JP6565476B2 - 回転直動変換装置、これを備える電動パワーステアリング装置および車両並びに機械装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転運動と直動運動とを相互に変換する回転直動変換装置に係り、産業用直動テーブルやラックアシスト式の電動パワーステアリング装置等の機械装置に好適に採用し得る回転直動変換装置に関する。

この種の回転直動変換装置として、例えば電動パワーステアリング装置を備える車両等の各種機械装置の多くにボールねじが用いられている（例えば特許文献１参照）。

特開昭６０−２５８５３号公報

しかしながら、ボールねじは、転動体としてボールを循環させる循環構造が必要なので静粛性を得難いという問題がある。また、ボールねじは、ねじ軸とナットとの間にボールが介在するため、小さなリードには対応し難いという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、比較的に高い静粛性を得られる回転直動変換装置、これを備える電動パワーステアリング装置および車両並びに機械装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る回転直動変換装置は、外周面が円筒状の軸部を有するシャフトと、該シャフトに隙間を隔てて外嵌するハウジングと、該ハウジングに支軸を介して回転自在に支持された複数のローラと、前記軸部の外周面全周に直動範囲に亘って設けられた磁気エンコーダ部および該磁気エンコーダ部に感磁面が対向配置されるとともに素子相互が前記軸部の直動方向に所定距離だけ離隔配置された二つのホール素子を有するリニアエンコーダと、を備え、前記複数のローラは、以下の条件１〜３を満たす。

条件１：前記複数のローラは、前記シャフトに対して周方向に離隔して等配されている。
条件２：前記複数のローラは、前記シャフトの軸線に対して捩じれの方向に同一の傾き角度をもって支持されている。
条件３：前記複数のローラは、前記シャフトの前記軸部に対してトラクション駆動力（転がり接触による摩擦駆動力）を伝達可能なように予圧荷重をかけた状態で摺接されている。

本発明の一態様に係る回転直動変換装置によれば、外周面が円筒状の軸部を有するシャフトに対し、シャフト周方向に離隔して等配される複数のローラを軸線に対して捩じれの方向に同一の傾き角度をもって回転自在にハウジングに支持し、それら複数のローラが、シャフトの軸部に対してトラクション駆動力を伝達可能なように予圧荷重をかけた状態で摺接されているので、シャフトを回転させれば、複数のローラとそれを固定するハウジングがトラクション駆動によってシャフトに沿って傾き角度に応じた量だけ直動運動させることができる。また、シャフトを外部で回り止めしてハウジングを回転させれば、シャフトを直動運動させることもできる。

そして、本発明の一態様に係る回転直動変換装置によれば、ボールねじと比べて小リードに対応することができる。また、シャフトにボールねじのようなねじ溝を形成不要なので、メンテナンス性にも比較的に優れている。また、ボールねじとは異なり、回転系のローラのみを使用してトラクション駆動機構を構成するため、比較的に高い静粛性が得られる。

なお、本発明の一態様に係る回転直動変換装置において、シャフトに隙間を隔てて外嵌するとともにハウジングの軸方向前後を覆うカバー部材と、カバー部材と軸部との間に介装されるパッキンとを備える構成とすれば、カバー部材により静粛性をより向上させるとともに、グリースやオイルの漏れ出しを防止し、また、外部からの異物の侵入を防止する上で好適である。

特に、本発明の一態様に係る回転直動変換装置によれば、軸部に設けられた磁気エンコーダ部と、この磁気エンコーダ部に感磁面が対向配置されるとともに素子相互が軸部の直動方向に所定距離だけ離隔配置された二つのホール素子とを有するリニアエンコーダを備えているので、このリニアエンコーダで取得した、軸部の直動状態を示す直動情報を、シャフトを回転駆動させるドライバ等の制御装置にフィードバックすれば、軸部の直動状態を高精度に制御することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、本発明の一態様に係る回転直動変換装置を備える。本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置によれば、本発明の一態様に係る回転直動変換装置を備えるので、本発明の一態様に係る回転直動変換装置の作用効果により、比較的に高い静粛性が得られる。
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る車両は、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置を備える。本発明の一態様に係る車両によれば、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置を備えるので、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置の作用効果により、比較的に高い静粛性が得られる。

