JP2006151043A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 噛合部のバックラッシュ量の減少と、ウォームの出力軸側及び出力軸と反対側を支持する転がり軸受によるウォームの軸長方向へのガタつきの低減とを、一つの弾性環体と、一方の転がり軸受とにより達成することができるようにする。
【解決手段】 電動モータ１の出力軸１ａに連動連結されるウォーム３の出力軸１ａ側をハウジング５に支持する第１の転がり軸受７の外周面を軸長方向へ弧状となる凸面７ｂとし、該凸面７ｂが内嵌される弧状凹面５３をハウジング５に設け、ウォーム３をウォームホイール４に向けて押付ける第１押付部２０ａ及びウォーム３の出力軸３ａと反対側を支持する第２の転がり軸受８の外輪８ｂを前記第１の転がり軸受７側へ押付ける第２押付部２０ｂを有する弾性環体２０を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は操舵補助力の発生源として電動モータを用いてなる電動パワーステアリング装置に関する。

車両用の電動パワーステアリング装置は、操舵補助用の電動モータ及び該電動モータの回転力を舵取手段に伝える減速歯車機構を備えており、操舵手段の回転に応じた舵取手段の動作を前記電動モータの回転により補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減するように構成されている。

減速歯車機構は前記電動モータの出力軸に連動連結される小歯車としてのウォームと、該ウォームに噛合する大歯車としてのウォームホイールとを備えており、ウォームが転がり軸受を介してハウジング内に回転自在に支持されている。

このように減速歯車機構が用いられた電動パワーステアリング装置にあっては、ウォーム及びウォームホイールの噛合部にバックラッシュが発生し、また、転がり軸受のアキシアル隙間によってウォームが軸長方向へガタつくことになる。

そこで、バックラッシュに対してはウォームの出力軸側を、その外周面に球状支持面を有する転がり軸受により支持し、ウォームの出力軸と反対側に、ウォーム及びウォームホイールの回転中心間距離が長短となる方向へウォームを付勢する付勢手段を設けることにより、前記噛合部のバックラッシュ量を少なくして転舵時のバックラッシュによる歯打ち音をなくするように構成されており、また、ウォームの軸長方向へのガタつきに対しては、前記出力軸側の転がり軸受の外輪の一側面に当接するねじ環を前記ハウジングに螺着し、該ねじ環が外輪を軸長方向へ押付ることにより転がり軸受のアキシアル隙間を少なくし、ウォームの軸長方向へのガタつきを低減するように構成されている電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１。）。
特開２００２−２１１４２１号公報

ところが、特許文献１のように付勢手段及びねじ環を備える電動パワーステアリング装置にあっては、ウォームの軸長方向へのガタつきを低減するためにねじ環、及び該ねじ環が螺着されるねじ孔を必要とするため、加工工数及び組立て工数が増加してコスト高となり、改善策が要望されていた。また、前記ねじ環は出力軸側の転がり軸受によるガタつきを低減するものであるため、ウォームの出力軸と反対側を転がり軸受により支持してウォームの回転性を高める場合にあっては、前記ねじ環とは別個に、出力軸と反対側の転がり軸受のアキシアル隙間を少なくするための手段が必要であり、この点においても改善策が要望されていた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は前記噛合部のバックラッシュ量の減少と、小歯車の出力軸側及び出力軸と反対側を支持する転がり軸受による小歯車の軸長方向へのガタつきの低減とを、一つの弾性環体と、一方の転がり軸受とにより達成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にある。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、電動モータの出力軸に連動連結される小歯車と、該小歯車の出力軸側及び出力軸と反対側を支持部材に回転自在に支持している第１及び第２の転がり軸受と、前記小歯車に噛合し、舵取手段に繋がる大歯車とを備え、前記電動モータの回転によって操舵補助するようにした電動パワーステアリング装置において、出力軸側の前記第１の転がり軸受の外周面は軸長方向へ弧状となる凸面を有しており、前記支持部材は前記凸面が内嵌される弧状凹面を有しており、前記小歯車を大歯車に向けて押付ける第１押付部及び前記第２の転がり軸受の外輪を前記第１の転がり軸受側へ押付ける第２押付部を有する弾性環体を備えることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記凸面及び前記弧状凹面は前記第１の転がり軸受の中心と同心の円弧をなしていることを特徴とする。

