JP4775219B2

JP4775219B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4775219B2
Application number: JP2006268793A
Authority: JP
Inventors: 健太郎工藤; 公一牧野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008087563A

Description

本発明は、ボールねじ装置を備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

一般に、電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトの回転によって軸方向移動されるラック軸と、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてモータシャフトを回転駆動する電動モータと、モータシャフトの回転運動をラック軸の軸方向運動に変換するボールねじ装置とを備えている。

ところで、ラック軸と同軸的に電動モータを配設したラック同軸型電動パワーステアリング装置においては、例えば、特許文献１に記載されているように、ラック軸にボールねじ軸を一体に設け、このボールねじ軸に転動ボールを介して螺合するボールナットを、締付けナットによってモータシャフトの一端に一体的に固定するようになっている。

この種の電動パワーステアリング装置においては、締付けナットによってボールナットは、通常の操舵負荷に十分に耐え得る締付け力でモータシャフトに固定されているが、不測の事態によってボールナットに過度の負荷が作用した場合に締付けナットが緩んでも、ボールナットがモータシャフトに対して回転して操舵ができなくなることが生じないように、かしめ等によってボールナットをモータシャフトに固定するフェールセーフ対応が必要となる。

かかるフェールセーフ対応の１つの手段として、例えば、図７に示すように、ボールナット１の一端側外周の円周上１か所には、ボールナット１を加工するための加工基準としてキー溝２が設けられるため、このキー溝２を利用して、ボールナット１をモータシャフト３に装着した後に、ボールナット１のキー溝２に対応するモータシャフト３の外周位置Ｐ１よりポンチを打ち込んで、モータシャフト３の内周の一部を内方に変形させ、この変形部をボールナット１のキー溝２に食い込ませることにより、ボールナット１がモータシャフト３に対して相対回転できないようにすることが考えられる。
特開２００１−９７２３２号公報

ところで、この種の電動パワーステアリング装置においては、通常、ボールねじ軸５とボールナット１との間に介在される転動ボール６を循環するためのデフレクタ７が、ボールナット１の円周方向に等角度間隔に、かつボールナット１の軸線方向に間隔を有して通常４か所に装着される。そして、ボールナット１の軸線方向の両端に配置されたデフレクタ７とボールナット１の軸端までの距離は僅かしかなく、これら両端に配置されたデフレクタ７と同位相にキー溝を形成することはスペース上困難であるため、キー溝２は、両端に配置されたデフレクタ７と１８０度位相の異なる角度位置に形成するのが最も合理的である。

しかしながら、キー溝２が、端部に配置されたデフレクタ７と１８０度位相の異なる角度位置に配置されていると、モータシャフト３の外周よりポンチを打ち込んで、ボールナット１をモータシャフト３に相対回転できないように結合すると、キー溝２と直径方向に対向するデフレクタ７、すなわち、上記した端部に配置されたデフレクタ７を通過する転動ボール７の循環に少なからず影響し、これにより作動音が発生する原因の１つであることが本件出願の発明者等によって知見された。

この理由は、モータシャフト３の外周位置Ｐ１よりポンチを打ち込むと、図７に示すように、モータシャフト３、延いてはボールナット１が僅かではあるが楕円状に変形し、キー溝２と直径方向に対向するデフレクタ７とボールねじ軸５との間の隙間が僅かに縮小することが、１つの要因ではないかと推測される。なお、図７においては、理解を容易にするために、ボールナット１の変形を誇張して示しているが、実際上は数ミクロンのオーダの僅かな変形である。

本発明は、上記した従来の問題点に着目してなされたもので、ポンチによるモータシャフトへのボールナットの結合時に、ボールナットが変形しても、デフレクタを循環する転動ボールの転動作用に影響を及ぼさないようにした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に記載の発明の特徴は、ギヤハウジングと、該ギヤハウジングに軸方向に移動可能に貫挿されラックピニオン機構を介して入力軸に連結されるラック軸と、該ラック軸と同軸的に前記ギヤハウジング内に配置された電動モータと、該電動モータの回転出力を前記ラック軸の軸方向運動に変換するボールねじ装置とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記ボールねじ装置は、前記ラック軸に一体に設けられたボールねじ軸と、前記電動モータによって回転されるモータシャフトに装着され前記ボールねじ軸に転動ボールを介して螺合するボールナットと、前記モータシャフトに螺合され前記ボールナットを前記モータシャフトの端面に締付ける締付けナットとを備え、前記ボールナットの外周一部にキー溝を形成し、前記モータシャフトの外周より前記ボールナットの前記キー溝に向けてポンチを打ち込んで前記モータシャフトの内周を変形させて前記ボールナットの前記キー溝に係合させるとともに、前記デフレクタを、前記ボールナットの円周方向に等角度間隔に、かつ前記ボールナットの軸線方向に間隔を有して装着し、前記ボールナットに形成したキー溝に対して、前記ボールナットの一端部に装着された前記デフレクタを直径方向に対向しない角度位置に配置したことである。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１において、前記ボールナットに形成したキー溝に対して、前記ボールナットの一端部に装着された前記デフレクタを９０度異なる角度位置に配置したことである。

