JP2002240724A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操舵補助力を伝達するギヤの歯打ち音を、安価
な材料を用いて、簡単な構造で、製造コストを増大させ
ることなく低減でき、設計の自由度を向上できる電動パ
ワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】操舵補助力発生用電動アクチュエータによ
り回転駆動される駆動シャフトを支持する駆動側転がり
軸受５１、５２と、その駆動シャフトと同行回転する駆
動ギヤに噛み合う従動ギヤと同行回転するステアリング
シャフトを支持する従動側転がり軸受２６と、各転がり
軸受の外輪５１ａ、５２ａ、２６ａを保持するハウジン
グとを備える。その駆動側転がり軸受の外輪５１ａ、５
２ａ、その従動側転がり軸受の外輪２６ａ、および、そ
の駆動シャフトにおける駆動側転がり軸受による被支持
部の中の少なくとも一つの外周面に、弾性を有する無端
部材６０が接着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操舵補助力発生用
電動アクチュエータの回転を、ギヤを介してステアリン
グシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】特開平１１−１７１０２７号公報に開示
されている電動パワーステアリング装置は、操舵補助力
発生用電動アクチュエータにより回転駆動される駆動シ
ャフトを支持する駆動側転がり軸受と、その駆動シャフ
トの外周に設けられた駆動ギヤに噛み合う従動ギヤと同
行回転するステアリングシャフトを支持する従動側転が
り軸受と、各転がり軸受の外輪を保持するハウジングと
を備えている。そのアクチュエータの回転を、その駆動
ギヤから従動ギヤを介してステアリングシャフトに伝達
することで操舵補助力を付与している。

【０００３】その駆動ギヤと従動ギヤとの間にはバック
ラッシュがあるため、操舵補助力を付与する際に駆動ギ
ヤの歯と従動ギヤの歯とが互いに衝突して歯打ち音が発
生する。その音が駆動シャフト、駆動側転がり軸受、ハ
ウジングを介して車体に伝わり、車両の運転者に異常音
として認識されるという問題がある。

【０００４】そのため上記従来技術では、その駆動側転
がり軸受の外輪の外周、または内輪の内周に、テフロン
（登録商標）コーティングされた金属製ブッシュを嵌め
合わせ、駆動シャフトをハウジングに対して軸方向変位
し易いものとし、その外輪とハウジングとの間、または
内輪と駆動シャフトとの間に弾性体を介在させている。
これにより、駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯との噛み合い
時に、その駆動シャフトの軸方向変位により弾性体を弾
性変形させ、その歯の衝突による衝撃を吸収して音の発
生を防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
構造が複雑化し、部品点数が多く製造コストが高くな
り、組み立て作業も複雑になるという問題がある。

【０００６】また、そのハウジングの内部において、ス
テアリングシャフトを支持する従動側転がり軸受の外輪
をハウジングの内周に圧入するのは困難であった。これ
は、そのステアリングシャフトの外周に転がり軸受の内
輪を圧入した組み立て体を、そのハウジングに組み付け
る際に、その外輪をハウジングに圧入しようとすると、
転がり軸受の内輪と外輪とが軸方向相対変位するのを阻
止するのが困難ため、その内外輪や軸受転動体に圧痕が
形成されて軸受機能が阻害されてしまうことによる。特
に、そのステアリングシャフトにより伝達されるトルク
を検出するトルクセンサをハウジングにより覆う場合、
そのハウジング内において、その転がり軸受は従動ギヤ
とトルクセンサとの間に配置される。この場合、その従
動ギヤとトルクセンサにより、その内輪と外輪との軸方
向相対変位の阻止が邪魔されてしまう。そのため、従来
は従動側転がり軸受の外輪外周とハウジングの内面との
間に隙間が形成されていた。しかし、そのような隙間が
あると、ステアリングシャフトの回転時に外輪が内輪と
連れ回りし、軸受鋼製の外輪と接触したアルミ等の比較
的軽量な金属製のハウジングから磨耗粉が発生する。そ
の磨耗粉は駆動ギヤや従動ギヤを磨耗させてしまう。特
に、ハウジング内のグリースに磨耗粉が混入すると研磨
剤として機能し、そのギヤの磨耗が増大する。そうする
と、駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュが増大
し、各ギヤの歯が互いに衝突することにより発生する歯
打ち音が大きくなってしまう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、操舵補助力発
生用電動アクチュエータと、そのアクチュエータにより
回転駆動される駆動シャフトと、その駆動シャフトを支
持する駆動側転がり軸受と、その駆動シャフトと同行回
転する駆動ギヤと、その駆動ギヤに噛み合う従動ギヤ
と、その従動ギヤと同行回転するステアリングシャフト
と、そのステアリングシャフトを支持する従動側転がり
軸受と、各転がり軸受の外輪を保持するハウジングとを
備え、そのアクチュエータの回転を、その駆動ギヤから
従動ギヤを介してステアリングシャフトに伝達する電動
パワーステアリング装置において、その駆動側転がり軸
受の外輪、その従動側転がり軸受の外輪、および、その
駆動シャフトにおける駆動側転がり軸受による被支持部
の中の少なくとも一つの外周面に、弾性を有する無端部
材が接着されていることを特徴とする。本発明の構成に
よれば、駆動側転がり軸受の外輪および駆動シャフトに
おける駆動側転がり軸受による被支持部の中の少なくと
も一つの外周面に、弾性を有する無端部材が接着される
ことで、駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯と噛み合い時に、
その歯の衝突による衝撃を無端部材の弾性変形により吸
収し、歯打ち音を低減できる。また、従動側転がり軸受
の外輪の外周面に弾性を有する無端部材が接着されるこ
とで、軸受鋼製の外輪がハウジングと直接接触すること
はないので、ハウジングの磨耗による磨耗粉発生を防止
できる。これにより、ハウジング内のグリースへの磨耗
粉の混入を防止し、駆動ギヤや従動ギヤの磨耗をなく
し、各ギヤの歯が互いに衝突することによる歯打ち音が
大きくなるのを防止できる。

