JP4156432B2

JP4156432B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4156432B2
Application number: JP2003119109A
Authority: JP
Inventors: 克行吉田; 博俊持山
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: JP2004322791A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、特許文献１に記載の如く、ハウジングと、ハウジングに固定される電動モータと、ハウジングに軸受を介して支持され、電動モータの回転軸と接続されるアシスト軸と、アシスト軸と操舵装置の操舵力伝達系とを連結し、電動モータの補助操舵力を操舵装置の操舵力伝達系に伝達する歯車機構とを有する。これにより、操舵装置のステアリングホイールに印加する手動操舵力を操舵アシストする。
【０００３】
また、特許文献１の電動パワーステアリング装置では、アシスト軸のフランジ部と、ハウジングに設けられるアシスト軸のための軸受との間で、アシスト軸の周囲に弾性支持具を装填し、アシスト軸をハウジングに対し軸方向の双方向に弾性支持することとしている。これにより、電動パワーステアリング装置の反転駆動時や、タイヤの縁石乗り上げ時等に、アシスト軸に過大推力が作用した場合でも、アシスト軸が弾性支持状態下で軸方向の双方向に移動してその過大推力を吸収でき、結果として、アシスト軸に接続されている歯車機構の歯面に生ずる衝撃力を緩和して歯面同士の叩き音を低減し、或いはアシスト軸の慣性推力によるトルク伝達経路の損傷を回避する。
【０００４】
【特許文献１】
特許第3253578号公報（2頁、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、弾性支持具が環状の両側板の間に環状の弾性体を挟んで構成されている。そして、弾性体の中心軸を含む断面視で、弾性体を真直円環状にしている。
【０００６】
弾性支持具を構成する弾性体のバネ特性の線形変位域の幅が狭く、弾性支持具がアシスト軸を弾性支持状態下で移動可能にする弾性支持域が狭いため、アシスト軸に作用する過大推力の吸収性能が低い。
【０００７】
弾性支持具を構成する弾性体のバネ特性の線形変位域を広げるには、弾性体の両側板に挟まれる幅を大きくする必要がある。この場合には、弾性支持具の幅が変化するから、弾性支持具が装填されるアシスト軸のフランジ部と、ハウジングに設けられる軸受の相対位置関係を変更する必要があり、アシスト軸の形状変更及び／又はハウジングの形状変更が必要になるという不都合がある。
【０００８】
本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、簡易な構成により、弾性支持具を構成する弾性体のバネ特性の設定の自由度を向上することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ハウジングと、ハウジングに固定される電動モータと、ハウジングに軸受を介して支持され、電動モータの回転軸と接続されるアシスト軸と、アシスト軸と操舵装置の操舵力伝達系とを連結し、電動モータの補助操舵力を操舵装置の操舵力伝達系に伝達する歯車機構と、アシスト軸とハウジングの一方と前記軸受との間で、アシスト軸の周囲に装填され、アシスト軸をハウジングに対し軸方向の双方向に弾性支持する弾性支持具とを有してなり、弾性支持具が環状の両側板の間に環状の弾性体を挟んでなり、弾性体の中心軸を含む断面視で、弾性体の外周及び／又は内周の中央部を凹部形状にした電動パワーステアリング装置において、前記弾性体の凹部形状が段付き形状であるようにしたものである。
【００１０】
請求項２の発明は、ハウジングと、ハウジングに固定される電動モータと、ハウジングに軸受を介して支持され、電動モータの回転軸と接続されるアシスト軸と、アシスト軸と操舵装置の操舵力伝達系とを連結し、電動モータの補助操舵力を操舵装置の操舵力伝達系に伝達する歯車機構と、アシスト軸とハウジングの一方と前記軸受との間で、アシスト軸の周囲に装填され、アシスト軸をハウジングに対し軸方向の双方向に弾性支持する弾性支持具とを有してなり、弾性支持具が環状の両側板の間に環状の弾性体を挟んでなり、弾性体の中心軸を含む断面視で、弾性体の外周及び／又は内周の中央部を凹部形状にした電動パワーステアリング装置において、前記弾性体の凹部形状が曲面形状であるようