JP2010149595A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでありながら、環境変化に関わらずスムーズな動作を提供できる電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】蓋部材の内径部に、複数の浅い溝１０１ｅが、外輪１１０ａの軸線方向にわたる範囲に形成されているので、外輪１１０に締め代を与えて内径部に圧入されたとき、溝１０１ｅと溝１０１ｅの間のランド部１０１ｆのみが玉軸受１１０の外輪１１０ａにバランス良く当接することとなり、ハウジングが収縮しても外輪１１０ａよりもランド部１０１ｆの方がより変形することで、玉軸受の外輪１１０ａの変形を抑制し、内部ラジアル隙間が小さくなることを抑えて、出力軸のスムーズな回転を確保できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動式パワーステアリング装置に関する。

電動式パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクをトルクセンサで検出し、その検出信号に基づいて電動モータを駆動し出力軸を回転させ、操舵力を補助するものである。

ここで、ハウジングに対して出力軸が軸線方向に変位すると、トルクセンサの検出するトルクに誤差が出たり異音が発生する場合がある。そこで、特許文献１に記載の従来技術では、ハウジングに対して四点接触式玉軸受等により出力軸を支持することで、出力軸の軸線方向移動を抑制することが行われている。
特開２００２−１９６２６号公報 特開２００５−２５５１２１号公報

ところで、四点接触式玉軸受等は一般的には高価であるので、汎用の玉軸受を用いたいという要請がある。これに対し、特許文献２の従来技術では、安価に入手できる汎用の深溝玉軸受に予圧を与えて出力軸を支持することで、その出力軸の軸線方向移動を抑制している。ところが、ハウジングの素材であるアルミニウムと、深溝玉軸受の外輪の素材である軸受鋼との間には線膨張差があるので、締め代を与えて深溝玉軸受をハウジングに圧入して使用する場合、低温時にハウジングの過大な収縮が生じ、深溝玉軸受の外輪が圧縮されて内部ラジアル隙間が小さくなるためフリクションが増大し、また玉の滑り発生による異音を発生させる恐れもある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、低コストでありながら、環境変化に関わらずスムーズな動作を提供できる電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、
ハウジングと、
モータと、
車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
ステアリングホイールから前記出力軸へと操舵力を伝達する入力軸と、
前記モータの前記回転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結する動力伝達可能に連結する動力伝達機構と、からなり、
前記出力軸は、前記ハウジングに対して圧入された転がり軸受により支持されており、前記転がり軸受の外輪が嵌合する前記ハウジングの内径部には、複数の溝が前記外輪の軸線方向にわたって形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、前記転がり軸受の外輪が嵌合する前記ハウジングの内径部には、複数の溝が前記外輪の軸線方向にわたって形成されているので、締め代を与えて前記転がり軸受を前記ハウジングに圧入して使用する場合でも、前記溝と溝の間のランド部のみが前記転がり軸受の外輪に当接することとなり、前記ハウジングが収縮しても外輪側より内径部側の方がより変形し易くなることで、前記転がり軸受の外輪の変形を抑制し、内部ラジアル隙間が小さくなることを抑えて、前記出力軸のスムーズな回転を確保できる。

前記複数の溝は、前記転がり軸受の軸線方向に延在するように形成されていると好ましい。

前記複数の溝は、前記内径部の周方向に延在するように形成されていると好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。図１において、車体２６に対してブラケット２４を介して、チューブ状のコラム１５が支持されている。上端部にステアリングホイール１を取り付けたステアリングシャフト１７は、ステアリングコラム１５に挿通され、それに対して回転自在に支持されている。ステアリングコラム１５とステアリングシャフト１７とは、二次衝突時などに軸線方向に大きな荷重を受けたとき縮長するように変形する、いわゆるコラプシブル構造を備えている。

