JP2005067475A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝達効率が高く、低騒音で小型の電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】電動モータ２０により回転駆動される入力軸としてのカム軸２３に一体に設けられたバレルカム２４に、螺旋状のカム溝２５を設ける。出力軸としての第２の操舵軸３ｂに一体回転可能な円盤状のタレット２７は、カム溝２５に係合する各ボール２６をそれぞれ転動自在に支持する支持孔を有する。電動モータ２０の回転軸２１の回転をバレルカム２４およびタレット２７を介して減速して、第２の操舵軸３ｂに伝達する。
【選択図】 図３

Description

本発明は電動モータにより操舵補助力を得る電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）として、例えばコラム型電動パワーステアリング装置（Ｃ−ＥＰＳ）では、通例、操舵補助用の電動モータの出力回転をウォームおよびウォームホイールを含むウォームギヤ機構からなる減速機構を介して減速し、舵取り機構に伝達する。

一方、鼓形カム（グロボイダルカム）や円形カム（バレルカム）を用いるローラタレット式のインデックス装置が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、ウォームとローラギヤとを組み合わせて回転伝達装置を構成しており、ローラギヤは、円筒状をなすタレットの外周部に等間隔で複数のローラアセンブリを取り付けている。各ローラアセンブリはタレットの回転軸線に直角な回転軸線を中心として回転可能な２つのローラを含んでいる。
特開２００３−１４０５６号公報

減速機構としてウォームギヤ機構を用いる電動パワーステアリング装置では、下記の問題があった。すなわち、ウォームによる歯車伝動では、歯と歯のすべりによる伝達ロスが発生するため、伝達効率があまり良くないという問題がある。

また、歯車伝動では所定のバックラッシが必要であるが、このバックラッシが原因の歯打ち音等が騒音となるという問題がある。

さらに、近年の減速比を高くしたいという要望に応えようとすると、ウォームホイールが大型化し、電動パワーステアリング装置が全体として大型になるという問題がある。

特許文献１では、回転体の外周部に複数のローラアセンブリを配置するので、大型化し、小型化の要請の強い電動パワーステアリング装置に適用することができない。

本発明は、伝達効率が高く、低騒音で小型の電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵補助用の電動モータの出力回転を減速機構を介して舵取り機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記減速機構は、電動モータにより回転駆動される入力軸と一体回転可能に設けられたバレルカムと、このバレルカムの螺旋状のカム部に係合するカムフォロワと、このカムフォロワが設けられ出力軸と一体回転可能な円盤状のタレットとを備え、上記入力軸と出力軸は、軸角が直角で互いの間に所要の軸間距離が設けられ、タレットの端面にカムフォロワが設けられることを特徴とするものである。

本発明では、電動モータによって入力軸を介してバレルカムが回転駆動されると、これに伴ってタレットを介して出力軸が回転駆動され、舵取り機構に動力伝達することができる。いわゆるバレルカム機構を用いることで、従来用いられていたウォームギヤ減速機構を用いる場合と比較して、動力の伝達効率が格段に向上する。また、歯車伝動と比較してバックラッシを格段に低減できるので、異音の発生を防止することができる。特に、カム部・カムフォロワ間を金属接触させる場合にも、異音発生を防止でき、しかも、金属を用いることで、長期にわたって異音低減効果を持続することができる。また、タレットの端面にカムフォロワを設けるので、小型化を図ることができる。

また、本発明は、好ましくは、上記カム部はカム溝を含み、上記カムフォロワはタレットに設けられる支持孔に転動自在に支持されるボールを含むことを特徴とするものである。この場合、動力の伝達効率をより向上することができる。

また、本発明は、好ましくは、上記カムフォロワをカム部に付勢するための付勢手段を備えることを特徴とするものである。この場合、カムとカムフォロワとの間のがたつきを確実に防止することができ、伝達効率を向上できると共に、騒音発生を防止することができる。

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、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結している操舵軸３と、この操舵軸３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、この中間軸５に自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、このピニオン軸７の先端部に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を有して車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸１０とを有している。

ラック軸１０の両端部にはそれぞれタイロッド１１が結合されており、各タイロッド１１は対応するナックルアーム１２を介して対応する車輪１３に連結されている。ラック軸１０は図示しない軸受を介してハウジング１４により軸方向に移動自在に支持されている。ピニオン軸７、ラック軸１０、タイロッド１１、ナックルアーム１２および車輪１３を含んで舵取り機構Ｂが構成されている。

