JP2003002219A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置

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JP2003002219A JP2001194825A JP2001194825A JP2003002219A JP 2003002219 A JP2003002219 A JP 2003002219A JP 2001194825 A JP2001194825 A JP 2001194825A JP 2001194825 A JP2001194825 A JP 2001194825A JP 2003002219 A JP2003002219 A JP 2003002219A
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修 立脇
Hiroshi Eda
広 恵田
Toshihiro Fukuda
利博 福田
Atsushi Okada
淳 岡田
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    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H2025/2062Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2081Parallel arrangement of drive motor to screw axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
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    • F16H25/22Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動力伝達系における剛性確保や異音防止等を
図ったラックアシスト型の電動パワーステアリング装置
を提供する。 【解決手段】 アイドラギヤ38は、一対の軸受61を
介して、ギヤハウジング31とボールねじハウジング3
3とに固着されたアイドラギヤシャフト63に回動自在
に支持されている。両軸受61は、軸方向でアイドラギ
ヤ38の内側に配置され、一対のナット(ダブルナッ
ト)65,67によって予圧されている。各ギヤ37〜
39はそれぞれヘリカルギヤとなっている

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボールねじ式ラッ
クアシスト型の電動パワーステアリング装置に係り、詳
しくは動力伝達系における剛性確保や異音防止等を図る
技術に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の操舵系では、外部動力源を用い
て操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリン
グ装置が広く採用されている。従来、パワーステアリン
グ装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが
用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動
するものが多かった。ところが、この種のパワーステア
リング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエ
ンジンの駆動損失が大きい(最大負荷時において、数馬
力〜十馬力程度)ため、小排気量の軽自動車等への採用
が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視
できないほど低下することが避けられなかった。
【0003】そこで、これらの問題を解決するものとし
て、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング
装置(Electric Power Steering、以下EPSと記す)
が近年注目されている。EPSには、電動モータの電源
に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動
損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動
されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御
が極めて容易に行える等の特長がある。
【0004】一方、乗用車用のステアリングギヤとして
は、高剛性かつ軽量であること等から、現在ではラック
ピニオン式が主流となっている。そして、ラックピニオ
ン式ステアリングギヤ用のEPSとしては、ステアリン
グシャフトやピニオン自体を駆動するべくコラム側部に
電動モータを配置したコラムアシスト型等の他、電動式
のボールねじ機構によりラックシャフトを駆動するボー
ルねじ式ラックアシスト型も用いられている。ボールね
じ式ラックアシスト型のEPS(以下、単にラックアシ
スト型EPSと記す)では、アシスト力がピニオンとラ
ックとの噛合面に作用しないため、摩耗や変形の要因と
なる両部材間の接触面圧が比較的小さくなる。
【0005】ラックアシスト型EPSでは、ラックシャ
フトに形成されたボールねじ軸の雄ねじ溝とボールナッ
トに形成された雌ねじ溝とが多数個の循環ボール(鋼
球)を介して係合しており、電動モータによりボールナ
ットを回転駆動することでラックシャフトが軸方向に移
動する。電動モータとボールナットとの間の動力伝達方
法としては、実公平6−49489号公報等に記載され
たタイミングベルト式等もあるが、特公平6−504号
公報(第1従来技術)や特開平10−16799号公報
(第2従来技術),特願平10−532733号(第3
