JP3623922B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングホイールの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系のラック軸に伝達するものである。以下に一般的な電動パワーステアリング装置の概要を説明する。
【０００３】
図１１（ａ），（ｂ）は従来の電動パワーステアリング装置の概要図であり、（ａ）は全体構成を示し、（ｂ）は上記（ａ）の要部詳細構造を示す。
従来の電動パワーステアリング装置２００は、車幅方向に延ばしたラック軸２０１の一端部にラック２０２を形成し、このラック２０２にピニオン軸２０３のピニオン２０４を噛み合わせ、また、ラック軸２０１の他端部にねじ部２０５を形成し、このねじ部２０５にボールねじ２０６のナット２０７をボール２０８・・・を介して組付け、ナット２０７に電動機２１１の電動機軸２１３を連結したものである。
【０００４】
ピニオン軸２０３は、図示せぬステアリングホイールに連結した操舵軸である。ねじ部２０５は、ラック軸２０１の他端から所定長さにわたって形成した雄ねじである。ラック軸２０１をスライド可能に収納するためのハウジング２２１は、ラック側の第１ハウジング２２２と電動機側の第２ハウジング２２３とからなる、細長い収納部材である。電動機２１１は、ラック軸２０１上においてラック２０２とナット２０７との間に配置したものである。
ステアリングホイールに加えた操舵トルクに応じて、電動機２１１が発生した補助トルクを電動機軸２１３からナット２０７を介してラック軸２０１に付加することができる。
【０００５】
（ｂ）に示すように第１ハウジング２２２は、ロータ２１２における電動機軸２１３の一端部２１３ａを、軸受２２４を介してスライド不能に且つ回転可能に支持したものである。第２ハウジング２２３は、電動機軸２１３の他端部２１３ｂを軸受２２５を介して回転可能に支持したものである。電動機軸２１３はラック軸２０１を囲う中空軸であり、他端部にナット２０７を一体的に組込んだものである。
なお、２３１はステータ、２３２は軸受用ロックナット、２３３は電動機軸用ロックナット、２３４は電動機軸位置決め用ストッパ、２３５はナット固定用ロックナット、２３６は電動機軸側の筒状整流子、２３７は固定側のブラシ、２３８は第１・第２ハウジング結合用ボルトである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１１（ｂ）に示すように従来の電動パワーステアリング装置２００は、第１ハウジング２２２側のラック２０２と第２ハウジング２２３側のナット２０７との間に電動機２１１を配置し、第１ハウジング２２２にて電動機軸２１３の一端部２１３ａをスライド不能に支持し、第２ハウジング２２３にて電動機軸２１３の他端部２１３ｂを支持し、この他端部２１３ｂにてナット２０７を支持したものである。
【０００７】
電動パワーステアリング装置２００の一般的な組立・検査手順は、次の（１）〜（８）の通りである。
（１）電動機ケースを兼ねる第２ハウジング２２３に、電動機２１１の各構成部材を組付ける。
（２）電動機２１１の品質検査や性能試験を行い、その後に電動機２１１を一旦分解する。
（３）電動機軸２１３の他端部２１３ｂにナット２０７を組付ける。
（４）電動機軸２１３の一端部２１３ａを、軸受２２４及び各部材２３２〜２３４を介して第１ハウジング２２２に組付ける。
（５）電動機２１１の各構成部材及び第２ハウジング２２３を第１ハウジング２２２に組付ける。
（６）ラック軸２０１を組付ける。以上で電動パワーステアリング装置２００の組立が完了する。
（７）電動機２１１だけの品質検査や性能試験を再度行う。
（８）電動パワーステアリング装置２００の品質検査や性能試験を行う。
【０００８】
このように電動パワーステアリング装置２００は、電動機２１１を組立て品質検査や性能試験を行った後に、その電動機２１１を一旦分解し、ラック軸２０１並びにボールねじ２０６に組込む必要があった。従って、電動パワーステアリング装置２００の組立・検査工数が増し、コストアップの要因となるので、改良の余地がある。
【０００９】
そこで本発明の目的は、電動パワーステアリング装置の組立・検査工数を低減することができる技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、車幅方向に延ばしたラック軸の一端部の一側面にラックを形成し、このラックに操舵用ピニオンを噛み合わせ、ラック軸のうちラックを除く部分にねじ部を形成し、このねじ部にボールねじのナットをボールを介して組付け、ナットにラック軸を囲う中空の電動機軸（電動機の出力軸）を連結することで、操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トルクを電動機軸からナットを介してラック軸に付加するようにした電動パワーステアリング装置において、
ナットをラックと電動機との間に配置し、
ラック軸は、スライド可能にハウジングを貫通し、
このハウジングは、概ね管状の第１ハウジング並びに第２ハウジングを結合することで、１つのギヤボックスに組立てたものであり、
第２ハウジングは、電動機における電動機ケースの役割を兼ね、
