(57)【要約】【課題】ボールねじ回転時のトルク変動を抑えるとともに、ボールねじ溝の耐久性を向上させ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。【解決手段】ボールねじ機構２０により、モータシャフト７０の回転運動をラックバー１の長手方向への直線運動に変換する電動パワーステアリング装置９９において、第１ボールねじ溝２１および第２ボールねじ溝２３のいずれか一方の溝形状をダブルゴシックアーク形状とし、他方の溝形状をゴシックアーク形状として、ねじ軸１２を軸方向に移動させたときに、ボール２２は、ダブルゴシックアーク形状としたボールねじ溝側面のｑ１，ｑ２で２点接触するとともに、ゴシックアーク形状としたボールねじ溝側面のｐ１で１点接触する。【選択図】図４
2014218120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトの回転運動を長手方向の直線運動に変換して操舵角を変更させるラックバーと、前記ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてモータシャフトを回転駆動する電動モータと、前記ラックバーに連結され一体に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の外周面に螺旋状に形成された第１ボールねじ溝と、前記モータシャフトによって回転するナットと、前記ナット内周面に螺旋状に形成された第２ボールねじ溝と、前記第１ボールねじ溝および前記第２ボールねじ溝が対向して形成される軌道内に配置された複数のボールを有するボールねじ機構とを備え、前記ボールねじ機構により、前記モータシャフトの回転運動を前記ラックバーの長手方向への直線運動に変換する電動パワーステアリング装置において、
前記第１ボールねじ溝および前記第２ボールねじ溝のいずれか一方の溝形状をダブルゴシックアーク形状とし、他方の溝形状をゴシックアーク形状として、前記ねじ軸を軸方向に移動させたときに、前記ボールは、ダブルゴシックアーク形状とした前記ボールねじ溝側面と２点接触するとともに、ゴシックアーク形状とした前記ボールねじ溝側面と１点接触す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に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記第１ボールねじ溝および前記第２ボールねじ溝の溝形状は、前記ボールねじ溝側面と２点接触する２つの接触角の中心となる角度と前記ボールねじ溝側面と１点接触する接触角の角度とが等しくなるように形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３】
請求項２に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記第１ボールねじ溝が形成された部材および前記第２ボールねじ溝が形成された部材のうち、硬度が低いほうの部材の溝形状をダブルゴシックアーク形状とし、硬度が高いほうの部材の溝形状をゴシックアーク形状とした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、ボールねじ機構を備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置には、ステアリングシャフトの回転運動を長手方向の直線運動に変換して操舵角を変更させるラックバーと、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてモータシャフトを回転駆動する電動モータと、モータシャフトの回転運動をラックバーの長手方向への直線運動に変換するボールねじ機構とを備えたものがある。この電動パワーステアリング装置の場合、ハンドルの操舵力をラックピニオン機構を介してラックバーに長手方向の移動力を与えると、ハンドル操舵時の操舵トルクに基づいて電動モータの出力を、ボールねじ機構を介してラックバーに長手方向の移動力として与えることによりハンドル操舵力のアシストしている。
【０００３】
このボールねじ機構は、ラックバーに連結され一体に形成されたねじ軸と、ねじ軸の外周面に螺旋状に形成された第１ボールねじ溝と、モータシャフトによって回転するナットと、ナット内周面に螺旋状に形成された第２ボールねじ溝と、第１ボールねじ溝および第２ボールねじ溝が対向して形成される軌道内に配置された複数のボールとから構成される。そして、このボールねじ回転時にトルク変動があると、滑らかさが要求されるハンドル操舵力のフィーリング特性に影響を与えることが知られている。