JP2000095120A - 電動式パワーステアリング装置におけるピニオン軸の支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 電動式パワーステアリング装置におけるピニ
オン軸の支持構造において、温度変化による伸縮と軸受
ガタに起因する振れとが、トルクセンサーの感度やウォ
ームギヤ減速機構における歯車対の噛合に悪影響を及ぼ
さないようにする。 【解決手段】 操舵入力軸３がピニオン軸４とトーショ
ンバー５を介して連結され、ピニオン４a が、ラックシ
ャフト６のラックと噛み合って、操舵力および操舵補助
力を車輪側に伝達するようにされている。トーションバ
ー用のセンサーコア７b は、入力軸とピニオン軸にまた
がって嵌合されて、両軸の回転量差に応じて上下動す
る。トルクセンサーの出力信号に応じて作動する操舵補
助力は、ウォーム12とウォームホイール11との噛合を介
して伝達される。ピニオン軸は、センサーコアとウォー
ムホイールとの間の軸方向部位において、ギヤボックス
２内の軸受部によりラジアル方向およびスラスト方向に
支持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は、電動式パワーステ
アリング装置におけるピニオン軸の支持構造に関し、特
にピニオン軸の温度変化による伸縮と軸受ガタに起因す
る振れとが、トルクセンサーの感度やウォームギヤ減速
機構における歯車対の噛合に悪影響を及ぼすことのない
ようにした電動式パワーステアリング装置におけるピニ
オン軸の支持構造に関する。

【０００２】

【従来技術】電動式パワーステアリング装置におけるピ
ニオン軸の支持構造は、従来、図３に図示されるよう
に、ピニオン軸04の下端部が４点接触式のボール軸受08
により支持され、ピニオン軸04の先端がボール軸受08か
ら突出する部分には、ロックナット022 が螺着されて、
ピニオン軸04の下端部をボール軸受08の内輪に固定して
いる。

【０００３】ボール軸受08の外輪は、ギヤボックス02に
形成された軸受孔024 に圧入され、さらに、該軸受孔02
4 の雌ネジ部にねじ込まれたエンドキャップ023 により
押し付けられて固定される。

【０００４】このようにして、ピニオン軸04のスラスト
方向のガタつきが抑えられている。したがって、ピニオ
ン軸04のスラスト方向の支持基準は、ピニオン軸04の下
端部を支持する前記ボール軸受08となる。

【０００５】また、ピニオン軸04のピニオン04ａが形成
された部分の直ぐ上方は、ニードル軸受09により支持さ
れ、その直ぐ上方には、ウォームギヤ減速機構を構成す
るウォームホイール011 が嵌着され、さらに、その上方
部には、入力軸03の下方部とにまたがってトルクセンサ
ー07のセンサーコア07b が嵌合させられている。012
は、ウォームギヤ減速機構を構成するウォームである。

【０００６】センサーコア07b は、コイルスプリング02
1 により常時上方に付勢され、入力軸03と、該入力軸03
とトーションバー05を介して連結されたピニオン軸04と
の相対的な回転量差に応じて上下動する。そして、この
上下動を、ギヤボックス02の周壁に埋め込まれたコイル
07a がインダクタンス変化として電気的に検出すること
により、トーションバー05に作用するトルクが検出され
る。コイルスプリング021 は、ウォームホイール011 の
ボス部011aの端面を座にして支持されている。

【０００７】

【解決しようとする課題】このため、ピニオン軸04の下
端部を支持するボール軸受08からセンサーコア07b まで
の距離が長いので、ピニオン軸04が温度変化により膨
張、収縮したとき、センサーコア07b の中立位置の変動
が大きく現れて、ステアリングハンドルの操舵力が左右
不均衡になる虞がある。

【０００８】また、ピニオン軸04の支持支点が下側にあ
るため、ピニオン軸04のピニオン04a が形成された部分
の直ぐ上方を支持するニードル軸受09の内径ガタによる
ウォームホイール011 およびセンサーコア07b の振れが
大きくなり、ウォームギヤ減速機構の歯車対の噛合が正
常に行なわれなくなり、歯面の摩耗や歯の噛合による騒
音が発生する。また、センサーコア07b の中立位置が変
動して、この面からもステアリングハンドルの操舵力が
左右不均衡になる虞がある。

