JP6364343B2 - パワーステアリング装置およびその予圧調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、パワーステアリング装置およびその予圧調整方法に関する。

一般に電動パワーステアリング装置では、アシスト力を発生する補助用のモータの回転力は、減速機構を介して、ステアリング軸にトーションバーを介して連結されたピニオン軸等に伝達される。減速機構は、例えばウォームギヤ機構で構成される。電動パワーステアリング装置がピニオンアシスト型である場合、減速機構は、モータの出力軸に連結されたウォームと、ピニオン軸に固定され前記ウォームと噛合するウォームホイールと、を備えて構成される。

このような電動パワーステアリング装置では、組立時に、ウォーム等の部品の寸法誤差に影響されることなくウォームとウォームホイールとの軸間距離を簡易に設定できるとともに、組立後においては、ウォームとウォームホイールの噛合いが経時変化したときであっても軸間距離を適宜に維持してバックラッシュを除去できることが必要とされる。

この問題に対し、特許文献１には、ウォームとウォームホイールとの噛合い部に予圧を加えるように、ウォームの先端軸部を支持する軸受を所定の予圧方向へ付勢する予圧手段を有したパワーステアリング装置が記載されている。予圧手段は圧縮コイルばねから構成されている。この予圧手段の弾性力により、ウォームとウォームホイールとの軸間距離が適宜に維持され、バックラッシュが抑制される。

特許文献１に記載の予圧手段は、周方向の一部を切り欠いたＣ字状の環状体からなる軸受ケースを備えている。この軸受ケースの内周面は、軸受を予圧方向へガイドするガイド面が形成された軸受収容孔として構成されている。圧縮コイルばねは、その一端が、軸受ケースに形成されたばね挿通孔を通して軸受に当接し、他端が、ハウジングの蓋取付面に固定された蓋に当接している。蓋は、ボルトによりハウジングの蓋取付面に固定されている。

特開２０１３−２０８９３２号公報

圧縮コイルばねの付勢力はばねの圧縮量により決まる。圧縮量は、ウォームの位置と蓋取付面までの距離、ばねの自由長等によって決まる。しかしながら、ウォームの位置と蓋取付面までの距離やばねの自由長には、製造誤差や組み付け誤差等によりばらつきを生ずることがある。したがって、このばらつきに起因して圧縮コイルばねの付勢力にばらつきを生じ、ウォームとウォームホイールとの間の予圧にばらつきを生じるおそれがある。

本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、製造誤差や組み付け誤差等に拘りなく、ウォームとウォームホイールとの間の予圧を所望の値に調整可能なパワーステアリング装置およびその予圧調整方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、アシスト用モータにより駆動されるウォームと、前記ウォームに噛合し、操舵軸にアシスト力を伝達するウォームホイールと、前記ウォームおよび前記ウォームホイールを収容するハウジングと、前記ハウジングに形成された雌ねじに螺合する雄ねじを外周面に有したプラグと、付勢方向において一端が前記ウォームに支持され他端が前記プラグに支持されて、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間に予圧を付与する弾性部材と、を備えたパワーステアリング装置であって、所望の予圧が得られるように任意のねじ締め位置に位置調整された前記プラグを、前記ハウジングに対し回転不能に固定するプラグ固定手段と、前記ハウジングに形成され、前記ウォームの予圧に関する荷重を測定するための測定子を外部から通すための測定子挿通孔と、前記測定子挿通孔を塞ぐ閉塞部材と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、弾性部材の製造誤差や、ウォームおよびウォームホイール周りの組み付け誤差等が存在したとしても、プラグを、任意のねじ締め位置に位置調整することで、ウォームとウォームホイールとの間に所望の予圧を得られる。そして、プラグ固定手段を備えることで所望の予圧を維持できる。
本発明によれば、ハウジングに孔を形成するとともに当該孔を塞ぐ閉塞部材を備えるという簡単な構造で、ウォームとウォームホイールとの間の予圧調整を容易に行える。