電動機は、第２ハウジング内に嵌合した筒状のヨークと、このヨーク内に配置した複数個のステータと、これらのステータを第２ハウジング内に取付ける外部ステータホルダ並びに内部ステータホルダと、この内部ステータホルダの内部に配置したロータとからなり、
外部・内部ステータホルダに複数個のステータを組込むことでステータブロックを構成し、
ロータは、電動機軸を備え、
この電動機軸は、一端部を第１ハウジング側へ延ばしてラック軸に相対的に回転可能に嵌合するとともに、他端部を軸受を介して第２ハウジングに回転可能に支持し、
この第２ハウジングに、ハウジングの一端側から軸受、ステータブロック、ロータの順に組込むように構成したことを特徴とする。
【００１１】
電動パワーステアリング装置に先にボールねじ用ナットを組み付けておき、このナットに後から電動機軸を連結することができる。このため、電動機を組立て品質検査や性能試験を行った後に、その電動機を分解することなく組立た状態で、ラック軸並びにボールねじに組込むことができる。さらには、ラック軸並びにボールねじに電動機を組込んだ後に、電動機だけの品質検査や性能試験を再実施する必要はない。従って、組付け工数や検査・試験工数を低減することができるので、電動パワーステアリング装置のコストダウンを図ることができる。しかも、電動機を一旦分解した上に再組立するという作業がないので、電動機の組立精度を維持することが容易である。
さらには、第２ハウジングに、ハウジングの一端側から軸受、ステータブロック、ロータの順に組込むように構成することで、ロータを内部ステータホルダ内に組込むとともに、電動機軸を軸受に組込むように構成したので、第２ハウジング内に一方から、電動機軸の軸方向に全ての電動機構成部品（軸受、ステータブロック、ロータ）を組込むことができる。全ての部品を一方向から組付けることが可能なので、電動機の組立が容易であり、組立性を高めることができるとともに、自動組立ができる。
【００１２】
請求項２は、電動機軸とナットとを、ラック軸の長手方向に互いに嵌合し合うことで、トルク伝達可能に連結したことを特徴とする。
電動機軸とナットとを、ラック軸の長手方向に互いに嵌合し合うだけでトルク伝達可能に連結することができる。従って、電動機軸とナットとの組付け工数をより低減することができる。
【００１３】
請求項３は、電動機に、電動機軸に取付けた整流子と、この整流子のブラシ接触面に接触するブラシとを備え、ブラシ接触面を電動機軸に直交する面としたことを特徴とする。
整流子のブラシ接触面に対して、電動機軸の軸方向からブラシを当てることになる。このため電動機を組立るときに、電動機軸の組立方向に対して、整流子並びにブラシの組立方向を合致させることができる。従って組立性を高めることができる。
【００１４】
請求項４は、ラック軸のラックを形成した面の背面側に、この背面を押出すラックガイドを配置し、ラック軸のうちねじ部よりも他端部側へ寄った位置に、このラック軸が所定値たわんだときに支えるブッシュを配置したことを特徴とする。
ラック軸の両端に、路面反力に起因する外力が作用又はモーメントが発生して、ラック軸の他端部が所定値たわんだときに、他端部をブッシュで支えることができる。従って、ラック軸の他端部が所定値よりもたわむことはない。たわみ量が小さいので、ラック軸の振動を容易に抑制することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。
電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングホイール２１から操舵車輪２９，２９に至るステアリング系２０と、このステアリング系２０に補助トルクを加える補助トルク機構４０とからなる。この電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸２６の両端から操舵トルクを取り出すようにしたエンドテイクオフ型操舵装置である。
【００１６】
ステアリング系２０は、ステアリングホイール２１にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２３，２３を介してピニオン軸２４を連結し、ピニオン軸２４にラックアンドピニオン機構２５を介してラック軸２６を連結し、ラック軸２６の両端に左右のタイロッド２７，２７及びナックル２８，２８を介して左右の操舵車輪２９，２９を連結したものである。
【００１７】
ラックアンドピニオン機構２５は、ピニオン軸２４に形成したピニオン３１に、ラック軸２６の一側面に形成したラック３２を噛み合わせたものである。
運転者がステアリングホイール２１を操舵することで、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５及び左右のタイロッド２７，２７を介して、左右の操舵車輪２９，２９を操舵することができる。
【００１８】
補助トルク機構４０は、ステアリングホイール２１に加えたステアリング系２０の操舵トルクを操舵トルクセンサ４１で検出し、この検出信号に基づき制御手段４７で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動機５０で発生し、補助トルクをトルク伝達部材としてのボールねじ７０を介してラック軸２６に伝達するようにしたものである。