【０００９】本願の発明は、前記のような問題点を解決
して、ピニオン軸の温度変化による伸縮と軸受ガタに起
因する振れとが、トルクセンサーの感度やウォームギヤ
減速機構における歯車対の噛合に悪影響を及ぼすことの
ないようにした電動式パワーステアリング装置における
ピニオン軸の支持構造を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段および効果】本願の発明
は、前記のような課題を解決した電動式パワーステアリ
ング装置におけるピニオン軸の支持構造に係り、その請
求項１に記載された発明は、ギヤボックス内に挿通され
た入力軸が、前記ギヤボックス内に収容されたピニオン
軸とトーションバーを介して連結され、前記ピニオン軸
の下方部に形成されたピニオンが、ラックシャフトのラ
ックと噛み合って、操舵力および操舵補助力を車輪側に
伝達するようにされ、前記トーションバーに作用するト
ルクを検出するトルクセンサーが、センサーコアを備
え、前記センサーコアは、前記入力軸の下方部と前記ピ
ニオン軸の上方部とにまたがってこれらに嵌合されて、
前記入力軸と前記ピニオン軸との相対的な回転量差に応
じて上下動するようにされ、前記トルクセンサーの出力
信号に応じて作動する電動機が、前記操舵補助力を出力
し、前記操舵補助力が、前記電動機の出力軸に連結され
たウォームと前記ピニオン軸に嵌着されたウォームホイ
ールとの噛合を介して前記電動機から前記ピニオン軸に
伝達されるようにされた電動式パワーステアリング装置
におけるピニオン軸の支持構造において、前記ピニオン
軸が、前記センサーコアと前記ウォームホイールとの間
の軸方向部位において、前記ギヤボックス内の軸受部に
よりラジアル方向およびスラスト方向に支持されたこと
を特徴とする型電動式パワーステアリング装置における
ピニオン軸の支持構造である。

【００１１】請求項１に記載された発明は、前記のよう
に構成されているので、電動式パワーステアリング装置
におけるピニオン軸が、センサーコアとウォームホイー
ルとの間の軸方向部位において、ギヤボックス内の軸受
部によりラジアル方向およびスラスト方向に支持され
る。

【００１２】この結果、ピニオン軸が温度変化により膨
張、収縮したとしても、その伸縮量は、センサーコアの
位置においてわずかの量としてしか現れないので、セン
サーコアの中立位置が変動してステアリングハンドルの
操舵力が左右不均衡になる虞が解消される。

【００１３】また、ピニオン軸の支持支点が上方にある
ため、ピニオン軸がその軸受部のガタにより振れたとし
ても、同じく上方部に位置するセンサーコアやウォーム
ホイールに対して、その振れの振幅はわずかの量として
しか現れないので、ウォームギヤ減速機構の歯車対の噛
合は正常に保たれ、歯面の摩耗や歯の噛合による騒音の
発生が抑制される。また、センサーコアの中立位置が変
動してステアリングハンドルの操舵力が左右不均衡にな
る虞も解消される。

【００１４】また、請求項２記載のように請求項１記載
の発明を構成することにより、ピニオン軸の軸受部にボ
ール軸受が配設され、該ボール軸受の内輪が、ピニオン
軸の外周面に形成された段部とウォームホイールのボス
部とにより挟持される。この結果、ピニオン軸をボール
軸受の内輪を介してスラスト方向に締め付け固定するの
に、特別の部品を要せず、部品点数が削減される。

【００１５】さらに、請求項３記載のように請求項２記
載の発明を構成することにより、ボール軸受の端面は、
センサーコアを弾発手段を介して支持するようにされる
ので、センサーコアを弾発手段を介して支持する手段を
きわめて容易に得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１に図示される本願の請
求項１ないし請求項３に記載された発明の一実施形態に
ついて説明する。図１は、本実施形態におけるピニオン
軸の支持構造が適用された電動式パワーステアリング装
置のトルクセンサー側ギヤボックス（以下、ギヤボック
スという。）を中心に縦断した縦断面図である。

【００１７】図１において、本実施形態におけるピニオ
ン軸の支持構造が適用された電動式パワーステアリング
装置１は、図示されないステアリングハンドルが入力軸
３に連動連結され、該入力軸３は、その過半の部分がギ
ヤボックス２内に挿通され、その下端部は、ピニオン軸
（出力軸）４の上端部に形成された嵌合孔内に回動自在
に嵌入されている。

【００１８】入力軸３は、長い筒状体からなり、その上
端部には、該長い筒状体の内部に収容されたトーション
バー５の上端部がピン結合され、トーションバー５の下
端部は、ピニオン軸４の前記嵌合孔底に穿孔された連結
孔に嵌着されていて、入力軸３とピニオン軸４とが、該
トーションバー５を介して連結されている。

