JP4114560B2

JP4114560B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4114560B2
Application number: JP2003185460A
Authority: JP
Inventors: 亨介山中; 賢作中村
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: JP2005014835A

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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動パワーステアリング装置には、電動モータの出力を、ボールねじ機構等の運動変換機構を介して転舵軸（ラック軸）に伝えるいわゆるラックアシストタイプのものがある。通常、上記ボールねじ機構は、電動モータの出力を受けて回転する回転筒と、回転筒に包囲される転舵軸の一部に形成され、回転筒に玉等の転動体を介して螺合するねじ軸とを備えている。この転動体は、回転筒の内周の雌ねじ溝とねじ軸の外周の雄ねじ溝との間に介在している。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置において、舵角が大きくなるに連れて、単位舵角変化に対する転舵軸の移動量をより多くするために、舵角中点から遠ざかるに従って雄ねじ溝のリードを大きくしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、電動モータの出力を大きくすることなく操舵捕助力をより増幅するために、転舵時にのみ転動体が位置する領域の雄ねじ溝のリードを、直進時にのみ転動体が位置する領域のリードよりも小さくしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、上記両ねじ溝間に介在する転動体のがたつきによる騒音を防止し、かつ転がり摩擦抵抗等のトルクロスの増大を抑えるために、雌ねじ溝と雄ねじ溝とを、互いのリードが異なるように形成して、これら両ねじ溝の軌道を軸長方向に互いに位置ずれさせ、転動体が両ねじ溝と滑らかに２点接触するようにしたものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１６３１５号公報。
【特許文献２】
特開２０００−６８２５号公報。
【特許文献３】
特開２００１−１１４１１７号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の電動パワーステアリング装置において、転動体と両ねじ溝との間には適度なバックラッシが必要であるが、バックラッシが大きいと、例えば砂利道等の悪路を直進走行しているときに、タイヤから逆入力を受けて転動体が両ねじ溝間でがたつき、騒音が発生してしまう。一方、バックラッシを詰めると、転動体の転がり摩擦抵抗等が増大してトルクロスが大きくなるので、操舵捕助力を転舵軸に良好に伝達できない虞がある。
【０００７】
そこで、特許文献３記載の構成を用いて、トルクロスの増大を抑えつつ、転動体のがたつきによる騒音を低減することが考えられる。しかしながら、この場合、転動体を良好に２点接触させるために、転動体が接触し得る全域に亘って雄ねじ溝のリードを精度よく一定にする必要があり、製造コストが極めて高くついてしまう。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、騒音を低減することができ、かつトルクロスの増大を最小限に抑えることのできる安価な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。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１発明は、操舵補助用の電動モータと、上記電動モータの出力軸と同伴回転可能に連結される回転筒、この回転筒に包囲され転舵軸と一体に軸方向に移動可能なねじ軸、および、回転筒の内周に形成される雌ねじ溝とねじ軸の外周に形成される雄ねじ溝との間に介在する転動体を含み、回転筒の回転をねじ軸の軸方向移動に変換する運動変換機構とを備える電動パワーステアリング装置において、上記ねじ軸は、操舵中立位置で転動体を介して回転筒に螺合する部分を含む第１領域と、この第１領域を挟んだ両側に位置する第２領域とを含み、上記雄ねじ溝は、第１領域に対応して雌ねじ溝よりも短いリードに形成される短リード部と、第２領域に対応して雌ねじ溝と概ね等しいリードに形成される通常リード部とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、雄ねじ溝の短リード部の軌道を雌ねじ溝の軌道に対して軸長方向に位置ずれさせることができ、操舵中立時における回転筒とねじ軸との螺合部分のバックラッシを詰めることができる。これにより、例えば砂利道等の悪路を直進走行しているときに、タイヤからの逆入力に起因して転動体が両ねじ溝間でがたつくことを防止でき、騒音を格段に低減することができる。
