JP5136297B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明はステアリング装置、特に、電動モータを駆動して所要の操舵補助力をステアリングギヤに付与する電動式パワーステアリング装置に関する。

電動式パワーステアリング装置は、特許文献１に示すように、電動モータを駆動してウォームに噛み合うウォームホイールを所要の操舵補助力で回転させ、ウォームホイールを有する出力軸を回転させて、ステアリングギヤに連結されたタイロッドを移動させて、舵輪の向きを変更している。

図６、図７に、このような従来の電動式パワーステアリング装置を示す。図６は、従来の電動式パワーステアリング装置の要部の縦断面図、図７は図６のＰ矢視図である。図６及び図７に示すように、電動式パワーステアリング装置のアシスト装置２０のギヤハウジング２１には、インナーシャフト（入力軸）１２Ｂと出力軸２３が同一中心軸線上に配置され、出力軸２３が軸受（深みぞ形ラジアル玉軸受）４１によって、カバー２２に回転可能に軸支されている。

カバー２２は、ギヤハウジング２１の左側開放端を覆っている。インナーシャフト１２Ｂと出力軸２３は、トーションバー２４によって連結されている。出力軸２３の回転は、自在継手１５、中間シャフト１６を介して図示しないステアリングギヤに伝達され、ステアリングギヤに連結されたタイロッドを介して舵輪の向きを変更する。

出力軸２３の中間部には円盤状の芯金５２が圧入され、芯金５２の外周には、ウォーム５３と噛み合うウォームホイール５１が圧入されている。ウォーム５３は、電動モータ２５（図７参照）によって駆動される。芯金５２の右端面５２１は出力軸２３の段部２３１に当接して、出力軸２３に対して芯金５２が右側（車体後方側）に移動しないように規制している。出力軸２３は、芯金５２の左端面５２２に当接する軸受４１により、ギヤハウジング２１のカバー２２に回転可能に軸支されている。

出力軸２３にねじ込まれたナット２６は、軸受４１の内輪を、芯金５２の左端面５２２との間で挟み込んでいる。また、軸受４１の外輪は、カバー２２に形成された軸受孔２２１にしまりばめで圧入され、この軸受孔２２１のリング溝に挿入された止め輪２７によって、カバー２２に固定されている。軸受４１の外輪を軸受孔２２１にしまりばめで圧入することにより、軸受４１の内部隙間は、負の値に設定されている。

出力軸２３は、段部２３１の右側の外周が、軸受（深みぞ形ラジアル玉軸受）４２によって、ギヤハウジング２１に回転可能に軸支されている。軸受４２の外輪は、ギヤハウジング２１に形成された軸受孔２１１に圧入され、軸受４２の内輪は、その左端面が芯金５２の右端面５２１に当接している。

インナーシャフト１２Ｂにその右端（車体後方側端部）が圧入されたトーションバー２４は、その左端（車体前方側端部）が、図示しないピンによって出力軸２３の左端に連結されている。また、トーションバー２４の中間部が、出力軸２３の右端にブッシュ２９によって外周を軸支されている。

トーションバー２４に作用するトルクを検出するトルクセンサー６１は、センサーシャフト部６２、検出コイル６３及び６４、円筒部材６５から構成されている。センサーシャフト部６２は、出力軸２３の右端（車体後方側端部）に一体的に形成され、ギヤハウジング２１の内側に圧入されたヨーク６６に、検出コイル６３及び６４が配置されている。円筒部材６５は、センサーシャフト部６２の外周と、検出コイル６３及び６４の内周との間の隙間に配置されている。

円筒部材６５はインナーシャフト１２Ｂの左端（車体前方側端部）に固定され、センサーシャフト部６２には、軸方向に延びた複数の凸条が円周方向に等間隔に形成されている。円筒部材６５には、検出コイル６３及び６４に対向する位置に、円周方向に等間隔に複数の長方形の窓が形成されている。

図示しないステアリングホイールを操作してインナーシャフト１２Ｂが回転すると、その回転力がトーションバー２４を介して出力軸２３に伝達される。この時、舵輪側の抵抗によって、インナーシャフト１２Ｂと出力軸２３を連結するトーションバー２４に捩れが生じ、センサーシャフト部６２の表面の凸条と円筒部材６５の窓との間に相対回転が生じる。

この相対回転で、センサーシャフト部６２に発生する磁束が増減し、この磁束の増減を検出コイル６３及び６４がインダクタンスの変化として検出する。この検出結果から、トーションバー２４に作用するトルクを検出し、電動モータ２５を駆動してウォーム５３を所要の操舵補助力で回転させる。ウォーム５３の回転は、ウォームホイール５１、出力軸２３、自在継手１５、中間シャフト１６を介してステアリングギヤに伝達され、ステアリングギヤに連結されたタイロッドを介して舵輪の向きを変更する。