操舵部材２が操作されて操舵軸３が回転されると、この回転がピニオン８およびラック９によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸１０の直線運動に変換される。これにより、車輪１２の転舵が達成される。

操舵軸３は、操舵部材２に連なる第１の操舵軸３ａと、ピニオン軸７に連なる出力軸としての第２の操舵軸３ｂとに分割されており、これら第１および第２の操舵軸３ａ，３ｂはトーションバー１５を介して同一の軸線上で互いに連結されている。

トーションバー１５を介する第１および第２の操舵軸３ａ，ｂ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１６が設けられており、このトルクセンサ１６のトルク検出結果や車速センサ１７からの車速検出結果は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる制御部１８に与えられる。

制御部１８では、トルク検出結果や車速検出結果等に基づいて、駆動回路１９を介して操舵補助用の電動モータ２０への印加電圧を制御する。電動モータ２０の回転軸２１の出力回転が、本実施の形態の特徴とするところのバレルカム機構からなる減速機構Ａを介して減速され、第２の操舵軸３ｂに伝達されて操舵補助が達成されるようになっている。

図２を参照して、第１および第２の操舵軸３ａ，３ｂを支持するハウジング７０は、例えばアルミニウム合金からなり車体側部材に取付けられている。ハウジング７０は、互いに嵌め合わされる筒状のセンサハウジング７１と筒状のギヤハウジング７２により構成されている。具体的には、ギヤハウジング７２の上端の内周部７３に、センサハウジング７１の下端の外周部７４が嵌め合わされており、ギヤハウジング７２の内周段部７５に、センサハウジング７１の外周段部７６が当接し互いに軸方向に位置決めされている。センサハウジング７１は上述したトルクセンサ１５等を収容し、ギヤハウジング７２は減速機構Ａを収容する。

図示していないが、第１の操舵軸３ａの上部は、例えば針状ころ軸受からなる軸受を介してセンサハウジング７１に回転自在に支持されている。

トーションバー１５は第１および第２の操舵軸３ａ，３ｂを貫通している。トーションバー１５の上端は、不図示の連結ピンにより第１の操舵軸３ａと一体回転可能に連結され、トーションバー１５の下端１５ａは、連結ピン７７により第２の操舵軸３ｂと一体回転可能に連結されている。

図２および図２のIII −III 線に沿う断面図である図３を参照して、減速機構Ａについて説明する。まず、図３を参照して、減速機構Ａは、電動モータ２０の回転軸２１と同軸上にジョイント２２を介して一体回転可能に連結される入力軸としてのカム軸２３と、このカム軸２３と一体回転可能に設けられるバレルカム２４と、このバレルカム２４の螺旋状のカム部としてのカム溝２５に係合するカムフォロワとしての複数のボール２６と、これらのボール２６を支持し出力軸としての第２の操舵軸３ｂに例えばスプライン嵌合により一体回転可能に連結される円盤状のタレット２７とを備える。バレルカム２４、タレット２７およびボール２６は鋼からなる。

また、減速機構Ａは、図２を参照して、ボール２６とカム溝２５との係合部に予圧を与えるためにタレット２７を軸方向に付勢する皿ばねからなる付勢部材２８と、ボール２６をタレット２７上に保持するための保持板２９と、この保持板２９をタレット２７側へ付勢するための例えば圧縮コイルばねからなる付勢部材３０とを備える。図２および図３を参照して、減速機構Ａの入力軸としての上記カム軸２３と出力軸としての第２の操舵軸３ｂは、軸角が直角で互いの間に所要の軸間距離が設けられている。

再び図３を参照して、ジョイント２２の一端には電動モータ２０の回転軸２１が圧入され、他端にはカム軸２３がセレーション結合される。カム軸２３は軸長方向に相対向する第１および第２の端部２３ａ，２３ｂを有し、これら第１および第２の端部２３ａ，２３ｂ間の中間部２３ｃに上記のバレルカム２４を形成している。

第１および第２の端部２３ａ，２３ｂは中間部２３ｃよりも軸細に形成され、中間部２３ｃと各端部２３ａ，２３ｂとの間には、それぞれ第１および第２の位置決め段部３１，３２が形成されている。