また、転舵時に転動体を介して回転筒と螺合する部分である、ねじ軸の第２領域に通常リード部を設けているので、転舵時における回転筒とねじ軸との螺合部分のバックラッシを、通常の運動変換機構と同様にできる。したがって、操舵補助力を転舵軸に付与する際のトルクロスの増大を最小限に抑えることができる。さらに、雄ねじ溝の一部分のリードを変更するのみでよく、極めてコスト安価である。
【００１０】
第２発明は、第１発明において、上記短リード部のリードと通常リード部のリードとの差は、０μｍより大きく２０μｍ以下で設定されることを特徴とする。本発明によれば、転動体のがたつきによる騒音、およびトルクロスの増大を良好に防止できる。
第３発明は、第１または第２発明において、上記転舵軸を軸方向に駆動するための回転操作部材をさらに備え、上記第１領域は、回転操作部材の左右９０度の操作範囲に相当することを特徴とする。本発明によれば、走行中に比較的多く使用される回転操作部材の操作範囲おいて、転動体のがたつきを良好に防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式的断面図である。図１を参照して、本電動パワーステアリング装置１は、回転操作部材としてのステアリングホイール等の操舵部材２に連なる第１の操舵軸３と、中間軸４を介して舵取機構５に連なる第２の操舵軸６と、第１および第２の操舵軸３、６を同軸的に連結するトーションバー７と、このトーションバー７を介する第１および第２の操舵軸３、６の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ８と、トルクセンサ８により検出されるトルクや車速センサ９により検出される車速等に基づいて制御部１０により駆動制御される操舵補助用の電動モータ１１とを備える。
【００１２】
舵取機構５は、中間軸４に連結されるピニオン軸１２の端部に設けられるピニオン１３と、このピニオン１３に噛み合い、転舵輪１４を転舵するための転舵軸１５と、転舵軸１５の両端にタイロッド１６を介して連結され、転舵輪１４を支持するナックルアーム１７とを備える。
操舵部材２の回転に伴う転舵軸１５の軸方向の駆動により、ナックルアーム１７が回動され、転舵輪１４の転舵が達成される。操舵部材２は、その操舵中立位置、すなわち車両の直進時の位置を中心として、左右それぞれの方向に最大で例えば５４０度回転できるようになっており、転舵軸１５は、操舵中立位置を中心として、軸方向両側のそれぞれの方向に、最大で例えば７５ｍｍ移動できるようになっている。すなわち、操舵部材２は、例えばロックトゥーロックが例えば３回転であり、このロックトゥーロックに対応する転舵軸１５のストロークは、例えば１５０ｍｍである。
【００１３】
転舵軸１５は図示しない軸受を介して、ハウジング１８に軸方向に移動自在に、かつ回転不能に支持されている。また、電動モータ１１のハウジングの一端部は、ハウジング１８の連結口１９に嵌合され、図示しない固定ねじ等によりハウジング１８に固定されている。
電動モータ１１の出力、すなわち、電動モータ１１の出力軸２０の回転は、この出力軸２０に連結軸２１を介して連結された小歯車２２、およびこの小歯車２２に噛み合い転舵軸１５を包囲する大歯車２３を含む減速機構２４に伝えられるようになっている。
【００１４】
減速機構２４に伝えられた電動モータ１１の出力は、さらに、この減速機構２４の大歯車２３と一体回転する回転筒２５を含みこの回転筒２５の回転を後述するねじ軸２９の軸方向移動に変換する運動変換機構としてのボールねじ２６に伝えられ、転舵軸１５に操舵捕助力が与えられるようになっている。
具体的には、電動モータ１１の出力軸２０には、例えばスプラインを用いる継手２７を介して連結軸２１の一端部が一体回転可能に連結されている。連結軸２１は、軸受２８を介してハウジング１８に回転自在に支持されている。連結軸２１の他端部には、例えばかさ歯車機構からなる前述の減速機構２４の小歯車２２が一体回転可能に連結されている。
