JP2005247241A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォームホイールからウォーム軸に作用する反力で、当該両者の間隔が広がって騒音が発生するのを防止する。
【解決手段】操舵部材１の操作に応じて電動モータ４を駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、ステアリングシャフト２に嵌合されたウォームホイール（従動ギヤ）５２と、ウォームホイール５２と噛み合いモータの回転軸に連結されたウォーム軸（駆動ギヤ）５１と、ウォーム軸５１の両端部を、軸受２５，２６を介して、回転可能に支持するハウジング１８とを備え、上記軸受の配置箇所に対応するハウジング外周部を当該ハウジング内側にかしめた構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転者により行われるハンドル（ステアリングホイール）等の操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して運転者の操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関し、特には、電動モータの回転を減速してステアリングシャフトに伝達する減速機構を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

上記電動パワーステアリング装置は、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ等のセンサと、操舵補助用の電動モータと、電動モータを駆動するモータ駆動回路と、電動モータの回転を減速してステアリングシャフトに伝達する減速機構と、これらを電子的に制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備え、ＥＣＵにおいては、センサから取り込んだセンサ信号に基づいて、上記操舵補助に適したトルクを発生するのに必要な電動モータの駆動量を演算し、その駆動量に対応する制御信号をモータ駆動回路に与えて電動モータを駆動する構成となっている（例えば特許文献１参照）。

減速機構は、ハウジング内にステアリングシャフトに嵌合されたウォームホイールと、電動モータの回転軸に連結されたウォーム軸とを収容しており、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いにより、電動モータの回転を減速してステアリングシャフトに伝達することで、ハンドルの操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータが発生する操舵補助トルクとの和を、出力トルクとしてステアリング機構に与える。
特開２００２−１６６８３８号公報

上記減速機構においては、ウォーム軸の両端部を、軸受を介して、ハウジング内に支持する一方、ウォームホイールは、ウォーム軸に噛み合う状態で、ステアリングシャフトの中途部に同軸一体に固着し、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシュを抑制するべく、ウォーム軸に軸方向に所要の予圧を与えている。

しかしながら、従来からのかかる減速機構では、電動パワーステアリング装置の動作中、ウォームホイールからウォーム軸に大きな反力が作用すると、ウォーム軸がウォームホイールから離れる方向に押圧され、それらの軸芯間隔が変化してしまう結果、バックラッシュ音が発生するおそれがあった。

本発明による電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、従動ギヤと、従動ギヤと噛み合い電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤと、駆動ギヤの両端部を軸受を介して回転可能に支持するハウジングとを備え、上記軸受の配置箇所に対応するハウジング外周部を当該ハウジング内側にかしめたことを特徴とするものである。

上記構成の組立てに当たっては、まず、ハウジングの内部に駆動ギヤをその両端部の軸受と共に挿入し、ハウジング内で駆動ギヤに軸方向に予圧を与え、こののち、上記軸受の配置箇所に対応するハウジング外周部を当該ハウジング内側にかしめる。これにより、駆動ギヤは軸受を介してハウジング内で固定されるから、電動パワーステアリング装置の動作中、従動ギヤから駆動ギヤに大きな反力が作用しても、駆動ギヤは従動ギヤから離隔する方向に変位することが抑制され、従動ギヤとの間のバックラッシュが拡大することがない。

ハウジングの外周部のかしめ箇所には、かしめ治具を当てるための凹部を予め形成しておくことが好ましいが、ハウジングの外表面とかしめ治具との間に滑りが生じないのであれば、かしめ用凹部の形成を省略してもよい。

好ましくは、上記従動ギヤがウォームホイールであり、上記駆動ギヤがウォーム軸であり、上記ハウジングが、ウォームホイールを収容するウォームホイール収容部と、該ウォームホイール収容部と一体に連成されかつウォーム軸を軸受を介して支持した状態で収容するウォーム軸収容部とを備え、上記ウォーム軸収容部の外周部を当該ウォーム軸収容部内の軸受に向けてかしめる。この場合、ウォーム軸収容部に対するかしめの部位は、ウォーム軸両端の２つの軸受のいずれか一方の側に設定してもよいし、両軸受側に設定してもよい。さらに、このかしめの部位は、ウォームホイール収容部に近い部分でも、ウォームホイール収容部から遠い部分でもよい。

本発明によると、電動パワーステアリング装置の動作中においてウォームホイールからの反力によるウォーム軸の変位を防止して、バックラッシュ音の発生を抑制ないしは防止することができる。

