JP5998088B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラック・ピニオン機構からなる操舵機構を備え、ウォーム減速機を介してモータ出力をピニオン軸へと伝達することにより操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置に関する。

前記モータ及びウォーム減速機を備えた従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

すなわち、この電動パワーステアリング装置では、ラック軸とピニオン軸とによって構成されるラック・ピニオン機構が第１ハウジング内に収容されると共に、電動モータの出力軸と前記ピニオン軸との間に介装される減速機が前記第１ハウジングの側部に設けられる第２ハウジング内に収容されている。

そして、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとは４つのボルトにより締結されていて、その４つの締結部のうち３つの締結部が前記ピニオン軸の外周に固定されるウォームホイール側に配置されると共に、残余（１つ）の締結部が前記電動モータの出力軸の同軸上に連結されるウォームシャフト側に配置された構成となっている。

特開２００１−１７３７５６号公報

しかしながら、前記従来の電動パワーステアリング装置では、前記締結部が４点に設定されていることから、装置の大型化や重量増大等の問題を招来してしまっていた。

本発明は、かかる技術的課題に鑑みて案出されたものであり、装置の大型化や重量の増大を抑制し得るパワーステアリング装置を提供するものである。

本発明は、ステアリングホイールに連係するラック軸とこれに噛合するピニオン軸とから構成される操舵機構が第１ハウジングに収容され、電動モータに同軸に連結されたウォームシャフトとこれに噛合して前記ピニオン軸の外周に固定されるウォームホイールとから構成される減速機が第２ハウジングに収容されてなる電動パワーステアリング装置において、とりわけ、前記ピニオン軸の軸線を第１軸線とすると共に前記ウォームシャフトの軸線を第２軸線とし、前記第１軸線及び第２軸線の両軸線に平行であって且つ前記第２軸線上を通る仮想面を境界基準面としたとき、前記各３つの締結部のうち１つが前記境界基準面よりも前記ウォームホイール側の領域において設定され、残余の２つが前記境界基準面よりも前記ウォームホイールの反対側の領域に設定されたことを特徴としている。

なお、前記第１、第２ハウジングの結合にあたり、上述した締結手段に加え、当該両ハウジングの間に凹凸嵌合による連結手段を介在させることが望ましい。

本発明によれば、締結部を３つに制限することによって装置の大型化や重量の増大を抑制することができる。そして、かかる締結部の減少を図りつつも、ウォームシャフトの支持等によって比較的大きな荷重が作用する領域に２つの締結部を設定することにより、限られた締結部でもって効果的に両ハウジングを締結させることができる。

さらには、前記凹凸嵌合による連結手段を設けることにより、前記各ボルトによる締結力に加え、当該凹凸嵌合自体の結合力によって、前記両ハウジングのより強固な結合を図ることが可能となる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の正面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の底面図である。 図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図１に示す第２ラック・ピニオン機構のＹ方向矢視図である。 図２のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。 図２の要部拡大図である。

以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態を図面に基づき詳述する。なお、下記の実施形態では、この電動パワーステアリング装置を、従来と同様、自動車用の操舵装置に適用したものを示している。

すなわち、この電動パワーステアリング装置は、いわゆるデュアルピニオン型のラック・ピニオン式電動パワーステアリング装置であって、図１、図２に示すように、一端側が図示外のステアリングホイールに連係された入力軸１と、一端側が前記入力軸１にトーションバー２を介して相対回転可能に連結された第１のピニオン軸である第１出力軸３と、で構成される操舵軸が車体幅方向の一方側に設けられた第１の操舵機構である第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１を介して図示外の転舵輪に連係されると共に、前記操舵軸の外周側に配設されたトルクセンサＴＳなど各種センサからの出力信号に基づいて電子コントロールユニット４により駆動制御される電動モータ５にウォームギヤからなる減速機７を介して連係された第２のピニオン軸である第２出力軸６が車体幅方向の他方側に設けられた第２の操舵機構である第２ラック・ピニオン機構ＲＰ２を介して前記図示外の転舵輪に連係されることによって構成されている。

そして、かかる構成から、前記図示外のステアリングホイールから入力軸１へと入力された操舵トルクに基づいてトーションバー２が捩れ変形して、この捩れ変形に伴って当該トーションバー２の復元時に発生する回転トルクに基づいて回転する第１出力軸３の回転運動が前記第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１を介してラック軸８の直線運動へと変換されると共に、前記操舵トルクに基づいて電動モータ５により発生する操舵アシストトルクに基づいて回転する第２出力軸６の回転運動が前記第２ラック・ピニオン機構ＲＰ２を介してラック軸８の直線運動へと変換されることによって、電動モータ５による操舵補助を得つつ前記図示外の転舵輪の向きが変更されることとなる。

