JP2004183828A

JP2004183828A - ウォーム軸支持装置およびパワーアシストユニット

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Publication number: JP2004183828A
Application number: JP2002353474A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Yasuda; 浩隆安田; Yuji Kusano; 裕次草野; Wataru Yamada; 渉山田; Yoshiyuki Saito; 善之斉藤
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: JP4284985B2

Abstract

【課題】ウォーム軸支持装置において、ウォーム軸１４を軸方向に変位可能とする構造を簡素な構成で実現する。
【解決手段】ウォーム軸１４の両側部分を支持する軸受２０，３０として深溝型玉軸受を用いる。電動モータ１０側の第１軸受２０で、内輪２１における軌道面２１ａの曲率半径Ｒ１または外輪２２における軌道面２２ａの曲率半径Ｒ２を、玉２３の直径ｒを基準とする特定の数値範囲に設定する。この場合、ウォーム軸１４に回転駆動力が作用することによって、ウォーム軸１４に外嵌される内輪２１とケース１７に内嵌される外輪２２とが軸方向で向き合う方向に付勢されたときに、玉２３が内輪２１の軌道面２１ａや外輪２２の軌道面２２ａを弾性的に撓み変形させつつ軸方向に転動する。この内輪２１や外輪２２のばね性でもってウォーム軸１４が所定のテンションを持った状態で軸方向に変位することが許容される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォーム軸支持装置およびパワーアシストユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の電動パワーステアリング装置では、車輪操舵機構に操舵補助力を与えるパワーアシストユニットを備えている。
【０００３】
上記パワーアシストユニットは、電動モータと、ウォームギヤ機構とを備えている。ウォームギヤ機構は、ウォームギヤを有するウォーム軸と、ウォームホイールとからなる。ウォームギヤとウォームホイールとの噛み合い部分には、適度なバックラッシを設けているが、このバックラッシが原因となり、ウォーム軸の反転駆動時に、ウォームギヤの歯面とウォームホイールの歯面とが衝突し、叩き音が発生する。このような不具合を解消するために、ウォーム軸を支持するための軸受と、ハウジングまたはウォーム軸との間にばねやＯリングなどの弾性体を介装したものがある（特許文献１，２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−４３０６２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７１０２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、ばねやＯリングなどの弾性体が必要であり、部品点数ならびに組み込み工数が増加するなど、無駄がある。また、前記弾性体は、経年劣化によりばね定数が変化することが懸念される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のウォーム軸支持装置は、駆動源に連なるウォーム軸のウォームギヤの両側部分をそれぞれ軸受を介してケースに支持したもので、前記両軸受のうち駆動源側の第１軸受が、溝状の軌道面を有する内・外輪を含む深溝型玉軸受とされており、該第１軸受について下記条件▲１▼、▲２▼の少なくとも一つを満たす構成とされている。条件▲１▼は、内輪の軌道面の曲率半径が玉の直径の５２．５％以上７５％以下であり、条件▲２▼は、外輪の軌道面の曲率半径が玉の直径の５３．５％以上８５％以下である。
【０００７】
