JPH11310140A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 舵輪軸回りの摩擦トルクを軽減することによ
り機械効率を上げ、ラック歯とピニオン歯のギヤ比を変
えることなくモータサイズを比較的小さくしたまま据え
切り操舵力を全舵角に亘って一定とし、且つ低速走行時
の舵輪戻りを向上させることを目的とする。さらに、ピ
ニオン軸とプレッシャーパッド部の摺接面の摩耗を低減
すること、及びラック軸及びピニオン軸の噛合部周辺か
ら発生するラトル音を防止することを目的とする。 【解決手段】 ピニオン軸とラック軸のギヤ噛合により
舵輪の回転運動を直線運動に変換する電動式パワーステ
アリング装置において、前記電動式パワーステアリング
装置は該ラック軸に対して押圧するプレッシャーパッド
部を有し、該プレッシャーパッド部は回転可能なローラ
を有し、該ピニオン軸と該ラック軸の噛合を維持するた
めの該プレッシャーパット部を押圧する弾性部材を備
え、前記弾性部材がコイルスプリング又は皿バネであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車輌の舵輪操作に要す
る力を電動モータの回転力により補助する電動式パワー
ステアリング装置に関し、更に詳しくは、電動式パワー
ステアリング装置において舵輪の回転運動を直線運動に
変換するラック・ピニオン式運動変換機構におけるラッ
ク軸を押圧するプレッシャーパット部の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】操舵力を補助するために用いられる車輌
のパワーステアリング装置として、電動モータの回転出
力を利用して、運転者による舵輪の操舵力を補助するよ
うに構成した電動式パワーステアリング装置が知られて
いる。

【０００３】この種の電動式パワーステアリング装置の
一例として、舵輪の回転運動を直線運動に変換するラッ
ク・ピニオン式運動変換機構を採用したパワーステアリ
ング装置が特公平７−２５３１１に示されている。

【０００４】図５は、ピニオン軸６６とラック軸６１と
の係合状態を示す、従来のラック・ピニオン式運動変換
機構の拡大断面図である。この機構においてピニオン軸
６６はその端部の外周面にピニオン歯６６ａが形成さ
れ、ラック軸６１には、その一端部近傍において、軸長
方向に偏平部が形成され、偏平部はその全長に亘りラッ
ク歯６１ａが形成されている。ピニオン歯６６ａとラッ
ク歯６１ａは噛合し回転運動を直線運動に変換する。ラ
ック歯６１ａは、ピニオン歯６６ａに対するギヤ比を車
輌が直進する方向の位置で小さくなるように、そして舵
角が大きい位置でギヤ比が大きくなるように螺刻される
ことによって回転出力の比較的小さい電動モータにも拘
わらず操舵力を一定に保つような工夫がなされている。

【０００５】このラック・ピニオン式運動変換機構にお
いてほぼ筒形の部材内で押圧部材６０の一端に当接する
コイルスプリング６９の付勢力によりラック軸６１を押
圧しラック歯６１ａとピニオン歯６６ａとの噛合を維持
している。この噛合によりピニオン軸６６の回動をラッ
ク軸６１の軸長方向への直線運動に変換するとともに、
押圧部材６０はラック軸６１の外周面を摺動する。従っ
て、この構造では摺動面の摩耗が著しく、コイルスプリ
ング６９による押圧力（付勢力）が制限される。そのた
め、ピニオン軸に比較的大きなトルクが加わるピニオン
・アシスト式電動式パワーステアリングのような電動式
パワーステアリング機構においては、必要な押圧力が得
られずピニオン歯６６ａ及びラック歯６１ａの噛合面周
辺からラトル音などの異音が発生してしまうといった欠
点を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のラック・ピニオ
ン式運動変換機構では、ピニオン歯に対するラック歯の
ギヤ比を変えているため舵輪の操舵角が大きくなる。従
って、舵輪の操作が煩雑となる問題があった。そこで本
発明は、油圧パワステアリングに対して減速ギヤ、或い
はモータ等、摺動部分が多い電動式パワーステアリング
において、ハンドル軸回りの摩擦トルクを軽減すること
により機械効率を上げ、ラック歯とピニオン歯のギヤ比
を変えることなく操舵補助用の電動モータサイズを比較
的小さくしたまま据え切り操舵力を全舵角に亘って一定
とし、且つ低速走行時のハンドル戻りを向上させること
を目的とする。さらに、ラック軸とプレッシャーパッド
部の摺擦面の摩耗を低減すること、及びラック軸及びピ
ニオン軸の噛合面の押圧力を高めることを可能とし、噛
合部周辺から発生するラトル音を防止することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の電動式パワーステアリング装置は、ピニオ
ン軸とラック軸の噛合により舵輪の回転運動を直線運動
に変換する電動式パワーステアリング装置において、前
記電動式パワーステアリング装置は該ラック軸を該ピニ
オン軸に対して押圧するプレッシャーパッド部を有し、
該プレッシャーパッド部は回転可能なローラを有し、該
ピニオン軸と該ラック軸の噛合状態を維持するため該プ
レッシャーパット部を押圧する弾性部材を備えているこ
とを第１の特徴としている。

