【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじ式ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に関し、特に、振動や騒音の発生を抑制した電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと呼ぶ）は、ステアリングホイールの操舵力を電動モータでアシストするものであり、種々の形式のものがある。そのうちの一つとして、車輪の操舵機構に連結された進退自在な操舵軸に対して、ステアリングホイールからラックピニオン機構等の変換機構を介して軸方向移動力を与えると共に、電動モータの出力を、ボールねじを介して軸方向移動力として与えるようにしたものがある。
【０００３】
このステアリングホイールによる操舵力アシスト用のモータ回転を操舵軸の軸方向の移動に変換すべく用いられているボールねじ機構において、ボールの遊動に起因して発生する振動および騒音を、簡単な構成で抑制するＥＰＳが知られている。
【０００４】
このＥＰＳは、図７および図８に示すように、操舵力アシスト用モータ５５は、操舵軸（ラック軸）５１を包持するラックハウジングＨ１の中途部を適長に亘って拡径して構成された円筒形のモータハウジングＨ３の内部に、このモータハウジングＨ３の内側に設けられたステータ６１と、このステータ６１の内側に同軸的に設けられたロータ６２とを備える３相ブラシレスモータとして構成されている。
【０００５】
ロータ６２は、操舵軸５１の外径より大きな内径を有する円筒体の外周に、ステータ６１の内周に僅かな径方向すきまを介して対向する磁極６３を保持して構成されており、左右一対の玉軸受６４、６５により、モータハウジングＨ３の軸心回りに回転自在に支承されている。このロータ６２は、ステータ６１への通電に応じて正逆両方向に回転することができる。
【０００６】
操舵力アシスト用のモータ５５は、ピニオン軸６０を内装するピニオンハウジングＨ２の内部に配設されたトルクセンサ（図示せず）の検出信号に基き、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向に、この操舵トルクの大きさに対応する回転力を発すべく駆動制御されている。この駆動制御によりモータ５５の一側に構成された運動変換用のボールねじ機構により、軸方向移動力に変換されて操舵軸５１に加えられ、ラックハウジングＨ１内で操舵軸５１の移動により生じる操舵がアシストされる。６０ａはピニオン、５１ａは操舵軸５１に形成されたラック歯で、ピニオン６０ａに噛合する。
【０００７】
この運動変換用のボールねじ機構は、ロータ６２の一側端部に同軸的に圧入固定され、筒形をなすナット部材５２を、４点接触玉軸受６６によりラックハウジングＨ１内に回動自在に支持している。そして、操舵力アシスト用のモータ５５からの伝動によって軸回りに回転し、ナット部材５２の内周に形成された雌ねじ軌条５６と、操舵軸５１の外周に形成された雄ねじ軌条５４とを、これらに沿って転動する複数のボール５３を介して螺合させて構成している。このボールねじ機構により、操舵トルクに応じて駆動されるモータ５５の回転を、操舵軸５１の軸方向の移動に変換して操舵をアシストするＥＰＳにおいて、ナット部材５２内周の雌ねじ軌条５６のリードｂと、操舵軸５１外周の雄ねじ軌条５４のリードａとを異ならせている。
【０００８】
これによって、操舵軸５１とナット部材５２との嵌合部において、両者のねじ軌条５４、５６を軸方向に位置ずれさせ、これらの間に介装させた複数のボール５３のうち、軸方向に異なる位置にあるボール５３、５３が、２点Ａ、Ｂにおいて予圧を加えられた状態で接触するようにして、これらのボール５３のねじ軌条５４、５６内での遊動を防止している。２点接触の状態にあるボール５３は、ナット部材５２の回転に伴って両ねじ軌条５４、５６間にて滑らかに転動することができ、本来の効率を損なうことなく運動変換がなされる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１１４１１７号公報（第４、５頁、第１、２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうしたＥＰＳにおいて、ボールねじ機構を構成するナット部材５２の雌ねじ軌条５６と、操舵軸５１の雄ねじ軌条５４のリードａ、ｂを異ならせ、ボール５３、５３が、２点Ａ、Ｂにおいて予圧を加えられた状態で接触させようとしても、実際にはボールねじ機構の内部すきまのバラツキによってその予圧量が変化するため、両ねじ軌条５４、５６、およびボール５３の寸法管理や組立調整は実質的には難しく、できたとしても熟練と手間がかかり、コスト高騰を招来する。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、操舵力アシスト用のモータ回転を操舵軸の軸方向の移動に変換すべく用いられているボールねじ機構において、ボールの遊動に起因して発生する振動および騒音を、低コストで、かつ、簡単な構成で抑制す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している。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成すべく、略円筒状をなすハウジングと、このハウジングに貫通し、車輪を操舵する操舵機構に連結された操舵軸と、ステアリングホイールからの回転力を、前記操舵軸を長手方向に移動させるための力に変換する変換機構と、前記操舵軸の一部がねじ軸となり、このねじ軸に複数のボールを介して外嵌されたナットとからなるボールねじと、このボールねじのナットに嵌合され、前記ハウジングに対して前記ナットを回転自在に支承する転がり軸受と、前記ハウジングの内周面に固着されたステータと、このステータの内周面に所定の径方向すきまを介して対向し、前記ナットに嵌合されたロータとからなるモータとを備えた電動パワーステアリング装置において、前記転がり軸受を、弾性部材を介して前記ハウジングに嵌合した構成を採用した。
【００１３】
このように、ナットを回転自在に支承する転がり軸受を、弾性部材を介してハウジングに嵌合したので、ボールねじにおけるボールの遊動に起因して発生する振動および騒音を、この弾性部材によって緩衝することができ、低コストで、かつ、簡単な構成で効率良く抑制することができる。さらに、組立によるミスアライメントをこの弾性部材で許容でき、トルクムラ等のないボールねじ式ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明のように、前記転がり軸受の外輪外周面に環状溝を形成し、この環状溝に前記弾性部材を装着しても良いし、請求項３に記載の発明のように、前記転がり軸受の外輪外周面に、前記弾性部材を一体成形または接着しても良い。さらに、請求項４に記載の発明のように、前記転がり軸受の外輪外周面に環状溝または螺旋溝を形成し、この溝を含む外周面、および前記外輪の端面に前記弾性部材を被覆しても良い。このように、転がり軸受の外輪に弾性部材を一体に固着すれば、組立性を損なうことなく、簡単な構成で、かつ、低コスト化を図ることができる。
