WO2000026077A1 - Dispositif de servodirection electrique - Google Patents

Description

明 細 書 電気式動力操舵装置 技術分野

本発明は、 車両用の電気式動力操舵装置に関し、 特に、 ラック ' アンド ' ピニ オン式の操舵装置に用いられる電気式動力操舵装置に適用して有効な技術に関す るものである。 背景技術

車両の操舵力補助のため、 近年多くの車両にいわゆるパワーステアリング装置 が装備されており、 油圧式や電気式等、 様々な動力操舵装置が提案されている。 このような動力操舵装置のうち、 ラック 'アンド ' ピユオン式の操舵装置に適用 される電気式の動力操舵装置 （いわゆる電動パワーステアリング） としては、 ラ ックアシス ト式と呼ばれる、 ラック軸に近接して設けた電動機によって操舵補助 力を得るものが知られている。

図 5はこのようなラックアシスト式の動力操舵装置の一例を示す説明図である。 図 5に示すように、 当該電気式動力操舵装置は、 ラック軸 5 1と同軸的に電動機 5 2を設け、 この電動機 5 2が発生する操舵補助力をボールねじ機構 5 3を介し てラック軸 5 1に伝達する。 そして、 この操舵補助力と手動操舵力とにより操向 車輪を転舵し、 運転者の操舵負担を軽減するようになっている。

この場合、 ラック軸 5 1は、 両端にタイロッドやナックルアーム等を介して操 向車輪が連結されると共に、 操向ハンドル等と接続された操舵軸 5 4とラック · アンド . ピニオン結合され、 運転者の転舵操作により図 5において左右方向に往 復運動する。 また、 電動機 5 2は、 操舵軸 5 4とラック軸 5 1との結合部 6 8を 収容したハウジング 7 1内に配置され、 円筒状のヨーク 5 5に円筒状のァーマチ ユアシャフト 5 6と界磁装置 5 7とを同軸的に挿入させた構成となっている。 な お、 図 5の動力操舵装置では、 ヨーク 5 5はハウジング 7 1内に一体となるよう に成形されている。 さらに、 界磁装置 5 7は、 ヨーク 5 5の内周部に取り付けら れたマグネット 5 9およびァーマチュアシャフト 5 6の外周部に取り付けられた ァ一マチュアコア 6 0とから構成されている。 そして、 この電動機 5 2には、 ブ ラシ 6 1とそれに摺接するコンミテータ 7 6とを備えた給電部 5 8を介して電力 が供給される。

一方、 ボールねじ機構 5 3は、 ナット部 6 2とスクリュー部 6 3との間に多数 のボール 6 4を介装させてなる一般に周知な構成のものである。 この場合、 ナツ ト部 6 2はホルダ 7 5に収容された状態で、 アンギュラーベアリング 6 5によつ てハウジング 7 2内に回転自在に支持される。 そしてこれにより、 電動機 5 2の 回転力がァ一マチュアシャフト 5 6から、 ナツト部 6 2、 ボール 6 4およぴスク リュー部 6 3を介してラック軸 5 1に軸方向の往復運動となって伝達され、 操舵 力が補助される。

ところで、 このような構成からなる図 5の動力操舵装置では、 両ハウジング 7 1 , 7 2は、 ハウジング同士を直接ねじ結合させることにより組み付けられてい る。 ここで、 従来の動力操舵装置では、 左右のハウジングはそれぞれの端部にフ ランジを突出形成し、 それらをボルト止めすることにより結合されていた。 とこ ろが、 動力操舵装置は一般に車体の路面近くに設置される上、 エンジンルーム下 方の限られた空間に収容する必要があるため、 装置外周に突出物を設けることは 好ましくなくその改善が望まれていた。

そこで、 図 5の動力操舵装置では、 図 6に示したようにハウジング同士をねじ 結合させる方式が採用され、 ここにフランジを省いた突出部のない装置構成が実 現するに至った。 図 6は、 その結合部分の構成を示した要部拡大断面図である。 ここでは、 ハウジング 7 1の左端内周に雌ねじ部 7 3が、 また、 ハウジング 7 2 の右端外周には雄ねじ部 7 4が形成されている。 そして、 この雌ねじ部 7 3に雄 ねじ部 7 4をねじ込むことにより、 両ハウジング 7 1 , 7 2が結合されるように なっている。

