JP2007153025A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】幅広い弾性反力を得ることができ、トルクを増大させることなく、ギヤの歯打ち音を抑制すること。
【解決手段】駆動軸１の反モータ軸受４の外径側に、弾性体７０が介在してある。弾性体７０は、中心側から外側に向かって、軟質弾性体７０ａ、中間弾性体７０ｂ、及び、硬質弾性体７０ｃの３層からなる。例えば、軟質弾性体７０ａを極端に柔らかな材料にする一方、肉厚を薄く設定することで、早々に中間弾性体７０ｂの支配的な領域に移行し、その分、中間弾性体７０ｂの支配的な領域を増やして設定するなど、総合的な弾性特性の調整が可能になる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パフーステアリング装置に関し、特に、ギヤの歯打ち音を抑制する動力伝達機構を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。

そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。

ＥＰＳでは、操舵軸に加わるトルクを検出し、検出されたトルクに応じて、動力伝達機構を介して操舵軸に結合された電動モータを駆動し、操舵力を補助する構成を備えている。この動力伝達機構には、一般的に、ウォームギヤ機構の減速機構が広く使用されている。

このウォームギヤ機構の減速機構では、駆動歯車（ウォーム）と従動歯車（ウォームホイール）との噛合部に、バックラッシが生じ、このバックラッシによるギヤの歯打ち音が発生する。

これは、各部品の寸法誤差や組立誤差によるものであるため、部品の仕上げ精度を高め、組立誤差を少なくする必要があった。

しかし、バックラッシは、駆動歯車及び従動歯車の歯の磨耗増大などによっても発生する。このため、駆動歯車を従動歯車との噛合方向に移動可能に構成すると共に、従動歯車の方向に押圧する手段を設け、駆動歯車と従動歯車との噛合部のバックラッシ量を減少させるものが提案されている。

この手段として、特許文献１のように、弾性体を軸受の周囲に設け、弾性体の変形で移動可能にすると共に、その変形反力で押圧するといった手段を用いる従来例がある。

また、特許文献２のように、その移動量を制限するためにストッパを設けた従来例もある。
特開２００１−３２２５５４号公報 特開２００２−９６７４９号公報

しかしながら、特許文献１に示す従来例では、弾性体の弾性特性の設定が難しい。すなわち、弾性率の低い材料を使用する場合には、駆動歯車の変動を抑えきれず、バックラッシが発生して、歯打ち音の発生の原因となる場合がある。

逆に、弾性率が高い材料を使用する場合には、押圧力が高くなり易く、ギヤ同士を強く押し付けることになるため、回転抵抗が増大して、伝達効率が低下する場合がある。

また、特許文献２に示す従来例では、ストッパで移動量を制限するが、制限範囲の中では、特許文献１と同様の問題が存在し、制限のために用いられるストッパは、弾性体と弾性特性が大きく異なるため、ストッパに当接した際に、違和感が伝わる可能性もある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、複数層あるいは部位からなる弾性特性の異なる弾性体を、軸受の外径側又は内径側に配置することにより、幅広い弾性反力を得ることができることから、トルクを増大させることなく、ギヤの歯打ち音を抑制することができる、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。

上記の目的を達成するため、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵軸に加わる操舵トルクに応じて電動モータを駆動して、操舵力を補助する電動パワーステアリング装置において、
前記電動モータの出力軸に結合して２個の軸受で支持される駆動軸を有する駆動歯車と、
当該駆動歯車に噛合って前記操舵軸に取り付けられる従動歯車と、を備え、
前記駆動軸を支持する軸受の外径側又は内径側に、弾性体を設けると共に、
当該弾性体は、弾性特性の異なる複数の層からなることを特徴とする。

好適には、前記弾性体は、弾性特性の異なる複数の部位からなる。

本発明によれば、複数層あるいは部位からなる弾性特性の異なる弾性体を、軸受の外径側又は内径側に配置することにより、幅広い弾性反力を得ることができることから、トルクを増大させることなく、ギヤの歯打ち音を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の断面図である。

図２は、図１に示した第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図である。

図３（ａ）は、図１に示した第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の駆動軸の軸受の外周囲に装着した弾性体の断面図である。

図４は、弾性体の応力と歪みとの関係を示すグラフである。

図１に示すように、駆動軸１は、その中央部外周囲に、駆動歯車１０（ウォーム）が形成してあり、その両端部に於いて、電動モータ２に近い側のモータ側軸受３と、電動モータ２から離れた側の反モータ側軸受４とにより、回転自在に支持してある。

また、駆動軸１は、電動モータ２の出力軸２１に、スプライン嵌合してある。

モータ側軸受３は、駆動軸１に一体に形成したフランジ１１と、その端部に固定したナット１２との間に、それぞれ、圧縮された一対のゴムダンパー１３，１３を介して、駆動軸１と同芯になるように、弾性支持してある。

これにより、駆動軸１は、ゴムダンパー１３の弾性範囲内で、モータ側軸受３に対して、軸方向に移動可能である。

駆動歯車１０（ウォーム）には、従動歯車５（ウォームホイール）が噛合してあり、この従動歯車５（ウォームホイール）は、操舵軸６に取り付けてある。

さて、本実施の形態では、駆動軸１の反モータ軸受４の外径側に、弾性体７０が介在してある。

弾性体７０は、中心側から外側に向かって、軟質弾性体７０ａ、中間弾性体７０ｂ、及び、硬質弾性体７０ｃの３層からなる。

本実施の形態では、弾性体７０は、それぞれ、（ＮＢＲヤング率ｌ０ＭＰａ相当）、ウレタンエラストマー（同じく８０ＭＰａ）、ポリエステルエラストマー（同じく２５０ＭＰａ）の３層からなる。