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は第１実施形態の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、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は図１のIII−III線に沿う断面図、図４は図３の要部拡大図、図５は弾性支持具の中立状態を示す断面図、図６は弾性支持具の変位状態を示す断面図、図７は弾性支持具を示し、（Ａ）は本発明例を示す断面図、（Ｂ）は従来例を示す断面図、図８は弾性支持具を構成する弾性体のバネ特性線図、図９は第２実施形態の電動パワーステアリング装置の要部拡大図、図１０は弾性支持具の中立状態を示す断面図、図１１は弾性支持具を示し、（Ａ）は本発明例を示す断面図、（Ｂ）は従来例を示す断面図、図１２は弾性支持具を構成する弾性体のバネ特性線図である。
【００１３】
（第１実施形態）（図１〜図８）
電動パワーステアリング装置１０は、図１、図２に示す如く、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。電動パワーステアリング装置１０の操舵装置１０Ａは、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。ラック軸１６は、一端をラックガイド１８Ａに、他端を軸受１８Ｂに摺動自在に支持される。そして、ラック軸１６の中間部には左右のタイロッド１９Ａ、１９Ｂが連結される。
【００１４】
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が固定され、電動モータ３０の回転軸３２にはアシスト軸２１がスプライン嵌合部４０により接続され、アシスト軸２１はボールベアリング等の軸受２２、２３によりギヤハウジング１１に両端支持されている。そして、アシスト軸２１の軸受２２、２３で挟まれる中間部にウォームギヤ２５を一体に備え、このウォームギヤ２５に噛合うウォームホイール２６をピニオン軸１４の中間部に固定してある。電動モータ３０の発生トルク（補助操舵力）は、ウォームギヤ２５とウォームホイール２６の噛合、ピニオン１５とラック１６Ａの噛合を介してラック軸１６に操舵アシスト力となって付与され、運転者がステアリング軸１２に付与する操舵力をアシストする。
【００１５】
即ち、ウォームギヤ２５とウォームホイール２６は本発明の歯車機構２４を構成する。歯車機構２４はアシスト軸２１と操舵装置１０Ａの操舵力伝達系を構成するピニオン１５とを連結し、電動モータ３０の補助操舵力を操舵装置１０Ａの操舵力伝達系に伝達する。
【００１６】
アシスト軸２１はハウジング１１に対し、軸方向の双方向に弾性支持され、電動パワーステアリング装置１０の反転駆動時や、タイヤの縁石乗り上げ時等に、アシスト軸２１に作用する過大推力を吸収しながらアシスト軸２１を軸方向の双方向に移動可能にし、結果として、アシスト軸２１に接続されている歯車機構２４（ウォームギヤ２５、ウォームホイール２６）の歯面に生ずる衝撃力を緩和して歯面同士の叩き音を低減し、或いはアシスト軸２１の慣性推力によるトルク伝達経路の損傷を回避する。
【００１７】
即ち、図４に示す如く、アシスト軸２１のための軸受２２、２３の外輪２２Ａ、２３Ａはギヤハウジング１１に固定され、アシスト軸２１を軸受２２、２３の内輪２２Ｂ、２３Ｂに隙間嵌めする（図５）。軸受２２の外輪２２Ａはギヤハウジング１１の段差部１１Ａと該ハウジング１１に螺着されるストッパ２９により挟持固定され、軸受２３の外輪２３Ａは該ハウジング１１の段差部１１Ｂに押当て固定される。アシスト軸２１におけるウォームギヤ２５の両側方にフランジ２７、２８を設ける。アシスト軸２１のフランジ２７と軸受２２の内輪２２Ｂとの間に未圧縮又は予圧縮された弾性支持具５０を介装し、アシスト軸２１のフランジ２８と軸受２３の内輪２３Ｂとの間に未圧縮又は予圧縮された弾性支持具６０を介装する。軸受２２はストッパ２９と弾性支持具５０によりボール２２Ｃの両側から挟み込まれ、軸受２３はギヤハウジング１１の段差部１１Ｂと弾性支持具６０によりボール２３Ｃの両側から挟み込まれる。弾性支持具５０と弾性支持具６０は、アシスト軸２１への装填状態で、アシスト軸２１に一定以上の推力が作用していない中立状態では、アシスト軸２１を軸方向の中立位置に保持し、アシスト軸２１に一定以上の推力が作用し、一方の弾性支持具５０（又は６０）がこの推力によって圧縮変形せしめられる変位状態では、アシスト軸２１を軸方向の双方向のいずれかに移動可能に弾性支持する。
