JP2005297822A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックラッシに起因する騒音の発生を切り返し時にも抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】操舵補助用の電動モータ１６の動力を操舵機構に伝達するための伝動装置としての減速機１７を備える。減速機１７は、電動モータ１６の出力軸２０に連結されたウォーム軸１８と、ウォーム軸１８と噛み合うウォームホイール１９と、ウォーム軸１８を相対向する第１および第２の軸方向Ｘ１，Ｘ２にそれぞれ付勢する第１および第２の弾性部材５１，５２とを含む。第１の弾性部材５１の弾性係数が第２の弾性部材５２の弾性係数よりも大きい。
【選択図】 図２

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ものである。

自動車用の電動パワーステアリング装置には減速機が用いられている。例えばコラム型ＥＰＳでは、モータの出力軸の回転をウォーム軸およびウォームホイールを介して減速することで、モータの出力を増幅して舵取り機構に伝達し、ステアリング操作をトルクアシストするようにしている。
減速機に含まれるウォーム軸及びウォームホイールの噛み合いには適度なバックラッシが必要であるが、例えば悪路を走行した場合、路面からの逆入力によりバックラッシに起因した歯打ち音（ラトル音）が発生することがある。

歯打ち音が発生しないようにするためには、各部品の加工精度の範囲内でウォーム軸とウォームホイールとの間に生ずるバックラッシ量を厳密に調整しておく必要がある。従来、ウォーム軸およびウォームホイールを組み付けるときに、各部品を寸法精度のばらつき度合いに応じて選別し、互いの組合せ精度が適正になるもの同士を組み合わせるようにしている（いわゆるマッチング組立）が、この作業に非常に手間がかかり、製造コストが高くなっていた。

また、マッチング組立により初期にはバックラッシが適切な範囲に設定されていたとしても、経時変化による歯部の摩耗等によりバックラッシが増大し、異音を発生するおそれがある。
そこで、ウォーム軸が軸方向に関してテーパをなすようにし、ウォーム軸の軸方向の大径側に配置した圧縮コイルばねによってウォーム軸を軸方向の小径側に付勢することによってバックラッシをなくすことが提案されている（例えば特許文献１）。
特開平１０−１９６７４１号公報

しかしながら、特許文献１では、ウォーム軸の軸方向の片側のみに配置した圧縮コイルばねによってウォーム軸を軸方向の片側のみに付勢するので、ステアリングの切り返しのときに、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合い接触が解除され、その結果、異音を発生するおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、バックラッシに起因する騒音の発生を切り返し時にも抑制することができる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。

上記課題を解決するため、本発明は、操舵補助用の電動モータの動力を操舵機構に伝達するための伝動装置を備える電動パワーステアリング装置において、上記伝動装置は、電動モータの出力軸に連結されたウォーム軸と、ウォーム軸と噛み合い操舵機構に繋がるウォームホイールと、ウォーム軸を相対向する第１および第２の軸方向にそれぞれ付勢する第１および第２の弾性部材とを含み、第１および第２の弾性部材は相異なる弾性係数を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、ウォーム軸を常時軸方向の一方に弾性付勢しているので、ウォーム軸とウォームホイールの噛み合い領域に、常時軽予圧を与えることができ、例えば直進走行時等においてバックラッシによる異音発生を抑制することができる。また、ステアリングの切り返し操作を行ったときにも、軸方向の双方向に付勢されているウォーム軸はウォームホイールとの噛み合い接触を維持することができ、その結果、切り返し時の異音発生を抑制することができる。

また、本発明において、上記ウォーム軸の軸方向の中間部の外径はテーパをなし、上記中間部は大径側端部および小径側端部を含み、第１および第２の弾性部材のうち大径側端部に対応する弾性部材の弾性係数が相対的に大きい場合がある。この場合、ウォーム軸を軸方向小径側に付勢することで、ウォーム軸とウォームホイールが常時噛み合うことになり、バックラッシに起因する騒音発生を抑制することができる。しかも、ウォーム軸を軸方向の双方向に付勢していることから、ステアリング操作の切り返し時においても、ウォーム軸とウォームホイールの噛み合い接触を維持でき、その結果、切り返し時の異音発生を抑制することができる。

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に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、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、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。ピニオン軸７およびラックバー８により操舵機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。

ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪１１に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン歯７ａおよびラック歯８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、操向輪１１の転舵が達成される。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸３ａと、ピニオン軸７に連なる出力軸３ｂとに分割されており、これら入、出力軸３ａ，３ｂはトーションバー１２を介して同一の軸線上で相対回転可能に互いに連結されている。
トーションバー１２を介する入、出力軸３ａ，３ｂ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１３が設けられており、このトルクセンサ１３のトルク検出結果は、ＥＣＵ（Electric Control Unit ：電子制御ユニット）１４に与えられる。ＥＣＵ１４では、トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路１５を介して操舵補助用の電動モータ１６を駆動制御する。電動モータ１６の出力回転が伝動装置としての減速機１７を介して減速されてステアリングシャフト３の出力軸３ｂに伝達され、さらにピニオン軸７を介してラックバー８の直線運動に変換されて、操舵が補助される。

減速機１７は、電動モータ１６により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸１８と、このウォーム軸１８に噛み合うと共にステアリングシャフト３の出力軸３ｂに一体回転可能に連結される従動ギヤとしてのウォームホイール１９を備える。
図２を参照して、ウォーム軸１８は電動モータ１６の出力軸２０と同軸上に配置される。ウォーム軸１８は、その軸長方向に離隔する第１および第２の端部１８ａ，１８ｂを有し、第１および第２の端部１８ａ，１８ｂ間の中間部１８ｃに歯部を有する。

ウォームホイール１９は、ステアリングシャフト３の出力軸３ｂの軸方向中間部に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール１９は、出力軸３ｂに一体回転可能に結合される環状の芯金１９ａと、芯金１９ａの周囲を取り囲み外周に歯部１９ｃを形成した合成樹脂部材１９ｂとを備える。芯金１９ａは、例えば合成樹脂部材１９ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。

ウォーム軸１８およびウォームホイール１９の歯の噛み合い部分Ｂを含む領域にはグリース等の潤滑剤が充填されている。ウォーム軸１８の第１の端部１８ａと電動モータ１６の出力軸２０とは筒状の継手２１を介して同軸上に動力伝達可能に連結されている。
ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂは、対応する第１および第２の軸受２２，２３をそれぞれ介して減速機１７のハウジング４０に回転自在に支持されている。第１および第２の軸受２２，２３は例えば玉軸受からなる。

第１および第２の軸受２２，２３の内輪２４，２５が、ウォーム軸１８の対応する第１および第２の端部１８ａ，１８ｂにそれぞれ一体回転可能に嵌合されている。ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂにそれぞれ対応して、ウォーム軸１８を第１および第２の軸方向Ｘ１，Ｘ２にそれぞれ付勢するための第１および第２の弾性部材５１，５２が配置されている。

拡大図である図３および図４を参照して、各内輪２４，２５はそれぞれウォーム軸１８の対応する第１および第２の段部６１，６２に所定間隔離隔して対向している。第１および第２の段部６１，６２は互いに逆向きである。
第１の弾性部材５１は、第１の軸受２２の内輪２４の端面２４ａとウォーム軸１８の第１の段部６１との間に介在し、ウォーム軸１８を第１の軸方向Ｘ１に付勢する。第２の弾性部材５２は、第２の軸受２３の内輪２５の端面２５ａとウォーム軸１８の第２の段部６２との間に介在し、ウォーム軸１８を第２の軸方向Ｘ２に付勢する。第１および第２の弾性部材５１，５２としては、例えば図２に示すような皿ばねを用いることができるが、これに限らず、所要の弾性を有するものであれば、環状のゴム体、樹脂体の他、金属製の圧縮コイルばねを用いることもできる。

第１および第２の弾性部材５１，５２の弾性係数は相異なり、例えば第１の弾性部材５１の弾性係数が第２の弾性部材５２の弾性係数よりも大きく設定されている。
また、第１の軸受２２の外輪２６は、減速機１７のハウジング４０の軸受保持孔２７に回転不能に保持されている。第２の軸受２３の外輪２８は、減速機１７のハウジング４０の軸受保持孔２９に回転不能に保持されている。

また、ねじ部材３０が、軸受保持孔２７に連なって形成されるねじ孔３１にねじ込まれることにより、第１の軸受２２がウォーム軸１８の軸方向に位置決めされる。一方、第２の軸受２３は、その外輪２８がハウジング４０の端壁４１の環状の位置決め部３２に当接することで、ウォーム軸１８が軸方向に位置決めされる。これにより、第１および第２の軸受２２，２３間の距離が設定される結果、第１および第２の弾性部材５１，５２の付勢力が調整される。調整後のねじ部材３０はロック部材３３により止定される。

ウォーム軸１８の第１の端部１８ａおよび電動モータ１６の出力軸２０が継手２１の対応する端部からそれぞれ嵌め入れられて継手２１に結合している。具体的には、ウォーム軸１８の第１の端部１８ａに設けられるスプライン部１８ｄが軸方向に移動可能に継手２１にスプライン結合される一方、電動モータ１６の出力軸２０が例えば圧入により継手２１に結合される。

