JP5210186B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置では、ステアリング軸にトーションバーを介して連結されるピニオン軸をギヤハウジングに枢支し、ピニオン軸に噛合うラック軸をギヤハウジングに直線動可能に支持し、電動モータの駆動軸に連結されるウォームギヤをギヤハウジングに枢支し、ピニオン軸の中間部に固定されてウォームギヤに噛合うウォームホイールをギヤハウジングに枢支している。電動モータは、運転者がステアリング軸に加えた操舵トルクに応じた操舵アシストトルクを、ウォームギヤとウォームホイールの噛合い、ピニオン軸とラック軸の噛合いを介してラック軸に付与するものである。

このような電動パワーステアリング装置では、組立時に、ウォームギヤ等の部品の寸法誤差に影響されることなくウォームギヤとウォームホイールの軸間距離を簡易に設定するととともに、組立後に、ウォームギヤとウォームホイールの噛合い時の異音が発生しないことが求められる。

特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、ウォームギヤの先端軸を支持する軸受の外周とギヤハウジングの間に、リング体と軸受ケースを介装し、軸受ケースの内周とリング体の外周とを傾斜面を介して接触させている。そして、ウォームギヤに対する軸方向の外側に皿ばね、調整ねじを設け、調整ねじにより加圧される皿ばねを、リング体と一体の軸受の外輪の一端面に当接させている。電動パワーステアリング装置の組立時或いは組立後に、皿ばねのばね力により軸受及びリング体を軸方向に押圧し、軸受を軸受ケースの傾斜面に沿って移動させることにより、ウォームギヤをウォームホイールへ向けて偏倚させてそれらの軸間距離を調整し、ひいてはそれらのバックラッシュを除去するものである。

特開2001-10512

特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置には以下の問題点がある。
(1)バックラッシュ調整手段として、ウォームギヤの軸受の外周側にリング体と軸受ケースを設け、ウォームギヤの軸受の軸方向の外側に皿ばねと調整ねじを設ける。従って、ウォームギヤとウォームホイールのバックラッシュをなくすことにより両者の噛合い時の異音をなくすことができても、両者の噛合いフリクション（噛合いに伴なう摩擦抵抗）が大きくなる。

(2)ウォームギヤの軸受まわりの径方向と軸方向の双方向で外方サイズが大きくなり、電動パワーステアリング装置が大型になる。

(3)皿ばねをウォームギヤの軸受の軸方向の外側に設けるものであり、電動パワーステアリング装置の大型化を抑制しようとするとき、皿ばねの設置スペースは小さくなり、皿ばねの設計の自由度が低くなる。

(4)皿ばねを加圧する調整ねじは、ギヤハウジングに螺合するものであって、ねじ部を伴うものであるから、電動パワーステアリング装置の組立性が悪い。

本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、ウォームギヤとウォームホイールの噛み合いによるフリクションの増大を防ぎながら異音を防ぎ、電動パワーステアリング装置の小型化、設計の自由度、組立性を向上することにある。

請求項１の発明は、電動モータの駆動軸に連結されるウォームギヤをギヤハウジングに枢支し、操舵軸の中間部に固定されてウォームギヤに噛合うウォームホイールをギヤハウジングに枢支してなる電動パワーステアリング装置において、ウォームギヤにおける電動モータの側の基端軸が、ギヤハウジングに固定される基準軸受に支持され、ウォームギヤにおける電動モータに対する反対側の先端軸が、ギヤハウジングに固定される先端軸受にカラーを介して支持され、カラーは先端軸受に対して軸方向に摺動可能に挿入され、先端軸受からウォームギヤの側に向けて突出している側に設けたフランジ部と先端軸受の端面との間に該カラーをウォームギヤの側に向けて付勢する弾発体を介装し、カラーはウォームギヤの側に向けて拡径する拡径状内径部を備え、ウォームギヤの先端軸の先端を該カラーの拡径状内径部に支持するように構成し、モータの無回転時に、ウォームギヤの先端軸の先端の全周をカラーの拡径状内径部の全周に着座させて該ウォームギヤの中心軸を該カラーの中心軸と同軸の中立位置に設定し、モータの回転時には、ウォームギヤの歯面とウォームホイールの歯面の回転接触圧によりウォームホイールの中心軸から離隔するウォームギヤの先端軸の先端を、弾発体により付勢されているカラーの拡径状内径部の周方向の一部により支持するようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記基準軸受がウォームギヤの中心軸を揺動自在に支持するようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記ウォームギヤの先端軸の先端がカラーの拡径状内径部に支持されるＲ状又はテーパ状の面取部を備えるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において更に、前記ウォームギヤの先端軸の先端がグリースを介してカラーの拡径状内径部に支持されるようにしたものである。