【００１８】
尚、アシスト軸２１と電動モータ３０の回転軸３２とのスプライン嵌合部４０は、図３に示す如く、回転軸３２の先端部からなる嵌合孔形成体４１の例えばインボリュートスプライン歯形からなる内歯と、アシスト軸２１の先端部からなる嵌合軸形成体４２の例えばインボリュートスプライン歯形からなる外歯の噛合により構成される。
【００１９】
以下、弾性支持具５０、６０の構成について詳述する。弾性支持具５０、６０は実質的に同一構成であるから、弾性支持具５０を代表例として説明する。
【００２０】
弾性支持具５０は、図５に示す如く、鋼板等からなる両側板５１、５２の間に、ゴム等からなる圧縮変形可能な弾性体５３を挟んで構成される。側板５１、５２は弾性体５３に焼付又は接着剤を用いて接着一体化される。
【００２１】
アシスト軸２１の弾性支持具５０が装填される外周の周方向には、弾性体５３の内周との間で隙間を形成するための環状溝をなす凹部２１Ａが設けられる。弾性支持具５０は両側板５１、５２の内径に対し、弾性体５３の内径を同一径又はより大径でも可）に設定し、両側板５１、５２の内周をアシスト軸２１の凹部２１Ａの両側の円柱状外周部２１Ｂ、２１Ｃの上に当接させ、両側板５１、５２のうちで少なくとも軸受２２の内輪２２Ｂに接する側板５２の内周をアシスト軸２１の外周部２１Ｃの上で軸方向に摺接可能にしている。これにより、アシスト軸２１に一定以上の推力が作用し、弾性支持体５０の弾性体５３がこの推力によって圧縮変形せしめられる圧縮過程にあり、かつ両側板５１、５２のうちの少なくとも側板５２の内周がアシスト軸２１の外周部２１Ｃに摺接する状態で、弾性体５３が径方向でアシスト軸２１の凹部２１Ａとの間に隙間５４を形成する（図６）。このとき、弾性支持具５０の弾性体５３は圧縮過程にある圧縮変形のほぼ全域で上記隙間５４を維持するものであれば良く、弾性体５３が最大圧縮変形量に到達したときに上記隙間５４がなくなるものでも良い。
【００２２】
尚、アシスト軸２１において、弾性支持具５０の側板５１の内周が摺接し得る外周部２１Ｂはフランジ２７より小径をなして該フランジ２７に対し段差を形成し、側板５２の内周が摺接し得る外周部２１Ｃは軸受２２の装填部より大径をなして該軸受２２の装填部に対し段差をなす。弾性支持具５０が前述の中立状態では、側板５１（後述の内周側部分５１Ａ）は外周部２１Ｂ上でフランジ２７との段差面２１Ｄに接し、側板５２（後述の内周側部分５２Ａ）は外周部２１Ｃ上で軸受２２の装填部との段差面２１Ｅより軸受２２の側に突き出て内輪２２Ｂの側面に接する（図５）。この側板５２の突出寸法が弾性体５３の最大圧縮変形量になる。弾性支持具５０がアシスト軸２１の推力により最大圧縮変形せしめられたとき、側板５２（後述の内周側部分５２Ａ）は軸受２２の内輪２２Ｂにより押圧されて外周部２１Ｃ上を摺接し、軸受２２の装填部との段差面２１Ｅに面一となる（図６）。
【００２３】
弾性支持具５０は、両側板５１、５２のうちで少なくとも軸受２２の内輪２２Ｂに接する一方側の側板５２の、アシスト軸２１から径方向で離れる外周側部分５２Ｂを内周側部分５２Ａに対する曲げ形成部５２Ｃとしている。曲げ形成部５２Ｃは、軸受２２の内輪２２Ｂの側面及びボール保持器２２Ｄから、又は軸受２２のボール保持器２２Ｄから軸方向に離隔し、他方の側板５１との間隔をその外周側でその内周側におけるよりも狭幅化するように、内周側部分５２Ａに対し曲げ形成されたものである。内周側部分５２Ａの外面も、外周側部分５２Ｂ（曲げ形成部５２Ｃ）の外面も平坦面をなす。
【００２４】
尚、弾性支持具５０は、側板５１にも、側板５２の内周側部分５２Ａ、外周側部分５２Ｂ（曲げ形成部５２Ｃ）と同様の内周側部分５１Ａ、外周側部分５１Ｂ（曲げ形成部５１Ｃ）を形成し、両側板５１、５２を全幅の中心線に対し線対称状をなすように曲げ形成するのが良い。
【００２５】
しかるに、弾性支持具５０にあっては、図５〜図７（Ａ）に示す如く、弾性体５３の中心軸を含む断面視で、弾性体５３を円環状にし、この弾性体５３の外周の中央部を凹部形状とし、この凹部５３Ａを周方向に連続する環状凹部５３Ａとしている。尚、弾性体５３の内周は、弾性体５３の中心軸を含む断面視で真直形状をなす。
【００２６】
本実施形態の弾性体５３は、凹部５３Ａを段付き形状とし、幅方向中央の小径部、小径部の左右両側の中径部、中径部の左右両側の大径部からなる、中央から左右両外側のそれぞれに向けて３段をなし、幅方向中央に対し左右対称状をなす段付き形状としている。
【００２７】
