JP4930771B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータにより操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関する。

いわゆるラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置として、操舵補助用の電動モータの出力回転を、ボールねじ機構によって、ラックを含む操舵軸の軸方向移動に変換する電動パワーステアリング装置が提案されている（特許文献１参照）。
例えば、操舵軸は、当該操舵軸を軸方向摺動可能に支持しつつラック軸をピニオンに押圧するためのラック軸支持装置と、操舵軸に形成されたねじ軸に螺合するボールナットと、ラックブッシュとを介して、ハウジングによって３点支持されている。通例、ラック軸支持装置は、ラック軸を挟んでピニオンとは正反対の位置に配置されている。ボールナットは、操舵軸の軸方向の位置に関して、ラック軸支持装置とラックブッシュとの間に配置されており、ボールナットの外周に、電動モータの出力回転を減速する減速機構の従動ギヤが一体に形成されている。

しかしながら、各部品の製造寸法のばらつきや、ラックに対する外部入力（路面入力）の影響で、ラック軸に撓みを生じている。すなわち、ラック軸支持装置、ボールナットおよびラックブッシュにより支持されるラック軸の各部位が、同軸上には配置されてはいない。
このような状況下で、ボールナットがリジッドに支持されているため、上記の３点のうちの何れかの支持部位に、こじりを生じ、過大な径方向荷重が発生して異常摩耗が発生したり、何れかの支持部位に遊びが生じて異音を発生したりするという問題がある。

一方、ボールナットの内部におけるねじ軸の撓みを抑制するために、ボールナットの両端部の内周とねじ軸との間に、滑り軸受として機能する一対の軸受を介在させる電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開平５−２６２２４３号公報 特開２００５−２８０５５５号公報

特許文献２の電動パワーステアリング装置は、すべり軸受がねじ軸と摺動するため、摺動抵抗によるロストルクが大きくなるという問題がある。すべり軸受としての軸受の摩耗によって耐久性が低下するおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ボールねじ嵌合部の耐久性を向上することができ、また異音発生を防止することができる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。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材(2) と共に回転するピニオン(3) と、ピニオンに噛み合うラック(4) を有し、軸方向(X1)移動可能に筒状のハウジング(9) に収容されたラック軸(5) と、ラック軸の一部に形成されたねじ軸(18)と、上記ハウジング内でねじ軸にボール(19)を介して螺合するボールナット(17)と、ボールナットの第１の端部(17a) に継手(23;23A)を介して連結され、ボールナット(17)に回転駆動力を伝達する回転部材(22)と、ハウジングにより保持され上記回転部材を回転可能に支持する第１の軸受(26)と、ハウジングにより保持されボールナットの第２の端部(17b) を軸方向に支持し、上記第２の端部の径方向移動を許容する第２の軸受(30)と、を備え、上記継手は、上記回転部材と上記ボールナットの第１の端部との組合せ誤差を吸収する機能を有する弾性継手を含み、上記ボールナットの第２の端部と第２の軸受との間に低摩擦部材(34)が介在しており、上記第２の軸受は低摩擦部材を介してボールナットの第２の端部を軸方向に支持していることを特徴とするものである。

本発明では、回転部材からの回転駆動力が継手を介してボールナットに伝達され、その回転が、ねじ軸を有するラック軸の軸方向移動に変換されて、操舵補助される。このとき、ボールナットの第１の端部と回転部材とを繋ぐ継手によって、回転部材に対するボールナットの組合せ誤差（偏心、偏角等）が許容されている一方、ボールナットの第２の端部は第２の軸受によって径方向移動が許容された状態で支持されている。

したがって、仮に、ラック軸に撓みが生じていたとしても、ボールナットは、ラック軸の撓みに倣うようにして、ラック軸の径方向に変位することができる。これにより、ボールナットとこれを挿通するねじ軸（ラック軸）との間に、こじれが生ずることを防止でき、その結果、耐久性を向上することができる。また、ボールナットとねじ軸（ラック軸）との間で、がたつきによる異音が発生することを防止することができる。一方、ラック軸を軸方向に移動させるときの反力については、ボールナットを介して第２の軸受によって受けられる。
また、上記ボールナットの第２の端部と第２の軸受との間に低摩擦部材が介在しており、上記第２の軸受は低摩擦部材を介してボールナットの第２の端部を軸方向に支持しているので、ボールナットが径方向に円滑に移動でき、ラック軸のこじり発生を確実に防止することができる。低摩擦部材としては、例えばＰＴＦＥからなる合成樹脂板や合成樹脂被覆層を用いることができる。また、潤滑油含浸部材を用いることができる。