また、本発明は、前記プラグ固定手段は、前記プラグの雄ねじに螺合するロックナットであることを特徴とする。

本発明によれば、プラグ固定手段を簡単な構造で実現でき、プラグの固定作業も容易となる。

また、本発明は、前記プラグ固定手段は、前記プラグと前記ハウジングとの加締めであることを特徴とする。

本発明によれば、プラグ固定手段を簡単な構造で実現でき、プラグの固定作業も容易となる。

また、本発明は、アシスト用モータにより駆動されるウォームと、前記ウォームに噛合し、操舵軸にアシスト力を伝達するウォームホイールと、前記ウォームおよび前記ウォームホイールを収容するハウジングと、前記ハウジングに形成された雌ねじに螺合する雄ねじを外周面に有したプラグと、付勢方向において一端が前記ウォームに支持され他端が前記プラグに支持されて、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間に予圧を付与する弾性部材と、を備えたパワーステアリング装置において、所望の予圧が得られるように前記プラグを任意のねじ締め位置に位置調整するプラグ調整工程と、前記プラグ調整工程で位置調整された前記プラグを前記ハウジングに対し回転不能に固定するプラグ固定工程と、を有し、前記ハウジングに測定子挿通孔を形成し、前記プラグ調整工程において、前記測定子挿通孔を介して荷重計の測定子を前記ハウジングの内部に挿入し、前記アシスト用モータにより前記ウォームを駆動した状態で、前記ウォームの予圧に関する荷重を測定してその測定値から前記プラグのねじ締め位置を決定し、その後、前記測定子挿通孔を塞ぐことを特徴とする。

本発明によれば、弾性部材の製造誤差や、ウォームおよびウォームホイール周りの組み付け誤差等が存在したとしても、プラグを、任意のねじ締め位置に位置調整することで、ウォームとウォームホイールとの間に所望の予圧を得られる。そして、プラグ固定手段を備えることで所望の予圧を維持できる。

本発明によれば、ハウジングに孔を形成するとともに当該孔を塞ぐ閉塞部材を備えるという簡単な構造で、ウォームとウォームホイールとの間の予圧調整を容易に行える。

本発明によれば、製造誤差や組み付け誤差等に拘りなく、ウォームとウォームホイールとの間の予圧を所望の値に調整できる。

電動パワーステアリング装置の構成図である。 ウォームおよびウォームホイール周りの平断面図である。 ホルダの説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 図２におけるＸ１−Ｘ１断面図である。 予圧調整方法を示す図であり、弾性部材周りの平断面図である。 プラグ固定手段を加締め構造とした場合のプラグ周りの平断面図である。

「第１実施形態」
≪電動パワーアリング装置の構成≫
図１において、電動パワーステアリング装置１００（操舵装置）は、アシスト力がピニオン軸１１４に入力されるピニオンアシスト型である。ただし、本発明はコラムアシスト型、ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置にも適用可能である。

電動パワーステアリング装置１００は、運転者が操作するステアリングホイール１１１と、ステアリングホイール１１１と一体で回転するステアリング軸１１２と、ステアリング軸１１２の下端に連結されたトーションバー１１３と、トーションバー１１３の下端に連結されたピニオン軸１１４と、車幅方向（左右方向）に延びるラック軸１１５と、を備えている。

ピニオン軸１１４のピニオン歯１１４ａは、ラック軸１１５のラック歯１１５ａと噛合している。そして、ピニオン軸１１４が回転軸線Ｏ１（図２参照）を中心に回転すると、ラック軸１１５が車幅方向において移動し、タイロッド１１６を介して連結された操舵輪１１７（車輪）が転舵されるようなっている。なお、ラック軸１１５は、筒状のハウジング１１８にブッシュ等を介して収容されている。

また、電動パワーステアリング装置１００は、ピニオン軸１１４に同軸で固定されたウォームホイール１２０と、ウォームホイール１２０に噛合するウォーム１３０と、アシスト力を発生しウォーム１３０を回転させる電動式のアシスト用モータ（以降、単にモータという）１４０と、モータ１４０の出力軸１４１とウォーム１３０とを連結する継手１５０と、ウォーム１３０等を収容するハウジング２０と、を備えている（図２参照）。

