JP2005112047A - 車両用電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウォーム軸を支える一対の軸受のうち、モータ側軸受を廃止して、電動モータの駆動軸と１個の軸受とによってウォーム軸を支えることにより、部品点数の削減を図ると共に、減速ギヤの諸元や狙い値の変更をウォーム軸の変更のみで対処すること。
【解決手段】 ウォーム軸６は、電動モータ３の駆動軸４と別体であって、モータ３の駆動軸４には、内周面に雌スプラインを形成した筒状の雌スプライン軸５が固定してある。雌スプライン軸５には、ウォーム軸６のモータ側端部の雄スプライン部７が軸方向移動可能にスプライン嵌合してある。ウォーム軸６は、その反モータ側端部のみが軸受２１により回転自在に支持してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、減速ギヤ機構を構成するウォーム軸の支持構造を改良した車両用電動パワーステアリング装置に関する。

自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。

そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。

ＥＰＳでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構（減速機）により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。

この動力伝達機構（減速機）として、ウォームギヤ減速機構を用いたＥＰＳでは、電動モータの駆動軸側のウォームに、ウォームホイールが噛合してあり、このウォームホイールは、操舵機構の出力軸（例えば、ピニオン軸、コラム軸）に嵌合してある。

このウォーム軸では、そのモータ側端部は、電動モータの駆動軸にスプライン嵌合等して、軸方向に移動可能となっていると共に、ウォーム軸の両端部は、それぞれ、一対の軸受によりハウジングに対して回転自在に支持してある。

図１０は、従来に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。ステアリングホイール（図示略）に連結したステアリングシャフト（入力軸、図示略）に、トーションバー（図示略）等を介して出力軸（図示略）が連結してある。この出力軸に、ウォームギヤ減速機構のウォームホイール１が嵌合固定してある。

このウォームギヤ減速機構を収納するハウジング２には、電動モータ３が取付けてある。電動モータ３の駆動軸４には、内周面に雌スプラインを形成した筒状の雌スプライン軸５が固定してある。

この雌スプライン軸５には、ウォーム軸６のモータ側端部の雄スプライン部７が軸方向移動可能にスプライン嵌合してある。ウォーム軸６のウォーム８は、ウォームホイール１に噛合してある。

ウォーム軸６のモータ側端部近傍は、軸受１１により回転自在に支持してあると共に、軸受１１の内輪１１ａと、フランジ部１２との間に、弾性体１３が介装してある。なお、軸受１１は、止め輪１４によりハウジング２に固定してある。

ウォーム軸６の反モータ側端部は、軸受２１により回転自在に支持してあると共に、軸受２１の内輪２１ａと、フランジ部２２との間に、弾性体２３が介装してある。

これら弾性体１３，２３を適当に圧縮した状態で挟み込むことにより、軸受１１，２１に対し適当な与圧を与え、軸受１１，２１の内部のガタ付きを殺すことが可能となる。また、弾性体１３，２３の設定を工夫することにより、ウォーム軸６を軸方向に変位させることが可能となり、ウォーム８とウォームホイール１の噛合による歯打ち音も低減させることができる。

このように、図１０に示す従来に係る車両用電動パワーステアリング装置では、ウォーム軸６は、電動モータ３の駆動軸４と別体となっており、その両端部をそれぞれ一対の軸受１１，２１により回転自在に支持してある。

また、特許文献１では、ウォーム軸と、電動モータの駆動軸とが一体的なシャフトから構成してあると共に、ウォー軸の反モータ側端部は、軸受により支持することなく、開放端としている。これにより、軸受の使用個数を低減している。

特許文献２では、ウォーム軸と、電動モータの駆動軸とが一体的なシャフトから構成してあると共に、この一体的なシャフトの中間部の軸受を廃止し、軸受の使用個数を低減している。

なお、特許文献３では、ウォーム軸は、電動モータの駆動軸と別体となっているが、電動モータ内の軸受を廃止し、軸受の使用個数を低減している。
特開２００２−７９９５１号公報 特開平９−３０４３２号公報 特開２００２−９６７４８号公報

しかしながら、電動パワーステアリング装置において、ウォーム軸とモータの駆動軸を別部品とする場合、従来は、ウォーム軸が単独でハウジングに保持される様に、ウォーム軸の両端にそれぞれ一対の軸受を設定しており、組立工数や部品点数が増加すると共に、軸受分のスペースを確保する必要があった。

