JP2004122828A

JP2004122828A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2004122828A
Application number: JP2002286252A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Oka; 岡　邦洋; Atsuya Miyata; 宮田　敦哉
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP4089377B2

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置において、過大な入力を受けても各部の破損を確実に防止でき、しかもトルク制限値のばらつきが小さいこと。
【解決手段】弾性部材２７が第１の傘歯車２３の第１の側面２５を付勢し、第１の傘歯車２３の第２の側面２６と回転筒１８の結合面２８が摩擦結合する。通常は、第１の傘歯車２３と回転筒１８が、摩擦結合力と連結部材３２による結合力とにより一体回転して、両者２３，２８間にトルクを伝達する。路面等から過大な入力があると、連結部材３２が破断すると共に、第１の傘歯車２３の第２の側面２６と回転筒１８の結合面２８との間で滑りを生じ、伝達トルクが制限されるので、各部の破損を未然に防止することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はラックアンドピニオン式の電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ラック軸の回りに配置される第１の傘歯車と、この第１の傘歯車に噛み合い操舵補助用の電動モータの回転軸に取り付けられる第２の傘歯車とを備え、この第２の傘歯車の回転をボールねじ機構を介してラック軸の軸方向移動に変換するようにしたラックアンドピニオン式の電動パワーステアリング装置が提供されている（特許文献１）。
【０００３】
この電動パワーステアリング装置では、ラック軸の外周に形成したねじ溝と、ラック軸を取り囲むボールナットの内周のねじ溝との間に複数のボールを介在させて、ボールねじ機構を構成している。
また、第１の傘歯車の内周に焼き付け固定されたトルクリミッタとしての環状のゴム部材の内周をボールナットの外周に嵌合させており、通常時は第１の傘歯車をボールナットに一体回転させる。一方、過大なトルクが働くと、第１の傘歯車及びゴム部材がボールナットに対して滑ることより、第１の傘歯車からボールナットに伝達されるトルクが制限されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２８０９２３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、傘歯車間の噛み合い部分の騒音の低減の要請がある。
そこで、傘歯車に合成樹脂を用いて上記の騒音の低減を図ることが考えられるが、そうする場合、下記の新たな問題が発生するおそれがある。
すなわち、例えばタイヤが縁石等とぶつかったとき等に過大な衝撃荷重がタイヤ側から傘歯車の噛み合い部分に加わり、傘歯車の歯が破損するおそれがある。
【０００６】
そこで、上記特許文献１のようにトルクリミッタを用い、過大なトルクを受けたときに、第１の傘歯車をボールナットに対して滑らせるようにすることも考えられる。
しかしながら、特許文献１で用いるトルクリミッタは、第１の傘歯車の内周とボールナットの外周との間に形成される環状の空間内に、圧縮状態で介在する環状のゴム部材であるので、制限トルクを所要値に設定することが非常に困難であり、電動パワーステアリング装置の製品毎で制限トルク値のばらつきが大きくなる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、過大な入力を受けても各部の破損を確実に防止でき、しかも制限トルク値のばらつきの小さい電動式動力舵取装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、操舵により回転されるピニオンと、このピニオンに噛合し転舵のために軸方向に移動自在なラック軸と、ラック軸に形成