JP2010132060A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク伝達効率が低下しない電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ラック軸１８に形成したボールねじ軸２１にボールナット２３を螺合し、ラック軸と平行に電動モータ２６を配置し、電動モータの駆動力を歯車減速機構２７を介してボールナットに伝達して操舵補助するもので、ラック軸を軸方向に移動可能に支持するハウジング２０に、ボールナットをラック軸の軸端に近い位置において回転可能に配設し、ラック軸の外周を摺動可能にガイドするガイドブッシュ４２を設け、ガイドブッシュをボールナットの内周にころがり軸受４１を介して支持した。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラック軸に作用するラジアル荷重をボールナットを利用して受承するようにした電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置には、例えば、特許文献１に記載されているように、ラック軸に形成したボールねじ軸にボールを介してボールナットを螺合させ、このボールナットと平行に電動モータを配置し、電動モータのモータシャフトに駆動歯車を連結するとともに、ボールナットに被動歯車を設け、これら駆動歯車と被動歯車とを中間歯車を介して噛合させた歯車減速機構を備えたモータ平行タイプの電動パワーステアリング装置がある。

この種の電動パワーステアリング装置においては、転舵輪の転舵操作によってラック軸にラジアル荷重が作用する。このラジアル荷重が、ボールねじ軸に螺合するボールナットに伝えられ、ボールナットに偏荷重が作用すると、ボールナットの耐久性を低下させる要因となる。このために、一般にラック軸のエンド側をラックブッシュを介してハウジングに摺動可能にガイドし、ラック軸に作用するラジアル荷重によってボールナットに偏荷重を作用させないようにしている。

ところで、車両への搭載性を確保するために、ボールナットをラック軸のエンド（端部）側に配置せざるを得ない場合がある。例えば、車両によっては、エンジンのオイルパン等がラック軸の軸線上に接近して配置される場合があり、このような車両においては、オイルパン等との干渉を避けるために、ハウジングの径が大きくなるボールナット部分をラック軸のエンド側に配設することを余儀なくされる。

ところが、ボールナットをラック軸のエンド側に配設すると、ラック軸のエンド側を支持するラックブッシュをハウジングに配置するスペースを確保できなくなることになる。このような場合には、ラック軸のエンド側に配設されるボールナットにラックブッシュを取付け、ラック軸のエンド側をラックブッシュを介してボールナットに摺動可能にガイドすることが考えられる。

従来、ボールナットの先端側内周部にブッシュを圧入固定し、ラック軸を直線摺動可能に支持するものが知られている（例えば、特許文献２参照）特許文献２に記載されたものは、ハウジングのブッシュ支持部（１７）とボールナット（３２）との間にブッシュ（４０）を掛け渡したものである。
特開２００８−１０５６４９号公報 特開２００５−３４３３０８号公報

しかしながら、特許文献２に記載されているように、ボールナットに圧入固定したブッシュ（ラックブッシュ）によって、ラック軸を摺動可能にガイドするように構成すると、ラック軸に作用するラジアル荷重によってラック軸がガイドブッシュに当接し、ラックブッシュとラック軸間にすべり摩擦が発生する。このために、図４に示すように、ボールナット１の回転力Ｆ１がラックブッシュ２とラック軸３間のすべり摩擦力Ｆ３によってロスされ、ボールねじ機構のトルク伝達効率が低下する問題がある。

本発明は、上記した従来の問題を解消するためになされたもので、トルク伝達効率が低下しない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ものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、ラック軸に形成したボールねじ軸にボールナットを螺合し、前記ラック軸と平行に電動モータを配置し、該電動モータの駆動力を歯車減速機構を介して前記ボールナットに伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、前記ラック軸を軸方向に移動可能に収容するハウジングを備え、該ハウジングに前記ボールナットを前記ラック軸の軸端に近い位置において回転可能に配設し、前記ラック軸の外周を摺動可能にガイドするガイドブッシュを設け、該ガイドブッシュを前記ボールナットの内周にころがり軸受を介して支持したことである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記ガイドブッシュを、前記ころがり軸受よりも軟質の材料にて構成したことである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項２において、前記ガイドブッシュを、軟質金属材にて構成したことである。

