JP2016013779A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】捩れ変形を抑制することのできるシールリングを用いた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】シールリング４３はモータハウジング２８に形成された、台形状の溝４４内に略三角形状の２辺を一致させて装着される。このシールリング４３が配置された状態でモータハウジング２８は、第１の減速機ハウジング３１に向かって、組み付け固定される。シールリング４３は、断面に対応する部位がベルトの張力調整方向に対向して溝４４内に配置される。シールリング４３は、第１の減速機ハウジング３１と、モータハウジング２８に形成された溝４４の内壁とに押圧されて変形し、第１の減速機ハウジング３１の側壁に密着して隙間が塞がれる。これにより、第１の減速機ハウジング３１およびモータハウジング２８間のシール性が確保される。
【選択図】図５

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、シールリングを用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、モータトルクを減速機およびボールねじ機構を介して転舵軸の軸方向の力に変換することにより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（ＥＰＳ）が知られている。この電動パワーステアリング装置には、転舵軸に対して電動モータの回転軸が平行に配置された、いわゆるラックパラレルタイプの電動パワーステアリング装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この電動パワーステアリング装置は、電動モータの回転軸およびボールねじ機構にそれぞれ取り付けられた一対のプーリ、および各プーリに巻き掛けられたベルトからなる減速機を備えている。そして、電動モータの回転軸の回転が一対のプーリおよびベルトを介してボールねじ機構に伝達される。また、モータハウジングは減速機ハウジングに対してボルトによって締結固定されている。減速機ハウジングとモータハウジングとの間にはシールリング（例えば、Ｏリングなど）が介在されており、このシールリングにより減速機ハウジングおよびモータハウジング間のシール性が確保されている。

特開２００５−３４９８６１号公報

このような電動パワーステアリング装置では、モータトルクの伝達効率を確保するためにベルトの張力を適切に設定することが重要である。そこで従来は、例えば、減速機ハウジングにモータハウジングを組み付ける際、減速機ハウジングにモータハウジングを当接させてボルトを仮止めした後、減速機ハウジングに対してモータハウジングをずらすことでベルトの張力を調整するといった方法が用いられている。このベルト張力調整方法では、ベルト張力の調整が完了した後にボルトを本締めすることにより減速機ハウジングに対してモータハウジングが固定される。

しかしながら、ベルト張力調整時に減速機ハウジングに対してモータハウジングをずらすと、減速機ハウジングとモータハウジングとの間に介在されたシールリングに摩擦力が作用する。この摩擦力によりシールリングが捩れると、例えば、シールリングを設置するモータハウジングの溝の隙間から油、水や異物などが内部に侵入して減速機ハウジングとモータハウジングとの間のシール性が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、捩れ変形を抑制することのできるシールリングを用いた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ために、請求項１に記載の発明は、電動パワーステアリング装置において、モータハウジングにより周囲を覆われた電動モータと、前記電動モータの回転軸に取り付けられた駆動プーリと、車両の操舵機構に取り付けられた従動プーリと、前記駆動プーリおよび前記従動プーリに巻き掛けられた無端状のベルトとを有し、前記電動モータの回転軸の回転を前記駆動プーリ、前記ベルト、および前記従動プーリを介して前記操舵機構に伝達する減速機と、前記減速機を収容する減速機ハウジングと、を備え、前記モータハウジングおよび前記減速機ハウジングのそれぞれの当接面のいずれか一方に形成された円環状の溝内に配置される円環状のシールリングにより前記モータハウジングおよび前記減速機ハウジングの間のシール性が確保される電動パワーステアリング装置であって、前記シールリングは、断面が曲線状に膨らんだ略三角形の形状からなり、前記溝は、前記シールリングの断面の２辺に略一致する内周面を有することを要旨とする。

