JP3525194B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、自動車に装備され、舵
輪操作に要する力を電動モータの回転力により補助する
電動式のパワーステアリング装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】舵輪に加えられた操舵トルクの検出結果
に基づいて操舵補助用の電動モータを駆動し、自動車の
操舵に要する力を電動モータの回転力により補助するよ
うにした電動式パワーステアリング装置が開発されてい
る。この種の電動式パワーステアリング装置には、電動
モータをコラムシャフトに連繋させるコラム式のもの
と、ラック軸に連繋させるラック軸式のものがある。 【０００３】図５は従来の電動モータにてラック軸を駆
動するよう構成したラック軸式の電動パワーステアリン
グ装置を示す部分破断側面図、図６は同じく電動モータ
の拡大断面図である（特開平５−１３１９３６号公
報）。図中１はラック軸であり、自動車の車体の左右方
向に配設されているラック軸ケース２内に、その軸心線
方向に移動可能に摺嵌せしめられている。 【０００４】また、ラック軸ケース２の一端部寄りに介
装したピニオン軸ケース４内には前記ラック軸１と斜交
する態様でピニオン軸３が配設され、ピニオン軸３の下
端とラック軸１との対向部分ではピニオン軸３に設けた
ピニオン歯とラック軸１に設けたラック歯とが噛合せし
められている。ピニオン軸３は途中にトーションバーを
介在させ、その上端は図示しない舵輪に連繋せしめられ
ており、舵輪の操作によってピニオン軸３が回転し、ラ
ック軸１が左，右方向に移動せしめられて車輪の操向が
行われるようになっている。 【０００５】前記トーションバーの周囲には図示しない
トルクセンサが付設されており、舵輪の操作に伴ってト
ーションバーに発生する操舵トルクが検出され、検出ト
ルクは図示しない制御部に取り込まれる。制御部は電動
モータ７の目標回転数を算出し、この目標回転数と電動
モータ７に付設した回転計から取り込んだ現在の回転数
とにに基づき電動モータ７へ制御信号を出力する。電動
モータ７はラック軸ケース２の略中央部に介装したモー
タケース７１内にラック軸１の中心線と同心にステータ
７２、ロータ７３、該ロータ７３を外装した筒形をなす
外側の円筒軸７４、更にその内側に同じく円筒形をなす
内側の円筒軸７５を配設して構成してある。 【０００６】外側の円筒軸７４と内側の円筒軸７５とは
スプライン結合されており、外側の円筒軸７４に対し、
内側の円筒軸７５は軸方向へ相対移動し得るが、周方向
には一体的に回転するよう構成されている。そして内側
の円筒軸７５は第１のボールネジ機構７６を介してモー
タケース７１又はラック軸ケース２に連結すると共に、
内側の円筒軸７５を第２のボールネジ機構７７を介して
ラック軸１に連結してある。 【０００７】前記第１のボールネジ機構７６と第２のボ
ールネジ機構７７とはそのねじの向きが逆であり、また
第１のボールネジ機構７６のボールネジのリードは第２
のボールネジ機構７７のボールネジのそれよりも小さく
設定されている。 【０００８】次にこのような従来装置の動作を説明す
る。舵輪の操作によりラック軸１を左側に移動させた場
合、電動モータ７の回転によって外側の円筒軸７４，内
側の円筒軸７５はいずれも同じ方向に同じ量だけ回転さ
せられる。内側の円筒軸７５が回転すると第１のボール
ネジ機構７６により内側の円筒軸７５がラック軸ケース
２に対して左側に移動すると共に、第２のボールネジ機
構７７によりラック軸１が内側の円筒軸７５に対して左
側に移動する。その結果、ラック軸１がラック軸ケース
２に対して左側に移動し、その移動量はラック軸ケース
２に対する内側の円筒軸７５の移動量と、内側の円筒軸
７５に対するラック軸１の移動量との和に等しい。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】ところで上述した如き
従来装置にあっては、ボールネジ軌条はラック軸と同一
軸心線上に形成されているからボールナットを回転駆動
することでラック軸にも回転モーメントが生じる。ラッ
ク軸はラック軸ケース内に軸方向への移動が可能に支持
され、その回転はラック歯とピニオン歯との噛合によっ
て拘束されているのみであるから、ラック軸に回転モー
メントが生じると、ラック歯とピニオン歯との噛合部に
過大な入力が付与されることとなって噛合不良が生じる
ことがある等の問題があった。 【００１０】本発明は斯かる事情に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところはボールナットの回転に
伴ってラック軸に回転を生じさせることを防止し、ラッ
ク歯，ピニオン歯の噛合不良を防止し得るようにした電
動式パワーステアリング装置を提供するにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明に係る電動式パワ
