(57)【要約】【課題】  出力プーリの最大発生応力を低減できるパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】  出力プーリ12は、スクリュ挿入孔23cの径方向外側の所定領域に設けられた薄肉部39と、薄肉部39と周方向に隣接し薄肉部39よりも肉厚が大きな肉厚部40と、ナット11の外周面11aと当接するセンタリング部41と、を有する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの回転に伴い軸方向移動することにより転舵輪を転舵させる転舵軸と、
前記転舵軸を包囲するように環状に設けられたナットと、
前記ナットの回転軸線方向において前記ナットに対し前記転舵軸を移動させるボールねじ機構であって、前記転舵軸の外周側に設けられ、螺旋状の溝形状を有する転舵軸側ボールねじ溝と、前記ナットの内周側に設けられ、螺旋状の溝形状を有し、前記転舵軸側ボールねじ溝と共にボール循環溝を構成するナット側ボールねじ溝と、前記ボール循環溝内に設けられた複数のボールと、前記複数のボールを前記ボール循環溝の一端側から他端側へ循環させる循環機構と、を有するボールねじ機構と、
前記ナットの回転軸線方向において前記ナットの一方側端面と対向するように設けられ、樹脂材料で形成されたハブ部と、前記ハブ部と一体に設けられ、樹脂材料で筒状に形成された巻き掛け部と、前記ハブ部に設けられ前記ナットの回転軸線方向に貫通するスクリュ挿入孔と、を有する出力プーリと、
前記スクリュ挿入孔に挿入され、頭部と、雄ねじのねじ溝が形成された軸部とを有し、前記ナットと前記出力プーリとを締結するスクリュと、
前記ナットの回転軸線方向における前記出力プーリの材料厚さを出力プーリの肉厚としたとき、
前記出力プーリに設けられ、前記ナットの回転軸線における径方向において前記スクリュ挿入孔の外側の所定領域に設けられた薄肉部と、前記ナットの回転軸線からの距離である半径寸法が前記薄肉部と同じであり、かつ前記ナットの回転軸線周りの方向において前記薄肉部と隣接する領域に設けられた厚肉部であって、前記薄肉部の前記肉厚が前記厚肉部の前記厚肉部よりも小さく形成されている薄肉部および厚肉部と、
前記出力プーリの内側に設けられ、前記ナットの外周面と当接するセンタリング部と、
前記ナットの回転軸線に対し前記径方向にオフセットして配置された入力プーリと、
前記出力プーリと前記入力プーリとを跨ぐように設けられ、前記入力プーリの回転を前記出力プーリに伝達する伝達部材と、
前記入力プーリを回転駆動する電動モータと、
を有するパワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記センタリング部は、前記出力プーリの回転軸線における径方向において内側に向かって凸形状となる円弧形状を有するパワーステアリング装置。
【請求項３】
請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記出力プーリは、前記スクリュの回転軸線における径方向において前記スクリュの頭部とオーバーラップする領域に被締結部を備え、
前記被締結部と前記スクリュの頭部との間に設けられた座金を有するパワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項３に記載のパワーステアリング装置において、
前記被締結部は、前記ハブ部の前記ナットと対向する側において、前記被締結部と隣接する部分よりも前記ナットの回転軸線方向において前記ナット側に突出している突出部を有するパワーステアリング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のパワーステアリング装置において、
前記出力プーリは、前記ハブ部に設けられ前記転舵軸が挿入される転舵軸挿入孔を備え、
前記突出部は、前記転舵軸挿入孔を包囲するように環状に形成された環状突出部を有するパワーステアリング装置。
【請求項６】
請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記巻き掛け部は、筒状に形成され前記伝達部材が巻き掛けられる外筒部と、筒状に形成され前記外筒部の内側に設けられる内筒部と、前記ナットの回転軸線における径方向に延びるように形成され前記外筒部と前記内筒部とを接続するブリッジ部と、を有するパワーステアリング装置。
【請求項７】
請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記出力プーリは、前記ナットの回転軸線を通る前記出力プーリの軸方向断面における前記ハブ部と前記巻き掛け部との間の領域が円弧状に形成されているパワーステアリング装置。
【請求項８】
