JP5233656B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、減速機構を改良した電動パワーステアリング装置に関する。
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では、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発生させる補助操舵トルクを、減速機構からなる動力伝達機構を介し、操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。
この動力伝達機構として、ウォーム減速機を用いた電動パワーステアリング装置では、電動モータの駆動軸に連結したウォームにウォームホイールが噛合してあり、このウォームホイールは、操舵機構に連結される出力軸に嵌合してある。
このようなウォーム減速機を用いた電動パワーステアリング装置では、ウォームとウォームホイールとが噛み合うギヤ歯面間には適度なバックラッシュが設けられている。しかし、このバックラッシュに起因して、車両走行時にタイヤを介して路面から入力される振動等により、ウォームとウォームホイールとのギヤ歯面同士が打音を発生し、運転者に不快感を与えるという問題があった。この打音を解消するために、ウォームをウォームホイール方向に付勢する予圧機構を設け、バックラッシュをなくす機構が従来から知られている。
図3は、従来例に係る電動パワーステアリング装置における減速機構の一部を切り欠いて示す断面図であり、図4は、図3のC部分の拡大図である。
電動パワーステアリング装置の補助動力源である電動モータ103(図には一部のみが示されている。)がハウジング105に固定されている。ハウジング105内には、ウォーム減速機構を構成するウォーム軸107とウォームホイール109とが設けられている。ウォームホイール109は、出力軸111に外嵌されている。
電動モータ103の駆動軸110には、ウォーム軸107が軸方向に移動可能に且つ相対回転不能に連結されている。ウォーム軸107の軸方向で中央部にはウォーム107bが形成されている。ウォーム軸107は、電動モータ103側の基部115と電動モータ103から遠い方の端部近傍とにそれぞれ介装された第1及び第2転がり軸受117、132によってハウジング105に回転自在に支持されている。
電動モータ103側の第1転がり軸受117の軸方向で両側には、リング状の弾性部材122、123が配設されている。これら2つの弾性部材は、それぞれ一対のリング状の保持部材122a、122b、123a、123bによって軸方向に挟持されている。
第1転がり軸受117の内輪117bは、その両端面がリング状の保持部材122a、123aに接触しており、これら内輪117bに接触しているリング状の保持部材122a、123aは、ウォーム軸107には固定されていない。内輪117bに接触していない側のリング状の保持部材122b、123bは、それぞれウォーム軸107に外嵌固定されている。このため、2つの弾性部材122、123はその弾性限度内においてウォーム軸107の軸方向の移動を許容している。
ハウジング105の内側で電動モータ103から遠い方となる底部105bには、ホルダー125が内嵌されている。
ホルダー125の内周側には、ウォーム軸107を先端部でハウジング105にホルダー125を介して回転自在に支持する第2転がり軸受132が内嵌され、加締めによりホルダー125に固定されている(図4中の丸で囲んだD部分)。第2転がり軸受132の内周面にはブッシュ130が内嵌されている。ブッシュ130は、ウォーム軸107を軸方向に摺動可能に支持している。
ホルダー125のハウジング105の底面105c側となる端面には、底面105c方向に突出した小径部125aが形成されている。小径部125aの内周面は、一部が外周側と連通して開口しており、軸方向の断面形状が略U字形状に形成されている。ホルダー125は、略U字形状の開口部側がウォームホイール109とは反対側となるようにハウジング105に内嵌されている。
小径部125aには、略U字形状の開口部側からパッド129が取付けられており、小径部125aの外周側と、パッド129の開口部側の外周面129aには、トーションスプリング127が巻き付けられている。