【０００８】更に、電動式パワーステアリング装置にお
いて、前記弾性部材がコイルスプリングであることを第
２の特徴としている。

【０００９】又、電動式パワーステアリング装置におい
て、前記弾性部材が皿バネであることを第３の特徴とし
ている。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明によると、電動式パワース
テアリング装置は、ラック軸をピニオン軸に対して押圧
するプレッシャーパッド部が回転可能なローラを有し、
ピニオン軸とラック軸の噛合状態を維持するためのプレ
ッシャーバッド部を押圧する弾性部材を備える構成であ
るので、ラック・ピニオン式運動変換機構の機械効率を
大きく向上でき、操舵力を補助するための電動モータを
比較的小さくしたままで、据え切り操舵力を全舵角に亘
って一定とすることができ、且つ低速走行時の舵輪の戻
りを向上させることができる。また、プレッシャーパッ
ド部に回転可能なローラを具備することで、ラック軸の
外周面を押圧することにより生ずる押圧面の摩擦を低減
できるので、弾性部材によるプレッシャーパッド部への
押圧力を大きくすることができ、ラック軸とピニオン軸
の噛合部周辺より発するラトル音等の異音を防止するこ
とができる。

【００１１】更に、請求項３のごとく弾性部材に皿バネ
を使用することにより、弾性部材を設置するハウジング
をコンパクト化することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図面を参照して詳
細に説明する。尚、図面において同一部分は同一符号で
示してある。又、図４は本発明の電動式パワーステアリ
ング装置を含む前輪転舵機構を示す一部破断正面図であ
り、図１は本発明の第１実施例である電動式パワーステ
アリングの一部破断正面図である。

【００１３】図４において３１は舵輪軸であり、車室内
部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定
され、円筒形のハウジング３２内に、軸心回りに回動自
在に支承されている。ハウジング３２の上部から所定の
長さ突出した舵輪軸３１の上端部には、舵輪３１ａが固
着されている。

【００１４】３６は、長手方向を車輌の左右方向とし、
車輌前部のエンジンルーム内にほぼ水平に装設された筒
状をなすラック軸ケース３６、ラック軸ケース３６にこ
れと軸心をほぼ一致させ軸長方向に移動自在に内挿され
たラック軸１３、及びラック軸ケース３６内部にラック
軸１３の軸心に対して斜めに支承され、ラック軸１３と
係合させたピニオン軸６等にて構成されたラック・ピニ
オン式運動変換機構４である。

【００１５】図１において上部は舵輪３１ａの回転が舵
輪軸３１側からユニバーサルジョイント１９（図４参
照）を介して伝えられる入力軸１８であり、入力軸１８
の下部には回動可能にピニオン軸６が同軸的に装着され
ている。また、入力軸１８にはトルクセンサ部１が配設
されていて、ステアリング系の負荷を検出してＥＣＵ
（電気制御部）にそのトルク信号を伝達する役目を担っ
ている。