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る機械装置は、本発明の一態様に係る回転直動変換装置を備える。本発明の一態様に係る機械装置によれば、本発明の一態様に係る回転直動変換装置を備えるので、本発明の一態様に係る回転直動変換装置の作用効果により、比較的に高い静粛性が得られる。

上述のように、本発明によれば、比較的に高い静粛性を得られる。

本発明の一態様に係る回転直動変換装置の一実施形態の正面図である。 図１の右側面図である。 図１の要部拡大図である。 本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置を装備した車両の操舵部の説明図である。 図４の要部を説明する図であり、同図（ａ）は要部の軸線に沿った縦断面図、（ｂ）は（ａ）でのＺ−Ｚ断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、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。また、以下に示す実施形態は、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、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

［回転直動変換装置］
図１および図２に示すように、この回転直動変換装置２０は、ハウジング４０と、外周面が円筒状の軸部３０を有するシャフト７と、ハウジング４０に支軸５２を介して回転自在に支持された複数のローラ５０と、軸部３０の直動状態を示す直動情報を取得可能なリニアエンコーダ１００とを備える。本実施形態では、ローラ５０と支軸５２とがニードルベアリング５３を介して一体に構成されたカムフォロアを用いており、複数のローラ５０は、シャフト７に対し、所定の配置および所定の姿勢で保持される。

具体的には、所定の配置として、複数のローラ５０は、シャフト７に対して周方向に離隔して等配されている（「課題を解決するための手段」に記載の条件１）。本実施形態では、ローラ５０が４個設けられ、４個のローラ５０は、周方向に９０°毎に離隔して同じ姿勢で配置されている。なお、複数のローラ５０の個数は４個に限定されず、２以上であれば種々の態様とすることができる。複数のローラ５０の個数は３個以上が好ましい。

また、シャフト７の形状は、回転直動変換装置２０との関係においては円筒状の軸部３０を有していれば他の部分の構造は限定されない。例えば、後述するように、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置のラック軸に対してシャフト７を適用することができる。
また、本実施形態では、各ローラ５０にカムフォロア（ローラフォロア）を用いた例を示したが、これに限定されず、ローラ５０としては、円筒または円環状の外周面を有するローラを備える構成であれば、種々の円筒状の外輪を有する軸受を用いることができる。例えば、モーメント荷重を受けられる組合せ軸受や複列玉軸受でもよい。

ハウジング４０は、図２に示すように、軸線方向から見た形状が略正方形をなすブロック状の部材であり、その略正方形状の中央（対角線の交点の位置）に、軸線方向に沿って円形の貫通孔４１が形成され、この貫通孔４１に、径方向で隙間を隔ててシャフト７の軸部３０が挿通されている。本実施形態では、ハウジング４０の一の外側面には、例えばテーブル等の他の部材を連結するための雌ねじ４４が二箇所に設けられている。

なお、ハウジング４０は、複数のローラ５０を回転自在に支持しつつ、複数のローラ５０をシャフト７に対して所定となる姿勢で保持可能であれば、形状は限定されない。但し、複数のローラ５０をシャフト７に対して周方向に離隔して等配するように保持する上で、シャフト７に隙間を隔てて外嵌するように設けられることが好ましい。
ハウジング４０には、各ローラ５０に対して、傾き角度αとなる支軸５２の装着孔４２と、装着孔４２と同軸の座繰り穴４３とが加工されている。ローラ５０は、装着孔４２に支軸５２が挿入されて、支軸５２端部の雄ねじに螺合する固定ナット５４を座繰り穴４３に締め付けることによってハウジング４０に装着されている。ここで、所定の姿勢における傾き角度αは、シャフト７の軸部３０の外周面とローラ５０の外周面との接点をＰとするとき、接点Ｐを中心にしてローラ５０の支軸５２の軸線ＲＬを捩じれの方向に傾けたときの軸線ＣＬと軸線ＲＬとのなす角である。

