JP4442421B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生し、それを減速機により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に関する。

車両の電動パワーステアリング装置として、補助操舵トルクとなる電動モータの回転出力を歯車装置により減速して操舵機構の出力軸に伝達し、ステアリングホイールに印加された操舵力を補助して、車輪の操舵を行うように構成したものが知られている。このような電動パワーステアリング装置においては、ハウジング内に設けられた動力伝達機構を用いて、電動モータの回転を減速しつつ出力軸に動力を伝達している。

この動力伝達機構として、ウォームギヤ機構を用いた電動パワーステアリング装置においては、ウォームとウォームホイールの歯面間には、バックラッシュが生ずることになるため、噛合い部より連続したギヤ打音が発生するといったことがある。

従来においては、ウォーム軸及びウォームホイールを組み付けるとき、ウォーム、ウォーム軸、これを支持する軸受部、ウォームホイール及びこれを支持する操舵軸などの寸法誤差により、組み立て後に比較的大きな割合でバックラッシュが生ずることになる。そのため、各部品を精度ごとに分けて組み付ける必要があり、組み付けが非常に煩雑であるといったことがある。

このようなことから、ウォーム軸の両端に、弾性体を設けて、ウォーム軸を軸方向移動可能にし、これにより、噛合い部の衝撃を和らげ、ギヤ打音を防止する方法が知られている。

しかも、この方法は、ウォーム軸を支持する軸受に、スラスト方向の予圧を与えることにより、ガタ付きを防止することができ、とりわけ、電動モータの慣性によるアシストの遅れ、又はロードインフォメーションを改善して、操舵フィーリングを良好に維持できることが知られている。

しかし、近年のように、操舵補助力の高出力化が進んだ場合、ウォームとウォームホイールとの両歯面の摩耗が増大して、バックラッシュの発生が避けられず、バックラッシュによるギヤ打音は、車両室内にまで洩れる虞れがある。

このような場合、ギヤ打音を防止するために、適宜の付勢手段によって、ウォームをウォームホイール方向（噛み合い方向）に付勢して予圧し、バックラッシュをなくす方法が知られている。

このウォームをウォームホイール方向（噛み合い方向）に予圧する場合には、ウォーム軸を支持する軸受の内輪又は外輪に対して、ウォーム軸の傾斜（揺動）を許容する必要がある。

特開２００２−２１９４３号公報では、ウォーム軸を支持する軸受の内輪の内側で、ウォーム軸上に、凸部を形成し、これにより、凸部を支点として、ウォーム軸を傾斜（揺動）できるようにした装置を開示している。

また、特開２００２−２１１４２１号公報では、ウォーム軸を支持する軸受として、自動調心軸受を用い、これにより、自動調心軸受を支点として、ウォーム軸を傾斜（揺動）できるようにした装置を開示している。

しかしながら、特開２００２−２１９４３号公報に示される装置では、ウォーム軸と軸受とは、共に金属であることから、ウォーム軸にラジアル荷重が発生した場合、ウォーム軸と軸受の内輪との間に存在する微小隙間では、ウォーム軸と内輪とが接触して、金属打音を発生するといったことがあり、また、微小隙間の寸法管理が困難であり、製造コストの高騰を招くといったことがある。

また、ウォーム軸上に形成した凸部は、軸受の内輪に対して摺動することから、摩耗して、ウォーム軸と軸受の内輪との間の（微小）隙間が大きくなるといったこともある。

さらに、特開２００２−２１１４２１号公報に示される装置では、自動調心軸受を装備することから、単列深溝玉軸受に比べ軸受アキシャル方向の許容荷重が低いことから、装置の大型化がさけられず、高い加工精度が要求され、製造コストの高騰を招くといったことがある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、高い加工精度や製造コストの高騰を招くこともなく、ウォーム軸を軸受の内輪に対して確実に傾斜（揺動）可能にすることができ、また、ウォーム軸と軸受の内輪との間に存在する微小隙間における両者の金属打音を確実に防止することが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。

上記の目的を達成するため、本発明は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、減速機により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記減速機内の駆動ギヤ軸をその両端部でそれぞれ支持するための第１及び第２軸受を備え、
前記第１軸受又はその近傍には、前記駆動ギヤ軸を従動ギヤへの噛み合い方向に向けて予圧する予圧手段を備え、
前記駆動ギヤ軸と、前記第２軸受の内輪との間に、前記駆動ギヤ軸を前記第２軸受の内輪に対して傾斜可能にするための微小隙間を形成し、
当該微小隙間の少なくとも一部に、緩衝部材を設け、
前記第２軸受は、その軸方向両側にそれぞれゴム弾性体を介して前記駆動ギヤ軸を該第２軸受に対して同芯となるように支持していることを特徴としている。
本発明において、前記第１軸受は前記電動モータから遠い側の軸受であり、
前記第２軸受は前記電動モータに近い側の軸受であることが好ましい。