例えば、特許文献１には、ねじ軸のボールねじ溝の接触角とナットのボールねじ溝の接触角とを互いに異ならせることにより、トルク特性を改善することのできるボールねじ機構を備えた電動パワーステアリング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のボールねじ機構では、ボールとボールねじ溝が２点接触としているが、ボールねじ機構にかかる負荷の変化により２点接触は不安定となり、初期の接触角を保つことが困難となる場合がある。例えば、低負荷時のボールねじ溝内のボールが遊びやすい状態において、ボールとボールねじ溝との接触角が小さくなると、ボ−ルがラジアル方向へ動きやすくなり、ボ−ルがボールねじ溝の左右の側面で、それぞれ異なる接触角で接触することとなる。ボールねじ溝と接触したボールは、その接触角によってボールの動く方向が変わるため、ボールねじ溝の左右の側面で、それぞれ異なる接触角でボールねじ溝と接触したボールは、ボールねじ溝を転がることができず、すべり接触となる。そして、ボールの引っかかりやすべりが発生することにより、トルク変動するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、ボールねじ回転時のトルク変動を抑えるとともに、ボールねじ溝の耐久性を向上させ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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係わる発明は、ステアリングシャフトの回転運動を長手方向の直線運動に変換して操舵角を変更させるラックバーと、前記ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてモータシャフトを回転駆動する電動モータと、前記ラックバーに連結され一体に形成されたねじ軸と、前記ねじ軸の外周面に螺旋状に形成された第１ボールねじ溝と、
前記モータシャフトによって回転するナットと、前記ナット内周面に螺旋状に形成された第２ボールねじ溝と、前記第１ボールねじ溝および前記第２ボールねじ溝が対向して形成される軌道内に配置された複数のボールを有するボールねじ機構とを備え、前記ボールねじ機構により、前記モータシャフトの回転運動を前記ラックバーの長手方向への直線運動に変換する電動パワーステアリング装置において、前記第１ボールねじ溝および前記第２ボールねじ溝のいずれか一方の溝形状をダブルゴシックアーク形状とし、他方の溝形状をゴシックアーク形状として、前記ねじ軸を軸方向に移動させたときに、前記ボールは、ダブルゴシックアーク形状とした前記ボールねじ溝側面と２点接触するとともに、ゴシックアーク形状とした前記ボールねじ溝側面と１点接触することを特徴とする。
【０００８】
上記のように構成した請求項１の発明によれば、第１ボールねじ溝および第２ボールねじ溝が対向して形成された軌道内に配置されたボールは、溝形状をダブルゴシックアーク形状としたボールねじ溝側面と２点接触するとともに、溝形状をゴシックアーク形状としたボールねじ溝側面と１点接触する。このように、ボールとボールねじ溝を３点接触とすることで、ボールねじ溝内のボールが遊びにくく、初期の接触角を保って、ボールを安定した状態で軌道内を転動させることができる。また、３点接触とすることで接触面が増え、ボールねじ溝にかかる負荷を分散することができるので、ボールねじ溝の耐久性が向上する。
【０００９】
請求項２に係わる発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記第１ボールねじ溝および前記第２ボールねじ溝の溝形状は、前記ボールねじ溝側面と２点接触する２つの接触角の中心となる角度と前記ボールねじ溝側面と１点接触する接触角の角度とが等しくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記のように構成した請求項２の発明によれば、第１ボールねじ溝および第２ボールねじ溝の溝形状は、ボールねじ溝側面と２点接触する接触角の中心となる角度と、ボールねじ溝側面と１点接触する接触角の角度とが等しくなるように形成されているので、ボールとボールねじ溝との間の接触を転がり接触とすることができる。従って、ボールねじ回転時において、ボールの引っかかりやすべりの発生にともなうトルク変動を抑えることができる。また、第１ボールねじ溝および第２ボールねじ溝において、ボールねじ溝の接触角の角度とを等しくすることで、互いのボールねじ溝にかかる負荷を分散することができるので、ボールねじ溝の耐久性が向する。
【００１１】
請求項３に係わる発明は、請求項２に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記第１ボールねじ溝が形成された部材および前記第２ボールねじ溝が形成された部材のうち、硬度が低いほうの部材の溝形状をダブルゴシックアーク形状とし、硬度が高いほうの部材の溝形状をゴシックアーク形状としたことを特徴とする。
【００１２】