【００１５】
本発明のうち請求項５に記載の発明は、略円筒状をなすハウジングと、このハウジングに貫通し、車輪を操舵する操舵機構に連結された操舵軸と、ステアリングホイールからの回転力を、前記操舵軸を長手方向に移動させるための力に変換する変換機構と、前記操舵軸の一部がねじ軸となり、このねじ軸に複数のボールを介して外嵌されたナットとからなるボールねじと、このボールねじのナットに嵌合され、前記ハウジングに対して前記ナットを回転自在に支承する転がり軸受と、前記ハウジングの内周面に固着されたステータと、このステータの内周面に所定の径方向すきまを介して対向し、前記ナットに嵌合されたロータとからなるモータとを備えた電動パワーステアリング装置において、前記転がり軸受を、弾性部材を介して前記ナットに嵌合した構成を採用した。
【００１６】
このように、ナットを回転自在に支承する転がり軸受を、弾性部材を介してハナット外周面に嵌合したので、ボールねじにおけるボールの遊動に起因して発生する振動および騒音を、この弾性部材によって緩衝することができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明のように、前記転がり軸受の内輪内周面に環状溝を形成し、この環状溝に前記弾性部材を装着しても良い。このように、転がり軸受の内輪に弾性部材を一体に固着すれば、組立性を損なうことなく、簡単な構成で、かつ、低コスト化を図ることができる。
【００１８】
さらに、請求項７に記載の発明のように、前記転がり軸受ではなく、この転がり軸受を嵌合する前記ナットの外周面に環状溝を形成し、この環状溝に前記弾性部材を装着しても良い。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、前記弾性部材が、合成樹脂またはゴムで構成されている。したがって、生産性が良く軽量で低コスト化を図ることができる。
【００２０】
好ましくは、請求項９に記載の発明のように、前記合成樹脂が、グラファイトを添加したＰＡ１１で構成すれば、電気的に絶縁性が高いため、モータからのリーク電流に対して、転がり軸受の電食を防止することができると共に、耐熱温度が比較的高く、かつ、へたり等がなく長期間充分な耐久性を発揮することができる。
【００２１】
好ましくは、請求項１０に記載の発明のように、前記ゴムが、ウレタンゴムで構成すれば、騒音抑制効果が高い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態を示す一部破断側面図である。
【００２３】
モータハウジング１は、図示しないブラケットを介して車体に固定される。このモータハウジング１内には操舵軸２が貫通している。操舵軸２の両端部にはタイロッド３、４が連設され、車輪を操舵する操舵機構（図示せず）に連結されている。モータハウジング１の一側から斜め上方に延びるようにピニオン軸５が設けられ、このピニオン軸５は上端でステアリングホイール（図示せず）に連結される。ピニオン軸５は、回転自在に支持されており、その回転は、下端の変換機構６を介して操舵軸２に軸方向の移動力として伝達される。変換機構６は、操舵軸２の長手方向の一部に形成されているラック歯７と、ピニオン軸５の下端に設けられ、ラック歯７と噛合するピニオン（図示せず）とからなる。ピニオン軸５の一部には、その操舵トルクを検出し、モータ制御装置（図示せず）にその検出信号を送信するトルク検出器（図示せず）が設けられている。
【００２４】
モータハウジング１は略円筒状に形成され、中央の筒体１ａの両端に支持部材１ｂ、１ｃをそれぞれ結合して構成されている。モータハウジング１の内周中央部には、モータ８を構成するステータ９が圧入固定されている。ステータ９は、コアおよびステータコイルからなり、この内周には、モータ８のロータ１０が所定の径方向すきまを介して対向配置されている。このロータ１０は、磁性体により円筒状に形成され、スリーブ１１の外周に一体固定されている。スリーブ１１の内周には、操舵軸２が軸方向移動自在に挿通されている。こうしたモータ８は、図示しないモータ制御装置により、前述したトルク検出器の検出信号に従って制御される。
【００２５】
スリーブ１１の一端部（図中左側）は、転がり軸受（玉軸受）１２によりモータハウジング１内に回転自在に支承されている。この転がり軸受１２は、単列の軸受であっても、また複列の軸受であっても良く、ラジアル荷重およびスラスト荷重を負荷できるものなら良い。
【００２６】
モータ８の回転は、ボールねじ２０を介して、操舵軸２に対して軸方向の移動力として伝達される。また、ボールねじ２０は、操舵軸２の軸方向の一部がボールねじ軸２１として構成されている。図２に示すように、ボールねじ２０を構成するナット２２は、その外径部に嵌合した転がり軸受１３を介してモータハウジング１内に回転自在に支承されている。さらに、このナット２２の一端部には、前述したロータ１０の一端部が嵌合している。
【００２７】
転がり軸受１３は、図３（ａ）に示すように４点接触玉軸受からなり、内輪１４と外輪１５と、内外輪１４、１５間に介装される複数のボール１６を備えている。内輪１４の外周面に形成した転走面１４ａ、および外輪１５の内周面に形成した転走面１５ａは、軸受の軸方向中心に対して軸方向に等距離オフセットした一対の曲率中心を有する円弧面、所謂ゴシックアーチ形状に形成されている。したがって、この４点接触玉軸受は、単列軸受でありながら、両方向のスラスト荷重を負荷することができる。また、径方向すきまに対して軸方向すきまの範囲を抑制することができ、ボールねじ２０のＥＰＳへの組立後のガタを抑えることができる。
【００２８】
転がり軸受１３の外輪１５の外周面には、一対の環状溝１５ｂが並設されている。この環状溝１５ｂには、リング状のＰＡ（ポリアミド）１１等からなる弾性部材１７が装着されている。ここでは、弾性部材１７の材質として、耐熱温度が比較的高く、かつ、電気的に絶縁性の高いＰＡ１１に、へたり等に有利なグラファイトを適量添加したものを使用している。なお、弾性部材１７の材質はこれに限らず、鋼より充分ヤング率の小さい材料であれば良い。したがって、他の合成樹脂やゴム、例えば、ウレタンゴム、天然ゴム、クロロピレンゴム、ニトリルゴム等を例示することができる。また、外輪１５の外周面に形成する環状溝１５ｂは一対に限らず、単一であっても、また３本以上であっても良い。１８は、外輪１５に装着され、外輪１５と内輪１４との環状空間を密封するシールで、転がり軸受１３内に封入され、内部の潤滑を行なうグリースの流出と、外部からのダスト等の侵入を防止している。
