JP2005289083A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングに操舵軸が芯ずれなく安定した状態で支持されるようにして、操舵軸に設けられる従動ギヤと駆動ギヤとのバックラッシュの変化を抑制し、騒音や噛合い不良等の発生を防止する。
【解決手段】本電動パワーステアリング装置は、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ものであって、操舵軸（出力軸１３）はハウジング（センサハウジング１７）に軸受２０を介して回転可能に支持され、従動ギヤ５２は、軸受２０より大径で、該軸受２０の軸方向隣り位置で操舵軸１３に嵌着される。軸受２０は、操舵軸１３の外周面とハウジング１７の内周面とに対してそれぞれ圧入により嵌着されている。従動ギヤ５２には、押圧部材Ｊが軸受２０の外輪２０ｂに当接できるように挿通可能な挿通孔２５が形成されている。
【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等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）とを備えている。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、ＥＣＵに含まれる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、ステアリングシャフトに嵌着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ギヤハウジング内に収容したものである。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。

ステアリングシャフトの各軸部分のうち、上記減速機構のウォームホイールが嵌着される軸部分（例えば、トーションバーの下部に連結される出力軸）は、内部にトルクセンサを収容するセンサハウジングに軸受を介して回転可能に支持される。このセンサハウジングの軸方向下部にギヤハウジングが結合される。
特開２００２−１６６８３８号公報

上記構造の組立てに当たっては、まず、ステアリングシャフトの上部側とは分離されている状態の出力軸の外周に、軸受やウォームホイールを嵌着しておいて、この組立体に対して、センサハウジング等を軸方向に組み付けて、センサハウジングの内周に出力軸側の軸受を嵌合させる。この嵌合により、出力軸は、軸受を介してセンサハウジングに回転可能に支持されることになる。

しかしながら、出力軸を回転可能に支持する軸受は、その外輪がセンサハウジングの内周面に軸方向に嵌挿されただけで、センサハウジングとはルーズなはめあいとなっている。そのため、センサハウジングの内部で出力軸は微量的に径方向に芯ずれしやすく、出力軸に嵌着されたウォームホイールと、これと噛み合うウォーム軸との間で軸間間隔が安定せず、バックラッシュが広がる等の変化が生じ、騒音の発生や、噛合い不良等の不具合が起きるおそれがある。

これに対しては、上記軸受の内輪に軸方向の押圧力を加えて、軸受の外輪をセンサハウジングの内周面の内側に圧入することが考えられる。しかし、軸受の内輪に軸方向の押圧力を加えて外輪を圧入すると、軸受の転動体（ボール）により軌道面に圧痕が生じるため、外輪を圧入するには外輪を押すしかない。軸受の軸方向隣り位置には比較的大径のウォームホイールが設けられていて、このウォームホイールが障害になるので、軸受の外輪に軸方向の押圧力を加えることができない、という問題がある。

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であって、操舵軸の外周面とハウジングの内周面との間に圧入される軸受と、上記操舵軸の外周面における上記軸受の軸方向隣り位置に嵌合され、かつ外径が上記軸受の外輪の外径よりも大きい従動ギヤとを備え、上記従動ギヤに、押圧部材が上記軸受の外輪に当接できるように挿通可能な挿通孔を設けたことを特徴とするものである。

上記構成によれば、上記軸受は、操舵軸ともハウジングとも、すきまなく嵌着され、タイトなはめあい（圧入）となっているから、操舵軸はこの軸受を介してハウジングに、径方向に変位しない状態で強固に支持される。そのため、操舵軸に嵌着されている従動ギヤと、電動モータ側の駆動ギヤとの間で軸間間隔が一定の間隔に保たれ、バックラッシュが広がる等の変化に伴う騒音や、噛合い不良等の不具合の発生が防止される。

組立てに当たっては、従動ギヤの挿通孔を通じて押圧部材を軸方向に挿通し、軸受の外輪をハウジングの内周面の内側に押し込めばよく、従動ギヤが、押圧部材を使用する際の障害とならず、押圧部材による軸受のハウジング内周面内への圧入を支障なく行える。

本発明の好ましい実施形態として、上記従動ギヤを収容する従動ギヤ収容部を備え、上記従動ギヤ収容部に、上記押圧部材が上記挿通孔を介して上記軸受の外輪に当接できるよう挿通可能な別の挿通孔を設ける。