【００１９】
以上を要約すれば、電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングホイール２１に加えた操舵トルクをラックアンドピニオン機構２５を介してラック軸２６に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機５０が発生した補助トルクを電動機５０の電動機軸からボールねじ７０を介してラック軸２６に付加し、このラック軸２６によって操舵車輪２９，２９を操舵するようにしたものである。従って、ステアリング系２０の操舵トルクに電動機５０の補助トルクを付加した複合トルクによって、操舵車輪２９，２９を操舵することができる。
【００２０】
図２は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、要部を断面して表したものである。
電動パワーステアリング装置１０は、ラックアンドピニオン機構２５、電動機５０及びボールねじ７０を車幅方向（図左右方向）へ延びるハウジング１０１に収納したものである。
【００２１】
ハウジング１０１は、概ね管状の第１ハウジング１０２並びに第２ハウジング１０３の一端面同士をボルト結合することで、１つの細長いギヤボックスに組立てたものである。第１ハウジング１０２は、図示せぬ車体に取付けるためのブラケット１０４を備える。第２ハウジング１０３は、電動機５０における電動機ケースの役割を兼ねる。
【００２２】
車幅方向に延びたラック軸２６は、車幅方向へスライドするようにハウジング１０１を貫通した軸である。このようなラック軸２６は、図右の一端側をラックアンドピニオン機構２５に連結し、ほぼ長手中央位置をボールねじ７０に連結し、図左の他端側（ボールねじ７０よりも他端部側へ寄った位置に）に電動機５０を配置したものである。すなわち、ラックアンドピニオン機構２５と電動機５０との間にボールねじ７０を配置した。
【００２３】
本発明はこのようにして、ラック軸２６の一端部にラック３２を形成し、ラック軸２６のうちラック３２を除く部分にねじ部７１を形成し、ねじ部７１にボールねじ７０のナット７３を組付け、ナット７３にラック軸２６を囲う中空の電動機軸５６を連結し、ラック３２と電動機５０との間にナット７３を配置したことを特徴とする。言い換えると電動機５０は、ナット７３よりもラック軸２６の他端部側へ寄った位置に配置したものである。
【００２４】
ハウジング１０１は、ピニオン３１とラック３２との噛み合わせ中心位置にラックガイド１２０を配置し、ラック軸２６のうちねじ部７１よりも他端部側（図左端側）へ寄った位置にブッシュ１０５を配置したものである。ブッシュ１０５は、ラック軸２６が所定値たわんだときに支える部材である。ところでラック軸２６は、ねじ部７１が無い部分の径を、ねじ部７１の谷径よりも小径に設定したものである。
なお、ラックガイド１２０については、図３にて詳述する。
【００２５】
ここで、車幅方向において、ピニオン３１とラック３２との噛み合わせ中心位置をＡ（以下「ピニオン中心Ａ」と称する。）とし、ボールねじ７０の軸方向組付け中心位置をＢ（以下「ボールねじ中心Ｂ」と称する。）とし、ブッシュ１０５の中心位置をＣ（以下「ブッシュ中心Ｃ」と称する。）とする。
図中、１０６，１０６はボールジョイント、１０７，１０７はダストシール用ブーツである。
【００２６】
図３は図２の３−３線断面図であり、電動パワーステアリング装置１０の縦断面構造を示す。
電動パワーステアリング装置１０は、ラックアンドピニオン機構２５、操舵トルクセンサ４１を第１ハウジング１０２に収納し、この第１ハウジング１０２の上部開口をリッド１０８で塞いだものである。
【００２７】
ピニオン軸２４は、ステアリングホイール２１（図１参照）に連結した上方の第１の軸２４Ａと、ピニオン３１を一体に形成した下方の第２の軸２４Ｂと、これら第１・第２の軸２４Ａ，２４Ｂ間を連結したトーションバー２４Ｃとからなる。
トーションバー２４Ｃは、文字通りトルクに対して正確にねじれ角が発生するメンバーであって、第１の軸２４Ａと第２の軸２４Ｂとの間での相対ねじり変位を発生する弾性部材である。
【００２８】
操舵トルクセンサ４１は、第１・第２の軸２４Ａ，２４Ｂの相対ねじれ角に応じた操舵トルクを検出するようにしたものであり、スライダ４２及び可変インダクタンス式センサ部４６からなる、トーションバー形式のトルクセンサである。
より具体的には、操舵トルクセンサ４１は、第１・第２の軸２４Ａ，２４Ｂに円筒状のスライダ４２をスライド可能に嵌合し、スライダ４２に備えた傾斜溝４３並びに縦長のストレート溝４４を、第１の軸２４Ａのピン４５Ａ並びに第２の軸２４Ｂのピン４５Ｂとの間に掛け渡したものである。
【００２９】
スライダ４２は、第１・第２の軸２４Ａ，２４Ｂの相対ねじり変位に応じて上下にスライド可能である。このときのスライダ４２のスライド量はトルクに比例する。センサ部４６はスライド量を電気信号に変換し、この電気信号を操舵トルク検出信号として上記制御手段４７（図１参照）に発することができる。
【００３０】
図中、４８はスライダ弾発用ばね、４９は操舵トルクセンサ用端子、１１１は第１の軸用軸受、１１２，１１３は第２の軸用軸受、１１４，１１５は止め輪、１１６はナット、１１７は袋ナット、１１８はオイルシール、１１９はＯリングである。
