JP2002337703A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動モータを駆動せず補助操舵力を用いない
場合、微少の押付力によりバックラッシュを無くして打
撃音を消失するだけでなく、同時にハンドルの操作性や
ハンドル戻りを良好に維持する一方、電動モータを駆動
して補助操舵力を用いる場合、ウォームとホイールの歯
面間に適度なバックラッシュを維持して、良好な動力伝
達を図ること。 【解決手段】 回転軸６の中央部には、外周面にウォー
ム歯を形成したウォーム筒１０が回転自在で軸方向移動
自在に外嵌してある。ウォーム筒１０の両側で回転軸６
に、ウォーム筒１０を両側から弾性的に押圧する一対の
弾性部材１１，１２が取付けてある。一対の弾性部材１
１，１２の両側に、回転軸６の回転トルク上昇に対応し
て、ウォーム筒１０を両側から挟持して回転軸６に一体
的に回転させるための一対のトルクカム機構１３，１４
が設けてある。

Description

【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
リング装置に関し、特に、減速機のバックラッシュに起
因する歯面同士の衝突音（ラトル音）を低減することが
できる電動パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の電動パワーステアリング装置とし
て、補助操舵トルクとなる電動モータの回転出力を歯車
装置により減速して操舵機構の出力軸に伝達し、ステア
リングホイールに印加された操舵力を補助して、車輪の
操舵を行うように構成したものが知られている。このよ
うな電動パワーステアリング装置においては、ハウジン
グ内に設けられた動力伝達機構を用いて、電動モータの
回転を減速しつつ出力軸に動力を伝達している。

【０００３】この動力伝達機構として、ウォームギヤ機
構を用いた電動パワーステアリング装置においては、ウ
ォームとウォームホイールの歯面間に適度なバックラッ
シュを設定する必要がある。

【０００４】即ち、かかるバックラッシュが小さすぎれ
ば、噛合する歯同士が競り合いを起こし、作動トルクが
重くなってハンドル戻りが悪くなる。

【０００５】これに対し、バックラッシュをある程度大
きくすると、歯同士の競り合い等は生じなくなる。ま
た、バックラッシュをある程度大きくしても、ウォーム
ギヤ機構において一方向に動力が伝達されている場合に
は、特に大きな問題を生じさせることはない。

【０００６】ところが、電動パワーステアリング装置に
おいては、ステアリングホイールの操舵に応じて、ある
いは車輪を介して路面から入力される振動等に基づき、
動力の伝達方向が変わりうる。

【０００７】その結果、今まで当接していた歯面の裏側
の歯面が、バックラッシュ分だけ急に移動して、相手の
歯面に衝突し、比較的大きな叩き音が生ずる。かかる叩
き音は、噛み合うギヤの材質、剛性によっても音質が変
化し、またバックラッシュが大きいほど大きくなる傾向
にある。特に鉄系のギヤ同士では、叩き音は耳障りな衝
撃音となって、運転者に不快感を与えるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このようなバックラッ
シュに起因する歯面同士の打撃音を低減するため、特開
平１１−４３０６２号公報では、電動モータの駆動軸
に、ウォーム付き回転軸が回転不能で軸方向移動自在に
構成してあると共に、ハウジング側に、このウォーム付
き回転軸の一部が当接する弾性部材が設けてある。

【０００９】これにより、ホイールの歯面がウォームの
歯面に衝突すると、ウォーム付き回転軸を軸線方向に移
動させ、ウォーム付き回転軸の一部を弾性部材に当接さ
せて、衝撃力を緩和し、打撃音を低減している。

【００１０】しかしながら、バックラッシュが存在する
限り、歯面同士の衝突そのものを無くすことができない
ため、打撃音を略完全に消失することは困難である。

【００１１】また、ウォーム減速機は、動力伝達に際し
て歯面滑りを伴い、損失の殆どがその滑り損失によるも
のである。そのため、ウォーム減速機は、平歯車やハス
バ歯車に比べて、歯面の摩擦が激しく、この歯面の磨耗
によるバックラッシュの増大は、その構造上避けること
はできない。したがって、上記公報に開示した打撃音の
低減手段も、経時的には劣化を免れないといったことが
ある。

