JP2007131144A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでありながら、電動モータの回転軸をガタなく支持することができる電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】モータ１０９の後方部で一体型の回転軸１０９ａを支持する軸受１１２を４点接触式玉軸受としているので、別個に軸受予圧装置等を用いることなく、軸線方向の力（両方向）をこの軸受１１２で受けることができ、また４点接触玉軸受であるためガタも少なくウォーム１０８とウォームホイール１０７の歯面を適切に噛み合わせることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は電動式パワーステアリング装置に関し、特に小型・軽量な電動式パワーステアリング装置に関する。

電動式パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクやその他の信号を検出し、その検出信号に基づいて電動モータを駆動し、減速機を介して出力軸を回転させ、操舵力を補助するものである。

ここで、特許文献１に示す電動式パワーステアリングにおいては、電動モータの回転軸に連結したウォームと、出力軸に連結されたウォームホイールとを噛合させることで、動力伝達を行っている。
特開平９−３０４３２号公報 特開２００５−２１９７０８号公報

ここで、特許文献１の技術においては、電動モータの回転軸を２つの玉軸受で回転自在に支持しており、且つウォーム側の玉軸受の外輪を、他方の軸受の外輪に向かって押圧することで、２つの軸受に予圧を付与し、ガタを排除する軸受予圧装置を設けている。但し、この軸受予圧装置によれば、予圧の管理が必要となるので組立が複雑となる。又、予圧により軸受の作動トルクが大きくなり、ステアリング系全体の作動トルクも大きくなり、いわゆるハンドル戻りが悪くなるといった問題も考えられる。

一方、ウォームとウォームホイールを噛合させたときに、歯面間のバックラッシュを排除するために、ウォーム予圧装置がウォーム側の玉軸受近傍に設けられることがある（特許文献２参照）。このようなウォーム予圧装置を設けると、軸受予圧装置を設けることが困難となる。又、モータの高出力化を推進すると発熱が増大し、その放熱を十分に行うためには小型化が困難となるという問題もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コンパクトでありながら、電動モータの回転軸をガタ（軸受内部、ウォーム・ウォームホイールの噛合部のバックラッシュ等）なく支持することができる電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ回転軸を回転させるモータと、
車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
ステアリングホイールから前記出力軸へと操舵力を伝達する入力軸と、
前記モータの前記回転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結する動力伝達機構と、からなり、
前記動力伝達機構は、前記回転軸と一体的に形成されたウォームと、前記出力軸に連結されたウォームホイールとを有することを特徴とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置によれば、前記動力伝達機構は、前記回転軸と一体的に形成されたウォームと、前記出力軸に連結されたウォームホイールとを有するので、前記回転軸をガタを抑えて支持することができ、コンパクト且つ簡素な電動式パワーステアリング装置を提供できる。

前記回転軸は、前記ハウジングに対して４点接触式玉軸受を介して支持されているので、前記回転軸と一体的に形成されたウォームと相まって、前記回転軸をガタを抑えて支持することができる。

前記ウォームの歯面と、それに噛合する前記ウォームホイールの歯面とに予圧を付与するウォーム予圧機構を設けると好ましい。

前記回転軸は、その両端２カ所を前記ハウジングに対して軸受により支持されており、前記モータ側で支持する軸受は４点接触式玉軸受であると好ましい。

前記ハウジングは、前記モータのフレームと一体化されていると好ましい。「一体化」とは、部分的に一体化されていること、完全に一体化されていることの両方を含む。

前記ハウジングの材質は、アルミ又はアルミ合金、マグネシウム又はマグネシウム合金であると好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。図１において、車体２６に対して、ブラケット２４を介してチューブ状のコラム１５が、チルト方向（矢印Ａ方向）及びテレスコ方向（矢印Ｂ方向）に移動可能に支持されている。上端部にステアリングホイール１を取り付けたステアリングシャフト１７は、ステアリングコラム１５に挿通され、それに対して回転自在に支持されている。ステアリングコラム１５とステアリングシャフト１７とは、二次衝突時などに軸線方向に大きな荷重を受けたとき縮長するように変形する、いわゆるコラプシブル構造を備えている。

ステアリングシャフト１７の下端は、車体２６に対してブラケット１８により取り付けられた電動式パワーステアリング装置１００の入力軸１０２に連結されている。一方、電動式パワーステアリング装置１００の出力軸１０３は、ユニバーサルジョイント７Ａを介して中間軸８の上端に連結され、中間軸８の下端は、ユニバーサルジョイント７Ｂを介してピニオンシャフト１０に連結されている。ピニオンシャフト１０に形成されたピニオンは、ラック軸９のラック歯に噛合している。ラック軸９の両端は、それぞれタイロッド１３を介して、不図示の車輪を操舵する操舵機構に連結されている。

