JP2008149843A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳物成形する際に、不良品が発生が少ない形状のラックハウジングを備え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を提供すること。
【解決手段】ラックハウジング８において、ピニオン収納部２９は、軸方向の所定位置からギヤハウジング２５に連結するフランジ部３０にかけて、その径が大きくなっていく円錐形状部９ａを有している。
【選択図】図８

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ものである。

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〜１０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、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とも記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、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、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、モータから補助操舵トルクを発生して、減速機構から成る動力伝達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。

この動力伝達機構として、ウォーム減速機構を用いたＥＰＳでは、モータの軸に取り付けたウォームに、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、ピニオン軸やコラム軸に嵌合してある。

一方、乗用車用のステアリングギヤとしては、高剛性且つ軽量であること等から、現在ではラック・ピニオン式が主流となっている。ラック・ピニオン式ステアリングギヤを採用したＥＰＳとしては、ステアリングシャフトやピニオン自体を駆動するためにコラム側部にモータを配備したピニオンアシストタイプ（又はコラムアシストタイプ）等の他、電動式のボールねじ機構によりラックシャフトを駆動するボールねじ式ラックアシストタイプも用いられている。

ボールねじ式ラックアシストタイプのＥＰＳでは、ウォームとウォームホイールによるアシスト力が、ピニオンとラックとの噛合面に作用しないため、磨耗や変形の要因となる両部材間の接触面圧が小さくなる。

従来のユニット式の上記ピニオンアシストタイプのＥＰＳにおける駆動伝達部の一般的な構成を、図１０及び図１１に示している。同図において、ラックハウジング３５には、そのピニオン収納部３６に、ピニオンシャフト７を内嵌したユニット部２５を結合するためのフランジ部３７が設けられているが、このフランジ部３７とピニオン収納部３６、ピニオン収納部３６とラック収納部３８の各々をつないで形成されたリブ３９が複数箇所設けられている。

このリブ３９は、主に、ピニオンシャフト７の先端部７ｄ(７ｃはピニオン)によって、ラックハウジング３５のピニオン軸支持部４０に加わる荷重に対する剛性を強化する目的で配設されている。

しかしながら、従来の上記ピニオンアシストタイプのＥＰＳにおいては、ラックハウジング３５は、構造上、ピニオン収納部３６の径と、ユニット部２５とを結合するために用いられるフランジ部３７の径の差が大きくなっているので、これを鋳物成形する時に、鋳型に金属を流し込む時の湯流れが悪く、いわゆる鋳物巣が発生して剛性の低い不良品が成形される可能性がある。

このため、ラックハウジング３５の剛性強化のために配置されるリブ３９の形状を工夫するか、あるいは別のリブを追加する必要がある。しかし、この場合、ラックハウジング３５の形状が複雑になってくるので、鋳型の型割が難しく、成形が困難になって、これがコスト増大の原因となる。

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、ラックハウジングを鋳物成形する際に、不良品が発生するのを防止することができると共に、剛性が高く低コストな、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、請求項１では、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モータを駆動する制御部と、当該モータからの駆動力を減速して、端部にピニオンを有する出力軸に伝達する減速部と、前記トルクセンサー部、減速部、入・出力軸、及びモータが、―体的に組み付けられたユニット部と、前記ピニオンを収納する筒形状のピニオン収納部、当該ピニオン収納部に収納した前記ピニオンの軸端部を軸支するピニオン軸支持部、前記ピニオン収納部のピニオン軸支持部とは反対側端部に設けたフランジ部、前記ピニオンと噛み合うラック軸、を有するラックハウジングと、を備えており、前記ユニット部が、前記フランジ部に着脱自在に取り付けられた構成の、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、前記ピニオン収納部は、その軸方向の所定位置から前記フランジ部にかけて径が大きくなっていく円錐形状部を有していることを特徴としている。

請求項２では、前記円錐形状部は、その内部に、収納した前記ピニオンを所定の隙間を置いて包囲する形状の内部ピニオン収納部が形成された二重構造になっていることを特徴としている。

請求項３では、前記二重構造の円錐形状部には、その円錐形状の内側面と前記内部ピニオン収納部とをつないだ形の複数の内部リブが、前記ピニオンの軸方向に形成されていることを特徴としている。

