JP2012071820A

JP2012071820A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2012071820A
Application number: JP2011137303A
Authority: JP
Inventors: Jun Hamakita; 準濱北
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-04-12
Also published as: JP2012071815A

Abstract

【課題】ウォームとウォームホイールの回転中心間距離が短くなるように付勢手段を用いてウォームを備えるウォームシャフトを押圧する構造において、ウォームとウォームホイールの耐久性を向上できる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電動パワーステアリング装置はウォーム減速機を備える。ウォーム３は反モータ側でウォームホイール４に向かって付勢される。ウォーム３はモータ１側で軸受６により支持される。ウォーム３と軸受６の間には弾性体１１ｂを含む移動抑制体１１が配置される。前記移動抑制体１１は前記軸受６に対する前記ウォーム３の半径方向、軸方向の移動を許容し、かつ過大な移動量を制限している。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵捕助力の発生源としてモータを用いてなる電動パワーステアリング装置に関する。

車両用の電動パワースステアリング装置は、操舵補助用のモータ及び該モータの回転力を舵取手段に伝える減速歯車機構を備えており、操舵手段の回転に応じた舵取手段の動作を前記モータの回転により、補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減するように構成されている。

減速歯車機構は前記モータの回転に連動するウォームと、該ウォームに噛合いするウォームホイールとを備えている。
このように減速歯車機構が用いられた電動パワーステアリング装置にあっては、ウォーム及びウォームホイールの噛合い部のバックラッシ量を少なくし、転舵時のバックラッシによる歯打ち音をなくするため、ウォーム、ウォームホイールの回転中心間距離が許容範囲となるようにウォーム、ウォームホイール、軸受、ハウジング等が選択され組み立てられているがこの組み立てに多くの時間を要することになる。そのため、ウォームとウォームホイールの各回転中心距離が許容範囲内（回転中心間距離が短くなるよう）になるように調整する調整機構を組み込んだ構造が使用されている。（特許文献１）

調整機構としてはウォームのモータ側軸受にある程度の内部すきまを設けて可動中心として、反モータ側軸受をばねでウォームホイール側へ押さえつけている。ウォームを可動させるには、モータ側軸受にある程度の内部すきまを設ける必要があり、そのすきまが小さすぎると剛性が高くなって反モータ側軸受のばね荷重に打ち勝ってしまいウォームが稼動しなくなる。またすきまが大きすぎると軸受内部の音が発生してしまう。従って、モータ側軸受の内部すきまは、非常に厳しい寸法管理のもとで生産されている。

特許第３９５１９１３号公報

ところが、以上のように調整機構を用いてバックラッシ量を少なくするように構成された従来の電動パワーステアリング装置にあっては、軽量化や小型化による使用条件の過酷化や、大型車での実用では荷重が大きくなるために、操舵の都度、調整機構にラジアル方向へ大きな荷重及び回転トルクが加わることになるため、ウォームホイール歯面におけるへたりや摩耗等の劣化が生じ易くなる課題がある。また、この押し付けによる予圧荷重の増加設定が必要となるがこの自由度が比較的低かった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的はバックラッシ量を少なくするために、ウォームとウォームホイールの回転中心間距離が短くなるように付勢手段を用いてウォームを押圧する構造において、ウォームとウォームホイールの耐久性を向上できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータの出力軸に連動連結されるウォームと、前記ウォームを回転自在に支持する転がり軸受と、前記ウォームに噛合し、舵取り装置に繋がるウォームホイールと、前記ウォームの反モータ側を前記ウォームホイールに向けて付勢する付勢部材と、前記転がり軸受の内周面と前記ウォームとの間に配置される移動抑制体とを備え、前記移動抑制体は弾性体を含み、前記転がり軸受に対する前記ウォームの半径方向と軸方向の移動を許容しかつ過大な移動量を制限していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

即ち、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置によれば、前記ウォームと前記ウォームホイールの歯面同士が当接したときには、前記移動抑制体の前記弾性体を変形させることにより、前記ウォームを軸線方向及び半径方向の少なくとも一方の方向に移動させるようになっているので、大きなバックラッシにも対応が出来ると共に、弾性体が車輪から伝達される振動に対しても、また、モータから伝達される振動に対しても歯面同士の衝突を緩和できる。また、それにより歯面の叩き音を減少させることができる。

