JP2007191071A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配置の自由度の高い電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】電動パワーステアリング装置は、第１の操舵軸２と、第１の操舵軸２と相対回転可能に連結された第２の操舵軸３と、トルクセンサ１０と、電動モータの動力を伝達するウォームギヤ機構と、トルクセンサ１０およびウォームギヤ機構を収容するハウジング７とを備えている。ウォームギヤ機構のウォームホイール１５は、環状の本体１８と、本体１８から側方へ延びた延設部１９とを含んでいる。延設部１９は、第１の軸受２０を介してハウジング７に支持されている。第１の軸受２０およびトルクセンサ１０を、軸方向Ｓに関して互いに重なる位置に配置しており、軸方向Ｓに関して電動パワーステアリング装置の全長を短くしている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

自動車などの車両用のステアリング装置には、電動モータを用いて操舵補助を行うものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。このような電動パワーステアリング装置には、ステアリングホイールに連なる入力軸と、入力軸とトーションバーを介して相対回転可能に連結された出力軸と、入力軸および出力軸を取り囲み、これら入出力軸の相対回転量に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサの出力信号に基づいて操舵補助力を発生する電動モータと、電動モータに連なる駆動歯車と、駆動歯車に噛み合い且つ出力軸に一体回転可能な従動歯車と、を備えているものがある。この構成により、電動モータの操舵補助力は、駆動歯車および従動歯車を介して出力軸に伝わる。
特開２００５−２４７２４１号公報 特開平１１−１３９３２６号公報 特開２００２−７９９５１号公報

出力軸には、従動歯車を挟むようにして軸方向に並ぶ一対の軸受が取り付けられており、これら一対の軸受を介して出力軸がハウジングに回転自在に支持されている。このため、出力軸の軸方向に沿って順に、トルクセンサ、一方の軸受、従動歯車および他方の軸受が並ぶこととなる。このように、出力軸の軸方向に沿って多くの部品が並んでいるので、装置が長尺になってしまい、車両への配置の自由度を高め難い。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、配置の自由度を高めることのできる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。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材（１）に連結された入力軸（２）と、入力軸（２）と相対回転可能に連結された出力軸（３）と、入力軸（２）および出力軸（３）の相対回転に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサ（１０）と、操舵補助用の電動モータ（１２）の動力を舵取り機構（１００）に伝達する伝達機構（１１）と、トルクセンサ（１０）および伝達機構（１１）を収容するハウジング（７）とを備え、伝達機構（１１）は、電動モータ（１２）により駆動される駆動歯車（１４）と、駆動歯車（１４）と噛み合い且つ出力軸（３）と一体回転可能に連結された従動歯車（１５）とを含み、従動歯車（１５）は、外周に複数の歯が形成された歯形成部（１７）と、歯形成部（１７）を保持する保持部（１６）とを有し、上記保持部（１６）は、環状の本体（１８）と、本体（１８）から側方へ延びた延設部（１９）とを含み、上記延設部（１９）は、転がり軸受（２０）を介してハウジング（７）に回転自在に支持されており、上記転がり軸受（２０）の少なくとも一部およびトルクセンサ（１０）の少なくとも一部は、従動歯車（１５）の軸方向（Ｓ）に関して互いに重なる位置に配置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供するものである（請求項１）。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
本発明によれば、転がり軸受の少なくとも一部およびトルクセンサの少なくとも一部を、従動歯車の軸方向に関して互いに重ね合わせていることにより、従動歯車の軸方向に関して装置の全長を短くすることができる。これにより、自動車などの車両への配置の自由度を格段に高くすることができる。特に、本体から側方へ延ばされた延設部に軸受を設けていることにより、従動歯車の軸方向に関して、転がり軸受およびトルクセンサの互いの重なり量を多く確保することができ、装置の全長を十分に短くすることができる。

また、本発明において、上記延設部（１９）は円筒状をなして従動歯車（１５）の軸方向（Ｓ）に延びている場合がある（請求項２）。この場合、環状の本体に筒状の部分を設けるという簡易な構成で、延設部を容易に形成することができる。
また、本発明において、上記駆動歯車（１４）はウォーム軸（１４）を含み、上記従動歯車（１５）はウォームホイール（１５）を含み、上記歯形成部（１７）は合成樹脂を用いて形成され、上記保持部（１６）は金属を用いて形成されている場合がある（請求項３）。この場合、伝達機構の減速比を大きくすることができ、比較的小型の電動モータでも十分な操舵補助を行うことができる。また、従動歯車の歯形成部を合成樹脂製とすることにより、駆動歯車と従動歯車との噛み合いの衝撃を少なくして両者の噛み合い音を低減することができる。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、図１の要部の拡大図である。
図１を参照して、本電動パワーステアリング装置（以下、単にステアリング装置という）では、ステアリングホイール等の操舵部材１と動力伝達可能に連なる入力軸としての第１の操舵軸２と、ラックアンドピニオン機構等の舵取り機構１００（図示せず）に連結される出力軸としての第２の操舵軸３とが、トーションバー４を介して同軸的に相対回転可能に連結されている。

