JP2015000594A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじ機構のナットの傾きに起因する不具合を抑制することのできるステアリング装置を提供する。
【解決手段】電動パワーステアリング装置１はボールねじ機構４０及び減速機構５０を備える。ボールねじ機構４０は、ラックシャフト１６の外周面に複数のボール４２を介して螺合されたナット４１を有する。減速機構５０は、モータ２１の出力軸２１ａに一体的に組み付けられた駆動プーリ５１、ナット４１に一体的に組み付けられた従動プーリ５２、及び各プーリ５１，５２に巻き掛けられたベルト５３を有する。ナット４１の他側部は、円筒状のハウジング３０の内周面に嵌合されたボールベアリング４４により回転可能に支持されている。ボールベアリング４４が嵌合されるハウジング３０の内周面の中心軸は、ラックシャフト１６の中心軸に対して、ナット４１の他側部から一側部に向かうほど駆動プーリ５１から離間する方向に傾斜している。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両のステアリング装置に関する。

この種のステアリング装置として、車両のラックシャフトの中心軸に対してモータの出力軸が平行に配置された、いわゆるラックパラレル型の電動パワーステアリング装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この電動パワーステアリング装置は、ラックシャフトの外周面に取り付けられたボールねじ機構、モータの出力軸の回転を減速してボールねじ機構に伝達する減速機構、並びにボールねじ機構及び減速機構の周囲を覆う円筒状のハウジングを備えている。

ボールねじ機構は、ラックシャフトの外周面に形成されたねじ溝に複数のボールを介して螺合された円筒状のナットを備えている。ナットの軸方向の一側部は、ハウジングの内周面に嵌合されたボールベアリングにより回転可能に支持されている。ボールねじ機構は、ナットがラックシャフトに対して相対回転することによりラックシャフトに軸方向の力を付与する。

減速機構は、ナットの軸方向における一側部とは反対側の他側部に一体的に組み付けられた従動プーリ、モータの出力軸に一体的に組み付けられた従動プーリ、及び各プーリに巻き掛けられたベルトを備えている。減速機構は、モータの出力軸の回転を各プーリ及びベルトを介して減速してボールねじ機構のナットに伝達し、ナットを回転させる。

このような構成によれば、モータの出力軸が回転すると、減速機構を介してボールねじ機構のナットが回転するため、ラックシャフトに軸方向の力が付与される。このラックシャフトに付与される軸方向の力がアシスト力となって運転者のステアリング操作が補助される。

特開２０１２−１４４２０２号公報

ところで、このような電動パワーステアリング装置では、ハウジング及び軸受のそれぞれの形状誤差等を吸収するために、ボールベアリングが嵌合されるハウジングの円筒部分の内径は、ボールベアリングの外径よりも僅かに大きい値に設定されている。すなわちボールベアリングの外周面とハウジングの内周面との間には微小なクリアランス（隙間）が設けられている。またナットは、その一側部がボールベアリングにより片持ち支持されている。そのためナットの他側部に従動プーリを介してベルトの張力が付与されると、ナットには、ボールベアリングとハウジングとの間のクリアランスに応じた微小な傾きが生じる。このナットの傾きによりデフレクタ等のボール循環路から転動路へのボールの通路が狭められると、ボールの摺動抵抗が増加するため、作動音が増大するおそれがある。このボールの通路は、ナットに傾きが生じた場合、他側部の側で狭められ一側部の側で広げられるため、ラックシャフトに対するナットの相対的な回転方向によって、ボールに作用する摺動抵抗が変化する可能性がある。これがプレロードに対する左右差の要因となり、運転者の操舵感に違和感を与えるおそれがある。なおプレロードとは、モータからのアシスト力がラックシャフトに付与されていない状態でステアリングホイールを回転させるのに必要な操舵トルクである。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボールねじ機構のナットの傾きに起因する不具合を抑制することのできるステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、車両の転舵軸の外周面に形成されたねじ溝に複数のボールを介して螺合された円筒状のナットを有し、前記ナットの回転に基づいて前記転舵軸に軸方向の力を付与するボールねじ機構と、モータの出力軸に一体的に組み付けられた駆動プーリ、前記ナットの軸方向の一側部に一体的に組み付けられた従動プーリ、並びに前記駆動プーリ及び前記従動プーリに巻き掛けられた無端状のベルトを有し、前記モータの出力軸の回転を前記駆動プーリ、前記ベルト、及び前記従動プーリを介して減速して前記ナットに伝達する減速機構と、前記ボールねじ機構及び前記減速機構の周囲を覆う円筒状のハウジングの内周面に嵌合され、前記ナットの軸方向における一側部とは反対側の他側部を回転可能に支持する軸受と、を備え、前記モータから前記減速機構及び前記ボールねじ機構を介して前記転舵軸に力を付与するステアリング装置において、前記軸受が嵌合される前記ハウジングの内周面の中心軸を、前記転舵軸の中心軸に対して、前記ナットの前記他側部から前記一側部に向かうほど前記駆動プーリから離間する方向に傾斜させた。

