JP4620290B2

JP4620290B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4620290B2
Application number: JP2001188818A
Authority: JP
Inventors: 洋平 ▲はま▼; 勤加藤; 裕志藤田
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: JP2003002213A

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、特開平11-342856に記載の如く、電動モータをハウジングに固定し、該ハウジングに操舵装置のアシスト軸を支持し、電動モータの回転軸にアシスト軸を接続し、電動モータのトルクを操舵装置に伝えて操舵アシストする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、電動モータの回転軸をモータケースに支持するに際し、回転軸に軸方向のガタがあると、このガタが打音の発生源となってしまうため、回転軸を軸方向に移動させないように両端部に設けた軸受の２点間で位置決め支持する等、複雑な構成を必要としている。
【０００４】
本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、簡素な構成により、電動モータの回転軸の軸方向のガタを安定的になくすことにある。
【０００５】
本発明の他の課題は、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、アシスト軸に作用する過大推力に対しアシスト軸を弾性支持状態下で軸方向に移動可能としながら、電動モータの回転軸の軸方向のガタを安定的になくすことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電動モータをハウジングに固定し、該ハウジングに操舵装置のアシスト軸を支持し、電動モータの回転軸にアシスト軸を接続してなる電動パワーステアリング装置において、電動モータの回転軸とアシスト軸を接続体を介して接続し、回転軸をアシスト軸と反対方向に押圧する弾性体を接続体の側傍に設け、弾性体を接続体の端面の外周及び／又は内周に突設した突条部により該接続体の径方向で支持し、接続体の内周と、電動モータの回転軸又はアシスト軸の外周の間に、トルクリミッタを介装したものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記アシスト軸を軸方向の双方向に弾性支持したものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記電動モータの回転軸とアシスト軸を接続体を介して同芯結合したものである。
【００１０】
【作用】
請求項１の発明によれば下記(a)〜(f)の作用がある。
(a)電動モータの回転軸とアシスト軸の接続体の側傍に弾性体を設けるだけの簡素な構成により、回転軸は弾性体の弾発力によって反アシスト軸の方向に押圧され、軸受を含めた回転軸の軸方向のガタをなくし、打音の発生を防止できる。
【００１１】
(b)弾性体を接続体の端面に設けた突条部により該接続体の径方向で支持したから、弾性体が接続体の内外に脱落したり、内側に脱落してアシスト軸や回転軸に干渉、噛込んで破損したり、該アシスト軸や該回転軸に接触してキズ付けることを回避できる。
(c)タイヤの縁石乗り上げ時等に、トルク伝達ギヤのストロークが急停止せしめられたとき、電動モータへの給電が停止されても電動モータが回転し続けようとすることによる慣性トルクが生ずるが、この慣性トルクをトルクリミッタの滑りにより吸収できる。即ち、電動モータの回転軸からアシスト軸に伝えられるリミットトルク以上の慣性トルクを、回転軸とアシスト軸の間のトルクリミッタの存在により遮断し、結果としてトルク伝達ギヤの損傷を防止し、操舵フィーリングの悪化を回避できる。
(d)回転軸とアシスト軸はインロー結合され、両者の回転中心を簡易に安定的に一致させることができるから、両者の回転中心のずれに起因する偏動荷重がトルクリミッタに作用しない。従って、トルクリミッタは、回転トルクのみ作用するものになり、部品の加工組付精度に影響されない簡易な構成により、リミットトルクの安定を維持し、安定した衝撃緩和特性を確保できる。また、トルクリミッタの耐久性を向上できる。
(e)電動モータからトルク伝達ギヤに伝えられる衝撃力を低減できるから、トルク伝達ギヤを支持するハウジングの耐久性を向上でき、ハウジングの薄肉化による装置の軽量化を実現できる。
