JP4292183B2 - 自動車の電気式動力補助操向装置 - Google Patents

Description

本発明は，ベルト式電動装置を備えた自動車の電気式動力補助操向装置に関し，より詳しくは，モータ軸に自動調芯ベアリングを備えることによってベルト装着を容易にして電動装置の組立工程を単純化できるようにするベルト式電動装置を備えた自動車の電気式動力補助操向装置に関する。

一般に，自動車の動力補助操向装置としては，流圧ポンプの流圧を利用した流圧式動力補助操向装置（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）が使われているが，１９９０年代以降，電気モータを利用した電気式動力補助操向装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）が普及してきている。

従来の流圧式動力補助操向装置は，操向補助動力を供給する動力源である流圧ポンプがエンジンにより駆動されて操向ホイールの回転の可否と関係なく常にエネルギーを消耗する。これに対し，電気式動力補助操向装置は，操向ホイールの回転により操向トルクが発生すると，モータが発生した操向トルクに比例する操向補助動力を供給する。したがって，電気式動力補助操向装置を使用する場合には，流圧式動力補助操向装置を使用する場合に比べてエネルギー効率を向上させることができる。

図１は，従来技術にかかる自動車の電気式動力補助操向装置を示す構成図である。

図１に示すように，一般的に自動車の電気式動力補助操向装置は，操向ホイール１１から両側輪１８まで繋がる操向システム１０および操向システム１０に操向補助動力を供給する補助動力機構２０を含んで構成される。

操向システム１０は，一端（図１上部側）が操向ホイール１１に連結され，他端（図１下部側）が一対のユニバーサルジョイント１３を介してピニオン軸１４に連結されて，操向ホイール１１と共に回転する操向軸１２を備える。また，ピニオン軸１４は，ラック−ピニオン機構部１５を介してラックバー１９に連結されている。ラックバー１９の両端は，タイロッド１６およびナックルアーム１７を介して，自動車の車輪１８に連結される。

ラック−ピニオン機構部１５は，ピニオン軸１４の他端（図１下部側）に形成されるピニオンギア１５aとラックバー１９の外周面の一側に形成されているラックギア１５ｂとが互いに噛合するように形成され，ラック−ピニオン機構部１５を介してピニオン軸１４の回転運動がラックバー１９の直線運動に変換される。したがって，運転者が操向ホイール１１を操作すればピニオン軸１４が回転し，ピニオン軸１４の回転によってラックバー１９が軸方向に直線運動をし，ラックバー１９の直線運動がタイロッド１６およびナックルアーム１７を介して車輪１８を操向することになる。

補助動力機構２０は，運転者が操向ホイール１１に与える操向トルクを感知して，感知された操向トルクに比例する電気信号を出力するトルクセンサ２１と，トルクセンサ２１から伝達される電気信号に基づいて制御信号を発生する電子制御装置（ＥＣＵ： Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２３と，電子制御装置２３から伝達された制御信号に基づいて補助動力を発生させるモータ３０と，モータ３０から発生した補助動力をベルトを介してラックバー１９に伝達するベルト式電動装置４０とを含んで構成される。

したがって，電気式動力補助操向装置は，操向ホイール１１の回転により発生した操向トルクがラック−ピニオン機構部１５を経てラックバー１９に伝達され，発生した操向トルクによりモータ３０から発生した補助動力がベルト式電動装置４０およびボールスクリュー部５０を経てラックバー１９に伝達されるように構成される。すなわち，操向システム１０から発生した操向トルクとモータ３０から発生した補助動力が合わせられてラックバー１９を軸方向に運動するようにする。

図２は，従来技術にかかる自動車の電気式動力補助操向装置の部分断面図である。

図２に示すように，従来技術にかかる自動車の電気式動力補助操向装置は，自動車の横方向（図２紙面水平方向）に延びて，外周面の一側にラックギアを備えるラックバー１９と，ラックギアと噛合するピニオンギアを他端（図２下部側）に備えるピニオン軸１４と，ボール５１を介してボールスクリュー５３と噛合するボールナット５５から構成されるボールスクリュー部５０と，ボールナット５５およびモータ軸６１が互いに連結されるようにするベルト式電動装置４０と，モータ３０とを含んで構成される。

