(57)【要約】【課題】  高効率でコンパクトに構成できる電動パワーステアリング装置を有する車両の操舵装置を提供すること。【解決手段】  減速機２０の出力軸２０ａをラックバー１４に並行に配設する。また、変換装置３０を、減速機２０の出力軸２０ａに同軸的に連結されるとともにこの出力軸２０ａから出力される回転駆動力によって回転するウォームシャフト３１と、ラックバー１４に連結されるとともに、ウォームシャフト３１からの回転駆動力を受けて軸Ｌ方向に移動するラック状部材３２とを備えるものとして構成した。減速機２０および変換装置３０がラックバー１４に対して並行に配設され、ラックバー１４と電動モータ１５および減速機２０、変換装置３０が並んで配置される構成であるので、コンパクトに構成できる。【選択図】  図４
2007196968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルの操舵操作を補助するための操舵補助力を発生する電動モータと、前記電動モータの出力軸に接続され、前記電動モータの出力回転速度を減速する減速機と、前記減速機の出力軸に接続されるとともに同出力軸から出力される回転駆動力を直線駆動力に変換し、変換した直線駆動力を車輪に連結された駆動軸に伝達する変換装置とを備えた車両の操舵装置において、
前記減速機の出力軸は、前記駆動軸に並行に配設し、
前記変換装置は、前記減速機の出力軸に同軸的に連結されるとともに同出力軸から出力される回転駆動力によって回転する回転部材と、前記駆動軸に連結されるとともに前記回転部材からの回転駆動力を受けて前記回転部材の軸方向に移動する移動部材とを備えることを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両の操舵装置において、
前記回転部材は、外周にウォームが形成されたウォームシャフトであり、
前記移動部材は、前記ウォームシャフトに噛み合い可能な歯列を直線状に形成したラック状部材であることを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車両の操舵装置において、
前記回転部材は、外周に螺旋溝が形成されたボールネジシャフトであり、
前記移動部材は、前記駆動軸の外周に同軸的に且つ軸周り方向に回転可能に取り付けられ、外周に平行溝が形成された駆動軸側回転部材と、前記ボールネジシャフトに形成された螺旋溝と前記駆動軸側回転部材に形成された平行溝とで形成される空間内に配設され、前記ボールネジシャフトの回転駆動力を前記駆動軸側回転部材に伝達するボールとを有することを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項４】
請求項１に記載の車両の操舵装置において、
前記回転部材は、外周に螺旋溝が形成されたボールネジシャフトであり、
前記移動部材は、外周に平行溝が形成されるとともに前記駆動軸の軸方向に回転可能とされたコロ軸受け部材と、前記ボールネジシャフトに形成された螺旋溝と前記コロ軸受け部材に形成された平行溝とで形成される空間内に配設され、前記ボールネジシャフトの回転駆動力を前記コロ軸受け部材に伝達するボールとを有することを特徴とする車両の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵装置に係り、特に、電動モータによって、車輪に連結した駆動軸であるラックバーに操舵補助力を付与するラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、操舵ハンドルの操舵操作に応じた転舵輪の転舵をアシストする装置、いわゆるパワーステアリング装置を有する車両の操舵装置が知られている。パワーステアリング装置としては、油圧アクチュエータにより操舵補助力を発生する油圧パワーステアリング装置や、電動モータなどの電動アクチュエータにより操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳ装置と称することもある）が知られている。特に近年は、車両搭載性や燃費向上の観点から、ＥＰＳ装置が注目されてきている。
【０００３】
ＥＰＳ装置は、電動モータによって発生する操舵補助力が付与される箇所によって様々なタイプのものがある。そのうち、ラックアシストタイプのＥＰＳ装置は、電動モータから出力される回転駆動力を直線駆動力に変換し、この直線駆動力を軸力としてラックバーに伝達するものである。したがって、ラックアシストタイプのＥＰＳ装置を構成する要素としては、電動モータのほか、電動モータからの回転駆動力を直線駆動力に変換する変換装置が必要とされる。
【０００４】
従来のラックアシストタイプのＥＰＳ装置に利用される変換装置としては、ボールネジタイプの変換装置が知られている。このボールネジタイプの変換装置は、ラックバーをボールネジシャフトとし、ラックバーの外周を取り巻くようにボールネジナットを取り付けて変換装置を構成する。そして、ボールネジナットを回転させることによって、ボールネジナットの内周に形成された螺旋溝とラックバーの外周に形成された螺旋溝とで形成される転動路を転動ボールが転動する。この転動ボールの転動動作に伴って、ラックバーが軸方向に駆動する。
【０００５】
上記した従来の構造は、ボールネジナットとラックバー自身でボールネジ機構を構成し、このボールネジ機構によって、電動モータの回転速度を減速しつつ回転駆動力を直線駆動力に変換するものである。しかしながら、上記構造では、電動モータの回転出力の高出力化が望めず、電動モータの僅かな回転駆動力で高い操舵補助力を発揮することは難しい。そこで、特許文献１に記載の発明のように、電動モータとラックバーとの間に小径の傘歯車と大径の従動歯車を有する歯車式減速機を設けたものが提案されている。特許文献１によれば、歯車式減速機によって電動モータの回転を減速し、減速された回転出力がボールネジ機構によってさらに減速されるとともに直線運動に変換されて、ラックバーに軸力を付与するものである。このようにすれば、電動モータの回転をボールネジ機構で減速する前に、さらに歯車式の減速機で減速しているので、その減速比に見合った分の高出力化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００４−２１７０４６号公報