【００１６】ＥＣＵより車速信号とトルク信号に基づい
て演算され出力された電流が印加されると電動モータ
（不図示）は回転し、その回転はウォーム２に伝達され
る。ウォーム２は操舵力を補助する電動モータと同軸上
に配設されている。更に、ウォーム２の回転力をピニオ
ン軸１８上に嵌合しているウォームホイール３（図３参
照）で減速させトルクを拡大させてピニオン軸６の回転
運動を補助する。

【００１７】ピニオン軸６は、ギヤボックス４内部に軸
受５、１５を介して軸承されている。ピニオン軸６の外
周にはピニオン歯６ａが形成され、ピニオン歯６ａに操
向機構であるラック軸１３のラック歯１３ａが噛合し、
ラック軸１３を軸長方向（図１の表裏方向）に変位させ
てタイロッド２１（図４参照）を介して最終的に操舵輪
（不図示）に所望の舵角を付与する構成である。

【００１８】ラック軸１３はその端部の一部が断面で半
円筒形となっており、その偏平部１３ｂにラック歯１３
ａがラック軸１３の軸線方向に螺刻されている。ラック
歯１３ａとピニオン歯６ａが噛合することにより、ピニ
オン軸６の回転運動がラック軸１３の直線運動に変換さ
れる。この噛合関係を保つためにプレッシャーパッド部
２０がラック軸１３を介して噛合部に押圧力を付与して
いる。また、噛合部に押圧力を付与するための機構が、
ギヤボックス４からピニオン軸６の軸線方向と直交する
方向に突出するほぼ円筒形のハウジング１６内に設けら
れている。

【００１９】プレッシャーパッド部２０はローラ１０、
ニードル軸受１１、ピン軸１２、及び軸受ホルダ１４を
具備し、ピニオン歯６ａとラック歯１３ａとの噛合を維
持するように所定の押圧力でピニオン軸６に対してラッ
ク軸１３を押圧している。

【００２０】以下にプレッシャーパッド部２０及びラッ
ク軸１３に押圧力を付与する機構の構成について図１お
よび図２を参照しつつ説明する。図２は、図１の軸受ホ
ルダ１４の断面図である。

【００２１】ハウジング１６の内部において、ラック軸
１３の断面がほぼ円形の外周面１３ｃにその曲率とほぼ
同じ曲率の環状の凹部１０ａを有するローラ１０が当接
している。ローラ１０はニードル軸受１１を介してピン
軸１２に回動自在に軸支されており、ピン軸１２はその
軸線がピニオン軸６の軸線とほぼ並行となるように軸受
ホルダ１４内に装着されている。

【００２２】ほぼ円筒形の軸受ホルダ１４は、ハウジン
グ１６内部で摺動可能に嵌合するようにハウジング１６
の内径より僅かに小さい外径である外周面１４ｇを有す
る。又、軸受ホルダ１４には、その一端面から他端面ま
で軸線方向に貫通する貫通孔２５が形成され、貫通孔２
５はローラ１０およびニードル軸受１１を収容できる空
間を画成する上面１４ｅ、下面１４ｊ及び２つの対向す
る側面１４ｉから成る。

【００２３】さらに、軸受ホルダ１４には、ピン軸１２
を装着するためのピン溝２７が軸受ホルダ１４の一端面
から軸線方向に且つ、貫通孔２５と直交する方向に延在
している。ピン溝２７の幅、つまり２つの対向する側面
１４ｈ間の長さは、ピン軸１２の外径より僅かに大き
く、ピン溝２７の高さ、つまり上面１４ｃと下面１４ｋ
との間の長さは、ピン軸１２の軸方向長さより僅かに大
きい。また、ピン溝２７の奥部にはピン軸１２を軸受ホ
ルダ１４の軸方向で係止する係止面１４ｄが設けられて
いる。