組立てに当たって、操舵軸の外周に従動ギヤ収容部を取付けておく場合、この従動ギヤ収容部が押圧部材の使用を阻害するおそれがあるが、上記の構成では、従動ギヤの挿通孔と従動ギヤ収容部の挿通孔とを通じて押圧部材を軸受の外輪に当接することができるから、押圧部材により軸受の外輪をハウジングの内周面の内側に支障なく圧入することができる。

本発明によれば、ハウジングに操舵軸を芯ずれなく安定した状態に支持させ、操舵軸に嵌着されている従動ギヤと、電動モータ側の駆動ギヤとのバックラッシュの変化を抑制し、バックラッシュの変化に伴う騒音や噛合い不良等の不具合の発生を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て断面して示している。図２は、図１の要部の組立て時の状態を示す拡大半断面図である。

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（操舵軸）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、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、例えば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。ＥＣＵ６は、マイクロコンピュータ６１を中心に構成されており、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。

以下、電動パワーステアリング装置の主要部の説明では、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２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とともに、径方向に貫通するピン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、同じく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、径方向に貫通するピン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、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、それらの延出部は、トーションバー１２の中間部１２ｃの外周で互いに軸方向に対向するとともに、径方向内外に入れ子状に外嵌内挿されている。

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とは、ステアリングシャフト２の中途部の周りに軸方向上下に配置されて互いに結合され、その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、軸方向下方に突出する装着円筒部１７ａ内に設けた玉軸受２０により出力軸１３を回転可能に支持している。玉軸受２０の内輪２０ａは、出力軸１３の大径部１３ａの外周面１３ａｏに圧入により嵌着され、外輪２０ｂは、センサハウジング１７の装着円筒部１７ａの内周面１７ａｉ内に圧入により嵌着されている。

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のさらに詳しい構造、形状については、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、駆動ギヤとしてのウォーム軸５１と、従動ギヤとしてのウォームホイール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の外輪２０ｂより大径で、該玉軸受２０の軸方向隣り位置に設けられており、該玉軸受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の中間径部１３ｂに同軸に固着されている。

このウォームホイール５２には、センサハウジング１７側の玉軸受２０の外輪２０ｂと軸方向に対向する位置に、軸方向に貫通する挿通孔２５が形成されている。この挿通孔２５は、図２に示すように、前記玉軸受２０の外輪２０ｂの側面を軸方向に押圧する押圧治具Ｊを挿通するための孔で、玉軸受２０の外輪２０ｂの円周方向各部が押圧治具Ｊで均等に押圧されるよう、円周方向等間隔に複数（例えば３個）設けられている。この挿通孔２５に挿通された押圧治具Ｊの押圧により、前記の玉軸受２０は、センサハウジング１７の装着円筒部１７ａ内に圧入され嵌着されている。

ギヤハウジング１８は、ウォームホイール収容部（従動ギヤ収容部）１８２と、ウォーム軸収容部（駆動ギヤ収容部）１８１とからなる。

ギヤハウジング１８の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、内部にウォームホイール５２を収容する大径円筒部１８２ａと、玉軸受２１を介して出力軸１３を支持する小径円筒部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。

ギヤハウジング１８のウォームホイール収容部１８２において、大径円筒部１８２ａと小径円筒部１８２ｂとの間の段落壁部１８２ｃには、ウォームホイール５２の挿通孔２５と軸方向に対向しうる個所に、上記押圧治具Ｊを通すための挿通孔２６が設けられている。このウォームホイール収容部１８２の挿通孔２６は、ウォームホイール５２の挿通孔２５と同数、円周方向等間隔に設けられる。したがって、押圧治具Ｊは、ウォームホイール収容部１８２の挿通孔２６と、ウォームホイール５２の挿通孔２５とを通じて、センサハウジング１７側の玉軸受２０の外輪２０ｂを軸方向に押圧し得るようになっている。

ギヤハウジング１８のウォーム軸収容部１８１は、内部にウォーム軸５１を収容する小径円筒部１８１ａと、この小径円筒部１８１ａの軸方向一端に連成された大径円筒部１８１ｂとからなる。このウォーム軸収容部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、内部空間が互いに連通しており、連通した空間内でウォーム軸５１とウォームホイール５２とが噛合している。

