JP3862897B2

JP3862897B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3862897B2
Application number: JP25254499A
Authority: JP
Inventors: 守久吉岡; 基晴仁木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2019-09-07
Also published as: JP2001071918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車の電動パワーステアリング装置に関し、特にラック軸とピニオン軸の噛み合い部の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
電動パワーステアリング装置は、ハンドルの操舵力を電動モータで補うものであり、種々の形式のものがある。その一つとして、車輪の操舵機構に両端が連結された進退自在なラック軸に対して、ハンドルに結合されたピニオン軸を噛合させ、操舵トルクに応じた電動モータによる補助トルクを、前記ラック軸にボールねじを介して付加するようにしたものがある。
【０００３】
このラック・ピニオンを用いる形式の電動パワーステアリング装置では、ラックとピニオンの噛み合い部のバックラッシによって、運転者に与える操舵感が低下するという課題がある。
また、走行時、特に操舵時に、路面反力によってラック軸が撓み、振動を生じるという課題がある。
【０００４】
このうち、ラック軸の振動につていは、従来、ラック軸の撓み量を規制するストッパを設けることで防止したものが提案されている。これによれば、ラック軸に、通常走行時、特に通常操舵時の路面反力に起因する外力またはモーメントが作用した場合には、ラック軸は撓み量が小さいので、ストッパ部に当たらない。ストッパ部に当たらないので、ラック軸が円滑に作動する。その結果、通常走行時、特に通常操舵時の良好な操舵感を維持できる。一方、ラック軸に、課題な路面反力に起因する外力またはモーメントが作用した場合には、ラック軸は撓み量が大きいので、ストッパ部に当たる。このため、ラック軸を過大な外力から保護できる。
【０００５】
しかし、通常走行時においても、このストッパ部によってラックとピニオンの噛み合い部のバックラッシは防止することができず、ハウジングとピニオン軸との芯違いや、ラック歯、ピニオン歯の加工誤差等に起因するバックラッシを抑えることはできない。そのため、従来は各部品の加工精度を高めることで、バックラッシによる操舵感低下の対策としており、各部品の生産がコスト高になっていた。
【０００６】
この発明の目的は、ラック歯とピニオン歯の噛み合い部におけるバックラッシを抑えて、良好な操舵感が得られる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の各請求項の電動パワーステアリング装置は、車輪を操舵するラック軸にラック歯を形成し、このラック歯にピニオン軸のピニオン歯を噛合すると共に、前記ラック軸にボールねじのねじ軸部を設けて、ピニオン軸の操舵トルクに応じた補助トルクを、前記ボールねじの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適用される。
この構成において、ピニオン軸のピニオン歯の近傍部分を支持する転がり軸受を、ハウジングの軸受取付面となる内径面部に遊嵌させ、転がり軸受とハウジングの内径面部との間に、転がり軸受をラック軸側に付勢する弾性部材を介在させても良い。
この構成によると、ピニオン軸は、転がり軸受と共に、弾性部材によってラック軸側へ予圧が与えられる。そのため、ラック歯とピニオン歯の噛み合い部におけるバックラッシが抑えられ、良好な操舵感が得られる。また、ラック軸、ピニオン軸、ハウジング、転がり軸受等の加工精度のばらつき、および組立誤差（ミスアライメント）による各歯の片当たり等の噛合不具合を、弾性部材による弾性支持によって吸収することができる。そのため、一般に行われる馴らし運転を、短縮あるいは廃止することができる。また、組立後の不良率を減少できる。
【０００８】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置は、ピニオン軸のピニオン歯の近傍部分を支持する転がり軸受を、ハウジングの軸受取付面となる内径面部に遊嵌させ、このハウジング内径面部はピニオン軸に対してラック軸側に偏心させ、転がり軸受とハウジングの内径面部との間に、転がり軸受をラック軸側に付勢する弾性部材を介在させたことを特徴とする。