【００２４】軸受ホルダ１４がラック軸１３に面する軸
方向の一端面は中央で曲面１４ａとなり、曲面１４ａと
連続し曲面１４ａを包囲する平面１４ｂから成り、他端
面はほぼ平面状の面１４ｆである。曲面１４ａはラック
軸１３の外周面１３ｃより少し大きい曲率を有してい
る。

【００２５】通常は、ローラ１０の凹部１０ａの曲率と
ラック軸１３の外周面１３ｃの曲率がほぼ等しくなって
おり、当接するのはローラ１０の凹部１０ａとラック軸
１３の外周面１３ａである。しかしながら、軸受ホルダ
１４をハウジング１６に組み付ける際、ローラ１０の位
相合わせを容易且つ確実にするため、軸受ホルダ１４の
曲面１４ａの曲率半径を凹部１０ａの曲率半径よりやや
大きくし（０．１mm乃至０．２mm）、ローラ１０の凹部
１０ａとラック軸１３の外周面１３ｃとが当接しても曲
面１４ａは外周面１３ｃには当接しない構成である。

【００２６】また、ローラ１０の上面及び底面はそれぞ
れピン溝２７の上面１４ｅ及び下面１４ｊに摺擦し支持
されている。

【００２７】この軸受ホルダ１４によりピン軸１２を所
定の場所に位置決めし、ラック軸１３の軸線方向の移動
に伴いピン軸１２の周りにローラ１０が回動可能となる
構成となっている。尚、本実施例では、ローラ１０のみ
がラック軸１３の外周面１３ｃと摺擦する。即ち、ロー
ラ１０がラック軸１３に対し転がりとなる構成である。

【００２８】プレッシャーパッド部２０をハウジング１
６内部に収容した状態において、軸受ホルダ１４、ピン
軸１２、ニードル軸受１１、及びローラ１０から構成さ
れるプレッシャーパッド部２０は、ハウジング１６内を
その軸線方向に一体的に移動可能である。

【００２９】さらに、プレッシャーパッド部２０のラッ
ク軸１３と反対側には弾性部材であるコイルスプリング
９がハウジング１６内に配置されている。プレッシャー
パッド部２０に押圧力を付与するコイルスプリング９の
一端はプレッシャーパッド部２０（軸受ホルダ１４の面
１４ｆ）に当接し、他端はロックナット７によりハウジ
ング１６の端部に螺合されているアジャストスクリュウ
８に当接している。

【００３０】従って、アジャストスクリュウ８を調整し
軸方向に移動させることにより、ハウジング１６内部に
延在するコイルスプリング９によるプレッシャーパッド
部２０に与える押圧力を調整することができる。

【００３１】本発明では、プレッシャーパッド部２０に
ローラ１０を用いることにより、押圧されるラック軸１
３とローラ１０との間に発生する摩耗を低減することが
でき機械効率が向上し、操舵力補助用の電動モータを比
較的小さいものとすることができる。

【００３２】さらに、本構成によると従来のラック・ピ
ニオン式運動変換機構において施されていたギヤ比を変
えるという工夫も必要なく構成が簡単になる。更に、本
構成により、据え切り操舵力を一定にし、低速時の舵輪
の戻りを良好にできる。

【００３３】又、コイルスプリング９による押圧力は調
整可能であるため、ピニオン軸６とラック軸１３のギヤ
噛合部に所定の押圧力を発生させることができ、ラック
軸１３に付与する負荷を大きくすることによりラック歯
１３ａおよびピニオン歯６ａとの噛合部周辺から発生す
るラトル音を防ぐ事が可能となる。

【００３４】図３は、皿バネが撓んだ状態で示されてい
る本発明の第２実施例の電動式パワーステアリング装置
の主要部断面図である。ハウジング１６内部の構成を除
けば、第１実施例の構成とほぼ同じである。

