JP2009001242A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て工程中でも部品交換可能で、防水性が高く、ギヤハウジングとラックハウジング間の厳しい隙間管理を必要とせず、組付け時に、ギヤハウジングのインロウ部を傷付けることのない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】トルクセンサー部３、減速部、入・出力軸３１,３２、及びモータ２３が、一体的に組付けられたギヤハウジング２４に、出力軸３２を支持する軸受２１が、軸方向に移動不可能な状態で固定された軸受支持部材２０が内嵌している。この軸受支持部材２０は、ギヤハウジング２４内に設けた環状溝２４ｂに嵌合された止輪２９により、軸方向に移動不可能に固定されている。軸受支持部材２０は、ギヤハウジング２４に対して第１インロウ部２０ａにより、ラックハウジング８に対して位置決めするための第２インロウ部２０ｂが設けられている。
【選択図】図５

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。

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に対応して、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。

この動力伝達機構として、ウォーム減速機構を用いた電動パワーステアリング装置では、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されている。

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電動パワーステアリング装置としては、ステアリングシャフト又はピニオン自体を駆動するためにステアリング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。

ところで、出願人は先願に係る特許文献１で上記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として、図６に示すようなユニット式の構成のものを提案している。すなわち、図６において、軸受支持部材２０がギヤハウジング２４に圧入されてユニット部２５を形成し、この軸受支持部材２０はその外径部が、ギヤハウジング２４とラックハウジング８が各々のフランジ２４ｃ,８ｂにてボルト４４で締結されることにより、これらの間に径方向と軸方向に移動不可能に挟み込まれて固定されている。軸受支持部材２０の内径部には、出力軸３２を軸支した軸受２１が内嵌・固定されている。

なお、図６において、図１〜図５を参照して説明する本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置との対応が明瞭となるよう、同じ機能を果たす部材の幾つかについて符号のみを図示するが、説明を省略している。
特願２００６−１２０９１５号

上記先願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は、図６に示すように、軸受支持部材２０には、軸受２１を介して出力軸３２が取り付けられているため、軸受支持部材２０をギヤハウジング２４に圧入する際、かじりが発生し易く、所定の位置に組み付けることが困難である。また、圧入のため、組み立て工程中に、何らかの理由でユニット部２５内の部品を交換することは略不可能であり、組み立て上リスクの高い構造になっている。

また、軸受支持部材２０をギヤハウジング２４とラックハウジング８とで挟み込んで圧接する構造のため、両ハウジング２４と８との間には必ず隙間が存在し、これが防水性を低下させるだけでなく、両ハウジング２４と８とをボルト４４により締結する際、隙間が存在する分だけ双方のフランジ２４ｃと８ｂとが撓み、フランジ隅Ｒが割れる可能性がある。

このような不具合を防止するために、両ハウジング２４と８との間の隙間管理を厳しくする必要があるため、組み立て工程から考えて、達成が非常に困難な構造と言える。

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、組み立て工程中であってもユニット部内の部品を交換可能で、防水性が高く、ギヤハウジングとラックハウジング間の厳しい隙間管理を必要としない、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、ステアリングホイールに印加される操舵トルクを入力軸を介して付与され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し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、前記入力軸を軸受を介して回転自在に支持するギヤハウジングと該ギヤハウジングに内嵌固定され前記出力軸を軸受を介して回転自在に支持する軸受支持部材とから成り、該ギヤハウジングに前記トルクセンサー部、減速部及びモータを一体に構成してなるユニット部と、前記ギヤハウジングに着脱自在に取り付けられ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、から成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、前記軸受支持部材は、前記ギヤハウジング内に設けた環状溝に、止輪が嵌合することにより、軸方向に移動不可能に固定されていることを特徴としている。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記軸受支持部材には、当該軸受支持部材を、前記ギヤハウジングに対して位置決めするための第１インロウ部と、この第１インロウ部の外径より小さい外径を有し、前記ラックハウジングに対して位置決めするための第２インロウ部が設けら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、軸受支持部材は、ギヤハウジング内で止輪により軸方向に移動不可能に固定されているので、ギヤハウジングのユニット単体で性能測定が可能となり、性能を保証して後工程に回すことができる。また、組み立て工程中に、ギヤハウジング内の部品を交換することも可能であることから、先願のものより歩留まりを向上させることができる。

