JP2004182013A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗トルクの増加が少なく、しかも騒音発生を抑制できる電動パワーステアリング装置を提供するこを目的とする。
【解決手段】操舵中立位置Ｃの近傍領域Ｂ１に対応して、ウォームホイールの噛み合い半径ＲＡを相対的に大きくすることで、バックラッシを相対的に小さくする。例えばじゃり道等の悪路を直進走行するときの騒音を防止する。残りの領域Ｂ２である大部分の領域では、相対的に大きなバックラッシに設定し、抵抗トルクの増大を抑制する。ウォームホイールの歯のプロフィールの一部に偏倚部を設ける簡単な構成にて実現する。悪路走行時であっても、操舵中であってウォーム軸やウォームホイールが電動モータからの動力を伝達しているときは、騒音が発生し難いので、上記のようにバックラッシが大きくても問題がない。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は操舵補助力の発生源として電動モータを用いてなる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】
自動車用の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等の操舵部材が回転操作されると、操舵部材に負荷される操舵トルクに応じて電動モータの出力回転を制御する。電動モータの回転は減速機構を介して舵取り機構に伝達され、操舵部材の回転操作に応じた舵取り機構の動作が補助され、舵取りのための運転者の労力負担が軽減される。
【０００３】
上記の減速機構として、例えばウォームとウォームホイールを用いた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２０００−４３７３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、伝達抵抗を低減するためにウォームとウォームホイールとの間のバックラッシを大きく設定した場合、例えばじゃり道等の悪路を直進走行しているときに、タイヤからの逆入力のため歯打ち音による騒音が問題となる。
逆に、歯打ち音を抑制するためにバックラッシを小さく設定した場合は、伝達抵抗が増大するため、コーナリング走行から直進走行に移行したときにハンドル戻りが悪くなるという問題がある。
【０００６】
以上の観点から、伝達抵抗が小さくてしかも騒音の少ない減速機構を実現することが非常に困難であった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、抵抗トルクの増加が少なく、しかも騒音発生を抑制できる電動パワーステアリング装置を提供するこを目的とする。
【０００７】
【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、第１発明は、操舵補助用の電動モータの動力を駆動歯車および被動歯車を介して伝達する電動パワーステアリング装置において、上記駆動歯車と被動歯車の間のバックラッシは少なくとも操舵中立位置の近傍領域において残りの領域よりも小さく設定されていることを特徴とするものである。本願発明者は、悪路走行時であっても、操舵中で各歯車が電動モータからの動力を伝達しているときは、騒音が発生し難く、悪路の直進走行時で各歯車が電動モータからの動力を伝達していないときに騒音が生じ易いことに着目した。そこで、操舵中立位置の近傍領域を除く大部分の領域では、駆動歯車と被動歯車の間のバックラッシを抵抗トルクの抑制を達成できる相対的に大きなバックラッシに設定し、少なくとも操舵中立位置の近傍領域において駆動歯車と被動歯車の間のバックラッシを相対的に小さくすることで、直進走行時の騒音発生を防止した。
【０００８】
第２発明は、第１発明において、上記被動歯車は、歯の外周部の一部をバックラッシを小さくする方向に偏倚させてなる偏倚部を含むことを特徴とするものである。本発明では、歯の外周部の一部に偏倚部を設ける簡単な構成により、抵抗トルクの増加を少なくし、しかも騒音発生を抑制することができる。
第３発明は、第１発明において、上記駆動歯車はウォームからなり、上記被動歯車はウォームホイールからなり、ウォームの軸心の位置がウォームホイールの軸方向に所定のオフセット量オフセットされていることを特徴とするものである。本発明では、ウォームの軸心の位置をオフセットさせる簡単な構成により、抵抗トルクの増加を少なくし、しかも騒音発生を抑制することができる。
【０００９】
