JP6130988B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、パワーステアリング装置に関するものである。
従来のパワーステアリング装置として、操舵軸に設けられたウォームホイールと噛み合うウォームシャフトの軸受をスプリングにて付勢することによって、ウォームホイールとウォームシャフトとの歯の隙間を調整するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−１１２７８４号公報
この種のパワーステアリング装置では、車輪側からスプリングの付勢力を超える荷重が入力された場合には、スプリングが圧縮されてベアリングがハウジングの内周に当たり、メタルタッチ音が発生する。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、軸受とギヤケースとのメタルタッチ音の発生を低減できるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
本発明は、ドライバーが操舵ハンドルに加える操舵力を補助するパワーステアリング装置であって、操舵ハンドルに連係する操舵軸に設けられるウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛み合い、電動モータの駆動に伴って回転するウォームシャフトと、前記ウォームシャフトの基端側を回転自在に支持する第１軸受と、前記ウォームシャフトの先端側を回転自在に支持する第２軸受と、前記ウォームシャフトを収容するギヤケースと、前記第２軸受の外周面に付勢力を付与することによって前記ウォームシャフトを前記ウォームホイールに向けた方向にのみ付勢しバックラッシュを低減する付勢部材と、前記ギヤケースの内周面と前記第２軸受の外周面との間に配置される環状の弾性部材と、を備え、前記ギヤケースにおける前記第２軸受の外周面を囲う内周面は、前記第２軸受が前記付勢部材の付勢力によって前記ウォームホイールに向けて移動できるように形成され、前記ギヤケースの内周面には前記弾性部材が収容される環状溝が形成され、当該環状溝の中心は前記第１軸受と前記第２軸受とが同心状態である場合の前記ウォームシャフトの中心軸から前記ウォームホイール側へオフセットして設けられ、車輪側から前記付勢部材の付勢力を超える荷重が入力された場合には、前記第２軸受は前記付勢部材の付勢力に抗して前記弾性部材を圧縮しながら移動し、前記第２軸受が前記付勢部材の付勢力によって付勢されて前記ウォームシャフトが傾いた状態において、前記第２軸受の外周面と前記弾性部材の内周面との間には、前記第２軸受が前記付勢部材の付勢力によって移動する方向に隙間が存在することを特徴とする。
本発明によれば、弾性部材が収容される環状溝の中心がウォームシャフトの中心軸からウォームホイール側へオフセットして設けられるため、車輪側から弾性部材の付勢力を超える荷重が入力された場合には、第２軸受は弾性部材を圧縮しながらギヤケース内を移動するため、第２軸受がギヤケースの内周面に勢いよく当たることが防止される。したがって、メタルタッチ音の発生を低減することができる。
（ａ）本発明の実施の形態に係るパワーステアリング装置を示す断面図である。（ｂ）ギヤケースにおける第２軸受が収容される部分の断面図である。 図１（ａ）の部分拡大図である。 環状溝とギヤケースの長穴との位置関係を示す模式図である。
図面を参照して、本発明の実施の形態に係るパワーステアリング装置１００について説明する。
パワーステアリング装置１００は、車両に搭載され、ドライバーが操舵ハンドルに加える操舵力を補助する装置である。
図１に示すように、パワーステアリング装置１００は、操舵ハンドルに連係する操舵軸に設けられるウォームホイール１と、一端部に電動モータ７の出力軸７ａが連結されウォームホイール１に噛み合うウォームシャフト２とを備える。電動モータ７の駆動に伴ってウォームシャフト２が回転し、ウォームシャフト２の回転が減速してウォームホイール１に伝達される。ウォームホイール１とウォームシャフト２にてウォーム減速機が構成される。
電動モータ７から出力されたトルクは、ウォームシャフト２からウォームホイール１に伝達されて操舵軸にアシストトルクとして付与される。電動モータ７が出力するトルクは、操舵軸を構成する入力軸と出力軸との相対回転によって捩れるトーションバーの捩れ量に基づいて演算される操舵トルクに対応する。
