JP3681866B2

JP3681866B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3681866B2
Application number: JP21816897A
Authority: JP
Inventors: 照和中嶋
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2017-07-28
Also published as: JPH1143057A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータの出力トルクをハイポイドギヤを介してステアリングシャフトに伝達することで操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングシャフトの外周に設けられる従動ギヤと、その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、その駆動ギヤの駆動用電動モータとを備え、両ギヤを介して上記モータの出力トルクをステアリングシャフトに伝達することで操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置が汎用されている。
【０００３】
従来、その駆動ギヤおよび従動ギヤとしてウォームとウォームホイールとが用いられていた。しかし、上記モータの出力トルクが大きくなると、ウォームホイールの強度、耐久性が低下するという問題がある。
【０００４】
その駆動ギヤおよび従動ギヤとしてハイポイドギヤを用いることで、ギヤの強度、耐久性を向上することができる（特開平７‐２３２６５１号公報、特開平４‐２７６６３号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のハイポイドギヤを採用した電動パワーステアリング装置では、その駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシ調節のため、従動ギヤをステアリングシャフトに固定される内周側部材と、この内周側部材にねじ合わされる外周側部材とから構成している。そのねじ込み量の変化により外周側部材がステアリングシャフトの軸方向に移動することで、そのバックラッシが調節される。
しかし、従動ギヤはハウジングの内部に配置されるため、そのねじ込み量の変更作業は困難なものであった。
【０００６】
また、従来の構成では、そのステアリングシャフトは転がり軸受を介してハウジングに支持されるため、その転がり軸受に予圧を付与する機構が設けられていた。
しかし、その予圧の付与機構と上記バックラッシの調節機構とは、ステアリングシャフトの軸方向に離れて設けられていた。そのため、ステアリング装置が大型化するという問題があった。
【０００７】
また、従来の構成では、そのモータの出力シャフトの軸方向のガタにより、駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯との衝突音に基づきノイズが発生するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決することのできる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ステアリングシャフトと、そのステアリングシャフトを少なくとも一つの軸受を介して支持するハウジングと、そのステアリングシャフトの外周に設けられる従動ギヤと、その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、その駆動ギヤの駆動用電動モータとを備え、その駆動ギヤおよび従動ギヤとしてハイポイドギヤが用いられ、両ギヤを介して前記モータの出力トルクがステアリングシャフトに伝達されることで操舵補助力が付与される電動パワーステアリング装置に適用される。
本発明は、その軸受とハウジングとの間に介在する筒状部材が、そのハウジングの一端の開口の内周に、そのステアリングシャフトの軸方向に沿ってねじ込み量を変更可能にねじ合わされ、その筒状部材のねじ込み量の変更により、そのステアリングシャフト、従動ギヤ、軸受、および筒状部材は、駆動ギヤに対してステアリングシャフトの軸方向に同行移動可能とされ、その従動ギヤの駆動ギヤに対する軸方向移動により、両ギヤ間のバックラッシが変更されることを特徴とする。
本発明の構成によれば、筒状部材のハウジングへのねじ込み量を変更することで、従動ギヤは駆動ギヤに対してステアリングシャフトの軸方向に移動する。この従動ギヤの移動により、駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシを調節できる。その筒状部材は、ハウジングの一端の開口の内周にねじ合わされるので、そのねじ込み量の調節をハウジングの外部から容易に行える。これにより、バックラッシの調節時における作業性を向上できる。
