JP5720941B2

JP5720941B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5720941B2
Application number: JP2011093154A
Authority: JP
Inventors: 勇気坂東
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-04-19
Also published as: JP2012224191A

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

操舵部材の操作による操舵力に、電動モータの駆動による操舵補助力（アシスト力）をベルト伝動手段を介して与えて操舵を行う電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
特許文献１では、電動モータの回転軸に設けられた入力プーリと、ラック軸のねじ軸部にボールを介して嵌合するボールナットに設けられた出力プーリとの間に、ベルトが掛け渡されている。電動モータの駆動力によってベルトを介してボールナットが回転され、これに伴って、ねじ軸部を含むラック軸が軸方向に駆動され、操舵が補助される。

また、ボールナットを回転可能に支持する軸受の外輪がハウジングに固定されているので、ラック軸は、ボールねじの摩擦を上回る軸方向の力を受けて始めて、軸方向に始動することになる。このため、操舵フィーリングが悪い。

特開２００５−３４３４３４号公報

そこで、アシスト初期のラック軸の始動をスムーズにするために、下記の構造を採用することが考えられる。すなわち、ハウジングによって保持されボールナットを支持する軸受を軸方向に弾性支持し、アシスト初期に、その軸受を軸方向に可動させるようにする。具体的には、軸受の外輪の一対の端面と、各端面にそれぞれ対向するハウジングの段部およびハウジングに固定されたロックナットの端面との間に、それぞれ環状の弾性部材を介在させる。また、軸受の外輪の外周とハウジングの内周との嵌合をルーズとし、軸受が軸方向に移動し易くする。ルーズに嵌合されている軸受が径方向にがたつきを生じないように、ハウジングの内周の収容溝に配置されたＯリングを、軸受の外輪の外周に弾性的に接触させて、軸受を径方向にも弾性支持する。

しかしながら、この場合、新たな問題の発生が予想される。すなわち、製造工程において、ハウジングの内周の収容溝にＯリングを挿入した後、ハウジング内に軸受を挿入して嵌合させるときに、Ｏリングがハウジングの内周と軸受の外輪の外周との間に噛み込んだり、破損したりするおそれがある。
そこで、Ｏリングを廃止し、一体型の弾性部材を用いることが考えられる。すなわち、一体型の弾性部材は、軸受の外輪の外周およびハウジングの内周の間に介在する円筒部（Ｏリングの代替えに相当）と、その円筒部の一対の端部から、それぞれ、径方向内方に延びる一対の環状フランジとを単一の材料で一体に形成する。

しかしながら、この場合、一体型の弾性部材の円筒部の径方向の弾性変形量が大きいことに起因して、非アシスト時とアシスト時との間で、軸受の径方向の移動量が大きくなり、その結果、ベルト張力の変動が大きくなる。このため、作動音が大きくなったり、耐久性が低下したりする。また、入力プーリおよび出力プーリの中心間距離が過度に短くなると、ベルトが緩くなり、ベルトとプーリの間で歯飛びを生ずるおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、操舵フィーリングが良好であり、作動音が小さくて耐久性に優れた電動パワーステアリング装置を提供することである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、操舵補助力を発生する電動モータ（１４）と、前記電動モータの回転を減速する減速機構（１５）と、前記減速機構の出力回転を転舵軸（８）の軸方向（Ｘ１）の移動に変換する変換機構（１６）と、前記変換機構を収容するハウジング（１７）と、を備え、前記減速機構は、前記電動モータにより駆動される入力プーリ（１８）と、前記転舵軸を取り囲んで配置された出力プーリ（１９）と、前記入力プーリと前記出力プーリの間を連結するベルト（２０）と、を含み、前記変換機構は、前記転舵軸の一部に形成されたねじ軸（２１）と、前記ねじ軸とボール（２２）を介して螺合し前記出力プーリを一体回転可能に連結したボールナット（２３）と、前記ハウジングの軸受保持部（２４）によって保持され、前記ボールナットを回転可能に支持する軸受（２５）と、前記軸受の外輪（２６）の一対の端部（２７，２８）をそれぞれ受けることにより、前記外輪を軸方向および径方向（Ｙ１）に弾性支持する一対の弾性体（２９，３０）と、前記一対の弾性体間に配置され、前記軸受保持部に保持された環状の径方向ストッパ（３１）と、含み、各弾性体は、前記外輪の外周（２６ａ）に沿う円筒部（２９ａ，３０ａ）と、各前記円筒部の端部から径方向の内方に延び前記外輪の対応する端面（２６１，２６２）に沿う環状フランジ部（２９ｂ，３０ｂ）とを含み、前記径方向ストッパは、前記一対の弾性体の前記円筒部間に介在し、非アシスト時の前記ベルトの張力によって前記出力プーリが前記入力プーリ側へ付勢される付勢力によって、前記一対の弾性体の前記円筒部が弾性圧縮された状態で、前記径方向ストッパの内周（３１ｂ）の所定部と前記外輪の前記外周の所定部との間に所定の隙間量の隙間（Ｓ）が形成されている電動パワーステアリング装置（１）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、アシスト時の前記ベルトの張力によって、前記出力プーリが前記入力プーリ側へ付勢される付勢力によって、前記一対の弾性体の前記円筒部が弾性圧縮された状態で、前記径方向ストッパの前記内周の所定部と前記外輪の前記外周の前記所定部との間の隙間量がゼロになってもよい。