【００３５】第１実施例ではハウジング１６の構成にお
いて、ラック軸１３とピニオン軸６の係合を維持するた
めの押圧力をコイルスプリング９により発生させている
が、第２実施例では、プレッシャーパッド部２０を構成
する軸受ホルダ１４の面１４ｆに押圧力を付与する弾性
部材として、コイルスプリング９の代わりに皿バネ１９
を用いている。即ち、軸受ホルダ１４とアジャストスク
リュウ８との間に皿バネ１９を介在させることにより押
圧力を発生させている。第１実施例と同様に、アジャス
トスクリュウ８を調整することにより所定の押圧力を発
生させる。

【００３６】第２実施例においても、第１実施例と同じ
効果が得られる。更に、本構成では、皿バネ１９を使用
することによりハウジング２０の軸方向長さを短くする
ことが可能となり、ラック軸１３を押圧する機構をコン
パクトにできる。

【００３７】また、前記各実施例ではニードル軸受１１
をローラ１０の内径面とピン軸１２との間に設けたが、
これに加えてローラ１０の上面および底面と、貫通孔２
５の上面１４ｅおよび下面１４ｊとの間にニードル軸受
を介在させてもよい。

【００３８】さらに、本発明はピニオン・アシスト式電
動式パワーステアリングに用いて各実施例で説明した
が、車室内部に配設されたステアリングコラム部アシス
ト式電動式パワーステアリング、又は車室外部に配設さ
れたラック・アシスト式電動式パワーステアリングにお
いても使用できる。

【００３９】

【発明の効果】この発明によるとプレッシャーパッド部
として回転可能なローラを用いることによりラック軸及
びピニオン軸間に高い負荷が掛かる場合に機械効率を大
幅に向上できる。従って操舵力補助用の電動モータのサ
イズを比較的大きくすることなく、据え切り操舵力を一
定とし、且つ低速走行時のハンドル戻りを向上させるこ
とが可能である。

【００４０】又、そのラック軸の外周面における摩擦が
低減できる為、舵輪の戻り性能が向上することも期待で
きる。さらに、ラック軸の外周面における摩擦の増大が
緩和される為、ラック軸に付与する押圧力を増加させる
ことができ、しばしば車輌で問題となるラトル音等の異
音の発生に対しても効果が大きい。

【００４１】電動式パワーステアリングにおいては、油
圧パワーステアリングと比較して、ピニオン軸とラック
軸の負荷が大きいこと、および電動モータのロータ部の
慣性が大きいため、前述の効果がより顕著になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である電動式パワーステア
リング装置の拡大断面図である。

【図２】図１に示される軸受ホルダの拡大断面図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例である電動式パワーステア
リング装置の拡大断面図である。

【図４】本発明の電動式パワーステアリング装置を含む
前輪転舵機構を示す模式的一部断面図である。

【図５】従来の電動式パワーステアリング装置の拡大断
面図である。

【符号の説明】

１ トルクセンサー部 ２ ウォーム ３ ウォームホイール ４ ギヤボックス ５、１５ 軸受 ６ ピニオン軸 ６ａ ピニオン歯 ７ ロックナット ８ アジャストスクリュウ ９ コイルスプリング １０ ローラ １１ ニードル軸受 １２ ピン軸 １３ ラック軸 １３ａ ラック歯 １４ 軸受ホルダ １６ ハウジング １９ 皿ばね

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピニオン軸とラック軸の噛合により舵輪
   の回転運動を直線運動に変換する電動式パワーステアリ
   ング装置において、 前記電動式パワーステアリング装置は該ラック軸を該ピ
   ニオン軸に対して押圧するプレッシャーパッド部を有
   し、該プレッシャーパッド部は回転可能なローラを有
   し、該ピニオン軸と該ラック軸の噛合状態を維持するた
   め該プレッシャーパット部を押圧する弾性部材を備えて
   いることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 請求項１の電動式パワーステアリング装
   置において、前記弾性部材がコイルスプリングであるこ
   とを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
3. 【請求項３】 請求項１の電動式パワーステアリング装
   置において、前記弾性部材が皿バネであることを特徴と
   する電動式パワーステアリング装置。