JP2012126338A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で耐久性に優れた車両用操舵装置を提供することである。
【解決手段】電動モータ１１によってベルト２４を介して出力プーリ２３を回転させ、出力プーリ２３の回転をボールねじ機構２０によって転舵軸１３の軸方向移動に変換する。第１軸受２８の外輪３２及び第２軸受２９の外輪３５が、第１付勢部材３０及び第２付勢部材３１によって、互いに近づく方向に付勢されている。第１軸受２８の内輪３３及び第２軸受２９の内輪３６間に、ボールナット２７の第１環状フランジ４３及び出力プーリ２３の第２環状フランジ４６が、互いに突き合わされた状態で挟持されている。従来のロックナット等を用いることなく、ボールナット２７及び出力プーリ２３を連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は車両用操舵装置に関する。

特許文献１の電動パワーステアリング装置では、電動モータにより駆動される入力プーリの回転を、ラック軸（転舵軸）を取り囲む出力プーリに、ベルトを介して伝達している。また、上記出力プーリの回転をボールねじ機構によって、ラック軸の軸方向移動に変換し、これにより転舵輪を転舵している。
上記ボールねじ機構は、ボールナットと、ボールナットにボールを介して螺合するねじ軸とを備えている。上記ボールナットは、ハウジングに保持された複列のアンギュラコンタクト型の軸受によって回転可能に支持されている。上記ねじ軸は、転舵軸の一部に設けられている。

上記軸受の外輪は、ハウジングの軸受保持孔に嵌合されている。また、上記外輪は、軸受保持孔に設けられた位置決め段部と、軸受保持孔に連なる雌ねじ部に螺合するロックねじとの間に挟持されて、軸方向に固定されている。
また、上記軸受の内輪と出力プーリが、ボールナットの外周に嵌合している。上記内輪と上記出力プーリは、ボールナットの一端に設けられた環状フランジと、ボールナットの他端にねじ結合されたロックナットとの間に挟持されている。これにより、軸受の内輪および出力プーリが、ボールナットと一体回転可能に連結されている。

特開２００５−３４３４３４号公報

特許文献１のように、ロックねじやロックナットを用いた場合、ボールナットや出力プーリが多大な負荷を受ける。このため、ボールナットや出力プーリの耐久性が低下する。また、多大な負荷を受けたボールナットの軌道溝が変形することにより、ボールねじ機構の伝達効率が低下するおそれがある。
また、ロックねじやロックナットを設け、これらと螺合するねじ部を設ける必要があるため、製造コストが高くなる。また、ロックねじやロックナットの締め付け荷重を調整する必要があり、組み立てに手間と時間を要する。この点からも製造コストが高くなる。

そこで、本発明の目的は、安価で耐久性に優れた車両用操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、電動モータ（１１）の出力回転を入力プーリ（２２）からベルト（２４）を介して出力プーリ（２３）に伝達する伝達機構（１９）と、上記出力プーリの回転を転舵軸（１３）の軸方向（Ｘ１）の移動に変換する変換機構（２０）と、上記変換機構を収容するハウジング（１６）と、を備え、上記変換機構は、上記出力プーリと同伴回転するボールナット（２７）と、上記転舵軸の一部に設けられたねじ軸（２５）と、上記ボールナットおよび上記ねじ軸の軌道溝（２７２，２５１）間に介在する多数のボール（２６）と、を含む車両用操舵装置（１）において、上記ハウジング（１６）によって保持され上記ボールナットを回転可能に支持する第１軸受（２８）と、上記ハウジングによって保持され上記出力プーリを回転可能に支持する第２軸受（２９）と、上記第１軸受の外輪（３２）を上記第２軸受側へ付勢する第１付勢部材（３０）と、上記第２軸受の外輪（３５）を上記第１軸受側へ付勢する第２付勢部材（３１）と、を備え、上記ボールナットの外周（２７ａ）は、上記第１軸受の内輪（３３）が嵌合された第１軸受内輪嵌合部（４４）と、上記出力プーリが嵌合された出力プーリ嵌合部（４５）と、を含み、上記出力プーリの外周（２３ａ）は、上記第２軸受の内輪（３６）が嵌合された第２軸受内輪嵌合部（４７）と、上記ベルトが係合するベルト係合部（４８）と、を含み、上記ボールナットは、径方向外方に突出する第１環状フランジ（４３）を有し、上記第１環状フランジは、上記第１軸受内輪嵌合部および上記出力プーリ嵌合部の間に配置され、上記出力プーリは、径方向外方に突出する第２環状フランジ（４６）を有し、上記第２軸受内輪嵌合部は、上記第２環状フランジおよび上記ベルト係合部の間に配置され、上記第１環状フランジおよび上記第２環状フランジは、互いに突き合わされて、上記第１軸受の上記内輪および上記第２軸受の上記内輪の間に挟持されている車両用操舵装置を提供する。

