JP2011042268A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ラックシャフトに作用するラジアル方向の荷重に対して、ラックシャフトをねじ送りする螺合部への荷重集中を防止する。
【解決手段】電動パワーステアリング装置1は軸方向に変位可能に支持されたラックシャフト2と、ねじ送りによりラックシャフト2を軸方向に駆動するスクリュー機構4と、スクリュー機構4を回転駆動する電動モータ3とを備える。スクリュー機構4は、ラックシャフト2の外周を間隔をあけて覆う、一端をラックシャフト2に固定し、一端を開放したカラー12と、カラー12の外周に螺合し、電動モータ3によって回転駆動されるホルダ10と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】電動パワーステアリング装置1は軸方向に変位可能に支持されたラックシャフト2と、ねじ送りによりラックシャフト2を軸方向に駆動するスクリュー機構4と、スクリュー機構4を回転駆動する電動モータ3とを備える。スクリュー機構4は、ラックシャフト2の外周を間隔をあけて覆う、一端をラックシャフト2に固定し、一端を開放したカラー12と、カラー12の外周に螺合し、電動モータ3によって回転駆動されるホルダ10と、を備える。
【選択図】図1
Description
この発明は、車両用の電動パワーステアリング装置の駆動メカニズムに関する。
自動車のドライバが行うハンドル操作をアシストするパワーステアリング装置として、特許文献1は電動モータの駆動力を用いた電動パワーステアリング装置を提案している。
この装置は、ケーシング内に軸方向に変位可能に支持されたラックシャフトと、ラックシャフトをねじ送りするスクリュー機構と、スクリュー機構に駆動プーリ及び従動プーリを介して回転トルクを入力する電動モータとを備えている。
スクリュー機構は、ラックシャフトの外周とラックシャフトを覆う円筒形状のホルダの内周とに相対して形成された螺旋溝と、螺旋溝間に挟持された数多くのボールとで構成される。
ラックシャフトの両端は左右の前輪のナックルアームにタイロッドを介して連結される。
ラックシャフトにはラックが形成され、ドライバのハンドル操作はラックシャフトに噛み合うピニオンを介して入力される。ピニオンの入力トルクはトルクセンサで検出され、入力トルクに応じて電動モータの運転を制御することで、ハンドル操作に応じたアシスト力のもとで左右の前輪の向きを変化させる。
この電動パワーステアリング装置において、ラックシャフトにラジアル方向の荷重が作用してラックシャフトが撓み変形すると、スクリュー機構の一部のボールに荷重が集中する。集中荷重を受けたボールは転動が困難になるため、こうした荷重集中はスクリュー機構による円滑なねじ送り動作にとって好ましくない。
この発明は ラックシャフトに作用するラジアル方向の荷重によるスクリュー機構への荷重集中を防止することを目的とする。`
以上の目的を達成するために、この発明は、軸方向に変位可能に支持されたラックシャフトと、ねじ送りによりラックシャフトを軸方向に駆動するスクリュー機構と、スクリュー機構に回転トルクを入力する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置において、スクリュー機構は、ラックシャフトの外周を間隔をあけて覆う、一端をラックシャフトに固定し、一端を開放したカラーと、カラーの外周に螺合し、電動モータに回転駆動されるホルダと、を備えている。
一端をラックシャフトに固定し、一端を開放したカラーは、ラックシャフトと一体に軸方向に変位する一方、ラックシャフトの外周を間隔をあけて覆うことで、ラックシャフトの一定範囲の撓み変形を許容する。電動モータに回転駆動されるホルダはカラーの外周に螺合しているので、ホルダはカラーを介してラックシャフトをねじ送りする。スクリュー機構には、ラックシャフトに作用するラジアル荷重が及ばず、ラックシャフトにラジアル荷重が作用している状態でも、スクリュー機構はラックシャフトをスムーズにねじ送りする。その結果、電動パワーステアリング装置の動作の一層の円滑化が可能になる。