【０００８】そのステアリングシャフトにより伝達され
るトルクを検出するトルクセンサを備え、その無端部材
が外輪に接着された従動側転がり軸受は、そのハウジン
グの内部において、その従動ギヤとトルクセンサとの間
に配置されるのが好ましい。これにより、ハウジングの
内部の温度上昇により無端部材が膨張することで、従動
側転がり軸受の外輪の外周とハウジングの内周との間の
クリアランスをなくし、ステアリングシャフトの径方向
への振れを抑制し、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合い精度
を向上できる。さらに、ステアリングシャフトをトーシ
ョーバーにより連結される２部材により構成し、両部材
の相対回転量に応じた磁界の変化に基づきステアリング
シャフトにより伝達されるトルクを検出するトルクセン
サを設け、その検出トルクに応じて操舵補助力発生用ア
クチュエータを制御する場合、そのトーションバーの振
れを抑制して磁界の変動を小さくし、トルクの検出感度
を向上して適正な操舵補助力を付与できる。

【０００９】その無端部材は、熱収縮性を有する高分子
材料製とされ、その内径は加熱前にあっては前記外周面
の外径よりも大きくされ、加熱されることにより少なく
とも径方向に収縮することで前記外周面に接着されるの
が好ましい。これにより、その無端部材を加熱して収縮
させるだけで、その外周面に接着させることができ、製
造工程を簡単化できる。この場合、その無端部材は、そ
の駆動側転がり軸受の外輪の端面、その従動側転がり軸
受の外輪の端面、および、その駆動シャフトにおける駆
動側転がり軸受による被支持部の軸方向端から軸心に向
かう端面の中の少なくとも一つに、加熱されて径方向に
収縮することで接着されているのが好ましい。これによ
り、駆動側転がり軸受の外輪、従動側転がり軸受の外
輪、および、駆動シャフトにおける駆動側転がり軸受に
よる被支持部に対し、無端部材を強固に接着することが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１、図２に示す車両用電動パワ
ーステアリング装置１は、ステアリングホイール２の操
舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト
３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオン４
に噛み合うラック５を移動させる。そのラック５の動き
がタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介して
車輪６に伝達されることで舵角が変化する。

【００１１】そのステアリングシャフト３は、ステアリ
ングホイール２に連結される第１シャフト３ａと、この
第１シャフト３ａにピン２２により連結される筒状の第
２シャフト３ｂと、この第２シャフト３ｂの外周にブッ
シュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の
第３シャフト３ｃとに分割されている。各シャフト３
ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿って弾性部材としてトーショ
ンバー２３が挿入されている。そのトーションバー２３
の一端は第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとに前記
ピン２２により連結され、他端はピン２４により第３シ
ャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シ
ャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは操舵トルクに応じて
弾性的に相対回転可能とされている。その第２シャフト
３ｂは、アルミ製ハウジング２１に圧入されたステアリ
ングコラム３０によりブッシュ３１を介して支持され
る。その第３シャフト３ｃは第１従動側転がり軸受２６
と第２従動側転がり軸受２７とにより支持され、各転が
り軸受２６、２７の外輪２６ａ、２７ａはハウジング２
１により保持される。その第３シャフト３ｃの外周に上
記ウォームホイール１０が一体化されている。その第１
従動側転がり軸受２６は、そのハウジング２１の内部に
おいて、そのウォームホイール１０とトルクセンサ７と
の間に配置される。そのトルクセンサ７はステアリング
シャフト３により伝達される操舵トルクを検出する。