また、モータ部にも、アマチュア軸をサポートする為に、通常、軸受を２個使用している。ウォーム軸とモータのアマチュア軸の中心に芯ズレが発生した状態で組付けた場合には、ウォーム軸上のモータ側軸受と、モータ軸上のウォーム側軸受の距離が近い為、その部分に無用な負荷が加わる恐れがあった。

一方、ウォーム軸をモータの駆動軸とを一体構造とした場合においては、ウォーム軸を軸線方向に移動させて、その歯面の叩き音を低減させる構造が採用できないといったことがある。

また、減速ギヤの諸元や狙い値を変更する度に、電動モータその物を変更する必要があり、また電動モータ内部の軸受を廃止する場合、電動モータの性能を保証しにくい等の問題があった。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、ウォーム軸を支える一対の軸受のうち、モータ側軸受を廃止して、電動モータの駆動軸と１個の軸受とによってウォーム軸を支えることにより、部品点数の削減を図ると共に、減速ギヤの諸元や狙い値の変更をウォーム軸の変更のみで対処することができる車両用電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る車両用電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ減速機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する車両用電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ減速機構のウォーム軸は、電動モータの駆動軸と別体であって、そのモータ側端部が軸受により支持することなく前記駆動軸に連結してあると共に、その反モータ側端部が軸受により回転自在に支持してあることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る車両用電動パワーステアリング装置は、前記ウォーム軸は、そのモータ側端部が前記電動モータの駆動軸に、軸方向移動可能に連結してあることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る車両用電動パワーステアリング装置は、前記軸受と、前記ウォーム軸との間に、前記ウォームを軸方向に付勢する弾性体が設けてあることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る車両用電動パワーステアリング装置は、前記ウォーム軸と、前記電動モータの駆動軸との間に、前記ウォームを軸方向に付勢する弾性体が設けてあることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る車両用電動パワーステアリング装置は、前記ウォーム軸と、前記電動モータの駆動軸との連結部を支点として、前記ウォーム軸をウォームホイールに近付ける方向に、前記ウォーム軸の反モータ側端部を押圧する押圧機構を備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、１個の軸受と電動モータとによってウォーム軸を支えることが可能となる為、部品点数の大幅削減や、加工・組立工程の簡略化が可能となる。

また、ウォーム軸と電動モータの駆動軸の芯ズレによって発生する余分な負荷が、軸受にかからないようにすることが可能となる。

さらに、使用する軸受の数量が減ることにより、軸受によるロストルクを減少させることが可能となる。

さらに、ウォーム軸のモータ側に軸受を設定する必要が無くなる為、その分モータの取り付け面をコラムの中心軸に近づけることが可能となり、小スペース化を図ることができる。

さらに、ウォーム軸と電動モータの駆動軸とが別部品（別体）となることにより、ウォーム軸を軸方向に移動させて歯面の叩き音を低減させる構造の採用が可能となる。

さらに、ウォーム軸と電動モータの駆動軸とが別部品（別体）となることにより、減速ギヤの諸元に合わせて自由にウォーム軸の諸元を変更することが容易になる。

さらに、ウォーム軸と電動モータの駆動軸とが別部品（別体）となることにより、ウォーム軸をウォームホイールに近付ける方向にウォーム軸の反モータ側端部を押圧する押圧機構を設けることができ、これにより、噛み合い部のガタ付きを調整することができる。

さらに、ウォーム軸と電動モータの駆動軸とが別部品（別体）となることにより、電動パワーステアリング装置の組立時に、電動モータをメインシャフト（例えば、コラム軸）に近づけたり、離した状態で組付けることにより、組立時のバックラッシが調整可能となる。

さらに、ウォーム軸と電動モータの駆動軸とが別部品（別体）となることにより、電動モータ単独でのテストを行うことができる。

以下、本発明の実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。

ステアリングホイール（図示略）に連結したステアリングシャフト（入力軸、図示略）に、トーションバー（図示略）等を介して出力軸（図示略）が連結してある。この出力軸に、ウォームギヤ減速機構のウォームホイール１が嵌合固定してある。

