(57)【要約】【課題】電動パワーステアリング装置において、ラック歯とピニオンとの噛み合いを排し、打音（騒音／振動）が発生しないようにするとともに、サーボ制御系内のガタ発生部を少なくし、もって安定したサーボ制御系を構成することが可能とし、使用されるボールジョイントに不必要に負荷がかからないステアリング装置を提供することを課題とする。【解決手段】電動パワーステアリング装置１は、ねじ軸２、支持部材３、ケーシング４、回転部材５、及び、電気アシストモータ６を備えている。電気アシストモータ６によって、駆動傘歯車部６２、従動傘歯車部５２、雌ねじ部５１へと回転が伝達され、ねじ軸２を左右に移動させる。このときねじ軸２自体は回転しないため、タイロッド９１とのリンク結合部２１には、ねじ軸２の左右移動のための負荷のみがかかる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイロッドにリンク結合するためのリンク結合部をその両端に有し、雄ねじ部を有するねじ軸、
上記ねじ軸を軸方向に摺動自在に且つ回転不能に支持する支持部材、
上記支持部材に固定されたケーシング、
上記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有し、上記ケーシングに軸方向移動不能且つ回転可能に支持された回転部材、及び、
上記ケーシングに設けられ、上記回転部材を回転駆動するための電気アシストモータを備え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２】
請求項１に記載された電動パワーステアリング装置において、
上記雄ねじ部と上記雌ねじ部は、転動可能なボールを介してねじ結合されることによりボールねじ機構を構成し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１又は請求項２のいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記回転部材は上記雌ねじ部と弾性部材を介して結合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４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記雌ねじ部は、自動調芯ころ軸受を介して上記ケーシングに支持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５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記ボールねじ機構は、３条以上６条以下の条数を有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６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記支持部材は、上記ねじ軸が備える非円形柱状部が摺動自在且つ回転不能に嵌合するために、これと相補的な内面を有するポリテトラフルオロエチレン製の滑り部材を備え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７】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記電気アシストモータの出力軸はスタブシャフトを構成するとともに駆動傘歯車部が固定されており、上記回転部材が備える従動傘歯車部に噛合し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８】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記電気アシストモータの出力軸は減速機構を介して独立のスタブシャフトに結合されているとともに、このスタブシャフトが有する駆動傘歯車部は上記回転部材が備える従動傘歯車部に噛合し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９】
請求項７又は請求項８のいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記従動傘歯車部及び上記駆動傘歯車部は、互いに噛合可能な曲がり歯傘歯車機構を構成し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１０】
請求項９に記載された電動パワーステアリング装置において、
上記従動傘歯車部及び上記駆動傘歯車部の一方又は両方は合成樹脂歯面を有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１１】
請求項１から請求項１０までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記電気アシストモータの出力軸によって構成されるスタブシャフトにかかるトルク、又は、独立のスタブシャフトにかかるトルクを検出するためのトルクセンサが更に備えら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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の操舵装置に使用されるアッカーマン式のリンク機構を有する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラック＆ピニオン式歯車装置を利用したパワーステアリング装置が、今日の自動車の操舵装置に広く用いられている。特に近年では、「機械効率が高い」、「軽量化できる」、「レイアウト的に有利」、「電子制御が容易」、などの理由から、従来油圧で駆動されていたパワーステアリング機構が電動化される傾向にある。