【００２９】
このように、ナット２２を支承する転がり軸受１３を、弾性部材１７を介してモータハウジング１を構成する支持部材１ｂに嵌合したので、ボールねじ２０におけるボールの遊動に起因して発生する振動および騒音を、この弾性部材１７によって緩衝することができ、低コストで、かつ、簡単な構成で効率良く抑制することができる。さらに、組立によるミスアライメントをこの弾性部材１７で許容することもでき、また、モータ８のリーク電流による転がり軸受１３の電食も防止することができる。従って、各部品の精度を上げることなく、また、組立の作業性を低下させることもないため、量産に好適である。
【００３０】
図３（ｂ）は、転がり軸受の他の実施形態を示す断面図である。なお、前述した転がり軸受と同一部品には同じ符号を付け、重複した説明を避ける。この転がり軸受１９は深溝玉軸受からなり、内輪１４’と外輪１５’と、内外輪１４’、１５’間に介装される複数のボール１６を備えている。外輪１５’の外周面には、この外周面を覆うように弾性部材１７’が固着されている。弾性部材１７’は、前述した合成樹脂等からなり、射出成形あるいは接着等により一体固着されている。
【００３１】
図３（ｃ）は、転がり軸受のさらに他の実施形態を示す断面図である。なお、前述した転がり軸受と同一部品には同じ符号を付け、重複した説明を避ける。この転がり軸受２４は深溝玉軸受からなり、内輪１４’と外輪１５と、内外輪１４’、１５間に介装される複数のボール１６を備えている。外輪１５の外周面には、一対の環状溝１５ｂが並設され、この環状溝１５ｂを含む外周面、および端面１５ｃを覆うようにＰＡ（ポリアミド）１１等の合成樹脂からなる弾性部材２５が一体に射出成形されている。このように、外輪１５の端面１５ｃまで弾性部材２５で被覆することにより、弾性部材２５が外輪１５から剥がれるのを防止することができると共に、ボールねじ２０におけるボールの遊動に起因して発生する振動および騒音を、一層この弾性部材２５によって緩衝することができ、低コストで、かつ、簡単な構成で効率良く抑制することができる。また、転がり軸受２４の電食も確実に防止することができる。なお、ここでは、外輪１５の外周に一対の環状溝１５ｂを並設したが、これに限らず、少なくとも一方の環状溝を傾斜して形成するか、また、これら環状溝の代わりに螺旋溝を形成すれば、弾性部材の回り止めを図ることができる。
【００３２】
図４は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の他の実施形態を示す一部を破断した要部拡大図である。なお、前述した実施形態と同一部品同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３３】
ボールねじ２６を構成するナット２７は、その外径部に嵌合した転がり軸受２８を介してモータハウジング１内に回転自在に支承されている。さらに、このナット２７の一端部には、前述したロータ１０の一端部が嵌合している。転がり軸受２８は、ナット２７の端部に形成された鍔２７ａと、ナット２７の外周面に装着された止め輪３１によって軸方向に位置決め固定されている。転がり軸受２８の内輪２９の内周面には、一対の環状溝２９ａが並設されている。この環状溝２９ａには、リング状のＰＡ（ポリアミド）１１等の合成樹脂からなる弾性部材３０が装着されている。なお、内輪２９の外周面に形成する環状溝２９ａは一対に限らず、単一であっても、また３本以上であっても良く、また、内輪２９の端面、あるいは内周面双方に形成し、弾性部材３０を装着しても良い。
【００３４】
図５は、内輪の端面と内周面双方に環状溝を形成し、これら環状溝にウレタンゴムを装着した場合の騒音レベルを検証した結果を示すグラフである。これからも判るように、ナットの回転数がある程度上昇すれば、弾性部材による騒音抑制効果が顕著に現れると考えられる。
【００３５】
図６は、本発明に係る電動パワーステアリング装置のさらに他の実施形態を示す一部を破断した要部拡大図である。なお、前述した実施形態と同一部品同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３６】
ボールねじ２６’を構成するナット３２は、その外径部に嵌合した転がり軸受３３を介してモータハウジング１内に回転自在に支承されている。ナット３２の外周面には、一対の環状溝３２ａが並設され、この環状溝３２ａに、リング状のＰＡ（ポリアミド）１１等の合成樹脂からなる弾性部材３４が装着されている。なお、ナット３２の外周面に形成する環状溝３２ａは一対に限らず、単一であっても、また３本以上であっても良い。
【００３７】
このように、ナット２７、３２を支承する転がり軸受２８、３３を、弾性部材３０、３４を介してナット２７、３２に嵌合したので、前述した実施形態と同様、ボールねじ２６、２６’におけるボールの遊動に起因して発生する振動および騒音を、この弾性部材３０、３４によって緩衝することができ、低コストで、かつ、簡単な構成で効率良く抑制することができる。さらに、組立によるミスアライメントをこの弾性部材３０、３４で許容することもでき、また、モータ８のリーク電流による転がり軸受２８、３３の電食も防止することができる。
【００３８】
以上、転がり軸受として単列の玉軸受を例示したが、こうした転がり軸受は、玉軸受に限らず、ころ軸受であっても良い。また、複列アンギュラ玉軸受等の複列の転がり軸受であっても良い。
【００３９】
次に、図１を用いて本発明に係るＥＰＳの動作を説明する。車両が直進状態にあり、ステアリングホイールの回転を停止している時は、ピニオン軸５の操舵トルク検出器からトルク信号が出力されず、モータ制御装置によりモータ８は停止状態となっている。すなわち、このＥＰＳはアシスト操舵力を出力しない状態にある。ステアリングホイールを操舵すると、ピニオン軸５の操舵トルク検出器からトルク信号が出力され、モータ制御装置の制御によって、モータ８はロータ１０を回転させる。ロータ１０が回転すると、ロータ１０と共にボールねじ２０のナット２２が回転し、ねじ軸２１で一部が構成される操舵軸２が軸方向に移動させられ、アシスト操舵力が発生する。この時、ボールねじ２０のボール２３は、ナット２２の回転に伴い転動路内で転動する。このようにして、ステアリングホイールの操舵力がモータ８によってアシストされることになる。なお、ここでは、ボールねじ２０のボール循環部として、ねじ溝同士を繋ぐ連結溝を一体に形成した駒方式を採用したが、これに限らず他の循環方式のボールねじであっても良い。