JP2006175891A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】騒音が小さく、耐久性に優れ且つトルク変動が小さい電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】第1の付勢部材としての湾曲板ばね30は、第2の軸受23の外輪27を包囲し、第2の軸受23を介してウォーム軸18の第2の端部18bをウォーム軸18とウォームホイール19の中心間距離D1が短くなる方向X2に付勢する。第2の付勢部材60は、外輪27の端面27aにより受けられた環状の支持体61と、支持体61の軸方向と平行な方向に延びる複数の弾性ピン62とを含む。各弾性ピン62は、上記支持体61に固定された固定端62aと、ハウジング17aの端壁17bに弾性的に接触する自由端62bとを有する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、電動モータにより操舵補助力を発生す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(EPS:Electric Power Steering System) には減速機が用いられている。例えばコラム型EPSでは、電動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、電動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。
上記のウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いには適度なバックラッシが必要であるが、例えば悪路を走行した場合、路面からの逆入力によりバックラッシに起因した歯打ち音(ラトル音)が発生することがある。
歯打ち音が発生しないようにするためには、各部品の加工精度の範囲内でウォーム軸とウォームホイールとの間に生ずるバックラッシ量を厳密に調整しておく必要がある。従来、ウォーム軸およびウォームホイールを組み付けるときに、各部品を寸法精度のばらつき度合いに応じて選別し、互いの組合せ精度が適正になるもの同士を組み合わせるようにしている(いわゆるマッチング組立)が、この作業に非常に手間がかかり、製造コストが高くなっていた。
また、マッチング組立により初期にはバックラッシが適切な範囲に設定されていたとしても、経時変化による歯部の摩耗等によりバックラッシが増大し、異音を発生するおそれがある。
そこで、ウォーム軸の一端を支持する軸受を径方向ウォームホイール側に進退自在とし、上記軸受の外輪の周囲に被せられた湾曲板ばねによって、ウォーム軸の一端を径方向ウォームホイール側に付勢することで、ウォーム軸およびウォームホイールの回転中心間の距離(いわゆる芯間距離)を自動的に調整してバックラッシを少なくすることが提案されている(例えば特許文献1参照)。
また、ウォーム軸を軸方向に付勢する圧縮コイルばねの付勢力の一部をカム機構により、ウォーム軸を径方向ウォームホイール側への付勢力に変換することにより、バックラッシを調整することが提案されている(例えば特許文献2参照)。
特開2004−203154号公報 特開2002−145082号公報
しかしながら、前者の公報では、湾曲板ばねが付勢方向以外の方向のクリアランスの影響でがたつく場合があり、その場合、ウォーム軸の回転トルクが変動すると共に、湾曲板ばねの耐久性が低下する。また、ウォーム軸とウォームホイールの間の摺動音や叩き音が発生したり、湾曲板ばねとハウジングとの間で叩き音を発生するという問題がある。
一方、後者の公報では、単一の圧縮コイルばねで2方向への付勢力を得るようにしているため、カム機構等の構造が複雑となり作動が不安定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、騒音が小さく、耐久性に優れ且つトルク変動が小さい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、操舵補助用の電動モータの動力を、駆動ギヤおよび駆動ギヤに噛み合う従動ギヤを含む伝動装置を介して、操舵機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記駆動ギヤの軸方向の一端を回転自在に支持する軸受と、上記軸受を駆動ギヤと従動ギヤの中心間距離が変化する方向に偏倚可能に支持するための支持孔を含むハウジングと、上記軸受を介して駆動ギヤを上記中心間距離が短くなる方向に弾性的に付勢する第1の付勢部材と、上記軸受の端面とこれに対向する対向部材との間に介在し上記軸受を軸方向に弾性的に付勢する第2の付勢部材とを備え、上記第2の付勢部材は、環状の支持体と、支持体の周方向に並んで配置された複数の弾性ピンとを含み、各弾性ピンは、上記支持体に固定された固定端と、自由端とを有することを特徴とするものである。