この構成によれば、ハウジングの内周面に軸受を嵌合させたとき、軸受の中心軸は転舵軸の中心軸に対して傾斜する。これにより、軸受により支持されたナットの中心軸も転舵軸の中心軸に対して傾斜する。より詳しくは、軸受及びナットのそれぞれの中心軸は、転舵軸の中心軸に対して、ナットの他側部から一側部に向かうほど駆動プーリから離間する方向に傾斜する。この状態でナットの一側部にベルトの張力が付与されると、軸受及びナットのそれぞれの中心軸が駆動プーリの方向に傾くため、結果的にナットの中心軸と転舵軸の中心軸とを一致させることが可能となる。したがってナットの傾きに起因する不具合を抑制することができる。

そして上記のようなステアリング装置は、前記モータの出力軸が前記転舵軸の中心軸と平行に配置されているステアリング装置に、すなわちラックパラレル型のステアリング装置に適用することが好ましい。このような構成からなるステアリング装置は、ベルトの張力に起因するナットの傾きが生じやすいため、上記のようなナットの傾きを抑制する構成を備えることは特に有効である。

このステアリング装置によれば、ボールねじ機構のナットの傾きに起因する不具合を抑制することができる。

電動パワーステアリング装置の一実施形態についてその断面構造を示す断面図。 実施形態の電動パワーステアリング装置についてそのアシスト機構周辺の断面構造を示す断面図。 実施形態のアシスト機構についてそのボールねじ機構のナットを支持するボールベアリング周辺の断面構造を示す断面図。 実施形態の電動パワーステアリング装置についてその第１ハウジングの部分断面構造を示す断面図。 実施形態の電動パワーステアリング装置についてナットにベルトの張力が付与されていない状態での断面構造を示す断面図。 実施形態の電動パワーステアリング装置についてナットにベルトの張力が付与された状態での断面構造を示す断面図。

以下、図１〜図６を参照して、電動パワーステアリング装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、この電動パワーステアリング装置１は、運転者のステアリングホイール２の操作に基づき転舵輪３を転舵させる操舵機構１０、及び運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構２０を備えている。

操舵機構１０は、ステアリングホイール２の回転軸となるステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール２に連結されたコラムシャフト１２、コラムシャフト１２の下端部に連結されたインターミディエイトシャフト１３、及びインターミディエイトシャフト１３の下端部に連結されたピニオンシャフト１４からなる。ピニオンシャフト１４の下端部はラックアンドピニオン機構１５を介して転舵軸であるラックシャフト１６に連結されている。操舵機構１０では、運転者のステアリングホイール２の操作に伴いコラムシャフト１２、インターミディエイトシャフト１３、及びピニオンシャフト１４が一体的に回転する。そしてピニオンシャフト１４の回転運動がラックアンドピニオン機構１５を介してラックシャフト１６の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト１６の往復直線運動がその両端に連結されたボールジョイント１７を介してタイロッド１８に伝達され、タイロッド１８が動作する。このタイロッド１８の動作に基づいて転舵輪３の転舵角が変化する。