この構成の場合、ハウジングの内径面部の偏心により、弾性部材を介して、ラック歯とピニオン歯の噛み合い部に予圧が与えられる。そのため、ハウジング内径面部の偏心量を管理することで、適切な予圧が得られる。また、弾性部材は転がり軸受の全周に対称形状に設けられたものであっても良い。
【０００９】
上記各構成の電動パワーステアリング装置において、弾性部材は、周方向に波形状を有する鋼板製ばね部材であっても良い。このように、鋼板製ばね部材とすることで、弾性部材を安価なものとできる。
【００１０】
上記各構成の電動パワーステアリング装置において、弾性部材は、硬質ゴムまたは合成樹脂からなるリング状部材であっても良い。
リング状部材とする場合に、弾性部材は、軸受の外輪に対して所定量偏心した偏心リングとしても良い。このように偏心リングとした場合、偏心リングを回転させることで、転がり軸受およびピニオン軸のハウジング対する偏心量が変わり、これにより予圧量を調整することができる。
【００１１】
また、弾性部材をリング状部材とする場合に、弾性部材を硬質ゴムとし、かつ転がり軸受の外輪に対して一体加硫されたものとしても良い。
このように、弾性部材を転がり軸受の外輪に対して一体加硫されたものとした場合、転がり軸受と弾性部材を一つの部品として取り扱うことができ、組立性や部品管理性に優れる。
【００１２】
請求項９に記載の電動パワーステアリング装置は、ピニオン軸を支持するハウジングと、ラック軸を支持するハウジングとを、ピニオン軸回りの円筒面状の差し込み結合部で互いに結合し、この差し込み結合部で、ピニオン軸側のハウジングが、ラック軸側のハウジングに対して、ラック軸側へ偏心するようにしたことを特徴とする。
このように、ピニオン軸側のハウジングとラック軸側のハウジングとの差し込み結合部を偏心させることによっても、ラック歯とピニオン歯の噛み合い部に予圧が付加されて、そのバックラッシが抑えられ、良好な操舵感が得られる。ハウジングは、一般にピニオン軸側のハウジングとラック軸側のハウジングとに分かれていて、相互に結合されるので、単にその差し込み結合部で偏心させるだけの簡単な構成で、バックラッシの抑制が行える。
【００１３】
この差し込み結合部におけるピニオン軸側ハウジングのラック軸側ハウジングに対する偏心は、差し込み結合部に偏心シムを介在させることで行っても良い。このように、偏心シムを用いると、偏心シムを介在させるだけの簡単な構成で予圧が付与できる。また、偏心シムを回転させることで、偏心量が変わり、これにより予圧量を調整することができる。
【００１４】
この偏心シムは、ピニオン軸側のハウジングに固着されていてもよい。このように、偏心シムをハウジングに一体化させることで、組立時に偏心シムを挿入する工程が不要となり、組立が簡単になる。また、ハウジングごと偏心シムを回転させてバックラッシの調整が行える。
前記偏心シムは、ハウジングに固着する場合、および固着しない場合のいずれにおいても、ピニオン軸側のハウジングをラック軸側のハウジングに付勢する弾性部材としても良い。この弾性部材は、周方向に波形状を有する鋼板製ばね部材であっても良い。また、この弾性部材は、硬質ゴムまたは合成樹脂からなるリング状部材であっても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この電動パワーステアリング装置は、ハウジング１内に進退自在に設置されたラック軸２と、別のハウジング３内に回転自在に設けられたピニオン軸４とを有し、両軸２，４は、ラック・ピニオン機構５を介して連結されている。ピニオン軸４は、上端がハンドル（図示せず）に連結される。ラック軸２は、両端にタイロッド６が連結され、これらタイロッド６は、車輪を操舵する操舵機構（図示せず）に連結される。ラック軸２は、ボールねじ７のねじ軸部７ａが一部に形成され、ボールねじ７のナット７ｂは、ハウジング１内に軸受８で回転自在に支持されて、ハウジング１に内蔵のモータ９のロータに連結されている。
ピニオン軸４のハンドル操作による操舵トルクは、操舵トルク検出器（図示せず）により検出され、その検出値に従って、モータ制御回路（図示せず）によりモータ９が駆動される。すなわち、ピニオン軸４の操舵トルクに応じた補助トルクが、モータ９から、ボールねじ７のナット７ｂを介してラック軸２に付加される。
【００１６】