（請求項１）
(a)ウォームギヤの先端軸の先端はカラーの拡径状内径部に支持される。このとき、カラーは弾発体によりウォームギヤに向かう軸方向に付勢されている。

モータ（ウォームギヤ）が無回転時に、ウォームギヤの先端軸の先端の全周をカラーの拡径状内径部の全周に着座させて該ウォームギヤの中心軸を該カラーの中心軸と同軸の中立位置に設定する。このとき、ウォームギヤとカラーの中心軸は同軸にあり、ウォームギヤとウォームホイールは適度なバックラッシュ（バックラッシュはゼロ、又は一定のバックラッシュ）を設定されている（図７（Ａ））。また、カラーは弾発体によりウォームギヤの側に向けて付勢されており、ウォームギヤとウォームホイールの軸間距離はＡ1である（図３、図４）。

他方、モータ（ウォームギヤ）の回転時には、ウォームギヤの歯面とウォームホイールの歯面の回転接触圧によりウォームホイールの中心軸から離隔するウォームギヤの先端軸の先端を、弾発体により付勢されているカラーの拡径状内径部の周方向の一部により支持する。このとき、ウォームギヤの先端軸の先端がカラーを弾発体の付勢力に抗して軸受に押し込むように動作し、ウォームギヤは、ウォームホイールとは反対側に偏倚する（図７（Ｂ））。これにより、モータの回転によるウォームギヤとウォームホイールの噛合い時に、それらの歯面同士の衝突を、それらの軸間距離Ａ2を増加させること（ウォームギヤをウォームホイールから逃がすこと）（バックラッシュは増加する）によって緩和し、両者の衝突による異音を低減させることができる。また、ウォームギヤとウォームホイールの軸間距離を増加させることにより、両者の噛合い時のフリクョンの増大を防ぐことができる（図５、図６）。

(b)フリクション及び異音防止手段を構成するカラーと弾発体が、ウォームギヤの先端軸のための軸受の径方向と軸方向の双方向で該軸受の内側に設けられる。従って、ウォームギヤのための先端軸受まわりの径方向と軸方向の双方向で電動パワーステアリング装置の外方サイズが大きくなることがなく、電動パワーステアリング装置の小型化を図ることができる。

(c)カラーをウォームギヤの側に向けて付勢する弾発体を、カラーの軸受からウォームギヤの側に向けて突出している側に設けたフランジ部と先端軸受の端面との間に介装した。従って、弾発体をウォームギヤのための軸受の軸方向の内側に設けるものになり、電動パワーステアリング装置の小型化を図りながら、弾発体をカラーの軸受からの突出部まわりの空きスペースの広い範囲に設置でき、弾発体の設計の自由度が高くなる。

(d)フリクション及び異音防止手段の構成部品がカラーと弾発体であって、ねじ部を伴なうものがないから、電動パワーステアリング装置の組立性を向上できる。

（請求項２）
(e)ウォームギヤの基端軸を支持する基準軸受が該ウォームギヤの中心軸を揺動自在に支持する。従って、ウォームギヤを基準軸受まわりに揺動させてウォームホイールの反対側へ偏倚させることができる。

（請求項３）
(f)ウォームギヤの先端軸の先端がカラーの拡径状内径部に支持されるＲ状又はテーパ状の面取部を備える。従って、ウォームギヤの先端軸の先端をカラーの拡径状内径部により安定的に支持できる。

