(57)【要約】【課題】転がり軸受９ａ、９ｂに予圧を付与する為の構造を少ない部品で構成でき、しかも設計の自由度を高くできて、予圧付与の為の構造部分の小型化を図れる構造を実現する。【解決手段】上記転がり軸受９ａ、９ｂを構成する複数の転動体１９ａ、１９ｂに予圧を付与すべく、軸方向に拡がる方向の弾力を惹起させる、弾力発生機構を含む予圧付与手段を備える。この弾力発生機構は、シリンダ孔である有底のスプライン孔１１と、電動モータ７の出力軸１０と、拡縮空間２５と、圧縮気体とにより構成する。このうちのスプライン孔１１は、ウォーム軸６の基端面に開口する状態で形成しており、上記出力軸１０はこのスプライン孔１１内に、軸方向の変位を可能に挿入している。そして、上記拡縮空間２５内に封入した圧縮気体の弾力により、上記予圧付与を行なう。【選択図】図１
2008213667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定の部分に支持されて回転する事のないハウジングと、このハウジングに対し回転自在に設けられて、ステアリングホイールの操作により回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する回転軸と、上記ハウジングの内部でこの回転軸の一部に、この回転軸と同心に支持されて、この回転軸と共に回転するウォームホイールと、ウォーム軸の軸方向中間部にウォーム歯を設けて成り、このウォーム歯を上記ウォームホイールと噛合させた状態で、上記ウォーム軸の軸方向端部を転がり軸受により上記ハウジングに対し回転自在に支持されたウォームと、この転がり軸受を構成する内輪を同じく外輪に対し軸方向に押圧する事により、この転がり軸受を構成する複数の転動体に予圧を付与する、上記ウォーム軸の軸方向に拡がる方向の弾力を惹起させる弾力発生機構を含む予圧付与手段と、上記ウォームを回転駆動する為の電動モータとを備えた電動式パワーステアリング装置に於いて、上記弾力発生機構が、上記ウォーム軸の基端部に、このウォーム軸の基端面に開口する状態で形成された有底のシリンダ孔と、このシリンダ孔内に軸方向の変位を可能に挿入された上記電動モータの出力軸と、これらシリンダ孔の内面と出力軸の先端面との間に介在した拡縮空間と、この拡縮空間内に封入された圧縮気体とにより構成されたものである事を特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】
シリンダ孔の開口側半部内周面に設けた継手孔部と出力軸の軸方向中間部に設けた継手軸部とを継手係合させると共に、この出力軸の先端部でこの継手軸部よりも先端寄り部分の外周面に形成した係止溝に係止したＯリングの外周縁を、上記シリンダ孔の内周面のうちで上記継手孔部よりも奥側部分に全周に亙り摺接させて、拡縮空間を外部から気密に遮断している、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置。
【請求項３】
拡縮空間内に圧縮気体と共に液状若しくはゲル状の流体乃至は半固体を封入した、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した電動式パワーステアリング装置。
【請求項４】
可撓性及びガスバリヤー性を有する袋体に、圧縮気体及び液状若しくはゲル状の流体乃至は半固体を封入して成る弾性部材を拡縮空間内に設置した、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した電動式パワーステアリング装置。
【請求項５】
ウォーム軸の両端部がそれぞれ転がり軸受によりハウジングに対し回転自在に支持されており、これら両転がり軸受の外輪の先端側端面をハウジングの一部に、この先端側転がり軸受の内輪の基端側端面をウォーム軸の先端寄り部分に形成した段差面に、それぞれ突き当てると共に、上記ウォーム軸の両端部のうち、電動モータ側である基端部を支持する基端側転がり軸受の外輪の先端側端面を上記ハウジングの一部に、この基端側転がり軸受の内輪の基端側端面を上記ウォーム軸の基端寄り部分に係止した止め輪に、それぞれ突き当てる事で、上記先端側、基端側両転がり軸受の転動体に、並列組み合わせ型の接触角と共に予圧を付与している、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した電動式パワーステアリング装置。
【請求項６】