要するに、第１軸受を深溝型玉軸受として、その軸方向におけるばね定数を適度に小さくしている。つまり、ウォーム軸に対して回転駆動力が作用したときに、前記第１軸受の玉が内輪の軌道面または／および外輪の軌道面を弾性的に撓み変形させつつ軸方向に転動することになるので、内輪と外輪とが軸方向にずれ動いてウォーム軸の軸方向変位を許容することになる。このように内輪や外輪のばね性を利用してウォーム軸の軸方向変位を許容しているから、このウォーム軸は所定のテンションを持った状態で徐々に動くようになって、急に動かずに済む。これにより、例えばウォーム軸のウォームギヤに対してウォームホイールを噛合させている場合には、ウォームギヤの歯面とウォームホイールの歯面とが衝突したときの叩き音が減少または防止されることになる。
【０００８】
なお、上記前記第１軸受の内輪が前記ウォーム軸に対してしまりばめされていて、前記ウォーム軸においてエンド側を支持する第２軸受が前記ウォーム軸またはケースに対して相対移動可能なように嵌合されたものとすることができる。第２軸受は、上記第１軸受と同様の構成としてもよいし、針状ころ軸受などのころ軸受や、ブッシュなどのすべり軸受としてもよい。
【０００９】
この場合、上述したようにウォーム軸が軸方向に変位しようとするときの動きが円滑になる。
【００１０】
また、上記第１軸受は、負すきまに設定されたものとすることができる。この場合、上述したように第１軸受の玉と内・外輪とが軸方向で相対移動するときにがたが生じなくなる。
【００１１】
本発明のパワーアシストユニットは、車輪操舵機構に操舵補助力を与えるもので、電動モータと、電動モータで発生する回転動力を減速して前記操舵補助力として出力するウォームギヤ機構とを備え、前記ウォームギヤ機構は、前記電動モータの出力軸に結合されるウォーム軸と、このウォーム軸に噛合されかつ回転軸に外装固定されるウォームホイールとを有し、かつ、前記ウォーム軸のウォームギヤの両側部分がそれぞれ軸受を介してケースに支持されており、少なくとも電動モータ側の軸受が、溝状の軌道面を有する内・外輪を含む深溝型玉軸受とされ、当該軸受について下記条件▲１▼、▲２▼の少なくとも一つを満たす構成とされている。条件▲１▼は、内輪の軌道面の曲率半径が玉の直径の５２．５％以上７５％以下であり、条件▲２▼は、外輪の軌道面の曲率半径が玉の直径の５３．５％以上８５％以下である。
【００１２】
この場合、パワーアシストユニットに備えるウォームギヤ機構のウォーム軸支持構造について上記ウォーム軸支持装置と同じにしている。この場合、上記同様に、ウォーム軸のウォームギヤの歯面とウォームホイールの歯面とが衝突したときの叩き音が減少または防止されることになる。
【００１３】
しかも、本願出願人は、従来のパワーアシストユニットの場合、ステアリングホイールが操舵されてからウォーム軸に電動モータからの操舵補助力が作用するまでの間（操舵初期段階という）に、ウォームホイールからウォーム軸に対して回転駆動力が作用するが、電動モータは大きな慣性重量を有しているため、操舵者は操舵感が重く感じる割りには操舵が行われないなど、操舵フィーリングが芳しくないことを知見した。
【００１４】
これに対しても、本発明の上記構成のように、ウォーム軸支持用の軸受を深溝型玉軸受としてその軸方向におけるばね定数を適度に小さく設定していれば、上記操舵初期段階にウォームホイールからウォーム軸に対して回転駆動力が作用したときに、前記軸受のばね特性によってウォーム軸が回転する前に当該ウォーム軸を軸方向に所定のテンションを持った状態で徐々に変位させるようになるので、操舵フィーリングに違和感がでなくなる。
【００１５】
【発明の実施形態】
図１から図３に本発明の一実施形態を示している。図例の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト２と、パワーアシストユニット３とを備えている。
【００１６】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール（図示省略）の回動操作に応答して車輪操舵機構（図示省略）に対して操舵力を伝達するものであり、前記ステアリングホイールが装着される入力軸５と前記車輪操舵機構に連結される出力軸６とを外装チューブ７内でトーションバー（図示省略）により結合した構成である。
