JP2009001159A

JP2009001159A - 電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構

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Publication number: JP2009001159A
Application number: JP2007164090A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Eda; 広恵田; Kenji Takeuchi; 健司竹内
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-21
Also published as: JP5034711B2

Abstract

【課題】軸受のガタを除去して異音の発生を抑えることができる、電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を提供すること。
【解決手段】出力軸２７をハウジング２５に対して回動自在に支持する転がり軸受４７，４９を、ウォームホイール６５の軸方向両側に配置した構成で、軸受４７の外輪７９をギヤハウジング３７に固定し、軸受４９の外輪８５をカバー３９に固定し、軸受４７，４９の内輪７７，８３により芯金６９を挟持し、カバー３９を組み付けて軸受４７，４９に軸方向予圧を掛けている。
【選択図】図２

Description

本発明は、検知した操舵トルクに応じて操舵補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構に関し、詳しくは、電動アシスト機構内部の軸受のガタを除去する技術に関する。

電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構において、運転者がステアリングホイールを回動することにより発生した操舵トルクを、トルク検知機構により検知し、検知した操舵トルクに応じて制御装置により電動モータを駆動させて操舵補助トルクを発生させ、ウォームギヤ減速機構を介して出力軸に伝達するようにしたものがある。このような電動アシスト機構を組み込んだ電動パワーステアリング装置では、運転者がステアリングホイールを回動すると、発生した操舵トルクは、ステアリングシャフト、ステアリングシャフトとトーションバーを介して連結された出力軸、出力軸と自在継手を介して連結されたロアステアリングシャフト、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤへと伝達され、走行輪を転舵する。

電動アシスト機構の一例として、特許文献１には、出力軸が一対の軸受を介してハウジングに回動自在に支持されているものが記載されている。出力軸にはウォームギヤのウォームホイールが外嵌しており、電動モータを駆動して発生させた操舵補助トルクが、ウォーム及びウォームホイールを介して出力軸に伝達されるようになっている。
特開２００６−９６２０９号公報

ところで、このような電動アシスト機構においては、出力軸を支持する軸受のガタ成分により、悪路走行時に異音が発生してドライバーに不快感を与えてしまうことがある。これを防ぐため、出力軸を支持する軸受にガタ成分の小さい４点接触軸受を採用する等の対策を行っているが、４点接触軸受は構造上高価であり、尚且つ出力軸のこじれ等に対してフリクションの増加や伝達効率の低下を招くため、電動アシスト機構の高精度加工が求められていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、軸受のガタを除去して異音の発生を抑えることができる、電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構は、ハウジングと、該ハウジングに収納され、ステアリングホイールの回動により発生した操舵トルクに応じて電動モータから発生させる操舵補助トルクを、前記ハウジング内部を貫いて延びる出力軸に伝達するウォームギヤとを有し、前記ハウジングは、ギヤハウジングと、該ギヤハウジングに組み付けられ、中央の貫通孔に前記出力軸を挿通すると共に前記出力軸の径方向外方に延在するカバーとから成り、前記ウォームギヤは、前記電動モータに連結されたウォームと、該ウォームに噛合するウォームホイールとから成り、前記出力軸は、前記ウォームホイールの中央に形成されたボス部に圧入されると共に、前記ウォームホイールの軸方向両側において前記出力軸に外嵌した一対の軸受を介して前記ハウジングに回動自在に支持されている電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構において、
一方の前記軸受の外輪は前記ギヤハウジングに固定され、他方の前記軸受の外輪は前記カバーに固定されており、前記一対の軸受の内輪は前記ウォームホイールを挟持しており、前記カバーは前記一対の軸受に軸方向予圧を掛けていることを特徴とする。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構においては、前記カバーの外周部は所定のインロー径で前記ギヤハウジングに嵌合し、前記カバーの内周部は前記他方の軸受の外輪を固定し、前記カバーの前記外周部と前記内周部との間の部分には、前記カバーに弾性機能を持たせる薄肉部が形成されていることが好ましい。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構においては、前記カバーは板金をプレス加工することにより成形されていることが好ましい。

本発明によれば、軸受のガタを除去して異音の発生を抑えることができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

まず、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を組み込んだ、電動パワーステアリング装置の全体的な構成について図１を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を組み込んだ、電動パワーステアリング装置の車室側部分の一例を示す側面図である。

電動パワーステアリング装置１は、後端部にステアリングホイール３を取り付けたステアリングシャフト５と、内側でステアリングシャフト５を回動自在に支持する中空のステアリングコラム７と、ステアリングコラム７の前端部に設けられ、ステアリングホイール３の操舵力を補助する電動アシスト機構９等を有する。車室側において、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングコラム７を支持する公知のブラケット機構１１と、電動アシスト機構９に設けられたピボットピン１３とを介して車体側構造部材１５、１７に取り付けられている。なお、本明細書中の説明における各部材の前後方向は、車両の前後方向に対応するものとする。

