(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助用のモータからの伝動により軸回りに回転する筒形のナット部材の内周に等しいリードを有して形成された雌ねじ軌条と、舵取り軸の外周に等しいリードを有して形成された雄ねじ軌条とを、これらに沿って転動する複数のボールを介して螺合させて運動変換用のボールねじ機構を構成し、該ボールねじ機構により、ステアリング操作に応じて駆動される前記モータの回転を前記舵取り軸の軸長方向の移動に変換して操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、前記ナット部材内周の雌ねじ軌条のリードと、前記舵取り軸外周の雄ねじ軌条のリードとを異ならせてあ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】
前記リードの相違は、前記ナット部材の両端部内周の雌ねじ軌条と、夫々に対応する前記舵取り軸の外周の雄ねじ軌条との間にて、前記ボールが相異なる向きに２点接触すべく決定してある請求項１記載の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、ラックピニオン式の舵取り装置におけるラック軸等の舵取り軸に操舵補助用のモータの回転を直線運動に変換して伝え、前記舵取り軸を軸長方向に移動させて操舵を補助する構成とした電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
舵取りのためにステアリングホイールに加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取り装置に伝えて操舵を補助する構成とした電動パワーステアリング装置は、操舵補助力の発生源として油圧アクチュエータを用いる油圧パワーステアリング装置と比較して、車速の高低，操舵の頻度等、走行状態に応じた補助力特性の制御が容易に行えるという利点を有することから、近年、その適用範囲が拡大する傾向にある。
【０００３】
自動車の舵取り装置としては種々の形式のものが実用化されており、その一つにラックピニオン式の舵取り装置がある。これは、軸長方向に所定の長さに亘ってラック歯を形成してなるラック軸を車体の左右方向に延設し、このラック軸の両端部をタイロッドを介して操向用の車輪（一般的には左右の前輪）に連結すると共に、前記ラック歯に噛合するピニオン軸をコラム軸を介してステアリングホイールに連結して構成され、舵取りのためのステアリングホイールの操作を、前記ピニオン軸を介してラック軸に伝え、該ラック軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる構成としたものである。
【０００４】
このようなラックピニオン式の舵取り装置を電動パワーステアリング装置として構成する場合、操舵補助用のモータの回転（回転運動）を前記ラック軸の軸長方向の移動（直線運動）に変換する運動変換機構が必要である。またこの運動変換機構は、操舵補助用のモータの出力不足を補い、該モータを小型化して車載性の向上を図るべく、前記運動変換の過程で所定の減速（増力）を伴うことが望ましく、このような要求に応え得る高効率の運動変換機構として、従来からボールねじ機構が広く採用されている。
【０００５】
このようなボールねじ機構を備える電動パワーステアリング装置は、ラック軸の外周の一部に前記ラック歯の形成域を避けて雄ねじ軌条を形成する一方、ラック軸を支持するハウジングの内部に、該ラック軸と同軸上での回動自在に筒形のナット部材を支持し、該ナット部材の内周に形成された雌ねじ軌条と前記ラック軸外周の雄ねじ軌条とを、これらに沿って転動する多数個のボールを介して螺合させ、操舵補助用のモータからの伝動により生じる前記ナット部材の回動を、前記ねじ軌条に沿って転動する多数個のボールを介してラック軸に伝え、該ラック軸を軸長方向に移動せしめ、この移動に応じて前述の如く行われる操舵を補助する構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、ボールねじ機構の螺合部分の拡大断面図である。図中１はラック軸、２はナット部材であり、ボールねじ機構は、前述の如く、ラック軸１の外周に等しいリードを有して形成された雄ねじ軌条10とナット部材２の内周に等しいリードを形成された雌ねじ軌条20とを、多数個のボール３，３…を介して螺合せしめて構成されている。この構成によりナット部材２が回転した場合、前記ボール３，３…は、前記雄ねじ軌条10及び雌ねじ軌条20に沿って各別に転動しつつ移動し、図示しない循環器によって、ナット部材２の一側から他側に戻されて循環する動作を行い、このときラック軸１は、前記ボール３，３…の夫々からの作用力により軸方向に押圧され、軸長方向に移動せしめられる。