前記第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１及び第２ラック・ピニオン機構ＲＰ２はいずれも、一体に鋳造された第１ハウジング１０内に収容されている。すなわち、前記第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１は、第１出力軸３の他端側に形成された図示外の第１ピニオン歯と、各端部がそれぞれ図示外のタイロッド等を介して前記図示外の転舵輪に連係されるラック軸８の一端側に形成された図示外の第１ラック歯との噛合をもって構成され、第１ハウジング１０の長手方向一端側に設けられた第１ラック・ピニオン収容部に収容されている。そして、この第１ラック・ピニオン収容部は、車体の幅方向に延設され、ラック軸８の収容に供するほぼ筒状のラック収容部１０ａの一端側部分と、該ラック収容部１０ａの一端側部分においてこのラック収容部１０ａとほぼ直交するかたちで内部にて連通可能に設けられ、第１出力軸３の収容に供する第１ピニオン収容部１０ｂとから構成されている。

同様に、第２ラック・ピニオン機構ＲＰ２は、特に図５に示すように、第２出力軸６の先端側に形成された第２ピニオン歯６ａと、ラック軸８の他端側に形成された第２ラック歯８ａとの噛合をもって構成され、第１ハウジング１０の長手方向他端側に設けられた第２ラック・ピニオン収容部に収容されている。そして、この第２ラック・ピニオン収容部は、前記ラック収容部１０ａのうち他端側部分と、該ラック収容部１０ａの他端側部分においてこのラック収容部１０ａとほぼ直交するかたちで内部にて連通可能に設けられ、第２出力軸６の収容に供する第２ピニオン収容部１０ｃとから構成されている。

前記電子コントロールユニット４と前記電動モータ５とは、図１〜図４に示すように一体的に構成されており、第２出力軸６を中心とする円の正接線上に配置される。そして、電動モータ５の外端部に電子コントロールユニット４が直列に配設され、電動モータ５の内端部が後述する第２ハウジング２０の側端部（後述するシャフト収容部２０ａの外端部）に複数のボルトＴ０をもって締結されている。このようにして、電子コントロールユニット４と電動モータ５とが一体に構成されてなるモータユニットは、後述する第２ハウジング２０に、前記複数のボルトＴ０をもっていわゆる片持ち状態で支持固定されている。

前記減速機７は、図２、図３に示すように、電動モータ５の出力軸（図示外）の先端部に所定の軸継手９を介して同軸上に連結され、その先端側にウォームギヤを構成する歯部を有するウォームシャフト７ａと、第２出力軸６の基端側外周に一体回転可能に固定され、その外周に形成された歯部を介して前記ウォームシャフト７ａと噛合することにより電動モータ５の回転数を減速して第２出力軸６へと伝達するウォームホイール７ｂと、で構成され、第１ハウジング１０のうち第２ピニオン収容部１０ｃの外端部に３つのボルトＴ１〜Ｔ３をもって締結される第２ハウジング２０内に収容されている。

前記第２ハウジング２０は、特に図３〜図６に示すように、その内部にてウォームシャフト７ａを収容する筒状のシャフト収容部２０ａと、このシャフト収容部２０ａの側部にほぼ直交するかたちで当該シャフト収容部２０ａと内部連通可能に設けられ、その内部にてウォームホイール７ｂを収容するホイール収容部２０ｂと、を有し、前記ホイール収容部２０ｂの内側面である第１ハウジング１０との対向面には、前記各ボルトＴ１〜Ｔ３による第１ハウジング１０との締結に供する３つの第２ハウジング側締結部２１〜２３が、ウォームホイール７ｂ（当該ホイール収容部２０ｂ）の周方向の所定位置に３箇所設定されている。

前記各第２ハウジング側締結部２１〜２３は、前記ホイール収容部２０ｂの第１ハウジング１０との対向面に突設された台座状のボス部２１ａ，２２ａ，２３ａ（２１ａ以外は図示を省略しているが、他も同様の形態となっている。）と、このボス部２１ａ，２２ａ，２３ａのほぼ中央位置にその先端面より当該ボス部２１ａ，２２ａ，２３ａの突出方向に沿って袋穴状に穿設された雌ねじ部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ（２１ｂ以外は図示を省略しているが、他も同様の形態となっている。）と、により構成され、それぞれ第１ハウジング１０に当該各第２ハウジング側締結部２１〜２３と対向して設けられるフランジ状の第１ハウジング側締結部１１〜１３に挿通させた前記各ボルトＴ１〜Ｔ３が前記各雌ねじ部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂに螺着することで、前記両ハウジング１０，２０が締結される構成となっている。