＜ウォームホイール＞
ウォームホイール１２０は、ピニオン軸１１４にセレーション結合している。つまり、ウォームホイール１２０は、ピニオン軸１１４に同軸で軸着されている。ウォームホイール１２０は、ウォーム１３０と噛合し、モータ１４０のアシスト力を操舵軸（ラック軸１１５）に伝達する。

＜ウォーム＞
図２に示すように、ウォーム１３０は、回転軸線Ｏ２を中心に回転する略円柱状の部品であって、その周面にギヤ歯１３１ａが形成されたウォーム本体１３１と、ウォーム本体１３１の一端側（モータ１４０側）に形成された第１軸部１３２と、ウォーム本体１３１の他端側（モータ１４０の反対側）に形成された第２軸部１３３と、を備えている。

第１軸部１３２は、第１軸受１１を介して、ハウジング２０に回転自在に支持されている。第２軸部１３３は、第２軸受１２、ホルダ３０を介して、ハウジング２０に回転自在に支持されている。

モータ１４０が駆動しウォーム１３０が回転すると、ウォーム１３０のギヤ歯１３１ａがウォームホイール１２０の外周面に形成されたホイール歯を乗り越えようとする。すなわち、ウォーム１３０にウォームホイール１２０から離れようとする離間力が発生する。

＜モータ＞
モータ１４０は、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）の指令に従って駆動し、アシスト力を発生する電動式のモータである。モータ１４０の出力軸１４１は、継手１５０を介して、ウォーム１３０の第１軸部１３２に連結されている。ＥＣＵは、トルクセンサ（図示しない）を介して、トーションバー１１３（図１）に発生した捩れトルクを検出し、捩れトルクの大きさに対応してモータ１４０を駆動させ、アシスト力を発生する。

＜継手＞
継手１５０は、出力軸１４１と第１軸部１３２とを連結し、モータ１４０の動力をウォーム１３０に伝達する。

＜第１軸受＞
第１軸受１１は、ウォーム１３０の第１軸部１３２とハウジング２０との間に設けられ、第１軸部１３２をハウジング２０に対して回転自在に支持している。第１軸受１１は、例えばラジアルボールベアリングで構成され、径方向の荷重を支持している。第１軸受１１は、ハウジング２０に螺合した円筒状の止部材１３によってハウジング２０に保持されている。

＜第２軸受＞
第２軸受１２は、ウォーム１３０の第２軸部１３３とハウジング２０との間に設けられ、第２軸部１３３をハウジング２０に対して回転自在に支持している。第２軸受１２は、例えばラジアルボールベアリングで構成され、径方向の荷重を支持している。第２軸受１２は、後記するホルダ３０に収容されている。

＜ハウジング＞
ハウジング２０は、ウォームホイール１２０、ウォーム１３０等を収容している。ハウジング２０内には、ホルダ３０を収容するホルダ収容孔２１が形成されている。ホルダ収容孔２１は、短円柱状であり、その軸方向はウォーム１３０の軸方向に延びている。ホルダ収容孔２１は、後記する付勢方向（ウォーム１３０の径方向（離間方向））に延びる連通孔２２を介して外部に連通している。連通孔２２は、プラグ２３により塞がれる。ハウジング２０には、プラグ２３の雄ねじ２４を螺合させるための雌ねじ２５が形成されている。

ハウジング２０には、後記するように、ウォーム１３０の予圧に関する荷重を測定する荷重計６０（図５）の測定子６１を外部から通すための測定子挿通孔６２が形成されている。測定子挿通孔６２は、おおむね回転軸線Ｏ２を孔軸中心として、第２軸部１３３の端部と対向する位置に形成されている。この測定子挿通孔６２は、荷重計６０による測定の後に閉塞部材６３により塞がれる。閉塞部材６３は、例えば鋼球等の金属球からなり、圧入により測定子挿通孔６２を塞ぐ。閉塞部材６３は、金属球以外でもよい。また、閉塞部材６３は着脱自在に設けてもよい。