図面を参照して本発明による最良の形態に係る電動パワーステアリング装置を説明すると、図１は、同電動パワーステアリング装置を、関連する車両構成と共に示す概略構成図で、主要部は軸方向に沿った半断面で示している。図２は、図１の（２）−（２）に沿った断面図で、一部外形を示している。図３は、図１の装置の一部であるギヤハウジングの外観斜視図である。

この電動パワーステアリング装置は、コラムアシストタイプであって、操舵部材としてのステアリングホイール（ハンドル）１に一端が連結されたステアリングシャフト２と、ステアリングホイール１の操作によってステアリングシャフト２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、駆動により操舵補助トルクを発生させる電動モータ４と、この電動モータ４の回転を減速してステアリングシャフト２に伝達する減速機構５と、トルクセンサ３等のセンサの出力信号に基づいて電動モータ４の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）６とを備えている。

ステアリングシャフト２の他端は、図示省略した下部軸を介して、例えばステアリング機構（舵取機構）７に連結される。ステアリング機構７は、ラックアンドピニオン式のもので、図示しないが、操舵操作により回転するピニオンと、このピニオンに噛み合うラック軸とを有し、ピニオンはステアリングシャフト２の他端に連結され、ラック軸の両端は、タイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材８を介して操向用の車輪９に連結されている。ＥＣＵ６に出力信号を供給するセンサとしては、トルクセンサ３のほかには、車速センサや、エンジン回転センサがある。

以下の説明では、電動パワーステアリング装置の車両への実装状態に即して、ステアリングホイール１に近い側を上側もしくは上端、ステアリング機構７に近い側を下側もしくは下端という。

ステアリングシャフト２の中途部は、ステアリングホイール１側から順に、上部軸１０と、筒状の入力軸１１と、トーションバー１２と、筒状の出力軸１３とから構成されている。

ステアリングシャフト１２の上部軸１０は、ステアリングホイール１と一体に回転しうる状態でステアリングコラム１４内に挿通されている。入力軸１１は、その筒状内部に挿入したトーションバー１２と共に、ピン１５により上部軸１０の下端部に連結されている。トーションバー１２は、その中間部１２ｃに長尺で細径のねじり領域を有するもので、大径円柱形状をなす上端部１２ａが前記したように上部軸１０に連結されるとともに、大径円柱形状をなす下端部１２ｂが出力軸１３の筒状内部に挿入されて、ピン１６により出力軸１３に連結されている。このトーションバー１２の外周で、ステアリングシャフト２の入力軸１１はトーションバー１２の下端側へ、また出力軸１３はトーションバー１２の上端側へそれぞれ延出しており、トーションバー１２の中間部１２ｃの外周で互いに同心に入れ子状に配置されている。

トルクセンサ３は、センサハウジング１７に収容され、また、減速機構５は、ギヤハウジング１８に収容されている。センサハウジング１７とギヤハウジング１８は、ステアリングシャフト２の周りに軸方向上下に配置されて互いに結合され、結合状態でステアリングコラム１４の下部を構成している。

センサハウジング１７は、上端部がステアリングコラム１４に結合されて、ステアリングコラム１４に近い位置で針状ころ軸受１９により入力軸１１を回転可能に支持し、下端側では、その内周に設けた玉軸受２０により出力軸１３を回転可能に支持している。ギヤハウジング１８は、センサハウジング１７の下部に結合されて、その下端側の内周に設けた玉軸受２１により出力軸１３を回転可能に支持している。このギヤハウジング１８の形状、構造については、その内部に収容する減速機構５の構成に関連付けて後述する。

トルクセンサ３は、センサハウジング１７の内部で、入力軸１１と出力軸１３との軸方向対向部の外周に配置されており、検出用のコイル３１と、温度補償用のコイル３２とを有している。これらのコイル３１，３２は、通電により、各コイル３１，３２を収容する磁性体製のケース３３，３４と、両コイル３１，３２の内周で入力軸１１および出力軸１３の外周面に取付けられた磁性体製のリング２２，２３，２４との間に磁気回路を形成する。検出用コイル３１の周りに形成される磁気回路の磁気抵抗は、トーションバー１２のねじれに伴い、入力軸１１に対して出力軸１３が回転方向に位置ずれすることで変化し、この変化に応じて検出用コイル３１のインピーダンスを変化させる。トルクセンサ３は、トーションバー１２のねじれを、検出用コイル３１でのインピーダンスの変化として検出するようになっている。

