JP2006007837A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置において、互いに噛み合う円錐状の歯車間に適正な歯当たりを確保でき、騒音を低減すること。
【解決手段】無負荷時において、第１のかさ歯車２１の歯４０の歯面４３の噛み合い領域Ｂの、歯幅方向Ｘ１の中央Ｂ０は、歯面４３全体の歯幅方向Ｘ１の中央Ｃ１よりも小端４１側へ所定のオフセット量ｅ１でオフセットされる。そのオフセット量ｅ１は歯４０の歯幅量Ｗ１の１０〜３０％であることが好ましい。負荷時に噛み合い領域の中央Ｂ０を歯幅の中央Ｃ１に合わせることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関するものである。

操舵部材の操舵による手動操舵力をピニオン軸を介してラック軸に与えるラックアンドピニオン式のステアリング装置において、ラック軸に電動モータによる操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置がある。
例えば、操舵補助用の電動モータの出力軸に取り付けられる第１のかさ歯車と、ラック軸の回りに配置されて上記第１のかさ歯車に噛み合う第２のかさ歯車とを含む減速機構を備え、第２のかさ歯車の回転をボールねじ機構を介してラック軸の軸方向移動に変換するようにした、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置が提供されている。

近年、電動パワーステアリング装置では、高い静粛性が要求されている。
しかしながら、上記の減速機構の第１および第２のかさ歯車に負荷がかかったとき、歯車を支持している軸や歯自体の撓みによって、両かさ歯車の噛み合い（いわゆる歯当たり）が悪くなる。その結果、噛み合い摺動による異音を発生し、騒音の原因となるという問題がある。

そこで、ピニオン軸にアシスト力を付与する、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置において、ウォームおよびウォームホイールを含む減速機を用い、ウォームホイールの歯部を合成樹脂製とすることにより、静音化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１参照）。
また、ハイポイドギヤやベベルギヤ等の歯車装置において、歯当たりを改善して騒音を低減するために、一方のギヤの軸心に関するアライメントの３軸方向成分の１乃至２方向の成分を所定の補正量でずらす歯車装置が提供されている（例えば特許文献２参照）。
登録実用新案第２５５６８９０号公報 特開平１０−３８０３６号公報

かさ歯車等の円錐状の歯車において、上記のようにアライメントを調整するだけでは、歯当たりの改善効果が小さい。また、歯あたりが左右不均一になるおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、互いに噛み合う円錐状の歯車間に適正な歯当たりを確保でき、騒音を低減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。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵補助用の電動モータと、電動モータの出力軸に連結される円錐状の第１の歯車および第１の歯車に噛み合う円錐状の第２の歯車を含む減速機構とを備える電動パワーステアリング装置において、上記第１および第２の歯車の歯面は互いに噛み合う噛み合い領域をそれぞれ含み、無負荷時における各歯車の歯面の噛み合い領域の、歯幅方向の中央が、当該歯車の歯面の歯幅の中央よりも小端側へオフセットされていることを特徴とするものである。

本発明では、第１および第２の歯車が実際にトルクを伝達する負荷時において、噛み合い領域の中央を歯幅の概ね中央に合わせることができ、これにより、適正な噛み合い状態を達成できる。その結果、トルク伝達時の両歯車の噛み合い摺動の異音を抑制して騒音を低減することができる。
また、本発明は、無負荷時における各歯車の歯面の噛み合い領域の、歯幅方向の中央は、当該歯車の歯面全体の歯幅方向の中央から歯幅量の１０〜３０％のオフセット量でオフセットされている場合がある。この場合、負荷時に、両歯車の噛み合い位置を適正な位置に配置することが可能となる。

また、本発明は、無負荷時における各歯車の噛み合い領域の、歯幅方向の全長は、当該歯車の歯面全体の歯幅量の２０〜７０％である場合がある。この場合、十分な噛み合い長を確保して摺動異音の発生をより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（ＥＰＳ）１は、ステアリングホイール等からなる操舵部材２と連結しているステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３と自在継手４を介して連結される中間軸５と、この中間軸５と自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、このピニオン軸７の先端部に設けられたピニオン８に噛み合うラック歯９を有して車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸１０とを有している。

ラック軸１０の一対の端部にはそれぞれタイロッド１１が結合されており、各タイロッド１１は対応するナックルアーム１２を介して対応する車輪１３に連結されている。ラック軸１０は図示しない軸受を介してラックハウジング１４により軸方向に移動自在に支持されている。図示していないが、ラック軸１０を挟んだピニオン８と反対側にラック軸支持装置が設けられている。このラック軸支持装置は、ラック軸１０の軸方向移動を許容しつつラック軸１０の回転を抑制し、且つラック軸１０をピニオン８側へ押し付けて、ラック軸１０とピニオン８の噛合の遊びを抑制する。

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８およびラック歯９によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸１０の直線運動に変換される。これにより、車輪１２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に連なる被動軸としての出力軸３ｂとに分割されており、これら入力軸３ａおよび出力軸３ｂはトーションバー１５を介して同一の軸線上で互いに連結されている。