【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概略断面図である。図１を参照して、本電動パワーステアリング装置（以下では単に動力舵取装置という）では、ステアリングホイール１を取り付けている入力軸としての第１の操舵軸２と、ラックアンドピニオン機構等の舵取機構（図示せず）に連結される出力軸としての第２の操舵軸３とがトーションバー４を介して同軸的に連結されている。
【００１０】
第１及び第２の操舵軸２，３を支持するハウジング５は、例えばアルミニウム合金からなり、車体（図示せず）に取り付けられている。ハウジング５は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング６とギヤハウジング７により構成されている。具体的には、ギヤハウジング７は筒状をなし、その上端の環状縁部７ａがセンサハウジング６の下端外周の環状段部６ａに嵌め合わされている。ギヤハウジング７は減速機構としてのウォームギヤ機構８を収容し、センサハウジング６はトルクセンサ９及び制御基板１０等を収容している。ギヤハウジング７にウォームギヤ機構８を収容することで減速機５０が構成されている。
【００１１】
上記ウォームギヤ機構８は、図２に示すように、電動モータＭの回転軸３２に例えばスプライン３３継手等の継手機構を介して連結される鋼製のウォーム軸（ウォーム）１１と、このウォーム軸１１と噛み合い、且つ図１に示すように、第２の操舵軸３の軸方向中間部に一体回転可能で且つ軸方向移動を規制されたウォームホイール１２とを備える。図示していないが、ウォーム軸１１はギヤハウジング７内に一対の軸受を介して回転自在に支持されている。
【００１２】
ウォームホイール１２は第２の操舵軸３に一体回転可能に結合される環状の芯金１２ａと、芯金１２ａの周囲を取り囲んで外周面部に歯を形成する合成樹脂部材１２ｂとを備えている。芯金１２ａは例えば合成樹脂部材１２ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされ、芯金１２ａと成形された合成樹脂部材１２ｂは一体回転可能に結合される。
ギヤハウジング７内において、ウォーム軸１１とウォームホイール１２の噛み合い部分Ａを少なくとも含む領域に潤滑剤が充填されている。すなわち、潤滑剤は噛み合い部分Ａのみに充填しても良いし、噛み合い部分Ａとウォーム軸１１の周縁全体に充填しても良いし、ギヤハウジング７内全体に充填しても良い。
【００１３】
第２の操舵軸３は、ウォームホイール１２を軸方向の上下に挟んで配置される第１及び第２の転がり軸受１３，１４により回転自在に支持されている。
第１の転がり軸受１３の外輪１５は、センサハウジング６の下端の筒状突起６ｂ内に設けられた軸受保持孔１６に嵌め入れられて保持されている。第１の転がり軸受１３の外輪１５の上端面は環状の段部１７に当接しており、センサハウジング６に対する軸方向上方への移動が規制されている。一方、第１の転がり軸受１３の内輪１８は第２の操舵軸３に締まりばめにより嵌め合わされている。内輪１８の下端面はウォームホイール１２の芯金１２ａの上端面に当接している。
【００１４】
また、第２の転がり軸受１４の外輪１９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔２０に嵌め入れられて保持されている。第２の転がり軸受１４の外輪１９の下端面は、環状の段部２１に当接し、ギヤハウジング７に対する軸方向下方への移動が規制されている。第２の転がり軸受１４の内輪２２は、第２の操舵軸３に一体回転可能で且つ軸方向相対移動を規制されて取り付けられている。内輪２２は第２の操舵軸３の段部２３と、第２の操舵軸３のねじ部に締め込まれるナット２４との間に挟持されている。
【００１５】
トーションバー４は第１及び第２の操舵軸２，３を貫通している。トーションバー４の上端４ａは、連結ピン２５により第１の操舵軸２と一体回転可能に連結され、トーションバー４の下端４ｂは、連結ピン２６により第２の操舵軸３と一体回転可能に連結されている。第２の操舵軸３の下端は、図示しない中間軸を介してラックアンドピニオン機構等の舵取機構に連結されている。
上記の連結ピン２５は、第１の操舵軸２と同軸に配置される第３の操舵軸２７を、第１の操舵軸２と一体回転可能に連結している。第３の操舵軸２７はステアリングコラムを構成するチューブ２８内を貫通している。
【００１６】
第１の操舵軸２の上部は、例えば針状ころ軸受からなる第３の転がり軸受２９を介してセンサハウジング６に回転自在に支持されている。第１の操舵軸２の下部の縮径部３０と第２の操舵軸３の上部の孔３１とは、第１及び第２の操舵軸２，３の相対回転を所定の範囲に規制するように、回転方向に所定の遊びを設けて嵌め合わされている。
次いで、図２を参照して、ウォーム軸１１はギヤハウジング７により保持される第４及び第５の転がり軸受３４，３５によりそれぞれ回転自在に支持されている。第４及び第５の転がり軸受３４，３５は例えば玉軸受からなる。