【００１２】また、特開平１０−２８１２３５号公報で
は、弾性部材によりウォームの歯面をホイールの歯面に
弾性的に押圧し、これにより、バックラッシュそのもの
を無くして、打撃音を消失している。

【００１３】しかしながら、電動パワーステアリング装
置では、直線路走行時のように微少なハンドル操作の場
合には、電動モータを駆動せず電動モータによる補助操
舵力を用いずに、ハンドルの操舵力のみを出力軸に直接
伝達するようにしている。

【００１４】このような場合、上記従来公報のように、
ウォームの歯面をホイールの歯面に押圧して、両歯面間
にバックラッシュそのものがないとすると、噛合する歯
同士が競り合いを起こし、作動トルクが非常に重くなっ
て、ハンドルの操作性やハンドル戻りが悪くなるといっ
たことがある。

【００１５】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、電動モータを駆動せず電動モータによる
補助操舵力を用いない場合には、微少の押付力によりバ
ックラッシュを無くして打撃音を消失するだけでなく、
同時にハンドルの操作性やハンドル戻りを良好に維持す
る一方、電動モータを駆動して電動モータによる補助操
舵力を用いる場合には、ウォームとホイールの歯面間に
適度なバックラッシュを維持して、良好な動力伝達を図
った電動パワーステアリング装置を提供することを目的
する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、補助
操舵トルクとなる電動モータの回転出力をウォームギヤ
機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達し、ステア
リングホイールに印加された操舵力を補助して、車輪の
操舵を行うように構成した電動パワーステアリング装置
において、電動モータに連結した回転軸に回転自在で軸
方向移動自在に外嵌して、外周面にウォーム歯を形成し
た円筒状のウォーム筒と、このウォーム筒の両側で回転
軸に外嵌して、ウォーム筒を両側から弾性的に押圧する
一対の弾性部材と、これら一対の弾性部材の両側で回転
軸に設けて、回転軸の回転トルク上昇に対応して、弾性
部材を介してウォーム筒を両側から挟持して、ウォーム
筒を回転軸に一体的に回転させるための一対のトルクカ
ム機構と、を具備することを特徴とする。

【００１７】このように、本発明によれば、電動モータ
を駆動せず電動モータによる補助操舵力を用いない場合
には、微少の押付力によりバックラッシュを無くして、
打撃音を消失するだけでなく、同時にハンドルの操作性
やハンドル戻りを良好に維持することができる。

【００１８】一方、電動モータを駆動して電動モータに
よる補助操舵力を用いる場合には、所定の押付力により
ウォームとホイールの歯面間に適度なバックラッシュを
維持して、良好な動力伝達を図ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明す
る。

【００２０】図１は、本発明の実施の形態に係る電動パ
ワーステアリング装置の縦断面図である。図２（ａ）
は、図１に示したトルクカム機構の拡大断面図であり、
（ｂ）は、図１に示したウォーム筒、弾性部材、及び可
動トルクカムの結合箇所の拡大断面図である。

【００２１】図１に示すように、本第１実施の形態に係
る電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイ
ール（図示略）に連結した入力軸（図示略）に、トーシ
ョンバー（図示略）等を介して出力軸１が連結してあ
り、この出力軸１に、ウォームギヤ減速機構のホイール
２が固定してある。

【００２２】このウォームギヤ減速機構を収納するハウ
ジング３には、電動モータ４が取付けてある。この電動
モータ４の駆動軸５は、雌スプライン（又は雌セレーシ
ョン）に形成してあり、この雌スプライン等の駆動軸５
に、回転軸６の右端の雄スプライン部６ａ（又は雄セレ
ーション）が回転不能且つ軸方向移動自在に連結してあ
る。