ブラケット機構１１は、車体側構造部材１５に固定された車体側ブラケット１９とステアリングコラム７に固設された図示しないコラム側ブラケットとから成る。ブラケット機構１１には、調整用レバー２１を操作してコラム側ブラケットを車体側ブラケット１９に対してロックまたはアンロックすることで、ステアリングホイール３のチルト位置を調整可能とする図示しない公知の機構が設けられている。またピボットピン１３は、ステアリングホイール３のチルト位置調整の際に揺動支点となるチルトピボットを形成するものである。チルト位置調整の際には、調整用レバー２１をアンロック操作してから、ステアリングホイール３をステアリングコラム７等と共に揺動させ、所望の位置で調整用レバー２１をロック操作してステアリングホイール３のチルト位置を固定する。

電動アシスト機構９は電動モータ２３やハウジング２５、ハウジング２５内部を貫いて延びる出力軸２７等を有し、詳細な構成については後述するが、ハウジング２５内で入力軸であるステアリングシャフト５と出力軸２７とがトーションバーを介して連結され、両軸の周りにトルク検知機構やウォームギヤが設けられている。出力軸２７は前端部で自在継手２９を介してロアステアリングシャフト３１に連結され、さらにロアステアリングシャフト３１は図示しない車両前方のラックアンドピニオン式のステアリングギヤに連結されている。また、符号３３は電動パワーステアリング装置１を覆うコラムカバー、符号３５は車室とエンジンルームとを区画するダッシュボードをそれぞれ示す。

運転者がステアリングホイール３を回動することにより発生した操舵トルクは、ステアリングシャフト５から電動アシスト機構９に入力され、電動アシスト機構９内部で増大されて操舵補助トルクとして出力軸２７に伝達され、さらに出力軸２７から自在継手２９、ロアステアリングシャフト３１を介してステアリングギヤに伝達される。このようにして運転者は走行輪を転舵することができる。

次に、電動アシスト機構の構成について図２を参照して説明する。

図２は、図１の電動パワーステアリング装置の電動アシスト機構を拡大して示す断面図である。なお、電動モータ及びピボットピンの図示は省略している。また、チルトピボットの位置は、図１の配置に特に限定されるものではなく、例えば電動アシスト機構のハウジングから外れた位置にしても良い。

電動アシスト機構９のハウジング２５は、ギヤハウジング３７とその前側に固設されたカバー３９とから成る。ギヤハウジング３７は、前側でカバー３９と共に画成する空間に後述するウォームギヤ４１を収納し、後側には後述するトルク検知機構４３を収納している。ギヤハウジング３７の後端部には、ステアリングコラム７の前端部が外嵌して固定されている。また、ギヤハウジング３７の後端部付近には、ステアリングコラム７内部を延びるステアリングシャフト５の前端部があり、ステアリングシャフト５は操舵トルクを電動アシスト機構９に入力する入力軸となっている（以下、ステアリングシャフトを入力軸と呼ぶ）。また、符号４４で示す部材はダストシールである。

ギヤハウジング３７内部を中空の出力軸２７が延在しており、出力軸２７の前端部はハウジング２５の外に出ている。出力軸２７の前後端間の略中央部分には、出力軸外周面部を径方向に若干拡径した環状拡径段部４５が形成されており、軸方向に幅を持つ環状拡径段部４５の外周面とギヤハウジング３７との径方向の間には転がり軸受４７が介装されている。また、環状拡径段部４５よりも前方の出力軸２７の外周面とカバー３９との径方向の間には転がり軸受４９が介装されている。これら一対の転がり軸受４７，４９を介して、出力軸２７がハウジング２５に対して回動自在に、かつ入力軸５と同軸に支持されている。

入力軸５の前端部には、前端面側が開放された孔５１と、この孔５１に連続して軸線方向後方に穿設された有底孔５３とが形成されている。孔５１に出力軸２７の後端部が挿入されている。出力軸２７後端部外周と孔５１の内周は、それぞれ複数の軸方向溝を有すると共に、互いに所定の径方向・周方向の隙間を開けて対向しており、操舵トルクが一定値を越えた際に入出力軸５，２７が一体的に回動するようになっている。有底孔５３にはトーションバー５５の基端部が圧入固定してあり、トーションバー５５は、中空に形成された出力軸２７の内部空間を前方へ延び、その先端部が出力軸の前端部に固定ピン５７により固定してある。

