JP4627377B2 - 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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、特開平11-342856に記載の如く、電動モータをハウジングに固定し、該ハウジングに操舵装置のアシスト軸を支持し、電動モータの回転軸にアシスト軸を接続し、電動モータのトルクを操舵装置に伝えて操舵アシストする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動パワーステアリング装置では、操舵中にタイヤが縁石に乗り上げる等により、アシスト軸に接続されているトルク伝達ギヤのストロークが急停止せしめられると、電動モータはたとえ給電を停止されても慣性により回転し続けようとして慣性トルクを生じ、この慣性トルクがトルク伝達ギヤの損傷を引き起こし、操舵フィーリングを悪化させる虞がある。
【０００４】
本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、電動モータのトルク伝達経路における衝撃力を簡易な構成により安定的に緩和することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電動モータをハウジングに固定し、該ハウジングに操舵装置のアシスト軸を支持し、電動モータの回転軸にアシスト軸を接続してなる電動パワーステアリング装置において、電動モータの回転軸とアシスト軸を接続体の内部に挿入し、接続体の内部で回転軸の端部とアシスト軸の端部をインロー結合してそれらの回転中心を一致させ、接続体の内径部と回転軸の外周の間にリミットトルク以上のトルクでスリップするトルクリミッタを介装し、アシスト軸を接続体の内径部にスプライン結合したものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記アシスト軸をハウジングに支持するに際し、該アシスト軸を軸方向の双方向に弾性支持したものである。
【０００８】
【作用】
請求項１の発明によれば下記(a)〜(d)の作用がある。
(a)タイヤの縁石乗り上げ時等に、トルク伝達ギヤのストロークが急停止せしめられたとき、電動モータへの給電が停止されても電動モータが回転し続けようとすることによる慣性トルクが生ずるが、この慣性トルクをトルクリミッタの滑りにより吸収できる。即ち、電動モータの回転軸からアシスト軸に伝えられるリミットトルク以上の慣性トルクを、回転軸とアシスト軸の間のトルクリミッタの存在により遮断し、結果としてトルク伝達ギヤの損傷を防止し、操舵フィーリングの悪化を回避できる。
【０００９】
(b)回転軸とアシスト軸はインロー結合され、両者の回転中心を簡易に安定的に一致させることができるから、両者の回転中心のずれに起因する偏動荷重がトルクリミッタに作用しない。従って、トルクリミッタは、回転トルクのみ作用するものになり、部品の加工組付精度に影響されない簡易な構成により、リミットトルクの安定を維持し、安定した衝撃緩和特性を確保できる。また、トルクリミッタの耐久性を向上できる。
【００１０】
(c)電動モータからトルク伝達ギヤに伝えられる衝撃力を低減できるから、トルク伝達ギヤを支持するハウジングの耐久性を向上でき、ハウジングの薄肉化による装置の軽量化を実現できる。
【００１１】
(d)回転軸とアシスト軸を接続する接続体の内部にトルクリミッタを介装することにより、トルクリミッタの脱落を防止できる。
【００１２】
請求項２の発明によれば下記(e)の作用がある。
