JP6515690B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合しているラック軸がボールねじ機構のねじ軸に連結し、ボールねじ機構のナットにモータの回転が減速機構を介して伝達される電動パワーステアリング装置に関する。

車両のラックピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイールを操舵したときの操舵回転力がステアリング機構のピニオン軸に伝達され、このピニオン軸に螺合するラック軸で直線運動に変換されて、ラック軸の両端に連結されたタイロッドを介して転舵輪に伝達され、この転舵輪が転舵される。
このラック軸を電動モータで駆動するボールねじ機構に連結することにより、電動パワーステアリング装置を構成することができる（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の電動パワーステアリング装置は、モータの出力軸に同軸に固定した駆動プーリと、ボールねじ機構のナットに同軸にされた従動プーリと、これら駆動プーリ及び従動プーリに巻き掛けられた無端状のベルトを有する減速機構を備え、モータの出力軸の回転を駆動プーリ、ベルト、従動プーリを介して減速して前記ナットに伝達するようにしている。

特開２０１３−２４３２１号公報

ところで、この特許文献１の電動パワーステアリング装置は、ナットのイナーシャ、駆動プーリ及び従動プーリのイナーシャが大きいので、ステアリングホイールをエンドまで切ってラック軸がステアリングハウジングに衝突させたときに、大きな衝撃荷重が発生し、ラック軸に連結しているねじ軸に影響を与えるおそれがある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、イナーシャの低減が可能な電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、外周面にねじ溝を形成したねじ軸、このねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に形成し、軸方向に貫通する転動体戻し通路を形成したナット、ねじ軸のねじ溝及びナットのねじ溝の間及び転動体戻し通路内に介装された多数の転動体、並びにねじ軸のねじ溝及びナットの前記ねじ溝の間の転動体を転動体戻し通路に案内する転動体循環路を形成してナットの両端面に配置される転動体循環部材を有するボールねじ機構と、モータの出力軸に同軸に固定された駆動プーリ、ナットの外周に同軸に固定された駆動プーリと比較して大径の従動プーリ、並びに駆動プーリ及び従動プーリに巻き掛けられた無端状のベルトを有し、モータの出力軸の回転を駆動プーリ、ベルト及び従動プーリを介して減速してナットに伝達する減速機構と、ボールねじ機構のねじ軸が連結しており、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合するラック軸と、を備え、環状の芯金の外周に、合成樹脂製の従動プーリが一体に形成されており、ナットの一端に芯金を同軸に固定するとともに、芯金の一部を一端に配置した転動体循環部材に当接することで、転動体循環部材の軸方向移動を規制するようにした。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、芯金に合成樹脂製の従動プーリがインジェクション成形等で一体に形成されているので、装置の小型軽量化と、イナーシャの低減化を図ることができる。また、ナットに固定された芯金が転動体循環部材の軸方向移動を規制するので、転動体循環部材を固定する部材が不要となる。

本発明に係る第１実施形態の電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す正面図である。 本発明に係る第１実施形態の電動パワーステアリング装置に適用するラック軸を示す正面図である。 本発明に係る第１実施形態の電動パワーステアリング装置の要部を示す拡大断面図である。 本発明に係る第１実施形態のナットの転動体戻し路を示す図であって、（ａ）は内周面側の斜視図であり、（ｂ）は側面図である。 本発明に係る第１実施形態の転動体循環部材をナットに装着した状態を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は側面図である。 本発明に係る第２実施形態の電動パワーステアリング装置においてナットに芯金を固定する構造を示す図である。 本発明に係る第３実施形態の電動パワーステアリング装置においてナットに芯金を固定する構造を示す図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す第１〜第３実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明の一態様に係る第１実施形態の電動パワーステアリング装置の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。

図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要部を示す正面図であり、図２は、ラック軸を示す正面図である。
図中、１は操舵ギヤ機構であって、この操舵ギヤ機構１は、ピニオン機構２とラック機構３とを備えている。
ピニオン機構２はピニオンハウジング４に回転自在に支持されたピニオン軸５を備えている。このピニオン軸５は、図示しないステアリングシャフト等を介してステアリングホイールに連結されている。ラック機構３はラックハウジング６に摺動可能に支持されたラック軸７を備えている。ピニオン軸５とラック軸７は噛合しており、ピニオン軸５に伝達される回転力がラック軸７によって直動力に変換される。