請求項２に記載の発明は、前記移動抑制体は、金属製の内側円環と、金属製の外側円環とを備え、前記弾性体を前記内側円環の外周面と前記外側円環の内周面との間に一体的に設けたことを要旨としている。即ち、弾性体は内側円環と外側円環と間に一体的に設けられているため、転がり軸受にかかる荷重に対して強度を有しており、転がり軸受へ精度良く組み付けやすくまた、軸方向のずれやはみ出しをおこしにくく長期に性能を維持できる。

請求項３に記載の発明は、前記弾性体の外周面と、前記外側円環の前記弾性体と接する内周面との間に係合部を設けたことを要旨としている。即ち、転がり軸受へ過大な荷重がかかったときに、弾性体が極端な変形をおこさないため、弾性体や転がり軸受の破損を発生しにくい。

これらの発明により、ウォームとウォームホイールの回転中心間距離が短くなるように付勢手段を用いてウォームを押圧する構造において、ウォームとウォームホイールの耐久性を向上できる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の減速歯車機構部分の構成を示す拡大断面図。本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成を示す断面図。本発明に係る電動パワーステアリング装置の移動抑制体の拡大断面図。本発明に係る電動パワーステアリング装置の湾曲板ばねの構成を示す斜視図。本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要構成部の断面図。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の減速歯車機構部分の構成を示す拡大断面図、図２は電動パワーステアリング装置の全体構成を示す断面図である。

電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータ１と、該モータ１の出力軸１ａに軸継ぎ手２を介して結合されるウォーム３及び該ウォーム３に噛合するウォームホイール４を有する減速歯車機構Ａと、該減速歯車機構Ａに繋がる舵取手段５とを備えている。

この舵取装置５は、第１の操舵軸５１とトーションバー５２と第２の操舵軸５３とを備える。第１の操舵軸５１は、その一端部が舵取りのための操舵手段Ｂに繋がり、他端部が筒部５１ａに連結されている。トーションバー５２は、筒部５１ａ内に挿入され、その一端部が第１の操舵軸５１に、他端部が第２の操舵軸５３にそれぞれ連結されている。トーションバー５２は操舵手段Ｂに加わる操舵トルクの作用によって捩れる。第２の操舵軸５３がユニーバーサルジョイントを介して例えばラックアンドピニオン式の舵取り機構（不図示）に繋がる。

減速歯車機構Ａのウォーム３は両端に軸部３ａ，３ｂを備える。軸部３ａは転がり軸受６を介して例えばアルミニウム製のハウジングからなる支持部材７に、回転自在に支持された状態でモータ１の出力軸１ａに結合されている。軸部３ｂは転がり軸受８を介して支持部材７に支持されている。軸部３ａには転がり軸受６の内輪６ａが移動抑制体１１を介して設けられ、軸部３ｂには転がり軸受８の内輪、８ａが設けられている。ウォームホイール４は合成樹脂製の環状歯体４１と、該環状歯体４１の内側に結合された金属製の芯部材４２を備える。この芯部材４２は第２の操舵軸５３の途中に嵌合固定されている。

支持部材７は第1収容部７ａと、第２収容部７ｂとを備える。第1収容部７ａはウォーム３を収容し、該ウォーム３の軸部３ａ，３ｂを、転がり軸受６，８を介して回転自在に支持する。第２収容部７ｂはウォームホイール４を収容し、該ウォームホイール４を第２の操舵軸５３及び該第２の操舵軸５３に嵌合された２つの転がり軸受９，１０を介して支持する。

第1収容部７ａはウォーム３の軸長方向に長くなっており、その長手方向一端部には転がり軸受６を遊嵌合により支持する支持孔７１と該支持孔７１に連なる環状溝７２とモータ取付部７３とが設けられている。環状溝７２に転がり軸受６の外輪６ｂに接触して転がり軸受６の軸長方向への移動を制限するための止め輪１４が嵌合されている。