【００１２】そのトルクセンサ７は、第２シャフト３ｂ
に固定される磁性材製の第１検出リング３６と、第３シ
ャフト３ｃに固定される磁性材製の第２検出リング３７
と、両検出リング３６、３７の対向間を覆う検出コイル
３３とを有する。第１検出リング３６の端面に周方向に
沿って設けられる複数の歯３６ａと、第２検出リング３
７の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３７ａと
の対向面積が、第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃの
操舵トルクに応じた弾性的な相対回転に応じて変化す
る。その変化に対応して検出コイル３３の発生磁束に対
する磁気抵抗が変化することから、その検出コイル３３
の出力に基づき操舵トルクが検出できる。このトルクセ
ンサ７は公知の構成のものを用いることができる。

【００１３】そのトルクセンサ７により検出された操舵
トルクに応じて駆動される操舵補助力発生用モータ（電
動アクチュエータ）８がハウジング２１に取り付けられ
ている。そのモータ８により駆動シャフト５０が回転駆
動される。すなわち、そのモータ８の出力シャフト８ａ
と一体に回転する筒状カッブリング４１に、駆動シャフ
ト５０の一端がセレーション５０ａを介して軸方向変位
可能に挿入されている。

【００１４】そのトルクセンサ７の検出トルクに応じて
モータ８が駆動されることで、その操舵トルクに応じた
操舵補助力が付与される。すなわち、その駆動シャフト
５０の外周にウォーム（駆動ギヤ）９が一体的に同行回
転するように設けられている。そのウォーム９に噛み合
うウォームホイール（従動ギヤ）１０が、ステアリング
シャフト３に同行回転するように設けられている。その
モータ８の回転がウォーム９からウォームホイール１０
を介してステアリングシャフト３に伝達されることで操
舵補助力が付与される。そのステアリングシャフト３の
一部、トルクセンサ７、駆動シャフト５０、ウォーム
９、およびウォームホイール１０は上記ハウジング２１
により覆われる。

【００１５】その駆動シャフト５０は、第１駆動側転が
り軸受５１と第２駆動側転がり軸受５２とにより両端支
持される。各軸受５１、５２の外輪５１ａ、５２ａは、
ハウジング２１の内周面により保持されている。その第
１駆動側転がり軸受５１を保持するハウジング２１の内
周面に形成された雌ねじ２１ａに、環状の雄ねじ５３が
ねじ合わされる。その雄ねじ５３の外周にロックナット
５４がねじ合わされる。その雄ねじ５３は、第１駆動側
転がり軸受５１の外輪５１ａのモータ側端面に接する。
その駆動シャフト５０の外周における両駆動側転がり軸
受５１、５２の間に、第１駆動側転がり軸受５１の内輪
５１ｂの反モータ側端面に接するフランジ５０ｂと、第
２駆動側転がり軸受５２の内輪５２ｂのモータ側端面に
接するフランジ５０ｃとが形成されている。また、その
第２駆動側転がり軸受５２の外輪５２ａの反モータ側端
面はハウジング２１の内面に接するものとされている。
これにより、その雌ねじ２１ａへの雄ねじ５３のねじ込
みにより軸方向から押し付けることで、各駆動側転がり
軸受５１、５２に予圧を付与することができる。

【００１６】図３の（１）、（２）に示すように、上記
第１従動側転がり軸受２６の外輪２６ａと第１、第２駆
動側転がり軸受５１、５２の外輪５１ａ、５２ａの各外
周面５１ａ′、５２ａ′、２６ａ′に、弾性および熱収
縮性を有する図４に示すようなチューブ状の無端部材６
０が嵌め合わされる。その無端部材６０は、加熱される
ことにより少なくとも径方向に収縮することで、その外
周面２６ａ′、５１ａ′、５２ａ′に接着される。各無
端部材６０は高分子材料製とされ、例えば、ポリ四フッ
化エチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化−パーフルオロアル
キルビニルエーテル樹脂（ＰＦＡ）、ポリ四フッ化−六
フッ化エチレン（ＦＥＰ）等のフッ素系樹脂、ポリプロ
ピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のオレフィン
系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ
ブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のエステル系樹
脂、ナイロン６６（ＰＡ６６）、ナイロン６（ＰＡ６）
等のアミド系樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等のビニ
ル系樹脂を用いることができる。各無端部材６０の加熱
温度は例えば１４０℃程度とされる。各チューブ状無端
部材６０の収縮率は、チューブ軸方向において０〜５０
％、チューブ径方向において５〜６０％であるのが好ま
しい。なお、各無端部材６０の内周にホットメルト系等
の接着剤を予め塗布し、接着性を高めても良い。各無端
部材６０の厚さは、例えば１００μｍ程度とすることが
できる。各無端部材６０の内径は、加熱による収縮前に
おいて、対応する外周面２６ａ′、５１ａ′、５２ａ′
の直径の、１．０１〜１．２０倍とするのが、作業性、
仕上りを良好なものとする上で好ましい。