【００１７】
第４及び第５の転がり軸受３４，３５の内輪３６，３７がウォーム軸１１の対応するくびれ部に嵌合されている。また、第４及び第５の転がり軸受３４，３５の外輪３８，３９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔４０，４１にそれぞれ保持されている。
ギヤハウジング７は、ウォーム軸１１の周面の一部に対して径方向に対向する部分７ｂを含んでいる。また、ウォーム軸１１の一端部１１ａを支持する第４の転がり軸受３４の外輪３８は、ギヤハウジング７の段部４２に当接し位置決めされている。一方、第４の転がり軸受３４の内輪３６は、ウォーム軸１１の位置決め段部４３に当接することにより、ウォーム軸１１の他端部１１ｂ側への移動が規制されている。
【００１８】
ウォーム軸１１の他端部１１ｂ（継手側端部）の近傍を支持する第５の転がり軸受３５の内輪３７はウォーム軸１１の位置決め段部４４に当接することにより、ウォーム軸１１の一端部１１ａ側への移動が規制されている。
また、第５の転がり軸受３５の外輪３９は予圧調整用のねじ部材４５により、第４の転がり軸受３４側へ付勢されている。ねじ部材４５は、ギヤハウジング７に形成されるねじ孔４６にねじ込まれることにより、一対の転がり軸受３４，３５に予圧を付与すると共に、ウォーム軸１１を軸方向に位置決めしている。４７は予圧調整後のねじ部材４５を止定するためにねじ部材４５に係合されるロックナットである。
【００１９】
次いで、模式図である図３を参照して、ウォームホイール１２の歯６０のプロフィールの一部に、径方向外方に偏倚された偏倚部６１が形成されている。模式図である図４において、一点鎖線で示されるウォームホイール１２のピッチ円半径Ｒは、上記の偏倚部６１に対応する部分６２の中央部において、値Ｒ２となり、また、残りの部分における値Ｒ１よりも大きくなっている（Ｒ２＞Ｒ１）。
また、図４において、ウォームホイール１２の噛み合い半径ＲＡは、ウォームホイール１２とウォーム軸１１との噛み合い部分Ａにおけるウォームホイール１２のピッチ円半径Ｒに相当し、上記の値Ｒ１と値Ｒ２との間に値をとる（Ｒ１≦Ｒ≦Ｒ２）。
【００２０】
偏倚部６１が設けられる角度範囲、すなわち、偏倚部６１に対応する部分６２の角度範囲は、２θ１となる。これは、後述する操舵中立位置Ｃの近傍領域Ｂ１に相当する範囲である。
図５（ａ）は、操舵角θ（ステアリングホイール１の回転角）とウォームホイール１２の噛み合い半径ＲＡとの関係を示すグラフ図であり、図５（ａ）に示されるように、ウォームホイール１２の噛み合い半径ＲＡは、操舵中立位置Ｃ（操舵角θ＝０の位置）の近傍領域Ｂ１（−θ１≦θ≦θ１）において、残りの領域Ｂ２よりも大きく設定されている。
【００２１】
そして、図５（ｂ）に示すように、ウォーム軸１１とウォームホイール１２とのバックラッシが、操舵中立位置Ｃの近傍領域Ｂ１において、残りの領域Ｂ２よりも小さく設定されている。
上記の偏倚部６１はウォームホイール１２において、上記中立位置Ｃの近傍領域Ｂ１に対応してウォーム軸１１に噛み合うことができる位置に設けられている。
【００２２】
上記の近傍領域Ｂ１としては、θ１＝１０度として、中立位置Ｃを挟んで例えば±１０度の領域に設定される。この近傍領域Ｂ１は車両に応じ適宜設定可能である。
ここで、バックラッシ１分あたりの噛み合い半径ＲＡの変化量をΔＲＡ１、圧力角をα、ピッチ円直径をＤとすると、
ΔＲＡ１＝πＤ／（３６０×６０×２×ｔａｎα）
なる関係式が成り立つ。ピッチ円直径Ｄを８０〜１００ｍｍとすると、バックラッシが１分変化するための噛み合い半径ＲＡの変化量をΔＲＡ１は２２〜２８μｍ変化しなければならない。
【００２３】
例えば、中立位置Ｃの近傍領域Ｂ１でのバックラッシを−１分、残りの領域Ｂ２でのバックラッシを４分として、両者の差を５分とするための噛み合い径ＲＡの変化量ΔＲＡは、ΔＲＡ＝５×ΔＲＡ１であるので、０．１〜０．１５ｍｍに設定する必要がある。
上記のように本実施の形態によれば、操舵中立位置Ｃの近傍領域Ｂ１においてバックラッシを相対的に小さくすることで、例えばじゃり道等の悪路を直進走行するときの騒音を防止することができる。
【００２４】
さらに、上記の近傍領域Ｂ１を除く残りの領域Ｂ２では、すなわち、大部分の領域では、相対的に大きなバックラッシに設定してあるので、抵抗トルクの増大を抑制できる。したがって、騒音を防止し且つ抵抗トルクの増大を抑制することができる。しかも、これをウォームホイール１２の歯の外形部の一部に偏倚部６１を設ける簡単な構成にて実現することができる。