トーションバー４は、第１および第２の操舵軸２，３を貫通している。トーションバー４の上端４ａは、連結ピン５により第１の操舵軸２と一体回転可能に連結され、トーションバー４の下端４ｂは、連結ピン６により第２の操舵軸３と一体回転可能に連結されている。第２の操舵軸３の下端は、図示しない中間軸を介して上記舵取り機構１００に連結されている。

第１および第２の操舵軸２、３は、ハウジング７によって支持されている。このハウジング７は、例えばアルミニウム合金からなり、車体（図示せず）に取り付けられている。ハウジング７は、互いに嵌め合わされたセンサハウジング８とギヤハウジング９とを含んでいる。
センサハウジング８は、筒状をなし、トルクセンサ１０および第１の操舵軸２を収容している。ギヤハウジング９は筒状をなし、その上端の環状縁部９ａがセンサハウジング８の下端外周の環状段部８ａに嵌め合わされている。ギヤハウジング９は伝達機構としてのウォームギヤ機構１１および第２の操舵軸３を収容している。

図１および図２を参照して、ウォームギヤ機構１１は、操舵補助用の電動モータ１２の動力（操舵補助力）を、舵取り機構に伝達するためのものである。このウォームギヤ機構１１は、電動モータ１２の出力軸１２ａにスプライン継手等の継手１３を介して動力伝達可能に連結される駆動歯車としてのウォーム軸１４と、このウォーム軸１４と噛み合い、且つ第２の操舵軸３の軸方向中間部に一体回転可能で且つ軸方向移動を規制された従動歯車としてのウォームホイール１５とを備えている。電動モータ１２のハウジング１２ｂは、ギヤハウジング９のフランジ９ｂにボルト（図示せず）を用いて結合されている。

図３を参照して、ウォームホイール１５は、第２の操舵軸３に結合される環状の保持部１６と、保持部１６の周囲を取り囲んで当該保持部１６に保持され、外周に複数の歯が形成された歯形成部１７とを備えている。保持部１６は、金属製の部材であり、歯形成部１７は、合成樹脂製の部材である。保持部１６は、例えば歯形成部１７の樹脂形成時に金型内にインサートされるものであり、これら保持部１６と歯形成部１７とは一体的に結合されている。

保持部１６は、環状の本体１８と、本体１８から側方へ延びた延設部１９とを有している。本体１８は、ウォームホイール１５の軸方向Ｓに関して歯形成部１７と略同じ厚みを有しており、内周面が第２の操舵軸３の外周面に圧入固定されている。なお、以下では、ウォームホイール１５の軸方向Ｓを単に軸方向Ｓという。
延設部１９は、円筒状をなしており、軸方向Ｓに関して、本体１８の一側面１８ａからトルクセンサ１０側に向かって延びている。この延設部１９は、第１の軸受２０を介してハウジング７に回転自在に支持されている。具体的には、第１の軸受２０は、転がり軸受としての深溝玉軸受からなり、外輪２０ａが、センサハウジング８の下端の筒状突起８ｂ内に設けられた軸受保持孔２１に嵌め入れられて保持されている。第１の軸受２０の外輪２０ａの上端面は環状の段部２２に当接しており、センサハウジング８に対する軸方向Ｓの上方への移動が規制されている。

一方、第１の軸受２０の内輪２０ｂは延設部１９に締まりばめにより外嵌されている。内輪２０ｂの下端面は、延設部１９の外周面に形成された環状の段部２３に当接している。
第２の操舵軸３は、第１の軸受２０に対してウォームホイール１５の反対側に配置された第２の軸受２４により回転自在に支持されている。第２の軸受２４は、転がり軸受としての深溝玉軸受からなり、外輪２４ａが、ギヤハウジング９の軸受保持孔２５に嵌め入れられて保持されている。