本発明の電動パワーステアリング装置において、前記緩衝部材は、前記駆動ギヤ軸又は前記第２軸受の内輪に形成した周方向溝内に、弾発可能に収納したＯリングとすることができる。

本発明によれば、減速機内の駆動ギヤ軸をその両端部でそれぞれ第１及び第２軸受により支持し、第１軸受又はその近傍には、駆動ギヤ軸を従動ギヤへの噛み合い方向に向けて予圧する予圧手段を備えていることから、駆動ギヤ軸を従動ギヤへの噛み合い方向に向けて予圧することにより、バックラッシュを低減することができる。

また、駆動ギヤ軸と、第２軸受の内輪との間に、駆動ギヤ軸を第２軸受の内輪に対して傾斜可能にするための微小隙間を形成していることから、上記予圧の際に、駆動ギヤ軸を第２軸受の内輪に対して確実に傾斜（揺動）することができる。

さらに、微小隙間の少なくとも一部に、緩衝部材が設けてあることから、無負荷時に、駆動ギヤ軸は、第２軸受の内輪に対してフローティングすることができる。従って、駆動ギヤ軸と、第２軸受の内輪とは、互いに接触することがなく、微小隙間における両者の金属打音を確実に防止することができる。

さらに、高い加工精度を必要とすることがなく、また、寸法管理を厳密にする必要がなく、製造コストの高騰を招くこともない。

また、本発明の電動パワーステアリング装置において、好ましくは緩衝部材は、駆動ギヤ軸又は第２軸受の内輪に形成した周方向溝内に、弾発可能に収納したＯリングとすることができ、この場合Ｏリングは、圧縮されることによって、駆動ギヤ軸のラジアル方向の変位に対して反発力を発生する。

従って、路面からの入力等による軽負荷が駆動ギヤにかかると、ラジアル方向の荷重が発生して、駆動ギヤ軸が変位するが、Ｏリングによりその荷重を受ける為、駆動ギヤ軸と第２軸受の内輪とが直接接触することが無く、金属打音が発生することがない。

また、電動モータのアシスト等により発生する重負荷が駆動ギヤ軸にかかると、駆動ギヤ軸と第２軸受の内輪が接触して荷重を受けるが、Ｏリングによりその速度は減衰している為、接触音が問題になることはない。さらに、駆動ギヤ軸には、第２軸受から均一な荷重を受ける為、第２軸受に対して駆動ギヤ軸を良好に保持することが出来る。

また、本発明の電動パワーステアリング措置において、好ましくは緩衝部材は、駆動ギヤ軸又は第２軸受の内輪に形成した周方向溝内で、テフロン（登録商標）に代表される固形潤滑材と一体的に成形された弾性体であることから、この固形潤滑材により、駆動ギヤ軸と第２軸受の内輪との間の摩擦が低減されるので、駆動ギヤ軸の変位（傾き）をよりスムーズに行うことができ、且つ摩耗性が改善され耐久性が向上する。

また、本発明の電動パワーステアリング措置において、予圧手段は前記第１軸受の外輪を、弾性体によって、前記駆動ギヤを、前記従動ギヤへの噛み合い方向に向けて予圧する構成にして、バックラッシュを除去することが好ましい。

また、本発明の電動パワーステアリング装置は、好ましくは前記駆動ギヤ軸の外周部又は前記第２軸受の内輪の内周部の、前記周方向溝の軸方向の両側又は片側には、凸部を周方向に環状に形成して、第２軸受の内輪内周面と駆動ギヤ軸外周面との間に、微小隙間を形成することができる。