ギヤハウジングとラックハウジングの接合部を隙間無く密着して組み立てられるため、先願構造より防水性が向上すると共に、組み立て工程上の厳密な隙間管理を必要としないので、先願のものより組み立てが容易になる。

本発明の好ましい態様によれば、軸受支持部材に、第１インロウ部と、これより小さい外径を有する第２インロウ部を設けたので、軸受支持部材の挿入時と止輪の組み付け時に、インロウ（第２インロウ部）を傷つける可能性は非常に小さくなる。

また、本発明の上記好ましい態様によれば、軸受の嵌合部に対して両インロウ部が加工・成形されるため、同芯精度を高めることができ、これにより、ギヤハウジングに対するラックハウジングの組み込み性や位置決め精度を向上させることができる。

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の上部を構成するアッパーシャフト２ａに連結されている。アッパーシャフト２ａの下端は、ユニバーサルジョイント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を介して電動パワーステアリング装置の入力軸３１に連結されている。

ラックハウジング８内には、ラック２２（図２参照）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。

電動パワーステアリング装置は、入力軸３１、出力軸３２、トルクセンサー部３、コントローラ１３、電動モータ２３および減速部とから構成される。

トルクセンサー部３は、図３を参照して後述するように入力軸３１に伝達された操舵トルクを検出するものであり、例えば、操舵トルクを入力軸３１及び出力軸３２間に介装したトーションバー３３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、入力軸３１と出力軸３２間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。

出力軸３２の下端には、端部にピニオン３０が設けられている。出力軸３２には、後述するように、減速部であるウォームギヤ機構を介して、電動モータ２３の駆動力が伝達されるようになっている。

電動モータ２３は図４に示すように後述するギヤハウジング２４と一体的に構成されている。ギヤハウジング２４内には電動モータ２３の出力軸に連結されたウォーム３８が軸受１３８ａ，１３８ｂを介して回転自在に支持されている。

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の制御部であるコントローラ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を介してコントローラ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ユニット部を示す軸方向断面図、図４は、図３の電動パワーステアリング装置の減速部を示す部分断面図、図５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を示す軸方向断面図である。

図３に示すように、トーションバー３３は、中空に形成した入力軸３１の内部に延在して、その基端が出力軸３２に圧入固定されており、その先端が固定ピン３４により入力軸３１の端部に固定されている。

入力軸３１の周囲には、トルクセンサー部３が設けられている。即ち、入力軸３１の車両前方側（図３の下側）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（円筒部材）３６が配置されている。このスリーブ３６は、出力軸３２に加締め等により固定されている。スリーブ３６の径方向外方には、検出コイル３７や基板、ギヤハウジング２４に内嵌したヨーク４０等が設けられている。スリーブ３６には、検出コイル３７に対向する位置に、軸方向に延びる複数の長方形窓（図示無し）が周方向に等間隔に形成されている。

出力軸３２には、図４にも示すように、電動モータ２３の軸に取り付けたウォーム３８に噛合したウォームホイール３９が固定されている。ウォームホイール３９は、出力軸３２に外嵌した芯金３９ａと、この芯金３９ａに形成した樹脂製のギヤ歯３９ｂとから成っている。

ウォーム３８とウォームホイール３９により減速部が構成され、この減速部は、ギヤハウジング２４により形成され、このギヤハウジング２４に内嵌した環状の軸受支持部材２０により仕切られた空間内に収納されている。

入力軸３１は、ギヤハウジング２４の内壁に介装した第１軸受１８により軸支され、出力軸３２は、軸受支持部材２０の内周面に内嵌した第２軸受２１の内輪２１ｂに内嵌・固定されることにより、第２軸受２１に軸支されている。また、第２軸受２１は出力軸３２に螺合するナット５１によりウォームホイール３９の芯金３９ａを出力軸３２に形成された段部３２ａに圧し付けて芯金３９ａを軸方向に位置決めしている。軸受支持部材２０は、後述するように、軸方向及び径方向に移動不可能の状態でギヤハウジング２４に内嵌している。

