JP2010095213A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動傘歯車と従動傘歯車との間にバックラッシュがあっても、歯打ち音等の発生を長期に亘って安定的に抑制することが可能な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ギヤハウジング１７と、ギヤハウジングに軸方向に移動可能に設けられたラック軸１１と、ラック軸が挿通される回転可能な中空シャフト１３と、中空シャフトの回転をラック軸の軸方向運動に変換するボールねじ機構１４と、ギヤハウジングに中空シャフトと斜交するように配置され電動モータ１２によって回転される駆動軸１５と、駆動軸上に設けられた駆動傘歯車３５と、中空シャフト上に設けられ駆動傘歯車に噛合する従動傘歯車２５とを備え、中空シャフト上に第１摺動リング４１を配設し、駆動軸上に第１摺動リングに弾性接触圧をもって摺動可能に摩擦係合する第２摺動リング４２を配設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラッククロス型の電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、ステアリング操作に応じて軸方向に移動されるラック軸と、ラック軸と同軸に配置されモータによって回転される中空シャフトとを有し、中空シャフトの回転をボールねじ機構によりラック軸の軸方向運動に変換することにより操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置として、いわゆるラッククロス型の電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。ラッククロス型の電動パワーステアリング装置は、モータによって回転される駆動軸をラック軸（中空シャフト）に対してその軸線が斜交するように配置し、駆動軸に駆動傘歯車を設け、中空シャフトに駆動傘歯車に噛合する従動傘歯車を設け、モータによる駆動軸の回転を駆動傘歯車および従動傘歯車を介して中空シャフトに伝達するようになっている。

この種のラッククロス型の電動パワーステアリング装置においては、駆動軸と中空シャフトとを駆動傘歯車と従動傘歯車によって回転連結する構成であるため、両傘歯車間にバックラッシュが生じると、歯打ち音等が発生する恐れがあり、両傘歯車間の噛み合い精度を適正に保つ必要がある。

そのために、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置においては、駆動傘歯車（駆動ギヤ６）あるいは従動傘歯車（被動ギヤ１９ｂ）を、軸受７、２０を介して回転可能に支持した内ハウジング４、１４を、ねじによる調整機構によってギヤハウジングに対して軸方向に位置調整できるようにして、駆動傘歯車（従動傘歯車）を従動傘歯車（駆動傘歯車）とのバックラッシュを除去する位置に固定するようなっている。

一方、特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置においては、従動傘歯車（従動ギヤ２２）を回転可能に支持した第１ハウジング３１と、駆動傘歯車（駆動ギヤ２２）を回転可能に支持した第２ハウジング３２を、従動傘歯車の回転方向あるいは径方向に相対的に位置調整できるようにして、駆動傘歯車と従動傘歯車とのバックラッシュを除去するようになっている。

かかる特許文献１および特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置によれば、駆動傘歯車と従動傘歯車をバックラッシュを除去した適正な噛合い状態に組付けできる特徴がある。
特開２００４−１２２８５８号公報 特開２００３−２５２２１２号公報

しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に記載されているような電動パワーステアリング装置においては、組付け時にバックラッシュ調整を適正に実施できたとしても、経時的変化によって両傘歯車間にバックラッシュが生ずる問題がある。特に、この種の電動パワーステアリング装置においては、駆動傘歯車と従動傘歯車の噛合いによる騒音を防止するために、一方の傘歯車（従動傘歯車）が合成樹脂で、他方の傘歯車（駆動傘歯車）が金属で構成されるため、使用につれて合成樹脂からなる傘歯車が漸次摩耗する。このために、バックラッシュによる歯打ち音等の発生を長期に亘って抑制することが難しい問題があった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、駆動傘歯車と従動傘歯車とのバックラッシュを除去する発想を転換し、バックラッシュがあっても歯打ち音等の発生を長期に亘って安定的に抑制することが可能な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ものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、ギヤハウジングと、該ギヤハウジングに軸方向に移動可能に設けられたラック軸と、該ラック軸が挿通される回転可能な中空シャフトと、該中空シャフトの回転を前記ラック軸の軸方向運動に変換するボールねじ機構と、前記ギヤハウジングに前記中空シャフトと斜交するように配置され電動モータによって回転される駆動軸と、該駆動軸に設けられた駆動傘歯車と、前記中空シャフトに設けられ前記駆動傘歯車に噛合する従動傘歯車とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記中空シャフト上に、第１摺動リングを配設し、前記駆動軸上に、前記第１摺動リングに弾性接触圧をもって摺動可能に摩擦係合する第２摺動リングを配設したことである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記第１摺動リングおよび前記第２摺動リングは金属からなり、これら第１摺動リングおよび第２摺動リングのいずれか一方を、弾性リングを介して前記中空シャフト上あるいは前記駆動軸上に取付けたことである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、前記駆動傘歯車は金属からなり、前記従動傘歯車は樹脂からなっていることである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項２または請求項３において、前記第２摺動リングは、前記駆動軸が前記ギヤハウジングに組付けられることにより、前記弾性リングを圧縮して前記第１摺動リングに弾性接触圧をもって摩擦係合されるようになっていることである。

請求項１に係る発明によれば、ラック軸が挿通される中空シャフト上に第１摺動リングを配設し、モータによって回転される駆動軸上に第１摺動リングに弾性接触圧をもって摺動可能に摩擦係合する第２摺動リングを配設したので、第１摺動リングと第２摺動リングとの摩擦係合作用によって、電動モータの回転方向が反転する際の駆動傘歯車と従動傘歯車との相対回転速度を抑制することができる。これにより、たとえ駆動傘歯車と従動傘歯車との間にバックラッシュが存在していても、歯打ち音や振動の発生を抑制することができる。

請求項２に係る発明によれば、第１および第２摺動リングは金属からなり、これら第１および第２摺動リングのいずれか一方を、弾性リングを介して中空シャフトあるいは駆動軸上に取付けたので、弾性リングによって第１摺動リングと第２摺動リングとの間に弾性接触圧を付与することができるとともに、第１および第２摺動リングの摩耗を少なくでき、電動モータの回転方向が反転する際の駆動傘歯車と従動傘歯車との相対回転速度の抑制作用を、長期に亘って安定的に持続することができる。

請求項３に係る発明によれば、駆動傘歯車は金属からなり、従動傘歯車は樹脂からなっているので、駆動傘歯車と従動傘歯車の噛合いによる騒音を抑制することができる。

請求項４に係る発明によれば、第２摺動リングは、駆動軸がギヤハウジングに組付けられることにより、弾性リングを圧縮して第１摺動リングに弾性接触圧をもって摩擦係合されるようになっているので、駆動軸をギヤハウジングに組付けるだけで、第１摺動リングと第２摺動リングとを弾性接触圧が得られるように摩擦係合させることができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態における電動パワーステアリング装置１０は、図１に示すように、ステアリング操作に応じて軸方向に移動されるラック軸１１と、ラック軸１１が挿通されるとともに電動モータ１２によって回転される中空シャフト１３と、中空シャフト１３の回転をラック軸１１の軸方向運動に変換するボールねじ機構１４と、電動モータ１２の回転を後述する傘歯車機構を介して中空シャフト１３に伝達する駆動軸１５とを備えている。

電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１１、中空シャフト１３、ボールねじ機構１４および駆動軸１５を収納するギヤハウジング１７を備えている。ギヤハウジング１７には、略円筒状に形成された第１収納穴２１と第２収納穴２２が形成されている。第１収納穴２１は、ラック軸１１と平行な軸線を有し、第２収納穴２２は、その軸線が第１収納穴２１の軸線と鋭角をなして斜交している。第２収納穴２２は、一端を第１収納穴２１内に開口され、他端をギヤハウジング１７の外部に開口するように形成されている。

ギヤハウジング１７の第１収納穴２１には、その軸線に沿うように円筒状の中空シャフト１３が収納され、中空シャフト１３は、軸受２３、２４によって両端をギヤハウジング１７に回転可能に支持されている。中空シャフト１３の外周には、合成樹脂からなる従動傘歯車２５を外周に鋳込み成形した金属製のリング体２６がキー係合され、締付ナット４４によって固定されている。

