JP2012218459A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォームホイールとウォームとの噛合い部分に高負荷が掛かった場合のウォーム軸の撓みを抑制できる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】操舵力を発生する電動モータ１８と、ウォームホイール２１とウォーム２０ｃが形成されたウォーム軸２０からなる減速機と、前記ウォーム軸２０の前記ウォーム部両側を回転支持する軸受２６，２７と、前記減速機を内部に収容するハウジング２２と、前記減速機の前記ウォーム軸２０と前記電動モータ１８の回転軸とを一体に形成した車両用操舵装置において、前記ウォーム軸２０の前記ウォームホイール２１側とは反対側の前記ハウジング２２の内部に、前記ウォーム２０ｃと所定の隙間を隔てて対向する撓み量制限部材６０を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

一般に、車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置では、操舵補助用の電動モータの回転を減速機を介して減速してラックアンドピニオン機構等の転舵機構に伝える構成になっている。この減速機構にはウォーム軸およびウォームホイールが用いられている。近年、この電動パワーステアリング装置を小型化するために、ウォーム軸を軸方向に延伸（延伸部）させて電動モータのロータと直接連結した電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１）

特開２０１０−１８８８８７号公報

上記の電動パワーステアリング装置では、ウォーム軸の軸方向に伸びる延伸部に電動モータのロータを直接連結し、ウォーム軸の回転をウォーム軸両側に設けた軸受で支持する構造になっている。
例えば、転舵輪が轍などの溝に嵌った場合、運転者がステアリングホイールを無理に操舵しようとすると、ウォームホイールとウォーム軸に形成されたウォームとの噛合い部分に高負荷が掛かり、ウォームホイールとウォームとの噛合い部分で分力が働き、ウォーム軸がウォームホール側とは反対側に撓む場合がある。
ウォーム軸の撓み量が異常に大きくなった場合には、延伸部に設けた電動モータのロータが傾き、ロータとヨークとの間に形成した微小隙間が変位し、ロータとステータが干渉する場合が考えられる。
そこで、本発明の目的は、ウォームホイールとウォームとの噛合い部分に高負荷が掛かった場合のウォーム軸の撓みを制限できる車両用操舵装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、操舵力を発生する電動モータと、ウォームホイールとウォームが形成されたウォーム軸からなる減速機と、前記ウォーム軸の前記ウォーム部両側を回転支持する軸受と、前記減速機を内部に収容するハウジングと、前記減速機の前記ウォーム軸と前記電動モータの回転軸とを一体に形成した車両用操舵装置において、前記ウォーム軸の前記ウォームホイール側と反対側の前記ハウジングの内に、前記ウォームと所定の隙間を隔てて対向する撓み量制限部材を設けたこと、を要旨とする。

上記構成によれば、ウォーム軸がウォームホイールとは反対方向に撓んだ場合、ウォーム軸のウォームが撓み量制限部材に当接するので、ウォーム軸の撓み量を制限できる。

請求項２に記載の発明は、前記撓み量制限部材の前記ウォームと対向する当接面に、低摩擦部を設けたこと、を要旨とする。

即ち、前記ウォーム軸が撓み前記撓み制限部材に当接する際、前記ウォームが前記低摩擦部と当接するので、当接した際のウォームの偏磨耗を防止できる。

本発明によれば、ウォームホイールとウォームとの噛合い部分に高負荷が掛かった場合のウォーム軸の撓みを抑制できる車両用操舵装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に掛かる車両用操舵装置として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概略断面図である。 （ａ）は本発明装置の撓み量制限部材の拡大図である。（ｂ）は図３（ａ）のI−I断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明実施形態に係る車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。すなわち、ステアリングホイール２に一定値以上の操舵トルクが入力されると、入力軸８および出力軸９は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。

ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、制御装置としてのＥＣＵ１２
（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）に入力される。また、車速センサ９０からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と転舵機構４とを連結している。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含む。減速機構１９は、所定軸としてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機構１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。また、このハウジング２２内にはグリースが封入されており、ウォーム軸２０とウォームホイール２１との噛合いが滑らかになるようにしている。

ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは同行回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
電動モータ１８がウォーム軸２０を回転駆動すると、ウォーム軸２０によってウォームホイール２１が回転駆動され、ウォームホイール２１およびステアリングシャフト６が同行回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。