トーションバー１５を介する入力軸３ａと出力軸３ｂと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１６が設けられており、このトルクセンサ１６のトルク検出結果や車速センサ１７からの車速検出結果は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる制御部１８に与えられる。
制御部１８では、トルク検出結果や車速検出結果等に基づいて、駆動回路１９を介して操舵補助用の電動モータ２０の駆動を制御する。電動モータ２０の出力回転が、例えば第１および第２のかさ歯車２１，２２を含む減速機構２３、および例えばボールねじ機構からなる運動変換機構２４を介してラック軸１０の軸方向移動に変換され、その結果、操舵補助が達成されるようになっている。第１および第２のかさ歯車２１，２２はそれぞれ曲がり歯かさ歯車からなる。

具体的には、ラック軸１０の軸方向中間部にはねじ軸２５が形成されており、このねじ軸２５の周囲を例えばボールナットからなる回転筒２６が同心に包囲している。回転筒２６は一対の軸受２７，２８を介してラックハウジング１４に回転自在に支持されると共に、上記の軸受２７，２８によって、対応する軸方向への移動を規制されている。
ねじ軸２５の外周２５ａの螺旋状のねじ溝２５ｂと回転筒２６の内周２６ａの螺旋状のねじ溝２６ｂとの間には複数のボール等の転動体２９が介在しており、回転筒２６は転動体２９を介してねじ軸２５に螺合している。また、上記の転動体２９は図示しない公知の機構を用いて上記のねじ溝２５ｂ，２６ｂ内を循環されるようになっている。

上記電動モータ２０のモータハウジング３０は、ラックハウジング１４に交差状に連結される筒状の連結ハウジング３１の端部に固定されている。電動モータ２０の出力軸３２は、一対の軸受３３，３４を介して連結ハウジング３１に回転自在に支持されている。
減速機構２３の第１のかさ歯車２１は、出力軸３２の先端に一体回転可能に固定されている。また、第２のかさ歯車２２は、回転筒２６の外周２６ｃに一体回転可能に固定されている。第１のかさ歯車２１の回転軸線２１０と第２のかさ歯車２２の回転軸線２２０との交差角Ａは、例えば２０度以上９０度未満に設定される。

次いで、図２は無負荷時における第１のかさ歯車２１が第２のかさ歯車２２に噛み合う噛み合い領域Ｂをハッチングを施して示す、第１のかさ歯車２１の歯４０の概略斜視図である。
図２を参照して、第１のかさ歯車２１の歯４０は小端４１と大端４２とを有している。第１のかさ歯車２１の歯４０の歯面４３に配置される無負荷時の噛み合い領域Ｂの、歯幅方向Ｘ１の中央Ｂ０は、歯面４３全体の歯幅方向Ｘ１の中央Ｃ１よりも小端４１側へ所定のオフセット量ｅ１でオフセットされている。

そのオフセット量ｅ１は歯４０の歯幅量Ｗ１の１０〜３０％である（すなわち、０．１・Ｗ１≦ｅ１≦０．３・Ｗ１を満足する）ことが好ましい。
また、無負荷時における噛み合い領域Ｂの、歯幅方向Ｘ１の全長ＢＷは、歯幅量Ｗ１の２０〜７０％である（すなわち、０．２・Ｗ１≦ＢＷ≦０．７・Ｗ１を満足する）ことが好ましい。

また、無負荷時における噛み合い領域Ｂの、歯たけ方向Ｙ１の全長ＢＴは、歯４０の歯たけ量Ｔ１の３０〜７０％である（すなわち、０．３・Ｔ１≦ＢＴ≦０．７・Ｔ１を満足する）ことが好ましい。
次いで、図３は無負荷時における第２のかさ歯車２２が第１のかさ歯車２１に噛み合う噛み合い領域Ｄをハッチングを施して示す、第２のかさ歯車２２の歯５０の概略斜視図である。

図３を参照して、第２のかさ歯車２２の歯５０は小端５１と大端５２とを有している。第２のかさ歯車２２の歯５０の歯面５３に配置される無負荷時の噛み合い領域Ｄの、歯幅方向Ｘ２の中央Ｄ０は、歯面５３の全体の歯幅方向Ｘ２の中央Ｃ２よりも小端５１側へ所定のオフセット量ｅ２でオフセットされている。
そのオフセット量ｅ２は歯５０の歯幅量Ｗ２の１０〜３０％である（すなわち、０．１・Ｗ２≦ｅ２≦０．３・Ｗ２を満足する）ことが好ましい。

また、無負荷時における噛み合い領域Ｄの、歯幅方向Ｘ２の全長ＤＷは、歯５０の歯幅量Ｗ２の２０〜７０％である（すなわち、０．２・Ｗ２≦ＤＷ≦０．７・Ｗ２を満足する）ことが好ましい。
また、無負荷時における噛み合い領域Ｄの、歯たけ方向Ｙ２の全長ＤＴは、歯５０の歯たけ量Ｔ２の３０〜７０％である（すなわち、０．３・Ｔ２≦ＤＴ≦０．７・Ｔ２を満足する）ことが好ましい。

