(57)【要約】【課題】ボールナットが回転しなくても転舵輪側からの反力によってラック軸を軸方向に移動できるようにし、ハンドル中立時の操舵の手応え感を向上できる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】被動歯車軸３４を軸受３５によりハウジング２０に回転可能に支持し、被動歯車軸の内周に、ラック軸１８にボール２２を介して螺合するボールナット２３を軸方向相対移動可能に支持し、ボールナットを被動歯車軸に対して軸方向の中立位置に弾性付勢する付勢手段４５（４５Ａ、４５Ｂ）を設け、付勢手段は、ラック軸に路面から入力があった場合に弾性変形するように構成されている。【選択図】図２
2010126114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータによって駆動される駆動歯車および被動歯車を有する歯車減速機構ならびに該歯車減速機構を介して作動されるボールねじ機構を用いて、転舵輪に連結されたラック軸を軸方向に移動させて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
前記被動歯車を設けた被動歯車軸を軸受によりハウジングに回転可能に支持し、前記被動歯車軸の内周に、前記ラック軸にボールを介して螺合する前記ボールねじ機構のボールナットを軸方向に相対移動可能に支持し、前記ボールナットを前記被動歯車軸に対して軸方向の中立位置に弾性付勢する付勢手段を設け、該付勢手段は、前記ラック軸に路面から入力があった場合に弾性変形するように構成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。
【請求項２】
請求項１において、前記付勢手段は、前記被動歯車軸と前記ボールナットとの嵌合面の一方に形成された係合溝と、前記被動歯車軸と前記ボールナットとの嵌合面の他方に半径方向に移動可能に支持され前記係合溝に係合可能な係合部材と、該係合部材を前記係合溝に向けて付勢する付勢部材とによって構成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３】
請求項１において、前記付勢手段は、前記ボールナットの両端部と前記被動歯車軸との各間に配置された弾性変形可能な一対の付勢部材からなっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項３において、前記一対の付勢部材は、弾性変形量が一定量に制限された板ばねからなっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンドル中立時の操舵の手応え感を向上できる電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置には、例えば、特許文献１に記載されているように、ラック軸に形成したボールねじ軸にボールを介してボールナットを螺合させ、このボールナットと平行に電動モータを配置したモータ平行タイプの電動パワーステアリング装置がある。そして、電動モータのモータシャフトに駆動歯車を連結するとともに、ボールナットに駆動歯車に噛合う被動歯車を取付け、電動モータの回転をボールナットに減速して伝達するようになっている。
【０００３】
この種の電動パワーステアリング装置においては、ラック軸の両端部がタイロッドおよびナックルアームを介して転舵輪に連結され、電動モータによるボールナットの回転によってボールねじ軸（ラック軸）が軸方向に移動され、転舵輪（タイヤ）が転舵されるようになっている。
【特許文献１】特開２００８−１０５６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載された電動パワーステアリング装置においては、ハンドル中立時に、路面状態に応じて転舵輪側からラック軸に入力が加わっても、その上流側の慣性マスやフリクション等の影響によりボールナットが回転できず、ラック軸を軸方向に移動することができない。その結果、車両がどのような路面を走行しているのか手応え感を感じとれないといった不満がある。すなわち、ハンドル中立時にあって、例えば、転舵輪側から２００〜３００Ｎ程度の比較的小さな入力（路面反力）が加わっても、ラック軸が移動することができないので、ハンドルを操舵するドライバにその路面状況を伝達することができず、操舵フィーリング上好ましくないといった指摘がある。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたもので、転舵輪側からの入力によってボールナットが回転しなくても、ラック軸を軸方向に移動できるように構成することにより、ハンドル中立時の操舵の手応え感を向上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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、電動モータによって駆動される駆動歯車および被動歯車を有する歯車減速機構ならびに該歯車減速機構を介して作動されるボールねじ機構を用いて、転舵輪に連結されたラック軸を軸方向に移動させて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、前記被動歯車を設けた被動歯車軸を軸受によりハウジングに回転可能に支持し、前記被動歯車軸の内周に、前記ラック軸にボールを介して螺合する前記ボールねじ機構のボールナットを軸方向に相対移動可能に支持し、前記ボールナットを前記被動歯車軸に対して軸方向の中立位置に弾性付勢する付勢手段を設け、該付勢手段は、前記ラック軸に路面から入力があった場合に弾性変形するように構成されていることである。