請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記出力プーリは、ディスクゲート式の射出成形によって形成されている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、パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電動モータの駆動力を、入力プーリ、ベルトおよび出力プーリを介してボールねじ機構に伝達し、ラック軸の軸方向推力に変換するパワーステアリング装置が開示されている。出力プーリは、スクリュによってボールねじ機構のナットと締結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2014-184739号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のパワーステアリング装置は、出力プーリにおいてスクリュの頭部からスクリュの軸力を受ける部分に軸方向断面積が急変する箇所が存在するため、当該箇所に応力集中が発生し、最大発生応力が大きくなるという問題があった。
本発明の目的の一つは、出力プーリの最大発生応力を低減できる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】
【０００５】
本発明の一実施形態におけるパワーステアリング装置は、出力プーリが、スクリュ挿入孔の径方向外側の所定領域に設けられた薄肉部と、薄肉部と周方向に隣接し薄肉部よりも肉厚が大きな肉厚部と、ナットの外周面と当接するセンタリング部と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、出力プーリの最大発生応力を低減できる。
また、センタリング部がナットの外周面と当接することにより、ナットの回転軸線に対し出力プーリの回転軸線を近づけられるため、組み付け時の作業性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１のパワーステアリング装置1の軸方向断面図である。
【図２】図１のS1-S1矢視断面図である。
【図３】ナット11の回転軸線を通るボールねじ機構4の軸方向断面図である。
【図４】出力プーリ12の正面図である。
【図５】出力プーリ12の背面図である。
【図６】ナット11の回転軸線を通る出力プーリ12の軸方向断面図である。
【図７】各センタリング部41の内側にナット11のX軸正方向端部を圧入した状態を示すボールねじ機構4の要部軸方向断面図である。
【図８】図５の要部拡大図である。
【図９】図３の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施形態１〕
図１は実施形態１のパワーステアリング装置1の軸方向断面図、図２は図１のS1-S1矢視断面図である。
パワーステアリング装置1は、エンジンを動力源とする車両に搭載されている。パワーステアリング装置1は、操舵機構2、電動モータ3、ボールねじ機構4およびハウジング5を有する。
操舵機構2は、転舵輪である前輪を転舵させる。操舵機構2は、車体幅方向に延びるラックバー（転舵軸）6を有する。ラックバー6は、鋼材等の鉄系金属材料を用いて形成されている。ラックバー6は、図外のステアリングホイールと接続されたステアリングシャフトの回転に応じて車体幅方向に移動する。ラックバー6の両端には、1対のタイロッド7,7の端部が接続されている。1対のタイロッド7,7には前輪が接続されている。
電動モータ3は、操舵機構2に操舵力を付与する。電動モータ3は、例えば三相ブラシレスモータである。電動モータ3は、図外のステアリングホイールに入力されたドライバの操舵トルクや車両速度に応じて図外のモータコントロールユニットにより出力が制御される。電動モータ3のモータシャフト8には、入力プーリ9が取り付けられている。入力プーリ9の外周には、ベルト（伝達部材）10の一端側が巻き掛けられている。
【０００９】
ボールねじ機構4は、操舵機構2と電動モータ3との間に設けられている。ボールねじ機構4は、電動モータ3の回転力を操舵機構2の推進力に変換する。ボールねじ機構4は、ナット11を有する。ナット11は、ラックバー6を包囲する略円筒状に形成されている。ナット11の外周には、出力プーリ12が固定されている。出力プーリ12の回転軸線はナット11の回転軸線と一致する。ナット11および出力プーリ12の回転軸線は、入力プーリ9の回転軸線に対して、入力プーリ9の径方向にオフセットして配置されている。出力プーリ12の外径は入力プーリ9の外径よりも大きい。出力プーリ12の外周には、ベルト10の他端が巻き掛けられている。ナット11は、ハウジング5に対し回転可能、かつ、軸方向移動不能に支持されている。ナット11の内周およびラックバー6の外周には、ボール循環溝13が形成されている。ボール循環溝13内には、複数のボール14が配置されている。各ボール14は、ナット11の回転に応じてボール循環溝13の一端側または他端側へ移動する。ナット11の回転によりボール循環溝13の一端または他端に達したボール14は、循環機構であるチューブ（図３参照）4aを介してボール循環溝13の他端または一端へと戻される。