本実施の形態によれば、第１および第２の弾性部材５１，５２の弾性係数を相異ならせることにより、ウォーム軸１８を常時、例えば第１の軸方向Ｘ１に弾性付勢しているので、ウォーム軸１８とウォームホイール１９の噛み合い領域に、常時、軽予圧を与えることができ、例えば直進走行時等においてバックラッシによる異音発生を抑制することができる。

また、ステアリングの切り返し操作を行ったときにも、軸方向の双方向である第１および第２の軸方向Ｘ１，Ｘ２に付勢されているウォーム軸１８がウォームホイール１９との噛み合い接触を維持することができ、その結果、切り返し時の異音発生を抑制することができる。
なお、本実施の形態において、第２の弾性部材５２の弾性係数を第１の弾性部材５１の弾性係数よりも大きくするようにしても良く、その場合、ウォーム軸１８は第２の軸方向Ｘ２に常時、弾性付勢されることになる。

次いで、図５は本発明の別の実施の形態を示している。図５を参照して、本実施の形態が、図２の実施の形態と異なるのは、伝達装置としての減速機１７０において、ウォーム軸１８０の中間部１８０ｃの外径が軸方向に関してテーパをなすようにした点にある。具体的には、中間部１８０ｃは第１および第２の弾性部材５１，５２にそれぞれ対応する大径側端部１８０ｅおよび小径側端部１８０ｆを含む。

大径側端部１８０ｅに対応する第１の弾性部材５１の弾性係数を第２の弾性部材５２の弾性係数よりも大きくすることにより、ウォーム軸１８０の中間部１８０ｃは小径側端部１８０ｆ（第１の軸方向Ｘに相当）に向けて付勢するようにしてある。
本実施の形態によれば、ウォーム軸１８０を軸方向小径側に付勢することで、ウォーム軸１８０とウォームホイール１９が常時噛み合うことになり、バックラッシをなくすことができる。これにより、バックラッシに起因する騒音発生を抑制することができる。しかも、ウォーム軸１８０を軸方向の双方向に付勢していることから、ステアリング操作の切り返し時においても、ウォーム軸１８０とウォームホイール１９の噛み合い接触を維持でき、その結果、切り返し時の異音発生を抑制することができる。

なお、本実施の形態において、ウォーム軸１８０の中間部１８０ｃのテーパの向きを逆にし、中間部１８０ｃの大径側端部１８０ｅを電動モータ１６から遠い側である第２の軸受２３に近接させて配置するようにしても良い。その場合、第２の弾性部材５２の弾性係数は第１の弾性部材５１の弾性係数よりも大きくされる。

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。 電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。 電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図である。 電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図である。 本発明の別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。

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 ステアリングシャフト
５ 中間軸
７ ピニオン軸
８ ラックバー
１０ タイロッド
１１ 操向輪
Ａ ラックアンドピニオン機構（操舵機構）
１６ 電動モータ
１７ 減速機（伝動装置）
１８ ウォーム軸
１８ａ 第１の端部
１８ｂ 第２の端部
１８ｃ 中間部
１８ｄ スプライン部
１９ ウォームホイール
１９ａ 芯金
１９ｂ 合成樹脂部材
１９ｃ 歯部
２２ 第１の軸受
２３ 第２の軸受
２４，２５ 内輪
２４ａ，２５ａ 端面
４０ ハウジング
５１ 第１の弾性部材
５２ 第２の弾性部材
６１ 第１の段部
６２ 第２の段部
１７０ 減速機（伝動装置）
１８０ ウォーム軸
１８０ｃ 中間部
１８０ｅ 大径側端部
１８０ｆ 小径側端部
Ｘ１ 第１の軸方向
Ｘ２ 第２の軸方向

Claims (2)

1. 操舵補助用の電動モータの動力を操舵機構に伝達するための伝動装置を備える電動パワーステアリング装置において、
   上記伝動装置は、電動モータの出力軸に連結されたウォーム軸と、ウォーム軸と噛み合い操舵機構に繋がるウォームホイールと、ウォーム軸を相対向する第１および第２の軸方向にそれぞれ付勢する第１および第２の弾性部材とを含み、
   第１および第２の弾性部材は相異なる弾性係数を有す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、上記ウォーム軸の軸方向の中間部の外径はテーパをなし、上記中間部は大径側端部および小径側端部を含み、第１および第２の弾性部材のうち大径側端部に対応する弾性部材の弾性係数が相対的に大きい電動パワーステアリング装置。

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