【０００６】
ところで、ボールネジナットとラックバーとでボールネジ機構を構成する従来の変換装置においては、上述したように、ラックバーの外周に形成される螺旋溝とボールネジナットの内周に形成される螺旋溝とで形成される転動路中に転動ボールが配されており、この転動ボールはボールネジ機構が作動しているときは転動路内を転動する。この転動を繰り返し行うために、ボールを循環させるための循環経路がボールネジナットに形成されている。しかしながら、この循環経路にボールが進入する際に、ボールの転動音などの異音が発生したり、ハンドルトルクの変動が起こったりするという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１に記載の操舵装置においては、ボールネジ機構による減速の前に別の減速機を取り付けて高出力化を図っているが、別の減速機を取り付ける分だけラックバーの径方向に大きく膨らんだ構造となってしまっている。このため、装置の大型化を招いてしまう。また、このようにして膨らんだ部分が他の部品と干渉するおそれがあり、干渉を避けるための設計上の大きな制約が生じるという問題がある。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、高出力であるとともにコンパクトに構成できる電動パワーステアリング装置を有する車両の操舵装置を提供することを技術的課題とする。
【０００９】
上記課題を達成するために、本発明は、操舵ハンドルの操舵操作を補助するための操舵補助力を発生する電動モータと、前記電動モータの出力軸に接続され、前記電動モータの出力回転速度を減速する減速機と、前記減速機の出力軸に接続されるとともに同出力軸から出力される回転駆動力を直線駆動力に変換し、変換した直線駆動力を車輪に連結された駆動軸に伝達する変換装置とを備えた車両の操舵装置において、前記減速機の出力軸を前記駆動軸に並行に配設し、前記変換装置を、前記減速機の出力軸に同軸的に連結されるとともに同出力軸から出力される回転駆動力によって回転する回転部材と、前記駆動軸に連結されるとともに前記回転部材からの回転駆動力を受けて前記回転部材の軸方向に移動する移動部材とを備えるものとして構成した。
【００１０】
このように構成した本発明の操舵装置によれば、電動モータと変換装置との間に減速機を介在させているので、減速機によって電動モータの出力回転速度を減速することにより、高出力化を図ることができる。
【００１１】
また、減速機の出力軸には変換装置の回転部材が同軸的に連結されているので、回転部材は減速機の回転出力を受けて減速機と同軸回転する。さらに、回転部材の回転駆動力は変換装置の移動部材に伝達されて、移動部材が回転部材の軸方向に移動する。移動部材は駆動軸に連結されているので、上記移動によって、駆動軸も回転部材の軸方向に移動する。ここで、回転部材は減速機の出力軸と同軸的に設けられ、また減速機の出力軸は駆動軸と並行に配設されているので、上記移動部材による駆動軸の移動方向（回転部材の軸方向）は、駆動軸の軸方向と一致する。よって、上記移動部材の移動によって、駆動軸が軸方向に移動される。こうして、駆動軸に軸力が与えられ、操舵操作が行われる。
【００１２】
このとき、上述のように、駆動軸と減速機の出力軸とは並行とされ、減速機の出力軸と変換装置の回転部材とは同軸であるので、減速機と変換装置は、駆動軸に対して並列に配置される。このため、特許文献１に記載の発明のように減速機によって駆動軸（ラックバー）の径方向に膨らみを持つ構成とはならず、車両の操舵装置をコンパクトに構成できる。
【００１３】
上記減速機としては、電動モータの出力軸からの出力回転速度を所定の減速比で減速できるものであれば、どのようなものでもよい。減速機の例としては、波動歯車装置式減速機、遊星歯車式減速機、遊星ローラ式減速機、プーリ・ベルト式減速機、歯車式減速機、ウォーム式減速機が挙げられる。このうち、波動歯車装置式減速機、遊星歯車式減速機、遊星ローラ式減速機は、よりコンパクト化を図ることができるという利点がある。また、プーリ・ベルト式減速機、歯車式減速機は、入力軸と出力軸とが並行に配置されるため、電動モータの配置自由度を広げることができるという利点がある。ウォーム式減速機は、大減速を容易に行うことができるという利点がある。
【００１４】
また、前記回転部材は、外周にウォームが形成されたウォームシャフトとし、前記移動部材は、前記ウォームシャフトに噛み合い可能な歯列が形成されたラック状部材とすることもできる。このようにすれば、ウォーム式減速機と同様の原理によって、変換装置においても回転駆動力を効率的に減速することができる。さらに、ウォーム式減速機におけるウォームホイールに相当する構成を直線状にしてラック状の部材として構成したことにより、回転駆動力を直線駆動力にも変換できる。
【００１５】
また、前記回転部材は、外周に螺旋溝が形成されたボールネジシャフトとし、前記移動部材は、前記駆動軸の外周に同軸的に取り付けられ、外周に平行溝が形成されるとともに前記駆動軸に対して周方向回転可能とされた駆動軸側回転部材と、前記ボールネジシャフトに形成された螺旋溝と前記駆動軸側回転部材に形成された平行溝とで形成される空間内に配設され、前記ボールネジシャフトの回転駆動力を前記駆動軸側回転部材に伝達するボールとを有するものとしてもよい。
【００１６】
このように構成すれば、回転部材としてのボールネジシャフトの回転が、ボールネジシャフトの外周に形成された螺旋溝と駆動軸側回転部材の外周に形成された平行溝とで形成される空間内に配されたボールを介して駆動軸側回転部材に伝達される。このとき、ボールの回転によって駆動軸側回転部材が軸周り方向に回転するとともに、ボールが螺旋溝のリードにしたがってボールネジシャフトの軸方向に送られるのに伴って駆動軸側回転部材もボールネジシャフトの軸方向に直線駆動力を受ける。このようにして、ボールネジシャフトからの回転駆動力が減速されるとともに直線駆動力に変換される。
【００１７】
