JP4238577B2

JP4238577B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4238577B2
Application number: JP2002374866A
Authority: JP
Inventors: 敏行岩野; 晴彦清田; 広明三治; 正治五十嵐; 知之角田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP2004203212A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォーム減速機構を有する電動パワーステアリング装置に係り、詳しくは、良好な組立性を確保しながら減速ギヤハウジングの短縮化等を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。
従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが一般に用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が低下することが避けられなかった。そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置が近年注目されている。電動パワーステアリング装置では、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失（油圧ポンプに係るエンジンの駆動損失）が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、走行速度等に応じた電子制御が極めて容易に行える等の特長を有している。
【０００３】
電動パワーステアリング装置では、電動モータに比較的高回転・低トルクのものが使用されるため、電動モータとステアリングシャフトとの間に減速機構が組み込まれる。減速機構としては、一組で大きな減速比が得られること等から、ウォームとウォームホイールとからなるウォーム減速機構が用いられることが多い。ウォーム減速機構では、ウォームは電動モータの回転軸に連結される一方、ウォームに噛み合うウォームホイールはアウトプットシャフトに外嵌・圧入され、これらがギヤハウジング内に配置される。アウトプットシャフトは、通常、ウォームホイールに対して軸方向に位相がずれた一対の転がり軸受により支持されている（例えば、特許文献１，２参照）。また、一部にはウォームホイールのボス部を延長し、一方の軸受がこのボス部を介してアウトプットシャフトを支持するものが存在する（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９５１２２号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】
特開２０００−２４７２４５号公報（第３頁、図１，図２）
【特許文献３】
特開平１１−５９４４１号公報（第３，第４頁、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１，２の電動パワーステアリング装置では、アウトプットシャフトを支持する一対の転がり軸受が軸方向でウォームホイールを挟むように設置されている。ところが、このようなレイアウトを採った場合、ウォームホイールとアウトプットシャフトとの固着強度を確保するべくウォームホイールにおけるボス部の長さを大きくすると、ギヤハウジングの軸方向寸法が当然に大きくなる。近年のステアリング装置では、車両衝突時における乗員の安全を確保するため、衝撃吸収式ステアリングシャフト等が広く採用されているが、ギヤハウジングの長大化はこのようなデバイスの装着を難しくしていた。また、特許文献３の電動パワーステアリング装置は、ウォームホイールとアウトプットシャフトとの間にトレランスリング（トルクリミッタ）が介装された特殊なものであり、ウォームホイールとアウトプットシャフトとは所定の間隙をもって遊嵌している（すなわち、ウォームホイールとアウトプットシャフトとは圧入・固着されていない）。
【０００６】
そこで、本発明者等は、比較的長いボス部を有するウォームホイールをアウトプットシャフトに外嵌・圧入させ、一方の転がり軸受にウォームホイールのボス部を介してアウトプットシャフトを支持させる構造を発案した。この場合、ウォームホイールにおけるボス部の長さをある程度大きくしても、転がり軸受間の距離を短くできるため、ギヤハウジングの長大化が避けられる。しかしながら、この構造を採用した場合、ステアリング装置の組立性に係る問題が発生した。すなわち、アウトプットシャフトにウォームホイールを圧入すると、圧入に起因してボス部が拡径してしまい、転がり軸受の組付けが困難あるいは不可能となってしまうのである。この不具合を避けるべく圧入締め代を小さくすると、ウォームホイールとアウトプットシャフトとの固着強度が当然に低下する。一方、ボス部の外径を転がり軸受の内径に対して予め小さく設定したおいた場合、ボス部の拡径量のばらつきによりアウトプットシャフトの支持剛性が一定しなくなる等の不具合が発生する虞があった。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、良好な組立性を確保しながら減速ギヤハウジングの短縮化等を図った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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、
電動モータの駆動力をウォーム減速機構を介してアウトプットシャフトに伝達して操舵アシストを行わせる電動アシスト機構を備え、
前記アウトプットシャフトに外嵌されたウォームホイールと、
前記ウォームホイールに関し前記アウトプットシャフトの入力側で該アウトプットシャフトをハウジングに対して径方向に支持する第１の転がり軸受と、
前記ウォームホイールに関し前記アウトプットシャフトの出力側で前記ハウジングに対して前記アウトプットシャフトを径方向に支持するための第２の転がり軸受とから成る電動パワーステアリング装置において、