＜ウォーム付勢構造体＞
電動パワーステアリング装置１００は、第２軸受１２（ウォーム１３０）をウォームホイール１２０に向けて付勢し、ウォーム１３０に予圧を与えるウォーム付勢構造体１を備えている。ウォーム付勢構造体１は、図４に示すように、第２軸受１２と、ホルダ３０と、カップ４０と、弾性部材５０と、を備えて構成されている。なお、ここでは、第２軸受１２（ウォーム１３０）を付勢する付勢方向は、図４における左右方向（紙面上下方向）であり、ウォーム１３０の一径方向である。

＜ホルダ＞
ホルダ３０は、図３、図４に示すように、略環状を呈しており、第２軸受１２の外側に被さり、第２軸受１２を保持する部材である。ホルダ３０は、第２軸受１２の軸方向視において、ウォームホイール１２０側が切り離されたＣ字形を呈している。そして、ホルダ３０は、前記したホルダ収容孔２１に若干縮径した状態で収容されている。

ホルダ３０の内周面には、ウォーム１３０の付勢方向（左右方向）に延びる一対の平面状のガイド面３１，３１が形成されている。すなわち、第２軸受１２は、ガイド面３１，３１に摺接しつつウォーム１３０の付勢方向において摺動可能となっている。

ホルダ３０のウォームホイール１２０と反対側には、短円筒状のばね収容部３２が形成されている。ばね収容部３２は、圧縮コイルばね５０を収容する部分であり、その中空部はウォーム１３０の付勢方向（左右方向）に延びている。

＜カップ＞
カップ４０は、第２軸受１２側が閉じた有底円筒状を呈しており、ばね収容部３２内に摺動自在に収容されている。カップ４０は、円筒状の周壁部４１と、周壁部４１の第２軸受１２側に形成された底壁部４２と、を備えている。周壁部４１はカップ４０の摺動方向においてある程度の長さを有しており、周壁部４１の外周面はばね収容部３２の内周面に摺接している。底壁部４２の外面は、第２軸受１２の外周面に線接触している。

＜弾性部材＞
弾性部材５０は、第２軸受１２（ウォーム１３０）をウォームホイール１２０に向けて付勢する弾性体である。本実施形態では、弾性部材５０を圧縮コイルばね５１から構成している。圧縮コイルばね５１は、ばね収容部３２内において付勢方向に沿って延びるように圧縮された状態で配され、その一端５１Ａはカップ４０の底壁部４２に当接し、他端５１Ｂはプラグ２３に当接している。つまり、圧縮コイルばね５１は、付勢方向において一端５１Ａがカップ４０、第２軸受１２を介してウォーム１３０に支持され、他端５１Ｂがプラグ２３に支持されている。これにより、圧縮コイルばね５１の弾性復元力により、ウォーム１３０とウォームホイール１２０との間に予圧が付与される。なお、弾性部材５０としては、皿ばねやゴム材等であってもよい。

＜プラグ＞
電動パワーステアリング装置１００は、ハウジング２０の雌ねじ２５に螺合する雄ねじ２４を外周面に有したプラグ２３を備えている。プラグ２３は、軸長にわたり略一定径に形成された短円柱状の部材である。プラグ２３の軸方向一端側の端面（外端面２６という）には、ねじ締め工具７１（図５）を差し込むための六角穴２８が形成されている。プラグ２３の軸方向他端側の端面（内端面２７という）には、圧縮コイルばね５１の他端５１Ｂ周りを収容するための凹部２９が形成されている。

＜プラグ固定手段＞
電動パワーステアリング装置１００は、ウォーム１３０とウォームホイール１２０との間に所望の予圧が得られるように、任意のねじ締め位置に位置調整されたプラグ２３を、ハウジング２０に対し回転不能に固定するプラグ固定手段８０を備えている。プラグ固定手段８０の好適例の一つとして、ロックナット（緩み止めナット）８１が挙げられる。この場合、所望の予圧が得られた位置に位置調整されたプラグ２３は、その雄ねじ２４の一部がハウジング２０の外面よりも外部に露出するようになっている。ロックナット８１は、その露出した雄ねじ２４に、ハウジング２０の外面に突き当たるまで螺合される。これにより、プラグ２３はハウジング２０に対し回転不能に固定され、プラグ２３の軸方向の移動が阻止される。ロックナット８１は公知構造のロックナットを用いることができ、その詳細構造についての説明は省略する。