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、略円筒状をなすハウジングと、このハウジングに貫通し、車輪を操舵する操舵機構に連結された操舵軸と、ステアリングホイールからの回転力を、前記操舵軸を長手方向に移動させるための力に変換する変換機構と、前記操舵軸の一部がねじ軸となり、このねじ軸に複数のボールを介して外嵌されたナットとからなるボールねじと、このボールねじのナットに嵌合され、前記ハウジングに対して前記ナットを回転自在に支承する転がり軸受と、前記ハウジングの内周面に固着されたステータと、このステータの内周面に所定の径方向すきまを介して対向し、前記ナットに嵌合されたロータとからなるモータとを備えた電動パワーステアリング装置において、前記転がり軸受を、弾性部材を介して前記ハウジングに嵌合した構成を採用したので、ボールねじにおけるボールの遊動に起因して発生する振動および騒音を、この弾性部材によって緩衝することができ、低コストで、かつ、簡単な構成で効率良く抑制することができる。さらに、組立によるミスアライメントをこの弾性部材で許容でき、トルクムラ等のないボールねじ式ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【００４２】
また、前記転がり軸受を、弾性部材を介して前記ナット外周面に嵌合した構成を採用しても、ボールねじにおけるボールの遊動に起因して発生する振動および騒音を、この弾性部材によって効果的に緩衝することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態を示す一部破断側面図である。
【図２】同上、一部を破断した要部拡大図である。
【図３】（ａ）は、本発明に係る転がり軸受の実施形態を示す断面図である。
（ｂ）は、同上他の実施形態を示す断面図である。
（ｃ）は、同上さらに他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の他の実施形態を示す一部を破断した要部拡大図である。
【図５】同上、弾性部材有無による騒音レベルを検証したグラフである。
【図６】本発明に係る電動パワーステアリング装置のさらに他の実施形態を示す一部を破断した要部拡大図である。
【図７】従来の電動パワーステアリング装置を示す一部破断側面図である。
【図８】同上、要部断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・・・・・・・モータハウジング
１ａ・・・・・・・・・・・・・・・・筒体
１ｂ、１ｃ・・・・・・・・・・・・・支持部材
２・・・・・・・・・・・・・・・・・操舵軸
３、４・・・・・・・・・・・・・・・タイロッド
５・・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオン軸
６・・・・・・・・・・・・・・・・・変換機構
７・・・・・・・・・・・・・・・・・ラック歯
８・・・・・・・・・・・・・・・・・モータ
９・・・・・・・・・・・・・・・・・ステータ
１０・・・・・・・・・・・・・・・・ロータ
１１・・・・・・・・・・・・・・・・スリーブ
１２、１３、１９、２４、２８、３３・転がり軸受
１４、１４’、２９・・・・・・・・・内輪
１４ａ、１５ａ・・・・・・・・・・・転走面
１５、１５’・・・・・・・・・・・・外輪
１５ｂ、２９ａ、３２ａ・・・・・・・環状溝
１５ｃ・・・・・・・・・・・・・・・端面
１６、２３・・・・・・・・・・・・・ボール
１７、１７’、２５、３０、３４・・・弾性部材
１８・・・・・・・・・・・・・・・・シール
２０、２６、２６’・・・・・・・・・ボールねじ
２１・・・・・・・・・・・・・・・・ねじ軸
２２、２７、３２・・・・・・・・・・ナット
２７ａ・・・・・・・・・・・・・・・鍔
３１・・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
５１・・・・・・・・・・・・・・・・操舵軸
５１ａ・・・・・・・・・・・・・・・ラック歯
５２・・・・・・・・・・・・・・・・ナット部材
５３・・・・・・・・・・・・・・・・ボール
５４・・・・・・・・・・・・・・・・雄ねじ軌条
５５・・・・・・・・・・・・・・・・モータ
５６・・・・・・・・・・・・・・・・雌ねじ軌条
６０・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオン軸
６０ａ・・・・・・・・・・・・・・・ピニオン
６１・・・・・・・・・・・・・・・・ステータ
６２・・・・・・・・・・・・・・・・ロータ
６３・・・・・・・・・・・・・・・・磁極
６４、６５・・・・・・・・・・・・・玉軸受
６６・・・・・・・・・・・・・・・・４点接触玉軸受
Ｈ１・・・・・・・・・・・・・・・・ラックハウジング
Ｈ２・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオンハウジング
Ｈ３・・・・・・・・・・・・・・・・モータハウジング
ａ、ｂ・・・・・・・・・・・・・・・リード
Ａ、Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・接触点[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball screw type rack assist type electric power steering device, and more particularly to an improvement of an electric power steering device which suppresses generation of vibration and noise.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art There are various types of electric power steering devices (hereinafter referred to as EPS) for automobiles, which assist the steering force of a steering wheel with an electric motor. As one of them, an axial moving force is applied from a steering wheel to a retractable steering shaft connected to a wheel steering mechanism via a conversion mechanism such as a rack and pinion mechanism, and the output of an electric motor is output. There is one that is applied as an axial moving force via a ball screw.