電動モータ１８は、ＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ９０からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。

図２を参照して、ウォーム軸２０およびウォームホイール２１は、ギヤハウジング２２内に収容されている。ギヤハウジング２２は、ウォーム軸２０を収容した筒状のウォーム軸収容部２３と、ウォームホイール２１を収容した筒状のウォームホイール収容部２４とを有している。ウォーム軸収容部２３およびウォームホイール収容部２４は、単一の材料で一体に形成されている。

ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６の出力軸９と同行回転可能に結合される環状の芯金２１ａと、芯金２１ａの周囲を取り囲んで外周面部に歯を形成する合成樹脂部材２１ｂとを備えている。芯金２１ａは、例えば合成樹脂部材２１ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされる。芯金２１ａと成形された合成樹脂部材２１ｂは、同行回転可能に結合されている。尚、ウォームホイール２１の歯は金属製であってもよい。

ウォーム軸２０にはウォーム２０ｃが形成され、このウォーム２０ｃとウォームホイール２１が噛合することで、電動モータ１８の回転がウォーム軸２０を介してウォームホイール２１に回転伝達される。

また、ウォーム軸２０は、第１および第２の端部２０ａ，２０ｂを有している。第１の端部２０ａは電動モータ１８側に配置されている。第１の端部２０ａは、ウォーム軸２０の軸方向Ｘ１の外方に延びる細軸からなる延伸部２５を有している。
ウォーム軸２０の第１の端部２０ａは、ウォーム軸収容部２３の内周に保持された第１の軸受２６によって回転可能に支持されている。ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂは、ウォーム軸収容部２３の内周に保持された第２の軸受２７によって回転可能に支持されている。第１の軸受２６および第２の軸受２７は、例えばアンギュラ玉軸受からなる。

第２の軸受２７の外輪２８は、ウォーム軸収容部２３に形成された環状の位置決め段部２９に当接し位置決めされている。第２の軸受２７の内輪３０は、ウォーム軸２０に形成された位置決め段部３１に当接することにより、ウォーム軸２０の第１の端部２０ａ側への移動が規制されている。
第１の軸受２６の内輪３２は、ウォーム軸２０の位置決め段部３３に当接することにより、ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂ側への移動が規制されている。また、第１の軸受２６の外輪３４は、予圧調整用のねじ部材３５により、例えば皿ばねからなる付勢部材３６を介して、第２の軸受２７側へ弾性的に付勢されている（定圧付勢に相当）。

ねじ部材３５は、ウォーム軸収容部２３に形成されたねじ部にねじ込まれることにより、第１および第２の軸受２６，２７に一括して予圧を付与すると共に、ウォーム軸２０を軸方向に位置決めしている。ロックナット３７は予圧調整後のねじ部材３５を止定するためにねじ部材３５に係合される。
電動モータ１８のロータ４１の回転角を検出するための図略の回転角センサがウォーム軸２０に設けられている。

電動モータ１８は、上記ギヤハウジング２２に固定された筒状のモータハウジング３８を備えている。モータハウジング３８は、底に開口を有する筒状のモータハウジング本体３９と、上記開口３９ａを閉塞する蓋４０とを有している。電動モータ１８は、ウォーム軸２０の第１の端部２０ａの延伸部２５に同行回転可能に連結されたロータ４１と、モータハウジング３８によって保持され、ロータ４１を取り囲む環状のステータ４２とを備えている。

ステータ４２は、モータハウジング本体３９の内周に嵌合した環状のヨーク４３ａの内周に、複数のティース４３ｂを周方向に並べて配置しているステータコア４３と、ステータコア４３の各ティース４３ｂに巻回されたコイル４４とを有している。
ロータ４１は、ウォーム軸２０の第１の端部２０ａの外周である、延伸部２５の外周２５ａに嵌合された内筒部４５とは同心の外筒部４６と、内筒部４５の一端から径方向外方に延び、内筒部４５および外筒部４６を互いに連結する連結部４７とを含んでいる。

