JP2012040980A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動モータの回転を伝えるウォームホイールを出力軸に設けてなる電動パワーステアリング装置において、この出力軸のハウジングに対する支持構造のコンパクトを図ること。
【解決手段】 操舵ハンドルが接続される入力軸１２と、車輪側に接続される出力軸１４と、入力軸１２と出力軸１４の間に設けられるトーションバー１５と、操舵ハンドルから入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ３０と、トルクセンサ３０の検出トルクに応じて駆動される電動モータ４０と、電動モータ４０の回転を出力軸１４に伝えるように該出力軸１４に設けたウォームホイール６０とを、ハウジング２０に設けてなる電動パワーステアリング装置１０において、前記出力軸１４の外周にウォームホイール６０のボス６１が嵌合され、このボス６１の外周に嵌合した軸受２７がハウジング２０に支持されてなるもの。
【選択図】 図３

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置として、特許文献１に記載の如く、操舵ハンドルが接続される入力軸と、車輪側に接続される出力軸と、入力軸と出力軸の間に設けられるトーションバーと、操舵ハンドルから入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサの検出トルクに応じて駆動される電動モータと、電動モータの回転を出力軸に伝えるように該出力軸に設けたウォームホイールとを、ハウジングに設けてなるものがある。

特開2009-51354

特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、ウォームホイールを設けた出力軸のハウジングに対する支持構造を以下の如くにしている。

即ち、出力軸の外周にウォームホイールのボスが嵌合され、出力軸上でこのウォームホイールのボスを挟む両側２位置のそれぞれに軸受を嵌合し、それらの２個の軸受をハウジングに支持している。

従って、出力軸の軸方向に、ウォームホイールのボスと２個の軸受のそれぞれが一列に並置され、ハウジング内で出力軸を支持するスペースが大きい。

また、出力軸上での軸受の位置決め構造として、出力軸の外周に設けた環状突起、又は出力軸の外周に螺着されるナットの如くの位置決め専用構造を用いている。これもハウジング内における出力軸の支持スペースを大きくする。

本発明の課題は、電動モータの回転を伝えるウォームホイールを出力軸に設けてなる電動パワーステアリング装置において、この出力軸のハウジングに対する支持構造のコンパクトを図ることにある。

本発明の他の課題は、ウォームホイールを設けた出力軸を唯１個の軸受でハウジングに支持することにある。

請求項１に係る発明は、操舵ハンドルが接続される入力軸と、車輪側に接続される出力軸と、入力軸と出力軸の間に設けられるトーションバーと、操舵ハンドルから入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサの検出トルクに応じて駆動される電動モータと、電動モータの回転を出力軸に伝えるように該出力軸に設けたウォームホイールとを、ハウジングに設けてなる電動パワーステアリング装置において、前記出力軸の外周にウォームホイールのボスが嵌合され、このボスの外周に嵌合した軸受がハウジングに支持されてなるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記ウォームホイールの軸方向で、ボスの軸受が嵌合される外周の少なくとも一部が該ウォームホイールの歯の歯巾の範囲内に配置されるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、前記軸受が軸方向で、出力軸の外周に嵌合されているウォームホイールのボスからの立上り面と、出力軸の外周に取着される車輪側接続部材の端面とにより挟持されて固定されるようにしたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに係る発明において更に、前記出力軸の外周に嵌合されたウォームホイールのボスが該出力軸に圧入されて位置決めされ、又は該出力軸の一側に設けた止め輪に係止して位置決めされるようにしたものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに係る発明において更に、前記出力軸の外周に取着された車輪側接続部材が該出力軸に圧入されて位置決めされ、又は該出力軸の他側に設けた止め輪に係止して位置決めされるようにしたものである。

（請求項１）
(a)出力軸の外周にウォームホイールのボスが嵌合され、このボスの外周に嵌合した軸受がハウジングに支持される。従って、ウォームホイールのボスと軸受を出力軸の径方向に積み重ねる如くに配置するものになり、ハウジング内で出力軸を支持する軸方向スペースを小さくできる。

（請求項２）
(b)ウォームホイールの軸方向で、ボスの軸受が嵌合される外周の少なくとも一部が該ウォームホイールの歯の歯巾の範囲内に配置される。これにより、出力軸上におけるウォームホイールの歯のセンターと、軸受のセンターとを、出力軸の軸方向で合致又は近接配置できる。ウォームホイールに作用する噛合い荷重を、ウォームホイールの上記ボスに嵌合した上記軸受だけで安定的に支持できるものになり、ウォームホイールを設けた出力軸を唯１個の軸受で安定的にハウジングに支持できる。