カム軸２３の第１および第２の端部２３ａ，２３ｂは、それぞれ対応する第１および第２の軸受３３，３４によって回転自在に支持されている。

第１の軸受３１は、例えば玉軸受等の転がり軸受からなり、内輪３５、外輪３６および転動体３７を備える。第１の軸受３１の内輪３５は、カム軸２３の第１の端部２３ａに嵌合され固定されている。第１の軸受３１の内輪３５の一端部は、カム軸２３の第１の位置決め段部３１に当接し、カム軸２３の第１軸方向Ｘ（電動モータ２０から遠ざかる方向）への移動を規制する。

一方、第１の軸受３１の外輪３６は、減速機構Ａを収容するギヤハウジング７２の第１の軸受孔３９に嵌め入れられている。第１の軸受３１の外輪３６の一方の端部は、ギヤハウジング７２の位置決め段部４０に当接して位置決めされ、これにより、外輪３６の第１軸方向Ｘへの移動が規制されている。

第２の軸受３４は、例えば玉軸受等の転がり軸受からなり、内輪４１、外輪４２および転動体４３を備える。第２の軸受３４の内輪４１は、カム軸２３の第２の端部２３ｂに嵌合され固定されている。第２の軸受３４の内輪４１の一端部はカム軸２３の第２の位置決め段部３２に当接し、カム軸２３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および第２の軸受３３，３４の内輪３５，４１間に、カム軸２３の中間部２３ｃが軸方向に挟持される。

一方、第２の軸受３４の外輪４２はギヤハウジング７２の第２の軸受孔４４に嵌め入れられている。この第２の軸受孔４４はねじ孔４５に連なっており、このねじ孔４５には、外周にねじ部４６を有する予圧調整用の調整部材４７がねじ込まれている。

この調整部材４７は、第２の軸受３４の外輪４２の一方の端部に当接して、外輪４２を第１軸方向Ｘへ付勢する。調整部材４７による付勢力は、第２の軸受３４の転動体４３および内輪４１、カム軸２３、並びに第１の軸受３３の内輪３５および転動体３７を介して第１の軸受３３の外輪３６に与えられる一方、この外輪３６の第１軸方向Ｘへの移動が位置決め段部４０により規制されている。したがって、第１および第２の軸受３３，３４に、調整部材４７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、ロックナット４８は、調整部材４７のねじ込み位置を止定するために、調整部材４７のねじ部４６にねじ込まれる。

再び、図２を参照して、第２の操舵軸３ｂは、減速機構Ａを軸方向の上下に挟んで配置される第１および第２の転がり軸受７８，７９により回転自在に支持されている。

第１の転がり軸受７８は、第２の操舵軸３ｂに一体回転可能で且つ軸方向に移動可能に嵌合される内輪８０と、センサハウジング７１の下端の軸受保持孔８１に嵌め入れられて回転不能で且つ軸方向に移動自在に保持される外輪８２と、転動体８３とを備える。内輪８０の下端面はタレット２７の上端面に当接している。

センサハウジング７１の軸受保持孔８１の奥にある内周段部８４とこれに対向する外輪８２の上端面との間に、上記の皿ばねからなる付勢部材２８が介在している。付勢部材２８の付勢力は第１の転がり軸受７８の外輪８２、転動体８３、内輪８０、タレット２７、ボール２６を介してバレルカム２４に与えられ、これにより、該付勢力によってバレルカム２４のカム溝２５とボール２６との係合部に予圧が与えられるようになっている。

また、第２の転がり軸受７９の外輪８５は、ギヤハウジング７２の軸受保持孔８６に嵌め入れられて保持されている。第２の転がり軸受７９の外輪８５の下端面は、ギヤハウジング７２の軸受保持孔８６の環状段部８７に当接し、外輪８５のヤハウジング７２に対する軸方向下方への移動が規制されている。また、軸受保持孔８６に隣接してギヤハウジング７２に設けられる環状溝に止め輪８８が嵌め入れられており、この止め輪８８が外輪８５の上端面に当接することにより、外輪８５の軸方向上方への移動が規制されている。

第２の転がり軸受７９の内輪８９は、第２の操舵軸３ｂ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８９の下端面が第２の操舵軸３ｂのねじ部に締め込まれるナット９０に当接することより、内輪８９が第２の操舵軸３ｂの軸方向に位置決めされている。

上記の止め輪８８と保持板２９との間に上記の付勢部材３０が介在し、保持板２９をタレット２７側に付勢することで、ボール２６をタレット２７上に保持している。

次いで、図４を参照して、タレット２７は、第２の操舵軸３ｂにスプライン嵌合するためのスプライン孔５１を有している。タレット２７のバレルカム２４側の端面２７ａには、各ボール２６をそれぞれ転動自在に支持する複数の支持凹部５２を有している。各支持凹部５２の内面は半球面状をなす。複数の支持凹部２７はタレット２７の回転軸線Ｃを中心とする円周Ｃ１上に周方向に等間隔で配置される。