外筒部４６には、ステータ４２（具体的にはステータコア４３の各ティース４３ｂ）と対向する例えばリング状磁石からのある磁極形成部４８が設けられている。

ウォーム軸収容部２３には、ウォーム軸２０に形成されたウォーム２０ｃと対向するように所定の隙間を隔てて撓み量制限部材６０が設けられている。撓み量制限部材６０には図３（ａ）に示すように、ウォーム２０ｃと当接する当接面６０ａが形成されており、この当接面６０ａとウォーム２０ｃとの間には所定の隙間Ｌ２が形成されている。この隙間Ｌ２は、ウォーム２０ｃと当接面６０ａが当接した場合でもティース４３ｂと磁極形成部４８が干渉しないように、ティース４３ｂと磁極形成部４８との隙間Ｌ１よりも小さい値に設定されている。

撓み量制限部材６０の当接面６０ａには、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ウォーム軸２０方向に延びるグリース溜り６０ｂ（低摩擦部）が複数形成されている。このグリース溜り６０ｂには、ハウジング２２内（ウォーム軸収容部２３内およびウォームホイール収容部２４内）に封入されたグリースがウォーム軸２０の回転により、グリースが導かれ、常にグリースで満たされるようになっている。

以上の構成において、転舵輪３が轍に嵌った状態で、ステアリングホイール２を急激に強い力で操舵した場合における作用を図１、図２を参照して説明する。
ステアリングホール２を急激に強く操舵すると、転舵輪３は轍に嵌った状態であり、転舵輪３が操舵できず固定した状態と同じになるが、トルクセンサ１１によるトルク検出結果は大きなトルクが検出されるため、電動モータ１８に発生するアシスト力も大きくなり、その結果、ウォーム軸２０の回転も大きくなる。すると、ウォーム２０のウォーム２０ｃとウォームホイール２１の噛合い部分に高負荷が掛かることになる。
更に、ウォーム２０のウォーム２０ｃとウォームホイール２１の噛合い部分に高負荷が掛かると、噛合い部分に分力が発生し、ウォーム軸２０が撓み量制限部材６０の当接面６０ａ方向に撓み始める。そして引き続き、高負荷がウォーム２０のウォーム２０ｃとウォームホイール２１の噛合い部分に掛かると、ウォーム２０ｃが撓み量制限部材６０の当接面６０ａと当接する。この状態になると、撓み量制限部材６０でウォーム軸２０の撓み量を制限した状態となり、これ以上のウォーム軸２０の撓み量が制限される。

この撓み量が制限された状態において、撓み量制限部材６０に形成されたグリース溜り６０ｂに溜まったグリースがウォーム２０ｃと撓み量制限部材６０との間に介在するため、ウォーム２０ｃの偏磨耗を防止することができる。

なお、この実施形態では、撓み量制限部材６０の当接面６０ａにグリース溜り６０ｂを形成したが、当接面６０ａにＤＬＣコーティングなどの低摩擦処理を施しても良い。

１…電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）、１３…ピニオン軸、１４…ラック軸（転舵軸）、１８…電動モータ、１９…減速機構（伝達機構）、２０…ウォーム軸（所定軸）、２０ａ…第１の端部、２０ｂ…第２の端部、２０ｃ…ウォーム、２１…ウォームホイール、２２…ギヤハウジング、２３…ウォーム軸収容部、２５…延伸部、２５ａ…外周（ウォーム軸の第１の端部の外周）、２６…第１の軸受、２７…第２の軸受、３８…モータハウジング、３９…モータハウジング本体、４０…蓋、４１…ロータ、４２…ステータ、４３…ステータコア、４３ａ…ヨーク、４３ｂ…ティース、４４…コイル、４５…内筒部、４６…外筒部、４７…連結部、４８…磁極形成部、撓み量制限部材６０、グリース溜り６０ｂ

Claims (2)

1. 操舵力を発生する電動モータと、ウォームホイールとウォームが形成されたウォーム軸からなる減速機と、前記ウォーム軸の前記ウォーム部両側を回転支持する軸受と、前記減速機を内部に収容するハウジングと、前記減速機の前記ウォーム軸と前記電動モータの回転軸とを一体に形成した車両用操舵装置において、前記ウォーム軸の前記ウォームホイール側とは反対側の前記ハウジングの内に、前記ウォームと所定の隙間を隔てて対向する撓み量制限部材を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１において、前記撓み量制限部材の前記ウォームと対向する当接面に、低摩擦部を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。

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