JP2007290550A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の削減や歩留まりの向上により製造コストの低減を図ると共に、レイアウト性の向上を図ること。
【解決手段】ハウジングは、車両下方側のラックハウジングＲＨと、車両上方側のギヤハウジングＧＨとからなり、両者の間に、軸受支持部材ＢＳが設けてある。軸受支持部材ＢＳは、ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨがボルト５０で締結されると同時に、ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨ間に径方向・軸方向に移動不可能に挟みこまれて固定されている。そのため、軸受支持部材ＢＳを別途ボルトでギヤハウジングＧＨに固定する手段が必要なく、部品点数を削減でき、ユニットをラックハウジングＲＨに組付ける際のレイアウト性が向上する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサーにより検知し、この検知し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減速機構により減速し、操舵機構の出力軸に伝達するピニオンアシストタイプの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（減速機構）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（減速機構）として、ウォーム減速機構を用いた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。

ところで、従来は、特許文献１に示されるように、ラックと、ウォーム・ウォームホイールとを一体のハウジングで支持し、電動モータを保持するハウジングを別に設けている。

また、特許文献１では、歯車機構を取り付けるハウジングと、電動モータを取り付けるハウジングとを分離することにより、電動モータの位相変更に対応できるようにしている。
特開平１１−７８９１６号公報 特開平８−１７５４０３号公報

しかしながら、特許文献１では、反面、部品点数が増加して、製造コストが増大するといったことがある。

また、完成品状態にならなければ、性能を測定できないため、性能未達の場合には、再組立て等の作業が煩雑であり、工数がかかるという問題がある。

それに対し、特許文献２では、ユニットを共通化し、他車種間での互換性を持たせるようにしている。しかし、ギヤハウジングを分割することにより、ユニット部の部品点数が増加して製造コストが増大する傾向にある。

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、部品点数の削減や歩留まりの向上により製造コストの低減を図ると共に、レイアウト性の向上を図ることが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。

上記の目的を達成するため、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、入力軸に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサー部と、
当該トルクセンサー部の出力に応じて電動モータの出力を決定する制御部と、
当該制御部により指示された出力を発生する電動モータと、
当該電動モータからの動力を減速して出力軸に伝達する減速部とを有し、
当該出力軸の端部には、ピニオンが成形されており、
前記トルクセンサー部、減速部、入・出力軸、及び／又は電動モータは、―体に構成されてユニットを成し、ラック部に着脱可能に取り付けられているピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置において、
前記出力軸は、軸受及び軸受支持部材により、軸方向位置を規制されており、
ギヤハウジングと前記軸受支持部材は、圧入により保持されて、減速部を形成しており、
前記軸受支持部材は、前記ギヤハウジングとラックハウジングがボルトで締結されると同時に、前記ギヤハウジングとラックハウジング間に、径方向・軸方向に移動不可能に挟みこまれて固定されていることを特徴とする。

好適には、前記軸受支持部材は、前記ユニットを前記ラック部に組み込む際、インローとして機能し、前記ギヤハウジングと前記ラックハウジングを径方向に位置決めする。

また、好適には、前記ギヤハウジングと前記ラックハウジング間は、シール部材により軸方向にシールされている。

さらに、好適には、前記出力軸を支持する軸受は、気密性を有するシール付軸受である。

本発明によれば、軸受支持部材は、ギヤハウジングとラックハウジングがボルトで締結されると同時に、ギヤハウジングとラックハウジング間に径方向・軸方向に移動不可能に挟みこまれて固定されているので、軸受支持部材を別途ボルトでギヤハウジングに固定する手段が必要なく、部品点数を削減でき、ユニットをラックハウジングに組付ける際のレイアウト性が向上する。

また、ユニット状態で性能測定が可能であるので、後工程に性能を保証して流すことができ、歩留まりが向上する。

さらに、軸受支持部材は、ユニットをラック部に組み込む際、インローとして機能して、ギヤハウジングとラックハウジングを径方向に位置決めするので、ユニット部の組み込み性や位置決め精度が向上する。

さらに、ギヤハウジングとラックハウジング間は、シール部材により軸方向にシールされていることにより、結合部の気密性を確保している。軸受支持部材のシールが必要ないので、シール箇所を減らすことができ、部品点数を少なくできる。

さらに、出力軸を支持する軸受は、気密性を有するシール付軸受であるので、ユニット状態での輸送が生じた場合等でも、ギヤハウジング内に気密性が確保され、樹脂製のギヤ歯の吸水を抑制することが可能になるので、作動トルクの上昇といったギヤ吸水による性能低下を軽減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る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。

