JP2015143069A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置における異音の発生を抑制すること。【解決手段】電動パワーステアリング装置は、モータハウジング４０内でモータ軸３１を中心にロータ３２が回転するモータ３０と、連結部８０を介してモータ軸３１と一体に回転可能に連結されるウォーム軸２１及びウォーム軸２１と噛合してモータ３０の回転をステアリングシャフトに伝達するウォームホイール２２からなるウォーム減速機２３とを備えるようにした。そして、モータ軸３１は、その一端となる軸端３１ａがモータハウジング４０に加締め固定されるモータ軸受５０により回転自在に支持される一方、モータ軸３１の他端となるウォーム軸２１側の軸端３１ｂがロータ３２内に収容されるようにした。【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。

従来、操舵機構にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置としては、モータの回転をウォーム軸及びウォームホイールを噛合してなるウォーム減速機により減速して出力することにより、該モータの回転をアシスト力として付与するアシスト機構がある。このように用いるアシスト機構としては、例えば、特許文献１に記載のフロントベアリングと、リヤベアリングとにより、ロータと一体回転するモータ軸をモータケースに回転自在に支持したものがある。

特開２０１０−１８７４９２号公報

ところで、こういったアシスト機構では、モータ軸等のモータの組み付け時の作業効率を高めるために、上記ベアリングとこれを支持するハウジング等に隙間を設けるのが一般的である。ところが、このような隙間を設けると、ベアリングがハウジング等に打ち当って、打音を発生させることになる。そして、こうして発生した打音は、電動パワーステアリング装置における異音の発生の要因となる可能性がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、異音の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決する電動パワーステアリング装置は、モータハウジング内でモータ軸を中心にロータが回転するモータと、減速機ハウジング内で連結部を介してモータ軸と一体に回転可能に連結されるウォーム軸と、ウォーム軸と噛合してモータの回転を操舵機構に伝達するウォームホイールとを含み、ウォーム軸とウォームホイールとからなるウォーム減速機によりモータの回転を操舵機構に付与するようにしている。また、電動パワーステアリング装置において、モータ軸は、その一端がモータハウジングに回転自在に支持される一方、モータ軸の他端となるウォーム軸側がロータ内に収容されるようにしている。

この構成によれば、モータのウォーム軸側、すなわちモータの回転の出力側からロータの外にモータ軸が突出することがなくなる。これにより、モータの回転の出力側のモータ軸をロータ内に収容する場合、モータの回転の出力側からロータの外にモータ軸が突出する場合に比べて、ロータとウォーム軸とを近付けることができる。このため、ロータが連結部を介してウォーム軸に支持されるようにもなり、その結果としてモータ軸がロータに支持される。したがって、モータの回転の出力側についてはモータ軸を支持するための軸受けの構成を省くことができ、こういったモータ軸を支持するための軸受けによる打音をなくし電動パワーステアリング装置での異音の発生を抑制することができる。

また、特にモータの回転の出力側についてはモータ軸を支持するための軸受けの構成を省くことで、部品点数を削減することができるようになり、ウォーム減速機の組み付け工程やコストの削減に寄与することができる。

こういった電動パワーステアリング装置において、ウォーム軸は、その両端が軸受けにより支持され、ロータは、モータの回転をウォーム軸に伝達するモータ側連結部を有することが好ましい。

この構成によれば、ロータが連結部の一部を兼ねるようになる。すなわち、連結部の一部をロータが有する場合、連結部をロータと別箇所に設ける場合に比べて、ロータからウォーム軸を支持する軸受けのうちロータに近い軸受けまでの距離を縮めることができる。これにより、モータ軸、すなわちロータの支持についてはウォーム軸を支持する軸受けのうちロータに近い軸受けで作用させることができるようになる。したがって、モータの回転の出力側についてはモータ軸を支持するための軸受けの構成を省いたとしても、モータの回転、すなわちロータ及びモータ軸を効果的に支持することができる。

また、こういった電動パワーステアリング装置において、モータハウジング及びモータ軸の一端を支持する軸受けの間にウォーム軸の軸長方向の移動を可能にするウェーブワッシャを介在させることで、モータの回転の出力側についてはモータ軸を支持するための軸受けの構成を省く場合でも、ウォーム軸の軸長方向の移動を可能にしている。

本発明によれば、電動パワーステアリング装置における異音の発生を抑制することができる。

電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図。 図３の２−２線断面構造を示す図であって特に連結部を模式的に併せ示す断面図。 アシスト機構を示す断面図。

