JP2012101649A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ウォーム軸20の第1端部22を支持する第1軸受31の内輪31aの軌道溝31dおよび外輪31bの軌道溝31eの曲率半径は、それぞれ、転動体31cの直径の50%よりも大きい。これにより、第1端部22を中心とするウォーム軸20の揺動が許容されている。第1軸受31は、押圧部材35によって径方向Q1に押圧されることで内部隙間が詰められている。ウォーム軸20がハウジング70に対して軸方向S1に振動したときに、この振動は、一対の第2弾性部材63,67によって減衰・吸収される。
【選択図】図2
Description
また、ウォームホイールからウォーム軸に対してウォーム軸の軸方向に沿うアキシャル荷重が作用したとき、上記玉軸受の内輪および外輪が弾性的に撓むことにより、ウォーム軸をわずかに軸方向に移動させることが可能となっている。これにより、ステアリングホイールの操舵の開始の瞬間等、電動モータが駆動されないときに、ステアリングホイールからウォームホイールを介してウォーム軸に伝わった力によって、ウォーム軸が軸方向に移動可能となっている。これにより、電動モータが駆動していないときに電動モータからウォーム軸が受ける抵抗を少なくでき、その結果、電動モータが駆動されていないときの運転者の操舵負荷を低減できる。
特許文献1では、内輪をウォーム軸に圧入することにより、内輪を外輪に向けて押圧することで、玉軸受の内部隙間を負隙間にしている。これにより、軸受が単品の状態での内部隙間を大きくすることによるウォーム軸の変位可能量を充分に確保しつつ、内部隙間に起因する玉と内外輪との衝突音の抑制が可能であると考えられる。
また、本発明において、前記押圧部材は、前記第1軸受の外輪の外周面に圧入固定されている場合がある(請求項3)。この場合、第1軸受の外輪に押圧部材を圧入固定したサブアセンブリをウォーム軸の第1端部に嵌めるという簡易な構成で、第1軸受および押圧部材をウォーム軸に容易に組み付けることができる。
この場合、ウォーム軸が軸方向に振動したときに、第1軸受の両側に配置された弾性部材によって、この振動を確実に減衰・吸収することができる。例えば、車両が路面の凹凸の激しい悪路等を走行している場合を考える。この場合、路面から転舵機構およびウォームホイールに力(逆入力)が入力されたとき、この逆入力は、ウォームホイールを、ウォームホイールの周方向に高周波振動させるような力として作用する。このときの力によってウォーム軸が軸方向に振動したときに、第1軸受の両側に配置された第2弾性部材によって、この振動を確実に減衰・吸収することができる。
この場合、内輪の軌道溝の曲率半径を転動体の直径の52%以上としている。これにより、内輪が転動体に対して転がることで内輪が外輪に対して揺動可能な量を充分に確保できる。また、内輪の軌道溝の曲率半径を転動体の直径の56%以下としている。これにより、内輪の軌道溝の深さを充分に確保できるので、内輪で転動体を確実に保持できる。したがって、転動体が内輪の軌道溝から外れようとすることをより確実に抑制できるので、転動体や内輪の軌道溝への負担の低減を通じて第1軸受の寿命をより長くできる。
この場合、外輪の軌道溝の曲率半径を転動体の直径の54%以上としている。これにより、外輪が転動体に対して転がることで外輪が内輪に対して揺動可能な量を充分に確保できる。また、外輪の軌道溝の曲率半径を転動体の直径の58%以下としている。これにより、外輪の軌道溝の深さを充分に確保できるので、外輪で転動体を確実に保持できる。したがって、転動体が外輪の軌道溝から外れようとすることをより確実に抑制できるので、転動体や外輪の軌道溝への負担の低減を通じて第1軸受の寿命をより長くできる。
図1は、本発明の一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置1の概略構成を示す模式図である。図1を参照して、電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール等の操舵部材2に連結されるステアリングシャフト3と、中間軸4を介してステアリングシャフト3と連結されるピニオン軸5と、ピニオン軸5に形成されたピニオン6に噛み合うラック7を有し、自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸8とを備えている。ピニオン軸5およびラック軸8によって、ラックアンドピニオン機構からなる転舵機構29が構成されている。
ラック軸8は、図示しない複数の軸受を介して直線往復運動可能にハウジング12に支持されている。ラック軸8の両端部は、ハウジング12の外部へ突出している。ラック軸8の各端部は、それぞれタイロッド13およびナックルアーム(図示せず)を介して、転舵輪14に連結されている。
