(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ取り付け用開口を有するハウジングと、
そのハウジングに、その開口を閉鎖するように取り付けられる操舵補助力発生用モータと、
そのモータにより回転駆動可能な駆動シャフトと、
前記モータ取り付け用開口に連なるようにハウジング内に設けられた駆動シャフト配置孔内で、その駆動シャフトを軸方向に離れた２位置において支持する転がり軸受と、
その駆動シャフトの外周に設けられた駆動ギアと、
その駆動ギアに噛み合う従動ギアと、
その従動ギアに連結されるステアリングシャフトと、
両転がり軸受に軸方向から予圧を付与できるようにハウジング側にねじ込まれる予圧付与部材とを備える電動パワーステアリング装置において、
その予圧付与部材は、駆動シャフトを囲む環状とされ、その外周に雄ねじ部が形成され、そのハウジング内のモータ側の転がり軸受とモータとの間において前記駆動シャフト配置孔と同心の雌ねじ孔にねじ合わされ、
その予圧付与部材の外周の雄ねじ部にロックナットがねじ合わされ、
そのモータの出力軸側のボスと駆動シャフトとは、そのボスの内周と駆動シャフトの外周とに形成された歯を介して回転伝達可能に連結され、その歯よりもボスの外部側においてボスの内周と駆動シャフトの外周との間をシールする部材が設けられ、そのシール部材よりもボスの内部側に閉空間が形成され、その閉空間にグリースが封入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２】
その雌ねじ孔の内径は駆動シャフト配置孔の内径以上とされている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、操舵補助動力発生用モータの出力を、ギアを介してステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ取り付け用開口を有するハウジングと、そのハウジングに、その開口を閉鎖するように取り付けられる操舵補助力発生用モータと、そのモータにより回転駆動可能な駆動シャフトと、その駆動シャフトを、前記モータ取り付け用開口に連なるようにハウジング内に設けられた駆動シャフト配置孔内で、その駆動シャフトを軸方向に離れた２位置において支持する転がり軸受と、その駆動シャフトの外周に設けられた駆動ギアと、その駆動ギアに噛み合う従動ギアと、その従動ギアに連結されるステアリングシャフトとを備え、そのモータの出力軸側のボスと駆動シャフトとは、そのボスの内周と駆動シャフトの外周とに形成されたセレーションの歯を介して回転伝達可能に連結されている電動パワーステアリング装置が従来より用いられている。
【０００３】
上記従来の電動パワーステアリング装置において、駆動シャフトが振動等により軸方向に移動すると、駆動ギアと従動ギアとの衝突により騒音が発生する。
【０００４】
そこで、その駆動シャフトを支持する転がり軸受として、内部すきまの小さなベアリングや４点接触ベアリング等の高精度ベアリングを用い、その駆動シャフトの軸方向の移動を防止していた。また、その駆動ギアと従動ギアとの間のバックラッシを可及的に小さくすることで、その駆動シャフトの軸方向移動量を小さくしていた。
【０００５】
また、ハウジング側にねじ込まれる予圧付与部材により両転がり軸受に軸方向から予圧を付与することで、その駆動シャフトの軸方向の移動を防止するものも提案されている（実開平３‐１２８５６５号）。その予圧付与部材はボルト状で、モータとは反対側からハウジングにねじ込まれ、その一端により間座を介してモータとは反対側の転がり軸受を押すことで予圧を付与する。その予圧付与部材の他端はハウジングの外部に露出し、その露出部の外周にロックナットがねじ合わされている。
【０００６】
また、その駆動シャフトが振動等によりモータの出力軸側のボスに対し相対回転すると、モータの出力軸側のボスの内周と駆動シャフトの外周におけるセレーションを構成する歯の衝突音が発生する。そこで、そのボスの内周と駆動シャフトの外周との間にＯリングを介在させ、そのボスと駆動シャフトとの相対回転を規制する摩擦抵抗を付与していた（実公平６‐１６８５６号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
