JP2005231581A

JP2005231581A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2005231581A
Application number: JP2004046290A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Maekawa; 知浩前川
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】経年使用した場合であっても、安定して小歯車を大歯車に付勢し、噛合騒音の問題を解決することができる付勢手段を備える電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】
大歯車３及び小歯車２ａを軸受を介して支持部材８に支持させ、大歯車３及び小歯車２ａの噛合部に予圧が加わる方向に小歯車２ａが揺動できるように構成し、トーションバー５ａと、トーションバー５ａの一端部に設けられ、カム状の当接部材５ｂとを備える付勢手段５により、小歯車２ａ及び大歯車３の噛合部に予圧を加えるべく、当接部材５ｂを、軸受７の外輪７ｂに当接させ、回転軸２が当接部材５ｂと大歯車３との間に位置するように、トーションバー５ａを捩り、他端部を支持部材８に回り止めする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの駆動力を歯車を介して舵取手段に伝達することにより操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関する。

車両の電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力をモータの出力軸と繋がる回転軸に設けられた小歯車と、小歯車に噛合する大歯車とを介して、大歯車に繋がる舵取手段に減速伝達し、運転者の操舵補助を行うように構成されている。大歯車を備える操舵軸、及び回転軸は、アルミニウム製の支持部材に軸受を介して支持されている。

ところで、モータの駆動力を舵取手段に伝達する大歯車及び小歯車が、円滑に回転するためには、歯車間に適度なバックラッシが必要であるが、各歯車の寸法誤差、温度変化による膨張若しくは収縮、又は経年使用による摩耗等により、各歯車のバックラッシを適度に保つことは困難である。特にバックラッシが大き過ぎる場合、歯面同士の衝突による大きな噛合騒音が発生し、運転者に不快感を与えるという問題が生じる。

この噛合騒音の問題を解決すべく、付勢手段を用いた電動パワーステアリング装置が提案されている。特許文献１には、付勢手段として、板ばね、ゴム環、又はトーションバーを用いたものが開示されている。

板ばねを用いた電動パワーステアリング装置においては、撓んだ板ばねの一端部が支持部材に固定され、他端部が軸受に当接し、各歯車の噛合部に予圧を加えている。

ゴム環を用いた電動パワーステアリング装置においては、軸受の外輪に取り付けられたゴム環が、各歯車の噛合部に予圧を加えている。

トーションバーを用いた電動パワーステアリング装置においては、特に金属製の弾性軸の両端部を９０度曲げ、９０度曲げた先端部を更に弾性軸の周方向に９０度曲げてなるトーションバーを用いて噛合騒音の問題を解消している。即ち、捩れたトーションバーが有する一端部を支持部材に固定し、他端部を軸受に当接させ、軸受を径方向に付勢することにより、各歯車のバックラッシを小さくし、噛合騒音の問題を解消している。

いずれの電動パワーステアリング装置においても、付勢手段として用いた板ばね、ゴム環又はトーションバーが有する復元力によって、各歯車の噛合部に予圧を加えることにより、各歯車の中心軸方向のバックラッシを小さくし、各歯車の噛合騒音の問題を解決している。
特表２００２−５１８２４２号公報

しかしながら、板ばねを用いた場合、撓みによる十分な変位を得ることができないため、摩耗による大きなバックラッシ変化に対応できないおそれがある。

また、ゴム環を用いた場合、温度変化による弾性率の変化、経年使用によるゴム環のへたり等の劣化により、噛合騒音を解消するために必要な付勢を行えなくなるおそれがある。

更に、前記トーションバーを用いた場合、弾性軸を９０度曲げた部分において、強い応力が多方向に働き、トーションバーが破損するおそれがある。特に、車両用の電動パワーステアリング装置においては、車両の振動が各歯車に伝達するため、軸受を付勢しているトーションバーに加わる応力が激しく変動する。従って、トーションバーに不測の強い応力が働き、トーションバーが破損するおそれが生じる。

