JP5434148B2

JP5434148B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5434148B2
Application number: JP2009052282A
Authority: JP
Inventors: 隆史 ▲高▼木; 亨介山中; 直樹前田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: JP2010202133A

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載されるラックピニオン式ステアリング装置及びこれを含む電動パワーステアリング装置に関する。

ラックピニオン式ステアリング装置では、ラック軸とピニオン軸との間での伝達負荷が大きくなると、ピニオン軸の撓みが大きくなる。ピニオン軸の撓みが大きくなると、ラック軸との噛み合いが悪くなる。特に、ピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置において、このような撓みが問題となることが多い。

ピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置は、操舵トルクに応じてモータを回転させ、減速機を介してピニオン軸に操舵保持力を付与する構成となっている。ここで、減速機のウオームホイールは、ピニオン軸と一体回転するように取り付けられている。このウオームホイール等、減速機の取付けスペースを、ラック軸等との干渉を避けて確保するため、一般に、ピニオン軸を長くしたものが多い。その結果、ピニオン軸の両端近傍を回転自在に支持する一対の軸受間の距離は、長くなっている。ところが、この距離が長いほど、ラック軸とピニオン軸との間での伝達負荷が大きくなると、ピニオン軸の撓みが大きくなる。

そこで、このような撓みを防止すべく、一対の軸受間にピニオン軸の外周面と対向する凸部を形成し、ピニオン軸が撓み始めるとこの凸部に当たってそれ以上は撓むことができない、という構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−１１２０３７号公報（図１）

しかしながら、上記のようなピニオン軸を凸部に当てるという構成では摩擦によるエネルギーの損失が生じる。また、軸方向へのコンパクト化には適さない構成でもある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、ピニオン軸の撓みを抑制し、かつ、少なくとも軸方向へのコンパクト化を実現す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。

また、本発明は、ステアリングホイールに接続されたピニオン軸に、操舵トルクに基づいてモータから減速機を介して操舵補助力を付与し、当該ピニオン軸と噛み合うラック軸に接続された転舵輪を転舵させる電動パワーステアリング装置であって、前記ピニオン軸の一端に嵌着された第１の軸受と、前記減速機のウオームホイールの軸体として前記ピニオン軸側へ延設され、前記ピニオン軸の他端側で噛み合いに寄与しないピニオン歯部に外嵌された筒状部と、前記筒状部に外嵌された第２の軸受と、前記第１，第２の軸受を保持するハウジングとを備え、前記ピニオン軸の他端は、前記ステアリングホイールに接続された入力軸の先端部と軸方向に重なり合う位置まで延伸され、当該入力軸を回転自在に支持することを特徴とするものである。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、筒状部を介して第２の軸受によりピニオン歯部を支持することにより、ピニオン軸の両端の軸受間距離を極めて小さくすることができる。これにより、ピニオン軸の撓みを抑制することができる。また、ウオームホイールの軸体として形成された筒状部がピニオン軸に重なり合うように近づくことになるため、装置全体の軸方向への寸法がコンパクトになる。さらに、筒状部の存在によってウオームホイールの取付姿勢（軸に直交する姿勢）を安定させることができる。また、筒状部に対してピニオン軸の圧入長さを入力軸の先端部と軸方向に重なり合う位置まで長く確保することができる。従って、締めしろを大きくしなくても、必要な圧入荷重を得ることができる。

また、上記電動パワーステアリング装置において、第２の軸受は筒状部の先端側に外嵌され、減速機を回転自在に支持する一対のアンギュラ軸受が、筒状部の基端側に外嵌され、かつ、ハウジングに保持されているものであってもよい。
この場合、一対のアンギュラ軸受により、軸方向及び径方向への荷重を受け止めることができる。また、一対のアンギュラ軸受は、ウオームホイールの軸方向片側に集められ、第１，第２の軸受と同じハウジングに保持されるので、各軸受の同軸性を容易に確保することができる。

また、上記電動パワーステアリング装置において、第２の軸受はニードル軸受であることが好ましい。
この場合、径方向への寸法のコンパクト化に寄与する。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ピニオン軸の撓みを抑制し、かつ、少なくとも軸方向へのコンパクト化を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るピニオンアシスト方式の電動パワーステアリング装置（ラックピニオン式ステアリング装置を含む。）の概略構造を示す図である。ピニオン軸及びその周辺の主要な構成を示す断面図である。ピニオン軸、筒状部及び２つのニードル軸受を分解状態で示す側面図である。図２とは異なるピニオン軸及びその周辺の主要な構成を示す断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るピニオンアシスト方式の電動パワーステアリング装置（ラックピニオン式ステアリング装置を含む。）の概略構造を示す図である。図において、ステアリングホイール１には、操舵軸２、中間軸３、入力軸４を介して、ピニオン軸５が接続されている。ピニオン軸５と噛み合うラック軸６は、車幅方向に延びて、その両端にそれぞれ、タイロッド７、ナックルアーム８を介して転舵輪９が接続されている。

