JP2006205758A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フリクショントルクを増大させることなく、歯打ちによる騒音の発生を減少させる。
【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に噛み合う状態で操舵軸２に嵌着された従動ギヤ６２を備えている。この従動ギヤ６２は、内径部６２１と、この内径部６２１の外周に形成された嵌合面６２１ａに回転方向に相対変位可能に直接的に嵌合する嵌合面６２２ａが内周に形成された外径部６２２とを含み、内径部６２１と外径部６２２とは、連結部材２１により弾力的に相対回転変位可能に連結されている。
【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ギヤにより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する。また、電動モータの駆動により、ウォーム軸とウォームホイールとが噛み合うときにも、歯打ちによる騒音が発生する。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、バックラッシュを小さくすると、歯打ちによる騒音は減少するものの、噛み合い時の抵抗が増え、いわゆるフリクショントルクが増大する。

歯打ちによる騒音の発生が少なくて、かつフリクショントルクが小さくなるようなバックラッシュの許容範囲は極めて狭く、バックラッシュを上記範囲とするには、ウォームホイール等の歯部形成や、減速機構の組立てに高度の精度管理が必要である。
特開２００３−１８２６０１号公報

本発明は、高精度の歯部形成や組立てをしなくても、フリクショントルクを増大させずに、歯打ちによる騒音の発生を減少させ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嵌着された従動ギヤとを備え、上記従動ギヤは、内径部と、この内径部の外周に形成された嵌合面に回転方向に相対変位可能に直接的に嵌合する嵌合面が内周に形成された外径部と、上記内径部に外径部を回転方向に弾力的に相対変位可能に連結する連結部材とを含むことを特徴とするものである。

上記構成の電動パワーステアリング装置では、駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュが比較的大きい場合、従動ギヤの歯には歯打ちの衝撃が加わるが、この衝撃に対して、従動ギヤの外径部が内径部の周りで弾力的に微量に回転変位することで、衝撃を吸収する。そのため、歯打ち音は小さくなり、発生する騒音が減少する。

この場合、ギヤ間のバックラッシュは比較的大きくてもよいから、フリクショントルクを小さくすることができ、また、各ギヤの歯部形成や、減速機構の組立てを高精度に行う必要がなくなり、製造上の負担が軽くなる。

さらに、従動ギヤの外径部と内径部とは、剛体として直接的に嵌合しているから、全体が一体物である従動ギヤと同様に、駆動ギヤとの芯間距離を高精度に設定することができる。

このほか、運転者が操舵操作を始めたとき、電動モータはまだ回転停止状態にあり、従来の電動パワーステアリング装置では、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かかり、運転者には、ステアリングホイールの動きが重く、引っ掛かり感を感じさせる。

これに対して、本発明では、従動ギヤの外径部に対して、内径部と、この内径部が嵌着された操舵軸とは、弾性的に微量範囲、回転方向に変位しうるから、操舵軸は、操舵初期、従動ギヤの外径部を回転停止状態としたまま小角度回転する。これで、操舵軸は、電動モータの静止したロータの慣性重量の影響を受けずに軽く回転することになり、操舵初期の引っ掛かり感が解消される。

連結部材は、例えば、ゴムのような弾性材で構成されるが、ばね材で構成した連結部材も採用可能である。

本発明によれば、フリクショントルクを増大させることなく、歯打ちによる騒音の発生を減少させることができる。

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、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軸方向に沿った拡大断面図、図３は、図２のウォームホイールの分解側面図で、半部は断面を、半部は外形を示している。

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。

操舵軸２には、操舵部材１の操作による操舵トルクと、電動モータ５が発生する操舵補助トルクとが加えられ、これらトルクの和が、出力トルクと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上記したトルクセンサ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、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、出力軸１２の所定の軸方向位置に固定されている。図示例では、図２に示すように、出力軸１２に形成された段部１２ａと、出力軸１２の外周に嵌着された止め輪２０とにより、出力軸１２の所定の軸方向位置に位置決めされている。

ウォームホイール６２は、図２および図３に示すように、内径部６２１と、外径部６２２と、内径部６２１に外径部６２２を連結する連結部材２１とを含む。

ウォームホイール６２の内径部６２１は、圧入やキー止め等の固定手段により出力軸１２の外周面に嵌着されるもので、外周に円筒状の円周面からなる嵌合面６２１ａを有し、この嵌合面６２１ａの軸方向一方側に段落形状の取り付け凹部６２１ｂが形成されている。この取り付け凹部６２１ｂの各面のうち、径方向外側に向いた周面６２１ｂｉは、ローレット加工等により凹凸面とされている。符号６２１ｃは、内径部６２１の軸孔である。