「予圧調整の手順」
ハウジング２０内の各部品を全て組み付けた状態にし、測定子挿通孔６２（図２）は空けたままにしておく。そして、図５に示すように、ねじ締め工具７１を六角穴２８に差し込み、プラグ２３の雄ねじ２４をハウジング２０の雌ねじ２５に螺合し、圧縮コイルばね５１を圧縮させる。圧縮コイルばね５１に生じた弾性復元力は、第２軸受１２をホルダ３０内においてウォームホイール１２０側に押圧する力として作用する。これにより、ウォーム１３０とウォームホイール１２０との間に予圧が付与される。この後、以下に記すプラグ調整工程とプラグ固定工程とを行う。

＜プラグ調整工程＞
プラグ調整工程では、所望の予圧が得られるようにプラグ２３を任意のねじ締め位置に位置調整する。所望の予圧が得られているか否かを判定する一方法例は次の通りである。測定子挿通孔６２を介して荷重計６０の測定子６１をハウジング２０の内部に挿入し、その先端を第２軸部１３３の端面に形成された測定子係止穴６４に係止させる。モータ１４０によりウォーム１３０を駆動させた状態で、ウォーム１３０の予圧に関する荷重を測定し、その測定値が「所定荷重」に達するように、ねじ締め工具７１によりプラグ２３のねじ締め位置を調整し、圧縮コイルばね５１の圧縮量を調整する。前記「所定荷重」の値は、所望の予圧が得られたときの荷重値であり、概ねウォーム１３０が回転していないときの予圧から、既述したようにウォーム１３０が回転したときに生じる、ウォーム１３０がウォームホイール１２０から離れる離間力を差し引いた値である。この「所定荷重」の値は予めシミュレーション等により求めた値である。

荷重計６０の測定値が所定荷重となったとき、プラグ２３は、雄ねじ２４の一部がハウジング２０の外面よりも外部に露出した状態となる。また、プラグ２３の内端面２７と、連通孔２２が形成されたハウジング２０の壁部６５との間には、隙間Ｌが形成される。その後、測定子挿通孔６２は閉塞部材６３により塞がれる。

＜プラグ固定工程＞
プラグ固定工程では、プラグ調整工程で位置調整されたプラグ２３を、ロックナット８１によりハウジング２０に対し回転不能に固定する。これにより、プラグ２３の軸方向の移動が阻止され、ウォーム１３０とウォームホイール１２０との間の予圧が適正値に保持される。

以上のように、ウォーム１３０とウォームホイール１２０との間で所望の予圧が得られるように任意のねじ締め位置に位置調整されたプラグ２３を、ハウジング２０に対し回転不能に固定するプラグ固定手段８０を備える構成とすれば、圧縮コイルばね５１の長さのばらつきや、ウォーム１３０およびウォームホイール１２０周りの組み付け誤差等が存在したとしても、プラグ２３を、任意のねじ締め位置に位置調整することで、所望の予圧を得られる。プラグ固定手段８０を備えることで、所望の予圧が維持される。

プラグ固定手段８０を、プラグ２３の雄ねじ２４に螺合するロックナット８１から構成することで、プラグ固定手段８０を簡単な構造で実現でき、プラグ２３の固定作業も容易となる。

また、ハウジング２０に形成され、ウォーム１３０の予圧に関する荷重を測定するための測定子６１を外部から通すための測定子挿通孔６２と、測定子挿通孔６２を塞ぐ閉塞部材６３と、を備える構成とすれば、ハウジング２０に孔を形成するとともに当該孔を塞ぐ閉塞部材６３を備えるという簡単な構造で、ウォーム１３０とウォームホイール１２０との間の予圧調整を容易に行える。

「第２実施形態」
図６を参照して第２実施形態を説明する。第２実施形態は、プラグ固定手段８０を、プラグ２３とハウジング２０との加締めから構成した形態である。その他の要素は第１実施形態と同じであるため、その説明は省略する。