（請求項３）
(c)軸受が軸方向で、出力軸の外周に嵌合されているウォームホイールのボスからの立上り面と、出力軸の外周に取着される車輪側接続部材の端面とにより挟持されて固定される。出力軸上での軸受の位置決め構造に、ウォームホイール自体と車輪側接続部材とを用いることで、出力軸の外周に環状突起やナット等の位置決め専用構造を付加する必要がない。これによっても、ハウジング内における出力軸の支持スペースを小さくできる。

（請求項４）
(d)ウォームホイールのボスは、出力軸に圧入されて位置決めされ、又は該出力軸の一側に設けた止め輪に係止して位置決めされる。

（請求項５）
(e)車輪側接続部材は、出力軸に圧入されて位置決めされ、又は該出力軸の他側に設けた止め輪に係止して位置決めされる。

図１は電動パワーステアリング装置の全体を示す断面図である。 図２は図１の一部を示す断面図である。 図３は図２の要部拡大断面図である。

電動パワーステアリング装置１０は、図１、図２に示す如く、図外操舵ハンドルがアッパーシャフト１１に連結され、このアッパーシャフト１１に入力軸１２がセレーション結合される。また、車輪側の図外ステアリングギヤに、ユニバーサルジョイントのヨーク等の車輪側接続部材１３を介して出力軸１４が接続される。即ち、電動パワーステアリング装置１０は、操舵ハンドルに接続される入力軸１２と、車輪側に接続される出力軸１４と、入力軸１２と出力軸１４の間に設けられるトーションバー１５を有し、車両の運転者が操舵ハンドルに加える操舵トルクを、入力軸１２、トーションバー１５、出力軸１４、車輪側接続部材１３、ステアリングギヤを介して車輪にその舵角が変化するように伝える。ステアリングギヤは、例えば操舵トルクにより回転するピニオンに噛合うラックの変位をタイロッド、ナックルアーム等を介して車輪に伝えるラックアンドピニオン式ステアリングギヤを採用できる。

電動パワーステアリング装置１０は、入力軸１２、出力軸１４、トーションバー１５をハウジング２０に内蔵している。ハウジング２０は、操舵ハンドル側の第１ハウジング２１に、第２ハウジング２２をＯリング２３を介して液密に嵌合し、それらハウジング２１、２２を図外ボルトにより連結して構成され、第１ハウジング２１に筒状のコラム２４を圧入により取付けている。アッパーシャフト１１がボールベアリング等の軸受２５によりコラム２４に枢支され、入力軸１２がボールベアリング等の軸受２６により第１ハウジング２１に枢支され、出力軸１４がボールベアリング等の軸受２７により第２ハウジング２２に後述する如くに枢支される。

入力軸１２と出力軸１４の同軸をなす中心孔に弾性棒材からなるトーションバー１５が挿入される。トーションバー１５の一端は入力軸１２にピン１５Ａにより連結され、トーションバー１５の他端係合部１５Ｂが出力軸１４に係合される。入力軸１２と出力軸１４は操舵トルクに応じて中心軸まわりに弾性的に相対回転する。

電動パワーステアリング装置１０は、ハウジング２０（２１、２２）に、トルクセンサ３０と電動モータ４０とウォームギヤ５０とウォームホイール６０を設けている。

トルクセンサ３０は、第１ハウジング２１の内部で、入力軸１２及び出力軸１４まわりに配置される。トルクセンサ３０は、操舵ハンドルから入力軸１２に入力された操舵トルクが、トーションバー１５を弾性ねじり変形させた結果、入力軸１２と出力軸１４の間に生ずる回転方向の相対変位に基づいてその操舵トルクを検出する。第１ハウジング２１の外面にはトルクセンサ３０の一部を構成する検出回路基板３１が取付けられている。

電動モータ４０は、第１ハウジング２１の外面に取付けられ、トルクセンサ３０の検出トルクに応じて駆動される。電動モータ４０の回転軸に取付けられるウォームギヤ５０と、出力軸１４の外周に後述する如くに取付けられるウォームホイール６０が、ハウジング２０（２１、２２）の内部に配置され、互いに噛合いされる。これにより、トルクセンサ３０の検出トルクに応じて駆動される電動モータ４０の回転により生ずる操舵アシスト力が、ウォームギヤ５０、ウォームホイール６０の噛合いにより減速されて出力軸１４に伝えられる。出力軸１４に伝えられた操舵アシスト力は、車輪側接続部材１３、ステアリングギヤを介して車輪に伝えられる。