図２は、図１のII−II線断面図であり、ラック・ピニオン機構５の周辺の断面を示す。ピニオン側ハウジング３は、ラック側ハウジング１に、差し込み結合部１０で結合されている。ピニオン軸４は、先端部にピニオン歯４ａが設けられていて、ラック軸２の一端部に形成されたラック歯２ａに噛み合っている。
【００１７】
ピニオン軸４は、ピニオン側ハウジング３に対して、複数個並んで設けられた中間側の転がり軸受１１，１２と、先端の軸受１３を介して回転自在に支持されている。中間側の転がり軸受１１，１２のうち、ピニオン歯の近傍部分を支持する転がり軸受１２は、内輪１２ａと、外輪１２ｂと、両輪１２ａ，１２ｂ間に介在したボール等の転動体１２ｃとを有し、外輪１２ｂの外径面と、ハウジング３の軸受取付面となる内径面部３ａとは、所定の径方向の隙間を持って遊嵌されている。中間側の残りの転がり軸受１１は、ハウジング３の内径面に隙間なく嵌合している。
先端の軸受１３は、内輪省略型のシェル型のニードル軸受であり、ピニオン軸４の軸端に直接に設けられた転走面１３ａと、両鍔付きシェル型外輪１３ｂと、両者間に収容された複数のニードルころ１３ｃとからなる。先端の軸受１３は、所定のラジアル隙間が形成されている。
【００１８】
図３に拡大して横断面を示すように、転がり軸受１２の外径面とハウジング３の内径面部３ａとの間に形成された環状空間内には、予圧ばねとなる弾性部材１４が介在させてある。この弾性部材１４は、転がり軸受１２の円周方向の一部の範囲のものであり、転がり軸受１２をラック軸２（図２）側に付勢するように、転がり軸受１２におけるラック軸２と反対側の面に配置してある。
弾性部材１４は、ばね鋼等の鋼製の板ばねであって、三日月状とされ、かつ長さ方向の中央部が、他の部分よりも大曲率となって外側へ膨らんだ円弧状の膨らみ部１４ａとされている（図４参照）。すなわち、波山が一つの波形とされている。弾性部材１４の両端側部１４ｂは、転がり軸受１２の外径面に略沿う曲率半径とされている。
【００１９】
この構成によると、弾性部材１４が介在することにより、ピニオン軸４はハウジング３に対して所定の偏心量δをもって装着されることになり、弾性部材１４の弾性復元力によりラック軸２側へ予圧が与えられる。そのため、ピニオン歯４ａがラック歯２ａに弾性的に押し付けれら、両歯２ａ，４ａの噛み合い部におけるバックラッシが抑えられる。このようにバックラッシが抑えられるため、良好な操舵感が得られる。
また、ラック軸２、ピニオン軸４、ハウジング１，３、転がり軸受１２等の加工精度のばらつき、および組立誤差（ミスアライメント）による各歯２ａ，４ａの片当たり等の噛合不具合を、弾性部材１４による弾性支持によって吸収することができる。そのため、一般に行われる馴らし運転を、短縮あるいは廃止することができる。また、組立後の不良率を減少できる。弾性部材１４のばね剛性や、ラジアル隙間による偏心量δを調整することにより、予圧量を調整することができる。
なお、弾性部材１４は、図示の形状のものに限らず、予圧量等に応じて種々の形状のものが使用できる。
【００２０】
図５は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、特に説明をした構成の他は、図１〜図４の実施形態と同じであり、図５は、図３と同じ箇所の断面を示す。
この実施形態では、転がり軸受１２の外輪１２ｂの外周に、偏心リング１５を設け、この偏心リング１５を介して、転がり軸受１２をハウジング３の内径面部３ａに装着している。偏心リング１５は、硬質ゴムまたは合成樹脂からなる弾性部材であり、外輪１２ｂに圧入または一体成形により取付けられる。硬質ゴムの場合、偏心リング１は、外輪１２ｂに一体加硫しても良い。
【００２１】
このように、偏心リング１５を介して軸受１２をハウジング３に装着すれば、前記実施形態と同様に、その硬質ゴムまたは合成樹脂の持つ弾性復元力により、ピニオン軸４のピニオン歯４ａをラック軸２のラック歯２ａに押圧し、両者間のバックラッシを防止することができる。
【００２２】
図６は、さらに他の実施形態を示す。この実施形態は、特に説明をした構成の他は、図１〜図４の実施形態と同じであり、図６（Ａ）は図２と同じ箇所の断面を示す。
この実施形態では、ピニオン軸４に対して、ハウジング３の軸受取付面となる内径面部３ａをラック軸２側に所定の偏心量Δだけ偏心させ、軸受１２の外輪１２ｂの外周に、弾性部材１６を設けている。弾性部材１６は、周方向に波形状を有する鋼板プレス製の帯状ばね部材（有端でも、無端のリング状でも可）としてある。弾性部材１６は、上記の他に、硬質ゴムまたは合成樹脂からなる弾性リングであっても良く、その場合、軸受外輪１２ｂに圧入により取付けても、一体成形、または一体加硫により取付けても良い。