請求項１に係る発明によれば、デフレクタを、ボールナットの円周方向に等角度間隔に、かつボールナットの軸線方向に間隔を有して装着された複数のデフレクタのうちのボールナットのキー溝側に対応するデフレクタを、キー溝と直径方向に対向しない角度位置に配置したので、モータシャフトの外周よりボールナットのキー溝に向けてポンチを打ち込むことにより、仮にボールナットが変形しても、デフレクタを循環する転動ボールの転動作用への影響を少なくすることができる。

請求項２に係る発明によれば、ボールナットに形成したキー溝を、ボールナットの一端部に装着されたデフレクタと９０度異なる角度位置に配置したので、モータシャフトの外周よりボールナットのキー溝に向けてポンチを打ち込むことによる影響を最少に抑えることができる。

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、本実施の形態のデフレクタ式ボールねじ装置を備えた電動式パワーステアリング装置１０の全体を示すもので、当該電動式パワーステアリング装置１０は、車両の左右方向に延在して配設されたハウジング１１を備え、ハウジング１１には、図略のステアリングホイールによって回転されるピニオン軸１２と、ピニオン軸１２に噛合うラック歯１３ａを形成したラック軸１３と、ラック軸１３と同軸的に配設した電動モータ１４と、電動モータ１４の回転運動をラック軸１３の軸方向運動に変換するボールねじ装置１５等が備えられている。

ハウジング１１は、円筒状のモータハウジング１６と、モータハウジング１６の両端に同軸上に嵌合された中空状のラックハウジング１７、１８からなり、ラックハウジング１７、１８に形成された取付部１７ａ、１８ａを介して図略の車体ボディに支持されるようになっている。

ハウジング１１には、ラック軸１３が軸方向に摺動可能に貫挿され、ラック軸１３の両端は、タイロッドを介して左右の操向車輪に連結され、ラック軸１３の軸動によって操向車輪が左右方向に操向されるようになっている。

ラック軸１３の一端にはボールねじ装置１５を構成するボールねじ軸２０が形成されている。ボールねじ装置１５は、図２に示すように、外周面に螺旋状のねじ溝２０ａを有するボールねじ軸２０と、内周面に螺旋状のねじ溝２１ａを有するボールナット２１と、ボールねじ軸２０のねじ溝２０ａとボールナット２１のねじ溝２１ａとの間で形成されるボール軌道２３内を転動する複数の転動ボール２４と、隣接する２つのねじ溝２０ａ、２１ａ間で転動ボール２４をリターンするデフレクタ２５とによって構成されている。ボールナット２１は後述する電動モータ１４のロータを構成するモータシャフト４１内に装着され、図３に示すように、締付けナット２６によるねじ締めによってモータシャフト４１に一体的に固定されている。これにより、モータシャフト４１によるボールナット２１の正逆回転によって、ボールねじ軸２０とともにラック軸１３が軸方向に往復動されるようになる。

ボールナット２１には、ねじ山を挟む２つのねじ溝２１ａに跨って斜めに略長円形状の嵌合穴３１が半径方向に貫通して形成され、嵌合穴３１は軸方向位置および周方向位置を互いに違えて円周上複数（４か所）設けられている。嵌合穴３１には段部３１ａが形成され、嵌合穴３１に後述する構成のデフレクタ２５が段部３１ａに係合する位置に装着されるようになっている。デフレクタ２５には、２つのねじ溝２１ａ間をなめらかに接続する断面が半円弧状で、長手方向に略Ｓ字状に形成されたリターン溝３５が凹設されている。