第１発明によれば、第１の転がり軸受の凸面が支持部材の弧状凹面に内嵌され、外輪の軸長方向への移動を止めてあるため、特別の位置維持部材を設けることなく第１の転がり軸受の位置を維持することができ、しかも、弾性環体の第１押付部により小歯車を大歯車に向けて押付け、噛合部に予圧を加えることができるため、前記噛合部のバックラッシュ量を少なくすることができ、さらに、弾性環体は第１押付部に加えて第２押付部を有し、この第２押付部により第１及び第２の転がり軸受に軸長方向の予圧を加えることができるため、第１及び第２の転がり軸受のアキシアルすきまを低減でき、アキシアルすきまによる音鳴りを減少させることができる。また、凸面及び弧状凹面によりウォームを転がり軸受の角すきま以上の揺動角度で揺動させることができバックラッシュ量の調整代を多くすることができる。

第２発明によれば、第１の転がり軸受による小歯車の揺動抵抗を低減でき、しかも、第１の転がり軸受の弧状凹面内での安定性をよくすることができる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の減速歯車機構部分の構成を示す拡大断面図、図２は電動パワーステアリング装置の全体構成を示す断面図、図３は図１の III−III 線の拡大断面図である。

電動パワーステアリング装置は、操舵補助用の電動モータ１と、該電動モータ１の出力軸１ａに軸継手２を介して連動連結される小歯車としてのウォーム３及び該ウォーム３に噛合する大歯車としてのウォームホイール４を有する減速歯車機構Ａと、該減速歯車機構Ａを収容して支持する支持部材としてのハウジング５と、前記減速歯車機構Ａに繋がる舵取手段６とを備えている。

この舵取手段６は、一端部が舵取りのための操舵輪Ｂに繋がる第１の操舵軸６１と、該操舵軸６１の他端部に連結され、操舵輪Ｂに加わる操舵トルクの作用によって捩れるトーションバー６２と、該トーションバー６２の他端部に連結され、減速歯車機構Ａに繋がる第２の操舵軸６３とを備え、該第２の操舵軸６３がユニバーサルジョイントを介して例えばラックピニオン式の舵取機構（不図示）に繋がる。

ハウジング５は歯車本体３ａの両端に軸部３ｂ，３ｃを有するウォーム３を収容し、該ウォーム３の軸部３ｂ，３ｃを、第１及び第２の転がり軸受７，８により回転自在に支持してある第１収容部５ａと、ウォームホイール４を収容し、該ウォームホイール４を第２の操舵軸６３及び第２の操舵軸６３に嵌合された第３及び第４の転がり軸受９，１０を介して支持してある第２収容部５ｂとを有するアルミニウム製であり、成形されている。

第１収容部５ａはウォーム３の軸長方向に長くなっており、その長手方向一端部には第１の転がり軸受７を嵌合支持する支持孔５１と、該支持孔５１に連なるモータ取付部５２とが設けられており、支持孔５１に第１の転がり軸受７の中心と同心の円弧をなす弧状凹面５３と、該弧状凹面５３の二等分位置からモータ取付部５２側へ支持孔５１の中心軸線と平行的に切欠きされ、第１の転がり軸受７の幅より広幅とした二つの案内溝５１ａ，５１ａとが設けられている。尚、案内溝５１ａ，５１ａの底面間の距離は第１の転がり軸受７の直径以上になっている。また、第１収容部５ａの他端部には弾性環体２０を介して第２の転がり軸受８を支持し、その中心軸線に対してテーパをなす支持孔５４及び該支持孔５４に連なる環状溝５５が設けられている。また、モータ取付部５２に電動モータ１が取付けられている。