このように、ハウジング３の内径面部３ａを偏心させた場合も、弾性部材１６の弾性復元力により、ピニオン軸４のピニオン歯４ａをラック軸２のラック歯２ａに押圧し、バックラッシを防止することができる。
【００２３】
図７は、さらに他の実施形態を示す。この実施形態も、特に説明をした構成の他は、図１〜図４の実施形態と同じであり、図７は、図２と同じ箇所の断面を示す。
この実施形態では、ピニオン軸４、およびピニオン軸４を回転自在に支持する軸受１２を収容したピニオン軸側ハウジング３と、ピニオン軸４に略直交するように配置されたラック軸２を収容したラック軸側ハウジング１とは、ピニオン軸４回りの円筒面状の差し込み結合部１７で互いに結合され、いわゆる印籠結合とされている。差し込み結合部１７は、ピニオン軸側ハウジング３に設けられた円筒部３ｄと、ラック軸側ハウジング１に設けられた円筒面状結合面１ｄとで構成され、円筒面状結合面１ｄは座繰り部として形成されている。この差し込み結合部１７に、リング状の偏心シム１８を嵌合状態に介在させてある。また、ピニオン軸４の先端を支持する軸受１３は、ピニオン側ハウジング３に円筒部３ｄから延長して設けたハウジング延長部３ｆに設置されている。
この構成の場合、偏心シム１８の偏心により、ピニオン軸４のピニオン歯４ａをラック軸２のラック歯２ａに押圧し、バックラッシを防止することができる。偏心シム１８を回転させると、両ハウジング１，３の位置関係が変化してラック軸２に対向する方向の偏心量が変化し、バックラッシを調整することができる。偏心シム１８は、ピニオン軸側ハウジング３と一体のものとしても良く、その場合、ハウジング３ごと回転させて偏心量を調整することができ、バックラッシの調整がさらに楽になる。
【００２４】
また、この構成の場合に、偏心シム１８は、ハウジング３に固着する場合、および固着しない場合のいずれにおいても、ピニオン軸側のハウジング３をラック軸側のハウジング１に付勢する弾性部材としても良い。この弾性部材は、例えば図６に示した弾性部材１６と同様に、周方向に波形状を有する鋼板製ばね部材であっても良く、また硬質ゴムまたは合成樹脂からなるリング状部材であっても良い。
【００２５】
【発明の効果】
この発明の電動パワーステアリング装置は、ピニオン軸のピニオン歯の近傍部分を支持する転がり軸受を、ハウジングの軸受取付面となる内径面部に遊嵌させ、転がり軸受とハウジングの内径面部との間に、転がり軸受をラック軸側に付勢する弾性部材を介在させたものであるため、ラック歯とピニオン歯の噛み合い部におけるバックラッシを抑えて、良好な操舵感が得られる。
ハウジング内径面部をピニオン軸に対してラック軸側に偏心させた場合は、ハウジング内径面部の偏心量を管理することで、適切な予圧が得られる。
この発明の請求項９に記載の電動パワーステアリング装置は、ピニオン軸回りの円筒面状の差し込み結合部で互いに結合し、この差し込み結合部で、ピニオン軸側のハウジングが、ラック軸側のハウジングに対して、ラック軸側へ偏心するようにしたものであるため、差し込み結合部で偏心させるだけの簡単な構成で、バックラッシの抑制が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この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の正面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った拡大断面図である。
【図３】図２のIII-III 線に沿った拡大断面図である。
【図４】弾性部材の斜視図である。
【図５】この発明の他の実施形態におけるピニオン軸側ハウジングと軸受の関係を示す横断面図である。
【図６】（Ａ）はこの発明のさらに実施形態におけるピニオン軸周辺部分の縦断面図、（Ｂ）はその弾性部材の正面図である。
【図７】この発明のさらに実施形態におけるピニオン軸周辺部分の縦断面図である。
【符号の説明】
１…ラック軸側のハウジング
２…ラック軸
２ａ…ラック歯
３…ピニオン軸側のハウジング
３ａ…内径面部
４…ピニオン軸
４ａ…ピニオン歯
７…ボールねじ
７ａ…ねじ軸
７ｂ…ナット
９…モータ
１２…転がり軸受
１４…弾性体
１５…偏心リング
１６…弾性部材
１７…差し込み結合部
１８…偏心シム

Claims