なお、前記各第１ハウジング側締結部１１〜１３は、第２ピニオン収容部１０ｃの外端部外周にそれぞれ突設された３つのフランジ部１１ａ，１２ａ，１３ａと、該各フランジ部１１ａ，１２ａ，１３ａにそれぞれの厚さ幅方向に沿って貫通形成され、前記各ボルトＴ１〜Ｔ３の軸部が挿通するボルト挿通孔１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ（１１ｂ以外は図示を省略しているが、他も同様の形態となっている。）と、により構成されている。

さらに、前記第２ハウジング２０における各第２ハウジング側締結部２１〜２３の内周側には、第２ピニオン収容部１０ｃの外端部ほぼ中央位置に段差拡径状に設けられた凹部１４（本発明における第１ハウジング側嵌合部に相当）とほぼ隙間なく嵌合する円筒状の凸部２４（本発明における第２ハウジング側嵌合部に相当）が第２ハウジング側締結部２１〜２３の前記各ボス部２１ａ，２２ａ，２３ａと同程度に突出形成されていて、これら両者１４，２４が嵌合した状態で第１ハウジング１０と第２ハウジング２０とが前記各ボルトＴ１〜Ｔ３により締結される構成となっている。

続いて、本発明の要部である前記第１、第２ハウジング側締結部１１〜１３，２１〜２３の配置について、図４、図６に基づいて説明する。なお、当該説明にあたって、以下では、第２出力軸６の軸線を第１軸線Ａ１と、またウォームシャフト７ａの軸線を第２軸線Ａ２と称し、これら両軸線Ａ１，Ａ２に平行であって且つ前記第２軸線Ａ２上を通る仮想面を境界基準面ＢＬとして設定する。

かかる設定より、前記各第１、第２ハウジング側締結部１１〜１３，２１〜２３は、それぞれ３つ（１１〜１３，２１〜２３）のうち１つ（１１，２１）が前記境界基準面ＢＬよりもウォームホイール７ｂ側の領域に設定され、残余の２つ（１２〜１３，２２〜２３）が前記境界基準面ＢＬよりもウォームホイール７ｂの反対側の領域に設定されている。個別的に説明すれば、第１ハウジング側締結部１１〜１３については、１つ（１１）が第１ハウジング１０（第２ピニオン収容部１０ｃ）における前記境界基準面ＢＬよりも凹部１４側の領域に設定され、残余の２つ（１２〜１３）がその反対側（前記境界基準面ＢＬの反凹部１４側）の領域に設定されている。同様に、第２ハウジング側締結部２１〜２３については、１つ（２１）が第２ハウジング２０における前記境界基準面ＢＬよりも凸部２４側の領域に設定され、残余の２つ（２２〜２３）がその反対側（前記境界基準面ＢＬの反凸部２４側）の領域に設定されている。

より具体的には、前記各第１、第２ハウジング側締結部１１〜１３，２１〜２３のうち前述した反ウォームホイール７ｂ側の領域に形成される２つの締結部１２〜１３，２２〜２３（以下、「シャフト側締結部」という。）は、前述のような片持ち支持によって比較的大きな荷重が作用するシャフト収容部２０ａの近傍、その中でも当該荷重の影響が大きい前記モータユニットの軸線方向である前記第２軸線Ａ２の近傍にて当該第２軸線Ａ２に沿うかたちで直列に配置されている。

一方で、前記第１、第２ハウジング側締結部１１〜１３，２１〜２３のうち前述したウォームホイール７ｂ側の領域に形成される１つの締結部１１，２１（以下、「ホイール側締結部」という。）は、前記各ハウジング１０，２０の領域において最も外側となる位置、すなわち前記両シャフト側締結部１２〜１３，２２〜２３から最も遠く離間した位置に配置されている。

以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置の特徴的な作用について、図４、図６に基づいて説明する。

