JP4811648B2

JP4811648B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP4811648B2
Application number: JP2006020075A
Authority: JP
Inventors: 進今垣; 清二砂田; 喜則西
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2026-01-30
Also published as: DE602007000865D1; JP2007196932A; EP1813507B1; US20070193821A1; US7575091B2; EP1813507A1

Description

この発明は、電動モータにより操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両用の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering System）には、減速機が用いられている。例えば、減速機としてのウォーム軸およびウォームホイールが電動モータの出力軸の回転を減速することで、電動モータの出力を増幅して舵取り機構に伝達し、ステアリング操作をトルクアシストする電動パワーステアリング装置が提案されている。

ウォーム軸およびウォームホイールは、ハウジング内に収容されており、ウォームホイールは、操舵部材に連結されたステアリングシャフトの出力軸に一体回転可能に連結されている。出力軸は、ウォームホイールを出力軸の軸方向に挟んだ両側に配置された一対の軸受によって回転自在に支持されている。一対の軸受は、例えば転がり軸受からなり、それぞれ、出力軸と一体回転可能に連結された内輪と、ハウジングに保持された外輪と、内輪および外輪の間に介在する転動体とを有する。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２５４８６４号公報特開２００５−２９７８２４号公報

しかしながら、特許文献１記載の電動パワーステアリング装置では、内輪および外輪と転動体との間に隙間があり、その隙間に起因して、例えば車体が走行中に振動した場合に、転動体が内輪および外輪に衝突して騒音が発生するという問題がある。
この問題を解決するには、特許文献２記載の電動パワーステアリング装置のように、ネジ部材およびロックナットによって軸受に軸方向の予圧を与え、軸受内部の隙間を無くす方法が考えられる。

しかし、このような方法では、ネジ部材およびロックナット等の予圧用の部品が必要であり、さらに、その部品点数の増加により組立て工数も増加してしまう。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、他の部品を用いることなく軸受内部の隙間を無くし、騒音の発生を防止することができ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。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材（２）に連結された入力軸（９）と、入力軸と相対回転可能に連結された出力軸（１０）と、操舵補助用の電動モータ（１８）の動力を舵取り機構（Ａ）に伝達するための伝達機構（１９）と、伝達機構を収容するハウジング（２４，２５）とを備え、伝達機構は、電動モータにより駆動される駆動ギヤ（２０）と、駆動ギヤに噛み合い出力軸と一体回転可能に連結された従動ギヤ（２１）とを含み、従動ギヤを出力軸の軸方向（Ｘ１）に挟んだ両側で出力軸を回転自在に支持する一対の軸受（２６，２７，２７０）を含み、一対の軸受の何れか一方は、上記出力軸に嵌め合わされ出力軸と一体回転可能に連結された内輪（２７ａ，２７０ａ）と、ハウジングに保持された外輪（２７ｂ，２７０ｂ）と、内輪および外輪の間に介在する転動体（２７ｃ）とを含み、内輪および外輪の何れか一方が、転動体に予圧を与える弾性板（３３，３３０）を含み、上記弾性板により、上記転動体が上記出力軸の径方向に付勢され、かつ、上記内輪が上記従動ギヤに向けて上記出力軸の軸方向に付勢されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置（１）である。

本発明によれば、出力軸は一対の軸受によって回転自在に支持されており、一対の軸受の何れか一方の内輪または外輪は、その軸受の転動体に予圧を与える弾性板を含んでいる。これにより、転動体に予圧を与えて軸受内部の隙間を無くすことができ、内輪および外輪と転動体との衝突による騒音の発生を防ぐことができる。
また、弾性板を含む内輪または外輪によって軸受内部の隙間を無くすため、新たな部品を追加しなくてもよく、また、組立て工数が増加することもない。