図１は、ピニオンアシストタイプの電動式パワーステアリング装置を示す概略構成図である。図２は、ピニオンアシストタイプの電動式パワーステアリング装置周辺の軸線方向部分断面図である。

図１において、ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト２の上部を構成する入力軸２ａに連結されている。入力軸２ａの下端は、ユニバ―サルジョイント４を介してロアシャフト２ｂの上端に連結され、さらに、ロアシャフト２ｂの下端は、ユニバーサルジョイント５を介してピニオンシャフト７の上端に連結されている。

ラックハウジング８内には、ラック軸２２（図２）が挿通され、ラック軸２２は、その両端において、タイロッド９，１０に連結されている。タイロッド９，１０は、図示しない操向機構に連結されている。

ピニオンシャフト７は、上方シャフト７ａと下方シャフト７ｂとから構成され、上方シャフト７ａと下方シャフト７ｂとは、トルクセンサー３を介して連結されている。

トルクセンサー部３は、ピニオンシャフト７に伝達された操舵トルクを検出するものであり、例えば、繰舵トルクを上方シャフト７ａ及び下方シャフト７ｂ間に介挿したトーションバー（図示略）のネジレ角変位に変換し、このネジレ角変位を、磁気的又は機械的に検出するように構成され、操作者がステアリングホイール１を操舵操作することによって、ピニオンシャフト７に生じるネジレの大きさと方向とに応じたアナログ電圧からなるトルク検出信号Ｔｖを、コントローラ１３に出力するようになっている。

かかるトルクセンサー部３は、例えば、ステアリングホイール１が中立状態にある場合には、所定の中立電圧をトルク検出信号Ｔｖとして出力し、これよりステアリングホイール１を右旋した場合には、そのときの操舵トルクに応じて中立電圧より増加する電圧を、左旋した場合には、そのときの操舵トルクに応じて中立電圧より減少する電圧を出力するようになされている。

ピニオンシャフト７の下端には、ピニオン４３（図４）が連結されており、かかるピニオンは、ラック軸２２（図２）のラック歯に噛合している。ピニオンシャフト７は、例えばウォームギヤ機構を介して、電動モータ２３の回転軸に連結されている。

電動モータ２３を駆動制御し、操舵系への操舵補助力の制御を行うため、コントローラ１３が設けられている。コントローラ１３は、車載のバッテリ１６から電源供給されることによって作動するようになされている。バッテリ１６の負極は接地され、その正極はエンジン始動を行うイグニッションスイッチ１４及びヒューズ１５ａを介してコントロ―ラ１３に接続されると共に、ヒューズ１５ｂを介してコントローラ１３に直接接続されており、このヒューズ１５ｂを介して供給される電源は例えば、メモリバックアップ用に使用される。

コントローラ１３は、トルクセンサー部３からのトルク検出信号Ｔｖと、例えば、図示しない変速機の出力軸に配設された車速センサ１７からの車速検出信号Ｖｐとに基づき電動モータ２３を駆動制御することができる。

図３は、ピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置の断面図である。

入力軸３１であるピニオンシャフト７の下側には、ピニオン軸である出力軸３２が連結してある。出力軸３２には、トーションバー３３の基端が圧入固定してあり、このトーションバー３３は、中空に形成した入力軸３１の内部を延在して、その先端が入力軸３１の端部に固定ピン３４により固定してある。

入力軸３１の周囲には、トルクセンサー部３が設けてある。即ち、入力軸３１の車両前方側には、トルクセンサー部３の検出用溝３５が形成してあり、これらの溝３５の径方向外方には、トルクセンサー部３のスリーブ３６が配置してある。このスリーブ３６は、出力軸３２に加締め等により固定してある。スリーブ３６の径方向外方には、コイル３７や基板等が設けてある。

出力軸３２には、電動モータ２３の駆動軸に連結したウォーム３８に噛合したウォームホイール３９が取付けてある。なお、ウォームホイール３９は、出力軸３２に嵌合した芯金３９ａと、この芯金３９ａに形成した樹脂製のギヤ歯３９ｂとからなる。

従って、運転者がステアリングホイール（図示略）を操舵することにより発生した操舵力は、入力軸３１、トーションバー３３、出力軸３２、及びラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達される。また、電動モータ２３の回転力は、そのウォーム３８及びウォームホイール３９を介して出力軸３２に伝達されるようになっており、電動モータ２３の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸３２に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。