ホルダー125と、パッド129と、トーションスプリング127と、第2転がり軸受132と、第2転がり軸受132に内嵌されたブッシュ130とで予圧機構部140を構成している。予圧機構部140は、上述したように、ホルダー125がハウジング105の底部105bの内周面に圧入されることにより固定されている。
ホルダー125の小径部に巻き付けられたトーションスプリング127が巻き戻る力によって、パッド129がウォームホイール109の方向に付勢され、ウォーム軸107に対する予圧力を発生する。この予圧力により、ウォーム軸107がウォームホイール109との噛合い部方向に付勢され、ウォーム107bとウォームホイール109との噛合い部のバックラッシュを低減し、バックラッシュに起因する歯面の打音を低減することができる。
また、特許文献1においては、ウォーム軸の電動モータ側の基部と電動モータから遠い方の端部に設けられた2つの転がり軸受の軸心を、電動モータの駆動軸とこれに連結されたウォーム軸の軸心よりも僅かにウォームホイール側に偏芯させて両転がり軸受を配設して、ウォーム軸とそれぞれの軸受との間に弾性部材を設けることにより予圧機構を構成し、これによりバックラッシュを除去する電動パワーステアリング装置が開示されている。
再表2003−047948
上述した従来の予圧機構部の構成においては、ホルダーの内周側に転がり軸受を組付け、加締めにより固定しているため製造工程数がかかり、更に袋状となっているハウジングの底部に予圧機構部を圧入によって固定する必要があるため、組付け時の目視による確認が困難であった。従って組立ての作業性が悪いという問題があった。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、製造工程数の削減と組付け時における作業性の向上とが可能な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。
上記目的を達成するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、電動モータから発生させる補助操舵トルクを、減速機構を介して出力軸に伝達するために、前記減速機構は、前記電動モータの駆動軸に連結されたウォーム軸と、該ウォーム軸に一体的に設けられたウォームと、該ウォームと噛合し、前記出力軸に外嵌されたウォームホイールとからなり、前記減速機構を収容するハウジングと、前記ウォーム軸の前記電動モータ側の基部と前記ハウジングとの間に配置され、前記ウォーム軸を回転自在に前記ハウジングに支持するとともに、前記基部に軸方向に沿って配置された一対の弾性部材で軸方向に挟持されることで軸方向に僅かに移動可能であることにより前記ウォーム軸の軸方向の移動を可能とする第1転がり軸受と、前記ウォーム軸の前記基部とは軸方向で反対側となる先端部近傍で前記ウォーム軸を軸方向に摺動可能に且つ揺動可能に支持するブッシュが内嵌され、該ブッシュを介して前記ウォーム軸を前記ハウジングに回転自在に支持する第2転がり軸受と、前記第2転がり軸受よりも軸方向前記先端部側で該先端部と前記ハウジングとの間に設けられ、前記ウォーム軸に対して前記ウォームホイールとの噛合いに向けて予圧を付与する第1予圧機構と、前記第2転がり軸受よりも軸方向前記基部側で前記第2転がり軸受に隣接する前記ウォーム軸の部分に外嵌され前記ハウジングに内嵌された筒状部と、該筒状部と前記第2転がり軸受との間に配置され前記第2転がり軸受に対して前記ウォーム軸の前記先端部に向けて予圧を付与する弾性部とからなる第2予圧機構とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記第2予圧機構の前記筒状部は、前記第2転がり軸受に向かって先細形状をなす切頭円錐形状であり、前記弾性部は、前記筒状部の前記第2転がり軸受側の端部に該筒状部と一体に形成され、前記筒状部の前記第2転がり軸受側の端縁から径方向内向きに延在する環状部と、前記環状部の内径側から折曲部を介して外径側且つ軸方向前記第2転がり軸受側に向かって延び、前記第2転がり軸受の前記電動モータ側の端面を接触押圧する環状の軸受接触部とからなることを特徴とする。
本発明によれば、製造工程数の削減と組付け時における作業性の向上を図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ができる。