上記構成によれば、互いに当接する減速機ハウジングおよびモータハウジングのいずれか一方に形成された円環状の溝内に円環状のシールリングが配置される。この場合、断面が略三角形状を有するシールリングの３辺がモータハウジングおよび減速機ハウジングにそれぞれ接触する。したがって、減速機ハウジングに対してモータハウジングがずらされることにより、シールリングの接触部に摩擦力が作用する。例えば、断面の略三角形状に形成された１辺からなる一端部が減速機ハウジングに接触し、残りの２辺からなる他端部がモータハウジングの溝の内壁に接触して押圧される。これにより、シールリングが減速機ハウジングに密着して隙間が塞がれるため、モータハウジングと減速機ハウジングとの間のシール性を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記溝は、断面が三角形または台形の形状に形成されることを要旨とする。

上記構成によれば、減速機ハウジングとモータハウジングとの間にシールリングが介在された場合、シールリングは、シールリングの形状にほぼ一致して断面が三角形または台形の形状に形成された溝内に配置される。これにより、減速機ハウジングに電動モータを組み付ける際に、シールリングがベルトの張力調整により捩れようとするとき、シールリングが減速機ハウジングまたはモータハウジング、ならびに溝の内壁に接触して押圧される。その結果、シールリングの捩れ変形を抑制し、確実にシールすることができる。また、溝の開口部が外側に向かって幅広になるように形成されているので、シールリングを容易に溝内に組み付けることができる。さらに、上記シールリングの形状によればシールリングの中心軸を中心とする円周上のいずれの位置においてもベルトの張力調整を行なうことが可能になる。

本発明によれば、捩れ変形を抑制することのできるシールリングを用いた電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。 図１の操舵補助機構周辺の断面構造を示す要部拡大図。 シールリングの平面構造を示す平面図。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。 （ａ）、（ｂ）は、シールリングを組み付ける際の断面構造をそれぞれ示す断面図。

以下、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係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に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、いわゆるラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置であり、ラックアンドピニオン機構を含むステアリング機構（操舵機構）２と、ステアリング機構２に操舵補助力（アシスト力）を与えるための操舵補助機構３とを備えている。操舵補助機構３は、後述する電動モータ１９の回転軸１８（図２参照）をラック軸（ラックバー）１２とほぼ平行となるように配設するとともに、回転軸１８と、ラック軸１２に組み込んだボールねじ機構とを、ベルト式伝達機構によって繋いだ、いわゆるラックパラレルタイプの電動パワーステアリング装置（ＲＰ−ＥＰＳ）を構成している。

ステアリング機構２は、操舵部材としてのステアリングホイール４に連結されたステアリングシャフト５と、ステアリングシャフト５に自在継手６を介して連結された中間軸７と、中間軸７に自在継手８を介して連結されたピニオン軸９と、ピニオン軸９の先端部に設けられたピニオン１０に噛み合うラック１１を有して車両の左右方向に延びる操舵軸としてのラック軸１２とを有している。

ラック軸１２の両端部にはそれぞれタイロッド１３が結合されており、各タイロッド１３は図示しないナックルアームを介して転舵輪１４に連結されている。ステアリングホイール４が操作されてステアリングシャフト５が回転すると、この回転がピニオン１０およびラック１１によって、車両の左右方向に沿うラック軸１２の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪１４の転舵が達成される。

また、ピニオン軸９は、入力軸１５と、出力軸１６とに分割されている。これら入、出力軸１５，１６はトーションバー１７を介して同一の軸線上で互いに連結されている。操舵補助機構３は、回転軸１８を有する電動モータ１９と、回転軸１８の回転をラック軸１２の軸方向移動に変換するための変換機構２０と、回転軸１８の回転を減速して変換機構２０に伝達するための伝達機構としての減速機構（減速機）２１とを備えている。

電動モータ１９は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２２によって制御される。電動モータ１９は、例えば、３相のブラシレスモータが使用され、ＥＣＵ一体型モータであるＭＣＵ４２として構成されている。また、電動モータ１９の回転軸１８の回転速度は、電動モータ１９に内蔵されたレゾレルバ等の回転角度センサ２３によって検出される回転角度θから検出されるようになっている。

さらに、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４の操舵角度δを検出する操舵角センサ２４と、トーションバー１７を介する入、出力軸１５，１６間の相対回転変位量により操舵トルクτを検出するトルクセンサ２５と、車両の速度Ｖを検出する車速センサ２６とを備えている。操舵角センサ２４およびトルクセンサ２５は、ピニオン軸９の周囲に配置されている。上記回転角度センサ２３を含むこれらのセンサ２４，２５，２６が検出した値は、ＥＣＵ２２に入力され演算処理されるようになっている。

