JP4524754B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ機構を備えた電動式パワーステアリング装置に関する。

操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、かかる電動モータの回転力をラック軸に伝達することにより伝えて操舵を補助する電動式パワーステアリング装置が知られている。ここで、電動モータの回転力をラック軸の推力に変換するため、ボールねじ機構を用いる場合がある（特許文献１参照）。

特開２０００−２２５９５６号公報

ところで、特許文献１に記載の電動式パワーステアリング装置におけるボールねじ機構のナットにおいては、ボールの循環用にエンドキャップを採用している。かかる従来例のボールねじ機構の概略断面図を図５に示す。図に示すように、エンドキャップ式の場合、ナットＮの端面をエンドキャップＥＤで完全に覆ってしまうので、動力伝達のためにナットＮに対して軸線方向から動力伝達を行う場合、エンドキャップＥＤを介して動力伝達を行うと、動力伝達による応力によって内部循環路が歪み、適切なボール循環を行えなくなったり、エンドキャップＥＤが破損したりする恐れがある。しかしながら、エンドキャップＥＤに厚みを与えて剛性を高めると、ナットＮが大きく且つ重くなり、アシスト制御に悪影響を与える慣性力も増大するので好ましくない。

これに対し、図５に点線で示すように、エンドキャップＥＤより大きな外径のフランジＦをナットＮに設けて、かかるフランジＦを介して動力伝達を行うようにすることも考えられるが、それにより装置の大型化を招く。一方、ボールの循環用に一般的なチューブやコマを用いると、ナット端面を介して動力伝達は可能となるが、ナットの外径が大きくなるという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、コンパクト化を図りつつも、円滑な作動を確保できる電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、
電動モータと、
操舵機構に連結されたラック軸と
前記電動モータからの動力を前記ラック軸に伝達する動力伝達機構と、を有し、
前記動力伝達機構は、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、を有し、
前記ナットは、軸線方向に延在する前記転動体の循環路を設けた本体と、前記本体の両端に設けられ前記転走路を転動してきた転動体を、前記転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ前記循環路へ戻すデフレクタとからなり、
前記デフレクタを前記ナットに固定する固定部材を介して、前記電動モータの動力が前記ナットに伝達されることを特徴とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置によれば、前記ナットが、前記本体の両端に設けられ前記転走路を転動してきた転動体を、前記転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ前記循環路へ戻すデフレクタを設けているので、従来のコマやチューブなどを前記ナットの外周面に設ける必要がなくなり、従って前記ナットの外径を小さく抑えることができる。又、エンドキャップ式に比べ、ナットの軸線方向長を短く抑えることができる。

更に、前記デフレクタは前記ナットとは別の部材であるから、これを前記ナットに取り付ける必要がある。そこで、前記デフレクタを前記ナットに固定する固定部材を介して、前記電動モータの動力が前記ナットに伝達されるようにすれば、前記ナットの外径を拡大させることなく動力伝達が可能となる。それにより部品点数削減、省スペース化などが図れる。又、前記デフレクタには動力が伝達されないので、動力伝達に起因する変形や破損は生じない。

前記デフレクタは、前記固定部材の端面で前記ナットに押しつけられると好ましい。

前記ナットと前記固定部材とは、インローにより位置決めされていると好ましい。

前記循環路の少なくとも一部は、前記本体を半径方向から溝加工することで形成されると、前記ナットの本体の加工が容易となる。

前記加工された溝の半径方向外方には軸受が配置されていると、前記溝を循環路として用いることができる。

前記溝と前記軸受との間には、前記循環路の少なくとも一部を遮蔽する蓋部材が配置されていると、前記循環路を通過するボールの転動が円滑になるので好ましい。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置の要部断面図である。図２は、ナットと固定部材のアッセンブリ断面図であり、図３は、図２のナットを矢印III方向に見た図である。

