10をナット20に挿入した状態で、ナット側ボールねじ溝21と転舵軸側ボールねじ溝11とによってボール循環溝12を形成している。ボール循環溝12内には金属製の複数のボール22が充填されている。ナット20が回転するとボール循環溝12内をボール22が移動することにより、ナット20に対して転舵軸10が長手方向に移動する。

〔ナットの構成〕
図3はパワーステアリング装置1のアシスト機構3付近の拡大断面図である。図4はナット20を径方向から見た図である。
ナット20は軸受24によって第一ハウジング31に回転自在に軸支されている。軸受24は、アウタレース24aとインナレース24bとを有している。アウタレース24aとインナレース24bとの間にはボール24cが設けられている。インナレース24bは、ナット20の軸方向の図中左側（操舵機構2側）に、ナット20と一体に形成されている。
ナット20のインナレース24bよりも軸方向の図中右側は、本体部20aを構成している。本体部20aは、転舵軸10を包囲するように円筒形に形成されている。本体部20aの端部（軸受24と反対側の端部）は、第一基準軸線L1に対して直角な面となるように形成されており、当接面20fを構成している。

本体部20aの外周には、ボール循環溝12の一方の端部に連通する接続孔20bと、他方の端部に連通する接続孔20cが穿設されている。この接続孔20bおよび接続孔20cにボールチューブ23の端部が挿入されている。ボールチューブ23はボール循環溝12の両端部を繋ぎ、ボール22はボール循環溝12とボールチューブ23内を循環可能とされている。
本体部20aの外周には、接続孔20bと接続孔20cとを繋ぐように形成された溝状の係合溝20dが形成されている。係合溝20dは、ボールチューブ23の中間部が係合している。
本体部20aの外周には、係合溝20dを挟むように雌ねじ孔20eが穿設されている。ボールチューブ23を跨ぐように留め金が設けられ、留め金の両端がねじによって本体部20aに固定されている。雌ねじ孔20eには、このねじが螺合している。
当接面20fには雌ねじ孔20gが形成されている。雌ねじ孔20gは、後述する出力プーリ27のスクリュ貫通孔27fと対応する位置に形成されている。
本体部20aの外周であって当接面20fから第一基準軸線L1方向に所定距離離間した位置に、本体部20aの全周に渡って溝状に形成された環状溝20hが設けられている。環状溝20hが当接面20fから離間する距離は、環状溝20hと当接面20fとの間の肉の強度が十分確保できる程度であれば良い。環状溝20hには、樹脂により形成されたOリングである弾性部材42が係合している。環状溝20hおよび弾性部材42の構成については後に詳述する。

〔出力プーリの構成〕
出力プーリ27は、有底カップ状に形成されている。出力プーリ27の底が底部27aを構成している。底部27aの外周面から第一基準軸線L1方向に伸びるように円筒状に形成された筒状部27bが形成されている。底部27aの中心には、底部27aを軸方向に貫通する転舵軸貫通孔27cが形成されている。転舵軸貫通孔27cを転舵軸10が貫通している。転舵軸貫通孔27cの外周側には、底部27aを軸方向に貫通するスクリュ貫通孔27eが形成されている。
筒状部27bの底部27a側の内径は、開口側の内径よりも小さく形成されている。この小径部分が、挿入孔27gを構成している。挿入孔27gの内径は、本体部20aの外径よりも若干大径に形成されている。底部27aの挿入孔27g側の面は、第一基準軸線L1に対して直角な面となるように形成されており、非当接面27dを構成している。

〔ナットと出力プーリの組み付け〕
出力プーリ27の筒状部27bの内周にはナット20が挿入されている。ナット20の軸方向において、本体部20aの一部が挿入孔27gに挿入されている。出力プーリ27にナット20が装着された状態で、ナット20の当接面20fが出力プーリ27の非当接面27dに当接している。
出力プーリ27にナット20が挿入された状態で、出力プーリ27のスクリュ貫通孔27eを貫通したスクリュ41がナット20の雌ねじ孔20gと螺合される。これにより、ナット20と出力プーリ27とを締結する。スクリュ41は、第一基準軸線L1方向に締め付けられることとなる。
出力プーリ27にナット20が装着された状態で、本体部20aと挿入孔27gとの間には径方向に隙間を有している。このとき、弾性部材42は、本体部20aと挿入孔27gとの間で、径方向（第一基準軸線L1に対して放射方向）に圧縮された状態で配置されている。