【００１０】
ハウジング5は、アルミニウム合金を用いて金型鋳造により形成されている。ハウジング5は、操舵機構ハウジング15、モータハウジング16およびボールねじ機構ハウジング17を有する。操舵機構ハウジング15は、内部に操舵機構2の一部（ステアリングシャフトの一部、ラックバー6等）を収容する。操舵機構ハウジング15の車幅方向両端には、ダストブーツ18の車幅方向内側端が固定されている。ダストブーツ18は、ゴム等を用いて蛇腹環状に形成されている。ダストブーツ18の車幅方向外側端は、タイロッド7と固定されている。モータハウジング16は、内部に電動モータ3を収容する。ボールねじ機構ハウジング17は、内部にボールねじ機構4を収容する。
【００１１】
次に、実施形態１のナット11および出力プーリ12を詳細に説明する。なお、図１において、ラックバー6の軸線方向にX軸を設定し、操舵機構2の側からボールねじ機構4の側へ向かう方向をX軸正方向、X軸直交方向を径方向、X軸周りの方向を周方向と規定する。
図３は、ナット11の回転軸線を通るボールねじ機構4の軸方向断面図である。
ナット11のX軸方向中央部は、X軸方向両端部よりも小径に形成されている。ナット11において、X軸方向中央部の内周には、螺旋状のナット側ボールねじ溝19が形成されている。一方、ラックバー6の外周には、螺旋状のラックバー側ボールねじ溝（転舵軸側ボールねじ溝）20が形成されている。ナット側ボールねじ溝19およびラックバー側ボールねじ溝20は、ボール循環溝13を構成する。ナット11のX軸負方向端には、ボールベアリング21のインナレース21aが一体に形成されている。ボールベアリング21は、ボールねじ機構ハウジング17に対しナット11を周方向回転可能に支持する。ボールベアリング21は、インナレース21a、アウタレース21bおよびボール21cを有する。アウタレース21bはボールねじ機構ハウジング17に固定されている。ボール21cはインナレース21aおよびアウタレース21b間に介在する。ナット11のX軸正方向端には、4個の雌ねじ部22が形成されている。雌ねじ部22は、X軸方向に沿って延びる。各雌ねじ部22は、周方向に90°間隔で配置されている。
【００１２】
図４は出力プーリ12の正面図、図５は出力プーリ12の背面図、図６はナット11の回転軸線を通る出力プーリ12の軸方向断面図である。
出力プーリ12は、樹脂材料を用いた射出成形により、有底カップ状に形成されている。実施形態１では、射出成形時のゲートとして、ディスクゲート（ダイアフラムゲート）式を採用している。出力プーリ12は、ハブ部23および巻き掛け部24を有する。ハブ部23は、出力プーリ12のX軸正方向端に位置する。ハブ部23は、略環状円盤形に形成されている。ハブ部23には、4個のスクリュ挿入孔23cがX軸方向に貫通する。各スクリュ挿入孔23cは、周方向に90°間隔で配置されている。各スクリュ挿入孔23cには、X軸正方向側からスクリュ25が挿入されている。スクリュ25は、出力プーリ12とナット11を締結する。スクリュ25は、頭部26および軸部27を有する。頭部26の外形はX軸方向から見たとき略円形である。軸部27には、雄ねじ部（雄ねじのねじ溝）27aが形成されている。雄ねじ部27aは、ねじ作用によりナット11の雌ねじ部22に嵌め込まれる。スクリュ25とハブ部23の外側面（X軸正方向側面）23aとの間には、座金28が介在する。座金28は環状円盤形に形成されている。座金28の外径は、頭部26の外径よりも大きい。ハブ部23は、その径方向中心にラックバー挿入孔（転舵軸挿入孔）29を有する。ラックバー挿入孔29には、ラックバー6が貫通する。
【００１３】
巻き掛け部24は、ハブ部23の外周からX軸負方向に延びる。巻き掛け部24は、外筒部30、内筒部31および16個のブリッジ部32を有する。外筒部30は、円筒状に形成されている。外筒部30にはベルト10が巻き掛けられている。内筒部31は、外筒部30の径方向内側に位置する。内筒部31は、外筒部30よりも小径の円筒状に形成されている。外筒部30のX軸正方向端は内筒部31と接続する。ブリッジ部32は、外筒部30および内筒部31間を径方向に延び、外筒部30と内筒部31とを接続する。各ブリッジ部32は、周方向に22.5°間隔で配置されている。
巻き掛け部24およびハブ部23間は、接続部33により滑らかに接続されている。ナット11の回転軸線を通る出力プーリ12の軸方向断面において、接続部33は、円弧状に形成されている。ここで、図６において、接続部33の内側面33aの接線Laとナット11の回転軸線Lbとがなす角度（相対角）のうちの劣角が、回転軸線Lbから径方向外側に向かって徐々に小さくなり、45°となる部分をハブ部23と巻き掛け部24との間の境界部34と規定する。また、ハブ部23のスクリュ挿入孔23c周りの領域であって、スクリュ25の頭部26と径方向にオーバーラップする領域を被締結部35と規定する。被締結部35は、出力プーリ12とナット11をスクリュ25により締結したとき、スクリュ25の頭部26からスクリュ25の軸力を受ける部分である。被締結部35は、境界部34よりも径方向内側に位置する。座金28の外周縁は、境界部34と径方向にオーバーラップする。