ラック軸７は、図２に示すように、ピニオン軸５が噛合するラック部８と、このラック部８の右方に形成された螺旋状のゴシックアーク断面形状のボールねじ溝９ａを有するボールねじ軸９とを備えている。
ラック軸７の右端側に、電動パワーステアリング装置１０が配置されている。この電動パワーステアリング装置１０は、ボールねじ機構１１と、操舵補助用電動モータ１２と、ボールねじ機構１１と操舵補助用電動モータ１２との間を連結する減速機構１３とで構成されている。

ボールねじ機構１１は、図３に示すように、ラック軸７のボールねじ軸９のボールねじ溝９ａにボール１４を介して螺合するボールねじナット１５を備えている。
このボールねじナット１５は、ラックハウジング６における図１の右端部に形成された軸受収容部１６に収容された転がり軸受１７によって回転自在に支持されている。
転がり軸受１７は、ボールねじナット１５に一体に組み付けられたものであり、内輪１７ａがボールねじナット１５と一体に形成された内輪１７ａと、この内輪１７ａにボール１７ｂを介して連結され軸受収容部１６に固定支持された外輪１７ｃとで構成されている。

操舵補助用電動モータ１２は、ラックハウジング６の軸受収容部１６の半径方向外方に一体に形成されたモータ支持部１８のピニオン機構２側に固定支持され、その回転軸１２ａがモータ支持部１８に形成された貫通孔１８ａを通じて反対側に突出されている。この操舵補助用電動モータ１２は、図１に示すように、モータ制御装置４０によって回転駆動される。このモータ制御装置４０は、ステアリングホイール（図示せず）に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ４０ａと、車速を検出する車速センサ４０ｂとを有し、トルクセンサ４０ａで検出した操舵トルク及び車速センサ４０ｂで検出した車速に基づいて操舵補助トルク指令値を算出し、算出した操舵補助トルク指令値に基づいて操舵補助用電動モータ１２で必要な操舵補助トルクを発生させるモータ駆動電流を求め、このモータ駆動電流を操舵補助用電動モータ１２に出力する。

減速機構１３は、操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａの先端に取付けられた小径プーリ１９と、前述したボールねじナット１５の半径方向外方に一体に形成された大径プーリ２０と、小径プーリ１９及び大径プーリ２０との間に巻装されたタイミングベルト２１とで構成されている。そして、小径プーリ１９と、大径プーリ２０、及びボールねじ溝９ａを覆うようにカバー２２が軸受収容部１６及びモータ支持部１８に例えばボルト締めされている。

この電動パワーステアリング装置１０は、操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａを図３の左方から見て時計方向に回転駆動することにより、小径プーリ１９及び大径プーリ２０がタイミングベルト２１によってそれぞれ時計方向に回転駆動され、これに応じてボールねじナット１５が時計方向に回転駆動されるので、ボールねじ軸９すなわちラック軸７が左方に移動され、逆に操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａを左方から見て反時計方向に回転駆動することによりラック軸７が右方に移動される。また、ラック軸７のラック部８の左端部及びボールねじ軸９の右端部がそれぞれタイロッド２３を介して図示しない転舵輪に連結されている。

ここで、図３に示すように、ボールねじナット１５の軸方向の一端（図３の右側の端部）に、円環形状の芯金２５が固定されており、この芯金２５の外周に、合成樹脂製の大径プーリ２０がインジェクション成形等で一体に形成されている。
芯金２５は、軸心芯位置にねじ軸挿通穴２５ａが形成され、このねじ軸挿通穴２５ａに対して径方向外方に離れた位置に、厚さ方向に円環状に突出する圧入部２５ｂが形成されている。

芯金２５は、ねじ軸挿通穴２５ａにボールねじ軸９を挿通した状態で、ボールねじナット１５の軸方向の一端の外周に圧入部２５ｂを圧入することで、ボールねじナット１５に固定されている。
ボールねじ機構１１のボールねじナット１５には、図４に示すように、内周面に螺旋状にボール１４が転動するゴシックアーク断面形状のボールねじ溝１５ａが形成されている。また、ボールねじナット１５の軸方向の左右両端部にはそれぞれ軸方向最外側のボールねじ溝１５ａの一部を切り欠いて形成された転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂを備えている。また、ボールねじナット１５には、内周面のボールねじ溝１５ａと外周面との間を軸方向に通って両端の転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂ間を連通する転動体戻し通路３２が形成されている。

