JP3942009B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、ハウジングに支持されたボールねじを有するラック軸と、ボールねじに螺合するナットと、ナットに操舵アシスト力を付与する電動モータとを有する。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置では、操舵中にタイヤが縁石に乗り上げる等により、ラック軸のストロークが急停止せしめられると、電動モータはたとえ給電を停止されても、ボールねじのリードの比率で高速回転していたモータの慣性力がボールねじのねじ溝に大きな衝撃力を及ぼし、ねじ溝の損傷等、ボールねじの機能低下、操舵フィーリングの悪化を招く。
【０００４】
そこで、従来技術では、ボールねじに作用する衝撃を低減するため、特開平2-254057号公報に記載の如く、ボールねじに螺合するナットをハウジングに軸受を介して支持し、ナットと軸受を一体でラック軸の軸方向に移動可能とし、軸受とハウジングの間にラック軸の推力を吸収する弾性体を介装することとしている。尚、この従来技術では、電動モータのトルクが歯車列を介してナットに伝えられており、ナットは歯車列の歯筋方向、換言すればラック軸の軸方向に滑り移動できる状態で歯車列と回転方向に係合している。弾性体の弾発力を越えるリミットトルクに対して、ナットをラック軸の軸方向に滑り移動させ、弾性体を圧縮して衝撃力を吸収する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術には以下の問題点がある。
▲１▼ナットがラック軸の軸方向に移動するに際し、歯車列の歯筋方向に沿う滑り抵抗がナットに作用し、このナットの滑り方向に作用する滑り抵抗が伝達トルクの大きさに比例して増加し、ナットをラック軸の軸方向にスムースに移動できない。
【０００６】
▲２▼上述▲１▼により、常用域において、弾性体の弾発力により、ナットをラック軸の軸方向にスムースに移動できないから、ナットとラック軸のボールねじとのバックラッシュガタを安定して吸収できず、又はステアリングホイール側のピニオンとラック軸のラックとの噛合いガタを安定して吸収できない。
【０００７】
▲３▼上述▲１▼により、衝撃力の吸収時に、ナットの滑り方向に作用する滑り抵抗が伝達トルクの大きさの影響を受け、リミットトルクの安定した設定ができない。
【０００８】
本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、伝達トルクに影響されない安定したバックラッシュガタの吸収とラックとピニオンの噛合いガタの吸収を行ない、かつ伝達トルクに影響されない安定したリミットトルクの設定を行なうことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ハウジングに支持されたボールねじを有するラック軸と、ボールねじに螺合するナットと、ナットに操舵アシスト力を付与する電動モータとを有する電動パワーステアリング装置において、電動モータのロータ側部材を軸方向に延長した延長部を、ナットに同軸に、かつナットの外周に延在するように設け、ロータ側部材の延長部とナットの外周面との間に転動体を嵌合し、ナットをロータ側部材に対し軸方向には移動できる状態で回転方向に係合し、ロータ側部材の延長部とナットの端面との間に弾性体を介装したものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記ロータ側部材の延長部の自由端側に、該延長部に螺合するロックナットを配置したものである。
【００１１】
【作用】
▲１▼ナットをロータ側部材に対し、転動体を介して回転方向に係合してトルクを伝達可能とするとともに、転動体の回転により低摩擦で軸方向に移動可能とした。従って、伝達トルクの影響を殆ど受けることなく、ナットをラック軸の軸方向に安定的に移動できる。
【００１２】
▲２▼常用域において、ナットとラック軸のボールねじとのバックラッシュガタを安定して吸収でき、又はステアリングホイール側のピニオンとラック軸のラックとの噛合いガタを安定して吸収できる。
【００１３】
▲３▼衝撃力の吸収時に、安定したリミットトルクの設定ができる。
▲４▼ロータ側部材の延長部の自由端側に、該延長部に螺合するロックナットを配置することにより、弾性体の初期弾発力を容易に調整でき、ひいては初期組付時又は使用経過後におけるリミットトルクの設定を容易に調整できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は電動パワーステアリング装置を一部破断して示す正面図、図２は図１の要部断面図、図３は図２の拡大断面図、図４は図３のIV−IV線に沿う断面図である。
【００１５】