この構成によれば、ボールネジ機構におけるボールネジシャフトが減速機の出力軸に同軸的に配置され、一方、ボールネジ機構におけるボールネジナットに相当する駆動側回転部材が駆動軸に連結されている。つまり、ボールネジナットとボールネジシャフトとが並列配置され、通常のボールネジ機構のような同軸配置構成（ボールネジシャフトにボールネジナットが外挿している構成）を採っていない。このような構成であると、従来のように転動ボールを循環させるための循環経路を要せずとも回転駆動力を直線駆動力に変換することが可能となる。このため、ボールが循環経路に侵入した際に生じる異音やハンドルトルク変動が起こることはない。さらに、ボールの転動によりボールネジシャフトからの駆動力が駆動側回転部材に伝達されるため、摩擦が少なく、伝達効率を良好にすることができる。
【００１８】
この場合、ボールネジシャフトと駆動軸側回転部材とがボールによって外接した状態で並列配置されているので、ボールネジシャフトと駆動軸側回転部材とが面している位置に常にボールを保持しておく必要がある。このため、ボールをボールネジシャフトと駆動軸側回転部材との対面位置に保持するためのボール保持器をさらに備えるものとするのがよい。このボール保持器は、駆動軸に固定することができる。そして、駆動軸の移動とともにボールを保持しつつ、駆動軸の軸方向に移動するものとすることもできる。
【００１９】
また、上記構成において、移動部材の構成を、上記駆動軸側回転部材に代えて、外周に平行溝が形成されるとともに前記駆動軸の軸方向に回転可能とされたコロ軸受け部材で構成してもよい。このようなコロ軸受け部材を用いても、ボールネジシャフトからの駆動を効率的に伝達することができる。さらに、コロ軸受け部材は駆動軸にコンパクトに取り付けることが可能であるため、よりいっそうコンパクト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を用いて説明する。図1は、本実施形態に係り、運転者による操舵操作に対してアシスト機能を有する車両の操舵装置の全体概略図である。
【００２１】
この車両の操舵装置は、操舵ハンドル１１に上端が一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、同シャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯１４ｒと噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵可能に連結されており、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。
【００２２】
ラックバー１４の近傍には、操舵補助用の電動モータ１５が組み付けられている。この電動モータ１５は、操舵ハンドル１１の操舵操作を補助するための操舵補助力を発生するものである。電動モータ１５の回転は、減速機２０によって減速され、さらに減速機２０で減速された回転が変換装置３０によってさらに減速されるとともに直線駆動力に変換される。この直線駆動力は軸力としてラックバー１４に付与されて、操舵補助が行われる。このように、本実施形態において、電動モータ１５、減速機２０および変換装置３０は、電動アクチュエータ（電動モータ）によりラックバー１４に操舵補助力を付与するラックアシストタイプのＥＰＳ装置を構成する。
【００２３】
次に、電動モータ１５の作動を制御する電気制御装置５０について説明する。電気制御装置５０は、操舵トルクセンサ５１、操舵角センサ５２および車速センサ５３を備えている。操舵トルクセンサ５１は、ステアリングシャフト１２に組み付けられている。そして、ドライバーが操舵ハンドル１１を操舵操作することにより入力される入力トルクがステアリングシャフト１２に作用するので、このステアリングシャフト１２に作用したトルクを操舵トルクＴとして検出する。操舵角センサ５２も、操舵トルクセンサ５１と同様にステアリングシャフト１２に組み付けられていて、操舵ハンドル１１の操舵操作によって生じるステアリングシャフト１２の回転角度に基づいて操舵ハンドル１１の操舵角θを検出する。車速センサ５３は、車速Ｖを検出して出力する。
【００２４】
また、電気制御装置５０は、操舵トルクセンサ５１、操舵角センサ５２および車速センサ５３に接続された電子制御ユニット５４を備えている。電子制御ユニット５４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とし、操舵補助を実行するための制御プログラムを実行することにより、駆動回路５５を介して電動モータ１５を駆動制御する。駆動回路５５は、電子制御ユニット５４によって指定される駆動電流を電動モータ１５に流す。このようにして、電動モータ１５が駆動制御される。
【００２５】
図２は、電動モータ１５、減速機２０、変換装置３０付近の構成を示す部分断面概略図である。図からわかるように、電動モータ１５は出力軸１５ａを有しており、この出力軸１５ａがラックバー１４に対して並行になるように配設されている。減速機２０は、電動モータ１５の出力軸１５ａに接続されている。本実施形態では、この減速機２０は、遊星歯車式減速機とされている。遊星歯車式減速機の詳細構造については周知であるのでその説明を省略する。また、減速機２０は出力軸２０ａを有しており、この出力軸２０ａが電動モータ１５の出力軸１５ａと同軸的になるように配設されている。
【００２６】
減速機２０の出力軸２０ａは、弾性継手４１を介して変換装置３０に連結している。変換装置３０は、ウォームシャフト３１およびラック状部材３２を備えて構成されている。ウォームシャフト３１は、図からわかるようにその両端がベアリング４２ａ，４２ｂによって回転可能且つ軸方向移動不能に支持されるとともに、その外周にウォーム３１ａが形成されている。また、ウォームシャフト３１は、弾性継手４１を介して、減速機２０の出力軸２０ａと実質的に同軸的に連結されている。
【００２７】
ウォームシャフト３１の両端に取り付けられたベアリング４２ａ，４２ｂは、それぞれスプリング４３ａ，４３ｂの一端に連結している。これらのスプリング４３ａ，４３ｂの他端は、電動モータ１５、減速機２０、変換装置３０およびラックバー１４を収容するハウジング（図示省略）の内壁に取り付けられている。したがって、ウォームシャフト３１は、ベアリング４２ａ，４２ｂを介してハウジングに弾性的に支持されていることになる。
【００２８】