ピニオン軸１４は，操向側を介して操向ホイールに連結されている。ラックバー１９は，外周面の一側に一定の長さのスクリューが形成されており，ラックハウジング６３に内蔵される。また，ラックハウジング６３は，ラックギア側の第１ハウジング６５とモータ側の第２ハウジング６７とから構成される。

ベルト式電動装置４０は，モータ軸６１およびボールナット５５を連結するベルト６９を含んで形成され，操向ホイールに加えられた操向トルクに比例してモータ３０から発生する補助動力を，ボールナット５５を介してラックバー１９に伝達する。

このようなベルト式電動装置４０は，モータ軸６１，ボールナット５５およびラックバー１９が平行した状態を維持しなければモータ３０から発生した動力をラックバー１９に最大限伝達することができない。また，ベルト６９がモータ軸６１とボールナット５５に軽く結合されないと充分動力が伝達できない。

したがって，従来では，モータ軸６１とボールナット５５とが平行となる位置に位置させると共に，ベルト６９を軽く連結させるためにモータ軸６１とボールナット５５が相対的に移動できる構造を採択していた。

すなわち，モータ軸６１とボールナット５５とを互いに近接させてベルト６９を結合し，ベルト６９の結合後には，モータ軸６１とボールナット５５が互いに遠ざかるようにして，ベルト６９に張力を与える方式を採択したものであった。

しかしながら，このような従来技術では，ベルト式電動装置の構造が複雑になる一方，部品数が多くなり，それによって組立工程が複雑になって，結果的にコスト高となる問題があった。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，ベルト式電動装置の構造を簡単にして，部品数を減少させることの可能な，新規かつ改良された自動車の電気式動力補助操向装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，自動車の操向ホイールに連結されるピニオン軸と，外周面にボールスクリューが形成されているラックバーと，操向補助動力を発生するモータとを備える自動車の電気式動力補助操向装置が提供される。自動車の電気式動力補助操向装置は，モータのモータ軸に備えられるモータプーリと，モータ軸およびモータプーリを囲むモータプーリハウジングと，モータ軸の一端に設けられ，モータ軸の外周面とモータプーリハウジングの内周面との間に備えられる自動調芯ベアリングと，ボールを介してボールスクリューと噛合するように形成されるボールナットと，ボールナットの外周面に備えられるボールナットプーリと，モータプーリおよびボールナットプーリを連結するベルトとを含むことを特徴とする。

また，モータプーリおよびボールナットプーリの外周面に凹凸を形成し，ベルトの内周面にモータプーリおよびボールナットプーリに形成された凹凸に各々噛合する凹凸を形成することもできる。

モータ軸の他端の外周面とモータプーリハウジングとの間には，ベアリングを備えることもできる。また，モータ軸の他端は，略テーパ形状に形成してもよい。

このような構成とすることにより，モータ軸に自動調芯ベアリングを使用することによってベルト式電動装置の構造を簡単にし，部品数を減らし，自動車の電気式動力補助操向装置の製作単価を縮小することができる。

以上説明したように本発明によれば，ベルト式電動装置の構造を簡単にして部品数を減少させることの可能な，自動車の電気式動力補助操向装置を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず，図３に基づいて，本発明の第１の実施形態にかかるベルト式電動装置について説明する。ここで，図３は，本実施形態にかかるベルト式電動装置を示す断面図である。

図３に示すように，本実施形態にかかるベルト式電動装置は，電動装置ハウジング３０１と，電動装置ハウジング３０１に内蔵され，回転可能な駆動軸３０３と，駆動軸３０３の一端の外周面と電動装置ハウジング３０１の内周面との間に備えられる自動調芯ベアリング３０５と，駆動軸３０３と所定距離離隔されて設けられ，回転可能な縦動軸３０７と，駆動軸３０３および縦動軸３０７を連結するベルト２２９とを含んで構成される。