【０００３】
上記の電動パワーステアリング装置には、操舵力を補助する形式によって、コラムアシスト型、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型など幾つかの形式が知られている。いずれの形式においても、運転者のステアリング操作力をラック＆ピニオン式歯車装置を介してタイロッドに伝達する点では共通している。
【０００４】
このようなラック＆ピニオン式ステアリング装置では、例えばタイヤが路面の凹凸を乗り越えた場合など、衝撃的荷重によって、ラック軸方向に大きな荷重が作用するのはもちろん、ラックに曲げモーメントが作用する。また、衝撃的荷重でなくても、ラックは、タイヤの回転によって常に振動的に軸方向荷重と曲げモーメントを受けながら使用されている。
【０００５】
従って、従来の電動パワーステアリング装置のようにラック＆ピニオン式歯車装置を用いている場合、ラック歯とピニオンの噛み合い部は、走行中路面から絶えず振動的荷重を受けながら使用されることになる。
【０００６】
上記のような振動的な路面入力による影響は、滑らかな舗装道路上を走行する場合に比べて、石畳などの路面凹凸の大きな道路上を走行する際には、特に顕著に表れやすく、特にその影響が大きいときは、ラック歯とピニオンの噛み合い部から打音（ラトルノイズ）と呼ばれる不快な騒音や振動が発生する場合がある。
【０００７】
ラック歯とピニオンとの噛み合い部から発生する打音や振動を抑制するための従来の技術としては、例えば特許文献１（特開平１０−２１７９８５号公報）や特許文献２（特開２００２−０３７０９０号公報）などが知られている。
【０００８】
このようなラックを用いない技術としては、例えば、特許文献３（特開平５−１２４５２４号）などに見られるような、ボールねじ機構によって駆動されるステアリング機構が知られている。このステアリング機構では、ステアリングホィールからくる操舵の回転力は、駆動傘歯車、従動傘歯車を介して、従動傘歯車と一体の雌ねじ（ボールナット）、雄ねじへと伝達されて出力軸の直線運動に変換される。他方、アシストモータの回転出力は、ウォーム、ウォームホィール、雌スプライン、これに嵌合し出力軸と一体の雄スプラインへと伝達・回転させる。
【０００９】
この結果、差動機構が形成され、駆動傘歯車の回転とウォームの回転とが出力軸の軸方向運動という形となって現れるようになっている。ところが、この構造では、出力軸は本来必要な軸方向の直線運動を行うだけでなく、それ自体が回転することになる。このため、左右の車輪の方向を変更するために備えられているタイロッドには、出力軸の直線運動だけは伝達するが、この回転運動は伝達しないようにする必要がある。タイロッドには通常ボールジョイントが使用され、このボールジョイントによってこの機能を一応は果たしうるが、ジョイント部分には、操舵のリンク運動のための回転と上述の出力軸自体の回転との負荷の両方を受け持つことになるため、耐久性及び保守性の上から好ましいとはいえない。
【００１０】
アシスト形のステアリング装置（いわゆるパワーステアリング装置）では、サーボ制御系が構成されており、ステアリングホィールにかかるトルクが検出され、この検出結果によって操舵に必要なトルクをモータによってアシストするようになっている。サーボ制御系、特に機械伝動部にガタ発生部が含まれるとき、このガタによって制御は非常に不安定になる。そのため、このガタの量及びこれが発生する箇所を極力少なくしなければならない。
【００１１】
上述した特許文献３の構造のステアリング装置には、駆動傘歯車、従動傘歯車、雌ねじウォーム、ウォームホィール、雌スプライン、雄スプラインが使用されているため、力の伝達に際し機械損失が発生する箇所が多く、これらの伝達系には多くのガタが含まれることになるので、サーボ制御系の安定性の観点から好ましいものではない。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−２１７９８５号公報
【特許文献２】
特開２００２−０３７０９０号公報
【特許文献３】
特開平０５−１２４５２４号公報（特許第２６９０２３０号公報）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような問題に鑑みてなされたものであり、電動パワーステアリング装置において、ラック歯とピニオンとの噛み合いを排し、打音（騒音／振動）が発生しないようにするとともに、サーボ制御系内のガタ発生部を少なくし、もって安定したサーボ制御系を構成することが可能とし、使用されるボールジョイントに不必要に負荷がかからないステアリング装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、タイロッドにリンク結合するためのリンク結合部をその両端に有し、雄ねじ部を有するねじ軸、上記ねじ軸を軸方向に摺動自在に且つ回転不能に支持する支持部材、上記支持部材に固定されたケーシング、上記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有し、上記ケーシングに軸方向移動不能且つ回転可能に支持された回転部材、及び、上記ケーシングに設けられ、上記回転部材を回転駆動するための電気アシストモータを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００１５】