右端側の転動体循環部材装着部３１Ａは、ボールねじナット１５の軸方向の両端のボールねじ溝１５ａの溝底部に連続して接線方向に転動体戻し通路３２の下面まで延長し、ボールねじナット１５の中心軸と平行な平坦面３１ａと、この平坦面３１ａの前端側に連続してボールねじ溝１５ａの両側の内周面に湾曲延長する湾曲面３１ｂ及び３１ｃと、平坦面３１ａの後端側に連続し転動体戻し通路３２の直径より大きい直径の半円筒面３１ｄと、この半円筒面３１ｄの上端からボールねじ溝１５ａの両側の内周面まで平坦面３１ａと平行に延長する上面３１ｅとを有し、ボールねじナット１５の軸方向端面に開口する切欠凹部で構成されている。そして、半円筒面３１ｄの上面３１ｅに近い位置に半円筒面３１ｄより深さの浅い抜け止め凹部３１ｆがボールねじ溝１５ａに沿うように突出形成されている。

また、左端側の転動体循環部材装着部３１Ｂは、右端側の転動体循環部材装着部３１Ａとは転動体戻し通路３２の中心軸の中心点を挟んで点対称形状に形成されていることを除いては転動体循環部材装着部３１Ａと同一の構成を有し、対応部分には同一部号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
そして、ボールねじナット１５の転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂにはそれぞれ、例えば合成樹脂材で一体成型された転動体循環部材３３が装着されている。この転動体循環部材３３は、図５に示すように、転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂの湾曲面３１ｂ及び３１ｃ、平坦面３１ａ及び半円筒面３１ｄ及び上面３１ｅに対応する側面形状を有する一対の転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂと、これら転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂの上下方向の中間部から上方側を連結する連結板部３３ｃとで正面から見て門形に形成されている。

そして、転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂの先端部は上面側がボールねじ溝１５ａの欠落部の稜線に沿うように先細り形状とされている。また、転動体案内側板部３３ａの後端上部側には抜け止め凹部３１ｆに係合する抜け止め凸部３３ｄが形成されている。また、連結板部３３ｃの下面側はボールねじ軸９のボールねじ溝９ａ内に非接触状態で挿入されてボール１４を接線方向に掬い取るタング部３３ｅが形成されている。このタング部３３ｅの先端位置は、転動体循環部材装着部３１Ａの平坦面３１ａと湾曲面３１ｂ及び３１ｃとの境界位置より半円筒面３１ｄ側となるように設定されている。このため、タング部３３ｅで掬い取ったボール１４はボールねじ溝１５ａから離脱してボールねじ溝１５ａの底面より外周側となる転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂ間の平坦面３１ａに接触することになり、タング部３３ｅをボールねじ軸９のボールねじ溝９ａに非接触状態で、ボール１４を掬い取ることができる。

ここで、芯金２５を、ボールねじナット１５の軸方向の一端の外周に圧入部２５ｂを圧入してボールねじナット１５に固定した際に、芯金２５のねじ軸挿通穴２５ａの周縁部（図３の符号２５ｃで示す穴周縁部）が、ボールねじナット１５の右端側の転動体循環部材装着部３１Ａに装着された転動体循環部材３３に当接する。これにより、ボールねじナット１５に固定した芯金２５の穴周縁部２５ｃが、転動体循環部材３３の軸方向移動を規制する。

なお、本発明に係るねじ軸がボールねじ軸９に対応し、本発明に係るナットがボールねじナット１５に対応し、本発明に係る駆動プーリが小径プーリ１９に対応し、本発明に係る従動プーリが大径プーリ２０に対応し、本発明に係るモータが操舵補助用電動モータ１２に対応し、本発明に係る芯金の一部が芯金２５の穴周縁部２５ｃに対応し、本発明に係るナットの一端に配置した転動体循環部材が転動体循環部材３３に対応している。

次に、第１実施形態の電動パワーステアリング装置１０の効果について説明する。
第１実施形態では、芯金２５に合成樹脂製の大径プーリ２０が一体に形成されているので、イナーシャの低減化を図ることができる。
また、ボールねじナット１５に固定された芯金２５の穴周縁部２５ｃが、ボールねじナット１５の右端側の転動体循環部材装着部３１Ａに装着した転動体循環部材３３の軸方向移動を規制することから、転動体循環部材３３を固定するための止め輪などの他の部材を配置するスペースを省略できるので、装置の小型軽量化、低イナーシャ化を図ることができる。