本発明のこの好ましい構成によれば、駆動ギヤ軸と第２軸受の内輪との隙間を大きく設定することができ、駆動ギヤ軸の揺動可能範囲を大きくすることができる。

さらに、電動モータがアシストトルクを発生した際、駆動ギヤはラジアル方向に変位するが、凸部によってこの変位が規制されるため、駆動ギヤ軸の第２軸受に対する同軸度が大きくずれることがなく、駆動ギヤ軸の電動モータの駆動軸との軸ずれを最小限に抑えることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面図である（図１の円により囲んだ部分に相当）。 本発明の第２実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面図である（図１の円により囲んだ部分に相当）。 本発明の第３実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面図である（図１の円により囲んだ部分に相当）。 本発明の第３実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の周方向溝、弾性体、及び固定潤滑剤を示す部分的断面図である。 本発明の第４実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面（図１の円により囲んだ部分に相当）において凸部がウォーム軸側に配設された構成を示し、凸部が周方向溝のウォーム側に配設された断面図である。 本発明の第４実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面（図１の円により囲んだ部分に相当）において凸部がウォーム軸側に配設された構成を示し、凸部が周方向溝の両側に配設された断面図である。 本発明の第４実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面（図１の円により囲んだ部分に相当）において凸部がウォーム軸側に配設された構成を示し、凸部が周方向溝のモータ側に配設された断面図である。 本発明の第４実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面（図１の円により囲んだ部分に相当）において凸部が内輪側に配設された構成を示し、凸部が内輪と一体的に設けられた断面図である。 本発明の第４実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面（図１の円により囲んだ部分に相当）において凸部が内輪側に配設された構成を示し、凸部が内輪と別体に設けられた断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。

（電動パワーステアリング装置の全体構成）
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

図１に示すように、ステアリングホイール（図示略）に連結した入力軸（図示略）に、トーションバー（図示略）等を介して出力軸１が連結してあり、出力軸１に、ウォームギヤ減速機構のウォームホイール２が固定してある。

このウォームホイール２には、ウォーム３ａが噛合してあり、このウォーム３ａのためのウォーム軸３は、その両端部で２個の第１及び第２軸受１０，２０により支持してある。

また、ウォームギヤ減速機構のためのハウジング４は、電動モータ５と一体的に構成してあり、ウォーム軸３は、電動モータ５の駆動軸６とスプライン嵌合してある。より詳細には、ウォーム軸３は、その端部内径にスプラインが施されており、電動モータ５の駆動軸６軸端のオススプラインと、第２軸受２０の幅内でスプラインの少なくとも一部が嵌合しており、両者間のガタにより、電動モータ５の駆動軸６とウォーム軸３の傾きを許容することができる。

第１軸受１０は、ハウジング４にホルダー１１を介して固定してあり、その内輪側にブッシュ１２が設けてある。このブッシュ１２の内径は、ウォーム軸３と隙間を持っている。

予圧パッド１３は、その中心でウォーム軸３と嵌め合い、その外周に軸受穴と同心に巻きつけられたトーションスプリング１４が巻き戻そうとする力によって、ウォーム軸３に対する予圧力を発生する。これにより、ウォーム軸３をウォームホイール２への噛み合い方向に向けて予圧することにより、バックラッシュを低減することができる。

また、第２軸受２０は、その両端面と、ウォーム軸３途中に一体に設けられたフランジ２２およびウォーム軸３端にネジ及びカシメ、又は輪止めによって固定されたナット２３との間にそれぞれ圧縮された一対のゴムダンパー２１、２１を介してウォーム軸３を同芯になるよう弾性支持している。

これにより、ウォーム軸３は、ゴムダンパー２１の弾性範囲内で第２軸受２０に対して軸方向に移動可能である。

［第１実施の形態］
図２は、本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面図である（図１の円により囲んだ部分に相当）。

ウォーム軸３と、第２軸受２０の内輪２０ａ内周面との間に、ウォーム軸３を第２軸受２０の内輪２０ａに対して傾斜可能にするための微小隙間が形成してある。これにより、トーションスプリング１４による予圧の際に、ウォーム軸３を第２軸受２０の内輪２０ａに対して確実に傾斜（揺動）することができる。

ウォーム軸３が、傾斜又は、径方向へ変位する時には、ゴムダンパー２１には、せん断応力が発生し、第２軸受２０と同芯となるよう反撥力が発生する。

さらに、この微小隙間の少なくとも一部に、ウォーム軸３がラジアル荷重を受けた場合に第２軸受２０の内輪２０ａとの接触音を防止する為の緩衝部材３０が設けてある。従って、路面からの入力等による負荷、又は電動モータ５のアシスト等により発生する負荷がウォーム軸３にかかってラジアル方向の荷重が発生し、ウォーム軸３が第２軸受２０の内輪２０ａとの接触位置へと変位しても、緩衝部材３０によりその衝撃が吸収されるため、この接触音が問題になることはない。

なお、この緩衝部材３０は、ウォーム軸３と第２軸受２０の内輪２０ａに摩擦が生じる為、固体潤滑材を含んだ樹脂がより望ましい。

［第２実施の形態］
図３は、第２実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面図である（図１の円により囲んだ部分に相当）。

