JP2004148990A

JP2004148990A - 電動パワーステアリング装置及びジョイント

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Publication number: JP2004148990A
Application number: JP2002316480A
Authority: JP
Inventors: Kaname Shiroshita; 要城下
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: EP1416180A1; DE60325319D1; US7228933B2; JP4007159B2; US20050072620A1; EP1416180B1

Abstract

【課題】自動車の電動パワーステアリング装置では、直進走行時に、電動モータが未だ働かない程度の微小角度で操舵部材を操作すると、停止中の電動モータを引きずり（負荷として回転させ）ながらの重い操作となり、操舵フィーリングが悪い。
【解決手段】操舵補助用の電動モータ１５の回転軸１６と減速機構１８のウォーム軸１９を連結するジョイント１７が、回転軸１６に一体回転する第１の部材４３と、ウォーム軸１９に一体回転する第２の部材４４と、両部材４３，４４をトルク伝達可能に連結する弾性部材４５とを備える。弾性部材４５は第１及び第２の部材４３，４４間のねじれ角度が小さいときに対応して相対的に低い弾性係数を有する。直進走行時に操舵を開始すると、停止中の電動モータ１５を引きずることなく、弾性部材４５を相対的に低い弾性係数で容易に変形させて、操舵部材２を軽く操作することができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置及びこれに用いられるジョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置では、電動モータにより操舵補助力を得ているが、この電動モータの振動が操舵軸を介して車室内に伝わり、騒音の原因となる。特に、車室内がもともと静かであるハイブリッド車や電気自動車等では、上記の騒音が目立ってしまう。
通例、電動モータの回転軸は、セレーション結合等によりウォーム軸と一体回転可能に剛性連結され、このウォーム軸およびウォームホイールを介して操舵軸にトルク伝達可能に連結されている。
【０００３】
一方、路面から車輪を介して操舵軸に与えられるキックバックに起因して電動モータの操舵補助力が不必要に変動することを防止するため、電動モータの回転軸とウォーム軸の一端との間にトルク伝達用の弾性部材を介在させる電動パワーステアリング装置が提供されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４５０８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の電動モータの操舵補助力は、操舵軸に連なるトーションバーのねじれを検出するトルクセンサからの検出信号に基づいて発生されるようになっているので、例えば直進走行時において、操舵軸がほとんどねじれない程度の非常に微小な操舵角で、例えばステアリングホイール等の操舵部材を切った（操舵した）場合には、操舵補助力は発生しない。
【０００６】
したがって、この場合、停止している電動モータの回転軸を引きずり（負荷として回転させ）ながらステアリングホイールを回転させることになる。その結果、操舵部材を操舵し始めるときの起動トルクが高くなり、操舵フィーリングが悪くなる。
これは、電動モータの回転軸とウォーム軸とがセレーション結合を介して剛性連結されている場合についても、特許文献１のように弾性体を介して弾性連結されている場合についても同様である。
【０００７】
というのは、特許文献１の電動パワーステアリング装置においても、トルクを伝達するためには弾性部材としてかなり硬い特性のものを用いる必要があり、微小な操舵角では弾性部材がほとんど変形しないからである。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、直進走行時の微小角操舵の操舵フィーリングを向上することのできる電動パワーステアリング装置及びこれに用いるジョイント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および発明の効果】
請求項１に記載の発明は、操舵補助用の電動モータの回転を小歯車および大歯車を介して舵取り機構に伝える電動パワーステアリング装置において、上記電動モータの回転軸に設けられる第１の部材と、小歯車の一端に設けられる第２の部材と、第１及び第２の部材間に介在して両部材間にトルクを伝達する弾性部材とを備え、この弾性部材は、第１及び第２の部材間のねじれ角度が所定角度未満のときに対応する第１の弾性係数と、上記ねじれ角度が所定角度以上のときに対応する第２の弾性係数とを持ち、上記第１の弾性係数が第２の弾性係数よりも小さいことを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供する。