(e)アシスト軸をハウジングに対し、軸方向の双方向に弾性支持した。従って、電動パワーステアリング装置の反転駆動時や、タイヤの縁石乗り上げ時等に、アシスト軸に過大推力が作用すると、アシスト軸が弾性支持状態下で軸方向に移動でき、結果として、アシスト軸に接続されているトルク伝達ギヤの歯面に生ずる衝撃力を緩和して歯面同士の叩き音を低減し、或いはアシスト軸の慣性推力によるトルク伝達経路の損傷を回避する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は電動パワーステアリング装置を一部破断して示す正面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図、図４は図３のIV−IV線に沿う断面図、図５はマグネットホルダを示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図、図６は図３の回転軸とアシスト軸の接続部を取出して示す断面図、図７は弾性変形具を示す断面図、図８は図６のVIII−VIII線に沿う断面図である。
【００１４】
電動パワーステアリング装置１０は、図１、図２に示す如く、不図示のブラケットにより車体フレーム等に固定されるアルミ合金製のギヤハウジング１１（第１〜第３のギヤハウジング１１Ａ〜１１Ｃ）を有する。そして、ステアリングホイールが結合されるステアリング軸１２にトーションバー１３を介してピニオン軸１４を連結し、このピニオン軸１４にピニオン１５を設け、このピニオン１５に噛合うラック１６Ａを備えたラック軸１６を第１ギヤハウジング１１Ａに左右動可能に支持している。ステアリング軸１２とピニオン軸１４の間には、操舵トルク検出装置１７を設けてある。尚、ステアリング軸１２とピニオン軸１４は軸受１２Ａ、１４Ａ、１４Ｂを介してギヤハウジング１１に支持される。
【００１５】
操舵トルク検出装置１７は、図２に示す如く、ステアリング軸１２、ピニオン軸１４に係合している円筒状のコア１７Ｃを囲む２個の検出コイル１７Ａ、１７Ｂを第３ギヤハウジング１１Ｃに設けている。コア１７Ｃは、ピニオン軸１４のガイドピン１７Ｄに係合する縦溝１７Ｅを備えて軸方向にのみ移動可能とされるとともに、ステアリング軸１２のスライダピン１７Ｆに係合するスパイラル溝１７Ｇを備える。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクがステアリング軸１２に付与され、トーションバー１３の弾性ねじり変形により、ステアリング軸１２とピニオン軸１４の間に回転方向の相対変位を生ずると、ステアリング軸１２とピニオン軸１４の回転方向の変位がコア１７Ｃを軸方向に変位させるものとなり、このコア１７Ｃの変位による検出コイル１７Ａ、１７Ｂの周辺の磁気的変化に起因する検出コイル１７Ａ、１７Ｂのインダクタンスが変化する。即ち、コア１７Ｃがステアリング軸１２側へ移動すると、コア１７Ｃが近づく方の検出コイル１７Ａのインダクタンスが増加し、コア１７Ｃが遠ざかる方の検出コイル１７Ｂのインダクタンスが減少し、このインダクタンスの変化により操舵トルクを検出できる。
【００１６】
第１ギヤハウジング１１Ａ内でラック軸１６の一端を挟んでピニオン１５と相対する部分に設けられているシリンダ部１８には、図２に示す如く、ラックガイド１９が内蔵され、ラックガイド１９（ブッシュ１９Ａ）はシリンダ部１８に被着されるキャップ２０により背面支持されるばね２１によりラック軸１６の側に弾発され、ラック軸１６のラック１６Ａをピニオン１５に押し付けるとともに、ラック軸１６の一端を摺動自在に支持する。尚、ラック軸１６の他端側は軸受２２により支持される。また、ラック軸１６の中間部には連結ボルト２２Ａ、２２Ｂにより左右のタイロッド２３Ａ、２３Ｂが連結される。
【００１７】
第２ギヤハウジング１１Ｂには、図３に示す如く、電動モータ３０のモータケース３１が固定され、電動モータ３０の回転軸３２には接続体８０を介してアシスト軸３３が結合され、アシスト軸３３はボールベアリング等の軸受９１、９２により第２ギヤハウジング１１Ｂに両端支持されている。そして、アシスト軸３３の中間部にウォームギヤ３７を一体に備え、このウォームギヤ３７に噛合うウォームホイール３８をピニオン軸１４の中間部に固定してある。電動モータ３０の発生トルクは、ウォームギヤ３７とウォームホイール３８の噛合い、ピニオン１５とラック１６Ａの噛合いを介してラック軸１６に操舵アシスト力となって付与され、運転者がステアリング軸１２に付与する操舵力をアシストする。