図1を参照すると、この発明の一実施形態による車両用の電動パワーステアリング装置1は、ラックシャフト2と、電動モータ3と、電動モータ3の回転に応じてラックシャフト2を図の左右方向に駆動するスクリュー機構4と、スクリュー機構4を収装するケーシング5と、を備える。
ラックシャフト2はケーシング5を貫通する。ラックシャフト2の両端は車両の左右の前輪のナックルアームにタイロッドを介して連結される。また、ラックシャフト2にはラックが形成され、車両のステアリングシャフトに固定された図示されないピニオンがラックを介してラックシャフト2に図の左右方向の力を及ぼす。ピニオンのトルクはセンサにより検出され、トルクをアシストする方向に電動モータ3の運転が制御される。
電動モータ3の出力軸には駆動プーリ6が固定される。またケーシング5に従動プーリ7が支持される。駆動プーリ6と従動プーリ7にはベルト8が掛け回され、従動プーリ7にベルト8を介して駆動プーリ6の回転トルクが伝達される。なお従動プーリ7の径は駆動プーリ6より大きく設定され、従動プーリ7には電動モータ3の回転が減速して伝達される。
ケーシング5にはベアリング9を介して円筒形状のホルダ10が回転自由に支持される。従動プーリ7はホルダ10の端面にボルト11を介して固定される。以上の構成により、電動モータ3の回転が駆動プーリ6から従動プーリ7へと減速して伝達され、従動プーリ7がホルダ10とともに回転する。
ラックシャフト2にはホルダ10を貫通するカラー12の一端12Aが固定される。カラー12のもう一端12Bはケーシング5の内側に開口する。
図6〜図8を参照して、カラー12の一端12Aのラックシャフト2への固定構造を説明する。
ラックシャフト2は円柱状に形成される。ラックシャフト2の外周には六角形断面の異径部2Aが形成される。
カラー12はラックシャフト2の径より大きな内径を有する円筒状に形成される。ラックシャフト2はカラー12のもう一端12Bを所定の隙間をあけて貫通する。
カラー12の一端12Aの内周には小径部12Cと、ラックシャフト2の異径部2Aを受け入れるための同じ六角形断面の異径部12Dと、雌ねじ部12Eとが形成される。
小径部12Cの内径はラックシャフト2を貫通させる一方、ラックシャフト2の異径部2Aと干渉する寸法に設定される。
雌ねじ部12Eの内径はラックシャフト12の異径部2Aが通過可能な寸法に設定される。カラー12は雌ねじ部12Eに螺合する雄ねじ12Fをさらに備える。雄ねじ12Fにはラックシャフト12を貫通させる貫通孔12Gが形成される。
ラックシャフト2へのカラー12の固定は次のように行われる。
すなわち、ラックシャフト2をカラー12の一端12Aからカラー12に挿入し、異径部2Aが異径部12Dの内側に嵌合するまで挿入端をカラー12のもう一端12Bから外側へ突出させる。
次にラックシャフト2の挿入端と反対側の端部が雄ねじ12Fの貫通孔12Gに貫通するようにして、雄ねじ12Fを雌ねじ部12Eに締め付ける。
この状態で、ラックシャフト2の異径部2Aはカラー12の異径部12Dと雄ねじ12Fにより軸方向に挟持され、カラー12は軸方向に関してラックシャフト2との相対変位を阻止される。また、異径部2Aが異径部12Dの内側に嵌合することでカラー12は回転方向に関してもラックシャフト2との相対変位を阻止される。
カラー12の一端12Aは以上の構造によりラックシャフト2に固定される。
ただし、カラー12の一端12Aのラックシャフト2への固定構造は以上説明した固定構造に限定されない。カラー12の一端12Aとラックシャフト2との軸方向及び回転方向の相対変位を阻止できるあらゆる構造を適用可能である。
再び図1を参照すると、カラー12の外周と、ホルダ10の内周にはそれぞれ螺旋溝が相対して形成される。相対するこれらの螺旋溝間に数多くのボール13が挟持される。
スクリュー機構4は、ラックシャフト2に固定されたカラー12と従動プーリ7に固定されたホルダ10と、両者に形成された螺旋溝間に挟持されたボール13とで構成される。
次に作用を説明する。
