(57)【要約】【課題】アキシアル方向へ変動すること無く、常に一定した小さな回転トルクを維持する軸受機構が組み込まれた低コストの電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】螺旋状の軌道溝１８ｇが外周に沿って形成されたラック軸１８と、ラック軸に対して回転可能に対向配置され且つ当該ラック軸の軌道溝に沿って複数の転動ボール２０を転動させながら循環させるボール循環機能を有するボールねじナット２２と、ボールねじナットを回転可能に支持する軸受機構とを備えた電動パワーステアリング装置であって、軸受機構は、非回転部位(ハウジング２８)に固定された外輪30,34と、外輪に対向配置された内輪構成部(例えば、内輪軌道面Ｍａが形成されたアダプタ３８)と、内輪構成部と外輪との間に転動自在に組み込まれた複数の転動体32,36とを備えており、内輪構成部は、ボールねじナットに直接固定されている。【選択図】図１
2008239053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状の軌道溝が外周に沿って形成されたラック軸と、
ラック軸に対して回転可能に対向配置され且つ当該ラック軸の軌道溝に沿って複数の転動ボールを転動させながら循環させるボール循環機能を有するボールねじナットと、
ボールねじナットを回転可能に支持する軸受機構とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
軸受機構は、非回転部位に固定された外輪と、外輪に対向配置された内輪構成部と、内輪構成部と外輪との間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えており、
内輪構成部は、ボールねじナットに直接固定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】
内輪構成部には、外輪に形成された外輪軌道面に対向した位置に、内輪軌道面が形成されており、複数の転動体は、外輪軌道面と内輪軌道面との間に沿って転動することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
外輪は、外輪用ロックナットによって非回転部位に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
外輪には、非回転部位に向けて外輪フランジが突設されており、当該外輪フランジが非回転部位に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
内輪構成部には、内輪軌道面が形成された別体内輪を嵌合可能に構成されており、別体内輪を内輪構成部に嵌合した状態で、所定形状のロックナットを締め込むことにより、別体内輪を内輪構成部に固定すると同時に、当該内輪構成部をボールねじナットに直接固定することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
ロックナットは、別体内輪を内輪構成部に固定するための一方のロックナットと、内輪構成部をボールねじナットに固定するための他方のロックナットを備えて構成されていることを特徴とする請求項５に記載の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、ハンドル操作における操舵力を補助するアシスト力を発生させる電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電動パワーステアリング(ＥＰＳ)装置には、電動モータによって直接ステアリングシステムにアシスト(補助)力を与えるパワーアシスト機構が組み込まれている。一例として図２(ａ)に示されたＥＰＳ装置において、ハンドル２を操作した際の回転運動(操舵力)は、回転運動伝達機構４を介してステアリングギヤ機構６に伝達された後、当該ステアリングギヤ機構６によって直線運動に変換されてタイロッド８に伝達される。
【０００３】