また、請求項２のように、上記ボールナットは、筒状の本体（２７０）を含み、上記本体の内周（２７１）に、上記軌道溝（２７２）が形成され、上記第１環状フランジは、上記本体の軸方向の一端から径方向外方に延びている場合がある。
また、請求項３のように、上記第１軸受および上記第２軸受は、互いに逆向きの接触角を有するアンギュラコンタクト軸受である場合がある。

また、請求項４のように、上記第１付勢部材および上記第２付勢部材のそれぞれは、樹脂リングである場合がある。
また、請求項５のように、上記出力プーリ嵌合部は、上記第２環状フランジの径方向内方に配置されている場合がある。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１の発明によれば、両軸受の外輪が両付勢部材によって互いに近づく方向に付勢されており、両軸受の内輪間に、ボールナットおよび出力プーリの環状フランジが互いに突き合わされた状態で挟持されている。これにより、従来用いていたロックナット等を用いることなく、ボールナットおよび出力プーリを連結することができる。従来のロックナット等を用いないので、ボールナットや出力プーリに多大な負荷をかけるけことがなく、耐久性を向上することができる。また、部品点数を削減して、製造コストを安くすることができる。また、従来のロックナット等を用いる場合のような締付トルクの調整作業も不要であり、この点からも製造コストを安くすることができる。

また、互いに突き合わされた両環状フランジを両付勢部材の付勢力によって摩擦係合できるので、ボールナットおよび出力プーリの実質的な嵌合長（タイトフィットされる部分の軸方向長さに相当）を短くすることが可能となる。したがって、ボールナットにかかる負荷をより低減して、耐久性をより向上することができる。
また、請求項２の発明によれば、ボールナットの筒状の本体の内周に軌道溝が形成され、第１環状フランジが、上記本体の一端から径方向外方に延びている。したがって、軌道溝を形成した上記本体に、両付勢部材の付勢力が及ぼされないので、本体の軌道溝の変形を防止することができる。これにより、ボールナット、ボールおよびねじ軸に負荷される径方向の応力を低減して、耐久性を向上することができる。

また、請求項３のように、両軸受が、互いに逆向きの接触角を有するアンギュラコンタクト軸受である場合には、ボールナットおよび出力プーリを精度良く径方向に支持することができる。したがって、出力プーリの中心軸線が、正規の位置から傾斜することを抑制することができる。また、ボールナットの軌道溝の変形を抑制することができるので、ボールナット、ボールおよびねじ軸に負荷される径方向の応力を低減して、耐久性を向上することができる。

また、請求項４のように、各付勢部材が樹脂リングである場合には、製造コストをより安くすることができる。
また、請求項５のように、出力プーリ嵌合部が第２環状フランジの径方向内方に配置されている場合には、出力プーリおよびボールナットを精度良く連結することができる。

本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式的断面図である。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式的断面図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイールのような操舵部材２に連結される入力軸３と、中間軸４を介して転舵機構５に連なる出力軸６と、入力軸３および出力軸６を同軸的に連結するトーションバー７とを備える。

また、電動パワーステアリング装置１は、トーションバー７を介する入力軸３および出力軸６の相対回転変位量により操舵トルクを検出するためのトルクセンサ８と、トルクセンサ８により検出されるトルクや車速センサ９により検出される車速等に基づいてＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１０により駆動制御される操舵補助用の電動モータ１１とを備える。

転舵機構５は、中間軸４に連結されたピニオン軸１２の端部に設けられたピニオン１２ａと、このピニオン１２ａに噛み合うラック１３ａを有し車両の左右方向に延びる転舵軸１３と、この転舵軸１３の一対の端部にそれぞれタイロッド１４およびナックルアーム（図示せず）を介して連結された一対の転舵輪１５とを備える。
転舵軸１３の軸方向Ｘ１の移動により、ナックルアームが回動されて転舵輪１５の転舵が達成される。転舵軸１３は、図示しない軸受を介してハウジング１６によって軸方向に移動可能に支持されている。電動モータ１１のモータハウジング１７は、ハウジング１６に、図示しない固定ねじ等により固定されている。