ラック状部材３２は、ラック状歯列３２ａと、ラック状歯列３２ａに連結した支持部３２ｂとを備えて構成される。ラック状歯列３２ａは、ウォーム３１ａに噛み合い可能なウォームホイールを周方向に展開してラック歯のように歯列を直線状に形成してなるものであり、歯の並び方向がウォームシャフト３１の軸方向になるように配置される。そして、このラック状歯列３２ａがウォーム３１ａに対面して、このウォーム３１ａに噛み合うようにされている。
【００２９】
支持部３２ｂは、ラック状歯列３２ａの裏側（図示上側）に連結されている。この支持部３２ｂがラックバー１４に固定されることにより、ラック状部材３２がラックバー１４に連結される。なお、本実施形態では、図に示すようにラックバー１４の一部に凹部１４ａを設け、この凹部１４ａ内に支持部３２ｂを入れ込んで固定している。このように構成すれば、ウォームシャフト３１をよりラックバー１４に近づけることができ、よりコンパクト化を図ることができる。
【００３０】
図２および上述の説明からわかるように、電動モータ１５は、その出力軸１５ａがラックバー１４に対して並行となるように並んで配置され、減速機２０は、その出力軸２０ａが電動モータ１５の出力軸１５ａと同軸的になるように配置される。さらに、変換装置３０のウォームシャフト３１は、弾性継手４１を介して減速機２０の出力軸２０ａと実質的に同軸的になるように配置される。したがって、電動モータ１５の出力軸１５ａ、減速機２０の出力軸２０ａおよび変換装置３０のウォームシャフト３１は、軸Ｌ１に沿って同軸的に配置される。よって、本実施形態においては、ＥＰＳ装置における電動モータを含んだ全ての構成が一つの軸Ｌ１に沿って形成され、コンパクトにこれらを構成することができる。
【００３１】
また、軸Ｌ１は、ラックバー１４に対して並行とされている。したがって、ラックバー１４に沿って電動モータ１５の出力軸１５ａ、減速機２０の出力軸２０ａおよび変換装置３０のウォームシャフト３１が並行に配置されるので、ラックバー１４の径方向外方への膨らみが極力抑えられ、非常にコンパクトな構成とすることができる。このため、減速機２０と変換装置３０を持つＥＰＳ装置であるにもかかわらず、車両搭載性が非常に良好で、他の部品を搭載する際における設計上の制約を少なくすることができる。
【００３２】
上記構成において、電動モータ１５が駆動すると、出力軸１５ａが回転駆動する。この出力軸１５ａの回転駆動力は減速機２０に伝達される。減速機２０では、電動モータ１５からの出力回転速度を減速し、減速した回転速度で出力軸２０ａから回転駆動力を出力する。出力軸２０ａの回転駆動力は、弾性継手４１を介して変換装置３０のウォームシャフト３１に伝達され、この出力軸２０ａからの回転駆動力によりウォームシャフト３１が回転する。これに伴ってウォームシャフト３１の外周に形成されたウォーム３１ａが回転駆動する。
【００３３】
ウォーム３１ａには、ラック状部材３２のラック状歯列３２ａが噛み合っている。したがって、ウォーム３１ａが回転すると、このウォーム３１ａの回転駆動力を受けてラック状歯列３２ａが送られて、ラック状部材３２がウォームシャフト３１の軸方向である軸Ｌ１方向に移動する。これにより、減速機２０の出力軸２０ａからの回転駆動力が減速されるとともに、軸Ｌ１方向への直線駆動力に変換される。また、ラック状部材３２はラックバー１４に固定されているので、このラック状部材３２の移動によって、ラックバー１４も軸Ｌ１方向、すなわちラックバー１４の軸方向に移動する。こうして、ラックバー１４に軸方向の移動力が伝達されて、ラックバー１４が軸方向移動され、車両の操舵が行われる。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、減速機２０によって電動モータ１５の回転を減速しているので、高出力化を図ることができる。また、減速機２０の出力軸２０ａがラックバー１４に並行に配設されるとともに、変換装置３０を、減速機２０の出力軸２０ａに同軸的に連結されてこの出力軸２０ａから出力される回転駆動力で回転するウォームシャフト３１と、ラックバー１４に連結されて、ウォームシャフト３１からの回転駆動力を受けて軸Ｌ１方向に移動するラック状部材３２とを備えるものとして構成し、減速機２０と変換装置３０とがラックバー１４に対して並行に配設されるようにしている。したがって、ＥＰＳ装置がラックバーの軸に沿って配置され、コンパクトに構成できる。
【００３５】
また、ウォームシャフト３１は、その両端に取り付けられたベアリング４２ａ，４２ｂで回転可能に支持されており、さらにベアリング４２ａ，４２ｂは、スプリング４３ａ，４３ｂでハウジングに固定されている。よって、ウォームシャフト３１はこれらのスプリング４３ａ，４３ｂで弾性的に支持されているとともに、スプリング４３ａ，４３ｂの付勢力によって、図２において上側の方向、すなわちウォーム３１ａがラック状歯列３２ａに接近する方向に付勢される。このため、ウォーム３１ａとラック状歯列３２ａとが噛み合う際のバックラッシュをなくすことができ、噛み合い時の異音の発生を効果的に防止することができる。なお、このとき、スプリング４３ａ，４３ｂの付勢力によってウォームシャフト３１が軸Ｌ１から多少ずれる場合があるが、この場合には、弾性継手４１によってずれを吸収しつつ、減速機２０からの駆動力をウォームシャフト３１に伝達することが可能である。
【００３６】
（変形例１）
図３は、本実施形態の変形例を示す図である。図３に示す変形例は、減速機として、プーリ・ベルト式減速機を用いた例である。すなわち、図において、減速機２０は、入力軸２１と、駆動プーリ２２と、従動プーリ２３と、出力軸２０ａと、ベルト２４とを備えて構成される。入力軸２１は、電動モータ１５の出力軸１５ａに同軸的に連結されている。この入力軸２１には、駆動プーリ２２が同軸的に且つ一体的に回転するように取り付けられている。一方、出力軸２０ａは、弾性継手４１を介して変換装置３０のウォームシャフト３１に同軸的になるように取り付けられている。この出力軸２０ａには、従動プーリ２３が同軸的且つ一体的に回転するように取り付けられている。
【００３７】