【００１９】ピニオン軸４の下方部に形成されたピニオ
ン４a は、ラックシャフト６のラックと噛み合い、該ラ
ックシャフト６は、図示されないタイロッドおよびリン
ク機構を介して車輪に連結されている。

【００２０】したがって、いま、ステアリングハンドル
の操作で、入力軸３が左右に回転されたときには、ラッ
クシャフト６が左右に移動して、車輪が左右に転舵され
る。ラックシャフト６は、ギヤボックス２と一体でこれ
と略直交する車幅方向に延びるラックシャフト側ギヤボ
ックス内に、そのほとんどの部分が収容されている。

【００２１】ギヤボックス２は、上方ギヤボックス部分
２a 、中央ギヤボックス部分２b 、下方ギヤボックス部
分２c の３つの部分から構成されている。上方ギヤボッ
クス部分２a は、トルクセンサー７を収容し、中央ギヤ
ボックス部分２b は、ピニオン軸４の上方部分を軸受す
るボール軸受８と、ピニオン軸４に操舵補助力を伝達す
るウォームギヤ減速機構（ウォーム12とウォームホイー
ル11とからなる。）とを収容し、下方ギヤボックス部分
２c は、ピニオン軸４のピニオン４a が形成された下方
部分を収容している。

【００２２】トルクセンサー７は、上方ギヤボックス部
分２a の周壁に埋め込まれたコイル７a と、入力軸３の
下方部とピニオン軸４の上方部とにまたがってこれらに
嵌合されて、該入力軸３と該ピニオン軸４との相対的な
回転量差に応じて上下動するセンサーコア７b とからな
っている。センサーコア７b は、ボール軸受８の端面を
座にして支持されたコイルスプリング（弾発手段）21に
より、常時上方に付勢されている。

【００２３】そして、センサーコア７b が入力軸３とピ
ニオン軸４との相対的な回転量差に応じて上下動する
と、コイル７a が、該センサーコア７b の上下動をイン
ダクタンスの変化として検出するので、トーションバー
５に作用するトルクの大きさを、その方向とともに検出
することができる。

【００２４】入力軸３と同一軸線上に位置するピニオン
軸４は、次のようにしてギヤボックス２内に軸受支持さ
れている。ピニオン軸４の下端部は、下方ギヤボックス
部分２c の下方軸受部に配設されたニードル軸受９によ
り回転自在に支持されている。また、その略中央部分
は、同じく下方ギヤボックス部分２c の上方軸受部に配
設されたボール軸受10により回転自在に支持されてい
る。

【００２５】さらに、ピニオン軸４の上端近傍（上方部
分）は、中央ギヤボックス部分２bの内周面に形成され
た軸受孔14に嵌着されたボール軸受８により回転自在に
支持されている。ボール軸受８、ボール軸受10には、４
点接触式のものが使用されている。

【００２６】このボール軸受８の内輪は、ピニオン軸４
の上端近傍に形成された段部４b と、ピニオン軸４に嵌
着されたウォームホイール11のボス部11a とにより挟着
されているので、ピニオン軸４は、ボール軸受８に対し
て軸方向に動くことができない。このようにして、ピニ
オン軸４は、スラスト方向にも堅固に支持されている。

【００２７】ボール軸受８は、前記のとおり、中央ギヤ
ボックス部分２b の内周面に形成された軸受孔14に嵌着
された上、さらに、該軸受孔14の直ぐ下方に段をなして
連設されたネジ孔15に螺着されたロックナット13によ
り、その外輪部分が押さえられて、固定されている。

【００２８】ボール軸受８の軸受孔14への嵌着、ロック
ナット13のネジ孔15への螺着は、実際には、次のように
して行なわれる。中央ギヤボックス部分２b に下方ギヤ
ボックス部分２c を組み付ける前に、中央ギヤボックス
部分２b の下方からピニオン軸４、ボール軸受８および
ウォームホイール11の一体組立体にロックナット13を遊
嵌させたものを挿入し、ピニオン軸４を押して、ボール
軸受８の外輪を軸受孔14内に嵌入させながら、ウォーム
ホイール11のボス部11a と歯部とをつなぐ環状連結板に
形成された複数個の穴11b、もしくはウォームホイール1
1のボス部11a と歯部とをつなぐ複数本のアームの間の
空間を通り抜ける複数本の腕を持ったスパナ（特殊工
具。図示されず。）を、ウォームホイール11の下方から
ロックナット13の下面に当てがって回動する。なお、こ
のロックナット13の下面には、スパナの腕の先端を差し
込むことができる複数個の孔（図示されず）が形成され
ている。

