JP2013006471A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転軸とウォーム軸にアライメント不良がある場合、モータケース内側の側面と軸受外との打音の発生やロータマグネットとステータとの磁気吸引力のアンバランスによる作動音の悪化を防止したモータを備えた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】モータ回転軸２１は、モータ側ジョイント部６１に固定され、モータ側ジョイント部６１の軸端部に４個の係合突起６７が形成されている。ウォーム軸回転軸２４は、ウォーム側ジョイント部３２に固定され、ウォーム側ジョイント部３２の軸端部には、４個の係合突起３７が形成されている。モータ側ジョイント部６１とウォーム側ジョイント部３２との間には、硬度の異なる部材の２層からなる弾性部材（弾性カップリング）３３が挿嵌され、両ジョイント部係合突起３７，６７に係合する。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータの回転を減速してステアリングシャフトに伝達する減速装置を備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、モータの回転を減速してステアリングシャフトに伝達する減速装置を備えた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1参照）。
特許文献１には、モータの回転軸とウォーム軸との間に、弾性部材を介在させて、両軸間のがたつきを防止する減速装置を備えた電動パワーステアリング装置が記載されている。

また、ウォーム軸の揺動を許容する減速装置を備えた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２参照）。
特許文献２には、ウォーム軸の一端の軸部側に設けられた移動体により、さらに、ウォーム軸の他端の軸部に設けられた凸部によって、ウォーム軸を凸部中心に揺動させることができる減速装置を備えた電動パワーステアリング装置が記載されている。

特開２００２−１４５０８３号公報 特開２００２−２１９４３号公報

特許文献１あるいは特許文献２に記載の減速装置を備えた電動パワーステアリング装置は、モータの回転軸とウォーム軸の間の２軸相互の振れ、がたつき、偏心などへの対応をしたものである。
しかし、モータ軸とウォーム軸にアライメント不良がある場合、モータのリヤ側の軸受部がラジアル荷重を受け、モータケース内側の側面と軸受外輪との打音が発生したり、モータのロータのマグネットとステータとの磁気吸引力のアンバランスが生じ、作動音が発生する場合がある。

図６は、モータ回転軸とウォーム軸にアライメント不良がある場合に、モータのリヤ側の軸受部への影響を説明する図である。
モータ１１の回転軸２１は、モータ側ジョイント部６１およびウォーム側ジョイント部３２を介してウォーム軸１３に接続されている。
モータ１１の回転軸２１は、ウォーム側では、モータ側軸受３５を介して、また、リヤ側、すなわち、リヤ側回転軸３４は、リヤ軸受３６およびウェーブワッシャ４３を介してモータケース４０に回転可能に支持されている。