しかしながら、 図 5の動力操舵装置では、 両ハウジング 7 1 , 7 2がアルミダ ィキャストなどにより同材質で形成されているため、 締め付けによる互いの面圧 と摩擦によって接触面が摩耗、 凝着し易いという問題があった。 このため、 両者 の間の潤滑や表面処理が必要となり、 作業工数や部品コストの面で不利となると いう問題も生じていた。

また、 両ハウジング 7 1 , 7 2は軽量化のためアルミニウムなどの非鉄金属に よつて形成されるため、 ねじ部の結合強度や剛性が低くなるという問題があつた。 このため、 図 6に示されているように、 ねじ部の肉厚を厚く して結合部の強度を 確保する必要があり、 軽薄化、 小型化のニーズに逆行するという問題もあった。 本発明の目的は、 ハウジング同士をねじ結合する構成の電気式動力操舵装置に おいて、 ハウジング同士の結合強度を担保しつつ、 摩耗や凝着の防止や薄肉化を 図ることにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、 本明細書の記述および添 付図面から明らかになるであろう。 発明の開示

本発明の電気式動力操舵装置は、 操向車輪に連結されたラック軸と、 このラッ ク軸を移動自在に収容しラック軸に形成されたラック歯と操向ハンドルに連結さ れた操舵軸のピニオンとを嚙合させた結合部を保持する第 1ハウジングと、 第 1 ハウジングと一体に設けられたヨークを備え第 1ハウジング内においてラック軸 に近接して設けられラック軸に対し操舵補助力を供給する電動機と、 電動機のァ —マチュアシャフトと連結されたナツト部とラック軸に形成されたスクリユー部 との間をボール部材を介在させて連結し電動機の回転力を操舵補助力としてラッ ク軸に伝達するボールねじ機構と、 ボールねじ機構を収容する第 2ハウジングと を有する電気式動力操舵装置であって、 前記ヨークの第 2ハウジング側の端部に 第 1のねじ部を形成する一方、 第 2ハウジングの第 1ハウジング側の端部にこの 第 1のねじ部と螺合する第 2のねじ部を形成し、 第 1のねじ部と第 2のねじ部を 嵌め合わせることにより、 第 1ハウジングと第 2ハウジングを結合させることを 特徴としている。

これにより、 第 1のねじ部と、 これと嵌め合わされる第 2のねじ部とを異なる 材質にて形成することが可能となり、 同材質のねじを嵌め合わせることによって 生じる接触面の摩耗や凝着などを防止することができる。

一方、 第 1のねじ部を雌ねじとし、 第 2のねじ部を雄ねじとしても良く、 この 場合、 鋼製のヨークに雌ねじを形成することができ、 ねじ部の結合強度や剛性が 高くなり、 結合部分を厚肉に形成する必要がなく、 ハウジングが薄肉化される。 また、 第 1のねじ部を雄ねじとし、 第 2のねじ部を雌ねじとしても良い。 さら に、 第 1のねじ部を鋼製とし、 第 2のねじ部をアルミニウム製としても良い。 加えて、 第 2ハウジングの外周に力シメ溝を形成し、 このカシメ溝に第 1ハウ ジングの第 2ハウジング側端部を力シメることにより力シメ部を形成し、 第 1お よび第 2ハウジングを固定するようにしても良く、 前記力シメ溝を、 第 2ハウジ ングの全周に亘つて連続的に形成したり、 第 2ハウジングの外周に複数断続的に 形成したりしても良い。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の一実施の形態である電気式動力操舵装置の全体構成をその一 部を断面にて示した説明図である。

図 2は、 図 1の電気式動力操舵装置の要部の構成を示す断面図である。

図 3は、 図 1の電気式動力操舵装置の変形例の要部構成を示す断面図である。 図 4は、 ハウジング結合部の変形例の構成を示す説明図である。

図 5は、 従来の電気式動力操舵装置の全体構成をその一部を断面にて示した説 明図である。

図 6は、 図 5の電気式動力操舵装置の要部の構成を示す拡大断面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 図 1は本発明の 一実施の形態である電気式動力操舵装置の全体構成をその一部を断面にて示した 説明図、 図 2はその要部の構成を示す断面図である。