【０００７】
前記雄ねじ軌条10及び雌ねじ軌条20は、図示の如く、ラック軸１とナット部材２との嵌合周上にて軸方向にオーバラップさせた位置に夫々の中心を有し、前記ボール３，３…の外径よりも大きい曲率を有する２つの円弧を組み合わせてなる断面形状を備えており、前記ボール３，３…は、以上の如き雄ねじ軌条10及び雌ねじ軌条20の円弧形の内面の夫々に対し、零に近いわずかな隙間を有して対向するように介装されるのが望ましい。
【０００８】
しかしながら、以上の如きボール３，３…の介装態様を実現するには、各ボール３，３…の形状、両ねじ軌条10，20の断面形状及びリード、並びにラック軸１とナット部材２との同心度に高い精度が要求され、これらの精度が不十分な状態で組立てがなされた場合、両ねじ軌条10，20に対する一部のボール３，３…の接触面圧が過大となり、これらのボール３，３…の滑らかな転動が阻害されて、高効率での運動変換がなされなくなる虞れがあった。
【０００９】
そこで従来においては、各ボール３，３…の転動を滑らかに行わせることを最優先し、各部の寸法及び公差を、前記雄ねじ軌条10又は雌ねじ軌条20の内面と各ボール３，３…の周面との間に比較的大きい隙間δを確保するように設定している。なお図４中の隙間δは、図示の都合上大きく示してあるが、実際の隙間δは数十μｍ程度である。
【００１０】
ところが、このような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おいては、ラック軸１外周の雄ねじ軌条10とナット部材２内周の雌ねじ軌条20との間に介装された多数個のボール３，３…が、例えば、走行中に伝播される振動により、前記隙間δの範囲内にて遊動して、両ねじ軌条10，20及び相隣するボール３と衝突して耳障りな衝突音が発生し、車室内部の静粛性が損なわれる上、前記ボール３，３…の遊動にラック軸１及びナット部材２が共振した場合、この共振及び騒音が運転者に体感されて、何らかの異常が発生していると誤認される虞れがあった。更に、ラック軸１の移動方向が反転する場合等において、前記隙間δの影響によりナット部材２との間に生じるガタ付きが運転者に体感され、操舵感の悪化を招来するという問題もあった。
【００１１】
なお、以上の如きボールねじ機構は、ラックピニオン式の舵取り装置におけるラック軸１に限らず、軸長方向の移動に応じて舵取りがなされる舵取り軸を備える各種形式の舵取り装置を電動パワーステアリング装置として構成する場合に、前記舵取り軸に操舵補助用のモータの回転を伝えるべく広く用いられており、このような電動パワーステアリング装置においても前述した問題は全く同様に発生する。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵補助用のモータの回転を舵取り軸の軸長方向の移動に変換すべく用いられているボールねじ機構においてボールの遊動に起因して発生する振動及び騒音、並びにガタ付きを、周辺各部に高い精度を要求することなく簡素な構成にて防止し得る電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータからの伝動により軸回りに回転する筒形のナット部材の内周に等しいリードを有して形成された雌ねじ軌条と、舵取り軸の外周に等しいリードを有して形成された雄ねじ軌条とを、これらに沿って転動する複数のボールを介して螺合させて運動変換用のボールねじ機構を構成し、該ボールねじ機構により、ステアリング操作に応じて駆動される前記モータの回転を前記舵取り軸の軸長方向の移動に変換して操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、前記ナット部材内周の雌ねじ軌条のリードと、前記舵取り軸外周の雄ねじ軌条のリードとを異ならせてあることを特徴とする。
【００１４】