自在継手１５は、図６に示すように、ジョイント角β（２０度から５０度が一般的）で交差しているため、中間シャフト１６が回転トルクを受けると、自在継手１５に生じる二次偶力によって、出力軸２３には、大きなモーメント荷重が作用する。このモーメント荷重Ｍは、Ｍ＝Ｔｃｏｓθ・ｔａｎβで表される。

ここで、Ｔが中間シャフト１６の回転トルク、βがジョイント角、θが自在継手１５のヨークの位相角である。このモーメント荷重Ｍは、ヨークの位相角が０度（自在継手１５のヨークの位相が、図６、図７の状態）の時、最も大きな値となる。

このモーメント荷重Ｍは、図６、図７に示すように、自在継手１５の十字軸１５１の中心を通るＺ軸回りの回転力となる。従って、出力軸２３には、図７のＹ軸方向（出力軸２３の軸線と中間シャフト１６の軸線を通る平面に対して垂直方向）に大きな荷重が加わることになる。

従って、出力軸２３を軸支する軸受４１には、Ｙ軸方向に大きな荷重が作用する。その結果、軸受４１の玉のうち、Ｙ軸方向にある玉の面圧が過大になり、軸受４１の摩耗が大きくなって耐久性が低下したり、乗り上げ傷が発生して異音が発生し、運転者に不快感を与える恐れがあった。

特開２００２−１９６２６号公報

本発明は、出力軸を軸支する軸受の耐久性を向上させると共に、異音の発生を防止して、運転者に不快感を与えないようにした電動式パワーステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、ギヤハウジング、上記ギヤハウジングに挿通されステアリングホイールの回転が伝達される入力軸、上記入力軸に連結された出力軸、上記出力軸に自在継手を介して連結され、出力軸の回転を車輪側に伝達する中間シャフト、上記入力軸に作用するトルクを検出するトルクセンサー、上記トルクセンサーの検出値に応じて所定の操舵補助力を上記出力軸に付与する電動モータ、上記ギヤハウジングを覆うカバーと上記出力軸との間に介挿され、その外輪がカバーにしまりばめで内嵌され、その内部隙間が負の値で、上記出力軸を回転可能に軸支する軸受を備え、上記カバーは、上記出力軸の軸線と中間シャフトの軸線を通る平面に対して垂直方向の剛性が、他の方向の剛性よりも小さく形成されていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の発明の電動式パワーステアリング装置において、上記カバーには、上記出力軸の軸線と中間シャフトの軸線を通る平面に対して垂直方向に、軸方向の肉厚が他の方向の肉厚よりも薄い薄肉部が形成されていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置である。

第３番目の発明は、第１番目の発明の電動式パワーステアリング装置において、上記カバーは、上記カバーの軸心から放射状に形成されたリブを有し、上記出力軸の軸線と中間シャフトの軸線を通る平面に対して垂直方向のリブが省略されていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置である。

第４番目の発明は、第１番目の発明の電動式パワーステアリング装置において、上記カバーの軸心から放射状に形成されたリブの肉厚は、上記出力軸の軸線と中間シャフトの軸線を通る平面に対して垂直方向のリブが他の方向のリブよりも薄く形成されていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置である。

本発明の電動式パワーステアリング装置では、ギヤハウジングを覆うカバーと出力軸との間に介挿され、その外輪がカバーにしまりばめで内嵌され、その内部隙間が負の値で、出力軸を回転可能に軸支する軸受を備え、カバーは、出力軸の軸線と中間シャフトの軸線を通る平面に対して垂直方向の剛性が、他の方向の剛性よりも小さく形成されている。

従って、軸受の外輪は、出力軸の軸線と中間シャフトの軸線を通る平面に対して垂直方向が長径の楕円形状になる。そのため、外輪の長径方向にある玉の面圧が、その他の玉の面圧よりも小さくなっている。従って、外輪の長径方向に大きな荷重が加わっても、外輪の長径方向にある玉の面圧が過大にならず、軸受の耐久性が向上すると共に、異音の発生を防止して、運転者に不快感を与えない。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例３を説明する。