本実施形態のように、電動モータ５が前記片持ち状態で第２ハウジング２０に支持されている場合は、操舵アシスト時における当該電動モータ５の作動により、この電動モータ５を支持する第２ハウジング２０に作用する荷重が増大することとなる。このため、装置の大型化や重量増大といった前記従来の技術的課題を解消すべく単純に前記両ハウジング１０，２０の締結箇所を削減するのみでは、電動モータ５を支持する第２ハウジング２０の取付剛性、すなわち当該第２ハウジング２０の第１ハウジング１０との締結剛性が十分確保できず、その結果、前記電動モータ５の作動によって前記電子コントロールユニット４を含む当該電動モータ５とこれを支持する第２ハウジング２０とが上下左右（図４中の矢印Ｄ１，Ｄ２の方向）へと振動してしまい、これによって騒音の発生や装置の耐久性の低下といった諸問題を招来してしまっていた。

ここで、かかる電動モータ５の振動を抑制するために、前記モータユニットの外端部（例えば電子コントロールユニット４の外周部）等に当該モータユニットの支持点を設けることによってこのモータユニットをラック収容部１０ａに抱き合わせるかたちで支持する手段も考えられるが、装置の搭載対象である車両の仕様によっては当該手段を採用することができない場合があり、万全な対策とはなり得ない。

そこで、まず、本実施形態では、前記両ハウジング１０，２０の締結箇所を前記従来よりも少ない３箇所に制限することによって、前記従来の技術的課題であった装置の大型化や重量増大を抑制しつつ、前記両ハウジング１０，２０の締結に供する第１、第２ハウジング側締結部１１〜１３，２１〜２３を上述のような配置とした、すなわち前記モータユニット自体の重量やその振動等に基づいた比較的大きな荷重が作用するシャフト収容部２０ａ側の領域に２つのシャフト側締結部１２〜１３，２２〜２３を設定するようにしたことによって、数少ない限られた締結部でもって効果的に前記両ハウジング１０，２０を締結させることができる。

このようにして、本実施形態によれば、前記従来と比べてボルト（締結部）の数量を減らして装置の小型化及び軽量化を図りつつも、前記各締結部１１〜１３，２１〜２３の特異な配置構成により、前記電動モータ５の振動に伴って増大する荷重にも耐えることが可能となり、装置の耐久性の向上を図ることもできる。

しかも、本実施形態では、前記各シャフト側締結部１２〜１３，２２〜２３を第２軸線Ａ２の近傍に当該第２軸線Ａ２に沿うように配置したことで、当該各シャフト側締結部１２〜１３，２２〜２３でもって、前記モータユニットの振動のうち前記両ハウジング１０，２０の締結方向に作用する、いわば最も影響の大きい上下方向の振動に基づく荷重を効果的に受け止めることができる。

さらに、かかる第２軸線Ａ２近傍における直列配置に際して、前記両ハウジング１０，２０における各シャフト側締結部１２〜１３，２２〜２３は相互に極力離間するように配置されていることから、前記モータユニットの上下振動に伴う比較的大きな荷重をより効果的に受け止めることが可能となっている。

加えて、上述のシャフト側締結部１２〜１３，２２〜２３の配置構成に伴い、残余のホイール側締結部１１，２１については前記両シャフト側締結部１２〜１３，２２〜２３から最も遠い位置に配置したことにより、当該ホイール締結部１１，２１においても前記モータユニットの振動等に基づいて作用する荷重を効果的に受け止めることが可能となって、前記モータユニットの安定した良好な支持に供される。

また、本実施形態では、前記両ハウジング１０，２０の間に前記凹部１４と凸部２４による凹凸嵌合構造を設けたことにより、前記各ボルトＴ１〜Ｔ３による締結力に加え、当該両者１４，２４による凹凸嵌合自体の結合力によって前記両ハウジング１０，２０をより強固に結合させることが可能となっている。

しかも、かかる凹部１４と凸部２４による嵌合構造により前記両ハウジング１０，２０の締結に際しての当該両者１０，２０の径方向の位置決めにも供されるため、前記両ハウジング１０，２０の締結作業性の向上が図れるといったメリットも得られる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば本発明の特徴とは直接関係しない第１、第２ハウジング１０，２０の形状等の具体的な構成は勿論、本発明の特徴となる第１、第２ハウジング側締結部１１〜１３，２１〜２３の具体的構成についても、前記作用効果を奏し得る形態であれば、適用する電動パワーステアリング装置の仕様等に応じて自由に変更可能である。

ＲＰ２…第２ラック・ピニオン機構（操舵機構）
５…電動モータ
７…減速機
７ａ…ウォームシャフト
７ｂ…ウォームホイール
１０…第１ハウジング
１０ａ…ラック収容部
１０ｃ…第２ピニオン収容部（ピニオン収容部）
２０…第２ハウジング
２０ａ…シャフト収容部
２０ｂ…ホイール収容部
１１〜１３…第１ハウジング側締結部
２１〜２３…第２ハウジング側締結部
Ｔ１〜Ｔ３…ボルト
Ａ１…第１軸線
Ａ２…第２軸線
ＢＬ…境界基準面

