JP2005297824A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォーム軸とウォームホイールの芯間距離の調整が行ない易く、しかも小型で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。
【解決手段】操舵補助用の電動モータの動力をウォーム軸１８およびウォームホイールを介してラックアンドピニオン機構に伝達する。ウォーム軸１８の第１の端部１８ａは、電動モータの出力軸に結合された継手にスプライン嵌合するスプライン部１８ｅと、スプライン部１８ｅに隣接して第１の端部１８ａの外周面に形成された第１〜第４の切欠き溝４１〜４４とを含む。第１〜第４の切欠き溝４１〜４４は、互いにウォーム軸１８の軸方向Ｙに離隔し、周方向に位相差を有する。ウォーム軸１８の第１の端部１８ａにおいて十分なねじり剛性を確保しつつ曲がり易くする。
【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、電動モータの出力軸とウォーム軸との間に例えばゴム等の弾性部材を介在させ、弾性部材を介して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ある（例えば特許文献１）。

一方、操作ハンドルからのトルクをウォーム軸に伝達するための伝達軸に軸径の小さな部分を設けて、これを弾性変形する撓み部として構成したウォーム式減速機がある（例えば特許文献２）。
特開２００２−１４５０８３号公報 実公平２−８１２４号公報

ところで、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシに起因する騒音を抑制するために、ウォーム軸とウォームホイールとの間の芯間距離を調整する場合、ウォーム軸と電動モータの出力軸とを連結する継手部分で、軸直角方向に曲がり易いことが好ましい。
一方、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。

これに対して、特許文献１では、出力軸とウォーム軸との間に弾性部材を介在させることで騒音防止に効果があるが、部品点数が多くなる。
特許文献２では、伝達軸の撓み部で軸径を細くするので、撓み部では撓み易くなるものの、伝達可能なトルクが小さくなる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ウォーム軸とウォームホイールの芯間距離の調整が行ない易く、しかも小型で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対向端部間をトルク伝達可能に連結する継手を備え、電動モータの出力軸およびウォーム軸の少なくとも一方の軸に、互いに軸方向に離隔し且つ周方向に位相差を有する複数の切欠きが形成されることを特徴とするものである。

本発明では、上記複数の切欠きが設けられた軸では、ねじり方向に関する断面二次モーメントが大きく、軸直角方向の曲げに関する断面二次モーメントが低い。したがって、切欠きが設けられた軸のねじり剛性を高くして大動力を伝達することが可能となり、しかも、切欠きが設けられた軸を曲がり易くして、出力軸およびウォーム軸間の偏心や偏角の許容範囲を広くすることができる。しかも、これを切欠きを設けるのみの簡単且つ小型の構造により達成することができ、軽量化にも寄与することができる。また、出力軸およびウォーム軸間の偏心や偏角の許容範囲を広くできるので、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。また、切欠きが設けられた軸に軸方向の弾性を発揮させることで、当該軸が軸方向に変動したときの衝撃を緩和するダンパーとして機能させることも可能となる。

また、本発明では、複数の切欠きは上記軸方向に離隔する第１および第２の切欠きを少なくとも含み、上記第１の切欠きは径方向に相対向する一対の切欠きを含み、第２の切欠きは径方向に相対向する一対の切欠きを含む場合がある。この場合、ねじり剛性を確保しつつ、より曲がり易い軸を提供することができる。
また、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、出力軸とウォーム軸との連結部分は曲がり易くされているので、悪影響を受けることがない。

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Ｙ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２９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、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が、それぞれ筒状の継手２１の対応する端部から嵌め入れられて継手２１に結合している。出力軸２０の端部２０ａは例えば圧入により継手２１に結合される。ウォーム軸１８の第１の端部１８ａは、例えばスプライン部１８ｅを設けてスプライン嵌合により継手２１にトルク伝達可能に結合されている。

本実施の形態の特徴とするところは、継手２１と第１の軸受２２との間において、ウォーム軸１８の第１の端部１８ａの外周面に、切欠きとして第１、第２、第３および第４の切欠き溝４１，４２，４３，４４を設けた点にある。第１、第２、第３および第４の切欠き溝４１，４，２，４３，４４はウォーム軸１８の軸方向Ｙと直交する方向である軸直角方向Ｚに沿って形成される。第１、第２、第３および第４の切欠き溝４１，４２，４３，４４は、互いに軸方向Ｙに離隔し且つ周方向に位相差を有する。

具体的には、図５Ａ〜図５Ｄを参照して、各切欠き溝４１〜４４が設けられた部分の断面において、ウォーム軸１８は断面矩形をなす。図５Ａ〜図５Ｄに示すように、第１の切欠き溝４１と第２の切欠き溝４２とは、ウォーム軸１８の周方向に関して１８０°の位相差を有する。また、第３の切欠き溝４３と第４の切欠き溝４４とは、ウォーム軸１８の周方向に関して１８０°の位相差を有する。また、第１の切欠き溝４１と第３の切欠き溝４３とはウォーム軸１８の周方向に関して９０°の位相差を有する。