第１の転がり軸受７の外輪７ａの外周面には、軸長方向へ弧状となり、弧状凹面５３に内嵌される凸面７ｂが設けられており、凸面７ｂが弧状凹面５３に内嵌されることにより外輪７ａの軸長方向への移動を止め、第１の転がり軸受７の位置を維持することができるように構成されている。また、凸面７ｂは第１の転がり軸受７の中心と同心の円弧をなしている。凸面７ｂの頂点における直径は弧状凹面５３の縁における内径、換言すれば支持孔５１の内径より大径であるが、支持孔５１の周方向の二箇所には弧状凹面５３に臨む案内溝５１ａ，５１ａが設けられているため、外輪７ａを弧状凹面５３に内嵌するとき、外輪７ａのラジアル方向が支持孔５１の中心軸線と平行となるようにしてモータ取付部５２側から外輪７ａを案内溝５１ａ，５１ａに挿入し、さらに該外輪７ａの凸面７ｂの頂点部を弧状凹面５３内に位置させた状態で転がり軸受を９０度回転させることにより、凸面７ｂを弧状凹面５３に内嵌することができるようになっている。

減速歯車機構Ａのウォーム３は複数条の歯を有する歯車本体３ａの両端に第１及び第２の軸部３ｂ，３ｃを有する。第１の軸部３ｂは第１の転がり軸受７の内輪７ｃに嵌入され、第１の転がり軸受７により弧状凹面５３に回転自在に支持されている。第２の軸部３ｃは第２の転がり軸受８の内輪８ａに圧入され、第２の転がり軸受８及び該転がり軸受８に外嵌された弾性環体２０を介して支持孔５４に回転自在に支持されている。また、第１の軸部３ｂには第１の転がり軸受７に対して軸長方向へ相対移動するのを止める止め環１２が設けられている。

ウォームホイール４は第２の操舵軸６３の途中に嵌合固定されており、この第２の操舵軸６３が第３及び第４の転がり軸受９，１０を介して第２収容部５ｂに回転自在に支持されている。

図４は弾性環体の構成を示す拡大断面図、図５は図４のＶ−Ｖ線の断面図である。
弾性環体２０はウォーム３をウォームホイール４に向けて押付ける第１押付部２０ａ及び第２の転がり軸受８の外輪８ｂをウォーム３の第１の軸部３ｂ側、換言すれば出力軸１ａ側に向けて押付ける第２押付部２０ｂを有しており、内側に第２の転がり軸受８の外輪８ｂが圧入されており、外周面が中心軸線に対してテーパをなしており、テーパをなす支持孔５４に内嵌してある。

この弾性環体２０は内側に内環部材２１が内嵌され、外側に外環部材２２が外嵌されたゴム環からなり、支持孔５４に内嵌して軸長方向に撓ませた状態で環状溝５５に止め輪１１を嵌め込むことにより軸長方向への弾性復元力が発生し、この弾性復元力が第２の転がり軸受８を介して第２の軸部３ｃに加わり、さらに歯車本体３ａから第１の軸部３ｂを経て第１の転がり軸受７の内輪７ｃに加わり、第１及び第２の転がり軸受７，８に軸長方向の予圧を加えるようにしてある。また、内環部材２１の一端には外輪８ｂの一側面に当接する鍔部２１ａが突設されている。尚、内環部材２１、外環部材２２は合成樹脂材料、金属材料等のゴム材料よりも硬質の材料からなる。

第１押付部２０ａは、径方向への撓みが可能になっており、この第１押付部２０ａの弾性復元力によりウォーム３をウォームホイール４に向けて押付けるようにしてある。第１押付部２０ａの撓みは、例えば支持孔５４の中心及び転がり軸受９，１０を嵌合支持する支持孔５６，５７の中心間距離Ｌを、ウォーム３のピッチ円直径φｄのφｄ／２と、ウォームホイール４のピッチ円直径φＤのφＤ／２とを加算した寸法より小さくなるように設定し、ウォーム３の第１及び第２の軸部３ｂ，３ｃを第１及び第２の転がり軸受７，８で支持したとき、弾性環体２０がウォーム３及びウォームホイール４の回転中心間距離Ｈが長くなる方向へ撓むようにしてある。