本発明では、駆動ギヤを上記中心間距離が短くなる方向へ付勢することにより、駆動ギヤと従動ギヤの噛合部分のバックラッシ量を少なくすることができ、その結果、歯打ち音による騒音を低減することができる。また、第2の付勢部材によって駆動ギヤの軸方向のがたつきを抑えることにより、第1の付勢部材が駆動ギヤの軸方向にがたつくことを抑制することができ、その結果、第1の付勢部材のがたつきに起因する第1の付勢部材の耐久性の低下や、叩き音による騒音の発生を抑制することができる。また、駆動ギヤの回転トルクの変動を抑制することができる。
上記支持体が上記軸受の端面により受けられ、上記弾性ピンの自由端が上記対向部材に弾性的に接触するようにしてもよいし、また、上記支持体が上記対向部材により受けられ、上記弾性ピンの自由端が上記軸受の端面に弾性的に接触するようにしてもよい。
また、本発明は、操舵補助用の電動モータの動力を、駆動ギヤおよび駆動ギヤに噛み合う従動ギヤを含む伝動装置を介して、操舵機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記駆動ギヤの軸方向の一端を回転自在に支持する軸受と、上記軸受を駆動ギヤと従動ギヤの中心間距離が変化する方向に偏倚可能に支持するための支持孔を含むハウジングと、ハウジングに形成された開口を閉塞する円板状の蓋部材と、上記軸受を介して駆動ギヤを上記中心間距離が短くなる方向に弾性的に付勢する第1の付勢部材と、上記軸受の端面とこれに対向する対向部材との間に介在し上記軸受を軸方向に弾性的に付勢する第2の付勢部材とを備え、上記第2の付勢部材は蓋部材の周方向に並んで配置された複数の弾性ピンを含み、各弾性ピンは、上記蓋部材に固定された固定端と、上記軸受の端面に弾性的に接触する自由端とを有することを特徴とするものである。
上記弾性ピンの自由端は丸形をなす場合には、駆動ギヤが上記中心間距離が変化する方向に変位することを弾性ピンが妨げないようにすることができる点で好ましい。
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。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
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、ラックアンドピニオン機構からなる操舵機構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)を介して対応する操向輪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、操向輪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に連なる入力側のアッパーシャフト3aと、ピニオン軸7に連なる出力側のロアーシャフト3bとに分割されており、これらアッパーおよびロアーシャフト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を介するアッパーおよびロアーシャフト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(Electronic 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ピニオン軸7に伝達され、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のロアーシャフト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間の中間部に歯部18c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のロアーシャフト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、ロアーシャフト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の第1の端部18aと電動モータ16の出力軸20の対向端部とは、動力伝達継手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17aに回転自在に支持されている。第1および第2の軸受22,23は例えば玉軸受からなる。