また、本発明において、上記弾性板は環状をなし、上記弾性板を含む内輪および外輪の何れか一方が、弾性板の径方向の一端に延設された固定部（３５，３５０）と、弾性板の径方向の他端に延設され、転動体のための軌道（３４）を形成する軌道形成部（３２，３２０）とを含むようにしてもよい。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結されるステアリングシャフト３と、中間軸４を介してステアリングシャフト３と連結されるピニオン軸５と、ピニオン軸５に形成されたピニオン６に噛み合うラック７を有し、自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを備える。ピニオン軸５およびラックバー８により舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸９と、ピニオン軸５に連なる出力軸１０とに分割されている。これら入力軸９および出力軸１０はトーションバー１１を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
ラックバー８は、図示しない複数の軸受を介して直線往復自在にハウジング１２に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング１２の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１３およびナックルアーム（図示せず）を介して操向輪１４が連結されている。

操舵部材２を操作することによりステアリングシャフト３が回転する。このステアリングシャフト３の回転は、ピニオン６およびラック７を介してラックバー８の軸方向への直線往復運動に変換される。これにより、操向輪１４の転舵が達成される。
また、操舵部材２に与えられる操舵トルクは、入力軸９および出力軸１０間の相対回転変位量に基づいて、ステアリングシャフト３の近傍に設けられたトルクセンサ１５が検出する。トルクセンサ１５が検出したトルク値は、ＥＣＵ１６（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に与えられる。ＥＣＵ１６は、トルク値や図示しない車速センサから与えられる車速等に基づいて、駆動回路１７を介して操舵補助用の電動モータ１８を駆動制御する。

電動モータ１８の回転駆動力は、減速機１９により増幅されて、ステアリングシャフト３の出力軸１０に伝達され、さらに、ピニオン軸５を介してラックバー８の直線往復運動に変換される。これにより操舵が補助される。
図２は、図１の電動パワーステアリング装置１に備えられた減速機１９およびその近傍の構成を示す断面図である。図２を参照して、減速機１９は、電動モータ１８により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０に噛み合う従動ギヤとしてのウォームホイール２１とを備える。

ウォーム軸２０は、図示はしないが電動モータ１８の出力軸と同軸上に配置されており、ウォーム軸２０の一端が継手を介して上記出力軸と動力伝達可能に連結されている。
ウォームホイール２１は、環状を成しており、出力軸１０に一体回転可能に結合された環状の芯金２２と、芯金２２の周囲を取り囲み、外周に歯が形成された合成樹脂部材２３とを備える。芯金２２は、例えば合成樹脂部材２３の樹脂成形時に金型内にインサートされる。また、芯金２２は、ステアリングシャフト３の出力軸１０に、例えば圧入によって嵌め合わされ、出力軸１０と同軸に連結されている。これにより、ウォームホイール２１は、出力軸１０に対して一体回転可能に且つ軸方向移動不能にされている。

また、トルクセンサ１５を収容した筒状のセンサハウジング２４と、ウォーム軸２０およびウォームホイール２１を収容した筒状のギヤハウジング２５とは、例えば、互いの端部２４ａ，２５ａを嵌め合わせたり、ボルト等によって締結したりして互いに固定されている。
また、ギヤハウジング２５内において、ウォームホイール２１を出力軸１０の軸方向Ｘ１に挟んだ両側には、出力軸１０を回転自在に支持する第１および第２の軸受２６，２７が配置されている。第１および第２の軸受２６，２７は、転がり軸受からなり、本実施の形態では、ラジアル玉軸受が用いられている。

第１の軸受２６は、ウォームホイール２１のギヤハウジング２５側に配置されており、内輪２６ａ、外輪２６ｂおよび転動体２６ｃを有する。内輪２６ａは、出力軸１０に嵌め合わされており、出力軸１０に形成された環状の段部２８と、出力軸１０に螺合されたナット２９とによって出力軸１０の軸方向Ｘ１に挟持されている。これにより、内輪２６ａは、出力軸１０に対して一体回転可能に且つ軸方向移動不能にされている。また、外輪２６ｂは、ギヤハウジング２５の軸受保持孔３０に嵌め合わされており、ギヤハウジング２５の一部と、軸受保持孔３０に嵌め合わされた固定部材３１とによって出力軸１０の軸方向Ｘ１に挟持されている。これにより、外輪２６ｂは、ギヤハウジング２５に対して移動不能にされている。