【００２９】前記のようなスパナの回動動作を反復する
ことにより、ロックナット13をネジ孔15にねじ込むこと
ができる。また、これにより、ボール軸受８の外輪を軸
受孔14内に深く嵌入させて、そこに堅く嵌着させること
ができる。

【００３０】ウォームホイール11は、図示されない電動
機の出力軸に連結されたウォーム12と噛み合い、これと
ともにウォームギヤ減速機構を構成しており、トルクセ
ンサー７の出力信号に応じて作動する電動機から出力さ
れる操舵補助力が、該ウォームギヤ減速機構を介してピ
ニオン軸４に伝達され、さらに、そこからラックシャフ
ト６を介して車輪側に伝達される。

【００３１】ウォームホイール11は、ピニオン軸４にキ
ー16を介して嵌着されており、さらに、ピニオン軸４の
外周面に形成された環状溝に嵌着されたリング17によ
り、軸方向の位置決めがなされている。この状態におい
て、ウォームホイール11のボス部11a は、ボール軸受８
の内輪をピニオン軸４の段部４b に向けて押圧してい
る。

【００３２】リング17は、周方向４点においてウォーム
ホイール11のボス部11a に対してカシメられているの
で、ウォームホイール11、ボール軸受８の内輪およびピ
ニオン軸４は、堅固に一体に結合されている。

【００３３】ラックシャフト６は、ピニオン４a との噛
合部において、コイルスプリング18により弾発支持され
たラックガイド19により抑えられ、支持されている。な
お、ラックシャフト６とラックガイド19との間には、耐
摩耗性に優れた金属製のライニング20が、ラックガイド
19に支持されて介装されている。

【００３４】本実施形態は、前記のように構成されてい
るので、次のような効果を奏することができる。電動式
パワーステアリング装置１におけるピニオン軸４が、セ
ンサーコア７bとウォームホイール11との間の軸方向部
位において、中央ギヤボックス部分２b内の軸受部（軸
受孔14）に嵌着されたボール軸受８により、ラジアル方
向およびスラスト方向に支持されている。

【００３５】この結果、ピニオン軸４が温度変化により
膨張、収縮したとしても、その伸縮量は、軸受孔14から
比較的近い位置に配設されたセンサーコア７b の位置に
おいて、わずかの量としてしか現れないので、センサー
コア７b の中立位置が変動してステアリングハンドルの
操舵力が左右不均衡になる虞が解消される。

【００３６】また、ピニオン軸４の支持支点が上方の軸
受孔14の位置にあるため、ピニオン軸４がその軸受部
（ボール軸受８、ボール軸受10、ニードル軸受９）のガ
タにより振れたとしても、同じく上方部に位置するセン
サーコア７b やウォームホイール11に対して、その振れ
の振幅はわずかの量としてしか現れないので、ウォーム
ギヤ減速機構の歯車対（ウォームホイール11とウォーム
12）の噛合は正常に保たれ、歯面の摩耗や歯の噛合によ
る騒音の発生が抑制される。また、センサーコア７b の
中立位置が変動してステアリングハンドルの操舵力が左
右不均衡になる虞も、さらに解消される。

【００３７】また、ピニオン軸４の上方軸受部（軸受孔
14）にボール軸受８が配設され、該ボール軸受８の内輪
が、ピニオン軸４の外周面に形成された段部４b とウォ
ームホイール11のボス部11ａとにより挟持されているの
で、ピニオン軸４をボール軸受８の内輪を介してスラス
ト方向に締め付け固定するのに、従来のロックナットの
ような特別の部品を要せず、部品点数が削減される。

【００３８】さらに、ボール軸受８の端面は、コイルス
プリング21を介してセンサーコア７b を支持するように
されているので、コイルスプリング21を介してセンサー
コア７b を支持する手段をきわめて容易に得ることがで
きる。なお、従来は、ウォームホイール11のボス部11ａ
の端面が、コイルスプリング21を介してセンサーコア７
b を支持するようにされていたが、これによると、ウォ
ームホイール11のボス部11ａの肉厚を厚くしなければな
らず、材料費と重量とが増加していた。