Claims (2)

1. ステアリングホイールの操舵操作を転舵輪に伝達するラック軸と、該ラック軸に噛合するピニオン軸とから構成される操舵機構と、
   前記操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
   前記電動モータの出力軸に連結されたウォームシャフトと、前記ピニオン軸の外周に一体回転可能に設けられ、前記ウォームシャフトに噛合して前記電動モータの回転を減速して前記ピニオン軸に伝達するウォームホイールとから構成される減速機と、
   前記ラック軸の少なくとも一部を収容するラック収容部と、前記ピニオン軸の少なくとも一部を収容するピニオン収容部とを有する第１ハウジングと、
   前記ウォームシャフトを収容するシャフト収容部と、前記ウォームホイールを収容するホイール収容部とを有し、前記ホイール収容部が前記ピニオン収容部と相互に連通するかたちで前記第１ハウジングに締結される第２ハウジングと、
   前記第１ハウジングにおいて前記ウォームホイールの円周方向の３箇所に設定され、前記第２ハウジングに対する前記第１ハウジングの締結に供する第１ハウジング側締結部と、
   前記第１ハウジング側締結部と対向するかたちで前記第２ハウジングに設定され、前記第１ハウジングに対する前記第２ハウジングの締結に供する第２ハウジング側締結部と、
   前記第１ハウジング側締結部と前記第２ハウジング側締結部とを締結する３つのボルトと、
   を備えた電動パワーステアリングであって、
   前記ピニオン軸の軸線を第１軸線とすると共に前記ウォームシャフトの軸線を第２軸線とし、前記第１軸線及び第２軸線の両軸線に平行であって且つ前記第２軸線上を通る仮想面を境界基準面としたとき、
   前記各３つの締結部のうち１つが前記境界基準面よりも前記ウォームホイール側の領域において設定され、残余の２つが前記ウォームホイールの反対側の領域に設定され、
   前記ラック軸が前記第１軸線よりも前記残余の２つの締結部が設けられる側に配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. ステアリングホイールの操舵操作を転舵輪に伝達するラック軸と、該ラック軸に噛合するピニオン軸とから構成される操舵機構と、
   前記操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
   前記電動モータの出力軸に連結されたウォームシャフトと、前記ピニオン軸の外周に一体回転可能に設けられ、前記ウォームシャフトに噛合して前記電動モータの回転を減速して前記ピニオン軸に伝達するウォームホイールとから構成される減速機と、
   前記ラック軸の少なくとも一部を収容するラック収容部と、前記ピニオン軸の少なくとも一部を収容するピニオン収容部とを有する第１ハウジングと、
   前記ウォームシャフトを収容するシャフト収容部と、前記ウォームホイールを収容するホイール収容部とを有し、前記ホイール収容部が前記ピニオン収容部と相互に連通するかたちで前記第１ハウジングに締結される第２ハウジングと、
   前記第１ハウジングにおいて前記ウォームホイールの円周方向の３箇所に設定され、前記第２ハウジングに対する前記第１ハウジングの締結に供する第１ハウジング側締結部と、
   前記第１ハウジング側締結部と対向するかたちで前記第２ハウジングに設定され、前記第１ハウジングに対する前記第２ハウジングの締結に供する第２ハウジング側締結部と、
   前記第１ハウジング側締結部と前記第２ハウジング側締結部とを締結する３つのボルトと、
   前記ピニオン軸の外周域において前記第１ハウジングに設けられる第１ハウジング側嵌合部と前記第２ハウジングに設けられる第２ハウジング側嵌合部とを相互に凹凸嵌合させてなる嵌合連結手段と、
   を備えた電動パワーステアリングであって、
   前記ピニオン軸の軸線を第１軸線とすると共に前記ウォームシャフトの軸線を第２軸線とし、前記第１軸線及び第２軸線の両軸線に平行であって且つ前記第２軸線上を通る仮想面を境界基準面としたとき、
   前記各３つの締結部のうち１つが前記境界基準面よりも前記第１嵌合部及び第２嵌合部側の領域において設定され、残余の２つが前記第１嵌合部及び第２嵌合部の反対側の領域に設定され、
   前記ラック軸が前記第１軸線よりも前記残余の２つの締結部が設けられる側に配置され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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