JP2006076354A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機構での騒音の発生を抑制するとともに、電動モータに過大な負荷がかかることを防止する。
【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電動パワーステアリング装置であって、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（出力軸１２）に嵌着され駆動ギヤ６１に噛み合う従動ギヤ６２とを備えている。従動ギヤ６２は樹脂製の外径部６２Ａを有し、外径部６２Ａには、隣り合う歯部６２ａ，６２ａ間の歯隙部６２ｂから中心側に切れ込む切込み溝２１が形成されていて、各歯部６２ａは周方向にたわみ変形が可能となっている。
【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、例えば、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、ウォーム軸とウォームホイールとの歯部間のバックラッシュが大きいと、転舵時等に両者間で歯打ちにより騒音が発生し、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、バックラッシュがほとんどない状態で、ウォーム軸とウォームホイールとを噛合させることが考えられるが、そうすると、減速機構の回転トルクが大きくなり、電動モータの負荷が過大になる、という問題が生じる。
特開２００３−１８２６０１号公報

本発明は、減速機構での騒音の発生を抑制するとともに、電動モータに過大な負荷がかかることを防止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を備え、上記従動ギヤは、樹脂製の外径部を有し、上記外径部には、隣り合う歯部間の歯隙部から中心側に切れ込む切込み溝が形成されていることを特徴とするものである。

従動ギヤは、少なくとも外径部が樹脂製であればよく、全体が樹脂製であってもよいし、また、内径部が鋳鉄等の金属、その他、樹脂以外の材料で構成されていてもよい。

上記構成の電動パワーステアリング装置において、従動ギヤの各歯部は、その周方向両側にある切込み溝により周方向にたわみ変形が可能で、駆動ギヤの歯部と接触する際、たわみ変形により、接触時の衝撃を吸収する。そのため、騒音の発生量が少ない。

また、従動ギヤの各歯部は、上記したように、周方向へのたわみが可能であるから、従動ギヤの各歯部の歯厚を厚くする等して、駆動ギヤの歯部とのバックラッシュをほとんどない状態に設定しても、駆動ギヤと従動ギヤとを抵抗少なく噛合させることができる。したがって、バックラッシュのない噛合により騒音の発生を極めて少なくすることができ、しかも、減速機構の回転トルクは低いレベルに維持することができるから、電動モータに過大な負荷をかけることがない。

さらに、従来のこの種の電動パワーステアリング装置では、例えば直進走行中でハンドルがほとんど操作されず、電動モータの回転が停止している状態から、運転者がハンドルをいずれかの方向に切り始めた場合、操舵軸の回転に伴って従動ギヤ、駆動ギヤが回転して、まだ駆動が開始されていない電動モータの回転軸に、これを強制的に回転させようとする外力が作用することになる。このような場合、本発明では、従動ギヤの歯部がたわむことで、外力を吸収するので、まだ駆動が開始されていない電動モータが負荷とならず、操舵初期の操舵フィーリングが良好である。

本発明によれば、減速機構での騒音の発生を大幅に抑制することができ、しかも、電動モータに過大な負荷がかからないようにしうる。

以下、図１および図２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の減速機構の噛み合い部分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ている。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、駆動ギヤとして電動モータ５の回転軸５ａに連結されたウォーム軸６１と、従動ギヤとして出力軸１２の外周に嵌着されたウォームホイール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、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とを有し、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、軸方向の中間に噛合部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。上記の両軸受１６，１７のうち、電動モータ５側の軸受１６の軸方向外側には、ナット１９付きの押え環２０が設けられ、この押え環２０と、押え環２０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。

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、ウォームホイール６２は、出力軸１２の外周面に嵌着されている。このウォームホイール６２は、少なくとも歯部６２ａを含む外径部６２Ａが樹脂製であればよい。