ウォームシャフト２は金属製のギヤケース３に収容される。ウォームシャフト２の一部には、ウォームホイール１の歯部１ａと噛み合う歯部２ａが形成される。ギヤケース３の内周面には歯部２ａに対応する位置に開口部３ｃが形成され、その開口部３ｃを通じてウォームシャフト２の歯部２ａとウォームホイール１の歯部１ａとが噛み合う。
ウォームシャフト２の電動モータ７側である基端側は、第１軸受４によって回転自在に支持される。第１軸受４は、環状の内輪と外輪の間にボールが介在されたものである。第１軸受４の外輪は、ギヤケース３に形成された段部３ａとロックナット５との間で挟持される。第１軸受４の内輪は、ウォームシャフト２の段部２ｂとウォームシャフト２の外周に圧入されたジョイント６との間で挟持される。これにより、ウォームシャフト２の軸方向への移動が規制される。
ウォームシャフト２の先端側は、断面がＬ字状の環状の弾性部材としてのＬ字リング１０を介してギヤケース３の底部に収装された第２軸受１１によって回転自在に支持される。第２軸受１１は、環状の内輪と外輪の間にボールが介在されたものである。第２軸受１１の内輪にはウォームシャフト２の先端部付近に形成された段部２ｃが係止される。
第２軸受１１はＬ字リング１０の付勢力によってウォームシャフト２の段部２ｃに押し付けられるため、第２軸受１１の軸方向のガタつきが低減される。つまり、Ｌ字リング１０は、ギヤケース３の底部と第２軸受１１の底部との間にて圧縮され、第２軸受１１を軸方向に与圧している。
ギヤケース３の外周面端部には、端面１７ａが平面状のフランジ部１７が突出して形成される。フランジ部１７には貫通孔１３が形成され、ギヤケース３の内周面に開口する貫通孔１３の開口部は、第２軸受１１の外周面に臨んで形成される。貫通孔１３内には付勢部材としてのコイルスプリング１２が収装され、フランジ部１７の端面１７ａに開口する貫通孔１３の開口部は頭部１４ａを有するプラグ１４によって閉塞される。
フランジ部１７の端面１７ａとプラグ１４の頭部１４ａとの間にはＯリング１６が介装され、プラグ１４は、頭部１４ａにてＯリング１６がフランジ部１７の端面１７ａに対して押し付けられるまで圧入される。なお、プラグ１４を貫通孔１３内に圧入する代わりに、六角ボルトを貫通孔１３内に螺合させて締結するようにしてもよい。
コイルスプリング１２は、プラグ１４の先端面と第２軸受１１の外周面との間にて圧縮された状態で貫通孔１３内に収装され、ウォームシャフト２の歯部２ａとウォームホイール１の歯部１ａとの隙間が小さくなる方向に第２軸受１１を付勢する。つまり、コイルスプリング１２は、第２軸受１１を介してウォームシャフト２をウォームホイール１に向けて付勢する。
ギヤケース３における第２軸受１１の外周面を囲う内周面３ｂは、第２軸受１１がコイルスプリング１２の付勢力によってウォームホイール１に向けて移動できるように形成される。具体的には、長穴形状に形成される。以下に、内周面３ｂの長穴について、図３を参照して詳しく説明する。
内周面３ｂは、第１軸受４と第２軸受１１とが同心状態である場合のウォームシャフト２の中心軸Ｘを中心とする第１半円弧面２０と、第１半円弧面２０の両端に連接しコイルスプリング１２の付勢方向と平行な一対の平面２１と、平面２１に連接し平面２１を介して第１半円弧面２０と対称な第２半円弧面２２とからなる長穴形状に形成される。このように、内周面３ｂは、第２軸受１１が第１軸受４との同心状態からコイルスプリング１２の付勢力によってウォームホイール１に向けて移動できるように形成される。なお、内周面３ｂの第１半円弧面２０の中心を中心軸Ｘからコイルスプリング１２側にオフセットして形成するようにしてもよい。
次に、Ｌ字リング１０について詳しく説明する。
図２に示すように、Ｌ字リング１０は、ギヤケース３の底部と第２軸受１１の底部との間に配置される環状の第１弾性部１０ａと、ギヤケース３の内周面３ｂと第２軸受１１の外周面との間に配置される環状の第２弾性部１０ｂとを備える。ギヤケース３の底部には第１弾性部１０ａが収容される第１環状溝３１が形成され、ギヤケース３の内周面３ｂには第２弾性部１０ｂが収容される第２環状溝３２が形成される。Ｌ字リング１０が第１環状溝３１及び第２環状溝３２に収容されることによって、ギヤケース３内でのＬ字リング１０の位置ずれが防止される。