電動パワーステアリング装置１０は、ウォームホイール６０の歯６４を、ウォームギヤ５０の歯とともに、ハウジング２０（２１、２２）に区画した潤滑室７０内に収容するように配置している。潤滑室７０内で、ウォームホイール６０の歯６４にグリースが塗布されるものになる。

尚、ウォームホイール６０は、図３に示す如く、出力軸１４の外周に嵌合されるボス６１と、ボス６１から外方に延びるディスク６２（ボス６１から放射状に延びる複数本のアームでも可）と、ディスク６２の外縁に設けたリム６３とを有し、リム６３の外周に歯６４を備えている。ボス６１とディスク６２を芯金により形成して強度を確保し、歯６４を備えるリム６３を樹脂により形成してウォームギヤ５０との噛合い音の静粛を図っている。

以下、電動パワーステアリング装置１０において、(A)出力軸１４及びウォームホイール６０の支持構造、(B)潤滑室７０の封止構造について詳述する。

(A)出力軸１４及びウォームホイール６０の支持構造（図３）
出力軸１４の外周を、車輪側接続部材１３のヨーク環状部１３Ａが嵌合する大径部１４Ａと、ウォームホイール６０のボス６１が嵌合する中径部１４Ｂと、入力軸１２の孔内に挿入される小径部１４Ｃとする。

そして、出力軸１４の中径部１４Ｂの外周にウォームホイール６０のボス６１を嵌合し、このボス６１の外周に嵌合した軸受２７を第２ハウジング２２の中央筒部２２Ａの内周に挿着して支持する。

このとき、ウォームホイール６０の軸方向で、ボス６１の軸受２７が嵌合する外周の少なくとも一部（ボス６１のヨーク環状部１３Ａ寄り端面〜ボス６１のディスク６２が立上る立上り面６１Ａ）がウォームホイール６０の歯６４の歯巾の範囲内に配置される。本実施例では、立上り面６１Ａが歯６４の中心線に合致している。

また、軸受２７の位置決めは以下によりなされる。
(1)軸受２７の内輪は、軸方向で、出力軸１４の外周に嵌合されているウォームホイール６０のボス６１からの立上り面６１Ａと、出力軸１４の外周に取着される車輪側接続部材１３のヨーク環状部１３Ａの端面とにより挟持されて固定される。

軸受２７の外輪は、車輪側接続部材１３のヨーク環状部１３Ａ側で、第２ハウジング２２の中央筒部２２Ａの内周に係着した止め輪２８により係止される。

(2)出力軸１４の外周に嵌合されたウォームホイール６０のボス６１は、出力軸１４の中径部１４Ｂに圧入されて位置決めされ、又は出力軸１４の中径部１４Ｂに設けた止め輪６５に係止して位置決めされる。止め輪６５を加締めることにより、ウォームホイール６０のボス６１を車輪側接続部材１３のヨーク環状部１３Ａの端面との間で隙間なく固定できる。

(3)出力軸１４の外周に取着された車輪側接続部材１３のヨーク環状部１３Ａは、出力軸１４の大径部１４Ａに圧入されて位置決めされ、又は出力軸１４の大径部１４Ａに設けた止め輪６６に係止して位置決めされる。

本実施例によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)出力軸１４の外周にウォームホイール６０のボス６１が嵌合され、このボス６１の外周に嵌合した軸受２７がハウジング２０（２２）に支持される。従って、ウォームホイール６０のボス６１と軸受２７を出力軸１４の径方向に積み重ねる如くに配置するものになり、ハウジング２０（２２）内で出力軸１４を支持する軸方向スペースを小さくできる。

(b)ウォームホイール６０の軸方向で、ボス６１の軸受２７が嵌合される外周の少なくとも一部が該ウォームホイール６０の歯６４の歯巾の範囲内に配置される。これにより、出力軸１４上におけるウォームホイール６０の歯６４のセンターと、軸受２７のセンターとを、出力軸１４の軸方向で合致又は近接配置できる。ウォームホイール６０に作用する噛合い荷重を、ウォームホイール６０の上記ボス６１に嵌合した上記軸受２７だけで安定的に支持できるものになり、ウォームホイール６０を設けた出力軸１４を唯１個の軸受２７で安定的にハウジング２０（２２）に支持できる。