更にまた、先の細い先端部を軸受の外輪に当接させることにより、軸受の径方向に力を加えているため、先端部が当接している箇所がずれた場合、軸受の周に沿って先端部が滑り、トーションバーの復元力が軸受の周方向に分散し、小歯車及び大歯車の噛合部に十分な予圧を加えることができなくなるおそれがある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、膨張、収縮又は摩耗等により、大歯車及び小歯車の寸法が変化した場合であっても、噛合騒音が発生せず、また長期間の使用による付勢手段の破損のおそれがない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。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、モータと、該モータの出力軸と繋がる回転軸と、該回転軸を軸受を介して支持する支持部材と、前記回転軸に設けられた小歯車と、該小歯車に噛合し、舵取手段に繋がる大歯車と、該大歯車及び前記小歯車の噛合部に予圧を加えるべく、前記軸受を付勢する付勢手段とを備え、前記モータの回転により操舵補助すべくなしてある電動パワーステアリング装置において、前記付勢手段は、捩れたトーションバーと、該トーションバーの一部に設けられ、前記軸受の外輪に当接しているカム状の当接部材とを備え、前記トーションバーは、前記支持部材に回り止めされていることを特徴とする。

本発明にあっては、トーションバーは支持部材に回り止めされているため、トーションバーの捩れによる周方向の復元力が当接部材、及び当接部材に当接している軸受に復元力がおよぶ。つまり、当接部材は、トーションバーの復元力により、トーションバーの周方向の力を受けているが、カム状の当接部材が軸受に当接しているため、当接部材は軸受に係止され、軸受に前記復元力がおよぶ。軸受におよぶ復元力は、回転軸に設けられた小歯車を大歯車に付勢する力として働き、大歯車及び小歯車のバックラッシは小さく保たれ、噛合騒音の発生が抑えられる。

また、トーションバーの一部に設けられた当接部材を介して、トーションバーの復元力を軸受におよぼすため、トーションバーの一端部には主に周方向の応力が働く。従って、トーションバーを折り曲げた先端部を用いて軸受を付勢する場合に比べ、トーションバーに働く応力が一点に集中するおそれは低く、トーションバーが破損するおそれも低い。

更に、トーションバーの捩れによる復元力は、当接部材を介して軸受におよぶため、当接部材と軸受とが当接する部分がずれた場合であっても、トーションバーを折り曲げた先端部を用いて軸受を付勢する場合に比べ、小歯車を大歯車に安定して付勢することが可能となる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記支持部材は、前記付勢手段を収容する付勢手段収容部を有しており、前記トーションバーは、前記付勢手段収容部に嵌合する嵌合部材を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、トーションバーを捩じり、トーションバーが備える嵌合部材を付勢手段収容部に嵌め入れ、付勢手段を付勢手段収容部に収容することにより、極めて容易にトーションバーの一部を支持部材に回り止めし、付勢手段を電動パワーステアリング装置に取り付けることが可能となる。

本発明にあっては、大歯車及び小歯車の寸法が大きく変化した場合であっても、大歯車及び小歯車の噛合騒音を解消することが可能となり、また電動パワーステアリング装置を長期間使用した場合であっても、付勢手段が破損するおそれは低く、噛合騒音を長期に亘って解消することが可能となる。

また、本発明にあっては、電動パワーステアリング装置の組み立て工程において、支持部材に付勢手段を容易に取り付けることができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の減速歯車機構部Ａを車両上方から見た場合の構成を模式的に示す断面図であり、図２は電動パワーステアリング装置を車両側面方向から見た場合の全体構成を模式的に示す断面図である。電動パワーステアリング装置は、モータ１と、モータ１の駆動力を減速伝達する減速歯車機構部Ａと、減速歯車機構部Ａと繋がる舵取手段４とから構成される。

図１に示すように、減速歯車機構部Ａは、操舵補助用のモータ１の出力軸１０に、弾性軸継手１１を介して繋がる回転軸２と、回転軸２に設けられた小歯車２ａと、小歯車２ａに直角的に噛合する大歯車３と、大歯車３及び小歯車２ａの噛合部に予圧を加える付勢手段５とが、アルミニウム製の支持部材８に収容されて構成されている。小歯車２ａは、ウォームであり、大歯車３はウォームホイールである。支持部材８は、モータ１が取り付けられる筒状のモータ取り付け部８３を有しており、モータ取り付け部８３にモータ１が取り付けられている。弾性軸継手１１は、出力軸１０に嵌合し、３つの噛合歯を有する第１継体１１ａと、回転軸２が有する一端部２ｂに嵌合し、３つの噛合歯を有する第２継体１１ｂと、第１及び第２継体１１ａ、１１ｂの間に、介装され、第１継体１１ａ及び第２継体１１ｂの噛合歯と噛合する６つの噛合歯を外周に有する弾性歯体１１ｃとから構成されている。回転軸２は、一端部２ｂに軸受６の内輪６ａが圧入され、他端部２ｃには軸受７の内輪７ａが圧入され、モータ取り付け部８３と連なり縮径している筒状の小歯車収容部８１に軸受６、７を介して支持されている。