〔環状溝の詳細〕
図5はナット20の環状溝20h付近の拡大断面図である。環状溝20hはその断面において、矩形状に形成されている。環状溝20hの幅方向（第一基準軸線L1方向）の長さ（幅W）は、深さ方向の長さ（深さD）に比べて大きく形成されている。
〔Oリングの圧縮率〕
図6はナット20を出力プーリ27に挿入する前後の弾性部材42の断面形状を模式的に示した図である。図6(a)はナット20を出力プーリ27に挿入する前の図を示す。図6(b)はナット20を出力プーリ27に挿入した後の図を示す。
ナット20を出力プーリ27に挿入する前の弾性部材42の断面の径の大きさをd1とする。ナット20を出力プーリ27に挿入した後の弾性部材42の断面の径の大きさをd2とする。弾性部材42の圧縮率R[%]を以下の式で表す。
R=d2/d1×100
この圧縮率を80[%]以下、より好ましくは75[%]以下となるように設定している。この圧縮率Rは、値が小さくなるほど弾性部材42はより圧縮された状態（圧縮率が高い状態）となっていることを示す。

〔作用〕
出力プーリ27にナット20を挿入する際の組付性を確保するために、出力プーリ27の挿入孔27gの内径は、ナット20の本体部20aの外径よりも若干大径に形成されている。つまり、出力プーリ27にナット20を組み付けた際に、挿入孔27cと本体部20aとの間には、所定の隙間が生じることとなる。そのため、出力プーリ27とナット20の相対位置は、この隙間の範囲でずれる可能性がある。その結果、出力プーリ27の中心軸とナット20の中心軸とが一致しないおそれがある。出力プーリ27とナット20とは一体に回転するものであり、両者の中心軸がずれると、ナット20から転舵軸10への駆動力の伝達効率が悪化する。
そこで実施例1では、出力プーリ27の挿入孔27gとナット20の本体部20aとの間に、断面が圧縮された状態の弾性部材42を設けるようにした。これにより、出力プーリ27にナット20を挿入した際に、両者が調心される。よって、出力プーリ27とナット20の組付性を確保しつつ、組付精度の向上を図ることができる。

また実施例1では、ナット20の本体部20aを出力プーリ27の挿入孔27gに挿入するようにした。ナット20の外径に比べ出力プーリ27の外径の方が大きい。外径の小さなナット20を出力プーリ27に挿入する構造とすることで、装置の小型化を図る事ができる。
また実施例1では、ナット20の本体部20aの先端に第一基準軸線L1に対して直角な面を有する当接面20fを設けた。また、出力プーリ27の底部27aに第一基準軸線L1に対して直角な面を有する非当接面27dを設けた。出力プーリ27とナット20とを組み付けた際に、当接面20fと非当接面27dとが当接するようにした。これにより、弾性部材42を支点とする出力プーリ27の倒れを抑制することができる。よって、第一基準軸線L1に対する出力プーリ27およびナット20の平行度の精度を向上させることができる。
また実施例1では、出力プーリ27とナット20とを第一基準軸線L1方向に締め付けるスクリュ41によって締結するようにした。よって、ナット20の当接面20fと出力プーリ27の非当接面27dとを密着させる方向に締結力が作用し、第一基準軸線L1に対する出力プーリ27およびナット20の平行度の精度を向上させることができる。
また実施例1では、ナット20の本体部20aの外周側に弾性部材42が係合する環状溝20hを設けた。環状溝20hに弾性部材42を係合することにより、弾性部材42の位置ずれの抑制を図ることができる。また、環状溝20hに弾性部材42を係合させた状態でナット20を出力プーリ27に挿入することができるため、組付性の向上を図ることができる。また、弾性部材42が係合する溝を出力プーリ27の挿入孔27gの内周側に設ける場合に比べて、環状溝20hの加工は容易に行うことができる。

また実施例1では、弾性部材42が係合する環状溝20hの断面形状を矩形状に形成した。
図7はナット20の環状溝20h付近の拡大断面図である。図7は比較例として、環状溝20hの断面形状をV状に形成したものを示している。環状溝20hの断面形状をV状に形成した場合、弾性部材42と環状溝20hとの接触位置が一定とならない。すなわち、複数の装置の間で、ある装置の弾性部材42は環状溝20hに深く係合し、別の装置の弾性部材42は環状溝20hに浅く係合することがある。そのため、弾性部材42の圧縮率の管理が困難となる。一方、環状溝20hの断面形状を矩形状に形成した場合、環状溝20hに係合する弾性部材42の係合深さは、環状溝20hの底面で規定される。そのため、弾性部材42の圧縮率の管理を容易にすることができる。
また実施例1では、弾性部材42が係合する環状溝20hの幅Wを深さDよりも長くなるようにした。弾性部材42が潰れるときに、環状溝20hの幅方向（第一基準軸線L1方向）に圧縮率が高くなっても弾性部材42の弾性力が大きくなる。そのため、環状溝20hの径方向（第一基準軸線L1に対して放射方向）の圧縮率の管理が困難となる。環状溝20hの幅を相対的に大きくすることで、弾性部材42の幅方向の圧縮率を抑制し、径方向の圧縮率の管理を容易にすることができる。
また実施例1では、ナット20の環状溝20hを、当接面20fから第一基準軸線L1方向において所定距離離間した位置に形成した。これにより、当接面20fの面積を確保することができ、出力プーリ27とナット20との平行度の精度を向上させることができる。
また実施例1では、ナット20と出力プーリ27とを組み付けた状態で、弾性部材42の圧縮率が80[%]以下となるようにした。よって、弾性部材42の弾性力を高くすることができ、出力プーリ27とナット20とを組み付ける際の両者の中心軸のずれを抑制することができる。