さて、本実施の形態では、トルクセンサー部３、減速部、入・出力軸３１，３２、及び電動モータ２３は、―体に構成されてユニットを成し、ラック部に着脱可能に取り付けられている。

ウォーム３８及びウォームホイール３９は、ギヤハウジングＧＨと、このギヤハウジングＧＨに圧入嵌合した軸受支持部材ＢＳとに収納してある。即ち、ギヤハウジングＧＨと軸受支持部材ＢＳは、圧入により保持してあり、減速部を構成している。

入力軸３１は、ギヤハウジングＧＨの内壁に介装した第１軸受４１により回転自在に支持してあり、出力軸３２は、軸受支持部材ＢＳの内壁に介装して固定した第２軸受４２により回転自在に支持してある。即ち、軸受支持部材ＢＳは、軸方向変位不能且つ回転可能にギヤハウジングＧＨに支持されている。この第２軸受４２は、４点接触軸受が望ましい。

以上から、軸受支持部材ＢＳは、外周が円筒状に加工され、ギヤハウジングＧＨに圧入固定されている。これにより、ピニオン４３を含んだ減速部は、それ自体でフリクション、アシストトルクといった性能を測定することが可能である。すなわち、ユニット状態で性能測定が可能であるので、後工程に性能を保証して流すことができ、歩留まりが向上する。

図４は、図３に示したピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置に、ラック部を装着した状態の断面図である。

出力軸３２（ピニオン軸）のピニオン４３には、ラック軸２２のラック４４が噛合してある。ラックガイド４５は、ラック４４の背面に、バネ４６を介して、アジヤストカバー４７によって常時押し付けている。これによって、ピニオン４３とラック４４との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック４４が円滑に移動できるようにしている。

出力軸３２（ピニオン軸）のピニオン４３の下端部は、ニードル軸受４８によって回転自在に支持してある。

さて、本実施の形態では、ハウジングは、車両下方側のラックハウジングＲＨと、車両上方側のギヤハウジングＧＨとからなり、両者の間に、軸受支持部材ＢＳが設けてある。

軸受支持部材ＢＳは、ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨがボルト５０で締結されると同時に、ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨ間に径方向・軸方向に移動不可能に挟みこまれて固定されている。そのため、軸受支持部材ＢＳを別途ボルトでギヤハウジングＧＨに固定する手段が必要なく、部品点数を削減でき、ユニットをラックハウジングＲＨに組付ける際のレイアウト性が向上する。

ボルト５０は、ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨを締結することにより、軸受支持部材ＢＳをギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨとの両側から挟みこみ、軸方向及び径方向に完全に固定できる。ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨの間に、微小な隙間を有した状態で、ボルト締結することが望ましい。

さらに、軸受支持部材ＢＳは、ユニットをラック部に組み込む際、インローとして機能して、ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨを径方向に位置決めするので、ユニット部の組み込み性や位置決め精度が向上する。

すなわち、ギヤハウジングＧＨに圧入された軸受支持部材ＢＳの外周は、ギヤハウジングＧＨの取付け面よりも突出し、ラックハウジングＲＨヘの嵌め合い基準となるので、出力軸３２（ピニオン軸）の位置精度を確保しつつ、組立てを容易にすることが可能である。

さらに、ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨ間は、シール部材５１により軸方向にシールされていることにより、結合部の気密性を確保している。軸受支持部材ＢＳのシールが必要ないので、シール箇所を減らすことができ、部品点数を少なくできる。

すなわち、ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨ間は、いずれか一方の軸受支持部材ＢＳの外周に設けられた溝にシール部材５１を配置することにより、ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨをボルト５０にて締結した時点で、シール部材５１を軸方向圧縮し、外部との気密性を確保している。シール部材５１は、Ｏリングが望ましい。

さらに、出力軸３２を支持する第２軸受４２は、気密性を有するシール付軸受である。そのため、ユニット状態での輸送が生じた場合等でも、ギヤハウジングＧＨ内に気密性が確保され、樹脂製のギヤ歯３９ｂの吸水を抑制することが可能になるので、作動トルクの上昇といったギヤ吸水による性能低下を軽減することが可能となる。第１軸受４１も、気密性を有するシール付軸受である。

すなわち、出力軸３２を支持する第２軸受４２は、気密性を有するシール付軸受であるので、ユニット部は、電動モータ４０や蓋を装着することにより完全に密閉され、気密性が確保される。ユニット部のみでの輸送等が生じた場合でも、樹脂製のギヤ歯３９ｂの吸水を抑制することができるので、作動トルクの上昇といったギヤ吸水による性能低下を防止できる。