また、ギヤハウジング１７の第１収納穴２１には、中空シャフト１３を貫通するラック軸１１が、ギヤハウジング１７に内装されたガイドブッシュ２７および図略のラックガイドにより軸線方向に往復移動可能に支持されている。ラック軸１１の外周には、ねじ溝１１ａが形成され、ねじ溝１１ａは中空シャフト１３の一端に一体的に装着されたボールナット２８の内周に形成された図略のねじ溝に複数の転動ボールを介して螺合されている。かかるねじ溝１１ａを形成したラック軸１１、中空シャフト１３に装着されたボールナット２８、および転動ボールによってボールねじ機構１４が構成され、このボールねじ機構１４によって、中空シャフト１３の回転がラック軸１１の軸方向運動に変換される。

ギヤハウジング１７の第２収納穴２２には、駆動軸ユニット３０が装着されるようになっている。駆動軸ユニット３０は、一端に第２収納穴２２に収納される筒状部３１ａを有し、他端に取付ボルト３２によってギヤハウジング１７に固定されるモータ取付部３１ｂを有した軸受ケース３１と、この軸受ケース３１に軸方向に離間した２つの軸受３３を介してラック軸１１の軸線と斜交する軸線の回りに回転可能に支持された駆動軸１５と、駆動軸１５上に設けられ従動傘歯車２５に噛合する駆動傘歯車３５とを備えている。

駆動傘歯車３５は金属にて構成され、従動傘歯車２５より小径に構成されている。これら金属からなる駆動傘歯車３５と、合成樹脂からなる従動傘歯車２５との噛合いにより、駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５との噛合いによる騒音の発生を抑制するとともに、電動モータ１２の回転を中空シャフト１３に減速して伝達するようになっている。

軸受ケース３１のモータ取付部３１ｂには、電動モータ１２が設置され、電動モータ１２の出力軸１２ａの一端は、軸受ケース３１の筒状部３１ａに支持された駆動軸１５の一端に連結されている。これにより、電動モータ１２によって駆動される駆動軸１５の回転は、駆動傘歯車３５および従動傘歯車２５を介して、中空シャフト１３に伝達され、中空シャフト１３の回転はボールねじ機構１４によりラック軸１１の軸方向運動に変換される。従って、運転者のハンドル操舵により、ラック軸１１は電動モータ１２によってハンドル操舵に応じた方向に移動され、運転者のマニュアル操舵がアシストされる。

中空シャフト１３の外周に固定されたリング体２６の外周には、図２に詳細に示すように、ゴム製の弾性リング４０が装着され、この弾性リング４０の外周に金属製の第１摺動リング４１が中空シャフト１３と同一軸線上に配設されている。第１摺動リング４１の外周面は、従動傘歯車２５のピッチ円錐角と略同一の傾斜角に形成されている。

一方、駆動傘歯車３５を取付けた駆動軸１５上には、第１摺動リング４１の外周面に摺動可能に摩擦係合する外周面を有する金属製の第２摺動リング４２が配設され、締付ボルト４３によって駆動傘歯車３５に一体的に結合されている。第２摺動リング４２の外周面は、駆動傘歯車３５のピッチ円錐角と略同一の傾斜角に形成され、第１摺動リング４１と幅方向の略全長に亘って摩擦係合するようになっている。

この場合、第１摺動リング４１および第２摺動リング４２のいずれか一方の外径は、従動傘歯車２５もしくは駆動傘歯車３５のピッチ円より僅かに大きく設定され、これにより、第１摺動リング４１と第２摺動リング４２が摩擦係合する際に、弾性リング４０を押縮して第１摺動リング４１を偏心させ、第１摺動リング４１と第２摺動リング４２との間に弾性リング４０による弾性接触圧が得られるようにしている。上記した弾性リング４０、第１摺動リング４１および第２摺動リング４２によって、中空シャフト１３上の第１摺動リング４１と駆動軸１５上の第２摺動リング４２とを、弾性接触圧をもって摺動可能に摩擦係合させる摩擦係合手段４５を構成している。