（請求項４）
(g)ウォームギヤの先端軸の先端がグリースを介してカラーの拡径状内径部に支持される。従って、ウォームギヤの先端軸の先端をカラーの拡径状内径部により支持する摺動フリクションを低減して安定的に支持できる。

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は図１のII−II線に沿う断面図である。 図３は図２のIII−III線に沿う、ウォームギヤの中立状態を示す断面図である。 図４は図３の要部拡大断面図である。 図５はウォームギヤの偏倚状態を示す断面図である。 図６は図５の要部拡大断面図である。 図７はカラーによるウォームギヤの支持状態を示し、（Ａ）は中立状態を示す断面図、（Ｂ）は偏倚状態を示す断面図である。

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ギヤハウジング１１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を同軸上に連結し、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をギヤハウジング１１に左右直線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。

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をギヤハウジング１１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、運転者が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。

ギヤハウジング１１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。

ギヤハウジング１１には、図３に示す如く、電動モータ３０のモータケース３１が取付けられる。電動モータ３０の駆動軸３２にはウォームギヤ４０がスプライン結合され、ウォームギヤ４０は後述される軸受６１、６２によりギヤハウジング１１に両端支持される。ウォームギヤ４０はウォームホイール５０と噛合い、ウォームホイール５０をピニオン軸１４（操舵軸）の中間部に固定してある。電動モータ３０は操舵トルク検出装置１７が検出した操舵トルクに基づいて駆動され、この電動モータ３０の発生トルクが、ウォームギヤ４０とウォームホイール５０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に操舵アシストトルクになって付与され、運転者がステアリング軸１２に付与する操舵トルクをアシストする。

しかるに、電動パワーステアリング装置１０は、ウォームギヤ４０をギヤハウジング１１に対して図３〜図７に示す如くに支持し、ウォームギヤ４０とウォームホール５０のフリクション及び異音防止手段６０を以下の如く具備する。

ウォームギヤ４０における電動モータ３０の側に突設してある基端軸４１が、ギヤハウジング１１に固定される基準軸受６１に支持される。基準軸受６１は例えば玉軸受からなり、外輪をギヤハウジング１１に設けた孔に嵌合され、外輪の一端面を孔の一側に設けた段差面に突き当て支持され、孔の他側に螺着したナット６１Ａにより外輪の他端面を押し当て支持される。ウォームギヤ４０の基端軸４１は基準軸受６１の内輪に挿通され、基端軸４１のウォームギヤ４０寄りに設けてあるフランジ部４１Ｆを内輪の一端面に突き当て支持され、基端軸４１の電動モータ３０寄りに螺着したナット６１Ｂにより内輪の他端面を押し当て支持される。ウォームギヤ４０の基端軸４１は基準軸受６１の内輪に圧入又はかしめ等により締結されても良い。このようにして、ウォームギヤ４０の基端軸４１は基準軸受６１の内輪に固定され、基端軸４１の先端４１Ａを電動モータ３０の駆動軸３２にスプライン連結される。ウォームギヤ４０に作用する軸方向荷重は基準軸受６１により支持される。

尚、基準軸受６１は例えばアンギュラ玉軸受からなり、ウォームギヤ４０の中心軸（基端軸４１及び後述する先端軸４２）をギヤハウジング１１に対して揺動自在に支持する。

ウォームギヤ４０における電動モータ３０に対する反対側に突設してある先端軸４２（基端軸４１と同軸をなす）が、ギヤハウジング１１に固定される先端軸受６２にカラー７０を介して支持される。先端軸受６２の支持中心６２Ｃ（カラー７０の中心軸７０Ｃと同じ）は、基準軸受６１の支持中心６１Ｃと同軸配置される。先端軸受６２は例えば玉軸受からなる、外輪をギヤハウジング１１に設けた孔に圧入固定される。

カラー７０は軸受６２の内輪の内周に対して軸方向に摺動可能に挿入され（カラー７０は軸受６０の内輪に対して相対回転しない）、軸受６２の内輪からウォームギヤ４０の側に突出している側に設けたフランジ部７１と、軸受６２の内輪の端面との間に、該カラー７０をウォームギヤ４０の側に向けて付勢する弾発体８０を予圧縮状態で介装する。弾発体８０は、圧縮コイルばねからなる（皿ばね等でも可）。弾発体８０は、カラー７０のフランジ部７１と先端軸受６２の内輪の端面との間で、カラー７０の外周まわりに設置される。