従来技術)等に記載されたギヤ式が一般的である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来、ラックアシスト
型EPSにギヤ式の動力伝達方法を採用するにあたっ
て、以下に述べるような種々の問題が存在していた。例
えば、上述した第1従来技術では、電動モータの出力軸
に固着されたドライブギヤがボールナットの外周に形成
されたドリブンギヤに噛み合う構成が採られているが、
この場合には電動モータとボールナットとの軸間距離の
関係からドライブギヤおよびドリブンギヤの外径が大き
くなり、ステアリングギヤケースの大型化や装置重量の
増大が避けられない。一方、第2従来技術や第3従来技
術では、ドライブギヤとリブンギヤとの間にアイドラギ
ヤを介装することでこの問題を解消しているが、アイド
ラギヤを保持するギヤシャフトがステアリングギヤケー
スに対して片持ち支持されているため、大きな操舵反力
が入力した場合等にはアイドラギヤが傾く(倒れる)等
の虞があった。また、上述した従来技術では、各ギヤに
スパーギヤ(平歯車)が用いられているため、駆動時に
いわゆるギヤ音が発生することが避けられなかった。本
発明は、上記状況に鑑みなされたもので、動力伝達系に
おける剛性確保や異音防止等を図ったラックアシスト型
の電動パワーステアリング装置を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明では、上
記課題を解決するべく、電動モータと、この電動モータ
にアイドラギヤを含むギヤ列を介して連結され、ラック
シャフトの駆動に供されるボールねじ機構と、前記ラッ
クシャフトと前記ボールねじ機構とを内蔵したステアリ
ングギヤケースとを有する電動パワーステアリング装置
であって、前記アイドラギヤが、前記ステアリングギヤ
ケースにその両端が固着されたアイドラギヤシャフトに
より回動自在に支持され、当該アイドラギヤシャフトと
当該アイドラギヤとの間には、予圧手段により予圧され
た一対の軸受が介装されたものを提案する。この発明で
は、アイドラギヤシャフトがステアリングギヤケースに
対して両持ち支持されているため、操舵反力によるアイ
ドラギヤの倒れが防止される。また、軸受が予圧手段に
より予圧されているため、アイドラギヤの支持剛性が高
くなり、操舵反転時等におけるアイドラギヤのがたや異
音も発生し難くなる。
【0008】また、請求項2の発明では、請求項1の電
動パワーステアリング装置において、前記アイドラギヤ
がヘリカルギヤまたはダブルヘリカルギヤであるものを
提案する。この発明では、アイドラギヤと他のギヤとが
連続的に噛み合うため、ギヤ音の発生が抑制されると共
に、滑らかな動力伝達が実現される。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は、実施形態に係る電動パワー
ステアリング装置の車室側部分を示した斜視図である。
同図中に符号1で示した部材はステアリングコラムであ
り、アッパステアリングシャフト3を回動自在に支持し
ている。アッパステアリングシャフト3には、その上端
にステアリングホイール5が装着される一方、下端にユ
ニバーサルジョイント7を介してロアステアリングシャ
フト9が連結されている。ロアステアリングシャフト9
には、その下端に更にラック&ピニオン機構やパワーア
シスト機構等からなるステアリングギヤ11が連結され
ている。図1中、符号13はステアリングコラム1を覆
うコラムカバーを示し、符号15はステアリングギヤ1
1の左右端に連結されたタイロッドを示している。
【0010】図2はステアリングギヤ11の要部縦断面
図であり、図3は図2中のA−A断面図であり、図4は
図2中のB部拡大断面図である。図2中で符号21で示
した部材はステアリングギヤケースを構成するラック&
ピニオンハウジングであり、ラック&ピニオン機構を構
成するラックシャフト23やピニオン(図示せず)を保
持している。ラックシャフト23は、ピニオンに噛み合
うラック25を図中左側に有すると共に、その左右端に
はタイロッド15を揺動自在に支持する球面継手27が
固着されている。
【0011】パワーアシスト機構は、ラック&ピニオン
ハウジング21の図中右端に形成されたギヤハウジング
31と、ギヤハウジング31にボルト締めされてラック
&ピニオンハウジング21と伴にステアリングギヤケー
スを構成するボールねじハウジング33とを外郭として
いる。ギヤハウジング31には、その下部に電動モータ
35の前端がボルト締めされている。また、ボールねじ
ハウジング33との間には、電動モータ35のモータシ
ャフト(図示せず)に固着されたドライブギヤ37と、
アイドラギヤ38を介してドライブギヤ37に噛み合う
ドリブンギヤ39が収納されている。そして、ボールね
じハウジング33には、ドリブンギヤ39がその外周に
スプライン嵌合したボールナット41が複列アンギュラ
玉軸受43を介して回動自在に保持されている。本実施
形態の場合、各ギヤ37〜39はそれぞれヘリカルギヤ
(はすば歯車)となっている。
【0012】ラックシャフト23には雄ねじ溝51が形
成される一方、ボールナット41には雌ねじ溝53が形
成され、雄ねじ溝51と雌ねじ溝53との間には循環ボ
ールたる多数個の鋼球55が介装されている。また、ボ
ールナット41には、鋼球55を循環させるための循環
こま(図示せず)が装着されている。
【0013】図4に示したように、アイドラギヤ38
は、一対の軸受(本実施形態では、共に深溝玉軸受)6
1を介して、ギヤハウジング31とボールねじハウジン
グ33とに固着されたアイドラギヤシャフト63に回動
自在に支持されている。両軸受61は、軸方向でアイド
ラギヤ38の内側に配置され、一対のナット(ダブルナ
ット)65,67によって予圧されている。図中、符号
69で示した部材はナット67とボールねじハウジング
33との間に介装されたシムであり、符号71で示した
部材はドライブギヤ37を支持する軸受である。