上記のように構成した請求項３の発明によれば、硬度が低いほうの部材の溝形状をダブルゴシックアーク形状とすることにより、ボールは、ボールねじ溝と２点接触するので、接触面を増加して負荷を分散することができる。このように、硬度が低いほうの部材のボールねじ溝にかかる負荷を分散しているので、軌道を形成する部材のボールねじ溝の硬度に違いがあっても、ボールねじ溝の耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ボールねじ回転時のトルク変動を抑えるとともに、ボールねじ溝の耐久性を向上させ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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す概略断面図である。
【図２】図１の電動パワーステアリング装置の拡大断面図である。
【図３】図１の電動パワーステアリング装置の要部拡大断面図である。
【図４】図１の電動パワーステアリング装置のボールねじ機構の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置を図面に従って説明する。
図１および図２に示すように、電動パワーステアリング装置９９は、電動モータを動力源として操舵アシストをおこなうラックピニオン式のステアリング装置でる。この電動パワーステアリング装置９９は、ラックバー１と、モータシャフト７０と、電動モータ８０と、ボールねじ機構２０とを備えている。
【００１６】
ラックバー１は、長尺の棒状部材である。このラックバー１の一方側には、図示しないステアリングシャフトに一体に設けられたピニオン９と噛み合うラック歯１１が軸方向に沿って形成されている。また、このラックバー１の他方側には、ラックバー１に連結され一体に形成されたねじ軸１２が形成されている。このねじ軸１２には、後述するボールねじ機構２０を構成する第１ボールねじ溝２１が螺旋状に形成されている。
【００１７】
このラックバー１は、図示しないステアリングシャフトの回転運動を長手方向の直線運動に変換して、両端部１Ｌ、１Ｒに接続された図示しないタイロッドを介して、図示しない車輪の操舵角を変更させることができるようになっている。
【００１８】
モータシャフト７０は筒状に形成され、ラックバー１を内部に挿通させた状態で、電動パワーステアリング装置９９のハウジング９８内にベアリング９６、９７を介して回転可能に支承されている。このため、このモータシャフト７０は、ラックバー１と軸芯を共有する。
【００１９】
電動モータ８０は、ハウジング９８内に設置された電機子鉄心８１（コイル、給電端子８２）と、モータシャフト７０の外筒面に一体に装着されたリングマグネット８３とを有し、ラックバー１と軸芯を共有している。この電動モータ８０は、図示しないステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて、制御された電流が給電端子８２から電機子鉄心８１に給電され、電機子鉄心８１とリングマグネット８３との間の電磁力の作用により、モータシャフト７０を回転駆動するものである。
【００２０】
ボールねじ機構２０は、図３に示すように、ラックバー１に連結され一体に形成されたねじ軸１２の外周面に螺旋状に形成された第１ボールねじ溝２１と、モータシャフト７０によって回転するナット２４、２５と、ナット２４、２５内周面に螺旋状に形成された第２ボールねじ溝２３と、複数のボール２２と、を有している。
【００２１】
ボール２２は、第１ボールねじ溝２１と第２ボールねじ溝２３とで形成された螺旋状の空間内を転動および循環するものであり、第１ボールねじ溝２１と第２ボールねじ溝２３とを係合している。
【００２２】
ナット２４、２５は、ナット本体２４とロックナット２５とからなる。ナット本体２４は円筒状であり、その内周面には螺旋状の第２ボールねじ溝２３が形成されている。ナット本体２４の外周面とモータシャフト７０とは嵌合構造をなしており、ナット本体２４はモータシャフト７０に挿入されて、所定の位置に収まるようにされている。ロックナット２５は、ナット本体２４をモータシャフト７０に固定するためのものであり、ロックナット２５の外周面に雄ねじ２５ａが加工され、モータシャフト７０の内周面には雌ねじ２５ｂが加工され、これら雄ねじ２５ａと雌ねじ２５ｂとは各々螺合するようになっている。このため、ナット本体２４がモータシャフト７０に挿入された後に、ロックナット２５をモータシャフト７０の一端から螺入することにより、ナット本体２４をモータシャフト７０に固定することができる。
【００２３】
図４に示すように、ラックバー１のねじ軸１２に形成された第１ボールねじ溝２１の断面形状は、溝の側面をそれぞれゴシックアーチ形状（２つの円弧を組み合わせた形状）として、溝底ｑ０で組み合わせたダブルゴシックアーチ形状とされ、ボール２２はボールねじ溝側面のｑ１，ｑ２で２点接触している。
【００２４】