第２番目の発明の解決手段は、第１番目の発明の電動パワーステアリング装置において、上記雄ねじ部と上記雌ねじ部は、転動可能なボールを介してねじ結合されることによりボールねじ機構を構成していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００１６】
第３番目の発明の解決手段は、第１番目又は第２番目の発明の電動パワーステアリング装置において、上記回転部材は上記雌ねじ部と弾性部材を介して結合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である。
【００１７】
第４番目の発明の解決手段は、第１番目から第３番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記雌ねじ部は、自動調芯ころ軸受を介して上記ケーシングに支持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である。
【００１８】
第５番目の発明の解決手段は、第１番目から第４番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記ボールねじ機構は、３条以上６条以下の条数を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００１９】
第６番目の発明の解決手段は、第１番目から第５番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記支持部材は、上記ねじ軸が備える非円形柱状部が摺動自在且つ回転不能に嵌合するために、これと相補的な内面を有するポリテトラフルオロエチレン製の滑り部材を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００２０】
第７番目の発明の解決手段は、第１番目から第６番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記電気アシストモータの出力軸はスタブシャフトを構成するとともに駆動傘歯車部が固定されており、上記回転部材が備える従動傘歯車部に噛合していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００２１】
第８番目の発明の解決手段は、第１番目から第６番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記電気アシストモータの出力軸は減速機構を介して独立のスタブシャフトに結合されているとともに、このスタブシャフトが有する駆動傘歯車部は上記回転部材が備える従動傘歯車部に噛合していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００２２】
第９番目の発明の解決手段は、第７番目又は第８番目の発明の電動パワーステアリング装置において、上記従動傘歯車部及び上記駆動傘歯車部は、互いに噛合可能な曲がり歯傘歯車機構を構成していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００２３】
第１０番目の発明の解決手段は、第９番目の発明の電動パワーステアリング装置において、上記従動傘歯車部及び上記駆動傘歯車部の一方又は両方は合成樹脂歯面を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００２４】
第１１番目の発明の解決手段は、第１番目から第１０番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記電気アシストモータの出力軸によって構成されるスタブシャフトにかかるトルク、又は、独立のスタブシャフトにかかるトルクを検出するためのトルクセンサが更に備えら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である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
図１は第１実施形態の電動パワーステアリング装置の概要を示す概要図である。電動パワーステアリング装置１は、ねじ軸２、支持部材３、ケーシング４、回転部材５、及び、電気アシストモータ６を備えている。ねじ軸２は、タイロッド９１とリンク結合するためのリンク結合部２１を両端に備えており、その両端内方側には非円形柱状部２２と雄ねじ部２３が形成されている。リンク結合部２１はボールジョイントの雌部が形成されており、タイロッド９１の雄部と係合する。
【００２６】
支持部材３は電動パワーステアリング装置１全体を不図示の車体に固定するためのものであり、この支持部材３には円筒部４１を介してケーシング４が固定されている。支持部材３、円筒部４１、ケーシング４には上記ねじ軸２が貫通している。