駆動シャフトを支持する転がり軸受として高精度ベアリングを用いるとコストが増大する。また、駆動ギアと従動ギアとの間のバックラッシを小さくすると、ステアリングホイールが操舵後に直進位置へ円滑に戻らなくなる。
【０００８】
また、予圧付与部材をモータとは反対側からハウジングにねじ込むと、組み立てラインにおいてハウジングにモータを取り付ける方向と予圧付与部材を取り付ける方向とが互いに反対になり、作業者の姿勢変更が必要になるため、組み立て時の作業性が悪くなる。
【０００９】
また、ボルト状の予圧付与部材にねじ合わされる雌ねじ孔の内径は、駆動シャフト配置孔の内径よりも小さいものとなる。そのため、その予圧付与部材をモータとは反対側からハウジングにねじ込むと、その駆動シャフト配置孔はハウジングのモータ取り付け用開口の側から加工する必要がある。一方、その予圧付与部材にねじ合わされる雌ねじ孔は、モータ取り付け用開口から離れた位置にあるため、長尺のカッターを用いてモータ取り付け用開口の側から加工するか、若しくは、モータ取り付け用開口とは反対側から加工する必要がある。そのため、両孔の同心加工精度が低下し、予圧を径方向に関し均一に付与することができなくなる。
【００１０】
また、その予圧付与部材の端部やロックナットがハウジングの外部に露出していると、ハウジングの外部から作用する力により予圧付与部材が緩んでしまうおそれがある。
【００１１】
また、モータの出力軸側のボスの内周と駆動シャフトの外周との間にＯリングを介在させ、摩擦抵抗によりボスと駆動シャフトとの相対回転を規制しても、ボスの内周と駆動シャフトの外周におけるセレーションを構成する歯が長期使用により摩耗すると、その歯の衝突音が大きくなってしまう。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決することの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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータ取り付け用開口を有するハウジングと、そのハウジングに、その開口を閉鎖するように取り付けられる操舵補助力発生用モータと、そのモータにより回転駆動可能な駆動シャフトと、前記モータ取り付け用開口に連なるようにハウジング内に設けられた駆動シャフト配置孔内で、その駆動シャフトを軸方向に離れた２位置において支持する転がり軸受と、その駆動シャフトの外周に設けられた駆動ギアと、その駆動ギアに噛み合う従動ギアと、その従動ギアに連結されるステアリングシャフトと、両転がり軸受に軸方向から予圧を付与できるようにハウジング側にねじ込まれる予圧付与部材とを備える電動パワーステアリング装置において、その予圧付与部材は、駆動シャフトを囲む環状とされ、その外周に雄ねじ部が形成され、そのハウジング内のモータ側の転がり軸受とモータとの間において前記駆動シャフト配置孔と同心の雌ねじ孔にねじ合わされ、その予圧付与部材の外周の雄ねじ部にロックナットがねじ合わされ、そのモータの出力軸側のボスと駆動シャフトとは、そのボスの内周と駆動シャフトの外周とに形成された歯を介して回転伝達可能に連結され、その歯よりもボスの外部側においてボスの内周と駆動シャフトの外周との間をシールする部材が設けられ、そのシール部材よりもボスの内部側に閉空間が形成され、その閉空間にグリースが封入されていることを特徴とする。
【００１４】
その雌ねじ孔の内径は駆動シャフト配置孔の内径以上とされているのが好ましい。
【００１６】
【発明の作用および効果】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、駆動シャフトを支持する両転がり軸受に、予圧付与部材によって軸方向から予圧を付与することで、その駆動シャフトの軸方向移動を阻止して騒音発生を防止できる。これにより、駆動シャフトを支持する転がり軸受として高精度ベアリングを用いる必要がなく、コストを低減でき、また、駆動ギアと従動ギアとの間のバックラッシを必要以上に小さくする必要がないので、ステアリングホイールを操舵後に直進位置へ円滑に戻すことができる。
【００１７】