雌ねじ２５周りのハウジング２０の外面には、図６（ａ）に示すように加締め用の突起部８２が突設されている。突起部８２は、雌ねじ２５の円周方向に間隔を空けて複数設けられていてもよいし、１か所であってもよい。本実施形態では、ウォーム１３０とウォームホイール１２０との間で所望の予圧が得られるように位置調整されたプラグ２３は、外端面２６がハウジング２０の外面とほぼ面一状となるようになっている。そして、図示しない治具で突起部８２を内径側に潰すことで、図６（ｂ）に示すように突起部８２が雄ねじ２４を変形してプラグ２３に食い込む。これにより、プラグ２３はハウジング２０に対し回転不能に固定され、プラグ２３の軸方向の移動が阻止される。

プラグ固定手段８０を、プラグ２３とハウジング２０との加締めから構成することで、プラグ固定手段８０を簡単な構造で実現でき、プラグ２３の固定作業も容易となる。

以上、好適な２つの実施形態を説明した。プラグ固定手段８０は、ロックナットや加締めの他に、接着剤を用いてプラグ２３をハウジング２０に回転不能に固定するようにしてもよい。

１ ウォーム付勢構造体
２０ ハウジング
２３ プラグ
２４ 雄ねじ
２５ 雌ねじ
５０ 弾性部材
５１ 圧縮コイルばね（弾性部材）
６２ 測定子挿通孔
６３ 閉塞部材
８０ プラグ固定手段
８１ ロックナット（プラグ固定手段）
８２ 突起部（プラグ固定手段）
１００ 電動パワーステアリング装置
１２０ ウォーム
１３０ ウォームホイール
１４０ アシスト用モータ

Claims (4)

1. アシスト用モータにより駆動されるウォームと、
   前記ウォームに噛合し、操舵軸にアシスト力を伝達するウォームホイールと、
   前記ウォームおよび前記ウォームホイールを収容するハウジングと、
   前記ハウジングに形成された雌ねじに螺合する雄ねじを外周面に有したプラグと、
   付勢方向において一端が前記ウォームに支持され他端が前記プラグに支持されて、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間に予圧を付与する弾性部材と、
   を備えたパワーステアリング装置であって、
   所望の予圧が得られるように任意のねじ締め位置に位置調整された前記プラグを、前記ハウジングに対し回転不能に固定するプラグ固定手段と、
   前記ハウジングに形成され、前記ウォームの予圧に関する荷重を測定するための測定子を外部から通すための測定子挿通孔と、
   前記測定子挿通孔を塞ぐ閉塞部材と、を備える
   ことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記プラグ固定手段は、前記プラグの雄ねじに螺合するロックナットである
   ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. 前記プラグ固定手段は、前記プラグと前記ハウジングとの加締めである
   ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
4. アシスト用モータにより駆動されるウォームと、
   前記ウォームに噛合し、操舵軸にアシスト力を伝達するウォームホイールと、
   前記ウォームおよび前記ウォームホイールを収容するハウジングと、
   前記ハウジングに形成された雌ねじに螺合する雄ねじを外周面に有したプラグと、
   付勢方向において一端が前記ウォームに支持され他端が前記プラグに支持されて、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間に予圧を付与する弾性部材と、
   を備えたパワーステアリング装置において、
   所望の予圧が得られるように前記プラグを任意のねじ締め位置に位置調整するプラグ調整工程と、
   前記プラグ調整工程で位置調整された前記プラグを前記ハウジングに対し回転不能に固定するプラグ固定工程と、
   を有し、
   前記ハウジングに測定子挿通孔を形成し、
   前記プラグ調整工程において、前記測定子挿通孔を介して荷重計の測定子を前記ハウジングの内部に挿入し、前記アシスト用モータにより前記ウォームを駆動した状態で、前記ウォームの予圧に関する荷重を測定してその測定値から前記プラグのねじ締め位置を決定し、
   その後、前記測定子挿通孔を塞ぐ
   ことを特徴とするパワーステアリング装置の予圧調整方法。

Images