このとき、ＥＰＳコントローラ１０は、トルクセンサ１２で測定されたハンドル２を回す力(トルク)に基づいてパワーアシスト機構１４を制御し、タイロッド８に最適なアシスト力を付与する。この場合、タイロッド８には、ハンドル操作における操舵力と共に、更にアシスト力が付与される。これにより、大きな操舵力を必要とすること無く、タイロッド８両端のナックルアーム１６に連結された操舵輪(図示しない)を左右に動かして、車両の進行方向を操作することができる。
【０００４】
図２(ｂ)に示すように、パワーアシスト機構１４は、タイロッド８に連結され且つ螺旋状の軌道溝１８ｇが外周に沿って形成されたラック軸１８と、ラック軸１８に対して回転可能に対向配置され且つ当該ラック軸１８の軌道溝１８ｇに沿って複数の転動ボール２０を転動させながら循環させるボール循環機能を有するボールねじナット２２と、ボールねじナット２２を回転可能に支持する軸受機構とを備えている。また、軸受機構は、ボールねじナット２２の軸方向両側に配置された転がり軸受24,26を有しており、一方側の転がり軸受２４には、複列軸受２４が適用され、他方側の転がり軸受２６には、単列軸受２６が適用されている。
【０００５】
ここで、単列軸受２６は、ボールねじナット２２に固定された内輪構成部と、内輪構成部に対向してハウジング(非回転部位)２８に固定された単列外輪３０と、内外輪間に転動自在に１列で組み込まれた複数の転動体３２とを備えている。一方、複列軸受２４は、ボールねじナット２２に固定された内輪構成部と、内輪構成部に対向してハウジング(非回転部位)２８に固定された複列外輪３４と、内外輪間に転動自在に２列で組み込まれた複数の転動体３６とを備えている。
【０００６】
また、単列軸受２６の内輪構成部は、ボールねじナット２２に嵌合されたアダプタ３８と、単列外輪３０に対向してアダプタ３８に嵌合された単列内輪４０とを備えており、単列内輪４０の内輪軌道面Ｔａと単列外輪３０の外輪軌道面Ｔｂとの間に複数の転動体３２が１列で組み込まれている。一方、複列軸受２４の内輪構成部は、ボールねじナット２２に嵌合されたアダプタ３８と、複列外輪３４に対向してアダプタ３８に嵌合された複列内輪４２とを備えており、複列内輪４２の各内輪軌道面Ma,Naと複列外輪３４の各外輪軌道面Mb,Nbとの間に複数の転動体３６が２列で組み込まれている。なお、アダプタ３８は、中空の単体で構成されており、その一方側(単列軸受２６が配置された側)に内向フランジ３８ｆが突設されており、当該内向フランジ３８ｆからボールねじナット２２に沿って他方側(複列軸受２４が配置された側)に向けて延在している。
【０００７】
この場合、ボールねじナット２２をアダプタ３８の内向フランジ３８ｆに当接させると共に、単列軸受２６の単列内輪４０と複列軸受２４の複列内輪４２をアダプタ３８に嵌合させた状態において、アダプタ３８の他方側から内輪用ロックナット４４を締め込むことで、単列軸受２６及び複列軸受２４の内輪構成部をボールねじナット２２に固定することができる。即ち、内輪用ロックナット４４には、外向フランジ４４ｆが突設されており、当該内輪用ロックナット４４をアダプタ３８に締め込んで外向フランジ４４ｆを複列内輪４２に当接させることで、複列内輪４２を外向フランジ４４ｆとアダプタ３８との間に挟持させた状態で固定することができる。このとき、当該アダプタ３８は、その内向フランジ３８ｆと内輪用ロックナット４４とでボールねじナット２２を握持するように、ボールねじナット２２に固定される。
【０００８】
また、複列軸受２４の複列外輪３４は、外輪用ロックナット４６をハウジング２８に締め込むことで、ハウジング２８に嵌め合わせて固定することができる。この場合、複列外輪３４は、外輪用ロックナット４６とハウジング２８との間に挟持された状態でハウジング２８に固定される。これにより、ボールねじナット２２は、ラック軸１８に沿った軸方向へ移動不能な状態で、且つラック軸１８に対向して回転可能にハウジング２８に固定される。この状態において、ボールねじナット２２は、ラック軸１８の軌道溝１８ｇに沿って複数の転動ボール２０を転動させながら循環させることができる。
【０００９】