また、駆動シャフトを囲む環状とされた予圧付与部材を、ハウジング内のモータ側の転がり軸受とモータとの間に配置することで、組み立てラインにおいてハウジングにモータを取り付ける方向と予圧付与部材を取り付ける方向とを同一とすることができ、作業者の姿勢変更が不要になるため、組み立て時の作業性を向上できる。
【００１８】
その予圧付与部材は、そのモータの取り付け後はハウジングの外部に露出することはなく、ハウジングの外部から作用する力により予圧付与部材が緩んでしまうことはない。
【００１９】
さらに、予圧付与部材の外周の雄ねじ部にねじ合わされるロックナットも、そのモータの取り付け後はハウジングの外部に露出することはなく、ハウジングの外部から作用する力により予圧付与部材が緩んでしまうのをより確実に防止できる。
【００２０】
また、その予圧付与部材を、外周の雄ねじ部を介してモータと同一側から駆動シャフト配置孔と同心の雌ねじ孔にねじ合わせ、その雌ねじ孔の内径を駆動シャフト配置孔の内径以上とすることで、その雌ねじ孔を駆動シャフト配置孔と同一側から、長尺の工具を用いることなく加工できる。これにより、両孔の同心加工精度を向上でき、径方向に関し均一に予圧を付与することができる。
【００２１】
また、モータの出力軸側のボスの内周と駆動シャフトの外周との間にシール部材を介在させることで、摩擦抵抗によりボスと駆動シャフトとの相対回転を規制し、そのボスの内周と駆動シャフトの外周における歯の衝突音を防止できる。さらに、そのシール部材よりもボスの内部側に形成される閉空間にグリースを封入することで、その駆動シャフトの外周の歯とボスの内周の歯との間の隙間にグリースを常に介在させ、両歯の衝突を防止でき、また、その歯の耐摩耗性を長期に亘り向上することによって衝突音が大きくなるのを防止できる。
【００２２】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００２３】
図１に示す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２の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオン４に噛み合うラック５を移動させ、そのラック５にタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介し連結される車輪６の舵角を変化させる。
【００２４】
そのステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、その検出された操舵トルクに応じ駆動される操舵補助力発生用モータ８と、そのモータ８の回転力をステアリングシャフト３に伝達するためのウォーム（駆動ギア）９とウォームホイール（従動ギア）１０とが設けられている。
【００２５】
そのトルクセンサ７は、前記ステアリングシャフト３を覆うハウジング２１を有する。そのハウジング２１は２部材２１ａ、２１ｂを連結することで構成されている。そのハウジング２１内においてステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連結される第１シャフト３ａと、この第１シャフト３ａにピン２２により連結される筒状の第２シャフト３ｂと、この第２シャフト３ｂの外周にブッシュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の第３シャフト３ｃとに分割されている。各シャフト３ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿って弾性部材としてトーションバー２３が挿入されている。そのトーションバー２３の一端は第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとに前記ピン２２により連結され、他端はピン２４により第３シャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている。
【００２６】
図２に示すように、その第２シャフト３ｂの外周の一部と第３シャフト３ｃの内周の一部とは互いに対向する非円形部３ｂ′、３ｃ′とされ、その第２シャフト３ｂの非円形部３ｂ′と第３シャフト３ｃの非円形部３ｃ′とが当接することで、両シャフト３ｂ、３ｃの相対回転は一定範囲に規制される。その規制により、過大なトルクがステアリングシャフト３に作用した場合のトーションバー２３の破損を防止している。