なお、各ローラ５０の接点Ｐは軸線ＣＬに直交する同一円周上に位置し、接点Ｐの位置における各ローラ５０の中心はＰ．Ｃ．Ｄ．（Pitch Circle Diameter）上になる。これにより、複数のローラ５０は、所定の姿勢として、シャフト７の軸線ＣＬに対して捩じれの方向に同一の傾き角度αをもって支持される（「課題を解決するための手段」に記載の条件２）。

さらに、各ローラ５０は、ハウジング４０に装着されるに際し、シャフト７の軸部３０に対してトラクション駆動力を伝達可能なように予圧荷重をかけた状態で摺接される（「課題を解決するための手段」に記載の条件３）。
本実施形態では、予圧荷重は、各ローラ５０の接触面圧が０．６〜３ＧＰａの範囲となるように設定されている。また、本実施形態では、トラクション駆動力をより確実に伝達可能なように、シャフト７の軸部３０及びローラ５０の外周面は鏡面加工されており、鏡面加工は、表面粗さＲａ０．２以下とされている（条件４）。

本実施形態では、トラクション駆動力をより確実に伝達可能なように、シャフト７の軸部３０及び各ローラ５０の外周面には、トラクショングリース又はトラクションオイルが塗布されている（条件５）。
なお、本実施形態で採用するトラクショングリース又はトラクションオイルとしては、例えば特許掲載公報に開示されている、特許第３５９９２３１号公報や特許第４０４４２２５号公報に記載のトラクションドライブ用流体を用いたり、特許第４００５７１４号公報に記載のトラクションドライブ油用添加剤を添加剤として用いたりすることが好ましい。

また、本実施形態では、上記ハウジング４０の軸方向前後を覆うカバー部材として、複数のローラ５０側に設けられた前部カバー４６と、その反対側に設けられた後部カバー４８とを有する。
前部カバー４６は、複数のローラ５０を径方向で囲繞するように覆う円筒部４６ａと、円筒部４６ａの端面に設けられて複数のローラ５０を軸方向から覆う円環部４６ｂとを有する。前部カバー４６は、円筒部４６ａと円環部４６ｂとが、シャフト７の軸部３０に隙間を隔てて外嵌するとともに複数のローラ５０の全体を覆うようにハウジング４０のローラ５０側の面に装着されている。前部カバー４６の円環部４６ｂと軸部３０の間にパッキン１８が介装されており、前部カバー４６の内部からのグリースやオイルの漏れ出しや、外部からの異物の侵入が防止されている。

また、後部カバー４８は、前部カバー４６と同様に、円筒部４８ａと、円筒部４８ａの端面に設けられた円環部４８ｂとを有する。後部カバー４８は、シャフト４０に隙間を隔てて外嵌するとともに、ハウジング４０の前部カバー４６とは反対側の面に、前部カバー４６の装着側とは反対側のハウジング４０の側面部分を覆うようにハウジング４０に装着されている。円環状の後部カバー４８と軸部３０の間にもパッキン１８が介装されている。

さらに、本実施形態では、後部カバー４８の円筒部４８ａ内に、シャフト７の直動方向の移動量および移動方向を検出可能なリニアエンコーダ１００が設けられている。
このリニアエンコーダ１００は、図３に要部を拡大図示するように、磁気エンコーダ部１０１と、磁気センサ部１０２とを含んで構成されている。磁気エンコーダ部１０１は、シャフト７の軸部３０の外周面に、シャフト７の直動範囲に亘って設けられ、軸部３０表面が、円環状にＳ極とＮ極とが所定の間隔で軸方向に交互に磁化されることで多極磁石を構成している。