このウォームギヤ減速機構を収納するハウジング２には、電動モータ３が取付けてある。電動モータ３の駆動軸４には、内周面に雌スプラインを形成した筒状の雌スプライン軸５が固定してある。

この雌スプライン軸５には、ウォーム軸６のモータ側端部の雄スプライン部７が軸方向移動可能にスプライン嵌合してある。ウォーム軸６のウォーム８は、ウォームホイール１に噛合してある。

ウォーム軸６のモータ側端部近傍では、フランジ部３２と、雌スプライン軸５との間に、弾性体３３が介装してある。

ウォーム軸６の反モータ側端部は、軸受２１により回転自在に支持してあると共に、軸受２１の内輪２１ａと、フランジ部２２との間に、弾性体２３が介装してある。

これら弾性体２３，３３を適当に圧縮した状態で挟み込むことにより、軸受２１に対し適当な与圧を与え、軸受２１の内部のガタ付きを殺すことが可能となる。また、弾性体２３，３３の設定を工夫することにより、ウォーム軸６を軸方向に変位させることが可能となり、ウォーム８とウォームホイール１の噛合による歯打ち音も低減させることができる。

このように、本実施の形態では、ウォーム軸６は、電動モータ３の駆動軸４と別体となっており、反モータ側端部のみが軸受２１により回転自在に支持してある。

従って、１個の軸受２１と電動モータ３とによってウォーム軸６を支えることが可能となる為、部品点数の大幅削減や、加工・組立工程の簡略化が可能となる。

また、ウォーム軸６と電動モータ３の駆動軸４の芯ズレによって発生する余分な負荷が、軸受２１にかからないようにすることが可能となる。

さらに、ウォーム軸６のモータ側に軸受を設定する必要が無くなる為、当該軸受によるロストルクをも減少させることが可能となる。

さらに、ウォーム軸６のモータ側に軸受を設定する必要が無くなる為、その分電動モータ３の取り付け面をコラムの中心軸に近づけることが可能となり、小スペース化を図ることができる。

さらに、ウォーム軸６と電動モータ３の駆動軸４とが別部品（別体）となることにより、弾性体２３，３３により、ウォーム軸６を軸方向に移動させて歯面の叩き音を低減させることができる。

さらに、ウォーム軸６と電動モータ３の駆動軸４とが別部品（別体）となることにより、減速ギヤの諸元に合わせて自由にウォーム８の諸元を変更することが容易になる。

さらに、ウォーム軸６と電動モータ３の駆動軸４とが別部品（別体）となることにより、電動パワーステアリング装置の組立時に、電動モータ３をメインシャフト（例えば、コラム軸）に近づけたり、離した状態で組付けることにより、組立時のバックラッシが調整可能となる。

さらに、ウォーム軸６と電動モータ３の駆動軸４とが別部品（別体）となることにより、電動モータ３単独でのテストを行うことができる。

（第２実施の形態）
図２は、本発明の第２実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。基本的構造は、上述した実施の形態と同様であり、異なる点についてのみ説明する。

本実施の形態では、電動モータ３の先端部とウォーム軸６の寸法から、弾性支持部に適当な与圧を加えられるように、電動モータ３をハウジング２に組付ける際、その間に与圧を調整するシムＳを組み込むことにより、電動モータ３やウォーム８等の部品に対し、寸法精度がある程度ルーズになった場合でも対応可能となる。

（第３実施の形態）
図３は、本発明の第３実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。基本的構造は、上述した実施の形態と同様であり、異なる点についてのみ説明する。

本実施の形態では、電動モータ３側を雄スプライン、ウォーム軸６側を雌スプラインとした場合の構造であって、電動モータ３の駆動軸４の端部に、雄スプライン部４１が形成してあり、ウォーム軸６のモータ側端部に、雌スプライン部４２が形成してある。両スプライン部４１，４２は、スプライン嵌合してあって、軸方向移動可能になっている。

この場合も、スプラインの関係が逆転したのみであり、基本的構造は、第１実施の形態と同様である。

（第４実施の形態）
図４は、本発明の第４実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。基本的構造は、上述した実施の形態と同様であり、異なる点についてのみ説明する。

