JP2006151240A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従動ギヤの外径部分の挙動を不安定にすることなく、操舵軸と従動ギヤとの間の振動、騒音の伝播を抑制する。
【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、上記駆動ギヤ６１に噛み合う従動ギヤ６２とを備えている。従動ギヤ６２は、外周に歯部６２ａを有する外径部材６２２と、操舵軸２の外周に嵌着される内径部材６２１とを有する。外径部材６２２と内径部材６２１とに互いに周方向に係合可能な係合部２０，２１がそれぞれ形成され、外径部材６２２と内径部材６２１との一方に外側支持部２２，２３が設けられている。外側支持部２２，２３と、これに挟まれる部材６２２（６２１）との間に、Ｏリングのように軸方向、径方向および周方向に圧縮変形可能な弾性体２５が周方向複数個所に分散して介装されている。
【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の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備えている。

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（例えば、特許文献１参照）。

ところで、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が大きいと、走行中、車輪側から伝わる振動や衝撃により、ウォーム軸とウォームホイールとの間で歯打ちによる騒音が発生し、その騒音は操舵軸や、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、例えば、操舵軸とウォームホイールとの間、もしくはウォームホイールの内径部分と外径部分との間に弾性体を介装し、その弾性体の緩衝性能により、車輪側から伝わる振動や衝撃がウォームホイールの歯部に伝わることを抑制したり、また、ウォームホイールとウォーム軸とで発生した騒音が操舵軸を介して車室に伝播しないようにすることが試みられている。

しかしながら、上記のように弾性体を介装したものでは、操舵軸に対してウォームホイールの外径部分が傾動する等、ウォームホイールの外径部分の挙動が不安定となり、ウォームホイールとウォーム軸との噛み合い状態にずれが生じ、歯部の早期摩耗や破損を招くおそれがある。
特開２００３−１８２６０１号公報

本発明は、従動ギヤの外径部分の挙動を不安定にすることなく、操舵軸と従動ギヤとの間の振動、騒音の伝播を効果的に抑制して、車室を静音化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、電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤと、上記駆動ギヤに噛み合う状態で操舵軸に取り付けられた従動ギヤとを備え、上記従動ギヤは、外周に歯部を有する外径部材と、操舵軸の外周に嵌着される内径部材とを有し、外径部材と内径部材とに互いに周方向に係合可能な係合部がそれぞれ形成されるとともに、外径部材と内径部材との一方には、他方の径方向一部分を軸方向両側から挟んだ状態で支持する外側支持部が設けられ、上記外側支持部と、これに挟まれる他方の部材との間に、軸方向、径方向および周方向に圧縮変形可能な弾性体が周方向複数個所に分散して介装されていることを特徴とするものである。

上記構成によれば、従動ギヤの内外径一方の部材（内径部材または外径部材）側の外側支持部と他方の部材との間に介在する弾性体により、車輪側から操舵軸を介して伝わる振動や衝撃が吸収され、従動ギヤの歯部側にはほとんど伝播しない。そのため、従動ギヤと駆動ギヤとの間の歯打ちによる騒音の発生が抑制される。また、従動ギヤと駆動ギヤとの間で歯打ちによる騒音が発生しても、その騒音の操舵軸への伝播が上記の弾性体により抑制され、車室側にはほとんど騒音が伝達されない。

上記の構成では、弾性体が圧縮変形する分、従動ギヤの外径部材は、内径部材に対して、周方向にも径方向にも軸方向にも微量的に変位しうるが、周方向の大きな変位に対しては、内外径両部材の間で係合部どうしが係合するから、弾性体を過度に圧縮することなく、大きな回転動力を駆動ギヤの側から操舵軸に伝達することができる。また、従動ギヤの外径部材は、軸方向の両側にある外側支持部により内径部材に支持されるから、操舵軸に対する過度の傾動が阻止され、駆動ギヤとの噛み合い状態にずれを生じることがない。

さらに、従来、従動ギヤの全体を操舵軸に嵌着により固定したものでは、操舵初期、従動ギヤには、これに噛み合う駆動ギヤを介して電動モータの静止しているロータの慣性重量が、回転に対する抵抗として作用し、操舵操作に対して引っ掛かり感を生じさせる、という問題がある。これに対して、本発明の上記構成では、従動ギヤの外径部材に対してその内径部材および操舵軸が周方向に微量、弾力的に変位しうるから、操舵軸は、従動ギヤの外径部材を回転停止状態としたまま、電動モータのロータの慣性重量の影響を受けずに小角度回転することになり、これで、操舵初期の引っ掛かり感が解消される。