電動パワーステアリング装置１０は、図１に示す如く、ハウジング１１にステアリング入力軸１２を支持し、入力軸１２にトーションバー１３を介して出力軸１４（不図示）を連結し、この出力軸１４にピニオンを設け、このピニオンに噛み合うラックを備えたラック軸１５をハウジング１１に左右動可能に支持している。入力軸１２と出力軸１４の間には操舵トルクセンサ１６（不図示）を設けている。操舵トルクセンサ１６は、ステアリングホィールに加えた操舵トルクが出力軸１４に付与され、トーションバー１３の弾性ねじり変形により、入力軸１２と出力軸１４の間に生ずる相対回転変位に基づき、操舵トルクを検出する。
【００１６】
電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１５の両端部をハウジング１１の両側に突出し、それらの端部にタイロッド１７Ａ、１７Ｂを連結し、ラック軸１５の左右動によりタイロッド１７Ａ、１７Ｂを介して左右の車輪を転蛇可能とする。尚、ラック軸１５の一端はラックガイド（不図示）により、他端は後述する軸受２５によりハウジング１１に支持される。
【００１７】
電動パワーステアリング装置１０は、ハウジング１１内で、ラック軸１５の周囲に電動モータ２０を設けている。電動モータ２０は、ハウジング１１の内周に固定されるステータ２１と、ラック軸１５の外周に間隙をおいて配置され、後述するナット３２に回転力を伝えるロータ２２とを有する。ロータ２２の内周に一体化されたスリーブ２３は、ラック軸１５の外周に間隙をおいてラック軸１５と同軸配置され、ロータ２２の一方に突出する一端延長部を軸受２４により、他方に突出する他端延長部を軸受２５により支持されている。
【００１８】
尚、電動モータ２０にあっては、ハウジング１１の内部にブラシ２６を保持し、このブラシ２６をロータ２２の端部のコンミテータ２７に接触している。電動モータ２０は、ブラシ２６、コンミテータ２７を通じてロータ２２に給電されると、ロータ２２の磁力線がステータ２１の磁界を切ることにより、ロータ２２を回転駆動する。
【００１９】
電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１５にボールねじ３０を設けており、ボールねじ３０にボール３１を介して噛み合うナット３２を有している。電動モータ２０のスリーブ２３の前述した軸受２５に支持される延長部は、拡径延長部２３Ａとされており、ナット３２に同軸に、かつナット３２の外周に隙間嵌めされて延在され、トルクリミッタ４０を介してナット３２と結合されている。
【００２０】
スリーブ２３の延長部２３Ａの内周面とナット３２の外周面には、それらの周方向の複数位置（本実施形態では４位置）のそれぞれにおいて、互いに対応するガイド溝３３、３４を軸方向に延在し、それらのガイド溝３３、３４の間に１個又は２個以上（本実施形態では３個）のボールからなる転動体３５を嵌合している。これにより、ナット３２は、転動体３５を介して、スリーブ２３に対し軸方向には移動できる状態で回転方向には係合する。尚、ガイド溝３３はスリーブ２３の延長部２３Ａの内周面においてスリーブ２３の中心軸に平行な直線状であっても、中心軸まわりの螺旋状であっても良い。また、ガイド溝３４はナット３２の外周面においてナット３２の中心軸に平行な直線状であっても、中心軸まわりの螺旋状であっても良い。また、ガイド溝３３とガイド溝３４は互いに交差していても良い。
【００２１】
スリーブ２３の延長部２３Ａにおいて、ナット３２を挟む軸方向の基部側には第１支持部としての内径段差部５１が設けられ、自由端側には第２支持部としてのロックナット５２が螺合するように設けられる。そして、内径段差部５１とナット３２の一端面との間には円板状の皿バネ等からなる板バネ４１が一定の圧縮状態で介装され、ロックナット５２とナット３２の他端面との間には円板状の皿バネ等からなる板バネ４２が一定の圧縮状態で介装され、これらの板バネ４１、４２によって前述のトルクリミッタ４０を構成している。尚、板バネ４１、４２は必ずしもナット３２を挟む両側に設ける必要はなく、片側だけでも良いし、ナット３２にゴム樹脂等で一体形成しても良い。
【００２２】
電動パワーステアリング装置１０の通常使用される常用域のトルク（リミットトルクより小なるトルク）では、板バネ４１、４２の弾発力によりナット３２をスリーブ２３内で軸方向に押圧し、ナット３２とラック軸１５のボールねじ３０のバックラッシュガタと、ステアリングホイール側のピニオンとラック軸１５のラックとの噛合いガタを吸収する位置に該ナット３２を位置付ける状態で、スリーブ２３とナット３２を滑りなく結合し続け、電動モータ２０の発生トルクをスリーブ２３から転動体３５を介してナット３２に伝える。他方、タイヤが操舵中に縁石に乗り上げる等により、ラック軸１５のストロークが急停止せしめられ、ボールねじ３０のリードの比率で高速回転していた電動モータ２０の慣性力がボールねじ３０のねじ溝に大きな衝撃力を及ぼすことの起因となる、その板バネ４１、４２の弾発力を越える衝撃トルク（リミットトルク）に対しては、板バネ４１、４２を変位させてナット３２をスリーブ２３内で転動体３５の回転を介して軸方向に滑らせ、電動モータ２０の発生トルクをナット３２に伝えないようにし、ボールねじ３０のねじ溝の損傷等を防止する。