【００２７】
回転部材５は雌ねじ部５１及び従動傘歯車部５２を備えており、ケーシング４内に回転可能且つその軸方向には移動不能に支持されている。電気アシストモータ６はケーシング４の外部に固定されており、ケーシング４内でその出力軸６１には駆動傘歯車部６２が固定されている。駆動傘歯車部６２は従動傘歯車部５２と噛合しているため、電気アシストモータ６によって回転部材５を回転駆動することができるようになっている。この第１実施形態では出力軸６１がスタブシャフトと同一のもの、つまりスタブシャフトが電気アシストモータ６のロータ６３の軸自体を構成している。
【００２８】
出力軸６１の駆動傘歯車部６２とは反対側にはトルクセンサ６４が設けられており、ステアリングホィール９２からスタブシャフト（この場合は出力軸６１）に加えられるトルクを検出する。制御装置８はトルクセンサ６４の出力に基づいて電気アシストモータ６に与える駆動電力の大きさと極性を計算し、これを制御し、もって運転者のステアリング操作が補助される。
【００２９】
制御装置８は、電気アシストモータ６とトルクセンサ６４とに電力及び信号の授受ができればよいので、この電動パワーステアリング装置１上に取り付けられていても、他の離れた場所、例えば車体、に固定されていてもかまわない。また、トルクセンサ６４はステアリングホィール９２と電気アシストモータ６との間に介在し、ステアリングホィール９２に加えられたトルクを検出できればよいので、電動パワーステアリング装置１本体だけでなく、ステアリングホィール９２からこれに至る適宜の回転伝達経路に設けるように変更することも可能である。
【００３０】
図２は、回転部材５、雌ねじ部５１、雄ねじ部２３の近傍を示す拡大一部断面図である。雄ねじ部２３と雌ねじ部５１は、転動可能なボール５１１を介してねじ結合されることによりボールねじ機構が構成されており、更に、回転部材５は雌ねじ部５１と弾性部材５１３を介して結合されている。回転部材５本体は、一対の玉軸受５１４によってケーシング４に支持されているとともに、雌ねじ部５１は自動調芯ころ軸受５１２を介してケーシング４に支持されている。
【００３１】
ねじ軸２にはタイロッド９１からの力が加わって、曲げモーメントが作用する。この曲がり変形によって雄ねじ部２３と雌ねじ部５１の平行度が僅かながら失われる。このような現象が生じると、偏ったボール５１１に過大な荷重がかかるので、ボールねじ機構の耐久性が低下する。自動調芯ころ軸受５１２は、雌ねじ部５１の軸心がある程度傾斜できるようにし、このようなある程度の曲がりが生じた場合でも、ボール５１１を介し行われる雄ねじ部２３と雌ねじ部５１との噛み合いが損なわれないようにするためのものである。
【００３２】
また、回転部材５本体と雌ねじ部５１を結合している弾性部材５１３は、可撓性のブッシュ継手であって、それ自体が変形することによって上記ねじ軸２から雌ねじ部５１が受ける小さな傾きの変位を吸収し、これが回転部材５本体に伝達されることを防止している。この弾性部材５１３は、更には、路面が受けるタイヤの振動を吸収することにより、回転部材５に固定されている従動傘歯車部５２（後述）への振動伝達を防止し、もって、曲がり歯傘歯車機構の寿命を損なうことを防止している。
【００３３】
一般にステアリング機構では、タイロッド軸方向に作用する荷重が極めて大きい上、ステアリングホィールの回転量と操舵角との関係からねじ軸を使用したときにはリードを大きくする必要がある。一方、ねじ軸を太くすることは、車体重量の軽量化の方向とそぐわないため、制限を受ける。更にリードが大きいねじではボールと軌道面の面圧が大きいため、ボールへかかる負荷が大きくなる。このため、本電動パワーステアリング装置１で使用されるボールねじ機構では、多条ねじが採用されている。
【００３４】
すなわち、一般的なタイロッド径は、２０ｍｍから３５ｍｍの範囲である。このタイロッドの寸法範囲において、ステアリングホィールの操作３．５回転以下で十分なタイロッドのストローク（１５０ｍｍ以上）を確保すると、ボールねじ機構のリードが大きくなる。ボールねじ機構が３条未満では一つの断面内で同時に接触するボール数が少なくなるため、十分な負荷容量を確保することができない。一方、ボールねじ機構が６条を超えると、上記意味のボール数は増えるものの、ボール直径が小さくなりすぎるため、この点から十分な負荷容量を確保できなくなる。したがって、本発明では、雄ねじ部２３、雌ねじ部５１及びボール５１１から構成されるボールねじ機構には３条以上６条以下のものが採用されている。
【００３５】
ねじ軸２を駆動させた際に、ボールねじ機構の動摩擦トルクによって、ねじ軸２が回転しないようにする必要がある。このため、支持部材３には滑り部材３１が固定され、また、ねじ軸２には非円形柱状部２２が備えられている。図３に示すように、滑り部材３１は非円形の内面３１１を備え、この内面３１１に非円形柱状部２２が摺動自在に嵌合し、この非円形形状によってねじ軸２の回転が拘束されている。内面３１１及び非円形柱状部２２の非円形形状は、例えば４角とすることができる。滑り部材３１の内面３１１の材料は非円形柱状部２２（鋼）との摩擦係数が少なくしかも充分な強度が得られるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）とすることが好ましい。