【００３１】
ラックガイド１２０は、ラック軸２６のラック３２を形成した面の背面側に、この背面を押出す役割を果たすものである。詳しく説明すると、ラックガイド１２０は、ラック３２と反対側からラック軸２６に当てるガイド部１２１と、このガイド部１２１を圧縮ばね１２２を介して押す調整ボルト１２３とからなる。
このようなラックガイド１２０によれば、第１ハウジング１０２にねじ込んだ調整ボルト１２３にて、圧縮ばね１２２を介してガイド部１２１を適切な押圧力で押すことで、ガイド部１２１でラック３２に予圧を与えて、ラック３２をピニオン３１に押し付けることができる。１２４はラック軸２６の背面を滑らせる当て部材、１２５はロックナットである。
【００３２】
図４は本発明に係るラック軸、電動機、ボールねじ回りの要部断面図である。電動機５０は、第２ハウジング１０３内に嵌合した筒状の強磁性材製ヨーク５１と、ヨーク５１内に配置した複数個の永久磁石製ステータ５２・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）と、これらのステータ５２・・・を整列した状態で第２ハウジング１０３内に取付ける外部ステータホルダ５３並びに内部ステータホルダ５４と、ステータ５２・・・の内部（すなわち内部ステータホルダ５４の内部）に配置したロータ５５と、からなる。
【００３３】
ロータ５５は、ラック軸２６に相対的に回転可能に嵌合した管状の電動機軸５６と、電動機軸５６の外周面に嵌合にて取付けたコア５７と、コア５７の外周面に巻いたコイル５８と、コイル５８に接続した整流子（コンミテータ）５９と、からなる。このように、電動機軸５６はラック軸２６を囲う中空の出力軸である。電動機軸５６の内径は、ねじ部７１の外径よりも大きい。
【００３４】
整流子５９は、コイル５８の側部で電動機軸５６の外周部分に取付けたものであり、ラック軸２６の左端側（図左側）に向く平坦な面がブラシ接触面５９ａである。すなわち、ブラシ接触面５９ａは電動機軸５６に直交する面である。
整流子５９のブラシ接触面５９ａに接触するブラシ６１は、ブラシホルダ６２を介して第２ハウジング１０３内に収納されたものである。
【００３５】
ブラシ接触面５９ａに対して、電動機軸５６の軸方向からブラシ６１を当てることになる。このため電動機５０を組立るときに、電動機軸５６の組立方向に対して、整流子５９並びにブラシ６１の組立方向を合致させることができる。従って電動機５０の組立性を高めることができる。
６３はブラシ弾発用の圧縮ばね、６４はブラシ用コードである。
【００３６】
ボールねじ７０は、ラック軸２６に形成したねじ部（雄ねじ）７１と、多数のボール７２・・・と、ねじ部７１にボール７２・・・を介して取付けた外筒部分のナット７３と、からなるボールナット機構である。このボールねじ７０は、電動機５０の補助トルクを、ナット７３からボール７２・・・を介してねじ部７１へ伝達するものであって、ナット７３のねじ溝の端部に到達したボール７２・・・が図示せぬチューブ内を通って循環する、いわゆる内部循環形式又は外部循環形式の一般的な構成である。
【００３７】
ところで、第１ハウジング１０２は、ボールねじ７０のナット７３及び第１軸受１３１を介して電動機軸５６の出力端部５６ａを回転可能に支持したものである。第２ハウジング１０３は、第２軸受１３２及びブッシュ１３３を介して電動機軸５６の反出力端部５６ｃを回転可能に支持したものである。
第１・第２軸受１３１，１３２はころがり軸受である。ブッシュ１３３は、第２ハウジング１０３の内周面と、第２軸受１３２における外輪の外周面との間に介在した部材である。
【００３８】
具体的には、第１ハウジング１０２は、第２ハウジング１０３内に嵌合するためのボールねじ収納部１０２ｂを一体に形成し、このボールねじ収納部１０２ｂ内に第１軸受１３１を介してナット７３を回転可能に支持したものである。
第１軸受１３１は、第１ハウジング１０２に対する軸方向移動がロックスクリュー１３４によって規制されるとともに、ナット７３の中心又はその近傍位置を回転可能に支持したものである。
【００３９】
ナット７３は、第１軸受１３１に嵌合する支承部７４と支承部７４の一端に連なり支承部７４よりも大径の大径部７５と、支承部７４内に形成した連結孔７６とからなる。支承部７４に嵌合した第１軸受１３１を、大径部７５とロックスクリュー１３５とによって挟み込むことで、第１ハウジング１０２に対するナット７３の軸方向移動を規制することができる。この結果、ナット７３は回転可能で且つ軸方向移動不能（スライド不能）である。
【００４０】
電動機軸５６の出力端部５６ａをナット７３の連結孔７６に嵌合し且つ連結することで、第１ハウジング１０２は、上述のようにナット７３及び第１軸受１３１を介して電動機軸５６の出力端部５６ａを回転可能に支持することができる。電動機軸５６の出力端部５６ａは、その先端が段差７７に当ることで図右側への軸方向移動が規制されたものである。出力端部５６ａの軸方向移動不能の構成については図５にて詳述する。一方、電動機軸５６の反出力端部５６ｃは、その先端の段差５６ｄが第２軸受１３２の内輪の端面に当ることで図左側への軸方向移動が規制されたものである。この結果、電動機軸５６は軸方向移動不能である。
【００４１】