また、軟質弾性体７０ａの厚さを０．３ｍｍ、中間弾性体７０ｂの厚さを０．６ｍｍ、硬質弾性体７０ｃの厚さを１．１ｍｍとしたが、電動モータ２からの入力や特性に応じて変更しても構わない。

弾性体７０は、図４の本実施の形態における応力−歪み線図に示すように、３層からなる複層構造であるため、２箇所の屈曲点を有し且つ３種類の傾きを有している。

図４に示すように、各弾性体７０ａ，７０ｂ，７０ｃの支配的な領域があり、見かけ上、軟質弾性体７０ａの変形限界以上の荷重がかかると、中間弾性体７０ｂの変形が支配的となる。さらに、硬質弾性体７０ｃの支配的な領域へと移行するように作用する。

本実施の形態の場合、例えば、軟質弾性体７０ａを極端に柔らかな材料にする一方、肉厚を薄く設定することで、早々に中間弾性体７０ｂの支配的な領域に移行し、その分、中間弾性体７０ｂの支配的な領域を増やして設定するなど、総合的な弾性特性の調整が可能になる。

上記の場合、軟質弾性体７０ａを極端に軟らかくすることで、衝撃的な駆動軸の挙動に対しても、軟質弾性体７０ａが緩衝しやすくなるため、より歯打ち音などを除去しやすくなる。

以上から、本実施の形態によれば、噛合い方向の変形は、弾性変形で得ることができ、また、その弾性反力で押圧力を得ることができる。

また、駆動歯車１０の移動に伴い、先ずは、弾性特性の低い弾性体が変形を始め、所定の荷重を超えると、弾性特性の高い弾性体も変形を生じ、段階的な反力を得ることができる。そのため、弾性特性の低い弾性体により、ギヤを強く押し付けて、回転抵抗を高めることがない。一方で、弾性特性の高い弾性体により、駆動歯車１０の過度な変位を抑えることができる。

さらに、弾性特性は、異なるものの弾性体同士であるため、ストッパ当接の違和感を感じることも無い。

（第１実施の形態の変形例）
図３（ｂ）は、第１実施の形態の変形例に係り、電動パワーステアリング装置の駆動軸の軸受の外周囲に装着した弾性体の断面図である。

本変形例では、弾性体７０の構成は、第１実施の形態と同様である。

本変形例の場合、硬質弾性体７０ｃには、その両脇に、せり出し部７１が設けてある。

そのため、駆動軸１は、図中のＸ方向には動きにくく、Ｚ方向に誘導される。したがって、弾性体７０の配置は、Ｚ方向を図１のＺ方向と一致させる。

上記によれば、駆動軸１と操舵軸６の軸間距離は、変化しても、軸のズレを防ぐことができるため、効率や耐久性能の安定化を図ることができる。

以上から、本変形例では、弾性体７０が弾性特性の異なる複数の部位からなることを特徴とする。

動力伝達時の駆動歯車に作用する力について、その力の方向に駆動歯車１０が自由に変位できる場合には、ギヤの噛合いは、一義的に決定せず、効率や耐久性の低下を招くことにもなる。

しかしながら、本変形例によれば、配置により弾性特性の低い弾性体のある方向に変形を誘導できることから、ギヤの噛合いを管理することができる。

（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の断面図である。

図６は、図５に示した第２実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図である。

図７（ａ）は、図５に示した第２実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の駆動軸の軸受の外周囲に装着した弾性体の縦断面図であり、（ｂ）は、その横断面図である。

本実施の形態では、駆動軸１と反モータ側軸受４との間（即ち、反モータ側軸受４の内径側）に、弾性体７０が介在してある。

弾性体７０は、図７に示すように、中心側から外側に向かって、軟質弾性体７０ａ、中間弾性体７０ｂ、硬質弾性体７０ｃの３層からなる。

材質や特性は、上記第１実施の形態と同様であり、また、第１実施の形態の変形例と同様に、硬質弾性体７０ｃには、図３（ｂ）のせり出し部７１と同様なせり出し部が設けてあっても構わない。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の断面図である。 図１に示した第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図である。 （ａ）は、図１に示した第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の駆動軸の軸受の外周囲に装着した弾性体の断面図である。（ｂ）は、第１実施の形態の変形例に係り、電動パワーステアリング装置の駆動軸の軸受の外周囲に装着した弾性体の断面図である。 弾性体の応力と歪みとの関係を示すグラフである。 本発明の第２実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の断面図である。 図５に示した第２実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図である。 （ａ）は、図５に示した第２実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の駆動軸の軸受の外周囲に装着した弾性体の縦断面図であり、（ｂ）は、その横断面図である。

符号の説明

１ 駆動軸
１０ 駆動歯車（ウォーム）
１１ フランジ
１２ ナット
１３ ゴムダンパー
２ 電動モータ
２１ 出力軸
３ モータ側軸受
４ 反モータ側軸受
５ 従動歯車（ウォームホイール）
６ 操舵軸
７０ 弾性体
７０ａ 軟質弾性体
７０ｂ 中間弾性体
７０ｃ 硬質弾性体
７１ せり出し部

Claims (2)

1. 車両の操舵軸に加わる操舵トルクに応じて電動モータを駆動して、操舵力を補助する電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータの出力軸に結合して２個の軸受で支持される駆動軸を有する駆動歯車と、
   当該駆動歯車に噛合って前記操舵軸に取り付けられる従動歯車と、を備え、
   前記駆動軸を支持する軸受の外径側又は内径側に、弾性体を設けると共に、
   当該弾性体は、弾性特性の異なる複数の層からなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記弾性体は、弾性特性の異なる複数の部位からなることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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