【００１７】さらに、各無端部材６０は、各転がり軸受
２６、５１、５２の外輪２６ａ、５１ａ、５２ａの両端
面２６ａ″、５１ａ″、５２ａ″に、加熱されて径方向
に収縮することで接着されている。そのため、各無端部
材６０の軸方向寸法は、対応する外輪２６ａ、５１ａ、
５２ａの軸方向寸法よりも長くされている。

【００１８】上記構成によれば、駆動側転がり軸受５
１、５２の外輪５１ａ、５２ａの外周面外周面５１
ａ′、５２ａ′に、弾性を有する無端部材６０が嵌め合
わされることで、ウォーム９の歯とウォームホイール１
０の歯との噛み合い時に、その歯の衝突による衝撃を無
端部材６０の弾性により吸収し、歯打ち音を低減でき
る。また、第１従動側転がり軸受２６の外輪２６ａの外
周面２６ａ′に弾性を有する無端部材６０が嵌め合わさ
れることで、軸受鋼製の外輪２６ａがアルミ製のハウジ
ング２１と直接接触することはないので、ハウジング２
１の磨耗による磨耗粉発生を防止できる。これにより、
ハウジング２１内のグリースへの磨耗粉の混入を防止
し、ウォーム９やウォームホイール１０の磨耗によるバ
ックラッシの増大を防止し、ウォーム９の歯とウォーム
ホイール１０の歯が互いに衝突することによる歯打ち音
が大きくなるのを防止できる。さらに、各転がり軸受５
１、５２、２６の外輪５１ａ、５２ａ、２６ａの外周と
ハウジング２１の内周との間のクリアランスが、ハウジ
ング２１の内部の温度上昇により無端部材６０が膨張す
ることでなくなり、ステアリングシャフト３および駆動
シャフト５０の径方向への振れを抑制し、ウォーム９と
ウォームホイール１０の噛み合い精度を向上できる。さ
らに、トーションバー２３により連結される第２シャフ
ト３ｂと第３シャフト３ｃの相対回転量に応じた磁界の
変化に基づいてトルクセンサ７により検出されるトルク
に応じてモータ８を制御する場合、そのトーションバー
７の振れを抑制して磁界の変動を小さくし、トルクの検
出感度を向上できる。これにより、適正な操舵補助力を
付与できる。各無端部材６０は加熱して収縮させるだけ
で、各外輪５１ａ、５２ａ、２６ａの外周面５１ａ′、
５２ａ′、２６ａ′に接着させることができ、製造工程
を簡単化できる。また、各無端部材６０は、各外輪５１
ａ、５２ａ、２６ａの両端面２６ａ″、５１ａ″、５２
ａ″に、加熱されて径方向に収縮することで接着されて
いるので、各軸受２６、５１、５２に強固に接着され
る。また、その無端部材６０における駆動側転がり軸受
５１、５２の外輪５１ａ、５２ａの端面５１ａ″、５２
ａ″に接着される部分は、雌ねじ２１ａとハウジング２
１とに接するので、無端部材６０の軸方向における弾性
変形によっても、ウォーム９の歯とウォームホイール１
０の歯との衝突による衝撃を吸収できる。

【００１９】図５は本発明の変形例を示す。この変形例
においては、駆動側転がり軸受５１、５２の外輪５１
ａ、５２ａの外周面５１ａ′、５２ａ′に代えて、図５
の変形例に示すように、駆動シャフト５０における駆動
側転がり軸受５１、５２による被支持部の外周面５０′
に、無端部材６０を接着させてもよい。さらに、この変
形例では、その駆動シャフト５０の外周に周溝５０ｄが
形成され、その駆動側転がり軸受５１、５２による被支
持部の外周面５０′の軸方向端から軸心に向かう両端面
５０″が設けられ、その両端面５０″に無端部材６０が
加熱されて径方向に収縮することで接着されている。他
は上記実施形態と同様とされる。