【００２３】
尚、トルクリミッタ４０のリミットトルクの設定は、ロックナット５２の螺合量の調整による板バネ４１、４２の締め代（初期弾発力）の調整による。
【００２４】
以下、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。
(1)操舵トルクセンサ１６が検出した操舵トルクが所定値より低いとき、操舵アシスト力は不要であり、電動モータ２０は駆動されない。
【００２５】
(2)操舵トルクセンサ１６が検出した操舵トルクが所定値を越えるとき、操舵アシスト力を必要とするから、電動モータ２０が駆動される。電動モータ２０の発生トルクがロータ２２からスリーブ２３、転動体３５を介してナット３２に操舵アシスト力として伝えられ、ナット３２の回転をボールねじ３０によりラック軸１５の直線運動とし、ラック軸１５に連動する車輪に操舵アシスト力として付与する。
【００２６】
本実施形態によれば以下の作用がある。
▲１▼ナット３２をスリーブ２３に対し、転動体３５を介して回転方向に係合してトルクを伝達可能とするとともに、転動体３５の回転により低摩擦で軸方向に移動可能とした。従って、ナット３２がラック軸１５の軸方向に移動するに際し、伝達トルクの影響を殆ど受けることなく、ナット３２をラック軸１５の軸方向にスムースに移動できる。
【００２７】
▲２▼常用域において、板バネ４１、４２の弾発力によって上述▲１▼によりナット３２をラック軸１５の軸方向にスムースに移動できるから、ナット３２とラック軸１５のボールねじ３０とのバックラッシュガタを安定して吸収でき、又はステアリングホイール側のピニオンとラック軸１５のラックとの噛合いガタを安定して吸収できる。
【００２８】
▲３▼衝撃力の吸収時に、スリーブ２３に対するナット３２の滑り方向に作用する滑り抵抗が上述▲１▼により伝達トルクの影響を殆ど受けず、安定したリミットトルクの設定ができる。
【００２９】
▲４▼スリーブ２３の延長部２３Ａの自由端側に、該延長部２３Ａに螺合するロックナット５２を配置することにより、板バネ４１、４２の初期弾発力を容易に調整でき、ひいては初期組付時又は使用経過後におけるリミットトルクの設定を容易に調整できる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態を図面により記述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、伝達トルクに影響されない安定したバックラッシュガタの吸収とラックとピニオンの噛合いガタの吸収を行ない、かつ伝達トルクに影響されない安定したリミットトルクの設定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は電動パワーステアリング装置を一部破断して示す正面図である。
【図２】図２は図１の要部断面図である。
【図３】図３は図２の拡大断面図である。
【図４】図４は図３のIV−IV線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ハウジング
１５ ラック軸
２０ 電動モータ
２３ スリーブ（ロータ側部材）
２３Ａ 延長部
３０ ボールねじ
３２ ナット
３５ 転動体
４１、４２ 板バネ（弾性体）

Claims (2)

1. ハウジングに支持されたボールねじを有するラック軸と、ボールねじに螺合するナットと、ナットに操舵アシスト力を付与する電動モータとを有する電動パワーステアリング装置において、
   電動モータのロータ側部材を軸方向に延長した延長部を、ナットに同軸に、かつナットの外周に延在するように設け、
   ロータ側部材の延長部とナットの外周面との間に転動体を嵌合し、ナットをロータ側部材に対し軸方向には移動できる状態で回転方向に係合し、
   ロータ側部材の延長部とナットの端面との間に弾性体を介装したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ロータ側部材の延長部の自由端側に、該延長部に螺合するロックナットを配置した請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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