また、図からわかるように、ベルト２４は、駆動プーリ２２と従動プーリ２３とに巻きまわされており、駆動プーリ２２からの回転駆動力がベルト２４を介して従動プーリ２３に伝達されるようになっている。また、駆動プーリ２２の径は、従動プーリ２３の径よりも小さくされているので、ベルト２４を介して回転駆動力を従動プーリ２３に伝達する際には、両プーリの径の比に比例した減速比で回転速度が減速される。このようにして、電動モータからの出力回転速度が、減速機２０としてのプーリ・ベルト式減速機で減速される。なお、その他の構成は、上記第一実施形態と同一であるので、同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３８】
本例においても、減速機２０（プーリ・ベルト式減速機）の出力軸２０ａ、変換装置３０のウォームシャフト３１がラックバー１４に沿って並列に配置されているため、電動モータ、減速機構、変換機構を有するＥＰＳ装置をコンパクトに構成することができる。また、減速機２０の入力軸２１と出力軸２０ａとは同軸ではなく、並行配置している。このため、電動モータ１５を図の実線に示すように配置してもよいし、また、図の点線に示すように、実線での配置とは逆側から配置してもよい。したがって、電動モータ１５の取り付け位置の自由度を大きくすることができる。
【００３９】
（変形例２）
図４は、本実施形態の他の変形例を示す図である。図４に示す変形例は、減速機として、歯車の噛み合いによる歯車減速機を用いた例である。すなわち、図において、減速機２０は、入力軸２５と、駆動歯車２６と、従動歯車２７と、出力軸２０ａとを備えて構成される。入力軸２５は、電動モータ１５の出力軸１５ａに同軸的に連結されている。この入力軸２５には、外周に歯（本例でははす歯）が形成された駆動歯車２６が同軸的に且つ一体的に回転するように取り付けられている。一方、出力軸２０ａは、弾性継手４１を介して変換装置３０のウォームシャフト３１に同軸的になるように取り付けられている。出力軸２０ａには、外周に歯（本例でははす歯）が形成された従動歯車２７が同軸的且つ一体的に回転するように取り付けられている。そして、駆動歯車２６と従動歯車２７とが互いに噛み合う状態で配置される。
【００４０】
また、図からわかるように、駆動歯車２６の径は、従動歯車２７の径よりも小さくされて、駆動歯車２６の歯数が従動歯車２７の歯数よりも少なくされている。このため、駆動歯車２６から従動歯車２７に回転駆動力が伝達される際に、両歯車の歯数比に比例した減速比で回転速度が減速される。このようにして、電動モータ１５からの出力回転速度が、減速機２０としての歯車式減速機で減速される。なお、その他の構成は、上記第一実施形態と同一であるので、同一部分につき同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４１】
本例においても、減速機２０（プーリ・ベルト式減速機）の出力軸２０ａ、変換装置３０のウォームシャフト３１がラックバー１４に沿って並列に配置されているため、電動モータ、減速機構および変換機構を有するＥＰＳ装置をコンパクトに構成することができる。また、減速機２０の入力軸２５と出力軸２０ａとは同軸ではなく、並行に配置している。このため、図３に示す変形例と同様に、電動モータ１５の取り付け位置の自由度を大きくすることができる。
【００４２】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態につき説明するが、本実施形態は、変換装置の構成として、ボールネジシャフトとベアリングを用い、ボールネジシャフトとベアリングがボールを介して外接した状態で駆動伝達することによって、減速および直線駆動力への変換を行う点に特徴を有し、その他の点については概ね上記第一実施形態と同様の形態である。なお、以下の実施形態においては、既に説明した実施形態と同様の点に関しては同一符号を付してその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。
【００４３】
図５は、本実施形態を示す車両の操舵装置において、ＥＰＳ装置に用いる電動モータ、減速機および変換装置付近を示す部分断面概略図である。図に示すように、電動モータ１５の出力軸１５ａと減速機２０（本実施形態では遊星歯車式減速機）の出力軸２０ａとは、同軸的になるように配置されている。また、減速機２０の出力軸２０ａは、弾性継手４１を介して変換装置３０に連結している。本実施形態において、変換装置３０は、ボールネジシャフト３３と、ベアリング３４と、ボール３５とを備えて構成されている。
【００４４】
ボールネジシャフト３３は、図示右端側で弾性継手４１を介して減速機２０の出力軸２０ａに接続されている。図からわかるように、ボールネジシャフト３３と減速機２０の出力軸２０ａは同軸的に配置され、ともに軸Ｌ１を持つ。この軸Ｌ１は、ラックバー１４の軸方向に並行とされる。また、ボールネジシャフト３３の両端には、ベアリング４２ａ，４２ｂが取り付けられており、これらのベアリング４２ａ，４２ｂによって、ボールネジシャフト３３が回転可能且つ軸方向移動不能に支持されている。また、ベアリング４２ａ，４２ｂは、上記第一実施形態と同様にスプリング４３ａ，４３ｂを介してハウジング（図示省略）に固定される。よって、ボールネジシャフト３３は、これらのスプリング４３ａ，４３ｂの介在によって、ハウジングに弾性的に支持される。さらに、ボールネジシャフト３３は、その外周に螺旋溝３３ａが形成されている部分を有している。この螺旋溝３３ａは、断面が凹状の円弧形状を呈しており、ボールネジシャフト３３の軸周り方向に螺旋を描いて進むように所定のリードを持って形成されている。
【００４５】
ベアリング３４は、外輪３４ａ、内輪３４ｂ、ボール３４ｃおよび保持器（図示省略）を有する玉軸受け部材となっている。図５に示す本実施形態のベアリング３４は、複列のアンギュラ玉軸受け構造とされ、双方向からの軸方向荷重、半径方向荷重を同時に受けることができるようになっている。
【００４６】
ベアリング３４は、ラックバー１４の外周に取り付けられている。図に示すように、ラックバー１４は、外径が最も小さくされた小径部１４ｂと、小径部１４ｂよりも外径が大きい中径部１４ｃと、中径部１４ｃよりも外径が大きい大径部１４ｄを持ち、図において左側から右側にかけて小径部１４ｂ、中径部１４ｃ、大径部１４ｄがこの順で略同軸的に形成されている。したがって、ラックバー１４は、図において左側から右側に向かうにつれて段階的に外径が大きくなるように形成されている。また、ベアリング３４の軸方向長さは、ラックバー１４の中径部１４ｃの軸方向長さと同じとされ、さらにベアリング３４の内輪３４ｂの内径は、中径部１４ｃの外径とほぼ同じとされている。