軸部３ａを支持する転がり軸受６は内輪６a、外輪６ｂと、該内輪６a及び外輪６ｂ間に介在された複数の転動体６ｃとを備える。

図３は図１のI―I線の拡大断面図、図４は湾曲板ばねの構成を示す斜視図である。第１収容部７ａの他端部には、第２の転がり軸受８及び該転がり軸受８に外嵌される湾曲板ばね１２を支持する支持孔７４が設けられている。この支持孔７４は中心に対してウォーム３及びウォームホイール４の回転中心間距離Ｈ（図１参照）が長くなる第１内周面７４ａの半径寸法を回転中心間距離Ｈが短くなる第２内周面７４ｂの半径寸法よりも大きい長円形の孔としている。さらに、第１内周面７４ａ周面の周方向中央部には湾曲板ばね１２の端部１２ａ，１２ｂを収容する凹所７４ｃが設けられている。
これにより、第１内周面７４ａと転がり軸受８との間に湾曲板ばね１２は撓ませられることができる。これにより、転がり軸受８を回転中心間距離Ｈが短くなる方向へ移動させることが可能となる。

湾曲板ばね１２はその長手方向の途中が転がり軸受８の外周面に沿ってほぼ円形に湾曲し、転がり軸受８の周長よりも長い帯形のばね鋼からなる。端部１２ａは幅方向中央部に切欠凹部１２ｃを備える。他方の端部１２ｂは幅方向両側に切欠凹部１２ｄ，１２ｄを備える。各切欠凹部１２ｃ，１２ｄに相手側の端部１２ａ又は１２ｂを挿入することにより幅広にすることなく端部１２ａ，１２ｂは交差可能となる。さらに、端部１２ａ，１２ｂは転がり軸受８の外周面に対して隔離するように設けてある。湾曲板ばね１２の端部１２ａ，１２ｂは凹所７４ｃに挿入され、該凹所７４ｃ内で撓ませることにより、転がり軸受８を介してウォーム３を回転中心間距離Ｈが短くなる方向へ付勢している。

湾曲板ばね１２の湾曲部１２ｅの幅方向一側で長手方向に隔離した位置には、支持孔７４の側面７４ｄに当接して転がり軸受８をモータ１側へ押圧する複数のばね片１２ｆが湾曲板ばね１２と一体に成形されている。このばね片１２ｆは湾曲部１２ｅの周面に対して内側へ傾斜するように突設されている。ばね片１２ｆは支持孔７４の側面７４ｄに当接することにより撓み、その弾性復元力の反力が転がり軸受８の外輪８ｂに加わり、該外輪８ｂから転動体及び内輪８ａを介してウォーム３をモータ１側へ押圧するようにしてある。

支持部材７内には、トーションバー５２の捩れに応じた第１の操舵軸５１、第２の操舵軸５３の相対回転変位量によって操舵手段Ｂに加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ１３が内装されている。該トルクセンサ１３が検出したトルク等に基づいてモータ１が駆動制御される。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置は、ウォーム３を組込む場合、支持部材７の支持孔７４に湾曲板ばね１２を挿入し、該湾曲板ばね１２の端部１２ａ，１２ｂを凹所７４ｃに挿入して湾曲板ばね１２の位置を設定する。これにより、端部１２ａ，１２ｂによる転がり軸受８の付勢方向が設定できる。軸部３ａに転がり軸受６の内輪６ａが移動抑制体１１を介して、軸部３ｂに転がり軸受８の内輪８ａがそれぞれ嵌合されたウォーム３は第１収容部７ａに挿入されている。転がり軸受８は湾曲板ばね１２の内側に挿入され、転がり軸受６は支持孔７１に遊嵌合され、環状溝７２には止め輪１４が嵌合されている。