駆動軸１５上に取付けた第２摺動リング４２は、駆動軸１５を軸受３３を介して回転可能に支持した駆動軸ユニット３０を、第２収納穴２２に収納することにより、中空シャフト１３上の第１摺動リング４１に弾性リング４０を押縮しながら摩擦係合される。同時に、駆動軸１５上の駆動傘歯車３５が中空シャフト１３上の従動傘歯車２５に噛合される。駆動軸ユニット３０の軸受ケース３１がギヤハウジング１７の端面に当接する所定位置まで収納された状態で、取付ボルト３２によって軸受ケース３１がギヤハウジング１７に固定される。

次に、上記した実施の形態における電動パワーステアリング装置１０の動作について説明する。図略のステアリングホイールを操舵すると、操舵トルクが図略のピニオン軸に入力され、ラックピニオン機構によってラック軸１１が軸方向に移動される。

ピニオン軸に入力された操舵トルクは図略のトルクセンサにより検出され、この操舵トルクに基づいて電動モータ１２が制御され、駆動軸１５が一方向に回転駆動される。駆動軸１５の回転は、駆動傘歯車３５および従動傘歯車２５を介して中空シャフト１３に伝達され、ボールナット２８が回転される。ボールナット２８の回転により、ボールねじ機構１４によってラック軸１１が軸方向に移動される。このようにして、ラック軸１１に電動モータ１２によるアシスト力が作用され、このアシスト力によって図略の転舵輪が転舵され、運転者によるステアリングホイールの操舵力が軽減される。

ところで、上記した構成の電動パワーステアリング装置１０においては、使用につれて樹脂製の従動傘歯車２５が摩耗し、従動傘歯車２５の摩耗によって駆動傘歯車３５との間にバックラッシュが発生する。この場合、バックラッシュによる影響は、ステアリングホイールの切り方向が切り替えられ、電動モータ１２の回転方向が反転するときに、バックラッシュ分だけ駆動傘歯車３５が従動傘歯車２５に対して瞬時に相対回転して、駆動傘歯車３５が従動傘歯車２５に衝撃的に接触することにより、歯打ち音や振動が発生することで問題となる。

しかしながら、本実施の形態においては、中空シャフト１３上の第１摺動リング４１と、駆動軸１５上の第２摺動リング４２が弾性リング４０の弾性力によって摩擦係合されているため、電動モータ１２の回転方向が反転する際の駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５との相対回転速度が抑制され、歯打ち音や振動を発生させなくすることができる。

また、駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５が回転伝達している状態であっても、第１摺動リング４１と第２摺動リング４２の摩擦係合により、回転トルク変動を小さくすることができる。

従って、使用につれて樹脂製の従動傘歯車２５が摩耗し、駆動傘歯車３５とのバックラッシュが発生しても、バックラッシュによる悪影響が顕在化せず、歯打ち音や振動の発生を抑制できる。このことはまた、電動パワーステアリング装置１０の初期組付け時に、駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５とのバックラッシュをなくするように微妙に調整する必要がないことを意味し、電動パワーステアリング装置１０の組付けの容易化を可能にする。

上記した実施の形態によれば、ラック軸１１が挿通される中空シャフト１３上の金属リング体２６の外周に、弾性リング４０を介して第１摺動リング４１を配設し、駆動軸１５上に第１摺動リング４１に摺動可能に摩擦係合する第２摺動リング４２を配設したので、第１摺動リング４１と第２摺動リング４２との摩擦係合作用によって、電動モータ１２の回転方向が反転する際の駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５との相対回転速度を抑制することができる。これにより、たとえ駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５との間にバックラッシュが存在していても、駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５との歯打ち音や振動の発生を効果的に抑制することができ、操舵フィーリングを長期に亘って良好に維持できるようになる。

また、駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５との間にバックラッシュがあっても、歯打ち音や振動の発生を抑制できることから、電動パワーステアリング装置１０の組付け時に、駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５とのバックラッシュを微妙に調整する必要がなく、これによって、電動パワーステアリング装置１０の組付けを容易に行うことが可能となる。

