JP2005319856A

JP2005319856A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2005319856A
Application number: JP2004138169A
Authority: JP
Inventors: Masashi Kuze; 真史久世; Masahiko Shiina; 晶彦椎名
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】減速機構の駆動ギヤと従動ギヤとの間で発生する騒音が、操舵軸やハウジングを介して伝播、拡大することを抑制する。
【解決手段】操舵部材１の操作に応じて電動モータ５を駆動して操舵補助する装置であって、電動モータ５の回転軸５ａに連結された駆動ギヤ６１と、操舵軸２に嵌着され駆動ギヤ６１に噛み合う従動ギヤ６２と、上記両ギヤ６１，６２を収容するハウジング１５と、上記ハウジング１５と駆動ギヤ６１の軸部６１ｂ，６１ｃとの間に介在する鋳鉄製スリーブ１９，２０と、従動ギヤ６２と操舵軸２との間に介在する鋳鉄製芯金２４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転者により行われるステアリングホイール（ハンドル）等の操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して運転者の操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関し、特には、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

上記電動パワーステアリング装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータと、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構と、トルクセンサ等のセンサ信号に基づいて電動モータを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

減速機構は、電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤとしてのウォーム軸と、操舵軸に嵌着された従動ギヤとしてのウォームホイールとからなり、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いにより、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達することで、運転者のステアリングホイールの操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータが発生する操舵補助トルクとの和を、出力トルクとしてステアリング機構に与える。

上記の減速機構においては、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシュに起因する騒音が発生し、この騒音は操舵軸や、この操舵軸を回転可能に支持するハウジング、コラム等を介して車室内に伝播する。

これに対しては、ウォームホイールに対してウォーム軸が適度のバックラッシュを存して噛み合うよう、ウォームホイールとウォーム軸とを選別して組み合わせたり、あるいはウォームホイールに対してウォーム軸を径方向に微量的に変位可能に設けたりする等の対策が講じられているが、その効果は充分ではなく、例えば、経年使用によりバックラッシュが広がって騒音を発生するようになる、等の問題がある。
特開２００２−１６６８３８号公報

本発明は、駆動ギヤと従動ギヤとの間で発生する騒音が操舵軸やハウジング等を介して伝播し拡大することを効果的に抑制することを課題とする。

本発明による電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、上記電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤと、操舵軸に嵌着され上記駆動ギヤに噛み合う従動ギヤと、上記両ギヤを収容するハウジングと、上記ハウジングと上記駆動ギヤの軸部との間に介在する鋳鉄製スリーブと、上記従動ギヤと操舵軸との間に介在する鋳鉄製芯金とを備えたことを特徴とするものである。

鋳鉄製スリーブにおける「スリーブ」の形状は、断面円形に限定されず、楕円形や矩形やその他のスリーブ形状を含み、また、円周方向に連続しているスリーブ形状や、円周方向に不連続なスリーブ形状でもよい。また、軸方向に段差や傾斜のあるスリーブ形状でもよい。

鋳鉄製芯金における「芯金」の形状は、断面円形に限定されず、楕円形や矩形やその他の芯金形状を含み、また、円周方向に連続している芯金形状や、円周方向に不連続な芯金形状でもよい。また、軸方向に段差や傾斜のある芯金形状でもよい。

従来、減速機構を有する電動パワーステアリング装置においては、駆動ギヤと従動ギヤとの間で発生する騒音は、駆動ギヤから、これを回転可能に支持する軸受、ハウジングへと伝播し、また、従動ギヤからは、操舵軸、この操舵軸を回転可能に支持する軸受、操舵軸を収容するハウジングもしくはコラムへと伝播する。

これに対して、上記構成の本発明では、駆動ギヤの軸部とハウジングとの間に鋳鉄製スリーブが介在する。鋳鉄は、内部に黒鉛が存在することにより、鋼やアルミニウムに比べて高い振動吸収特性があり、そのため、鋳鉄製スリーブは、従動ギヤと駆動ギヤとの間に発生した騒音を吸収する。したがって、駆動ギヤを回転可能に支持するハウジング（ギヤハウジング）を介しての騒音の伝播が大幅に抑制される。

また、上記構成の本発明においては、従動ギヤと操舵軸との間に鋳鉄製芯金が介在し、この鋳鉄製芯金を構成する鋳鉄の振動吸収特性により、騒音の操舵軸への伝播が大幅に抑制される。このように、本発明では、駆動ギヤと従動ギヤとの間で発生する騒音が、操舵軸や駆動ギヤ用のハウジングを介しての伝播が抑制され、車室内での騒音が減少する。

上記構成において、鋳鉄製スリーブや鋳鉄製芯金を構成する鋳鉄は、鉄の組織の中で黒鉛（炭素）が片状、筋状の組織になっている片状黒鉛鋳鉄（ネズミ鋳鉄）でもよいし、黒鉛の結晶が球状となっている球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）であってもよい。