図８は、本発明例の弾性支持具５０を構成する弾性体５３のバネ特性を、従来例の弾性支持具５０を構成する弾性体５３のバネ特性と比較して示したものである。従来例の弾性支持具５０は、図７（Ｂ）に示す如く、弾性体５３の外周及び内周が、弾性体５３の中心軸を含む断面視で、真直形状をなすようにしたものである。
【００２８】
本発明例の弾性支持具５０の弾性体５３では、圧縮変形量に対するバネ荷重の変化が直線をなす線形変位域の幅が、従来例に比して広くなる。また、本発明例の弾性支持具５０の弾性体５３では、線形変位域の終点（変曲点）を、凹部５３Ａの形状の設定により自由に変化させることができる。
【００２９】
電動パワーステアリング装置１０にあっては、弾性支持具５０（６０も同じ）の弾性体５３を上述の如くに構成したから以下の作用効果がある。
【００３０】
▲１▼弾性支持具５０、６０の弾性体５３が断面視で外周の中央部を段付き形状の凹部形状（凹部５３Ａ）にしたから、弾性体５３のバネ特性の線形変位域の幅が広くなる。これにより、電動パワーステアリング装置１０の反転駆動時や、タイヤの縁石乗り上げ時等に、アシスト軸２１に過大推力が作用した場合に、アシスト軸２１が弾性支持状態下で軸方向の双方向に移動する弾性支持域（移動量）が広くなり、アシスト軸２１に作用する過大推力の吸収性能が高くなる。従って、アシスト軸２１に接続されている歯車機構の歯面に生ずる衝撃力を緩和して歯面同士の叩き音を確実に低減し、或いはアシスト軸２１の慣性推力によるトルク伝達経路の損傷を確実に回避する。
【００３１】
▲２▼弾性支持具５０、６０は、弾性体５３の両側板５１、５２に挟まれる幅を大きくすることなく、弾性体５３のバネ特性の線形変位域を広げることができる。弾性支持具５０、６０の幅が変化しないから、弾性支持具５０、６０が装填されるアシスト軸２１のフランジ２７と、ハウジング１１に設けられる軸受２２の相対位置関係を変更する必要がなく、アシスト軸２１の形状変更及び／又はハウジング１１の形状変更を必要とせずに、弾性体５３のバネ特性の線形変位域を広げることができる。
【００３２】
▲３▼弾性支持具５０、６０を構成する弾性体５３に設ける段付き形状の凹部形状（凹部５３Ａ）を適宜設定することにより、弾性体５３のバネ特性の設定の自由度を向上できる。
【００３３】
（第２実施形態）（図９〜図１２）
第２実施形態の電動パワーステアリング装置１０が第１実施形態の電動パワーステアリング装置１０と異なる点は、図９〜図１１（Ａ）に示す如く、弾性支持具５０を構成する弾性体５３の外周の中央部に設けた凹部５３Ａを曲面形状にしたことにある。凹部５３Ａは、幅方向中央を最小径とする円弧からなり、幅方向中央に対し左右対称状をなす曲面形状をなす。
【００３４】
図１２は、本発明例の弾性支持具５０を構成する弾性体５３のバネ特性を、従来例の弾性支持具５０を構成する弾性体５３のバネ特性と比較して示したものである。従来例の弾性支持具５０は、図１１（Ｂ）に示す如く、弾性体５３の外周及び内周が、弾性体５３の中心軸を含む断面視で、真直形状をなすようにしたものである。
【００３５】
本発明例の弾性支持具５０の弾性体５３では、圧縮変形量に対するバネ荷重の変化が直線をなす線形変位域の幅が、従来例に比して広くなる。また、本発明例の弾性支持具５０の弾性体５３では、線形変位域の終点（変曲点）を、凹部５３Ａの形状の設定により自由に変化させることができる。
【００３６】
電動パワーステアリング装置１０にあっては、弾性支持具５０（６０も同じ）の弾性体５３を上述の如くに構成したから以下の作用効果がある。
【００３７】
▲１▼弾性支持具５０、６０の弾性体５３が断面視で外周の中央部を曲面形状の凹部形状（凹部５３Ａ）にしたから、弾性体５３のバネ特性の線形変位域の幅が広くなる。これにより、電動パワーステアリング装置１０の反転駆動時や、タイヤの縁石乗り上げ時等に、アシスト軸２１に過大推力が作用した場合に、アシスト軸２１が弾性支持状態下で軸方向の双方向に移動する弾性支持域が広くなり、アシスト軸２１に作用する過大推力の吸収性能が高くなる。従って、アシスト軸２１に接続されている歯車機構の歯面に生ずる衝撃力を緩和して歯面同士の叩き音を確実に低減し、或いはアシスト軸２１の慣性推力によるトルク伝達経路の損傷を確実に回避する。
【００３８】
▲２▼弾性支持具５０、６０は、弾性体５３の両側板５１、５２に挟まれる幅を大きくすることなく、弾性体５３のバネ特性の線形変位域を広げることができる。弾性支持具５０、６０の幅が変化しないから、弾性支持具５０、６０が装填されるアシスト軸２１のフランジ２７、２８と、ハウジング１１に設けられる軸受２２、２３の相対位置関係を変更する必要がなく、アシスト軸２１の形状変更及び／又はハウジング１１の形状変更を必要とせずに、弾性体５３のバネ特性の線形変位域を広げることができる。