以下、電動パワーステアリング装置の一実施形態を説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１において、ステアリングホイール２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結される。そして、運転者のステアリングホイール２の操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、コラム軸８、中間軸９、及びピニオン軸１０を連結してなる。また、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して転舵輪１２に伝達されることにより転舵輪１２の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

また、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト３、ラックアンドピニオン機構４、及びラック軸５からなる操舵機構６に運転者のステアリングホイール２の操作を補助するためのアシスト力を付与するアシスト機構２０を備える。アシスト機構２０は、駆動源となるモータ３０と、モータ３０に連結されたウォーム軸２１の歯部２１ａ及びコラム軸８（ステアリングシャフト３）に連結されたウォームホイール２２の歯部２２ａを噛合してなるウォーム減速機２３とを備える。本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、所謂、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として機能する。そして、電動パワーステアリング装置１は、モータ３０の回転をウォーム減速機２３により減速してコラム軸８に伝達することによりそのモータトルクをアシスト力として操舵機構６（本実施形態では、ステアリングシャフト３）に付与する。

次に、アシスト機構２０の構成について説明する。
図２及び図３に示すように、アシスト機構２０は、モータ３０や該モータ３０の回転に関わる部品を収容する第１ハウジング４１及び第２ハウジング４２からなるモータハウジング４０を備える。第１ハウジング４１には、モータ３０を構成するモータ軸３１が収容されるとともに、該モータ軸３１を支持するモータ軸受５０、及び該モータ軸３１の回転角度を検出するレゾルバ５１等が収容される。また、第２ハウジング４２には、モータ３０を構成する部品であって、モータ軸３１を中心に回転するロータ３２、該ロータ３２を囲むステータ３３、及び該ステータ３３を励磁するコイル３４等が収容される。なお、コイル３４は、モータハウジング４０の外部に設けられるモータ３０の駆動回路（電力供給源）に複数のバスバー３５を介して接続される。

モータハウジング４０のモータ軸３１の軸方向の一端（図２中、左側）には、モータ３０の駆動回路を収容する基板ハウジング５２がボルト等の締結部材により連結される。また、モータハウジング４０のモータ軸３１の軸方向の他端（図２中右側）には、ウォーム軸２１及びウォームホイール２２を収容する減速機ハウジング６０がボルト等の締結部材により連結される。

図２の拡大図に示すように、モータ軸３１は、その一端（図２中、左側）、すなわち基板ハウジング５２側の軸端３１ａが加締め部４１ａにより第１ハウジング４１に加締め固定されるモータ軸受５０により回転自在に支持される。モータ軸受５０は、ボール軸受（ベアリング）であって、外輪５０ａ、内輪５０ｂ、及びこれらの間に介在されるボール５０ｃにより構成される。そして、第１ハウジング４１の加締め部４１ａ（モータハウジング４０）、及びモータ軸受５０の外輪５０ａの間には、ウォーム軸２１の軸長方向（軸方向）への移動を可能にする凹凸を有する円環状のウェーブワッシャ７０が介在される。

また、モータ軸３１は、ウォーム軸２１側となる他端（図２中、右側）、すなわちモータ３０の回転の出力側の軸端３１ｂがロータ３２に一体回転可能に嵌合されるとともに、ロータ３２内に収容される。また、モータ軸３１は、その軸端３１ｂの先端がロータ３２から突出しない長さに設定される。なお、モータ軸３１は、ロータ３２内に収容される長さが該モータ軸３１の径の２倍以上に設定される。

また、減速機ハウジング６０には、ウォーム軸２１を収容するウォーム軸収容部６１が形成されるとともに、ウォームホイール２２を収容するウォームホイール収容部６２が該ウォーム軸収容部６１に連続して形成される。ウォーム軸収容部６１は、ウォーム軸２１の軸方向に延びる円柱状に形成される。そして、ウォーム軸収容部６１の一端（図２中、左側）は、モータハウジング４０に連通する。また、ウォーム軸収容部６１の他端（図２中、右側）は、外部に開口しており、エンドカバー６３により封止される。

ウォーム軸２１は、その両端（先端２１ｂ，２１ｃ）が減速機ハウジング６０内で第１ウォーム軸受６４、及び第２ウォーム軸受６５により回転自在に支持され、ウォームホイール２２に噛合される。各ウォーム軸受６４，６５は、ボール軸受（ベアリング）であって、外輪６４ａ，６５ａ、内輪６４ｂ，６５ｂ、及びこれらの間に介在されるボール６４ｃ，６５ｃにより構成される。