鋳鉄製スリーブは、駆動ギヤを回転可能に支持する軸受の外周面（外輪の外周面）とハウジングの内周面との間に設けてもよいし、駆動ギヤの軸部の外周面と軸受の内周面（内輪の内周面）との間に設けてもよい。さらには、駆動ギヤおよび従動ギヤを収容するハウジング（ギヤハウジング）の全体、もしくはこのハウジングの駆動ギヤ収容部を鋳鉄で構成して、これにより、駆動ギヤ用の軸受の外周側に鋳鉄製スリーブが介在するようにしてもよい。要するに、鋳鉄製スリーブは、駆動ギヤの軸部を直接もしくは間接に環状に囲む形で設けられていればよい。

鋳鉄製芯金は、操舵軸の外周面に嵌着されるよう従動ギヤの軸芯側に設けるほか、従動ギヤを、歯部を有する外径部と、操舵軸側の内径部とに分割し、これら外径部と内径部との間に鋳鉄製芯金を介装してもよい。

本発明によれば、駆動ギヤと従動ギヤとの間で発生する騒音が、これらギヤを収容するハウジングや、操舵軸を介して伝播、拡大することを抑制して、車室内を静音化することができる。

以下、図１ないし図３を参照して、本発明による最良の形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。図１は、同電動パワーステアリング装置の減速機構部分の断面図で、関連する構成を併せて図示している。図２は、図１の要部であるウォーム軸部分の拡大断面図、図３は、図１の（３）−（３）線に沿ったウォームホイールの拡大断面図である。

本形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールのような操舵部材１に一端が固着された操舵軸２と、その操舵軸２の他端に連結されたラックピニオン機構等からなるステアリング機構３と、操舵部材１の操作によって操舵軸２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、操舵部材１の操舵操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助トルクを発生させる電動モータ５と、電動モータ５が発生する操舵補助トルクを操舵軸２に伝達する減速機構６と、トルクセンサ４等からのセンサ信号に基づき電動モータ５の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）７とを備える。

上記電動パワーステアリング装置を搭載した車両においては、運転者が操舵部材１を操作すると、その操作による操舵トルクはトルクセンサ４により検出される。電子制御ユニット７は、その検出された操舵トルク等の情報に基づいて、電動モータ５を駆動制御する。これにより、電動モータ５は操舵補助トルクを発生し、この操舵補助トルクが減速機構６を介して操舵軸２に加えられることにより、操舵操作を行う運転者の負担が軽減される。すなわち、操舵部材１の操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータ５が発生する操舵補助トルクとの和が、出力トルクとして、操舵軸２を介してステアリング機構３に与えられる。

これにより、ステアリング機構３の入力軸が回転し、その回転はステアリング機構３によって出力軸であるラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材８を介して操向用の車輪９に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪９の向きが変わる。

上記の電動パワーステアリング装置において、操舵軸２の中途部は、筒状の入力軸１０と、トーションバー１１と、筒状の出力軸１２とから構成されている。入力軸１０は、その筒状内部に挿入したトーションバー１１と、径方向に貫通するピン１３により連結され、この入力軸１０およびトーションバー１１の上端部は、操舵軸２の上部を構成する軸（図示省略）の下端部に連結される。トーションバー１１は、その中間部に長尺で細径のねじり領域を有するもので、大径の上端部が前記したように入力軸１０に連結されるとともに、同じく大径の下端部が出力軸１２の筒状内部に挿入されて、径方向に貫通するピン１４により出力軸１２に連結されている。このトーションバー１１の外周で、入力軸１０はトーションバー１１の下端側へ、また出力軸１２はトーションバー１１の上端側へそれぞれ延出しており、それらの延出部は、トーションバー１１の中間部の外周で互いに軸方向に対向している。トルクセンサ４は、入力軸１０と出力軸１２との軸方向対向部の外周に配置されている。

減速機構６は、駆動ギヤとしてのウォーム軸６１と、従動ギヤとしてのウォームホイール６２とからなり、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とは互いに噛み合う状態で、ギヤハウジング１５の内部に収容されている。

ギヤハウジング１５は、アルミニウム合金等の軽金属のダイキャスト製で、内部にウォーム軸６１を収容するウォーム軸収容部１５１と、ウォームホイール６２を収容するウォームホイール収容部１５２と、電動モータ５を装着するための円筒状の装着部１５３と有し、装着部１５３には、電動モータ５が、その回転軸５ａを内向きにして装着されている。

ギヤハウジング１５のウォーム軸収容部１５１内において、ウォーム軸６１は、軸方向の中間部に歯部６１ａを、その両端に軸部６１ｂ，６１ｃを有するもので、両端の軸部６１ｂ，６１ｃにそれぞれ設けた軸受１６，１７を介してウォーム軸収容部１５１内に回転可能に支持され、その一方の軸部６１ｂは電動モータ５の回転軸５ａに、筒体１８等により同軸に結合されている。

