JP6131143B2

JP6131143B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP6131143B2
Application number: JP2013161457A
Authority: JP
Inventors: 藤田　裕志; 裕志藤田
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-08-02
Also published as: JP2015030379A

Description

本発明は、パワーステアリング装置に関する。

一般にベルト式伝達機構を備えた電動パワーステアリング装置では、モータから出力された補助操舵力が駆動プーリ、ベルト、従動プーリを介してラックに伝達される。この種のベルト式伝達機構においては、振動を抑制する技術としてプーリの回転支持用の軸受の外周に弾性体を設ける構造が知られている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００３−２３７５９９号公報特開２００７−２３９７８３号公報

ベルト式伝達機構において、プーリの回転軸がわずかでも偏心している場合、プーリの回転に伴ってベルトの張力変動が生じてフリクション変動が生じることがある。また、ハウジング、プーリおよびベルトの各熱膨張係数が異なるため温度変化によってプーリ軸間距離が変化することもあり、この場合にもベルト張力変動が生じてフリクション変動が生じることがある。特許文献１，２に記載の技術は振動の吸収機能については有効と思われるが、ベルトの張力変動を考慮したものではなくその吸収機能はさほど期待できない。

本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、ベルト式伝達機構を備えたパワーステアリング装置において、ベルトの張力変動を効果的に吸収することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、モータの出力軸と連結した駆動プーリと、前記駆動プーリを支持する駆動プーリ軸受と、操舵系への伝達経路上に配置される従動プーリと、前記従動プーリを支持する従動プーリ軸受と、前記駆動プーリの回転を前記従動プーリに伝達するベルトと、を有するベルト伝達機構を備えたパワーステアリング装置であって、前記駆動プーリ軸受および前記従動プーリ軸受の内の少なくとも一方の外周に、プーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量がプーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリの軸心方向に垂直な方向の単位荷重あたりの変形量よりも大きい弾性体が配置され、前記弾性体は前記ベルトの張力の変動を吸収することを特徴とする。

本発明によれば、従動プーリ軸受に加わる振動を吸収できるとともに、プーリ軸間距離が変化してベルト張力に変動が生じた場合には、プーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量が大きいことにより、ベルト張力の変動分を効果的に吸収できる。

また、本発明は、前記弾性体は環状を呈した部材からなり、凹部または貫通孔の形成によってプーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量が大きくなるように構成されていてもよい。

本発明によれば、ベルト式伝達機構を備えたパワーステアリング装置において、簡単な構造で、ベルトの張力変動を効果的に吸収できる。

本発明に係るパワーステアリング装置のベルト伝達機構周りの断面図である。ラック軸の軸方向から見たベルト伝達機構の説明図である。弾性体の第１実施例の説明図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ正面図、断面図、外観斜視図である。（ａ）は弾性体の第２実施例の外観斜視図、（ｂ）は弾性体の第３実施例の外観斜視図である。弾性体の第４実施例を適用した場合のパワーステアリング装置のベルト伝達機構周りの断面図である。弾性体の第４実施例の説明図であり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ正面図、外観斜視図である。

図１を参照してパワーステアリング装置１のベルト伝達機構２周りの構成を説明する。符号３は、図示しないピニオンと噛合し、両端に図示しないタイロッドを介して左右の車輪が連結されるラック軸である。ラック軸３にはボールねじ４が形成され、このボールねじ４にボール５を介してボールナット６が噛合している。

ベルト伝達機構２は、電動式のモータ７と、モータ７の出力軸８と連結した駆動プーリ９と、駆動プーリ９を支持する駆動プーリ軸受１０と、操舵系への伝達経路上、すなわち前記ラック軸３への伝達経路上に配置される従動プーリ１１と、従動プーリ１１を支持する従動プーリ軸受１２と、駆動プーリ９の回転を従動プーリ１１に伝達するベルト１３と、を備えて構成されている。本実施形態では、図２に示すように駆動プーリ９はそのプーリ軸心Ｏ１が従動プーリ１１のプーリ軸心Ｏ２のほぼ鉛直方向上方に位置している。