軸受６の外輪６ｂは、モータ１側に小歯車収容部８１が有する軸受座８４に遊嵌しており、環状の溝部８６に嵌装している止め環６０によって、軸受６の軸長方向への移動が係止されている。軸受７の外輪７ｂは、反モータ１側に小歯車収容部８１が有する軸受座８５に遊嵌している。軸受座８５は、大歯車３と小歯車２ａとの軸間距離が長短する方向に軸受が遊動できるような長円形である。また、小歯車収容部８１の反モータ側の端面、つまり外輪７ｂに対向する端面は、合成樹脂製の緩衝部材８５ａを備えている。

大歯車３は、合成樹脂製の環状歯体３ａと、環状歯体３ａを外周に備える中空円盤状の芯部材３ｂとからなり、支持部材８が有する筒状の大歯車収容部８２に収容されている（図２参照）。芯部材３ｂは、舵取手段４を構成する筒状の第１操舵軸４１に圧入されている。

図２に示す舵取手段４は、第１操舵軸４１と、第１操舵軸４１に内嵌し、上方に伸びる弾性体のトルク検出軸４０と、トルク検出軸４０の上端部において外嵌する筒部を備える第２操舵軸４２と、第１操舵軸４１に繋がる舵取機構、例えばラックピニオン式の舵取機構とから構成されている。第１操舵軸４１は、大歯車３の両側に２つの軸受９０、９１を備えており、軸受９０、９１を介して支持部材８に支持されている。第２操舵軸４２は上方にステアリングホイールＢを備えている。

このように構成される電動パワーステアリング装置においては、運転者によるステアリングホイールＢの回転が、舵取手段４に繋がる舵取機構に伝達され、車両が操向される。一方、モータ１の回転力が小歯車２ａ及び大歯車３を介して舵取手段４に減速伝達され、運転者による舵取手段４の回転運動が補助される。

図３は、図１のIII−III線断面図であり、支持部材８に取り付けられた付勢手段５を模式的に示したものである。図４は、付勢手段５を模式的に示した斜視図である。

付勢手段５は、弾性体であり、長さが軸受の半径程度のトーションバー５ａと、トーションバー５ａの一端部において嵌合固定されている当接部材５ｂと、他端部に設けられている板状の嵌合部材５ｃとから構成されている。当接部材５ｂは、カム状、即ちトーションバーの中心軸に関して回転非対称の外周面、例えば角に丸みを帯びた三角形状の軸断面を有するような外周面を備えており、該外周面は合成樹脂の緩衝材で覆われている。なお、回転非対称の外周面とは、中心軸からの距離が一定でない外周面を意味している。

支持部材８は、付勢手段５を収容する付勢手段収容部８０を有している。付勢手段収容部８０は、軸受座８５が径方向に拡がった中空部分であり、特に軸受７を付勢手段収容部８０の方向に遊動させた場合、大歯車３と小歯車２ａとの軸間距離が大きくなるような方向に拡がった部分である。即ち、付勢手段収容部８０に付勢手段５を収容した場合、当接部材５ｂと大歯車３との間に回転軸２が位置するように、付勢手段収容部８０は形成されている。また、付勢手段収容部８０は、方形断面を有する形状であり、上方に収容口を有している。

トーションバー５ａは、回転軸２と直角的になるように収容されている。当接部材５ｂの外周面は軸受７の外輪７ｂに当接し、嵌合部材５ｃは付勢手段収容部８０に内嵌し、トーションバー５ａが捩れた状態で、トーションバー５ａの一端部が支持部材８に回り止めされる。付勢手段収容部８０が上側に有している収容口は蓋体８７により塞がれている。

付勢手段５の取り付け方法を説明する。小歯車２ａ、大歯車３等を支持部材８に収容した後、付勢手段収容部８０に当接部材５ｂ及びトーションバー５ａを挿入し、当接部材５ｂを軸受７の外輪７ｂに当接させ、更にトーションバー５ａを捩じりながら、嵌合部材５ｃを付勢手段収容部８０に嵌挿する。付勢手段５を付勢手段収容部８０に収容した後、付勢手段収容部８０の収容口に蓋体８７を嵌める。

