(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールから操舵車輪に至るステアリング系に、操舵トルクに応じて電動機で発生した補肋トルクをトルク伝達部材を介して付加するようにした電動パワーステアリング装置であって、
前記電動機によって回転し得る前記トルク伝達部材を、ハウジングに第１軸受を介して回転可能に支承且つ収納するようにし、
この第１軸受が、ロックスクリューによって前記ハウジングに取り付けられ、
前記電動機が、アルミニウム材又はアルミニウム合金材で構成された電動機ケースに、鋼材で構成された第２軸受を介してロータを回転可能に支承し且つ収納するようにした電動パワーステアリング装置において、
前記ハウジングと前記第１軸受との間と、前記電動機ケースと前記第２軸受との間のうち、前記電動機ケースと前記第２軸受との間のみに熱膨張吸収材を介在させた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】
前記熱膨張吸収材を樹脂材で構成したことを特徴とする請求項１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】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングホイールの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系のラック軸に伝達するものであって、例えば特開平７−１６５０８９号「ステアリング装置」（以下、「従来の技術」と言う。）が知られている。
【０００３】
上記従来の技術は同公報の図１、図２及び図４に示される通り、ステアリングホイール３（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）に加えた操舵トルクをステアリングシャフト４、トーションバー、出力軸５、ラック・ピニオン機構の経路でラック軸２に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機２０が発生した補助トルクをボールナット機構３３を介してラック軸２に伝達し、ラック軸２によって図示せぬ操舵車輪を操舵するというものである。電動機２０のロータ２２は、ボールベアリング３１，３２を介してハウジング１に回転可能に支承され且つ収納されたものである。ボールナット機構３３は、電動機２０で発生した補助トルクをラック軸２に伝達するトルク伝達部材である。
【０００４】
また、上記従来の技術の別実施例は同公報の図６に示される通り、ロータ２２の一端をボールナット機構３３のナットに一体的に取付けたというものである。この場合のハウジング１は、ボールベアリング５１を介してロータ２２を回転可能に支承し且つ収納するとともに、ニードルベアリング５２を介してボールナット機構３３のナットを回転可能に支承し且つ収納することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、燃費向上のために車両の軽量化を促進する要求が高まっている。その要求を達成するために、ステアリング装置の重量も見直されるようになってきた。ステアリング装置のハウジング１、軸受類３１，３２，５１，５２、軸類の材質は一般に鋼材であり、比較的重い。特にハウジング１は、ステアリング装置の全重量に占める重量割合が大きいので、軽量化の対象になる。ハウジング１を軽量にするには、材質をアルミニウム系やマグネシウム系等の軽量合金材に変更することが考えられる。
【０００６】
ところが、鋼材と軽量合金材との線膨張係数は大きく異なる。さらにステアリング装置は、エンジンの熱や外気温の影響を受けやすい所に配置されるものである。しかも、比較的苛酷な条件で用いる電動機２０からの発熱の影響も受けやすい。このように、ステアリング装置を温度変化が激しい条件で使用することになるので、ハウジング１と他の部材との熱膨張差に対する、十分な配慮が必要になる。
