JPH1134891A - 電気式動力操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品の形状の簡素化を図り、加工コストの削
減と製品重量の軽減を達成する。 【解決手段】 操向車輪に連結されたラック軸２と、こ
のラック軸２を摺動自在に収容すると共にラック軸に形
成されたラック歯と操向ハンドルに連結された操舵軸５
のピニオンとを噛合させた結合部６を保持するハウジン
グＡと、ラック軸２の周囲に同軸的に設けられその回転
力がボールねじ機構３を介してラック軸２に操舵補助力
として伝達される電動機１とを有する。電動機１のヨー
ク７は、ハウジングＡと一体に成形されており、これに
より、ヨーク７の形状を簡素化し製造コストの削減を図
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【従来の技術】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・ピニ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、
特開平８−９８４５１号公報のように、ラック軸に同軸
的に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。

【０００３】このような電気式動力操舵装置は、図４に
示すように、ラック軸５１と同軸的に電動機５２を設
け、この電動機５２が発生する操舵補助力をボールねじ
機構５３を介してラック軸５１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。

【０００４】この場合、ラック軸５１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（以下、適宜
車輪と略す）が連結されると共に、操向ハンドル（以
下、適宜ハンドルと略す）等と接続された操舵軸５４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４において左右方向に往復運動する。また、電
動機５２は、円筒状のヨーク５５に円筒状のアーマチュ
アシャフト５６と界磁装置５７とを同軸的に挿入させた
構成となっており、給電部５８から電力が供給される。
さらに、界磁装置５７は、ヨーク５５の内周部に取り付
けられたマグネット５９およびアーマチュアシャフト５
６の外周部に取り付けられたアーマチュアコア６０とか
ら構成されている。そして、電動機５２が発生する回転
力は、アーマチュアシャフト５６の図中左端に設けられ
たボールねじ機構５３を介し操舵補助力としてラック軸
５１に伝達される。なお、アーマチュアシャフト５６の
右端側は、ハウジング６１内に保持されたアンギュラー
ベアリング６５によって支持されている。

【０００５】一方、ボールねじ機構５３は、ナット部６
２とスクリュー部６３との間に多数のボール６４を介装
させてなる一般に周知な構成のものであり、そのナット
部６２はアーマチュアシャフト５６に圧入された上でカ
シメ固定されている。そしてこれにより、電動機５２の
回転力がアーマチュアシャフト５６から、ナット部６
２、ボール６４およびスクリュー部６３を介してラック
軸５１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。

【０００６】また、特開昭５９−５０８６４号公報に示
されるように、ヨーク部を鉄製の円筒状部品としてそれ
を左右ブラケットで挟み込むようにした動力操舵装置の
ハウジング構造がある。この形式のものも、ハウジング
中央を貫通するように配されたラック軸と同軸的に電動
機を設け、この電動機の操舵補助力をボールねじ機構を
介してラック軸に伝達している点では前記の従来例と同
じである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一方、動力操舵装置で
は、車両整備時やハンドルをすえ切りした時などには、
車輪を限界まで転舵することがあり、そのとき、前記の
ラック軸５１両端に取り付けられたタイロッドのストッ
パ（図示せず）が、ハウジング６１やヨーク５５の端部
に当接して車輪の動きを規制する。この場合、ハウジン
グ６１やヨーク５５にはストッパ当接に伴う衝撃力が加
わり、その値は時に数トン以上の大きな力となる。特
に、車両整備時には、車両をジャッキアップして通常の
ハンドル操作ではなし得ないような速度で車輪を動かす
ことがある。かかる場合、各部材に非常に大きな力が発
生するため、各構成部材は最大１０トン程度の力に耐え
得るように設計される。

【０００８】しかしながら、従来の動力操舵装置にあっ
ては、ヨーク５５やアーマチュアシャフト５６が非常に
複雑な形状をしており、この形状で前述のような強度条
件を満足させる必要がある。このため、製造工程が増加
するのみならず、高い加工精度や品質が求められコスト
がかさむという問題があった。特に、段付部には応力集
中が生じるため、板厚を増加させるなどして強度アップ
を図る必要があり、加工難度が高い上に、肉厚増の影響
により製品重量が増加するという問題もあった。

【０００９】また、ヨーク部のみを円筒状の別部品とし
た従来の動力操舵装置にあっては、ヨークとブラケット
との嵌合部（印籠嵌合部）が２個所となることにより、
僅かな寸法の誤差がハウジング全体の同軸性に影響し易
いという問題もあった。

【００１０】本発明の目的は、ヨークをハウジングと一
体に成形することにより、部品の形状の簡素化を図り、
加工コストの削減と製品重量の軽減を達成し得る電気式
動力操舵装置を提供することにある。