ラック軸３を内蔵するギヤハウジング１４は、ラック軸３の軸方向に第１ギヤハウジング１４Ａと第２ギヤハウジング１４Ｂとに分割構成されている。第１ギヤハウジング１４Ａおよび第２ギヤハウジング１４Ｂは共に各一部がラック軸３との直交方向に突設されており、この突設部位に駆動プーリ９がそのプーリ軸がラック軸３と平行となるように内蔵されている。

具体的には、駆動プーリ９はその両端が、前記駆動プーリ軸受１０としての第１駆動プーリ軸受１０Ａと第２駆動プーリ軸受１０Ｂとに支持されている。第１駆動プーリ軸受１０Ａおよび第２駆動プーリ軸受１０Ｂは、前記突設部位内に位置するように図示しないボルトにより第１ギヤハウジング１４Ａに取り付けられた駆動プーリハウジング１５に支承されている。駆動プーリハウジング１５には、出力軸８がラック軸３と平行となるようにモータ７が取り付けられ、出力軸８と駆動プーリ９とがセレーション結合等により一体回転するように同軸に連結されている。なお、駆動プーリ９を受ける軸受構造としては、本実施形態のような第１駆動プーリ軸受１０Ａおよび第２駆動プーリ軸受１０Ｂによる両持ち支持に限らず、１つの軸受による片持ち支持であってもよい。

前記ボールナット６は、第１ギヤハウジング１４Ａに支承された従動プーリ軸受１２に支持されている。符号１７は従動プーリ軸受１２の外輪１２Ａを第１ギヤハウジング１４Ａに固定するためのナットである。外輪１２Ａの一側面とナット１７との間、および外輪１２Ａの他側面と第１ギヤハウジング１４Ａの内壁との間にはリング部材１８，１８が介設されている。従動プーリ１１は、ベルト１３が掛け回される大径のプーリ部１１Ａと、ボールナット６に取り付けられる小径の取付軸部１１Ｂとを有した中空円筒状を呈している。従動プーリ１１は、取付軸部１１Ｂがボールナット６の外周に一体回転するように嵌合される。つまり従動プーリ１１はボールナット６を介して従動プーリ軸受１２に支持される。そして、従動プーリ１１は、取付軸部１１Ｂの端部が従動プーリ軸受１２の内輪１２Ｂの一側面に当接した状態で、ボールナット６に螺合されるロックナット１９によりプーリ軸方向に移動不能に固定される。

以上のように構成されたパワーステアリング装置１は、操舵ハンドル（図示せず）に加えられたトルクがトルクセンサ（図示せず）で検出され、その検出したトルクに応じてモータ７が駆動制御される。モータ７の発生トルクは、駆動プーリ９からベルト１３、従動プーリ１１経由でボールナット６に伝達され、ボールねじ４を介してラック軸３に、操舵ハンドルに加えられた運転者の操作力に対するアシスト力として伝達される。

以上のパワーステアリング装置１において、従動プーリ軸受１２の外周には、プーリ軸間方向（図２における駆動プーリ９の軸心Ｏ１と従動プーリ１１の軸心Ｏ２とを通る方向であり、本実施形態では上下方向）の単位荷重あたりの変形量Ｅ１がプーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリ１１の軸心Ｏ２方向に垂直な方向（図２における左右方向であり、本実施形態では車両前後方向）の単位荷重あたりの変形量Ｅ２よりも大きい弾性体２０が配置されている。弾性体２０は合成ゴム材等からなる。
「単位荷重あたりの変形量」とは、ある所定荷重が加わったときの変位長さであり、単位としては例えば「ｍｍ／Ｎ」で示される。
「プーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ１がプーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリの軸心方向に垂直な方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ２よりも大きい」とは、弾性体２０が従動プーリ軸受１２の外周と後記する第１ギヤハウジング１４Ａの従動プーリ軸受支持壁部２１との間に組み込まれた状態においての、同等荷重を受けた際の弾性体２０の変位長さの大小を意味する。