上記ウォーム軸６１用の２つの軸受１６，１７の外周には、それぞれ減衰特性が高く制振性を有する鋳鉄製スリーブ１９，２０が設けられている。すなわち、図２に拡大して示すように、ウォーム軸６１の電動モータ５側（図１および図２では右側）では、一方の鋳鉄製スリーブ１９が、ウォーム軸収容部１５１の内部に圧入等に固定され、この鋳鉄製スリーブ１９の内周に、電動モータ５側の軸受１６が圧入により嵌着されている。電動モータ５側の軸受１６の軸方向外側には、ナット２１付きの押え環２２が設けられ、この押え環２２と、押え環２２が当接する軸受１６とを介して、ウォーム軸６１に軸方向の予圧が付与されている。

ウォーム軸６１の反電動モータ５側（図１および図２では左側）では、他方の鋳鉄製スリーブ２０が、ウォーム軸収容部１５１の内部に圧入等により固定され、このスリーブ２０内周に、反電動モータ５側の軸受１７が圧入により嵌着されている。なお、ウォーム軸収容部１５１の反電動モータ側は、閉塞した形に形成されていてもよいが、図示例では、軸方向外方へ開放されており、この開放部は蓋体２３により閉塞されている。

上記各鋳鉄製スリーブ１９，２０は、ギヤハウジング１５のウォーム軸収容部１５１の内部に圧入により取付けられるが、ウォーム軸６１の芯合わせが正確に行えるよう、外周部にネジ部を形成して、螺合によりウォーム軸収容部１５１の内部に取付けるようにしてもよい。

ギヤハウジング１５のウォームホイール収容部１５２内において、出力軸１２の外周面には、図３にも示すように、減衰特性が高く制振性を有する環状の鋳鉄製芯金２４が嵌着され、この鋳鉄製芯金２４の外周面にウォームホイール６２が装着されている。図示例の場合、ウォームホイール６２は樹脂製で、その樹脂成形の際、鋳鉄製芯金２４をインサートとして鋳鉄製芯金２４の外周面に一体に形成されている。

なお、樹脂製のウォームホイール６２は、鋳鉄製芯金２４とは別の環状の金属部材をインサートとして、そのインサートの外周面に一体に形成した上で、このインサート付きのウォームホイールを、鋳鉄製芯金２４の外周面に圧入等により嵌着してもよい。

ウォームホイール６２は、歯部６２ａを有する外径部と、操舵軸２（出力軸１２）側の内径部とに分割し、これら外径部と内径部との間に鋳鉄製芯金２４を介装してもよく、要するに、鋳鉄製芯金２４は、ウォームホイール６２の外周の歯部６２ａと操舵軸２（出力軸１２）の外周面の間に介在すればよい。

上記構成において、ウォーム軸６１とウォームホイール６２との間で発生した騒音は、ウォーム軸６１から、その両端の軸受１６，１７、ギヤハウジング１５へと伝達されることになるが、両端の軸受１６，１７の外周に設けた鋳鉄製スリーブ１９，２０により、騒音は吸収され、ギヤハウジング１５にはほとんど伝播されない。また、ウォームホイール６２から出力軸１２、操舵軸２の他の部分へと伝達されることになる騒音は、ウォームホイール６２の軸芯側にある鋳鉄製芯金２４で吸収され、操舵軸２にはほとんど伝播されない。

このように、本発明では、ウォーム軸６１とウォームホイール６２との間で発生する騒音が、操舵軸２やギヤハウジング１５を介して伝播、拡大することが抑制され、車室内にはほとんど伝わらない。

上記形態において、減速機構６は、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とから構成されるものに限らず、ヘリカルギヤ等、他種のギヤで構成されるものであってもよい。

本発明の最良の形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構部分の断面図で、関連する構成を併せて図示している。図１の要部であるウォーム軸部分の拡大断面図図１の（３）−（３）線に沿ったウォームホイールの拡大断面図

符号の説明

１操舵部材
２操舵軸
５電動モータ
５ａ回転軸
６減速機構
６１ウォーム軸（駆動ギヤ）
６２ウォームホイール（従動ギヤ）
１２出力軸
１５ギヤハウジング
１５１ウォーム軸収容部
１５２ウォームホイール収容部
１６，１７軸受
１９，２０鋳鉄製スリーブ
２４鋳鉄製芯金

Claims

操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
上記電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤと、
操舵軸に嵌着され上記駆動ギヤに噛み合う従動ギヤと、
上記両ギヤを収容するハウジングと、
上記ハウジングと上記駆動ギヤの軸部との間に介在する鋳鉄製スリーブと、
上記従動ギヤと操舵軸との間に介在する鋳鉄製芯金と、
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。