さらにこの図は、第１ハウジング１０２の一端のフランジ１０２ａに、第２ハウジング１０３の一端のフランジ１０３ａを、ボルト１３６にて結合したことを示す。図中、１３７，１３８はスペーサ、１３９はＯリングである。
【００４２】
図５は本発明に係る電動機とボールねじとの連結構造を示す断面図である。
本発明は、電動機軸５６とナット７３とを、ラック軸２６の長手方向に互いに嵌合し合うことで、トルク伝達可能に連結したことを特徴とする。さらに本発明は、電動機軸５６とボールねじ７０との間にトルクリミッタ９０を付加し、一定以上のトルクが伝わらぬようにしたことを特徴とする。電動機軸５６とナット７３との具体的な連結構造を以下に説明する。
【００４３】
電動機軸５６は、出力端部５６ａの外周面に一定幅の溝５６ｂを全周にわたって形成し、この溝５６ｂにトルクリミッタ９０を嵌め込んだものである。一方、ナット７３は、入力側にラック軸２６と同心の連結孔７６を形成し、この連結孔７６の径を、ボール７２・・・を設けた部分の内径よりも大径に設定したものである。このため、連結孔７６の奥端部分には段差７７を有する。
電動機軸５６の出力端部５６ａをナット７３の連結孔７６に嵌合することで、出力端部５６ａと連結孔７６との間にトルクリミッタ９０を介在させることができる。さらには、連結孔７６に嵌合した出力端部５６ａは、先端が段差７７に当ることで、図右方向（ボール７２・・・を設けた側）への軸方向移動が規制されることになる。
【００４４】
電動機軸５６とナット７３とを、トルクリミッタ９０を介してラック軸２６の長手方向に互いに嵌合し合うだけで、トルク伝達可能に連結することができる。従って、電動機軸５６とナット７３との組付け工数をより低減できる。
【００４５】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る電動機、ボールねじ及びトルクリミッタの連結構造を示す分解図である。（ａ）は電動機軸５６、ナット７３及びトルクリミッタ９０を分解した状態を示す。（ｂ）は上記（ａ）のｂ部を拡大して示す。
トルクリミッタ９０は、幅が一定で板厚が極めて小さい（例えば板厚０．３ｍｍ）環状の金属製バンド９１をベースとし、このバンド９１の周囲１箇所だけ切断したものである。バンド９１は外周面に全周にわたり、円周方向に一定ピッチ（例えばピッチ６〜７ｍｍ）で、軸方向に細長い複数の係合凸条９２・・・を一体に形成したものである。これらの係合凸条９２・・・は、例えばバンド９１をプレス加工することで、バンド９１から径外方へ突出させた高さ並びに長さが一定の突起部（例えば高さ０．７ｍｍ、長さ９ｍｍ）であり、その突起先端を円弧状断面としたものである。
【００４６】
このようなトルクリミッタ９０は、一定以上のトルクの伝達を遮断する部材であり、一般にトレランス・リング（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｒｉｎｇ）とも言われている。
電動機軸５６における溝５６ｂの底面にバンド９１の内面を嵌合させるとともに、複数の係合凸条９２・・・の各突起先端面に連結孔７６の円周面を嵌合させることで、これらの各部材間の摩擦力によってトルクを伝達することができる。
さらに複数の係合凸条９２・・・は、一定以上のトルクに応じて、バンド９１の径内方への弾性変形が可能である。係合凸条９２・・・が変形することで、上記各部材５６，７３，９０間の摩擦力は低下することになる。
【００４７】
ここで一旦図５に戻って、電動機軸５６、ナット７３及びトルクリミッタ９０の作用を説明する。
電動機５０が発生した補助トルクは、電動機軸５６→トルクリミッタ９０→ナット７３→ボール７２・・・→ねじ部７１の経路でラック軸２６に伝わる。この結果、補助トルクをスラスト（ラック軸２６への軸力）に変換してラック軸２６に付加することができる。
【００４８】
一方、トルクリミッタ９０に一定以上のトルクが作用すると、係合凸条９２・・・がバンド９１の径内方へ若干弾性変形することにより、上記各部材５６，７３，９０間の摩擦力は低下する。この結果、電動機軸５６とナット７３との間には、一定以上のトルクが伝わらない。従って、電動機５０に過大なトルクが作用することはない。
【００４９】
図７は本発明に係る電動機の組立手順説明図である。
電動機５０の組立手順は次の（１）〜（７）の通りである。
（１）ヨーク５１を組込んだ第２ハウジング１０３を準備する。
（２）第２軸受１３２及びブッシュ１３３を、第２ハウジング１０３に一端側（すなわちフランジ１０３ａ側の開口１０３ｂ）から組込む。
（３）ブラシ６１，６１を組込んであるブラシホルダ６２を、第２ハウジング１０３に一端側から組込む。
（４）複数のステータ５２・・・を、外部・内部ステータホルダ５３，５４に組込むことでステータブロックとする。
（５）ステータブロックを、第２ハウジング１０３に一端側から組込む。
（６）電動機軸５６、コイル５８及び整流子５９からなるロータ５５を、第２ハウジング１０３に一端側から組込む。
（７）この結果、ロータ５５を内部ステータホルダ５４内に組込むとともに、電動機軸５６を第２軸受１３２に組込むことができる。同時に、ブラシ接触面５９ａをブラシ６１，６１に接触させることができる。
【００５０】
以上で電動機５０の組立作業を完了する。