第１環状溝３１及び第２環状溝３２の深さの寸法は、第１弾性部１０ａ及び第２弾性部１０ｂの厚さと比較して小さい。したがって、第１弾性部１０ａ及び第２弾性部１０ｂは、第１環状溝３１及び第２環状溝３２に収容された状態で、それぞれギヤケース３の底部及び内周面３ｂから所定高さ突出する。この突出した部分が第２軸受１１に当接し、第２軸受１１がギヤケース３の底部及び内周面３ｂに当接することが防止される。
第１弾性部１０ａと第２弾性部１０ｂの境目には、第２軸受１１の外輪の角部を逃がすための溝部１０ｃが形成される。溝部１０ｃは、Ｌ字リング１０の変形を吸収する効果も有する。
図３に示すように、第２環状溝３２は、その中心Ｙがウォームシャフト２の中心軸Ｘからウォームホイール１側へ所定長さＤだけオフセットして設けられる。具体的には、オフセットの長さＤは、内周面３ｂの長穴の平面２１の長さと同一に設定される。つまり、第２環状溝３２の中心Ｙは、長穴の第２半円弧面２２の中心と同一に設定される。
これにより、第２軸受１１がコイルスプリング１２の付勢力によって押圧されて第２環状溝３２の中心Ｙと同心状態に位置する場合には、図３に示すように、第２弾性部１０ｂは、第２軸受１１がコイルスプリング１２の付勢力に抗して移動する方向に、長さＴ分の圧縮可能代を有することになる。
次に、ギヤケース３内へのウォームシャフト２の組み付け、及びＬ字リング１０の作用について説明する。
まず、ギヤケース３の第１環状溝３１及び第２環状溝３２にＬ字リング１０を収容する。
次に、第２軸受１１をギヤケース３内に挿入して、Ｌ字リング１０の第２弾性部１０ｂの内周に挿入する。
次に、貫通孔１３内にコイルスプリング１２を収装し、貫通孔１３にプラグ１４を圧入し、コイルスプリング１２を第２軸受１１の外周面とプラグ１４との間で圧縮する。
最後に、ウォームシャフト２をギヤケース３内に挿入して、ウォームシャフト２の先端部を第２軸受１１の内輪の内周に挿入する。これにより、ギヤケース３内へのウォームシャフト２の組み付けが完了する。
ギヤケース３内へのウォームシャフト２の組み付けが完了した時点では、第２軸受１１は、コイルスプリング１２の付勢力によってウォームホイール１側に付勢され、バックラッシュがない状態となる。この状態では、第２軸受１１の中心は中心軸Ｘからウォームホイール１側に僅かにずれた状態となる。具体的には、第２軸受１１の中心は中心軸Ｘと中心Ｙとの間に位置する（図３参照）。したがって、ウォームシャフト２は、コイルスプリング１２の付勢力によって僅かに傾いた状態となる。
パワーステアリング装置１００の駆動に伴ってウォームシャフト２とウォームホイール１の歯部１ａ，２ａの摩耗が進む。しかし、その場合には、コイルスプリング１２の付勢力によって第２軸受１１がギヤケース３の長穴内を移動することによって、ウォームシャフト２とウォームホイール１との歯部１ａ，２ａのバックラッシュが低減される。したがって、パワーステアリング装置１００の駆動に伴ってウォームシャフト２とウォームホイール１の歯部１ａ，２ａの摩耗が進めば、第２弾性部１０ｂの圧縮可能代が次第に大きくなることになる。
このような状況で、車輪側からコイルスプリング１２の付勢力を超える荷重が入力された場合には、第２軸受１１はコイルスプリング１２の付勢力に抗して勢いよく移動することになる。しかし、第２軸受１１は第２弾性部１０ｂの圧縮可能代を圧縮しながら長穴内を移動するため、第２軸受１１がギヤケース３の内周面３ｂに勢いよく当たることが防止される。したがって、第２軸受１１とギヤケース３の内周面３ｂとの当たりによるメタルタッチ音の発生を低減することができる。
また、Ｌ字リング１０の第１弾性部１０ａは、ギヤケース３の底部と第２軸受１１の底部との間にて圧縮され、第２軸受１１をウォームシャフト２の段部２ｃに押し付けている。これにより、第２軸受１１の軸方向のガタつきが低減される。
以下に、上記実施の形態の変形例について説明する。
上記実施の形態では、ギヤケース３の底部と第２軸受１１の底部との間に配置される第１弾性部１０ａと、ギヤケース３の内周面３ｂと第２軸受１１の外周面との間に配置される第２弾性部１０ｂとが一体であるＬ字リング１０を用いる場合について説明した。しかし、この構成に代わり、第１弾性部１０ａと第２弾性部１０ｂとを別々の弾性部材、例えばＯリングにて構成するようにしても、上記実施の形態と同様の作用効果を奏する。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
本発明は、ドライバーがハンドルに加える操舵力を補助するパワーステアリング装置に適用することができる。