【００１１】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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１３】すなわち、本発明の電気式動力操舵装置
は、まず、操向車輪に連結されたラック軸と、このラッ
ク軸を摺動自在に収容すると共に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
とを噛合させた結合部を保持するハウジングと、ラック
軸の周囲に同軸的に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、この電動機のアーマチュアシャフ
トと連結されたナット部とラック軸に形成されたスクリ
ュ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
じ機構とを有し、その電動機のヨークを前記のハウジン
グと一体に成形することを特徴としている。そしてこれ
により、部品の形状の簡素化を図り、その加工コストを
削減すると共に製品重量を軽減する。

【００１４】

【発明の実施の形態】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示す断面図、
図２は図１に示した電気式動力操舵装置の要部の拡大断
面図である。

【００１５】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、２に示すように、図４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ボールねじ機構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。

【００１６】ここで当該動力操舵装置は、図１に示した
ように、電動機１のヨーク７と一体化されたハウジング
ＡとハウジングＢとを複数のねじ８によって結合させた
構成となっており、その内部にラック軸２が左右方向に
摺動自在に取り付けられている。そして、ブラケット９
およびハウジングＢの取り付け孔１０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
やナックルアーム等を介して車輪が連結される。

【００１７】一方、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、ゴム等の弾性体を介した状態でブ
ラケット９により車両本体に取り付けられる。図３はハ
ウジングＡの要部の構成を示した断面図であり、電動機
１が組み付けられる前のハウジングＡのみの状態を示し
ている。図３に示したように、このハウジングＡには電
動機１のヨーク７が一体に鋳込まれており、ヨーク７も
単なる円筒形状のものが用いられている。

【００１８】また、ハウジングＡの外周部側には複数の
放熱フィン８１が設けられており、電動機１の放熱性の
向上が図られている。これは、ハウジングＡがアルミダ
イキャスト製品であり、かつヨーク７を鋳込んだ形態と
なっているため、ヨーク７の外側に突起物を容易に設け
ることができるためである。但し、放熱フィン８１を必
ずしも設けなくとも良いことは言うまでもない。

【００１９】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噛み合っており、
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。

【００２０】次に電動機１は、円筒状のヨーク７内に円
筒状のアーマチュアシャフト１１と界磁装置１２とを同
軸的に挿入させた構成となっている。そして、このアー
マチュアシャフト１１の内部をラック軸２が貫通する形
で組み付けられる。この場合、アーマチュアシャフト１
１は、ほぼ円筒状に形成されており、図４に示した従来
のそれに比して簡素化された形状となっている。

【００２１】界磁装置１２は、ヨーク７の内周部に取り
付けられたマグネット１４と、アーマチュアシャフト１
１の外周部に取り付けられたアーマチュアコア１５とか
ら構成されており、アーマチュアコア１５には給電部１
３から電力が供給される。

【００２２】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内に鋳込まれた状態となっている。
このように、図１の装置ではヨーク７が単なる円筒パイ
プで足りることから、図４に示した従来の装置に比して
ヨーク製造コストを大幅に削減することが可能となる。

【００２３】界磁装置１２を構成する界磁極であるマグ
ネット１４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。この場合、ハウジングＡの内部に
は、図３に示したように、マグネット固定用の突起８２
が複数個形成されており、この突起８２の間にマグネッ
ト１４が固定されるようになっている。

【００２４】アーマチュアシャフト１１は、その一端側
（図１、２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１７によって保持されている。また、そ
の他端側（図１、２において左端）はテーパ状のスプラ
イン１８が形成されており、ボールねじ機構３のナット
部１９の端部に同様に形成されたスプライン２０と嵌合
している。そしてこれにより、アーマチュアシャフト１
１の回転がナット部１９に伝達される。

【００２５】一方、ベアリング１７の右側にはゴム２１
が取り付けられており、このゴム２１の弾発力によって
アーマチュアシャフト１１はナット部１９側に押し付け
られる。従って、スプライン１８はスプライン２０に押
し付けられながら噛み合うこととなり、アーマチュアシ
ャフト１１の回転が確実にナット部１９に伝達される。
このように、ベアリング１７の右側にはゴム２１が介在
されているため、アーマチュアシャフト１１は、若干の
移動の余地を持った状態で支持されていることになる。
なお、ゴム２１は軸方向に押圧力を発揮する弾性体であ
れば、その材質や形態は問われず、例えば皿ばねやウエ
ーブワッシャ、合成樹脂等を用いることも可能である。