【００２７】
その第２シャフト３ｂは、そのハウジング２１に圧入されたステアリングコラム３０に、ブッシュ３１を介して支持される。その第３シャフト３ｃは、ハウジング２１に取り付けられる２個のボールベアリング２６、２７により、軸方向に離れた２位置において支持され、その一方のボールベアリング２７の内輪は、第３シャフト３ｃの外周の段差３ｃ′と第３シャフト３ｃにねじ合わされたナット２９とで挟まれ、これにより、第３シャフト３ｃのハウジング２１に対する軸方向移動が規制されている。そのハウジング２１は、ブラケット２８を介して車体に取り付けられる。
【００２８】
その第３シャフト３ｃの外周に上記ウォームホイール１０が圧入される。そのウォームホイール１０は、外周側の合成樹脂製歯部１０ａと、内周側の金属製スリーブ１０ｂとを一体化することで構成されている。そのウォームホイール１０に噛み合う上記ウォーム９は、駆動シャフト５０の外周に一体的に形成されている。その駆動シャフト５０が上記モータ８により駆動可能とされている。そのウォーム９は鋼製とされ、表面は窒化処理されている。
【００２９】
そのトルクセンサ７は、そのハウジング２１により保持される第１、第２検出コイル３３、３４と、その第２シャフト３ｂの外周に嵌め合わされてピン３５により固定される磁性材製の第１検出リング３６と、その第３シャフト３ｃの外周に圧入される磁性材製の第２検出リング３７とを有する。その第１検出リング３６の一端面と第２検出リング３７の一端面とは互いに対向するように配置され、各検出リング３６、３７の対向端面に、それぞれ歯３６ａ、３７ａが周方向に沿って複数設けられている。その第１検出リング３６の他端側は一端側よりも外径の小さな小径部３６ｂとされている。その第１検出コイル３３は第１検出リング３６と第２検出リング３７の対向間を覆うように配置され、第２検出コイル３４は第１検出リング３６を覆うように配置され、各検出コイル３３、３４は、ハウジング２１に取り付けられるプリント基板４１に配線によって接続される。
【００３０】
そのプリント基板４１に、図３に示す信号処理回路が形成されている。すなわち、第１検出コイル３３は抵抗４５を介して発振器４６に接続され、第２検出コイル３４は抵抗４７を介して発振器４６に接続され、各検出コイル３３、３４は差動増幅回路４８に接続される。これにより、トルク伝達によりトーションバー２３が捩れ、第１検出リング３６と第２検出リング３７とが相対的に回転すると、各検出リング３６、３７の歯３６ａ、３７ａの対向面積が変化する。その面積変化により、その歯３６ａ、３７ａの対向間における第１検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その変化に応じ第１検出コイル３３の出力が変化し、その出力に対応した伝達トルクが検出される。また、第２検出コイル３４は第１検出リング３６の小径部３６ｂに対向する。その小径部３６ｂの外径は、操舵抵抗の作用していない状態で、第２検出コイル３４の発生磁束に対する磁気抵抗と第１検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗とが等しくなるように、設定されている。これにより、温度変動による第１検出コイル３３の出力変動は、温度変動による第２検出コイル３４の出力変動に等しくなるので差動増幅回路４８により打ち消され、伝達トルクの検出値の温度による変動が補償される。その差動増幅回路４８から出力される伝達トルクに対応した信号に応じて前記モータ８が駆動され、前記ウォーム９、ウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３に操舵補助力が付与される。
【００３１】
図４に示すように、上記操舵補助力発生用モータ８は、上記ハウジング２１に形成されたモータ取り付け用開口２１′を閉鎖するように、そのハウジング２１にボルトによって取り付けられる。そのモータ８の出力軸８ａは電磁クラッチ５１に接続されている。すなわち、その出力軸８ａは電磁クラッチ５１の駆動側部材５２に一体化されると共にボールベアリング５３を介して従動側部材５４に相対回転可能に連結される。その駆動側部材５２に取り付けられた摩擦板５５と従動側部材５４に取り付けられた摩擦板５６とが、ソレノイド５７の励磁により接続され、消磁により接続解除される。