【００４７】
したがって、ベアリング３４をラックバー１４に組み付けるには、まず、ベアリング３４をラックバー１４の小径部１４ｂ側から入れて、中径部１４ｃまでスライドさせる。ベアリング３４の内輪３４ｂの内径はラックバー１４の大径部１４ｄの外径よりも小さいので、ベアリング３４の一端面側（図示右端面側）はラックバー１４の大径部１４ｄと中径部１４ｃとの境に形成される段差１４ｅに当接される。一方、ベアリング３４の図示左端面側は、ラックバー１４の中径部１４ｃと小径部１４ｂとの境に取り付けられるストッパー１４ｆに当接される。
【００４８】
このようにしてベアリング３４が段差１４ｅおよびストッパー１４ｆでラックバー１４の軸方向に移動不能に取り付けられる。なお、ベアリング３４の内輪３４ｂは、キー溝や圧入、接合などの公知の手段によって、ラックバー１４に回転不能に取り付けられる。したがって、ベアリング３４の内輪３４ｂはラックバー１４に固定され、外輪３４ａは転動輪であるボール３４ｃの転動によって、ラックバー１４に対し周方向に回転自在とされる。本実施形態においては、ベアリング３４の外輪３４ａが、本発明における駆動軸側回転部材に相当する。
【００４９】
図６は、ベアリング３４の外輪３４ａの正面図である。図６に示すように、ベアリング３４の外輪３４ａの外周には、周方向に平行溝３４ｄが複数本形成されている。この平行溝３４ｄは、外輪３４ａの軸Ｌ２に対して、軸回り方向に沿って形成される円環形状の溝であり、その断面は凹状の円弧形状とされている。そして、外輪３４ａの軸方向に等間隔に複数本（本実施形態では７本）形成されている。また、平行溝３４ｄの幅は、ボールネジシャフト３３に形成された螺旋溝３３ａの幅と略同一とされる。さらに、平行溝３４ｄの溝間隔は、螺旋溝３３ａのリードと等しくされる。
【００５０】
図５に示すように、ベアリング３４とボールネジシャフト３３とは、互いの軸が並行となるように配置されている。また、ベアリング３４に形成された平行溝３４ｄの溝形成面が、ボールネジシャフト３３に形成された螺旋溝３３ａの溝形成面と対面するような状態で、両者が配置される。そして、両溝が対面して形成する断面略円形状の対面空間内には、ボール３５が配置される。
【００５１】
上記対面空間は、図に示すようにボールネジシャフト３３およびベアリング３４の軸方向に沿って複数個形成される。そして、ボール３５は、軸方向に沿って複数形成される対面空間内に収まるように、軸方向位置を揃えて配置される。なお、全ての対面空間にボール３５を収める必要はないが、各ボール３５が受ける駆動力を分散させるために、複数の対面空間にボールを収めるようにするのが好ましい。
【００５２】
また、図に示すように、対面空間に収められた各ボール３５は、ボール保持器３６によってその位置が自由に移動できないようになっている。図７は、ボール保持器３６の正面図である。図に示すように、ボール保持器３６は、平板状に形成され、表面から裏面にかけてボール３５に相当する大きさまたはボール３５よりも若干大きい円形孔３６ａが形成されている。この円形孔３６ａは、ベアリング３４の平行溝３４ｄの溝間隔と同じ間隔で、長手方向に複数形成されている。なお、図７に示すボール保持器３６は、長手方向に二分割された第一片３６ｂおよび第二片３６ｃとで形成されており、両片を突き合わせて固定した状態で、円形孔３６ａが形成されるようにしてあるが、一体に形成したものであってもよい。
【００５３】
このようなボール保持器３６は、各円形孔３６ａ内にボール３５を収容した状態で、図５に示すように固定ブラケット３７によってラックバー１４に固定される。ボール保持器３６の各円形孔３６ａ内に収容されて対面空間に保持されたボール３５は、一方側ではボールネジシャフト３３の外周に形成された螺旋溝３３ａに当接し、他方側でベアリング３４の外周に形成された平行溝３４ｄに当接している。従って、ボールネジシャフト３３とベアリング３４とは、ボール３５を介して外接していることになる。このとき、ボール３５は、ボール保持器３６によって移動することができなくされているが、その場で回転することはできる。なお、その他の構成については、上記第一実施形態と同一であるので、同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５４】
上記構成において、電動モータ１５が駆動すると、出力軸１５ａが回転駆動する。この出力軸１５ａの回転駆動力は減速機２０に伝達される。減速機２０では、出力軸１５ａからの出力回転速度を減速し、減速した回転速度で出力軸２０ａから回転駆動力を出力する。減速機２０の出力軸２０ａの回転駆動力は、弾性継手４１を介して変換装置３０のボールネジシャフト３３に伝達される。これにより、ボールネジシャフト３３が回転駆動する。
【００５５】
ボールネジシャフト３３の外周に形成された螺旋溝３３ａには、ボール３５がボール保持器３６に保持された状態で、軸方向に一列に並んで配置している。この状態でボールネジシャフト３３が回転すると、ボール３５は螺旋溝３３ａ上で回転する。ここで、ボール３５はボール保持器３６によって移動できないように位置規制されているため、ボール３５はその場で回転する。また、ボール３５は、螺旋溝３３ａに当接していると同時に、ベアリング３４の外周に形成された平行溝３４ｄにも当接している。このため、ボール３５の回転により平行溝３４ｄが形成されたベアリング３４の外輪３４ａが回されて、ラックバー１４に対して軸周り方向に回転する。
【００５６】
このとき、ボール３５は、その場で自転するとともに螺旋溝３３ａを転動し、螺旋溝３３ａのリードにしたがってボールネジシャフト３３の軸方向である軸Ｌ１方向に送られる。このボール３５の送りに伴って、ベアリング３４が軸Ｌ１方向に直線駆動力を受ける。この直線駆動力は、さらにベアリング３４を軸方向移動不能に固定するラックバー１４にも伝達される。このようにして、減速機２０の出力軸２０ａからの回転駆動力が減速されるとともに直線駆動力に変換されて、ラックバー１４に伝達され、ラックバー１４が軸方向に移動する。このとき、ラックバー１４に固定ブラケット３７で固定されたボール保持器３６も、ボール３５と同時に移動する。こうして、ラックバー１４に軸力が付与されて、車両の操舵が行われる。