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。
図1は、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の動力補助部の断面図であり、図2は、図1のA部を拡大して、構成部材を分解して示す断面図である。
電動パワーステアリング装置の補助動力源である電動モータ3(図には一部のみが示されている。)がハウジング5に固定されている。ハウジング5内には、ウォーム減速機構を構成するウォーム軸7とウォームホイール9とが設けられている。
電動モータ3の駆動軸10にはスプライン嵌合部10aが設けられており、ウォーム軸7に設けられたスプライン嵌合部7aと結合されている。これにより、ウォーム軸7は電動モータ3の駆動軸10に対して軸方向に移動可能に、且つ相対回転不能に連結され、また電動モータ3の駆動軸10とウォーム軸7の傾きを許容することができる。
ウォーム軸7の軸方向で中央部にはウォーム7bが形成されている。ウォーム7bにはウォームホイール9が噛合している。ウォームホイール9は出力軸11に外嵌された芯金9aと、芯金の外径側に形成された樹脂製のギヤ歯9bとからなり、ギヤ歯9bがウォーム7bと噛合している。
出力軸11は、車両後方端にステアリングホイール(図示略)が設けられたステアリングシャフト(図示略)とトーションバー(図示略)を介して連結され、出力軸11の車両後方側には、ステアリングホイールを介して印加された操舵トルクを検知するトルクセンサー機構部(図示略)が設けてある。出力軸11の車両前方側には自在継手(図示略)を介して中間シャフト(図示略)が連結してある。
こうして、運転者がステアリングホイール(図示略)を操舵することにより発生した操舵トルクは、ステアリングシャフト(図示略)、トーションバー(図示略)、出力軸11、自在継手(図示略)、中間シャフト(図示略)、及びラックアンドピニオン式ステアリング装置などの操舵機構(図示略)を介して、図示しない転舵輪に伝達される。また、検知した操舵トルクに対応して電動モータ3から発生させる補助操舵トルクは、ウォーム7b及びウォームホイール9を介して出力軸11に伝達されるようになっており、電動モータ3の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸11に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。
本実施形態にかかる電動パワーステアリング装置においては、ウォーム軸7の電動モータ3側の基部15には、第1軸受支持部15aが形成されている。第1軸受支持部15aの軸方向でウォーム7b側には、第1軸受支持部15aよりも拡径された拡径部15bが隣接して形成され、第1軸受支持部15aの軸方向で電動モータ3側には第1軸受支持部15aよりも縮径された縮径部15cが隣接して形成されている。
第1軸受支持部15aには、ウォーム軸7を電動モータ3側でハウジング5に回転自在に支持する第1転がり軸受17が配設されている。第1転がり軸受17の外輪17aは、ウォーム7b側となる端面がハウジング5の内周面に形成された段部18に内嵌され、電動モータ3側となる端面が止輪19によって係止されることによりハウジング5に固定されている。第1転がり軸受17の内輪17bは、第1軸受支持部15aの外周面に僅かな隙間をもって外嵌されており、ウォーム7b側となる端面の内径側は、ウォーム軸7の第1軸受支持部15aと拡径部15bとの段差によって形成され、電動モータ3と軸方向に対向する面に軸方向に対向している。
一方、第1軸受支持部15aの電動モータ3側に隣接する縮径部15cには、筒状の保持部材20が外嵌されている。保持部材20の外周面には、後述する弾性部材23が配設されている。保持部材20の軸方向でウォーム7b側となる端面の内径側は、ウォーム軸7の第1軸受支持部15aと縮径部15cとの段差によって形成され、電動モータ3と軸方向に対向する面に接触している。また、保持部材20の軸方向でウォーム7b側となる端面の外径側は、第1転がり軸受17の内輪17bの軸方向で電動モータ3側となる端面の内径側に対向している。即ち、第1転がり軸受17の内輪17bは、ウォーム軸7の第1軸受支持部15aと拡径部15bとの段差によって形成され、電動モータ3と軸方向に対向する面と、保持部材20の軸方向でウォーム7b側となる端面との間に配置され、内輪17bの軸方向の寸法は、第1軸受支持部15aと拡径部15bとの段差によって形成され、電動モータ3と軸方向に対向する面と、筒状保持部材20の軸方向でウォーム7b側となる端面との間の軸方向の寸法よりも僅かに短い寸法となっている。別言すると、内輪17bの軸方向の寸法は、ウォーム軸7に形成された第1軸受支持部15aの軸方向の寸法よりも短い寸法となっている。