前記第２の転がり軸受は、前記第２の転がり軸受の外輪を前記アウトプットシャフトの出力側から径方向外方および前記第１の転がり軸受側に軸方向にハウジングに対して押圧する第１のテーパスナップリングと、前記第２の転がり軸受の内輪を前記アウトプットシャフトの出力側から径方向内方および前記第１の転がり軸受側に軸方向に前記アウトプットシャフトに対して押圧する第２のテーパスナップリングとにより、位置決め支持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を提供する。
【０００９】
本発明の電動パワーステアリング装置において、前記第２の転がり軸受は前記ウォームホイールを介して前記アウトプットシャフトを径方向に支持することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の電動パワーステアリング装置において、前記第２の転がり軸受は前記ウォームホイールを介して前記アウトプットシャフトを軸方向に支持することが好ましい。
さらに、本発明の電動パワーステアリング装置において、前記ウォームホイールは前記第２の転がり軸受を嵌合支持しかつアウトプットシャフトに嵌合されたボス部を有し、該ボス部と前記アウトプットシャフトとの少なくとも一方に逃げ部が形成されていることが好ましい。
【００１１】
さらにまた、本発明の電動パワーステアリング装置において、前記弾性リングはスナップリングから成ることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の電動パワーステアリング装置において、前記ウォームホイールが、金属製ホイールと、該金属製ホイールの外周に固着された合成樹脂製ギヤリングとから構成されることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の電動パワーステアリング装置において、前記ハウジングは電動モータおよび前記ウォーム減速機構を覆い前記第１の転がり軸受を支持するギアハウジングと該ギアハウジングに固定され前記第２の転がり軸受を支持するカバーとから成ることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームホイールは前記出力側に前記入力側へと凹んだ凹み部を有し、
前記カバーは該凹み部内に突出して前記第２の転がり軸受を支持していることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の電動パワーステアリング装置において、
前記第２の転がり軸受は、前記ウォームホイールの歯部に軸方向に重なり合う位置で前記カバーに支持されていることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明の電動パワーステアリング装置において、
ステアリングホイールを取り付けたアッパシャフトと、
該アッパシャフトを回動自在に支持するステアリングコラムとを備え、
前記電動アシスト機構はステアリングコラムに取付けられ前記アッパシャフトの回動を前記ウォーム減速機構を介して増幅して前記アウトプットシャフトに伝達するよう構成されていることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係るステアリング装置の車室側部分を示す側面図であり、同図中の符号１はステアリングコラムを示す。ステアリングコラム１は、ピボットピン３とチルト調整機構５とを介して、車体側構造部材７，９に固定されている。ステアリングコラム１には、その内部にステアリングアッパシャフト１１が回動自在に支持されると共に、下部に電動モータ１３やギヤハウジング１５，アウトプットシャフト１７等からなる電動アシスト機構１９が一体化されている。
【００１８】
ステアリングアッパシャフト１１の後端にはステアリングホイール２１が取り付けられており、運転者がステアリングホイール２１を回動させると、その回転力が電動アシスト機構１９により増大されてアウトプットシャフト１７に伝達される。図１中、符号２５は自在継手２７を介してアウトプットシャフト１７の前端に連結されたロアステアリングシャフトを示す。また、符号２９はステアリングコラム１を覆うコラムカバー、符号３１は車室とエンジンルームとを区画するダッシュボード、符号３３はチルトレバーをそれぞれ示す。
【００１９】
図２に示したように、アウトプットシャフト１７にはウォームホイール４１が外嵌・圧入されている。ウォームホイール４１は、電動モータ１３に接続されたウォーム４３と噛み合っており、電動モータ１３の回転が減速されてアウトプットシャフト１７に伝達される。本実施形態の場合、電動モータ１３は、ウォームホイール４１の後方に配置されたトルクセンサ４５の出力信号に基づき駆動されるが、ここではその説明を省略する。
【００２０】
実施形態のウォームホイール４１は、金属製ホイール（以下、単にホイールと記す）５１の外周に合成樹脂製ギヤリング（以下、単にギヤリングと記す）５３を固着させることにより形成されている。本実施形態の場合、ホイール５１は冷間鍛造成形品であり、アウトプットシャフト１７に外嵌・圧入される円筒状のボス部５５を有している。アウトプットシャフト１７は、ウォームホイール４１の直後で密閉型転がり軸受６１により支持されると共に、ウォームホイール４１のボス部５５を介してシール付転がり軸受６３に支持されている。図２中、符号６５で示した部材はギヤハウジング１５の前端に締結されたカバーであり、シール付転がり軸受６３はテーパスナップリング６７，６９を介してカバー６５およびアウトプットシャフト１７に保持されている。
【００２１】
第１実施形態の場合、図３（図２中のＡ部拡大図）に示したように、シール付転がり軸受６３の嵌合部位において、アウトプットシャフト１７の外周面には逃げ部たる環状縮径部（逃がし溝）８１が形成され、これにより、ボス部５５との間に環状の空隙８３が画成されている。また、アウトプットシャフト１７の外周面には、環状縮径部８１の図３中左右に一対の嵌合・圧入面８５，８７が形成されている。尚、図４に示したように、シール付転がり軸受６３の嵌合を容易にするべく、ボス部５５の先端側部分７１の半径はシール付転がり軸受６３の嵌合面７３の半径より寸法ｔだけ小さく設定されている。
【００２２】
第１実施形態では、空隙８３が存在することにより、ボス部５５（ウォームホイール４１）をアウトプットシャフト１７に圧入させても、シール付転がり軸受６３の嵌合部位ではボス部５５の拡径が起こらない。また、アウトプットシャフト１７とボス部５５とが離間した一対の嵌合・圧入面８５，８７で嵌合・圧入されるため、両者の固着強度が高くなる。その結果、転がり軸受６１とシール付転がり軸受６３との距離を短くし、ギヤハウジング１５の短縮化を図りながら、ウォームホイール４１とシール付転がり軸受６３とが確実に固着されるようになる。