【００３２】
その従動側部材５４のボス５４ａと上記駆動シャフト５０とが、そのボス５４ａの内周と駆動シャフト５０の外周とに形成されたセレーション５９の歯を介して回転伝達可能に連結されている。図５に示すように、そのセレーション５９を構成する歯よりもボス５４ａの外部側において、そのボス５４ａの内周と駆動シャフト５０の外周との間をシールするＯリング６０が設けられている。そのＯリング６０よりもボス５４ａの内部側に、そのＯリング６０と、駆動シャフト５０と、ボス５４ａと、モータ８の出力軸８ａと、ボールベアリング５３とにより囲まれる閉空間６１が形成され、その閉空間６１にグリースが封入されている。
【００３３】
その駆動シャフト５０は、上記モータ取り付け用開口２１′に連なるようにハウジング２１内に設けられた駆動シャフト配置孔２１″内で、軸方向に離れた２位置において転がり軸受６２、６３により支持されている。その転がり軸受６２、６３として、本実施例では深溝玉軸受が用いられている。その駆動シャフト配置孔２１″のモータ８とは反対側の端部は、壁２１ｃとされて閉鎖されている。そのモータ８とは反対側の転がり軸受６２の外輪６２ａは、その駆動シャフト配置孔２１″の端部を閉鎖する壁２１ｃに当接し、内輪６２ｂは、その駆動シャフト５０の外周に形成された第１フランジ５０ａに当接する。そのモータ８側の転がり軸受６３の外輪６３ａは、後述の予圧付与部材６５に直接当接し、内輪６３ｂは、その駆動シャフト５０の外周に形成された第２フランジ５０ｂに当接する。
【００３４】
その予圧付与部材６５は駆動シャフト５０を囲む環状とされ、その外周に形成された雄ねじ部６５ａを介し、駆動シャフト配置孔２１″と同心に形成された雌ねじ孔２１ａ″にねじ合わされる。その雌ねじ孔２１ａ″の内径は駆動シャフト配置孔２１″の内径以上とされている。また、その予圧付与部材６５の外周の雄ねじ部６５ａにロックナット６６がねじ合わされ、このロックナット６６がハウジング２１に押し付けられることで予圧付与部材６５の回転がロックされる。その予圧付与部材６５とロックナット６６とは、駆動シャフト５０を支持するモータ８側の転がり軸受６３とモータ８との間に、そのモータ８のハウジング２１への取り付け前に、上記モータ取り付け用開口２１′からハウジング２１内に挿入される。
【００３５】
その予圧付与部材６５をハウジング２１にねじ込み、モータ８側の転がり軸受６３の外輪６３ａを軸方向から押すと、その押し付け力は外輪６３ａからボール６３ｃを介して内輪６３ｂに伝達され、その内輪６３ｂは駆動シャフト５０の外周に形成された第２フランジ５０ｂに押し付けられ、その第２フランジ５０ｂから第１フランジ５０ａを介してモータ８とは反対側の転がり軸受６２の内輪６２ｂに伝達され、その内輪６２ｂからボール６２ｃを介して外輪６２ａに伝達され、その外輪６３ａはハウジング２１の壁２１ｃに押し付けられる。これにより、両軸受６２、６３に予圧を付与することができる。
【００３６】
上記構成によれば、駆動シャフト５０を支持する両転がり軸受６２、６３に予圧付与部材６５によって軸方向から予圧を付与することで、その駆動シャフト５０の軸方向移動を阻止して騒音発生を防止できる。これにより、駆動シャフト５０を支持する転がり軸受として高精度ベアリングを用いる必要がなく、コストを低減でき、また、ウォーム９とウォームホイール１０との間のバックラッシを必要以上に小さくする必要がないので、ステアリングホイール２を操舵後に直進位置へ円滑に戻すことができる。
【００３７】
また、駆動シャフト５０を囲む環状の予圧付与部材６５を、ハウジング２１内のモータ８側の転がり軸受６３とモータ８との間に配置することで、組み立てラインにおいてハウジング２１にモータ８を取り付ける方向と予圧付与部材６５を取り付ける方向とが同一となり、作業者の姿勢変更が不要になるため、組み立て時の作業性を向上できる。
【００３８】
その予圧付与部材６５とロックナット６６とは、そのモータ８の取り付け後はハウジング２１の外部に露出することはないので、ハウジング２１の外部から作用する力により予圧付与部材６５が緩んでしまうことはない。