弾性体２０は、図１から判るようにその幅寸法が従動プーリ軸受１２の幅寸法と略同じとなる略矩形断面を有した円環状の部材からなり、その内周面３６０度にわたり従動プーリ軸受１２の外輪１２Ａの外周を支持している。弾性体２０はその外周面が幅方向にわたり、従動プーリ１１の軸心Ｏ２回りに円状となるように形成された第１ギヤハウジング１４Ａの従動プーリ軸受支持壁部２１に接面するように嵌合支持されている。弾性体２０の一側面は第１ギヤハウジング１４Ａの内壁に当接し、他側面はナット１７に当接している。

プーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ１をプーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリ１１の軸心Ｏ２方向に垂直な方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ２よりも大きくした弾性体２０の実施例を以下に４つ示す。第１実施例〜第３実施例は、凹部または貫通孔の形成によってプーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ１を大きくした例である。第４実施例はカラーを介在させた例である。

「第１実施例」
第１実施例は、図３に示すように、弾性体２０の円周方向範囲の内で前記プーリ軸間方向との交差部近傍において、つまり弾性体２０の上部近傍および下部近傍において、弾性体２０の外周に複数の凹部を形成した例である。凹部は弾性体２０の幅方向に沿って形成された凹溝２２からなり、該凹溝２２は弾性体２０の円周方向に複数並設されている。図３では、上部および下部にそれぞれ凹溝２２を１０個ずつ形成した例を示している。

「第２実施例」
第２実施例は、図４（ａ）に示すように、弾性体２０の円周方向範囲の内で前記プーリ軸間方向との交差部近傍において、つまり弾性体２０の上部近傍および下部近傍において、弾性体２０に複数のスリット貫通孔２３を形成した例である。スリット貫通孔２３は例えば弾性体２０の幅方向に沿って形成されており、弾性体２０の円周方向に複数並設されている。

「第３実施例」
第３実施例は、図４（ｂ）に示すように、弾性体２０の円周方向範囲の内で前記プーリ軸間方向との交差部近傍において、つまり弾性体２０の上部近傍および下部近傍において、弾性体２０に複数の円形貫通孔２４を形成した例である。円形貫通孔２４は円形または楕円形の孔であり、弾性体２０の円周方向に複数並設されている。

以上の第１〜第３実施例によれば、凹部や貫通孔の形成によって弾性体２０の肉厚部に空間部が形成されるため、荷重を受けた弾性体２０はこの空間部に逃げるように大きく変形する。つまりプーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ１がプーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリ１１の軸心Ｏ２方向に垂直な方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ２よりも大きくなる。また、これらの実施例のようなパワーステアリング装置、すなわち弾性体２０は環状を呈した部材からなり、凹部または貫通孔の形成によってプーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ１が大きくなるように構成されているパワーステアリング装置は、弾性体２０の形状を簡略化したうえで、プーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ１を大きく設定できる。

「第４実施例」
第４実施例は、図６に示すように、プーリ軸間方向に沿う寸法Ｌ１が、プーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリ１１の軸心Ｏ２方向に垂直な方向に沿う寸法Ｌ２よりも長手となるように形成された弾性体２０を用い、当該弾性体２０と第１ギヤハウジング１４Ａの従動プーリ軸受支持壁部２１との間にカラー２５を介在させた例である。弾性体２０は、その外周の一部が平面状にカットされていることにより、寸法Ｌ２が寸法Ｌ１よりも小さくなるように形成されている。したがって、プーリ軸間方向に沿う方向の弾性体２０の厚みは、プーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリ１１の軸心Ｏ２方向に垂直な方向の弾性体２０の厚みよりも大きくなる。カラー２５は合成樹脂材や金属材等から構成された環状部材であり、その内周面は、前記平面状にカットされた平面部を含めて弾性体２０の全外周に接面するように形成されている。