【００２３】この回転軸６は、その両側で一対の軸受
７，８により回転自在に支持してあり、その中央部に
は、外周面にウォーム歯を形成した円筒状のウォーム筒
１０が回転自在で軸方向移動自在に外嵌してある。な
お、ウォーム筒１０は、径方向にも変位可能に形成して
ある。

【００２４】このウォーム筒１０の両側と、後述するト
ルクカム機構１３，１４との間には、ウォーム筒１０を
両側から弾性的に押圧する一対の弾性部材１１，１２が
圧入等により取付けてある。

【００２５】これら一対の弾性部材１１，１２の両側に
は、回転軸６の回転トルク上昇に対応して、弾性部材１
１，１２を介してウォーム筒１０を両側から挟持して、
ウォーム筒１０を回転軸６に一体的に回転させるための
一対のトルクカム機構１３，１４が設けてある。

【００２６】一対のトルクカム機構１３，１４は、略同
一の構成であり、各トルクカム機構１３，１４は、図２
（ａ）に示すように、回転軸６に固定した固定トルクカ
ムａを有している。なお、図１に示すように、右側のト
ルクカム機構１３の固定トルクカムａは、回転軸６に形
成したフランジであり、左側のトルクカム機構１４の固
定トルクカムａは、回転軸６と別体であり、回転軸６の
先端ネジ部にナットを螺合して固定したスリーブであ
る。

【００２７】図２（ａ）に示すように、この固定トルク
カムａに対向して、可動トルクカムｂが回転軸６に回転
自在で軸方向移動自在に設けてある。両トルクカムａ，
ｂの間に、ボールｃが挟持してあり、このボールｃのた
めの保持器ｄが設けてある。

【００２８】また、両トルクカムａ，ｂの両内面には、
固定トルクカムａに対して可動トルクカムｂが周方向に
相対変位したとき、ボールｃを滑動するための一対の斜
面状のボール溝ｅ，ｅが形成してある。

【００２９】即ち、固定トルクカムａに対して可動トル
クカムｂが周方向に相対変位して、ボールｃが一対の斜
面状のボール溝ｅ，ｅを滑動したときには、固定トルク
カムａに対して、可動トルクカムｂが軸方向に離間して
軸方向内方に移動するようになっている。

【００３０】また、図２（ｂ）に示すように、可動トル
クカムｂは、軸方向内方に延びる筒状部を有し、その先
端部には、ウォーム筒１０が軸方向に変位した時にその
端部に当接するテーパ面ｆが形成してある。

【００３１】以上のように構成した電動パワーステアリ
ング装置では、以下のように作用する。なお、電動モー
タを駆動せず電動モータによる補助操舵力を用いない場
合と、電動モータを駆動して電動モータによる補助操舵
力を用いる場合とに分けて説明する。 （ａ）電動モータを駆動せず電動モータによる補助操舵
力を用いない場合 直線路走行時のように微少なハンドル操作の場合には、
電動モータを駆動せず電動モータによる補助操舵力を用
いずに、ハンドルの操舵力のみを出力軸１に直接伝達す
るようにしている。

【００３２】このような場合のために、本実施の形態で
は、ウォーム筒１０が回転自在で軸方向移動自在に回転
軸６に外嵌してあり、このウォーム筒１０は、一対の弾
性部材１１，１２により両側から弾性的に押圧してあ
る。そのため、ウォーム筒１０からホイール２に微少な
軽い押付力が作用する状態となっている。

【００３３】したがって、ウォーム筒１０からホイール
２に押付け力が作用していることから、バックラッシュ
そのものを殆ど無くすことができ、ホイール２が逆転や
振動等をしたとしても、ウォーム筒１０は、ホイール２
の逆転等に追随して軸方向に移動することができ、弾性
部材１１，１２の弾性変形により衝撃を緩和して、バッ
クラッシュに起因する打撃音を殆ど消失することができ
る。

【００３４】また、ウォーム筒１０からホイール２に押
付け力が作用しているとしても、非常に微少な軽い力で
あるため、噛合する歯同士が競り合いを起こすことがな
く、作動トルクも非常に軽くすることができ、ハンドル
の操作性やハンドル戻りを良好に維持することができ
る。