【００１８】
ここで、電動モータ３０は以下の如くに構成される。
即ち、電動モータ３０は、図３に示す如く、鉄等の磁性材料により形成される筒状のヨーク５２と、ヨーク５２の内周の周方向複数位置にマグネット収容区画５３Ｂを形成する絶縁性樹脂材料により形成された筒状体５３Ａからなるマグネットホルダ５３と、マグネットホルダ５３のマグネット収容区画５３Ｂに収容されて位置決め保持されるマグネット５４と、マグネットホルダ５３に位置決め保持されたマグネット５４の内側に圧入される非磁性材料の極薄板により成形されたマグネットカバー５５（不図示）とからなる固定子５１を有する。
【００１９】
また、電動モータ３０は、固定子５１の内側に挿入されて回転軸３２に固定される回転子５６を有する。回転子５６は、回転軸３２の外周に設けられるアマチュアコア５７とコンミテータ５８とからなる。
【００２０】
また、電動モータ３０は、図４に示す如く、回転子５６のコンミテータ５８に接触せしめられるブラシ６１と、ブラシ６１を位置決め保持するブラシ保持部６２Ｂを形成する絶縁性樹脂材料により形成された短円筒体６２Ａからなるブラシホルダ６２を有する。また、電動モータ３０は、ブラシホルダ６２に位置決め保持されたブラシ６１にピグテールを介して接続端子６３Ａを接続し、この接続端子６３Ａを内蔵する絶縁性樹脂材料によりブラシホルダ６２と一体形成された給電コネクタ６３を有する。
【００２１】
電動モータ３０は、ブラシ６１から回転子５６のコンミテータ５８を経てアマチュアコア５７に給電されると、アマチュアコア５７の磁力線が固定子５１のマグネット５４で発生している磁界を切ることにより、回転子５６が回転する。
【００２２】
しかるに、電動モータ３０は以下の如くの特徴的構成を具備する。
(1)電動モータ３０は、ヨーク５２を一端開口他端閉塞の円筒体とし、このヨーク５２をモータケース３１としている。ヨーク５２は、ハウジング１１Ｂに固定される一端フランジ部５２Ａと他端閉塞部５２Ｂを有する。
【００２３】
(2)マグネットホルダ５３は、図５に示す如く、マグネット収容区画５３Ｂを有する筒状体５３Ａをなし、筒状体５３Ａの外周をヨーク５２にインロー結合するとともに、ブラシホルダ６２の係合部６２Ｃに係合する係合部５３Ｃを筒状体５３Ａの外周に連続させてその周方向特定位置に凸状形成し、この係合部５３Ｃの外周をハウジング１１Ｂにインロー結合可能としている。
【００２４】
(3)ブラシホルダ６２は、図４に示す如く、ブラシ保持部６２Ｂを有する短円筒体６２Ａをなし、短円筒体６２Ａの内周の周方向複数位置にブラシ保持部６２Ｂを形成し、このブラシ保持部６２Ｂにばね６４、ブラシ６１を納め、ばね６４のばね力によりブラシ６１を回転子５６のコンミテータ５８に押接する。ブラシホルダ６２は、短円筒体６２Ａの外周の一端側をモータケース３１を構成するヨーク５２にインロー結合するとともに、短円筒体６２Ａの外周の他端側をハウジング１１Ｂにインロー結合可能としている。
【００２５】
尚、ブラシホルダ６２は、一端側の周方向特定位置に係合部６２Ｃを凹状形成している。マグネットホルダ５３の係合部５３Ｃをブラシホルダ６２の係合部６２Ｃに係合させることにより、マグネットホルダ５３が位置決めする固定子５１のマグネット５４に対する、ブラシホルダ６２が保持するブラシ６１の位相ずれをなくし、電動モータ３０の回転性能が正転方向と逆転方向で異なるものになることを回避し、性能の低下を回避する。
【００２６】