[0003]
In a ball screw mechanism that is used to convert the rotation of the motor for steering force assistance by the steering wheel into the axial movement of the steering shaft, vibration and noise generated due to the play of the ball can be reduced with a simple configuration. EPS is known to suppress.
[0004]
In this EPS, as shown in FIGS. 7 and 8, the steering force assist motor 55 is configured by expanding a middle part of a rack housing H1 that surrounds a steering shaft (rack shaft) 51 over an appropriate length. A three-phase brushless motor including a stator 61 provided inside the motor housing H3 and a rotor 62 provided coaxially inside the stator 61 inside a cylindrical motor housing H3. ing.
[0005]
The rotor 62 is configured by holding a magnetic pole 63 facing the inner periphery of the stator 61 through a slight radial clearance on the outer periphery of a cylindrical body having an inner diameter larger than the outer diameter of the steering shaft 51. Are rotatably supported around the axis of the motor housing H3. The rotor 62 can rotate in both forward and reverse directions in accordance with energization of the stator 61.
[0006]
The motor 55 for assisting the steering force moves in the direction of the steering torque applied to the steering wheel based on a detection signal of a torque sensor (not shown) disposed inside the pinion housing H2 that houses the pinion shaft 60. Drive control is performed to generate a rotational force corresponding to the magnitude of the steering torque. By this drive control, a motion converting ball screw mechanism provided on one side of the motor 55 is converted into an axial moving force and applied to the steering shaft 51, and the steering generated by the movement of the steering shaft 51 in the rack housing H 1. Is assisted. Reference numeral 60a denotes a pinion, and 51a denotes rack teeth formed on the steering shaft 51, which mesh with the pinion 60a.
[0007]
The ball screw mechanism for motion conversion is coaxially press-fitted and fixed to one end of the rotor 62, and the cylindrical nut member 52 is rotatable into the rack housing H1 by a four-point contact ball bearing 66. I support it. The female screw rail 56 formed on the inner periphery of the nut member 52 and the male screw rail 54 formed on the outer periphery of the steering shaft 51 rotate around the axis by transmission from the steering force assisting motor 55. Are screwed together through a plurality of balls 53 rolling along. In the EPS that assists the steering by converting the rotation of the motor 55 driven according to the steering torque into the axial movement of the steering shaft 51 by the ball screw mechanism, the lead of the female screw rail 56 on the inner periphery of the nut member 52 is used. b is different from the lead a of the male screw rail 54 on the outer periphery of the steering shaft 51.
[0008]
Thereby, in the fitting portion between the steering shaft 51 and the nut member 52, the two screw rails 54, 56 are displaced in the axial direction, and of the plurality of balls 53 interposed between the two, the screw rails 54, 56 are shifted in the axial direction. The balls 53 at different positions are brought into contact with each other in a state where preload is applied at two points A and B, thereby preventing the balls 53 from floating in the screw rails 54 and 56. The ball 53 in the two-point contact state can smoothly roll between the two screw rails 54 and 56 with the rotation of the nut member 52, and the motion is converted without impairing the original efficiency ( For example, see Patent Document 1.)
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-114117 (pages 4, 5; FIGS. 1, 2)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an EPS, the female screw rail 56 of the nut member 52 constituting the ball screw mechanism and the leads a, b of the male screw rail 54 of the steering shaft 51 are made different, and the balls 53, 53 are preloaded at two points A, B. However, since the preload amount actually changes due to variations in the internal clearance of the ball screw mechanism, the dimensional control and assembly adjustment of the two screw rails 54 and 56 and the ball 53 are substantially performed. In practice, it is difficult, and even if it can be done, skill and labor are required, resulting in a rise in cost.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and in a ball screw mechanism used to convert the rotation of a motor for steering force into movement in the axial direction of a steering shaft, the present invention is based on the play of a ball. It is an object of the present invention to provide an electric power steering device that suppresses vibration and noise generated by a simple configuration at low cost.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object, a substantially cylindrical housing, a steering shaft that penetrates the housing, and is connected to a steering mechanism that steers wheels, and a rotational force from a steering wheel is applied to the steering shaft in a longitudinal direction. A ball screw composed of a conversion mechanism for converting the force into a force to be moved, a nut in which a part of the steering shaft is a screw shaft, and a nut externally fitted to the screw shaft via a plurality of balls, and a nut of the ball screw Rolling bearing for rotatably supporting the nut with respect to the housing, a stator fixed to the inner peripheral surface of the housing, and a predetermined radial clearance in the inner peripheral surface of the stator. An electric power steering apparatus comprising: a motor comprising a rotor opposed to the nut and fitted to the nut, wherein the rolling bearing is fitted to the housing via an elastic member. It has adopted the configuration.