【００２６】給電部１３は、アーマチュアに電力を供給
する部分であり、界磁装置１２の図中左側（ハウジング
Ｂ側）に配設され、アーマチュアシャフト１１に固定さ
れたコンミテータ２２と、コンミテータ２２の周面に接
触する電気的接点であるブラシ２３とを有する構成とな
っている。この場合、ブラシ２３は、合成樹脂製のブラ
シホルダ４１内に保持されており、図示しない弾機によ
りコンミテータ２２に所定押圧力で摺接するようになっ
ている。また、ハウジングＡにはカプラー４２が外部に
突出して取り付けられており、このカプラー４２を介し
てブラシ２３に電力が供給される。なお、ブラシホルダ
４１とカプラー４２とを一体化して部品点数の削減を図
ることも可能である。また、ヨーク７を覆うハウジング
Ａの外周にコントローラを取り付けても良い。

【００２７】このように、当該動力操舵装置では、図
１、２と図４を比較すれば明らかなように、従来に比し
てヨークやアーマチュアシャフトの形状が非常に簡素化
されており、その加工が容易なようになっている。すな
わち、図４のヨーク５５ではくびれの部分の強度が弱
く、設計上、生産上、コスト上のネックとなっていた
が、当該動力操舵装置のヨーク７は単なる筒状の部材で
あるため、強度条件は従来のものに比してはるかに緩
く、かつ生産コストや重量的にも非常に有利である。さ
らに、ヨーク７をハウジングＡと一体化しているため、
装置の全長を短縮させることも可能となる。また、アー
マチュアシャフト１１にあっては、くびれ部分がなく全
長も短く、その加工コストを大幅に削減することが可能
である。さらに、そのイナーシャも低減されるので、限
界転舵時における衝撃力の緩和や応答速度の向上等を図
ることが可能となる。

【００２８】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、ナット部１９と、ラック軸２の外周に形成され
たスクリュー部３０と、ナット部１９とスクリュー部３
０との間に介装された多数のボール３１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ット部１９によって左
右方向に往復動自在支持され、ナット部１９の回転に伴
って左右方向に移動する。

【００２９】この場合、当該動力操舵装置では、電動機
系部品はヨーク７が一体されたハウジングＡに集中配置
され、また、ボールねじ機構３などの駆動系部品はハウ
ジングＢに集中配置されている。すなわち、当該装置で
は電動機系と駆動系が明確に分離されて配置されている
ことになる。従って、各系統の部品をそれぞれ組み立て
た後にハウジングＡとＢを組み合わせれば製品が出来上
がるため、組立工程を単純化することができ作業の効率
化を図ることが可能となる。

【００３０】一方、ナット部１９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、図４の装置とは異なり、従
来別個に設けられていたボールねじ機構３のナット部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。なお、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３２とハウジングＢの内部に形成された
段部３３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１９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１９の左端に
ねじ込まれたベアリング固定用リング３４とナット部１
９の外周に形成された段部３５とによって規制される。

【００３１】ナット部１９の内径右端側には、前述のよ
うにテーパー状のスプライン２０が形成されており、そ
こにはアーマチュアシャフト１１のスプライン１８が嵌
合している。これにより、アーマチュアシャフト１１と
ナット部１９とが一体的に結合することになり、アーマ
チュアシャフト１１はベアリング１７とナット部１９に
よって支持されると共に、アーマチュアシャフト１１の
回転がロスなくナット部１９に伝達される。従って、ア
ーマチュアシャフト１１が回転すると、この回転に伴っ
てナット部１９が回転し、ボールねじ機構３の働きによ
りラック軸２が左右方向に移動することになる。

【００３２】この場合、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、検出トル
クに応じてカプラー４２を介してブラシ２３からコンミ
テータ２２に電力が供給される。そして、これにより電
動機１が作動してアーマチュアシャフト１１が回転し、
これと結合されたナット部１９もまた回転する。ナット
部１９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る。これによりラック軸
２の移動が促進され、操舵力が補助される。

【００３３】なお、当該動力操舵装置のラック軸２は、
実質的には、ハウジングＡの結合部６とボールねじ機構
３のナット部１９の２点によって支持されており、操舵
軸５４との結合部とボールねじ機構５３およびアンギュ
ラーベアリング６５の事実上３点支持となっている従来
の動力操舵装置とは異なる構成となっている。従って、
図４の装置に比して、部材加工精度や組み付け精度等を
緩和しコスト削減を図ることができると共に、ラック軸
のガタやこじりによって生じる異音や操舵感覚の悪化等
を防止することができるようになっている。

【００３４】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、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。