第１実施の形態に対して、ウォーム軸３の外周面であって、第２軸受２０の内輪２０ａの径方向内方側には、周方向溝４０が設けられている。

この周方向溝４０に、弾性体としてＯリング４１が組み込まれている。このＯリング４１は、第２軸受２０の内輪２０ａとウォーム軸３の間で圧縮され、ウォーム軸３のラジアル方向の変位に対して全周において均一な反発力を発生する。そのため、無負荷時に、ウォーム軸３は、第２軸受２０の内輪２０ａに対してフローティングすることができ、ウォーム軸３と第２軸受２０の内輪２０ａとは、互いに接触しない状態になっている。

従って、路面からの入力等による軽負荷がウォーム軸３にかかると、ラジアル方向の荷重が発生して、ウォーム軸３が変位するが、弾性体（Ｏリング４１）によりその荷重を受ける為、ウォーム軸３と第２軸受２０の内輪２０ａとが直接接触することが無く、微小隙間における両者の金属打音を確実に防止することができる。

また、電動モータ５のアシスト等により発生する重負荷がウォーム軸３にかかると、ウォーム軸３と第２軸受２０の内輪２０ａが接触して荷重を受けるが、弾性体に（Ｏリング４１）よりその速度は減衰している為、接触音が問題になることはない。さらに、ウォーム軸３には、第２軸受２０から均一な荷重を受ける為、第２軸受２０に対してウォーム軸３を良好に保持することが出来る。

なお、弾性体としてＯリング４１が組み込まれている周方向溝４０は、第２軸受２０の内輪２０ａに形成してあってもよい。

［第３実施の形態］
図４Ａは、第３実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面図であり（図１の円により囲んだ部分に相当）、図４Ｂは、周方向溝、弾性体、及び固定潤滑剤を示す部分的断面図である。

第２実施の形態に対して、弾性体５１は、ウォーム軸３の外周面であって第２軸受２０の内輪２０ａの径方向内方側に形成した周方向溝５０内で、テフロン(登録商標)に代表される固形潤滑材５２と一体的に成形してある。

この固形潤滑材５２により、ウォーム軸３と第２軸受２０の内輪２０ａとの間の摩擦が低減されるので、ウォーム軸３の変位（傾き）をよりスムーズに行うことができ、且つ摩耗性が改善され耐久性が向上する。

なお、この固形潤滑材５２は、弾性体５１とウォーム軸３又は第２軸受２０の内面２０ａのどちらか一方もしくは両方の接触面に、弾性体５１と一体に成形されていても良い。

［第４実施の形態］
図５Ａ−５Ｃは、第４実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面（図１の円により囲んだ部分に相当）において凸部がウォーム軸側に配設された構成を示し、図５Ａは凸部が周方向溝のウォーム側、図５Ｂは両側、図５Ｃはモータ側に、それぞれ配設された断面図である。

図５Ａに示すように、第２実施の形態に対して、ウォーム軸３の周方向溝４０の軸方向のウォーム３ａ側の周縁部には、範囲ｄにわたって凸部３ｂが周方向に環状に形成されている。この凸部３ｂにより、この凸部３ｂ附近においてウォーム軸３の外周とこれに対向する周面である第２軸受２０の内輪２０ａ内周面に微小隙間が形成されている。

この凸部３ｂにより形成される微小隙間によって、ウォーム軸３の第２軸受２０に対する傾きがある程度許容される。この凸部３ｂの配設により、ウォーム軸３と第２軸受２０の内輪２０ａとの隙間を大きく設定することが可能となるため、ウォーム軸３の揺動可能範囲を大きくすることが可能となる。

また、モータ５がアシストトルクを発生した際、ウォーム３ａはラジアル方向の反力を受け、ラジアル方向に変位するが、凸部３ｂにより、この変位が規制されるため、ウォーム軸３の第２軸受２０に対する同軸度が大きくずれることはない。したがって、ウォーム軸３の、モータ５の駆動軸６との軸ずれを最小限に抑えることができる。

さらに、無負荷時において、ウォーム軸３は、弾性体４１により第２軸受２０の内輪２０ａに対してフローティングしているため、路面からの入力等による軽負荷がウォーム３ａにかかってウォーム軸３がラジアル方向の荷重を受けた場合、ウォーム軸３が第２軸受２０の内輪２０ａと接触することはなく、微小隙間における両者の金属打音を確実に防止することができる。

加えて、ウォーム軸３は、第２軸受３０に対して常に良好な同軸度を確保することができるため、ウォーム３ａの揺動をスムーズにすることができる。

この第４実施の形態における凸部３ｂの配置は、これに限らず、図５Ｂに示すように、ウォーム軸３の周方向溝４０の軸方向両側の周縁部に、各々範囲ｄにわたって形成することができる。