アシスト機構２０はラックシャフト１６に設けられている。アシスト機構２０はモータ２１及び動力伝達機構２２からなる。モータ２１の出力軸２１ａはラックシャフト１６の中心軸に平行に配置されている。すなわち電動パワーステアリング装置１はラックパラレル型の電動パワーステアリング装置である。動力伝達機構２２は、モータ２１の出力軸２１ａの回転力をラックシャフト１６の軸方向の力に変換してラックシャフト１６に付与する。アシスト機構２０は、モータ２１から動力伝達機構２２を介してラックシャフト１６に付与される力をアシスト力として運転者のステアリング操作を補助する。

ラックシャフト１６の外周は、金属材料からなるハウジング３０により覆われている。ハウジング３０は、第１ハウジング３１及び第２ハウジング３２からなり、それらが互いに連結されることで構成されている。ハウジング３０は、その内部にピニオンシャフト１４、ラックシャフト１６、及び動力伝達機構２２を収容する。ハウジング３０における動力伝達機構２２を収容する部分の底部には、鉛直方向下側に突出するように凹部３３が形成されている。この凹部３３の側壁３３ａにモータ２１が固定されている。また凹部３３の側壁３３ａには貫通孔３４が形成されている。モータ２１の出力軸２１ａは、この貫通孔３４を通じてハウジング３０の内部に挿入され、動力伝達機構２２に連結されている。

次に動力伝達機構２２の構成について説明する。
図２に示すように、動力伝達機構２２は、ラックシャフト１６の周囲に取り付けられたボールねじ機構４０、及びモータ２１の出力軸２１ａの回転を減速してボールねじ機構４０に伝達する減速機構５０を備えている。

ボールねじ機構４０は、ラックシャフト１６の外周面に形成されたねじ溝１６ａに複数のボール４２を介して螺合された円筒状のナット４１を有している。ナット４１の内周面にはねじ溝４１ａが形成されている。このナット４１のねじ溝４１ａとラックシャフト１６のねじ溝１６ａとにより囲まれる空間により螺旋状の転動路Ｌ１が形成される。またナット４１には、外周面側に開口する凹部４１ｂが形成されている。ナット４１の軸方向における凹部４１ｂの両端部底面には、ねじ溝４１ａに連通する貫通孔４１ｃ，４１ｄがそれぞれ形成されている。また凹部４１ｂには循環部材（デフレクタ）４３が嵌め込まれている。循環部材４３は、凹部４１ｂの内壁面と共に、転動路Ｌ１の二箇所間を短絡する循環路Ｌ２を形成する。転動路Ｌ１及び循環路Ｌ２は、ボール４２が転動する通路となる。

一方、ナット４１の軸方向の一側部には円環状のフランジ部４１ｅが形成されている。ナット４１の外周面には、このフランジ部４１ｅと軸方向に係合するように従動プーリ５２が嵌合されるとともに、従動プーリ５２に隣接して単列のボールベアリング４４が嵌合されている。またナット４１の軸方向の他側部には雄ねじ部４１ｆが形成されている。この雄ねじ部４１ｆにはロックナット４５が螺着されている。このロックナット４５とフランジ部４１ｅとの間に従動プーリ５２及びボールベアリング４４が挟み込まれることにより、従動プーリ５２及びボールベアリング４４の内輪４４ａがナット４１に一体的に組み付けられている。またボールベアリング４４の外輪４４ｂは第１ハウジング３１の内周面に嵌合されている。すなわちナット４１は、ボールベアリング４４により回転可能に支持されている。なお図中には、ナット４１の雄ねじ部４１ｆからフランジ部４１ｅに向かう方向、すなわちナット４１の他側部から一側部に向かう方向を矢印ａで示している。