【００３９】さらにまた、ウォームホイール11を軸方向
に位置決めするリング17は、周方向複数個所においてウ
ォームホイール11のボス部11a に対してカシメられてい
るので、ウォームホイール11、ボール軸受８の内輪およ
びピニオン軸４を堅固に一体に結合することができる。

【００４０】本実施形態において、ピニオン軸４は、ボ
ール軸受８、ボール軸受10、ニードル軸受９の３つの軸
受により支持されたが、これに限定されず、図２に図示
されるように、ニードル軸受９を省略して、該ニードル
軸受９の位置にボール軸受10を配設するようにし、ピニ
オン軸４を２つの軸受部において支持するようにしても
よい。

【００４１】この場合には、下方ギヤボックス部分２c
の底部に軸受孔24を形成して、該軸受孔24にボール軸受
10を嵌入し、さらに、該軸受孔24の雌ネジ部にエンドキ
ャップ23をねじ込んで、ボール軸受10の外輪を押し付け
て固定するようにしてもよい。なお、ボール軸受10は、
ピニオン軸４の下端部を単にラジアル方向に支持してい
る。また、ウォームホイール11には、骨付き樹脂歯車が
使用されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の請求項１ないし請求項３に記載された発
明の一実施形態におけるピニオン軸の支持構造が適用さ
れた電動式パワーステアリング装置のトルクセンサー側
ギヤボックスを中心にして縦断した縦断面図である。

【図２】本願の請求項１ないし請求項３に記載された発
明の他の実施形態におけるピニオン軸の支持構造が適用
された電動式パワーステアリング装置のトルクセンサー
側ギヤボックスを中心にして縦断した縦断面図であっ
て、図１と同様の図である。

【図３】従来例を示す図であって、図１と同様の図であ
る。

【符号の説明】

１…電動式パワーステアリング装置、２…ギヤボック
ス、２a …上方ギヤボックス部分、２b …中央ギヤボッ
クス部分、２c …下方ギヤボックス部分、３…入力軸、
４…ピニオン軸（出力軸）、４a …ピニオン、４b …段
部、５…トーションバー、６…ラックシャフト、７…ト
ルクセンサー、７a …コイル、７b …センサーコア、８
…ボール軸受、９…ニードル軸受、10…ボール軸受、11
…ウォームホイール、11a …ボス部、11b …穴、12…ウ
ォーム、13…ロックナット、14…軸受孔、15…ネジ孔、
16…キー、17…リング、18…コイルスプリング、19…ラ
ックガイド、20…ライニング、21…コイルスプリング
（弾発手段）、23…エンドキャップ、24…軸受孔。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ギヤボックス内に挿通された操舵入力軸
   が、前記ギヤボックス内に収容されたピニオン軸とトー
   ションバーを介して連結され、 前記ピニオン軸の下方部に形成されたピニオンが、ラッ
   クシャフトのラックと噛み合って、操舵力および操舵補
   助力を車輪側に伝達するようにされ、 前記トーションバーに作用するトルクを検出するトルク
   センサーが、センサーコアを備え、 前記センサーコアは、前記入力軸の下方部と前記ピニオ
   ン軸の上方部とにまたがってこれらに嵌合されて、前記
   入力軸と前記ピニオン軸との相対的な回転量差に応じて
   上下動するようにされ、 前記トルクセンサーの出力信号に応じて作動する電動機
   が、前記操舵補助力を出力し、 前記操舵補助力が、前記電動機の出力軸に連結されたウ
   ォームと前記ピニオン軸に嵌着されたウォームホイール
   との噛合を介して前記電動機から前記ピニオン軸に伝達
   されるようにされた電動式パワーステアリング装置にお
   けるピニオン軸の支持構造において、 前記ピニオン軸が、前記センサーコアと前記ウォームホ
   イールとの間の軸方向部位において、前記ギヤボックス
   内の軸受部によりラジアル方向およびスラスト方向に支
   持されたことを特徴とする電動式パワーステアリング装
   置におけるピニオン軸の支持構造。
2. 【請求項２】 前記軸受部に、ボール軸受が配設され、 前記ボール軸受の内輪が、前記ピニオン軸の外周面に形
   成された段部と前記ウォームホイールのボス部とにより
   挟持されたことを特徴とする請求項１記載の電動式パワ
   ーステアリング装置におけるピニオン軸の支持構造。
3. 【請求項３】 前記ボール軸受の端面は、前記センサー
   コアを弾発手段を介して支持するようにされたことを特
   徴とする請求項２記載の型電動式パワーステアリング装
   置におけるピニオン軸の支持構造。