このようにして、フランジ１０３ａ側の開口１０３ｂから、すなわち一方から第２ハウジング１０３内に、電動機軸５６の軸方向に全ての電動機構成部品を組込むことができる。全ての部品を一方向から組付けることが可能なので、電動機５０の組立が容易であり、組立性を高めることができるとともに、自動組立ができる。
【００５１】
図８は本発明に係る電動機の完成図兼電動パワーステアリング装置の組立手順説明図である。
この図は完成した電動機５０を示す。この図に示すように組立られた電動機５０の品質検査や性能試験を行うことができる。性能試験をするときには、電動機軸５６の出力端部５６ａを治具で回転可能に支持することになる。その後、出力端部５６ａにトルクリミッタ９０を組付ける。
【００５２】
電動パワーステアリング装置１０の組立手順は次の（１）〜（４）の通りである。
（１）第１ハウジング１０２にボールねじ７０のナット７３を組込む。
（２）第１ハウジング１０２にラック軸２６を通すことでボールねじ７０に組込む（矢印▲１▼）。
（３）連結孔７６に対して出力端部５６ａをラック軸２６の長手方向に嵌合する（矢印▲２▼）ことで、電動機軸５６をトルクリミッタ９０を介してナット７３に連結する。同時に、開口１０３ｂをボールねじ収納部１０２ｂに嵌合する。
（４）フランジ１０２ａにフランジ１０３ａをボルト１３６で結合する。
以上で電動パワーステアリング装置１０の組立作業を完了する。
【００５３】
このように、電動機５０を組立て品質検査や性能試験を行った後に、その電動機５０を分解することなく組立た状態で、ラック軸２６並びにボールねじ７０に組込むことができる。
【００５４】
さらには、ラック軸２６並びにボールねじ７０に電動機５０を組込んだ後に、電動機５０だけの品質検査や性能試験を再実施する必要はない。従って、組付け工数や検査・試験工数を低減することができるので、電動パワーステアリング装置１０のコストダウンを図ることができる。しかも、電動機５０を一旦分解した上に再組立するという作業がないので、電動機５０の組立精度を維持することが容易である。
【００５５】
以上の説明をまとめると、本発明は次のようになる。
本発明は上記図４に示すように、電動機５０をナット７３よりもラック軸２６の他端部側（図左側）へ寄った位置に配置し、電動機軸５６とナット７３とを分離した部材とし、これら電動機軸５６とナット７３とを、ラック軸２６の長手方向に互いに嵌合し合うことでトルク伝達可能に連結したことを特徴とする。
【００５６】
言い換えると、本発明の電動パワーステアリング装置１０は、（１）第１ハウジング１０２側のラック３２（図２参照）と第２ハウジング１０３側の電動機５０との間にナット７３を配置し、（２）第２ハウジング１０３に電動機５０を収納し、（３）第１ハウジング１０２にてナット７３を回転可能に且つ軸方向への移動を規制して支持し、（４）ナット７３に電動機軸５６の出力端部５６ａをラック軸２６の長手方向に嵌合することでトルク伝達可能に連結し、（５）第２ハウジング１０３にて電動機軸５６の他端部５６ｃを回転可能に支持したことを特徴とする。
【００５７】
従って、電動パワーステアリング装置１０に（すなわち第１ハウジング１０２に）先にナット７３を組み付けておき、このナット７３に後から電動機軸５６を連結することができる。このため、電動機５０を組立て品質検査や性能試験を行った後に、その電動機５０を分解することなく組立た状態で、ラック軸２６並びにボールねじ７０に容易に組込むことができる。
【００５８】
図９（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る電動パワーステアリング装置の作用説明図である。
図９（ａ）は、上記図１のシステムに図２の電動パワーステアリング装置１０を組合せた、平面的な模式図である。なお、各部の符号は上記図１及び図２に示すものと同一であり、その説明を省略する。
ブッシュ１０５は、ラック軸２６が所定値たわんだときにラック軸２６を支えるために、所定大きさの隙間δを有する。
【００５９】
図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すラック軸２６回りの更なる模式図であり、ラック軸２６をピニオン中心Ａとボールねじ中心Ｂとで支持し、ピニオン中心Ａでラックガイド１２０にて押し付けたことを示す。
詳しくは、ボールねじ７０をラック軸２６に組み付けたので、ボールねじ７０はラック軸２６を車体前方並びに車体後方から支持することになる。また、ピニオン３１はラック軸２６を車体前方から支持し、ラックガイド１２０はラック軸２６を車体後方から押し付けたものである。しかも、ブッシュ中心Ｃでラック軸２６が所定値たわんだときに、ブッシュ１０５はラック軸２６を支える。
【００６０】
図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示すラック軸２６回りの模式的作用図（第１）、図９（ｄ）は、図９（ｂ）に示すラック軸２６回りの模式的作用図（第２）である。
ラック軸２６の両端には、走行時、特に操舵時の路面反力及びボールねじ７０に起因する外力が作用又はモーメントが発生する（以下、「車体前方からのモーメントＭｆ」、「車体後方からのモーメントＭｒ」と記す。）。
【００６１】