以上のように、本発明によれば、ピニオン収納部は、円錐形状部を有しているので、鋳物成形する時の型割が、従来より簡単なものとなり、且つ、型に金属を流し込む時の湯流れが良くなるため、いわゆる鋳物巣の発生を極力抑えることができ、不良品の発生を極力防止することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、円錐形状部の内部に、内部ピニオン収納部を、ピニオンを包囲する形で配置することにより、ピニオンのグリースが飛散しないように保持されることになり、ピニオンのグリース切れを防止することができる。

さらにまた、本発明のもう１つの好ましい態様によれば、円錐形状部と内部ピニオン収納部との間に、複数の内部リブを設ける場合、ダイキャストの型分割方向に関係なく、自由に内部リブを配設することができるので、ピニオン収納部の剛性が低い部分(あるいは方向)を確実に補強することができる。

以下、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置について、図面を参照して説明する。

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、図２は、図１の電動式パワーステアリング装置のユニット部及びラックハウジングを示す部分断面図である。

先ず、本発明に係わ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の全体構成の概略について説明する。

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２参照、以後、ラック２２と言う）が挿通され、ラック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、トルクセンサー部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（図示しない）のねじれ角変位に変換し、このねじれ角変位を、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に生じるねじれ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７ｃ（図３参照）が設けられており、このピニオン７ｃは、ラック２２のラック歯に噛み合っている。ピニオンシャフト７には、後述するように、ウォームギヤ機構を介して、モータ２３の駆動力が伝達されるようになっている。このピニオンシャフト７、モータ２３、ウォームギヤ機構等は、後述するユニット部２５を構成するギヤハウジング内に組み込まれている。

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。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とに基づきモータ２３を駆動制御することができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施の形態について、図３〜図５を参照して説明する。
図３は、ユニット部とラックハウジングの結合部を示す分解図、図４は、ラックハウジングを示す部分断面図、図５は、図４のラックハウジングを示す斜視図である。

図３に示すように、ユニット部２５内には、ウォームホイール(図示しない)を外嵌・固定したピニオンシャフト７が軸支され、モータ２３(図２参照)に取り付けられたウォーム(図示しない)が、ウォームホイールに噛み合うように組み込まれている。ピニオンシャフト７の車両前方側の先端近傍にはピニオン７ｃが設けられている。

一方、ラックハウジング８は、図４にも示すように、ラック２２(図２参照)を移動自在に内嵌するラック収納筒２７と、ピニオンシャフト７のピニオン７ｃ側の先端部７ｄを軸支するための筒形状のピニオン軸支持部２８を有するピニオン収納部２９とから成っていて、これらが一体的に形成されている。

ピニオン収納部２９は、そのユニット部２５側に、ユニット部２５を結合するためのフランジ部３０を有しており、ピニオン軸支持部２８と略同形状の筒状部２９ｂと、この筒状部２９ｂからフランジ部３０にかけてその外径が大きくなっていく円錐形状に成形された円錐形状部２９ａとから成っている。

この円錐形状部２９ａと筒状部２９ｂの軸方向長さの比についは、ラック収納筒２７と一体形成した時の強度等を考慮して、適宜選定することができる。

また、ピニオン収納部２９には、ピニオン軸支持部２８で軸支したピニオンシャフト７のピニオン７ｃと対応する位置に、図５にも示すように、ラック２２のラック歯と噛み合わせるための噛合用孔２９ｃが形成されている。

このピニオン収納部２９の円錐形状部２９ａや筒状部２９ｂには、ラック収納筒２７との間に各々、補強のためのリブ３１が設けられ、ラック収納筒２７には、車体側に固定するためのブラケット２７ａが設けられている。

この構成において、上記コントローラ１３は、トルクセンサー部３からのトルク検出信号Ｔｖと車速センサ１７からの車速検出信号Ｖｐとに基づいて、モータ２３を駆動制御する。このモータ２３の駆動力が、ウォーム、ウォームホイール、ピニオンシャフト７、ピニオン７ｃを介してラック２２に伝達されることにより、これがラック軸方向に移動して操舵のアシスト力が付与される。