第1転がり軸受17の軸方向で両側、即ちウォーム7b側の拡径部15bと電動モータ3側の縮径部15cには、リング状の弾性部材22、23が設けられている。これら2つの弾性部材22、23は、それぞれ一対のリング状の保持部材22a、22b、及び23a、23bによって軸方向に挟持されている。
ウォーム7b側の弾性部材22を狭持している一対のリング状保持部材22a、22bのうち、第1転がり軸受17側の保持部材22aは、第1転がり軸受17の内輪17bの軸方向でウォーム7b側となる端面の外径側に接触し、その内周面はウォーム軸7に固定されていない。また、ウォーム7b側の保持部材22bは、拡径部15bの軸方向でウォーム7b側に形成された段部15dにウォーム7b側の面が接触し、その内周面はウォーム軸7の拡径部15bに外嵌固定されている。このような構成であるため、ウォーム7b側の弾性部材22は、第1転がり軸受17側のリング状保持部材22aが軸方向に移動することにより軸方向に弾性変形可能となっている。
電動モータ3側の弾性部材23は、ウォーム軸7の縮径部15cに外嵌された筒状保持部材20の外周に外嵌されている。電動モータ3側の弾性部材23を挟持している一対のリング状保持部材23a、23bのうち、第1転がり軸受17側の保持部材23aは、第1転がり軸受17の内輪17bの軸方向で電動モータ3側となる端面の外径側に接触し、その内周面は筒状保持部材20に固定されていない。また、電動モータ3側の保持部材23bは、筒状保持部材20の外周面の軸方向で電動モータ側に形成された拡径部20aに電動モータ3側の面が接触し、その内周面は筒状保持部材20の外周面に外嵌固定されている。このような構成であるため、電動モータ3側の弾性部材23は、第1転がり軸受17側のリング状保持部材23aが軸方向に移動することにより軸方向に弾性変形可能となっている。
電動モータ3側に配設された第1転がり軸受17の両側に上述のような弾性部材22、23が設けられているため、ウォーム軸7は、第1軸受支持部15aと第1転がり軸受17との軸方向の寸法差の分だけ軸方向の移動が可能となっている。また、第1転がり軸受17は、第1軸受支持部15aに隙間をもって外嵌されているため、電動モータ3の駆動軸10に対して傾くことが可能となっている。
ハウジング5の内側で電動モータ3から遠い方となるハウジング5の底部5bには、環状のホルダー25が内嵌固定されている。環状ホルダー25は、後述するパッド29及びトーションスプリング27とともに予圧機構部40を構成している。
ホルダー25の、ハウジング5の底面5c側となる端面には、底面5c方向に突出した小径部25aが形成されている。小径部25aの内周側の一部は外周側と連通して開口している。
小径部25aの内周面は、外周面との連通部を開口側(図2において上方側)として軸方向の断面形状が略U字形状に形成されている。即ち、小径部25aの内周面は、開口部と軸心を挟んで径方向に対向する側の内周面25bと、開口部の周方向の両端縁から内周面25bの周方向の両端縁まで平行して延在し、相対向する平面(図示なし)とで形成されている。小径部25aの内周面は、開口部と対向する側の内周面25bと、相対向する平面(図示なし)とで、パッド取付け部Pを形成している。ホルダー25は、小径部25aの開口部側がウォームホイール9(図2において下方側)とは反対側となるようにハウジング5内に内嵌されている。
パッド取付け部Pには、開口部側から、対向する内周面25b方向にパッド29が取付けられている。パッド29は、パッド取付け部Pを形成している上述した対向する平面(図示なし)に対して、径方向に摺動可能に取付けられ、開口部側の外径は小径部25aの外径よりも大きく設定されている。ウォーム軸7の先端部は、パッド29によって軸支されている。