また、本発明は、上記ラック軸の軸方向移動を案内するガイド(12)、およびガイドを付勢することによりラック軸をピニオン側へ付勢する付勢部材(13)を含むラック軸案内装置(10)と、上記ハウジングにより保持され、ラック軸を支持するラックブッシュ(16)と、を備え、上記ボールナットは、ラック軸の軸方向に関して、上記ラック軸案内装置とラックブッシュとの間に配置されている場合がある（請求項２）。この場合、ラック軸を当該ラック軸の軸方向に関して、ボールナットを挟んだ両側で、ラックブッシュおよびラック軸案内装置により支持することになり、ラック軸をこじれを生じさせることなく安定して支持することができる。

上記継手はオルダム継手(23A) を含んでいてもよい（請求項３）。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

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は本発明の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材２と、この操舵部材２と図示しないステアリングシャフトおよび中間軸等を介して連結され、操舵部材２と共に回転するピニオン３と、このピニオン３に噛み合うラック４を有して車両の左右方向に延びる操舵軸としてのラック軸５とを有している。

ラック軸５の両端部にはそれぞれタイロッド６が結合されており、各タイロッド６は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪（図示せず）に連結されている。操舵部材２が操作されると、この回転がピニオン３およびラック４によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸５の直線運動に変換される。これにより、操向輪の転舵が達成される。

一方、操舵部材２に負荷される操舵トルクおよび車速センサにより検出された車速に基づいて制御される操舵補助用の電動モータ６が備えられている。具体的には、電動モータ６の出力回転が、減速機構７を介して運動変換機構としてのボールねじ機構８に伝達されて、ラック軸５の軸方向Ｘ１への移動に変換され、操舵が補助される。本電動パワーステアリング装置１はいわゆるラックアシストタイプである。

ラック軸５は筒状のハウジング９内に収容され、支持されている。ハウジング９の一端部９ａには、ラック軸５をピニオン９側へ付勢しつつラック軸５を軸方向Ｘ１に摺動自在に支持するラック軸案内装置１０が設けられている。
ラック軸案内装置１０は、ハウジング９の一部にハウジング９の径方向に突出形成された支持筒１１と、支持筒１１の深さ方向に進退可能に支持され、ラック軸５を軸方向Ｘ１にスライド自在に案内するガイド１２と、このガイド１２を付勢することによりラック軸５をピニオン３へ向けて付勢する例えば圧縮コイルばねからなる付勢部材１３と、この付勢部材１３の付勢力を調整するために支持筒１１の入口内周のねじ部に螺合された調整ボルト１４と、この調整ボルト１４を支持筒１１に固定するロックナット１５とを備えている。

ハウジング９の他端部９ｂの内周には、ラック軸５を挿通させてこれを支持する筒状のラックブッシュ１６が保持されている。
ボールねじ機構８は、ラック軸５を取り囲み、ラック軸５を軸方向Ｘ１に移動可能に支持する回転筒としてのボールナット１７と、ラック軸５の一部に形成されるねじ軸１８と、ボールナット１７とねじ軸１８との間に介在し、ボールナット１７およびねじ軸１８に係合する複数のボール（転動体）１９とを備える。

ボールねじ機構８では、ボールナット１７とねじ軸１８がボール１９を介して螺合する。ボールねじ機構８は、ボールナット１７の内周のねじ溝とねじ軸１８の外周のねじ溝との間をボール１９が循環する、いわゆる内部循環形式または外部循環形式の一般的な構成である。
電動モータ６は、ハウジング９に固定されたモータハウジング２０と、回転軸２１とを有している。電動モータ６の出力回転は、減速機構７により減速されて筒状の回転部材２２に伝達され、さらに、継手としての弾性継手２３を介してボールナット１７に伝達されるようになっている。

減速機構７は、電動モータ６の回転軸２１に一体回転可能な小径の駆動ギヤ２４と、回転部材２２と一体回転可能に設けられ、上記駆動ギヤ２４に噛み合う大径の被動ギヤ２５とを備えている。
回転部材２２は、一対の第１の軸受２６を介してハウジング９に回転可能に且つ軸方向移動不能に支持されている。被動ギヤ２５は、一対の第１の軸受２６間において、回転部材２２の外周に一体回転可能に嵌合されている。

第１の軸受２６は、ハウジング９の内周に保持された外輪２７と、回転部材２２の外周に一体回転可能に嵌合された内輪２８と、外輪２７および内輪２８の間に介在する転動体２９とを備えている。
ボールナット１７は、軸方向に対向する第１の端部１７ａと第２の端部１７ｂとを有している。ボールナット１７の第１の端部１７ａとこれに対向する回転部材２２の端部２２ａとの間に、上記の弾性継手２３が介在している。弾性継手２３は、回転部材２２の回転をボールナット１７に伝達する働きをする。また、弾性継手２３は、回転部材２２に対するボールナット１７の第１の端部１７ａの組合せ誤差を吸収（すなわち、所定量の偏心と所定量の偏角とを許容）することができるように弾性部材により構成されている。