請求項３のように、前記非アシスト時における前記所定の隙間量は、２０μｍ〜７０μｍの範囲内に設定されていてもよい。

請求項１の発明によれば、アシストしていないときのベルトの張力によって出力プーリが入力プーリ側へ付勢される付勢力と、弾性体の弾性反発力とが釣り合った状態で、軸受の外輪の外周の所定部と径方向ストッパの内周の所定部との間に、所定の隙間量の隙間が確保されている。したがって、アシスト開始時において、軸方向へ移動しようとする転舵軸が、ボールねじ機構の摩擦を振り切る前に、弾性体の対応する環状フランジが撓むことにより、軸受やボールナットとともに、転舵軸がスムーズに軸方向に始動できる。したがって、アシスト開始時の操舵フィーリングが良好である。

ここで、軸受の外輪の外周の前記所定部は、外輪の外周において、入力プーリに最も近い部分を含み、径方向ストッパの内周の前記所定部は、径方向ストッパの内周において、入力プーリに最も近い部分を含む。
また、アシスト時において、ベルトの張力が増大したときには、弾性体の円筒部が圧縮されて、軸受の外輪の外周の前記所定部と径方向ストッパの内周の前記所定部との間の前記隙間がゼロとなり、軸受の外輪の外周の前記所定部が、径方向ストッパによって受けられる。したがって、両プーリの中心間距離が過度に短縮することがないので、作動音が小さく、また、ベルトの歯飛びも生じない。また、弾性体の円筒部の最大圧縮量が規制されるので、耐久性を向上することができる。また、軸受の組込み前に、Ｏリングを収容溝に嵌合させる作業がなくなり、組立性が向上する。

請求項２の発明によれば、アシスト時には、軸受の外輪の外周の前記所定部と径方向ストッパの内周の前記所定部との間の前記隙間がゼロとなり、軸受の外輪の外周の前記所定部が、径方向ストッパの内周の前記所定部によって受けられる。したがって、アシスト時に両プーリの中心間距離が過度に短縮することがないので、作動音が小さく、また、ベルトの歯飛びも生じない。また、弾性体の円筒部の最大圧縮量が規制されるので、弾性体の耐久性を向上することができる。ひいては、電動パワーステアリング装置の耐久性を向上することができる。

請求項３の発明によれば、非アシスト時における軸受の外輪の外周の前記所定部と径方向ストッパの内周の前記所定部との間には、２０μｍ以上の隙間が確保されることになるので、アシスト開始時に軸受をスムーズに移動させることができる。また、アシスト時における両プーリの中心間距離の短縮量が、前記隙間量に相当する７０μｍ以下の量となるので、作動音が小さく、また、ベルトの歯飛びも生じない。

本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。電動パワーステアリング装置の部分断面図である。図２の要部の拡大図であり、非アシスト時の状態を示している。電動パワーステアリング装置の要部の概略断面図であり、アシスト時の状態を示している。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。電動パワーステアリング装置１は、車体に固定されたステアリングコラム２によって回転可能に支持されたステアリングシャフト３を備えている。ステアリングシャフト３の上端３ａには、ステアリングホイール４が取り付けられ、ステアリングシャフト３の下端３ｂは、自在継手５Ａ、中間軸６及び自在継手５Ｂを介してピニオン軸７に接続されている。

軸方向Ｘ１を車体の左右方向に向けるようにして転舵軸８が、車体前部の下部に水平状に配置されている。転舵軸８は、車体の下部に設けられたハウジング９に、軸方向Ｘ１に摺動可能に支持されている。転舵軸８は、その軸心回りには回転しない状態で、ハウジング９によって支持されている。
ハウジング９は、軸方向Ｘ１の一方側に偏った位置にピニオンハウジング１０を有しており、そのピニオンハウジング１０に、前記ピニオン軸７が回転可能に支持されている。