更に、前記リードの相違が、前記ナット部材の両端部内周の雌ねじ軌条と、夫々に対応する前記舵取り軸の外周の雄ねじ軌条との間にて、前記ボールが相異なる向きに２点接触すべく決定してあることを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、舵取り軸外周の雄ねじ軌条とナット部材内周の雌ねじ軌条とを、夫々のリードを異ならせて形成し、舵取り軸とナット部材との嵌合部において両者のねじ軌条を軸長方向に位置ずれさせて、これらの間に介装された複数のボールの内、軸長方向に異なる位置にあるボールが、対応するねじ軌条に対して相異なる向きに２点接触するようにし、これらのボールのねじ軌条間での遊動を防止して、この遊動に起因する振動、騒音及びガタ付きの発生を緩和する。２点接触の状態にあるボールは、ナット部材の回転に伴って両ねじ軌条間にて滑らかに転動することができ、本来の効率を損なうことなく運動変換がなされる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置（以下本発明装置という）の要部の構成を示す一部破断正面図である。
【００１７】
図中１は、ラック軸であり、図示しない車体の左右方向に延設された筒形をなすラックハウジングＨ1 の内部に軸長方向への移動自在に支承してあり、該ラックハウジングＨ1 の両側に夫々突出するラック軸１の両端は、各別のタイロッドを介して図示しない左右の車輪（一般的には前輪）に連結されている。
【００１８】
ラックハウジングＨ1 の中途部には、これと軸心を交叉させてピニオンハウジングＨ2 が連設されている。ピニオンハウジングＨ2 の内部には、その軸心回りでの回転自在にピニオン軸４が支承されている。ピニオン軸４は、ピニオンハウジングＨ2 の上部に適長突出させてあり、この突出部は、図示しないステアリングホイールに連結され、舵取りのためのステアリングホイールの操作に応じて軸回りに回転するようになしてある。
【００１９】
ピニオンハウジングＨ2 の内部に延設されたピニオン軸４の下部には、図中に破線により示す如く、ピニオン40が一体的に形成してある。また、ラックハウジングＨ1 内に支承されたラック軸１には、軸長方向に所定の長さ範囲に亘ってラック歯11が形成してあり、ピニオンハウジングＨ2 との交叉位置においてピニオン軸４の下部のピニオン40に噛合させてある。
【００２０】
而して、ステアリングホイールの操作に伴うピニオン軸４の回転が、ピニオン40及びラック歯11の噛合によりラック軸１の軸長方向の移動に変換され、ラックハウジングＨ1 内でのラック軸１の移動が、これの両端のタイロッドを介して左右の車輪に伝達され、これらの車輪が前記ステアリングホイールの操作に応じて操舵されるラックピニオン式の舵取り機構が構成されている。
【００２１】
図示の電動パワーステアリング装置において、以上の如く行われる操舵を補助するモータ５が、ラック軸１を囲繞するラックハウジングＨ1 の中途部を適長に亘って拡径して構成された円筒形のモータハウジングＨ3 の内部に、該モータハウジングＨ3 の内周面に固設されたステータ51と、該ステータ51の内側に同軸的に配されたロータ52とを備える３相ブラシレスモータとして構成されている。
【００２２】
ロータ52は、ラック軸１の外径よりも大なる内径を有する円筒体の外周に、前記ステータ51の内面にわずかな隙間を有して対向する磁極53を保持して構成されており、左右一対の玉軸受54，55により、モータハウジングＨ3 の軸心回りに回転自在に支承され、前記ステータ51への通電に応じて正逆両方向に回転するようになしてある。
【００２３】
以上の如く構成された操舵補助用のモータ５は、ピニオンハウジングＨ2 の内部に構成された図示しないトルクセンサの検出結果に基づいて、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向に、この操舵トルクの大きさに対応する回転力を発すべく駆動制御されている。この駆動制御によりモータ５が発生する回転力は、前記ロータ52の一側に構成された運動変換用のボールねじ機構により軸方向力に変換されてラック軸１に加えられ、ラックハウジングＨ1 内でのラック軸１の移動により生じる操舵が補助される。
【００２４】
前記ボールねじ機構は、前記ロータ52の一側（玉軸受55による支持側）端部に同軸的に圧入固定された円筒形のナット部材２を、４点接触玉軸受56によりラックハウジングＨ1 の内部に回動自在に支持し、該ナット部材２の内周に全長に亘って形成された雌ねじ軌条20と、該ナット部材２の内側への挿通部を含めて前記ラック軸１の外周に所定長に亘って形成された雄ねじ軌条10とを、両者間に介装された多数のボール３，３…を介して螺合せしめて構成されている。
【００２５】