操舵部材2に操舵トルクが入力されることにより、トーションバー11がねじれ、入力軸9および出力軸10が微小角度、相対回転する。この相対回転変位は、ステアリングシャフト3の近傍に設けられたトルクセンサ15によって検出される。これにより、操舵部材2に作用するトルクが検出される。トルクセンサ15の出力信号は、ECU16(Electronic ControlUnit:電子制御ユニット)に与えられる。ECU16は、トルク値や図示しない車速センサから与えられる車速値等に基づいて、駆動回路17を介して操舵補助用の電動モータ18を駆動制御する。
減速機19は、電動モータ18により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸20と、このウォーム軸20に噛み合う従動ギヤとしてのウォームホイール21とを備えている。ウォームホイール21は、ステアリングシャフト3の出力軸10等を介して転舵機構29に連結されている。
第1端部22は、電動モータ18の出力軸18bに継手50を介して動力伝達可能に連結されている。これにより、電動モータ18の出力が、ウォーム軸20に伝達される。
ウォームホイール21は、出力軸10に一体回転可能に結合された環状の芯金27と、芯金27の周囲を取り囲み外周に歯が形成された合成樹脂部材28とを含んでいる。芯金27は、例えば合成樹脂部材28の樹脂成形時に金型内にインサートされる。芯金27は、ステアリングシャフト3の出力軸10に、例えば圧入によって嵌め合わされ、連結されている。これにより、ウォームホイール21は、出力軸10に対して一体回転可能に且つ軸方向に移動不能となっている。
これにより、ウォーム軸20の歯形成部としてのウォーム24とウォームホイール21の互いの噛み合い領域26においてバックラッシが生じることを抑制している。また、本電動パワーステアリング装置1では、ウォーム軸20を支持する第1軸受31の内部隙間が詰められており、第1軸受31の内部でがたつき(振動)が生じることが抑制されている。なお、第1軸受31の内部隙間とは、例えば、転動体31cと内輪31aとの間の径方向の隙間、および転動体31cと外輪31bとの間の径方向の隙間をいう。
第1軸受31の内輪31aは、第1端部22の外周22aに嵌め合わされている。この内輪31aは、第1端部22にすきまばめ等により嵌合されており、ウォーム軸20とは軸方向S1に相対移動可能である。第1軸受31の内輪31aの両側には、2つの第2弾性部材ユニット33,34が配置されている。
押圧部材35および第1軸受31は、互いに組み合わされることでサブアセンブリ36を構成している。電動パワーステアリング装置1の組み立て時には、このサブアセンブリ36の状態で、第1軸受31をウォーム軸20の第1端部22に嵌め合わすことが可能となっている。
駆動ギヤ収容ハウジング71には、第1軸受支持部71aを軸方向S1に挟んで環状の段部71cおよび第1止め輪37が設けられている。第1止め輪37は、駆動ギヤ収容ハウジング71の内周面に形成された環状溝に固定されている。これら環状の段部71cおよび第1止め輪37は、第1軸受31の外輪31bおよび押圧部材35を軸方向S1に挟んでいる。これにより、第1軸受31の外輪31bおよび押圧部材35は、駆動ギヤ収容ハウジング71に対する軸方向S1が規制されている。
内輪31aの軌道溝31dの曲率半径R1は、転動体31cの直径D1の52%〜56%(0.52D1≦R1≦0.56D1)に設定されていることが好ましい。曲率半径R1が直径D1の52%未満である(R1<0.52D1)と、内輪31aが転動体31cに対して転がることで内輪31aが外輪31bに対して揺動可能な量を充分に確保し難い。また、曲率半径R1が直径D1の56%を超える(0.56D1<R1)と、内輪31aの軌道溝31dが浅くなり、転動体31cを保持し難い。その結果、転動体31cが内輪31aの軌道溝31dから外れ易くなる。なお、曲率半径R1は、直径D1の52.5%以上であることがより好ましい。また、曲率半径R1は、直径D1の75%以下であってもよい。
外輪31bの軌道溝31eの曲率半径R2は、転動体31cの直径D1の54%〜58%(0.54D1≦R2≦0.58D1)に設定されていることが好ましい。曲率半径R1が直径D1の54%未満である(R1<0.54D1)と、外輪31bが転動体31cに対して転がることで外輪31bが内輪31aに対して揺動可能な量を充分に確保し難い。また、曲率半径R2が直径D1の58%を超える(0.58D1<R2)と、外輪31bの軌道溝31eが浅くなり、転動体31cを保持し難い。その結果、転動体31cが外輪31bの軌道溝31eから外れ易くなる。なお、曲率半径R2は、直径D1の53.5%以上であることが好ましい。また、曲率半径R2は、直径D1の85%以下であってもよい。