ホルダー25の小径部25aの外周側と、パッド29の開口部側の外周面29aには、弾性体であるトーションスプリング27が巻きつけてある。トーションスプリング27は、両端が小径部25aの外周面に形成された係止部(図示なし)に係り止めされている。
上述のように、パッド29の開口部側の外周面29aは小径部25aよりも外径が大きく設定されている。このため、トーションスプリング27を小径部25aの外周側とパッド29の開口部側の外周面29aに巻き付けることにより、トーションスプリング27が巻き戻ろうとする力によって、パッド29には開口部側とは反対側方向(図2において下方側)に予圧が付与される。即ち、パッド29はこの予圧によってウォームホイール9側に付勢される。パッド29がこのように付勢された状態でのパッド29の軸心は、ウォーム軸7の軸心よりも僅かに開口部とは反対側、つまりウォームホイール9側に偏芯している。このため、パッド29に軸支されたウォーム軸7は、トーションスプリング27による予圧力により、ウォームホイール9方向に付勢される。
こうして、ウォーム軸7がウォームホイール9との噛合い部方向に付勢されることにより、ウォーム7bとウォームホイール9との噛合い部のバックラッシュを低減し、バックラッシュに起因する歯面の打音を低減することができる。
本実施形態においては、ホルダー25の軸方向で電動モータ3側には、第2転がり軸受32が配設されている。第2転がり軸受32の外輪32aの軸方向でハウジング5の底面5c側となる端面は、ホルダー25の軸方向で電動モータ3側となる端面と接触している。第2転がり軸受の内輪32bには、ウォーム軸7を軸方向に摺動可能に支持するブッシュ30が内嵌されている。
ブッシュ30は、第2転がり軸受32の内輪32bに内嵌される筒部30aと、筒部30aの軸方向で電動モータ3側の端部に形成された径方向で外向きのつば部30bとが一体に形成されている。つば部30bは、径方向で内輪32bの外周面付近まで延在しており、つば部30bの軸方向でハウジング5の底面5c側となる端面は内輪32bの電動モータ3側となる端面に接触している。ブッシュ30の筒部30aの内周面には、ウォーム軸7の先端部近傍に形成された第2軸受支持部34が軸方向に摺動可能に、且つ僅かに径方向に隙間を持って内嵌されている。この隙間により、ウォーム軸7は揺動可能となっている。このように、第2転がり軸受32は、ブッシュ30を介してウォーム軸7をハウジング5に回転自在に支持している。
本実施形態においては、第2転がり軸受32の軸方向で電動モータ3側には、環状のリテーナ35が配設されており、第2転がり軸受32はこのリテーナ35によってハウジング5に弾性的に支持されている。リテーナ35は、一方の端部が先細形状をなす切頭円錐形状に形成された筒状部35aと、筒状部35aの先細側の端部に一体に形成された弾性部35b(図2中の丸で囲んだB部)とから成っている。
弾性部35bは、筒状部35aの先細側の端縁から径方向で内向きに延在する環状部35cと第2転がり軸受32の外輪32aの軸方向で電動モータ3側となる端面に接触する環状の軸受接触部35dと、環状部35cと軸受接触部35dとを相互に軸方向に離間する方向に弾性的に付勢する折曲部35eから成っている。折曲部35eは、環状部35cの内径側と軸受接触部35dの内径側とを結合する断面が略U字形状で略円弧状に折曲した折曲形状をしている。この折曲形状の折曲部35eによって環状部35cと軸受接触部35dとを相互に軸方向に離間するように弾性的に付勢することができる。
リテーナ35は、筒状部35aの大径側が軸方向で電動モータ3側、弾性部35bが形成された先細側が軸方向で第2転がり軸受32側となるようにハウジング5の内周に内嵌されている。弾性部35bの軸受接触部35dは、第2転がり軸受32の外輪32aの軸方向で電動モータ3側となる端面に対してハウジング5の底面5c方向の弾性予圧を付与して接触している。リテーナ35をこのように設けることにより、第2転がり軸受32は、リテーナ35の弾性部35bによって、リテーナ35とホルダー25との間にハウジング5の底面5c方向の弾性予圧を付与されて挟持され、ハウジング5に弾性的に支持されている。