第２の軸受２７は、ウォームホイール２１のセンサハウジング２４側に配置されており、内輪２７ａ、外輪２７ｂおよび転動体２７ｃを有する。内輪２７ａは、出力軸１０に嵌め合わされており、内輪２７ａの軸方向の一端は、ウォームホイール２１の芯金２２によって出力軸１０の軸方向Ｘ１に位置決めされている。外輪２７ｂは、例えば高張力鋼板やバネ鋼板等の板金によって形成されており、その板厚は、例えば１．０ｍｍにされている。また、外輪２７ｂは、例えば円錐台形状をなす皿バネを形成する環状の弾性板３３と、弾性板３３の外周から延設された環状の固定部３５と、弾性板３３の内周から延設された環状の軌道形成部３２とを備えている。

環状の固定部３５は、センサハウジング２４およびギヤハウジング２５の互いに付き合わされる端部２４ａ，２５ａ間に挟まれて、これらの端部２４ａ，２５ａに共締めされ、両ハウジング２４，２５に固定されている。
軌道形成部３２は、断面円弧状をなし、転動体２７ｃのための軌道３４を形成している。

外輪２７ｂは、その固定部３５が両ハウジング２４，２５に固定され且つその軌道形成部３２が転動体２７ｃを受けた状態で、その弾性板３３が第２の軸受２７の軸方向(ウォームホイール２１から遠ざかる方向)に弾性変形している。この弾性板３３の弾性反力が、軌道形成部３２を介して転動体２７ｃに与えられている。すなわち、弾性板３３を含む外輪２７ｂによって、転動体２７ｃが第２の軸受２７の軸方向（ウォームホイール２１に近づく方向）に弾性的に付勢され、転動体２７ｃに軸受軸方向の予圧が与えられている。

したがって、転動体２７ｃと内輪２７ａおよび外輪２７ｂとの間の隙間が無くなり、転動体２７ｃが振動して内輪２７ａおよび外輪２７ｂに衝突することを防止することができる。すなわち、転動体２７ｃと内輪２７ａおよび外輪２７ｂとの衝突に起因する騒音の発生を防止することができる。また、外輪２７ｂ自身によって転動体２７ｃに予圧を与えているので、予圧用の他の部品を新たに追加しなくてもよく、組立て工数が増加することもない。

なお、上述の実施形態においては、第２の軸受２７の外輪２７ｂがセンサハウジング２４およびギヤハウジング２５と共締めされている例について説明したが、外輪２７ｂは、センサハウジング２４およびギヤハウジング２５の何れか一方に、例えば、圧入、溶接、接着、ボルトによる締結等の方法によって固定されていてもよい。
図３は、本発明の別の実施形態の減速機１９およびその近傍の構成を示す断面図である。この図３において、上述の図１および図２に示された各部と同等の構成部分については、図１および図２と同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図３を参照して、本実施の形態が上述の実施形態と主に相違するのは、第２の軸受２７０の内輪２７０ａが弾性板３３０を含み、この弾性板３３０を含む内輪２７０ａよって、転動体２７ｃに軸受軸方向の予圧が与えられていることにある。
内輪２７０ａは、例えば高張力鋼板やバネ鋼板等の板金で形成されており、その板厚は例えば１．０ｍｍにされている。また、内輪２７０ａは、例えば円錐台形状をなす皿バネを形成する環状の弾性板３３０と、弾性板３３０の内周から延設された環状の固定部３５０と、弾性板３３０の外周から延設された環状の軌道形成部３２０とを備えている。

環状の固定部３５０は、出力軸１０に嵌め合わされ、ウォームホイール２１の芯金２２と、出力軸１０に例えば螺合して固定された固定部材３６とによって出力軸１０の軸方向Ｘ１に挟持されている。すなわち、内輪２７０ａの固定部３５０は、出力軸１０に対して一体回転可能に且つ軸方向移動不能にされている。
軌道形成部３２０は、断面円弧状をなし、転動体２７ｃのための軌道３４を形成している。