[0013]
As described above, since the rolling bearing that rotatably supports the nut is fitted to the housing via the elastic member, the vibration and noise generated due to the play of the ball in the ball screw are buffered by the elastic member. It is possible to reduce the cost efficiently with a simple configuration. Furthermore, a ball screw type rack assist type electric power steering device which can tolerate misalignment due to assembly with this elastic member and has no torque unevenness can be provided.
[0014]
Further, an annular groove may be formed on the outer peripheral surface of the outer ring of the rolling bearing, and the elastic member may be attached to the annular groove, as in the invention according to claim 2. As described above, the elastic member may be integrally formed or adhered to the outer peripheral surface of the outer ring of the rolling bearing. Further, as in the invention as set forth in claim 4, an annular groove or a spiral groove is formed on the outer peripheral surface of the outer ring of the rolling bearing, and the elastic member is coated on the outer peripheral surface including the groove and the end surface of the outer ring. Is also good. As described above, if the elastic member is integrally fixed to the outer ring of the rolling bearing, it is possible to reduce the cost with a simple configuration without impairing the assemblability.
[0015]
The invention according to claim 5 of the present invention provides a housing having a substantially cylindrical shape, a steering shaft penetrating the housing and connected to a steering mechanism that steers wheels, and a rotational force from a steering wheel. A conversion mechanism that converts the steering shaft into a force for moving the steering shaft in the longitudinal direction, and a ball screw including a nut that is partially fitted to the steering shaft as a screw shaft and externally fitted to the screw shaft via a plurality of balls. A rolling bearing fitted to the nut of the ball screw and rotatably supporting the nut with respect to the housing; a stator fixed to an inner peripheral surface of the housing; An electric power steering apparatus comprising: a motor comprising a rotor opposed to the radial gap and fitted to the nut; wherein the rolling bearing is connected to the nut via an elastic member. It was adopted fitted configuration to door.
[0016]
As described above, since the rolling bearing for rotatably supporting the nut is fitted to the outer peripheral surface of the nut via the elastic member, the vibration and noise generated due to the play of the ball in the ball screw are reduced by the elastic member. Can be buffered.
[0017]
Further, an annular groove may be formed on the inner peripheral surface of the inner race of the rolling bearing, and the elastic member may be mounted in the annular groove. As described above, if the elastic member is integrally fixed to the inner ring of the rolling bearing, it is possible to reduce the cost with a simple configuration without impairing the assemblability.
[0018]
Furthermore, as in the invention according to claim 7, an annular groove is formed on the outer peripheral surface of the nut for fitting the rolling bearing instead of the rolling bearing, and the elastic member is attached to the annular groove. good.
[0019]
In the invention described in claim 8, the elastic member is made of synthetic resin or rubber. Therefore, it is possible to achieve high productivity, light weight and low cost.
[0020]
Preferably, if the synthetic resin is made of PA11 to which graphite is added, as in the invention according to claim 9, since the electrically insulating property is high, the leakage of the motor from the motor can be reduced. Electrolytic corrosion can be prevented, the heat resistance temperature is relatively high, and sufficient durability can be exhibited for a long time without sagging.
[0021]
Preferably, when the rubber is made of urethane rubber as in the invention according to claim 10, the noise suppressing effect is high.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially cutaway side view showing an embodiment of an electric power steering device according to the present invention.
[0023]
The motor housing 1 is fixed to the vehicle body via a bracket (not shown). A steering shaft 2 extends through the motor housing 1. Tie rods 3 and 4 are connected to both ends of the steering shaft 2 and are connected to a steering mechanism (not shown) for steering wheels. A pinion shaft 5 is provided so as to extend obliquely upward from one side of the motor housing 1, and the pinion shaft 5 is connected at an upper end to a steering wheel (not shown). The pinion shaft 5 is rotatably supported, and its rotation is transmitted to the steering shaft 2 as a moving force in the axial direction via the conversion mechanism 6 at the lower end. The conversion mechanism 6 includes a rack tooth 7 formed at a part of the steering shaft 2 in the longitudinal direction, and a pinion (not shown) provided at a lower end of the pinion shaft 5 and meshing with the rack tooth 7. A torque detector (not shown) for detecting the steering torque and transmitting the detection signal to a motor control device (not shown) is provided at a part of the pinion shaft 5.
[0024]
The motor housing 1 is formed in a substantially cylindrical shape, and is configured such that support members 1b and 1c are respectively coupled to both ends of a central cylindrical body 1a. A stator 9 constituting the motor 8 is press-fitted and fixed at the center of the inner periphery of the motor housing 1. The stator 9 includes a core and a stator coil, and a rotor 10 of the motor 8 is disposed on the inner periphery of the stator 9 with a predetermined radial clearance therebetween. The rotor 10 is formed of a magnetic material into a cylindrical shape, and is integrally fixed to the outer periphery of the sleeve 11. The steering shaft 2 is inserted through the inner periphery of the sleeve 11 so as to be movable in the axial direction. The motor 8 is controlled by a motor control device (not shown) according to the detection signal of the above-described torque detector.
[0025]
One end (left side in the figure) of the sleeve 11 is rotatably supported in the motor housing 1 by a rolling bearing (ball bearing) 12. The rolling bearing 12 may be a single-row bearing or a double-row bearing, as long as it can apply a radial load and a thrust load.
[0026]
The rotation of the motor 8 is transmitted via the ball screw 20 to the steering shaft 2 as an axial moving force. In the ball screw 20, a part of the steering shaft 2 in the axial direction is configured as a ball screw shaft 21. As shown in FIG. 2, a nut 22 constituting the ball screw 20 is rotatably supported in the motor housing 1 via a rolling bearing 13 fitted to an outer diameter portion thereof. Further, one end of the rotor 10 is fitted to one end of the nut 22.