磁気センサ部１０２は、磁気エンコーダ部１０１に感磁面が対向配置されるとともに、素子相互が直動方向に所定距離だけ離隔配置された二つのホール素子１０２ａ，１０２ｂと、これら二つのホール素子１０２ａ，１０２ｂおよび不図示の直動情報算出器を実装する回路基板１０２ｃとを備える。回路基板１０２ｃは、略Ｌ字形の取付けアングル１０３の先端側の面に装着されており、取付けアングル１０３の基端部が、ハウジング４０の円環部４８ｂと対向する側面に固定ボルト１０５で固定されている。

磁気エンコーダ部１０１は、軸部３０の外周面に直接形成されているので、シャフト７の直動と共に磁気エンコーダ部１０１も直動する。磁気センサ部１０２は、磁気エンコーダ部１０１が直動することにより、磁気エンコーダ部１０１に対向する二つのホール素子１０２ａ，１０２ｂとの位置関係が周期的に変化する。磁気センサ部１０２には、磁気エンコーダ部１０１からの磁束が通過するが、二つのホール素子１０２ａ，１０２ｂは、通過磁束に対応し、磁束変化に応じて位相がずれた磁極対数の２相のパルス信号を出力する。２相のパルス信号は、Ａ相、Ｂ相とする。磁気センサ部１０２の回路基板１０２ｃに実装された直動情報算出器は、サンプリングタイミングになると、Ａ相、Ｂ相の磁気検出信号についてサンプリング値を同時に取得し、相互に位相のずれた２相のパルス信号に基づき、軸部３０の直動位置、直動速度、直動方向などの軸部３０の直動状態を示す直動情報を周期的に算出可能になっている。直動情報は、シャフト７を回転駆動させるドライバ等の制御装置にフィードバックされる。

次に、この回転直動変換装置２０の作用・効果について説明する。
上述のように、回転直動変換装置２０は、シャフト７の軸部３０に対して複数のローラ５０をねじれの位置に配置した上でトラクション駆動機構を構成している。
すなわち、この回転直動変換装置２０によれば、円筒状の軸部３０を有するシャフト７に対し、複数（好ましくは３以上）のローラ５０をねじれの位置に配置し、ねじれの傾き角度αは複数のローラ５０全て同一で予め決められているので、シャフト７を回転させることで、傾き角度に応じた量だけハウジング４０がシャフト７の軸方向に進み、複数のローラ５０とそれを固定するハウジング４０をトラクション駆動によってシャフト７に沿って直動運動をさせることができる。また、シャフト７が外部で回り止めされていれば、ハウジング４０を回転させることで、シャフト７を直動運動させることができる。

そのため、この回転直動変換装置２０の構成は、ボールねじではできないような小さなリード角にも対応できる。また、シャフト７にボールねじのようなねじ溝が不要なので、シャフト７の加工性やメンテナンス性にも優れている。
また、この回転直動変換装置２０によれば、ボールねじとは異なり、回転系のローラ５０のみを使用するトラクション駆動によるため、ボールねじに比べて比較的に高い静粛性が得られる。特に、この回転直動変換装置２０によれば、シャフト７に隙間を隔てて外嵌するとともにハウジング４０の軸方向前後を覆うカバー部材である二つのカバー４６、４８と、これらカバー４６、４８と軸部３０との間に介装されるパッキン１８とを備えるので、二つのカバー４６、４８により複数のローラ５０が配置された空間が密閉されるため、静粛性をより向上させることができる。さらに、グリースやオイルの漏れ出しを防止し、また、外部からの異物の侵入を防止することができる。よって、機構の寿命を延ばすことができる。

さらに、この回転直動変換装置２０においては、複数のローラ５０は、シャフト７の軸部３０に対してトラクション駆動可能な予圧荷重をかけた状態で配置されているので、転造ボールねじのようなガタの発生を防止する上で好適である。
また、この回転直動変換装置２０においては、シャフト７の軸部３０及びローラ５０の外周面に鏡面加工がされるとともに、シャフト７の軸部３０及びローラ５０の外周面にトラクショングリース又はトラクションオイルが塗布されているので、すべりを一層確実に防止してより効率良くトラクション駆動を行うことができる。