例えば、ハウジング１の線膨張係数が軸受３１，３２，５１，５２の線膨張係数よりも大きい場合には、両者の温度条件が同じであれば高温になるにつれて、ハウジング１の嵌合孔と軸受３１，３２，５１，５２との径方向の隙間が大きくなる。この隙間が適切でないと振動が発生することにより、騒音の要因となる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、電動パワーステアリング装置において、電動機における電動機ケースと軸受との間の径方向の熱膨張差や、ハウジングと軸受との間の径方向の熱膨張差を吸収することができる技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、ステアリングホイールから操舵車輪に至るステアリング系に、操舵トルクに応じて電動機で発生した補肋トルクをトルク伝達部材を介して付加するようにした電動パワーステアリング装置であって、電動機によって回転し得るトルク伝達部材を、ハウジングに第１軸受を介して回転可能に支承且つ収納するようにし、この第１軸受が、ロックスクリューによってハウジングに取り付けられ、電動機が、アルミニウム材又はアルミニウム合金材で構成された電動機ケースに、鋼材で構成された第２軸受を介してロータを回転可能に支承し且つ収納するようにした電動パワーステアリング装置において、ハウジングと第１軸受との間と、電動機ケースと第２軸受との間のうち、電動機ケースと第２軸受との間のみに熱膨張吸収材を介在させたことを特徴とする。
【０００９】
電動機ケースと第２軸受との線膨張係数が異なる場合であっても、電動機ケースと第２軸受との間の径方向の熱膨張差を、熱膨張吸収材で吸収することができる。電動機ケースに対する第２軸受の嵌合部分の隙間を、常に適切なものに維持することができる。
【００１０】
さらに、請求項１は、電動機ケースをアルミニウム材又はアルミニウム合金材で構成するとともに、第２軸受を鋼材で構成している。
電動機ケースを軽量化することができ、この結果、電動パワーステアリング装置全体を軽量化することができる。さらに第２軸受として、一般的なころがり軸受等の安価なものを採用することができる。
【００１４】
請求項２は、熱膨張吸収材を樹脂材で構成したことを特徴とする。
熱膨張吸収性能が良好な熱膨張吸収材を、加工性が良く低コストなものにできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。
電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングホイール２１から操舵車輪２９，２９に至るステアリング系２０と、このステアリング系２０に補助トルクを加える補助トルク機構４０とからなる。この電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸２６の両端から操舵トルクを取り出すようにしたエンドテイクオフ型操舵装置である。
【００１６】
ステアリング系２０は、ステアリングホイール２１にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２３，２３を介してピニオン軸２４を連結し、ピニオン軸２４にラックアンドピニオン機構２５を介してラック軸２６を連結し、ラック軸２６の両端に左右のタイロッド２７，２７及びナックル２８，２８を介して左右の操舵車輪２９，２９を連結したものである。
ラックアンドピニオン機構２５は、ピニオン軸２４に形成したピニオン３１に、ラック軸２６に形成したラック３２を噛み合わせたものである。
運転者がステアリングホイール２１を操舵することで、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５及び左右のタイロッド２７，２７を介して、左右の操舵車輪２９，２９を操舵することができる。
【００１７】
補助トルク機構４０は、ステアリングホイール２１に加えたステアリング系２０の操舵トルクを操舵トルクセンサ４１で検出し、この検出信号に基づき制御手段４７で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動機５０で発生し、補助トルクをトルク伝達部材としてのボールねじ７０を介してラック軸２６に伝達するようにしたものである。
【００１８】
以上を要約すれば、電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングホイール２１に加えた操舵トルクをラックアンドピニオン機構２５を介してラック軸２６に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機５０が発生した補助トルクを電動機５０の出力軸からボールねじ７０を介してラック軸２６に付加し、このラック軸２６によって操舵車輪２９，２９を操舵するようにしたものである。従って、ステアリング系２０の操舵トルクに電動機５０の補助トルクを付加した複合トルクによって、操舵車輪２９，２９を操舵することができる。