図１において、電動式パワーステアリング装置１１は、不図示の車体に固定されたハウジング２１を有する。ハウジング２１は、図１では３分割され、部材２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃからボルト止めにより一体化されている。ハウジング２１を水平に貫通するようにして、ラック軸２３が軸線方向移動自在に支持されている。図示していないが、ステアリングホイールに連結された入力軸の下方端にはピニオンが形成され、ラック軸２３のラック歯に噛合しており、入力軸の回転によりラック軸２３は図で左右に移動するようになっている。ラック軸２３の両端は、操舵機構のタイロッド（不図示）に連結されている。

ラック軸２３と軸線が平行になるようにして、電動モータ（不図示）がハウジング２１に取り付けられている。電動モータの動力は、図１で一部のみ示す中間軸３８に伝達される。中間軸３８は、軸受２４，２５によりハウジング２１に対して回転自在に支持されており、軸受２４，２５に挟まれた部分に、中間ギヤ部３８ａを有している。

ラック軸２３の周囲に、ナット４５が配置され、複列アンギュラ玉軸受２７によりハウジング２１に対して回転自在に支持されている。これを、より具体的に説明する。ハウジング２１の部材２１Ａにおける内孔２１ａに嵌合するようにして、薄肉円筒状のスリーブ３９が配置されている。又、内孔２１ａの底面（図１で左側）から順に、リング状部材３０、第１緩衝部材３１，複列アンギュラ玉軸受２７の外輪２７ａ、第２緩衝部材３２が配置され、部材２１Ａに螺合されるロック部材３３により固定されている。第１緩衝部材３１は、リング状部材３０に当接する弾性体３１ａを有している。又、第２緩衝部材３２は、ロック部材３３に当接する弾性体３２ａを有している。弾性体３１ａ、３２ａが弾性変形することによって、複列アンギュラ玉軸受２７は、制限される範囲内でナット４５とともに軸線方向に移動可能となっている。外輪２７ａは、スリーブ３９の内周面に嵌合している。

複列アンギュラ玉軸受２７の２分割され軸線方向に並べられた内輪２７ｂ、２７ｂは、ナット４５の外周面に嵌合しており、図でその右端は、ナット４５の右端近傍に形成された外周段部４５ｈに当接している。また、内輪２７ｂ、２７ｂの図で左端は、ねじ部材３４の右端に当接して、それより予圧を付与されている。ねじ部材３４は、ナット４５の外周面に形成されたねじ部４５ｋに螺合している。ねじ部材３４のねじ込み量により予圧を調整できる。

図２において、ナット４５は、中央の中空円筒状の本体４５ａと、両端のデフレクタ４５ｂとからなる。本体４５ａは、軸線方向に貫通する循環路４５ｃを形成しており、また各デフレクタ４５ｂは、転送してきたボール６５を、転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ循環路４５ｃに戻すすくい上げ片４５ｄを形成している。ねじ軸２３と，ナット４５と，ボール６５とでボールねじ機構（動力伝達機構）を構成する。

図２で、ナット４５の本体４５ａの左端には、デフレクタ４５ｂが配置され、ねじ３６により本体４５ａにねじ止めされたドーナツ円盤状の抑え板３５によって固定されている。一方、ナット４５の本体４５ａの右端には、デフレクタ４５ｂが配置され、４本のねじ４８によりナット４５にねじ止めされた円筒状の固定部材４７の左端面で固定されており、両者は一体的に回転するようになっている。図３に示すように、本体４５ａの端面は、デフレクタ４５ｂの周辺以外は平面となっており、従ってねじ４８を螺合させるねじ孔４５ｍを任意の位置・数で設けることができる。

図２において、固定部材４７の右端近傍には雄セレーション部４７ａが形成されている。なお、固定部材４７は、ナット４５と別体であるので、雄セレーション部４７ａの外径を任意に設定でき、設計の自由度が高まる。