【００３５】したがって、電動モータ４を駆動せず電動
モータ４による補助操舵力を用いない場合には、微少の
押付力によりバックラッシュを無くして、打撃音を消失
するだけでなく、同時にハンドルの操作性やハンドル戻
りを良好に維持することができる。 （ｂ）電動モータを駆動して電動モータによる補助操舵
力を用いる場合 例えば車両がカーブを曲がろうとする時などのように、
ハンドルの操舵角が大きい場合には、電動モータ４の回
転出力をウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出
力軸１に伝達し、ハンドルに印加された操舵力を補助し
て、車輪の操舵を行なっている。

【００３６】このような場合のために、本実施の形態で
は、例えば、ウォーム筒１０は右ネジレとし、電動モー
タ４を駆動して回転軸６が時計回り方向（ＣＷ）に回転
すると、ホイール２は、略停止しているので、ウォーム
筒１０は、左方向にねじ込まれ、左側のトルクカム機構
１４の可動トルクカムｂのテーパー面ｆに当接して、そ
れ以上の軸方向の移動は阻止（規制）される。

【００３７】すなわち、電動モータ４が駆動されると、
回転軸６は、回転軸６に固定した一対の固定トルクカム
ａ，ａと共に回転を開始する。しかし、ウォーム筒１０
は、略停止しているホイール２に噛合していると共に、
上記のテーパ面ｆによる軸方向規制によって、一対の弾
性部材１１，１２及び一対の可動トルクカムｂ，ｂに一
体的な状態にある。

【００３８】したがって、回転軸６が一対の固定トルク
カムａ，ａ共に回転を開始する一方、ウォーム筒１０、
弾性部材１１，１２、及び可動トルクカムｂ，ｂは、一
体的に殆ど回転できないように規制されている。

【００３９】その結果、回転している固定トルクカム
ａ，ａに対して、略停止している可動トルクカムｂ，ｂ
が周方向に相対変位し（即ち、位相差を生じ）、両トル
クカムａ，ｂ間のボールｃ，ｃが斜面状のボール溝ｅ，
ｅを滑動して、固定トルクカムａ，ａに対して、可動ト
ルクカムｂ，ｂが軸方向に離間して軸方向内方に移動す
る。

【００４０】これにより、一対の可動トルクカムｂ，ｂ
は、弾性部材１１，１２を介してウォーム筒１０を両側
から押圧して挟持し、ウォーム筒１０を回転軸６に一体
的に回転させる。

【００４１】この可動トルクｂ，ｂの押付力は、ボール
ｃ，ｃが斜面状のボール溝ｅ，ｅとの関係から、回転軸
６の回転トルク上昇に対応して大きくなり、回転軸６の
回転トルク上昇に対応してウォーム筒１０と回転軸６の
一体的な結合度（結合剛性）は強くなる。したがって、
ウォーム筒１０とホイール２の歯面間に適度なバックラ
ッシュを維持して、良好な動力伝達を図ることができ
る。

【００４２】なお、次に、数式を用いて、本発明の各実
施の形態と従来公報（特開平１０−２８１２３５号公
報）とを比較検討する。

【００４３】従来公報においては、弾性部材を用いて、
ウォームをホイールに、もしくは、ホイールをウォーム
に押付け、バックラッシュそのものをなくして、打撃音
を無くす方法が示されている。

【００４４】しかしながら、以下に示す様に、作動トル
クと充分な押付け力の確保の両立が困難であるという問
題点があった。

【００４５】ウォーム減速機は、平歯車やハスバ歯車の
様に歯面が転がりながらトルクを伝達する減速機に比べ
て、効率が悪いことが一般に知られている。これは、ト
ルクの伝達が、歯面が滑りながら行われることに伴う摩
擦損失によるものであり、構造上不可避なものである。