【００５７】
本実施形態によれば、上記第一実施形態と同様に、減速機２０を用いて高出力化を図ることができるＥＰＳ装置であるにもかかわらず、減速機２０の出力軸２０ａおよび変換装置３０のボールネジシャフト３３がラックバー１４の軸方向に並行に配置されているために、コンパクトに構成することができる。さらに、本実施形態の変換装置３０の構成によれば、通常のボールネジと異なって、ボールネジシャフト３３とベアリング３４とを外接させて駆動力を伝達させる構成であり、駆動力の伝達を媒介するボール３５は、ボール保持器３６によってその場で自転をするのみである。したがって、両者３３，３４間に介在するボール３５を循環させる必要がなく、ボールが循環経路に侵入した際に生じる異音やハンドルトルク変動が起こることはない。
【００５８】
また、ベアリング３４に平行溝３４ｄを形成しているので、ボールネジシャフト３３から伝達される駆動力のうちの軸周り方向への回転駆動力は、ボール３５が平行溝３４ｄを転動することによって伝達される。このように転がりによって軸回り方向の駆動力が伝達されるので、滑りによる摩擦の発生を低減することができる。よって、伝達効率を良好にすることができる。
【００５９】
また、ボールネジシャフト３３は、その両端に取り付けられたベアリング４２ａ，４２ｂで回転可能に支持されており、さらにベアリング４２ａ，４２ｂは、スプリング４３ａ，４３ｂでハウジングに固定されている。よって、ボールネジシャフト３３はこれらのスプリング４３ａ，４３ｂで弾性的に支持されているとともに、スプリング４３ａ，４３ｂの付勢力によって、ボール３５がボールネジシャフト３３の螺旋溝３３ａおよびベアリング３４の平行溝３４ｄにより押し付けられる。この押し付け力によって、ボール３５を各溝内で確実に転動させることができ、駆動伝達を確実に行うことができる。
【００６０】
さらに、ボール保持器３６によって常にボール３５が同じ位置で回転するようにされる。このため、安定してボール３５を回転させることができ、ボール３５がボールネジシャフト３３とベアリング３４との間から離脱するのを防止することができる。
【００６１】
また、本実施形態における構造によれば、ボールネジシャフト３３を製造する際に、螺旋溝３３ａが形成されている部分を転造加工により成形することができる。このとき、例えば一本のシャフトに転造加工で螺旋溝を軸方向に形成しておき、それを必要な長さ分だけ切断して、ボールネジシャフト３３の螺旋溝３３ａが形成されている部分として使用することができる。このようにして螺旋溝３３ａが形成されている部分を成形した場合、転造加工の精度が一様になるため、螺旋溝の精度を向上することができ、ボール３５が転動する際の異音などを減少させることができる。なお、上記のような精度、またはコストなどを考慮する必要がなければ、その他の加工方法、例えば研削加工などによってボールネジシャフト３３を製造してもよい。
【００６２】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態につき説明するが、本実施形態は、変換装置の構成として、ボールネジシャフトとコロ軸受けを用い、ボールネジシャフトとコロ軸受けがボールを介して外接した状態で駆動伝達することによって、回転駆動力を直線駆動力へ変換する点に特徴を有し、その他の点については、概ね上記第二実施形態と同様の形態である。
【００６３】
図８は、本実施形態を示す車両の操舵装置において、ＥＰＳ装置に用いる電動モータ、減速機および変換装置付近を示す部分断面概略図である。図に示すように、電動モータ１５の出力軸１５ａと減速機２０（本実施形態では遊星歯車式減速機）の出力軸２０ａとは、同軸的になるように配置されている。また、減速機２０の出力軸２０ａは、弾性継手４１を介して変換装置３０に連結している。本実施形態において、変換装置３０は、ボールネジシャフト３３と、コロ軸受け３８と、ボール３５とを備えて構成されている。ボールネジシャフト３３およびボール３５の構成は、上記第二実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６４】
図８に示すように、コロ軸受け３８は、ラックバー１４の軸方向に切り欠かれた凹部１４ａに取り付けられている。図９は、このコロ軸受け３８の正面図である。図９に示すように、コロ軸受け３８は、軸部３８ａとコロ部３８ｂとを備えて構成されている。軸部３８ａは、コロ部３８ｂを支持する部分であり、長尺状に形成される。この軸部３８ａにコロ部３８ｂが同軸的且つ一体回転可能に設けられる。コロ部３８ｂには、平行溝３８ｃが外周に形成されている。この平行溝３８ｃは、コロ部３８ｂの周方向に円環状に形成されており、その断面形状は凹状の円弧形状とされる。また、平行溝３８ｃは、軸方向に複数個連なって形成されており、各溝の幅および間隔は、ボールネジシャフト３３の外周に形成された螺旋溝３３ａの幅およびリードとほぼ等しくされる。
【００６５】
図８に示すように、ラックバー１４の凹部１４ａの壁面には、ベアリング４５ａ，４５ｂが軸方向に対面した状態で埋設されている。そして、コロ軸受け３８の軸部３８ａが、これらのベアリング４５ａ，４５ｂによって支持されている。したがって、コロ軸受け３８は、ベアリング４５ａ、４５ｂによって、ラックバー１４の軸回り方向に回転可能に軸支される。
【００６６】
コロ軸受け３８とボールネジシャフト３３とは、互いの軸が並行となるように配置されている。また、コロ軸受け３８に形成された平行溝３８ｃの溝形成面が、ボールネジシャフト３３に形成された螺旋溝３３ａの溝形成面と対面するような状態で、両者が配置される。そして、両溝が対面して形成する断面略円形状の対面空間内には、ボール３５が配置される。
【００６７】
ボール３５は、コロ軸受け３８およびボールネジシャフト３３の軸方向に沿って複数形成される対面空間内に収まるように、軸方向位置を揃えて配置され、各ボール３５はボール保持器３６によってその位置が自由に移動できないようになっている。ボール保持器３６の構造、およびその他の構造は、上述の第一実施形態または第二実施形態で説明したものと同じであるので、説明を省略する。