【００１５】
ボールねじ２６は、ボールナットからなる前述の回転筒２５と、転舵軸１５の一部に形成され、この転舵軸１５と一体に軸方向に移動可能なねじ軸２９と、例えばボールからなる複数の転動体３０とを備える。
回転筒２５の外周には、大歯車２３が図示しないキー等を介して固定されている。この回転筒２５は、大歯車２３等を介して、電動モータ１１の出力軸２０と同伴回転可能に連結されている。回転筒２５の両端部は、一対の軸受３１、３２を介してハウジング１８に回転自在に支持されると共に、上記軸受３１、３２によって、対応する軸方向への移動を規制されている。
【００１６】
この回転筒２５の内周には、雌ねじ溝３３が形成されており、ねじ軸２９を包囲している。この雌ねじ溝３３のリードＬ１は、例えば５〜１０ｍｍ（本実施の形態では、７．３ｍｍ）に設定される。回転筒２５の雌ねじ溝３３とねじ軸２９の外周に形成される雄ねじ溝３４により、螺旋軌道Ｓが形成されている。
転動体３０は、これら雄ねじ溝３４と雌ねじ溝３３との間、すなわち螺旋軌道Ｓ内に介在し、図示しないチューブ等を介してこの循環軌道Ｓ内を循環されるようになっている。なお、螺旋軌道Ｓ内における転動体３０の巻き数は、例えば１．５〜３．５（本実施の形態では、２．５）である。
上記の構成により、回転筒２５とねじ軸２９とは転動体３０を介して螺合し、回転筒２５の回転に伴いねじ軸２９が軸方向に移動する。
【００１７】
ねじ軸２９は、全長Ｂが例えば６８０ｍｍに設定され、このねじ軸２９の軸方向の例えば中間部３５が、操舵中立時における回転筒２５との螺合部分とされている。
図２は、転舵軸１５のねじ軸２９の模式的な部分正面図である。図２を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、雄ねじ溝３４が、ねじ軸２９の中間部３５を中心とする第１領域Ｒ１に対応して回転筒２５の雌ねじ溝３３のリードＬ１（図１参照）よりも短いリードＬ２（Ｌ１＞Ｌ２）に形成される短リード部３７と、第１領域Ｒ１を挟んだ両側に位置する第２領域Ｒ２に対応して雌ねじ溝３３のリードＬ１と概ね等しいリードＬ３に形成される通常リード部４０とを含んでいる点にある。
【００１８】
具体的には、ねじ軸２９の軸方向に関する第１領域Ｒ１の長さＣは、例えば２５ｍｍ〜７５ｍｍ（本実施の形態において、５０ｍｍ）に設定される。この長さＣは、操舵部材２の左右４５度〜１３５度（本実施の形態において、９０度）の操作範囲に対応するねじ軸２９のストロークに相当する。また、ねじ軸２９の第１領域Ｒ１以外の領域が、第２領域Ｒ２とされている。
通常リード部４０のリードＬ３と短リード部３７のリードＬ２との差は、例えば０μｍより大きく２０μｍ以下（本実施の形態では、１０μｍ）で設定されている。すなわち、短リード部３７のリードＬ２は、通常リード部４０のリードＬ３に対して、最大で短リード部を設けない場合のボールねじのバックラッシに相当する量だけ短いものとなっている。
【００１９】
短リード部３７と通常リード部４０とは、リードが連続的に変化する部分４１を介して互いに接続されており、転動体３０（図１参照）がこれら短リード部３７および通常リード部４０間を滑らかに転動できるようになっている。
図３（Ａ）は、回転筒２５とねじ軸２９の通常リード部４０との螺合の様子を示す一部断面図であり、図３（Ｂ）は、回転筒２５とねじ軸２９の短リード部３７との螺合の様子を示す一部断面図である。図３（Ａ）を参照して、雄ねじ溝３４と雌ねじ溝３３は、転動体３０の外形よりも大きい曲率を有している。
【００２０】
このため、操舵部材２の回転操作量が左右９０度より大きい場合、すなわち、回転筒２５が転動体３０を介して雄ねじ溝３４の通常リード部４０と螺合している場合、両ねじ溝３３、３４と転動体３０との間には、バックラッシＤが存在し、転動体３０が遊動可能となっている。
これに対し、図３（Ｂ）に示すように、操舵部材２の回転操作量が左右９０度以下である場合や零である場合、すなわち、回転筒２５が転動体３０を介して雄ねじ溝３４の短リード部３７と螺合している場合、両ねじ溝３３、３４の相対向する部分が軸長方向に位置ずれし、上記のバックラッシＤが詰められる。
【００２１】
図４（Ａ）は、操舵角θ（操舵部材２の回転操作量）と、雄ねじ溝３４のリードの関係を示すグラフ図であり、図４（Ａ）に示されるように、雄ねじ溝３４のリードは、前述したように、第１領域Ｒ１（左９０度≦θ≦右９０度）において、第２領域Ｒ２よりも小さく設定されている。