ウォーム軸２１のモータ３０側の先端２１ｂを支持する第１ウォーム軸受６４は、ロックボルト６６により減速機ハウジング６０内に加締め固定される。また、第１ウォーム軸受６４は、その内部隙間が比較的大きく設定される。そして、ウォーム軸２１は、第１ウォーム軸受６４の内輪６４ｂに対してすきまばめされることにより、第１ウォーム軸受６４、すなわち減速機ハウジング６０に対して径方向及び軸長方向へ移動可能に支持される。

また、第２ウォーム軸受６５は、ウォーム軸収容部６１のエンドカバー６３側に設けられ、ウォーム軸２１のウォームホイール２２側の先端２１ｃを支持する。ウォーム軸収容部６１のエンドカバー６３側は、その内径が第２ウォーム軸受６５の外径よりも大きく、エンドカバー６３及び第２ウォーム軸受６５の間に隙間を有する。また、ウォーム軸収容部６１のエンドカバー６３側には、第２ウォーム軸受６５をウォームホイール２２に近接する方向（図２中、下側）に付勢する板ばね６７が設けられる。すなわち、第２ウォーム軸受６５は、ウォーム軸収容部６１内で径方向及び軸長方向へ移動可能に設けられる。そして、ウォーム軸２１は、第２ウォーム軸受６５の内輪６５ｂに対してしまりばめされることにより、第２ウォーム軸受６５と一体に径方向及び軸長方向へ移動可能に支持される。

また、ウォーム軸２１は、その一端（図２中、左側）の先端２１ｂがモータハウジング４０内まで延びるとともに、ロータ３２（モータ３０）に連結部８０を介して一体に回転自在に連結される。

図２及び図３に示すように、連結部８０は、ロータ３２に形成されるモータ側連結部としての噛み合い部８１と、ウォーム軸２１に装着されるウォーム側連結部としてのフランジボス８２と、これらの間に介在される弾性材料からなるラバースプリング８３とから構成される。

噛み合い部８１は、ロータ３２のウォーム軸２１側を円環状に凹設することで該ロータ３２に一体形成される。また、噛み合い部８１には、フランジボス８２、すなわちウォーム軸２１に向かって突出する複数（本実施形態では、４つ）の係合爪８１ａが形成される。また、フランジボス８２は、円環状に形成され、その嵌合部８２ａがウォーム軸２１のモータ３０側の先端２１ｂに嵌合することによりウォーム軸２１と一体に回転自在に装着される。また、フランジボス８２には、噛み合い部８１、すなわちロータ３２に向かって突出する複数（本実施形態では、４つ）の係合爪８２ｂが形成される。また、ラバースプリング８３は、その本体部８３ａが円環状に形成され、本体部８３ａから径方向外側に向かって延設される複数（本実施形態では、８つ）の係合片８３ｂを有する。

図３に示すように、噛み合い部８１の各係合爪８１ａ及びフランジボス８２の各係合爪８２ｂは、それぞれが周方向に交互に配置されて組み付けられる。そして、係合爪８１ａ及び係合爪８２ｂのそれぞれの間には、ラバースプリング８３の係合片８３ｂが一つずつ挟持されて組み付けられる。このため、連結部８０は、ラバースプリング８３の弾性変形により噛み合い部８１たるロータ３２、すなわちモータ軸３１（モータ３０）に対するウォーム軸２１の傾動を可能にする。また、このように連結部８０を介したロータ３２及びウォーム軸２１の連結は、ロータ３２のウォーム軸２１側とウォーム軸２１の先端２１ｂとの間で直接的な連結として実現される。

そして、上述したように、ウォーム軸２１は、その他端（図２中、右側）の先端２１ｃが板ばね６７によりウォームホイール２２に近接する方向（図２中、下側）に付勢される。このように、本実施形態のアシスト機構２０には、ウォーム軸２１が傾動するとともに、ウォーム軸２１がウォームホイール２２に対して付勢されることで、ウォーム軸２１とウォームホイール２２との間の軸間距離が調整され、バックラッシュが除去されるバックラッシュ調整機構が組み込まれる。

次に、電動パワーステアリング装置１の作用を説明する。
図３に示すように、モータ軸３１は、その軸端３１ｂがロータ３２内に収容されるので、モータ３０のウォーム軸側、すなわちモータ３０の回転の出力側からロータ３２の外にモータ軸３１が突出することがなくなる。これにより、モータ３０の回転の出力側のモータ軸３１をロータ３２内に収容する場合、モータ３０の回転の出力側からロータ３２の外にモータ軸３１が突出する場合に比べて、ロータ３２とウォーム軸２１とを近付けることができる。このため、ロータ３２が連結部８０を介してウォーム軸に支持されるようにもなり、その結果としてモータ軸３１がロータ３２に支持される。したがって、モータの回転の出力側についてはモータ軸を支持するための軸受けの構成を省くことができるようになる。