[0027]
The rolling bearing 13 is formed of a four-point contact ball bearing as shown in FIG. 3A, and includes an inner ring 14, an outer ring 15, and a plurality of balls 16 interposed between the inner and outer rings 14, 15. The rolling surface 14a formed on the outer peripheral surface of the inner ring 14 and the rolling surface 15a formed on the inner peripheral surface of the outer ring 15 have a pair of centers of curvature which are offset equidistantly in the axial direction with respect to the axial center of the bearing. It is formed in an arc surface, a so-called Gothic arch shape. Therefore, this four-point contact ball bearing can apply a thrust load in both directions while being a single-row bearing. In addition, the range of the axial clearance can be suppressed with respect to the radial clearance, and the play of the ball screw 20 after assembly into the EPS can be suppressed.
[0028]
On the outer peripheral surface of the outer ring 15 of the rolling bearing 13, a pair of annular grooves 15b is provided in parallel. An elastic member 17 made of a ring-shaped PA (polyamide) 11 or the like is mounted in the annular groove 15b. Here, as the material of the elastic member 17, PA11 having a relatively high heat-resistant temperature and a high electrical insulation property is used by adding an appropriate amount of graphite which is advantageous for settling or the like to PA11. The material of the elastic member 17 is not limited to this, and may be any material having a sufficiently smaller Young's modulus than steel. Therefore, other synthetic resins and rubbers, for example, urethane rubber, natural rubber, chloropyrene rubber, nitrile rubber and the like can be exemplified. Further, the number of the annular grooves 15b formed on the outer peripheral surface of the outer ring 15 is not limited to one pair, and may be one or three or more. Reference numeral 18 denotes a seal which is mounted on the outer ring 15 and seals an annular space between the outer ring 15 and the inner ring 14. It is preventing.
[0029]
As described above, since the rolling bearing 13 that supports the nut 22 is fitted to the supporting member 1b that constitutes the motor housing 1 via the elastic member 17, vibration generated due to the free movement of the ball in the ball screw 20 can be reduced. Noise can be buffered by the elastic member 17 and can be efficiently suppressed at low cost with a simple configuration. Further, misalignment due to assembly can be tolerated by the elastic member 17, and electric corrosion of the rolling bearing 13 due to leakage current of the motor 8 can be prevented. Therefore, it is suitable for mass production because it does not increase the accuracy of each part and does not lower the workability of assembly.
[0030]
FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating another embodiment of the rolling bearing. The same parts as those of the above-described rolling bearing are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be avoided. The rolling bearing 19 is formed of a deep groove ball bearing, and includes an inner ring 14 ', an outer ring 15', and a plurality of balls 16 interposed between the inner and outer rings 14 ', 15'. An elastic member 17 'is fixed to the outer peripheral surface of the outer ring 15' so as to cover the outer peripheral surface. The elastic member 17 'is made of the above-described synthetic resin or the like, and is integrally fixed by injection molding or bonding.
[0031]
FIG. 3C is a cross-sectional view showing still another embodiment of the rolling bearing. The same parts as those of the above-described rolling bearing are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be avoided. The rolling bearing 24 is formed of a deep groove ball bearing and includes an inner ring 14 ′, an outer ring 15, and a plurality of balls 16 interposed between the inner and outer rings 14 ′ and 15. A pair of annular grooves 15b are provided on the outer peripheral surface of the outer ring 15 in parallel. An elastic member 25 made of a synthetic resin such as PA (polyamide) 11 is integrally formed so as to cover the outer peripheral surface including the annular grooves 15b and the end surface 15c. Injection molded. By covering the end surface 15c of the outer race 15 with the elastic member 25 as described above, the elastic member 25 can be prevented from peeling off from the outer race 15 and the vibration generated due to the play of the ball in the ball screw 20 can be prevented. Noise can be further reduced by the elastic member 25, and the cost can be reduced efficiently with a simple configuration. Further, the electrolytic corrosion of the rolling bearing 24 can also be reliably prevented. Here, a pair of annular grooves 15b are provided side by side on the outer circumference of the outer ring 15, but the invention is not limited to this. At least one annular groove may be formed to be inclined, or a spiral groove may be used instead of these annular grooves. If formed, the rotation of the elastic member can be prevented.
[0032]
FIG. 4 is an enlarged view of a main part of another embodiment of the electric power steering apparatus according to the present invention, with a part thereof broken away. The same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0033]
A nut 27 constituting the ball screw 26 is rotatably supported in the motor housing 1 via a rolling bearing 28 fitted to an outer diameter portion thereof. Further, one end of the rotor 10 is fitted to one end of the nut 27. The rolling bearing 28 is positioned and fixed in the axial direction by a flange 27 a formed at an end of the nut 27 and a retaining ring 31 mounted on the outer peripheral surface of the nut 27. A pair of annular grooves 29 a are provided in parallel on the inner peripheral surface of the inner ring 29 of the rolling bearing 28. An elastic member 30 made of a synthetic resin such as a ring-shaped PA (polyamide) 11 is mounted in the annular groove 29a. The number of the annular grooves 29a formed on the outer peripheral surface of the inner ring 29 is not limited to one pair, and may be single or three or more. Then, the elastic member 30 may be attached.
[0034]
FIG. 5 is a graph showing the results of verifying the noise level when annular grooves are formed on both the end surface and the inner peripheral surface of the inner ring, and urethane rubber is mounted in these annular grooves. As can be seen from this, it is considered that if the number of rotations of the nut is increased to some extent, the noise suppressing effect by the elastic member is remarkably exhibited.
[0035]
FIG. 6 is an enlarged view of a main part with a part cut away showing still another embodiment of the electric power steering apparatus according to the present invention. The same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0036]
The nut 32 constituting the ball screw 26 'is rotatably supported in the motor housing 1 via a rolling bearing 33 fitted to an outer diameter portion thereof. A pair of annular grooves 32a are arranged in parallel on the outer peripheral surface of the nut 32, and an elastic member 34 made of a synthetic resin such as a ring-shaped PA (polyamide) 11 is mounted in the annular grooves 32a. The number of the annular grooves 32a formed on the outer peripheral surface of the nut 32 is not limited to one pair, and may be a single or three or more.