また、図５Ｃに示すように、ウォーム軸３の周方向溝４０の軸方向モータ５側の周縁部に、範囲ｄにわたって形成することもできる。図５Ｂ、５Ｃ何れの実施形態においても、凸部３ｂにより第２軸受２０の内輪２０ａ内周面とウォーム軸３の外周面との間には微小隙間が設けられている。

図５Ｂ、５Ｃ何れの実施形態においても、上記図５Ａに示した構成のものと同様の効果を期待することができる。

さらに、凸部３ｂを第２軸受２０の内輪２０ａ側に設けた構成にすることもできる。

図６Ａ、６Ｂは、第４実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部断面（図１の円により囲んだ部分に相当）において凸部が第２軸受側に配設された構成を示し、図６Ａは凸部が内輪と一体的に、図６Ｂは凸部が内輪と別体に、各々設けられた断面図である。

図６Ａに示すように、第２軸受２０の内輪２０ａの内周面に凸部２０ｃを設けている(内輪２０ａと一体的に凸部２０ｃを設けている)。この実施形態の場合、凸部２０ｃを内輪２０ａの軸方向中央に設けているので、ウォーム軸３の周方向溝４０及びこれに外嵌するＯリング４１は、凸部２０ｃのウォーム３ａ側に配設している。

また、図６Ａと同様に、この凸部を第２軸受２０の内輪２０ａ側に設けるが、図６Ｂに示すように、内輪２０とは別体の円環状のブッシュ４２に凸部４２ａを設け、このブッシュ４２を内輪２０に内嵌して取り付けた構成とすることもできる。この場合も、図６Ａと同様に、凸部４２ａを内輪２０ａの軸方向中央に設けているので、ウォーム軸３の周方向溝４０及びこれに外嵌するＯリング４１は、凸部４２ａのウォーム３ａ側に設けている。図６Ａ、６Ｂ何れの実施形態においても、凸部２０ｃ(凸部４２ａ)とウォーム軸３外周面には微小隙間が設けられている。

図６Ａ、６Ｂ何れの実施形態においても、上記図５Ａに示した構成のものと同様の効果を期待することができる。
尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

Claims (8)

1. ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、減速機により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
   前記減速機内の駆動ギヤ軸をその両端部でそれぞれ支持するための第１及び第２軸受を備え、
   前記第１軸受又はその近傍には、前記駆動ギヤ軸を従動ギヤへの噛み合い方向に向けて予圧する予圧手段を備え、
   前記駆動ギヤ軸と、前記第２軸受の内輪との間に、前記駆動ギヤ軸を前記第２軸受の内輪に対して傾斜可能にするための微小隙間を形成し、
   当該微小隙間の少なくとも一部に、緩衝部材を設け、
   前記第２軸受は、その軸方向両側にそれぞれ圧縮されたゴム弾性体を介して前記駆動ギヤ軸を該第２軸受に対して同芯となるように支持していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記第１軸受は前記電動モータから遠い側の軸受であり、
   前記第２軸受は前記電動モータに近い側の軸受であることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記緩衝部材は、前記駆動ギヤ軸又は前記第２軸受の内輪に形成した周方向溝内に、弾発可能に収納したＯリングであることを特徴とする請求項１または２に記+載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記緩衝部材は、前記駆動ギヤ軸又は前記第２軸受の内輪に形成した周方向溝内で、固形潤滑材と一体的に成形された弾性体であることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 予圧手段は、前記第１軸受の外輪を、ばね弾性体によって、前記駆動ギヤ軸を、前記従動ギヤへの噛み合い方向に向けて予圧することを特徴とする請求項１ないし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。
6. 前記駆動ギヤ軸の外周面又は前記第２軸受の内輪の内周面の、前記周方向溝の軸方向の両側又は片側には、凸部が周方向に環状に形成して、駆動ギヤ軸外周面と第２軸受の内輪内周面との間に微小隙間を配して形成されていることを特徴とする請求項１ないし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。
7. 前記駆動ギヤ軸の外周面又は前記第２軸受の内輪の内周面の、前記周方向溝の軸方向の両側又は片側には、凸部が周方向に環状に形成して、駆動ギヤ軸外周面と第２軸受の内輪内周面との間に微小隙間を配して形成されていることを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記予圧手段は、前記駆動ギヤ軸を直接前記従動ギヤへの噛み合い方向に付勢する予圧パッドを含んで成ることを特徴とする請求項１ないし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。

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