当該電気式動力操舵装置 （以下、 動力操舵装置と略す） は、 図 1に示すように、 図 5 , 6に示した従来の動力操舵装置と同様、 中空状の電動機 1をラック軸 2の 周囲に配した構成となっており、 例えば自動車前輪等の操向車輪の操舵装置とし て取り付けられる。 そして、 電動機 1が発生する操舵補助力をポールねじ機構 3 を介してラック軸 2に伝達することにより運転者の操舵負担を軽減させるように なっている。

ここで当該動力操舵装置は、 図 1， 2に示したように、 電動機 1のヨーク 7と 一体に形成されたハウジング A (第 1ハウジング） とハウジング B (第 2ハウジ ング） とをねじ結合させた構成となっており、 その内部にラック軸 2が左右方向 に移動自在に取り付けられている。 そして、 図示しないブラケットとハウジング Aの取り付け孔 1◦により車両本体に取り付けられた状態で、 ラック軸 2の両端 にタイロッドゃナックルアーム等を介して車輪が連結される。

—方、 ハウジング Aはアルミダイキャスト製の中空部材であり、 そこには円筒 形状のモータヨーク （以下、 ヨークと略す） 7がー体に鍩込まれている。 また、 ハウジング Aの図 1において右端側には、 操向ハンドルと連結された操舵軸 5と ラック軸 2との結合部 6が形成されている。 この結合部 6では、 操舵軸 5に設け られた図示しないピニオンと、 ラック軸 2の側部に形成された図示しないラック 歯とが嚙み合っており、 操舵軸 5の回転がラック軸 2の図中の左右方向の動きに 変換される。 なお、 結合部 6の軸上には操舵軸 5の回転トルクを検出する図示し ないトルクセンサが設けられており、 その検出値に基づき電動機 1による補助操 舵力が制御される。

次に電動機 1は、 円筒状のヨーク 7内に円筒状のァーマチュアシャフト 1 1と 界磁装置 1 2とを同軸的に挿入させた構成となっている。 そして、 このァ一マチ ユアシャフト 1 1の内部をラック軸 2が貫通する形で組み付けられる。 また、 界 磁装置 1 2は、 ヨーク 7の内周部に取り付けられたマグネット 1 4と、 ァーマチ ユアシャフト 1 1の外周部に取り付けられたァ一マチュアコア 1 5とから構成さ れており、 ァーマチュアコア 1 5には給電部 1 3から電力が供給される。 さらに、 ヨーク 7は鉄製の円筒形部材であり、 円筒パイプにより略一定の肉厚に形成され ており、 前述のようにハウジング A内に铸込まれた状態となっている。 なお、 ョ —ク 7には図示しない切欠 （孔、 突起等でも良い） が設けられており、 これによ りハウジング A内に回り止めされた状態で鍩込まれている。

界磁装置 1 2を構成する界磁極であるマグネット 1 4は、 ヨーク 7の内側に、 周方向に間隔をおいて複数配置される。 ァーマチュアシャフト 1 1は、 その一端 側 （図 1において右端） はハウジング Aに取り付けられたベアリング 1 7によつ て保持されている。 また、 その他端側 （図 1において左端） にはテーパ状のスプ ラインが形成されており、 ボールねじ機構 3のナツト部 1 9の端部に同様に形成 されたスプラインと嵌合している。 そしてこれにより、 ァ一マチュアシャフト 1 1の回転がナツト部 1 9に伝達される。

給電部 1 3は、 ァーマチュアに電力を供給する部分であり、 ァ一マチュアシャ フト 1 1に固定されたコンミテータ 2 2と、 コンミテータ 2 2に接触する電気的 接点であるブラシ 2 3とを有する構成となっている。 当該動力操舵装置では、 コ ンミテータ 2 2としていわゆるディスク型コンミテータが使用されており、 ブラ シ 2 3はその右端面に軸方向から摺接している。 一方、 ブラシ 2 3は合成樹脂製 のブラシホルダ 4 1内に保持されており、 図示しない弾機によりコンミテ一タ 2 2に所定押圧力で押し付けられている。

次にハウジング Bは、 ハウジング Aと同様、 アルミダイキャス ト製の中空部材 であり、 内部にボールねじ機構 3が組み込まれている。 このボールねじ機構 3は、 ナツト部 1 9と、 ラック軸 2の外周に形成されたスクリユー部 3 0と、 ナツト部 1 9とスクリュ一部 3 0との間に介装された多数のボール 3 1とからなる一般に 周知な構成のものである。 そして、 ラック軸 2は、 軸回りの回動が規制された状 態でナツト部 1 9によって左右方向に往復動自在支持され、 ナット部 1 9の回転 に伴って左右方向に移動する。