図３に示すように、ボールベアリング４４の外輪４４ｂが嵌合する第１ハウジング３１の内周面には周溝３５が形成されている。周溝３５には、ボールベアリング４４の外輪４４ｂにより圧縮された状態でＯリング４６が挿入されている。このＯリング４６の弾性変形により、例えば組み付け誤差などに起因してラックシャフト１６とナット４１との間に軸ずれが存在する場合でもナット４１の円滑な回転を確保することが可能となっている。

このような構造からなるボールねじ機構４０では、ナット４１がラックシャフト１６に対して相対回転すると、ボール４２がナット４１及びラックシャフト１６から負荷（摩擦力）を受けて転動路Ｌ１内を転動する。転動路Ｌ１内を転動するボール４２は、転動路Ｌ１及び循環路Ｌ２の一方の接続点に到達すると循環路Ｌ２内に導かれる。循環路Ｌ２内に導かれたボール４２は、転動路Ｌ１及び循環路Ｌ２の他方の接続点を通じて転動路Ｌ１へと排出される。すなわちボール４２は循環路Ｌ２を介して転動路Ｌ１内を無限循環する。ボールねじ機構４０は、こうしたボール４２の無限循環によりナット４１のトルクをラックシャフト１６に伝達し、ラックシャフト１６をナット４１に対して軸方向に移動させる。すなわちボールねじ機構４０は、ナット４１の回転に基づいてラックシャフト１６に軸方向の力を付与する。

図２に示すように、減速機構５０は、モータ２１の出力軸２１ａに一体的に組み付けられた駆動プーリ５１、ナット４１に一体的に組み付けられた従動プーリ５２、及び各プーリ５１，５２に巻き掛けられた無端状のベルト５３を有している。減速機構５０では、駆動プーリ５１の回転をベルト５３及び従動プーリ５２を介して減速してナット４１に伝達する。

このような構成からなるアシスト機構２０では、モータ２１への通電に基づきモータ２１の出力軸２１ａが回転すると、モータ２１の出力軸２１ａと一体となって駆動プーリ５１が回転する。これにより駆動プーリ５１は、ベルト５３を介して従動プーリ５２及びナット４１を一体回転させる。このナット４１の回転によりラックシャフト１６に軸方向の力が付与される。

次に、図４を参照して、第１ハウジング３１におけるボールベアリング４４の嵌合部分の形状について説明する。なお図４では、ラックシャフト１６の中心軸を「ｍ１」で示している。

図４に示すように、第１ハウジング３１におけるボールベアリング４４の外輪４４ｂが嵌合する部分は、一方の端部が開口された円筒部３１ａとなっている。なお円筒部３１ａの内径は、ボールベアリング４４の外輪４４ｂの外径よりも僅かに大きい値に設定されている。円筒部３１ａの内周面の中心軸ｍ２は、ラックシャフト１６の中心軸ｍ１に対して、矢印ａで示す方向に向かうほど駆動プーリ５１から離間する方向に所定角度θだけ傾斜している。なお矢印ａで示す方向は、図２で説明した通り、ナット４１の雄ねじ部４１ｆからフランジ部４１ｅに向かう方向を示す。また図中には、参考のために、円筒部３１ａの中心軸ｍ２がラックシャフト１６の中心軸ｍ１と一致している場合の円筒部３１ａの内周面の位置を二点鎖線で示している。

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態の電動パワーステアリング装置１の作用を説明する。
図５に示すように、電動パワーステアリング装置１の製造の際には、ナット４１にボールベアリング４４及び従動プーリ５２を一体的に組み付けた後、ナット４１を第１ハウジング３１の開口部分からその内部に挿入する。そしてボールベアリング４４を円筒部３１ａの内周面に嵌合させる。このときボールベアリング４４の中心軸、換言すればナット４１の中心軸ｍ３は、円筒部３１ａの中心軸ｍ２と略一致する。