第２の軸受２４の外輪２４ａの下端面は、ギヤハウジング９の下端の環状の段部２６に当接し、ギヤハウジング９に対する下方への移動が規制されている。第２の軸受２４の内輪２４ｂは、第２の操舵軸３に一体回転可能で且つ軸方向相対移動を規制されて取り付けられている。この内輪２４ｂは、第２の操舵軸３の段部２７と、第２の操舵軸３のねじ部に締めこまれるナット２８との間に挟持されている。

図１を参照して、前述の連結ピン５は、第１の操舵軸２と同軸に配置される第３の操舵軸２９を、第１の操舵軸２と一体回転可能に連結している。第３の操舵軸２９は、センサハウジング８に嵌め合わされるステアリングコラムとしてのチューブ３０内を貫通している。
第１の操舵軸２の上部は、例えば針状ころ軸受からなる第３の軸受３１を介してセンサハウジング８に回転自在に支持されている。第１の操舵軸２の下部の縮径部３２と第２の操舵軸３の上部の孔３３とは、第１および第２の操舵軸２，３の相対回転を所定の範囲に規制するように、回転方向に所定の遊びを設けて嵌め合わされている。

図２を参照して、ウォーム軸１４は、ギヤハウジング９により保持される第４および第５の軸受３４、３５によりそれぞれ回転自在に支持されている。第４および第５の軸受３４，３５は例えば転がり軸受としての玉軸受からなる。
第４および第５の軸受３４、３５の内輪３４ｂ，３５ｂがウォーム軸１４の対応するくびれ部に嵌合されている。また、第４および第５の軸受３４、３５の外輪３４ａ，３５ａは、ギヤハウジング９の対応する軸受保持孔４０、４１にそれぞれ保持されている。

また、ウォーム軸１４の一端部１４ａを支持する第４の軸受３４の外輪３４ａは、ギヤハウジング９の段部４２に当接し位置決めされている。一方、第４の軸受３４の内輪３４ｂは、ウォーム軸１４の一端部１４ａの位置決め段部４３に当接することにより、ウォーム軸１４の他端部１４ｂ側（継手側端部）への移動が規制されている。
ウォーム軸１４の他端部１４ｂの近傍を支持する第５の軸受３５の内輪３５ｂは、ウォーム軸１４の他端部１４ｂ位置決め段部４４に当接することにより、ウォーム軸１４の一端部１４ａ側への移動が規制されている。

また、第５の軸受３５の外輪３５ａは予圧調整用のねじ部材４５により、第４の軸受３４側へ付勢されている。ねじ部材４５は、ギヤハウジング９に形成されるねじ孔４６にねじ込まれることにより、第４および第５の軸受３４、３５に予圧を付与すると共に、ウォーム軸１４を軸方向に位置決めしている。ロックナット４７が、予圧調整後のねじ部材４５を止定するためにねじ部材４５に係合されている。

図３を参照して、トルクセンサ１０は、第１の操舵軸２および第２の操舵軸３の相対回転に基づいて操舵トルクを検出するものであり、第１の操舵軸２および第２の操舵軸３のそれぞれの一部を取り囲む筒状をなしている。このトルクセンサ１０は、軸方向Ｓに並ぶ第１および第２のコイル４８，４９と、これら第１および第２のコイル４８，４９を収容するハウジング５０とを含んでいる。

第１のコイル４８は、温度変化に伴うトルクセンサ１０の出力の変動を抑制するための温度補償用のコイルであり、第１の操舵軸２を取り囲む環状をなしている。
第２のコイル４９は、第１の操舵軸２と第２の操舵軸３との相対回転量に応じた信号を出力するものである。この第２のコイル４９は、第１のコイル４８に対して軸方向Ｓの下方に配置されており、第１の操舵軸２と第２の操舵軸３との互いの対向部を取り囲む環状をなしている。

トルクセンサ１０のハウジング５０は、断面コ字形形状をなして第１のコイル４８を収容する第１の部分５１と、断面コ字形形状をなして第２のコイル４９を収容する第２の部分５２と、第１と第２の部分５１，５２間に介在して第１および第２のコイル４８，４９を外部に導出するための中間部材５３とを含んでいる。これら第１の部分５１、第２の部分５２および中間部材５３は、例えば樹脂によりモールドされて一体に形成されている。

トルクセンサ１０のハウジング５０の一端面５０ａは、センサハウジング８の環状の段部５４に当接している。このハウジング５０の外周面５０ｂは、センサハウジング８の保持孔５５に嵌合されている。
ハウジング５０の他端面５０ｃには、皿ばね等のばね部材５６が設けられている。このばね部材５６は、センサハウジング８の保持溝に保持された止め輪５７と上記ハウジング５０との間で圧縮されて弾性反発力を生じており、ハウジング５０を軸方向Ｓの上方に付勢している。

