JP2005297823A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音が少なく、より大きな操舵補助力を得ることの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の動力をウォーム軸１８およびウォームホイール１９を介してラックアンドピニオン機構Ａに伝達する。連結機構２１が、電動モータ１６の出力軸２０およびウォーム軸１８の相対向する端部２０ａ，１８ａを軸直角方向Ｚに遊びとしての隙間Ｓ２を設けて互いにトルク伝達可能に連結する。引張りコイルばね４５の端部４５ａ，４５ｂが端部２０ａ，１８ａの外周の係止溝４６，４７に係止する。引張りコイルばね４５が端部２０ａ，１８ａに跨がり、出力軸２０およびウォーム軸１８を軸方向Ｙの相接近する方向に付勢する。
【選択図】 図４

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。
従来、ゴム、樹脂又はコイルばね等を用いる弾性軸継手を介して、電動モータの出力軸とウォーム軸との間のトルク伝達を達成する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１，２）。
特開２００２−８７２９５号公報 特開２００２−３４００１７号公報

弾性軸継手を用いると騒音防止に効果がある。
ところで、電動パワーステアリング装置として、小型でより大きな操舵補助力を得ることができることが要望されている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、騒音が少なく、しかも高い操舵補助力を得ることも可能な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、電動モータの動力をウォーム軸およびウォームホイールを介して操舵機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、上記電動モータの出力軸およびウォーム軸の相対向する端部を互いに連結する連結機構を備え、上記連結機構は、電動モータの出力軸およびウォーム軸の相対向する端部にそれぞれ設けられ出力軸およびウォーム軸の相対向する端部を軸直角方向に遊びを設けて互いにトルク伝達可能に係合する一対の動力伝達面と、上記出力軸およびウォーム軸の相対向する端部にそれぞれ係合する一対の端部を有し出力軸およびウォーム軸を軸方向の相反する方向に付勢する軸方向付勢部材とを含むことを特徴とするものである。

本発明では、互いに係合する動力伝達面を介して出力軸からウォーム軸に確実に動力を伝達することができ、大きな動力を伝達することも可能となる。また、軸方向付勢部材がウォーム軸が軸方向に変動するときの衝撃を緩和するダンパーとして機能し、騒音発生を抑制することができる。また、動力伝達面間に軸直角方向の遊びを設けて出力軸とウォーム軸との連結部分における可動範囲を確保してあるので、例えばウォーム軸とウォームホイールとの芯間距離を調整する機構と容易に組み合わせて実施することができる。

すなわち、本発明において、上記出力軸から遠い側のウォーム軸の端部を回転自在に支持する軸受と、この軸受を径方向ウォームホイール側に偏倚可能に支持する軸受保持孔と、上記軸受を径方向ウォームホイール側に付勢する径方向付勢部材とを備える場合がある。この場合、ウォーム軸を径方向ウォームホイール側に偏倚させてウォーム軸とウォームホイールとの噛み合い部分のバックラッシをなくすことができ、騒音を格段に低減することができる。ウォーム軸が偏倚されても、可動範囲が確保されているので、出力軸とウォーム軸との連結部分が悪影響を受けることがない。

また、本発明において、上記一対の動力伝達面は出力軸およびウォーム軸の端面にそれぞれ設けられた一対の段部を含む場合がある。この場合、小型で簡単な構造にて出力軸とウォーム軸を駆動伝達可能に連結することができる。
また、本発明において、上記軸方向付勢部材は出力軸およびウォーム軸の相対向する端部間に跨がるコイルばねを含む場合がある。この場合、小型化を達成することができる。

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）を介して対応する車輪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、車輪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１８ｄ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とは後述する連結機構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２４に回転自在に支持されている。第１の軸受２２は例えば玉軸受からなり、第２の軸受２３は例えばすべり軸受からなる。

第１の軸受２２の内輪２５は、ウォーム軸１８の第１の端部１８ａに一体回転可能に嵌合され、第１の軸受２２の外輪２６は、減速機１７のハウジング２４の対応する軸受保持孔２７に回転不能に保持されている。軸受保持孔２７に連なるねじ孔２８にはねじ部材２９がねじ込まれ、ねじ部材２９が第１の軸受２２の外輪２６の端面に当接することにより、第１の軸受２２をウォーム軸１８の軸方向に位置決めしている。ねじ部材２９はロックナット３０によって止定されている。