ウォーム軸の両端部のうち、電動モータと反対側である先端部をウォームホイールに向け弾性的に押圧する事で、このウォームホイールとウォーム歯との噛合部のバックラッシュを解消している、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載した電動式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る電動式パワーステアリング装置は、自動車の操舵装置として利用するもので、電動モータを補助動力として利用する事により、運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図るものである。本発明は、この様な電動式パワーステアリング装置を構成する減速機のウォーム軸の両端部を回転自在に支持する為の１対の転がり軸受に予圧を付与する為の構造の低コスト化を図るべく発明したものである。
【背景技術】
【０００２】
操舵輪（フォークリフト等の特殊車両を除き、通常は前輪）に舵角を付与する際に運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図る為の装置として、パワーステアリング装置が広く使用されている。又、この様なパワーステアリング装置で、補助動力源として電動モータを使用する電動式パワーステアリング装置も、近年普及し始めている。電動式パワーステアリング装置は、油圧式のパワーステアリング装置に比べて小型・軽量にでき、補助動力の大きさ（トルク）の制御が容易で、しかもエンジンの動力損失が少ない等の利点がある。
【０００３】
電動式パワーステアリング装置の構造は、各種知られているが、何れの構造の場合でも、ステアリングホイールの操作によって回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する回転軸に電動モータの補助動力を、減速機を介して付与する。この減速機として一般的には、ウォーム減速機が使用されている。ウォーム減速機を使用した電動式パワーステアリング装置の場合、上記電動モータにより回転駆動されるウォームと、上記回転軸と共に回転するウォームホイールとを噛合させて、上記電動モータの補助動力をこの回転軸に伝達自在とする。
【０００４】
例えば特許文献１には、図３〜４に示す様な電動式パワーステアリング装置が記載されている。ステアリングホイール１により所定方向に回転させられる、回転軸であるステアリングシャフト２の前端部は、ハウジング３の内側に回転自在に支持しており、この部分にウォームホイール４を固定している。このウォームホイール４と噛合するウォーム歯５をウォーム軸６の軸方向中間部に設け、電動モータ７により回転駆動されるウォーム８の両端部は、深溝型玉軸受等の１対の転がり軸受９ａ、９ｂにより、上記ハウジング３内に回転自在に支持されている。
【０００５】
上記ウォーム８を上記電動モータ７の出力軸１０により回転駆動する為に、上記ウォーム軸６の基端部に、特許請求の範囲に記載した継手孔部であるスプライン孔１１を、このウォーム軸６の基端面に開口する状態で形成している。又、上記出力軸１０の先端部に、特許請求の範囲に記載した継手軸部であるスプライン軸部１２を形成している。そして、このスプライン軸部１２と上記スプライン孔１１とを特許請求の範囲に記載した継手係合であるスプライン係合させる事で、上記出力軸１２と上記ウォーム軸６とを、回転力の伝達を自在に結合している。
【０００６】
更に、図４に示した従来構造の場合、上記ウォームホイール４と上記ウォーム歯５との噛合部のバックラッシュをなくす為に、上記ウォーム軸６の先端部（図４の右端部）を上記ウォームホイール４に向け弾性的に押圧する様にしている。即ち、上記ウォーム軸６の先端部で先端側の転がり軸受９ａよりも突出した部分に押圧駒１３を外嵌し、この押圧駒１３と上記ハウジング３との間にコイルばね１４等の弾性部材を設けている。そして、このコイルばね１４により、上記押圧駒１３を介して、上記ウォーム歯５を上記ウォームホイール４に向け押圧している。この様な構成により、これらウォーム歯５とウォームホイール４との間のバックラッシュを抑え、上記電動モータ７の回転方向の変換時に、上記ウォームホイール４と上記ウォーム歯５との噛合部での歯打ち音の発生を抑えている。
【０００７】
これらウォームホイール４とウォーム歯５との噛合部の噛合状態を安定させ、この噛合部での歯打ち音を十分に抑える為には、上記ウォーム軸６の回転支持状態が安定している事が必要である。この為には、このウォーム軸６の両端部を支持している１対の転がり軸受９ａ、９ｂの転動体に予圧を付与する必要がある。この為に従来から、例えば図５に示す様な構造で、ウォーム軸６の両端部を支持している１対の転がり軸受９ａ、９ｂの転動体に予圧を付与していた。即ち、これら両転がり軸受９ａ、９ｂを構成する外輪１５ａ、１５ｂの端面を、ハウジング３の内周面に形成した段部１６若しくはこの内周面に係止した止め輪１７に突き当てると共に、上記両転がり軸受９ａ、９ｂを構成する内輪１８ａ、１８ｂをゴム等の弾性体１９ａ、１９ｂにより、上記段部１６若しくは上記止め輪１７に向け、軸方向に押圧している。そして、上記両転がり軸受９ａ、９ｂを構成する転動体（玉）２０ａ、２０ｂに、予圧を付与している。尚、図５（及び後述する図１、２）と上述した図３〜４とは、ハウジング３に対する電動モータ７の取付位置が異なるが、この取付位置は、設置する自動車の車種等に応じ適宜設計的に変更するものであって、本発明の特徴部分とは関係がない。