第1および第2の軸受22,23の内輪24,25が、ウォーム軸18の第1および第2の端部18a,18bに一体回転可能に嵌合されている。各内輪24,25はそれぞれウォーム軸18の対応する互いに逆向きの位置決め段部18d,18eに当接している。第1および第2の軸受22,23の外輪26,27は、減速機17のハウジング17aの対応する軸受保持孔28,29に保持されている。
第2の軸受23のための軸受保持孔29(支持孔)は、第2の軸受23を、ウォーム軸18とウォームホイール19の中心間距離D1(ウォーム軸18の回転中心C1とウォームホイールの回転中心C2との距離に相当)が長短する方向X1,X2に偏倚可能に保持することのできる偏倚孔に形成されている。軸受保持孔29の内周面と第2の軸受23の外輪27の外周面との間に、環状の第1の付勢部材としての湾曲板ばね30が介在している。湾曲板ばね30は、第2の軸受23を上記中心間距離D1が短くなる方向X2に付勢する。
第1の付勢部材としての湾曲板ばね30は、例えば板金により形成される薄板状の部材である。図2のIII −III に沿う断面図である図3および図4を参照して、湾曲板ばね30は、第2の軸受23の外輪27の外周を包囲する有端環状をなす主体部31と、主体部31の周方向の端部である第1および第2の端部31a,31bにそれぞれ形成される一対の回転規制部32と、各回転規制部32からそれぞれ延びる一対の片持ち状の弾性舌片33とを含む。
各回転規制部32の幅は主体部31の幅よりも細くされている。一対の弾性舌片33の一方は第1の側縁31c側に配置され、他方の弾性舌片33は第2の側縁31d側に配置されて、互い違いとされている。
再び図3を参照して、湾曲板ばね30の各弾性舌片33は、軸受保持孔29の内周面の一部に形成された受け凹部36の底によって受けられ、各弾性舌片33の付勢力が、第2の軸受23を介してウォーム軸18の第2の端部18bを上記中心間距離D1が短くなる方向X2に付勢している。
受け凹部36はそれぞれ軸受保持孔29の周方向に対向する一対の内壁36a,36bを有しており、湾曲板ばね30の各回転規制部32は、対応する内壁36a,36bに当接することにより、軸受保持孔29の周方向への、湾曲板ばね30の回転を規制する。
図2を参照して、第2の軸受23の外輪27の端面27aと対向部材としてのハウジング17aの端壁17bとの間には、第2の軸受23を介してウォーム軸18を軸方向の電動モータ16側に弾性的に付勢する第2の付勢部材60が介在している。
上記第2の付勢部材60は、第2の軸受23の外輪27の端面27aにより受けられた環状の支持体61と、支持体61の軸方向と平行な方向に延びる複数の弾性ピン62とを含む。支持体61は金属又は樹脂により形成されており、弾性ピン62はゴムにより形成されている。
図5に示すように、各弾性ピン62は支持体61の周方向に並んで配置されている。拡大図である図6(a)に示すように、各弾性ピン62は、上記支持体61に固定された固定端62aと、上記対向部材としての、ハウジング17aの端壁17bに弾性的に接触する自由端62bとを有している。自由端62bは例えば半球状等の丸形に形成されている。
第1の付勢部材としての湾曲板ばね30の働きで、例えば、図6(b)で示すように第2の軸受23がウォーム軸18の第2の端部18bとともに中心間距離D1が短くなる方向X2に変位されるときに、第2の付勢部材60の支持体61は第2の軸受23の外輪27と同行移動する。このため、弾性ピン62の固定端62aと自由端62bとは中心間距離D1が長短する方向X1,X2に関して相対位置がずれるようにして、弾性ピン62が曲げを受けることになる。しかしながら、弾性ピン62は曲がり易いので、弾性ピン62が第1の付勢部材としての湾曲板ばね30の働きを阻害することは少ない。また、弾性ピン62の自由端62bを丸形とすることにより、弾性ピン62がより少ない荷重で曲がるようにすることができる。
一方、第1の軸受22の外輪26は、対応する軸受保持孔28に連なるねじ孔37にねじ込まれた予圧調整用およびバックラッシ調整用のねじ部材38によって、ハウジング17aの位置決め段部17cに押し当てられて軸方向に位置決めされている。これにより、第2の付勢部材60の弾性ピン62の付勢力が第1および第2の軸受22,23に一括して予圧を与えることに寄与すると共に、ウォーム軸18の軸方向への第1の付勢部材30のがたつきを防止することに寄与する。また、第2の付勢部材60の付勢力はウォーム軸18とウォームホイール19との間のバックラッシの除去にも寄与することになる。