外輪２７０ｂは、ギヤハウジング２５の端部２５ａの内周に嵌め合わされている。また、外輪２７０ｂは、センサハウジング２４の端部２４ａおよびギヤハウジング２５の内周の環状段部によって、軸方向移動が規制されている。
内輪２７０ａは、その固定部３５０が出力軸１０に固定され且つその軌道形成部３２０が転動体２７ｃを受けた状態で、その弾性板３３０が第２の軸受２７０の軸方向(ウォームホイール２１に近づく方向)に弾性変形している。この弾性板３３０の弾性反力が、軌道形成部３２０を介して転動体２７ｃに与えられている。すなわち、弾性板３３０を含む内輪２７０ａによって、転動体２７ｃが第２の軸受２７０の軸方向（ウォームホイール２１から遠ざかる方向）に弾性的に付勢され、転動体２７ｃに軸受軸方向の予圧が与えられている。

これにより、転動体２７ｃと内輪２７０ａおよび外輪２７０ｂとの衝突に起因する騒音の発生を防止することができる。また、転動体２７ｃに予圧を与えるための新たな部品も必要なく、組立て工数の増加もない。
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、第２の軸受２７の外輪２７ｂまたは第２の軸受２７０の内輪２７０ａが弾性板を含む板金で形成されている例について説明したが、第１の軸受２６の内輪２６ａおよび外輪２６ｂの何れか一方が、弾性板を含む板金で形成されていてもよい。

本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１の電動パワーステアリング装置に備えられた減速機およびその近傍の構成を示す断面図である。本発明の別の実施形態の減速機およびその近傍の構成を示す断面図である。

符号の説明

1・・・電動パワーステアリング装置、２・・・操舵部材、９・・・入力軸、１０・・・出力軸、１８・・・電動モータ、１９・・・減速機（伝達機構）、２０・・・ウォーム軸（駆動ギヤ）、２１・・・ウォームホイール（従動ギヤ）、２４・・・センサハウジング（ハウジング）、２５・・・ギヤハウジング（ハウジング）、２６・・・第１の軸受（一対の軸受の一方）、２７，２７０・・・第２の軸受（一対の軸受の他方）、２７ａ，２７０ａ・・・内輪、２７ｂ，２７０ｂ・・・外輪、２７ｃ・・・転動体、３２，３２０・・・軌道形成部、３３，３３０・・・弾性板、３４・・・軌道、３５，３５０・・・固定部、Ａ・・・ラックアンドピニオン機構（舵取り機構）、Ｘ１・・・軸方向

Claims

操舵部材に連結された入力軸と、入力軸と相対回転可能に連結された出力軸と、操舵補助用の電動モータの動力を舵取り機構に伝達するための伝達機構と、伝達機構を収容するハウジングとを備え、
伝達機構は、電動モータにより駆動される駆動ギヤと、駆動ギヤに噛み合い出力軸と一体回転可能に連結された従動ギヤとを含み、
従動ギヤを出力軸の軸方向に挟んだ両側で出力軸を回転自在に支持する一対の軸受を含み、
一対の軸受の何れか一方は、上記出力軸に嵌め合わされ出力軸と一体回転可能に連結された内輪と、ハウジングに保持された外輪と、内輪および外輪の間に介在する転動体とを含み、
内輪および外輪の何れか一方が、転動体に予圧を与える弾性板を含み、
上記弾性板により、上記転動体が上記出力軸の径方向に付勢され、かつ、上記内輪が上記従動ギヤに向けて上記出力軸の軸方向に付勢されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１において、上記弾性板は環状をなし、上記弾性板を含む内輪および外輪の何れか一方が、弾性板の径方向の一端に延設された固定部と、弾性板の径方向の他端に延設され、転動体のための軌道を形成する軌道形成部とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。