【００２０】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、上記実施形態では無端部材を熱収縮させることで
軸受外輪や駆動シャフトの外周面に接着させたが、軸受
や駆動シャフトを挿入した成形型内に合成樹脂材を射出
することで無端部材を射出成形することで、その外周面
に無端部材を接着させてもよい。あるいは、無端部材の
自然状態での内径を軸受外輪や駆動シャフトの外周面の
外径よりも小さくし、その軸受外輪や駆動シャフトに圧
入することで、その外周面に無端部材を接着させてもよ
い。また、無端部材の材質としては、上記実施形態に例
示したもの以外に、例えばポリフェニレンスルフィド
（ＰＰＳ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等の合成樹脂
や、熱可塑性エラストマーや、ニトリルゴム（ＮＢ
Ｒ）、アクリルゴム（ＡＣＭＨＮＢＲ）、フッソゴム
（ＦＫＭ）等のゴムを用いてもよい。また、無端部材の
形状はチューブ状に限定されず、例えば環状のＯリング
により無端部材を構成してもよい。また、無端部材は、
駆動側転がり軸受の外輪、その従動側転がり軸受の外
輪、および、その駆動シャフトにおける駆動側転がり軸
受による被支持部の中の少なくとも一つの外周面に接着
されていればよく、さらに、一方の駆動側転がり軸受の
外輪の外周面のみ、あるいは、駆動シャフトにおける一
方の駆動側転がり軸受による被支持部の外周面のみに接
着されるものでもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、操舵補助力を伝達する
ギヤの歯打ち音を、安価な材料を用いて、簡単な構造
で、製造コストを増大させることなく低減でき、構造の
簡単化により設計の自由度を向上できる電動パワーステ
アリング装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置の断面図

【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図

【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置における転がり軸受の（１）は正面図、（２）は断面
図

【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置における転がり軸受の無端部材の斜視図

【図５】本発明の変形例の電動パワーステアリング装置
における駆動シャフトの要部の断面図

【符号の説明】

３ ステアリングシャフト ７ トルクセンサ ８ モータ（操舵補助力発生用電動アクチュエータ） ９ ウォーム（駆動ギヤ） １０ ウォームホイール（従動ギヤ） ２１ ハウジング ２６ 第１従動側転がり軸受 ２６ａ、５１ａ、５２ａ 外輪 ２６ａ′、５１ａ′、５２ａ′ 外周面 ２６ａ″、５１ａ″、５２ａ″ 端面 ５０ 駆動シャフト ５１、５２ 駆動側転がり軸受 ６０ 無端部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北畑 浩二 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 中川 智喬 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D033 CA00 CA04 CA16 CA22 CA28

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵補助力発生用電動アクチュエータと、
   そのアクチュエータにより回転駆動される駆動シャフト
   と、その駆動シャフトを支持する駆動側転がり軸受と、
   その駆動シャフトと同行回転する駆動ギヤと、その駆動
   ギヤに噛み合う従動ギヤと、その従動ギヤと同行回転す
   るステアリングシャフトと、そのステアリングシャフト
   を支持する従動側転がり軸受と、各転がり軸受の外輪を
   保持するハウジングとを備え、そのアクチュエータの回
   転を、その駆動ギヤから従動ギヤを介してステアリング
   シャフトに伝達する電動パワーステアリング装置におい
   て、その駆動側転がり軸受の外輪、その従動側転がり軸
   受の外輪、および、その駆動シャフトにおける駆動側転
   がり軸受による被支持部の中の少なくとも一つの外周面
   に、弾性を有する無端部材が接着されていることを特徴
   とする電動パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】そのステアリングシャフトにより伝達され
   るトルクを検出するトルクセンサを備え、その無端部材
   が外輪に接着された従動側転がり軸受は、そのハウジン
   グの内部において、その従動ギヤとトルクセンサとの間
   に配置される請求項１に記載の電動パワーステアリング
   装置。
3. 【請求項３】その無端部材は、熱収縮性を有する高分子
   材料製とされ、その内径は加熱前にあっては前記外周面
   の外径よりも大きくされ、加熱されることにより少なく
   とも径方向に収縮することで前記外周面に接着される請
   求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 【請求項４】その無端部材は、その駆動側転がり軸受の
   外輪の端面、その従動側転がり軸受の外輪の端面、およ
   び、その駆動シャフトにおける駆動側転がり軸受による
   被支持部の軸方向端から軸心に向かう端面の中の少なく
   とも一つに、加熱されて径方向に収縮することで接着さ
   れている請求項３に記載の電動パワーステアリング装
   置。