第４実施例によれば、プーリ軸間方向に沿う方向の弾性体２０の厚みが、プーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリ１１の軸心Ｏ２方向に垂直な方向の弾性体２０の厚みよりも大きく設定されていることにより、プーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ１がプーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリ１１の軸心Ｏ２方向に垂直な方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ２よりも大きくなる。

以上の第１実施例〜第４実施例等の構造によって、プーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ１がプーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリ１１の軸心Ｏ２方向に垂直な方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ２よりも大きい弾性体２０を介して、従動プーリ１１を第１ギヤハウジング１４Ａに支持させれば、従動プーリ軸受１２に加わる振動については、従動プーリ軸受１２を円周方向３６０度にわたって支持する弾性体２０によって効果的に吸収される。そして、プーリ軸間距離が変化してベルト張力に変動が生じた場合には、プーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量Ｅ１が大きいことにより、プーリ軸間方向の弾性変形量をかせぐことができ、ベルト張力の変動分を効果的に吸収できる。

また、以上の第１実施例〜第４実施例では、弾性体２０またはカラー２５の外周は円形としてあるので、第１ギヤハウジング１４Ａの従動プーリ軸受支持壁部２１も従来通りに従動プーリ１１の軸心Ｏ２回りに円状に形成してあれば済み、既存設計のギヤハウジング１４に対して容易に適用可能となる。

また、ラック軸３の両端のタイロッド（図示せず）を介した実車張り角方向の荷重により、弾性体２０には車両前後方向の負荷がかかる。そのため、本実施形態のようにプーリ軸間方向を上下方向とすることにより、ベルト張力の変動分の吸収機能と、車両前後方向（プーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリ１１の軸心Ｏ２方向に垂直な方向）の単位荷重あたりの変形量Ｅ２が小さく設定されることによる実車張り角方向の荷重に対する弾性体２０の変形抑制機能との両立を図ることができる。なお、本実施形態では、プーリ軸間方向を上下方向として説明したが、プーリ軸間方向は上下方向に限定されない。

以上、本発明の好適な実施形態を説明した。説明した形態では、弾性体２０を従動プーリ軸受１２側に設けているが、弾性体２０を駆動プーリ軸受１０側に設けてもよく、従動プーリ軸受１２側と駆動プーリ軸受１０側の両方に設けてもよい。さらに、第１実施例ないし第３実施例において、凹部や貫通孔は弾性体２０の円周方向に等間隔に並設することなく、たとえば弾性体２０の円周方向範囲の内でプーリ軸間方向との交差部から遠ざかるほど並設ピッチを広げるようにしてもよい。

その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で設計変更が可能である。

１パワーステアリング装置
２ベルト伝達機構
３ラック軸
７モータ
８出力軸
９駆動プーリ
１０駆動プーリ軸受
１１従動プーリ
１２従動プーリ軸受
１３ベルト
１４ギヤハウジング
１５駆動プーリハウジング
２０弾性部材
２２凹溝
２３スリット貫通孔
２４円形貫通孔
２５カラー
Ｏ１駆動プーリの軸心
Ｏ２従動プーリの軸心

Claims

モータの出力軸と連結した駆動プーリと、前記駆動プーリを支持する駆動プーリ軸受と、操舵系への伝達経路上に配置される従動プーリと、前記従動プーリを支持する従動プーリ軸受と、前記駆動プーリの回転を前記従動プーリに伝達するベルトと、を有するベルト伝達機構を備えたパワーステアリング装置であって、
前記駆動プーリ軸受および前記従動プーリ軸受の内の少なくとも一方の外周に、プーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量がプーリ軸間方向に垂直かつ従動プーリの軸心方向に垂直な方向の単位荷重あたりの変形量よりも大きい弾性体が配置され、前記弾性体は前記ベルトの張力の変動を吸収することを特徴とするパワーステアリング装置。
前記弾性体は環状を呈した部材からなり、凹部または貫通孔の形成によってプーリ軸間方向の単位荷重あたりの変形量が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。