【００１０】
本発明においては、前記軸受として前記ステアリングシャフトの軸方向に離れた２位置に配置される二つの転がり軸受を介して前記ステアリングシャフトは前記ハウジングにより支持され、一方の転がり軸受の外輪がステアリングシャフトの軸方向一方に変位するのを阻止し、他方の転がり軸受の外輪がステアリングシャフトの軸方向他方に変位するのを阻止する阻止部が、その筒状部材の内周に形成され、そのステアリングシャフトに、前記ハウジングの一端の開口側から予圧調節部材がねじ合わされ、ステアリングシャフトの外周に段差面が形成され、その予圧調節部材のねじ込み量に応じて、その予圧調節部材により一方の転がり軸受の内輪をステアリングシャフトの軸方向一方に押し、その段差面により他方の転がり軸受の内輪をステアリングシャフトの軸方向他方に押すことが可能とされている。
この構成によれば、予圧調節部材のねじ込み量に応じてステアリングシャフトの支持用転がり軸受に予圧を付与できる。その予圧付与機構を、前記筒状部材とステアリングシャフトとの間に設けることができるので、上記バックラッシの調節機構から軸方向に離すことなく配置できる。これにより、ステアリング装置を小型化できる。
【００１１】
そのモータは、出力シャフトと、この出力シャフトを少なくとも一つのモータ用転がり軸受を介して支持するケーシングとを有し、そのケーシングの一端の開口から突出する出力シャフトの外周に、前記駆動ギヤが一体成形され、そのモータ用転がり軸受の内輪と外輪の中の何れか一方が、出力シャフトの軸方向一方に変位するのを阻止する阻止部が、そのケーシング側と出力シャフト側の中の何れか一方に形成され、そのケーシング側と出力シャフト側の中の何れか他方に、そのケーシングの一端の開口側からモータ用予圧調節部材がねじ合わされ、その内輪と外輪の中の何れか他方を、そのモータ用予圧調節部材のねじ込み量に応じて出力シャフトの軸方向一方に押すことが可能とされ、そのケーシングの一端の開口は、そのケーシングに連結される前記ハウジングにより覆われるのが好ましい。
この構成によれば、そのケーシングの一端の開口側からモータ用予圧調節部材のねじ込み量を調節することで、そのネジ込み量に応じて出力シャフトの支持用転がり軸受に予圧を付与できる。これにより、その出力シャフトの軸方向のガタを防止できるので、その出力シャフトに一体成形される駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯との衝突を抑制し、その衝突によるノイズを低減できる。さらに、そのケーシングの一端の開口は、前記ハウジングにより覆われるので、そのモータ用予圧調節部材が不慮に回転しないように保護し、付与された予圧が変動するのを防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１に示す自動車用電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１に連結される第１ステアリングシャフト２と、この第１ステアリングシャフト２に連結される筒状第２ステアリングシャフト３と、この第２ステアリングシャフト３に同軸心に連結される筒状第３ステアリングシャフト５とを有する。両ステアリングシャフト３、５に挿通されるトーションバー４が、ピン６を介して第２ステアリングシャフト３に連結され、ピン７を介して第３ステアリングシャフト５に連結される。
【００１４】
その第２ステアリングシャフト３は、一端側がニードルベアリング８を介してセンサハウジング９により支持され、他端側がブッシュ１０を介して第３ステアリングシャフト５の内周により支持される。
【００１５】
その第３ステアリングシャフト５は、一端側が第１ボールベアリング１１を介してセンサハウジング９により支持され、他端側が第２ボールベアリング１２と第３ボールベアリング１３とを介してギヤハウジング１４により支持される。操舵による第２ステアリングシャフト３の回転が、トーションバー４、第３ステアリングシャフト５、図外ステアリングギヤ機構を介して車輪に伝達されることで、自動車の転舵がなされる。なお、そのステアリングギヤ機構はラックピニオン式等公知のものを用いることができる。
【００１６】
その第２ステアリングシャフト３から第３ステアリングシャフト５に伝達される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ２０が設けられている。そのトルクセンサ２０は、センサハウジング９により保持される第１、第２検出コイル３３、３４と、その第２ステアリングシャフト３の外周に固定される磁性材製の第１検出リング（磁性材製部材）３６および磁性材製の第３検出リング３８と、その第３ステアリングシャフト５の外周に固定される磁性材製の第２検出リング（磁性材製部材）３７を有する。