このように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ウォーム軸を回転自在に支持する第2転がり軸受は、弾性部を有するリテーナによってハウジングに弾性的に支持されるため、従来のように第2転がり軸受をホルダーに組付けて加締め固定をする必要がなく、加締め工程を削減することができる。更に第2転がり軸受を組付けたホルダーを圧入する必要がないため、第2転がり軸受及び予圧機構部の各構成部材の組付け時において、目視による組付け状態の確認も容易となることから、作業性の向上に貢献することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。
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の動力補助部の断面図である。 図1のA部を拡大して、構成部材を分解して示す断面図である。 従来例に係る電動パワーステアリング装置の動力補助部の断面図である。 図3のB部を拡大して示す断面図である。
符号の説明
3 電動モータ
5 ハウジング
5a 軸支穴
5b 底部
5c 底面
7 ウォーム軸
7a スプライン嵌合部
7b ウォーム
9 ウォームホイール
9a 芯金
9b ギヤ歯
10 駆動軸
10a スプライン嵌合部
11 出力軸
15 基部
15a 第1軸受支持部
15b 拡径部
15c 縮径部
17 第1転がり軸受
17a 外輪
17b 内輪
18 段部
19 止輪
20 筒状保持部材
20a 拡径部
22、23 弾性部材
22a、22b、23a、24b リング状保持部材
25 ホルダー
25a 小径部
25b 内周面
27 トーションスプリング
29 パッド
29a 開口部側外周面
30 ブッシュ
30a 筒部
30b つば部
32 第2転がり軸受
32a 外輪
32b 内輪
34 第2軸受支持部
35 リテーナ
35a 筒状部
35b 弾性部
35c 環状部
35d 軸受接触部
35e 折曲部
40 予圧機構部

Claims (1)

  1. 電動モータから発生させる補助操舵トルクを、減速機構を介して出力軸に伝達するために、
    前記減速機構は、前記電動モータの駆動軸に連結されたウォーム軸と、該ウォーム軸に一体的に設けられたウォームと、該ウォームと噛合し、前記出力軸に外嵌されたウォームホイールとからなり、
    前記減速機構を収容するハウジングと、
    前記ウォーム軸の前記電動モータ側の基部と前記ハウジングとの間に配置され、前記ウォーム軸を回転自在に前記ハウジングに支持するとともに、前記基部に軸方向に沿って配置された一対の弾性部材で軸方向に挟持されることで軸方向に僅かに移動可能であることにより前記ウォーム軸の軸方向の移動を可能とする第1転がり軸受と、
    前記ウォーム軸の前記基部とは軸方向で反対側となる先端部近傍で前記ウォーム軸を軸方向に摺動可能に且つ揺動可能に支持するブッシュが内嵌され、該ブッシュを介して前記ウォーム軸を前記ハウジングに回転自在に支持する第2転がり軸受と、
    前記第2転がり軸受よりも軸方向前記先端部側で該先端部と前記ハウジングとの間に設けられ、前記ウォーム軸に対して前記ウォームホイールとの噛合いに向けて予圧を付与する第1予圧機構と
    前記第2転がり軸受よりも軸方向前記基部側で前記第2転がり軸受に隣接する前記ウォーム軸の部分に外嵌され前記ハウジングに内嵌された筒状部と、該筒状部と前記第2転がり軸受との間に配置され前記第2転がり軸受に対して前記ウォーム軸の前記先端部に向けて予圧を付与する弾性部とからなる第2予圧機構とを備えた電動パワーステアリング装置において、
    前記第2予圧機構の前記筒状部は、前記第2転がり軸受に向かって先細形状をなす切頭円錐形状であり、前記弾性部は、前記筒状部の前記第2転がり軸受側の端部に該筒状部と一体に形成され、前記筒状部の前記第2転がり軸受側の端縁から径方向内向きに延在する環状部と、前記環状部の内径側から折曲部を介して外径側且つ軸方向前記第2転がり軸受側に向かって延び、前記第2転がり軸受の前記電動モータ側の端面を接触押圧する環状の軸受接触部とからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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