転がり軸受４７よりも後側においてギヤハウジング３７に設けられたトルク検知機構４３は、環状拡径段部４５よりも後側において出力軸２７の外周面部に等間隔で形成された、軸方向に延びる図示しないトルク検知用溝と、これらトルク検知用溝の径方向外方に配置され、入力軸５の前端部外周に加締め等により外嵌固設された窓付のスリーブ５９と、スリーブ５９の径方向外方に配置されたトルク検知用のコイル６１と、ギヤハウジング３７に固定され、コイル６１を包囲する略円筒状のコイル収納部６２と、コイル６１に接続されたトルク検知用の回路基板６３と、外部との電気的接続用の図示しないハーネス等から構成されている。

出力軸２７には、転がり軸受４７と４９との間の位置においてウォームホイール６５が外嵌している。ウォームホイール６５は、中央に出力軸２７を圧入するためのボス部６７を一体に有する略円板状の芯金６９と、芯金６９の外周部分に固着した樹脂ギヤ７１とから成っている。芯金６９のボス部６７は、その外周の芯金６９の部分より軸方向に肉厚に形成され、内側に円筒孔７３を有している。この円筒孔７３に出力軸２７を圧入し、出力軸２７の環状拡径段部４５の軸方向前端面を、ボス部６７の軸方向後端面に当接させる。また、ボス部６７の軸方向前端面には、後述のように転がり軸受４９の内輪を当接させる。出力軸２７とウォームホイール６５とはこのようにして固定され、トルク伝達時、一体的に回動する。なお、出力軸２７とウォームホイール６５との固定をより強固にするため、環状拡径段部４５の軸方向前端面とボス部６７の軸方向後端面に互いに噛合する種々の形状の凹凸部を形成し、これらを回転止め手段としても良い。

ウォームホイール６５の樹脂ギヤ７１は、電動モータ２３の駆動軸に連結したウォーム７５に噛合している。ウォーム７５及びウォームホイール６５が、電動アシスト機構９の減速機構であるウォームギヤ４１を構成している。

電動アシスト機構９は以上のように構成されており、運転者がステアリングホイール３を回動することにより発生した操舵トルクは、入力軸５からトーションバー５５、出力軸２７へと伝達される。この際、トルク検知機構４３により操舵トルクを検知し、これに応じて図示しない制御装置により適切な駆動信号を出力して電動モータ２３を回転駆動させ、電動モータ２３の回転力を、ウォームギヤ４１を介して出力軸２７に操舵補助トルクとして伝達する。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、適切な操舵補助トルクを出力軸２７に伝達することができる。

次に、出力軸を支持する転がり軸受と周辺部材との関係を中心に、より詳細に説明する。

転がり軸受４７は、内輪７７、外輪７９、及び転動体である複数の玉（同一の符号８１で表す）を有する。同様に、転がり軸受４９は、内輪８３、外輪８５、及び転動体である複数の玉８７を有する。また、転がり軸受４９には、軸受内部から潤滑剤が漏洩したり、軸受内部に異物が入り込んだりすることを防ぐため、シールやシールド等の密封部材８９が設けられている。転がり軸受４７，４９は以上のように構成されており、それぞれの内外輪が相対回転自在になっている。

転がり軸受４７とコイル収納部６２との間には、皿バネ９０が設けられている。皿バネ９０は、中央に出力軸２７を挿通する孔を有する円板状で、且つ断面でみて軸方向後方に湾曲した形状であり、外周部が転がり軸受４７の外輪７９後端面に接触し、内周部がコイル収納部６２前端面に接触している。

転がり軸受４７の外輪７９は、ギヤハウジング３７に形成された環状の座部９１に内嵌しており、径方向外方の動きが抑止されると共に、皿バネ９０を介して軸方向後方の動きが抑止されている。外輪７９の外周面は、軸方向幅の半分以上に亘り座部９１に接触して支持されている。

転がり軸受４７の内輪７７と転がり軸受４９の内輪８３は、ウォームホイール６５の芯金６９を挟み込んでいる。ここで、ボス部６７の軸方向後端面には、上述した環状拡径段部４５との当接箇所よりも径方向外側の部分において、軸方向後方に突出する環状突出部９３が形成されており、この環状突出部９３が転がり軸受４７の内輪７７の軸方向前端面に当接している。また、ボス部６７の軸方向前端面が転がり軸受４９の内輪８３の軸方向後端面に当接している。

カバー３９は板金をプレス成形加工したものであり、中央に出力軸２７を挿通する貫通孔を有し、貫通孔の周縁が、転がり軸受４９に嵌合して外輪８５を固定する軸受外輪固定部９５となっている。軸受外輪固定部９５は、軸方向後方に突出して外輪８５に外嵌し、外輪８５の径方向外方の動きを抑止する環状の径方向抑止部９５ａと、径方向抑止部９５ａの前端から一体的に径方向内方に延び、その後端面を外輪８５の軸方向前端面に当接させて、外輪８５の軸方向前方の動きを抑止する環状の軸方向抑止部９５ｂとから成る。外輪８５外周面は、略全体に亘り径方向抑止部９５ａの内周面に接触して支持されており、外輪８５の軸方向前端面は、略全体に亘り軸方向抑止部９５ｂの後端面に接触して支持されている。