ウォーム軸収容部１８１の小径円筒部１８１ａ内において、ウォーム軸５１は、その軸方向両端部に設けられた軸受（図示省略）により回転可能に支持されている。ウォーム軸収容部１８１の大径円筒部１８１ｂは、小径円筒部１８１ａとは反対側が開口しており、この開口端部に電動モータ４がウォーム軸５１と連結された状態で装着されている。なお、大径円筒部１８１ｂの外周複数個所には、耳状に張り出す結合片１８１ｃが連成されており、この結合片１８１ｃは、電動モータ４側の図示省略した被結合片とボルト２７およびナット２８等の締結部材により結合される。

図１において断面で示す主要部を組立てる際には、図２に示すように、まず、ステアリングシャフト２の上部側とは分離されている状態の出力軸１３の外周に、玉軸受２０やウォームホイール５２を嵌着し、またウォームホイール５２の軸方向下側には軸受２１を介してギヤハウジング１８を設けることにより、出力軸１３側の組立体を組立てる。この場合、玉軸受２０の内輪２０ａは、出力軸１３の大径部１３ａの外周面１３ａｏに圧入により嵌着する。

一方、この出力軸１３よりもステアリングシャフト２の上部を構成する入力軸１１や、トーションバー１２、トルクセンサ３、センサハウジング１７等を互いに組み合わせて入力軸１１側の組立体を作る。

そして、この入力軸１１側の組立体を、出力軸１３側の組立体に軸方向に嵌挿して、対応する部分どうしを適宜連結もしくは結合する。ギヤハウジング１８のウォームホイール収容部１８２の上端側の開放部は、センサハウジング１７の軸方向下部と嵌合し、内部にウォームホイール５２を収容した状態で、センサハウジング１７の軸方向下部により閉塞される。

このとき、玉軸受２０の外輪２０ｂには、センサハウジング１７の装着円筒部１７ａが臨むことになるが、玉軸受２０の外輪２０ｂの外径と、装着円筒部１７ａの内径とは負のすきまで嵌合する関係にあり、単に軸方向に相対移動させるだけでは互いに嵌合しない。

本実施形態では、ウォームホイール５２の挿通孔２５と、ギヤハウジング１８のウォームホイール収容部１８２の挿通孔２６とを軸方向に一致させた状態で、これらの挿通孔２５，２６を通じて、白抜き矢印で示すように押圧治具Ｊを軸方向内側に挿入し、押圧治具Ｊの挿入端で、玉軸受２０の外輪２０ｂの側面を押圧し、この押圧力により玉軸受２０をセンサハウジング１７の装着円筒部１７ａ内に圧入する。これで、玉軸受２０は、その内輪２０ａが出力軸１３の外周面に嵌着された状態で、外輪２０ｂもセンサハウジング１７の装着円筒部１７ａ内に嵌着される。このような玉軸受２０を介して、出力軸１３はセンサハウジング１７に芯ずれのない状態で回転可能に支持されることになる。

なお、上記で説明した組立て工程とは異なり、ウォームホイール５２に隣り合う玉軸受２０をセンサハウジング１７の装着円筒部１７ａ内に圧入した後に、ウォームホイール５２の周りにギヤハウジング１８を装着する工程を行う場合、ギヤハウジング１８は、押圧治具Ｊの挿通に対する障害とならないから、ギヤハウジング１８の挿通孔２６は省略することができる。

センサハウジング１７の下端で出力軸１３を支持する軸受は、玉軸受に限らず、円筒ころ軸受、円すいころ軸受であってもよい。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、本発明は、ステアリングシャフト１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。

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て断面して示している。 図１の要部の組立て時の状態を拡大して示す拡大半断面図。

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（操舵軸）
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）
１３ 出力軸（操舵軸の一部）
１７ センサハウジング（ハウジング）
１７ａ 装着円筒部
１７ａｉ 装着円筒部の内周面（ハウジングの内周面）
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）
２０ 玉軸受
２０ｂ 外輪
２５ （ウォームホイールの）挿通孔
２６ （ウォームホイール収容部の）挿通孔
Ｊ 押圧治具（押圧部材）

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であって、
   操舵軸の外周面とハウジングの内周面との間に圧入される軸受と、
   上記操舵軸の外周面における上記軸受の軸方向隣り位置に嵌合され、かつ外径が上記軸受の外輪の外径よりも大きい従動ギヤとを備え、
   上記従動ギヤに、押圧部材が上記軸受の外輪に当接できるように挿通可能な挿通孔を設けた、ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記従動ギヤを収容する従動ギヤ収容部を備え、
   上記従動ギヤ収容部に、上記押圧部材が上記挿通孔を介して上記軸受の外輪に当接できるよう挿通可能な別の挿通孔を設けた、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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