【００１４】
出力プーリ12のハブ部23は、その内側面（X軸負方向側面）23bに、突出部36を有する。突出部36は、内側面23bからX軸負方向へ所定長さ突出する。突出部36は、4個の放射状突出部37および環状突出部38を有する。各放射状突出部37は、スクリュ挿入孔23cの位置に合わせて、周方向に90°間隔で配置されている。各放射状突出部37は、ナット11のX軸正方向端と略面一に当接する。放射状突出部37は、放射方向に延び、X軸方向から見たとき、被締結部35の投影面積を全て含む形状を有する。環状突出部38は、ラックバー挿入孔29の開口縁に配置されている。環状突出部38は、各放射状突出部37の径方向内側端と接続する。
ハブ部23は、その内側面23bに、4個の薄肉部39および8個の厚肉部40を有する。薄肉部39は、放射状突出部37のスクリュ挿入孔23cよりも径方向外側の所定領域部分である。薄肉部39の幅（周方向長さ）は、放射状突出部37の幅よりも広い。厚肉部40は、薄肉部39と同じ径方向位置に配置されている。厚肉部40は、薄肉部39と周方向に隣接する。厚肉部40は、薄肉部39、すなわち放射状突出部37よりもX軸負方向へ所定長さ突出する。つまり、X軸方向におけるハブ部23の材料厚さを肉厚としたとき、厚肉部40の肉厚は、薄肉部39（放射状突出部37）よりも大きく形成されている。
各厚肉部40は、径方向内側にセンタリング部41を有する。センタリング部41は、径方向内側に向かって凸形状となる円弧形状を有する。図７に示すように、各センタリング部41は、ナット11のX軸正方向端部の外周面11aと圧接する。つまり、ナット11のX軸正方向端部は、センタリング部41の内側に圧入されている。
【００１５】
次に、実施形態１のパワーステアリング装置1の作用効果を説明する。
図８は図５の要部拡大図、図９は図３の要部拡大図である。
ナット11と出力プーリ12とをスクリュ25で締結する際、スクリュ25の締め付けトルクを大きくしていくと、出力プーリ12の被締結部35のうち、ナット11と当接する部分（頭部26およびナット11間に挟まれた部分）は圧縮変形し、ナット11と当接していない部分（頭部26およびナット11間に挟まれていない部分）はX軸負方向へ曲げ変形する。従来の出力プーリでは、ハブ部と巻き掛け部とを接続する境界部が、被締結部と径方向にオーバーラップしている。境界部は出力プーリの軸方向断面積が急激に変化する部分、つまり剛性が急変する部分である。このため、従来の出力プーリでは、被締結部に応力集中が発生し、被締結部における最大発生応力が大きくなる。ここで、実施形態１の出力プーリ12は、軽量化やコストダウン等を狙いとし、樹脂材料で形成されている。樹脂製の出力プーリは金属製の出力プーリに比べて許容応力（疲労強度）が低いため、最大発生応力が大きいと強度上の不利益（亀裂による破損や耐久性の低下）を招きやすい。
これに対し、実施形態１の出力プーリ12では、被締結部35を境界部34よりも径方向内側に配置した。つまり、軸方向断面積が急変する境界部34を、スクリュ25の頭部26から軸力を受ける被締結部35よりも径方向外側へ逃した。よって、被締結部35に軸方向断面積が急変する箇所が存在しないため、スクリュ25の軸力により発生する応力を分散でき、応力集中を緩和できる。これにより、被締結部35における最大発生応力を低減できる。
実施形態１の出力プーリ12は、スクリュ挿入孔23cの径方向外側の所定領域を薄肉部39とし、薄肉部39の軸方向断面積を、薄肉部39と周方向に隣接する厚肉部40の軸方向断面積よりも小さくした。これにより、スクリュ25の軸力を大きく受けるスクリュ挿入孔23c周りの領域において、軸方向断面積の変化を抑制できる。よって、スクリュ25の軸力により発生する応力を分散でき、応力集中を緩和できる。これにより、被締結部35における最大発生応力を低減できる。
【００１６】
被締結部35とスクリュ25の頭部26との間に座金28を有する。これにより、樹脂材料で形成された被締結部35が頭部26との接触によって傷付くのを抑制できる。
座金28は、その外周縁がスクリュ25の径方向において境界部34とオーバーラップする。ハブ部23に対する座金28の接触面積を大きくすることにより、座金28からハブ部23に作用する単位面積あたりの軸力（面圧）を低減でき、ハブ部23の変形を抑制できる。
出力プーリ12は、巻き掛け部24の径方向内側に位置し、ナット11の外周面11aと当接するセンタリング部41を有する。ナット11と出力プーリ12とをスクリュ25で締結する際、センタリング部41がナット11の外周面11aと当接することにより、ナット11の回転軸線に対し出力プーリ12の回転軸線を近づけられる（調芯作用）。これにより、スクリュ挿入孔23cと雌ねじ部22との径方向の位置合わせを容易化できる等、組み付け時の作業性を向上できる。