電動モータ3の出力回転は、駆動プーリ6から従動プーリ7に減速して伝達され、従動プーリ7と一体にホルダ10を回転させる。一方、両端をタイロッドを介してナックルアームに結合するラックシャフト2は回転を規制されている。ホルダ10は回転自由に支持される一方、ホルダ10の軸方向すなわち図の左右方向の変位は規制されている。したがって、ホルダ10は螺旋溝内でボール13を転動させつつカラー12の外周に沿って回転し、螺旋溝内で転動するボール13がカラー12をラックシャフト2とともに軸方向にねじ送りする。
これにより、ピニオンを介してラックシャフト2に入力するドライバのステアリング操作力の向きと大きさに応じたアシスト力がラックシャフト2に入力される。
この電動パワーステアリング装置1において、ラックシャフト2は両端を左右の前輪のナックルアームにタイロッドを介して連結している。そのために、ラックシャフト2には車両の走行中に左右の前輪から曲げ荷重が作用する。
図2を参照すると、前記従来技術のスクリュー機構は図2(b)に示すようにラックシャフト2の外周に直接螺旋溝を形成し、ホルダ10がボール13を介してラックシャフト2を直接ねじ送りする構造となっていた。図2(a)に示すように、例えばラックシャフト2の一端に上向きのラジアル荷重が作用すると、この荷重が矢印に示すように特定のボール13に集中し、ボール13の転動を困難にする。その結果、ホルダ10によるラックシャフト2のねじ送りがスムーズに行われない場合があった。
図3を参照すると、この実施形態による電動パワーステアリング装置1においては、図3(a)に示すようにラックシャフト2に一端12Aを固定したカラー12をホルダ10がボール13を介してねじ送りする。図2(a)に示すように、例えばラックシャフト2の一端に上向きのラジアル荷重が作用すると、ラックシャフト2は荷重により上向きに湾曲する。この時、ラックシャフト2がカラー12のもう一端12Bの開口範囲で湾曲する限り、一端12Aをラックシャフト2に固定したカラー12には荷重が作用しない。そのため、ホルダ10とカラー12の螺旋溝間に保持されたすべてのボール13は支障なく転動し、カラー12を軸方向にスムーズにねじ送りする。
以上のようにこの発明による電動パワーステアリング装置は、ラックシャフト2を直接ねじ送りせず、ラックシャフト2に一端12Aを固定し、もう一端12Bを開口したカラー12をねじ送りする構造としたため、カラー12の開口部の範囲でラックシャフト2が湾曲する限り、スクリュー機構4はラックシャフト2に加わる曲げ荷重の影響を受けず、電動モータ3の運転に応じて常にスムーズにラックシャフト2のねじ送りを行う。
さらに、スクリュー機構4はホルダ10にカラー12を螺合させたので、前記従来技術のようにホルダ10にラックシャフト2を螺合させる場合と比べて螺旋溝の径を大きく設定することができうる。そのため、スクリュー機構4は螺旋溝により多くのボール13を挟持することができ、ねじ送りに伴って個々のボール13が分担する荷重が小さくなる。
したがって、この発明により電動パワーステアリング装置の動作の一層の円滑化が可能になる。
この電動パワーステアリング装置においては、螺旋溝はカラー12に形成されるので、ラックシャフト2には螺旋溝を形成する必要がない。したがって、ラックシャフト2の加工が容易になる。また、螺旋溝をカラー12に形成すれば、ラックシャフト2にラックと螺旋溝をともに形成する場合と比べて、ラックシャフト2の焼き入れ加工は一カ所で済むことになる。そのため、焼き入れ加工によってラックシャフト2に生じる反りを小さく抑えることができる。
図4と図5を参照してこの発明の第2の実施形態を説明する。
この実施例では、カラー12の一端12Aに弾性変形部を設けることで、カラー12に可撓性を持たせている。
図4に示すカラー12は一端12A側に壁厚を薄くした薄肉部12Hを備える。薄肉部12Hは図6の雌ねじ部12Eを避け、例えば小径部12Cを挟んで異径部12Dと反対側であっ4て、小径部12Cに隣接する位置に形成される。
薄肉部12Hの形成位置は一端12Aに近いほど効果が大きい。しかしながら、一端12Aとボール13を収装する螺旋溝との間であれば、カラー12のどの部位に薄肉部12Hを設けても相応の効果が得られる。