外径部６２２は、上記内径部６２１の外周に設けられるもので、外周にウォーム軸６１の歯部と噛合する歯部６２２ｃを有し、内周には、円筒状の円周面からなる嵌合面６２２ａが形成されている。この嵌合面６２２ａは、上記内径部６２１の嵌合面６２１ａに相対回転可能に嵌合するもので、これら両嵌合面６２１ａ，６２２ａの嵌合により、外径部６２２は内径部６２１の外周に相対回転可能に設けられる。

外径部６２２の上記嵌合面６２２ａの軸方向一方側には、段落形状の取り付け凹部６２２ｂが形成されている。この取り付け凹部６２２ｂは、内径部６２１の取り付け凹部６２１ｂと径方向内外に対称となる形状、大きさで、これら両取り付け凹部６２１ｂ，６２２ｂが径方向内外に対向位置することで、ウォームホイール６２の側面に、軸方向外方に対して断面コ字形に開いた環状溝が形成されるようになっている。この取り付け凹部６２２ｂの各面のうち、径方向内方に向いた周面６２２ｂｏは、ローレット加工等により凹凸面とされている。

連結部材２１は、ウォームホイール６２の内径部６２１と外径部６２１とを弾力的に回転方向相対変位可能に連結するもので、本実施形態では、振動吸収性に優れた弾性材、例えば、ゴム、もしくはポリウレタン系や、ポリエステル系、オレフィン系、スチレン系等の樹脂からなり、軸方向の断面が方形の環状体に成形されている。

この連結部材２１は、内径部６２１側の取り付け凹部６２１ｂと、外径部６２２側の取り付け凹部６２２ｂとで構成される環状溝の内部に嵌め込まれ、連結部材２１の内周面を内径側の取り付け凹部６２１ｂの周面（凹凸面）６２１ｂｉに接着し、連結部材２１の外周面を外径側の取り付け凹部６２２ｂの周面（凹凸面）６２２ｂｏに接着することで、内径部６２１と外径部６２２とに結合されている。

上記構成において、ウォームホイール６２の外径部６２２は、内径部６２１に対して、回転方向に微量範囲、弾力的に変位することが可能である。ウォーム軸６１からウォームホイール６２の歯部６２２ｃに歯打ちの衝撃が加わると、外径部６２２は内径部６２１の周りで弾力的に微量範囲、回転方向に変位することで上記の衝撃を吸収する。そのため、歯打ち音は小さくなり、発生する騒音が減少する。

また、ウォームホイール６２の外径部６２２を基準にして見れば、この外径部６２２に対して、内径部６２１およびこの内径部６２１が嵌着された出力軸１２は、弾力的に微量範囲、回転方向に変位しうる。そのため、操舵初期、出力軸１２が操舵部材１により回転させられると、この出力軸１２とウォームホイール６２の内径部６２１とは、電動モータ５の静止しているロータの慣性重量がかかっているウォーム軸６１と、このウォーム軸６１に噛み合うウォームホイール６２の外径部６２２とを回転停止状態としたまま、小角度回転する。これで、出力軸１２は、電動モータ５の静止したロータの慣性重量の影響を受けずに軽く回転することになり、操舵初期の引っ掛かり感が解消される。

＜他の実施形態＞
図４は、第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームホイールの軸方向に沿った拡大断面図である。この第２の実施形態では、ウォームホイール６２の内径部６２１の円筒状の嵌合面６２１ａの軸方向両側に取り付け凹部６２１ｂ，６２１ｂが形成され、外径部６２２でも、嵌合面６２２ａの軸方向両側に取り付け凹部６２２ｂ，６２２ｂが形成されている。連結部材２１は、内径部６２１および外径部６２２の軸方向両側において、これら内径側の取り付け凹部６２１ｂと、外径側の取り付け凹部６２２ｂとで構成される環状溝の内部に嵌め込まれ、その内周面が内径部６２１に、外周面が外径部６２２に、それぞれ接着により結合されている。