その第１検出リング３６の一端面と第２検出リング３７の一端面とは互いに対向するように配置され、各検出リング３６、３７の一端面に、それぞれ歯３６ａ、３７ａが周方向に沿って複数設けられている。
その第１検出リング３６の他端面と第３検出リング３８の一端面とは互いに対向するように配置される。その第３検出リング３８の一端面に歯３８ａが周方向に沿って複数設けられている。その第１検出リング３６の他端面には歯は設けられない。
その第１検出コイル３３は第１検出リング３６と第２検出リング３７の対向間を覆うように配置され、第２検出コイル３４は第１検出リング３６と第３検出リング３８の対向間を覆うように配置される。各検出コイル３３、３４はプリント基板４１に接続される。
【００１７】
その基板４１に、図２に示す信号処理回路が形成されている。すなわち、第１検出コイル３３は抵抗４５を介して発振器４６に接続され、第２検出コイル３４は抵抗４７を介して発振器４６に接続され、各検出コイル３３、３４は差動増幅回路４８に接続される。
これにより、操舵トルクによりトーションバー４が捩れ、第１検出リング３６と第２検出リング３７とが相対的に回転すると、両検出リング３６、３７の歯３６ａ、３７ａの対向部分の面積が変化する。その面積変化により、その歯３６ａ、３７ａの対向間における第１検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その変化に基づき第１検出コイル３３の出力が変化し、その出力に対応した操舵トルクが検出される。
また、温度変動による第１検出コイル３３の出力変動は、温度変動による第２検出コイル３４の出力変動に等しくされている。これにより、温度変動による第１検出コイル３３の出力変動は差動増幅回路４８により打ち消され、操舵トルクの検出値の温度による変動が補償される。
【００１８】
その差動増幅回路４８から出力される操舵トルクの検出値に対応した信号が制御装置（図示省略）に送られる。その制御装置により、その検知された操舵トルクに応じた出力トルクを発生するように駆動される電動モータ５０が、ギヤハウジング１４に対して固定されている。図３に示すように、そのモータ５０は、出力シャフト６１と、この出力シャフト６１を第１、第２モータ用ボールベアリング６２、６３を介して支持するケーシング６４とを有し、両ベアリング６２、６３の間において出力シャフト６１の外周に電機子６６と整流子６７が設けられ、ケーシング６４の内周にマグネット６８とブラシ機構６９とが設けられる。
【００１９】
そのモータ５０のケーシング６４の一端の開口６４ａから突出する出力シャフト６１の外周に、駆動ギヤ５１が一体成形されている。その駆動ギヤ５１に噛み合う従動ギヤ５２が、第３ステアリングシャフト５の外周に同行回転するように設けられている。これにより、そのモータ５０により駆動ギヤ５１が駆動され、両ギヤ５１、５２を介してモータ５０の出力トルクが第３ステアリングシャフト５に伝達されることで操舵補助力が付与される。その駆動ギヤ５１および従動ギヤ５２としてハイポイドギヤが用いられている。その駆動ギヤ５１が小ギヤとされ、従動ギヤ５２が大ギヤとされる。各ギヤ５１、５２の材質は、強度確保のために鋼等の金属製とするのが好ましい。
【００２０】
上記第２ボールベアリング１２および第３ボールベアリング１３とギヤハウジング１４との間に介在する筒状部材７０が、そのギヤハウジング１４の一端の開口１４ａの内周に、第３ステアリングシャフト５の軸方向に沿ってねじ込み量を変更可能にねじ合わされている。その筒状部材７０と第３ステアリングシャフト５との間に第２ボールベアリング１２と第３ボールベアリング１３とが嵌め合わされる。その筒状部材７０の外周にねじ合わされるロックナット６９がギヤハウジング１４の端面に押し付けられる。
【００２１】
その筒状部材７０の内周に、周方向に沿って突出する阻止部７０ａが形成され、その第３ステアリングシャフト５の外周に、周方向に沿う段差面５ａが形成されている。そのギヤハウジング１４の一端の開口１４ａ側から、その第３ステアリングシャフト５の外周に予圧調節用ナット（予圧調節部材）７１とロックナット７２とがねじ合わされる。その第２ボールベアリング１２は、その阻止部７０ａと段差面５ａとの間に配置され、その第３ボールベアリング１３は、その阻止部７０ａと予圧調節用ナット７１との間に配置される。その阻止部７０ａにより、第３ボールベアリング１３の外輪１３ａが第３ステアリングシャフト５の軸方向一方（図１において上方）に変位するのが阻止され、第２ボールベアリング１２の外輪１２ａが第３ステアリングシャフト５の軸方向他方（図１において下方）に変位するのが阻止される。その予圧調節用ナット７１のねじ込み量に応じて、上記段差面５ａと予圧調節用ナット７１との間隔が変化するので、その第３ボールベアリング１３の内輪１３ｂを予圧調節用ナット７１により第３ステアリングシャフト５の軸方向一方に押し、その第２ボールベアリング１２の内輪１２ｂを段差面５ａにより第３ステアリングシャフト５の軸方向他方に押すことができる。これにより、予圧調節用ナット７１のねじ込み量に応じて第２ボールベアリング１２と第３ボールベアリング１３とに予圧を付与できる。