ボールナット２１へのデフレクタ２５の組込みは、デフレクタ２５をその脚部３３側よりボールナット２１の嵌合穴３１に挿入し、嵌合穴３１の段部３１ａに係合させる。その状態で、かしめ等の手段によってデフレクタ２５をボールナット２１に固着することにより、デフレクタ２５の放射方向への移動が規制されるようになっている。この状態においては、デフレクタ２５は、図２に示すように、隣接するねじ溝２１ａ間に跨ってねじ溝２１ａと交差するように配置される。

これにより、デフレクタ２５を装着したボールナット２１にボールねじ軸２０が組み込まれると、リターン溝３５の両端部がボールねじ軸２０とボールナット２１とのねじ溝２０ａ、２１ａ間になめらかに接続される。これによって、転動ボール２４をボールねじ軸２０とボールナット２１間の無限状のボール軌道２３を循環するボール循環通路４０が構成される。そして、このボール循環通路４０は軸方向に複数組（４組）並設され、ボールねじ装置１５が構成される。

ところで、上記したボールナット２１には、図４および図５に示すように、ボールナット２１にねじ溝２１ａや嵌合穴３１等を加工するための加工基準となるキー溝５０が、一端外周に形成されている。本実施の形態においては、かかるキー溝５０を利用して、イレギュラが生じても、ボールナット２１がモータシャフト４１に対して相対回転しないようなフェイルセーフが採られている。すなわち、締付けナット２６によってボールナット２１をモータシャフト４１にねじ締め固定した後に、キー溝５０に対応するモータシャフト４１の外周位置Ｐ１（図３参照）よりポンチを打ち込むことにより、モータシャフト４１の内周を変形させてキー溝５０内に食い込ませることにより、たとえ、締付けナット２６によってボールナット２１の回り止めができなくなっても、ボールナット２１をモータシャフト４１に対して相対回転できないようにしている。

この場合、キー溝５０は、図４および図５に示すように、ボールナット２１の最も端部寄りに配設されるデフレクタ２５が嵌合される嵌合穴３１の角度位置に対して９０度異なる角度位置に形成されている。このために、締付けナット２６によってボールナット２１をモータシャフト４１にねじ締め固定した後に、モータシャフト４１の外周のポンチ打ち込み位置（Ｐ１）は、図６に示すように、ポンチ打ちによる影響を及ぼすデフレクタ２５の角度位置に対して９０度異なる位置となる。換言すれば、ポンチの打ち込み方向は、デフレクタ２５を循環する転動ボール２４の転動方向に沿った方向となり、デフレクタ２５に侵入する転動ボール２４およびデフレクタ２５より排出する転動ボール２４の通路面積への影響を少なくすることができる。

従って、このような構成のボールねじ装置１５を用いた電動パワーステアリング装置１０を搭載した車両においては、ハンドル操舵に伴ってデフレクタ２５を通過する際の転動ボール２４の転動負荷を小さくすることができ、転動ボール２４がなめらかに転動できるので、摺動音（作動音）を低減でき、操舵フィーリングも向上することができる。

電動モータ１４は、ボールねじ装置１５を介してボールねじ軸２０（ラック軸１３）に軸方向のアシスト力を付与するもので、中空状のロータからなるモータシャフト４１とステータ４２とから構成されている。モータシャフト４１はモータハウジング１６に軸受４３，４４を介して回転可能に軸承され、このモータシャフト４１の中空穴内にボールねじ軸２０が同軸的に貫挿されている。モータシャフト４１の外周には平板状の永久磁石４５が複数接着され、この永久磁石４５に対向するようにステータ４２がモータハウジング１６の内周に装着されている。ステータ４２は複数のコイル４６を備え、コイル４６への通電によって発生する磁束を永久磁石４５に作用させることにより、モータシャフト４１が回転されるようになっている。

次に、上記のように構成された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。図略のステアリングホイールを操舵すると、操舵トルクが図略の入力軸に伝達され、ピニオン軸１２とラック歯１３ａとによるラックピニオン機構を介してラック軸１３が軸方向に移動される。

入力軸に与えられた操舵トルクは図略のトルクセンサにより検出され、また、図略の回転角検出センサによって電動モータ１４のモータシャフト４１の回転位置等が検出される。これら操舵トルクおよびモータシャフト４１の回転位置等に基づいて電動モータ１４が制御され、アシスト力が発生される。電動モータ１４によるアシスト力は、ボールねじ装置１５によってラック軸１３の軸方向移動に変換され、運転者によるステアリングホイールの操舵力が軽減される。