ーステアリング装置は、舵輪に連なるピニオン歯と噛合
するラック歯及び電動モータにて回転されるボールネジ
用の螺旋形をなすボールネジ軌条夫々を形成したラック
軸を備え、舵輪の操作を前記電動モータの回転力にて補
助するようにした動力舵取装置において、前記ボールネ
ジ軌条の中心線はラック軸の軸心線から偏心させて形成
してあることを特徴とする。 【００１２】 【作用】本発明にあっては、ラック軸に形成するボール
ネジ軌条の軸心線をラック軸の軸心線から偏心させ、こ
の偏心した位置で電動モータを介してラック軸ケースに
支持させることで、ボールナットが回転してもこの回転
に伴ってラック軸に作用する力がラック軸に回転を発生
させることがない。 【００１３】 【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。図１は本発明に係る電動式パワース
テアリング装置の断面図（図２のＩ−Ｉ線による断面図
に相当する）、図２はラック軸と電動モータとの関係を
示す断面図、図３はラック軸，ボールネジ，電動モータ
の結合構造を示す拡大断面図、図４は図３のIV−IV線に
よる拡大断面図であり、図中１はラック軸、２はラック
軸ケース、３はピニオン軸、４はピニオン軸ケースを示
している。 【００１４】ラック軸１は長手方向を左右方向として車
体に固設された筒状をなすラック軸ケース２に内挿さ
れ、図２に示す如くラック軸ケース２の両端部にて軸支
部（ラックブッシュ）２１，２１にて軸心線方向に摺動
可能に支持されており、その両端はラック軸ケース２の
両端から外方に突き出され、突き出された両端末は玉継
手１１，１１を介してタイロッド１２，１２の各一端に
連結されている。各タイロッド１２，１２の各他端は
左，右の前輪に連繋されており、ラック軸１の軸長方向
への移動により前輪が左，右に操向されるようになって
いる。 【００１５】また、ピニオン軸３は図２に示す如くラッ
ク軸ケース２の一端部寄りに連設したピニオン軸ケース
４の内部にラック軸１に対してその軸心を斜交させた状
態に軸支されている。該ピニオン軸３は、図１に示す如
く、トーションバー３１を介して同軸上に連結された上
軸３２と下軸３３とからなり、上軸３２はころがり軸受
４１によりピニオン軸ケース４に支承され、その上端部
を図示しないユニバーサルジョイントを介して舵輪に連
動連結してある。 【００１６】また下軸３３は、ピニオン軸ケース４の下
側部及びラック軸ケース２に夫々玉軸受４２，４３によ
りピニオン軸ケース４，ラック軸ケース２に渡って支承
されている。前記下軸３３の中途部には、その軸長方向
に適宜の長さに亘るピニオン歯３４が形成されており、
該ピニオン歯３４は、ラック軸ケース２の内部におい
て、前記ラック軸１の一端部寄りに形成されたラック歯
１３に噛合させてある。 【００１７】ラック歯１３とピニオン歯３４との噛合位
置には、これらが確実に噛合されるようピニオン軸３側
に向かう押しばね１４の付勢力によってラック軸１を押
圧するラックガイド１５が設けてある。図１において６
はトーションバー３１に加えられる操舵トルクを検出す
るためのトルクセンサであり、操舵トルクに応じたトー
ションバー３１の捩れに伴って上軸３２と下軸３３との
間に生じる周方向の相対変位を検出して電位として出力
する。 【００１８】トルクセンサ６はトーションバー３１に捩
れが生じていない場合、換言すれば舵輪操作がなされて
いない場合に所定の基準電位を出力するように初期調整
されている。このトルクセンサ６の出力信号は時系列的
に図示しない制御部に入力されており、制御部はこの信
号を前記基準電位と比較して前記操舵トルクの方向及び
その大きさを認識し、図３に示す如き操舵補助用の電動
モータ７を制御する。 【００１９】図３において７１は電動モータ７のモータ
ケース、７２は同じくステータ、７３は同じくロータを
示している。モータケース７１はその内，外径がラック
軸ケース２の内，外径よりも大きい筒形に形成され、
左，右に分断したラック軸ケース２の中間に、ラック軸
ケース２の端部とモータケース７１の両端部とに夫々形
成したフランジ同士を止ねじ７１ａにて締結することで
ラック軸ケース２の一部を兼ねる態様で介装されてい
る。 【００２０】モータケース７１の内周壁にはステータ７
２が固定され、またこのステータ７２の内側をこれと同
心に貫通させてロータ７３を外嵌固定した円筒軸７４が
配設されている。ステータ７２の一端側から突き出した
円筒軸７４の一端は拡径したラック軸ケース２の内側に
臨み、ここでラック軸ケース２の内周面との間に設けた
玉軸受７３ａを介してラック軸ケース２に軸支され、ま
た同じくステータ７２の他端側から突き出した円筒軸７
４の他端部はモータケース７１の内周面との間に設けた
玉軸受７３ｂを介してモータケース７１に軸支されてい
る。そしてこの円筒軸７４の他端部にはこれと同心一体
的に筒状をなすボールネジ８用のボールナット８１が延
設され、その端末の外周面は拡径されたラック軸ケース
２の内周面に臨み、これとの間に介装した軸受８１ａに