【０００９】
本発明では、直進走行時に操舵部材を微小角で操舵した場合、弾性部材を相対的に低い第１の弾性係数で容易に変形させることができる。したがって、この微小角の範囲では、停止中の電動モータの回転軸を引きずることなく操舵部材を操舵することができる。その結果、直進走行状態から操舵を開始する際の操舵部材の起動トルクが高くなることがないので、操舵フィーリングが向上する。
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の部材は、回転軸の回転方向に弾性部材を挟持してトルク伝達可能に噛み合う複数の凸部を有し、第１及び第２の部材の対応する凸部は、互いの間に弾性部材を挟持可能なトルク伝達面としての挟持面を有し、上記挟持面及びこれに対向する弾性部材の被挟持面の少なくとも一方に、上記ねじれ角が所定角度未満のときに弾性部材を局部的に圧縮して第１の弾性係数を達成するための突起が設けられることを特徴とするものである。本発明では、弾性部材又は第１及び第２の部材の凸部に単に突起を設ける簡単な構造にて、弾性部材の弾性係数の２段特性を容易に達成することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１において、上記第１及び第２の部材は、回転軸の回転方向に弾性部材を挟持してトルク伝達可能に噛み合う複数の凸部を有し、上記弾性部材は空隙部を有し、上記ねじれ角が所定角度以上のときに弾性部材が圧縮されて空隙部が略埋められるようにしてあることを特徴とするものである。本発明では、弾性部材に単に空隙部を設ける簡単な構造にて、弾性部材の弾性係数の２段特性を容易に達成することができる。例えば、弾性部材に、スリットを挟んで二股状に分岐する部分を設け、上記スリットにより空隙部を構成する場合がある。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の電動パワーステアリング装置に用いられるジョイントであって、第１の部材と、第２の部材と、第１及び第２の部材間に介在して両部材間にトルクを伝達する弾性部材とを備え、この弾性部材は、第１及び第２の部材間のねじれ角度が所定角度未満のときに対応する第１の弾性係数と、上記ねじれ角度が所定角度以上のときに対応する第２の弾性係数とを持ち、上記第１の弾性係数が第２の弾性係数よりも小さいことを特徴とするジョイントを提供するものである。
【００１２】
本発明によれば、弾性部材による上述の請求項１，２又は３の作用効果を得ることができる。また、回転軸および小歯車としては、従来と同サイズの標準的なものを用いることができるので、電動モータおよび小歯車を安価にできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、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概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本電動パワーステアリング装置１は、例えばステアリングホイール等の操舵部材２に一体回転可能に連結される第１の操舵軸３と、この第１の操舵軸３とトーションバー４を介して同軸上に連結される第２の操舵軸５と、この第２の操舵軸５に連なるラックアンドピニオン機構等からなる舵取り機構６とを備える。
【００１４】
この舵取り機構６は、車両の左右方向に延びて配置された転舵軸７と、この転舵軸７の両端にタイロッド８を介して結合され、転舵輪９を支持するナックルアーム１０とを備える。転舵軸７は図示しないハウジングにより支承されて軸方向に摺動可能とされている。転舵軸７の一部には、ラック７ａが形成されており、このラック７ａには、第２の操舵軸５の端部に設けられて第２の操舵軸５と一体回転するピニオン１１が噛み合わされている。
【００１５】
操舵部材２が操作されて第１及び第２の操舵軸３，５が回転されると、この回転がピニオン１１およびラック７ａによって、車両の左右方向に沿っての転舵軸７の直線運動に変換される。これにより、転舵輪９の転舵が達成される。
トーションバー４を介する第１及び第２の操舵軸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１２が設けられており、このトルクセンサ１２のトルク検出結果は制御部１３に与えられる。制御部１３では、トルク検出結果に基づいて、ドライバ１４を介して操舵補助用の電動モータ１５への印加電圧を制御する。電動モータ１５の回転軸１６の回転が、ジョイント１７を介して減速機構１８に伝達され、該減速機構１８により減速されて第２の操舵軸５に伝達され操舵が補助される。減速機構１８は、互いに噛み合う小歯車としてのウォーム軸１９と大歯車としてのウォームホイール２０とを備えている。
