JP2008184043A - 電動パワーステアリング装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の位置を決定する際の寸法公差の管理を緩和して、軸受支持部材とラックハウジングの加工精度を下げること。
【解決手段】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。ギヤハウジングＧＨと軸受支持部材ＢＳは、ギヤハウジングＧＨを６０℃で１５分間加熱した後に圧入により保持し、ギヤハウジングＧＨとラックハウジングＲＨがボルト５０で締結されている。そして、軸受支持部材ＢＳとラックハウジングＲＨ間に隙間をもつ設計により、軸方向の位置を決定する際の寸法公差の管理が緩和され、軸受支持部材ＢＳとラックハウジングＲＨの加工精度を下げることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、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発生させる補助操舵トルクを、減速機構を介し、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およびその製造方法に関する。

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では、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発生させる補助操舵トルクを、減速機構からなる動力伝達機構を介し、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、ウォームおよびウォームホイールを用いた減速機構を搭載した電動パワーステアリング装置では、電動モータの駆動軸に連結したウォームに、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、操舵機構に連結される出力軸に嵌合してある。

本出願人による先願である特許文献１では、減速機構部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可能とするため、ギヤハウジングとラックハウジングに分割し、軸受支持部材にて接合、位置決めしている。

その軸受支持部材は、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。

図５は、特許文献１に開示された、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がトーションバー３３を介して連結してある。即ち、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の車両前方側には、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のトルク検出用溝３５が形成してあり、これらのトルク検出用溝３５の径方向外方には、スリーブ３６が配置してある。このスリーブ３６は、その車両前方側端部が出力軸３２の車両後方側端部に加締め等により該端部の一部を塑性変形させて固定してある。スリーブ３６には、入力軸３１のトルク検出用溝３５に径方向に対向して複数の長方形の窓（図示なし）が形成されている。スリーブ３６の長方形の窓の径方向外方には、コイル３７や基板等がギヤハウジングＧＨに設けてある。

出力軸３２にはウォームホイール３９が嵌合固定してある。このウォームホイール３９は、電動モータ２３の駆動軸に連結したウォーム３８に噛合している。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。

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、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。

ウォーム３８及びウォームホイール３９からなる減速機構は、ギヤハウジングＧＨと、このギヤハウジングＧＨに嵌合した軸受支持部材ＢＳとに収納してある。

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の内壁に介装した第２軸受４２により回転自在に支持してある。

出力軸３２のピニオン４３には、ラック軸２２（図２）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。

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間に径方向および軸方向に移動不可能に挟みこまれて固定されている。

また、軸受支持部材ＢＳは、トルクセンサー部３、減速機構３８、３９、入・出力軸３１、３２および電動モータ２３からなるユニットをラック部に組み付ける際、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。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。
特願２００６−１２０９１５号

上述した特許文献１では、軸受支持部材をギヤハウジングとラックハウジング間に隙間がなく挟みこむことにより、径方向および軸方向に移動不能となり、径方向および軸方向に作用する荷重を受けることができる。

その反面、軸受支持部材はギヤハウジングとラックハウジング間において、隙間がなく挟みこまれているため、軸方向の位置を決定する際の寸法公差の管理が重要となり、軸受支持部材とラックハウジングとの加工精度が要求される。

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、軸方向の位置を決定する際の寸法公差の管理を緩和して、軸受支持部材とラックハウジングの加工精度を下げることができる、電動パワーステアリング装置およびその製造方法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、
電動モータからの動力を減速して伝達する減速機構と、
該減速機構を収納するギヤハウジングと、
該ギヤハウジングに固定され、前記減速機構の出力軸端に形成されたピニオンと該ピニオンに噛合うラック部とを収納するラックハウジングと、
前記出力軸の軸受を支持するための軸受支持部材と、からなり、
熱膨張を利用して拡径した該ギヤハウジングに圧入されることにより該ギヤハウジングに軸方向および径方向に位置決めされていることを特徴とする。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、好適には、前記軸受支持部材と前記ギヤハウジングの圧入面に、径方向および軸方向の移動を防止する係合構造を備える。

本発明の電動パワーステアリング装置の製造方法は、
電動モータからの動力を減速して伝達する減速機構と、
該減速機構を収納するギヤハウジングと、
該ギヤハウジングに固定され、前記減速機構の出力軸端に形成されたピニオンと該ピニオンに噛合うラック部とを収納するラックハウジングと、
前記ギヤハウジングに圧入され前記出力軸の軸受を支持するための軸受支持部材と、からなる電動パワーステアリング装置を製造するために、
熱膨張を利用して拡径した前記ギヤハウジングに圧入することにより前記軸受支持部材を前記ギヤハウジングに軸方向および径方向に位置決めすることを特徴とする。

本発明によれば、軸受支持部材は、ギヤハウジングを加熱し膨張させた後、圧入によりギヤハウジングに軸方向および径方向に位置決め保持される。また、軸受支持部材とラックハウジング間は少なくとも軸方向に隙間をもつ設計とすることができ、軸方向の位置を決定する際の寸法公差の管理が緩和され、軸受支持部材とラックハウジングの加工精度を下げることができる。