こうして本実施の形態では、トルクセンサー部３、入・出力軸３１，３２を含めて上記減速部、及び電動モータ２３は、ギヤハウジング２４内にユニット化されてユニット部２５を形成しており、またギヤハウジング２４はボルト４４によりラックハウジング８に着脱可能に取り付けられている。

図５に示すように、出力軸３２のピニオン３０には、ラック２２のラック歯が噛合され、このラック２２の背面側には、ラックガイド２６が、コイルバネ４１を介してアジャストカバー２８によって常時、弾性的に付勢された状態で当接している。これによって、ピニオン３０とラック２２の噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック２２が円滑に移動するようになっている。出力軸３２の下端部は、ニードル軸受４６を介してラックハウジング８に回転自在に支持されている。

従って、運転者がステアリングホイール１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を介して出力軸３２に伝達される。この時、操舵側の抵抗によって、入力軸３１と出力軸３２を連結するトーションバー３３に捩れが生じ、検出用溝３５とスリーブ３６の窓との間に相対回転が生じる。この相対回転で、入力軸３１に発生する磁束が増減し、この磁束の増減を検出コイル３７がインダクタンスの変化として検出する。この検出結果をトーションバー３３に作用するトルクとして検出し、このトルクに応じてコントローラ１３により適宜制御することにより、電動モータ２３を駆動してウォーム３８を所要の操舵補助力で回転させる。ウォーム３８の回転はウォームホイール３９、出力軸３２、ピニオン３０を介してラック２２に伝達され、ラック２２に連結されたタイロッド９，１０を介して操舵輪の向きを変更する。

ところで、第２軸受２１は、図５に示すように、軸受支持部材２０の軸受嵌合部２０ｂに、その外輪２１ａが圧入され、軸受支持部材２０に設けた第１止輪溝である環状溝２０ａに内嵌したスナップリングである第１止輪２７によって係止されることにより、軸受支持部材２０に対して出力軸３２方向に移動不可能の状態で固定されている。この第２軸受２１は、４点接触軸受が望ましい。

軸受支持部材２０は、その外周部で外径Ｒ１の円板状に成形された第１インロウ部２０ｃと、この第１インロウ部２０ｃの外径Ｒ１より小さい外径Ｒ２（Ｒ１＞Ｒ２）の筒状に成形された第２インロウ部２０ｄとを有している。この第１インロウ部２０ｃは、軸受支持部材２０をギヤハウジング２４に嵌合する際のインロウ、第２インロウ部２０ｄは、ラックハウジング８をギヤハウジング２４に結合する際のインロウとなる。

この軸受支持部材２０は、その第１インロウ部２０ｃをギヤハウジング２４の支持部材嵌合部２４ａに内嵌させた後、第２止輪２９を、ギヤハウジング２４に設けた第２止輪溝（環状溝）２４ｂに嵌合させることにより、ギヤハウジング２４に対して軸方向に移動不可能の状態で固定されている。軸受支持部材２０のギヤハウジング２４に対する径方向の位置決めは、第１インロウ部２０ｃにより行われる。

ラックハウジング８の、ギヤハウジング２４への接合側には、筒状部８ａとフランジ８ｂが設けられている。またギヤハウジング２４の、ラックハウジングへの接合側にはフランジ２４ｃが設けられている。ラックハウジング８の筒状部８ａは、軸受支持部材２０の第２インロウ部２０ｄに外嵌すると共に、第２止輪２９の内径側に延びている。ラックハウジング８のフランジ８ｂとギヤハウジング２４のフランジ部２４ｃとは端面接合させて、両フランジ２４ｃ,８ｂをボルト４４で締結することによりギヤハウジング２４とラックハウジング８が結合されている。

軸受支持部材２０とラックハウジング８の筒状部８ａの軸方向に対向する各々の面は、若干の隙間Ｓ（図５参照）が空くように配置されており、したがって両フランジ２４ｃ,８ｂは完全に密着した状態で接合され、このことによりシール性を高めている。

こうして、軸受支持部材２０は、ギヤハウジング２４とラックハウジング８がボルト４４で締結されることにより、これらの間に径方向と軸方向に移動不可能に挟み込まれて配置されている。