また、電動パワーステアリング装置１は、電動モータ１１の回転軸１８の回転を減速するプーリ・ベルト機構からなる伝達機構１９と、伝達機構１９の出力回転を転舵軸１３の軸方向Ｘ１の移動に変換する変換機構としてのボールねじ機構２０とを備えている。
電動モータ１１の回転軸１８は、転舵軸１３と平行に配置されている。電動モータ１１の回転軸１８は、ハウジング１６に設けられた孔２１を通してハウジング１６内に挿入されている。

伝達機構１９は、電動モータ１１の回転軸１８の外周に同伴回転可能に連結された環状の入力プーリ２２と、転舵軸１３を取り囲み転舵軸１３と同心に配置された環状の出力プーリ２３と、入力プーリ２２および出力プーリ２３を連結するエンドレスのベルト２４とを備えている。
変換機構としてのボールねじ機構２０は、転舵軸１３の一部に形成されたねじ軸２５と、ボール２６を介してねじ軸２５と螺合するボールナット２７とを備えている。伝達機構１９の出力プーリ２２は、ボールナット２７の外周に同伴回転可能に嵌合されている。

電動モータ１１の回転軸１８の回転は、入力プーリ２２、ベルト２４および出力プーリ２３を介して、ボールナット２７に伝達され、そのボールナット２７の回転が、転舵軸１３の軸方向Ｘ１の移動に変換される。その結果、転舵軸１３に操舵補助力が与えられるようになっている。
本実施の形態の特徴とするところは、ハウジング１６によってボールナット２７および出力プーリ２３を支持する構造にある。具体的には、電動パワーステアリング装置１は、ボールナット２７を回転可能に支持する第１軸受２８と、出力プーリ２３を回転可能に支持する第２軸受２９と、第１および第２の軸受２８，２９に両側から予圧を与える第１の付勢部材３０および第２の付勢部材３１とを備えている。

第１付勢部材３０である樹脂リングは、第１軸受２８を第２軸受２９側に付勢しており、第２付勢部材３１である樹脂リングは、第２軸受２９を第１軸受２８側に付勢している。第１軸受２８および第２軸受２９は、ハウジング１６によって保持されている。第１軸受２８および第２軸受２９は、互いに逆向きの接触角を有するアンギュラコンタクト軸受により構成されている。

第１軸受２８は、ハウジング１６の軸受保持部１６ａの内周に、ルーズフィットで嵌合された外輪３２と、ボールナット２７の外周２７ａにルーズフィットで嵌合された内輪３３と、外輪３２および内輪３３の間に介在する複数の玉３４とを有している。
第２軸受２９は、ハウジング１６の軸受保持部１６ａの内周に、ルーズフィットで嵌合された外輪３５と、出力プーリ２３の外周２３ａにルーズフィットで嵌合された内輪３６と、外輪３５および内輪３６の間に介在する複数の玉３７とを有している。

ハウジング１６は、第１ハウジング３８と第２ハウジング３９とを結合して構成されている。第１ハウジング３８の一端の開口４０に、第２ハウジング３９の環状のボス４１が嵌合されることにより、両ハウジング３８，３９が連結されている。上記の軸受保持部１６ａは、第１ハウジング３８に設けられている。
第１付勢部材３０は、第１ハウジング３８の段部４２と第１軸受２８の外輪３２の端面との間に介在した弾性変形可能な樹脂リングにより構成されている。第２付勢部材３１は、第２ハウジング３９のボス４１の端面と第２軸受２９の外輪３５の端面との間に介在した弾性変形可能な樹脂リングにより構成されている。第１付勢部材３０である樹脂リングは、軸方向に弾性的に圧縮されている。

ボールナット２７は、径方向外方に突出する第１環状フランジ４３を有している。第１環状フランジ４３は、ボールナット２７の軸方向の中間部に配置されている。また、ボールナット２７の外周２７ａは、第１環状フランジ４３を挟んだ両側に、第１軸受内輪嵌合部４４と出力プーリ嵌合部４５とを有している。第１軸受内輪嵌合部４４に、第１軸受２８の内輪３３が同伴回転可能に嵌合されている。出力プーリ嵌合部４５に、出力プーリ２３が同伴回転可能に嵌合されている。