〔効果〕
以下に、実施例1のパワーステアリング装置1の効果について説明する。
(1) ステアリングホイールの回転に伴い軸方向移動することにより転舵輪を転舵させる転舵軸10と、転舵軸10の外周側に設けられ、螺旋状の溝形状を有する転舵軸側ボールねじ溝11と、転舵軸10を包囲するように環状に設けられたナット20と、ナット20の内周側に設けられ、螺旋状の溝形状を有し、転舵軸側ボールねじ溝11と共にボール循環溝12を構成するナット側ボールねじ溝21と、ボール循環溝12内に設けられた複数のボール22と、複数のボール22をボール循環溝12の一端側から他端側へ循環させるボールチューブ23（循環機構）と、から構成され、転舵軸10に対するナット20の回転に伴いボール循環溝12内を複数のボール22が移動し、ナット20に対して転舵軸10を転舵軸10の長手方向に移動させるボールねじ機構26と、転舵軸10を包囲するように円筒状に形成され、ナット20の回転に伴い回転する出力プーリ27と、ナット20と出力プーリ27の一方に設けられ、転舵軸10を包囲するように円筒状に形成された本体部20a（挿入部）と、ナット20の回転軸を第一基準軸線L1とし、第一基準軸線L1の放射方向を径方向としたとき、ナット20と出力プーリ27の他方に設けられ、本体部20aが挿入される孔部であって、第一基準軸線L1に対する直角断面が円形に形成され、第一基準軸線L1方向の所定範囲において本体部20aとの間の径方向隙間が所定長さとなるように形成された挿入孔27gと、弾性材料で形成され、径方向において本体部20aと挿入孔27gの間に圧縮した状態で設けられた弾性部材42と、回転軸となる第二基準軸線L2が第一基準軸線L1に対し径方向にオフセットするように配置され、円筒状に形成された入力プーリ35と、出力プーリ27と入力プーリ35とを跨ぐように設けられ、入力プーリ35の回転を出力プーリ27に伝達するベルト28（伝達部材）と、モータハウジング33と、モータハウジング33に収容されるロータ40bおよびステータ40aと、から構成され、入力プーリ35を回転駆動する電動モータ40と、を設けた。
よって、出力プーリ27とナット20の組付性を確保しつつ、組付精度の向上を図ることができる。

(2) 本体部20aはナット20に設けられ、挿入孔27gは出力プーリ27に設けられるようにした。
よって、外径の小さなナット20を出力プーリ27に挿入する構造とすることで、装置の小型化を図る事ができる。
(3) 本体部20aの先端に設けられ、第一基準軸線L1に対し直角な面となるように形成された当接面20fと、挿入孔27gの底側に設けられ、第一基準軸線L1に対し直角な面であって、当接面20fが当接するように形成された被当接面27dと、を設けた。
よって、第一基準軸線L1に対する出力プーリ27およびナット20の平行度の精度を向上させることができる。
(4) ナット20に出力プーリ27を固定するスクリュ41を備え、スクリュ41は、第一基準軸線L1に沿って締め付けられるようにした。
よって、第一基準軸線L1に対する出力プーリ27およびナット20の平行度の精度を向上させることができる。
(5) 本体部20aの外周側に設けられ、弾性部材42が配置される環状溝20hを有するようにした。
よって、弾性部材42の位置ずれの抑制を図ることができる。また、ナット20と
出力プーリ27
(6) 環状溝20hは、矩形断面を有するようにした。
よって、弾性部材42の圧縮率の管理を容易にすることができる。
(7) 環状溝20hは、径方向深さに比べ、第一基準軸線L1方向長さが長くなるように形成されるようにした。
よって、弾性部材42の第一基準軸線L1方向の圧縮率を抑制し、径方向の圧縮率の管理を容易にすることができる。
(8) 環状溝20hは、当接面20fから第一基準軸線L1方向において所定距離離間した位置に形成されるようにした。
よって、出力プーリ27とナット20との平行度の精度を向上させることができる。
(9) 弾性部材42はOリングであって、弾性部材42の圧縮率が80％以下の状態でナット20と出力プーリ27の間に組み付けられるようにした。
よって、出力プーリ27とナット20とを組み付ける際の両者の中心軸のずれを抑制することができる。