ピニオン軸７のピニオンハウジング１０内の端部にはピニオン（図示略）が設けられ、そのピニオンが、転舵軸８に適長に亘って設けられたラック（図示略）と噛み合わされている。このような構成により、ピニオン軸７の回転により転舵軸８が軸方向Ｘ１に摺動するようになされている。ピニオン軸７および転舵軸８により、ラックアンドピニオン機構からなる転舵機構Ａが構成されている。

転舵軸８の各端部に、タイロッド１１及びナックルアーム１２を介して左右の転舵輪１３が連結されている。前記ステアリングホイール４を回転させることにより、転舵軸８を軸方向Ｘ１に摺動させて転舵輪１３の操舵が行われる。
ハウジング９は、前記ピニオンハウジング１０を有する筒状の第１ハウジング５１と、筒状の第２ハウジング５２とを組み合わせて構成されている。具体的には、第１ハウジング５１の端部を拡径して設けられた第１拡径ハウジング５３および第２ハウジング５２の端部を拡径して設けられた第２拡径ハウジング５４が、フランジ状の端部５３ａ，５４ａを互いに対向するように有している。これら対向する端部５３ａ，５４ａが突き合わされて、図示しない連結ねじにより、両拡径ハウジング５３，５４が連結されている。

このようにして連結された両拡径ハウジング５３，５４によって、後述する機構収容ハウジング１７が構成されている。また、第１拡径ハウジング５３には、操舵補助力を発生する電動モータ１４が一体に保持されている。
図２に示すように、電動パワーステアリング装置１は、前記電動モータ１４と、電動モータ１４の回転を減速する減速機構としてのプーリ・ベルト機構１５と、プーリ・ベルト機構１５の出力回転を転舵軸８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１６と、プーリ・ベルト機構１５およびボールねじ機構１６を収容する前記機構収容ハウジング１７とを備えている。

減速機構としてのプーリ・ベルト機構１５は、電動モータ１４により駆動される入力プーリ１８と、転舵軸８を取り囲んで配置された出力プーリ１９と、入力プーリ１８および出力プーリ１９に巻き回されて両プーリ１８，１９を連結するベルト２０とを含む。各プーリ１８，１９は歯付きプーリにより構成され、ベルト２０は歯付きベルトにより構成されている。入力プーリ１８は、筒状をなし、電動モータ１４の回転軸１４ａに一体回転可能に連結されている。

変換機構としてのボールねじ機構１６は、転舵軸８の一部に形成されたねじ軸２１と、ねじ軸２１とボール２２を介して螺合し且つ出力プーリ１９を一体回転可能に且つ軸方向相対移動不能に連結したボールナット２３とを備えている。
また、ボールねじ機構１６は、機構収容ハウジング１７の軸受保持部２４によって保持され、ボールナット２３を回転可能に支持する軸受２５と、その軸受２５の外輪２６の第１端部２７および第２端部２８をそれぞれ受けることにより、外輪２６を軸方向Ｘ１および径方向Ｙ１に弾性支持する第１弾性体２９および第２弾性体３０と、第１弾性体２９および第２弾性体３０の間に配置され、軸受保持部２４に嵌合保持された環状の径方向ストッパ３１とを備えている。軸受保持部２４は、第１拡径ハウジング５３の外周壁の内周に設けられている。

図２および拡大図である図３を参照して、第１弾性体２９は、外輪２６の外周２６ａに沿う第１円筒部２９ａと、第１円筒部２９ａの端部から径方向内方に延び外輪２６の第１端面２６１に沿う第１環状フランジ部２９ｂとを含む。第２弾性体３０は、外輪２６の外周２６ａに沿う第２円筒部３０ａと、第２円筒部３０ａの端部から径方向内方に延び外輪２６の第２端面２６２に沿う第２環状フランジ部３０ｂとを含む。各弾性体２９，３０の材料としては、例えばウレタン樹脂が用いられる。

径方向ストッパ３１は、第１弾性体２９の第１円筒部２９ａと、第２弾性体３０の第２円筒部３０ａとの間に介在している。具体的には、第１円筒部２９ａおよび第２円筒部３０ａの対向端部間に介在している。径方向ストッパ３１の材料としては、例えば機構収容ハウジング１７と同じ金属材料である、例えばアルミニウム合金が用いられる。径方向ストッパ３１の材料として、硬質の合成樹脂を用いてもよい。