上記構成の電動パワーステアリング装置において、弾性体は、周方向複数個所に分散して介装されるものであれば、特にその形状や構造を問わないが、望ましくは、弾性体は、外側支持部とこれに挟まれる部材との一方に、軸方向に突出するよう形成された保持突部に保持され、他方に形成された円形の受け凹部との間で圧縮される、Ｏリングのような環状の弾性体である。このような環状の弾性体では、各個に軸方向の変動も、径方向の変動も、周方向の変動も吸収することができ、組立て、製造に当たって１種の弾性体を用意すればよく、数種の弾性体を用意する必要がない。

このほかの弾性体としては、例えば、数種の弾性体を用い、軸方向にのみ圧縮変形が可能で専ら軸方向の変動を吸収する弾性体と、径方向にのみ圧縮変形が可能で専ら径方向の変動を吸収する弾性体と、周方向にのみ圧縮変形が可能で専ら周方向の変動を吸収する弾性体とに機能分けして介装することもできる。

上記構成において、外側支持部は、内径部材に設けて、その間に外径部材の内径部分を挟むようにしてもよいし、外側支持部を外径部材に設けて、その間に内径部材の外径部分を挟むようにしてもよい。

上記の外側支持部に関して、外径部材と内径部材の一方の部材の外側支持部と、他方の部材とには、それぞれ外径部材と内径部材の径方向および軸方向の相対変位を規制する規制部が設けられていることが望ましい。その規制部としては、具体的には、軸方向外方に向けて広がるテーパ部が考えられる。そして、両テーパ部、すなわち、外側支持部に設けられたテーパ部と、他方に設けられたテーパ部との間の軸方向および径方向間隔は、内外径両部材の他の部分の間の軸方向および径方向間隔より狭い間隔に設定されていればよい。

このような規制部があると、従動ギヤの内径部材に対する外径部材の軸方向および径方向の変位が規制され、これらの方向への外径部材の過度の変位により、弾性体が破壊されたり、外径部材の歯部と駆動ギヤの歯部との噛み合い状態にずれを生じさせるようなことがない。

本発明によれば、操舵軸と従動ギヤとの間の振動、騒音の伝播を大幅に抑制することが可能で、車室を静音化することができる。この場合、従動ギヤの外径部材の変位、特に軸方向の変位が規制されるから、駆動ギヤとの噛み合い状態を適正な状態に維持できる。

以下、図１ないし図６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、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２は、図１の減速機構の一部であるウォームホイールの背面図、図３は、図２の（３）−（３）に沿った断面図、図４はウォームホイールの分解斜視図、図５は、ウォームホイールの要部の軸方向に沿った拡大断面図、図６は、図５の（６）−（６）線に沿った拡大断面図である。

本形態の電動パワーステアリング装置は、図１に示すように、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。

電動モータ５が発生する操舵補助トルクは、減速機構６を介して操舵軸２に加えられる。操舵軸２には、操舵部材１の操作による操舵トルクが加えられるから、この操舵トルクと、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。

ステアリング機構３では、その入力軸の回転が、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。

操舵軸２の中途部は、本実施形態では、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、圧入もしくは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、圧入もしくは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と出力軸１２とは軸方向に近接して対向しており、その軸方向対向部の外周にトルクセンサ４が配置されている。

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の外周に取り付けら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、その両端の軸部にそれぞれ設けた軸受１６，１６を介してウォーム軸収容部１５１内に回転可能に支持され、その一方の軸部は電動モータ５の回転軸５ａに筒体１７等により同軸に結合されている。上記の両軸受１６，１６のうち、電動モータ５側の軸受１６の軸方向外側には、該軸受１６の外輪を固定するためのナット１８付きの押え環１９が設けられている。

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、図２ないし図６に明示するように、出力軸１２の外周に圧入等により嵌着される内径部材６２１と、外周に歯部６２ａを有する外径部材６２２とを有する。