本実施の形態では、ウォーム軸６と、電動モータ３の駆動軸４とのスプライン嵌合部を支点（Ｐ）として、ウォーム軸６をウォームホイール１に近付ける方向に、ウォーム軸６の反モータ側端部を押圧する押圧機構５０が設けてある。

即ち、ウォーム軸６の大径部５１に、ブッシュ５２、軸受２１、及びホルダー５３が嵌合してあり、ウォーム軸６の小径部５４に、予圧パッド５５が設けてあり、その外周面に、捩りコイルバネ５６が巻回してある。

従って、ウォーム軸６と駆動軸４とのスプライン嵌合部を支点（Ｐ）として、ウォーム軸６の反モータ側端部（小径部５４）を、ウォーム軸６をウォームホイール１に近付ける方向に弾性的に押圧することができ、噛み合い部のガタ付きを調整することができる。

（第５実施の形態）
図５は、本発明の第５実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。基本的構造は、上述した実施の形態と同様であり、異なる点についてのみ説明する。

本実施の形態では、ウォーム軸６が軸方向に変位しないように、軸受２１を基準に、ウォーム軸６が保持してある。

即ち、ウォーム軸６の反モータ側端部には、ナット６１が螺合してあり、これにより、軸受２１の内輪２１ａが保持してある。また、ハウジング２に、キャップ６２が螺合して装着してあり、これにより、軸受２１の外輪２１ｂが保持してある。

この場合、ウォーム軸６と駆動軸４との両スプライン部４１，４２は、アキシャル方向の荷重を受けず、また、弾性体をウォーム軸６と駆動軸４とで挟み込む必要が無くなる為、この付近の寸法公差は、比較的ルーズに設定可能となる。

（第６実施の形態）
図６は、本発明の第６実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。基本的構造は、上述した実施の形態と同様であり、異なる点についてのみ説明する。

なお、図６に於ける（ｂ−ｂ）線に沿った断面図は、図７の（ｂ）の断面図と同様である。

本実施の形態は、上述した第４実施の形態（図４）に対して、電動モータ３側を雄スプライン、ウォーム軸６側を雌スプラインとした場合の構造であって、電動モータ３の駆動軸４の端部に、雄スプライン部４１が形成してあり、ウォーム軸６のモータ側端部に、雌スプライン部４２が形成してある。両スプライン部４１，４２は、スプライン嵌合してあって、軸方向移動可能になっている。

また、ウォーム軸６と、電動モータ３の駆動軸４とのスプライン嵌合部を支点（Ｐ）として、ウォーム軸６をウォームホイール１に近付ける方向に、ウォーム軸６の反モータ側端部を押圧する押圧機構５０が設けてある。

即ち、ハウジング２に形成した孔に、コイルバネ７１が挿入してあり、軸受２１の外輪２１ｂを弾性的に押圧するようになっている。コイルバネ７１は、押圧板７２を介して、ボルト７３により取付けてある。

従って、ウォーム軸６と駆動軸４とのスプライン嵌合部を支点（Ｐ）として、ウォーム軸６の反モータ側端部を、ウォーム軸６をウォームホイール１に近付ける方向に弾性的に押圧することができ、噛み合い部のガタ付きを調整することができる。

（第７実施の形態）
図７（ａ）は、本発明の第７実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図である。基本的構造は、上述した実施の形態と同様であり、異なる点についてのみ説明する。

本実施の形態は、上述した第６実施の形態（図６）に対して、電動モータ３側を雌スプライン、ウォーム軸６側を雄スプラインとした場合の構造であって、電動モータ３の駆動軸４には、内周面に雌スプラインを形成した筒状の雌スプライン軸５が固定してある。この雌スプライン軸５には、ウォーム軸６のモータ側端部の雄スプライン部７が軸方向移動可能にスプライン嵌合してある。

（第８実施の形態）
図８は、本発明の第８実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。基本的構造は、上述した実施の形態と同様であり、異なる点についてのみ説明する。

本実施の形態では、ウォーム軸６の反モータ側端部には、ナット６１が螺合してあり、これにより、軸受２１の内輪２１ａが保持してある。また、ハウジング２に、キャップ６２が螺合して装着してあり、これにより、軸受２１の外輪２１ｂが保持してある。さらに、ナット６１と軸受２１の内輪２１ａとの間には、カラー６３を介して、弾性体２３が装着してある。これにより、図８の支点（Ｐ）の廻りに、ウォーム軸６の反モータ側端部を、ウォーム軸６をウォームホイール１に近付ける方向に弾性的に押圧することができ、噛み合い部のガタ付きを調整することができる。