【００６８】
上記構成において、電動モータ１５が駆動すると、出力軸１５ａが回転駆動する。この出力軸１５ａの回転駆動力は減速機２０に伝達される。減速機２０では、出力軸１５ａからの出力回転速度を減速し、減速した回転速度で出力軸２０ａから回転駆動力を出力する。減速機２０の出力軸２０ａの回転駆動力は、弾性継手４１を介して変換装置３０のボールネジシャフト３３に伝達される。これにより、ボールネジシャフト３３が回転駆動する。
【００６９】
ボールネジシャフト３３の外周に形成された螺旋溝３３ａには、ボール３５がボール保持器３６に保持された状態で、軸方向に一列に並んで配置されている。この状態でボールネジシャフト３３が回転すると、ボール３５は螺旋溝３３ａ内で回転する。ここで、ボール３５はボール保持器３６によって移動できないように位置規制されているため、ボール３５はその場で回転する。また、ボール３５は、螺旋溝３３ａに当接していると同時に、コロ軸受け３８の外周に形成された平行溝３８ｃにも当接している。このため、ボール３５の回転により平行溝３８ｃが形成されたコロ軸受け３８が回されて、ラックバー１４の軸回り方向にコロ軸受け３８が回転する。
【００７０】
このとき、ボール３５は、その場で自転するとともに螺旋溝３３ａを転動して、螺旋溝３３ａのリードにしたがって軸Ｌ１方向に送られる。これに伴って、コロ軸受け３８は軸Ｌ１方向への直線駆動力を受け、さらにこの直線駆動力がコロ軸受け３８を固定するラックバー１４に伝達される。このようにして、変換装置３０によって減速機２０の出力軸２０ａからの回転駆動力が減速されるとともに直線駆動力に変換されてラックバー１４に伝達され、ラックバー１４が軸方向に移動する。こうして、ラックバー１４に軸力が付与されて、車両の操舵が行われる。
【００７１】
本実施形態によれば、上記第一実施形態と同様に、減速機２０を用いて高出力化を図ることができるＥＰＳ装置であるにもかかわらず、減速機２０の出力軸２０ａおよび変換装置３０のボールネジシャフト３３がラックバー１４の軸方向に並行に配置されているために、コンパクトに構成することができる。さらに、本実施形態の変換装置３０の構成によれば、ボール３５の循環経路が必要ないため、ボールが循環経路に侵入した際に生じる異音やハンドルトルク変動が起こることはない。
【００７２】
また、コロ軸受け３８のコロ部３８ｂの外周に平行溝３８ｃを形成しているので、ボールネジシャフト３３から伝達される駆動力のうちの軸周り方向への回転駆動力は、ボール３５が平行溝３８ｃを転動することによって伝達される。このように転がりによって軸回り方向の駆動力が伝達されるので、滑りによる摩擦の発生を低減することができる。よって、伝達効率を良好にすることができる。
【００７３】
また第二実施形態で用いたベアリング３４は、ラックバー１４の外周に取り付けられるために、ラックバー１４の径方向に僅かに膨らむが、本実施形態では、コロ軸受け３８をボールネジシャフト３３とラックバー１４との間に設けるのみでよいので、より小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態に係り、運転者による操舵操作に対してアシスト機能を有する車両の操舵装置の全体概略図である。
【図２】本発明の第一実施形態における、電動モータおよび減速機付近の詳細を示す部分断面概略図である。
【図３】第一実施形態の変形例における、電動モータおよび減速機付近の詳細を示す部分断面概略図である。
【図４】第一実施形態の他の変形例における、電動モータおよび減速機付近の詳細を示す部分断面概略図である。
【図５】本発明の第二実施形態における、電動モータおよび減速機付近の詳細を示す部分断面概略図である。
【図６】第二実施形態におけるベアリングの外輪の正面図である。
【図７】第二実施形態におけるボール保持器の正面図である。
【図８】本発明の第三実施形態における、電動モータおよび減速機付近の詳細を示す部分断面概略図である。
【図９】第三実施形態におけるコロ軸受けの正面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１３…ピニオンギヤ、１４…ラックバー（駆動軸）、１４ａ…凹部、１４ｂ…小径部、１４ｃ…中径部、１４ｄ…大径部、１４ｅ…段差、１４ｆ…ストッパー、１４ｒ…ラック歯、１５…電動モータ、１５ａ…出力軸、２０…減速機、２０ａ…出力軸、２１…入力軸、２２…駆動プーリ、２３…従動プーリ、２４…ベルト、２５…入力軸、２６…駆動歯車、２７…従動歯車、３０…変換装置、３１…ウォームシャフト（回転部材）、３１ａ…ウォーム、３２…ラック状部材（移動部材）、３２ａ…ラック状歯列、３２ｂ…支持部、３３…ボールネジシャフト（回転部材）、３３ａ…螺旋溝、３４…ベアリング、３４ａ…外輪（移動部材、駆動軸側回転部材）、３４ｂ…内輪、３４ｃ…ボール、３４ｄ…平行溝、３５…ボール（移動部材）、３６…ボール保持器、３６ａ…円形孔、３６ｂ…第一片、３６ｃ…第二片、３７…固定ブラケット、３８…コロ軸受け（コロ軸受け部材）、３８ａ…軸部、３８ｂ…コロ部、３８ｃ…平行溝、４１…弾性継手、４２ａ，４２ｂ…ベアリング、４３ａ，４３ｂ…スプリング、４５ａ，４５ｂ…ベアリング、５０…電気制御装置、５１…操舵トルクセンサ、５２…操舵角センサ、５３…車速センサ、５４…電子制御ユニット、５５…駆動回路
【図１】
2007196968.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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【図６】
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【図７】
2007196968.tif 000009
【図８】
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【図９】
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