減速機構５は、ウォーム軸（駆動ギヤ）５１と、ウォームホイール（従動ギヤ）５２とを備え、これらウォーム軸５１およびウォームホイール５２は、ギヤハウジング１８の内部に収容されている。ウォームホイール５２は、センサハウジング１７側の玉軸受２０と、ギヤハウジング１８の下端側の玉軸受２１との間で、出力軸１３に同軸に固着されている。ウォーム軸５１は、図２に示すように、ウォームホイール５２と噛み合う状態で、電動モータ４の回転軸４ａに同軸に結合されている。

ギヤハウジング１８は、内部にウォームホイール５２を収容するウォームホイール収容部（従動ギヤ収容部）１８２と、ウォーム軸５１を収容するウォーム軸収容部（駆動ギヤ収容部）１８１とからなる。

ウォームホイール収容部１８２は、両端開放の段付き円筒形状で、大径円筒部１８２ａと小径円筒部１８２ｂとを連成した構成になっている。大径円筒部１８２ａは、ウォームホイール５２を収容し、その上端側の開放部はセンサハウジング１７により閉塞されている。小径円筒部１８２ｂは、玉軸受２１を介して出力軸１３を支持している。ウォーム軸収容部１８１は、一端側（図２の左側）が閉塞されて内部にウォーム軸５１を収容する小径円筒部１８１ａと、該小径円筒部１８１ａに連成されて電動モータ４に一体に連結される大径円筒部１８１ｂとからなる。

ウォーム軸収容部１８１の小径円筒部１８１ａと、ウォームホイール収容部１８２の大径円筒部１８２ａとは、ウォーム軸５１とウォームホイール５２との噛み合いを達成するよう、一体に連成されている。

ウォーム軸５１は、ウォームホイール５２と噛み合う大径のウォーム軸本体５１ａと、ウォーム軸本体５１ａの両側から軸方向に延びる小径端部５１ｂ，５１ｃと、これら小径端部５１ｂ，５１ｃに隣接して形成された環状フランジ部５１ｄ，５１ｅとを備えている。

ウォーム軸収容部１８１の内部において、ウォーム軸５１の小径端部５１ｂ，５１ｃの、環状フランジ部５１ｄ，５１ｅより軸方向外側の外周面それぞれに玉軸受２５，２６が配置されている。一方の玉軸受２５は、ウォーム軸収容部１８１の一端側内壁面とウォーム軸５１の環状フランジ部５１ｄとの間に配置され、他方の玉軸受２６は、ロックナット２７付きの押えねじ環２８と、ウォーム軸５１の環状フランジ部５１ｅとの間に配置され、押えねじ環２８のねじ込みにより、一端側に向けて押されており、これによってウォーム軸５１に所要の軸方向の予圧が付与されている。

ウォーム軸５１の電動モータ側の小径端部５１ｃは、電動モータ４の回転軸４ａに対して、当該回転軸４ａに外嵌されている筒体２９を介して、一体回転するよう結合されている。

ＥＣＵ６は、マイクロコンピュータ６１を中心に構成されたもので、特に図示しないが、センサ用インタフェースやモータ駆動回路等の周辺回路を含んでいる。ＥＣＵ６のマイクロコンピュータ６１は、トルクセンサ３等のセンサからの出力信号を取り込み、取り込んだセンサの出力信号に基づいて、操舵補助に適したトルクを発生するのに必要な電動モータ４の駆動量を演算し、その駆動量に対応する制御信号により電動モータ４を駆動する。

以上の構成において、ウォーム軸５１は、玉軸受２５，２６と共に、ギヤハウジング１８のウォーム軸収容部１８１内に組み込んであるだけでは、電動パワーステアリング装置の動作中に、ウォームホイール５２からの反力により、ウォームホイール５２から離隔する方向に押圧されて、ウォームホイール５２との間隔が広がってしまう可能性がある。

本実施形態では、ウォーム軸収容部１８１の外周部であって、当該ウォーム軸収容部１８１の小径円筒部１８１ａとウォームホイール収容部１８２の大径円筒部１８２ａとの連接部分２００に近く、かつ、ウォーム軸５１を支持する玉軸受２５，２６の径方向外側に対応する箇所に、予め、その両側それぞれにかしめ用凹部３５，３６を形成しておき、ウォーム軸５１をその支持用の玉軸受２５，２６とともに組み込んだ後に、かしめ用凹部３５，３６にかしめ治具を当てがって、白抜き矢印イ，ロで示すように、該凹部３５，３６を径方向内向きにかしめ、ウォーム軸５１の軸位置を径方向に動かないように固定している。以上のように、ギヤハウジング１８のウォーム軸収容部１８１におけるかしめ用凹部３５，３６は、ウォーム軸５１を支持する玉軸受２５，２６それぞれの径方向外側で、ウォームホイール収容部１８２に近い箇所に形成している。