各切欠き溝４１〜４４の溝幅は、ウォーム軸１８の第１の端部１８ａの外径の例えば１／５〜１／１０程度に設定されることが好ましい。
本実施の形態によれば、第１〜第４の切欠き溝４１〜４４が設けられたウォーム軸１８の第１の端部１８ａでは、ねじり方向に関する断面二次モーメントが大きく、軸直角方向Ｚ（図４参照）の曲げに関する断面二次モーメントが低い。

したがって、第１〜第４の切欠き溝４１〜４４が設けられたウォーム軸１８のねじり剛性を高くして大動力を伝達して大きな操舵補助力を得ることが可能となり、しかも、ウォーム軸１８の第１の端部１８ａを曲がり易くして、出力軸２０およびウォーム軸１８間の偏心や偏角の許容範囲を広くすることができる。しかも、これをウォーム軸１８に単に複数の切欠き溝４１〜４４を設けるのみの簡単且つ小型の構造により達成することができ、軽量化にも寄与することができる。

また、上述のように出力軸２０およびウォーム軸１８間の偏心や偏角の許容範囲を広くできるので、例えばウォーム軸１８とウォームホイール１９との芯間距離を調整する機構（すなわちウォーム軸１８の第２の端部１８ｂを第２の軸受２３を介して圧縮コイルばね３９がウォーム軸１８の径方向ウォームホイール側Ｘ１に付勢する機構）と容易に組み合わせて実施することができ、ひいては、騒音発生を抑制することができる。

換言すると、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、上述のように曲がり易くされているので、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。

また、第１〜第４の切欠き溝４１〜４４が設けられたウォーム軸１８に、軸方向Ｙの弾性を発揮させることで、ウォーム軸１８が軸方向Ｙに変動したときの衝撃を緩和する軸方向ダンパーとして機能させることも可能となる。
次いで、図６は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を示している。図６および図７Ａ〜図７Ｄを参照して、本実施の形態が図４の実施の形態と異なるのは、第１、第２、第３および第４の切欠き溝４１Ａ〜４４Ａがそれぞれ径方向に相対向する各一対の切欠き溝４１Ａ〜４４Ａとして構成される点にある。各切欠き溝４１Ａ〜４４Ａは断面三日月形に形成される。本実施の形態では、第１の切欠き溝４１Ａと第３の切欠き溝４３Ａの周方向の位相が一致し、第２の切欠き溝４２Ａと第４の切欠き溝４４Ａの位相が一致するようにされる。第１の切欠き溝４１Ａと第２の切欠き溝４２Ａとの位相差は９０°である。

本実施の形態においても、図４の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。しかも、ねじり剛性を確保しつつ、より曲がり易い連結領域を持つウォーム軸１８を提供することができる。
上記各実施の形態において、軸方向Ｙに離隔する切欠きの数は複数あればよく、また、５個以上であってもよい。また、上記の各実施の形態では、ウォーム軸１８に切欠き溝４１〜４４を設けたが、これに限らず、電動モータ１６の出力軸２０に切欠き溝を設けるようにしてもよい。さらに、ウォーム軸１８および出力軸２０の両方に切欠き溝４１〜４４，４１Ａ〜４４Ａを設けてもよい。また、切欠き溝４１〜４４，４１Ａ〜４４Ａが形成される部材は、ウォーム軸１８と別体であってもよい。

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。 ウォーム軸の端部の拡大図である。 図５Ａ，５Ｂ，５Ｃおよび５Ｄは、それぞれ図４における５Ａ−５Ａ線に沿う断面図、５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図、５Ｃ−５Ｃ線に沿う断面図、および５Ｄ−５Ｄ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ウォーム軸の端部の拡大図である 図７Ａ，７Ｂ，７Ｃおよび７Ｄは、それぞれ図６における７Ａ−７Ａ線に沿う断面図、７Ｂ−７Ｂ線に沿う断面図、７Ｃ−７Ｃ線に沿う断面図、および７Ｄ−７Ｄ線に沿う断面図である。

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 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
２０ 出力軸
２０ａ 端部
２１ 継手
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 第１の切欠き溝（切欠き）
４２，４２Ａ 第２の切欠き溝（切欠き）
４３，４３Ａ 第３の切欠き溝（切欠き）
４４，４４Ａ 第４の切欠き溝（切欠き）
Ｘ１ 径方向ウォームホイール側
Ｓ１ 隙間
Ｙ 軸方向
Ｚ 軸直角方向

Claims (3)

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対向端部間をトルク伝達可能に連結する継手を備え、
   電動モータの出力軸およびウォーム軸の少なくとも一方の軸に、互いに軸方向に離隔し且つ周方向に位相差を有する複数の切欠きが形成さ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、複数の切欠きは上記軸方向に離隔する第１および第２の切欠きを少なくとも含み、上記第１の切欠きは径方向に相対向する一対の切欠きを含み、第２の切欠きは径方向に相対向する一対の切欠きを含む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。

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