また、特にモータ３０の回転の出力側についてはモータ軸３１を支持するための軸受けの構成を省くことで、部品点数を削減することができるようになる。
また、連結部８０において、噛み合い部８１についてはロータ３２に一体形成するので、ロータ３２が連結部８０の一部を兼ねる。すなわち、連結部８０の一部をロータ３２に一体形成する場合、連結部８０をロータ３２と別箇所に設ける場合に比べて、ロータ３２からウォーム軸２１を支持する軸受けのうちロータ３２に近い第１ウォーム軸受６４までの距離を縮めることができる。

これにより、モータ軸３１、すなわちロータ３２の支持についてはウォーム軸２１を支持する軸受けのうちロータ３２に近い第１ウォーム軸受６４で作用させることができるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に示す効果を奏することができる。
（１）モータ軸３１は、その軸端３１ｂがロータ３２内に収容されるようにした。これにより、モータ３０の回転の出力側についてはモータ軸３１を支持するための軸受けの構成を省くことができ、こういったモータ軸３１を支持するための軸受けによる打音をなくし電動パワーステアリング装置１での異音の発生を抑制することができる。

また、特にモータ３０の回転の出力側についてはモータ軸３１を支持するための軸受けの構成を省くことで、ウォーム減速機２３の組み付け工程やコストの削減に寄与することができる。

（２）モータ軸３１をロータ３２内に収容する場合、モータ３０の回転の出力側からロータ３２の外にモータ軸３１が突出する場合に比べて、ロータ３２から第１ウォーム軸受６４までの距離が縮まる。これにより、アシスト機構２０について、ウォーム軸２１の軸方向の長さの短縮を図ることができ、電動パワーステアリング装置１のコンパクト化を図ることができる。

（３）連結部８０において、噛み合い部８１についてはロータ３２に一体形成するようにした。これにより、モータ軸３１、すなわちロータ３２の支持についてはウォーム軸２１を支持する軸受けのうちロータに近い第１ウォーム軸受６４で作用させることができるようになる。したがって、モータ３０の回転の出力側についてはモータ軸３１を支持するための軸受けの構成を省いたとしても、モータ３０の回転、すなわちロータ３２及びモータ軸３１を効果的に支持することができる。

（４）第１ハウジング４１の加締め部４１ａ（モータハウジング４０）、及びモータ軸受５０の外輪５０ａの間にウェーブワッシャ７０を介在させるので、モータ３０の回転の出力側についてはモータ軸３１を支持するための軸受けの構成を省く場合でも、ウォーム軸２１の軸長方向の移動を可能にしている。

（５）連結部８０において、フランジボス８２については、ウォーム軸２１の先端２１ｂに一体に回転可能に装着されるので、ロータ３２とウォーム軸２１との直接的な連結が実現される。これにより、ロータ３２からウォーム軸２１を支持する軸受けのうちロータ３２に近い第１ウォーム軸受６４までの距離がさらに縮まるようになる。したがって、モータの回転の出力側についてはモータ軸を支持するための軸受けの構成を省いたとしても、モータの回転、すなわちロータ及びモータ軸をより効果的に支持することができる。

（６）連結部８０において、噛み合い部８１及びフランジボス８２の間には、ラバースプリング８３を介在させるようにした。これにより、ウォーム軸２１の歯部２１ａとウォームホイール２２の歯部２２ａとの噛合について、効果的に維持することができる。

（７）連結部８０の一部をロータ３２に一体形成する場合、連結部８０をロータ３２と別に設ける場合に比べて、ロータ３２から第１ウォーム軸受６４までの距離が縮まる。これにより、アシスト機構２０について、ウォーム軸２１の軸方向の長さの短縮を図ることができ、電動パワーステアリング装置１のコンパクト化を図ることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・連結部８０において、噛み合い部８１及びフランジボス８２の間には、ラバースプリング８３を介在させなくてもよい。すなわち、ロータ３２及びウォーム軸２１の連結は、ロータ３２に対してウォーム軸２１が一体に回転可能に実現されていればよく、傾動を許容しない構成であってもよい。

・連結部８０において、フランジボス８２は、ウォーム軸２１の先端２１ｂに溶接したり、ウォーム軸２１の先端２１ｂの形状を加工したりすることで、一体に形成することもできる。また、連結部８０において、噛み合い部８１は、ロータ３２の端面に溶接したり、形状を加工したりすることで、一体に形成することもできる。また、フランジボス８２は、ウォーム軸２１の先端２１ｂから若干奥側に嵌合したりもできる。