カラー７０は軸受６２へ挿入されて弾発体８０により付勢可能にされる組込状態下で、ウォームギヤ４０の側に向けて拡径するテーパ状（Ｒ状でも可）の拡径状内径部７２Ａを備え、ギヤハウジング１１に組込みされるウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２Ａをカラー７０の拡径状内径部７２Ａに誘導して押当て支持する。ウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２Ａはカラー７０の拡径状内径部７２Ａに対して軸方向には摺動自在に支持され、回転方向には概ね転動（僅かな摺動を伴なう）支持される。

尚、ウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２Ａはカラー７０の拡径状内径部７２Ａに支持されるＲ状又はテーパ状の面取部４２Ｂを備える。また、ウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２ＡはグリースＧを介してカラー７０の拡径状内径部７２Ａに支持される。

カラー７０は、拡径状内径部７２Ａの大径端につながるストレート状内径部７２Ｂ、ストレート状内径部７２Ｂにつながってウォームギヤ４０の側に大きく拡開するテーパ状の拡径状開口部７２Ｃを備える。ウォームギヤ４０の先端軸４２はカラー７０の拡径状開口部７２Ｃ、ストレート状内径部７２Ｂを介して拡径状内径部７２Ａに支持される位置をスムースに誘導されて組付けられる。

フリクション及び異音防止手段６０によるウォームギヤ４０とウォームホイール５０のフリクション及び異音防止動作は以下の如くである。

ウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２Ａはカラー７０の拡径状内径部７２Ａに支持される。このとき、カラー７０は弾発体８０によりウォームギヤ４０に向かう軸方向に付勢されている。

モータ３０（ウォームギヤ４０）が無回転時に、ウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２Ａの全周をカラー７０の拡径状内径部７２Ａの全周に着座させて該ウォームギヤ４０の中心軸を該カラー７０の中心軸と同軸の中立位置に設定する。このとき、ウォームギヤ４０とカラー７０の中心軸は同軸にあり、ウォームギヤ４０とウォームホイール５０は適度なバックラッシュ（バックラッシュはゼロ、又は一定のバックラッシュ）を設定されている（図７（Ａ））。また、カラー７０は弾発体８０によりウォームギヤ４０の側に向けて付勢されており、ウォームギヤ４０とウォームホイール５０の軸間距離はＡ1である（図３、図４）。

他方、モータ３０（ウォームギヤ４０）の回転時には、ウォームギヤ４０の歯面とウォームホイール５０の歯面の回転接触圧によりウォームホイール５０の中心軸から離隔するウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２Ａを、弾発体８０により付勢されているカラー７０の拡径状内径部７２Ａの周方向の一部により支持する。このとき、ウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２Ａがカラー７０を弾発体８０の付勢力に抗して軸受６２に押し込むように動作し、ウォームギヤ４０は、ウォームホイール５０とは反対側に偏倚する（図７（Ｂ））。これにより、モータ３０の回転によるウォームギヤ４０とウォームホイール５０の噛合い時に、それらの歯面同士の衝突を、それらの軸間距離Ａ2を増加させること（ウォームギヤ４０をウォームホイール５０から逃がすこと）（バックラッシュは増加する）によって緩和し、両者の衝突による異音を低減させることができる。また、ウォームギヤ４０とウォームホイール５０の軸間距離を増加させることにより、両者の噛合い時のフリクョンの増大を防ぐことができる（図５、図６）。

本実施例によれば、以下の作用効果を奏する。
(i)フリクション及び異音防止手段６０を構成するカラー７０と弾発体８０が、ウォームギヤ４０の先端軸４２のための軸受６２の径方向と軸方向の双方向で該軸受６２の内側に設けられる。従って、ウォームギヤ４０のための偏軸受６２まわりの径方向と軸方向の双方向で電動パワーステアリング装置１０の外方サイズが大きくなることがなく、電動パワーステアリング装置１０の小型化を図ることができる。