ところで、本実施の形態においては、図６に示すように、ボールナット２１に形成したキー溝５０を、ボールナット２１の最も端部寄りに配設されたデフレクタ２５の角度位置に対して９０度異なる角度位置が配置したため、締付けナット２６によってボールナット２１をモータシャフト４１にねじ締め固定した後に、モータシャフト４１の外周位置Ｐ１よりポンチを打ち込むことにより、仮にボールナット２１が楕円状に僅かに変形しても、デフレクタ２５がボールナット２１の変形によってボールねじ軸２０との隙間が変化しない関係に配置されているため、デフレクタ２５を循環する転動ボール２４の転動作用にはほとんど影響を及ぼさないようにすることができる。換言すれば、ポンチの打ち込み方向は、デフレクタ２５を出入りする転動ボール２４の出入り方向に沿った方向となり、デフレクタ２５に侵入する転動ボール２４およびデフレクタ２５より排出する転動ボール２４の通路面積への影響を最少にすることができる。

従って、このような構成のボールねじ装置１５を用いた電動パワーステアリング装置１０を搭載した車両においては、ハンドル操舵に伴ってデフレクタ２５を通過する際の転動ボール２４の転動負荷を小さくすることができ、転動ボール２４の摺動音を低減でき、操舵フィーリングを向上することができる。

上記した実施の形態においては、ボールナット２１の最も端部寄りに配設されたデフレクタ２５と、キー溝５０との角度関係を、９０度ずらした例について説明したが、当該デフレクタ２５とキー溝５０との対応関係は、必ずしも９０度に限定されるものではなく、少なくとも直径線上に対応する位置関係より、所定角度、好ましくは４５度以上ずらすことによっても、上記した効果を享受できるものである。

本発明の実施の形態を示す電動パワーステアリング装置の全体図である。図１の２−２線に沿って切断したボールねじ装置を示す断面図である。図１のモータシャフトに対するボールナットの組付け状態を示す図である。ボールナットを示す外観図である。図４の矢印５方向から見た図である。本発明の実施の形態に係るボールナットのキー溝とデフレクタとの関係を示す概略図である。本発明の実施の形態との比較例を示すボールナットのキー溝とデフレクタとの関係図である。

符号の説明

１０・・・電動式パワーステアリング装置、１３・・・ラック軸、１４・・・電動モータ、１５・・・ボールねじ装置、２０・・・ボールねじ軸、２１ａ・・・ボールねじ溝、２１・・・ボールナット、２１ａ・・・ねじ溝、２４・・・転動ボール、２５・・・デフレクタ、２６・・・締付けナット、３１・・・嵌合穴、４１・・・モータシャフト、５０・・・キー溝、Ｐ１・・・ポンチ打ち込み位置。

Claims

ギヤハウジングと、該ギヤハウジングに軸方向に移動可能に貫挿されラックピニオン機構を介して入力軸に連結されるラック軸と、該ラック軸と同軸的に前記ギヤハウジング内に配置された電動モータと、該電動モータの回転出力を前記ラック軸の軸方向運動に変換するボールねじ装置とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記ボールねじ装置は、前記ラック軸に一体に設けられたボールねじ軸と、前記電動モータによって回転されるモータシャフトに装着され前記ボールねじ軸に転動ボールを介して螺合するボールナットと、前記モータシャフトに螺合され前記ボールナットを前記モータシャフトの端面に締付ける締付けナットとを備え、
前記ボールナットの外周一部にキー溝を形成し、前記モータシャフトの外周より前記ボールナットの前記キー溝に向けてポンチを打ち込んで前記モータシャフトの内周を変形させて前記ボールナットの前記キー溝に係合させるとともに、
前記デフレクタを、前記ボールナットの円周方向に等角度間隔に、かつ前記ボールナットの軸線方向に間隔を有して装着し、前記ボールナットに形成したキー溝に対して、前記ボールナットの一端部に装着された前記デフレクタを直径方向に対向しない角度位置に配置した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、前記ボールナットに形成したキー溝に対して、前記ボールナットの一端部に装着された前記デフレクタを９０度異なる角度位置に配置したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。