【００３９】
また、予圧付与部材６５を、外周の雄ねじ部６５ａを介してモータ８と同一側から駆動シャフト配置孔２１″と同心の雌ねじ孔２１ａ″にねじ合わせ、その雌ねじ孔２１ａ″の内径を駆動シャフト配置孔２１″の内径以上とすることで、その雌ねじ孔２１ａ″を駆動シャフト配置孔２１″と同一側から、長尺の工具を用いることなく加工できる。これにより、両孔２１″、２１ａ″の同心加工精度を向上でき、径方向に関し均一に予圧を付与することができる。
【００４０】
その予圧付与部材６５はモータ８側の転がり軸受６３に軸方向から直接当接するので、予圧付与部材と転がり軸受との間に介在する間座の変形による駆動シャフトの軸方向移動が生じることはない。これにより、駆動シャフト５０に路面側から過大な力が作用しても騒音が発生することはなく、また、部品点数を削減できる。
【００４１】
また、モータ８の出力軸８ａ側のボス５４ａの内周と駆動シャフト５０の外周との間に介在させるＯリング６０により摩擦抵抗を付与し、そのボス５４ａと駆動シャフト５０との相対回転を規制することで、そのボス５４ａの内周と駆動シャフト５０の外周におけるセレーション５９を構成する歯の衝突音を防止できる。さらに、そのＯリング６０よりもボス５４ａの内部側に形成される閉空間６１にグリースを封入することで、その駆動シャフト５０の外周のセレーション５９を構成する歯とボス５４ａの内周のセレーション５９を構成する歯との間の隙間にグリースを常に介在させ、両歯の衝突を防止でき、また、その歯の耐摩耗性を長期に亘り向上することによって衝突音が大きくなるのを防止できる。
【００４２】
また、上記実施例では、鋼製ウォーム９の表面を窒化処理により硬化しているので、ウォーム９の摩耗を防止でき、ウォーム９とウォームホイール１０との間のバックラッシを摩耗を見込んで不必要に小さくする必要はなく、ステアリングホイール２を操舵後に直進位置へ円滑に戻すことができる。また、その摩耗の防止によりウォーム９とウォームホイール１０との間の伝達効率の低下を防止できる。
【００４３】
また、上記実施例においては、ウォームホイール１０が取り付けられているステアリングシャフト３の第３シャフト３ｃを、２個のボールベアリング２６、２７により軸方向に離れた２位置において支持し、その一方のボールベアリング２７の内輪を第３シャフト３ｃの外周の段差３ｃ′と第３シャフト３ｃにねじ合わされたナット２９とで挟むことで、その第３シャフト３ｃのハウジング２１に対する軸方向移動を規制している。これにより、そのウォームホイール１０とウォーム９との間のバックラッシがステアリングシャフト３の軸方向移動により必要以上に小さくなるのを防止でき、ステアリングホイール２を操舵後に直進位置へ円滑に戻すことができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例ではモータの出力軸側のボスと駆動シャフトとをセレーションの歯を介して連結したが、スプラインの歯を介して連結してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】本発明の実施例の電動パワーステアリング装置のトルクセンサの回路構成の説明図
【図４】図１のＩＶ‐ＩＶ線断面図
【図５】本発明の実施例の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【符号の説明】
３  ステアリングシャフト
８  操舵補助力発生用モータ
８ａ  出力軸
９  ウォーム（駆動ギア）
１０  ウォームホイール（従動ギア）
２１  ハウジング
２１ａ″  雌ねじ孔
２１″  駆動シャフト配置孔
５０  駆動シャフト
５４ａ  ボス
５９  セレーション
６０  Ｏリング（シール部材）
６１  閉空間
６２、６３  転がり軸受
６５  予圧付与部材
６５ａ  雄ねじ部
６６  ロックナット
【図１】
0003604460.tif 000002
【図２】
0003604460.tif 000003
【図３】
0003604460.tif 000004
【図４】
0003604460.tif 000005
【図５】
0003604460.tif 000006