また、アダプタ３８の外周には、ギヤ４８が設けられており、当該ギヤ４８は、図示しない連結機構を介してモータ５０(図２(ａ))に連結されている。ここで、モータ５０を駆動させると、その駆動力は連結機構を介してギヤ４８に伝達され、当該ギヤ４８を所定方向に回転させる。その際の回転力は、アダプタ３８を介してボールねじナット２２に伝達され、当該ボールねじナット２２を所定方向に回転させる。このとき、ボールねじナット２２は、ラック軸１８周りに回転しながら、当該ラック軸１８の軌道溝１８ｇに沿って複数の転動ボール２０を転動させながら循環させる。
【００１０】
この状態において、ボールねじナット２２は、上述したようにラック軸１８に沿った軸方向へ移動不能に保持されているため、軌道溝１８ｇに沿って複数の転動ボール２０を転動させながら循環させた量だけ、ラック軸１８を矢印Ｓ方向に沿って推進させることができる。このとき、タイロッド８(図２(ａ))には、ラック軸１８の推進状態(例えば、推進距離、推進速度)に応じたアシスト力が付与されるため、ハンドル操作において大きな操舵力を必要とすること無く、タイロッド８両端のナックルアーム１６に連結された操舵輪(図示しない)を左右に動かして、車両の進行方向を操作することができる。
【００１１】
ところで、上述したようなパワーアシスト機構１４に用いられる軸受機構には、回転トルクが小さく且つ変動しないと共に、操舵輪からラック軸１８を介して外力が作用してもアキシアル方向への変動を生じないといった特性が求められている。そこで、従来では、転がり軸受24,26の内径及び外径、軸受内部すきまを調整することで、軸方向のすきまを無くしつつ、軸受24,26の予圧も狭い範囲に設定している。
【００１２】
しかしながら、予圧の範囲は非常に狭く、また、内輪用及び外輪用ロックナット44,46の寸法の多種に亘っている。このため、予圧とロックナット44,46の締込力との最適な組み合わせは、多くの組み合わせの中から選別しなければならず、手間や時間がかかり面倒であると共に、それに要する諸費用が大きくなる。この場合、パワーアシスト機構１４の製造コストが上昇してしまうため、電動パワーステアリング装置の低コスト化には限界があった。
【特許文献１】特開２００５−２９７６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、アキシアル方向へ変動すること無く、常に一定した小さな回転トルクを維持する軸受機構が組み込まれた低コストの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】
【００１４】
このような目的を達成するために、本発明は、螺旋状の軌道溝が外周に沿って形成されたラック軸と、ラック軸に対して回転可能に対向配置され且つ当該ラック軸の軌道溝に沿って複数の転動ボールを転動させながら循環させるボール循環機能を有するボールねじナットと、ボールねじナットを回転可能に支持する軸受機構とを備えた電動パワーステアリング装置であって、軸受機構は、非回転部位に固定された外輪と、外輪に対向配置された内輪構成部と、内輪構成部と外輪との間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えており、内輪構成部は、ボールねじナットに直接固定されている。
【００１５】
本発明において、内輪構成部には、外輪に形成された外輪軌道面に対向した位置に、内輪軌道面が形成されており、複数の転動体は、外輪軌道面と内輪軌道面との間に沿って転動する。一方、外輪は、外輪用ロックナットによって非回転部位に固定されている。この場合、外輪には、非回転部位に向けて外輪フランジが突設されており、当該外輪フランジが非回転部位に固定されている。
【００１６】
また、内輪構成部は、内輪軌道面が形成された別体内輪を嵌合可能に構成しても良い。この場合、別体内輪を内輪構成部に嵌合した状態で、所定形状のロックナットを締め込むことにより、別体内輪を内輪構成部に固定すると同時に、当該内輪構成部をボールねじナットに直接固定する。また、ロックナットは、別体内輪を内輪構成部に固定するための一方のロックナットと、内輪構成部をボールねじナットに固定するための他方のロックナットを備えて構成しても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アキシアル方向へ変動すること無く、常に一定した小さな回転トルクを維持する軸受機構が組み込まれた低コストの電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態に係る電動パワーステアリング装置について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施の形態は、電動パワーステアリング装置(図２(ａ))に組み込まれたパワーアシスト機構１４(図２(ｂ))の改良であるため、以下では、改良部分の説明にとどめる。この場合、上述したパワーアシスト機構１４(図２(ｂ))と同一の構成については、その構成に付された参照符号と同一の符号を本実施の形態に用いた図面上に付すことで、その説明を省略する。