【０００７】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記付勢手段は、前記被動歯車軸と前記ボールナットとの嵌合面の一方に形成された係合溝と、前記被動歯車軸と前記ボールナットとの嵌合面の他方に半径方向に移動可能に支持され前記係合溝に係合可能な係合部材と、該係合部材を前記係合溝に向けて付勢する付勢部材とによって構成したことである。
【０００８】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１において、前記付勢手段は、前記ボールナットの両端部と前記被動歯車軸との各間に配置された弾性変形可能な一対の付勢部材からなっていることである。
【０００９】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項３において、一対の付勢部材は、弾性変形量が一定量に制限された板ばねからなっていることである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、ハウジングに回転可能に支持された被動歯車軸の内周に、ラック軸にボールを介して螺合するボールねじ機構のボールナットを軸方向に相対移動可能に支持し、ボールナットを被動歯車軸に対して軸方向の中立位置に弾性付勢する付勢手段を設け、付勢手段をラック軸に路面から入力があった場合に弾性変形するようにしたので、ハンドル中立時に路面からの入力がラック軸に伝えられると、ラック軸とともにボールナットが付勢部材の付勢力に抗して軸方向移動できる。これにより、ボールナットが回転しなくても、ラック軸を路面入力によって移動させることができ、ラック軸の軸方向移動によって、ハンドルを操作するドライバに路面状態に応じた手応え感を与えることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、付勢手段は、被動歯車軸とボールナットとの嵌合面の一方に形成された係合溝と、被動歯車軸とボールナットとの嵌合面の他方に半径方向に移動可能に支持され係合溝に係合可能な係合部材と、係合部材を係合溝に向けて付勢する付勢部材とによって構成したので、付勢部材によって付勢される係合部材によって、ラック軸およびボールナットを通常は被動歯車軸に対して軸方向の中立位置に保持することができ、付勢部材に打ち勝つ路面入力によってラック軸を軸方向に移動させることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、付勢手段は、ボールナットの両端部と被動歯車軸との各間に配置された弾性変形可能な一対の付勢部材からなっているので、一対の付勢部材によって、ラック軸およびボールナットを通常は被動歯車軸に対して軸方向の中立位置に保持することができ、付勢部材に打ち勝つ路面入力によってラック軸を軸方向に移動させることができる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、一対の付勢部材は、弾性変形量が一定量に制限された板ばねからなっているので、板ばね自身の弾性変形量によって、被動歯車軸に対するラック軸およびボールナットの相対移動量を制限することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１０の模式図を示す。
【００１５】
図１において、電動パワーステアリング装置１０は、転舵輪１２を転舵するためにハンドル１３に加えられる操舵トルクを伝達するハンドル軸１４と、ハンドル軸１４からの操舵トルクにより転舵輪１２を転舵する、例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構１５と、ハンドル軸１４と操舵機構１５とを連結する軸継手としての中間軸１６とを備えている。
【００１６】
操舵機構１５は、入力軸としてのピニオン軸１７と、自動車の横方向（直進方向と直交する方向）に延びる転舵軸としてのラック軸１８と、ピニオン軸１７およびラック軸１８を支持するハウジング２０とを有している。ピニオン軸１７は、ハウジング２０に回動可能に支持され、ラック軸１８は、ハウジング２０に直線往復移動可能に支持されている。ピニオン軸１７のピニオン歯１７ａは、ラック軸１８のラック歯１８ａに噛合されている。ラック軸１８の両端部は、タイロッドおよびナックルアームを介して転舵輪１２に連結されている。
【００１７】
これにより、ハンドル１３が操舵されると、その操舵トルクがハンドル軸１４等を介して操舵機構１５に伝達され、ピニオン軸１７が回転される。ピニオン軸１７の回転は、ピニオン歯１７ａおよびラック歯１８ａによって、ラック軸１８の直線移動に変換され、これによって転舵輪１２が転舵される。
【００１８】