【００３９】
▲３▼弾性変形具５０、６０を構成する弾性体５３に設ける曲面形状の凹部形状（凹部５３Ａ）を適宜設定することにより、弾性体５３のバネ特性の設定の自由度を向上できる。
【００４０】
本発明では、弾性支持具を構成する弾性体の中心軸を含む断面視で、弾性体の内周の中央部を凹部形状にしても良い。
【００４１】
また、本発明では、弾性支持具を、ハウジングと軸受との間で、アシスト軸の周囲に装填し、アシスト軸をハウジングに対し軸方向の双方向に弾性支持するものとし、この弾性支持具を構成する弾性体の中心軸を含む断面視で、弾性体の外周及び／又は内周の中央部を凹部形状にするものでも良い。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態を図面により記述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態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。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、簡易な構成により、弾性支持具を構成する弾性体のバネ特性の設定の自由度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１実施形態の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】図２は図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図３は図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】図４は図３の要部拡大図である。
【図５】図５は弾性支持具の中立状態を示す断面図である。
【図６】図６は弾性支持具の変位状態を示す断面図である。
【図７】図７は弾性支持具を示し、（Ａ）は本発明例を示す断面図、（Ｂ）は従来例を示す断面図である。
【図８】図８は弾性支持具を構成する弾性体のバネ特性線図である。
【図９】図９は第２実施形態の電動パワーステアリング装置の要部拡大図である。
【図１０】図１０は弾性支持具の中立状態を示す断面図である。
【図１１】図１１は弾性支持具を示し、（Ａ）は本発明例を示す断面図、（Ｂ）は従来例を示す断面図である。
【図１２】図１２は弾性支持具を構成する弾性体のバネ特性線図である。
【符号の説明】
１０電動パワーステアリング装置
１０Ａ操舵装置
１１ハウジング
２１アシスト軸
２２、２３軸受
２４歯車機構
３０電動モータ
３２回転軸
５０、６０弾性支持具
５１、５２側板
５３弾性体
５３Ａ凹部

Claims

ハウジングと、
ハウジングに固定される電動モータと、
ハウジングに軸受を介して支持され、電動モータの回転軸と接続されるアシスト軸と、
アシスト軸と操舵装置の操舵力伝達系とを連結し、電動モータの補助操舵力を操舵装置の操舵力伝達系に伝達する歯車機構と、
アシスト軸とハウジングの一方と前記軸受との間で、アシスト軸の周囲に装填され、アシスト軸をハウジングに対し軸方向の双方向に弾性支持する弾性支持具とを有してなり、
弾性支持具が環状の両側板の間に環状の弾性体を挟んでなり、
弾性体の中心軸を含む断面視で、弾性体の外周及び／又は内周の中央部を凹部形状にした電動パワーステアリング装置において、
前記弾性体の凹部形状が段付き形状であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
ハウジングと、
ハウジングに固定される電動モータと、
ハウジングに軸受を介して支持され、電動モータの回転軸と接続されるアシスト軸と、
アシスト軸と操舵装置の操舵力伝達系とを連結し、電動モータの補助操舵力を操舵装置の操舵力伝達系に伝達する歯車機構と、
アシスト軸とハウジングの一方と前記軸受との間で、アシスト軸の周囲に装填され、アシスト軸をハウジングに対し軸方向の双方向に弾性支持する弾性支持具とを有してなり、
弾性支持具が環状の両側板の間に環状の弾性体を挟んでなり、
弾性体の中心軸を含む断面視で、弾性体の外周及び／又は内周の中央部を凹部形状にした電動パワーステアリング装置において、
前記弾性体の凹部形状が曲面形状であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。