さらに、ギヤハウジング２４とラックハウジング８間には、シール部材４５が配置されていて軸方向にシールされている。これにより、ギヤハウジング２４とラックハウジング８間の結合部のさらなる機密性を確保している。

上記構成において、出力軸３２は、第２軸受２１及び軸受支持部材２０により、軸方向位置を規制され、軸受支持部材２０は、ギヤハウジング２４内で第２止輪２９によりギヤハウジング２４に形成された肩部２４ｅに軸方向に移動不可能に押し付け固定されて、ユニット部２５の一部を構成しているので、ユニット部２５の性能測定をユニット単体で実施することができ、その性能を保証して、後の工程に回すことができる。

軸受支持部材２０は、第２止輪２９によりギヤハウジング２４に固定されているため、組み立て工程中に、何らかの理由でユニット部２５内の部品を交換することが可能になり、先願開示の軸受支持部材２０を圧入する構造より歩留まりを向上させることができる。

また、ギヤハウジング２４にラックハウジング８をボルト４４で締結する際に、両ハウジング２４,８の接合部を隙間無く密着して組み立てられるため、先願構造より防水性（シール性）を高くすることができると共に、組み立て工程上の厳密な隙間管理を必要としないので、先願のものより組み立てが容易になる。

本実施形態では軸受支持部材２０の第１インロウ部２０ｃの外径Ｒ1より小さい外径Ｒ2を有する第２インロウ部２０ｄとしたので、軸受支持部材２０の挿入時と第２止輪２９の組み付け時に、インロウ（第２インロウ部２０ｄ）を傷つける可能性は非常に小さい。

また、第２軸受２１の軸受嵌合部２０ｂに対して両インロウ部２０ｃ,２０ｄが加工・成形されるため、同芯精度を高めることができ、これにより、ギヤハウジング２４に対するラックハウジング８の組み込み性や位置決め精度を向上させることができる。

また、上記実施形態においては、第１止輪２７に対して、出力軸３２に外嵌した別部材である芯金３９ａの基部が対向する構成を示したが、第１止輪２７が出力軸３２に直接対向する構成の電動パワーステアリング装置にも適用できることは言うまでもない。

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。 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ユニット部を示す軸方向断面図である。 図３の電動パワーステアリング装置の減速部を示す部分断面図である。 本発明の実施形態を示す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軸方向断面図である。 先願に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を示す軸方向断面図である。

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
８ ラックハウジング
８ａ 筒状部
８ｂ フランジ
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
１８ 第１軸受
２０ 軸受支持部材
２０ａ 第１止輪溝（環状溝）
２０ｂ 軸受嵌合部
２０ｃ 第１インロウ部
２０ｄ 第２インロウ部
２１ 第２軸受
２１ａ 外輪
２１ｂ 内輪
２２ ラック軸
２３ モータ
２４ ギヤハウジング
２４ａ 支持部材嵌合部
２４ｂ 第２止輪溝
２４ｃ フランジ
２５ ユニット部
２７ 第１止輪
２９ 第２止輪
３０ ピニオン
３１ 入力軸
３２ 出力軸
３２ａ 拡径段部
３５ 検出用溝
３６ スリーブ
３７ 検出コイル
３８ ウォーム
３９ ウォームホイール
３９ａ 芯金
３９ｂ ギヤ歯
４４ ボルト
４５ シール部材
４６ ニードル軸受

Claims (2)

1. ステアリングホイールに印加される操舵トルクを入力軸を介して付与され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し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、
   前記入力軸を軸受を介して回転自在に支持するギヤハウジングと該ギヤハウジングに内嵌固定され前記出力軸を軸受を介して回転自在に支持する軸受支持部材とから成り、該ギヤハウジングに前記トルクセンサー部、減速部及びモータを一体に構成してなるユニット部と、
   前記ギヤハウジングに着脱自在に取り付けられ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、から成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、
   前記軸受支持部材は、前記ギヤハウジング内に設けた環状溝に、止輪が嵌合することにより、軸方向に移動不可能に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. 前記軸受支持部材には、当該軸受支持部材を、前記ギヤハウジングに対して位置決めするための第１インロウ部と、この第１インロウ部の外径より小さい外径を有し、前記ラックハウジングに対して位置決めするための第２インロウ部が設けられ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。

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