ラック軸１８には、図２に示すように、ボールねじ軸２１が一体的に形成され、ボールねじ軸２１に多数のボール２２を介して螺合するボールナット２３が、ラック軸１８と同心的にハウジング２０内に回転可能に支持されている。かかるボールねじ軸２１、ボール２２およびボールナット２３によって、ボールナット２３の回転をボールねじ軸２１の軸方向運動に変換するボールねじ機構２４を構成している。
【００１９】
さらに、電動パワーステアリング装置１０には、操舵トルクを検出するトルクセンサ２５（図１参照）と、トルクセンサ２５の出力に基づいて制御され、操舵トルクをアシストする電動モータ２６と、電動モータ２６の回転を減速する歯車減速機構１１が設けられている。歯車減速機構１１は、電動モータ２６によって駆動される駆動歯車３１と、ボールナット２３に設けられた被動歯車３２と、これら駆動歯車３１および被動歯車３２に噛合し、駆動歯車３１の回転を被動歯車３２に減速して伝達する中間歯車３３とによって構成されている。
【００２０】
ハウジング２０には、円筒状の被動歯車軸３４が軸受３５によってボールねじ軸２１と同一軸線上に回転可能に支持され、この被動歯車軸３４の一端外周に被動歯車３２が形成されている。軸受３５は、複列のボールベアリングからなり、軸受３５の外輪３５ａはハウジング２０の内周に嵌合され、締付ナット３６によって軸方向に固定されている。軸受３５の内輪３５ｂは、被動歯車軸３４の外周に嵌合され、締付ナット３７によって軸方向に固定されている。被動歯車軸３４の内周には、ボールナット２３がスライド可能に嵌合されている。被動歯車軸３４の内周の一端には、位置決めプレート３８が螺着され、被動歯車軸３４の内周の他端には、位置決めプレート３９がサークリップ４０によって抜け止め保持されている。ボールナット２３は、２つの位置決めプレート３８、３９の間に、僅かな隙間ＣＬを有して収納され、被動歯車軸３４に対して隙間ＣＬ分のストロークだけ摺動が許容されている。
【００２１】
ボールナット２３の外周には、断面Ｖ字状の係合溝４１が形成され、被動歯車軸３４には、係合溝４１に係合する球面頭部４２ａを有する係合部材としての係合プランジャ４２が被動歯車軸３４に径方向に貫通して形成されたプランジャ孔３４ａに摺動可能に嵌挿されている。プランジャ孔３４ａが開口した被動歯車軸３４の外周部にはスプリングシートリング４３が嵌合され、このスプリングシートリング４３と係合プランジャ４２との間に、係合プランジャ４２を係合溝４１に向けて付勢するコイルスプリングからなる付勢部材４５が介挿されている。かかる付勢部材４５によって、請求項における付勢手段を構成している。
【００２２】
さらに、ボールナット２３の一端には、図３に示すように、２面幅を有するナットドライブ溝４６が形成され、被動歯車軸３４の一端内周には、ナットドライブ溝４６にボールナット２３の軸線方向にのみ相対摺動可能に嵌合するキー係合部４７が形成されている。これによって、ボールナット２３は、被動歯車軸３４内で軸線方向にのみ僅かなストロークだけ摺動可能である。ボールナット２３は、通常係合プランジャ４２がボールナット２３に形成された係合溝４１に係合していることにより、２つの位置決めプレート３８、３９の中間位置に保持されている。そして、ラック軸１８に加えられた路面からの入力により、係合プランジャ４２を付勢部材４５の付勢力に抗して押動することにより、ボールナット２３は被動歯車軸３４に対して右方向あるいは左方向に移動可能となる。
【００２３】
ハウジング２０には、図１に示すように、電動モータ２６がラック軸１８と平行に設置されている。電動モータ２６のモータシャフトには、駆動歯車３１が連結され、駆動歯車３１はハウジング２０に被動歯車軸３４と平行に回転支持された中間歯車３３に噛合されている。中間歯車３３は被動歯車軸３４に形成された被動歯車３２に噛合されている。
【００２４】
上記した駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２によって、電動モータ２６の回転をボールナット２３に減速して伝達する歯車減速機構１１を構成している。
【００２５】
上記した構成の電動パワーステアリング装置１０によれば、ハンドル１３を操舵すると、操舵トルクがピニオン軸１７に入力され、ピニオン軸１７とラック軸１８とによる操舵機構１５を介してラック軸１８が軸方向に移動される。
【００２６】
ピニオン軸１７に入力された操舵トルクは、トルクセンサ２５により検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ２６が回転制御され、補助トルクを発生させる。電動モータ２６による補助トルクは、駆動歯車３１、中間歯車３３、被動歯車３２を介して被動歯車軸３４に伝達され、ボールナット２３が被動歯車軸３４と一体的に回転される。ボールナット２３の回転によりラック軸１８が軸方向に移動され、運転者によるハンドル１３の操舵力が軽減される。
【００２７】
ところで、上記した第１の実施の形態においては、被動歯車軸３４内にボールナット２３が付勢部材４５に抗して軸線方向にのみ相対移動可能に収容されているので、ハンドル中立時に、転舵輪（タイヤ）１２側から路面状態に応じた入力がラック軸１８に加えられると、ラック軸１８とともにボールナット２３が係合プランジャ４２を付勢部材４５に抗して後退させながら軸方向に移動できる。これにより、ボールナット２３が回転しなくても、ラック軸１８を路面入力によって軸方向に移動させることができ、かかるラック軸１８の軸方向移動により、ピニオン軸１７が回転され、ハンドル軸に路面状態に応じた入力を伝達することができる。その結果、ハンドル１３を操作するドライバに路面状態に応じた手応え感を与えることができ、ハンドルフィーリングを向上することができる。