ボールナット１７の第２の端部１７ｂは、第２の軸受３０によって、軸方向に支持されている。第２の軸受３０は、ハウジング９に保持された第１の軌道輪３１と、第１の軌道輪３１に対向する第２の軌道輪３２と、第１の軌道輪３１および第２の軌道輪３２間に介在する転動体３３とを備えている。
また、第２の軌道輪３２とボールナット１７の第２の端部１７ｂとの間には、低摩擦部材３４が介在している。上記第２の軸受３０は、低摩擦部材３４を介して、ボールナット１７の第２の端部１７ｂを軸方向に支持している。低摩擦部材３４としては、例えばＰＴＦＥからなり、第２の軌道輪３２に保持されてボールナット１７の第２の端部１７ｂに低摩擦で摺接する環状の合成樹脂板を用いることができる。

低摩擦部材３４として、ＰＴＦＥからなる合成樹脂被覆層を用いてもよい。また、潤滑油含浸部材を用いてもよい。また、低摩擦部材３４は、ボールナット１７の第２の端部１７ｂに保持されて、第２の軌道輪３２に対して摺接するものであってもよい。
次いで、分解斜視図である図２および断面図である図３を参照して、弾性継手２３は、環状をなす主体部４４と、主体部４４から放射方向に延びる複数の係合腕４５とを含む。複数の係合腕４５は、主体部４４の周方向Ｙ１に等間隔で配置される。各係合腕４５は、それぞれ周方向Ｙ１に対向する一対の動力伝達面４６を有している。弾性継手２３は、例えば合成ゴム製又はポリウレタン等の合成樹脂製である。

弾性継手２３は、筒状の回転部材２２の端部２２ａおよび筒状のボールナット１７の第１の端部１７ａの互いの対向面５３，５４間に介在しており、各対向面５３，５４のそれぞれに、弾性継手２３の係合腕４５に係合する係合要素が設けられている。
具体的には、回転部材２２の端部２２ａの対向面５３には、上記係合要素としての複数の第１の係合突起５５が突出形成されている。これらの第１の係合突起５５は、回転部材２２の周方向に等間隔で配置されている。同様に、ボールナット１７の第１の端部１７ａの対向面５４には、上記係合要素としての複数の第２の係合突起５６が突出形成されている。これらの第２の係合突起５６は、ボールナット１７の周方向に等間隔で配置されている。

弾性継手２３の各係合腕４５が、それぞれ対応する第１の係合突起５５および第２の係合突起５６の間に介在している。すなわち、弾性継手２３の組立状態で、図３に示すように、第１および第２の係合突起５５，５６が周方向に交互に配置され、周方向に相隣接する第１および第２の係合突起５５，５６間に、弾性継手２３の対応する係合腕４５が挟持される。

換言すると、周方向に隣接する第１および第２の係合突起５５，５６が、弾性継手２３の対応する係合腕４５を周方向に挟んで互いに噛み合わされている。これにより、回転部材２２およびボールナット１７の両者が、弾性継手２３を介して回転方向（周方向）に連結されて、両者間にトルク伝達が可能とされている。
また、第１および第２の係合突起５５，５６は、弾性継手２３の対応する係合腕４５への動力伝達面５７，５８をそれぞれ含む。また、係合腕４５は、回転部材２２の端部２２ａおよびボールナット１７の第１の端部１７ａ間に、軸方向に締め代を持って挟持されており、その弾性反発力によって、ボールナット１７を第２の軸受３０側へ向かう軸方向に弾性的に付勢している。

本実施の形態によれば、電動モータ６の出力回転が、減速機構７を介して回転部材２２に伝達され、回転部材２２からの回転駆動力が弾性継手２３を介してボールナット１７に伝達される。そのボールナット１７の回転が、ねじ軸１８を有するラック軸５の軸方向移動に変換されて、操舵補助される。
このとき、ボールナット１７の第１の端部１７ａと回転部材２２とを繋ぐ弾性継手２３によって、回転部材２２に対するボールナット１７の偏心、偏角が許容されている。一方、ボールナットの第２の端部１７ｂは第２の軸受３０によって径方向移動が許容された状態で支持されている。

したがって、仮に、製造誤差や外力負荷が原因で、ラック軸５に撓みが生じていたとしても、ボールナット１７は、ラック軸５の撓みに倣うようにして、ラック軸５の径方向に変位することができる。したがって、ボールナット１７とこれを挿通するねじ軸１８との間に、こじれが生ずることを防止でき、その結果、耐久性を向上することができる。
また、ボールナット１７とねじ軸１８との間で、がたつきによる異音が発生することを防止することができる。