(c)軸受２７が軸方向で、出力軸１４の外周に嵌合されているウォームホイール６０のボス６１からの立上り面６１Ａと、出力軸１４の外周に取着される車輪側接続部材１３の端面とにより挟持されて固定される。出力軸１４上での軸受２７の位置決め構造に、ウォームホイール６０自体と車輪側接続部材１３とを用いることで、出力軸１４の外周に環状突起やナット等の位置決め専用構造を付加する必要がない。これによっても、ハウジング２０（２２）内における出力軸１４の支持スペースを小さくできる。

(d)ウォームホイール６０のボス６１は、出力軸１４に圧入されて位置決めされ、又は該出力軸１４の一側に設けた止め輪６５に係止して位置決めされる。

(e)車輪側接続部材１３は、出力軸１４に圧入されて位置決めされ、又は該出力軸１４の他側に設けた止め輪６６に係止して位置決めされる。

(B)潤滑室７０の封止構造（図３）
ウォームホイール６０の歯６４の両側のそれぞれに、潤滑室７０の潤滑剤（例えばグリース）を該潤滑室７０内に封止する第１と第２の封止手段８０、９０を設ける。

ウォームホイール６０の歯６４の一側（ハウジング２０（２１）内でトルクセンサ３０が設けられるトルクセンサ室３２の側）に設けられる第１の封止手段８０を、第１ハウジング２１の潤滑室７０とトルクセンサ室３２とを区画する隔壁２１Ａの壁面と、ウォームホイール６０の樹脂リム６３（ディスク６２でも可）の側面の一方に固定され、他方に摺接するシールリング８１からなるものにする。本実施例では、第１ハウジング２１の隔壁２１Ａのウォームホイール６０に臨む壁面における出力軸１４の中心軸まわりに設けた環状溝２１Ｂの溝底側にバックアップ用Ｏリング８２を装填し、その溝内におけるＯリング８２上にテフロン（登録商標）等からなるシールリング８１を装填した。Ｏリング８２により環状溝２１Ｂの外方に向けて弾発的に加圧されるシールリング８１がウォームホイール６０のリム６３の側面に摺接するものになる。

ウォームホイール６０を設けた出力軸１４が唯１個の軸受２７によりハウジング２０（２２）に支持され、軸受２７がウォームホイール６０の歯６４の他側に設けられるシール付軸受とされ、このシール付軸受２７をウォームホイール６０の歯６４の他側に設けられる第２の封止手段９０とする。

このとき、軸受２７は、前述の如く、出力軸１４の外周に嵌合したウォームホイール６０のボス６１の外周に嵌合される状態で、第２ハウジング２２の中央筒部２２Ａに支持される。そして、ウォームホイール６０の軸方向で、ボス６１の軸受２７が嵌合する外周の少なくとも一部（ボス６１のヨーク環状部１３Ａ寄り端面〜ボス６１のディスク６２が立上る立上り面６１Ａ）がウォームホイール６０の歯６４の歯巾の範囲内に配置される。

尚、ウォームホイール６０を設けた出力軸１４を、該ウォームホイール６０を両側から挟む２個の軸受によりハウジング２０（２１、２２）に支持するものにしても良い。ウォームホイール６０の歯６４の一側に上述の例えばシールリング８１からなる第１の封止手段８０とシールなし軸受を配置し（第１の封止手段８０をシールなし軸受よりも半径方向の潤滑室７０寄りに配置し、第１の封止手段８０がシールなし軸受を介することなく、直接的に潤滑室７０に臨んで接することが好ましい）、ウォームホイール６０の歯６４の他側に上述の例えば軸受２７からなる第２の封止手段９０となるシール付軸受を配置する。

本実施例によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)ウォームホイール６０の歯６４の少なくとも一側に設けられる封止手段８０が、ハウジング２０（２１）の壁面とウォームホイール６０の側面の一方に固定され、他方に摺接するシールリング８１からなるものとすることにより、潤滑室７０を簡易に封止できる。潤滑室７０のグリース等の潤滑剤を封止し、ウォームホイール６０の他の潤滑不良を回避する他、潤滑剤がトルクセンサ３０の側に侵入して樹脂部品を膨潤化したり、電気的ショートを引き起こすおそれを回避することができる。