ウォームホイール６２の外径部材６２２は、歯部６２ａの軸方向幅に対して内径部分６２２ａが薄幅になっていて、この薄幅の内径部分６２２ａと、これに径方向に対向する内径部材６２１の部分とに、互いに周方向に係合する係合部２０，２１が形成されている。内径部材６２１の係合部２０は、径方向外向きで放射状に突出する凸部である。外径部材６２２の係合部２１は、内径部材６２１の上記係合部２０と同じ周方向位置で外径部材６２２の内径部分６２２ａに形成された凹部であって、内径部材６２１の上記係合部２０と径方向内外に嵌合するようになっている。

ウォームホイール６２の内径部材６２１には、外径部材６２２の内径部分６２２ａを軸方向両側から挟んだ状態で支持する外側支持部２２，２３が設けられている。軸方向両側の２つの外側支持部２２，２３のうち、一方（図３、図５では左側）の外側支持部２２は、内径部材６２１に一体に形成されている。他方の外側支持部２３は、内径部材６２１に対して着脱自在に設けられており、内径部材６２１の軸方向端面に面接触させた上で、両者を貫通する結合ピン２４により、内径部材６２１に結合されている。なお、結合ピン２４は、内径部材６２１をその係合部２０の位置で貫通している。

両外側支持部２２，２３と外径部材６２２の内径部分６２２ａとが軸方向に対向する個所において、外径部材６２２の内径部分６２２ａの軸方向各面には、Ｏリングのような環状の弾性体２５を保持するために、保持突部２６が複数（図示例では６個）周方向に分散して形成されている。この保持突部２６は、短軸状で、付け根側に裾広がりの湾曲面を有し、凹部からなる係合部２１の外周において周方向等間隔に形成されている。一方、両外側支持部２２，２３の内面には、外径部材６２２側の上記保持突部２６と軸方向に対向する個所に、円形の受け凹部２７が形成されている。この受け凹部２７は、底側の内周および外周に湾曲面を有する。そして、この受け凹部２７と、上記した保持突部２６との間に環状の弾性体２５が介装されており、環状の弾性体２５は、保持突部２６の外周に保持された状態で、受け凹部２７との間で、保持突部２６の中心軸線に対して軸方向外方に広がる方向（図５の矢印イの方向）に沿って圧縮されるようになっている。

また、両外側支持部２２，２３と、外径部材６２２とには、内径部材６２１に対する外径部材６２２の径方向および軸方向の変位を規制する規制部として、それぞれテーパ部２８，２９が形成されている。外側支持部２２，２３側のテーパ部２８は、外側支持部２２，２３の外周に、内径部材６２１の中心軸線に対して軸方向外方に向けて広がる形状に形成されている。外径部材６２２側のテーパ部２９は、外径部材６２２が歯部６２ａから内径部分６２２ａにかけて薄幅になる個所に、外側支持部２２，２３側の上記テーパ部２８と平行に対面する形状に形成されている。

そして、両テーパ部２８，２９間の軸方向間隔ｄｓは、図５に明示するように、環状の弾性体２５の太さφよりも狭く、かつ他の個所における外側支持部２２，２３と外径部材６２２の内径部分６２２ａとの軸方向間隔Ｄｓ、もしくは保持突部２６の先端と受け凹部２７の底面との軸方向間隔Ｄｔのいずれよりも狭い間隔に設定されている。また、両テーパ部２８，２９間の径方向間隔ｄｒは、環状の弾性体２５の太さφよりも狭くて、かつ他の個所における外径部材６２２の内径部分６２２ａと内径部材６２１の径方向間隔Ｄｒ（具体的には、係合部２０，２１間の径方向間隔）よりも狭い間隔に設定されている。

なお、内外径両部材６２１，６２２の係合部２０，２１間の周方向間隔ｄｃは、環状の弾性体２５の太さφよりも狭い間隔に設定されている。

上記構成において、環状の弾性体２５は、軸方向にも径方向にも周方向にも圧縮変形しうるから、どの方向の振動、微量的変位も吸収することができ、車輪９側から出力軸１２を介して伝わる振動や衝撃がウォームホイール６２の歯部６２ａにまで伝播することを抑制する。また、ウォームホイール６２の歯部６２ａとウォーム軸６１の歯部との間で歯打ちによる騒音が発生しても、上記の弾性体２５は、その騒音が出力軸１２から操舵軸２全体に伝播することを抑制する。