図5に示すカラー12は一端12Aに弾性体12Iを挟持する。具体的には図6のカラー12を小径部12Cの右側で左右2つの部材に分離し、分離した2つの部材を弾性材12Iを介して軸方向に結合することで実現できる。図6においては小径部12Cと異径部2Aの間に弾性体12Iを挟持することでこの構造を実現できる。
このようにカラー12に可撓性を持たせることで、ラックシャフト2のたわみ変形がカラー12とボール13との接触圧に及ぼす影響をより小さくすることができる。
以上のように、この発明を特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、特許請求の範囲でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施形態では、電動モータ3からホルダ10への回転トルクの伝達を駆動プーリ6,7とベルト8を介して行っているが、この発明は電動モータ3からホルダ10へのトルク伝達手段には限定されない。ホルダ10を電動モータのロータと一体に形成したダイレクトドライブ型の電動パワーステアリング装置にもこの発明は適用可能である。
この発明による電動パワーステアリング装置は、自動車のハンドル操作の補助に適している。
1 電動パワーステアリング装置
2 ラックシャフト
3 電動モータ)
4 スクリュー機構
6 駆動プーリ
7 従動プーリ)
8 ベルト
10 ホルダ
12 カラー
12A 一端
12B 一端
13 ボール
2 ラックシャフト
3 電動モータ)
4 スクリュー機構
6 駆動プーリ
7 従動プーリ)
8 ベルト
10 ホルダ
12 カラー
12A 一端
12B 一端
13 ボール
Claims (5)
- 軸方向に変位可能に支持されたラックシャフトと、ねじ送りによりラックシャフトを軸方向に駆動するスクリュー機構と、スクリュー機構を回転駆動するモータとを備えた、電動パワーステアリング装置において、
スクリュー機構は、
ラックシャフトの外周を間隔をあけて覆う、一端をラックシャフトに固定し、一端を開放したカラーと、
カラーの外周に螺合し、電動モータによって回転駆動されるホルダと、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。 - カラーとホルダとは相対する螺旋溝を備え、螺旋溝間に挟持された複数のボールを介して螺合することを特徴とする請求項1に記載のパワーステアリング装置。
- ホルダは、電動モータに結合する駆動プーリと、ベルトを介して駆動プーリに駆動される従動プーリとを介して回転駆動されることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
- ラックシャフトはホルダと従動プーリとを貫通することを特徴とする請求項3に記載のパワーステアリング装置。
- カラーは可撓性を有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009192070A JP2011042268A (ja) | 2009-08-21 | 2009-08-21 | 電動パワーステアリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009192070A JP2011042268A (ja) | 2009-08-21 | 2009-08-21 | 電動パワーステアリング装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
ID=43830040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009192070A Pending JP2011042268A (ja) | 2009-08-21 | 2009-08-21 | 電動パワーステアリング装置 |
Country Status (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2009
- 2009-08-21 JP JP2009192070A patent/JP2011042268A/ja active Pending
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