JP2004360732A

JP2004360732A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2004360732A
Application number: JP2003157097A
Authority: JP
Inventors: Maki Takeda; 真樹竹田; Yuji Kusano; 裕次草野
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】電動モータの回転力を減速部に伝えるための回転部材を支持する深溝型玉軸受による操舵フィーリングの影響を特別の機構を付加することなく少なくすることができるようにする。
【解決手段】操舵補助用の電動モータ４のロータ４１に連動連結された伝動筒体６を深溝型玉軸受５により回転自在に支持し、該伝動筒体６の回転力を軸長方向への移動力に変換して転舵軸２に伝える動力変換機構７を備えており、前記深溝型玉軸受５は内輪５１の軌道溝の曲率半径を玉５３の直径の５２．５〜５８．０％とし、外輪５２の軌道溝の曲率半径を玉５３の直径の５３．５〜６０．０％とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は操舵補助力の発生源として用いられる電動モータの回転力を深溝型玉軸受により回転自在に支持された回転部材から減速機構を介して舵取手段に伝えて操舵補助するように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】
車両用の電動パワーステアリング装置は、舵取りのための操舵輪の操舵に要する労力負担を軽減して快適な操舵感覚を得るものであり、操舵補助力の発生源として電動モータが用いられている。
【０００３】
この電動モータは、操舵輪に連動連結され、該操舵輪の操舵に伴って回転する操舵軸の途中、又は、一対の転舵輪に両端部が連結され、車両の左右方向への移動が可能な転舵軸の途中に設けられる（例えば、特許文献１。）。
【０００４】
操舵軸の途中に電動モータが設けられる構成にあっては、電動モータの出力軸に連動連結される回転部材としてのウォーム及び該ウォームに噛合し前記操舵軸の途中に外嵌固定されるウォームホイールを有する減速機構が用られており、前記ウォームの軸部が深溝型玉軸受の内輪に圧入支持されている。
【０００５】
また、転舵軸の途中に電動モータが設けられる構成にあっては、電動モータの出力部材に連動連結される回転部材としての伝動筒体と、該伝動筒体の内側の螺旋溝及び前記転舵軸の周面に設けられた螺旋溝の間に介装されるボールとを有する動力変換機構が用いられており、前記伝動筒体が深溝型玉軸受の内輪に圧入支持されている。
【０００６】
ところで、以上のように構成された電動パワーステアリング装置は操舵輪の操舵による操舵力と電動モータが発生する操舵補助力とを加算した回転力により操舵軸を回転させるか、または転舵軸を軸長方向へ移動させるように構成されているが、操舵時の状況により操舵補助力が不足するとき、前記操舵力が減速歯車機構、または動力変換機構に伝わり、前記ウォーム又は伝動筒体には減速比の倍率の回転トルクが加わることになる。例えば減速比が１０：１である場合、ウォーム又は伝動筒体に加わる回転トルクは１０倍となり、この回転トルクが前記操舵力に影響を及ぼすことになる。
【０００７】
【特許文献１】
特公平４−２８５８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようにウォーム及び伝動筒体を支持する深溝型玉軸受の内輪は前記ウォーム又は伝動筒体と一体に回転するため、この深溝型玉軸受に発生する回転トルクが前記操舵力に影響を及ぼすことになる。ところが、電動パワーステアリング装置において前記深溝型玉軸受は内輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５１．０％とし、外輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３．０％としたものが標準品になっており、この標準品は内輪及び外輪の軌道溝と玉とのアキシアル方向の接触面積が比較的多くなっているため、アンギュラ軸受に比べて外輪に対する内輪の回転抵抗が大であり、深溝型玉軸受に発生する回転トルクが大きくなり、操舵フィーリングに影響を及ぼすことになる。
【０００９】
