JP2005280554A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
コストの大幅な増大を招くことなく、ラトル音を低減できる電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】
歯車対を構成する中間ギヤ部３８ａの端部側の外径を大きくすることで、それに噛合する駆動ギヤ部３７ａ及び従動ギヤ部３９ａとのバックラッシュを、軸線方向位置で異ならせており、動力伝達時には端部側より漸次歯当たりが生じるため、歯面同士の衝接を抑えることができラトル音を減少させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両に用いられる電動式パワーステアリング装置に関する。

操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、かかる電動モータの回転力をボールねじ機構を介してラック軸の軸線方向力に変換することにより、操舵を補助する電動式パワーステアリング装置が知られている（特許文献１参照）。
特公平６−５０４号公報

ところで、かかる従来技術の電動式パワーステアリング装置においては、電動モータとボールねじ機構のナットとを動力伝達可能に連結する歯車対において、歯車の歯面同士が衝接することにより、いわゆるラトル音と呼ばれる異音が発生することがある。このようなラトル音は、歯車のバックラッシュが大きいほど、より顕著になる傾向があるが、電動式パワーステアリング装置が設けられた車両の乗員に不快感を与える恐れがあるので、除去することが望ましい。

ところが、歯車のバックラッシュを抑えるために、歯面間の全域で負隙間を与えるような設計にすると、歯面同士の当たりが強くなりすぎて、早期摩耗や損傷を招く恐れがある。又、バックラッシュの許容公差範囲を狭めるように、歯車の精度を向上させると、ある程度ラトル音を抑えることはできるが、それによりコストの増大を招くこととなる。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、コストの大幅な増大を招くことなく、ラトル音を低減できる電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられたモータと、
前記ハウジングに対し回転自在に配置されたナットと、前記ナットに内包され且つ操舵機構に連結されたねじ軸と、前記ナットと前記ねじ軸との間に配置されたボールとからなるボールねじ機構と、
前記モータの回転軸と前記ナットとを動力伝達可能に連結する複数の歯車からなる歯車対とを有し、
前記歯車対の少なくとも一つの歯車と、それに噛合する歯車とのバックラッシュは、少なくとも動力伝達時に、その歯面の軸線方向位置で異なることを特徴とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、前記歯車対の少なくとも一つの歯車と、それに噛合する歯車とのバックラッシュを、軸線方向位置に応じて異ならせているので、例えば前記一つの歯車の軸線方向中央の外径より、端部側の外径を大きくするようにして、歯車中央部のバックラッシュよりも端部側のバックラッシュを小さくすれば、動力伝達時には端部側より漸次歯当たりが生じるため、歯面同士の衝接を抑えることができラトル音を減少させることができる。又、歯車の全域にわたって負隙間を設定する訳ではないため、歯面の早期摩耗や損傷などを抑制することができる。

前記一つの歯車は、軸線方向位置で径が異なると好ましい。

前記一つの歯車は、端部側に弾性変形部が設けられていると、例えば端部側の外径を大きくして負隙間を設定した場合に、負隙間を設定した部位が撓みやすくなるため、歯面同士の競り合いが抑えられ早期摩耗や損傷などを抑制することができる。

輪帯状の開口を設けることで前記弾性変形部が形成されると好ましい。

前記開口内には、前記開口を構成する素材より弾性変形しやすい部材が充填されていると好ましい。

前記一つの歯車は、第１の素材と、前記第１の素材より弾性変形しやすい第２の素材とから形成されていると、例えば前記一つの歯車の歯面を前記第２の素材で形成すれば、その外径を大きくして負隙間を設定しても歯面が撓みやすくなるため、歯面同士の競り合いが抑えられ早期摩耗や損傷などを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置の断面図である。図２は、図１の電動式パワーステアリング装置の矢印IIで示す部位を拡大した図である。図３は、図２の構成を矢印III-III線で切断して矢印方向に見た図である。図４は、図２の構成を矢印IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。図５（ａ）は、中間軸３８の一部断面側面図であり、図５（ｂ）は、その正面図である。