本実施の形態によれば、第１および第２のかさ歯車２１，２２が実際にトルクを伝達する負荷時において、出力軸３２やラック軸１０の撓みが生ずると、上記のオフセット量ｅ１，ｅ２でのオフセットが解消され、各かさ歯車２１，２２の噛み合い領域Ｂ，Ｄの中央Ｂ０，Ｄ０が、対応する歯４０，５０の歯幅の概ね中央Ｃ１，Ｃ２にそれぞれ合うことになる。

これにより、負荷時において適正な噛み合い状態を達成できる。その結果、トルク伝達時の両かさ歯車２１，２２の噛み合い摺動の異音を抑制して、騒音を格段に低減することができる。
特に、上記のオフセット量ｅ１，ｅ２を対応する歯幅量Ｗ１，Ｗ２の１０〜３０％の範囲にそれぞれ設定してあるので、負荷時に、両かさ歯車２１，２２の噛み合い位置を確実に適正な位置に配置することが可能となる。すなわち、オフセット量ｅ１，ｅ２が対応する歯幅量Ｗ１，Ｗ２の１０％未満の場合や、３０％を超える場合には、負荷時に噛み合い領域の中央Ｂ０，Ｄ０を歯幅の中央Ｃ１，Ｃ２に合わせることができないおそれがあるため、上記の範囲に設定した。

また、無負荷時における各かさ歯車２１，２２の噛み合い領域Ｂ，Ｄの、歯幅方向Ｘ１，Ｘ２の全長ＢＷ，ＤＷは、それぞれ対応する歯４０，５０の歯面４３，５３の全体の歯幅量Ｗ１，Ｗ２の２０〜７０％としてあるので、十分な噛み合い長を確保して摺動異音の発生をより抑制することができる。なお、上記の全長ＢＷ，ＤＷが対応する歯幅量Ｗ１，Ｗ２の７０％を超えると、負荷時に噛み合い領域の中央Ｂ０，Ｄ０を歯幅の中央Ｃ１，Ｃ２に合わせることができないという不具合があるので、７０％以下とした。

上記の形態において、第１および第２のかさ歯車２１，２２の歯４０，５０として、まがり歯を用いることで、噛み合い率を向上させ騒音をより小さくすることができる。また、まがり歯であれば精度の良い歯車を得ることができる。特に、これらの効果を周辺の構造や組付け工程等を変更することなく達成することができて好ましい。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば円錐状の歯車がハイポイドギヤであってもよい。また、運動変換機構２４として上記のボールねじ機構に代えて、公知のベアリングねじ機構を用いること等、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

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的断面図である。 第１のかさ歯車の概略斜視図である。 第２のかさ歯車の概略斜視図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
２ 操舵部材
３ ステアリングシャフト
７ ピニオン軸
８ ピニオン
９ ラック歯
１０ ラック軸
１４ ラックハウジング
１５ トーションバー
１６ トルクセンサ
１８ 制御部（ＥＣＵ）
２０ 電動モータ
２１ 第１のかさ歯車（第１の歯車）
２２ 第２のかさ歯車（第２の歯車）
２１０，２２０ 回転軸線
Ａ 交差角
２３ 減速機構
２４ 運動変換機構
２５ ねじ軸
２６ 回転筒
２９ 転動体
３２ 出力軸
４０，５０ 歯
４１，５１ 小端
４２，５２ 大端
４３，５３ 歯面
Ｂ，Ｄ 噛み合い領域
Ｂ０，Ｄ０ 噛み合い領域の、歯幅方向の中央
ＢＷ，ＤＷ 噛み合い領域の、歯幅方向の全長
ＢＴ，ＤＴ 噛み合い領域の、歯たけ方向の全長
Ｃ１，Ｃ２ 歯面全体の歯幅方向の中央
ｅ１，ｅ２ オフセット量
Ｘ１，Ｘ２ 歯幅方向
Ｙ１，Ｙ２ 歯たけ方向
Ｗ１，Ｗ２ 歯幅量

Claims (3)

1. 操舵補助用の電動モータと、
   電動モータの出力軸に連結される円錐状の第１の歯車および第１の歯車に噛み合う円錐状の第２の歯車を含む減速機構とを備える電動パワーステアリング装置において、
   上記第１および第２の歯車の歯面は互いに噛み合う噛み合い領域をそれぞれ含み、
   無負荷時における各歯車の歯面の噛み合い領域の、歯幅方向の中央が、当該歯車の歯面の歯幅の中央よりも小端側へオフセットされてい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、無負荷時における各歯車の歯面の噛み合い領域の、歯幅方向の中央は、当該歯車の歯面全体の歯幅方向の中央から歯幅量の１０〜３０％のオフセット量でオフセットされていることを特徴とす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、無負荷時における各歯車の噛み合い領域の、歯幅方向の全長は、当該歯車の歯面全体の歯幅量の２０〜７０％であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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