保持板２９はＤ型の輪郭を持つ環状Ｄ形をなす。保持板２９は、その挿通孔５３に第２の操舵軸３ｂが挿通させて、第２の操舵軸３ｂに回動自在に且つ軸方向に移動自在に嵌合する。保持板２９はその周面に平坦部５４を有している。図２に示すように、保持板２９の周面の平坦部５４は、バレルカム２４の軸方向に平行に配置されて、バレルカム２４の周面に近接対向することで、第２の操舵軸３ｂ回りの回転を規制されている。

図５を参照して、保持板２９はタレット２７の端面２７ａに対向する対向面２９ａを有し、この対向面２９ａには、複数のボール２６を一括して案内する環状の案内溝５５が形成されている。案内溝５５はタレット２７が回転するときに各ボール２６が上記の円周Ｃ１上を公転するのを案内する。

本実施の形態によれば、電動モータ２０によってカム軸２３を介してバレルカム２４が回転駆動されると、これに伴ってタレット２７を介して出力軸としての第２の操舵軸３ｂが回転駆動され、舵取り機構Ｂに動力伝達することができる。減速機構Ａにバレルカム２４を用いることで、従来用いられていたウォームギヤ減速機構を用いる場合と比較して、動力の伝達効率が格段に向上する。

また、歯車伝動と比較してバックラッシを格段に低減できるので、異音の発生を防止することができる。特に、バレルカム２４のカム部としてのカム溝２５とタレット２７のカムフォロワとしてのボール２６とを金属接触させる場合にも、異音発生を防止でき、しかも、金属を用いることで、長期にわたって異音低減効果を持続することができる。また、タレット２７の端面２７ａにカムフォロワとしてのボール２６を設けるので、小型化を図ることができる。

また、カムフォロワとして、タレット２７の支持孔５２に転動自在に支持されるボール２６を用い、これをバレルカム２４のカム溝２５に転動させるので、動力の伝達効率をより向上することができる。

しかも、付勢部材２８によって、カム部としてのカム溝２５とカムフォロワとしてのボール２６との間に予圧をかけているので、カム溝２５内でのボール２６のがたつきを確実に防止することができ、伝達効率をより向上できると共に、騒音発生を確実に防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、保持板２９の案内溝５５を廃止し、保持板２９の平坦な対向面２９ａでボール２６を押圧しても良い。

また、ボール２６を廃止し、バレルカム２４のカム部およびタレット２７のカムフォロワの何れか一方を凸部とし他方を凹部として互いに係合させて相対摺動させるようにしても良い。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。

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。 電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。 図２のIII −III 線に沿う断面図である。 タレット、ボール、保持板および保持板用の付勢部材の分解斜視図である。 保持板の平面図である。

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 操舵軸
３ａ 第１の操舵軸
３ｂ 第２の操舵軸（出力軸）
７ ピニオン軸
１０ ラック軸
１１ タイロッド
１２ ナックルアーム
１３ 車輪
Ｂ 舵取り機構
２０ 電動モータ
２１ 回転軸
Ａ 減速機構
２３ カム軸（入力軸）
２４ バレルカム
２５ カム溝（カム部）
２６ ボール（カムフォロワ）
２７ タレット
２７ａ 端面
２８ 付勢部材
２９ 保持板
２９ａ 対向面
３０ 付勢部材
５１ スプライン孔
５２ 支持孔
５３ 挿通孔
５４ 平坦部
５５ 案内溝

Claims (3)

1. 操舵補助用の電動モータの出力回転を減速機構を介して舵取り機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、
   上記減速機構は、電動モータにより回転駆動される入力軸と一体回転可能に設けられたバレルカムと、このバレルカムの螺旋状のカム部に係合するカムフォロワと、このカムフォロワが設けられ出力軸と一体回転可能な円盤状のタレットとを備え、
   上記入力軸と出力軸は、軸角が直角で互いの間に所要の軸間距離が設けられ、タレットの端面にカムフォロワ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。
2. 請求項１において、上記カム部はカム溝を含み、上記カムフォロワはタレットに設けられる支持孔に転動自在に支持されるボール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又は２において、上記カムフォロワをカム部に付勢するための付勢手段を備え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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