【００３６】
駆動傘歯車部６２と従動傘歯車部５２とは、歯筋方向に曲がりをもつ曲がり歯傘歯車機構を構成しており、いずれか一方あるいは双方の歯面部（あるいは全体）は樹脂製とすることができる。駆動傘歯車部６２と従動傘歯車部５２とは直角から適度に外れた角度αだけ傾斜させてある。この傾斜角αを付けることにより、従動傘歯車５２の外径を小さくすることができる。更に、出力軸６１（スタブシャフト）の端部（図１下側の端部）と雌ねじ部５１との距離を大きくとることが可能となり、ケーシング４には出力軸６１を回転支持するための玉軸受６１１を余裕を持って設けることができる。これにより、電動パワーステアリング装置１の外形輪郭をコンパクトにすることができる。
【００３７】
上記２つの傘歯車（駆動傘歯車部６２と従動傘歯車部５２）の軸を食い違い軸とし、ハイポイドベベルギアを使用することにより、図１における上下方向の外径輪郭を更にコンパクトにすることも可能である。
【００３８】
第２実施形態
図４は、第２実施形態の電動パワーステアリング装置１は、第１実施形態と同様に、ねじ軸２、支持部材３、ケーシング４、回転部材５、及び、電気アシストモータ６を備えているが、電気アシストモータ６の配置とこのことに関係する構造においてのみ相違している。そのため、重複した説明は避け、第１実施形態のそれを援用する。
【００３９】
この第２実施形態では、出力軸６１と同一のものではない独立のスタブシャフト６６が設けられている。スタブシャフト６６の一端はステアリングホィール９２につながる駆動経路に接続され、他端には、駆動傘歯車部６２が固定されている。電気アシストモータ６の出力軸６１とスタブシャフト６６とは、モータ減速機構６５によって結合されている。モータ減速機構６５は、この例では、出力軸６１に固定された平歯車６５１と、これに噛み合いスタブシャフト６６に固定された平歯車６５２から構成されている。
【００４０】
モータ減速機構６５を介することにより、電気アシストモータ６が直結で駆動傘歯車部６２を駆動しない。このため、電気アシストモータ６には比較的小さい出力トルクしか出せない小型モータも使用することができる。モータ減速機構６５には、平歯車６５１、６５２に代え、ウォームとウォームホィールとの組み合わせも使用するすることができる。この場合、アシストモータ６の出力軸６１にはウォームが、また、スタブシャフト６６にはウォームホィールが固定される。モータ減速機構６５ではできる限りガタの発生の少ない機構を使用する必要がある。
【００４１】
モータ減速機構６５のタイプを選択することにより、電動パワーステアリング装置１を設計する上の自由度を向上させることができ、より多様な要求に応えることができる。
【００４２】
以上に示した２つの実施形態によれば、いずれにおいても、ねじ軸２はそれ自体回転しない。このため、左右の車輪の方向を変更するために備えられているタイロッドには、出力軸の直線運動だけが伝達され、タイロッドとでリンク機構を構成するボールジョイントのジョイント部分は、出力軸の直線運動から受ける負荷だけを受け持つことになる。これにより、耐久性及び保守性を向上させることができる。また、この電動パワーステアリング装置を含むサーボ制御系においてはガタ発生部及びその発生量を少なくできるため、打音の発生を抑え安定したサーボ制御を実現することが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明によれば、ねじ軸はそれ自体回転しないため、左右の車輪の方向を変更するために備えられているタイロッドには、出力軸の直線運動だけが伝達され、タイロッドとでリンク機構を構成するボールジョイントのジョイント部分は、出力軸の直線運動から受ける負荷だけを受け持つことになることになり、耐久性及び保守性を向上させることができるという効果を奏する。更に、この電動パワーステアリング装置を含むサーボ制御系においてはガタ発生部及びその発生量を少なくできるため、打音の発生を抑え且つ安定したサーボ制御を実現することを可能にするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の電動パワーステアリング装置の概要を示す概要図である。
【図２】回転部材５、雌ねじ部５１、雄ねじ部２３の近傍を示す拡大一部断面図である。
【図３】滑り部材３１の斜視図である。
【図４】第２実施形態の電動パワーステアリング装置の概要を示す概要図である。
【符号の説明】
１  電動パワーステアリング装置
２  ねじ軸
２１  リンク結合部
２２  非円形柱状部
２３  雄ねじ部
３  支持部材
３１  滑り部材
３１１  内面
４  ケーシング
４１  円筒部
５  回転部材
５１  雌ねじ部
５１１  ボール
５１２  自動調芯ころ軸受
５１３  弾性部材
５１４  玉軸受
５２  従動傘歯車部
６  電気アシストモータ
６１  出力軸
６１１  玉軸受
６２  駆動傘歯車部
６３  ロータ
６４  トルクセンサ
６５  モータ減速機構
６５１、６５２  平歯車
６６  スタブシャフト
８  制御装置
９１  タイロッド
９２  ステアリングホィール
【図１】
2004284407.tif 000003
【図２】
2004284407.tif 000004
【図３】
2004284407.tif 000005
【図４】
2004284407.tif 000006