【００４６】この摩擦損失による効率ηは、一般に次式
で表される。

【００４７】

【数１】 α_ｎ:圧力角、γ_０:進み角、μ:摩擦係数 例として、圧力角２０ｄｅｇ、進み角２０ｄｅｇ、摩擦
係数０．０７とした場合の効率は０．８程度となる。ハ
スバ歯車などの効率が９５％程度などに比べると遙かに
低い。

【００４８】トルク伝達状態においては、伝達トルクに
比例して歯面法線力が増加し、摩擦力は摩擦係数×歯面
法線力であるので、摩擦損失は伝達トルクに比例する。
モータで動力付勢している場合であれば、摩擦損失分、
付勢力が小さくなるだけである。

【００４９】従来公報例のように、動力伝達の有無に無
関係に、歯面を押付けた場合、この押付け力による摩擦
損失は常時発生することになり、動力付勢がない状態で
の作動トルクが非常に重くなってしまう。

【００５０】作動トルクが重いと、特に直線走行時のよ
うに、動力付勢なしに微少なハンドル操作を必要とする
場合の操作性やハンドル戻り等が悪化する。従って、作
動トルクを増やさない為には押付け力は極力小さくしな
ければならない。

【００５１】しかしながら、ウォーム減速機において
は、動力を伝達する時に、ウォームとホイールを引き離
そうとする分力が発生するので、押付け力が小さけれ
ば、容易に、変位してしまい、正常な噛合いを行わせる
ことが出来なくなり、ギヤの摩耗が促進してしまう。

【００５２】これに対して、本発明の実施の形態では、
電動モータ４を駆動せず電動モータ４による補助操舵力
を用いない場合、微少の押付力によりバックラッシュを
無くして、打撃音を消失するだけでなく、同時にハンド
ルの操作性やハンドル戻りを良好に維持する一方、電動
モータ４を駆動して電動モータ４による補助操舵力を用
いる場合には、所定の押付力によりウォーム筒１０とホ
イール２の歯面間に適度なバックラッシュを維持して、
良好な動力伝達を図っている。

【００５３】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されず、種々変形可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電動モータを駆動せず電動モータによる補助操舵力を用
いない場合には、微少の押付力によりバックラッシュを
無くして、打撃音を消失するだけでなく、同時にハンド
ルの操作性やハンドル戻りを良好に維持することができ
る。

【００５５】一方、電動モータを駆動して電動モータに
よる補助操舵力を用いる場合には、所定の押付力により
ウォームとホイールの歯面間に適度なバックラッシュを
維持して、良好な動力伝達を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリ
ング装置の縦断面図である。

【図２】（ａ）は、図１に示したトルクカム機構の拡大
断面図であり、（ｂ）は、図１に示したウォーム筒、弾
性部材、及び可動トルクカムの結合箇所の拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 出力軸 ２ ホイール ３ ハウジング ４ 電動モータ ５ 駆動軸 ６ 回転軸 ６ａ 雄スプライン部（又は雄セレーション） ７，８ 軸受 １０ ウォーム筒 １１，１２ 弾性部材 １３，１４ トルクカム機構 ａ 固定トルクカム ｂ 可動トルクカム ｃ ボール ｄ 保持器 ｅ ボール溝 ｆ テーパ面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補助操舵トルクとなる電動モータの回転出
   力をウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸
   に伝達し、ステアリングホイールに印加された操舵力を
   補助して、車輪の操舵を行うように構成した電動パワー
   ステアリング装置において、 電動モータに連結した回転軸に、回転自在で軸方向移動
   自在に外嵌して、外周面にウォーム歯を形成した円筒状
   のウォーム筒と、 このウォーム筒の両側で回転軸に外嵌して、ウォーム筒
   を両側から弾性的に押圧する一対の弾性部材と、 これら一対の弾性部材の両側で回転軸に設けて、回転軸
   の回転トルク上昇に対応して、弾性部材を介してウォー
   ム筒を両側から挟持して、ウォーム筒を回転軸に一体的
   に回転させるための一対のトルクカム機構と、を具備す
   ることを特徴とする電動パワーステアリング装置。