本実施の形態の特徴とするところは、第１の軸受２０およびトルクセンサ１０が、軸方向Ｓに関して互いに重なる位置に配置されている点にある。
具体的には、ウォームホイール１５の保持部１６の延設部１９が、トルクセンサ１０のハウジング５０の第２の部分５２の下端部と軸方向Ｓに関して互いに重なるように長く延びており、これら延設部１９および第２の部分５２がウォームホイール１５の径方向に相対向している。すなわち、延設部１９は、第２の部分５２の下端部を取り囲む筒状をなしている。また、第１の軸受２０の内径は、トルクセンサ１０のハウジング５０の外径と比べて大きくされている。

これにより、延設部１９に取り付けられた第１の軸受２０は、軸方向Ｓに関して略全域において、第２の部分５２と重なり合っている。トルクセンサ１０のハウジング５０の他端面５０ｃとウォームホイール１５の本体１８の一側面１８ａとが、軸方向Ｓに近接している。
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。すなわち、第１の軸受２０の略全部およびトルクセンサ１０の一部（第２の部分５２の下端部）を、軸方向Ｓに関して互いに重ね合わせていることにより、トルクセンサ１０とウォームホイール１５とを近接して配置でき、軸方向Ｓに関してステアリング装置の全長を短くすることができる。

これにより、自動車などの車両への配置の自由度を格段に高くすることができる。特に、本体１８から側方（軸方向Ｓの一方）へ延ばされた延設部１９に第１の軸受２０を設けていることにより、軸方向Ｓに関して、第１の軸受２０およびトルクセンサ１０の互いの重なり量を多く確保することができ、ステアリング装置の全長を十分に短くすることができる。

また、環状の本体１８に筒状の部分を設けるという簡易な構成で、延設部１９を容易に形成することができる。
さらに、伝達機構としてウォームギヤ機構１１を用いている。これにより、減速比を大きくすることができ、比較的小型の電動モータ１２でも十分な操舵補助を行うことができる。また、歯形成部１７を合成樹脂製とすることにより、ウォーム軸１４とウォームホイール１５との噛み合いの衝撃を少なくして両者の噛み合い音を低減することができる。

本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。たとえば、第１の軸受２０の一部のみがトルクセンサ１０のハウジング５０と軸方向Ｓに関して重なり合うようにしてもよい。
また、ウォームギヤ機構１１以外の伝達機構を用いてもよい。このような伝達機構として、平行軸歯車機構を例示することができる。平行軸歯車機構は、平歯車を用いて構成されていてもよいし、はすば歯車を用いて形成されていてもよい。また、ハイポイドギヤを用いて伝達機構を形成してもよい。

本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１の要部の拡大図である。

符号の説明

１…操舵部材、２…第１の操舵軸（入力軸）、３…第２の操舵軸（出力軸）、７…ハウジング（トルクセンサおよび伝達機構を収容するハウジング）、１０…トルクセンサ、１１…ウォームギヤ機構（伝達機構）、１２…電動モータ、１４…ウォーム軸（駆動歯車）、１５…ウォームホイール（従動歯車）、１６…保持部、１７…歯形成部、１８…本体、１９…延設部、２０…第１の軸受（転がり軸受）、１００…舵取り機構、Ｓ…軸方向。

Claims (3)

1. 操舵部材に連結された入力軸と、
   入力軸と相対回転可能に連結された出力軸と、
   入力軸および出力軸の相対回転に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   操舵補助用の電動モータの動力を舵取り機構に伝達する伝達機構と、
   トルクセンサおよび伝達機構を収容するハウジングとを備え、
   伝達機構は、電動モータにより駆動される駆動歯車と、駆動歯車と噛み合い且つ出力軸と一体回転可能に連結された従動歯車とを含み、
   従動歯車は、外周に複数の歯が形成された歯形成部と、歯形成部を保持する保持部とを有し、
   上記保持部は、環状の本体と、本体から側方へ延びた延設部とを含み、
   上記延設部は、転がり軸受を介してハウジングに回転自在に支持されており、
   上記転がり軸受の少なくとも一部およびトルクセンサの少なくとも一部は、従動歯車の軸方向に関して互いに重なる位置に配置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、上記延設部は円筒状をなして従動歯車の軸方向に延びていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または２において、上記駆動歯車はウォーム軸を含み、上記従動歯車はウォームホイールを含み、上記歯形成部は合成樹脂を用いて形成され、上記保持部は金属を用いて形成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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