・連結部において、ウォーム側連結部の形状は、フランジボス形状でなくてもよく、モータ側連結部との連結を通じてモータの回転をウォーム軸に伝達可能であればよい。
・ウェーブワッシャ７０については、例えば、連結部８０のラバースプリング８３にウェーブワッシャ７０に相当する機能を持たせることで、省くこともできる。また、連結部において、噛み合い部８１及びフランジボス８２の間にウェーブワッシャ７０を介在させることもできる。その他、ウェーブワッシャ７０を介在させる場所を変更してもよく、例えば、第１ウォーム軸受６４及びロックボルト６６の間等も考えられる。

・連結部８０において、噛み合い部８１は、ロータ３２のウォーム軸２１側に一体に回転可能に装着したり、ロータ３２内に嵌合したりすることで、別部材にすることもできる。

・ロータ３２及びウォーム軸２１の連結は、ロータ３２からウォーム軸２１側で実現したり、モータハウジング４０外で実現したりしてもよい。また、ロータ３２及びウォーム軸２１の連結は、例えば、ウォーム軸２１をロータ３２内に一体に回転可能に圧入（しまりばめ）することにより実現することもできる。

・上記実施形態では、ロータ３２を延長してウォーム軸２１にさらに近付けてもよい。
・上記実施形態は、モータ軸３１とロータ３２とを一体形成したモータにも適用可能である。このようにモータ軸３１とロータ３２とを一体形成する場合には、ロータ３２内に収容されるモータ軸３１の長さを該モータ軸３１の径の２倍未満に設定することもできる。また、この場合には、ロータ３２を本実施形態よりも短くすることもでき、アシスト機構２０について、ウォーム軸２１の軸方向の長さの短縮を図ることができる。

・上記実施形態は、コラムアシスト型に限らず、例えば、デュアルピニオン型等の他のモデルの電動パワーステアリング装置にも適用可能である。
次に、上記実施形態及び別例（変形例）から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記連結部のうち前記ウォーム軸側に位置するウォーム側連結部は、前記ウォーム軸の先端に一体に回転可能に装着される。この構成によれば、ロータとウォーム軸との直接的な連結が実現される。これにより、ウォーム軸を支持する軸受けのうちロータに近い軸受けまでの距離がさらに縮まるようになる。したがって、モータの回転の出力側についてはモータ軸を支持するための軸受けの構成を省いたとしても、モータの回転、すなわちロータ及びモータ軸をより効果的に支持することができる。

（ロ）前記モータ側連結部及び前記ウォーム側連結部には、前記ロータに対して前記ウォーム軸を傾動可能にする弾性部材を介在させる。この構成によれば、ウォーム軸とウォームホイールとの噛合について、効果的に維持することができる。

１…電動パワーステアリング装置、６…操舵機構、２０…アシスト機構、２１…ウォーム軸、２１ａ，２１ｂ…先端、２２…ウォームホイール、２３…ウォーム減速機、３０…モータ、３１…モータ軸、３１ａ，３１ｂ…軸端、３２…ロータ、４０…モータハウジング、４１…第１ハウジング、４１ａ…加締め部、４２…第２ハウジング、５０…モータ軸受、６０…減速機ハウジング、６４…第１ウォーム軸受、６５…第２ウォーム軸受、７０…ワッシャ、８０…連結部、８１…噛み合い部（モータ側連結部）、８２…フランジボス（ウォーム側連結部）、８３…ラバースプリング（弾性部材）。

Claims (3)

1. モータハウジング内でモータ軸を中心にロータが回転するモータと、
   減速機ハウジング内で連結部を介して前記モータ軸と一体に回転可能に連結されるウォーム軸と、
   前記ウォーム軸と噛合して前記モータの回転を操舵機構に伝達するウォームホイールとを含み、
   前記ウォーム軸と前記ウォームホイールとからなるウォーム減速機により前記モータの回転を前記操舵機構に付与する電動パワーステアリング装置において、
   前記モータ軸は、その一端が前記モータハウジングに回転自在に支持される一方、前記モータ軸の他端となる前記ウォーム軸側が前記ロータ内に収容されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ウォーム軸は、その両端が軸受けにより支持され、
   前記ロータは、前記モータの回転を前記ウォーム軸に伝達するモータ側連結部を有する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記モータハウジング及び前記モータ軸の一端を支持する軸受けの間には、前記ウォーム軸の軸長方向の移動を可能にするウェーブワッシャを介在させる請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。