玉軸受による操舵フィーリングの影響を少なくするには深溝型玉軸受に代えてアンギュラ軸受を用いるとよいが、このアンギュラ軸受は深溝型玉軸受よりも価格が高く、しかも、深溝型玉軸受と異なる形状であり、深溝型玉軸受を支持している既存のハウジングを用いることができないため、コストを上げることなく玉軸受による操舵フィーリングの影響を少なくすることが要望されていた。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電動モータの回転力を減速部に伝えるための回転部材を支持する深溝型玉軸受による操舵フィーリングの影響を特別の機構を付加することなく少なくすることができ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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、電動モータの回転力を深溝型玉軸受により回転自在に支持された回転部材から減速部を介して舵取手段に伝えて操舵補助するようにした電動パワーステアリング装置において、前記深溝型玉軸受は内輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５２．５〜５８．０％及び／又は外輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３．５〜６０．０％としてあることを特徴とする。
【００１２】
第１発明にあっては、電動モータの回転力を減速部に伝えるための回転部材を支持する深溝型玉軸受の内輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５２．５〜５８．０％及び／又は外輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３．５〜６０．０％とし、内輪及び外輪の軌道溝と玉とのアキシアル方向の接触面積を比較的少なくしてあるため、深溝型玉軸受に発生する回転トルクを低減でき、操舵フィーリングを良好にできる。また、特別の機構を付加することなく構成してあるため、アンギュラ軸受を用いる場合に比べてコストを低減できる。
尚、内輪の軌道溝の曲率半径が玉の直径の５８．０％よりも大きい場合、及び外輪の軌道溝の曲率半径が玉の直径の６０．０％よりも大きい場合、深溝型玉軸受に発生する回転トルクをさらに低減することができるが、軌道溝での面圧が高くなり過ぎることになり、深溝型玉軸受の要求寿命が短くなり、好ましくない。
【００１３】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、その軸長方向への移動が可能な転舵軸を有する舵取手段と、電動モータの出力部材に連動連結され、深溝型玉軸受により回転自在に支持された回転部材と、該回転部材の回転力を軸長方向への移動力に変換して前記転舵軸に伝える動力変換機構とを備え、前記電動モータの回転によって操舵補助するようにした電動パワーステアリング装置において、前記深溝型玉軸受は内輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５２．５〜５８．０％及び／又は外輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３．５〜６０．０％としてあることを特徴とする。
【００１４】
第２発明にあっては、電動モータの回転力を動力変換機構に伝えるための回転部材を支持する深溝型玉軸受の内輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５２．５〜５８．０％及び／又は外輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３．５〜６０．０％とし、内輪及び外輪の軌道溝と玉とのアキシアル方向の接触面積を比較的少なくしてあるため、深溝型玉軸受に発生する回転トルクを小さくすることができ、操舵フィーリングを良好にできる。また、特別の機構を付加することなく構成してあるため、アンギュラ軸受を用いる場合に比べてコストを低減できる。
尚、内輪の軌道溝の曲率半径が玉の直径の５８．０％よりも大きい場合、及び外輪の軌道溝の曲率半径が玉の直径の６０．０％よりも大きい場合、深溝型玉軸受に発生する回転トルクをさらに低減することができるが、軌道溝での面圧が高くなり過ぎることになり、深溝型玉軸受の要求寿命が短くなり、好ましくない。
【００１５】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記深溝型玉軸受は内輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３．０〜５４．５％及び／又は外輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５４．５〜５６．０％としてあることを特徴とする。
【００１６】