図２および図３を参照して、第２の軸受２３は、減速機１７のハウジング２４の対応する軸受保持孔３１によって、ウォーム軸１８の径方向ウォームホイール側Ｘ１に偏倚可能に支持された外輪３２と、外輪３２の内周に回転不能に保持されたメタルブッシュ等の内輪３３とを備える。
外輪３２の外周面においてウォームホイール側の半部とこれに対向する軸受保持孔３１の内周面との間には、隙間Ｓ１が形成されており、第２の軸受２３は、この隙間Ｓ１の分だけウォームホイール１９側へ移動できるようになっている。

図３を参照して、外輪３２の外周面において、ウォームホイール１９と反対側には突部３４が形成される。この突部３４が、ハウジング２４の案内孔３５によって、径方向ウォームホイール側Ｘ１およびその反対方向Ｘ２への進退を案内され、これにより、第２の軸受２３がウォーム軸１８の第２の端部１８ｂを径方向ウォームホイール側Ｘ１に偏倚可能に支持することになる。

案内孔３５に連なるねじ孔３６にはプラグ３７がねじ込まれ、ロックナット３８により止定されている。プラグ３７と第２の軸受２３との間には、第２の軸受２３を介してウォーム軸１８の第２の端部１８ｂを径方向ウォームホイール側Ｘ１に常時付勢する径方向付勢部材としての圧縮コイルばね３９が弾性収縮された状態で介在している。圧縮コイルばね３９は、第２の軸受２３の外輪３２の突部３４に形成された収容凹部４０内に収容されている。

図２の要部の拡大図である図４を参照して、連結機構２１について説明する。電動モータ１６の出力軸２０の端部２０ａおよびこれに対向するウォーム軸１８の第１の端部１８ａの何れか一方に形成された突部４１が他方に形成された嵌合溝４２内に挿入されている。突部４１の外周面には、例えば一対の相対向する平坦面からなる動力伝達面４３が形成される。一対の動力伝達面４３はウォーム軸１８の軸線Ｃ１に平行であり、互いの間に二面幅を形成する。一方、嵌合溝４２の内面には突部４１の一対の動力伝達面４３にそれぞれ対向する一対の動力伝達面４４が形成される。一対の動力伝達面４４は出力軸２０の軸線Ｃ２に平行な平坦面からなる。

図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である図５を参照して、ウォーム軸１８および出力軸２０の互いの軸線Ｃ１，Ｃ２が同一軸線上に位置し且つ出力軸２０およびウォーム軸１８の位相が合う状態において、各動力伝達面４３とそれぞれ対応する動力伝達面４４との間には、出力軸２０およびウォーム軸１８の軸直角方向Ｚの遊びとなる所定の隙間Ｓ２が形成されている。すなわち、相対応する動力伝達面４３，４４は、出力軸２０およびウォーム軸１８の相対向する端部２０ａ，１８ａを軸直角方向Ｚに遊びを設けて互いにトルク伝達可能に係合する。

再び図４を参照して、出力軸２０の端部２０ａおよびウォーム軸１８の第１の端部１８ａの外周面に跨がる態様にて、軸方向付勢部材としての引張りコイルばね４５が配置されている。引張りコイルばね４５は第１および第２の端部４５ａ，４５ｂを有しており、第１の端部４５ａは出力軸２０の端部２０ａの外周に形成された係止溝４６に係止され、第２の端部４５ｂはウォーム軸１８の第１の端部１８ａの外周の係止溝４７に係止されている。これにより、引張りコイルばね４５は、出力軸２０とウォーム軸１８とを軸方向Ｙの互いに接近する方向に付勢する。

本実施の形態によれば、互いに係合する動力伝達面４３，４４を介して、電動モータ１６の出力軸２０からウォーム軸１８に確実に動力を伝達することができ、大きな動力を伝達して大きな操舵補助力を得ることも可能となる。
また、軸方向付勢部材としての引張りコイルばね４５がウォーム軸１８が軸方向に変動するときの衝撃を緩和するダンパーとして機能し、騒音発生を抑制することができる。