【００２２】
上記従動ギヤ５２は、第３ステアリングシャフト５の外周に圧入されることで、第３ステアリングシャフト５と一体化されている。上記のように、第２ボールベアリング１２と第３ボールベアリング１３は、第３ステアリングシャフト５と筒状部材７０とにより軸方向から予圧を付与されるので、その第３ステアリングシャフト５、従動ギヤ５２、第２ボールベアリング１２、第３ボールベアリング１３、および筒状部材７０は、その第３ステアリングシャフト５の軸方向に同行移動可能である。よって、その筒状部材７０のギヤハウジング１４へのねじ込み量の変更により、従動ギヤ５２は駆動ギヤ５１に対して第３ステアリングシャフト５の軸方向に移動する。その従動ギヤ５２の駆動ギヤ５１に対する軸方向移動により、両ギヤ５１、５２間のバックラッシが変更される。
【００２３】
図３に示すように、上記モータ５０の出力シャフト６１の外周に、一端側において周方向に沿って突出する阻止部８０ａと、他端側において段差面８０ｂが形成されている。
そのモータ５０のケーシング６４の一端の開口６４ａ側から、そのケーシング６４の内周にモータ用予圧調節リング（モータ用予圧調節部材）８１がねじ合わされ、このモータ用予圧調節リング８１の外周にねじ合わされるロックナット８２がケーシング６４の一端面に押し付けられる。
そのケーシング６４の他端内面の中央に凹部６４ｂが形成されている。
上記第１モータ用ボールベアリング６２は、そのモータ用予圧調節リング８１と阻止部８０ａとの間に配置され、上記第２モータ用ボールベアリング６３は、その段差面８０ｂとケーシング６４の他端内面の周囲部６４ｃとの間に配置される。
その阻止部８０ａにより、第１モータ用ボールベアリング６２の内輪６２ｂが出力シャフト６１の軸方向一方（図３において右方）に変位するのが阻止され、その段差面８０ｂにより、第２モータ用ボールベアリング６３の内輪６３ｂが出力シャフト６１の軸方向他方（図３において左方）に変位するのが阻止される。そのモータ用予圧調節リング８１のねじ込み量に応じて、上記ケーシング６４の他端内面の周囲部６４ｃとモータ用予圧調節リング８１との間隔が変化するので、その第１モータ用ボールベアリング６２の外輪６２ａをモータ用予圧調節リング８１により出力シャフト６１の軸方向一方に押し、その第２モータ用ボールベアリング６３の外輪６３ａをケーシング６４の他端内面の周囲部６４ｃにより出力シャフト６１の軸方向他方に押すことができる。これにより、モータ用予圧調節リング８１のねじ込み量に応じて第１、第２モータ用ボールベアリング６２、６３に予圧を付与できる。
そのケーシング６４の一端の開口６４ａは、そのケーシング６４に連結される上記ギヤハウジング１４により覆われる。その連結は、例えばボルトにより行うことができる。
【００２４】
上記構成の電動パワーステアリング装置によれば、筒状部材７０は、ギヤハウジング１４の一端の開口１４ａの内周にねじ合わされるので、ギヤハウジング１４の外部から筒状部材７０を容易に回転させることができる。なお、筒状部材７０を回転させる、その筒状部材７０の外周や端面に工具の挿入孔や引っ掛け部を形成する。これにより、その筒状部材７０のねじ込み量を変更することで駆動ギヤ５１と従動ギヤ５２との間のバックラッシを調節する際の作業性を向上できる。
また、予圧調節用ナット７１のねじ込み量に応じて第２、第３ボールベアリング１２、１３に予圧を付与する機構は、その筒状部材７０と第３ステアリングシャフト５との間に設けられ、上記バックラッシの調節機構から軸方向に離すことなく配置される。これにより、ステアリング装置を小型化できる。