カバー３９の外周部９７は、所定のインロー径でギヤハウジング３７に嵌め合わせることが可能な形に成形されており、ギヤハウジング３７に内嵌すると共にギヤハウジング３７の前端面に当接している。カバー３９の軸受外輪固定部９５と外周部９７との間の部分には、例えば前記軸方向抑止部９５ｂの軸方向の厚さよりも薄い円板状の薄肉部９９を形成している。

転がり軸受４７，４９と出力軸２７、ウォームホイール６５、ハウジング２５とは上述のように構成されており、転がり軸受自体のガタ成分を除去するために、座部９１と軸受外輪固定部９５にそれぞれ固定された外輪７９，８５の外輪間距離に対し、芯金６９を挟んだ内輪７７，８３の内輪間距離をある設定値だけ大きくし、カバー３９を組み付けることで、転がり軸受２個とも同時に軸方向予圧を掛けている。ここで、ギヤハウジング３７と板金プレスカバー３９の剛性が大きいと、予圧荷重が転がり軸受に及ぼす影響が大きくなり、軸受フリクションが増加してしまう。そこで、本実施形態においては、上述のようにカバー３９の軸受外輪固定部９５と外周部９７との間の部分を薄肉構造とすることで、カバー３９の剛性を下げ、弾性を持たせている。カバー３９の弾性機能によりアキシャル予圧荷重の影響を緩和し、軸受フリクションの増加を抑えることができる。

また、ウォームホイール６５の芯金６９は両軸受の内輪７７，８３に挟持され、出力軸２７に強固に固定されているため、芯金６９と出力軸２７との圧入幅を短くしても充分な剛性を保つことができる。従って、電動アシスト機構９をコンパクト化することができ、例えば、二次衝突時に衝撃を緩和する公知のエネルギー吸収機構のエネルギー吸収ストロークを長く取ることができる。

以上のように、本実施形態によれば、転がり軸受に軸方向予圧を与えることにより、転がり軸受のガタを除去して異音の発生を抑えることができる。また、転がり軸受に予圧を掛けても、フリクションを増加させることがない。さらに、電動アシスト機構をコンパクト化してエネルギー吸収ストロークを長く取ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、種々変形可能である。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を組み込んだ、電動パワーステアリング装置の車室側部分の一例を示す側面図である。図１の電動パワーステアリング装置の電動アシスト機構を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１・・・・電動パワーステアリング装置
３・・・・ステアリングホイール
９・・・・電動アシスト機構
２３・・・・電動モータ
２５・・・・ハウジング
２７・・・・出力軸
３７・・・・ギヤハウジング
３９・・・・カバー
４１・・・・ウォームギヤ
４７，４９・・・・転がり軸受
６５・・・・ウォームホイール
６７・・・・ボス部
７５・・・・ウォーム
７７，８３・・・・内輪
７９，８５・・・・外輪
９５・・・・軸受外輪固定部
９７・・・・外周部
９９・・・・薄肉部

Claims

ハウジングと、
該ハウジングに収納され、ステアリングホイールの回動により発生した操舵トルクに応じて電動モータから発生させる操舵補助トルクを、前記ハウジング内部を貫いて延びる出力軸に伝達するウォームギヤとを有し、
前記ハウジングは、ギヤハウジングと、該ギヤハウジングに組み付けられ、中央の貫通孔に前記出力軸を挿通すると共に前記出力軸の径方向外方に延在するカバーとから成り、
前記ウォームギヤは、前記電動モータに連結されたウォームと、該ウォームに噛合するウォームホイールとから成り、
前記出力軸は、前記ウォームホイールの中央に形成されたボス部に圧入されると共に、前記ウォームホイールの軸方向両側において前記出力軸に外嵌した一対の軸受を介して前記ハウジングに回動自在に支持されている電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構において、
一方の前記軸受の外輪は前記ギヤハウジングに固定され、他方の前記軸受の外輪は前記カバーに固定されており、前記一対の軸受の内輪は前記ウォームホイールを挟持しており、前記カバーは前記一対の軸受に軸方向予圧を掛けていることを特徴とする電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構。
前記カバーの外周部は所定のインロー径で前記ギヤハウジングに嵌合し、前記カバーの内周部は前記他方の軸受の外輪を固定し、
前記カバーの前記外周部と前記内周部との間の部分には、前記カバーに弾性機能を持たせる薄肉部が形成されてい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用の電動アシスト機構。
前記カバーは板金をプレス加工することにより成形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用の電動アシスト機構。