【００１７】
パワーアシストユニット３は、前記ステアリングホイールの回動操作に伴いステアリングシャフト２に対して操舵力（回転駆動力）が入力されたときにステアリングシャフト２に対して操舵補助力（回転動力）を与えるものであり、電動モータ１０とウォームギヤ機構１１とを備えている。
【００１８】
電動モータ１０は、図示しない制御ユニットからの指令に応じて回転動力を出力するものである。ウォームギヤ機構１１は、電動モータ１０から出力される回転動力を減速してステアリングシャフト２に対する操舵補助力を出力するもので、ウォームホイール１３と、ウォーム軸１４とを備えている。
【００１９】
ウォームホイール１３は、ステアリングシャフト２の出力軸６側に外装固定されている。ウォーム軸１４は、その軸方向中間にウォームギヤ１５が形成されており、このウォームギヤ１５がウォームホイール１３に対して噛合されている。このウォーム軸１４は電動モータ１０の出力軸１０ａにカップリング１６を介して結合されている。ウォーム軸１４の電動モータ１０側の外周と、カップリング１６の内周と、電動モータ１０の出力軸１０ａの外周とには、それぞれスプライン歯が形成されており、これら三者がスプライン嵌合されることによって、軸方向に相対的に変位可能な状態で回転方向に一体化されている。このウォーム軸１４は、その軸方向中間に形成されたウォームギヤ１５の両端部分がケース１７に対してそれぞれ軸受２０，３０を介して回転自在に支持されている。
【００２０】
上記軸受２０，３０は、共に深溝型玉軸受とされている。このうち、電動モータ１０側の第１軸受２０については、図３に示すように、内輪２１と、外輪２２と、複数の玉２３と、保持器２４とを備えている。この第１軸受２０の内部空間はシール２５によって密封されており、この軸受内部空間に対してグリースなどの潤滑剤が封入されている。このシール２５は、シールド板と呼ばれる非接触タイプであり、外周部分が外輪２２の軸方向両端に対して装着されており、内周部分が内輪２１に対して微小隙間を介して対向されて非接触密封部を作っている。
【００２１】
なお、ウォーム軸１４においてエンド側に配置される第２軸受３０は、詳細に図示していないが、基本構成は上記第１軸受２０と同じであり、内輪３１と、外輪３２と、複数の玉３３と、保持器３４と、シール（図示、符号省略）とを備えている。但し、この実施形態では、第１軸受２０の外径サイズを、第２軸受３０よりも大きく設定している。なお、上記シールは場合により用いなくてもよい。
【００２２】
ここでは、上記第１、第２の軸受２０，３０の構成、およびウォーム軸１４に対する第１、第２の軸受２０，３０の取り付け形態を工夫しているので、以下で詳細に説明する。
【００２３】
まず、電動モータ１０側に配置される第１軸受２０については、図３に示すように、内輪２１の軌道面２１ａの曲率半径Ｒ１を玉２３の直径ｒの５２．５％以上７５％以下、例えば６０％に、また、外輪２２の軌道面２２ａの曲率半径Ｒ２を玉２３の直径ｒの５３．５％以上８５％以下、例えば７０％にそれぞれ設定している。この第１軸受２０は、負すきま、つまり、ラジアル内部すきまを負に設定している。
【００２４】
なお、第２軸受３０については、内輪３１の軌道面３１ａの曲率半径Ｒ３が玉３３の直径ｒの５１．５％以上５２．５％以下に、また、外輪３２の軌道面３２ｂの曲率半径Ｒ４が玉３３の直径ｒの５２．５％以上５３％以下に設定されている。この第２軸受３０についても、負すきま、つまり、ラジアル内部すきまを負に設定している。
【００２５】
さらに、第１、第２軸受２０，３０について、玉２３，３３の硬度は、一般汎用品と同様、内輪２１，３１および外輪２２，３２よりも硬く設定している。
【００２６】
そして、第１軸受２０の内輪２１と、ウォーム軸１４においてウォームギヤ１５の一端部分とのはめあい状態を、「しまりばめ」とする。一方、反電動モータ１０側に配置される第２軸受３０の内輪３１と、ウォーム軸１４においてウォームギヤ１５の他端部分とのはめあい状態を、「すきまばめ」とする。