次いで、図2、図2のVII −VII 線に沿う断面図である図7および分解斜視図である図8を参照して、動力伝達継手21について詳述する。まず、図2を参照して、動力伝達継手21は、電動モータ16の出力軸20に一体回転可能に連結された第1の係合部材41と、減速機17の入力軸としてのウォーム軸18の第1の端部18aに一体回転可能に連結された第2の係合部材42と、第1および第2の係合部材41,42の間に介在し両係合部材41,42間にトルクを伝達する弾性部材43とを備える。
第1および第2の係合部材41,42は例えば金属製である。弾性部材43は例えば合成ゴム製又はポリウレタン等の合成樹脂製である。
次いで、図7および図8を参照して、弾性部材43は、環状をなす主体部44と、主体部44から放射方向に延びる複数の係合腕45とを含む。複数の係合腕45は主体部44の周方向Rに等間隔で配置される。各係合腕45はそれぞれ周方向Rに対向する一対の動力伝達面46を有している。
図8を参照して、第1および第2の係合部材41,42は、それぞれ出力軸20およびウォーム軸18を嵌合させるための嵌合孔49,50を形成する環状の主体部51,52と、主体部51,52の互いの対向面53,54にそれぞれ突出形成された複数の第1および第2の係合突起55,56とを備えている。
第1および第2の係合部材41,42の第1および第2の係合突起55,56は、それぞれ対応する主体部51,52の周方向に等間隔に配置されている。
動力伝達継手21の組立状態で、図7に示すように、第1および第2の係合部材41,42の第1および第2の係合突起55,56が周方向に交互に配置され、周方向に相隣接する第1および第2の係合突起55,56間に、弾性部材43の対応する係合腕45が挟持される。換言すると、周方向に隣接する第1および第2の係合突起55,56が弾性部材43の対応する係合腕45を周方向に挟んで互いに噛み合わされる。
また、図7および図8に示すように、第1および第2の係合突起55,56は、弾性部材43の対応する係合腕45への動力伝達面57,58をそれぞれ含む。
本実施の形態によれば、第1の付勢部材としての湾曲板ばね30の弾性復元力によってウォーム軸18の第2の端部18bを上記中心間距離D1が短くなる方向X2へ付勢することができ、ウォーム軸18とウォームホイール19の噛合部分のバックラッシ量を少なくすることができる。その結果、歯打ち音による騒音を低減することができる。
また、第2の付勢部材60によってウォーム軸18の軸方向のがたつきを抑えることにより、湾曲板ばね30がウォーム軸18の軸方向にがたつくことを抑制することができる。その結果、湾曲板ばね30のがたつきに起因する湾曲板ばね30の耐久性の低下や、叩き音による騒音の発生を抑制することができる。また、ウォーム軸18の回転トルクの変動を抑制することができる。
特に、第2の付勢部材60の弾性ピン62が曲がり易いので、当該弾性ピン62が、湾曲板ばね30によってウォーム軸18の第2の端部18bが上記中心間距離D1が長短する方向X1,X2へ変位することを妨げることが少ない。したがって、バックラッシを確実に抑制して、歯打ち音による騒音を確実に低減することができる。また、ウォーム軸18の回転トルクの変動を抑制することができる。
次いで、図9は本発明の別の実施の形態を示している。図9を参照して、本実施の形態が図6(a)の実施の形態と異なるのは、第2の付勢部材60に代えて第2の付勢部材60Aを用いた点にある。第2の付勢部材60Aの支持体61は、対向部材としてのハウジング17aの端壁17bにより受けられており、第2の付勢部材60Aの弾性ピン62の自由端62bは第2の軸受23の外輪27の端面27aに弾性的に接触している。本実施の形態においても、図6(a)の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
次いで、図10は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図10を参照して、ハウジング17aの端壁17bに開口63が形成されるとともに、この開口63が円板状の蓋部材64により閉塞されている。
本実施の形態では、第2の軸受23を軸方向に弾性的に付勢するための第2の付勢部材としての複数の弾性ピン65を、第2の軸受23の外輪27の端面27aとこれに対向する対向部材としての蓋部材64との間に介在させた点にある。
複数の弾性ピン65は、蓋部材64の周方向に並んで配置されている。各弾性ピン65は、蓋部材64に固定された固定端65aと、第2の軸受23の外輪27の端面27aに弾性的に接触する自由端65bとを有している。本実施の形態においても、図6(a)の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、第2の軸受23として、すべり軸受を用いてもよい。また、伝動装置としての減速機17として、ベベルギヤやハイポイドギヤを用いてもよい。