センタリング部41は、出力プーリ12の径方向において内側に向かって凸形状となる円弧形状を有する。円弧の頂点がナット11の外周面11aと当接することにより、両者の接触部分は線接線に近づくため、接触面の成形精度の影響を抑制できる。また、ナット11を各センタリング部41の内側に圧入する際の接触面積を極小化できるため、圧入荷重を低減でき、組み付け時の作業性を向上できる。
被締結部35は、ハブ部23の内側面23bにおいて、各被締結部35と隣接する部分よりもX軸負方向へ突出する突出部36を有する。ここで、出力プーリ12の成形精度は、ナット11との当接面における組み付け精度に影響を与えるが、各被締結部35は隣接する他の部分（内側面23b）よりもナット11側に突出しているため、他の部分の成形精度がナット11との当接面に対し影響を与えるのを抑制できる。つまり、組み付け精度が突出部36の成形精度のみに依存するため、例えば、射出成形後、出力プーリ12を金型から取り外す際に、他の部分を押圧して押圧痕が残っても組み付け精度には影響を与えない。よって、製作容易性および組み付け精度を共に向上できる。
【００１７】
出力プーリ12は、ラックバー6が挿入されるラックバー挿入孔29を包囲する環状突出部38を有する。環状突出部38によってラックバー挿入孔29周りの軸方向断面積の均一化が図られているため、出力プーリ12の射出成形後の冷却収縮過程において、ラックバー挿入孔29周りの冷却収縮度合を均一化できる。
巻き掛け部24は、筒状に形成されベルト10が巻き掛けられる外筒部30と、筒状に形成され外筒部30の内側に設けられる内筒部31と、ナット11の径方向に延び外筒部30と内筒部31とを接続するブリッジ部32と、を有する。巻き掛け部24は、出力プーリ12が回転する際の異音抑制および振動抑制の観点から、円筒度がより高い方が望ましい。ここで、仮に巻き掛け部を中実構造とした場合、出力プーリを射出成形後に金型から外したとき、巻き掛け部においてハブ部と反対側の端部が冷却収縮し、径方向内側に撓むおそれがある。これに対し、実施形態１の巻き掛け部24では、外筒部40の冷却収縮をブリッジ部32により抑制できる。よって、巻き掛け部を中実構造とした場合と比較して、外筒部30の円筒度を向上できる。
出力プーリ12は、ナット11の回転軸線を通る出力プーリ12の軸方向断面におけるハブ部23と巻き掛け部24との間の領域（接続部33）が円弧状に形成されている。つまり、ハブ部23と巻き掛け部24とを円弧状の接続部33によって滑らかに接続することにより、軸方向断面積の変化が緩やかになるため、ハブ部23および巻き掛け部24間の応力集中を緩和できる。
出力プーリ12は、ディスクゲート式の射出成形によって形成されている。ピンゲート式では、ウエルドライン（湯境）が形成されるため、界面の密着強度の低下による合成の低下が懸念される。一方、ディスクゲート式はウエルドラインが生じにくいため、ピンゲート等の他の方式に比べ、出力プーリ12の剛性を向上できる。
【００１８】
〔他の実施形態〕
以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
伝達部材はチェーン等でもよい。
被締結部とスクリュの頭部との間に座金を設けなくてもよい。
センタリング部を厚肉部と別に設けてもよい。
【符号の説明】
【００１９】
1  パワーステアリング装置
3  電動モータ
4  ボールねじ機構
4a  チューブ（循環機構）
6  ラックバー（転舵軸）
9  入力プーリ
10  ベルト（伝達部材）
11  ナット
12  出力プーリ
13  ボール循環溝
14  ボール
19  ナット側ボールねじ溝
20  ラックバー側ボールねじ溝（転舵軸側ボールねじ溝）
23  ハブ部
23c  スクリュ挿入孔
24  巻き掛け部
25  スクリュ
26  頭部
27  軸部
27a  雄ねじ部（雄ねじのねじ溝）
28  座金
29  ラックバー挿入孔（転舵軸挿入孔）
30  外筒部
31  内筒部
32  ブリッジ部
35  被締結部
36  突出部
38  環状突出部
39  薄肉部
40  厚肉部
41  センタリング部
【図１】
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【図２】
2018111406.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018111406.tif 000009
【図８】
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【図９】
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