ボールナット２７は、筒状の本体２７０を有しており、本体２７０の内周２７１には、ボール２６のための螺旋状の軌道溝２７２が形成されている。ボールナット２７の軌道溝２７２と、ねじ軸２５の外周の螺旋状の軌道溝２５１との間に、ボール２６が介在している。第１環状フランジ４３は、本体２７０の軸方向の一端に配置されている。また、ボールナット２７は、筒状の本体２７０の上記一端から、本体２７０とは逆方向に延びる延設筒２７３を有している。第１軸受内輪嵌合部４４は、延設筒２７３の外周に設けられている。

出力プーリ２３は、径方向外方に突出する第２環状フランジ４６を有している。第２環状フランジ４６は、出力プーリ２３の軸方向の一端に配置されている。また、出力プーリ２３の外周２３ａは、第２環状フランジ４６に隣接する第２軸受内輪嵌合部４７と、ベルト２４が動力伝達可能に係合したベルト係合部４８とを有している。第２軸受内輪嵌合部４７に、第２軸受２９の内輪３６が同伴回転可能に嵌合されている。第２軸受内輪嵌合部４７は、第２環状フランジ４６とベルト係合部４８の間に配置されている。

第１環状フランジ４３および第２環状フランジ４６は、互いに突き合わされている。第１環状フランジ４３および第２環状フランジ４６は、第１軸受２８の内輪３３および第２軸受２９の内輪３６の間に挟持されている。したがって、第１付勢部材３０および第２付勢部材３１の付勢力によって、第１軸受２８および第２軸受２９に予圧が付与される。
また、第１付勢部材３０および第２付勢部材３１の付勢力によって、第１環状フランジ４３および第２環状フランジ４６の端面が相互に強く押圧される。これにより、第１環状フランジ４３および第２環状フランジ４６が強固に摩擦係合されることになる。

本実施の形態によれば、第１軸受２８の外輪３２および第２軸受２９の外輪３５が、第１付勢部材３０および第２付勢部材３１によって、互いに近づく方向に付勢されており、第１軸受２８の内輪３３および第２軸受２９の内輪３６間に、ボールナット２７の第１環状フランジ４３および出力プーリ２３の第２環状フランジ４６が、互いに突き合わされた状態で挟持されている。

これにより、従来用いていたロックナット等を用いることなく、ボールナット２７および出力プーリ２３を強固に連結することができる。従来のロックナット等を用いないので、ボールナット２７や出力プーリ２３に多大な負荷をかけるけことがなく、耐久性を向上することができる。
特に、ボールナット２７の筒状の本体２７０の内周２７１に軌道溝２７２が形成され、第１環状フランジ４３が、本体２７０の一端から径方向外方に延びている。したがって、軌道溝２７２を形成した本体２７０に、両付勢部材３０，３１の付勢力が及ぼされないので、本体２７０の軌道溝２７２の変形を防止することができる。これにより、ボールナット２７、ボール２６およびねじ軸２５に負荷される径方向の応力を低減して、耐久性を向上することができる。また、ボールねじ機構２０の伝達効率の低下を抑制することができる。

ロックナット等を用いないので、部品点数の削減を通じて、製造コストを安くすることができる。また、従来のロックナット等を用いる場合のような締付トルクの調整作業も不要であり、この点からも製造コストを安くすることができる。
また、互いに突き合わされた第１環状フランジ４３および第２環状フランジ４６を、第１付勢部材３０および第２付勢部材３１の付勢力を用いて、強固に摩擦係合することができる。したがって、ボールナット２７および出力プーリ２３の実質的な嵌合長Ｌ（タイトフィットされる部分の軸方向長さに相当）を短くすることが可能となる。したがって、ボールナット２７にかかる負荷をより低減して、耐久性をより向上することができる。

また、第１軸受２８および第２軸受２９が、互いに逆向きの接触角を有するアンギュラコンタクト軸受であるので、ボールナット２７および出力プーリ２３を精度良く径方向に支持することができる。したがって、出力プーリ２３の中心軸線が、正規の位置から傾斜することを抑制することができる。また、ボールナット２７の軌道溝２７２の変形をより抑制することができるので、ボールナット２７、ボール２６およびねじ軸２５に負荷される径方向応力をより低減することができる。その結果、耐久性をより向上することができる。