【００２３】
図５は第２実施形態に係るステアリング装置の要部縦断面図である。第２実施形態の全体構成は上述した第１実施形態と同一であるが、アウトプットシャフト１７とボス部５５との形状が異なっている。すなわち、アウトプットシャフト１７側には第１実施形態のような環状縮径部が形成されておらず、シール付転がり軸受６３の嵌合部位において、図６に示したようにボス部５５の内周面に逃げ部たる環状拡径部（逃がし溝）９１が形成され、これにより、アウトプットシャフト１７との間に環状の空隙９３が画成されている。また、ボス部５５の内周面には、環状拡径部９１の図５中左右に一対の嵌合・圧入面９５，９７が形成されている。
【００２４】
第２実施形態においても、空隙９３が存在することにより、シール付転がり軸受６３の嵌合部位ではボス部５５の拡径が起こらない。また、アウトプットシャフト１７とボス部５５とが離間した一対の嵌合・圧入面９５，９７で嵌合・圧入されるため、両者の固着強度が高くなる。これにより、第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００２５】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではなく、ウォームホイールやアウトプットシャフトの具体的形状を始め、電動パワーステアリング装置の具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宜変更可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ギヤハウジングの短縮化を図りながら、転がり軸受の組付け作業の円滑化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るステアリング装置の車室側の構造を示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係るステアリング装置の要部縦断面図である。
【図３】図２中のＡ部拡大図である。
【図４】第１実施形態に係る金属製ホイールの要部縦断面図である。
【図５】第２実施形態に係るステアリング装置の要部縦断面図である。
【図６】第２実施形態に係る金属製ホイールの要部縦断面図である。
【符号の説明】
１‥‥ステアリングコラム
１３‥‥電動モータ
１５‥‥ギヤハウジング
１７‥‥アウトプットシャフト
１９‥‥電動アシスト機構
４１‥‥ウォームホイール
５１‥‥金属製ホイール
５５‥‥ボス部
６１‥‥転がり軸受
６３‥‥シール付転がり軸受
８１‥‥環状縮径部
８３‥‥空隙
８５，８７‥‥嵌合・圧入面
９１‥‥環状拡径部
９３‥‥空隙
９５，９７‥‥嵌合・圧入面

Claims

電動モータの駆動力をウォーム減速機構を介してアウトプットシャフトに伝達して操舵アシストを行わせる電動アシスト機構を備え、
前記アウトプットシャフトに外嵌されたウォームホイールと、
前記ウォームホイールに関し前記アウトプットシャフトの入力側で該アウトプットシャフトをハウジングに対して径方向に支持する第１の転がり軸受と、
前記ウォームホイールに関し前記アウトプットシャフトの出力側で前記ハウジングに対して前記アウトプットシャフトを径方向に支持するための第２の転がり軸受とから成る電動パワーステアリング装置において、
前記第２の転がり軸受は、前記第２の転がり軸受の外輪を前記アウトプットシャフトの出力側から径方向外方および前記第１の転がり軸受側に軸方向にハウジングに対して押圧する第１のテーパスナップリングと、前記第２の転がり軸受の内輪を前記アウトプットシャフトの出力側から径方向内方および前記第１の転がり軸受側に軸方向に前記アウトプットシャフトに対して押圧する第２のテーパスナップリングとにより、位置決め支持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。
前記第２の転がり軸受は前記ウォームホイールを介して前記アウトプットシャフトを径方向に支持する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。
前記第２の転がり軸受は前記ウォームホイールを介して前記アウトプットシャフトを軸方向に支持する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。
前記ウォームホイールは前記第２の転がり軸受を嵌合支持しかつアウトプットシャフトに嵌合されたボス部を有し、該ボス部と前記アウトプットシャフトとの少なくとも一方に逃げ部が形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電動パワーステアリング装置。
前記ウォームホイールが、金属製ホイールと、該金属製ホイールの外周に固着された合成樹脂製ギヤリングとから構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記ハウジングは電動モータおよび前記ウォーム減速機構を覆い前記第１の転がり軸受を支持するギヤハウジングと該ギヤハウジングに固定され前記第２の転がり軸受を支持するカバーとから成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記ウォームホイールは前記出力側に前記入力側へと凹んだ凹み部を有し、
前記カバーは該凹み部内に突出して前記第２の転がり軸受を支持していることを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
前記第２の転がり軸受は、前記ウォームホイールの歯部に軸方向に重なり合う位置で前記カバーに支持されていることを特徴とする請求項６または７に記載の電動パワーステアリング装置。
ステアリングホイールを取り付けたアッパシャフトと、
該アッパシャフトを回動自在に支持するステアリングコラムとをさらに備え、
前記電動アシスト機構はステアリングコラムに取付けられ前記アッパシャフトの回動を前記ウォーム減速機構を介して増幅して前記アウトプットシャフトに伝達するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。