また、ナット２４、２５に形成された第２ボールねじ溝２３の断面形状は、２つの円弧を溝底ｐ０で組み合わせたゴシックアーチ形状とされ、ボール２２はボールねじ溝側面のｐ１で１点接触している。
【００２５】
この第１ボールねじ溝２１および第２ボールねじ溝２３には、それぞれ接触角α１，α２およびθが設定されている。そして、接触角は、第１ボールねじ溝２１および第２ボールねじ溝２３の断面を構成する円弧の曲率を異ならせることにより、または２つの円弧の互いの開き角度を変えることなどで、適宜変えることができる。
【００２６】
ここで、第１ボールねじ溝２１のｑ１，ｑ２における接触角α１，α２は、この接触角の中心となる角度αと、第２ボールねじ溝２３のｐ１における接触角θとが等しくなるように設定している。
【００２７】
なお、本実施形態では、第１ボールねじ溝２１の溝形状をダブルゴシックアーク形状とし、第２ボールねじ溝２３の溝形状をゴシックアーク形状としているが、第１ボールねじ溝２１の溝形状をゴシックアーク形状とし、第２ボールねじ溝２３の溝形状をダブルゴシックアーク形状としてもよい。
【００２８】
このように構成されたボールねじ機構２０は、ラックバー１と同軸構造となっており、電動モータ８０によりモータシャフト７０が回転駆動されると、モータシャフト７０に一体に設けられたナット２４、２５も回転する。
【００２９】
このため、ナット２４、２５のナット本体２４に形成された第２ボールねじ溝２３も回転し、ボール２２を介して、ラックバー１に形成された第１ボールねじ溝２１に軸方向の駆動力を伝達する。こうして、ボールねじ機構２０は、モータシャフト７０の回転運動をラックバー１の軸方向への直線運動に変換することができる。
【００３０】
そして、この電動パワーステアリング装置９９は、ラックバー１の一方に設けられたラック歯１１により、ステアリングシャフトの回転を長手方向の直線運動に変換することが可能とされ、他方側に設置されたボールねじ機構２０により、操舵トルクに応じて、ラックバー１の直線運動を補助することができる。
【００３１】
このように、この電動パワーステアリング装置９９は、自動車に搭載されることにより、操縦者が操舵する際に、過大な操作力を必要とすることがなく、ラックバー１を直線運動させることができる。そして、ラックバー１の両端部１Ｌ、１Ｒに接続された図示しないタイロッドを介して、図示しない車輪の方向を変えることが可能となっている。
【００３２】
上記のように構成された電動パワーステアリング装置９９のボールねじ機構２０によれば、ボールねじ回転時において、ボール２２は、第１ボールねじ溝２１側面のｑ１，ｑ２で２点接触し、第２ボールねじ溝２３側面のｐ１で１点接触している。
【００３３】
このように、ボール２２とボールねじ溝を３点接触とすることで、ボールねじ溝内のボール２２が遊びにくく、初期の接触角を保って、ボール２２を安定した状態で軌道内を転動させることができる。また、３点接触にすることで接触面が増え、ボールねじ溝にかかる負荷を分散することができるので、ボールねじ溝の耐久性が向上する。
【００３４】
この第１ボールねじ溝２１の溝形状は、接触角α１，α２の中心となる角度αとされ、第２ボールねじ溝２３の溝形状は、接触角θ（θ＝α）とされるように、ボールねじ溝の断面が形成されているので、ボール２２とボールねじ溝との間の接触を転がり接触とすることができる。従って、ボールねじ回転時において、ボール２２の引っかかりやすべりの発生にともなうトルク変動を抑えることができる。
【００３５】
また、第１ボールねじ溝２１および第ボール２ねじ溝２３の接触角の角度α、θとを等しくすることで、互いのボールねじ溝にかかる負荷を分散することができるので、ボールねじ溝の耐久性を向上させることができる。
【００３６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、本実施形態ではラックアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用しているが、ボールねじ機構を使用した他のパワーステアリング装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１：ラックバー、  １Ｌ，１Ｒ：両端部、  ９：ピニオン、  １１：ラック歯、
１２：ねじ軸、  ２０：ボールねじ機構、  ２１：第１ボールねじ溝、
２２：ボール、２３：第２ボールねじ溝、  ２４：ナット本体、
２５：ロックナット、  ７０：モータシャフト、  ８０：電動モータ、
８１：電機子鉄心、  ８２：給電端子、  ８３：リングマグネット、
９６，９７：ベアリング、  ９８：ハウジング、
９９：電動パワーステアリング装置、
α１、α２、θ：接触角
【図１】
2014218120.tif 000003
【図２】
2014218120.tif 000004
【図３】
2014218120.tif 000005
【図４】
2014218120.tif 000006