JP2009090732A - ピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピニオンが形成された出力軸の撓みを抑制し、ウォームギヤ対の円滑な作動を保つことができるピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】ハウジング５内を延在する出力軸１１に操舵補助トルクを伝達するために、出力軸１１に外嵌して固定されたウォームホイール４５等を有し、出力軸１１にはウォームホイール４５よりも下方にピニオン３１が形成され、ピニオン３１はラック軸１３に形成されたラック３３と噛合しているピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置において、ピニオン３１とウォームホイール４５との間に配置された複列深溝玉軸受５５により、出力軸１１をハウジング５に回動自在に支持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置に関し、詳しくは、ピニオンが形成された出力軸の支持構造に関する。

ステアリングホイールの回動による操舵トルクに応じてハウジング内を延在する出力軸に操舵補助トルクを伝達するピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置においては、車両幅方向に延在するラック軸にラックが形成され、出力軸にラックと噛合するピニオンが形成されている。また、出力軸のピニオンよりも上方の部分にはウォームホイールが外嵌している。

従来、ピニオンが形成された出力軸をハウジングに支持する構造として、出力軸の下端部近傍に下方軸受を取り付け、出力軸のピニオンとウォームホイールとの間の部分に上方軸受を取り付けることにより、ハウジングに対して出力軸を回動自在に支持するものがある（例えば、特許文献１を参照）。
特開平１０−２９７５０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の出力軸の支持構造では、ラックとピニオンとの噛合部にかかる荷重により、ピニオンを形成した出力軸が大きく撓んでしまう。出力軸にはウォームホイールが固定されているため、出力軸が撓むとウォームホイールも傾くことになり、ウォームホイールとウォームとの噛合位置にずれが生じ、ウォームギヤ対の円滑な作動が妨げられるという問題があった。

また、出力軸をハウジングに支持する下方軸受と上方軸受とには、出力軸のピニオンにかかる上記荷重と逆向きの荷重が働くが、上方軸受をできるだけウォームホイール側に寄せて配置することで出力軸の撓みを抑えようとすると、下方軸受の荷重分担が過剰になってしまう。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、ピニオンが形成された出力軸の撓みを抑制し、ウォームギヤ対の円滑な作動を保つことができるピニオンアシスト型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。

上記課題を解決するために、本発明は、ステアリングホイールの回動による操舵トルクに応じてハウジング内を延在する出力軸に操舵補助トルクを伝達するために、前記ハウジングに固定されたモータの回転軸に連結されたウォームと、該ウォームに噛合し、前記出力軸に外嵌して固定されたウォームホイールとからなるウォームギヤ対を有し、前記出力軸には前記ウォームホイールよりも下方にピニオンが形成され、該ピニオンは車両幅方向に延在するラック軸に形成されたラックと噛合しているピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置において、
前記出力軸は、前記ピニオンと前記ウォームホイールとの間に配置された複列の玉軸受により前記ハウジングに回動自在に支持されていることを特徴とするピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置を提供する。

また、本発明に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置は、前記複列の玉軸受は、複列の深溝玉軸受であることが望ましい。

また、本発明に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置は、前記複列の玉軸受は、複列のアンギュラ玉軸受であることが望ましい。

本発明によれば、ピニオンが形成された出力軸の撓みを抑制し、ウォームギヤ対の円滑な作動を保つことができる。

以下、本発明の実施形態に係るピニオンアシスト型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。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置の背面図である。

図１において、ピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置１は、車両前方で車両幅方向に延在するチューブ３、チューブ３の右側に連設されたハウジング５、ハウジング５に固定されたモータ７等を有している。チューブ３は、不図示のブラケットにより不図示の車体に固定されている。

ハウジング５内を、入力軸９が上方から斜め（モータ７の軸線と交差する方向）に延在し、また、入力軸９の下端部に連結された出力軸１１（図２に図示する）が延在している。一方、チューブ３内を、チューブ３と同方向にラック軸１３が延在している。後述するように、出力軸１１の下方部にはピニオンが形成され、このピニオンはラック軸１３に形成されたラックに噛合しており、出力軸１１の回動によりラック軸１３は左右に移動するようになっている。

チューブ３の両端に取り付けられた防塵ブーツ１５，１７を貫通したラック軸１３の両端は、不図示の操舵機構に取り付けられ、ラック軸１３の左右移動により車輪の操舵がなされるようになっている。