本実施形態では、内径部６２１に対して外径部６２２が相対的に回転変位した場合、ウォームホイール６２の軸方向両側で、連結部材２１の復元弾力が作用する。ウォームホイール６２の軸方向片側だけに連結部材２１が設けられている場合は、ウォームホイール６２の軸方向片側だけに連結部材２１の復元弾力が作用する。この場合において、内径部６２１と外径部６２２の嵌合面６２１ａ，６２２ａの間に隙間があると、内径部６２１に対して外径部６２２が上記隙間の分、傾くおそれがある。これに対して、本実施形態では、ウォームホイール６２の軸方向両側で連結部材２１の復元弾力が作用することになって軸方向両側でバランスがとれ、内径部６２１に対して外径部６２２が傾くおそれがない。

図５は、第３の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームホイールの軸方向に沿った拡大断面図である。この第３の実施形態では、ウォームホイール６２の内径部６２１と外径部６２２とは、軸方向の中途部に段差のある円周面を介して嵌合している。

すなわち、内径部６２１の外周には、円筒状で大径の円周面６２１ａｄと、この大径の円周面６２１ａｄに段差面６２１ａｅを介して連続する円筒状で小径の円周面６２１ａｆとからなる嵌合面６２１ａが形成されており、一方、外径部６２２の内周には、上記内径部６２１の嵌合面６２１ａに嵌合するよう、円筒状で大径の円周面６２２ａｄと、この大径の円周面６２２ａｄに段差面６２２ａｅを介して連続する円筒状で小径の円周面６２２ａｆとからなる嵌合面６２２ａが形成されている。そして、これら嵌合面６２１ａ，６２２ａの嵌合により、外径部６２２は内径部６２１の外周に回転方向相対変位可能に設けられている。

連結部材２１が、内径部６２１および外径部６２２の軸方向両側に設けられる点は、第２の実施形態と同じであるが、もちろん、内径部６２１および外径部６２２の軸方向片側にのみ連結部材２１を設ける構成としてもよい。

図示のウォームホイール６２やヘリカルギヤには、一般に、ギヤの噛み合いによりスラスト力が作用するが、図２および図４に示す各実施形態のウォームホイール６２では、連結部材２１の形状や弾性によっては、上記のスラスト力により、内径部６２１に対して外径部６２２が軸方向に位置ずれするおそれがある。これに対して、第３の実施形態では、ウォームホイール６２の外径部６２２に矢印イの方向に作用するスラスト力は、外径部６２２の段差面６２２ａｅを介して、内径部６２１の段差面６２１ａｅに受け止められることになり、連結部材２１の弾性の強弱等に関係なく、内径部６２１に対して外径部６２２が軸方向に位置ずれすることがない。

ウォームホイール６２の外径部６２２を内径部６２１に対して相対回転可能とするには、内径部６２１と外径部６２２との嵌合面６２１ａ，６２２ａは、単一径の円筒状の円周面に限らず、上記の第３の実施形態に示したように、軸方向中途部に段差のある嵌合面（６２１ａｄ，６２１ａｅ，６２１ａｆ、あるいは６２２ａｄ，６２２ａｅ，６２２ａｆ）としてもよく、また、軸方向の一方側に広がるテーパ面でもよく、要するに、内径部６２１と外径部６２２との嵌合面６２１ａ，６２２ａは、径方向に沿った断面が円形で、相対回転可能に嵌合する嵌合面であればよい。

連結部材２１として、上記各実施形態では、弾性材からなる環状の部材を用いたが、ばね材からなる連結部材も採用可能である。ばね材からなる連結部材に対しては、例えば、内径部６２１および外径部６２２の各側面部にそれぞれピン等の取り付け部を突設し、これら取り付け部間に、ばね材からなる連結部材を装着すればよい。

上記した各実施形態において、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、平歯車等、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軸方向に沿った拡大断面図。 図２のウォームホイールの分解側面図で、半部は断面を、半部が外形を示している。 本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームホイールの軸方向に沿った拡大断面図。 本発明の第３の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームホイールの軸方向に沿った拡大断面図。

符号の説明

１ 操舵部材
２ 操舵軸
４ トルクセンサ
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）
６２１ 内径部
６２１ａ 嵌合面
６２２ 外径部
６２２ａ 嵌合面
２１ 連結部材

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、
   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嵌着された従動ギヤとを備え、
   上記従動ギヤは、内径部と、この内径部の外周に形成された嵌合面に回転方向に相対変位可能に直接的に嵌合する嵌合面が内周に形成された外径部と、上記内径部に外径部を回転方向に弾力的に相対変位可能に連結する連結部材とを含む、
   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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