ＥＣＵ２２は、入力された操舵トルクτや車速Ｖ等に基づいてステアリング機構２に付与するアシストトルクを決定し、このアシストトルクに基づいて電動モータ１９を駆動制御する。

次に、変換機構２０および減速機構２１のそれぞれの構造について説明する。
図２は、図１の操舵補助機構３周辺の断面構造を示す要部拡大図である。図２に示すように、ラック軸１２が挿通されるハウジングは、略円筒状の第１のラックハウジング２９と、略円筒状の第２のラックハウジング３０と、減速機構２１および変換機構２０が収容される減速機部（減速機ハウジング）３３とに分割されて形成されている。第１のラックハウジング２９にはラック軸１２のほぼ全体が収容され、第２のラックハウジング３０にはラック軸１２の一部が収容される。減速機部３３は、第１の減速機ハウジング３１および第２の減速機ハウジング３２からなる。そして、第１および第２のラックハウジング２９，３０は、それぞれラック軸１２外周に設けたフランジ面を通して減速機部３３（第１および第２の減速機ハウジング３１，３２）の両側面にボルト締結（図示せず）により固定されている。

減速機構２１は、プーリ・ベルト機構からなる減速機構であり、例えば、回転軸１８に連結された歯付の駆動プーリ（以下、入力プーリという）３５と、ラック軸１２にボールねじ機構を介して連結された、入力プーリ３５よりも大径である歯付の従動プーリ（以下、出力プーリという）３６と、入、出力プーリ３５，３６間に掛け渡された歯付のベルト３７とを備えている。入力プーリ３５は、電動モータ１９の回転軸１８の軸方向中間部に一体回転可能に連結されている。出力プーリ３６は、操舵軸としてのラック軸１２の周囲を取り囲んで配置されている。

変換機構２０は、ボールねじ機構からなる変換機構であり、ラック軸１２の周囲を取り囲む回転筒としてのボールナット３８を備えている。ボールナット３８は、ラック軸１２の外周に形成されたボールねじ溝３９にボール４０を介して螺合している。ボールナット３８は、軸受３４を介して第２の減速機ハウジング３２に回転自在に支持されている。また、ボールナット３８の外周には上記出力プーリ３６が一体回転可能に嵌め合わされている。具体的には、ボールナット３８の外周に形成された段部と、軸受３４とによって出力プーリ３６が挟持され、ボールナット３８に固定されている。

ＭＣＵ４２は、電動モータ１９とＥＣＵ２２とから構成されている。電動モータ１９は、回転軸１８および回転角度センサ２３（図１参照）と、モータハウジング２８とを有しており、回転軸１８がラック軸１２にほぼ平行になるように配置されている。モータハウジング２８は、筒状の第１の減速機ハウジング３１を介して、ラック軸１２を収容する筒状の第２の減速機ハウジング３２に固定されている。

電動モータ１９の回転軸１８が回転すると、これにともなって、入力プーリ３５が回転する。そして、入力プーリ３５の回転はベルト３７を介して出力プーリ３６に伝達され、出力プーリ３６およびボールナット３８が入力プーリ３５の回転よりも低速で回転する。ボールナット３８の回転は、ボール４０を介してラック軸１２の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪１４（図１参照）の転舵が補助される。

次に、第１の減速機ハウジング３１に対するＭＣＵ４２の取り付け構造について説明する。
図２に示すように、電動モータ１９の周囲はモータハウジング２８により覆われている。モータハウジング２８における回転軸１８側の端部には円筒状のフランジ部４５が形成されており、このフランジ部４５の軸方向の端面が第１の減速機ハウジング３１の側壁に当接している。フランジ部４５には、その軸方向に貫通する複数の図示しないボルト孔が形成されている。このボルト孔に挿通されたボルトが第１の減速機ハウジング３１に締結されることにより、モータハウジング２８が第１の減速機ハウジング３１に固定されている。