非アシスト時において、ベルト２０の張力によって出力プーリ１９が入力プーリ１８側へ付勢されている。その付勢力によって、第１弾性体２９の第１円筒部２９ａおよび第２弾性体３０の第２円筒部３０ａが、弾性圧縮されている。このように、非アシスト時に、第１円筒部２９ａおよび第２円筒部３０ａが弾性圧縮された状態で、径方向ストッパ３１の内周３１ｂの所定部と外輪２６の外周２６ａの所定部との間に、所定の隙間量の隙間Ｓが形成されている。

径方向ストッパ３１の内周３１ｂの所定部は、内周３１ｂにおいて、入力プーリ１８に最も近い部分を含み、外輪２６の外周２６ａの所定部は、外周２６ａにおいて、入力プーリ１８に最も近い部分を含む。
ボールナット２３の一端に、径方向外方に延びる環状フランジ３２が設けられている。ボールナット２３の外周２３ａに、筒状のボールナットカバー３３が一体回転可能に連結され、そのボールナットカバー３３の外周３３ａに、出力プーリ１９が一体回転可能に連結されている。

筒状のボールナットカバー３３は、ボールナット２３の外周２３ａに沿う小径部３４とボールナット２３の環状フランジ３２の外径に沿う大径部３５とを備えている。ボールナットカバー３３の内周において、小径部３４と大径部３５の間に、段部３６が形成されている。
ボールナットカバー３３の大径部３５の内周のねじ部にねじ込まれた環状のねじ部材３７と、前記段部３６との間に、ボールナット２３の環状フランジ３２が挟持されることにより、ボールナット２３およびボールナットカバー３３が、一体回転可能に且つ軸方向相対移動不能に連結されている。また、ボールナットカバー３３の外周３３ａにおいて、小径部３４および大径部３５の間には、段部３８が形成されている。

一方、出力プーリ１９は、筒状をなして、ボールナットカバー３３の外周３３ａに沿っている。具体的には、出力プーリ１９は、小径部３４の外周に沿う小径部３９と、ボールナットカバー３３の大径部３５の外周に沿う大径部４０とを有している。
ボールナットカバー３３の小径部３４の外周には、出力プーリ１９の小径部３９と、軸受２５の内輪４１とが嵌合され、また、ナット４２がねじ嵌合されている。これにより、出力プーリ１９の小径部３９および軸受２５の内輪４１が、ボールナットカバー３３の段部３８とナット４２との間に挟持されている。その結果、ボールナットカバー３３に、出力プーリ１９および軸受２５の内輪４１が、一体回転可能に且つ軸方向相対移動不能に連結されている。

第１弾性体２９の第１円筒部２９ａおよび第２弾性体３０の第２円筒部３０ａは、軸受２５の外輪２６の外周２６ａと、第１拡径ハウジング５３の内周の軸受保持部２４との間に、弾性的に圧縮された状態で介在している。また、径方向ストッパ３１は、第１拡径ハウジング５３の内周の軸受保持部２４に嵌合されている。
第１弾性体２９の第１環状フランジ部２９ｂは、第１拡径ハウジング５３の段部５３ｂと軸受２５の外輪２６の第１端面２６１との間に介在している。また、第２弾性体３０の第２環状フランジ部３０ｂは、環状のスペーサ４３と、軸受２５の外輪２６の第２端面２６２との間に介在している。スペーサ４３は、第１拡径ハウジング５３の内周にルーズに嵌合され、且つ、スペーサ４３の端面４３ａが、第２拡径ハウジング５４の端面に突き当てられている。

本実施の形態によれば、図２のようにアシストしていないときのベルト２０の張力によって出力プーリ１９が入力プーリ１８側へ（図２において下方へ）付勢される付勢力と、両弾性体２９，３０の弾性反発力とが釣り合った状態で、図３に示すように、軸受２５の外輪２６の外周２６ａの所定部（外周２６ａにおいて、入力プーリ１８に最も近い部分を含む）と径方向ストッパ３１の内周３１ｂの所定部（内周３１ｂにおいて、入力プーリ１８に最も近い部分を含む）との間に、所定の隙間量の隙間Ｓが確保されている。

したがって、アシスト開始時において、軸方向Ｘ１へ移動しようとする転舵軸８が、ボールねじ機構１６の摩擦を振り切る前に、対応する弾性体２９または３０の対応する環状フランジ２９ｂまたは３０ｂが撓むことにより、軸受２５やボールナット２３とともに、転舵軸８がスムーズに軸方向Ｘ１に始動できる。したがって、アシスト開始時の操舵フィーリングが良好である。