電動モータ１の出力軸１ａとウォーム３の第１の軸部３ｂとは可撓性を有する軸継手２を介して軸長方向への相対移動を可能に結合されている。この軸継手２はゴム性の筒部材２ａと、該筒部材２ａに内嵌された２つの伝動筒部材２ｂ，２ｂとからなり、この伝動筒部材２ｂ，２ｂ、出力軸１ａ及び第１の軸部３ｂにセレーションが設けられている。

尚、ハウジング５内には、トーションバー６２の捩れに応じた第１の操舵軸６１及び第２の操舵軸６３の相対回転変位量によって操舵輪Ｂに加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ１３が内装されており、該トルクセンサ１３が検出したトルク等に基づいて電動モータ１が駆動制御されるように構成されている。

以上のように構成された電動パワーステアリング装置は、ウォーム３を組込む場合、例えば第１の転がり軸受７をモータ取付部５２側から案内溝５１ａ，５１ａを経て弧状凹面５３に挿入し、第１の転がり軸受７の凸面７ｂを弧状凹面５３に内嵌した状態で、第２の軸部３ｃに第２の転がり軸受８の内輪８ａが圧入されたウォーム３を支持孔５４側から第１収容部５ａに挿入し、第１の軸部３ｂを第１の転がり軸受７の内輪７ｃに嵌入する。そして、弾性環体２０を支持孔５４に挿入し、該弾性環体２０を第２の転がり軸受８の外輪８ｂに外嵌することにより弾性環体２０を介して第２の転がり軸受８を支持孔５４に支持し、モータ取付部５２側から第１の軸部３ｂに止め輪１２を取付ける。

この場合、弾性環体２０を軸長方向へ押付け、軸長方向へ撓ませた状態で止め輪１１を環状溝５５に嵌合することにより弾性環体２０を固定することができ、しかも、弾性環体２０の第１押付部２０ａが回転中心環距離Ｈが長くなる方向へ撓むとともに（図３参照）、第２押付部２０ｂが軸長方向へ撓み、第１押付部２０ａの弾性復元力によりウォーム３をウォームホイール４に向けて押付け、噛合部に予圧を加えることができ、第２押付部２０ｂの弾性復元力により第２の転がり軸受８、ウォーム３及び第１の転がり軸受７を軸長方向へ押付け、第１及び第２の転がり軸受７，８に軸長方向の予圧を加えることができる。この結果、噛合部のバックラッシュ量を少なくすることができるとともに、第１及び第２の転がり軸受７，８のアキシアル隙間を低減できる。

また、第１押付部２０ａによりウォームホイール４に向けて押付けられたウォーム３は第１の転がり軸受７への支持部を中心として揺動することになるが、第１の転がり軸受７の外輪７ａに設けられた円弧をなす凸面７ｂが、ハウジング５に設けられた円弧をなす弧状凹面５３に内嵌されているため、この弧状凹面５３を中心として第１の転がり軸受７及びウォーム３を揺動させることができ、ウォーム３の揺動許容量を多くすることができる。

また、ウォーム３及びウォームホイール４は回転中心線に対しその歯すじが回転方向へ捩じれているため、ウォーム３及びウォームホイール４に回転トルクが加わるとき、ウォーム３に軸長方向への押付力が加わることになる。この場合、第１の転がり軸受７の外輪７ａに設けられた円弧をなす凸面７ｂが、ハウジング５に設けられた円弧をなす弧状凹面５３に内嵌されているため、ウォーム３に加わる軸長方向への押付力は第１の転がり軸受７から凸面７ｂを経て弧状凹面５３に加わり、ウォーム３の軸長方向への移動を規制することができる。従って、弾性環体２０の撓み量を制限でき、弾性環体２０の過剰撓みによる破損を防ぐことができる。