上記のように、ギヤハウジング１８のウォーム軸収容部１８１の外周部をかしめると、ウォーム軸収容部１８１の肉厚部分が、玉軸受２５，２６の外周に嵌着するように微量的に変形して、玉軸受２５，２６をウォーム軸収容部１８１内に固定する。これで、ウォーム軸５１の軸位置が玉軸受２５，２６を介してほぼ径方向不動に固定され、電動パワーステアリング装置の動作中、ウォームホイール５２から大きな反力が作用しても、ウォーム軸５１はウォームホイール５２に対して変位せず、ウォームホイール５２との間の軸間間隔が広がるようなことがなくなり、バックラッシュに起因する騒音の発生を防止する。

上記の場合、ギヤハウジング１８の外表面とかしめ治具との間に滑りが生じないのであれば、予めかしめ用凹部３５，３６を形成しておく必要はない。また、かしめ箇所は、ウォーム軸５１を回転自在に支持する一対の転がり軸受２５，２６のいずれか一方の外側にのみ設定するようにしてもよい。

ギヤハウジング１８のウォーム軸収容部１８１の外周部でのかしめ箇所は、図１ないし図３に示すように、ウォームホイール収容部１８２に近い位置に限らず、図４および図５に示すように、他の位置に設定してもよい。

図４は、本発明の他の形態のギヤハウジング１８の側面図、図５は、図４のギヤハウジング１８の、ステアリングシャフト２の軸方向に沿った正面図である。これらの図に示す実施形態では、ギヤハウジング１８のウォーム軸収容部１８１の外周部のうち、ウォーム軸５１を支持する玉軸受２５，２６の外側であって、ウォームホイール収容部１８２から遠い側に盛り上がり部３７，３８を設け、この盛り上がり部３７，３８に、予めその両側のそれぞれにかしめ用凹部３９，４０を形成している。

組立てに当たって、ウォーム軸５１をその支持用の玉軸受２５，２６とともにウォーム軸収容部１８１内に組み込んだ後に、かしめ用凹部３９，４０にかしめ治具を当てがって、該凹部３９，４０を径方向内側（白抜き矢印ハ、ニの方向）にかしめ、ウォーム軸５１の軸位置を径方向に動かないように固定している。

なお、本発明においては、減速機構５の駆動ギヤや従動ギヤは、はすばかさ歯車やハイポイド歯車等、他種の歯車で構成されてもよい。また、本発明においては、ステアリングシャフト２の下端の軸であって、ステアリング機構７の入力軸となるピニオン軸を、減速機構を介して駆動するタイプの電動パワーステアリング装置にも実施しうる。また、ステアリングホイール１に連結されたピニオンとは別に設けた第２のピニオンをラック軸に噛み合わせ、第２のピニオンにウォームホイール等の従動ギヤを嵌着させて、上記実施形態と同様に電動モータ４の操舵補助トルクを与える構成としてもよい。

本発明の最良の形態に係る電動パワーステアリング装置を、関連する車両構成と共に示す概略構成図で、主要部は軸方向に沿った半断面で示している。 図１の（２）−（２）に沿った断面図で、一部外形を示している。 図１の装置の一部であるギヤハウジングの斜視図。 本発明の他の実施形態のギヤハウジングの側面図。 図４ギヤハウジングの、ステアリングシャフトの軸方向に沿った正面図。

符号の説明

１ ステアリングホイール（操舵部材）
２ ステアリングシャフト
３ トルクセンサ
４ 電動モータ
５ 減速機構
５１ ウォーム軸（駆動ギヤ）
５２ ウォームホイール（従動ギヤ）
７ ステアリング機構
１８ ギヤハウジング
１８１ ウォーム軸収容部（駆動ギヤ収容部）
１８２ ウォームホイール収容部（従動ギヤ収容部）
２５，２６ ウォーム軸支持用の玉軸受
３５，３６ かしめ用凹部

Claims (2)

1. 操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
   従動ギヤと、
   従動ギヤと噛み合い電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤと、
   駆動ギヤの両端部を軸受を介して回転可能に支持するハウジングとを備え、
   上記軸受の配置箇所に対応するハウジング外周部を当該ハウジング内側にかしめた、ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記従動ギヤがウォームホイールであり、上記駆動ギヤがウォーム軸であり、
   上記ハウジングが、ウォームホイールを収容するウォームホイール収容部と、該ウォームホイール収容部と一体に連成されかつウォーム軸を軸受を介して支持した状態で収容するウォーム軸収容部とを備え、
   上記ウォーム軸収容部の外周部を、当該ウォーム軸収容部内の軸受に向けてかしめた、ことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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