(b)上述(a)のシールリング８１が、他の軸受等を介することなく、潤滑室７０に直接的に臨んで接するように設けられるとき、該シールリング８１の摺接部を潤滑剤により常に十分確実に潤滑し、該シールリング８１のシール性能を向上し、その寿命を簡易に確保できる。

(c)ウォームホイール６０を設けた出力軸１４が唯１個の軸受２７によりハウジング２０（２２）に支持され、該軸受２７がウォームホイール６０の歯６４の他側に設けられるシール付軸受２７とされ、このシール付軸受２７がウォームホイール６０の歯６４の他側に設けられる封止手段９０を構成するものとする。ウォームホイール６０の歯６４の一側に設けられる封止手段８０を上述のシールリング８１により簡易に構成するとともに、出力軸１４を支持する軸受２７を唯１個にして簡素化しながら、この軸受２７をシール付としてウォームホイール６０の歯６４の他側に設けられる封止手段９０に兼用するものになる。ウォームホイール６０を設けた出力軸１４の支持構造を簡素化するとともに、ウォームホイール６０の歯６４の潤滑室７０の簡易に封止できる。

(d)上述(c)の軸受２７が出力軸１４の外周に嵌合したウォームホイール６０のボス６１の外周に嵌合される状態で、ハウジング２０（２２）に支持され、ウォームホイール６０の軸方向で、ボス６１の軸受２７が嵌合される外周の少なくとも一部が該ウォームホイール６０の歯６４の歯巾の範囲内に配置される。これにより、出力軸１４上におけるウォームホイール６０の歯６４のセンターと、軸受２７のセンターとを、出力軸１４の軸方向で合致又は近接配置できる。ウォームホイール６０に作用する噛合荷重を、ウォームホイール６０の上記ボス６１に嵌合した上記軸受２７だけで安定的に支持できるものになり、ウォームホイール６０を設けた出力軸１４を唯１個の軸受２７で安定的にハウジング２０（２２）に支持できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明は、操舵ハンドルが接続される入力軸と、車輪側に接続される出力軸と、入力軸と出力軸の間に設けられるトーションバーと、操舵ハンドルから入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサの検出トルクに応じて駆動される電動モータと、電動モータの回転を出力軸に伝えるように該出力軸に設けたウォームホイールとを、ハウジングに設けてなる電動パワーステアリング装置において、前記出力軸の外周にウォームホイールのボスが嵌合され、このボスの外周に嵌合した軸受がハウジングに支持されてなるようにした。これにより、電動モータの回転を伝えるウォームホイールを出力軸に設けてなる電動パワーステアリング装置において、この出力軸のハウジングに対する支持構造のコンパクトを図ることができる。

１０ 電動パワーステアリング装置
１２ 入力軸
１３ 車輪側接続部材
１４ 出力軸
１５ トーションバー
２０、２１、２２ ハウジング
２７ 軸受
３０ トルクセンサ
４０ 電動モータ
６０ ウォームホイール
６１ ボス
６１Ａ 立上り面
６４ 歯
６５、６６ 止め輪

Claims (5)

1. 操舵ハンドルが接続される入力軸と、車輪側に接続される出力軸と、入力軸と出力軸の間に設けられるトーションバーと、操舵ハンドルから入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサの検出トルクに応じて駆動される電動モータと、電動モータの回転を出力軸に伝えるように該出力軸に設けたウォームホイールとを、ハウジングに設けてなる電動パワーステアリング装置において、
   前記出力軸の外周にウォームホイールのボスが嵌合され、このボスの外周に嵌合した軸受がハウジングに支持されてなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ウォームホイールの軸方向で、ボスの軸受が嵌合される外周の少なくとも一部が該ウォームホイールの歯の歯巾の範囲内に配置される請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記軸受が軸方向で、出力軸の外周に嵌合されているウォームホイールのボスからの立上り面と、出力軸の外周に取着される車輪側接続部材の端面とにより挟持されて固定される請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記出力軸の外周に嵌合されたウォームホイールのボスが該出力軸に圧入されて位置決めされ、又は該出力軸の一側に設けた止め輪に係止して位置決めされる請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記出力軸の外周に取着された車輪側接続部材が該出力軸に圧入されて位置決めされ、又は該出力軸の他側に設けた止め輪に係止して位置決めされる請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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