また、ラック軸５を当該ラック軸５の軸方向Ｘ１に関して、ボールナット１７を挟んだ両側で、ラックブッシュ１６およびラック軸案内装置１０により支持することになり、ラック軸５をこじれを生じさせることなく安定して支持することができる。
また、ボールナット１７の第２の端部１７ｂと第２の軸受３０との間に低摩擦部材３４が介在しているので、ボールナット１７が径方向に円滑に移動でき、この点からも、ラック軸５のこじり発生を確実に防止することができる。

上記の実施の形態では、ボールナット１７と回転部材２２とを接続する継手として弾性継手２３を用いたが、これに代えて、図４に示すようなオルダム継手２３Ａを用いることができる。
オルダム継手２３Ａは、ラック軸５を挿通させるために筒状をなす継手本体６１を備えている。その継手本体６１は、相対向する第１および第２の端部６２，６３を有している。第１の端部６２には第１のスライド溝６４が形成され、第２の端部６３には第２のスライド溝６５が形成されている。

第１のスライド溝６４は、回転部材２２の端部２２ａに形成された断面矩形の突条からなる第１のスライダ６６に嵌め合わされおり、第１のスライド溝６４と第１のスライダ６６とで、第１の滑り対偶６８を構成している。
また、第２のスライド溝６５は、ボールナット１７の第１の端部１７ａに形成された断面矩形の突条からなるスライダ６７に嵌め合わされおり、第２のスライド溝６５と第２のスライダ６７とで、第２の滑り対偶６９を構成している。

第１の滑り対偶６８の滑り方向Ｚ１と第２の滑り対偶６９の滑り方向Ｚ２とは、互いに異なる方向とされている。例えば互いに直交する方向とされている。
第１のスライダ６６は、互いに平行な一対の動力伝達面７０を有しており、第１のスライド溝６４は上記一対の動力伝達面７０に滑り接触する一対の動力伝達面７１を有している。同様に、第２のスライダ６７は、互いに平行な一対の動力伝達面７２を含み、第２のスライド溝６５は、上記一対の動力伝達面７２に滑り接触する一対の動力伝達面７３を有している。

本実施の形態においても、オルダム継手２３Ａが回転部材２２に対するボールナット１７の所定量の偏心を許容し、また、微小量の偏角を許容するので、耐久性向上と異音発生の防止という、図２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。なお、本実施の形態において、継手本体６１を弾性部材により構成しているので、上記の偏心、偏角の許容度を向上することができる。

その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

本発明の一実施の形態としての電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 上記電動パワーステアリング装置の、弾性継手を含む要部の分解斜視図である。 弾性継手の断面図である。 本発明の別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部としてのオルダム継手の分解斜視図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、２…操舵部材、３…ピニオン、４…ラック、５…ラック軸、６…電動モータ、７…減速機構、８…ボールねじ機構、９…ハウジング、１０…ラック軸案内装置、１２…ガイド、１３…付勢部材、１６…ラックブッシュ、１７…ボールナット、１７ａ…第１の端部、１７ｂ…第２の端部、１８…ねじ軸、１９…ボール、２２…回転部材、２３…弾性継手（継手）、２３Ａ…オルダム継手、２６…第１の軸受、３０…第２の軸受、３４…低摩擦部材

Claims (3)

1. 操舵部材と共に回転するピニオンと、
   ピニオンに噛み合うラックを有し、軸方向移動可能に筒状のハウジングに収容されたラック軸と、
   ラック軸の一部に形成されたねじ軸と、
   上記ハウジング内でねじ軸にボールを介して螺合するボールナットと、
   ボールナットの第１の端部に継手を介して連結され、ボールナットに回転駆動力を伝達する回転部材と、
   ハウジングにより保持され上記回転部材を回転可能に支持する第１の軸受と、
   ハウジングにより保持されボールナットの第２の端部を軸方向に支持し、上記第２の端部の径方向移動を許容する第２の軸受と、を備え、
   上記継手は、上記回転部材と上記ボールナットの第１の端部との組合せ誤差を吸収する機能を有する弾性継手を含み、
   上記ボールナットの第２の端部と第２の軸受との間に低摩擦部材が介在しており、上記第２の軸受は低摩擦部材を介してボールナットの第２の端部を軸方向に支持していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、上記ラック軸の軸方向移動を案内するガイド、およびガイドを付勢することによりラック軸をピニオン側へ付勢する付勢部材を含むラック軸案内装置と、
   上記ハウジングにより保持され、ラック軸を支持するラックブッシュと、を備え、
   上記ボールナットは、ラック軸の軸方向に関して、上記ラック軸案内装置とラックブッシュとの間に配置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または２において、上記継手はオルダム継手を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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