されるねじ軸と、このねじ軸を包囲し転動体を介してねじ軸に螺合する回転筒と、この回転筒の外周に軸方向に移動自在に嵌められトルク制限機構を介して回転筒に一体回転可能な第１の歯車と、この第１の歯車に噛合する第２の歯車と、この第２の歯車を駆動するための電動モータとを備え、第１の歯車は第１及び第２の側面を有し、上記トルク制限機構は、第１の歯車の第１の側面を軸方向に付勢する弾性部材と、回転筒に設けられ第１の歯車の第２の側面に摩擦結合する結合面とを含むことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、通常は、第１の歯車と回転筒が摩擦結合により一体回転して両者間にトルクが伝達される。一方、路面等から過大な入力があると、第１の歯車の第２の側面と回転筒の結合面との間で滑りを生じ、伝達トルクが制限されるので、各部の破損を未然に防止することができる。しかも、弾性部材が第１の歯車を軸方向に付勢することで、第１の歯車と回転筒との間の摩擦結合力を得るので、両者に滑りを生じるときのトルクを比較的精度良く設定することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記第１及び第２の歯車は傘歯車からなり、第１の歯車の歯は第１の側面に形成されることを特徴とするものである。本発明では、第１の歯車が受ける駆動反力が第１の歯車を弾性部材から遠ざける方向に働くので、弾性部材に不必要な負荷を及ぼすことがない。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、上記トルク制限機構は、回転筒の外周と第１の歯車の内周とを一体回転可能に連結する連結部材をさらに含み、この連結部材は、回転筒と第１の歯車との間の伝達トルクが所定値を超えると破断して連結を解除することを特徴とするものである。本発明では、回転筒と第１の歯車との間の伝達トルクが所定値を超えない通常時において、回転筒と第１の歯車との間の滑りを確実に防止して、トルク伝達ロスをなくすことができる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３において、上記弾性部材はばねからなり、このばねのセット長を調整することのできる調整手段をさらに備えることを特徴とするものである。本発明では、ばねのセット長の調整を通じて、回転筒と第１の歯車との間に滑りを発生し始めるときのトルクを精度良く調整することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の模式的断面図である。図１を参照して、本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等の操舵部材２に連なる第１操舵軸３と、舵取り機構４に連なる第２操舵軸５と、第１及び第２操舵軸３，５を相対回転可能に同軸的に連結するトーションバー６と、第１及び第２操舵軸３，５間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、トルセンサ７により検出されるトルクや車速センサにより検出される車速等に基づいて制御部８により駆動制御される操舵補助用の電動モータ９とを備える。
【００１３】
舵取り機構４は、第２操舵軸５の端部に設けられるピニオン１０と、このピニオン１０に噛み合うラック軸１１と、ラック軸１１の両端にタイロッド１２を介して結合され、転舵輪１３を支持するナックルアーム１４とを備える。ラック軸１１は図示しない軸受を介してハウジング１５により軸方向に移動自在に支持されている。電動モータ９のハウジング９ａの端部はハウジング１５の連結口１５ａに嵌合され、両ハウジング９ａ，１５ａは図示しない固定ねじにより固定されている。
【００１４】
上記電動モータ９の回転軸１６の回転は、傘歯車機構１７を介してラック軸１１と同軸上のボールナットからなる回転筒１８の回転に変換され、さらに、この回転筒１８の回転が変換機構としてのボールねじ機構１９を介してラック軸１１の軸方向直線運動に変換され、その結果、操舵補助が達成されるようになっている。