【００２７】
なお、第１軸受２０の外輪２２は、ケース１７の内周面に設けられている大径部分に対して「すきまばめ」されており、このケース１７の内周面と大径部分との段差によって得られる段壁面１７ａと、ケース１７の大径部分に螺合装着されるねじ蓋１８とによって軸方向から挟まれることで、軸方向に位置決めされている。一方、第２軸受３０の外輪３２は、ケース１７の内周面の奥に対して圧入により嵌合されて、軸方向に位置決めされている。
【００２８】
このように、第１軸受２０の曲率半径Ｒ１，Ｒ２を可及的に大きく設定すれば、第１軸受２０の軸方向におけるばね定数が適度に小さくなる。つまり、ウォーム軸１４にアキシアル荷重が作用することによって、ウォーム軸１４に外嵌される内輪２１とケース１７に内嵌される外輪２２とが軸方向で向き合う方向に付勢されたときに、第１軸受２０の玉２３が内輪２１の軌道面２１ａおよび外輪２２の軌道面２２ａを弾性的に撓み変形させつつ軸方向に転動することになるので、内輪２１と外輪２２とが軸方向にずれ動いてウォーム軸１４の軸方向変位が許容されることなる。上述したように、第２軸受３０の内輪３１をウォーム軸１４に対してすきまばめさせているので、上述したようにウォーム軸１４が軸方向に変位しようとするときの動きが円滑になる。
【００２９】
しかも、第１軸受２０を負すきまに設定したうえで予圧を付与しているから、上述したように玉２３と内・外輪２１，２２とが軸方向で相対移動するときにがたが生じることがない。
【００３０】
このように内・外輪２１，２２のばね性を利用してウォーム軸１４の軸方向変位を許容しているから、このウォーム軸１４は所定のテンションを持った状態で徐々に動くようになって、急に動かずに済む。
【００３１】
したがって、具体的に、ステアリングホイールが操舵されてからウォーム軸１４に電動モータ１０からの操舵補助力が作用するまでの間（操舵初期段階という）や、ステアリングホイールの反転操舵時などでは、上記第１軸受２０のばね特性によってウォーム軸１４が所定のテンションを持った状態で徐々に軸方向に変位することになって、ウォーム軸１４が急に変位せずに済む。これにより、電動モータ１０からの操舵補助力が作用するまでの間の操舵フィーリングに違和感がでなくなるなど、改善できるようになる。また、ステアリングホイールの反転操舵時には、ウォーム軸１４のウォームギヤ１５の歯面とウォームホイール１３の歯面とが衝突したときの叩き音が減少または防止されることになる。
【００３２】
特に、この実施形態では、従来例のようなばねなどの余分な部品を用いていないので、部品点数を削減できるとともに、経年劣化によるばね定数の変化を回避できて、好ましい。
【００３３】
以下に、本発明の他の実施形態を示す。
【００３４】
（１）上記実施形態において、第２軸受３０の内輪３１をしまりばめとし、外輪３２をすきまばめに設定してもよい。
【００３５】
（２）上記第１軸受２０の内・外輪２１，２２における軌道面２１ａ，２２ａは、図４および図５に示すように、複合曲面とすることができる。図４では、軌道面２１ａ，２２ａを二つの曲面で形成している。なお、溝底領域Ｘ１における曲率半径Ｒ１０よりも、両肩領域Ｘ２ａ，Ｘ２ｂにおける曲率半径Ｒ１１を小さく設定している。また、図５では、軌道面２１ａ，２２ａを三つの曲面で形成している。なお、溝底領域Ｘ１における曲率半径Ｒ１０と、途中領域Ｘ３ａ，Ｘ３ｂにおける曲率半径Ｒ１２と、両肩領域Ｘ２ａ，Ｘ２ｂにおける曲率半径Ｒ１１との関係は、Ｒ１０＞Ｒ１２＞Ｒ１１に設定している。このような複合曲面にした場合、玉２３が軸方向に転動したときに両肩領域Ｘ２ａ，Ｘ２ｂを乗り越えることを確実に防止できるようになるので、内・外輪２１，２２が軸方向で相対的に変位可能となる範囲を規制することができる。
【００３６】
（３）上記実施形態において、ウォーム軸１４の先端側に配置される第２軸受３０の内・外輪３１，３２における軌道面の曲率半径を、上記実施形態で説明した第１軸受２０と同様に設定することができる。また、内輪２１，３１と外輪２２，３２のいずれか一方における軌道面の曲率半径をＪＩＳ規格で定められる数値範囲に設定してもよい。