ナツト部 1 9は、 ハウジング Bに固定されたアンギュラーベアリング 4を介し てハウジング Bに対し軸回りに回動自在に保持されている。 すなわち、 当該動力 操舵装置では、 ボールねじ機構 3のナツト部 1 9とアンギュラーベアリング 4を 一体にした形で、 これらをハウジング Aとは別体に形成されたハウジング Bに設 けた構成となっている。 この場合、 アンギュラーベアリング 4は、 ハウジング B の開口部にねじ込まれたベアリング固定用リング 3 2とハウジング Bの内部に形 成された段部 3 3との間で軸方向の動きが規制された状態で固定されている。 ま た、 ナット部 1 9とアンギュラーベアリング 4との間の軸方向の動きは、 ナット 部 1 9の左端にねじ込まれたベアリング固定用リング 3 4とナツト部 1 9の外周 に形成された段部 3 5とによって規制される。

一方、 ハウジング Aとハウジング Bは、 それぞれに形成されたねじ部を嵌め合 わせることによって結合される。 本発明による動力操舵装置では、 ハウジング A に一体に錄込まれたヨーク 7が、 図 5のものに比して軸方向ハゥジング B側に延 長された形で設けられており、 その左端部の内面に雌ねじ部 （第 1のねじ部） 3 6が形成されている。 これに対しハウジング B側には、 その右端部外周に雌ねじ 部 3 6と螺合する径の雄ねじ部 （第 2のねじ部） 3 7が形成されており、 この雄 ねじ部 3 7を雌ねじ部 3 6にねじ込むことにより、 両ハウジング A, Bが結合さ れる。 なお、 当該動力操舵装置においては、 雌ねじ部 3 6はハウジング Aの成形 に先立ってヨーク 7に予め形成しておき、 雌ねじ部 3 6が形成されたヨーク 7が 周方向移動不能にハウジング A内に一体に铸込まれる。

このように当該動力操舵装置では、 雌ねじ部 3 6がハウジング A内に一体に設 けられた鋼製のヨーク 7に形成される。 従って、 結合相手であるアルミニウム製 の雄ねじ部 3 7とは異材質の組み合わせとなり、 従来のような同材質の組み合わ せによる接触面の摩耗や凝着を防止することができる。 このため、 ねじ部に潤滑 や表面処理等を施す必要がなく、 コスト的にも有利となる。 また、 雌ねじ部 3 6 が鋼製であるため、 ねじ部の結合強度や剛性が高くなり、 結合部分を厚肉に形成 する必要がなく、 ハウジング Aの肉厚を薄くすることが可能となる。

なお、 雄ねじ部 3 7を雌ねじ部 3 6にねじ込んだ後、 緩み止めのためハウジン グ Aの外周を数力所力シメてハウジング Bと固定するようにしても良い。 図 3は、 そのような力シメを行った変形例を示す要部断面図である。 ここでは、 ハウジン グ Bの外周に連続的または複数断続的に形成された力シメ溝 3 8に、 ハウジング Aの左端部を力シメることにより力シメ部 3 9を形成し、 両ハウジング A, Bを 固定している。

一方、 当該動力操舵装置は次のように動作する。 すなわち、 まず操向ハンドル が操作されて操舵軸 5が回動し、 この回動に応じた方向にラック軸 2が移動して 転舵操作がなされる。 この操作により、 図示しないステアリングトルクセンサが 作動すると、 この検出トルクに応じてブラシ 2 3を介してコンミテータ 2 2に電 力が供給される。 そして、 これにより電動機 1が作動してァーマチュアシャフト 1 1が回転し、 これと結合されたナット部 1 9もまた回転する。 ナット部 1 9が 回転するとボールねじ機構 3の作用によりラック軸 2に操舵補助力が伝達されて ラック軸 2の移動が促進され、 操舵力が補助される。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、 その要旨を逸脱しない範 囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