特に、この回転直動変換装置２０においては、軸部３０の直動状態を示す直動情報を取得可能に、軸部３０に設けられた磁気エンコーダ部１０１と、この磁気エンコーダ部１０１に感磁面が対向配置されるとともに素子相互が軸部の直動方向に所定距離だけ離隔配置された二つのホール素子１０２ａ，１０２ｂとを有するリニアエンコーダ１００を備えているので、このリニアエンコーダ１００で取得した、軸部３０の直動状態を示す直動情報を、シャフト７を回転駆動させるドライバ等の制御装置にフィードバックして、軸部３０の直動状態を高精度に制御することができる。

［ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置］
次に、上記回転直動変換装置２０を備える機械装置の一例として、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置を装備した自動車について説明する。
図４に示すように、自動車の操舵部１は、ピニオン機構２とラック機構３とを含んで構成されたラックピニオン式の電動パワーステアリング装置１０を備える。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を有する。ピニオン軸５は、以下不図示の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を有し、ラックハウジング６は不図示のブラケットにより車体に固定される。ラックハウジング６の内部には、操舵軸であるラック軸７が摺動可能に支持されている。ラック軸７の両端はタイロッド８にそれぞれ連結されている。このラック軸７が、上述した回転直動変換装置２０のシャフト７に対応している。
ピニオン軸５とラック軸７は互いにラックアンドピニオンギアにより噛合しており、ピニオン軸５に伝達される回転力がラック軸７の直動力に変換可能になっている。ここで、このラック軸７は、上記ピニオン軸５が噛合する不図示のラック部と、同図において、このラック部の右端側に形成された円筒状の軸部３０とを有し、ラック軸７の円筒状の軸部３０の位置に、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ、以下、単に「ＥＰＳ」とも称する）１０が配置されている。

このＥＰＳ１０は、図５に示すように、円筒状のＥＰＳハウジング１１を有し、ＥＰＳハウジング１１は、軸方向の略中央に配置された円管状の本体部１２と、本体部１２の同図右端に同軸に連結された円管状の変換装置収容部１３と、本体部１２と変換装置収容部１３との左右開口部をそれぞれ閉止する円環状の蓋部１４、１５とを互いに複数の連結ボルト１６、１７で固定して形成されている。左右の蓋部１４、１５と軸部３０の外周面との間にはパッキン１８がそれぞれ介装されている。ここで、このＥＰＳ１０に装着された回転直動変換装置２０においては、ＥＰＳハウジング１１が、シャフト（ラック軸）７に隙間を隔てて外嵌するとともにハウジング４０の軸方向前後を覆うカバー部材に対応している。

本体部１２内には、円管状の固定子８ａが固定され、また、固定子８ａの一部を巻回する複数のセグメントからなるコイル８ｂが設けられている。固定子８ａの内側には、円管状の回転子８ｃが、回転子８ｃよりも長い円管状のスリーブ９周りに一体的に回転するように取り付けられている。上記固定子８ａ、コイル８ｂ、回転子８ｃおよびスリーブ９により、ブラシレスタイプの電動モータ６０が構成されている。

スリーブ９は、その右側の途中部分の外周が、軸受２２によりＥＰＳハウジング１１に対して回転自在に支持されている。軸受２２は、アンギュラコンタクトタイプの玉軸受であり、軸受２２の内輪は、略円環状の押圧部材２１がボルト１９で固定されることで所期の予圧が軸受２２に付与されている。スリーブ９の左端近傍には、電動モータ６０の回転状態を検出可能なモータ回転角検出部８０が設けられている。