そして、図４（Ｂ）に示すように、両ねじ溝３３、３４と転動体３０とのバックラッシが、第１領域Ｒ１において、第２領域Ｒ２よりも小さく設定されている。
【００２２】
このように、本実施の形態によれば、雄ねじ溝３４の短リード部３７の軌道を雌ねじ溝３３の軌道に対して軸長方向に位置ずれさせることができ、操舵中立時や操舵角が比較的小さい場合における回転筒２５とねじ軸２９との螺合部分のバックラッシを詰めることができる。これにより、例えば砂利道等の悪路を直進走行しているときに、転舵輪１４からの逆入力に起因して転動体３０が両ねじ溝３３、３４間でがたつくことを防止でき、騒音を格段に低減することができる。
【００２３】
また、転舵時に転動体３０を介して回転筒２５と螺合する部分である、ねじ軸２９の第２領域Ｒ２に通常リード部４０を設けているので、転舵時における回転筒２５とねじ軸２９との螺合部分のバックラッシを、通常の運動変換機構と同様にできる。したがって、操舵補助力を転舵軸１５に付与する際のトルクロスの増大を最小限に抑えることができる。なお、悪路走行時であっても、操舵中であっても、回転筒２５やねじ軸２９が電動モータ１１からの動力を伝達しているときは、騒音が発生し難いので、上記のようにバックラッシが大きくても問題は無い。さらに、雄ねじ溝３４の一部分のリードを変更するのみでよく、極めてコスト安価である。
【００２４】
また、短リード部３７のリードＬ２を、通常リード部４０のリードＬ３よりも例えば０〜２０μｍ短く設定することで、転動体３０のがたつきによる騒音、および転動体３０の転がり摩擦抵抗等に起因するトルクロスの増大を良好に防止できる。
さらに、第１領域Ｒ１の長さＣを、操舵部材２の左右９０度の操作範囲に相当するように設定することにより、車両の走行中に比較的多く使用される操舵部材２の操作範囲おいて、転動体３０のがたつきを良好に防止できる。
【００２５】
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、電動モータ１１とボールねじ２６とを非同軸上に配置する構成に代えて、電動モータとボールねじとを同軸上に配置し、電動モータの出力軸を、直接ボールねじの回転筒に連結する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】転舵軸のねじ軸の模式的な部分正面図である。
【図３】（Ａ）は、回転筒とねじ軸の通常リード部との螺合の様子を示す一部断面図であり、（Ｂ）は、回転筒とねじ軸の短リード部との螺合の様子を示す一部断面図である。
【図４】（Ａ）は、操舵角（操舵部材の回転操作量）と、雄ねじ溝のリードの関係を示すグラフ図であり、（Ｂ）は、操舵角とバックラッシの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１電動パワーステアリング装置
２操舵部材（回転操作部材）
１１電動モータ
１５転舵軸
２０出力軸
２５回転筒
２６ボールねじ（運動変換機構）
２９ねじ軸
３０転動体
３３雌ねじ溝
３４雄ねじ溝
３５中間部（回転筒に螺合する部分）
３７短リード部
４０通常リード部
Ｌ２、Ｌ３リード
Ｒ１第１領域
Ｒ２第２領域

Claims

操舵補助用の電動モータと、
上記電動モータの出力軸と同伴回転可能に連結される回転筒、この回転筒に包囲され転舵軸と一体に軸方向に移動可能なねじ軸、および、回転筒の内周に形成される雌ねじ溝とねじ軸の外周に形成される雄ねじ溝との間に介在する転動体を含み、回転筒の回転をねじ軸の軸方向移動に変換する運動変換機構とを備える電動パワーステアリング装置において、
上記ねじ軸は、操舵中立位置で転動体を介して回転筒に螺合する部分を含む第１領域と、この第１領域を挟んだ両側に位置する第２領域とを含み、
上記雄ねじ溝は、第１領域に対応して雌ねじ溝よりも短いリードに形成される短リード部と、第２領域に対応して雌ねじ溝と概ね等しいリードに形成される通常リード部とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１において、上記短リード部のリードと通常リード部のリードとの差は、０μｍより大きく２０μｍ以下で設定されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１または２において、上記転舵軸を軸方向に駆動するための回転操作部材をさらに備え、上記第１領域は、回転操作部材の左右９０度の操作範囲に相当することを特徴とする電動パワーステアリング装置。