【０００８】
上述の図５に示した様な従来構造の第１例によれば、ウォーム軸６の両端部を支持している１対の転がり軸受９ａ、９ｂの転動体に、必要とする予圧を付与できるが、予圧付与の為の構成に要する部品点数が多く、部品製作、部品管理、組立て作業が何れも面倒になり、電動式パワーステアリング装置の製作費が嵩む事が避けられない。これに対して、特許文献２には、内周面をスプライン孔とした円筒状のスリーブの両端部にウォーム軸の基端部と電動モータの出力軸の先端部とをスプライン係合させると共に、これらウォーム軸の基端面と出力軸の先端面との間に圧縮コイルばねを設けた構造が記載されている。上記特許文献２に記載された構造の場合には、ウォーム軸の基端部のみを転がり軸受により支持し、先端部は滑り軸受により、回転及び軸方向の変位を可能に支持している。そして、上記圧縮コイルばねにより、上記基端側の転がり軸受に予圧を付与している。この様な特許文献２に記載された、予圧付与に関する従来構造の第２例によれば、上記基端側の転がり軸受に予圧を付与する為の構造を、比較的少ない部品で構成できる為、上記図５に示した従来構造の第１例に比べれば、電動式パワーステアリング装置の製作費の低廉化を図れる。但し、予圧付与の為に、固体部品である圧縮コイルばねを使用する為、設置空間の形状や大きさに制約を受ける。この結果、設計の自由度が低く、予圧付与の為の構造部分の小型化を図りにくい。更に、ウォーム軸及び出力軸とは独立したスリーブを使用する為、必ずしも、部品点数の削減及び小型化を十分に図れない。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３０６８９８号公報
【特許文献２】特開２００３−７２５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、転がり軸受に予圧を付与する為の構造を少ない部品で小型に構成でき、しかも設計の自由度を高くできて、予圧付与の為の構造部分の小型化を図れる電動式パワーステアリング装置を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電動式パワーステアリング装置は、例えば前述した特許文献２に記載されて従来から知られている電動式パワーステアリング装置と同様に、ハウジングと、回転軸と、ウォームホイールと、ウォームと、予圧付与手段と、電動モータとを備える。
このうちのハウジングは、固定の部分に支持されて回転する事がない。
又、上記回転軸は、このハウジングに対し回転自在に設けられて、ステアリングホイールの操作によって回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する。この様な回転軸としては、ステアリングホイール及び操舵輪に同期して動く軸であれば採用可能である。例えば前述の図３に示した構造でのステアリングシャフト２、或いは、中間シャフト２１、更には、ステアリングギヤ２２の入力軸（ピニオン軸）が採用可能である。
又、上記ウォームホイールは、上記ハウジングの内部で上記回転軸の一部に、この回転軸と同心に支持されて、この回転軸と共に回転する。
又、上記ウォームは、ウォーム軸の軸方向中間部にウォーム歯を設けて成り、このウォーム歯を上記ウォームホイールと噛合させた状態で、上記ウォーム軸の軸方向端部を転がり軸受により上記ハウジングに対し回転自在に支持されている。
又、上記予圧付与手段は、上記転がり軸受を構成する内輪を同じく外輪に対し軸方向に押圧する事により、この転がり軸受を構成する複数の転動体に予圧を付与するもので、上記ウォーム軸の軸方向に拡がる方向の弾力を惹起させる弾力発生機構を含んで構成される。
更に、上記電動モータは、上記ウォームを回転駆動する為のものである。
【００１２】
特に、本発明の電動式パワーステアリング装置に於いては、上記弾力発生機構を、シリンダ孔と、上記電動モータの出力軸と、拡縮空間と、圧縮気体とにより構成している。
このうちのシリンダ孔は、有底で、上記ウォーム軸の基端部に、このウォーム軸の基端面に開口する状態で形成されている。
又、上記電動モータの出力軸は、上記シリンダ孔内に、軸方向の変位を可能に挿入されている。