図１において、従動部材である中空の従動ギヤ３７は、ハウジング２１に対して、両端を軸受２６，２９により回転自在に支持されており、中間ギヤ部３８ａに噛合する従動ギヤ部３７ａを有していると共に、左端内周に雌セレーション部３７ｂを形成している。中間ギヤ部３８ａ、従動ギヤ部３７ａにより歯車対を構成する。なお、ナット４５等の組付けは、ハウジング２１の部材２１Ａ、２１Ｂを取り外した状態で、図の右方から行うことができる。

従動ギヤ３７の雌セレーション部３７ｂと、固定部材４７の雄セレーション部４７ａとを係合させることによって、従動ギヤ３７と固定部材４７とは軸線方向に相対移動可能だが、回転方向に相対回転不能に連結される。従動ギヤ３７と固定部材４７とを軸線方向に相対移動可能としているのは、弾性体３１ａ、３２ａの緩衝効果を発揮させるためである。

図１において、ねじ軸と一体（別部品として連結してもよい）であるラック軸２３の外周面の一部には、雄ねじ溝２３ｂが形成されている。雄ねじ溝２３ｂの周囲にはナット４５が配置されており、雄ねじ溝２３ｂに対向する本体４５ａの内周面に、雌ねじ溝４５ｆを形成している。雄ねじ溝２３ｂと雌ねじ溝４５ｆとで形成する螺旋状の空間（転走路）内には、多数のボール（転動体）６５が転動自在に配置されている。

本実施の形態の動作について説明する。図示していないが、運転者がステアリングホイールを回転させると、その回転力が入力軸へと伝達される。入力軸が回転すると、それにピニオン噛合したラック歯が押され、ラック軸２３が軸線方向に移動し、タイロッドを介して不図示の操舵機構を駆動することで、車輪の操舵が行われるようになっている。

このとき図示しないトルクセンサが操舵トルクを検出し、その量に応じて、不図示のＣＰＵが電動モータに対して電力を供給するので、中間ギヤ部３８ａを介して噛合した従動ギヤ部３７ａが、所定の減速比で回転させられる。従って、従動ギヤ３７から固定部材４７を介してナット４５に回転動力の伝達が行われ、かかるナット４５の回転運動はボール６５を介してラック軸２３の軸線運動に変換される。転走路の一端まで転動したボール６５は、デフレクタ４５ｂによりすくい上げられ、循環路４５ｃを介して他端へと戻されるようになっている。ラック軸２３の軸線方向力を用いて、補助操舵力を出力できるようになっている。

本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１においては、固定部材４７に、デフレクタ４５ｂをナット４５の本体４５ａに固定する機能と、従動ギヤ３７からナット４５へ動力を伝達する機能の双方を持たせているので、部品点数が削減され、組付性も向上し、さらには省スペース化も図れる。従って、本体４５ａに直接動力伝達がなされることから、ナット４５の外径を拡大させる必要もなく、デフレクタ４５ｂにはいかなる動力も伝達されず、動力伝達に起因する変形や破損は生じない。

図４は、第２の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１１を示す断面図である。本実施の形態においては、図１〜３に示す実施の形態に対して異なる点のみを説明し、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。

図４において、ナット４５の本体４５ａの右端面には、環状部４５ｇが同軸に形成されている。一方、それに対向する固定部材４７の左端面には、環状部４５ｇの内径にほぼ一致する外径を有する縮径円筒部４７ｂが同軸に形成されている。従って、環状部４５ｇに縮径円筒部４７ｂを嵌合させることによって両者の半径方向の位置決めを図り、即ち本体４５ａと固定部材４７とを同軸に連結することで、高回転時におけるナット４５の振れ回りなどを抑制することができる。環状部４５ｇと縮径円筒部４７ｂとでインローを構成する。