上記構成のラックハウジング８において、ピニオン収納部２９は、筒状部２９ｂからフランジ部３０にかけて外径が大きくなる円錐形状部２９ａを有しているので、鋳物成形する時の型割が、従来より簡単なものとなり、且つ、型に溶けた金属を流し込む時の湯流れが良くなるため、いわゆる鋳物巣の発生を極力抑えることができ、不良品の発生を極力防止することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態を示すラックハウジングの部分断面図、図７は、図６のラックハウジングを示す斜視図である。

この第２の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付しており、重複する説明は省略する。異なっているのは、同図に示すように、ピニオン収納部２９の円錐形状部２９ａの内部に、円錐形状部２９ａより小径の内部ピニオン収納部３３を配設して、ピニオン収納部２９を二重構造にしている点である。この内部ピニオン収納部３３は、内嵌するピニオン７ｃを所定の隙間を置いて包囲する筒形状を有している。

この構成において、内部ピニオン収納部３３がピニオン７ｃを非接触で囲う形になっているので、ピニオン７ｃが回転した時に、その表面に有するグリースが飛散しないように、内部ピニオン収納部３３内周面によって保持されことになり、ピニオン７ｃのグリース切れを防止する点での効果を期待することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態を示すラックハウジングの部分断面図、図９は、図８のラックハウジングを示す斜視図である。

この第３の実施形態は、上記第２の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付しており、重複する説明は省略する。異なっているのは、ピニオン収納部２９の円錐形状部２９ａの内側面と、筒状の内部ピニオン収納部３３との間を、複数の内部リブ３４によりつないだ構成にした点である。この内部リブ３４は、ピニオン７ｃの軸方向に形成されている。

この構成において、上述した第２の実施形態の内部ピニオン収納部３３による効果に加えて、ピニオン収納部２９の円錐形状部２９ａと内部ピニオン収納部３３との間に、ダイキャストの型分割の方向に関係なく、自由に内部リブ３４を配設することができるため、円錐形状部２９ａの剛性が低い部分(あるいは方向)を無駄なく補強することができる。

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全体概略構成図である。 図１の電動式パワーステアリング装置のユニット部及びラックハウジングを示す部分断面図である。 本発明の第１の実施形態を示すユニット部とラックハウジングの分解図である。 図３のラックハウジングを示す部分断面図である。 図４のラックハウジングを示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示すラックハウジングの部分断面図である。 図６のラックハウジングを示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態を示すラックハウジングの部分断面図である。 図８のラックハウジングを示す斜視図である。 従来のユニット部とラックハウジングを示す分解図である。 図１０のラックハウジングを示す部分断面図である。

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
７ｃ ピニオン
７ｄ ピニオン軸先端部
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 モータ
２５ ユニット部
２７ ラック収納筒
２７ａ ブラケット
２８ ピニオン軸支持部
２９ ピニオン収納部
２９ａ 円錐形状部
２９ｂ 筒状部
２９ｃ 噛合用孔
３０ フランジ部
３１ リブ
３３ 内部ピニオン収納部
３４ 内部リブ

Claims (3)

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モータを駆動する制御部と、
   当該モータからの駆動力を減速して、端部にピニオンを有する出力軸に伝達する減速部と、
   前記トルクセンサー部、減速部、入・出力軸、及びモータが、―体的に組み付けられたユニット部と、
   前記ピニオンを収納する筒形状のピニオン収納部、当該ピニオン収納部に収納した前記ピニオンの軸端部を軸支するピニオン軸支持部、前記ピニオン収納部のピニオン軸支持部とは反対側端部に設けたフランジ部、前記ピニオンと噛み合うラック軸、を有するラックハウジングと、
   を備えており、前記ユニット部が、前記フランジ部に着脱自在に取り付けられた構成の、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、
   前記ピニオン収納部は、その軸方向の所定位置から前記フランジ部にかけて径が大きくなっていく円錐形状部を有し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. 前記円錐形状部は、その内部に、収納した前記ピニオンを所定の隙間を置いて包囲する形状の内部ピニオン収納部が形成された二重構造になっていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記二重構造の円錐形状部には、その円錐形状の内側面と前記内部ピニオン収納部とをつないだ形の複数の内部リブが、前記ピニオンの軸方向に形成されていることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。

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