この組み込まれたウォーム３を付勢する湾曲板ばね１２は、端部１２ａ，１２ｂが支持部材７の凹所７４ｃに挿入され、端部１２ａ，１２ｂの撓みにより転がり軸受８及び該転がり軸受８に支持されたウォーム３を回転中心間距離Ｈが短くなる方向（ウォームホイールの方向）へ付勢している。これにより、ウォーム３又はウォームホイール４の噛合部のバックラッシ量を少なくすることができ、また、ウォーム３及びウォームホイール４の歯の摩耗量が増大した場合においても噛合部のバックラッシ量を少なくすることができるようになっている。

湾曲板ばね１２は転がり軸受８の外周面に沿って湾曲しているので、この湾曲板ばね１２と転がり軸受８及び支持孔７４の第２円周部７４ｂとの間の隙間をなくすることができる。これにより、回転中心間距離Ｈが短くなる方向と交差する方向へウォーム３が移動するのを制限することができる。つまり、ウォーム３及びウォームホイール４は回転中心線に対しそれらの歯すじが回転方向へ捩じれている。その結果、ウォーム３からウォームホイール４へ回転トルクが加わるとき、換言すればモータ１の回転によって操舵補助する場合、ウォーム３がウォームホイール４の歯すじに沿ってウォームホイール４の径方向へ移動するように分力（以下噛合い反力という）が発生する。この噛合い反力により、ウォーム３がウォームホイール４の径方向へ押圧され、この押圧力により、転がり軸受８は回転中心間距離が短くなる方向と交差する方向へ押圧されることになる。この押圧による転がり軸受８の移動、ひいてはウォーム３の移動は制限できる。

上記のように湾曲板ばね１２により付勢されたウォーム３は、転がり軸受６への支持部を中心として回転中心間距離Ｈが短くなる方向へ揺動することになる。
このとき、転がり軸受６は、移動抑制体１４を介してウォーム３の軸部３ａに支持されているので、ウォーム３と転がり軸受６との間に隙間がない。さらに、ウォーム３は、第１及び第２の継体２１，２２と弾性歯体２３からなる軸継手２を介してモータ１の出力軸１ａに結合されているため、ウォーム３の揺動許容量を増やすことができる。従って、合成樹脂製の環状歯体４１を有するウォームホイール４の温度上昇、吸湿による膨張量が多くなる場合においても、噛合部の噛合抵抗の増加を抑制でき、ウォーム３及びウォームホイール４をスムーズに回転させ得る。

また、ウォーム３は第１及び第２の継体２１，２２と、該継体２１，２２の間に介された弾性歯体２３とを有する軸継手２により反モータ側へ押圧されており、さらに、湾曲板ばね１２のばね片１２ｆによりモータ1側へ押圧されているため、ウォーム３に加わる軸長方向の力をバランスさせることができ、ウォーム３の回転性を高めることができる。

また、ウォーム３は弾性歯体２３を有する軸継手２により出力軸１ａに結合されているため、モータ１側で発生した音のウォーム３への伝播を弾性歯体２３により遮断することができるとともに、軸継ぎ手部分での音鳴りをなくすることができる。

図１及び５を参照して転がり軸受６により回転自在に支持されたウォーム３の軸部３ａに、前記ウォーム３の軸長方向への移動を抑制する本実施形態の移動抑制体１１が嵌合保持されている。前記移動抑制体１１は、金属製の内側円環１１ａと、金属製の外側円環１１ｃと、弾性体１１ｂとを備える。前記金属製の内側円環１１ａはウォーム３の軸部３ａの外周面に嵌合されている。前記金属製の外側円環１１ｃの内周面は金属製の内側円環１１ａの外周面よりも大径寸法であり、前記転がり軸受６の内輪６ａに嵌合されている。前記弾性体１１ｂは内側円環１１ａの外周面と外側円環１１ｃの内周面との間に加硫接着等で結合されている。

図５に示すように、ウォーム３の軸方向において、内側円環１１ａはウォーム３の端面３ｃとカップリング端面２２ａとにより位置決めされる。外側円環１１ｃはウォーム３の軸方向において、内輪６ａと同寸法である。弾性体１１ｂは両円環１１ａ,１１ｃの端部をつなぐように断面で見て略台形とされている。内側円環１１ａは軸部３ａに圧入嵌合される。カップリング２２は軸部３ａに嵌合され、前記カップリング２２と第１の継体２１と、前記カップリング２２と前記第１の継体２１の間に介された弾性歯体２３を有する軸継手２により出力軸１ａに連結している（図１参照）。外側円環１１ｃは転がり軸受内輪６ａの端面とともに、端面３ｃおよび、カップリング端面２２ａとの間に軸方向に隙間を有するので、ウォーム軸３の軸方向の移動を許容し、かつ過大な移動量を制限している。