図９（ｃ）のように、前記車体前方からのモーメントＭｆ，Ｍｆにより、ラック軸２６の端部はピニオン３１から離れる方向に曲げられる。ラック軸２６の図左端部が所定値たわむと、ラック軸２６はボールねじ７０とブッシュ１０５とラックガイド１２０との３点で支持されることになる。その結果、ラック軸２６は図９（ｃ）の太い実線で示すようにたわむ。このたわんだ実線は、ラック軸２６が後方へ変形するときの揺動波形となる。
【００６２】
一方、図９（ｄ）のように、前記車体後方からのモーメントＭｒ，Ｍｒにより、ラック軸２６の端部がピニオン３１へ押し付ける方向に曲げられる。ラック軸２６の図左端部が所定値たわむと、ラック軸２６はピニオン３１とボールねじ７０とブッシュ１０５との３点で支持されることになる。その結果、ラック軸２６は図９（ｄ）の太い実線で示すようにたわむ。このたわんだ実線は、ラック軸２６が前方へ変形するときの揺動波形となる。
【００６３】
以上の説明から明らかなように、ラック軸２６の両端に、車体前後からのモーメントＭｆ，Ｍｒが作用して、ラック軸２６の左端部が所定値たわんだときに、ブッシュ１０５で支えるようにしたので、左端部が所定値よりもたわむことはない。たわみ量が小さいので、ラック軸２６の振動を容易に抑制することができる。
【００６４】
このように、ラック軸２６の振動が抑制されると、ステアリングハンドルの振動も抑制されるので、操舵フィーリングが高まる。また、ステアリングハンドルを介して車室内に伝わる振動が抑制されるので、車室内の騒音を防止できる。
【００６５】
図１０（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るラック軸の製造手順説明図である。
ラック軸２６を製造するには、次の（ａ）〜（ｄ）の手順による。
先ず（ａ）において、鉄鋼材からなる丸棒２６Ａを転造機１５１に連続的に供給する。転造機１５１は、周速Ｖ１，Ｖ２が異なる２個の丸形ダイス１５２，１５３を備えた差速式転造機である。周速Ｖ１，Ｖ２の差の半分の速度で丸棒２６Ａを移動させつつ、スルー転造によって丸棒２６Ａにねじ部７１を連続的にねじ加工することができる。次に、ねじ部７１を形成した丸棒２６Ａを所定長さ毎にカッタ１５４にて切断することで、（ｂ）に示す軸半完成品２６Ｂを得る。
【００６６】
その後（ｃ）のように、軸半完成品２６Ｂの両端にボールジョイント取付ねじ孔３５，３５を開ける。
さらに（ｃ）において、軸半完成品２６Ｂの外周面のうち、ねじ部７１が必要な部分だけを残して切削することで、表面が滑らかな小径部３６を形成する。小径部３６の径は、ねじ部７１の谷径よりも小径である。
【００６７】
最後に（ｄ）のように、小径部３６の一部にラック３２を形成してラック軸２６を得る。このようにして、ラック軸２６を製造することができる。
【００６８】
なお、上記製造手順については、上記構成のラック軸２６の構成を明確にするために説明したものであり、製造方法並びに製造手順は任意である。例えばラック軸２６のうち、必要な部分だけにねじ加工することでねじ部７１を得るようにしてもよい。このようなねじ加工方法としては、切削やインフィールド転造がある。
【００６９】
なお、上記本発明の実施の形態において、操舵トルクセンサ４１は、上記トーションバー形式のトルクセンサに限定されるものではなく、例えば磁歪式トルクセンサであってもよい。磁歪式トルクセンサを採用した場合には、ピニオン軸２４を上部・下部軸２４Ａ，２４Ｂの一体軸とすることができる。
また、電動機軸５６とナット７３との連結構造は、ラック軸２６の長手方向に互いに嵌合し合うことで、トルク伝達可能に連結した構造であればよく、例えばスプラインやセレーションを介して連結するものであってもよい。
【００７０】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、ナットをラックと電動機との間に配置したので、電動パワーステアリング装置に先にボールねじ用ナットを組み付けておき、このナットに後から電動機軸を連結することができる。このため、電動機を組立て品質検査や性能試験を行った後に、その電動機を分解することなく組立た状態で、ラック軸並びにボールねじに組込むことができる。さらには、ラック軸並びにボールねじに電動機を組込んだ後に、電動機だけの品質検査や性能試験を再実施する必要はない。従って、組付け工数や検査・試験工数を低減することができるので、電動パワーステアリング装置のコストダウンを図ることができる。しかも、電動機を一旦分解した上に再組立するという作業がないので、電動機の組立精度を維持することが容易である。
さらには、第２ハウジングに、ハウジングの一端側から軸受、ステータブロック、ロータの順に組込むように構成することで、ロータを内部ステータホルダ内に組込むとともに、電動機軸を軸受に組込むように構成したので、第２ハウジング内に一方から、電動機軸の軸方向に全ての電動機構成部品（軸受、ステータブロック、ロータ）を組込むことができる。全ての部品を一方向から組付けることが可能なので、電動機の組立が容易であり、組立性を高めることができるとともに、自動組立ができる。
【００７１】
請求項２は、電動機軸とナットとを、ラック軸の長手方向に互いに嵌合し合うだけで、トルク伝達可能に連結することができる。従って、電動機軸とナットとの組付け工数をより低減することができる。
【００７２】