【００１６】
図２を参照して、ウォーム軸１９は電動モータ１５の回転軸１６にジョイント１７を介して同軸上に連なり、軸長方向の中間に一体にウォーム歯１９ａを形成している。
図示していないが、ウォームホイール２０は、第２の操舵軸５に一体回転可能に結合される環状の芯金と、外周面部に歯を形成し芯金に外嵌される環状の合成樹脂部材とで構成される。芯金は例えば合成樹脂部材の樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
【００１７】
ウォーム軸１９は、第２の操舵軸５の軸芯と交差するように配置されている。ウォーム軸１９は、軸長方向に相対向する第１及び第２の端部２１，２２を有し、これらの端部２１，２２間の中間部２３にウォーム歯２４を形成している。
第１及び第２の端部２１，２２は中間部２３よりも軸細に形成され、中間部２３と各端部２１，２２の間には、それぞれ位置決め段部２５，２６が形成されている。
【００１８】
ウォーム軸１９の第１及び第２の端部２１，２２は、それぞれ対応する第１及び第２の軸受２７，２８によって回転自在に支持されている。
第１の軸受２７は、例えば玉軸受等の転がり軸受からなり、内輪２９、外輪３０及び転動体３１を備える。第１の軸受２７の内輪２９は、ウォーム軸１９の第１の端部２１に嵌合され固定されている。第１の軸受２７の内輪２９の一端部は、ウォーム軸１９の位置決め段部２５に当接し、ウォーム軸１９の第１軸方向Ｘ（軸方向モータ側）への移動を規制する。
【００１９】
一方、第１の軸受２７の外輪３０は、減速機構１８を収容するハウジング３２の軸受孔３３に嵌め入れられている。第１の軸受２７の外輪３０の一方の端部は、ハウジング３２の位置決め段部３４に当接して位置決めされ、これにより、外輪３０の第１軸方向Ｘへの移動が規制されている。
第２の軸受２８は、例えば玉軸受等の転がり軸受からなり、内輪３５、外輪３６及び転動体３７を備える。第２の軸受２８の内輪３５は、ウォーム軸１９の第２の端部２２に嵌合され固定されている。第２の軸受２８の内輪３５の一端部はウォーム軸１９の位置決め段部２６に当接し、ウォーム軸１９の第２軸方向Ｙ（第１軸方向Ｘの反対方向）への移動を規制する。これにより、第１及び第２の軸受２７，２８の内輪３３，３４間に、ウォーム軸１９の中間部２３が軸方向に挟持される。
【００２０】
一方、第２の軸受２８の外輪３６はハウジング３２の軸受孔３８に嵌め入れられている。この軸受孔３８は、外部に開放するねじ孔３９に連なっており、このねじ孔３９には、外周にねじ部４０を有する予圧調整用の調整部材４１がねじ込まれている。
この調整部材４１は、第２の軸受２８の外輪３６の一方の端部に当接して、外輪３６を第１軸方向Ｘへ付勢する。調整部材４１による付勢力は、第２の軸受２８の転動体３７及び内輪３４、ウォーム軸１９、並びに第１の軸受２７の内輪２９及び転動板３１を介して外輪３０に与えられる一方、この外輪３０の第１軸方向Ｘへの移動が位置決め段部３４により規制されている。したがって、第１及び第２の軸受２７，２８に、調整部材４１のねじ込み位置に応じた予圧が付与されることになる。なお、図２において、４２は調整部材４１のねじ込み位置を止定するためのロックナットであり、このロックナット４２は調整部材４１のねじ部４０にねじ込まれる。
【００２１】
ジョイント１７は、電動モータ１５の回転軸１６に一体回転可能に連結される第１の部材４３と、ウォーム軸１８の第１の端部２１に一体回転可能に連結され第１の部材４３に対向する第２の部材４４と、第１及び第２の部材４３，４４間に介在して両部材４３，４４間にトルクを伝達する弾性部材４５とを備える。第１及び第２の部材４３，４４は例えば金属からなり、弾性部材４５は、弾性を有する合成樹脂又は合成ゴムからなる。
【００２２】
第１の部材４３はその中心に例えば圧入孔からなる連結孔４６を有する環状部材からなる。連結孔４６には電動モータ１５の回転軸１６が圧入され、これにより、第１の部材４３と回転軸１６とが一体回転可能に結合される。
第２の部材４４はその中心に例えばセレーション孔からなる連結孔４７を有する環状部材からなる。連結孔４７にはウォーム軸１９の第１の端部２１の第１の軸受２７からの突出部分が挿入され、例えばセレーション結合により第２の部材４４とウォーム軸１９とが一体回転可能に結合される。
【００２３】
ジョイント１７の分解斜視図である図３、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である図４を参照して、弾性部材４５は星形をなし、中央の主体部４８から放射状に延びる例えば板状の複数の被挟持部４９を有している。