たとえば、 本発明ではハウジング結合部を、 ヨーク 7に形成した雌ねじ部 3 6 と、 ハウジング Bに形成した雄ねじ 3 7を結合させる構成としたが、 これとは逆 に、 例えば図 4のようにヨーク 7に雄ねじ部 （第 1ねじ部） 4 2、 ハウジング B に雌ねじ部 （第 2ねじ部） 4 3を形成することも可能である。 そして、 この場合 も雄ねじ部 4 2と雌ねじ部 4 3を異材質にて形成することが可能である。 また、 鋼製であるヨークを活用しそこにねじ部を形成してハウジングを結合する本発明 の構成を、 通常の一般モータに適用することも可能である。

さらに、 本発明を給電部にブラシを用いないブラシレスモータを用いた動力操 舵装置にも適用できる。 この場合、 界磁装置としてはァーマチュアコアがヨーク 側に、 マグネットがァ一マチュアシャフト側に固装され、 給電部には通電手段お よびァーマチュアシャフト回転位置の検出装置を備えた回路基板が設けられるこ とになる。 加えて本発明を、 前輪操舵装置のみならず、 具体的な構成や取り付け 上の環境が同じである後輪操舵装置に適用することも可能である。

このように本発明によれば、 ヨーク端部に第 1のねじ部を形成し、 これとハウ ジング A端部に形成された第 2のねじ部を嵌め合わせて両ハウジング Α, Βを結 合させることにより、 第 1のねじ部と第 2のねじ部を異なる材質にて形成するこ とが可能となり、 同材質のねじを嵌め合わせることによって生じる接触面の摩耗 や凝着などを防止することができる。

また、 第 1のねじ部を雌ねじとすることにより、 鋼製のヨークに雌ねじ部が形 成され、 ねじ結合部分の結合強度や剛性が高くすることができる。 従って、 結合 部分を厚肉に形成する必要がなく、 ハウジングの肉厚を薄くすることができ装置 全体の軽薄化、 小型化を図ることが可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 操向車輪に連結されたラック軸と、 前記ラック軸を移動自在に収容し前記 ラック軸に形成されたラック歯と操向ハンドルに連結された操舵軸のピニオンと を嚙合させた結合部を保持する第 1ハウジングと、 前記第 1ハウジングと一体に 設けられたヨークを備え前記第 1ハウジング内において前記ラック軸の周囲に同 軸的に配設されて前記ラック軸に対し操舵補助力を供給する電動機と、 前記電動 機のァーマチュアシャフトと連結されたナツト部と前記ラック軸に形成されたス クリユー部との間をボール部材を介在させて連結し前記電動機の回転力を操舵補 助力として前記ラック軸に伝達するボールねじ機構と、 前記ボールねじ機構を収 容する第 2ハウジングとを有する電気式動力操舵装置であって、

前記ヨークの前記第 2ハウジング側の端部に第 1のねじ部を形成する一方、 前 記第 2ハウジングの前記第 1ハゥジング側の端部に前記第 1のねじ部と螺合する 第 2のねじ部を形成し、 前記第 1のねじ部と前記第 2のねじ部を嵌め合わせるこ とにより、 前記第 1ハウジングと前記第 2ハウジングを結合させることを特徴と する電気式動力操舵装置。

2 . 請求項 1記載の電気式動力操舵装置であって、 前記第 1のねじ部が雌ねじ であり、 前記第 2のねじ部が雄ねじであることを特徴とする電気式動力操舵装置。

3 . 請求項 1記載の電気式動力操舵装置であって、 前記第 1のねじ部が雄ねじ であり、 前記第 2のねじ部が雌ねじであることを特徴とする電気式動力操舵装置。

4 . 請求項 1記載の電気式動力操舵装置であって、 前記第 1のねじ部が鋼製で あり、 前記第 2のねじ部がアルミニウム製であることを特徴とする電気式動力操

5 . 請求項 1記載の電気式動力操舵装置であって、 前記第 2ハウジングの外周 に力シメ溝を形成し、 前記カシメ溝に前記第 1ハウジングの端部を力シメること により前記第 1ハウジングと前記第 2ハウジングとを固定することを特徴とする 電気式動力操舵装置。

6 . 請求項 5記載の電気式動力操舵装置であって、 前記力シメ溝は、 前記第 2 ハウジングの全周に亘つて連続的に形成されることを特徴とする電気式動力操舵

7 . 請求項 5記載の電気式動力操舵装置であって、 前記力シメ溝は、 前記第 2 ハウジングの外周に複数断続的に形成されることを特徴とする電気式動力操舵装