図２は、図１の矢印IIにより示す、本実施の形態に用いる電動式パワーステアリング装置１００の断面図である。本体１０１ｂと蓋部材１０１ａとからなるアルミ又はアルミ合金、マグネシウム又はマグネシウム合金から形成されたハウジング１０１内に、入力軸１０２および出力軸１０３が配置されている。入力軸１０２は、不図示の軸受によりハウジング１０１に対して回転自在に支持されている。中空の出力軸１０３は、軸受１０４，１１０によりハウジング１０１に対して回転自在に支持されている。図２で右端を入力軸１０２に圧入し、左端を出力軸１０３にピン結合させることで連結したトーションバー１０５が、出力軸１０３内を延在している。

出力軸１０３の図２で右端近傍外周に対向する位置に、受けたトルクに比例してトーションバー１０５がねじれることに基づき、操舵トルクを検出する検出装置すなわちトルクセンサ１０６が設けられている。このトルクセンサ１０６は、ロータリー式非接触トルクセンサであって、トーションバー１０５のねじれに基づく入力軸１０２と出力軸１０３との相対角度変位を、所定の磁気回路におけるインピーダンスの変化としてコイルにより検出し、電気信号として不図示の制御回路へ出力するものである。

出力軸１０３の中央部において軸受１０４，１１０の間には、ウォームホイール１０７が配置されている。ウォームホイール１０７は、圧入などにより出力軸１０３に一体的に回転するように取り付けられた芯金１０７ａと、その外周にインサート成形されてなる樹脂の歯部１０７ｂとからなる。ウォームホイール１０７の歯部１０７ｂは、ハウジング１０１に取り付けられたモータ１０９の回転軸に一体的に形成されたウォーム１０８と噛合している。ウォームホイール１０７とウォーム１０８とで動力伝達機構を構成する。

図３は、図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図３において、ハウジング１０１の大孔１０１ｃ内にモータ１０９が配置されている。モータ１０９は、回転軸１０９ａと、回転軸１０９ａの周囲に配置されたロータ１０９ｂと、大孔１０１ｃの内周に設けられロータ１０９ｂに対向するステータ１０９ｄとを有する。大孔１０１ｃと回転軸１０９ａとの間は、シール１０９ｅにより密封されている。

大孔１０１ｃは、ハウジング１０１と一体であるモータのフレーム１０９Ｆに組み付けられることでハウジング１０１の一部を構成する４点接触式軸受支持ホルダ１１１により閉止されている。中空の４点接触式軸受支持ホルダ１１１の内部には、回転軸１０９ａが挿通されており、更に４点接触式玉軸受１１２と回転軸１０９ａの回転速度を検出する回転検出器Ｓが設けられている。モータ１０９の回転軸１０９ａの一端（図３で左端）は、４点接触式軸受支持ホルダ１１１に対して４点玉接触式軸受１１２で支持されている。４点接触式玉軸受１１２の軸線方向両側には、回転軸１０９の外周に取り付けられたゴムダンパＧＰが配置されており、回転軸１０９に対して４点接触式玉軸受１１２が軸線方向に変位することを許容すると共に、変位量に応じた付勢力を与えるようになっている。一方、回転軸１０９ａの他端（図３で右端）は、ハウジング１０１に対してウォーム予圧機構１２０を介して一般的な玉軸受１１３で支持されている。

図４は、図３の矢印IV部を拡大して示す図であり、図５は、図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。図６は、ウォーム予圧機構１２０の斜視図であり、図７は、ウォーム予圧機構１２０の分解図である。図４において、玉軸受１１３の内輪と、回転軸１０９ａの端部との間には、弾性部材から形成されたブッシュ１２１が介在している。一方、玉軸受１１３と、ハウジング１０１の袋孔１０１ｆとの間には、断面Ｌ字状のホルダ１２２が介在している。回転軸１０９ａの端部には、第１先端部１０９Ａと、それより小径の第２先端部１０９Ｂとが設けられており、ホルダ１２２から、第２先端部１０９Ｂとが突き出しており、その周囲には予圧パッド１２３が配置されている。玉軸受１１３の軸線方向の位置決めは、内輪に当接するブッシュ１２１の外フランジ１２１ａと、それに対向して外輪に当接するホルダ１２２のフランジ部１２２ａで行っている。ブッシュ１２１の内フランジ１２１ｂは、第２先端部１０９Ｂの外周面に当接している。