モータ１１の回転軸２１とウォーム軸１３の両軸の間に、アライメント不良、すなわち、軸ずれ、傾き（倒れ）、あるいは、振れ回りがある場合には、その軸ずれ等は、継手ユニット１５により吸収されるものの、一定の負荷がモータ１１の回転軸２１とウォーム軸１３の継手ユニット１５、すなわち、図６の負荷作用部２９で示す位置で発生する。その負荷は、モータ側軸受３５の中央の中点３０を中心にしたモーメント（長さＬ１およびＬ２）となって、モータ１１のリヤ側に作用し、リヤ軸受３６が、ラジアル（半径）方向の荷重を受けることになる。したがって、モータ１１の回転軸２１とウォーム軸１３の両軸の間のアライメント不良が大きい場合には、図６に示す接触箇所７０で、リヤ軸受３６の外輪とモータケース４０内側の側面とが当たり、打音が発生したり、モータ１１のロータ４２のマグネットとステータ４１との磁気吸引力のアンバランスに起因して作動音が悪化する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータの回転軸とウォーム軸の両軸の間にアライメント不良がある場合、モータケース内側の側面と軸受外との打音の発生やロータマグネットとステータとの磁気吸引力のアンバランスによる作動音の悪化を防止したモータを備えた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、ステアリングシャフトに負荷されるトルクに応じて駆動される操舵補助用のモータと、前記ステアリングシャフトに接続されたウォームホイールと、前記ウォームホイールに係合するウォーム軸と、前記モータおよび前記ウォーム軸を収容するケースと、前記ケース内で、前記モータの第１モータ回転軸を支持するモータ側軸受と、前記ケース内で、前記モータの第２モータ回転軸を支持するリヤ軸受と、前記ケース内で、前記ウォーム軸の第１ウォーム軸を支持するウォーム側軸受と、前記ケース内で、前記ウォーム軸の第２ウォーム軸を支持するウォーム軸リヤ軸受と、前記第１モータ回転軸の一端に設けられたモータ軸係合突起部と、前記第１ウォーム軸の一端に設けられ前記モータ軸係合突起部に係合するウォーム軸係合突起部と、前記モータ軸係合突起部と前記ウォーム軸係合突起部との間に介在する弾性部材と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記弾性部材は、前記モータ軸係合突起部および前記ウォーム軸係合突起部に当接し、前記ウォーム軸の軸方向に硬度の異なる２層の部材によって形成されることを要旨とする。

上記構成によれば、モータ軸係合突起部とウォーム軸係合突起部と、両係合突起部間に介在する２層の弾性部材からなるカップリング部を介して、モータ回転軸とウォーム軸が連結される。モータ回転軸とウォーム軸の両軸の間にアライメント不良がある場合、カップリング部はモータ出力が低トルクの時は、カップリング部の硬度の小さい部材の接触面で左右均等にウォーム軸係合突起部からの荷重を受け、モータ出力が高トルクの時は、ウォーム軸係合突起部の倒れが大きくなるためカップリング部の硬度の小さい部材は圧縮され、硬度の大きい部材の接触面でウォーム軸係合突起部からの荷重を受ける。これにより、ウォーム軸の振れによるウォーム軸係合突起部の倒れ（傾き）や同軸度のずれを抑制できる。この結果、アライメント不良の影響を小さくできるため、リヤ軸受とモータケースとの接触による打音の発生やモータのロータのマグネットとステータとの磁気吸引力のアンバランスに起因した作動音の悪化を防止できる。

請求項２に記載の発明は、前記弾性部材を形成する硬度の高い一方の部材は、軸方向で前記ウォーム軸係合突起部に向かってテーパー形状を有することを要旨とする。

特に請求項２の構成とすれば、モータ出力が高トルクでウォーム軸係合突起部の倒れが大きい場合、弾性部材の硬度の大きい部材のウォーム軸係合突起部との接触面に、モータ回転軸に対してテーパー状の傾きを設けることでウォーム軸係合突起部の倒れや同軸度のずれが小さくなり、よりアライメント不良を抑制できる。

モータの回転軸とウォーム軸の両軸の間にアライメント不良がある場合、モータケース内側の側面と軸受外輪との打音の発生やロータマグネットとステータとの磁気吸引力のアンバランスによる作動音の悪化を防止したモータを備えた電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。 図１に示す電動パワーステアリング装置の詳細図。 図２に示す継手ユニットの具体的構成を示す詳細図。 （ａ）図２に示す継手ユニットの分解図、（ｂ）図４（ａ）の弾性部材を矢印Ａ方向から見た側面図。 （ａ）モータ出力が低トルクの時、図２に示す継手ユニットの弾性部材の具体的動作を説明する詳細図、（ｂ）モータ出力が高トルクの時、図２に示す継手ユニットの弾性部材の具体的動作を説明する詳細図。 モータ回転軸とウォーム軸にアライメント不良がある場合に、リヤ側のモータ軸受部への影響を説明する詳細図。