【００２８】
なお、ハンドル中立時における被動歯車軸３４に対するボールナット２３の相対移動は、微小範囲に規制されているため、通常のハンドル操舵時においては、電動モータ２６によるボールナット２３の回転により、ほとんど遅れることなくラック軸１８が軸方向に移動される。
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と異なる点は、被動歯車軸３４に対してボールナット２３を、その両側に配置した一対の付勢部材４５Ａ、４５Ｂによって、通常中立位置に保持するとともに、付勢部材４５Ａ、４５Ｂ自体の弾性変形量によって、被動歯車軸３４に対するボールナット２３の相対移動を規制するようにしたことである。なお、第１の実施の形態と基本的に同一の部品には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００３０】
すなわち、第２の実施の形態においては、図４に示すように、被動歯車軸３４を軸受３５の内輪３５ｂに固定する締付ナット１３７に、ボールナット２３の一端に対接するフランジ部１３７ａを形成し、このフランジ部１３７ａとボールナット２３の一端との間に、板ばねからなる一方の付勢部材４５Ａが収容配置されている。一方、被動歯車軸３４の内周の他端にサークリップ４０によって保持された位置決めプレート３９とボールナット２３の他端との間に、板ばねからなる他方の付勢部材４５Ｂが収容配置されている。
【００３１】
一対の付勢部材４５Ａ、４５Ｂを構成する板ばねは、左右対称に配置され、例えば、付勢部材４５Ａは、図５に詳細図示するように、外周基部１４５ａに対してボールナット２３の軸線方向（図の右方向）に所定量Ｘ０だけ弾性変形可能な弾性変形部１４５ｂを有している。弾性変形部１４５ｂが締付ナット１３７のフランジ部１３７ａ（付勢部材４５Ｂについては、位置決めプレート３９）に当接することにより、ボールナット２３の軸方向移動が規制される。かかる一対の付勢部材４５Ａ、４５Ｂによって、請求項における付勢手段を構成している。
【００３２】
なお、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、ボールナット２３の一端に形成したナットドライブ溝４６（図４参照）に、被動歯車軸３４の一端内周に形成したキー係合部４７（図３参照）が嵌合され、ボールナット２３が被動歯車軸３４内に摺動のみ可能に収容されている。
【００３３】
上記した第２の実施の形態によれば、一対の付勢部材４５Ａ、４５Ｂによって、通常はボールナット２３を被動歯車軸３４に対して軸方向の中立位置に保持することができ、付勢部材４５Ａ、４５Ｂに打ち勝つ路面入力がラック軸１８に加えられることにより、ラック軸１８を軸方向に容易に移動させることができる。しかも、一対の付勢部材４５Ａ、４５Ｂ自体の弾性変形量によって、被動歯車軸３４に対するボールナット２３の軸方向移動を規制することができる。
【００３４】
上記した実施の形態（第１の実施の形態）においては、ボールナット２３の外周に係合溝４１を形成し、被動歯車軸３４に、係合溝４１に係合する球面頭部４２ａを有する係合プランジャ４２を摺動可能に嵌挿した例について述べたが、これとは逆に、被動歯車軸３４の外周に係合溝４１を形成し、ボールナット２３側に、係合溝４１に係合する係合部（係合プランジャ）４２を摺動可能に嵌挿してもよい。
【００３５】
また、上記した実施の形態においては、歯車減速機構１１を、駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２で構成した例について説明したが、中間歯車３３を省略して、駆動歯車３１と被動歯車３２とを直接噛合させるようにしてもよく、逆に、複数の中間歯車を介して駆動歯車３１と被動歯車３２とを回転連結するようにしてもよい。
【００３６】
以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示すボールねじ機構部分の断面図である。
【図３】図２の３−３線に沿って切断した断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示すボールねじ機構部分の断面図である。
【図５】図４の一部を拡大した拡大図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…電動パワーステアリング装置、１１…歯車減速機構、１２…転舵輪、１３…ハンドル、１７…ピニオン軸、１８…ラック軸、２０…ハウジング、２１…ボールねじ軸、２２…ボール、２３…ボールナット、２４…ボールねじ機構、２６…電動モータ、３４…被動歯車軸、３５…軸受、４１…係合溝、４２…係合部材、４５、４５Ａ、４５Ｂ…付勢手段（付勢部材）。
【図１】
2010126114.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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