第１の減速機ハウジング３１と当接するフランジ部４５の端面には、円環状の溝４４が形成されている。この溝４４には、円環状のシールリング４３が配置されている。本実施形態のシールリング４３は、ゴム部材（例えば、合成ゴムなど）からなるＯリングが用いられる。このシールリング４３により第１の減速機ハウジング３１およびモータハウジング２８の間のシール性が確保されている。

次に、シールリング４３の構造について説明する。
図３は、シールリング４３の平面構造を示す平面図、図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図である。図３では、シールリング４３の軸方向端部の稜線を二点鎖線ｎで示している。また、図４では、シールリング４３の中心軸ｍに略直交する同一平面内の２つの断面Ｓの形状をそれぞれ示している。

図４に示すように、シールリング４３の断面Ｓは曲線状に膨らんだ３辺を有する略三角形からなる。この断面形状は、シールリング４３の中心軸ｍを中心とする円周上に同一形状が対向するように形成されている。また、シールリング４３では、断面Ｓにおいて内周部分に突出形成された部位により捩れを抑制するよう構成されている。

次に、シールリング４３の溝４４への組み付けについて説明する。
図５（ａ），（ｂ）は、シールリング４３を組み付ける際の断面構造をそれぞれ示す断面図である。

図５（ａ）に示すように、シールリング４３はモータハウジング２８に形成された、例えば台形状の溝４４内に略三角形状の２辺を一致させて装着される。このシールリング４３が配置された状態でモータハウジング２８は、第１の減速機ハウジング３１に向かって(図中、矢印方向)、組み付け固定される。

図５（ｂ）に図２で図示された部分の拡大構造を示すように、シールリング４３は、断面Ｓに対応する部位がベルト３７の張力調整方向（張力増加方向、図２中、下方向）に対向して溝４４内に配置される。シールリング４３は、第１の減速機ハウジング３１と、モータハウジング２８に形成された溝４４の内周面である内壁とに押圧されて変形し、第１の減速機ハウジング３１の側壁に密着して隙間が塞がれる。これにより、シールリング４３がベルト３７の張力調整により捩れようとするとき、シールリング４３の捩れ変形を抑制し、第１の減速機ハウジング３１とモータハウジング２８との間のシール性が確保される。

次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の作用および効果について説明する。

上記実施形態によれば、第１の減速機ハウジング３１の側壁に当接するモータハウジング２８に形成された円環状の溝４４内に円環状のシールリング４３が配置される。この場合、断面Ｓが曲線状に膨らんだ略三角形状を有するシールリング４３の３辺が第１の減速機ハウジング３１およびモータハウジング２８にそれぞれ接触する。したがって、第１の減速機ハウジング３１に対してモータハウジング２８がずらされることにより、シールリング４３の接触部に摩擦力が作用する。断面Ｓの略三角形状に形成された１辺からなる一端部が第１の減速機ハウジング３１に接触し、残りの２辺からなる他端部がモータハウジング２８の溝４４の内壁に接触して押圧される。

これにより、第１の減速機ハウジング３１にＭＣＵ４２を組み付ける際に、第１の減速機ハウジング３１に対してモータハウジング２８をベルト張力調整方向にずらす場合であっても、シールリング４３が第１の減速機ハウジング３１に密着して隙間が塞がれる。その結果、シールリング４３の捩れ変形を抑制し、第１の減速機ハウジング３１およびモータハウジング２８間のシール性を確保することができる。

また、上記実施形態によれば、第１の減速機ハウジング３１とモータハウジング２８との間にシールリング４３が介在された場合、シールリング４３は、シールリング４３の形状にほぼ一致して断面Ｓが略三角形または略台形の形状を有して円環状に形成された溝４４内に配置される。

これにより、シールリング４３がベルト３７の張力調整により捩れようとするとき、シールリング４３が第１の減速機ハウジング３１またはモータハウジング２８の側壁、ならびにモータハウジング２８の溝４４の内壁に接触して押圧される。その結果、シールリング４３が第１の減速機ハウジング３１に密着して隙間が塞がれるので、シールリング４３の捩れ変形を抑制し、シール性を確保することができる。また、モータハウジング２８に設けられた溝４４の開口部は、第１の減速機ハウジング３１側に向かって幅広になるように形成されているので、シールリング４３を容易に溝４４内に組み付けることができる。さらに、本実施形態のシールリング４３の形状によれば、シールリング４３の中心軸ｍを中心とする円周上のいずれの位置においてもベルト３７の張力調整を行なうことが可能になる。