従って、モータ側のウォーム軸６を支える軸受が無くなったことにより、ＥＰＳの組立時に電動モータ３をメインシャフト（コラム軸）に近づけたり、離した状態で組付けることにより、組立時のバックラッシが調整可能となる。

なお、この場合、電動モータ３をコラム軸に近づけたり離したりする際、図９（ａ）に示すように、電動モータ３とハウジング２の嵌め合いの間に変芯したスペーサ８０を使用する場合には、矢印の様に左右に回転させることにより、ギヤの芯間の微妙な調整が可能となる。

また、この場合、電動モータ３をコラム軸に近づけたり離したりする際、図９（ａ）に示すように、単純に電動モータ３とハウジング２の嵌め合い部を長穴として、嵌め合い隙間を大きくする場合には、電動モータ３をハウジング２に組付ける際、隙間分だけ調整が可能となる。なお、ハウジング２の孔２ａは、雌ネジであり、モータ側のフランジ孔も、長穴又はやや大きい径の穴である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

今回、実施の形態として様々な形態を示したが、それぞれの実施の形態は、単独の場合の他、各要素を組み合せて使用することが可能である。

例えば、第６実施の形態と、第８実施の形態を組合せ、ＥＰＳの組立時においては、ギヤの噛合い部の調整は、第８実施の形態の構造を用い、その後、第６実施の形態の様に、ウォーム軸をウォームホイールに押圧することにより、減速ギヤの噛合い部のガタ付きを常時抑えることが可能となる。

本発明の第１実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。 本発明の第２実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。 本発明の第３実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。 本発明の第４実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。 本発明の第５実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。 本発明の第６実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。 （ａ）は、本発明の第７実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図である。 本発明の第８実施の形態に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。 （ａ）は、偏芯スペーサの図であり、（ｂ）は、長孔を備えたハウジングの図である。 従来に係る車両用電動パワーステアリング装置の断面図である。

符号の説明

１ ウォームホイール
２ ハウジング
２ａ 雌ネジ
３ 電動モータ
４ 駆動軸
５ 雌スプライン軸
６ ウォーム軸
７ 雄スプライン部
８ ウォーム
１１ 軸受
１１ａ 内輪
１２ フランジ部
１３ 弾性体
１４ 止め輪
２１ 軸受
２１ａ 内輪
２１ｂ 外輪
２２ フランジ部
２３ 弾性体
３２ フランジ部
３３ 弾性体
Ｓ シム
４１ 雄スプライン部
４２ 雌スプライン部
５０ 押圧機構
５１ 大径部
５２ ブッシュ
５３ ホルダー
５４ 小径部
５５ 予圧パッド
５６ 捩りコイルバネ
６１ ナット
６２ キャップ
６３ カラー
７１ コイルバネ
７２ 押圧板
７３ ボルト
８０ 偏芯スペーサ

Claims (5)

1. ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ減速機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する車両用電動パワーステアリング装置において、
   前記ウォームギヤ減速機構のウォーム軸は、電動モータの駆動軸と別体であって、そのモータ側端部が軸受により支持することなく前記駆動軸に連結してあると共に、その反モータ側端部が軸受により回転自在に支持してあることを特徴とする車両用電動パワーステアリング装置。
2. 前記ウォーム軸は、そのモータ側端部が前記電動モータの駆動軸に、軸方向移動可能に連結してあることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動パワーステアリング装置。
3. 前記軸受と、前記ウォーム軸との間に、前記ウォームを軸方向に付勢する弾性体が設けてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電動パワーステアリング装置。
4. 前記ウォーム軸と、前記電動モータの駆動軸との間に、前記ウォームを軸方向に付勢する弾性体が設けてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電動パワーステアリング装置。
5. 前記ウォーム軸と、前記電動モータの駆動軸との連結部を支点として、前記ウォーム軸をウォームホイールに近付ける方向に、前記ウォーム軸の反モータ側端部を押圧する押圧機構を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両用電動パワーステアリング装置。
   

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