ステアリングシャフト１７の下端は、車体２６に対してブラケット１８により取り付けられた電動式パワーステアリング装置１００の入力軸１０２に連結されている。一方、電動式パワーステアリング装置１００の出力軸１０３は、ユニバーサルジョイント７Ａを介して中間軸８の上端に連結され、中間軸８の下端は、ユニバーサルジョイント７Ｂを介してピニオンシャフト１０に連結されている。ピニオンシャフト１０に形成されたピニオンは、ラック軸９のラック歯に噛合している。ラック軸９の両端は、それぞれタイロッド１３を介して、不図示の車輪を操舵する操舵機構に連結されている。

図２は、図１の矢印IIにより示す、本実施の形態に用いる電動式パワーステアリング装置１００の断面図である。アルミ又はアルミ合金、マグネシウム又はマグネシウム合金から形成されたハウジング１０１は、ブラケット１８に取り付けるための孔１０１ｃを有する蓋部材１０１ｂと、本体１０１ａとを不図示のボルトで締結されて構成される。ハウジング１０１内に、入力軸１０２および出力軸１０３が配置されている。入力軸１０２は、不図示の軸受によりハウジング１０１に対して回転自在に支持されている。中空の出力軸１０３は、軸受１０４，１１０によりハウジング１０１に対して回転自在に支持されている。図２で右端を入力軸１０２に圧入し、左端を出力軸１０３にピン結合させることで連結したトーションバー１０５が、出力軸１０３内を延在している。

出力軸１０３の図２で右端近傍外周に対向する位置に、受けたトルクに比例してトーションバー１０５がねじれることに基づき、操舵トルクを検出する検出装置すなわちトルクセンサ１０６が設けられている。このトルクセンサ１０６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１０５のねじれに基づく入力軸１０２と出力軸１０３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により検出し、電気信号として不図示の制御回路へ出力するものである。

出力軸１０３の中央部において軸受１０４，１１０の間には、ウォームホイール１０７が配置されている。ウォームホイール１０７は、出力軸１０３に螺合されたナット１０９により軸受１１０の内輪を介して押圧され出力軸１０３に固定されて一体的に回転するようになっている芯金１０７ａと、その外周にインサート成形されてなる樹脂の歯部１０７ｂとからなる。ウォームホイール１０７の歯部１０７ｂは、ハウジング１０１に取り付けられたモータ１０９（図１参照）の回転軸に一体的に形成されたウォーム１０８と噛合している。ウォームホイール１０７とウォーム１０８とで動力伝達機構（ウォーム機構）を構成する。

図３は、図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図４は、図３の構成における矢印IVで示す部位を拡大して示す図である。シール付き軸受である軸受１１０は、外輪１１０ａと、内輪１１０ｂと、外輪１１０ａと内輪１１０ｂとの間に配置されたボール１１０ｃとからなる。外輪１１０ａが締め代を与えて圧入される蓋部材１０１ｂの内径部１０１ｄには、図４に示すように、軸線方向に延在する複数の浅い溝（断面が二等辺三角形状）１０１ｅが、外輪１１０ａの軸線方向にわたる範囲に形成されている。従って、内径部１０１ｄの内周面と外輪１１０ａの外周面との当接面積は、溝１０１ｅの分だけ減少している。

次に、本実施の形態の動作について説明する。車両が直進状態にあり、ステアリングホイール１から、ステアリングシャフト１７を介して入力軸１０２に操舵力が入力されていないとすると、トルクセンサ１０６は出力信号を発生せず、従ってモータ１０９は補助操舵力を発生しない。

これに対し、車両がカーブを曲がろうとするときに運転者がステアリングホイール１を操作すると、その力に応じてトーションバー１０５がねじれ、入力軸１０２と出力軸１０３との間で相対回動が発生する。トルクセンサ１０６は、この相対回動の方向および量に応じてトルク信号を出力する。このトルク信号と、不図示のセンサからの車速信号とから予め設定された制御マップ等に基づいて、不図示の制御回路は駆動電流をモータ１０９に供給するので、モータ１０９は所望の補助操舵力を発生する。かかるモータ１０９の発生したトルクは、動力伝達機構（１０８、１０７）により減速されて出力軸１０３に伝達され、中間軸８を介してラック軸９の移動を支援する。それによりタイロッド１３を介して操舵機構が動作し、不図示の車輪を操舵できるようになっている。