【００３７】
（４）上記実施形態では、パワーアシストユニット３をステアリングシャフト２に配置したコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置を例に挙げているが、パワーアシストユニット３をステアリングギヤボックスに配置したピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置とすることができる。その場合、パワーアシストユニット３のウォームホイール１１はステアリングギヤボックスのピニオン軸に外装される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のウォーム軸支持装置では、第１軸受の内輪や外輪のばね性を利用してウォーム軸の軸方向変位を許容しているから、ウォーム軸に回転駆動力が作用したときにウォーム軸が所定のテンションを持った状態で徐々に動くようになって、急に動かないようにできる。このため、ウォーム軸のウォームギヤとそれに噛合されるウォームホイールとが衝突したときの叩き音を減少あるいは防止することが可能となる。
【００３９】
また、本発明のパワーアシストユニットでは、上記同様に、ウォームギヤの歯面とウォームホイールの歯面とが衝突したときに、叩き音を減少または防止することができる。しかも、ステアリングホイールなどの操舵初期段階にウォームホイールからウォーム軸に対して回転駆動力が作用したときに、ウォーム軸支持用の軸受のばね特性によってウォーム軸を所定のテンションを持った状態で徐々に軸方向に変位させるようにできるので、操舵フィーリングに違和感がでなくなるなど、改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す側面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】図２中の第１軸受の上半分を拡大して示す断面図
【図４】図３の第１軸受の他の例を示す断面図
【図５】図３の第１軸受の他の例を示す断面図
【符号の説明】
１電動パワーステアリング装置
２ステアリングシャフト
３パワーアシストユニット
１０電動モータ
１１ウォームギヤ機構
１３ウォームホイール
１４ウォーム軸
２０第１軸受
３０第２軸受
２１，３１内輪
２２，３２外輪
２３，３３玉

Claims

駆動源に連なるウォーム軸のウォームギヤの両側部分をそれぞれ軸受を介してケースに支持したウォーム軸支持装置であって、
前記両軸受のうち駆動源側の第１軸受が、溝状の軌道面を有する内・外輪を含む深溝型玉軸受とされており、該第１軸受について下記条件▲１▼、▲２▼の少なくとも一つを満たす構成とされている、ウォーム軸支持装置。
条件▲１▼は、内輪の軌道面の曲率半径が玉の直径の５２．５％以上７５％以下であり、条件▲２▼は、外輪の軌道面の曲率半径が玉の直径の５３．５％以上８５％以下である。
前記第１軸受の内輪が前記ウォーム軸に対してしまりばめされていて、前記ウォーム軸においてエンド側を支持する第２軸受が前記ウォーム軸またはケースに対して相対移動可能なように嵌合されている、請求項１のウォーム軸支持装置。
前記第１軸受が、負すきまに設定されている、請求項２のウォーム軸支持装置。
車輪操舵機構に操舵補助力を与えるパワーアシストユニットであって、
電動モータと、電動モータで発生する回転動力を減速して前記操舵補助力として出力するウォームギヤ機構とを備え、
前記ウォームギヤ機構は、前記電動モータの出力軸に結合されるウォーム軸と、このウォーム軸に噛合されかつ回転軸に外装固定されるウォームホイールとを有し、かつ、前記ウォーム軸のウォームギヤの両側部分がそれぞれ軸受を介してケースに支持されており、少なくとも電動モータ側の軸受が、溝状の軌道面を有する内・外輪を含む深溝型玉軸受とされ、当該軸受について下記条件▲１▼、▲２▼の少なくとも一つを満たす構成とされている、パワーアシストユニット。
条件▲１▼は、内輪の軌道面の曲率半径が玉の直径の５２．５％以上７５％以下であり、条件▲２▼は、外輪の軌道面の曲率半径が玉の直径の５３．５％以上８５％以下である。