図１は本発明の実施例１の電動式パワーステアリング装置の全体を示し、一部を切断した全体正面図である。図２は図１の要部の縦断面図、図３は図１のカバーの正面図である。

図１から図３に示すように、本発明の電動式パワーステアリング装置は、車体後方側（図１、図２の右側）にステアリングホイール１１を装着可能なステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、このステアリングシャフト１２に補助トルクを付与する為のアシスト装置２０と、このステアリングシャフト１２の車体前方側（図１、図２の左側）に、図示しないラック／ピニオン機構を介して連結されたステアリングギヤ３０とを備える。

ステアリングシャフト１２は、アウターシャフト１２Ａとインナーシャフト（入力軸）１２Ｂとを、スプライン係合により、回転力を伝達自在に、かつ軸方向に関して相対変位可能に組み合わせている。従って、上記アウターシャフト１２Ａとインナーシャフト１２Ｂとは、衝突時に、このスプライン係合部が相対摺動して、全長を縮めることができる。

また、上記ステアリングシャフト１２を挿通した筒状のステアリングコラム１３は、アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂとをテレスコピック移動可能に組み合わせており、衝突時に軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる、所謂コラプシブル構造としている。

そして、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方側端部を、アシスト装置２０のギヤハウジング２１の車体後方側端部に圧入嵌合して固定している。また、上記インナーシャフト（入力軸）１２Ｂの車体前方側端部を、このギヤハウジング２１の内側に通し、アシスト装置２０の出力軸（雌シャフト）２３の車体後方側端部に結合している。

ステアリングコラム１３は、その中間部を支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この支持ブラケット１４と車体１８との間に、図示しない係止部を設けて、この支持ブラケット１４に車体前方側に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この支持ブラケット１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。

また、上記ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に枢動可能に支承している。また、本実施例の場合には、チルト機構及びテレスコピック機構を設けることにより、上記ステアリングホイール１１の高さ位置、及び、車体前後方向位置の調節を自在としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知であり、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。

上記ギヤハウジング２１の車体前方側端面から突出した出力軸２３は、自在継手１５を介して、中間シャフト１６の後端部に連結している。また、この中間シャフト１６の前端部に、別の自在継手１７を介して、ステアリングギヤ３０の入力軸３１を連結している。図示しないピニオンが、この入力軸３１の車体前方側端部に形成されている。また、図示しないラックが、このピニオンに噛み合っており、ステアリングホイール１１の回転が、タイロッド３２を移動させて、図示しない車輪を操舵する。

図２及び図３に示すように、アシスト装置２０のギヤハウジング２１には、インナーシャフト（入力軸）１２Ｂと出力軸２３が同一中心軸線上に配置され、出力軸２３が軸受（深みぞ形ラジアル玉軸受）４１によって、カバー２２に回転可能に軸支されている。カバー２２は、ギヤハウジング２１の左側開放端を覆っている。インナーシャフト１２Ｂと出力軸２３は、トーションバー２４によって連結されている。

出力軸２３の中間部には円盤状の芯金５２が圧入され、芯金５２の外周には、ウォーム５３と噛み合うウォームホイール５１が圧入されている。図１に示すように、電動モータ２５のケース２５１がギヤハウジング２１に固定され、この電動モータ２５の出力軸にウォーム５３が連結されている。

芯金５２の右端面５２１は出力軸２３の段部２３１に当接して、出力軸２３に対して芯金５２が右側（車体後方側）に移動しないように規制している。出力軸２３は、芯金５２の左端面５２２に当接する軸受（深みぞ形ラジアル玉軸受）４１により、ギヤハウジング２１のカバー２２に回転可能に軸支されている。

出力軸２３にねじ込まれたナット２６は、軸受４１の内輪を、芯金５２の左端面５２２との間で挟み込んでいる。また、軸受４１の外輪は、カバー２２に形成された軸受孔２２１にしまりばめで圧入され、この軸受孔２２１のリング溝に挿入された止め輪２７によって、カバー２２に固定されている。軸受４１の外輪を軸受孔２２１にしまりばめで圧入することにより、軸受４１の内部隙間は、負の値に設定されている。

図２及び図３に示すように、カバー２２には、肉盗み部２２２、２２２が形成されている。肉盗み部２２２、２２２は、カバー２２の軸受孔２２１を挟んで、図３のＹ軸方向（出力軸２３の軸線と中間シャフト１６の軸線を通る平面に対して垂直方向）の両側に形成されている。

従って、カバー２２のＹ軸方向には、軸方向の肉厚が他の方向の肉厚よりも薄い薄肉部が形成されているため、カバー２２のＹ軸方向の剛性が、他の方向の剛性よりも小さく形成されている。そのため、軸受孔２２１に軸受４１の外輪をしまりばめで圧入すると、軸受４１の外輪は、Ｙ軸方向が長径でＺ軸方向が短径の楕円形状になる。従って、軸受４１
のＹ軸方向にある玉の面圧が、その他の方向にある玉の面圧よりも小さくなる。