運転者がステアリングホイール１に付与する操舵トルクは、トルクセンサ１０によって検出され、検出された操舵トルクの信号は制御装置１１に送られる。制御装置１１は、操舵トルクの信号及びその他の情報（例えば車速）に基づいて必要な操舵補助力を発生させるべく、モータ１２を駆動する。モータ１２の回転駆動力は減速機１３を介してピニオン軸５に伝達される。
なお、このようにピニオン軸５をアシストする電動パワーステアリング装置の他、操舵軸２又はラック軸６をアシストする電動パワーステアリング装置もある。

運転者がステアリングホイール１を回転操作すると、これに応じてピニオン軸５が回転し、このピニオン軸５と噛み合うラック軸６が軸方向に移動する。これにより、転舵輪９を転舵させ、所望の転舵角を付与することができる。また、操舵トルクに応じた操舵補助力が、モータ１２の回転駆動力に基づいてピニオン軸５に付与され、さらに、ラック軸６に伝達される。

図２は、ピニオン軸５及びその周辺の主要な構成を示す断面図である。図において、ピニオン軸５の先端には、ピニオン軸支持用の第１の軸受としての、ニードル軸受１４が嵌着されている。ピニオン軸５の外周面に、図示のＬの範囲内で形成されたピニオン歯は、ラック軸６との噛み合いに寄与するピニオン歯部５ａと、噛み合いに寄与せず減速機１３の筒状部１３ｂを外嵌させるためのピニオン歯部５ｂとによって構成されている。この筒状部１３ｂに、ピニオン軸５が圧入されている。減速機１３は、ウオームホイール１３ａと、このウオームホイール１３ａの軸体としてピニオン軸５側へ一体に延設された上記筒状部１３ｂとを備えている。ウオームホイール１３ａは、モータ１２の出力軸に取り付けられたウオーム１５と噛み合って、減速されつつ、回転トルクを増大して駆動される。

ピニオン軸支持用の第２の軸受としてのニードル軸受１６は、筒状部１３ｂに外嵌されている。図３は、ピニオン軸５、筒状部１３ｂ及び２つのニードル軸受１４，１６を分解状態で示す側面図である。ピニオン軸５は、例えば、ピニオン歯をＬの範囲に形成した後、二点鎖線で示す部分を一定肉厚だけ切削して形成される。すなわち、ピニオン軸５は、噛み合いに寄与するピニオン歯部５ａと、噛み合いには寄与しない歯溝の切れ上がりの部分であるピニオン歯部５ｂを含む圧入部５ｃと、先端側の軸受取付部５ｄとを有している。

このようなピニオン軸５の軸受取付部５ｄにはニードル軸受１４が嵌着され、圧入部５ｃは筒状部１３ｂに圧入される。ニードル軸受１６は、ピニオン歯部５ｂに外嵌された筒状部１３ｂにさらに外嵌される。このようにして、表面に凹凸のあるピニオン歯部５ｂ上であっても、筒状部１３ｂを間に入れることにより、ニードル軸受１６を確実に取り付けることができる。

図２に戻り、筒状部１３ｂの基端側には、一対のアンギュラ軸受１７，１８が外嵌されている。一対のアンギュラ軸受１７，１８は、左右対称に取り付けられている。また、これらのアンギュラ軸受１７は、ロックナット１９の締め込みによりウオームホイール１３ａとの間に挟まれ、抜脱規制されている。４つの軸受（ニードル軸受１４，１６、アンギュラ軸受１７，１８）は全て、共通のハウジング（ピニオンハウジング）２０に保持されている。

一方、筒状部１３ｂの基端側内部にはブッシュ２１が装着され、このブッシュ２１に入力軸４の先端部４ａが挿入されている。これにより、入力軸４の先端部４ａは、ブッシュ２１を介して筒状部１３ｂによって支持されているが、筒状部１３ｂに拘束されることなく軸周りに回転することができる。なお、入力軸４は、ブッシュ２１の他、図示しない軸受によって回転自在に支持されている。また、その軸受を保持する他のハウジングがあるが、ここでは説明及び図示を省略する。入力軸４の外周側には、前述のトルクセンサ１０が配置されている。

入力軸４は、ピン２２によってトーションバー２３の一端（右端）と互いに固定されている。また、トーションバー２３の他端（左端）は、セレーションによってピニオン軸５と結合され、回転トルク伝達が可能である。減速機１３の筒状部１３ｂとピニオン軸５とは、ピン２４によって互いに固定されている。このような構成において、ステアリングホイール１（図１）の回転操作により入力軸４が回転すると、トーションバー２３が捻れながらピニオン軸５を回転させようとし、その捻れ量が操舵トルクとしてトルクセンサ１０により検出される。この操舵トルクに基づいて、モータ１２から減速機１３を介して、必要な操舵補助力が筒状部１３ｂからピニオン軸５に伝達される。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、筒状部１３ｂを介してニードル軸受１６によりピニオン歯部５ｂを支持することにより、ピニオン軸５の両端の軸受（１４，１６）間距離を極めて小さくすることができる。これにより、ラック軸６とピニオン軸５との間での伝達負荷が大きくなっても、ピニオン軸５の撓みを抑制することができる。