また、アシスト時には、非アシスト時と比較してベルト２０の張力が大きいので、該張力によって両弾性体２９，３０の円筒部２９ａ，３０ａが圧縮されて、図４に示すように、軸受２５の外輪２６の外周２６ａの前記所定部と径方向ストッパ３１の内周３１ｂの前記所定部との間の隙間量がゼロとなり、軸受２５の外輪２６の外周２６ａの前記所定部が、径方向ストッパ３１によって受けられる。

したがって、アシスト時に両プーリ１８，１９の中心間距離が過度に短縮することがないので、作動音が小さく、また、ベルトの歯飛びも生じない。また、弾性体２９，３０の円筒部２９ａ，３０ａの最大圧縮量が規制されるので、弾性体２９，３０の耐久性を向上することができる。ひいては、電動パワーステアリング装置１の耐久性を向上することができる。また、軸受２５の組込み前に、Ｏリングを収容溝に嵌合させる作業がなくなり、組立性が向上する。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、前記実施の形態では、アシスト時には、隙間Ｓがゼロになるようにしたが、これに限らず、アシスト時において、ベルト２０の張力が所定値以上になったときに、隙間Ｓがゼロになるように、両弾性体２９，３０の弾性や隙間Ｓの隙間量を設定してもよい。その他、本発明は、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、３…ステアリングシャフト、４…ステアリングホイール、６…中間軸、７…ピニオン軸、８…転舵軸、１３…転舵輪、１４…電動モータ、１５…プーリ・ベルト機構（減速機構）、１６…ボールねじ機構（変換機構）、１７…機構収容ハウジング、１８…入力プーリ、１９…出力プーリ、２０…ベルト、２１…ねじ軸、２２…ボール、２３…ボールナット、２３ａ…外周、２４…軸受保持部、２５…軸受、２６…外輪、２６ａ…外周、２６１…第１端面、２６２…第２端面、２７…第１端部、２８…第２端部、２９…第１弾性体、２９ａ…第１円筒部、２９ｂ…第１環状フランジ部、３０…第２弾性体、３０ａ…第２円筒部、３０ｂ…第２環状フランジ部、３１…径方向ストッパ、３１ｂ…内周、３２…環状フランジ、３３…ボールナットカバー、３３ａ…外周、３４…小径部、３５…大径部、３６…段部、３７…ねじ部材、３８…段部、３９…小径部、４０…大径部、４１…内輪、４２…ナット、４３…スペーサ、５１…第１ハウジング、５２…第２ハウジング、Ｓ…隙間、Ｘ１…軸方向、Ｙ１…径方向

Claims

操舵補助力を発生する電動モータと、
前記電動モータの回転を減速する減速機構と、
前記減速機構の出力回転を転舵軸の軸方向の移動に変換する変換機構と、
前記変換機構を収容するハウジングと、を備え、
前記減速機構は、前記電動モータにより駆動される入力プーリと、前記転舵軸を取り囲んで配置された出力プーリと、前記入力プーリと前記出力プーリの間を連結するベルトと、を含み、
前記変換機構は、前記転舵軸の一部に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸とボールを介して螺合し前記出力プーリを一体回転可能に連結したボールナットと、前記ハウジングの軸受保持部によって保持され、前記ボールナットを回転可能に支持する軸受と、前記軸受の外輪の一対の端部をそれぞれ受けることにより、前記外輪を軸方向および径方向に弾性支持する一対の弾性体と、前記一対の弾性体間に配置され、前記軸受保持部に保持された環状の径方向ストッパと、含み、
各弾性体は、前記外輪の外周に沿う円筒部と、各前記円筒部の端部から径方向の内方に延び前記外輪の対応する端面に沿う環状フランジ部とを含み、
前記径方向ストッパは、前記一対の弾性体の前記円筒部間に介在し、
非アシスト時の前記ベルトの張力によって前記出力プーリが前記入力プーリ側へ付勢される付勢力によって、前記一対の弾性体の前記円筒部が弾性圧縮された状態で、前記径方向ストッパの内周の所定部と前記外輪の前記外周の所定部との間に、所定の隙間量の隙間が形成されている電動パワーステアリング装置。
請求項１において、アシスト時の前記ベルトの張力によって前記出力プーリが前記入力プーリ側へ付勢される付勢力によって、前記一対の弾性体の前記円筒部が弾性圧縮された状態で、前記径方向ストッパの前記内周の前記所定部と前記外輪の前記外周の前記所定部との間の隙間量がゼロになる電動パワーステアリング装置。
請求項１または２において、前記非アシスト時における前記所定の隙間量は、２０μｍ〜７０μｍの範囲内に設定されている電動パワーステアリング装置。