出力軸２３は、段部２３１の右側の外周が、軸受（深みぞ形ラジアル玉軸受）４２によって、ギヤハウジング２１に回転可能に軸支されている。軸受４２の外輪は、ギヤハウジング２１に形成された軸受孔２１１に圧入され、軸受４２の内輪は、その左端面が芯金５２の右端面５２１に当接している。

インナーシャフト１２Ｂにその右端（車体後方側端部）が圧入されたトーションバー２４は、その左端（車体前方側端部）が、図示しないピンによって出力軸２３の左端に連結されている。また、トーションバー２４の中間部が、出力軸２３の右端にブッシュ２９によって外周を軸支されている。

トーションバー２４に作用するトルクを検出するトルクセンサー６１は、センサーシャフト部６２、検出コイル６３及び６４、円筒部材６５から構成されている。センサーシャフト部６２は、出力軸２３の右端（車体後方側端部）に一体的に形成され、ギヤハウジング２１の内側に圧入されたヨーク６６に、検出コイル６３及び６４が配置されている。円筒部材６５は、センサーシャフト部６２の外周と、検出コイル６３及び６４の内周との間の隙間に配置されている。

円筒部材６５はインナーシャフト１２Ｂの左端（車体前方側端部）に固定され、センサーシャフト部６２には、軸方向に延びた複数の凸条が円周方向に等間隔に形成されている。円筒部材６５には、検出コイル６３及び６４に対向する位置に、円周方向に等間隔に複数の長方形の窓が形成されている。

ステアリングホイール１１を操作してインナーシャフト１２Ｂが回転すると、その回転力がトーションバー２４を介して出力軸２３に伝達される。この時、舵輪側の抵抗によって、インナーシャフト１２Ｂと出力軸２３を連結するトーションバー２４に捩れが生じ、センサーシャフト部６２の表面の凸条と円筒部材６５の窓との間に相対回転が生じる。

この相対回転で、センサーシャフト部６２に発生する磁束が増減し、この磁束の増減を検出コイル６３及び６４がインダクタンスの変化として検出する。この検出結果から、トーションバー２４に作用するトルクを検出し、電動モータ２５を駆動してウォーム５３を所要の操舵補助力で回転させる。ウォーム５３の回転は、ウォームホイール５１、出力軸２３、自在継手１５、中間シャフト１６を介してステアリングギヤ３０に伝達され、ステアリングギヤ３０に連結されたタイロッド３２を介して舵輪の向きを変更する。

本発明の実施例１で、従来例と同様に、自在継手１５に生じる二次偶力によって、出力軸２３にモーメント荷重Ｍが作用すると、出力軸２３には、図３のＹ軸方向（出力軸２３の軸線と中間シャフト１６の軸線を通る平面に対して垂直方向）に大きな荷重が加わる。

本発明の実施例１では、軸受４１の外輪は、Ｙ軸方向が長径でＺ軸方向が短径の楕円形状になって圧入されているため、軸受４１のＹ軸方向にある玉の面圧が、その他の方向にある玉の面圧よりも小さくなっている。従って、Ｙ軸方向に大きな荷重が加わっても、Ｙ軸方向にある玉の面圧が過大にならず、軸受の耐久性が向上すると共に、異音の発生を防止して、運転者に不快感を与えない。

次に本発明の実施例２について説明する。図４は本発明の実施例２を示すカバーの背面図である。以下の説明では、上記実施例１と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例２は、カバー２２のリブの配置によって、カバー２２のＹ軸方向の剛性を、他の方向の剛性よりも小さく形成した例である。すなわち、図４に示すように、カバー２２の背面には、カバー２２の軸心から放射状に、６本のリブ２２３が形成されているが、Ｙ軸方向のリブは省略されている。そのため、カバー２２のＹ軸方向の剛性が、他の方向の剛性よりも小さく形成されている。

従って、軸受孔２２１に軸受４１の外輪をしまりばめで圧入すると、軸受４１の外輪は、Ｙ軸方向が長径でＺ軸方向が短径の楕円形状になり、軸受４１のＹ軸方向にある玉の面圧が、その他の方向にある玉の面圧よりも小さくなる。そのため、Ｙ軸方向に大きな荷重が加わっても、Ｙ軸方向にある玉の面圧が過大にならず、軸受の耐久性が向上すると共に、異音の発生を防止して、運転者に不快感を与えない。