[0037]
In this manner, the rolling bearings 28, 33 supporting the nuts 27, 32 are fitted to the nuts 27, 32 via the elastic members 30, 34, so that the ball screws 26, 26 'are similar to the above-described embodiment. Vibration and noise generated due to the play of the ball can be buffered by the elastic members 30 and 34, and can be efficiently suppressed at low cost with a simple configuration. Further, misalignment due to assembly can be tolerated by the elastic members 30 and 34, and electrolytic corrosion of the rolling bearings 28 and 33 due to the leakage current of the motor 8 can be prevented.
[0038]
As described above, a single-row ball bearing has been exemplified as the rolling bearing. However, such a rolling bearing is not limited to a ball bearing, and may be a roller bearing. Further, a double-row rolling bearing such as a double-row angular contact ball bearing may be used.
[0039]
Next, the operation of the EPS according to the present invention will be described with reference to FIG. When the vehicle is running straight and the rotation of the steering wheel is stopped, no torque signal is output from the steering torque detector of the pinion shaft 5 and the motor 8 is stopped by the motor control device. That is, the EPS is in a state of not outputting the assist steering force. When the steering wheel is steered, a torque signal is output from the steering torque detector of the pinion shaft 5, and the motor 8 rotates the rotor 10 under the control of the motor control device. When the rotor 10 rotates, the nut 22 of the ball screw 20 rotates together with the rotor 10, and the steering shaft 2, which is partially formed by the screw shaft 21, is moved in the axial direction, and an assist steering force is generated. At this time, the ball 23 of the ball screw 20 rolls in the rolling path as the nut 22 rotates. Thus, the steering force of the steering wheel is assisted by the motor 8. Here, as the ball circulating portion of the ball screw 20, a piece type in which connecting grooves connecting the screw grooves are integrally formed is adopted, but the ball screw is not limited to this and may be another type of ball screw.
[0040]
As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to these embodiments at all, but is merely an example, and may be variously modified without departing from the gist of the present invention. The scope of the present invention is, of course, indicated by the appended claims, and further includes the equivalent meanings described in the appended claims and all modifications within the scope. Including.
[0041]
【The invention's effect】
As described in detail above, the electric power steering apparatus according to the present invention includes a substantially cylindrical housing, a steering shaft that penetrates the housing and is connected to a steering mechanism that steers wheels, and rotation from the steering wheel. A conversion mechanism for converting the force into a force for moving the steering shaft in the longitudinal direction, and a nut in which a part of the steering shaft is a screw shaft and which is externally fitted to the screw shaft via a plurality of balls. A ball screw, a rolling bearing fitted to a nut of the ball screw and rotatably supporting the nut with respect to the housing; a stator fixed to an inner peripheral surface of the housing; and an inner periphery of the stator. An electric power steering device comprising: a motor that faces a surface of the rotor via a predetermined radial clearance and is fitted to the nut. Since the configuration in which the housing is fitted via the elastic member is adopted, vibration and noise generated due to the play of the ball in the ball screw can be buffered by the elastic member, and at low cost, and It can be efficiently suppressed with a simple configuration. Furthermore, a ball screw type rack assist type electric power steering device which can tolerate misalignment due to assembly with this elastic member and has no torque unevenness can be provided.
[0042]
Further, even if the rolling bearing is fitted to the nut outer peripheral surface via an elastic member, vibration and noise generated due to movement of the ball in the ball screw can be effectively reduced by the elastic member. Can be buffered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway side view showing an embodiment of an electric power steering device according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the same, partially cut away.
FIG. 3A is a sectional view showing an embodiment of a rolling bearing according to the present invention.
(B) is sectional drawing which shows another embodiment same as the above.
(C) is sectional drawing which shows another embodiment same as the above.
FIG. 4 is an enlarged view of a main part with a part cut away showing another embodiment of the electric power steering apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a graph verifying a noise level depending on the presence or absence of an elastic member.
FIG. 6 is an enlarged view of a main part with a part cut away showing still another embodiment of the electric power steering apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a partially cutaway side view showing a conventional electric power steering device.
FIG. 8 is a sectional view of a main part of the above.
[Explanation of symbols]
1 Motor housing 1a Cylindrical body 1b 1c・ ・ ・ ・ ・ Support member 2 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Steering shafts 3、4 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Tie rods 5 ・ ・ ・... Pinion shaft 6 ... Conversion mechanism 7 ... ··· Rack teeth 8 ··· Motor 9 ··· Stator 10 ··· Rotor 11 ······ Sleeves 12, 13, 19, 24, 28, 33 · Rolling bearings 14, 14 ', 29・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Inner rings 14a, 15a ・ ・ ・ Rolling surfaces 15, 15・ ・ ・ ・ ・ ・ Outer ring 15b 、 29a 、 32a ・ ・ ・ ・ ・ ・ Circular groove 15c ... Balls 17, 17 ', 25, 30, 34 ... Elastic members 18 ... Seals 20, 26, 26 '... Ball screw 21 ... Screw shaft 22, 27, 32 ... Nut 27a ... Tsubasa 31 Steering shaft 51a Rack teeth 52 Nut member 53・ ・ ・ ・ ・ ・ Ball 54 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Male thread rail 5 Motor 56 Female thread rail 60 ... Pinion shaft 60aPinion 61Stator 62 ··········· Rotor 63 ····················· Ball bearing 66 ···························· Four-point contact ball bearing H1 ··························· ... Pinion housing H3 ... Motor housings a and b ... Leads A and B ... ... Contact point