請求項３は、電動機に、電動機軸に取付けた整流子と、この整流子のブラシ接触面に接触するブラシとを備え、ブラシ接触面を電動機軸に直交する面としたので、整流子のブラシ接触面に対して、電動機軸の軸方向からブラシを当てることができる。このため電動機を組立るときに、電動機軸の組立方向に対して、整流子並びにブラシの組立方向を合致させることができる。従って組立性を高めることができる。
【００７３】
請求項４は、ラック軸のラックを形成した面の背面側に、この背面を押出すラックガイドを配置し、ラック軸のうちねじ部よりも他端部側へ寄った位置に、このラック軸が所定値たわんだときに支えるブッシュを配置したので、ラック軸の両端に、路面反力に起因する外力が作用又はモーメントが発生して、ラック軸の他端部が所定値たわんだときにブッシュで支えることができる。従って、ラック軸の他端部が所定値よりもたわむことはない。たわみ量が小さいので、ラック軸の振動を容易に抑制することができる。ラック軸の振動が抑制されると、ステアリングハンドルの振動も抑制されるので、操舵フィーリングが高まる。また、ステアリングハンドルを介して車室内に伝わる振動が抑制されるので、車室内の騒音を防止できる。
しかも、外力又はモーメントが小さいときには、ラック軸はたわみ量が小さいのでブッシュに当らない。このため、良好な操舵フィーリングを維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】本発明に係るラック軸、電動機、ボールねじ回りの要部断面図
【図５】本発明に係る電動機とボールねじとの連結構造を示す断面図
【図６】本発明に係る電動機、ボールねじ及びトルクリミッタの連結構造を示す分解図
【図７】本発明に係る電動機の組立手順説明図
【図８】本発明に係る電動機の完成図兼電動パワーステアリング装置の組立手順説明図
【図９】本発明に係る電動パワーステアリング装置の作用説明図
【図１０】本発明に係るラック軸の製造手順説明図
【図１１】従来の電動パワーステアリング装置の概要図
【符号の説明】
１０…電動パワーステアリング装置、２１…ステアリングホイール、２４…ピニオン軸、２５…ラックアンドピニオン機構、２６…ラック軸、２９…操舵車輪、３１…操舵用ピニオン、３２…ラック、４１…操舵トルクセンサ、５０…電動機、５６…電動機軸、５９…整流子、５９ａ…ブラシ接触面、６１…ブラシ、７０…ボールねじ、７１…ねじ部、７２…ボール、７３…ナット、９０…トルクリミッタ、１０５…ブッシュ、１２０…ラックガイド。

Claims (4)

1. 車幅方向に延ばしたラック軸の一端部の一側面にラックを形成し、このラックに操舵用ピニオンを噛み合わせ、前記ラック軸のうちラックを除く部分にねじ部を形成し、このねじ部にボールねじのナットをボールを介して組付け、前記ナットに前記ラック軸を囲う中空の電動機軸を連結することで、操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トルクを電動機軸から前記ナットを介してラック軸に付加するようにした電動パワーステアリング装置において、
   前記ナットは、前記ラックと前記電動機との間に配置し、
   前記ラック軸は、スライド可能にハウジングを貫通し、
   このハウジングは、概ね管状の第１ハウジング並びに第２ハウジングを結合することで、１つのギヤボックスに組立てたものであり、
   前記第２ハウジングは、前記電動機における電動機ケースの役割を兼ね、
   前記電動機は、前記第２ハウジング内に嵌合した筒状のヨークと、このヨーク内に配置した複数個のステータと、これらのステータを前記第２ハウジング内に取付ける外部ステータホルダ並びに内部ステータホルダと、この内部ステータホルダの内部に配置したロータとからなり、
   前記外部・内部ステータホルダに前記複数個のステータを組込むことでステータブロックを構成し、
   前記ロータは、電動機軸を備え、
   この電動機軸は、一端部を前記第１ハウジング側へ延ばして前記ラック軸に相対的に回転可能に嵌合するとともに、他端部を軸受を介して前記第２ハウジングに回転可能に支持し、
   この第２ハウジングに、ハウジングの一端側から前記軸受、前記ステータブロック、前記ロータの順に組込むように構成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記電動機軸と前記ナットとは、前記ラック軸の長手方向に互いに嵌合し合うことで、トルク伝達可能に連結したことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記電動機は、前記電動機軸に取付けた整流子と、この整流子のブラシ接触面に接触するブラシとを備え、前記ブラシ接触面を前記電動機軸に直交する面としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記ラック軸の前記ラックを形成した面の背面側に、この背面を押出すラックガイドを配置し、前記ラック軸のうち前記ねじ部よりも他端部側へ寄った位置に、このラック軸が所定値たわんだときに支えるブッシュを配置したことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の電動パワーステアリング装置。

Images