【００１９】
図２は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、要部を断面して表したものである。
電動パワーステアリング装置１０は、ラックアンドピニオン機構２５（図１参照）、電動機５０及びボールねじ７０を車幅方向（図左右方向）へ延びるハウジング１０１に収納したものである。
ハウジング１０１は、概ね管状の第１ハウジング１０２並びに第２ハウジング１０３の一端面同士をボルト結合することで、１つの細長いギヤボックスに組立てたものである。第１ハウジング１０２は、図示せぬ車体に取付けるためのブラケット１０４を備える。第２ハウジング１０３は、電動機５０における電動機ケースの役割を兼ねる。
【００２０】
車幅方向に延びたラック軸２６は、車幅方向へスライドするようにハウジング１０１を貫通した軸である。このようなラック軸２６は、図右の一端側をラックアンドピニオン機構２５に連結し、ほぼ長手中央位置をボールねじ７０に連結し、図左の他端側（ボールねじ７０よりも端寄り位置）に電動機５０を配置したものである。
図中、１０５，１０５はボールジョイント、１０６，１０６はダストシール用ブーツである。
【００２１】
図３は本発明に係るラック軸、電動機、ボールねじ回りの要部断面図である。
電動機５０は、第２ハウジング１０３内に嵌合した筒状の強磁性材製ヨーク５１と、ヨーク５１内に配置した複数個の永久磁石製ステータ５２・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）と、これらのステータ５２・・・を整列した状態で第２ハウジング１０３内に取付ける外部ステータホルダ５３並びに内部ステータホルダ５４と、ステータ５２・・・の内部（すなわち内部ステータホルダ５４の内部）に配置したロータ５５と、からなる。
【００２２】
ロータ５５は、ラック軸２６に相対的に回転可能に嵌合した管状の出力軸５６と、出力軸５６の外周面に嵌合にて取付けたコア５７と、コア５７の外周面に巻いたコイル５８と、コイル５８に接続した整流子５９と、からなる。整流子５９は、コイル５８の側部で出力軸５６の外周部分に取付けたものであり、ラック軸２６の左端側（図左側）に向く平坦な面がブラシ接触面である。
整流子５９のブラシ接触面に接触するブラシ６１は、ブラシホルダ６２を介して第２ハウジング１０３内に収納されたものである。６３はブラシ弾発用の圧縮ばね、６４はブラシ用コードである。
【００２３】
ボールねじ７０は、ラック軸２６に形成したねじ部（ねじ溝）７１と、多数のボール７２・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）と、ねじ部７１にボール７２・・・を介して取付けた外筒部分のナット７３と、からなるボールナット機構である。このボールねじ７０は、電動機５０の補助トルクを、ナット７３からボール７２・・・を介してねじ部７１へ伝達するものであって、ナット７３のねじ溝の端部に到達したボール７２・・・が図示せぬチューブ内を通って循環する、いわゆる内部循環形式又は外部循環形式の一般的な構成である。
【００２４】
ところで、電動機５０の出力軸５６は、ボールねじ７０のナット７３にトルクリミッタ９０を介して連結することで、一定以上のトルクが伝わらぬようにしたものである。具体的に説明すると、出力軸５６における出力端５６ａの外周面に一定幅の溝を全周にわたって形成し、この溝にリング状のトルクリミッタ９０を嵌め込むことで、電動機５０の出力軸５６とナット７３の内周面との間にトルクリミッタ９０を介在させた。トルクリミッタ９０は、摩擦力によって出力軸５６とナット７３の内周面とを連結するとともに、一定以上のトルクが作用した場合にスリップしてトルク伝達を遮断する部材であり、一般にトレランス・リング（tolerance ring）とも言われている。電動機５０に過大なトルクが作用することはない。
なお、出力軸５６は、トルクリミッタ９０を介することなく直接にナット７３に連結してもよい。また、出力軸５６にナット７３を一体に形成したものであってもよい。