(4)ブラシホルダ６２にはグロメット６６が被着されて組付けられる。グロメット６６は、ハウジング１１Ｂとモータケース３１（ヨーク５２）の接続部で、ハウジング１１Ｂのフランジ部６７に切欠形成されるコネクタ挿着部６８に装填されるコネクタシール部６６Ａと、ハウジング１１Ｂのフランジ部６７に形成されるリング溝部６９に装填されるＯリング６６Ｂとを一体に備える。ブラシホルダ６２は、給電コネクタ６３にグロメット６６のコネクタシール部６６Ａを、ブラシホルダ６２の短円筒体６２Ａにグロメット６６のＯリング６６Ｂを被着されて、ハウジング１１Ｂとモータケース３１（ヨーク５２）の接続部に液密に組付けられる。
【００２７】
(5)上述(2)〜(4)により、電動モータ３０はハウジング１１Ｂに以下の如くに固定される。
【００２８】
▲１▼ブラシホルダ６２にグロメット６６を被着する。
▲２▼電動モータ３０のモータケース３１（ヨーク５２）にマグネットホルダ５３の筒状体５３Ａをインロー結合する。続いて、モータケース３１（ヨーク５２）にブラシホルダ６２の短円筒体６２Ａの一端側をインロー結合する。このとき、ブラシホルダ６２の係合部６２Ｃはマグネットホルダ５３の係合部５３Ｃに係合せしめられる。
【００２９】
▲３▼マグネットホルダ５３の係合部５３Ｃをハウジング１１Ｂのインロー結合部６５にインロー結合する。同時に、ブラシホルダ６２の短円筒体６２Ａの他端側をハウジング１１Ｂのインロー結合部６５にインロー結合する。
【００３０】
▲４▼上述▲３▼と同時に、グロメット６６のコネクタシール部６６Ａはハウジング１１Ｂのフランジ部６７に切欠形成されているコネクタ挿着部６８に封着され、グロメット６６のＯリング６６Ｂはハウジング１１Ｂのフランジ部６７に設けたリング溝部６９に装填されて該フランジ部６７とヨーク５２のフランジ部５２Ａとの間に封着される。
【００３１】
▲５▼電動モータ３０のモータケース３１（ヨーク５２）は、上述▲２▼、▲３▼のマグネットホルダ５３を利用したモータケース３１（ヨーク５２）とハウジング１１Ｂとのインロー結合、ブラシホルダ６２を利用したモータケース３１（ヨーク５２）とハウジング１１Ｂとのインロー結合により、ハウジング１１Ｂに芯出しされた状態で、ボルト７０によりヨーク５２のフランジ部５２Ａをハウジング１１Ｂのフランジ部６７に締結されて固定される。
【００３２】
次に、電動モータ３０の回転軸３２とアシスト軸３３のモータケース３１、ハウジング１１Ｂへの支持構造について説明する。
【００３３】
(A)アシスト軸３３の支持構造（図６）
電動モータ３０のアシスト軸３３は、図６に示す如く、ハウジング１１Ｂに対し、軸方向の双方向に弾性支持され、電動パワーステアリング装置１０の反転駆動時や、タイヤの縁石乗り上げ時等に、アシスト軸３３に作用する過大推力を吸収可能とする。
【００３４】
具体的には、アシスト軸３３は、図６に示す如く、ウォームギヤ３７の両側に装填した軸受９１と軸受９２によりハウジング１１Ｂに両端支持される。軸受９１は内輪９１Ａと外輪９１Ｂと転走体９１Ｃからなるアンギュラ玉軸受等にて構成され、内輪９１Ａをアシスト軸３３に軸方向に相対移動可能となるように隙間嵌めし、外輪９１Ｂをハウジング１１Ｂの段差部９３と、ハウジング１１Ｂに係着されるストッパリング９４の間に挟持してハウジング１１Ｂに固定される。軸受９２は内輪９２Ａと外輪９２Ｂと転走体９２Ｃからなるアンギュラ玉軸受等にて構成され、内輪９２Ａをアシスト軸３３に軸方向に相対移動可能となるように隙間嵌めし、外輪９２Ｂをハウジング１１Ｂの段差部９５に圧入等して固定される。
【００３５】
アシスト軸３３は、軸受９１に対するウォームギヤ３７の側に設けたつば状内輪係止部９６と該軸受９１の内輪９１Ａの間に弾性変形具９７を介装し、かつ軸受９２に対するウォームギヤ３７の側に設けたつば状内輪係止部９８と該軸受９２の内輪９２Ａの間に弾性変形具９９を介装してある。弾性変形具９７と弾性変形具９９は、図７に示す如く、四角断面円環状のゴムからなる弾性体９７Ａ、９９Ａと、弾性体９７Ａ、９９Ａの両側面に焼付きにて結合した平板円板状座金９７Ｂ、９７Ｃ、９９Ｂ、９９Ｃとからなり、アシスト軸３３への上述の装填状態下で、弾性体９７Ａ、９９Ａに一定の予圧縮量（一定の衝撃緩和性能）を付与されて組込まれ、結果として、アシスト軸３３を軸方向の双方向に弾性支持する。