(ii)カラー７０をウォームギヤ４０の側に向けて付勢する弾発体８０を、カラー７０の先端軸受６２からウォームギヤ４０の側に向けて突出している側に設けたフランジ部７１と先端軸受６２の端面との間に介装した。従って、弾発体８０をウォームギヤ４０のための先端軸受６２の軸方向の内側に設けるものになり、電動パワーステアリング装置１０の小型化を図りながら、弾発体８０をカラー７０の先端軸受６２からの突出部まわりの空きスペースの広い範囲に設置でき、弾発体８０の設計の自由度が高くなる。

(iii)フリクション及び異音防止手段６０の構成部品がカラー７０と弾発体８０であって、ねじ部を伴なうものがないから、電動パワーステアリング装置１０の組立性を向上できる。

(iv)ウォームギヤ４０の基端軸４１を支持する基準軸受６１が該ウォームギヤ４０の中心軸を揺動自在に支持する。従って、ウォームギヤ４０を基準軸受６１まわりに揺動させてウォームホイール５０に対する反対側へ偏倚させることができる。

(v)ウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２Ａがカラー７０の拡径状内径部７２Ａに支持されるＲ状又はテーパ状の面取部４２Ｂを備える。従って、ウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２Ａをカラー７０の拡径状内径部７２Ａにより安定的に支持できる。

(vi)ウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２ＡがグリースＧを介してカラー７０の拡径状内径部７２Ａに支持される。従って、ウォームギヤ４０の先端軸４２の先端４２Ａをカラー７０の拡径状内径部７２Ａにより支持する摺動フリクションを低減して安定的に支持できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例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。

本発明は、電動パワーステアリング装置において、ウォームギヤとウォームホイールの噛み合いによるフリクションの増大を防ぎながら異音を防ぎ、電動パワーステアリング装置の小型化、設計の自由度、組立性を向上するができる。

１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ギヤハウジング
１４ ピニオン軸（操舵軸）
３０ 電動モータ
３２ 駆動軸
４０ ウォームギヤ
４１ 基端軸
４２ 先端軸
４２Ａ 先端
４２Ｂ 面取部
５０ ウォームホイール
６１ 基準軸受
６２ 先端軸受
７０ カラー
７１ フランジ部
７２Ａ 拡径状内径部
８０ 弾発体

Claims (4)

1. 電動モータの駆動軸に連結されるウォームギヤをギヤハウジングに枢支し、操舵軸の中間部に固定されてウォームギヤに噛合うウォームホイールをギヤハウジングに枢支してなる電動パワーステアリング装置において、
   ウォームギヤにおける電動モータの側の基端軸が、ギヤハウジングに固定される基準軸受に支持され、
   ウォームギヤにおける電動モータに対する反対側の先端軸が、ギヤハウジングに固定される先端軸受にカラーを介して支持され、
   カラーは先端軸受に対して軸方向に摺動可能に挿入され、先端軸受からウォームギヤの側に向けて突出している側に設けたフランジ部と先端軸受の端面との間に該カラーをウォームギヤの側に向けて付勢する弾発体を介装し、
   カラーはウォームギヤの側に向けて拡径する拡径状内径部を備え、ウォームギヤの先端軸の先端を該カラーの拡径状内径部に支持するように構成し、
   モータの無回転時に、ウォームギヤの先端軸の先端の全周をカラーの拡径状内径部の全周に着座させて該ウォームギヤの中心軸を該カラーの中心軸と同軸の中立位置に設定し、
   モータの回転時には、ウォームギヤの歯面とウォームホイールの歯面の回転接触圧によりウォームホイールの中心軸から離隔するウォームギヤの先端軸の先端を、弾発体により付勢されているカラーの拡径状内径部の周方向の一部により支持することを特徴する電動パワーステアリング装置。
2. 前記基準軸受がウォームギヤの中心軸を揺動自在に支持する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ウォームギヤの先端軸の先端がカラーの拡径状内径部に支持されるＲ状又はテーパ状の面取部を備える請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記ウォームギヤの先端軸の先端がグリースを介してカラーの拡径状内径部に支持される請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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