又、上記拡縮空間は、上記シリンダ孔の内面と出力軸の先端面との間に介在したもので、軸方向の寸法を変化させる事で、容積を拡縮可能としている。
更に、上記圧縮気体は、空気或いは窒素ガス等の不活性気体で、上記拡縮空間内に封入されている。
【００１３】
上述の様な本発明の電動式パワーステアリング装置を実施する場合に、例えば請求項２に記載した様に、上記シリンダ孔の開口側半部内周面に設けた、スプライン孔、断面小判形の孔等の、断面形状が非円形である継手孔部と、出力軸の軸方向中間部に設けた、スプライン軸、断面小判形の軸等の、断面形状が非円形である継手軸部とを、スプライン係合等の非円形嵌合である、継手係合させる。又、上記出力軸の先端部で上記スプライン軸部等の継手軸部よりも先端寄り部分の外周面に形成した係止溝に係止したＯリングの外周縁を、上記シリンダ孔の内周面のうちで上記スプライン孔部等の継手孔部よりも奥側部分に、全周に亙り摺接させて、上記拡縮空間を外部から気密に遮断する。
或いは、請求項３に記載した様に、上記拡縮空間内に、圧縮気体と共に、液状若しくはゲル状の流体乃至は半固体を封入する。
或いは、請求項４に記載した様に、ゴム、ビニル等、可撓性及びガスバリヤー（気体不透過性）性を有する袋体に、圧縮気体及び液状若しくはゲル状の流体乃至は半固体を封入して成る弾性部材を、上記拡縮空間内に設置する。
【００１４】
又、上述の様な本発明の電動式パワーステアリング装置を実施する場合、具体的には、請求項５に記載した様に、前記ウォーム軸の両端部を、それぞれ転がり軸受によりハウジングに対し回転自在に支持する。そして、これら両転がり軸受のうち、前記電動モータと反対側である先端部を支持する先端側転がり軸受の外輪の先端側端面をハウジングの一部に、この先端側転がり軸受の内輪の基端側端面をウォーム軸の先端寄り部分に形成した段差面に、それぞれ突き当てる。又、上記ウォーム軸の両端部のうち、電動モータ側である基端部を支持する基端側転がり軸受の外輪の先端側端面を上記ハウジングの一部に、この基端側転がり軸受の内輪の基端側端面を上記ウォーム軸の基端寄り部分に係止した止め輪に、それぞれ突き当てる。そして、上記先端側、基端側両転がり軸受の転動体に、並列組み合わせ型の接触角と共に予圧を付与する。
【００１５】
尚、本発明の要点は、上記ウォーム軸を上記ハウジングに対し回転自在に支持する為の転がり軸受に予圧を付与する部分の構造にある。前記ウォームホイールと前記ウォーム歯との噛合部のバックラッシュを解消すべく、上記ウォーム軸の先端部を上記ウォームホイールに向け押圧する構造を採用するか否かは自由である。採用する場合には、請求項６に記載した様に、上記ウォーム軸の両端部のうち、上記電動モータと反対側である先端部を上記ウォームホイールに向け弾性的に押圧する事で、このウォームホイールとウォーム歯との噛合部のバックラッシュを解消する。
【発明の効果】
【００１６】
上述の様な構成を有する本発明の電動式パワーステアリング装置によれば、ウォーム軸をハウジングに対し回転自在に支持する為の転がり軸受に予圧を付与する為の構造を少ない部品で小型に構成でき、しかも設計の自由度を高くできて、予圧付与の為の構造部分の小型化を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１〜３、５に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の電動式パワーステアリング装置の特徴は、ウォーム軸６をハウジング３に対し回転自在に支持する為の転がり軸受９ａ、９ｂに予圧を付与する為の構造にある。その他、電動式パワーステアリング装置全体の構造及び作用に就いては、前述した従来構造と同様であるから、この従来構造と同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００１８】
上記ウォーム軸６の基端部に、特許請求の範囲に記載したシリンダ孔に相当するスプライン孔１１を、このウォーム軸６の基端面に開口する状態で、このウォーム軸６と同心に形成している。又、電動モータ７の出力軸１０の中間部先端寄り部分に特許請求の範囲に記載した継手軸部であるスプライン軸部１２を、この出力軸１０と同心に形成している。そして、このスプライン軸部１２と、上記スプライン孔１１の内周面に形成した、特許請求の範囲に記載した継手孔部であるスプライン孔部とを、特許請求の範囲に記載した継手係合であるスプライン係合させる事で、上記出力軸１０と上記ウォーム軸６とを、回転力の伝達を自在に結合している。但し、上記スプライン孔１１の内周面には、開口側半部にのみ、上記継手孔部に相当する雌スプライン歯を形成している。このスプライン孔１１の内周面のうちの奥半部には雌スプライン歯を形成せず、単なる円筒面としている。又、この円筒面部分の内径は、この雌スプライン歯の歯先円の直径以下としている。