【００２５】
電動機５０が発生した補助トルクは、出力軸５６→トルクリミッタ９０→ボールねじ７０のナット７３→ボール７２・・・→ねじ部７１の経路でラック軸２６に伝わる。この結果、補助トルクをスラスト（ラック軸２６への軸力）に変換してラック軸２６に付加することができる。
【００２６】
この図は、第１ハウジング１０２の一端のフランジ１０２ａに、第２ハウジング１０３の一端のフランジ１０３ａを、ボルト１３６にて結合したことを示す。
電動パワーステアリング装置１０は、電動機５０によって回転し得るトルク伝達部材としてのボールねじ７０を、第１軸受１３１を介して第１ハウジング１０２（ハウジング１０１）に回転可能に支承し且つ収納するようにしたものである。
【００２７】
具体的には、第１ハウジング１０２は、第２ハウジング１０３内に嵌合するためのボールねじ収納部１０２ｂを一体に形成し、このボールねじ収納部１０２ｂ内に第１軸受１３１を介してナット７３を支持したものである。第１軸受１３１は、第１ハウジング１０２に対する軸方向移動がロックスクリュー１３４によって規制されるとともに、ナット７３の中心又はその近傍位置を回転可能に支持した、ころがり軸受である。
【００２８】
ナット７３は、第１軸受１３１に嵌合する支承部７４と支承部７４の一端に連なり支承部７４よりも大径の大径部７５とからなる。支承部７４に嵌合した第１軸受１３１を、大径部７５とロックスクリュー１３５とによって挟み込むことで、第１ハウジング１０２に対するナット７３の軸方向移動を規制することができる。この結果、ナット７３は回転可能であり且つ軸方向移動不能である。
【００２９】
上述のように、出力軸５６の出力端５６ａをナット７３の内周面に嵌合し且つ連結したので、第１ハウジング１０２は、ナット７３及び第１軸受１３１を介して出力軸５６の出力端５６ａ側を回転可能に支持することができる。
図中、１３７，１３８はスペーサ、１３９はＯリングである。
【００３０】
さらに電動パワーステアリング装置１０は、電動機ケースとしての第２ハウジング１０３に第２軸受１３２及びブッシュ１３３を介してロータ５５を回転可能に支承し且つ収納するようにしたものである。具体的には、ころがり軸受からなる第２軸受１３２で出力軸５６の反出力端側を回転可能に支持したものである。
【００３１】
ブッシュ１３３は、第２ハウジング１０３の内周面（軸受嵌合孔）と、第２軸受１３２における外輪の外周面と、の間に介在した熱膨張吸収材である。ブッシュ１３３を介在した理由について以下に説明する。
【００３２】
本発明は、電動機ケースとしての第２ハウジング１０３をアルミニウム材又はアルミニウム合金材（例えばアルミニウム合金鋳造品）で構成するとともに、第２軸受１３２を第２ハウジング１０３とは異なる材料、すなわち鋼材で構成したことを特徴とする。第２ハウジング１０３をアルミニウム材又はアルミニウム合金材にしたので、電動パワーステアリング装置１０全体を軽量化できる。さらには、第２軸受１３２を第２ハウジング１０３とは異なる材料で構成することによって、一般的なころがり軸受等の安価なものを採用することができる。
【００３３】
その一方、互いに材料が異なる第２ハウジング１０３と第２軸受１３２の線膨張係数は、互いに異なる。これに対して本発明は、第２ハウジング１０３と第２軸受１３２との間にブッシュ１３３を介在させた。
ブッシュ１３３は、第２ハウジング１０３と第２軸受１３２との間の径方向の熱膨張差を吸収する熱膨張吸収材の役割を果たすものであり、一定幅の筒状部材である。ブッシュ１３３の材質は、グラス３０％入りＰＢＴ（ポリ・ブチレン・テレフタラート）等の樹脂材である。
【００３４】
図４は本発明に係るブッシュ（熱膨張吸収材）の特性図であり、グラス３０％入りＰＢＴからなるブッシュ１３３を用いた実施例の、熱膨張吸収特性の測定値を示したものである。なお、Ｄ，ｄ，ｔ，を次のように定義する。
Ｄ；第２ハウジング１０３の軸受嵌合孔の内径（ｍｍ）
ｄ；第２軸受１３２の外径（ｍｍ）
ｔ；ブッシュ１３３の厚み（ｍｍ）
但し、各数値は各温度条件において測定した実測値であり、温度２０℃における寸法を基準値とする。
【００３５】
この図によれば、温度−４０〜１００℃における「Δ１−Δ２」の値が、−０．０００２〜０．０００２の範囲内に収っていることが判る。従って、第２ハウジング１０３と第２軸受１３２との間の径方向の熱膨張差をブッシュ１３３で十分に吸収できたことが判る。