また、ボールねじナット１５の軸方向の一端の外周に、芯金２５の圧入部２５ｂを圧入することで、ボールねじナット１５に芯金２５を簡単に固定することができ、装置の組立効率を向上させることができる。
ここで、図６及び図７は、ボールねじナット１５に芯金２５を固定する第２、第３実施形態を示すものである。

図６で示す第２実施形態は、ボールねじナット１５の一端側の外周に雄ねじ部３４が形成されている。
芯金２５は、ねじ軸挿通穴２５ａに対して径方向外方に、厚さ方向に円環状に突出する螺合部３５が形成されており、この螺合部３５の内周面に雌ねじ部３６が形成されている。

そして、ボールねじナット１５の雄ねじ部３４に、芯金２５の雌ねじ部３６を螺合することで、芯金２５がボールねじナット１５に固定されている構造である。
また、図７で示す第３実施形態は、芯金２５のねじ軸挿通穴２５ａに対して径方向外方に離れた位置に、厚さ方向に円環状に突出する固定部３７が形成されており、この固定部３７の内周面が、ボールねじナット１５の一端側の外周面に接着剤３８を介して固定された構造である。

これら図６及び図７で示した第２、第３実施形態のボールねじナット１５に芯金２５を固定する構造も、ボールねじナット１５の右端側の転動体循環部材装着部３１Ａに装着した転動体循環部材３３の軸方向移動が規制されるので、転動体循環部材３３を固定するための他の部材が不要となり、装置の小型化を図ることができるとともに、ボールねじナット１５に芯金２５を簡単に固定することができるので、装置の組立効率を向上させることができる。

１ 操舵ギヤ機構
２ ピニオン機構
３ ラック機構
４ ピニオンハウジング
５ ピニオン軸
６ ラックハウジング
７ ラック軸
８ ラック部
９ ボールねじ軸
９ａ ボールねじ溝
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ボールねじ機構
１２ 操舵補助用電動モータ
１３ 減速機構
１４ ボール
１５ ボールねじナット
１５ａ ボールねじ溝
１６ 軸受収容部
１７ 転がり軸受
１７ａ 内輪
１７ｂ ボール
１７ｃ 外輪
１８ モータ支持部
１８ａ貫通孔
１９ 小径プーリ
２０ 大径プーリ
２１ タイミングベルト
２２ カバー
２３ タイロッド
２５ 芯金
２５ａ ねじ軸挿通穴
２５ｂ 圧入部
２５ｃ 穴周縁部
３１Ａ 転動体循環部材装着部
３２ 転動体戻し通路
３３ 転動体循環部材
３４ 雄ねじ部
３５ 螺合部
３６ 雌ねじ部
３７ 固定部
３８ 接着剤
４０ モータ制御装置
４０ａ トルクセンサ
４０ｂ 車速センサ

Claims (4)

1. 外周面にねじ溝を形成したねじ軸、このねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に形成し、軸方向に貫通する転動体戻し通路を形成したナット、前記ねじ軸の前記ねじ溝及び前記ナットの前記ねじ溝の間及び前記転動体戻し通路内に介装された多数の転動体、並びに前記ねじ軸の前記ねじ溝及び前記ナットの前記ねじ溝の間の前記転動体を前記転動体戻し通路に案内する転動体循環路を形成して前記ナットの両端面に配置される転動体循環部材を有するボールねじ機構と、
   モータの出力軸に同軸に固定された駆動プーリ、前記ナットの外周に同軸に固定された前記駆動プーリと比較して大径の従動プーリ、並びに前記駆動プーリ及び前記従動プーリに巻き掛けられた無端状のベルトを有し、前記モータの出力軸の回転を前記駆動プーリ、前記ベルト及び前記従動プーリを介して減速して前記ナットに伝達する減速機構と、
   前記ボールねじ機構の前記ねじ軸が連結しており、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合するラック軸と、を備え、
   環状の芯金の外周に、合成樹脂製の前記従動プーリが一体に形成されており、
   前記ナットの一端に前記芯金を同軸に固定するとともに、前記芯金の一部を前記一端に配置した前記転動体循環部材に当接することで、当該転動体循環部材の軸方向移動を規制することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記芯金に、前記ナットの一端側の外周に圧入する環状の圧入部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ナットの一端側の外周及び前記芯金の内周に、互いに螺合する雄ねじ部及び雌ねじ部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記芯金は、前記ナットの一端側の外周に接着剤で接着されて固定されていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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