さらに、ギヤハウジングと軸受支持部材の接合面をテーパ面や凹凸嵌合部等の係合構造とすることにより、径方向および軸方向の移動を防止し、径方向および軸方向に作用する荷重を受けることができる。

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、本発明の実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置を組み込んだステアリング機構全体を示す概略構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係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。

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３）が連結されており、かかるピニオン４３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、本発明の実施の形態に係り、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動力補助機構部の拡大断面図である。

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の車両前方側には、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のトルク検出用溝３５が形成してあり、これらのトルク検出用溝３５の径方向外方には、スリーブ３６が配置してある。このスリーブ３６は、その車両前方側端部が出力軸３２の車両後方側端部に加締め等により該端部の一部を塑性変形させて固定してある。スリーブ３６には、入力軸３１のトルク検出用溝３５に径方向に対向して複数の長方形の窓（図示なし）が形成されている。スリーブ３６の長方形の窓の径方向外方にはコイル３７や基板等がギヤハウジングＧＨに設けてある。

出力軸３２には、ウォームホイール３９が嵌合している。このウォームホイール３９は電動モータ２３の駆動軸に連結したウォーム３８に噛合している。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。

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。

ウォーム３８及びウォームホイール３９とからなる減速機構は、ギヤハウジングＧＨと、このギヤハウジングＧＨに、後に詳述する如く、圧入した軸受支持部材ＢＳとの内側に収納してある。

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。

本実施の形態において、車両上方側のギヤハウジングＧＨは、車両下方側のラックハウジングＲＨとともにハウジングを構成している。

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を６０℃で１５分間加熱した後に圧入し固定することにより軸方向および径方向に位置決めされてギヤハウジングＧＨに保持されている。

ラックハウジングＲＨはギヤハウジングＧＨにボルト５０で締結されており、ラックハウジングＲＨと軸受支持部材ＢＳ間には少なくとも軸方向に隙間が設けてある。

このような構造で、ピニオン４３を含んだ減速機構部は、ラックハウジングＲＨをギヤハウジングＧＨに取り付けるることなしで、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、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は一体に構成され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。

出力軸３２のピニオン４３には、ラック軸２２（図２）のラック４４が噛合してある。ラックガイド４５は、ラックハウジングＲＨに設けられ、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。

なお、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。シール部材５１は、Ｏリングが望ましい。また、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。第１軸受４１も、気密性を有するシール付軸受である。

本実施の形態によれば、軸受支持部材ＢＳとラックハウジングＲＨ間に少なくとも軸方向に隙間をもつ設計とされており、軸方向の位置を決定する際の寸法公差の管理が緩和され、軸受支持部材ＢＳとラックハウジングＲＨの加工精度を下げることができる。

図４（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施の形態の変形例に係り、図３の符号ＩＶにより取り囲んだ楕円部分の拡大断面図である。

図４（ａ）の変形例では、ギヤハウジングＧＨと軸受支持部材ＢＳの圧入面（接合面）をテーパ面６０として、径方向および軸方向の移動を防止する係合構造としている。

このテーパ面６０により、径方向および軸方向の移動を防止して、径方向および軸方向に作用する荷重を受けることができる。

図４（ｂ）の変形例では、ギヤハウジングＧＨと軸受支持部材ＢＳの圧入面（接合面）に、凹凸嵌合部６１が設けてあり、径方向および軸方向の移動を防止する係合構造としている。

この係合構造により、径方向および軸方向の移動を防止して、径方向および軸方向に作用する荷重を受けることができる。

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。

本発明の実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置を組み込んだステアリング機構全体を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係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。 本発明の実施の形態に係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。 （ａ）（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施の形態の変形例に係り、図３の符号ＩＶにより取り囲んだ楕円部分の拡大断面図である。 特許文献１の開示の、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、ラックハウジングを装着した状態の断面図である。

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
８ ラックハウジング
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
３８ ウォーム
３９ ウォームホイール
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
６０ テーパ面
６１ 凹凸嵌合部
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 (3)

1. 電動モータからの動力を減速して伝達する減速機構と、
   該減速機構を収納するギヤハウジングと、
   該ギヤハウジングに固定され、前記減速機構の出力軸端に形成されたピニオンと該ピニオンに噛合うラック部とを収納するラックハウジングと、
   前記出力軸の軸受を支持するための軸受支持部材と、からなり、
   熱膨張を利用して拡径した前記ギヤハウジングに圧入されることにより該ギヤハウジングに軸方向および径方向に位置決め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. 前記軸受支持部材と前記ギヤハウジングの圧入面に、径方向および軸方向の移動を防止する係合構造を備え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. 電動モータからの動力を減速して伝達する減速機構と、
   該減速機構を収納するギヤハウジングと、
   該ギヤハウジングに固定され、前記減速機構の出力軸端に形成されたピニオンと該ピニオンに噛合うラック部とを収納するラックハウジングと、
   前記ギヤハウジングに圧入され前記出力軸の軸受を支持するための軸受支持部材と、からなる電動パワーステアリング装置を製造するために、
   熱膨張を利用して拡径した前記ギヤハウジングに圧入することにより前記軸受支持部材を前記ギヤハウジングに軸方向および径方向に位置決めすることを特徴とする電動パワーステアリング装置の製造方法。

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