図3を参照して、上記の構成により、第1軸受31の内輪31aは、外輪31bに対して揺動方向A1に大きく揺動可能となっている。揺動方向A1は、ウォームホイール21の中心軸線L2に沿ってウォーム軸20を見たときにおける、第1軸受31を中心とする時計回り方向および反時計回り方向を含む方向である。
一方の第2弾性部材ユニット33は、軸方向S1に並ぶ一対の側板61,62と、一対の側板61,62の間に配置された第2弾性部材63とを含んでいる。一対の側板61,62は、金属板を用いて形成されている。
第2弾性部材63は、ゴム等の弾性部材を用いて環状に形成されている。第2弾性部材63は、一方の側板61に例えば加硫接着により接合されている。また、第2弾性部材63は、他方の側板62に例えば加硫接着により接合されている。第2弾性部材63は、一方の対向部41と、第1軸受31との間に配置されている。
他方の第2弾性部材ユニット34は、軸方向S1に並ぶ一対の側板65,66と、一対の側板65,66の間に配置された第2弾性部材67とを含んでいる。一対の側板65,66は、金属板を用いて形成されている。
第2弾性部材67は、第2弾性部材63と同様の材料を用いて環状に形成されている。第2弾性部材67は、一方の側板65に例えば加硫接着により接合されている。また、第2弾性部材67は、他方の側板66に例えば加硫接着により接合されている。第2弾性部材67は、他方の対向部42と、第1軸受31との間に配置されている。
上記の構成により、電動パワーステアリング装置1の初期状態のとき、各弾性部材63,67は、弾性的に圧縮されている。ウォーム軸20がハウジング70に対して軸方向S1に振動したとき、この振動は、各弾性部材63,67の弾性変形によって減衰・吸収される。
第2軸受32の外輪32bは、駆動ギヤ収容ハウジング71の内周面に形成された第2軸受支持部71bに第1弾性部材45を介して支持されている。第1軸受保持部71bは、対向方向B1に長い長孔に形成されている。これにより、第2軸受32および第2端部23は、駆動ギヤ収容ハウジング71に対して、ウォーム軸20の中心軸線L1とウォームホイール21の中心軸線L2とが対向する対向方向B1に相対移動可能とされている。
主体部37には弾性突起48が設けられている。この複数の弾性突起48は、主体部37の径方向内方に向けて延びている。各弾性突起48は、駆動ギヤ収容ハウジング71の端壁71dに受けられており、第2軸受32を第1軸受31側に弾性的に付勢している。
また、ウォーム軸20は、第1軸受31(第1端部22)を中心として、ウォーム軸20とウォームホイール21の互いの中心間距離K1が短くなるように弾性的に付勢されている。その結果、ウォーム軸20のウォーム24とウォームホイール21との間のバックラッシがゼロに保たれている。
継手50は、電動モータ18の出力軸18bに一体回転可能に連結された第1係合部材51と、ウォーム軸20の第1端部22に一体回転可能に連結された第2係合部材52と、第1および第2係合部材51,52の間に介在し、第1係合部材51から第2係合部材52にトルクを伝達する弾性部材53とを含んでいる。
第2係合部材52は、ウォーム軸20の第1端部22に固定された第2主体部58と、第1主体部54から第2係合部材52に向けて突出する複数の第2係合突起59とを有している。各第2係合突起59は、第2主体部58の周方向に等間隔に配置されている。周方向C1に関して、第1係合突起55と第2係合突起59とが交互に配置されている。
各係合腕53bは、周方向C1に相対向する第1係合突起55と第2係合突起59との間にそれぞれ配置されており、第1係合突起55と第2係合突起59とが互いに接触することを防止している。
以上説明したように、本実施形態によれば、第1軸受31の各軌道溝31d,31eの曲率半径R1,R2を、転動体31cの直径D1の50%よりも大きくすることにより、第1端部22を中心とするウォーム軸20の揺動を許容している。これにより、ウォーム軸20を、第1軸受31を中心に揺動可能な量を充分に大きくできる。したがって、ウォーム軸20とウォームホイール21の噛み合い領域26に摩耗が生じても、第1弾性部材45の付勢力を受けたウォーム軸20が充分に大きく揺動できる。よって、ウォーム軸20とウォームホイール21との間のバックラッシを詰めた状態を維持できる。このため、長期に亘って、ウォーム軸20とウォームホイール21との間にがたつき(振動)が生じることを抑制できる。よって、悪路走行時等に、路面から転舵機構29等を介してウォームホイール21とウォーム軸20との噛み合い領域26に入力される力としての逆入力が入力された場合に、逆入力に起因してウォームホイールがウォーム軸に対して振動することを抑制できる。したがって、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合い領域におけるラトル音(噛み合いラトル音)の発生を抑制できる。しかも、ウォーム軸20の振動を第2弾性部材63,67で減衰・吸収できるので、噛み合いラトル音をより確実に抑制できる。