【００３６】
図５は本発明に係る電動パワーステアリング装置の変形例図であり、上記図３に対応した要部断面図である。
変形例の電動パワーステアリング装置１０は、（１）第２ハウジング１０３と第２軸受１３２との間に熱膨張吸収材としてのブッシュ１３３を介在させるとともに、（２）第１ハウジング１０２と第１軸受１３１との間にも熱膨張吸収材としてのブッシュ１４１を介在させたことを特徴とする。ブッシュ１４１の材質はブッシュ１３３と同一である。第１ハウジング１０２と第１軸受１３１との間の径方向の熱膨張差を吸収することができる。
【００３７】
この変形例においては、第１・第２ハウジング１０２，１０３をアルミニウム材又はアルミニウム合金材で構成するとともに、第１・第２軸受１３１，１３２を第１・第２ハウジング１０２，１０３とは異なる材料、すなわち鋼材で構成したことを特徴とする。第１・第２ハウジング１０２，１０３をアルミニウム材又はアルミニウム合金材にしたので、電動パワーステアリング装置１０全体をより軽量化できる。さらには、第１・第２軸受１３１，１３２を第１・第２ハウジング１０２，１０３とは異なる材料で構成することによって、一般的なころがり軸受等の安価なものを採用することができる。
その他の構成・作用については、上記図１〜図４に示すものと同じなので同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
なお、上記本発明の実施の形態において、トルク伝達部材は、電動機５０によって回転することで、電動機２０で発生した補助トルクをステアリング系２０に付加するものであればよく、ボールねじ７０に限定するものではない。トルク伝達部材を、例えばウォームギヤ機構におけるウォームやホイールとするなど、各種ギヤとすることができる。
また、第１ハウジング１０２だけをアルミニウム材又はアルミニウム合金材で構成するとともに、第１軸受１３１だけを第１ハウジング１０２とは異なる材料で構成し、第１ハウジング１０２と第１軸受１３１との間に熱膨張吸収材としてのブッシュ１４１を介在させることで、第１ハウジング１０２と第１軸受１３１との間の径方向の熱膨張差を吸収するようにしてもよい。
さらにまた、請求項１の電動機ケースや請求項３のハウジングについては、アルミニウム系の材質に限定するものではなく、例えばマグネシウム系等の他の軽量合金材であってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、ロータを収納する電動機ケースとロータを支承する第２軸受との間に熱膨張吸収材を介在させたので、電動機ケースと第２軸受との線膨張係数が異なる場合であっても、電動機ケースと第２軸受との間の径方向の熱膨張差を吸収することができる。従って、電動機ケースに対する第２軸受の嵌合部分の隙間を、常に適切なものに維持することができる。
【００４０】
さらに、請求項１は、電動機ケースをアルミニウム材又はアルミニウム合金材で構成することによって軽量化することができ、この結果、電動パワーステアリング装置全体を軽量化することができる。また、第２軸受を鋼材で構成することによって、一般的なころがり軸受等の安価なものを採用することができる。
【００４３】
請求項２は、熱膨張吸収材を樹脂材で構成したので、熱膨張吸収性能が良好な熱膨張吸収材を、加工性が良く低コストなものにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図３】本発明に係るラック軸、電動機、ボールねじ回りの要部断面図
【図４】本発明に係るブッシュ（熱膨張吸収材）の特性図
【図５】本発明に係る電動パワーステアリング装置の変形例図
【符号の説明】
１０…電動パワーステアリング装置、２０…ステアリング系、２１…ステアリングホイール、２９…操舵車輪、５０…電動機、５５…ロータ、７０…トルク伝達部材（ボールねじ）、１０１…ハウジング、１０２…第１ハウジング、１０３…電動機ケース（第２ハウジング）、１３１，１３２…軸受（第１・第２軸受）、１３３，１４１…熱膨張吸収材（ブッシュ）。
【図１】
0004658341.tif 000002
【図２】
0004658341.tif 000003
【図３】
0004658341.tif 000004
【図４】
0004658341.tif 000005
【図５】
0004658341.tif 000006