具体的には、ラック軸１１の軸方向中間部にはねじ軸２０が形成されており、このねじ軸２０の周囲を上記回転筒１８が同心に包囲している。回転筒１８は一対の軸受５１，５２を介してハウジング１５に回転自在に支持されると共に、上記の軸受５１，５２によって、対応する軸方向への移動を規制されている。
【００１５】
ねじ軸２０の外周２０ａのねじ溝２０ｂと回転筒１８の内周１８ａのねじ溝１８ｂとの間には複数のボール等の転動体２１が介在しており、回転筒１８は転動体２１を介してねじ軸２０に螺合している。また、上記の転動体２１は図示しない公知の機構を用いて上記のねじ溝１８ｂ，２０ｂ内を循環されるようになっている。
上記の傘歯車機構１７は、回転筒１８の外周１８ｃに軸方向に移動自在に嵌められトルク制限機構２２を介して回転筒１８に一体回転可能な第１の歯車としての第１の傘歯車２３と、この第１の傘歯車２３に噛合する第２の歯車としての第２の傘歯車２４とを備える。この第２の傘歯車２４は、電動モータ９の回転軸１６の端部に一体回転可能に固定されている。
【００１６】
第１の傘歯車２３は、第２の傘歯車２４に噛み合うための歯２３ａが形成された第１の側面２５と、これの反対面からなる第２の側面２６とを有する。
上記トルク制限機構２２は、第１の傘歯車２３の第１の側面２５を軸方向に付勢する例えば皿ばね、圧縮コイルばね等のばねからなる弾性部材２７と、回転筒１８に設けられる環状段部からなり、第１の傘歯車２３の第２の側面２６に摩擦結合する結合面２８とを含む。
【００１７】
弾性部材２７により付勢された第１の傘歯車２３の第２の側面２６と回転筒１８の結合面２８との間に、両者２６，２８間の摩擦結合力（静止摩擦力）を上回る伝達トルクが負荷されると、第２の側面２６と結合面２８との間に、滑りを生じるようになっている。
弾性部材２７を構成するばねのセット長は、調整手段としての調整ナット２９により調整できるようになっている。具体的には、調整ナット２９は、回転筒１８の外周１８ｃに形成されたねじ部３０にねじ込まれ、そのねじ込み位置（回転筒１８に対する軸方向相対位置）の設定により、弾性部材２７を構成するばねのセット長を設定する。調整ナット２９は、調整後の位置をロックするために、例えば接着剤で回転筒１８に止定しても良いし、また公知のロックナットを用いて調整ナット２９の軸方向位置を止定するようにしても良い。
【００１８】
弾性部材２７の各端部と、対応する第１の傘歯車２３の第１の側面２５及び調整ナット２９の端面との間には、それぞれ環状の低摩擦部材からなる座板３１が介在している。
また、上記トルク制限機構２２は、回転筒１８の外周１８ｃと第１の傘歯車２３の内周とを一体回転可能に連結するためのキー、ピン等からなる連結部材３２を含む。
【００１９】
この連結部材３２は、回転筒１８と第１の傘歯車２３との間の伝達トルクが所定値を超えると破断して連結を解除する働きをする。連結部材３２は、例えば回転筒１８の外周１８ｃの凹部３３に嵌め込まれて、回転筒１８に対する軸方向移動及び相対回転を規制される。また、連結部材３２は、第１の傘歯車２３の内周の軸方向溝３４に嵌合し、回転筒１８に対する第１の傘歯車２３の軸方向移動を許容すると共に相対回転を規制する。
【００２０】
本実施の形態によれば、通常は、第１の傘歯車２３と回転筒１８が、摩擦結合力と連結部材３２による結合力とにより一体回転して、両者２３，２８間にトルクが伝達される。一方、路面等から過大な入力があると、連結部材３２が破断すると共に、第１の傘歯車２３の第２の側面２６と回転筒１８の結合面２８との間で滑りを生じ、伝達トルクが制限されるので、各部の破損を未然に防止することができる。しかも、弾性部材２７が第１の傘歯車２３を軸方向に付勢することで、第１の傘歯車２３と回転筒１８との間の摩擦結合力を得るので、両者２３，１８に滑りを生じるときのトルクを比較的精度良く設定することができる。
【００２１】
特に、調整ナット２９により弾性部材２７を構成するばねのセット長を自在に調整できるので、回転筒１８と第１の傘歯車２３との間に滑りを発生し始めるときのトルクを格段に精度良く調整することができる。
また、第１の傘歯車２３は第１の傘歯車２３の歯２３ａと弾性部材２７を同側である第１の側面２５に形成するので、第１の傘歯車２３が受ける駆動反力が第１の歯車２３を弾性部材２７から遠ざける方向に働くことになる結果、弾性部材２７に不必要な負荷を及ぼすことがない。したがって、弾性部材２７は耐久上問題ない。また、弾性部材２７が、第１の傘歯車２３が回転筒１８に対して滑り始めるときのトルク値に悪影響を与えることがない。