図５は、図３及び図４に示した電動パワーステアリング装置の断面図である。

ウォーム３８は、その両端部に於いて、電動モータ４０に近い側のモータ側軸受５５と、電動モータ４０から離れた側の反モータ側軸受６３とにより、回転自在に支持してある。

また、ウォーム３８は、電動モータ４０の駆動軸４０ａに、スプライン嵌合してある。

モータ側軸受５５は、ウォーム３８に一体に設けたフランジ５６と、ウォーム３８の端部に固定したナット５７との間に、それぞれ、圧縮された一対のゴムダンパー５８，５８を介して、ウォーム３８と同芯になるように、弾性支持してある。これにより、ウォーム３８は、ゴムダンパー５８の弾性範囲内で、モータ側軸受５５に対して、軸方向に移動可能である。

ウォーム３８をウォームホイール３９に近付ける方向に、ウォーム３８の反モータ側端部を押圧して予圧する予圧機構６０が設けてある。

即ち、ウォーム３８の大径部６１に、ブッシュ６２、反モータ側軸受６３が嵌合してあり、ウォーム３８の小径部６５に、予圧パッド６６が設けてあり、その外周面に、捩りコイルバネ６７が巻回してある。

従って、ウォーム３８の反モータ側端部（小径部６５）を、ウォーム３８をウォームホイール３９に近付ける方向に弾性的に一定の荷重で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。

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。

ピニオンアシストタイプの電動式パワーステアリング装置を示す概略構成図である。 ピニオンアシストタイプの電動式パワーステアリング装置周辺の軸線方向部分断面図である。 ピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置の断面図である。 図３に示したピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置に、ラック部を装着した状態の断面図である。 図３及び図４に示した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 ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
２ａ 入力軸
２ｂ ロアシャフト
３ トルクセンサー部
４，５ ユニバーサルジョイント
７ ピニオンシャフト
７ａ 上方シャフト
７ｂ 下方シャフト
８ ラックハウジング
９，１０ タイロッド
１３ コントローラ（制御部）
１４ イグニッションスイッチ
１５ａ，１５ｂ ヒューズ
１６ バッテリ
１７ 車速センサ
２２ ラック軸
２３ 電動モータ
３１ 入力軸
３２ 出力軸
３３ トーションバー
３４ 固定ピン
３５ 検出用溝
３６ スリーブ
３７ コイル
３８ ウォーム
３９ ウォームホイール
３９ａ 芯金
３９ｂ 樹脂製のギヤ歯
４０ 電動モータ
４０ａ 駆動軸
４１ 第１軸受
４２ 第２軸受
４３ ピニオン
４４ ラック
４５ ラックガイド
４６ バネ
４７ アジヤストカバー
４８ ニードル軸受
５０ ボルト
５１ シール部材
５５ モータ側軸受
５６ フランジ
５７ ナット
５８ ゴムダンパー
６０ 予圧機構
６１ 大径部
６２ ブッシュ
６３ 反モータ側軸受
６４ ホルダー
６５ 小径部
６６ 予圧パッド
６７ 捩りコイルバネ
ＢＳ 軸受支持部材
ＧＨ ギヤハウジング
ＲＨ ラックハウジング

Claims (4)

1. 入力軸に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサー部と、
   当該トルクセンサー部の出力に応じて電動モータの出力を決定する制御部と、
   当該制御部により指示された出力を発生する電動モータと、
   当該電動モータからの動力を減速して出力軸に伝達する減速部とを有し、
   当該出力軸の端部には、ピニオンが成形されており、
   前記トルクセンサー部、減速部、入・出力軸、及び／又は電動モータは、―体に構成されてユニットを成し、ラック部に着脱可能に取り付けられているピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置において、
   前記出力軸は、軸受及び軸受支持部材により、軸方向位置を規制されており、
   ギヤハウジングと前記軸受支持部材は、圧入により保持されて、減速部を形成しており、
   前記軸受支持部材は、前記ギヤハウジングとラックハウジングがボルトで締結されると同時に、前記ギヤハウジングとラックハウジング間に、径方向・軸方向に移動不可能に挟みこまれて固定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. 前記軸受支持部材は、前記ユニットを前記ラック部に組み込む際、インローとして機能し、前記ギヤハウジングと前記ラックハウジングを径方向に位置決めする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。
3. 前記ギヤハウジングと前記ラックハウジング間は、シール部材により軸方向にシールされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記出力軸を支持する軸受は、気密性を有するシール付軸受であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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