上記ウォームホイール６２において、図２に拡大して示すように、周方向に隣り合う歯部６２ａ，６２ａ間には、その間の歯隙部６２ｂから中心側に切れ込む切込み溝２１が形成されている。この切込み溝２１は、各歯部６２ａを周方向にたわみ変形可能にするためのもので、その切込み深さＤは同一の値に設定されている。各切込み溝２１において、切込み深さＤが深いと、各歯部６２ａはたわみ変形しやすくなるが、隣り合う他の切込み溝２１との間の肉厚が薄くなりすぎて各歯部６２ａの強度が低下し、一方、切込み深さＤが浅いと、所要のたわみ変形が得られなくなるので、これらの点や、樹脂素材の柔軟性、ウォームホイール６２自体の軸方向の厚み等を考慮して、切込み深さＤを決定する必要がある。

なお、上記ウォームホイール６２において、所定の歯数に対して各歯部６２ａの歯厚Ｅが厚く形成されて、相対的に歯隙部６２ｂの歯隙Ｆが狭くなっており、その狭い歯隙部６２ｂ内に、ウォーム軸６１の噛合部６１ａの各歯部６１ｄがバックラッシュがほとんどない状態で噛み合うようになっている。具体的には、ギヤの歯１枚の大きさをメートル単位で表すモジュール（基準ピッチ円直径を歯数で除した値）を１．５０、条数を３とした上で、各歯部６２ａの歯厚Ｅを、より歯数の少ない（モジュール１．６５）場合の歯厚と同じ値として、相対的に歯隙Ｆを狭くしている。図２において、符号Ｇは、ウォーム軸６１の歯部６１ｄの歯厚を示しており、この歯厚Ｇの歯部６１ｄは、ウォームホイール６２側の歯隙部６２ｂに、ほとんどバックラッシュがない状態で嵌入するようになっている。符号Ｐは、ウォームホイール６２の基準ピッチ円、Ｑは、ウォーム軸６１の基準ピッチ線を示している。

上記構成において、電動モータ５の回転は、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とを介して、操舵軸２を構成する出力軸１２に伝わる。

この際、ウォーム軸６１とウォームホイール６２との歯部６１ｄ，６２ａ間のバックラッシュが大きいと、従来のこの種装置の減速機構では、転舵時等にウォーム軸の歯部がウォームホイールの歯部に衝撃的に接触して騒音を発生する。ところが、本発明の装置では、ウォームホイール６２の各歯部６２ａが、その両側にある切込み溝２１により周方向にたわみ変形が可能であるから、たとえウォーム軸６１とウォームホイール６２との歯部６１ｄ，６２ａ間のバックラッシュが大きくても、ウォームホイール６２の各歯部６２ａは、ウォーム軸６１の歯部６１ｄと接触する毎にたわみ変形して、そのたわみ変形により、接触時の衝撃を吸収する。そのため、騒音の発生量が極めて少ない。

また、ウォームホイール６２の各歯部６２ａは、周方向へのたわみが可能であるから、歯部６２ａ，６２ａ間の歯隙部６２ｂを押し広げるようにして、ウォーム軸６１の歯部６１ｄを抵抗少なく噛合させることが可能である。そのため、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とを、バックラッシュのない状態で噛合させて、騒音の発生量を極めて少なくすることができる。しかも、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とを噛合させる際の抵抗は少ないから、電動モータ５に過大な負荷をかけることがない。

さらに、従来のこの種の電動パワーステアリング装置では、ハンドルをほとんど操作しない状態から、いずれかの方向に切り始めた場合、操舵軸２の回転に伴ってウォームホイール６２、ウォーム軸６１が回転して、まだ駆動が開始されていない電動モータ５の回転軸５ａに、回転方向の外力が作用することになるが、このような場合、本発明では、ウォームホイール６２の歯部６２ａがたわむことで、外力を吸収するので、まだ駆動が開始されていない電動モータ５が負荷とならず、操舵初期の操舵フィーリングが良好である。

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の断面図で、関連する構成を併せて図示している。 図１の減速機構の噛み合い部分の拡大断面図

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）
６２Ａ 外径部
６２ａ 歯部
６２ｂ 歯隙部
１２ 出力軸
２１ 切込み溝

Claims (1)

1. 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を備え、
   上記従動ギヤは、樹脂製の外径部を有し、上記外径部には、隣り合う歯部間の歯隙部から中心側に切れ込む切込み溝が形成されている、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
   

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