てラック軸ケース２に軸支されている。 【００２１】前記ボールナット８１の内周面と対向する
ラック軸１の外周にはボールネジ用の螺旋状をなすボー
ルネジ軌条８２が形成されている。そしてこのボールネ
ジ軌条８２が形成されている領域１ｄの軸心線は図３に
示す如くラック軸１全体の軸心線に対し所定寸法Δｄだ
け偏心させてある。偏心方向は特に限定するものではな
い。従って電動モータ７のステータ７２，ロータ７３及
びボールネジ８のボールナット８１及びボールネジ軌条
８２の軸心線がラック軸１の軸心線に対しΔｄだけ偏心
した状態となっている。 【００２２】円筒軸７４の前記一端部外周面にはギヤ７
３ｃが固定され、該ギヤ７３ｃを介してモータケース７
１に設けた回転計９に連繋せしめてあり、回転計９にて
円筒軸７４の回転数が計測されるようになっている。 【００２３】次にこのような電動式パワーステアリング
装置の動作を説明する。図示しない舵輪を回転させる
と、トーションバー３１に操舵トルクが発生し、このト
ルクはトルクセンサ６にて検出され、図示しない制御部
へ送られる。制御部は入力されたトルク検出値に基づい
て電動モータ７の目標回転数を演算し、この目標回転数
と、回転計９による検出回転数とに基づき電動モータ７
を駆動制御する。 【００２４】電動モータ７はそのロータ７３及び円筒軸
７４が回転し、ボールネジ８のボールナット８１を介し
てラック軸１をその軸心線方向に移動させ、舵輪からト
ーションバー３１、ピニオン軸３を通じてラック軸１に
与える軸方向への移動力を補助する。ロータ７３及び円
筒軸７４は玉軸受７３ａ，７３ｂ及び８１ａを介してラ
ック軸ケース２及びモータケース７１に軸支された状態
で、図４に示す如くラック軸１におけるボールネジ軌条
８２が形成されている領域１ｄの軸心線回りに回転する
結果、ロータ７３，円筒軸７４の回転がラック軸１に回
転を生じさせることがなく、ラック歯１３とピニオン歯
３４との噛合不良等を招くことが防止される。 【００２５】 【発明の効果】以上の如く本発明にあっては、ラック軸
の軸心線に対し、螺旋形に形成されているボールネジ軌
条の軸心線を偏心させて形成してあるから、ラック軸の
回転モーメント負荷をラック軸支持部（ラックガイド及
びラックブッシュ）で受けることができ、ラック歯，ピ
ニオン歯に余分な負荷が加わることがなく、耐久性が大
幅に向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の
ラック軸とピニオン軸との結合構造を示す断面図であ
る。 【図２】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の
ラック軸とピニオン軸及び電動モータの結合構造を示す
断面図である。 【図３】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の
ラック軸とボールネジ及び電動モータとの結合構造を示
す拡大断面図である。 【図４】図３のIV−IV線による拡大断面図である。 【図５】従来の電動式パワーステアリング装置の部分破
断側面図である。 【図６】従来の電動式パワーステアリング装置の電動モ
ータとラック軸との結合構造を示す部分拡大断面図であ
る。 【符号の説明】 １ ラック軸 １ｄ ボールネジ軌条が形成されている領域 ２ ラック軸ケース ３ ピニオン軸 ４ ピニオン軸ケース ６ トルクセンサ ７ 電動モータ ８ ボールネジ ９ 回転計 ３１ トーションバー ７１ モータケース ７２ ステータ ７３ ロータ ７３ａ，７３ｂ 玉軸受 ７４ 円筒軸 ８１ａ 玉軸受 ８２ ボールネジ軌条

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−95966（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−147542（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−131936（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−62279（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−42526（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 5/04 F16H 25/20

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 舵輪に連なるピニオン歯と噛合するラッ
   ク歯及び電動モータにて回転されるボールネジ用の螺旋
   形をなすボールネジ軌条夫々を形成したラック軸を備
   え、舵輪の操作を前記電動モータの回転力にて補助する
   ようにした動力舵取装置において、 前記ボールネジ軌条の中心線はラック軸の軸心線から偏
   心させて形成してあることを特徴とする電動式パワース
   テアリング装置。