以上のように構成される電動パワーステアリング装置にあっては、嵌合部材５ｃは支持部材８に対して、周方向に固定されているため、トーションバー５ａの捩れによる周方向の復元力は当接部材５ｂにおよぶ。当接部材５ｂは、当接部材５ｂの外周面のうち、トーションバー５ａの径方向に拡がった部分において、軸受７の外輪７ｂで係止され、前記復元力が軸受７におよぶ。軸受７が設けられている回転軸２は当接部材５ｂと大歯車３との間に位置しているため、前記復元力は、小歯車２ａ及び大歯車３の噛合部に予圧が加わる向きにおよぶ。また、回転軸２を支持する軸受６、７の外輪６ｂ、７ｂは、軸受座８４、８５に遊嵌しており、回転軸２はモータ１側で、弾性軸継手１１を介してモータ１の出力軸１０に繋がっているため、前記復元力が軸受７におよぶ場合、軸受６を中心にして、回転軸２は揺動することができ、小歯車２ａ及び大歯車３の噛合部に予圧が加わる。従って、大歯車３及び小歯車２ａのバックラッシを小さく保ち、噛合騒音の発生を抑えることが可能となる。

また、トーションバー５ａは、一端部において嵌合固定されている当接部材５ｂを介して軸受７に、捩れによる復元力をおよぼしているため、トーションバーを折り曲げた先端部を介して軸受に力をおよぼす場合に比べ、トーションバー５ａに不測の応力が働いて破損するおそれは低い。

更に、当接部材５ｂの外周は緩衝材で覆われているため、当接部材５ｂと軸受７とが衝突することにより発生する騒音を抑えることが可能となる。

なお、当接部材の形状は三角形状に限るものではない。例えば、図５に示すような形状であってもよい。図５に示す付勢手段５０は、トーションバー５０ａと、トーションバー５０ａの一端部に設けられた固定部５０ｃと、他端部に設けられた当接部材５０ｂとを備える。当接部材５０ｂは、軸受の外輪に嵌合するような弧状部を有している。この付勢手段５０を用いた場合、トーションバーの捩れによる復元力が軸受の外輪に広く分散して働くため、軸受の一部分が極端に摩耗するなどして、軸受が破損するおそれが低くなる。

また、本発明においては、回転軸に圧入されている一方の軸受を径方向に付勢すべく付勢手段を取り付けているが、両方の軸受を径方向に付勢すべく、回転軸を支持する２つの軸受夫々に対して２つの付勢手段を取り付けても良い。

更に、付勢手段は、トーションバーが回転軸に平行的になるように支持部材に取り付けてもよい。

更にまた、モータの出力軸と回転軸とを一体に形成しても良い。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の減速歯車機構部を車両上方から見た場合の構成を模式的に示す断面図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置を車両側面方向から見た場合の全体構成を模式的に示す断面図である。支持部材に取り付けられた付勢手段を模式的に示した図１の III−III 線断面図である。付勢手段を模式的に示した斜視図である。付勢手段を模式的に示した斜視図である。

符号の説明

１モータ
２回転軸
２ａ小歯車
３大歯車
４舵取手段
５付勢手段
５ａトーションバー
５ｂ当接部材
５ｃ嵌合部材
６、７軸受
６ｂ、７ｂ軸受の外輪
１０出力軸
８０付勢手段収容部

Claims

モータと、該モータの出力軸と繋がる回転軸と、該回転軸を軸受を介して支持する支持部材と、前記回転軸に設けられた小歯車と、該小歯車に噛合し、舵取手段に繋がる大歯車と、該大歯車及び前記小歯車の噛合部に予圧を加えるべく、前記軸受を付勢する付勢手段とを備え、前記モータの回転により操舵補助すべくなしてある電動パワーステアリング装置において、
前記付勢手段は、捩れたトーションバーと、該トーションバーの一部に設けられ、前記軸受の外輪に当接しているカム状の当接部材とを備え、
前記トーションバーは、前記支持部材に回り止め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。
前記支持部材は、前記付勢手段を収容する付勢手段収容部を有しており、
前記トーションバーは、前記付勢手段収容部に嵌合する嵌合部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。