第３発明にあっては、回転部材を支持する深溝型玉軸受の内輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３．０〜５４．５％及び／又は外輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５４．５〜５６．０％とし、内輪及び外輪の軌道溝と玉とのアキシアル方向の接触面積を比較的少なくしてあるため、深溝型玉軸受に発生する回転トルクを小さくすることができ、操舵フィーリングを良好にできるとともに、深溝型玉軸受の要求寿命を比較的長くすることができる。
【００１７】
【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。
実施の形態１
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の構成を示す一部縦断正面図である。
【００１８】
図１に示した電動パワーステアリング装置は、一端部が図示しないユニバーサルジョイント及び操舵軸を介して操舵輪（不図示）に繋がり、他端部にピニオン１ａを有する伝動軸１と、ピニオン１ａに噛合するラック歯２１及び該ラック歯２１とその軸長方向へ離隔した位置に螺旋溝２２を有し、軸長方向への移動を可能とした転舵軸２と、該転舵軸２を移動自在に収容支持する略円筒形のハウジング３と、該ハウジング３内に転舵軸２と同軸的に配置され、操舵輪の操舵に伴い駆動されて操舵補助するブラシレス形の電動モータ４と、ハウジング３内に転舵軸２と同軸的に配置され、電動モータ４のロータ４１に連動連結され、深溝型玉軸受５により回転自在に支持された伝動筒体６と、該伝動筒体６の回転力を転舵軸２の軸長方向への移動力に変換して転舵軸２に伝える減速機構を兼ねた動力変換機構７とを備えている。尚、操舵軸、ユニバーサルジョイント、伝動軸１及び転舵軸２が舵取手段を構成している。
【００１９】
電動モータ４は転舵軸２の周りであり、ハウジング３内に固定される円筒状のステータ４２と、該ステータ４２の内周面及び転舵軸２の外周面間に回転可能に支持されており、その外周面に複数個の永久磁石４３が周方向に離隔して設けられている円筒状のロータ４１とを備えている。このロータ４１は、その両端部がステータ４２よりも軸長方向外方へ突出しており、この両端部が玉軸受８，９を介して前記ハウジング３内に回転自在に支持されている。
【００２０】
伝動筒体６は一端部がロータ４１の一端部に内嵌固定されてロータ４１と一体に回転するようにしてあり、他端部は深溝型玉軸受５により回転自在に支持されており、内側には螺旋溝２２に対応する螺旋溝６１が設けられている。
【００２１】
動力変換機構７は螺旋溝２２，６１と、螺旋溝２２，６１間に介装された複数のボール７１と、該ボール７１を伝動筒体６の両端部間で循環させるための循環部材７２とを備えたボールねじ機構からなり、伝動筒体６の回転を減速し、伝動筒体６の回転力を転舵軸２の軸長方向への移動力に変換して転舵軸２に伝え、該転舵軸２を軸長方向へ移動させるようにしてある。尚、螺旋溝２２，６１及びボール７１が減速部を構成している。
【００２２】
図２は深溝型玉軸受の一部を拡大した断面図である。
深溝型玉軸受５は、軌道溝５１ａを有する内輪５１と、軌道溝５２ａを有する外輪５２と、内輪５１及び外輪５２の軌道溝５１ａ．５２ａ間に配置された複数の玉５３と、玉５３を等間隔に保持する保持器５４と、シール部材５５，５５とを備えており、内輪５１が伝動筒体６に外嵌固定され、外輪５２がハウジング３の内側に内嵌固定されている。内輪５１の軌道溝５１ａの曲率半径Ｒ１は玉５３の直径ｄの５２．５〜５８．０％、好ましくは５３．０〜５４．５％としてあり、外輪５２の軌道溝５２ａの曲率半径Ｒ２は玉５３の直径ｄの５３．５〜６０．０％、好ましくは５４．５〜５６．０％としてある。
【００２３】
このように軌道溝５１ａ，５２ａの曲率半径Ｒ１，Ｒ２を前記した値とすることにより、内輪５１の軌道溝５１ａの曲率半径Ｒ１を玉５３の直径ｄの５１．０％とし、外輪５２の軌道溝５２ａの曲率半径Ｒ２を玉５３の直径ｄの５３．０％とした標準品の深溝型玉軸受に比べて内輪５１及び外輪５２の軌道溝５１ａ，５２ａと玉５３とのアキシアル方向の接触面積を少なくしてある。
【００２４】
以上のように構成された電動パワーステアリング装置は、操舵輪の操舵による操舵力と電動モータ４が発生する操舵補助力とを加算した回転力により転舵軸２を軸長方向へ移動させることになり、また、操舵時の状況により操舵補助力が不足するとき、前記操舵力が転舵軸２から動力変換機構７及び伝動筒体６に伝わり、動力変換機構７による減速比の倍率の回転トルクが伝動筒体６に加わることになる。この場合、伝動筒体６を支持する深溝型玉軸受５は内輪５１の軌道溝５１ａの曲率半径Ｒ１を玉５３の直径ｄの５２．５〜５８．０％とし、外輪５２の軌道溝５２ａの曲率半径Ｒ２を玉５３の直径ｄの５３．５〜６０．０％とすることにより、従来の前記した標準品の深溝型玉軸受に比べて内輪５１及び外輪５２の軌道溝５１ａ，５２ａと玉５３とのアキシアル方向の接触面積を少なくしてあるため、前記した標準品の深溝型玉軸受に比べて外輪５２に対する内輪５１の回転抵抗を低減することができ、深溝型玉軸受５に発生する回転トルクをアンギュラ軸受を用いた場合と同程度に低減することができ、操舵フィーリングを良好にできる。しかも、深溝型玉軸受５は特別の機構を付加することなく構成してあり、深溝型玉軸受５を支持している既存のハウジングに組み込むことができるため、アンギュラ軸受を用いる場合に比べてコストを低減できる。