また、モータ用予圧調節リング８１のねじ込み量を調節することで、第１、第２モータ用ボールベアリング６２、６３に予圧を付与できるので、モータ５０の出力シャフト６１の軸方向のガタを防止できる。これにより、その出力シャフト６１に一体成形される駆動ギヤ５１の歯と従動ギヤ５２の歯との衝突を抑制し、その衝突によるノイズを低減できる。さらに、そのモータ５０のケーシング６４の一端の開口６４ａは、そのケーシング６４に連結されるギヤハウジング１４により覆われるので、そのモータ用予圧調節リング８１が不慮に回転しないように保護し、付与された予圧が変動するのを防止できる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第３ステアリングシャフトとギヤハウジングとの間の転がり軸受の数は特に限定されない。また、第３ステアリングシャフトの支持用転がり軸受の内輪の軸方向一方への変位の阻止部を第３ステアリングシャフト側に形成し、筒状部材側にねじ合わせる予圧調節部材のねじ込み量に応じて、その転がり軸受の外輪を軸方向一方に押すようにしてもよい。また、モータ用転がり軸受の数は特に限定されない。また、モータ用転がり軸受の外輪の軸方向一方への変位の阻止部をケーシング側に形成し、出力シャフト側にねじ合わせるモータ用予圧調節部材のねじ込み量に応じて、そのモータ用転がり軸受の内輪を軸方向一方に押すようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵補助力を伝達するためのギヤのバックラッシの調節時における作業性を向上でき、小型化を図ることができ、ノイズを低減できる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】本発明の実施形態のトルクセンサの回路構成の説明図
【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における電動モータの断面図
【符号の説明】
５第３ステアリングシャフト
１２第２ボールベアリング
１３第３ボールベアリング
１４ギヤハウジング
１４ａ開口
５０モータ
５１駆動ギヤ
５２従動ギヤ
６１出力シャフト
６２第１モータ用ボールベアリング
６３第２モータ用ボールベアリング
６４ケーシング
６４ａ開口
７０筒状部材
７０ａ阻止部
７１予圧調節用ナット
８１モータ用予圧調節リング

Claims

ステアリングシャフトと、
そのステアリングシャフトを少なくとも一つの軸受を介して支持するハウジングと、
そのステアリングシャフトの外周に設けられる従動ギヤと、
その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、
その駆動ギヤの駆動用電動モータとを備え、
その駆動ギヤおよび従動ギヤとしてハイポイドギヤが用いられ、
両ギヤを介して前記モータの出力トルクがステアリングシャフトに伝達されることで操舵補助力が付与される電動パワーステアリング装置において、
その軸受とハウジングとの間に介在する筒状部材が、そのハウジングの一端の開口の内周に、そのステアリングシャフトの軸方向に沿ってねじ込み量を変更可能にねじ合わされ、その筒状部材のねじ込み量の変更により、そのステアリングシャフト、従動ギヤ、軸受、および筒状部材は、駆動ギヤに対してステアリングシャフトの軸方向に同行移動可能とされ、
その従動ギヤの駆動ギヤに対する軸方向移動により、両ギヤ間のバックラッシが変更され、
前記軸受として前記ステアリングシャフトの軸方向に離れた２位置に配置される二つの転がり軸受を介して前記ステアリングシャフトは前記ハウジングにより支持され、
一方の転がり軸受の外輪がステアリングシャフトの軸方向一方に変位するのを阻止し、他方の転がり軸受の外輪がステアリングシャフトの軸方向他方に変位するのを阻止する阻止部が、その筒状部材の内周に形成され、
そのステアリングシャフトに、前記ハウジングの一端の開口側から予圧調節部材がねじ合わされ、
ステアリングシャフトの外周に段差面が形成され、
その予圧調節部材のねじ込み量に応じて、その予圧調節部材により一方の転がり軸受の内輪をステアリングシャフトの軸方向一方に押し、その段差面により他方の転がり軸受の内輪をステアリングシャフトの軸方向他方に押すことが可能と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。
前記モータは、出力シャフトと、この出力シャフトを少なくとも一つのモータ用転がり軸受を介して支持するケーシングとを有し、
そのケーシングの一端の開口から突出する出力シャフトの外周に、前記駆動ギヤが一体成形され、
そのモータ用転がり軸受の内輪と外輪の中の何れか一方が、出力シャフトの軸方向一方に変位するのを阻止する阻止部が、そのケーシング側と出力シャフト側の中の何れか一方に形成され、
そのケーシング側と出力シャフト側の中の何れか他方に、そのケーシングの一端の開口側からモータ用予圧調節部材がねじ合わされ、
その内輪と外輪の中の何れか他方を、そのモータ用予圧調節部材のねじ込み量に応じて出力シャフトの軸方向一方に押すことが可能とされ、
そのケーシングの一端の開口は、そのケーシングに連結される前記ハウジングにより覆われる請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。