請求項１に係る発明によれば、ボールナットがラック軸の軸端に近い位置においてハウジングに回転可能に配設されているので、例えば、エンジンのオイルパン等がラック軸の軸線上に接近して配置される車両においても、ハウジングとオイルパン等との干渉を確実に避けることができる。しかも、ラック軸の軸端に近い位置に配設されたボールナットの内周に、ころがり軸受を介してガイドブッシュを支持したので、ラック軸とラックブッシュとの間に発生する摩擦を、ころがり摩擦とすることができる。これによって、摩擦ロスを低減することができ、ボールねじ機構のトルク伝達効率を低下させることがない電動パワーステアリング装置を実現することができる。

請求項２に係る発明によれば、ガイドブッシュを、ころがり軸受よりも軟質の材料にて構成したので、ラック軸に作用するラジアル荷重によってラック軸がガイドブッシュに押し付けられても、ラック軸を傷つけることなく、ラック軸をスムーズに摺動することができる。

請求項３に係る発明によれば、ガイドブッシュを、軟質金属材にて構成したので、請求項２と同様な効果を奏せられるとともに、ガイドブッシュの耐久性を向上することができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１０の模式図を示し、図２は電動パワーステアリング装置１０に設けられたボールナット２３にガイドブッシュ４２を支持した構成を示す断面図である。

図１において、電動パワーステアリング装置１０は、転舵輪１２を転舵するためにステアリングホイール１３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト１４と、ステアリングシャフト１４からの操舵トルクにより転舵輪１２を転舵する、例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構１５と、ステアリングシャフト１４と操舵機構１５とを連結する軸継手としての中間軸１６とを備えている。

操舵機構１５は、入力軸としてのピニオン軸１７と、自動車の横方向（直進方向と直交する方向）に延びる転舵軸としてのラック軸１８と、ピニオン軸１７およびラック軸１８を収容するハウジング２０とを有している。ピニオン軸１７は、ハウジング２０に回動可能に支持され、ラック軸１８は、ハウジング２０に直線往復移動可能に支持されている。ピニオン軸１７のピニオン歯１７ａは、ラック軸１８のラック歯１８ａに噛合されている。ラック軸１８の両端部は、タイロッドおよびナックルアームを介して転舵輪１２に連結されている。

これにより、ステアリングホイール１３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト１４等を介して操舵機構１５に伝達され、ピニオン軸１７が回転される。ピニオン軸１７の回転は、ピニオン歯１７ａおよびラック歯１８ａによって、ラック軸１８の直線移動に変換され、これによって転舵輪１２が転舵される。

ラック軸１８には、図２に示すように、ボールねじ軸２１が一体的に形成され、ボールねじ軸２１に多数のボール２２を介して螺合するボールナット２３が、ラック軸１８と同心的にハウジング２０に軸受３５を介して回転可能に支持されている。かかるボールねじ軸２１、ボール２２およびボールナット２３によって、ボールナット２３の回転をボールねじ軸２１の軸方向運動に変換するボールねじ機構２４を構成している。

さらに、電動パワーステアリング装置１０には、図１に示すように、操舵トルクを検出するトルクセンサ２５と、トルクセンサ２５の出力に基づいて制御され、操舵トルクをアシストする電動モータ２６と、電動モータ２６の回転を減速する歯車減速機構２７が設けられている。歯車減速機構２７は、電動モータ２６によって駆動される駆動歯車３１と、ボールナット２３の一端外周に一体的に圧入された被動歯車３２と、これら駆動歯車３１および被動歯車３２に噛合し、駆動歯車３１の回転を被動歯車３２に伝達する中間歯車３３とによって構成されている。

ボールナット２３は、エンジンのオイルパン等との干渉を避けるために、図１に示すように、ラック軸１８の軸端に近い位置においてハウジング２０に軸受３５（図２参照）を介して、ボールねじ軸２１（ラック軸１８）と同心的に回転可能に配設されている。このために、ラック軸１８の軸端側のハウジング２０には、ラック軸１８をガイドするガイドブッシュを配置するスペースが確保できない構成となっている。

図２に示すように、被動歯車３２はボールナット２３の一端外周に一体的に圧入されている。被動歯車３２が圧入されたボールナット２３の内周には、ボールベアリング等のころがり軸受４１の外輪４１ａが嵌着固定され、ころがり軸受４１の内輪４１ｂにラック軸１８の外周を摺動可能にガイドするリング状のガイドブッシュ４２が嵌着固定されている。ガイドブッシュ４２は、比較的軟質の金属、例えば、青銅からなり、通常ラック軸１８の外周に僅かな隙間を有して嵌合されている。

これにより、ラック軸１８に作用するラジアル荷重によってラック軸１８がガイドブッシュ４２に当接しても、ラック軸１８を傷つけることなく、ラック軸１８を軸方向にスムーズにガイドできるとともに、ガイドブッシュ４２の耐久性を向上できるようにしている。