図２は、図１に示されるピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

図２において、ハウジング５は、後述するトルクセンサを収納するセンサハウジング１９と、後述するウォームギヤ対及びラック＆ピニオンギヤを収納するギヤボックス２１とからなる。ハウジング５内を、上述のように入力軸９と出力軸１１とが延在している。入力軸９の上端部に図示しないステアリングシャフトが連結され、ステアリングシャフトの上端部に図示しないステアリングホイールが連結されている。入力軸９は、軸受２３によりセンサハウジング１９に回動自在に支持されている。中空の入力軸９内をトーションバー２５が延在し、その上端部は入力軸９の上端部に、下端部は出力軸１１の上端部に固定されている。

入力軸９の下方部の周りに、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を検出するトルクセンサ２７が設けられている。トルクセンサ２７は、ロータリー式非接触トルクセンサであって、トーションバー２５のねじれに基づく入力軸９と出力軸１１との相対角度変位を、所定の磁気回路におけるインピーダンスの変化としてコイル２９により検出し、電気信号として制御回路へ出力するものである。

出力軸１１の下方部にはピニオン３１が形成されており、紙面垂直方向に延在するラック軸１３に形成されたラック３３と噛合している。ラック軸１３は、ラックガイド３５、スプリング３７、ロック部材３９からなる公知のラックサポート装置４１により背面から支持され、ピニオン３１に向かって押圧されている。ラック３３とピニオン３１とが、ラック＆ピニオンギヤ４３を構成している。

出力軸１１の上方部には、ウォームホイール４５が圧入等により固定されている。ウォームホイール４５は、芯金４７と樹脂ギヤ４９とからなる。樹脂ギヤ４９が、紙面垂直方向に延在するモータ７の回転軸に連結されたウォーム５１と噛合している。ウォームホイール４５とウォーム５１とが、ウォームギヤ対５３を構成している。また、モータ７に不図示の制御装置が連結している。この制御装置は、トルクセンサ２７の出力や車速等の情報を入力し、所定の電力をモータ７に供給して、適切な操舵補助トルクを発生させるものである。

出力軸１１のピニオン３１とウォームホイール４５との間でウォームホイール４５近傍の部分には、上方軸受５５が取り付けられている。出力軸１１の下端部近傍には下方軸受５７が取り付けられている。これら上方軸受５５と下方軸受５７により、出力軸１１がハウジング５に回動自在に支持されている。また、上方軸受５５と下方軸受５７とは、ギヤボックス２１に形成された上方段部５９と下方段部６１とにそれぞれ当接している。下方軸受５７の内輪は、出力軸１１の下端部に取り付けたナット６３に当接している。下方軸受５７の外輪は、下方段部６１とギヤボックス２１の下端部に取り付けたカバー６５とで挟持されている。出力軸１１は、上記構成により軸線方向に位置決めされている。

上述のようなピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置１は、車両走行時、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をトルクセンサ２７により検出し、検出した操舵トルクに応じてモータ７を駆動させ、その回転力を、ウォームギヤ対５３を介して操舵補助トルクとして出力軸１１に伝達する。出力軸１１の回転運動は、ラック＆ピニオンギヤ４３により、ラック軸１３の直線運動に変換される。

下方軸受５７は、４点接触玉軸受であり、出力軸１１の軸線方向のガタを抑えている。上方軸受５５は、複列深溝玉軸受である。上方軸受５５にモーメント剛性の高い複列深溝玉軸受を用いることで、ピニオン３１が形成された出力軸１１の撓みを抑制することができる。したがって、ウォームギヤ対５３の円滑な作動を保つことができる。また、下方軸受５７の荷重分担が過剰になることもない。なお、上方軸受５５は、複列アンギュラ玉軸受であっても構わない。

図３（ａ）は、従来のピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置における出力軸の撓みと上方軸受との関係を示す説明図であり、図３（ｂ）は、第１実施形態に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置における出力軸の撓みと上方軸受との関係を示す説明図である。

図３（ａ）及び（ｂ）において、Ｗは出力軸のピニオンにかかる荷重を表し、Ｒａは、出力軸を支持する下方軸受に荷重Ｗに抗して働く荷重を表し、Ｒｂは、出力軸を支持する上方軸受に荷重Ｗに抗して働く荷重を表している。上方軸受に単列軸受を用いる従来の技術においては、ラック＆ピニオンギヤにかかる荷重により、出力軸に傾きθが生じるが、上方軸受に複列軸受を用いる第１実施形態によれば、単列軸受に比べてモーメント剛性が大幅に向上するため、出力軸の傾きを抑えることができる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