【００１９】
図１(ａ)には、本実施の形態の第１の構成例に係るパワーアシスト機構１４の構成例が示されており、当該パワーアシスト機構１４において、複列軸受２４の内輪構成部は、ボールねじナット２２に直接固定されている。第１の構成例では、かかる固定方法の一例として、従来の軸受機構に適用された複列内輪４２(図２(ｂ))を分割し、その一方をアダプタ３８に一体化させると共に、その他方をアダプタ３８に嵌合可能な別体内輪４２ａとして構成している。この構成において、内輪構成部を成すアダプタ３８には、複列外輪３４に形成された一方の外輪軌道面Ｍｂに対向した位置に内輪軌道面Ｍａが形成されており、また、別体内輪４２ａには、複列外輪３４に形成された他方の外輪軌道面Ｎｂに対向した位置に内輪軌道面Ｎａが形成されている。
【００２０】
ここで、第１の構成例の軸受機構の組立方法の一例について説明する。
まず、アダプタ３８の内向フランジ３８ｆをボールねじナット２２の一方側端面２２ｍに当て付けて、アダプタ３８の一方側とハウジング２２との間に単列軸受２６を介在させる。続いて、アダプタ３８の他方側に形成された内輪軌道面Ｍａに沿って複数の転動体３６を配列させた状態で、複列外輪３４をハウジング２８に嵌合する。このとき、複列外輪３４の外輪軌道面Ｍｂが複数の転動体３６に沿って位置決めされる。これにより、一方の列を成す複数の転動体３６が内輪軌道面Ｍａと外輪軌道面Ｍｂとの間に組み込まれる。
【００２１】
次に、複列外輪３４の他方の外輪軌道面Ｎｂに沿って複数の転動体３６を配列させた状態で、別体内輪４２ａをアダプタ３８に嵌合し、当該アダプタ３８に形成された段部３８ａに当て付ける。このとき、別体内輪４２ａの内輪軌道面Ｎａが複数の転動体３６に沿って位置決めされる。これにより、他方の列を成す複数の転動体３６が内輪軌道面Ｎａと外輪軌道面Ｎｂとの間に組み込まれる。
【００２２】
このような状態において、アダプタ３８の他方側から内輪用ロックナット４４を締め込むことで別体内輪４２ａをアダプタ３８に固定すると共に、外輪用ロックナット４６をハウジング２８に締め込むことで複列外輪３４をハウジング２８に固定する。これにより、軸受機構(複列軸受２４、単列軸受２６)は、最適な予圧が付加された状態に維持される。なお、内輪用ロックナット４４と外輪用ロックナット４６の締め込み順は、例えば複列軸受２４及び単列軸受２６の形状や種類などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。例えば内輪用ロックナット４４を締め込んだ後に、外輪用ロックナット４６を締め込んでも良いし、その逆の順に締め込んでも良い。或いは、双方を同時に締め込んでも良い。
【００２３】
上述したように、内輪用ロックナット４４は、外向フランジ４４ｆが突設された形状を成している。このため、かかる形状の内輪用ロックナット４４をアダプタ３８の他方側から締め込むことにより、別体内輪４２ａを外向フランジ４４ｆとアダプタ３８の段部３８ａとの間に挟持させた状態で固定することができる。このとき同時に、当該アダプタ３８は、その内向フランジ３８ｆと内輪用ロックナット４４とでボールねじナット２２を握持するように、ボールねじナット２２に固定される。これにより、複列軸受２４の内輪構成部を成すアダプタ３８は、ボールねじナット２２に直接固定されることになる。
【００２４】
以上、第１の構成例によれば、複列軸受２４の内輪構成部(アダプタ３８)をボールねじナット２２に直接固定することができる。このため、回転トルクが小さく且つ変動しないと共に、操舵輪からラック軸１８を介して外力が作用してもアキシアル方向への変動を生じない軸受機構を有するパワーアシスト機構１４を低コストで製造することができる。この結果、電動パワーステアリング装置の低コスト化を図ることができる。