【００３６】
(B)回転軸３２の支持構造（図３、図６〜図８）
電動モータ３０の回転軸３２は、図３、図６に示す如く、一端部をモータケース３１（ヨーク５２）の他端閉塞部５２Ｂの中心部に設けた軸受７１に支持し、他端部を不支持構造とした。
【００３７】
具体的には、回転軸３２の一端部は、内輪７１Ａと外輪７１Ｂと転走体７１Ｃからなるアンギュラ玉軸受等にて構成される軸受７１によりモータケース３１に支持される。そして、回転軸３２の他端部とアシスト軸３３の一端部を同軸状態として接続体８０の内部で接続し、回転軸３２の他端部に設けた嵌合軸部（又は嵌合孔部）３２Ａを、アシスト軸３３の一端部に設けた嵌合孔部（又は嵌合軸部）３３Ａにインロー結合する。
【００３８】
更に、回転軸３２の嵌合軸部３２Ａの側傍の嵌合軸部３２Ｂを接続体８０の内部に挿入し、接続体８０の大内径部８０Ａと嵌合軸部３２Ｂの外周の間に所定のトルクでスリップするトルクリミッタ８１を介装し、アシスト軸３３の嵌合孔部３３Ａの側傍の嵌合軸部３３Ｂを接続体８０の小内径部８０Ｂにスプライン（又はセレーション）結合した。トルクリミッタ８１は、図８に示す如く、接続体８０の大内径部８０Ａと嵌合軸部３２Ｂの外周の間に圧入等されて径方向に弾発支持されるばね樹脂等の弾性リングからなり、電動パワーステアリング装置１０の通常使用されるトルク（リミットトルクより小なるトルク）では、弾性リングの弾発力により接続体８０と嵌合軸部３２Ｂを滑りなく結合し続け、他方、タイヤが操舵中に縁石に乗り上げる等により、ラック軸１６のストロークが急停止せしめられたときの電動モータ３０の慣性トルクがその弾性リングの弾発力を越える衝撃トルク（リミットトルク以上のトルク）に対しては、回転軸３２を接続体８０に対してスリップさせ、電動モータ３０のトルクを接続体８０の側に伝達させないように機能する。
【００３９】
従って、電動モータ３０の回転軸３２とアシスト軸３３は互いにインロー結合されることにて同軸結合され、結果として回転軸３２のアシスト軸３３に接続される側の端部はモータケース３１に対し軸受を介さない不支持構造とし、アシスト軸３３の両端部を前述の軸受９１、９２を介してハウジング１１Ｂに２点支持し、回転軸３２の一端部だけを上述の軸受７１によりモータケース３１に１点支持するものとした。
【００４０】
電動モータ３０は、接続体８０の大内径部８０Ａと小内径部８０Ｂの境界の段差部８０Ｃを回転軸３２の嵌合軸部３２Ａと嵌合軸部３２Ｂの境界の段差部３２Ｃに軸方向で衝合させる状態で、接続体８０の端面と軸受９１の内輪９１Ａ（又はアシスト軸３３のつば状段差部）の端面との間にＯリング状（又は皿ばね状）の弾性体８５を介装してある。弾性体８５は、回転軸３２を軸方向で反アシスト軸３３の側に向けて弾発支持し、回転軸３２の軸方向のガタをなくし、打音の発生を防止できる。
【００４１】
従って、本実施形態によれば以下の作用がある。
▲１▼タイヤの縁石乗り上げ時等に、ラック軸１６のストロークが急停止せしめられたとき、電動モータ３０への給電が停止されても電動モータ３０が回転し続けようとすることによる慣性トルクが生ずるが、この慣性トルクをトルクリミッタ８１の滑りにより吸収できる。即ち、電動モータ３０の回転軸３２からアシスト軸３３に伝えられるリミットトルク以上の慣性トルクを、回転軸３２とアシスト軸３３の間のトルクリミッタ８１の存在により遮断し、結果としてウォームギヤ３７、ウォームホイール３８等の損傷を防止し、操舵フィーリングの悪化を回避できる。
【００４２】