図６は、図１，４に示す電動式パワーステアリング装置に用いることができる別の実施の形態にかかるナットの本体の上面図であり、図７は、図６に示すナットの本体を矢印VII方向に見た図であり、図８は、図７に示すナットの本体をVIII-VIII線で切断して矢印方向に見た図であり、図９は、図８に示すナットの本体をIX-IX線で切断して矢印方向に見た図である。図１０は、ナットの本体に軸受を組み付けた状態で示す図であり、図１１は、図１０の構成をXI-XI線で切断して矢印方向に見た図である。

図６、８に示すように、本体１４５ａの循環溝１４５ｃは、一部が半径方向外方に開口（１４５ｊ）している。図３に示す本体４５ａにおいては、循環路４５ｃを長いドリルで加工しなくてはならず、加工時間が長くなるという問題がある。これに対し、本実施の形態においては、長穴状の開口１４５ｊはエンドミル等で容易に加工できるため、加工時間が少なくコスト低減を図れる。なお、ナット１４５の外周面に形成されたねじ部１４５ｋや、雌ねじ溝１４５ｆ、循環路１４５ｃと雌ねじ溝１４５ｆとの連結部等は、従来と同様に軸線方向から容易に加工できる。

図１０，１１に示すように、本体１４５ａを電動式パワーステアリング装置に組み付けたときに、開口１４５ｊは、段部１４５ｈに付き当てた軸受２７により外方から覆われるので、ボール６５が開口１４５ｊを介して外方に抜け出すことはない。即ち、開口１４５ｊを覆うために、別個の部材を用いる必要がなく、部品点数の削減やコスト低減を図れる。

ただし開口１４５ｊを形成したために、循環路１４５ｃを通過するボール６５の転動が阻害される恐れがある。以下の変形例では、かかる問題を解消している。

図１２は、変形例にかかるナットの本体の上面図であり、図１３は、図１２に示すナットの本体を矢印XIII方向に見た図であり、図１４は、図１３に示すナットの本体をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図であり、図１５（ａ）は、図１４に示すナットの本体をXV-XV線で切断して矢印方向に見た図であり、図１５（ｂ）は、ナット本体に組み付けられる蓋部材の正面図である。図１６は、ナットの本体に軸受を組み付けた状態で示す図であって、図１１と同様な断面図である。

本変形例が、図６〜１１に示す実施の形態と異なる点は、開口１４５ｊを覆う蓋部材１５０と、その蓋部材１５０を取り付けるための開口段部１４５ｓを本体１４５ａ’に形成した点である。共通する構成については、同じ符号を付すことで説明を省略する。

より具体的に本変形例を説明すると、図１２、１５に示すように、本体１４５ａ’には、開口１４５ｊの周囲に、外周から一段下がった開口段部１４５ｓが形成されている。蓋部材１５０は、開口段部１４５ｓに取り付けられることで開口１４５ｊ内への落ち込みを防止するフランジ部１５０ａと、フランジ部１５０ａの一面に形成された円筒溝１５０ｂとからなる。円筒溝１５０ｂの断面形状（半径Ｒ）は、循環溝１４５ｃの断面形状（半径Ｒ）に対応した形状となっており、それらで形成される断面が、半径Ｒの約円形になると好ましい。即ち、循環溝１４５ｃと蓋部材１５０とで形成される空間は、ドリルで形成したような円筒状の孔となる。又、蓋部材１５０のフランジ部１５０ａは、本体１４５ａ’に組み付けた状態で、蓋部材１５０の外面が本体１４５ａ’の外周面と面一となるような寸法を有している。

図１６に示すように、蓋部材１５０を本体１４５ａ’に取り付けた状態で、電動式パワーステアリング装置に組み付けると、蓋部材１５０のフランジ部１５０ａは、開口段部１４５ｓと軸受２７とに挟持され固定されるので、循環ボール６５が循環溝１４５ｃを通過する際に、開口１４５ｊを介して外方に抜け出すことはないし、蓋部材１５０の円筒溝１５０ｂにより、開口１４５ｊを設けたことにより生じた段差部がなくなるので、ボール６５の転動が円滑になり、異音や振動を抑制することができる。又、蓋部材１５０は、軸受２７により本体１４５ａ’からの分離が阻止される。