図３を参照して、第１及び第２の部材４３，４４の軸方向の対向部４３ａ，４４ａには、それぞれ複数の凸部５０，５１が周方向の等間隔に形成され、これらの凸部５０，５１は、図４に示すように、弾性部材４５の対応する被挟持部４９を周方向に挟んで互い違いに噛み合わされる。
【００２４】
図４を参照して、各凸部５０，５１は互いに噛み合わされた状態で周方向に対向する平坦面からなるトルク伝達面としての挟持面５２，５３を有し、これらの挟持面５２，５３間に、弾性部材４５の対応する被挟持部４９が挟持される。
一方、弾性部材４５の被挟持部４９は、凸部５０，５１のトルク伝達面としての挟持面５２，５３に対向するトルク伝達面としての被挟持面５４，５５を有する。被挟持面５４，５５は被挟持部４９の先端寄りの部分に突起５６を形成している。具体的には、被挟持部４９は基端部から先端部にいくにしたがって次第に幅が狭まり上記突起５６の部分では幅広となっている。
【００２５】
第１及び第２の部材４３，４４間のねじれ角度が小さいときには、ねじれ方向に応じて弾性部材４５の被挟持面５４又は５５の突起５６のみが、対応する挟持面５２又は５３に当接して、弾性部材４５が局部的に圧縮される。一方、上記ねじれ角度が大きいときには、弾性部材４５の被挟持面４５又は４６の概ね全体が対応する挟持面５２又は５３に当接して弾性部材４５が全体的に圧縮される。このため、弾性部材４５が上記のねじれ角度に対して２段特性となる弾性係数を有することになる。
【００２６】
具体的には、第１及び第２の部材４３，４４間のねじれ角度θと、弾性部材４５による伝達トルクＴとの関係を示す図５を参照して、ねじれ角度θが所定角度θ１未満（θ＜θ１）のときには、ねじれ角度θに対する伝達トルクＴの変化率として、相対的に低い第１の弾性係数Ｋ１が達成され、ねじれ角度θが所定角度θ１以上（θ≧θ１）のときには、伝達トルクＴの変化率として、相対的に高い第２の弾性係数Ｋ２が達成される。第１の弾性係数Ｋ１は第２の弾性係数Ｋ２の、例えば１／２０〜１／５０程度になるように小さく設定される（Ｋ１＜Ｋ２）。
【００２７】
本実施の形態によれば、直進走行時に操舵部材２を微小角度で操舵した場合で、電動モータ１５が操舵補助力を発生しない停止状態にあるときに、この停止中の電動モータ１５を引きずる（負荷として回転させる）ことなく、弾性部材４５を相対的に低い第１の弾性係数Ｋ１で容易に変形させて、操舵部材２を軽く操作することができる。したがって、直進走行状態から操舵を開始する際の操舵部材２の起動トルクが高くなることがないので、操舵フィーリングが向上する。
【００２８】
特に、第１及び第２の部材４３，４４の凸部５０，５１のトルク伝達面としての挟持面５２，５３にそれぞれ対向する、弾性部材４５のトルク伝達面としての被挟持面５４，５５に単に突起５６を設ける簡単な構造にて、弾性部材４５に第１及び第２の弾性係数Ｋ１，Ｋ２の２段特性を容易に与えることができる。また、弾性部材４５としては、均質な部材で良いので、製造コストを安価にすることができる。
【００２９】
なお、各被挟持面５４，５５の突起５６は複数であっても良い。
次いで、図６は本発明の別の実施の形態を示している。図６を参照して、本実施の形態が図４の実施の形態と異なるのは、図４の実施の形態では、弾性部材４５のトルク伝達面としての被挟持面５４，５５に突起５６を設けたが、これに代えて、本実施の形態では、第１及び第２の部材４３，４４の凸部５０，５１のトルク伝達面としての挟持面５２，５３に突起５６Ａを設けて、弾性部材４５Ａの２段特性を達成する点にある。各挟持面５２，５３の突起５６Ａは複数であっても良い。また、図６において、図４の実施の形態と同様の構成には、図に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
次いで、図７はさらに別の実施の形態を示している。図７を参照して、本実施の形態が図４の実施の形態と異なるのは、図４の実施の形態では、弾性部材４５のトルク伝達面としての被挟持面５４，５５に突起５６を設けたが、本実施の形態では、これを廃止し、弾性部材４５Ｂの挟持部４９の先端部から主体部４８側へ延びる空隙部としてのスリット５７を設け、スリット５７を挟んで二股に分岐される一対の分岐部５８，５９を設ける点にある。分岐部５８，５９の外側部は先端にいくほど末拡がり状に拡がっている。図７において、図４の実施の形態と同様の構成には、図に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
本実施の形態では、第１及び第２の部材４３，４４間のねじれ角度が小さいときには、一対の分岐部５８，５９がスリット５７を縮小しながら互いに近づくので、分岐部５８，５９はあまり圧縮されないが、上記ねじれ角度が大きくなって、スリット５７が概ね消失した後は、各分岐部５８，５９が通常の圧縮を受けることになる。本実施の形態においても、スリット５７を設ける簡単な構造にて、弾性部材４５Ｂの２段特性を達成することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態において、空隙部として、図８（ａ）に示すように弾性部材４５Ｃの一部を発泡させて形成される気泡６０を用いることも可能である。