【００２５】
図３は標準品の深溝型玉軸受、第１及び第２のアンギュラ軸受、本発明が用いる第１及び第２の深溝型玉軸受のアキシアル荷重と回転トルクとの関係を測定した結果を示す説明図である。尚、図３において、深溝型玉軸受（＋２％）は曲率半径Ｒ１，Ｒ２を標準品の深溝型玉軸受の曲率半径Ｒ１，Ｒ２に比べて２％大きくした第１の深溝型玉軸受であり、深溝型玉軸受（＋３％）は曲率半径Ｒ１，Ｒ２を標準品の深溝型玉軸受の曲率半径Ｒ１，Ｒ２に比べて３％大きくした第２の深溝型玉軸受であり、アンギュラ軸受（α１５°）は玉の接触角を１５°とした第１のアンギュラ軸受であり、アンギュラ軸受（α３０°）は玉の接触角を３０°とした第２のアンギュラ軸受である。
【００２６】
この図３に示されているように標準品の深溝型玉軸受に発生する回転トルクは５種類のうちで最も大きく、第２のアンギュラ軸受に発生する回転トルクは５種類のうちで最も小さいのであるが、本発明が用いる第１及び第２の深溝型玉軸受に発生する回転トルクは標準品の深溝型玉軸受及び第１のアンギュラ軸受に発生する回転トルクよりも小さくすることができた。
【００２７】
実施の形態２
図４は実施の形態２の構成を示す要部の拡大断面図である。
この実施の形態２の電動パワーステアリング装置は、電動モータ４を転舵軸２と同軸的にハウジング３内に配置する代わりに、電動モータ４を転舵軸２の中心軸線と交差するようにハウジング３の外部に配置し、該電動モータ４の出力軸４４に連動連結された駆動歯車としての第１傘歯車１０と、該第１傘歯車１０に噛合する従動歯車としての第２傘歯車１１とを備えており、第２傘歯車１１を伝動筒体６と一体に設けたものであり、この伝動筒体６を深溝型玉軸受５が回転自在に支持している。
【００２８】
実施の形態２にあっては、電動モータ４の回転力が出力軸４４から第１傘歯車１０及び第２傘歯車１１を経て伝動筒体６に伝動され、該伝動筒体６が回転する。
その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【００２９】
実施の形態３
図５は実施の形態３の構成を示す要部の拡大断面図、図６は実施の形態３の全体の構成を示す断面図である。
この実施の形態３の電動パワーステアリング装置は、転舵軸２の途中に電動モータ４を配置する代わりに、操舵軸１２の途中に減速機構１３を介して電動モータ４を配置したものである。
【００３０】
操舵軸１２は一端部が舵取りのための操舵輪１４に繋がる第１軸体１２ａと、該第１軸体１２ａの他端部に連結され、操舵輪１４に加わる操舵トルクの作用によって捩れるトーションバー１２ｂと、該トーションバー１２ｂの他端部に連結され、減速機構１３に繋がる第２軸体１２ｃとを備えており、該第２軸体１２ｃがユニバーサルジョイントを介して例えばラックピニオン式の舵取機構（不図示）に繋がる。尚、操舵軸１２、ユニバーサルジョイント、舵取機構が舵取手段を構成している。
【００３１】
減速機構１３は電動モータ４の出力軸４４に連動連結された小歯車としてのウォーム１３ａと、該ウォーム１３ａに噛合する大歯車としてのウォームホイール１３ｂとを備えており、該ウォームホイール１３ｂが第２軸体１２ｃの途中に外嵌固定されている。ウォーム１３ａは出力軸４４に連動連結された軸部１３ｃ及び該軸部１３ｃの外周部に歯切りされた歯部１３ｄを有しており、この歯部１３ｄ及びウォームホイール１３ｂが減速部を構成し、軸部１３ｃが回転部材を構成しており、該軸部１３ｃの両端部を深溝型玉軸受５，５が回転自在に支持している。尚、ウォーム１３ａ及びウォームホイール１３ｂを有する減速機構の減速比は約１５：１である。
電動モータ４は操舵軸１２を回転自在に支持するハウジング１５に取着されている。
【００３２】
実施の形態３にあっては、電動モータ４の回転力が出力軸４４からウォーム１３ａ及びウォームホイール１３ｂを介して第２軸体１２ｃに伝動され、該第２軸体１２ｃが回転する。
その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【００３３】
尚、以上説明した深溝型玉軸受５の軌道溝５１ａ，５２ａは一つの曲率半径Ｒ１，Ｒ２からなる曲面である他、長さが異なる複数の曲率半径からなる複合曲面としてもよい。
また、以上説明した実施の形態の深溝型玉軸受５は、内輪５１及び外輪５２の軌道溝５１ａ，５２ａの曲率半径Ｒ１，Ｒ２を前記した値としたが、その他、内輪５１又は外輪５２の軌道溝の曲率半径だけを前記した値としてもよい。この場合、軌道溝の曲率半径を前記した値にしない内輪５１又は外輪５２の曲率半径は、例えば前記した標準品の値とする。