本実施の形態によれば、蓋部材１０１ｂの内径部１０１ｄに、複数の浅い溝１０１ｅが、外輪１１０ａの軸線方向全長にわたる範囲に形成されているので、外輪１１０に締め代を与えて内径部１０１ｄに圧入されたとき、溝１０１ｅと溝１０１ｅの間のランド部１０１ｆのみが玉軸受１１０の外輪１１０ａに、均一に分散してバランス良く当接することとなり、ハウジング１０１が収縮しても外輪１１０ａよりもランド部１０１ｆの方がより変形することで、玉軸受１１０の外輪１１０ａの変形を抑制し、内部ラジアル隙間が小さくなることを抑えて、出力軸１０３のスムーズな回転を確保できる。

図５は、別な実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１００の図２と同様な断面図である。図６は、図５の構成における矢印VIで示す部位を拡大して示す図である。本実施の形態においては、蓋部材１０１ｂの内径部１０１ｄに、周方向に延在するようにして複数の浅い溝（断面台形状）１０１ｅ’が、外輪１１０ａの軸線方向全長にわたって形成されている。従って、外輪１１０に締め代を与えて内径部１０１ｄに圧入されたとき、溝１０１ｅ’と溝１０１ｅ’の間のランド部１０１ｆ’のみが玉軸受１１０の外輪１１０ａにバランス良く当接することとなるので、上述した実施の形態と同様な効果を奏する。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、ハウジング内径部における溝やランド部の形状は、任意に決定できる。

本実施の形態である電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。 図１の矢印IIにより示す、本実施の形態に用いる電動式パワーステアリング装置１００の断面図である。 図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 図３の構成における矢印IVで示す部位を拡大して示す図である。 別な実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１００の図２と同様な断面図である。 図５の構成における矢印VIで示す部位を拡大して示す図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
７Ａ ユニバーサルジョイント
７Ｂ ユニバーサルジョイント
８ 中間軸
９ ラック軸
１０ ピニオンシャフト
１３ タイロッド
１５ コラム
１５ ステアリングコラム
１７ ステアリングシャフト
１８ ブラケット
２４ ブラケット
２６ 車体
１００ 電動式パワーステアリング装置
１０１ ハウジング
１０１ａ 本体
１０１ｂ 蓋部材
１０１ｄ 内径部
１０１ｅ、１０１ｅ’溝
１０１ｆ、１０１ｆ’ランド部
１０２ 入力軸
１０３ 出力軸
１０４ 軸受
１０５ トーションバー
１０６ トルクセンサ
１０７ ウォームホイール
１０７ａ 芯金
１０７ｂ 歯部
１０８ ウォーム
１０８ ウォームホイール
１０９ モータ
１０９ａ 回転軸
１０９ｅ シール
１１０ 軸受
１１０ａ 外輪
１１０ｂ 内輪
１１０ｃ 玉

Claims (3)

1. ハウジングと、
   モータと、
   車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
   ステアリングホイールから前記出力軸へと操舵力を伝達する入力軸と、
   前記モータの前記回転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結する動力伝達可能に連結する動力伝達機構と、からなり、
   前記出力軸は、前記ハウジングに対して圧入された転がり軸受により支持されており、前記転がり軸受の外輪が嵌合する前記ハウジングの内径部には、複数の溝が前記外輪の軸線方向にわたって形成されていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記複数の溝は、前記転がり軸受の軸線方向に延在するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記複数の溝は、前記内径部の周方向に延在するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。

Images