予圧パッド１２３は、固体潤滑材を混入した合成樹脂を射出成形する等により形成されており、内周に奥側に向かって拡径するテーパ状内周面１２３ｂを有している。このテーパ状内周面１２３ｂに、回転軸１０９ａの第２先端部１０９Ｂが嵌合している。予圧パッド１２３は、図５に図示する方向から見て逆Ｔ字形状を有しており、即ちその外周に、軸を挟んで両側に平行に設けた平面部１２３ａ、１２３ａと、その下端に接続する段部１２３ｃ、１２３ｃとを有している。

予圧パッド１２３の外周面で、図５の下方においては、円周面から突出した突起１２３ｅが設けられている。予圧パッド１２３は、ハウジング１０１に内嵌固定自在なホルダ１２２に組み合わせている。即ち、このホルダ１２２は、軸線方向に突出する４つの爪部１２２ｃを有しており、図５で左側の爪部１２２ｃ、１２２ｃは、予圧パッド１２３の左の平面部１２３ａに近接して配置され、一方、右側の爪部１２２ｃ、１２２ｃは、予圧パッド１２３の右の平面部１２３ａに近接して配置されている。爪部１２２ｃは、予圧パッド１２３に組み合わされた状態で、概ね予圧パッド１２３の円周面に一致する外表面をそれぞれ有している。

左側の爪部１２２ｃ、１２２ｃの間に折り曲げた一端１２４ａを挿入し、右側の爪部１２２ｃ、１２２ｃの間に折り曲げた他端１２４ｂを挿入すると共に、予圧パッド１２３の外周を何重にも取り巻くようにして、ねじりコイル１２４が配置されている。

ホルダ１２２と予圧パッド１２３との組み合わせにより、互いの軸線方向の相対移動が阻止される。更に、このホルダ１２２の一部に設けた、互いに隣り合う爪部１２２ｃ、１２２ｃの間に、ねじりコイル１２４の両端部１２４ａ、１２４ｂを配置しつつ、爪部１２２ｃ、１２２ｃの外径側側面と予圧パッド１２３の外周面とにねじりコイルばね１２４を外嵌すると、この予圧パッド１２３に設けた下側外周面１２３ｆがこのねじりコイル１２４の内周縁に接触しない状態では、この予圧パッド１２３に設けたテーパ状内周面１２３ｂの中心軸は、ホルダ１２２の中心軸に対し、片側（図の上側）に片寄っている。この為、このホルダ１２２に、予圧パッド１２３とねじりコイル１２４とを組み合わせた状態でこのホルダ１２２をハウジング１０１の所定部分に固定し、更に、予圧パッド１２３に設けたテーパ状内周面１２３ｂの内側に上記ウォーム軸１０９ａの第２先端部１０９Ｂを挿入すると、この予圧パッド１２３に設けた下側外周面１２３ｆによりねじりコイル１２４の直径が弾性的に押し広げられる。そして、このねじりコイル１２４が巻き戻る（直径を縮める）方向に弾性復帰する傾向となる事により、このねじりコイル１２４から予圧パッド１２３に、ウォームホイール１０７に向かう方向の弾力が付与されることとなる。それによりウォームホイール１０７を外嵌固定した出力軸１０３と回転軸１０９ａとの軸間距離は縮まる。この結果、ウォーム１０８とウォームホイール１０７との歯面同士が、予圧を付与された状態で当接する。

このように、本実施の形態のウォームホイール機構を組み込んだ電動式パワーステアリング装置の場合、ウォーム予圧機構１２０を介して予圧を付与することにより、ウォーム１０８とウォームホイール１０７との歯面同士のバックラッシュを調整しているので、車輪などから入力される衝撃や振動に対して、この噛合部でのラトル音の発生を抑えることができる。

次に、本実施の形態の動作について説明する。車両が直進状態にあり、ステアリングホイール１から、ステアリングシャフト１７を介して入力軸１０２に操舵力が入力されていないとすると、トルクセンサ１０６は出力信号を発生せず、従ってモータ１０９は補助操舵力を発生しない。

これに対し、車両がカーブを曲がろうとするときに運転者がステアリングホイール１を操作すると、その力に応じてトーションバー１０５がねじれ、入力軸１０２と出力軸１０３との間で相対回動が発生する。トルクセンサ１０６は、この相対回動の方向および量に応じてトルク信号を出力する。このトルク信号と、付図示のセンサからの車速信号とに基づき、不図示の制御回路は駆動信号をモータ１０９に送信するので、モータ１０９は所望の補助操舵力を発生する。かかるモータ１０９の発生したトルクは、動力伝達機構（１０８、１０７）により減速されて出力軸１０３に伝達され、中間軸８を介してラック軸９を移動を支援する。それによりタイロッド１３を介して操舵機構が動作し、不図示の車輪を操舵できるようになっている。