図１７は、図１２〜１６に示す変形例を用いた電動式パワーステアリング装置２１１を示す断面図である。本実施の形態においては、図１〜３に示す実施の形態に対して、開口１４５ｊと蓋部材１５０とを設けた点のみが異なるため、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。

図１８は、別な実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置３１１の断面図である。本実施の形態においては、図１７に示す実施の形態に対して異なる点のみを説明し、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。

本実施の形態においては、中間軸を省略する代わりに、従動軸３７のギヤ部３７ａに動力を伝達する歯付きベルト５５を設けている。従って、不図示の電動モータからの動力は、歯付きベルト５５を介して従動軸３７に伝達され、これに連結されたナット１４５も回転するので、電動モータの動力をねじ軸２３に伝達することができる。尚、歯付きベルトの替わりにチェーンを用いても良い。このようなベルトやチェーンは、図１，４の実施の形態にも用いることができる。

以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。本発明は、ステアリングホイールとラック軸とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）式操舵機構や、４輪操舵（４ＷＳ）車に用いる後輪操舵機構などにも適用可能である。

第１の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置の要部断面図である。 ナットと固定部材のアッセンブリ断面図である。 図２のナットを矢印III方向に見た図である。 第２の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置の要部断面図である。 従来例にかかるボールねじ機構の断面図である。 図１，４に示す電動式パワーステアリング装置に用いることができる別の実施の形態にかかるナットの本体の上面図である。 図６に示すナットの本体を矢印VII方向に見た図である。 図７に示すナットの本体をVIII-VIII線で切断して矢印方向に見た図である。 図８に示すナットの本体をIX-IX線で切断して矢印方向に見た図である。 ナットの本体に軸受を組み付けた状態で示す図である。 図１０の構成をXI-XI線で切断して矢印方向に見た図である。 変形例にかかるナットの本体の上面図である。 図１２に示すナットの本体を矢印XIII方向に見た図である。 図１３に示すナットの本体をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図である。 図１５（ａ）は、図１４に示すナットの本体をXV-XV線で切断して矢印方向に見た図であり、図１５（ｂ）は、ナット本体に組み付けられる蓋部材の正面図である。 本変形例にかかるナットの本体に軸受を組み付けた状態で示す図であって、図１１と同様な断面図である。 図１２〜１６に示す変形例を用いた電動式パワーステアリング装置２１１を示す断面図である。 別な実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置３１１の断面図である。

符号の説明

１１ 電動式パワーステアリング装置
２３ ねじ軸
４５ ナット
４７ 固定部材
６５ ボール

Claims (6)

1. 電動モータと、
   操舵機構に連結されたラック軸と
   前記電動モータからの動力を前記ラック軸に伝達する動力伝達機構と、を有し、
   前記動力伝達機構は、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、を有し、
   前記ナットは、軸線方向に延在する前記転動体の循環路を設けた本体と、前記本体の両端に設けられ前記転走路を転動してきた転動体を、前記転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ前記循環路へ戻すデフレクタとからなり、
   前記デフレクタを前記ナットに固定する固定部材を介して、前記電動モータの動力が前記ナットに伝達されることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記デフレクタは、前記固定部材の端面で前記ナットに押しつけられることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記ナットと前記固定部材とは、インローにより位置決めされていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 前記循環路の少なくとも一部は、前記本体を半径方向から溝加工することで形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。
5. 前記加工された溝の半径方向外方には軸受が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電動式パワーステアリング装置。
6. 前記溝と前記軸受との間には、前記循環路の少なくとも一部を遮蔽する蓋部材が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の電動式パワーステアリング装置。
   
   

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