なお、悪路走行時であっても、操舵中であってウォーム軸１１やウォームホイール１２が電動モータＭからの動力を伝達しているときは、騒音が発生し難いので、上記のようにバックラッシが大きくても問題がない。
【００２５】
また、上記のように、残りの領域Ｂ２、すなわち大部分の領域において予めバックラッシを大き目にしてあるので、本実施の形態のようにウォームホイール１２の少なくとも一部に合成樹脂部材１２ｂを用い、この合成樹脂部材１２ｂが温度膨張、吸湿、膨潤等によって寸法変化を起こしたとしても、バックラッシが詰まり過ぎるおそれがない。すなわち、合成樹脂部材１２ｂの寸法変化に対するマージンを大きくとることができる。
【００２６】
逆にいうと、合成樹脂部材１２ｂが摩耗したとしても、偏倚部６１により中立位置Ｃの近傍領域Ｂ１において、予めバックラッシを小さめにしてあるので、騒音発生を効果的に抑制することができる。
ただし、本実施の形態において、ウォームホイール１２として全体が鋼製のものを用いるようにしても良い。
上記の図５（ａ）において、近傍領域Ｂ１でのグラフ形状が台形をなしているが、台形の角部や隅部は滑らかなＲ形状をなすように、偏倚部６１が滑らかに変化する形状としても良い。
【００２７】
なお、実際には、偏倚部６１は中立位置Ｃの近傍領域Ｂ１以外の上記残りの領域Ｂ２においても、噛み合い部分Ａに変遷してくるが、そのときは、操舵補助力が働いているうえ、ハンドルも操舵中であるため操舵系のイナーシャ等があるので、ハンドル戻りに影響することはほとんどない。又、操舵フィーリングに悪影響を及ぼすこともない。
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、本実施の形態では、ウォーム軸１１の軸心７０の位置がウォームホイール１２の軸方向Ｘの中央位置Ｘ１（通常位置に相当）から軸方向Ｘに所定のオフセット量Ｐだけオフセットされている。本実施の形態においても、上記実施の形態と同様にして、抵抗トルクの増加を少なくし、且つ騒音発生を抑制することができる。しかも、これをウォーム軸１１の軸心７０の位置をオフセットさせる簡単な構成により、実現することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、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。上記実施の形態では、ウォームホイール１２に径方向に偏倚させた偏倚部６１を設けたものを例示したがウォーム軸１１に径方向に偏倚させた偏倚部を設けても良い。
【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要部の模式的断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】ウォームホイールの要部の概略拡大図である。
【図４】噛み合い状態のウォーム軸とウォームホイールの模式図である。
【図５】（ａ）は操舵角とウォームホイールの噛み合い半径との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）は操舵角とバックラッシ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における、噛み合い状態のウォーム軸とウォームホイールの模式図である。
【符号の説明】
１１ ウォーム軸（ウォーム。駆動歯車）
１２ ウォームホイール（被動歯車）
Ｍ 電動モータ
５０ 減速機
６０ 歯
６１ 偏倚部
６２ 偏倚部に対応する部分
Ｒ ピッチ円半径
ＲＡ 噛み合い半径
Ｃ 操舵中立位置
Ｂ１ （操舵中立位置の）近傍領域
Ｂ２ 残りの領域
７０ 軸心
Ｘ （ウォームホイールの）軸方向
Ｘ１ 軸方向の中央位置
Ｐ 所定のオフセット量

Claims (3)

1. 操舵補助用の電動モータの動力を駆動歯車および被動歯車を介して伝達する電動パワーステアリング装置において、上記駆動歯車と被動歯車の間のバックラッシは少なくとも操舵中立位置の近傍領域において残りの領域よりも小さく設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、上記被動歯車は、歯の外周部の一部をバックラッシを小さくする方向に偏倚させてなる偏倚部を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１において、上記駆動歯車はウォームからなり、上記被動歯車はウォームホイールからなり、ウォームの軸心の位置がウォームホイールの軸方向に所定のオフセット量オフセットされていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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