図１において、電動式パワーステアリング装置１１は、不図示の車体に固定されたハウジング２１を有する。ハウジング２１を水平に貫通するようにして、ラック軸２３が軸線方向移動自在に支持されている。図示していないが、ステアリングホイールに連結された入力軸の下方端にはピニオンが形成され、ラック軸２３のラック歯に噛合しており、入力軸の回転によりラック軸２３は図で左右に移動するようになっている。ラック軸２３の両端は、操舵機構のタイロッド（不図示）に連結されている。

ラック軸２３と軸線が平行になるようにして、電動モータ３５がハウジング２１に取り付けられている。電動モータ３５の出力軸３５ａは、駆動軸３７にセレーション結合で軸線方向相対変位可能且つ回転方向一体的に固定されている。駆動軸３７は、軸受２０，２２によりハウジング２１に対して回転自在に支持されており、軸受２０，２２に挟まれた部分に駆動ギヤ部３７ａを有している。

駆動軸３７とラック軸２３との間に、中間軸３８が配置されている。中間軸３８は、軸受２４，２５によりハウジング２１に対して回転自在に支持されており、軸受２４，２５に挟まれた部分に、駆動ギヤ部３７ａに噛合する中間ギヤ部３８ａを有している。

図２、５に示すように、中間ギヤ部３８ａは、その右端面に軸線を中心とした輪帯状の溝（開口）３８ｂを形成しており、またその歯３８ｃは、点線で示すように、右端近傍のテーパ部３８ｄにおいて、右端に向かうにつれて漸次拡径してなる。実際の拡径量はわずかであるが、図ではわかりやすいように誇張している。

従動ギヤ部３９（及び駆動ギヤ部３７ａ）と噛合する場合において、中間ギヤ部３８ａは、図４に示すように、テーパ部３８ｄの部位ではガタ（バックラッシュ）なく即ち負隙間で噛合し、且つ図３に示すように、テーパ部３８ｄ以外の部位（３８ｃ）では、所定のガタ（バックラッシュ）をもって即ち正隙間で噛合している。つまり、軸線方向位置に応じてバックラッシュ量を異ならせている。尚、輪帯状の溝３８ｂを形成することで、その周囲におけるテーパ部３８ｄは、それ以外の部位より弾性変形しやすい弾性変形部となっている。

図１において、ラック軸２３の周囲に、従動軸３９が配置されている。従動軸３９は、軸受２６，２７によりハウジング２１に対して回転自在に支持されており、軸受２６，２７に挟まれた部分に、中間ギヤ部３８ａに噛合する従動ギヤ部３９ａを有している。又、従動軸３９は、その右方端内周が、ナット４５の左端外周とセレーション結合し、軸線方向相対変位可能且つ回転方向一体的となっている。駆動ギヤ部３７ａ、中間ギヤ部３８ａ、従動ギヤ部３９ａにより歯車対を構成する。

ナット４５は、軸受４１によりハウジング２１に対して回転自在に支持されている。軸受４１は、ハウジング２１の内周面に軸線方向位置を固定された外輪５５と、ナット４５の外周面に軸線方向位置を固定された二分割内輪５１，５１と、外輪５５と内輪５１、５１との間に複列で配置され転動自在となっている転動体（ボール）５７，５７とからなっている。従ってナット４５は軸線方向に移動せず、回転のみ可能となっている。

ねじ軸であるラック軸２３の外周面の一部には、雄ねじ溝２３ｂが形成されている。雄ねじ溝２３ｂの周囲にはナット４５が配置されており、雄ねじ溝２３ｂに対向して、雌ねじ溝４５ａを形成している。雄ねじ溝２３ｂと雌ねじ溝４５ａとで形成する螺旋状の空間（転走路）内には、複数のボール６５が転動自在に配置されている。ラック軸２３と、ナット４５と、ボール６５とでボールねじ機構を構成する。

本実施の形態の動作について説明する。図示していないが、運転者がステアリングホイールを回転させると、その回転力が入力軸へと伝達される。入力軸が回転すると、それにピニオン噛合したラック歯が押され、ラック軸２３が軸線方向に移動し、タイロッドを介して不図示の操舵機構を駆動することで、車輪の操舵が行われるようになっている。