以上の構成により前記ナット部材２は、前記モータ５の回転、即ち、ステータ51への通電に伴うロータ52の回転に伴って軸回りに一体回転する一方、前記ラック軸１は、前記ラック歯11の形成域での前記ピニオン40との噛合状態を維持すべく、図示しない回転拘束手段によりラックハウジングＨ1 内での軸回りの回転を拘束されている。従って、モータ５からの伝動によりナット部材２が回転した場合、前記ボール３，３…は、ラック軸１の外周に形成された雄ねじ軌条10とナット部材２の内周に形成された雌ねじ軌条20とに沿って転動し、このときラック軸１は、前記ボール３，３…の夫々から外周の雄ねじ軌条10に沿って加えられる作用力の軸方向分力により押圧され、軸長方向に移動せしめられることとなり、この移動によって前述の如く行われる操舵が補助される。
【００２６】
以上の如きボールねじ機構による運動変換において、ナット部材２の一回転当たりに生じるラック軸１の移動長さは小さく、操舵補助用のモータ５の回転は、十分な減速（増力）を伴ってラック軸１の移動に変換され、また、この運動変換が、雄ねじ軌条10と雌ねじ軌条20との間に介装されたボール３，３…の転動により高効率にて行われる。従って、操舵補助用のモータ５を小型に構成することができる。
【００２７】
ところが一方、前述の如く構成されたボールねじ機構においては、雄ねじ軌条10と雌ねじ軌条20との間に介装されたボール３，３…が、これらのねじ軌条10，20の間に存在する隙間範囲内にて遊動し、周辺各部と衝突して耳障りな衝突音を発生し、またラック軸１及びナット部材２の共振により大なる振動及び騒音を発生し、更にラック軸１の移動にガタ付きを伴う虞れがあるが、本発明装置においては、以下の構成により前記ボール３，３…の遊動を防止して以上の如き不具合の発生を緩和している。
【００２８】
図２は、本発明装置におけるボールねじ機構の螺合部分の拡大断面図である。本図において、ラック軸１外周の雄ねじ軌条10及びナット部材２内周の雌ねじ軌条20は、図４に示す従来のボールナット機構におけるそれらと同じく、ラック軸１とナット部材２との嵌合周上にて軸方向にオーバラップさせた位置に夫々の中心を有し、前記ボール３，３…の外径よりも大きい曲率を有する２つの円弧を組み合わせてなる断面形状を備えているが、更に加えて、ラック軸１外周の雄ねじ軌条10は、そのリード（一周当たりの進み量）をａとして形成されているのに対し、ナット部材２内周の雌ねじ軌条20は、前記リードａよりも大きいリードｂを有して形成されている。
【００２９】
従って、図示の如くナット部材２の中央部をラック軸１の対応部分に整合させた状態において、ナット部材２内周の雌ねじ軌条20は、ラック軸１外周の対応する雄ねじ軌条10に対し両端部に向けて徐々に位置ずれした状態となり、前記リードａ，ｂの差Δ（＝ａ−ｂ）を適正に設定することにより、両軌条10，20間に介装されたボール３，３…の一部は、ナット部材２の両端部近傍において、雄ねじ軌条10及び雌ねじ軌条20の相対向する円弧状の内面の夫々に対し、Ａ点及びＢ点により２点接触した状態となる。
【００３０】
このとき接触状態にあるボール３，３…は、接触点Ａ，Ｂに加わる予圧により雄ねじ軌条10と雌ねじ軌条20との間にて遊動不可に拘束され、これらの間に位置する他のボール３，３…の遊動もまた拘束された状態となり、これらの遊動に起因する前述した不具合の発生を有効に防止することができ、振動及び騒音の低減による車室内部の静粛性の向上が図れると共に、前記振動及び騒音を体感した運転者により、異常が発生していると誤認される虞れを緩和することができる。
【００３１】
また、ナット部材２の両端部における前記ボール３，３…の接触は、互いに逆向きに生じており、この接触によりナット部材２とラック軸１との軸方向の相対変位が拘束される。従って、ナット部材２が正逆両方向に回転するとき、この回転をラック軸１にガタ付きなく伝達し、前述した運動変換を滑らかに行わせることができ、前記ガタ付きの体感による操舵感の悪化を緩和することができる。
【００３２】
また、相対向する位置にあるＡ，Ｂ両点での２点接触状態にあるボール３，３…は、前述の如くナット部材２が回転するとき、接触点Ａ，Ｂでの予圧の作用下においても雄ねじ軌条10及び雌ねじ軌条20に沿って夫々の接触点Ａ，Ｂを結ぶ軸回りに無理なく転動することができ、ボールねじ機構本来の高い変換効率を損なわずに前述した運動変換を行わせることができる。
【００３３】