ハウジング２０の内周には、軸受３５の外輪が締付けナット３６によって一体的に固着され、この軸受３５の内輪にボールナット２３が締付けナット３７によってボールねじ軸２１（ラック軸１８）と同一軸線上に回転可能に支持されている。ハウジング２０には、図１に示すように、電動モータ２６がラック軸１８と平行に設置されている。電動モータ２６のモータシャフトには、駆動歯車３１が連結され、駆動歯車３１は中間歯車３３を介して被動歯車３２に噛合されている。

上記した駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２によって、電動モータ２６の回転をボールナット２３に減速して伝達する歯車減速機構２７を構成している。

次に、上記した実施の形態における電動パワーステアリング装置１０の動作について説明する。ステアリングホイール１３が操舵されると、操舵トルクがピニオン軸１７に入力される。ピニオン軸１７に入力された操舵トルクは、トルクセンサ２５により検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ２６が回転制御され、操舵補助トルクを発生させる。電動モータ２６による操舵補助トルクは、駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２を介してボールナット２３に伝達され、ボールナット２３の回転によりボールねじ軸２１と一体的にラック軸１８が軸方向に移動される。ラック軸１８の軸方向移動により、タイロッドおよびナックルアームを介して転舵輪１２が転舵され、運転者によるステアリングホイール１３の操舵力が軽減される。

ところで、転舵輪１２の転舵に伴い、ラック軸１８にラジアル荷重が作用し、このラジアル荷重は、ラックブッシュ４２、ころがり軸受４１を介してボールナット２３に伝えられ、ボールナット２３にてラジアル荷重が受承される。この際、ラック軸１８の外周とラックブッシュ４２の内周との間には、図３に示すようなころがり摩擦力Ｆ２しか発生しないので、ボールねじ機構２４のトルク伝達効率を低下させることがない。すなわち、ボールナット２３とラックブッシュ４２との間にころがり軸受４１を配置したことにより、ラック軸１８とラックブッシュ４２との間に発生する摩擦力を、図４に示すすべり摩擦Ｆ３から図３に示すころがり摩擦Ｆ２に転換することができ、これにより、摩擦ロスが低減され、ボールねじ機構２４によるトルク伝達を高効率に維持することができる。

上記した実施の形態における電動パワーステアリング装置１０によれば、ボールナット２３がラック軸１８の軸端に近い位置においてハウジング２０に回転可能に配設されているので、例えば、エンジンのオイルパン等がラック軸１８の軸線上に接近して配置される車両においても、ハウジングとオイルパン等との干渉を的確に避けることができる。

しかも、ラック軸１８の軸端に近い位置に配設されたボールナット２３の内周に、ころがり軸受４１を介してガイドブッシュ４２を支持したので、ラック軸１８とラックブッシュ４２との間に発生する摩擦力を、ころがり摩擦とすることができる。その結果、摩擦ロスを低減でき、ボールねじ機構２４のトルク伝達効率の低下を抑制することができる電動パワーステアリング装置１０を実現することができる。

上記した実施の形態においては、ガイドブッシュ４２を軟質な金属にて構成した例について述べたが、ガイドブッシュ４２を樹脂にて構成することも可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の実施の形態に係るボールねじ機構を備えた電動パワーステアリング装置を示す概略図である。 ボールナットにガイドブッシュを支持した構成を示す断面図である。 図２の３−３線に沿った断面図である。 本実施の形態との比較例を示す図３に相応した断面図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、１８…ラック軸、２０…ハウジング、２１…ボールねじ軸、２３…ボールナット、２４…ボールねじ機構、２６…電動モータ、２７…歯車減速機構、４１…ころがり軸受、４２…ガイドブッシュ。

Claims (3)

1. ラック軸に形成したボールねじ軸にボールナットを螺合し、前記ラック軸と平行に電動モータを配置し、該電動モータの駆動力を歯車減速機構を介して前記ボールナットに伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   前記ラック軸を軸方向に移動可能に収容するハウジングを備え、該ハウジングに前記ボールナットを前記ラック軸の軸端に近い位置において回転可能に配設し、前記ラック軸の外周を摺動可能にガイドするガイドブッシュを設け、該ガイドブッシュを前記ボールナットの内周にころがり軸受を介して支持し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１において、前記ガイドブッシュを、前記ころがり軸受よりも軟質の材料にて構成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項２において、前記ガイドブッシュを、軟質金属材にて構成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
   

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