以上のように、本発明の実施形態によれば、捩れ変形を抑制することのできるシールリングを用いた電動パワーステアリング装置を提供できる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。

上記実施形態では、モータハウジング２８に設けられる断面形状が台形の溝４４を例示したが、これに限定されるものでなく、溝４４の形状は適宜変更可能である。例えば、平行な２辺を持たない三角形状の溝４４を形成してもよい。また、シールリング４３の略三角形の長辺を第１の減速機ハウジング３１の側壁に平面状に接触させ、残りの２辺を内壁に接触させて装着するように溝４４の断面形状を形成してもよい。

また、上記実施形態では、シールリング４３を配置するための溝４４をモータハウジング２８側に形成したが、これに限定されるものでなく、溝４４を第１の減速機ハウジング３１側に形成してもよい。

上記実施形態では、シールリング４３の適用対象としてラックパラレルタイプの電動パワーステアリング装置１を例示したが、シールリング４３の適用対象はこれに限定されるものでない。本実施形態のシールリング４３は、例えばコラムシャフトにアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置や、ステアバイワイヤ式のステアリング装置等、電動モータから減速機を介してステアリング機構にアシスト力を付与する各種ステアリング装置に適用可能である。

また、本実施形態のシールリング４３は、ステアリング装置に限定されるものでなく、第１および第２の２つのハウジング間にシールリングが介在される装置にも適用可能である。このような装置に本実施形態のシールリング４３を用いれば、ハウジングに容易に組み付けができるとともに、第１および第２のハウジングが摺動する際のシールリング４３の捩れ変形を抑制し、シール性を確保することが可能である。

１：電動パワーステアリング装置、２：ステアリング機構（操舵機構）、
３：操舵補助機構、４：ステアリングホイール、５：ステアリングシャフト、
６，８：自在継手、７：中間軸、９：ピニオン軸、１０：ピニオン、１１：ラック、
１２：ラック軸、１３：タイロッド、１４：転舵輪、１５：入力軸、１６：出力軸、
１７：トーションバー、１８：回転軸、１９：電動モータ、２０：変換機構、
２１：減速機構（減速機）、２２：ＥＣＵ、２３：回転角度センサ、
２４：操舵角センサ、２５：トルクセンサ、２６：車速センサ、
２８：モータハウジング、２９，３０：第１，第２のラックハウジング、
３１，３２：第１，第２の減速機ハウジング、３３：減速機部（減速機ハウジング）、
３４：軸受、３５：入力プーリ（駆動プーリ）、３６：出力プーリ（従動プーリ）、
３７：ベルト、３８：ボールナット、３９：ボールねじ溝、４０：ボール、
４２：ＭＣＵ、４３：シールリング、４４：溝、４５：フランジ部、
ｍ：中心軸、ｎ：稜線、Ｓ：シールリング断面

Claims (2)

1. モータハウジングにより周囲を覆われた電動モータと、
   前記電動モータの回転軸に取り付けられた駆動プーリと、車両の操舵機構に取り付けられた従動プーリと、前記駆動プーリおよび前記従動プーリに巻き掛けられた無端状のベルトとを有し、前記電動モータの回転軸の回転を前記駆動プーリ、前記ベルト、および前記従動プーリを介して前記操舵機構に伝達する減速機と、
   前記減速機を収容する減速機ハウジングと、を備え、
   前記モータハウジングおよび前記減速機ハウジングのそれぞれの当接面のいずれか一方に形成された円環状の溝内に配置される円環状のシールリングにより前記モータハウジングおよび前記減速機ハウジングの間のシール性が確保される電動パワーステアリング装置であって、
   前記シールリングは、断面が曲線状に膨らんだ略三角形の形状からなり、前記溝は、前記シールリングの断面の２辺に略一致する内周面を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記溝は、断面が三角形または台形の形状に形成され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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