また、互いに係合する動力伝達面４３，４４間に軸直角方向Ｚの遊びを設けることにより、出力軸２０とウォーム軸１８との連結部分における可動範囲を確保してあるので、本実施の形態のように、ウォーム軸１８とウォームホイール１９との芯間距離を調整する機構と容易に組み合わせて実施することができる。
すなわち、ウォーム軸１８の第２の端部１８ｂを支持する第２の軸受２３を径方向ウォームホイール側Ｘ１に付勢することにより、ウォーム軸１８とウォームホイール１９との噛み合い部分のバックラッシをなくして騒音を低減することができ、しかも、このようにウォーム軸１８が偏倚されても、上述のように可動範囲を確保された、出力軸２０とウォーム軸１８との連結部分が悪影響を受けることがない。

なお、上記の実施の形態において、例えば図６に示す連結機構２１Ａを用いることができる。連結機構２１Ａでは、相対向する２対の動力伝達面４３Ａ，４３Ｂを有する突部４１０を、上記２対の動力伝達面４３Ａ，４３Ｂにそれぞれ対応する２対の動力伝達面４４Ａ，４４Ｂを有する断面矩形の嵌合孔４２Ａに嵌合させる。
また、図７に示す連結機構２１Ｂを用いることができる。連結機構２１Ｂでは、出力軸２０およびウォーム軸１８の相対向する端面２０ｂ，１８ｅにそれぞれ設けられた一対の段部４８，４９によって構成される動力伝達面どうしを互いに係合させてトルク伝達する。

突部４１，４１Ａを出力軸２０に設け、嵌合溝４２又は嵌合孔４２Ａをウォーム軸１８に設けるようにしてもよい。

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。 図２の一要部の拡大図である。 図２の他の要部の拡大図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 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連結機構の概略断面図である。 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連結機構の概略断面図である。

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 車輪
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
１８ ウォーム軸
１８ａ 第１の端部
１８ｂ 第２の端部
１８ｅ 端面
１９ ウォームホイール
１９ａ 芯金
１９ｂ 合成樹脂部材
１９ｃ 歯部
２０ 出力軸
２０ａ 端部
２０ｂ 端面
２１，２１Ａ，２１Ｂ 連結機構
２２ 第１の軸受
２３ 第２の軸受
２４ ハウジング
３１ 軸受保持孔
３２ 外輪
３３ 内輪
３４ 突部
３５ 案内孔
３６ ねじ孔
３７ プラグ
３９ 圧縮コイルばね（径方向付勢部材）
４１，４１Ａ 突部
４２ 嵌合溝
４２Ａ 嵌合孔
４３，４３Ａ，４３Ｂ 動力伝達面
４４，４４Ａ，４４Ｂ 動力伝達面
４５ 引張りコイルばね（軸方向付勢部材）
４６，４７ 係止溝
４８，４９ 段部（動力伝達面）
Ｘ１ 径方向ウォームホイール側
Ｓ１ 隙間
Ｓ２ 隙間（遊び）
Ｙ 軸方向
Ｚ 軸直角方向

Claims (4)

1. 電動モータの動力をウォーム軸およびウォームホイールを介して操舵機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
   上記電動モータの出力軸およびウォーム軸の相対向する端部を互いに連結する連結機構を備え、
   上記連結機構は、電動モータの出力軸およびウォーム軸の相対向する端部にそれぞれ設けられ出力軸およびウォーム軸の相対向する端部を軸直角方向に遊びを設けて互いにトルク伝達可能に係合する一対の動力伝達面と、上記出力軸およびウォーム軸の相対向する端部にそれぞれ係合する一対の端部を有し出力軸およびウォーム軸を軸方向の相反する方向に付勢する軸方向付勢部材とを含む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、上記出力軸から遠い側のウォーム軸の端部を回転自在に支持する軸受と、この軸受を径方向ウォームホイール側に偏倚可能に支持する軸受保持孔と、上記軸受を径方向ウォームホイール側に付勢する径方向付勢部材とを備え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、上記一対の動力伝達面は出力軸およびウォーム軸の端面にそれぞれ設けられた一対の段部を含む電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１又は２において、上記軸方向付勢部材は出力軸およびウォーム軸の相対向する端部間に跨がるコイルばねを含む電動パワーステアリング装置。

Images