電動装置ハウジング３０１は，駆動軸３０３および縦動軸３０７をはじめとするベルト式電動装置の構成部品を囲むものであって，外部の衝撃やホコリなどからベルト式電動装置の構成部品を保護して円滑に駆動できるようにする。

電動装置ハウジング３０１は，ベルト式電動装置の製作および組立の便宜上，駆動軸３０３と縦動軸３０７を各々囲む２つ以上の部分ハウジングに分けることもできる。また，電動装置ハウジング３０１は，例えば一定の剛性を有する金属材質からなることが望ましい。

駆動軸３０３は，直径が一定の円筒形状の回転軸であって，入力される回転力を縦動軸３０７に伝達する。駆動軸３０３の入力側には，モータを始めとする各種アクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ，図示せず。）が連結されて駆動軸３０３を回転させる。

駆動軸３０３の出力側端部３０４の外周面と電動装置ハウジング３０１の内周面との間には，ベアリング３０９が備えられており，駆動軸３０３を回転可能に支持する。ベアリング３０９としては，例えばボールベアリングを使用することができる。

また，駆動軸３０３の出力側端部３０４がテーパ形状となっているので，駆動軸３０３にベルト２２９を連結させた後，駆動軸３０３をベアリング３０９に容易に挿入できるので，製作工程が簡素化するという効果が得られる。

また，駆動軸３０３には，駆動プーリ３１１が形成されている。駆動プーリ３１１は，駆動軸３０３の外周面を囲むように形成され，ベルト２２９が駆動プーリ３１１の外周面と接触しながら運動することによって，駆動軸３０３の回転力を縦動軸３０７に伝達する。駆動プーリ３１１は，駆動軸３０３と一体形成することができ，駆動プーリ３１１の外周面およびベルト２２９の内周面に凹凸を形成することにより，ベルト２２９を駆動プーリ３１１に密着させることができる。

自動調芯ベアリング３０５は，駆動プーリ３１１と所定距離離隔されて，駆動軸３０３の外周面と電動装置ハウジング３０１の内周面との間に備えられるものであって，外輪３１３および内輪３１５を含んで構成される。

外輪３１３は，内輪３１５の外周面を囲む一方，電動装置ハウジング３０１の内周面に取り付けられて自動調芯ベアリング３０５の位置を固定させる。また，外輪３１３の内周面は，内輪３１５の内周面と同様に略半球面からなる。

内輪３１５は，外周面の形状が略半球面に形成されている。したがって，一般的なベアリングの内輪がベアリング中心軸を中心とする円運動しかできないことに対し，自動調芯ベアリング３０５の内輪３１５は，外輪３１３の内周面と接触しながら全ての方向に回転自在である。なお，自動調芯ベアリングの構造と機能に関しては既に公知の内容であるので，より詳細な説明は省略する。

縦動軸３０７は，駆動軸３０３から伝達された回転力を出力する装置であって，駆動軸３０３と所定距離離隔されて設けられ，駆動軸３０３からの回転力がベルト２２９を介して伝達される。

また，縦動軸３０７には縦動プーリ３１７が形成されている。縦動プーリ３１７は，縦動軸３０７の外周面を囲むように形成され，駆動軸３０３に連結されるベルト２２９が縦動プーリ３１７の外周面と接触しながら運動することによって，縦動軸３０７に回転力を伝達する。縦動プーリ３１７の外周面およびベルト２２９の内周面に凹凸を形成して，ベルト２２９を縦動プーリ３１７に密着させることもできる。

ベルト２２９は，駆動軸３０３と縦動軸３０７とを連結して，駆動軸３０３から発生する回転力を縦動軸３０７に伝達する装置であって，１つ以上備えられることができる。ベルト２２９は，例えば，金属やプラスチックなどの多様な材質で作られることができる。また，ベルト２２９の内周面には，駆動軸３０３や縦動軸３０７に形成された凹凸に噛合する凹凸を形成することができる。