車輪を操舵するラック軸にラック歯を形成し、このラック歯にピニオン軸のピニオン歯を噛合すると共に、前記ラック軸にボールねじのねじ軸部を設けて、ピニオン軸の操舵トルクに応じた補助トルクを、前記ボールねじの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、前記ピニオン軸のピニオン歯の近傍部分を支持する転がり軸受を、ハウジングの軸受取付面となる内径面部に遊嵌させ、このハウジング内径面部をピニオン軸に対してラック軸側に偏心させ、前記転がり軸受とハウジングの内径面部との間に、前記転がり軸受をラック軸側に付勢する弾性部材を介在させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記弾性部材が、周方向に波形状を有する鋼板製ばね部材である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記弾性部材が、硬質ゴムまたは合成樹脂からなるリング状部材である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記弾性部材が、軸受の外輪に対して所定量偏心した偏心リングである請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
前記弾性部材が硬質ゴムであって、転がり軸受の外輪に対して一体加硫されている請求項３または請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
車輪を操舵するラック軸にラック歯を形成し、このラック歯にピニオン軸のピニオン歯を噛合すると共に、前記ラック軸にボールねじのねじ軸部を設けて、ピニオン軸の操舵トルクに応じた補助トルクを、前記ボールねじの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、前記ピニオン軸のピニオン歯の近傍部分を支持する転がり軸受を、ハウジングの軸受取付面となる内径面部に遊嵌させ、前記転がり軸受とハウジングの内径面部との間に、前記転がり軸受をラック軸側に付勢する弾性部材を介在させ、前記弾性部材が、周方向に波形状を有する鋼板製ばね部材であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
車輪を操舵するラック軸にラック歯を形成し、このラック歯にピニオン軸のピニオン歯を噛合すると共に、前記ラック軸にボールねじのねじ軸部を設けて、ピニオン軸の操舵トルクに応じた補助トルクを、前記ボールねじの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、前記ピニオン軸のピニオン歯の近傍部分を支持する転がり軸受を、ハウジングの軸受取付面となる内径面部に遊嵌させ、前記転がり軸受とハウジングの内径面部との間に、前記転がり軸受をラック軸側に付勢する弾性部材を介在させ、前記弾性部材が、硬質ゴムまたは合成樹脂からなり軸受の外輪に対して所定量偏心した偏心リングであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記弾性部材が硬質ゴムであって、転がり軸受の外輪に対して一体加硫されている請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
車輪を操舵するラック軸にラック歯を形成し、このラック歯にピニオン軸のピニオン歯を噛合すると共に、前記ラック軸にボールねじのねじ軸部を設けて、ピニオン軸の操舵トルクに応じた補助トルクを、前記ボールねじの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、前記ピニオン軸を支持するハウジングと、ラック軸を支持するハウジングとを、ピニオン軸回りの円筒面状の差し込み結合部で互いに結合し、この差し込み結合部で、ピニオン軸側のハウジングが、ラック軸側のハウジングに対して、ラック軸側へ偏心するようにし、前記差し込み結合部に偏心シムを介在させることで、前記ピニオン軸側のハウジングをラック軸側のハウジングに対して偏心させ、前記偏心シムを、ピニオン軸側のハウジングをラック軸側のハウジングに付勢する弾性部材としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記偏心シムが、ピニオン軸側のハウジングに固着されている請求項９に記載の電動パワーステアリング装置。
前記弾性部材が、周方向に波形状を有する鋼板製ばね部材である請求項９または請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置。
前記弾性部材が、硬質ゴムまたは合成樹脂からなるリング状部材である請求項９に記載の電動パワーステアリング装置。