第２実施形態は、第１実施形態において上方軸受のみを変更したものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。したがって、上方軸受についてのみ説明する。また、図面中の符号も、不必要な重複を避け、入力軸、出力軸、ウォームギヤ対、ラック＆ピニオンギヤ、上方軸受、下方軸受のみを示す。

第２実施形態においては、上方軸受として、２つの玉軸受６７ａ，６７ｂを用いている。この第２実施形態でも、２列、即ち複列の玉軸受を用いる構成であることは第１実施形態と同様であり、モーメント剛性が向上し、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

第３実施形態は、ハウジング、上方軸受、下方軸受の構成が第１実施形態と異なり、他の構成は略同じである。したがって、これらの構成についてのみ説明する。また、図面中の符号も、不必要な重複を避け、ハウジング、入力軸、出力軸、トルクセンサ、ウォームギヤ対、ラック＆ピニオンギヤ、上方軸受、下方軸受のみを示す。

第３実施形態において、ハウジング６９は、トルクセンサ２７を収納するセンサハウジング７１、ウォームギヤ対５３を収納するウォームギヤボックス７３、ラック＆ピニオンギヤ４３を収納するラック＆ピニオンギヤボックス７５とからなる３分割構造となっている。センサハウジング７１とウォームギヤボックス７３とはボルト７７等により固定され、ウォームギヤボックス７３とラック＆ピニオンギヤボックス７５とはボルト７９，８１等により固定されている。

上方軸受には複列アンギュラ玉軸受８３を用いており、下方軸受にはニードル軸受８５を用いている。ウォームホイール近傍で、出力軸１１とウォームギヤボックス７３との間に複列アンギュラ玉軸受８３を介在させることで、出力軸１１のスラスト力を複列アンギュラ玉軸受８３で受ける構造となっている。ウォームホイール下の上方軸受にモーメント剛性の高い複列アンギュラ玉軸受８３を用いることで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

第４実施形態は、第３実施形態において下方軸受であるニードル軸受８５を削除したものであり、他の構成は第３実施形態と同じである。したがって重複する説明は省略し、図面中の符号も、不必要な重複を避け、入力軸、出力軸、ウォームギヤ対、ラック＆ピニオンギヤ、上方軸受のみを示す。

第４実施形態においては、ウォームホイール下の上方軸受にモーメント剛性の高い複列アンギュラ玉軸受８３を用いているため、出力軸１１を片持ちで支持することができる。したがって、ニードル軸受８５を削除した構成であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ニードル軸受８５を除くことで、車両搭載上のレイアウト性が向上する。

以上のように、上記各実施形態によれば、ピニオンが形成された出力軸の撓みを抑制し、ウォームギヤ対の円滑な作動を保つことができる。また、複列の玉軸受を用いてモーメント剛性を大幅に向上させているため、高出力の電動パワーステアリング装置においても、上記の効果を十分に得ることができる。

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。

第１実施形態に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置の背面図である。 図１に示されるピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 （ａ）は、従来のピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置における出力軸の撓みと上方軸受との関係を示す説明図であり、（ｂ）は、第１実施形態に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置における出力軸の撓みと上方軸受との関係を示す説明図である。 第２実施形態に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 第３実施形態に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 第４実施形態に係るピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

符号の説明

１・・・・ピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置
５・・・・ハウジング
７・・・・モータ
１１・・・・出力軸
１３・・・・ラック軸
３１・・・・ピニオン
３３・・・・ラック
４５・・・・ウォームホイール
５１・・・・ウォーム
５３・・・・ウォームギヤ対
５５・・・・上方軸受

Claims (3)

1. ステアリングホイールの回動による操舵トルクに応じてハウジング内を延在する出力軸に操舵補助トルクを伝達するために、前記ハウジングに固定されたモータの回転軸に連結されたウォームと、該ウォームに噛合し、前記出力軸に外嵌して固定されたウォームホイールとからなるウォームギヤ対を有し、
   前記出力軸には前記ウォームホイールよりも下方にピニオンが形成され、該ピニオンは車両幅方向に延在するラック軸に形成されたラックと噛合しているピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置において、
   前記出力軸は、前記ピニオンと前記ウォームホイールとの間に配置された複列の玉軸受により前記ハウジングに回動自在に支持されていることを特徴とするピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置。
2. 前記複列の玉軸受は、複列の深溝玉軸受であることを特徴とする請求項１に記載のピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置。
3. 前記複列の玉軸受は、複列のアンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１に記載のピニオンアシスト型電動パワーステアリング装置。

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