このとき図示しないトルクセンサが操舵トルクを検出し、その量に応じて、不図示のＣＰＵが電動モータ３５に対して電力を供給するので、出力軸と共に駆動ギヤ部３７ａが回転し、それに中間ギヤ部３８ａを介して噛合した従動ギヤ部３９ａが、所定の減速比で回転させられる。従動軸３９とナット４５とは一体となっているため、従動ギヤ部３９ａの回転によりナット４５も回転し、かかる回転運動はボール６５を介してラック軸２３の軸線運動に変換される。この軸線方向力を用いて、補助操舵力を出力できるようになっている。

本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１においては、歯車対を構成する中間ギヤ部３８ａの端部側の外径を大きくすることで、それに噛合する駆動ギヤ部３７ａ及び従動ギヤ部３９ａとのバックラッシュを、軸線方向位置で異ならせており、動力伝達時には端部側より漸次歯当たりが生じるため、歯面同士の衝接を抑えることができラトル音を減少させることができる。又、ギヤ部の全域にわたって負隙間を設定する訳ではないため、歯面の早期摩耗や損傷などを抑制することができる。

特に、中間ギヤ部３８ａの端部側面には溝３８ｂを設けているので、その周囲における歯のテーパ部３８ｄは弾性変形部となり、テーパ部３８ｄに負隙間を設定したとしても、テーパ部３８ｄが撓みやすくなるため、歯面同士の競り合いが抑えられ早期摩耗や損傷などを抑制することができる。

図６は、別な実施の形態にかかる中間軸３８’の一部断面側面図である。本実施の形態にかかる中間軸３８’は、図５に示す中間軸３８に対し、溝３８ｂに、中間軸３８’の素材である鋼より弾性変形しやすい弾性部材としての樹脂やゴムを収容した点が異なる。

図７は、更に別な実施の形態にかかる中間軸３８”の一部断面側面図である。本実施の形態にかかる中間軸３８”は、図５に示す中間軸３８に対し、輪帯状の溝を設けていない。その代わり、右端近傍に縮径部３８ｆを形成し、ここに、中間軸３８”の素材である鋼（第１の素材）より弾性変形しやすい樹脂（第２の素材）製のリング３８ｇを溶着又は接着などで結合させている。リング３８ｇの外周面には、上述した実施の形態と同様に右端にゆくにつれて拡径したテーパ部３８ｄを備えた歯が形成されている。リング３８ｇは、テーパ状の外径でなくて一様な外径であってもよい。

以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。例えば、中間ギヤ部の中央部に対し、端部側の外径を小さくしてもよいし、中間ギヤ部でなく、駆動ギヤ部又は従動ギヤ部を同様な構成としてもよい。

本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１の軸線方向断面図である。 図１の電動式パワーステアリング装置の矢印IIで示す部位を拡大した図である。 図２の構成を矢印III-III線で切断して矢印方向に見た図である。 図２の構成を矢印IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 図５（ａ）は、中間軸３８の一部断面側面図であり、図５（ｂ）は、その正面図である。 別な実施の形態にかかる中間軸３８’の一部断面側面図である。 更に別な実施の形態にかかる中間軸３８”の一部断面側面図である。

符号の説明

１１ 電動式パワーステアリング装置
２３ ねじ軸
３５ 電動モータ
３７ 駆動軸
３８ 中間軸
３９ 従動軸
４５ ナット
６５ ボール

Claims (6)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられたモータと、
   前記ハウジングに対し回転自在に配置されたナットと、前記ナットに内包され且つ操舵機構に連結されたねじ軸と、前記ナットと前記ねじ軸との間に配置されたボールとからなるボールねじ機構と、
   前記モータの回転軸と前記ナットとを動力伝達可能に連結する複数の歯車からなる歯車対とを有し、
   前記歯車対の少なくとも一つの歯車と、それに噛合する歯車とのバックラッシュを、軸線方向位置に応じて異ならせていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記一つの歯車は、軸線方向位置で径が異なることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記一つの歯車は、端部側に弾性変形部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 輪帯状の開口を設けることで前記弾性変形部が形成されることを特徴とする請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置。
5. 前記開口内には、前記開口を構成する素材より弾性変形しやすい部材が充填されていることを特徴とする請求項４に記載の電動式パワーステアリング装置。
6. 前記一つの歯車は、第１の素材と、前記第１の素材より弾性変形しやすい第２の素材とから形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。
   

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