ウォームホイール６２の内径部材６２１に対する外径部材６２２の周方向の相対変位量が大きい場合には、内外径両部材６２１，６２２の間で係合部２０，２１どうしが係合するから、過度に弾性体２５を圧縮することなく、大きな回転動力がウォーム軸６１側からウォームホイール６２を介して出力軸１２に伝達される。また、ウォームホイール６２の内径部材６２１に対する外径部材６２２の軸方向や径方向の相対変位量が大きい場合は、外側支持部２２，２３のテーパ部２８と、外径部材６２２のテーパ部２９とが面接触し、所定以上の相対変位を阻止する。そのため、ウォームホイール６２の歯部６２ａとウォーム軸６１との間のバックラッシュを大幅に広げるようなことがない。また、ウォームホイール６２の外径部材６２２の出力軸１２に対する過度の傾動が阻止され、ウォームホイール６２とウォーム軸６１との噛み合い状態にずれを生じさせることがない。

さらに、従来、ウォームホイール等の従動ギヤの全体を出力軸等の操舵軸に嵌着により固定したものでは、操舵初期、従動ギヤには、電動モータの静止しているロータの慣性重量が回転に対する抵抗として作用し、操舵操作に対して引っ掛かり感を生じさせる、という問題があるが、本発明の上記構成では、ウォームホイール６２の外径部材６２２に対して内径部材６２１および出力軸１２が周方向に微量、弾力的に変位しうるから、出力軸１２は、ウォームホイール６２の外径部材６２２を回転停止状態としたまま、電動モータ５のロータの慣性重量の影響を受けずに小角度回転することになり、これで、操舵初期の引っ掛かり感が解消される。

上記実施形態では、ウォームホイール６２の外径部材６２２の内径部分６２２ａに、環状の弾性体２５を保持するための保持突部２６を形成したが、この保持突部２６は、内径部材６２１側の外側支持部２２，２３の内面に形成し、外径部材６２２の内径部分６２２ａに、上記保持突部２６に対応する受け凹部２７を形成してもよい。

また、上記実施形態では、ウォームホイール６２の内径部材６２１に外側支持部２２，２３を設けたが、外径部材６２２の側に外側支持部を設けて、これらの外側支持部で、内径部材６２１の外径部分を挟むようにしてもよい。その場合、規制部としてのテーパ部２８，２９、周方向の係合部２０，２１、環状の弾性体２５等の配設位置は、図示の実施形態とは径方向逆になる。

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の減速機構の一部であるウォームホイールの背面図 図２の（３）−（３）に沿った断面図 図４はウォームホイールの分解斜視図 ウォームホイールの要部の軸方向に沿った拡大断面図 図５の（６）−（６）線に沿った拡大断面図

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 歯部
６２１ 内径部材
６２２ 外径部材
１２ 出力軸
２０，２１ 係合部
２２，２３ 外側支持部
２５ 環状の弾性体
２６ 保持突部
２７ 受け凹部
２８，２９ テーパ部（規制部）

Claims (3)

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、
   電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤと、上記駆動ギヤに噛み合う状態で操舵軸に取り付けられた従動ギヤとを備え、
   上記従動ギヤは、外周に歯部を有する外径部材と、操舵軸の外周に嵌着される内径部材とを有し、
   外径部材と内径部材とに互いに周方向に係合可能な係合部がそれぞれ形成されるとともに、
   外径部材と内径部材との一方には、他方の径方向一部分を軸方向両側から挟んだ状態で支持する外側支持部が設けられ、
   上記外側支持部と、これに挟まれる他方の部材との間に、軸方向、径方向および周方向に圧縮変形可能な弾性体が周方向複数個所に分散して介装されている、
   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に記載の電動パワーステアリング装置において、
   上記弾性体は、上記外側支持部とこれに挟まれる部材との一方に、軸方向に突出するよう形成された保持突部に保持され、他方に形成された円形の受け凹部との間で圧縮される環状の弾性体であ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または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   外径部材と内径部材の一方の部材の外側支持部と、他方の部材とには、それぞれ外径部材と内径部材の径方向および軸方向の相対変位を規制する規制部が設けら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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