本実施の形態によれば、モータ１０９の後方部で一体型の回転軸１０９ａを支持する軸受１１２を４点接触式玉軸受としているので、別個に軸受予圧装置等を用いることなく、軸線方向の力（両方向）をこの軸受１１２で受けることができ、また４点接触玉軸受であるためガタも少なくウォーム１０８とウォームホイール１０７の歯面を適切に噛み合わせることができる。

ガタをなくす方法としてはアンギュラ玉軸受を２個使用し、一体型の回転軸１０９ａを支持する方法もあるが、予圧機構や寸法管理などが必要となり複雑となってしまい、また軸受でのロスも大きくなる。４点接触玉軸受を用いることは組立や寸法管理の容易性などを考えても望ましく、更に軽量化や摩擦ロスの低減も図れる。

また、ハウジング１０１とモータ１０９のフレーム１０９Ｆを一体化すると、伝熱性が格段に向上し,モータ１０９で発生した熱を効率よく放熱することができる。そのためモータ１０９を小型、軽量化することができる。また、ハウジング１０１の材質をアルミニウムやマグネシウムとすると放熱性、軽量化への効果は更に大きい。

図８は、別の実施の形態にかかるピニオンタイプの電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。図８に示す実施の形態においては、図１に示す実施の形態に対して、図２〜８に示す電動式パワーステアリング装置１００をピニオンハウジング１０１に設けた点のみが異なるため、同じ符号を付すことで説明を省略する。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。４点接触式軸受支持ホルダ１１１は、ハウジング１０１と完全に一体化されていても良い。

本実施の形態である電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。 図１の矢印IIにより示す、本実施の形態に用いる電動式パワーステアリング装置１００の断面図である。 図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 図３の矢印III部を拡大して示す図である。 図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。 ウォーム予圧機構１２０の斜視図である。 ウォーム予圧機構１２０の分解図である。 別の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
７Ａ ユニバーサルジョイント
７Ｂ ユニバーサルジョイント
８ 中間軸
９ ラック軸
１０ ピニオンシャフト
１３ タイロッド
１５ コラム
１５ ステアリングコラム
１７ ステアリングシャフト
１８ ブラケット
２４ ブラケット
２６ 車体
１００ 電動式パワーステアリング装置
１０１ ハウジング
１０１ａ 蓋部材
１０１ｂ 本体
１０１ｃ 大孔
１０２ 入力軸
１０３ 出力軸
１０４，１１０ 軸受
１０５ トーションバー
１０６ トルクセンサ
１０７ ウォームホイール
１０７ａ 芯金
１０７ｂ 歯部
１０８ ウォーム
１０８ ウォームホイール
１０９ モータ
１０９Ａ 先端部
１０９ａ 回転軸
１０９ｂ ロータ
１０９ｄ ステータ
１０９ｅ シール
１０９Ｆ フレーム
１１１ ４点接触式軸受支持ホルダ
１１２ ４点玉接触式軸受
１１３ 玉軸受
１２０ ウォーム予圧機構
１２１ ブッシュ
１２１ａ 外フランジ
１２１ｂ 内フランジ
１２２ ホルダ
１２２ｃ 爪部
１２３ 予圧パッド
１２３ａ 平面部
１２３ｂ テーパ状内周面
１２３ｃ 段部
１２３ｅ 突起
１２３ｆ 下側外周面
１２４ コイル
１２４ａ 一端
１２４ｂ 他端

Claims (6)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられ回転軸を回転させるモータと、
   車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
   ステアリングホイールから前記出力軸へと操舵力を伝達する入力軸と、
   前記モータの前記回転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結する動力伝達機構と、からなり、
   前記動力伝達機構は、前記回転軸と一体的に形成されたウォームと、前記出力軸に連結されたウォームホイールとを有することを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記回転軸は、前記ハウジングに対して４点接触式玉軸受を介して支持されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記ウォームの歯面と、それに噛合する前記ウォームホイールの歯面とに予圧を付与するウォーム予圧機構を設けたことを特徴とする請求項２に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 前記回転軸は、その両端２カ所を前記ハウジングに対して軸受により支持されており、前記モータ側で支持する軸受は４点接触式玉軸受であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。
5. 前記ハウジングは、前記モータのフレームと一体化されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。
6. 前記ハウジングの材質は、アルミ又はアルミ合金、マグネシウム又はマグネシウム合金であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。
   

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