【0014】以下、本実施形態の作用を述べる。運転者
がステアリングホイール5を回転させると、アッパステ
アリングシャフト3およびロアステアリングシャフト9
を介して、その回転力がステアリングギヤ11に伝達さ
れる。ステアリングギヤ11内には回転入力を直線運動
に変換するラックアンドピニオン機構が内蔵されている
ため、ラックシャフト23が左右いずれかの方向に移動
し、左右のタイロッド15を介して車輪の舵角が変動し
て操舵が行われる。この際、パワーアシスト機構内で
は、図示しない操舵トルクセンサの出力に基づき、電動
モータ35が正逆いずれかの方向に所定の回転トルクを
もって回転し、その回転がドライブギヤ37、アイドラ
ギヤ38およびドリブンギヤ39を介してボールナット
41に減速・伝達される。ボールナット41が回転する
と、その雌ねじ溝53に係合した鋼球55を介してラッ
クシャフト23の雄ねじ溝51にはスラスト力が作用
し、これにより操舵アシストが実現される。
【0015】本実施形態では、アイドラギヤシャフト6
3がギヤハウジング31とボールねじハウジング33と
により両持ち支持されているため、アイドラギヤ38は
ラックシャフト23からの操舵反力等によって倒れるこ
とがない。また、軸受61が予圧されているため、各ギ
ヤ37〜39がヘリカルギヤであることも相俟って、操
舵反転時おける異音も殆ど生じない。更に、軸受61が
アイドラギヤ38内に配置されていることにより、アイ
ドラギヤ38の慣性質量の低減によって動力伝達系のイ
ナーシャが小さくなると共に、軸受61と軸受71との
干渉が起こらず、ギヤハウジング31とボールねじハウ
ジング33との小型化も実現される。
【0016】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、アイドラギヤ等をヘリカル
ギヤとしたが、スパーギヤやダブルヘリカルギヤ(やま
ば歯車)としてもよい。また、上記実施形態では、アイ
ドラギヤを深溝玉軸受を介してアイドラギヤシャフトに
支持させるようにしたが、アンギュラ玉軸受やテーパロ
ーラ軸受を採用するようにしてもよい。更に、ステアリ
ングギヤの全体構成やパワーアシスト機構の構造等につ
いても、上記実施形態での例示に限られるものではな
く、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、設計上あ
るいは仕様上の要求等により適宜変更可能である。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る電動パ
ワーステアリング装置によれば、電動モータと、この電
動モータにアイドラギヤを含むギヤ列を介して連結さ
れ、ラックシャフトの駆動に供されるボールねじ機構
と、前記ラックシャフトと前記ボールねじ機構とを内蔵
したステアリングギヤケースとを有する電動パワーステ
アリング装置であって、前記アイドラギヤが、前記ステ
アリングギヤケースにその両端が固着されたアイドラギ
ヤシャフトにより回動自在に支持され、当該アイドラギ
ヤシャフトと当該アイドラギヤとの間には、予圧手段に
より予圧された一対の軸受が介装されたものとしたた
め、操舵反力によるアイドラギヤの倒れが起こり難くな
る他、操舵反転時等におけるアイドラギヤのがたや異音
も発生し難くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るステアリング装置の車室側部分を
示した斜視図である。
【図2】実施形態におけるステアリングギヤの要部縦断
面図である。
【図3】図2中のA−A断面図である。
【図4】図2中のB部拡大断面図である。
【符号の説明】
21‥‥ラック&ピニオンハウジング 23‥‥ラックシャフト 31‥‥ギヤハウジング 33‥‥ボールねじハウジング 35‥‥電動モータ 37‥‥ドライブギヤ 38‥‥アイドラギヤ 39‥‥ドリブンギヤ 41‥‥ボールナット 61‥‥軸受 63‥‥アイドラギヤシャフト 65,67‥‥ナット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 利博 群馬県前橋市鳥羽町78番地 日本精工株式 会社内 (72)発明者 岡田 淳 群馬県前橋市鳥羽町78番地 日本精工株式 会社内 Fターム(参考) 3D033 CA02 CA04 CA16 CA21 3J009 DA11 EA04 EA05 EA11 EA12 EA13 EA21 EA32 EB23 EC05 FA08 3J062 AA07 AB22 AC07 BA26 CD04 CD23 3J063 AA02 AB02 AC01 BA09 BB11 BB12 BB21 BB41 CA01 CB14 CB41 CC23 CC35 CD02 CD42 CD43 CD53 XB06

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動モータと、 この電動モータにアイドラギヤを含むギヤ列を介して連
    結され、ラックシャフトの駆動に供されるボールねじ機
    構と、 前記ラックシャフトと前記ボールねじ機構とを内蔵した
    ステアリングギヤケースとを有する電動パワーステアリ
    ング装置であって、 前記アイドラギヤが、前記ステアリングギヤケースにそ
    の両端が固着されたアイドラギヤシャフトにより回動自
    在に支持され、 当該アイドラギヤシャフトと当該アイドラギヤとの間に
    は、予圧手段により予圧された一対の軸受が介装された
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 【請求項2】前記アイドラギヤがヘリカルギヤまたはダ
    ブルヘリカルギヤであることを特徴とする、請求項1記
    載の電動パワーステアリング装置。
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