図４Ａ，４Ｂおよび４Ｃは，各々自動調芯ベアリングを備えた駆動軸にベルトを連結する過程を示す概略図である。

自動調芯ベアリング３０５を備えた駆動軸３０３にベルト２２９を連結する場合，自動調芯ベアリング３０５の外輪３１３が固定された状態で内輪３１５が回転自在であるので，図４Ａに示すように，駆動軸３０３を縦動軸３０７方向に傾くようにすることができる。そして，図４Ｂに示すように，駆動軸３０３にベルト２２９を連結した後，図４Ｃに示すように，駆動軸３０３をまた縦動軸３０７に平行した位置に復帰させることができる。

（第２の実施形態）
次に，図５および図６に基づいて，本発明の第２の実施形態にかかる自動車の電気式動力補助操向装置について説明する。ここで，図５は，本実施形態にかかる自動車の電気式動力補助操向装置の構成図である。また，図６は，本実施形態にかかる自動車の電気式動力補助操向装置を示す部分断面図である。

図５および図６に各々示すように，本実施形態にかかる自動車の電気式動力補助操向装置は，自動車の操向ホイール１０１と，操向ホイール１０１に連結され，一端（図５下部側）にピニオンギア１１１が形成されているピニオン軸１０４と，自動車の車輪１０８に連結され，一側にはピニオンギア１１１と噛合するラックギア１１２が形成され，他側にはボールスクリュー２０３が形成されているラックバー１０９と，操向ホイール１０１により発生した操向トルクに比例する操向補助動力を発生するモータ１３０と，モータ軸２２１に備えられるモータプーリ６０１と，モータ軸２２１およびモータプーリ６０１を囲むモータプーリハウジング６０３と，モータ軸２２１の一端の外周面とモータプーリハウジング６０３の内周面との間に備えられる自動調芯ベアリング３０５と，ボール２０１を介してラックバー１０９のボールスクリュー２０３と噛合するように形成されるボールナット２０５と，ボールナット２０５の外周面に備えられるボールナットプーリ６０２と，モータプーリ６０１およびボールナットプーリ６０２を連結するベルト２２９と，を含んで構成される。

ピニオン軸１０４は，操向軸１０２を介して操向ホイール１０１に連結され，一側にピニオンギア１１１が形成されている。

ラックバー１０９は，両端がタイロッド１０６およびナックルアーム１０７を介して自動車の車輪１０８に連結され，ラックハウジングに内蔵される。また，ピニオンギア１１１と噛合するラックギア１１２がラックバー１０９の一側に形成されており，ラックバー１０９の両端内側の所定位置には，潤滑剤の漏れを防止するためのシール（Ｓｅａｌ）が設けられる。

また，ラックバー１０９は，ベルト２２９を介してモータ軸２２１から動力が伝達され，ラックバー１０９の他側外周面には，一定の長さの螺旋形溝であるボールスクリュー２０３が形成されている。

ボールナット２０５は，ボール２０１を介してボールスクリュー２０３と噛合して，ラックバー１０９の外周面を囲むように形成される。

ボールナットプーリ６０２は，ボールナット２０５の外周面に形成されており，ボールナットプーリ６０２を介してベルト２２９とボールナット２０５とが連結される。一方，ボールナットプーリ６０２は，ボールナット２０５と一体形成することができる。また，ボールナットプーリ６０２の外周面には，凹凸が形成することができる。

モータ１３０は，モータハウジング６１１と，モータハウジング６１１に内蔵される円筒形の固定子（図示せず。）と，固定子（図示せず。）の内側に形成される回転子（図示せず。）と，回転子（図示せず。）に結合されるモータ軸２２１と，を含んで構成される。

モータ軸２２１は，ラックバー１０９に対して平行に配置されている。モータ軸２２１の一側には，自動調芯ベアリング３０５が結合されているので，モータ軸２２１にベルト２２９を連結する場合，モータ軸２２１をラックバー１０９側に傾けることができ，モータ軸２２１にベルト２２９を連結した後には，モータ軸２２１をラックバー１０９に対して平行な位置に復元させることができる。