▲２▼回転軸３２とアシスト軸３３はインロー結合され、両者の回転中心を簡易に安定的に一致させることができるから、両者の回転中心のずれに起因する偏動荷重がトルクリミッタ８１に作用しない。従って、トルクリミッタ８１は、回転トルクのみ作用するものになり、部品の加工組付精度に影響されない簡易な構成により、リミットトルクの安定を維持し、安定した衝撃緩和特性を確保できる。また、トルクリミッタ８１の耐久性を向上できる。
【００４３】
▲３▼電動モータ３０からウォームギヤ３７、ウォームホイール３８等に伝えられる衝撃力を低減できるから、ウォームギヤ３７やウォームホイール３８を支持するハウジング１１Ｂの耐久性を向上でき、ハウジング１１Ｂの薄肉化による装置の軽量化を実現できる。
【００４４】
▲４▼回転軸３２とアシスト軸３３を接続する接続体８０の内部にトルクリミッタ８１を介装することにより、トルクリミッタ８１の脱落を防止できる。
【００４５】
▲５▼アシスト軸３３をハウジングに対し、軸方向の双方向に弾性支持した。従って、電動パワーステアリング装置の反転駆動時や、タイヤの縁石乗り上げ時等に、アシスト軸３３に過大推力が作用すると、アシスト軸３３が弾性支持状態下で軸方向に移動でき、結果として、アシスト軸３３に接続されているトルク伝達ギヤの歯面に生ずる衝撃力を緩和して歯面同士の叩き音を低減し、或いはアシスト軸３３の慣性推力によるトルク伝達経路の損傷を回避する。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態を図面により記述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、電動モータのトルク伝達経路における衝撃力を簡易な構成により安定的に緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は電動パワーステアリング装置を一部破断して示す正面図である。
【図２】 図２は図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】 図３は図２のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】 図４は図３のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】 図５はマグネットホルダを示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】 図６は図３の回転軸とアシスト軸の接続部を取出して示す断面図である。
【図７】 図７は弾性変形具を示す断面図である。
【図８】 図８は図６のVIII−VIII線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０ 電動パワーステアリング装置
１１Ｂ ハウジング
３０ 電動モータ
３２ 回転軸
３２Ａ 嵌合軸部
３２Ｂ 嵌合軸部
３３ アシスト軸
３３Ａ 嵌合孔部
３３Ｂ 嵌合軸部
８０ 接続体
８０Ａ 大内径部
８０Ｂ 小内径部
８１ トルクリミッタ

Claims (2)

1. 電動モータをハウジングに固定し、該ハウジングに操舵装置のアシスト軸を支持し、電動モータの回転軸にアシスト軸を接続してなる電動パワーステアリング装置において、
   電動モータの回転軸とアシスト軸を接続体の内部に挿入し、接続体の内部で回転軸の端部とアシスト軸の端部をインロー結合してそれらの回転中心を一致させ、
   接続体の内径部と回転軸の外周の間にリミットトルク以上のトルクでスリップするトルクリミッタを介装し、アシスト軸を接続体の内径部にスプライン結合したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記アシスト軸をハウジングに支持するに際し、該アシスト軸を軸方向の双方向に弾性支持した請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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