その後、図６に示すように、ナット４１の従動プーリ５２にベルト５３の張力Ｆを付与すると、ボールベアリング４４により片持ち支持されたナット４１は、ベルト５３の張力Ｆにより駆動プーリ５１側に傾く。すなわちナット４１の中心軸ｍ３が駆動プーリ５１側に傾く。そのためナット４１の中心軸ｍ３をラックシャフト１６の中心軸ｍ１に一致させることができる。すなわちナット４１の傾きを抑制することができる。これにより、ナット４１の傾きに起因する作動音の増大やプレロードに対する左右差を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態の電動パワーステアリング装置１によれば以下の効果が得られる。
（１）ボールベアリング４４が嵌合される第１ハウジング３１の円筒部３１ａの内周面の中心軸ｍ２を、ラックシャフト１６の中心軸ｍ２に対して、ナット４１の他側部から一側部に向かうほど駆動プーリ５１から離間する方向に傾斜させた。これによりナット４１の他側部にベルト５３の張力Ｆが付与されたとき、ナット４１の中心軸ｍ３とラックシャフト１６の中心軸ｍ１とを一致させることができるため、ナット４１の傾きに起因する不具合を抑制することができる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、ナット４１を支持する軸受として単列のボールベアリング４４を用いたが、軸受はこれに限らず、例えば複列のボールベアリング等、適宜の軸受を用いることが可能である。

・上記実施形態では、ステアリング装置の一例として、ステアリングホイール２の操作に連動して直線運動するラックシャフト１６の動作をモータ２１の回転力を利用して補助する電動パワーステアリング装置１を挙げたが、例えばステアバイワイヤ（ＳＢＷ）式のステアリング装置を採用してもよい。ステアバイワイヤはステアリングホイールと転舵輪との機械的な結合を持たないステアリング装置であって、ステアリングホイールの操作を電気信号で転舵アクチュエータに伝える。転舵アクチュエータは、モータの出力軸の回転力を転舵軸の軸方向の力に変換して転舵軸に伝達する動力伝達機構を備える。動力伝達機構としては、上記実施形態と同様に、例えばボールねじ機構及び減速機構を採用することができる。なお、ステアバイワイヤ式のステアリング装置は、前輪操舵装置だけでなく、後輪操舵装置や４輪操舵装置（４ＷＳ）に具体化することも可能である。

１…電動パワーステアリング装置、１６…ラックシャフト、１６ａ…ねじ溝、２１…モータ、２１ａ…出力軸、３０…ハウジング、４０…ボールねじ機構、４１…ナット、４２…ボール、４４…ボールベアリング（軸受）、５０…減速機構、５１…駆動プーリ、５２…従動プーリ、５３…ベルト。

Claims (2)

1. 車両の転舵軸の外周面に形成されたねじ溝に複数のボールを介して螺合された円筒状のナットを有し、前記ナットの回転に基づいて前記転舵軸に軸方向の力を付与するボールねじ機構と、
   モータの出力軸に一体的に組み付けられた駆動プーリ、前記ナットの軸方向の一側部に一体的に組み付けられた従動プーリ、並びに前記駆動プーリ及び前記従動プーリに巻き掛けられた無端状のベルトを有し、前記モータの出力軸の回転を前記駆動プーリ、前記ベルト、及び前記従動プーリを介して減速して前記ナットに伝達する減速機構と、
   前記ボールねじ機構及び前記減速機構の周囲を覆う円筒状のハウジングの内周面に嵌合され、前記ナットの軸方向における一側部とは反対側の他側部を回転可能に支持する軸受と、を備え、
   前記モータから前記減速機構及び前記ボールねじ機構を介して前記転舵軸に力を付与するステアリング装置において、
   前記軸受が嵌合される前記ハウジングの内周面の中心軸は、前記転舵軸の中心軸に対して、前記ナットの前記他側部から前記一側部に向かうほど前記駆動プーリから離間する方向に傾斜していることを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記モータの出力軸は、前記転舵軸の中心軸と平行に配置されていることを特徴とするステアリング装置。