モータ回転角検出部８０は、環状の固定子８１と、固定子８１と同心に配し相対回転自在に支持された環状の回転子８２とを備えている。固定子８１は、先端部に複数の極片歯を有する極片を円周等分に複数有して固定支持されるとともに、各極片に相数Ｎの励磁と信号出力とを兼ね備えたコイルが各相毎に直列に巻回されている。回転子８２は、固定子８１の極片歯にギャップをもって対向して円周方向に形成された歯列を有することでレゾルバを構成している。モータ回転角検出部８０は、回転子８２と固定子８１の間のリラクタンスの変化に応じて得られる位相の異なる複数のレゾルバ信号をＡ／Ｄ変換してデジタル回転角信号を出力可能になっている。

そして、スリーブ９右端の円筒状の変換装置収容部１３内に、回転直動変換装置２０が収容されている。回転直動変換装置２０のハウジング４０には、ラック軸７の軸部３０に対して、上述した条件１〜３（より好ましくは上述した条件１〜５）を満たす複数のローラ５０が回転自在に支持されている。本実施形態では、ハウジング４０がスリーブ９と一体となるように、上記押圧部材２１を介してスリーブ９の右端にボルト１９での固定と同時に連結され、ハウジング４０がスリーブ９と一体で回転可能とされている。

さらに、ＥＰＳハウジング１１内には、スリーブ９左端よりも左側の蓋部１４の円筒状鍔部１４ａの内側に、ラック軸７を案内する案内ローラ装置９０が設けられている。案内ローラ装置９０は、円筒状鍔部１４ａの内面に固定された複数の支持ブロック９３と、隣り合う支持ブロック９３の間に、支軸９２によって回転自在に支持された複数の案内ローラ９１とを有する。

本実施形態では、案内ローラ９１が４個設けられ、４個の案内ローラ９１は、周方向に９０°毎に離隔して同じ姿勢で配置されている。各案内ローラ９１の支軸９２は、ラック軸７の軸部３０の軸線と直交して配置され、各案内ローラ９１がラック軸７の直動方向に沿って回転して、ラック軸７の直動作動を円滑に案内するようになっている。
さらに、このＥＰＳ１０は、案内ローラ装置９０とスリーブ９の左端との間の位置に、ラック軸７の直動方向の移動量および移動方向を検出可能なリニアエンコーダ１００が設けられている。このリニアエンコーダ１００は、上述した回転直動変換装置２０とは装着位置が異なる以外は同様の構成を有し、磁気エンコーダ部１０１と、磁気センサ部１０２とを含んで構成される。本実施形態の磁気エンコーダ部１０１は、ラック軸７の軸部３０の外周面に、ラック軸７の直動範囲に亘って設けられている。

磁気センサ部１０２は、二つのホール素子１０２ａ，１０２ｂと、これら二つのホール素子１０２ａ，１０２ｂおよび不図示の直動情報算出器を実装する回路基板１０２ｃとを備える。回路基板１０２ｃは、略Ｌ字形の取付けアングル１０３の先端側の面に装着され、取付けアングル１０３の基端部が、ＥＰＳハウジング１１の本体部１２の内周面に、本体部１２と同軸に固定された円環状の支持ブラケット１０４を介して固定されている。

磁気センサ部１０２は、磁気エンコーダ部１０１が直動することにより、磁気エンコーダ部１０１に対向する二つのホール素子１０２ａ，１０２ｂが通過磁束に対応して、磁束変化に応じて位相がずれた磁極対数のＡ相、Ｂ相の２相のパルス信号を出力する。磁気センサ部１０２の直動情報算出器は、サンプリングタイミングになると、Ａ相、Ｂ相の磁気検出信号についてサンプリング値を同時に取得し、相互に位相のずれた２相のパルス信号に基づき、軸部３０の直動位置、直動速度、直動方向などの軸部３０の直動状態を示す直動情報を周期的に算出してモータ制御装置７０に出力する。