また、第１付勢部材３０および第２付勢部材３１が樹脂リングであるので、製造コストをより安くすることができる。
また、出力プーリ嵌合部４５が、第２環状フランジ４６の径方向内方に配置されているので、出力プーリ２３およびボールナット２７を精度良く連結することができる。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施の形態では、第１付勢部材３０および第２付勢部材３１が樹脂リングである例に則して説明したが、これに限らない。すなわち、第１付勢部材３０および第２付勢部材３１としては、第１軸受２８および第２軸受２９に予圧を付与する付勢力を発揮できるものであればよく、各付勢部材３０，３１を例えばエラストマーや金属材等により形成してもよい。その他、請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）、２…操舵部材、５…転舵機構、１１…電動モータ、１２…ピニオン軸、１２ａ…ピニオン、１３…転舵軸、１３ａ…ラック、１５…転舵輪、１６…ハウジング、１６ａ…軸受保持部、１７…モータハウジング、１８…回転軸、１９…伝達機構、２０…ボールねじ機構（変換機構）、２２…入力プーリ、２３…出力プーリ、２３ａ…外周、２４…ベルト、２５…ねじ軸、２６…ボール、２７…ボールナット、２７ａ…外周、２８…第１軸受、２９…第２軸受、３０…第１付勢部材（樹脂リング）、３１…第２付勢部材（樹脂リング）、３２…外輪、３３…内輪、３５…外輪、３６…内輪、３８…第１ハウジング、３９…第２ハウジング、４０…開口、４１…ボス、４３…第１環状フランジ、４４…第１軸受内輪嵌合部、４５…出力プーリ嵌合部、４６…第２環状フランジ、４７…第２軸受内輪嵌合部、４８…ベルト係合部、２５１…軌道溝、２７０…本体、２７１…内周、２７２…軌道溝、２７３…延設筒、Ｘ１…軸方向、Ｌ…実質的な嵌合長

Claims (5)

1. 電動モータの出力回転を入力プーリからベルトを介して出力プーリに伝達する伝達機構と、上記出力プーリの回転を転舵軸の軸方向の移動に変換する変換機構と、上記変換機構を収容するハウジングと、を備え、上記変換機構は、上記出力プーリと同伴回転するボールナットと、上記転舵軸の一部に設けられたねじ軸と、上記ボールナットおよび上記ねじ軸の軌道溝間に介在する多数のボールと、を含む車両用操舵装置において、
   上記ハウジングによって保持され上記ボールナットを回転可能に支持する第１軸受と、 上記ハウジングによって保持され上記出力プーリを回転可能に支持する第２軸受と、
   上記第１軸受の外輪を上記第２軸受側へ付勢する第１付勢部材と、
   上記第２軸受の外輪を上記第１軸受側へ付勢する第２付勢部材と、を備え、
   上記ボールナットの外周は、上記第１軸受の内輪が嵌合された第１軸受内輪嵌合部と、上記出力プーリが嵌合された出力プーリ嵌合部と、を含み、
   上記出力プーリの外周は、上記第２軸受の内輪が嵌合された第２軸受内輪嵌合部と、上記ベルトが係合するベルト係合部と、を含み、
   上記ボールナットは、径方向外方に突出する第１環状フランジを有し、上記第１環状フランジは、上記第１軸受内輪嵌合部および上記出力プーリ嵌合部の間に配置され、
   上記出力プーリは、径方向外方に突出する第２環状フランジを有し、上記第２軸受内輪嵌合部は、上記第２環状フランジおよび上記ベルト係合部の間に配置され、
   上記第１環状フランジおよび上記第２環状フランジは、互いに突き合わされて、上記第１軸受の上記内輪および上記第２軸受の上記内輪の間に挟持されている車両用操舵装置。
2. 請求項１において、上記ボールナットは、筒状の本体を含み、
   上記本体の内周に、上記軌道溝が形成され、
   上記第１環状フランジは、上記本体の軸方向の一端から径方向外方に延びている車両用操舵装置。
3. 請求項１または２において、上記第１軸受および上記第２軸受は、互いに逆向きの接触角を有するアンギュラコンタクト軸受である車両用操舵装置。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記第１付勢部材および上記第２付勢部材のそれぞれは、樹脂リングである車両用操舵装置。
5. 請求項１から４の何れか１項において、上記出力プーリ嵌合部は、上記第２環状フランジの径方向内方に配置されている車両用操舵装置。

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