【００２５】
具体的に説明すると、従来から知られているように軸受機構の予圧は、例えば軸受24,26とアダプタ３８との間の嵌め合いや、ロックナット44,46の締込力(トルク)などの影響を受けて変化し易い。この場合、嵌め合い寸法は比較的管理し易いが、ロックナット44,46の締込力は、例えばロックナット44,46の座面となる内外輪42,34(図２(ｂ))の摩擦係数により、同じ締込力であっても大きく変化する。また、軸方向すきまに対する影響因子は、例えばボールねじナット２２の幅、アダプタ３８とボールねじナット２２との嵌合幅、複列軸受２４とアダプタ３８及びハウジング２８との嵌合幅など、多数の嵌合部位が存在する。従って、予圧とロックナット44,46の締込力との最適な組み合わせを選別するには、手間や時間がかかり面倒であると共に、それに要する諸費用が大きくなる。
【００２６】
しかしながら、第１の構成例のように、複列内輪４２の一部をアダプタ３８に一体化させて、当該アダプタ３８に内輪軌道面Ｍａを形成したことで、従来に比べて嵌合部位を削減することができる。これにより、パワーアシスト機構１４の製造コストを低減することが可能となり、その結果、電動パワーステアリング装置の低コスト化を実現することができる。この場合、アダプタ３８の内向フランジ３８ｆを基準(データム)として、例えばアダプタ３８の内輪軌道面Ｍａや段部３８ａの形成位置を設定することで、アダプタ３８の他方側における別体内輪４２ａの位置を精度良く合わせることができる。この結果、１個の内輪用ロックナット４４だけで、複列軸受２４とボールねじナット２２とを互いに高精度の締結させることができる。
【００２７】
また、アダプタ３８に内輪軌道面Ｍａを形成したことで、嵌合部位は、別体内輪４２ａとアダプタ３８との間だけになる。この場合、別体内輪４２ａをアダプタ３８に嵌合固定する際に、内輪用ロックナット４４の締込力を別体内輪４２ａに作用させた場合でも、当該別体内輪４２ａの嵌合位置は、アダプタ３８の段部３８ａによって高精度に規定され、変動することは無い。これにより、内輪用ロックナット４４の締込力(トルク)に影響されること無く、軸受機構に最適な予圧を安定して付与することができる。
【００２８】
なお、上述した第１の構成例において、内輪軌道面Ｍａを形成したアダプタ３８の材質について特に言及しなかったが、複数の転動体３６を安定して転動させる程度の強度を確保可能な材料で形成することが好ましい。そして、少なくとも内輪軌道面Ｍａを含む表面に高周波焼入れを施せば良い。この場合、アダプタ３８の材料としては、例えば高炭素クロム軸受鋼やステンレス鋼などを適用すれば良い。また、ボールねじナット２２の外周形状は、通常、円形を成していないが、仮に円形を成したボールねじナット２２を適用することができれば、当該ボールねじナット２２の外周に直接内輪軌道面Ｍａを形成するようにしても良い。
【００２９】
図１(ｂ)には、本実施の形態の第２の構成例に係るパワーアシスト機構１４の構成例が示されており、当該パワーアシスト機構１４において、ロックナットは、別体内輪４２ａを内輪構成部(アダプタ３８)に固定するための一方のロックナット５２と、内輪構成部(アダプタ３８)をボールねじナットに固定するための他方のロックナット５４を備えて構成されている。
【００３０】
このような構成によれば、ロックナット５２で別体内輪４２ａをアダプタ３８に嵌合固定する際に、複列軸受２４に作用する締込力を安定化させることができる。また、アダプタ３８の他方側における別体内輪４２ａの位置のばらつきが生じても、そのばらつきを個々のロックナット52,54の締め込み位置(量)に応じて吸収することができる。このため、嵌合幅については１水準での設定が可能となる。なお、他の効果は、上述した第１の構成例と同様であるため、その説明は省略する。
【００３１】