また、以上説明した実施の形態１、２では螺旋溝２２，６１及びボール７１が減速部を構成しており、実施の形態３では歯部１３ｄ及びウォームホイール１３ｂが減速部を構成しているが、この減速部の構成は特に制限されるものでない。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように第１発明によれば、電動モータの回転力を減速部に伝えるための回転部材を支持する深溝型玉軸受に発生する回転トルクを低減でき、操舵フィーリングを良好にできる。しかも、特別の機構を付加することなく構成してあるため、アンギュラ軸受を用いる場合に比べてコストを低減できる。
【００３５】
第２発明によれば、電動モータの回転力を動力変換機構に伝えるための回転部材を支持する深溝型玉軸受に発生する回転トルクを低減でき、操舵フィーリングを良好にできる。しかも、特別の機構を付加することなく構成してあるため、アンギュラ軸受を用いる場合に比べてコストを低減できる。
【００３６】
第３発明によれば、深溝型玉軸受に発生する回転トルクを小さくすることができ、操舵フィーリングを良好にできるとともに、深溝型玉軸受の要求寿命を比較的長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の構成を示す一部縦断正面図である。
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の深溝型玉軸受の一部を拡大した断面図である。
【図３】標準品の深溝型玉軸受、第１及び第２のアンギュラ軸受、本発明が用いる第１及び第２の深溝型玉軸受のアキシアル荷重と回転トルクとの関係を測定した結果を示す説明図である。
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態２の構成を示す要部の拡大断面図である。
【図５】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態３の構成を示す要部の拡大断面図である。
【図６】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態３の全体の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２転舵軸（舵取手段）
４電動モータ
４１ロータ（出力部材）
４４出力軸（出力部材）
５深溝型玉軸受
５１内輪
５１ａ軌道溝
５２外輪
５２ａ軌道溝
５３玉
Ｒ１，Ｒ２曲率半径
ｄ玉の直径
６伝動筒体（回転部材）
７動力変換機構
１２操舵軸（舵取手段）
２２，６１螺旋溝（減速部）
７１ボール（減速部）
１３ｃ歯部（減速部）
１３ｂウォームホイール（減速部）

Claims

電動モータの回転力を深溝型玉軸受により回転自在に支持された回転部材から減速部を介して舵取手段に伝えて操舵補助するようにした電動パワーステアリング装置において、前記深溝型玉軸受は内輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５２．５〜５８．０％及び／又は外輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３．５〜６０．０％としてあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
その軸長方向への移動が可能な転舵軸を有する舵取手段と、電動モータの出力部材に連動連結され、深溝型玉軸受により回転自在に支持された回転部材と、該回転部材の回転力を軸長方向への移動力に変換して前記転舵軸に伝える動力変換機構とを備え、前記電動モータの回転によって操舵補助するようにした電動パワーステアリング装置において、前記深溝型玉軸受は内輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５２．５〜５８．０％及び／又は外輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３．５〜６０．０％としてあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記深溝型玉軸受は内輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３．０〜５４．５％及び／又は外輪の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５４．５〜５６．０％としてある請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。