尚、以上説明した実施の形態では、第１の転がり軸受７の凸面７ｂがハウジングの弧状凹面５３に内嵌されることにより外輪の軸長方向移動を止めるように構成したが、その他、図６、図７に示すように構成してもよい。図６、図７は要部の他の実施形態を示す断面図である。図６の電動パワーステアリング装置は、支持孔５１に内嵌保持される嵌合環１４の内周面が弧状凹面５３を有しており、さらにこの弧状凹面５３の周方向二箇所に臨む案内溝５１ａ，５１ａ（図６では図示せず）を有する構成としたものである。図７の電動パワーステアリング装置は、支持孔５１に内嵌保持され、その端部にフランジ１５ａを有する嵌合環１５の内周面が弧状凹面５３を有しており、さらにこの弧状凹面５３の周方向二箇所に臨む案内溝５１ａ，５１ａ（図７では図示せず）を有しており、嵌合環１５が支持孔５１に内嵌された後、フランジ１５ａに設けられている貫通孔からハウジング５に設けられているねじ孔５８に雄ねじ１６を緊締することにより嵌合環１５を強固に固定するように構成したものである。

また、以上説明した実施の形態では、支持孔５４と支持孔５６，５７との中心間距離Ｌを、φｄ／２とφＤ／２とを加算した寸法よりも小さくなるように設定することにより、第１押付部２０ａを撓ませるように構成したが、その他、例えば弾性環体２０の外輪８ｂへの嵌合孔、換言すれば内環部材２１を回転中心間距離Ｈが短くなる方向へ偏心させ、ウォーム３の第２の軸部３ｃを第２の転がり軸受８で支持したとき、弾性環体２０が回転中心間距離Ｈが長くなる方向へ撓むようにしてもよい。

また、以上説明した実施の形態では、ハウジング５の支持孔５４自体がテーパをなすように構成したが、その他、ハウジング５に内嵌される嵌合環（不図示）の内周面がテーパをなす支持孔５４を構成するようにしてもよい。
また、以上説明した実施の形態の減速歯車機構Ａは、ウォーム３である小歯車及びウォームホイール４である大歯車を備えたウォーム歯車である他、ベベルギヤ、ハイポイドギヤであってもよい。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の減速歯車機構部分の構成を示す拡大断面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成を示す断面図である。 図１の III−III 線の拡大断面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の弾性環体の構成を示す拡大断面図である。 図４のＶ−Ｖ線の断面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部の他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部の他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 電動モータ
１ａ 出力軸
３ ウォーム（小歯車）
４ ウォームホイール（大歯車）
５ ハウジング（支持部材）
５３ 弧状凹面
６ 舵取手段
７ 第１の転がり軸受（軸受）
７ｂ 凸面
８ 第２の転がり軸受
２０ 弾性環体
２０ａ 第１押付部
２０ｂ 第２押付部

Claims (2)

1. 電動モータの出力軸に連動連結される小歯車と、該小歯車の出力軸側及び出力軸と反対側を支持部材に回転自在に支持している第１及び第２の転がり軸受と、前記小歯車に噛合し、舵取手段に繋がる大歯車とを備え、前記電動モータの回転によって操舵補助するようにした電動パワーステアリング装置において、出力軸側の前記第１の転がり軸受の外周面は軸長方向へ弧状となる凸面を有しており、前記支持部材は前記凸面が内嵌される弧状凹面を有しており、前記小歯車を大歯車に向けて押付ける第１押付部及び前記第２の転がり軸受の外輪を前記第１の転がり軸受側へ押付ける第２押付部を有する弾性環体を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記凸面及び前記弧状凹面は前記第１の転がり軸受の中心と同心の円弧をなしている請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
   

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