【００１９】
又、上記出力軸１０の先端部で上記スプライン軸部１２よりも先端寄り部分の外周面に係止溝２３を、全周に亙って形成している。そして、この係止溝２３に係止したＯリング２４の外周縁を、上記スプライン孔１１の内周面のうちで、上記雌スプライン歯を形成した部分よりも奥側部分に、全周に亙り摺接させている。従って、上記スプライン孔１１の奥半部の内側部分（図１に斜格子で付した部分）は、外部から気密に遮断された拡縮空間２５となっている。この拡縮空間２５は、上記スプライン孔１１の内面（奥半部内周面及び奥端面）と上記出力軸１０の先端面との間に介在したもので、軸方向の寸法を変化させる事で、容積を拡縮可能としている。この様な拡縮空間２５内には、空気或いは窒素ガス等の不活性気体の圧縮気体を単独で封入するか、或いは、この様な圧縮気体と共に、シリコンオイル、グリースの如き、液状若しくはゲル状の流体乃至は半固体を封入する。
【００２０】
何れにしても、上記拡縮空間２５内に圧縮気体を封入する事で、この拡縮空間２５は、軸方向寸法を伸長させて容積を拡大する方向の弾力を備える。そして、この弾力に基づいて、前記ウォーム軸６が、先端側（図１の左側）に向け、弾性的に押圧される。本例の場合、この押圧力により、前記両転がり軸受９ａ、９ｂに予圧を付与する為に、これら両転がり軸受９ａ、９ｂの外輪１５ａ、１５ｂの先端側端面を、前記ハウジング３の内周面に形成した段差面２６ａ、２６ｂに突き当てている。又、上記両転がり軸受９ａ、９ｂの内輪１８ａ、１８ｂの基端側端面を、前記ウォーム軸６の外周面先端寄り部分に形成した段差面２８或いはこのウォーム軸６の基端部外周面に形成した止め輪２７に、それぞれ突き当てている。そして、上記弾力に基づいて上記両転がり軸受９ａ、９ｂの転動体２０ａ、２０ｂに、並列型の接触角と共に予圧を付与している。
【００２１】
［実施の形態の第２例］
図２は、請求項１、４、５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、スプライン孔１１の奥半部に設けた拡縮空間２５ａ内に、ゴム、ビニル等、可撓性及びガスバリヤー（気体不透過性）性を有する袋体に、圧縮気体及び液状若しくはゲル状の流体を封入した弾性部材２９を設置している。この弾性部材２９を設ける代わりに、上述した様なＯリング２４（及びこのＯリング２４を係止する為の係止溝２３）は省略しているが、このＯリング２４を合わせて設置しても良い。本例の場合、上記弾性部材２９を使用する事で、長期間に亙る使用に拘らず、上記圧縮気体の漏洩を防止して、両転がり軸受９ａ、９ｂの転動体２０ａ、２０ｂに対し、適正な予圧を付与し続ける事ができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
図示の例では、ウォーム軸６の中心軸を電動モータ７の出力軸１０に対し揺動変位させない構造、即ち、ウォームホイール４とウォーム歯５との噛合部のバックラッシュ解消に就いては特に考慮していない構造に就いて説明した。但し、本発明を実施するに関して、例えば前述の図４に示した様に、上記ウォーム軸６の先端部を上記ウォームホイール４に向け押圧する構造を採用する事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、図３の拡大Ａ−Ａ断面に相当する図。
【図２】同第２例を示す、図１と同様の図。
【図３】従来構造の１例を示す、部分切断側面図。
【図４】図３の拡大Ａ−Ａ断面図。
【図５】従来構造の別例を示す、図３の拡大Ａ−Ａ断面に相当する図。
【符号の説明】
【００２４】
１    ステアリングホイール
２    ステアリングシャフト
３    ハウジング
４    ウォームホイール
５    ウォーム歯
６    ウォーム軸
７    電動モータ
８    ウォーム
９ａ、９ｂ  転がり軸受
１０    出力軸
１１    スプライン孔
１２    スプライン軸部
１３    押圧駒
１４    コイルばね
１５ａ、１５ｂ  外輪
１６    段部
１７    止め輪
１８ａ、１８ｂ  内輪
１９ａ、１９ｂ  弾性材
２０ａ、２０ｂ  転動体
２１    中間シャフト
２２    ステアリングギヤ
２３    係止溝
２４    Ｏリング
２５、２５ａ  拡収空間
２６ａ、２６ｂ  段差面
２７    止め輪
２８    段差面
２９    弾性部材
【図１】
2008213667.tif 000003
【図２】
2008213667.tif 000004
【図３】
2008213667.tif 000005
【図４】
2008213667.tif 000006
【図５】
2008213667.tif 000007