なお前記図２においては、ラック軸１外周の雄ねじ軌条10のリードａに対し、ナット部材２内周の雌ねじ軌条20のリードｂを大（ｂ＞ａ）としてあるが、両者の大小関係は逆であってもよい。このような実施の形態を図３に示す。
【００３４】
本図においては、ナット部材２内周の雌ねじ軌条20のリードｃは、ラック軸１外周の雄ねじ軌条10のリードａよりも小（ｃ＜ａ）としてあり、この場合においても、両ねじ軌条10，20間に介装されたボール３，３…の一部は、雄ねじ軌条10及び雌ねじ軌条20の相対向する直線状の２辺の夫々にＡ点及びＢ点により２点接触した状態となり、これらの接触点Ａ，Ｂでの予圧により遊動不可に拘束され、これらの間に位置する他のボール３，３…の遊動もまた拘束される。
【００３５】
また図３の構成においては、雄ねじ軌条10との接触点Ａがナット部材２の内奥側、雌ねじ軌条20との接触点Ｂが同じく端部側となっており、これらの位置関係が、図２における位置関係と逆となっているが、接触状態にあるボール３，３…は、夫々の接触点Ａ，Ｂを結ぶ軸回りに転動することができ、ボールねじ機構本来の高い変換効率を損なわず、滑らかに運動変換を行わせることができる。
【００３６】
なお以上の実施の形態においては、操舵補助用のモータの回転をラックピニオン式の舵取り装置のラック軸に伝える構成について述べたが、本発明は、前記ラック軸と同様に軸長方向への移動により舵取りを行わせる舵取り軸を備える他の形式の舵取り装置において、前記舵取り軸に操舵補助用のモータの回転を伝えるべく適用することができ、これらにおいても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３７】
なお以上の実施の形態においては、ラック軸１の一側に操舵補助用のモータ５を同軸的に設け、該モータ５の回転をロータ52の一側に固定されたナット部材２に伝達する構成としてあるが、ラックハウジングＨ1 の外側にこれに沿うようにモータ５を配設し、該モータ５の回転を、歯車等の伝動機構を介してラックハウジングＨ1 内側のナット部材２に伝達するように構成したものであってもよい。
【００３８】
更に以上の実施の形態においては、操舵補助用のモータの回転をラックピニオン式の舵取り装置のラック軸に伝える構成について述べたが、本発明は、前記ラック軸と同様に軸長方向への移動により舵取りを行わせる舵取り軸を備える他の形式の舵取り装置において、前記舵取り軸に操舵補助用のモータの回転を伝えるべく適用することができ、これらにおいても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る電動パワーステアリング装置においては、舵取り軸外周の雄ねじ軌条とナット部材内周の雌ねじ軌条とを夫々のリードを異ならせて形成し、これらの間にボールを介装して運動変換用のボールねじ機構を構成したから、舵取り軸とナット部材との間にて両者のねじ軌条が軸長方向に位置ずれし、前記ボールの一部が内外のねじ軌条に対して２点接触するようになり、これらのボールの遊動に起因する不具合の発生を、周辺各部に高い精度を要求することなく簡素な構成にて有効に緩和することができ、車室内部の静粛性及び操舵感覚の向上を図ることが可能となり、また運転者に無為な不安を抱かせることがない。また、２点接触の状態にあるボールは、ナット部材の回転に伴って両ねじ軌条間にて転動することができ、本来の効率を損なうことなく運動変換を行わせることができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の要部の構成を示す一部破断正面図である。
【図２】本発明装置におけるボールねじ機構の螺合部分の拡大断面図である。
【図３】本発明装置におけるボールねじ機構の螺合部分の他の実施の形態を示す拡大断面図である。
【図４】従来の電動パワーステアリング装置に用いられているボールねじ機構の螺合部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
１    ラック軸
２    ナット部材
３    ボール
４    ピニオン軸
５    モータ
10    雄ねじ軌条
20    雌ねじ軌条
51    ステータ
52    ロータ
Ｈ1   ラックハウジング
Ｈ2   ピニオンハウジング
Ｈ3   モータハウジング
【図１】
0003856606.tif 000002
【図２】
0003856606.tif 000003
【図３】
0003856606.tif 000004
【図４】
0003856606.tif 000005