電動モータ６０は、図４に示すように、モータ制御装置７０によって駆動制御される。モータ制御装置７０は、不図示のステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ７１と、車速を検出する車速センサ７２とを有する。モータ制御装置７０は、トルクセンサ７１で検出した操舵トルクと、車速センサ７２で検出した車速と、上記モータ回転角検出部８０で検出した回転角と、上記リニアエンコーダ１００の磁気センサ部１０２で検出した直動情報とから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、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電動モータ６０に出力するように構成されている。

特に、本実施形態では、回転直動変換装置２０にボールねじを用いないトラクション駆動機構を採用しているため、操舵補助トルク指令値の算出に際し、モータ回転角検出部８０で検出した回転角情報と磁気センサ部１０２で検出した直動情報とをモータ制御装置７０に随時にフィードバックすることで、これら回転角情報と直動情報とに基づく補正を加えて、精度の高い操舵補助トルク指令値を算出している。

次に、このＥＰＳ１０の作用・効果について説明する。
この自動車では、ステアリングホイールを操舵したときの操舵回転力がピニオン軸５に伝達され、ピニオン軸５に噛合するラック軸７の直線運動に変換され、この直線運動がラック軸７の両端に連結されたタイロッド８を介して転舵輪に伝達され、転舵輪が転舵される。

ＥＰＳ１０は、操舵回転力がピニオン軸５に伝達されると、電動モータ６０を駆動することにより、これに応じてスリーブ９が回転駆動され、スリーブ９と一体に接続された回転直動変換装置２０のハウジング４０が回転駆動される。これにより、ハウジング４０に装着されている複数のローラ５０から軸部３０に伝達されたトラクション駆動力によってラック軸７が直線駆動されて操舵力を補助することができる。

ここで、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置では、回転直動変換装置としてボールねじ機構が採用されることが多いところ、ボールねじ機構は、転動体としてボールを循環させる循環構造が必要なので振動や音が生じ、ボールねじ機構で生じた振動や音は、ラック軸及び操舵軸を介してステアリングホイールへと伝達されるため、ドライバーに不快感を与えるおそれがある。

これに対し、本実施形態の回転直動変換装置２０を備えるＥＰＳ１０によれば、ボールねじとは異なり、回転系の複数のローラ５０のみを使用するトラクション駆動機構を採用しているので、ボールねじ機構に比べて比較的に高い静粛性が得られ、振動や音が軽減され、また、ボールねじと比べて小リードにも対応することができる。
また、従来のボールねじ機構が採用されるラック軸では、一方側の外周にねじ溝を形成し他方側にラック部を形成しているところ、このような構成であると、大きな操舵角の確保に必要なラック軸の長さに対し、ボールねじ機構のねじ溝とラック部との干渉を防止する上で、ラック軸が長くなって操舵装置が大型化したり、ラック軸の長さを抑えようとすると有効ねじ溝の範囲が狭くなって操舵角の減少を招いたりするという問題がある。

これに対し、本実施形態の回転直動変換装置２０を備えるＥＰＳ１０であれば、回転系のローラ５０のみを使用するトラクション駆動機構を採用しているので、ラック軸７にねじ溝が形成不要であり、円筒状の軸部３０によって回転直動変換装置２０の動作が可能である。そのため、コンパクトな構成でありながら比較的に大きな操舵角を確保できる。また、ラック軸７にボールねじのようなねじ溝を形成不要なので、加工性やメンテナンス性にも比較的に優れている。

また、一般的に、タイロッド８はラック軸７に対して角度を持って取り付けられるため、操舵反力として、ラック軸７にアキシアル荷重の他に、ラジアル荷重、モーメント荷重が負荷される。
これに対し、従来のボールねじ機構を用いたラックピニオン式の電動パワーステアリング装置の場合、前述のラジアル荷重、モーメント荷重がボールねじ機構に負荷されるため耐久性の低下が問題となるところ、本実施形態の回転直動変換装置２０を備えるＥＰＳ１０であれば、ラック軸７にねじ溝が形成不要であり、回転系のローラ５０のみを使用したトラクション駆動機構により比較的に高い耐久性を得ることができる。