さらに、上記した実施の形態によれば、第１および第２摺動リング４１、４２は金属からなり、第１摺動リング４１を弾性リング４０を介して中空シャフト１３上に取付けたので、弾性リング４０によって第１摺動リング４１と第２摺動リング４２との間に弾性接触圧を付与することができるとともに、第１および第２摺動リング４１、４２の摩耗を少なくでき、電動モータ１２の回転方向が反転する際の駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５との相対回転速度の抑制作用を、長期に亘って安定的に持続することができる。しかも、駆動傘歯車３５は金属からなり、従動傘歯車２５は樹脂からなっているので、駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５の噛合いによる騒音を抑制することができる。

上記した実施の形態においては、弾性リング４０を、中空シャフト１３と第１摺動リング４１との間に介在させた例について述べたが、弾性リング４０を、中空シャフト１３と第１摺動リング４１との間に介在させる代わりに、駆動軸１５と第２摺動リング４２との間に介在させても、同様な作用効果を奏することができる。

上記した実施の形態においては、中空シャフト１３上の第１摺動リング４１および駆動軸１５上の第２摺動リング４２を金属にて構成した例について述べたが、第１および第２摺動リング４１、４２は、必ずしも金属である必要はなく、例えば硬質の樹脂によって構成することもできる。

上記した実施の形態においては、駆動傘歯車３５と従動傘歯車２５の噛合いによる騒音を抑制するために、従動傘歯車２５を合成樹脂で作製した例について述べたが、従動傘歯車２５を樹脂製にすることは本発明にとって必ずしも必要な要件ではなく、駆動傘歯車３５および従動傘歯車２５をともに金属製にしてもよい。

また、上記した実施の形態においては、第１摺動リング４１を従動傘歯車２５の金属リング体２６の外周に弾性リング４０を介して配設した例について説明したが、第１摺動リング４１は中空シャフト１３の外周に弾性リング４０を介して配設することもできる。

さらに、上記した実施の形態においては、駆動軸１５を軸受３３を介して回転可能に支持した軸受ケース３１を有する駆動軸ユニット３０を、ギヤハウジング１７に固定するように構成したが、駆動軸１５を直接ギヤハウジング１７に軸受３３を介して支持することもできる。

以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。

本発明の実施の形態を示す電動パワーステアリング装置の主要部の断面図である。 図１の要部拡大断面図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、１１…ラック軸、１２…電動モータ、１３…中空シャフト、１４…ボールねじ機構、１５…駆動軸、１７…ギヤハウジング、２５…従動傘歯車、３１…軸受ケース、３５…駆動傘歯車、４０…弾性リング、４１…第１摺動リング、４２…第２摺動リング。

Claims (4)

1. ギヤハウジングと、該ギヤハウジングに軸方向に移動可能に設けられたラック軸と、該ラック軸が挿通される回転可能な中空シャフトと、該中空シャフトの回転を前記ラック軸の軸方向運動に変換するボールねじ機構と、前記ギヤハウジングに前記中空シャフトと斜交するように配置され電動モータによって回転される駆動軸と、該駆動軸上に設けられた駆動傘歯車と、前記中空シャフト上に設けられ前記駆動傘歯車に噛合する従動傘歯車とを備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記中空シャフト上に、第１摺動リングを配設し、前記駆動軸上に、前記第１摺動リングに弾性接触圧をもって摺動可能に摩擦係合する第２摺動リングを配設した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、前記第１摺動リングおよび前記第２摺動リングは金属からなり、これら第１摺動リングおよび第２摺動リングのいずれか一方を、弾性リングを介して前記中空シャフト上あるいは前記駆動軸上に取付けた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において、前記駆動傘歯車は金属からなり、前記従動傘歯車は樹脂からなっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項２または請求項３において、前記第２摺動リングは、前記駆動軸が前記ギヤハウジングに組付けられることにより、前記弾性リングを圧縮して前記第１摺動リングに弾性接触圧をもって摩擦係合されるようになっ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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