(f)回転軸とアシスト軸を接続する接続体の内部にトルクリミッタを介装することにより、トルクリミッタの脱落を防止できる。
【００１２】
請求項２の発明によれば下記(g)、(h)の作用がある。
(g)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した。従って、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すると、アシスト軸が弾性支持状態下で軸方向に移動でき、結果として、アシスト軸に接続されているトルク伝達ギヤ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。
【００１３】
(h)弾性体が接続体の側傍で、アシスト軸の周囲に組付けられていて、アシスト軸が上述(g)により軸方向に移動しても、弾性体は前述(b)によって接続体の径方向に支持されているから、移動するアシスト軸に弾性体が接触して引き込まれて弾性体が破損したり、アシスト軸をキズ付けることを回避できる。
【００１４】
請求項３の発明によれば下記(i)の作用がある。
(i)電動モータの回転軸とアシスト軸を接続体を介して同芯結合することによって同軸化する構造を採用したから、回転軸の一端部のみを軸受で支持し、アシスト軸寄りの端部は不支持とする片持ち支持が可能となり、回転軸のための使用軸受個数を削減できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は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２のIII−III線に沿う断面図、図４は図３の要部拡大図、図５は図４のV−V線に沿う断面図、図６は電動パワーステアリング装置の変形例を示す要部拡大図である。
【００２０】
電動パワーステアリング装置１０は、図１、図２に示す如く、不図示のブラケットにより車体フレーム等に固定されるアルミ合金製のギヤハウジング１１（第１〜第３のギヤハウジング１１Ａ〜１１Ｃ）を有する。そして、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を第１ギヤハウジング１１Ａ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。
【００２１】
操舵トルク検出装置１７は、図２に示す如く、ステアリング軸１２、ピニオン軸１４に係合している円筒状のコア１７Ｃを囲む２個の検出コイル１７Ａ、１７Ｂを第３ギヤハウジング１１Ｃに設けている。コア１７Ｃは、ピニオン軸１４のガイドピン１７Ｄに係合する縦溝１７Ｅを備えて軸方向にのみ移動可能とされるとともに、ステアリング軸１２のスライダピン１７Ｆに係合するスパイラル溝１７Ｇを備える。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクがステアリング軸１２に付与され、トーションバー１３の弾性ねじり変形により、ステアリング軸１２とピニオン軸１４の間に回転方向の相対変位を生ずると、ステアリング軸１２とピニオン軸１４の回転方向の変位がコア１７Ｃを軸方向に変位させるものとなり、このコア１７Ｃの変位による検出コイル１７Ａ、１７Ｂの周辺の磁気的変化に起因する検出コイル１７Ａ、１７Ｂのインダクタンスが変化する。即ち、コア１７Ｃがステアリング軸１２側へ移動すると、コア１７Ｃが近づく方の検出コイル１７Ａのインダクタンスが増加し、コア１７Ｃが遠ざかる方の検出コイル１７Ｂのインダクタンスが減少し、このインダクタンスの変化により操舵トルクを検出できる。
【００２２】
第１ギヤハウジング１１Ａ内でラック軸１６の一端を挟んでピニオン１５と相対する部分に設けられているシリンダ部１８には、図２に示す如く、ラックガイド１９が内蔵され、ラックガイド１９（ブッシュ１９Ａ）はシリンダ部１８に被着されるキャップ２０により背面支持されるばね２１によりラック軸１６の側に弾発され、ラック軸１６のラック１６Ａをピニオン１５に押し付けるとともに、ラック軸１６の一端を摺動自在に支持する。尚、ラック軸１６の他端側は軸受２２により支持される。また、ラック軸１６の中間部には連結ボルト２２Ａ、２２Ｂにより左右のタイロッド２３Ａ、２３Ｂが連結される。
【００２３】