本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図８（ｂ）に示すように、弾性係数の低い第１の層６１を被挟持面５４，５５にそれぞれ配置し、第１の層６１，６１間にコア層として弾性部材の高い第２の層６２を配置する積層構造の弾性部材４５Ｄを用いて弾性係数の２段特性を達成することも可能である。
【００３３】
また、第２の弾性係数を複数段の特性にするようにしても良いし、弾性係数全体が連続的且つ累進的に増加する特性であっても良い。
また、第１及び第２の部材４３，４４の凸部５６はそれぞれ単一であっても良いし、３つ以上であっても良い。その他、上記の小歯車、大歯車として、平歯車、はすば歯車等の平行軸歯車、ベベルギヤ等の交差軸歯車、ハイポイドギヤ等の食違い軸歯車を用いる等、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図である。
【図２】図１の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【図３】ジョイントの分解斜視図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】ジョイントの第１及び第２の部材間のねじれ角度θと、弾性部材による伝達トルクＴの関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明の別の実施の形態のジョイントの断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態のジョイントの断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別の実施の形態の弾性部材の概略断面図である。
【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の操舵軸
４トーションバー
５第２の操舵軸
６舵取り機構
７転舵軸
７ａラック
９転舵輪
１１ピニオン
１５電動モータ
１６回転軸
１７ジョイント
１８減速機構
１９ウォーム軸（小歯車）
２０ウォームホイール（大歯車）
４３第１の部材
４４第２の部材
４５，４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，４５Ｄ弾性部材
４６，４７連結孔
４９被挟持部
５０，５１凸部
５２，５３挟持面（トルク伝達面）
５４，５５被挟持面（トルク伝達面）
５６，５６Ａ突起
５７スリット（空隙部）
５８，５９分岐部
６０気泡（空隙部）
６１第１の層
６２第２の層

Claims

操舵補助用の電動モータの回転を小歯車および大歯車を介して舵取り機構に伝える電動パワーステアリング装置において、
上記電動モータの回転軸に設けられる第１の部材と、小歯車の一端に設けられる第２の部材と、第１及び第２の部材間に介在して両部材間にトルクを伝達する弾性部材とを備え、
この弾性部材は、第１及び第２の部材間のねじれ角度が所定角度未満のときに対応する第１の弾性係数と、上記ねじれ角度が所定角度以上のときに対応する第２の弾性係数とを持ち、上記第１の弾性係数が第２の弾性係数よりも小さい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の部材は、回転軸の回転方向に弾性部材を挟持してトルク伝達可能に噛み合う凸部を有し、
第１及び第２の部材の対応する凸部は、互いの間に弾性部材を挟持可能なトルク伝達面としての挟持面を有し、
上記挟持面及びこれに対向する弾性部材のトルク伝達面としての被挟持面の少なくとも一方に、上記ねじれ角が所定角度未満のときに弾性部材を局部的に圧縮して第１の弾性係数を達成するための突起が設けら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において、上記第１及び第２の部材は、回転軸の回転方向に弾性部材を挟持してトルク伝達可能に噛み合う複数の凸部を有し、
上記弾性部材は空隙部を有し、
上記ねじれ角が所定角度以上のときに弾性部材が圧縮されて空隙部が略埋められるようにしてあ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記載の電動パワーステアリング装置に用いられるジョイントであって、
第１の部材と、第２の部材と、第１及び第２の部材間に介在して両部材間にトルクを伝達する弾性部材とを備え、
この弾性部材は、第１及び第２の部材間のねじれ角度が所定角度未満のときに対応する第１の弾性係数と、上記ねじれ角度が所定角度以上のときに対応する第２の弾性係数とを持ち、上記第１の弾性係数が第２の弾性係数よりも小さいことを特徴とするジョイント。