図１(ｃ)には、本実施の形態の第３の構成例に係るパワーアシスト機構１４の構成例が示されており、当該パワーアシスト機構１４において、複列外輪３４には、ハウジング(非回転部位)２８に向けて外輪フランジ３４ｆが突設されており、当該外輪フランジ３４ｆがハウジング(非回転部位)２８に固定されている。この場合、外輪フランジ３４ｆの固定方法は、例えばネジ止め、接着、圧着、嵌合などの方法を適用しても良いし、或いは、上述した第１及び第２の構成例と同様に、外輪用ロックナット４６で固定しても良い。なお、その他の構成は、上述した第１の構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００３２】
このような構成によれば、複列外輪３４とハウジング２８とを直接嵌合させる必要が無くなる。別の捉え方をすると、複列外輪３４は、その外輪フランジ３４ｆを介して間接的にハウジング２８に固定されることになる。この場合、軸受組立後の予圧変化は、内輪用ロックナット４４の締込力の変化に伴って生じるだけとなる。これにより、予圧については１水準での設定が可能となる。なお、他の効果は、上述した第１の構成例と同様であるため、その説明は省略する。
【００３３】
図１(ｄ)には、本実施の形態の第４の構成例に係るパワーアシスト機構１４の構成例が示されており、当該パワーアシスト機構１４は、複列外輪３４には、ハウジング(非回転部位)２８に向けて外輪フランジ３４ｆが突設されており、当該外輪フランジ３４ｆがハウジング(非回転部位)２８に固定されている。また、ロックナットは、別体内輪４２ａを内輪構成部(アダプタ３８)に固定するための一方のロックナット５２と、内輪構成部(アダプタ３８)をボールねじナットに固定するための他方のロックナット５４を備えて構成されている。なお、その他の構成は、上述した第３の構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００３４】
このような構成によれば、嵌合幅と共に予圧の双方について１水準での設定が可能となる。即ち、上述した第２の構成例と第３の構成例の双方の効果を相乗的に発揮させることができる。なお、第２及び第３の効果については、既に詳述したので、ここではその説明を省略する。
【００３５】
図１(ｅ)には、本実施の形態の第５の構成例に係るパワーアシスト機構１４の構成例が示されており、当該パワーアシスト機構１４は、上述した第１〜第４の構成例において、その単列軸受２６の単列内輪４０をアダプタ３８に一体化して構成されている。この構成において、内輪構成部を成すアダプタ３８には、単列外輪３０の外輪軌道面Ｔｂに対向した位置に内輪軌道面Ｔａが形成されている。
【００３６】
このような構成によれば、複列軸受２４と単列軸受２６の双方の内輪構成部(アダプタ３８)をボールねじナット２２に直接固定することができる。即ち、第５の構成例では、アダプタ３８に内輪軌道面Ｍａ及び内輪軌道面Ｔａを形成することができるため、上述した第１〜第４の構成例に比べて更に嵌合部位を削減することができる。これにより、パワーアシスト機構１４の製造コストを更に低減することが可能となり、それに伴って、電動パワーステアリング装置のコストを更に低減することができる。なお、他の効果は、上述した第１〜第４の構成例と同様であるため、その説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電動パワーステアリング装置に組み込まれたパワーアシスト機構の構成を示す断面図であって、(ａ)は、第１の構成例に係るパワーアシスト機構の断面図、(ｂ)は、第２の構成例に係るパワーアシスト機構の断面図、(ｃ)は、第３の構成例に係るパワーアシスト機構の断面図、(ｄ)は、第４の構成例に係るパワーアシスト機構の断面図、(ｅ)は、第５の構成例に係るパワーアシスト機構の断面図。
【図２】(ａ)は、電動パワーステアリング装置の構成を概略的に示す斜視図、(ｂ)は、従来の電動パワーステアリング装置に組み込まれたパワーアシスト機構の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１８  ラック軸
１８ｇ  軌道溝
２０  転動ボール
２２  ボールねじナット
２８  ハウジング(非回転部位)
30,34  外輪
32,36  転動体
３８  アダプタ
Ｍａ  内輪軌道面
【図１】
2008239053.tif 000003
【図２】
2008239053.tif 000004