第２ギヤハウジング１１Ｂ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には接続体８０を介してアシスト軸３３が結合され、アシスト軸３３はボールベアリング等の軸受９１、９２により第２ギヤハウジング１１Ｂに両端支持されている。そして、アシスト軸３３の中間部にウォームギヤ３７を一体に備え、このウォームギヤ３７に噛合うウォームホイール３８をピニオン軸１４の中間部に固定してある。電動モータ３０の発生トルクは、ウォームギヤ３７とウォームホイール３８の噛合い、ピニオン１５とラック１６Ａの噛合いを介してラック軸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。
【００２４】
ここで、電動モータ３０は、図３に示す如く、鉄等の磁性材料により形成される筒状のヨーク５２と、ヨーク５２の内周の周方向複数位置にマグネット収容区画５３Ｂを形成する絶縁性樹脂材料により形成された筒状体５３Ａからなるマグネットホルダ５３と、マグネットホルダ５３のマグネット収容区画５３Ｂに収容されて位置決め保持されるマグネット５４と、マグネットホルダ５３に位置決め保持されたマグネット５４の内側に圧入される非磁性材料の極薄板により成形されたマグネットカバー５５（不図示）とからなる固定子５１を有する。
【００２５】
また、電動モータ３０は、固定子５１の内側に挿入されて回転軸３２に固定される回転子５６を有する。回転子５６は、回転軸３２の外周に設けられるアマチュアコア５７とコンミテータ５８とからなる。
【００２６】
また、電動モータ３０は、回転子５６のコンミテータ５８に接触せしめられるブラシ６１と、ブラシ６１を位置決め保持するブラシホルダ６２を有する。また、電動モータ３０は、ブラシホルダ６２に位置決め保持されたブラシ６１にピグテールを介して接続される給電コネクタ６３を有する。
【００２７】
電動モータ３０は、ブラシ６１から回転子５６のコンミテータ５８を経てアマチュアコア５７に給電されると、アマチュアコア５７の磁力線が固定子５１のマグネット５４で発生している磁界を切ることにより、回転子５６が回転する。
【００２８】
尚、電動モータ３０は、ヨーク５２を一端開口他端閉塞の円筒体とし、このヨーク５２をモータケース３１としている。ヨーク５２は、ハウジング１１Ｂに固定される一端フランジ部５２Ａと他端閉塞部５２Ｂを有する。
【００２９】
次に、電動モータ３０の回転軸３２とアシスト軸３３のモータケース３１、ハウジング１１Ｂへの支持構造について説明する。
【００３０】
(A)アシスト軸３３の支持構造（図４）
アシスト軸３３は、図４に示す如く、ハウジング１１Ｂ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３３の軸方向に作用する過大推力を吸収可能とする。
【００３１】
具体的には、アシスト軸３３は、図４に示す如く、ウォームギヤ３７の両側に装填した軸受９１と軸受９２によりハウジング１１Ｂに両端支持される。軸受９１は内輪９１Ａと外輪９１Ｂと転走体９１Ｃからなるアンギュラ玉軸受等にて構成され、内輪９１Ａをアシスト軸３３に軸方向に相対移動可能となるように隙間嵌めし、外輪９１Ｂをハウジング１１Ｂの段差部９３と、ハウジング１１Ｂに係着されるストッパリング９４の間に挟持してハウジング１１Ｂに固定される。軸受９２は内輪９２Ａと外輪９２Ｂと転走体９２Ｃからなるアンギュラ玉軸受等にて構成され、内輪９２Ａをアシスト軸３３に軸方向に相対移動可能となるように隙間嵌めし、外輪９２Ｂをハウジング１１Ｂの段差部９５に圧入等して固定される。
【００３２】
アシスト軸３３は、軸受９１に対するウォームギヤ３７の側に設けたつば状内輪係止部９６と該軸受９１の内輪９１Ａの間に弾性変形具９７を介装し、かつ軸受９２に対するウォームギヤ３７の側に設けたつば状内輪係止部９８と該軸受９２の内輪９２Ａの間に弾性変形具９９を介装してある。弾性変形具９７と弾性変形具９９は、四角断面円環状のゴムからなる弾性体９７Ａ、９９Ａと、弾性体９７Ａ、９９Ａの両側面に焼付きにて結合した平板円板状座金９７Ｂ、９７Ｃ、９９Ｂ、９９Ｃとからなり、アシスト軸３３への上述の装填状態下で、弾性体９７Ａ、９９Ａに一定の予圧縮量（一定の衝撃緩和性能）を付与されて組込まれ、結果として、アシスト軸３３を軸方向の双方向に弾性支持する。
【００３３】
(B)回転軸３２の支持構造（図３、図４、図５）
電動モータ３０の回転軸３２は、図３、図４に示す如く、一端部をモータケース３１（ヨーク５２）の他端閉塞部５２Ｂの中心部に設けた軸受７１に支持し、他端部を不支持構造とした。
【００３４】