［他の実施例］
以上、本発明を実施例1に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は実施例1に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
実施例1では、弾性部材としてOリングを用いたが、出力プーリ27とナット20との間で、径方向に圧縮した状態で配置可能な弾性材料であれば良い。

10 転舵軸
11 転舵軸側ボールねじ溝
20 ナット
20a 本体部（挿入部）
20f 当接面
20h 環状溝
21 ナット側ボールねじ溝
22 ボール
23 ボールチューブ（循環機構）
26 ボールねじ機構
27 出力プーリ
27d 被当接面
27g 挿入孔
42 弾性部材
28 ベルト（伝達部材）
35 入力プーリ
40 電動モータ
40a ステータ
40b ロータ
41 スクリュ

Claims (8)

1. ステアリングホイールの回転に伴い軸方向移動することにより転舵輪を転舵させる転舵軸と、
   前記転舵軸の外周側に設けられ、螺旋状の溝形状を有する転舵軸側ボールねじ溝と、
   前記転舵軸を包囲するように環状に設けられたナットと、
   前記ナットの内周側に設けられ、螺旋状の溝形状を有し、前記転舵軸側ボールねじ溝と共にボール循環溝を構成するナット側ボールねじ溝と、
   前記ボール循環溝内に設けられた複数のボールと、
   前記複数のボールを前記ボール循環溝の一端側から他端側へ循環させる循環機構と、
   から構成され、前記転舵軸に対する前記ナットの回転に伴い前記ボール循環溝内を前記複数のボールが移動し、前記ナットに対して前記転舵軸を前記転舵軸の長手方向に移動させるボールねじ機構と、
   前記転舵軸を包囲するように円筒状に形成され、前記ナットの回転に伴い回転する出力プーリと、
   前記ナットと前記出力プーリの一方に設けられ、前記転舵軸を包囲するように円筒状に形成された挿入部と、
   前記ナットの回転軸を第一基準軸線とし、前記第一基準軸線の放射方向を径方向としたとき、前記ナットと前記出力プーリの他方に設けられ、前記挿入部が挿入される孔部であって、前記第一基準軸線に対する直角断面が円形に形成され、前記第一基準軸線方向の所定範囲において前記挿入部との間の前記径方向隙間が所定長さとなるように形成された挿入孔と、
   前記ナットに前記出力プーリを前記第一基準軸線に沿って締め付けて固定するスクリュと、
   弾性材料で形成され、前記径方向において前記挿入部と前記挿入孔の間に圧縮した状態で設けられた弾性部材と、
   回転軸となる第二基準軸線が前記第一基準軸線に対し径方向にオフセットするように配置され、円筒状に形成された入力プーリと、
   前記出力プーリと前記入力プーリとを跨ぐように設けられ、前記入力プーリの回転を前記出力プーリに伝達する伝達部材と、
   モータハウジングと、前記モータハウジングに収容されるロータおよびステータと、から構成され、前記入力プーリを回転駆動する電動モータと、
   を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 請求項1に記載のパワーステアリング装置において、
   前記挿入部は前記ナットに設けられ、前記挿入孔は前記出力プーリに設けられることを特徴とするパワーステアリング装置。
3. 請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
   前記挿入部の先端に設けられ、前記第一基準軸線に対し直角な面となるように形成された当接面と、
   前記挿入孔の底側に設けられ、前記第一基準軸線に対し直角な面であって、前記当接面が当接するように形成された被当接面と、
   を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
4. 請求項３に記載のパワーステアリング装置において、
   前記挿入部の外周側に設けられ、前記弾性部材が配置される環状溝を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
5. 請求項４に記載のパワーステアリング装置において、
   前記環状溝は、矩形断面を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
6. 請求項５に記載のパワーステアリング装置において、
   前記環状溝は、前記径方向深さに比べ、前記第一基準軸線方向長さが長くなるように形成されることを特徴とするパワーステアリング装置。
7. 請求項４に記載のパワーステアリング装置において、
   前記環状溝は、前記当接面から前記第一基準軸線方向において所定距離離間した位置に形成されることを特徴とするパワーステアリング装置。
8. 請求項1に記載のパワーステアリング装置において、
   前記弾性部材はＯリングであって、前記弾性部材の圧縮率が８０％以下の状態で前記ナットと前記出力プーリの間に組み付けられることを特徴とするパワーステアリング装置。

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