次に本発明の実施例３について説明する。図５は本発明の実施例３を示すカバーの背面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例３は、カバー２２のリブの肉厚を変えることによって、カバー２２のＹ軸方向の剛性を、他の方向の剛性よりも小さく形成した例である。すなわち、図５に示すように、カバー２２の背面には、カバー２２の軸心から放射状に、４５度間隔で８本のリブが形成されているが、Ｙ軸方向の２本のリブ２２５、２２５の肉厚Ｔ１が、他の方向の６本のリブ２２４の肉厚Ｔ２よりも薄く形成されている。そのため、カバー２２のＹ軸方向の剛性が、他の方向の剛性よりも小さく形成されている。

従って、軸受孔２２１に軸受４１の外輪をしまりばめで圧入すると、軸受４１の外輪は、Ｙ軸方向が長径でＺ軸方向が短径の楕円形状になり、軸受４１のＹ軸方向にある玉の面圧が、その他の方向にある玉の面圧よりも小さくなる。そのため、Ｙ軸方向に大きな荷重が加わっても、Ｙ軸方向にある玉の面圧が過大にならず、軸受の耐久性が向上すると共に、異音の発生を防止して、運転者に不快感を与えない。

本発明の実施例１の電動式パワーステアリング装置の全体を示し、一部を切断した全体正面図である。 図１の要部の縦断面図である。 図１のカバーの正面図である。 本発明の実施例２を示すカバーの背面図である。 本発明の実施例３を示すカバーの背面図である。 従来の電動式パワーステアリング装置の要部の縦断面図である。 図６のＰ矢視図である。

符号の説明

１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングシャフト
１２Ａ アウターシャフト
１２Ｂ インナーシャフト
１３ ステアリングコラム
１３Ａ アウターコラム
１３Ｂ インナーコラム
１４ 支持ブラケット
１５ 自在継手
１５１ 十字軸
１６ 中間シャフト
１７ 自在継手
１８ 車体
２０ アシスト装置
２１ ギヤハウジング
２１１ 軸受孔
２２ カバー
２２１ 軸受孔
２２２ 肉盗み部
２２３、２２４、２２５ リブ
２３ 出力軸
２３１ 段部
２４ トーションバー
２５ 電動モータ
２５１ ケース
２６ ナット
２７ 止め輪
２９ ブッシュ
３０ ステアリングギヤ
３１ 入力軸
３２ タイロッド
４１ 軸受（深みぞ形ラジアル玉軸受）
４２ 軸受（深みぞ形ラジアル玉軸受）
５１ ウォームホイール
５２ 芯金
５２１ 右端面
５２２ 左端面
５３ ウォーム
６１ トルクセンサー
６２ センサーシャフト部
６３、６４ 検出コイル
６５ 円筒部材
６６ ヨーク

Claims (4)

1. ギヤハウジング、
   上記ギヤハウジングに挿通されステアリングホイールの回転が伝達される入力軸、
   上記入力軸に連結された出力軸、
   上記出力軸に自在継手を介して連結され、出力軸の回転を車輪側に伝達する中間シャフト、
   上記入力軸に作用するトルクを検出するトルクセンサー、
   上記トルクセンサーの検出値に応じて所定の操舵補助力を上記出力軸に付与する電動モータ、
   上記ギヤハウジングを覆うカバーと上記出力軸との間に介挿され、その外輪がカバーにしまりばめで内嵌され、その内部隙間が負の値で、上記出力軸を回転可能に軸支する軸受を備え、
   上記カバーは、上記出力軸の軸線と中間シャフトの軸線を通る平面に対して垂直方向の剛性が、他の方向の剛性よりも小さく形成されていること
   を特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載された電動式パワーステアリング装置において、
   上記カバーには、
   上記出力軸の軸線と中間シャフトの軸線を通る平面に対して垂直方向に、軸方向の肉厚が他の方向の肉厚よりも薄い薄肉部が形成されていること
   を特徴とする電動式パワーステアリング装置。
3. 請求項１に記載された電動式パワーステアリング装置において、
   上記カバーは、
   上記カバーの軸心から放射状に形成されたリブを有し、
   上記出力軸の軸線と中間シャフトの軸線を通る平面に対して垂直方向のリブが省略されていること
   を特徴とする電動式パワーステアリング装置。
4. 請求項１に記載された電動式パワーステアリング装置において、
   上記カバーの軸心から放射状に形成されたリブの肉厚は、
   上記出力軸の軸線と中間シャフトの軸線を通る平面に対して垂直方向のリブが他の方向のリブよりも薄く形成されていること
   を特徴とする電動式パワーステアリング装置。

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