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III −III 線に沿う断面図である。 ウォーム軸を径方向に付勢する湾曲板ばねの斜視図である。 第2の付勢部材の平面図である。 (a)および(b)は第1の付勢部材によってウォーム軸の第2の端部がウォームホイール側へ変位する前と後の第2の付勢部材の動作を示す、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VII −VII 線に沿う断面図である。 動力伝達継手の分解斜視図である。 本発明のさらに別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
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、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(伝動装置)、17a…ハウジング、17b…端壁、18…ウォーム軸(駆動ギヤ)、18b…第2の端部(一端)、19…ウォームホイール(従動ギヤ)、C1,C2…回転中心、D1…中心間距離、X1…中心間距離が長くなる方向、X2…中心間距離が短くなる方向、20…出力軸、21…動力伝達継手、23…第2の軸受、25…内輪、27…外輪、27a…端面、29…軸受保持孔(支持孔)、30…湾曲板ばね(第1の付勢部材)、31…主体部、31a…第1の端部、31b…第2の端部、32…回転規制部、33…弾性舌片、60,60A…第2の付勢部材、61…支持体、62…弾性ピン、62a…固定端、62b…自由端、63…開口、64…蓋部材、65…弾性ピン、65a…固定端、65b…自由端

Claims (5)

  1. 操舵補助用の電動モータの動力を、駆動ギヤおよび駆動ギヤに噛み合う従動ギヤを含む伝動装置を介して、操舵機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、
    上記駆動ギヤの軸方向の一端を回転自在に支持する軸受と、
    上記軸受を駆動ギヤと従動ギヤの中心間距離が変化する方向に偏倚可能に支持するための支持孔を含むハウジングと、
    上記軸受を介して駆動ギヤを上記中心間距離が短くなる方向に弾性的に付勢する第1の付勢部材と、
    上記軸受の端面とこれに対向する対向部材との間に介在し上記軸受を軸方向に弾性的に付勢する第2の付勢部材とを備え、
    上記第2の付勢部材は、環状の支持体と、支持体の周方向に並んで配置された複数の弾性ピンとを含み、
    各弾性ピンは、上記支持体に固定された固定端と、自由端とを有す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、上記支持体が上記軸受の端面により受けられ、上記弾性ピンの自由端が上記対向部材に弾性的に接触する電動パワーステアリング装置。
  3. 請求項1において、上記支持体が上記対向部材により受けられ、上記弾性ピンの自由端が上記軸受の端面に弾性的に接触する電動パワーステアリング装置。
  4. 操舵補助用の電動モータの動力を、駆動ギヤおよび駆動ギヤに噛み合う従動ギヤを含む伝動装置を介して、操舵機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、
    上記駆動ギヤの軸方向の一端を回転自在に支持する軸受と、
    上記軸受を駆動ギヤと従動ギヤの中心間距離が変化する方向に偏倚可能に支持するための支持孔を含むハウジングと、
    ハウジングに形成された開口を閉塞する円板状の蓋部材と、
    上記軸受を介して駆動ギヤを上記中心間距離が短くなる方向に弾性的に付勢する第1の付勢部材と、
    上記軸受の端面とこれに対向する対向部材との間に介在し上記軸受を軸方向に弾性的に付勢する第2の付勢部材とを備え、
    上記第2の付勢部材は蓋部材の周方向に並んで配置された複数の弾性ピンを含み、
    各弾性ピンは、上記蓋部材に固定された固定端と、上記軸受の端面に弾性的に接触する自由端とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  5. 請求項1ないし4の何れか1項において、上記弾性ピンの自由端は丸形をなす電動パワーステアリング装置。
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