１００ パワーステアリング装置
１ ウォームホイール
２ ウォームシャフト
３ ギヤケース
３ｂ ギヤケースの内周面（長穴）
４ 第１軸受
７ 電動モータ
１０ Ｌ字リング
１０ａ 第１弾性部
１０ｂ 第２弾性部
１１ 第２軸受
１２ コイルスプリング
１３ 貫通孔
１４ プラグ
２０ 第１半円弧面
２１ 平面
２２ 第２半円弧面
３１ 第１環状溝
３２ 第２環状溝

Claims (8)

  1. ドライバーが操舵ハンドルに加える操舵力を補助するパワーステアリング装置であって、
    操舵ハンドルに連係する操舵軸に設けられるウォームホイールと、
    前記ウォームホイールに噛み合い、電動モータの駆動に伴って回転するウォームシャフトと、
    前記ウォームシャフトの基端側を回転自在に支持する第１軸受と、
    前記ウォームシャフトの先端側を回転自在に支持する第２軸受と、
    前記ウォームシャフトを収容するギヤケースと、
    前記第２軸受の外周面に付勢力を付与することによって前記ウォームシャフトを前記ウォームホイールに向けた方向にのみ付勢しバックラッシュを低減する付勢部材と、
    前記ギヤケースの内周面と前記第２軸受の外周面との間に配置される環状の弾性部材と、を備え、
    前記ギヤケースにおける前記第２軸受の外周面を囲う内周面は、前記第２軸受が前記付勢部材の付勢力によって前記ウォームホイールに向けて移動できるように形成され、
    前記ギヤケースの内周面には前記弾性部材が収容される環状溝が形成され、当該環状溝の中心は前記第１軸受と前記第２軸受とが同心状態である場合の前記ウォームシャフトの中心軸から前記ウォームホイール側へオフセットして設けられ、
    車輪側から前記付勢部材の付勢力を超える荷重が入力された場合には、前記第２軸受は前記付勢部材の付勢力に抗して前記弾性部材を圧縮しながら移動し、
    前記第２軸受が前記付勢部材の付勢力によって付勢されて前記ウォームシャフトが傾いた状態において、前記第２軸受の外周面と前記弾性部材の内周面との間には、前記第２軸受が前記付勢部材の付勢力によって移動する方向に隙間が存在することを特徴とするパワーステアリング装置。
  2. 前記弾性部材は、前記ギヤケースの底部と前記第２軸受の底部との間に配置される環状の第１弾性部と、前記ギヤケースの内周面と前記第２軸受の外周面との間に配置される環状の第２弾性部と、を備える断面Ｌ字状のＬ字リングであることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
  3. 前記ギヤケースの内周面は、前記ウォームシャフトの前記中心軸を中心とする第１半円弧面と、前記付勢部材の付勢方向と平行な一対の平面と、前記平面を介して前記第１半円弧面と対称な第２半円弧面と、からなり、
    前記環状溝の中心は、前記第２半円弧面の中心と略同一であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワーステアリング装置。
  4. 前記第２軸受は、外周面に作用する前記付勢部材及び前記第２弾性部の付勢力によって前記ウォームホイールに向けて付勢されることを特徴とする請求項２に記載のパワーステアリング装置。
  5. 前記付勢部材はコイルスプリングであり、前記弾性部材は弾性リングであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のパワーステアリング装置。
  6. 前記弾性部材は、前記環状溝に収容された状態で前記ギヤケースの前記内周面から所定高さ突出し、
    この突出量は、ウォームホイール側よりも反ウォームホイール側の方が大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のパワーステアリング装置。
  7. 前記ギヤケースは、前記ウォームシャフトの歯部に対応する位置に開口部が形成される筒状の本体部を有し、
    前記ギヤケースの前記本体部と前記底部は、一体に形成されることを特徴とする請求項２から６のいずれか一つに記載のパワーステアリング装置。
  8. 前記ギヤケースの前記底部には、前記第１弾性部が収容される環状溝が形成されることを特徴とする請求項２に記載のパワーステアリング装置。
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