さらに、本実施形態のＥＰＳ１０であれば、操舵補助トルク指令値の算出に際し、モータ回転角検出部８０で検出した回転角情報と磁気センサ部１０２で検出した直動情報とを随時にフィードバックして、これら回転角情報と直動情報とに基づく補正を加えて操舵補助トルク指令値を算出しているので、操舵反力によりラジアル荷重、モーメント荷重が負荷されても、その負荷に応じた随時の補正データにより最終的な操舵補助トルク指令値を得て、これに基づき電動モータ６０を高精度に制御することができる。

以上説明したように、上述した回転直動変換装置２０、これを備える電動パワーステアリング装置１０および自動車によれば、ボールねじを用いた回転直動変換装置と比べて、比較的に高い静粛性を得ることができる。なお、本発明に係る回転直動変換装置、これを備える電動パワーステアリング装置および車両は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、本発明に係る回転直動変換装置の適用例として、これを備える電動パワーステアリング装置１０および自動車を例示して説明したが、本発明に係る回転直動変換装置の適用範囲はこれに限定されず、操舵系を有する自動車以外の車両にも適用可能であり、また、本発明に係る回転直動変換装置は、ボールねじを用い得る産業用直動テーブルを備える各種機械装置に対し、ボールねじに替えて適用可能なことは勿論である。なお、産業用直動テーブルとは、例えば旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、歯切り盤、研削盤などの産業用の機械装置に用いられる、主に位置決め用途の直動装置である。

１ 操舵部
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（シャフト）
８ タイロッド
１０ 電動パワーステアリング装置
１８ パッキン
２０ 回転直動変換装置
３０ （シャフトの）軸部
４０ ハウジング
４６ 前部カバー（カバー部材）
４８ 後部カバー（カバー部材）
５０ ローラ
６０ 電動モータ
７０ モータ制御装置
７１ トルクセンサ
７２ 車速センサ
８０ モータ回転角検出部
９０ 案内ローラ装置
１００ リニアエンコーダ

Claims (8)

1. 外周面が円筒状の軸部を有するシャフトと、
   該シャフトに隙間を隔てて外嵌するハウジングと、
   該ハウジングに支軸を介して回転自在に支持された複数のローラと、
   前記軸部の外周面全周に直動範囲に亘って設けられた磁気エンコーダ部および該磁気エンコーダ部に感磁面が対向配置されるとともに素子相互が前記軸部の直動方向に所定距離だけ離隔配置された二つのホール素子を有するリニアエンコーダと、を備え、
   前記複数のローラは、以下の条件１〜３を満たす回転直動変換装置。
   条件１：前記複数のローラは、前記シャフトに対して周方向に離隔して等配されている。
   条件２：前記複数のローラは、前記シャフトの軸線に対して捩じれの方向に同一の傾き角度をもって支持されている。
   条件３：前記複数のローラは、前記シャフトの前記軸部に対してトラクション駆動力を伝達可能なように予圧荷重をかけた状態で摺接されている。
2. 前記シャフトの前記軸部及び前記ローラの外周面には、トラクショングリース又はトラクションオイルが塗布されている請求項１に記載の回転直動変換装置。
3. 前記予圧荷重は、接触面圧が０．６〜３ＧＰａの範囲である請求項１または２に記載の回転直動変換装置。
4. 前記シャフトの前記軸部及び前記ローラの外周面は鏡面加工されており、前記鏡面加工は、表面粗さＲａ０．２以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転直動変換装置。
5. 前記シャフトに隙間を隔てて外嵌するとともに前記複数のローラおよび前記ハウジングの軸方向前後を覆うカバー部材と、該カバー部材と前記シャフトの軸部との間に介装されるパッキンとを更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転直動変換装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転直動変換装置を備える電動パワーステアリング装置。
7. 請求項６に記載の電動パワーステアリング装置を備える車両。
8. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転直動変換装置を備える機械装置。

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