また、ウオームホイール１３ａの軸体として形成された筒状部１３ｂがピニオン軸５に重なり合うように近づくことになるため、装置全体の軸方向への寸法がコンパクトになる。従って、ピニオン軸５の撓みを抑制し、かつ、軸方向へのコンパクト化を実現するラックピニオン式ステアリング装置及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。なお、筒状部１３ｂの支持を玉軸受によらずニードル軸受１６によって行うことにより、この部分における径方向への寸法のコンパクト化にも寄与する。
また、さらに、筒状部１３ｂの存在によってウオームホイール１３ａの取付姿勢（軸に直交する姿勢）を安定させることができる。

一方、一対のアンギュラ軸受１７，１８により、軸方向及び径方向への荷重を受け止めることができる。また、一対のアンギュラ軸受１７，１８は、ウオームホイール１３ａの軸方向片側（図２の紙面下側）に集められ、ニードル軸受１４，１６と同じハウジング２０に保持されるので、各軸受の同軸性を容易に確保することができる。

図４は、図２と同様の、ピニオン軸５及びその周辺の主要な構成を示す断面図であるが、図２とは一部構成が異なる。図２との違いは、ブッシュ２１を保持する部材が異なる点である。すなわち、図２では、ブッシュ２１は筒状部１３ｂに保持されていたが、図４では、ピニオン軸５に形成された円筒状の端部５ｅの内周面に、ブッシュ２１が保持されている。このようにして、ピニオン軸５の端部は、入力軸４の先端部４ａと軸方向に重なり合う位置まで延伸され、入力軸４を回転自在に支持する。

このような図４の構成によれば、筒状部１３ｂに対してピニオン軸５の圧入長さを入力軸４の先端部４ａと軸方向に重なり合う位置まで長く確保することができる。従って、軸方向長さを長くすることなく、必要な圧入荷重を得るための圧入長さを十分に確保することができる。なお、必要な圧入荷重を得るために、圧入による締めしろを大きくするのも１つの方法であるが、その場合、筒状部１３ｂの外側にある軸受（特にアンギュラ軸受１７，１８）の嵌め合い寸法に影響が出る。しかしながら、締めしろを大きくするのではなく圧入長さを長くする場合には、軸受の嵌め合い寸法にほとんど影響がない。従って、圧入長さを十分に長く確保することが好ましい。また、圧入長さを長くすることにより、ウオームホイール１３ａの姿勢を、より良く安定させることができる。

なお、上記実施形態は、ピニオン歯部５ｂに、ウオームホイール１３ａの軸体として延設された筒状部１３ｂを外嵌して、その上に軸受を外嵌することにより軸受間距離を小さくする構成としたが、構成はこれに限られるものではない。例えば、ウオームホイール１３ａから延設せずに筒状部を独立に設けてもよい。また、ウオームホイール１３ａの軸体以外のピニオン軸を駆動する部材（軸）に筒状部を形成するようにしてもよい。また、本実施形態に係る構成は、ピニオンアシスト方式以外の電動パワーステアリング装置やマニュアルステアリング装置を含むステアリング装置全般にも適用可能である。例えば、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置であれば、ピニオン軸の近傍に減速機は無いが、代わりに、ピニオン軸を駆動する部材（軸）に筒状部を形成（延設）してピニオン歯部５ｂに外嵌、あるいは独立した筒状部をピニオン歯部５ｂに外嵌し、その上に軸受を外嵌すればよい。これにより、ピニオン軸５の撓みを抑制し、かつ、装置全体の軸方向へのコンパクト化を実現することができる。

１：ステアリングホイール、４：入力軸、４ａ：先端部、５：ピニオン軸、５ａ，５ｂ：ピニオン歯部、５ｅ：端部、６：ラック軸、９：転舵輪、１２：モータ、１３：減速機、１３ａ：ウオームホイール、１３ｂ：筒状部、１４，１６：ニードル軸受、１７，１８：アンギュラ軸受、２０：ハウジング

Claims

ステアリングホイールに接続されたピニオン軸に、操舵トルクに基づいてモータから減速機を介して操舵補助力を付与し、当該ピニオン軸と噛み合うラック軸に接続された転舵輪を転舵させる電動パワーステアリング装置であって、
前記ピニオン軸の一端に嵌着された第１の軸受と、
前記減速機のウオームホイールの軸体として前記ピニオン軸側へ延設され、前記ピニオン軸の他端側で噛み合いに寄与しないピニオン歯部に外嵌された筒状部と、
前記筒状部に外嵌された第２の軸受と、
前記第１，第２の軸受を保持するハウジングとを備え、
前記ピニオン軸の他端は、前記ステアリングホイールに接続された入力軸の先端部と軸方向に重なり合う位置まで延伸され、当該入力軸を回転自在に支持す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の軸受は前記筒状部の先端側に外嵌され、
前記減速機を回転自在に支持する一対のアンギュラ軸受が、前記筒状部の基端側に外嵌され、かつ、前記ハウジングに保持されている請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記第２の軸受はニードル軸受である請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。