具体的には、回転軸３２の一端部は、内輪７１Ａと外輪７１Ｂと転走体７１Ｃからなるアンギュラ玉軸受等にて構成される軸受７１によりモータケース３１に支持される。そして、回転軸３２の他端部は、前述した如く、アシスト軸３３の一端部と接続体８０を介して接続される。このとき、回転軸３２の他端部に軸方向で離隔して設けた２つの嵌合軸部３２Ａ、３２Ａを接続体８０の嵌合孔部８１にガタなく相対滑り回転可能に結合（インロー結合）するとともに、アシスト軸３３の一端部に設けた歯付嵌合軸部３３Ａを接続体８０の歯付嵌合孔部８２にガタなく相対回転不可能に結合（JIS B 1603のインボリュートスプライン大径合わせ）し、回転軸３２とアシスト軸３３を接続体８０を介して同芯結合する。尚、アシスト軸３３の一端のインボリュートスプラインとの近傍で接続体８０とインロー結合することもできる。
【００３５】
従って、電動モータ３０の回転軸３２とアシスト軸３３は互いに同芯結合され、結果として回転軸３２のアシスト軸３３に接続される側の端部はモータケース３１に対し軸受を介さない不支持構造とし、アシスト軸３３の両端部を前述の軸受９１、９２を介してハウジング１１Ｂに２点支持し、回転軸３２の一端部だけを上述の軸受７１によりモータケース３１に１点支持するものとした。
【００３６】
更に、接続体８０の嵌合孔部８１の内周と、電動モータ３０の回転軸３２の両嵌合軸部３２Ａ、３２Ａに挟まれて陥凹状をなす外周の間にトルクリミッタ８３を介装した。トルクリミッタ８３は、図５に示す如く、接続体８０の上述の内周と回転軸３２の上述の外周の間に圧入等されて径方向に弾発支持されるばね、樹脂等の弾性リングからなり、電動パワーステアリング装置１０の通常使用されるトルク（リミットトルクより小なるトルク）では、弾性リングの弾発力により接続体８０と回転軸３２を滑りなく結合し続け、他方、タイヤが操舵中に縁石に乗り上げる等により、ラック軸１６のストロークが急停止せしめられたときの電動モータ３０の慣性トルクがその弾性リングの弾発力を越える衝撃トルク（リミットトルク以上のトルク）に対しては、回転軸３２を接続体８０に対してスリップさせ、電動モータ３０のトルクを接続体８０の側に伝達させないように機能する。
【００３７】
電動モータ３０は、回転軸３２を前述の軸受７１で支持するに際し、回転軸３２を内輪７１Ａに圧入し、外輪７１Ｂをモータケース３１に隙間嵌め（又は外輪７１Ｂをモータケース３１に圧入し、回転軸３２を内輪７１Ａに隙間嵌め）しており、結果として、回転軸３２の軸方向に生じ得るガタの発生を以下の如くにより防いでいる。即ち、接続体８０の嵌合孔部８１と歯付嵌合孔部８２の間に設けた段差部８０Ａを回転軸３２の端面に軸方向で衝合させる状態で、回転軸３２を反アシスト軸３３の方向に押圧する皿ばね（又はＯリング）からなる環状弾性体８５を接続体８０の側傍に設けた。具体的には、弾性体８５は、接続体８０の端面と軸受９１の内輪９１Ａの端面との間に介装される。そして、弾性体８５は、接続体８０の端面の外周に突設した環状突条部８６の内側に保持され、この突条部８６により接続体８０の径方向にアシスト軸３３と隙間をもって支持可能とされる。
【００３８】
尚、弾性体８５は、図６に示す如く、接続体８０の端面の内周に突設した環状突条部８７の外側に保持され、この突条部８７により接続体８０の径方向にアシスト軸３３と干渉なく支持可能とされるものでも良い。
【００３９】
本実施形態によれば以下の作用がある。
▲１▼電動モータ３０の回転軸３２とアシスト軸３３の接続体８０の側傍に弾性体８５を設けるだけの簡素な構成により、回転軸３２は弾性体８５の弾発力によって反アシスト軸３３の方向に押圧され、軸受７１を含めた回転軸３２の軸方向のガタをなくし、打音の発生を防止できる。
【００４０】
▲２▼弾性体８５を接続体８０の端面に設けた突条部８６（８７）により該接続体８０の径方向でアシスト軸３３と隙間を持って（離間して）支持したから、弾性体８５が接続体８０の内外に脱落したり、内側に脱落してアシスト軸３３や回転軸３２に干渉、噛込んで破損したり、該アシスト軸３３や該回転軸３２に接触してキズ付けることを回避できる。
【００４１】
▲３▼アシスト軸３３をハウジング１１に対し、軸方向の双方向に弾性支持した。従って、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３３に過大推力が作用すると、アシスト軸３３が弾性支持状態下で軸方向に移動でき、結果として、アシスト軸３３に接続されているウォームギヤ３７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３３の慣性推力によるトルク伝達経路の損傷を回避する。
【００４２】
▲４▼弾性体８５が接続体８０の側傍で、アシスト軸３３の周囲に組付けられていて、アシスト軸３３が上述▲３▼により軸方向に移動しても、弾性体８５は前述▲２▼によって接続体８０の径方向に支持されているから、移動するアシスト軸３３に弾性体８５が接触して引き込まれて弾性体８５が破損したり、アシスト軸３３をキズ付けることを回避できる。