【００３５】たとえば、本発明は、給電部にブラシを用
いないブラシレスモータを用いた電動機にも適用でき
る。この場合、界磁装置としてはアーマチュアコアがヨ
ーク側に、マグネットがアー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ア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。さらに、本発明は、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
装置にも適用できる。

【００３６】加えて、前記の実施の形態では、ハウジン
グＡをブラケット９によって、またハウジングＢをそれ
と一体に形成した取り付け孔１０を介して車両本体に固
定しているが、これとは逆にハウジングＢをブラケット
止めとし、ハウジングＡに取り付け孔を形成して固定し
ても良く、車体への取り付け形態は前記の例には限られ
ない。

【００３７】なお、前記の例では給電部１３を界磁装置
１２の図中左側、すなわち、ハウジングＢ側に配した構
成としたが、給電部１３を界磁装置１２の図中右側に配
する構成も採用し得る。但し、ハウジングＢに近い位置
の方がアーマチュアシャフト１１の取り付け精度や剛性
に勝るため、当該装置の配置の方がコンミテータ２２を
剛性が高く、かつ精度の良い状態で組み込むことができ
る。

【００３８】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその利用分野である車両、特に自動車の
動力操舵装置に適用した場合について説明したが、これ
に限定されるものではなく、たとえば、産業機械等、操
舵機構を有する車両に広く適用できる。

【００３９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００４０】（１）. 電動機のヨークをハウジングＡと
一体に成形したことにより、ヨークを単なる筒状の部材
で形成することができ、生産コストを削減することが可
能となる。すなわち、ヨークに段付部が存在しないた
め、その製造が容易であると共に、強度条件も従来のも
のに比してはるかに緩くなり、材質や板圧等をより緩和
された条件で設計、生産でき、生産性の向上を図りさら
なるコストダウンを図ることができる。また、板厚減少
に伴い、部品重量を軽減することも可能となる。

【００４１】（２）. さらに、ヨークをハウジングＡと
一体化しているため、装置の全長を短縮させることがで
きる。

【００４２】（３）. 電動機系と駆動系が明確に分離し
ている上、電動機のアーマチュアシャフトとボールねじ
機構のナット部とは分離可能に嵌合していることから、
電動機はハウジングＡに組み付け、ボールねじ部とアン
ギュラーベアリング部とはハウジングＢについて組み付
けて、最後に全体を一体化することが可能となって、組
み付け時の品質管理が容易となり、組付工程も単純化す
ることができて作業の効率化を図ることができる。

【００４３】（４）. また、印籠嵌合部が１個所となっ
たことにより、従来の多段ヨーク構造と同等の同軸性を
達成することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である動力操舵装置の全
体構成を示す断面図である。

【図２】図１に示した動力操舵装置の要部の拡大断面図
である。

【図３】ハウジングＡの要部の構成を示した断面図であ
る。

【図４】従来の動力操舵装置の全体構成を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 電動機 ２ ラック軸 ３ ボールねじ機構 ４ アンギュラーベアリング ５ 操舵軸 ６ 結合部 ７ ヨーク ８ ねじ ９ ブラケット １０ 取り付け孔 １１ アーマチュアシャフト １２ 界磁装置 １３ 給電部 １４ マグネット １５ アーマチュアコア １７ ベアリング １８ スプライン １９ ナット部 ２０ スプライン ２１ ゴム ２２ コンミテータ ２３ ブラシ ３０ スクリュー部 ３１ ボール ３２ ベアリング固定用リング ３３ 段部 ３４ ベアリング固定用リング ３５ 段部 ４１ ブラシホルダ ４２ カプラー ５１ ラック軸 ５２ 電動機 ５３ ボールねじ機構 ５４ 操舵軸 ５５ ヨーク ５６ アーマチュアシャフト ５７ 界磁装置 ５８ 給電部 ５９ マグネット ６０ アーマチュアコア ６１ ハウジング ６２ ナット部 ６３ スクリュー部 ６４ ボール ６５ アンギュラーベアリング ８１ 放熱フィン ８２ 突起 Ａ ハウジング Ｂ ハウジング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操向車輪に連結されたラック軸と、該ラ
   ック軸を摺動自在に収容すると共に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
   ニオンとを噛合させた結合部を保持するハウジングと、
   前記ラック軸の周囲に同軸的に設けられ前記ラック軸に
   対し操舵補助力を供給する電動機と、前記電動機のアー
   マチュアシャフトと連結されたナット部と前記ラック軸
   に形成されたスクリュ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を有する電気式動
   力操舵装置であって、 前記電動機のヨークを前記ハウジングと一体に成形した
   ことを特徴とする電気式動力操舵装置。