外側円環１１ｃはその内径部の中央に弾性体１１ｄに向かって突出する半径方向の凸部１１ｄを備える。前記凸部１１ｄは外側円環１１ｃでなく内側円環１１ａにあってもよい。弾性体１１ｂには凸部１１ｄと係合する凹部が形成されている。これにより、軸部３ａの径方向の移動を許容し、かつ、過大な移動が制限されている。
以上のように構成された電動パワーステアリング装置では、湾曲板ばね１２がウォーム３はウォームホイール４に向けて押圧する。このとき、ウォーム３は転がり軸受６に支持された軸部３ａを中心に揺動する。軸部３ａは移動抑制体１１により弾性的に転がり軸受６に支持される構造になっているので、従来のようにモータ側ウォームの軸部の外周面と転がり軸受内周面との間の高精度の隙間寸法管理を必要としない。
また、ウォーム３は移動抑制体１１により軸方向に移動可能に支持されている。従って、モータ１が駆動しないような微小操舵時、ウォームホイール４の回転によってウォーム軸３は軸方向に移動されるので、運転者に与える抵抗感を抑制することができる。
また、縁石乗り上げ等の過大な逆入力の場合、移動抑制体１１は転がり軸受６に対する軸部３ａの軸方向及び半径方向の移動量を制限するので、弾性体１１ｂにかかる荷重が抑制され弾性体１１ｂの耐久性が向上する。このような構成により、移動抑制体１１は、外側円環１１ｃの軸方向及び半径方向の移動を制限するので荷重を制限し、弾性体１１ｂに耐久性を持たせている。

本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、前記ウォーム３と前記ウォームホイール４の歯面同士が当接したときには、前記弾性体１１ｂを変形させることにより、前記支持手段７に対して前記ウォーム３を軸線方向及び半径方向の少なくとも一方の方向に移動させるようになっている。本実施形態では大きなバックラッシにも対応が出来ると共に、車輪から伝達される振動に対しても、また、モータから伝達される振動に対しても弾性体が歯面同士の衝突を緩和できる。また、それにより歯面の叩き音を減少できる。
さらに、前記弾性体１１ｂと外側円環１１ｃ、内側円環１１ａとは一体的に設けられているので、転がり軸受にかかる荷重に対して強度を有しており、軸受およびウォームへ精度良く組み付けやすく、また、弾性体１１ｂが軸方向のずれやはみ出しをおこしにくく長期に性能を維持できる。

１モータ、１ａ出力軸、２軸継手、３ウォーム、４ウォームホイール、５舵取手段、７支持部材、６，８転がり軸受、１２湾曲板ばね、１２ｆばね片、１２ｇ当接部、１２ｈ屈曲部、１１移動抑制体、１１a 内側円環、１１ｂ弾性体、１１ｃ外側円環、Ｈ回転中心間距離

Claims

モータの出力軸に連動連結されるウォームと、前記ウォームを回転自在に支持する転がり軸受と、前記ウォームに噛合し、舵取り装置に繋がるウォームホイールと、前記ウォームの反モータ側を前記ウォームホイールに向けて付勢する付勢部材と、前記軸受の内周面と前記ウォームとの間に配置される移動抑制体とを備え、前記移動抑制体は弾性体を含み、前記軸受に対する前記ウォームの半径方向、軸方向の移動を許容し、かつ過大な移動量を制限していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記移動抑制体は、金属製の内側円環と、金属製の外側円環とを備え、前記弾性体を前記内側円環の外周面と前記外側円環の内周面との間に一体的に設けた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。
前記弾性体の外周面と、前記外側円環の前記弾性体と接する内周面との間に係合部を設けたことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。