【００２２】
また、回転筒１８と第１の傘歯車２３との間の伝達トルクが所定値を超えない通常時においては、連結部材３２の働きで回転筒１８と第１の傘歯車２３との間の滑りを確実に防止できるので、通常時におけるトルク伝達ロスをなくすことができる。
図２は本発明の別の実施の形態を示している。図２を参照して、本実施の形態が図１の実施の形態と異なるのは、図１の実施の形態では、変換機構としてボールねじ機構１９を用いたが、本実施の形態では、ボールねじ機構１９に代えて、公知のベアリングねじ機構１９Ａを用いるようにすることもできる。ベアリングねじ機構１９Ａでは、ベアリングナットからなる回転筒３５に所定の傾きで複数の転がり軸受３６を配し、各転がり軸受３６の外輪３７を回転筒３５に保持する一方、各転がり軸受３６の内輪３８の内周のねじ山３９をラック軸１１のねじ軸２０のねじ溝２０ｂに嵌合させる。
【００２３】
なお、回転筒３５は、ピン等の連結部材４０を介して一体回転可能に連結される互いに同心の第１及び第２の部分４１，４２を有する。第１の部分４１は図１の実施の形態の回転筒１８と同様の構成であり、図示していないが、第１の傘歯車２３、トルク制限機構２２、連結部材３２等を設けている。また、第２の部分４２はその内周に設けた傾斜状の周溝に上記転がり軸受３６の外輪３７を保持している。
【００２４】
本実施の形態においても図１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
なお、上記各実施の形態において、連結部材３２の構成を廃止することもできる。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【符号の説明】
１　　電動パワーステアリング装置
２　　操舵部材
３　　第１操舵軸
４　　舵取り機構
５　　第２操舵軸
９　　電動モータ
１０　ピニオン
１１　ラック軸
１３　転舵輪
１５　ハウジング
１６　回転軸
１７　傘歯車機構
１８　回転筒
１８ａ　内周
１８ｂ　ねじ溝
１８ｃ　外周
１９　ボールねじ機構
２０　ねじ軸
２０ｂ　ねじ溝
２１　転動体
２２　トルク制限機構
２３　第１の傘歯車（第１の歯車）
２４　第２の傘歯車（第２の歯車）
２５　第１の側面
２６　第２の側面
２７　弾性部材
２８　結合面
２９　調整ナット（調整手段）
３０　ねじ部
３２　連結部材
３３　凹部
３４　軸方向溝
３５　回転筒
３６　転がり軸受
３７　外輪
３８　内輪
３９　ねじ山
４１　第１の部分
４２　第２の部分

Claims

操舵により回転されるピニオンと、このピニオンに噛合し転舵のために軸方向に移動自在なラック軸と、ラック軸に形成されるねじ軸と、このねじ軸を包囲し転動体を介してねじ軸に螺合する回転筒と、この回転筒の外周に軸方向に移動自在に嵌められトルク制限機構を介して回転筒に一体回転可能な第１の歯車と、この第１の歯車に噛合する第２の歯車と、この第２の歯車を駆動するための電動モータとを備え、
第１の歯車は第１及び第２の側面を有し、
上記トルク制限機構は、第１の歯車の第１の側面を軸方向に付勢する弾性部材と、回転筒に設けられ第１の歯車の第２の側面に摩擦結合する結合面とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１において、上記第１及び第２の歯車は傘歯車からなり、第１の歯車の歯は第１の側面に形成され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１又は２において、上記トルク制限機構は、回転筒の外周と第１の歯車の内周とを一体回転可能に連結する連結部材をさらに含み、この連結部材は、回転筒と第１の歯車との間の伝達トルクが所定値を超えると破断して連結を解除す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１，２又は３において、上記弾性部材はばねからなり、このばねのセット長を調整することのできる調整手段をさらに備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。