また，モータ軸２２１の左側端６２８はテーパ形状を有しており，モータプーリハウジング６０３に設けられているベアリング３０９により回転可能に支持される。このようなベアリング３０９としては，例えばボールベアリングを使用できるが，本発明はこれに限定されない。

モータプーリ６０１は，モータ軸２２１の左側端６２８に形成されており，モータプーリ６０１にベルト２２９が連結されることによってモータ１３０から発生した補助動力がラックバー１０９に伝達される。モータプーリ６０１は，モータ軸２２１と一体形成することができる。また，モータプーリ６０１の外周面には，凹凸を形成することができる。

ベルト２２９は，モータプーリ６０１およびボールナットプーリ６０２を連結してモータ１３０から発生した補助動力をラックバー１０９に伝達する役割をする。必要によって，ベルト２２９の内周面に，モータプーリ６０１やボールナットプーリ６０２の外周面に形成されている凹凸と噛合する凹凸を形成することにより，ベルト２２９がモータプーリ６０１やボールナットプーリ６０２に密着して駆動されるようにすることができる。

その他の構成および作用は，本発明の第１の実施形態と同一であるので，同一な構成要素に対しては同一な符号を与えて，その詳細な説明および作用の説明は省略する。

このように，上記実施形態のように自動車の電気式動力補助操向装置を構成することにより，モータ軸に自動調芯ベアリングを使用することによってベルト式電動装置の構造を簡単にすることができ，部品数を減少させることができる。この結果，自動車の電気式動力補助操向装置の製作単価を低減することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，自動車の電気式動力補助操向装置に適用可能であり，特に，ベルト式電動装置を備えた自動車の電気式動力補助操向装置に適用可能である。

従来の自動車の電気式動力補助操向装置を示す構成図である。 従来の自動車の電気式動力補助操向装置の部分断面図である。 本発明の第１の実施形態にかかるベルト式電動装置を示す断面図である。 自動調芯ベアリングを備えた駆動軸にベルトを連結する過程を示す概略図である。 自動調芯ベアリングを備えた駆動軸にベルトを連結する過程を示す概略図である。 自動調芯ベアリングを備えた駆動軸にベルトを連結する過程を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態にかかる自動車の電気式動力補助操向装置の構成図である。 本発明の第２の実施形態にかかる自動車の電気式動力補助操向装置を示す部分断面図である。

符号の説明

２２１ モータ軸
２２９ ベルト
３０１ 電動装置ハウジング
３０３ 駆動軸
３０４ 出力側端部
３０５ 自動調芯ベアリング
３０７ 縦動軸
３０９ ベアリング
３１１ 駆動プーリ
３１３ 外輪
３１５ 内輪
６０１ モータプーリ
６０２ ボールナットプーリ
６０３ モータプーリハウジング

Claims (2)

1. 自動車の操向ホイールに連結されるピニオン軸と，外周面にボールスクリューが形成されているラックバーと，操向補助動力を発生するモータとを備える前記自動車の電気式動力補助操向装置であって：
   前記モータのモータ軸に備えられるモータプーリと；
   前記モータ軸および前記モータプーリを囲むモータプーリハウジングと；
   前記モータ軸と前記モータプーリハウジングとの間に備えられる一組のベアリングと；
   ボールを介して前記ボールスクリューと噛合するように形成されるボールナットと；
   前記ボールナットの外周面に備えられるボールナットプーリと；
   前記モータプーリおよび前記ボールナットプーリを連結するベルトと；
   を備え，
   前記一組のベアリングは，出力側端部側に設けられるベアリングと，前記出力側端部とは反対側に設けられる自動調芯ベアリングとからなり，
   前記モータプーリおよび前記ボールナットプーリの外周面には，凹凸が形成され，
   前記ベルトの内周面には，前記モータプーリおよび前記ボールナットプーリに形成された凹凸に各々噛合する凹凸が形成されることを特徴とする，自動車の電気式動力補助操向装置。
2. 前記モータ軸の一端は，略テーパ形状であることを特徴とする，請求項１に記載の自動車の電気式動力補助操向装置。
   

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