さらに、第1軸受31として玉軸受を用いることにより、第1軸受31によるウォーム軸20の揺動を確実に実現できる。
また、押圧部材35は、ハウジング70の第1軸受保持部71bにすきまばめによって保持されている。押圧部材35および第1軸受31がハウジング70の第1軸受保持孔71bに圧入される構成と異なり、押圧部材35および第1軸受31を第1軸受保持部71aで保持したときに、第1軸受31の内部隙間が不用意に変化することを、より確実に抑制できる。
例えば、図5に示すように、第1軸受31の内輪31aに押圧部材35Aを嵌合させてもよい。なお、以下では、図1〜図4に示す実施形態の構成と異なる点について主に説明し、同様の構成には図に同様の符号を付してその説明を省略する。
また、図1〜図4に示す実施形態、および図5に示す実施形態では、それぞれ、ウォーム軸20に形成された一対の対向部41,42によって、第2弾性部材63,67を軸方向S1に挟む構成を説明したけれども、これに限定されない。
一方の第2弾性部材ユニット33Bは、一方の対向部41Bと第1軸受31の外輪31bとの間に配置されている。一方の第2弾性部材ユニット33Bの一方の側板61Bは、一方の対向部41Bに受けられており、他方の側板62Bは、第1軸受31の外輪31bの一側面31hに受けられている。
第1軸受31の外輪31bは、第1軸受保持部71aにすきまばめによって保持されており、ハウジング70に対して軸方向S1に移動可能である。
上記の構成により、ウォーム軸20がハウジング70に対して軸方向S1に振動(変位)したとき、第1軸受31も同時に軸方向S1に振動し、各第2弾性部材63B,67Bが弾性変形することでこの振動を減衰・吸収する。
Claims (7)
- 第1端部および第2端部を含み、電動モータに連結されたウォーム軸と、
このウォーム軸に噛み合い転舵機構に連結されたウォームホイールと、
前記第1端部を回転可能に支持する第1軸受と、
前記第2端部を回転可能に支持する第2軸受と、
前記ウォーム軸および前記ウォームホイールの中心間距離が近づく方向に前記第2軸受を弾性的に付勢する第1弾性部材と、
前記ウォーム軸および前記ウォームホイールを収容するハウジングと、を備え、
前記第1軸受は、軌道溝を有する内輪と、軌道溝を有する外輪と、各前記軌道溝間に介在する転動体と、を含み、各前記軌道溝の曲率半径が前記転動体の直径の50%よりも大きいことにより前記第1端部を中心とする前記ウォーム軸の揺動を許容し、
前記第1軸受は、前記ハウジングまたは前記ウォーム軸に形成された対向部と前記ウォーム軸の軸方向に対向し前記対向部に対して前記軸方向に変位可能とされ、
前記第1軸受に嵌合され第1軸受を径方向に押圧することで各前記軌道溝および前記転動体を互いに押圧させる環状の押圧部材と、
前記対向部と前記第1軸受の間に配置され、前記ハウジングに対する前記ウォーム軸の軸方向移動に伴って弾性変形可能な第2弾性部材と、を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項1において、前記第1軸受は玉軸受を含み、前記転動体は玉を含み、各前記軌道溝の曲率半径は、前記第1軸受の中心軸線を含む断面の曲率半径であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 請求項1または2において、前記押圧部材は、前記第1軸受の外輪の外周面に圧入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。
- 請求項3において、前記押圧部材は、前記ハウジングに形成された保持孔にすきまばめによって保持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。
- 請求項1〜4の何れか1項において、前記対向部は、前記第1軸受を前記軸方向に挟んで一対設けられており、
前記第2弾性部材は、各前記対向部と前記第1軸受との間にそれぞれ設けら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。 - 請求項1〜5の何れか1項において、前記内輪の軌道溝の曲率半径は、前記転動体の直径の52%〜56%に設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。
- 請求項1〜6の何れか1項において、前記外輪の軌道溝の曲率半径は、前記転動体の直径の54%〜58%に設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。
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