【００４３】
▲５▼電動モータ３０の回転軸３２とアシスト軸３３を接続体８０を介して同芯結合することによって同軸化する構造を採用したから、回転軸３２の一端部のみを軸受７１で支持し、アシスト軸３３寄りの端部は不支持とする片持ち支持が可能となり、回転軸３２のための使用軸受個数を削減できる。
【００４４】
▲６▼タイヤの縁石乗り上げ時等に、ウォームギヤ３７のストロークが急停止せしめられたとき、電動モータ３０への給電が停止されても電動モータ３０が回転し続けようとすることによる慣性トルクが生ずるが、この慣性トルクをトルクリミッタ８３の滑りにより吸収できる。即ち、電動モータ３０の回転軸３２からアシスト軸３３に伝えられるリミットトルク以上の慣性トルクを、回転軸３２とアシスト軸３３の間のトルクリミッタ８３の存在により遮断し、結果としてウォームギヤ３７の損傷を防止し、操舵フィーリングの悪化を回避できる。
【００４５】
▲７▼回転軸３２とアシスト軸３３はインロー結合され、両者の回転中心を簡易に安定的に一致させることができるから、両者の回転中心のずれに起因する偏動荷重がトルクリミッタ８３に作用しない。従って、トルクリミッタ８３は、回転トルクのみ作用するものになり、部品の加工組付精度に影響されない簡易な構成により、リミットトルクの安定を維持し、安定した衝撃緩和特性を確保できる。また、トルクリミッタ８３の耐久性を向上できる。
【００４６】
▲８▼電動モータ３０からウォームギヤ３７、ウォームホイール３８等に伝えられる衝撃力を低減できるから、ウォームギヤ３７やウォームホイール３８を支持するハウジング１１の耐久性を向上でき、ハウジング１１の薄肉化による装置の軽量化を実現できる。
【００４７】
▲９▼回転軸３２とアシスト軸３３を接続する接続体８０の内部にトルクリミッタ８３を介装することにより、トルクリミッタ８３の脱落を防止できる。
【００４８】
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。例えば、電動モータの回転軸とアシスト軸の同芯結合は、接続体を介さずに、回転軸に設けた嵌合軸部（又は嵌合孔部）とアシスト軸に設けた嵌合孔部（又は嵌合軸部）を互いにガタなく相対滑り回転可能に結合（インロー結合）することによってなされても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、簡素な構成により、電動モータの回転軸の軸方向のガタを安定的になくすことができる。また、本発明によれば、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、アシスト軸に作用する過大推力に対しアシスト軸を弾性支持状態下で軸方向に移動可能としながら、電動モータの回転軸の軸方向のガタを安定的になくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は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２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は図４のV−V線に沿う断面図である。
【図６】図６は電動パワーステアリング装置の変形例を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
１０電動パワーステアリング装置
１１ハウジング
３０電動モータ
３２回転軸
３３アシスト軸
８０接続体
８３トルクリミッタ
８５弾性体
８６、８７突条部

Claims

電動モータをハウジングに固定し、該ハウジングに操舵装置のアシスト軸を支持し、電動モータの回転軸にアシスト軸を接続してなる電動パワーステアリング装置において、
電動モータの回転軸とアシスト軸を接続体を介して接続し、
回転軸をアシスト軸と反対方向に押圧する弾性体を接続体の側傍に設け、
弾性体を接続体の端面の外周及び／又は内周に突設した突条部により該接続体の径方向で支持し、
接続体の内周と、電動モータの回転軸又はアシスト軸の外周の間に、トルクリミッタを介装したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記アシスト軸を軸方向の双方向に弾性支持した請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記電動モータの回転軸とアシスト軸を接続体を介して同芯結合した請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。