以下、本発明の実施形態について、図に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明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。動力操舵装置１の舵取機構２は、例えば、ラックアンドピニオン式のものである。舵取機構２は、ステアリングホイール４が一端に設けられた車体にステアリングコラムを介して回転自在に支持されるステアリングシャフト６と、このステアリングシャフト６の他端に設けられたピニオン７と、このピニオン７と噛み合うラック９を有してステアリングホイール４の動きにより車輪５を操向するために往復移動するラック軸８とを有している。ラック軸８は、車両の進行方向に対して左右となる車両の幅方向に延びており、ラック軸８の端部には、タイロッド１０等を介して車輪５が連結されている。

動力駆動機構である電動パワーステアリング装置３は、操舵補助力の駆動源としてのモータ１１と、このモータ１１からのトルクをステアリングシャフト６に伝達するウォーム軸１３およびウォームホイール１４からなるウォームギヤ１２と、ウォーム軸１３およびモータ１１の回転軸２１との間に介在してトルク伝達する継手ユニット１５と、ステアリングシャフト６に負荷されるトルクを検出するトルクセンサ１６と、このトルクセンサ１６からの出力信号に応じてモータ１１を制御しつつ駆動するマイクロコンピュータ等を含む制御部（以下、ＥＣＵという）１７とを有している。モータ１１は、例えば、３相のモータコイルを有するブラシレスモータである。

また、電動パワーステアリング装置３では、ステアリングシャフト６に負荷されるトルクに応じて駆動される操舵補助用のモータ１１の回転を、ウォーム軸１３およびウォームホイール１４を介して舵取機構２のステアリングシャフト６に伝える。

図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置３の詳細図である。電動パワーステアリング装置３は、ウォーム軸１３を回転可能に支持するウォーム側軸受１８、１９と、ウォーム側軸受１８、１９、ウォームギヤ１２、ウォーム軸１３、ウォームホイール１４等を収容するケース２０とを有している。ケース２０は、ステアリングコラム（図示せず）に固定されている。ケース２０内で、ウォームホイール１４は、ステアリングシャフト６と一体に回転可能に取り付けられている。ケース２０はウォーム軸１３の回転軸２４および円柱部２５を、それぞれウォーム側軸受１８、１９を介して回転可能に支持している。ウォーム側軸受１９は、ケース２０に設けられたねじ機構４９、調整部材４８等により、その位置が調整可能に支持されている。

さらに、ケース２０には、モータケース４０が固定され、そのモータケース４０は、モータ１１を構成するステータ４１、ロータ４２、モータ側軸受３５、リヤ軸受３６、ウェーブワッシャ４３等を収容している。モータ１１の回転軸２１は、ウォーム軸１３側では、モータ側軸受３５により支持され、他端のリヤ側、すなわち、リヤ側回転軸３４は、リヤ軸受３６およびウェーブワッシャ４３を介して、モータケース４０内で回転可能で、かつウェーブワッシャ４３による押圧状態で支持されている。このとき、継手ユニット１５から過大な負荷が加わった場合には、所定量のラジアル方向の荷重に対しウェーブワッシャ４３がラジアル方向に移動しないように支持されている。

図３は、図２に示す継手ユニット１５の具体的構成を示す詳細図であり、また、図４（ａ）は、図２に示す継手ユニット１５の分解図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の弾性部材３３を矢印Ａ方向から見た側面図である。

図３に示すように、モータ１１の回転軸２１は、モータ側ジョイント部６１に形成された結合穴６４に圧入され固定されている。また、モータ側ジョイント部６１の軸端部に４個の係合突起６７が形成されている。

ウォーム軸１３のウォーム軸回転軸２４は、ウォーム側ジョイント部３２に形成された結合穴７１に圧入され固定されている。また、ウォーム側ジョイント部３２の結合穴７１とは反対側の軸端部には、４個の係合突起３７が形成されている。

モータ側ジョイント部６１とウォーム側ジョイント部３２との間には、硬度の異なる大小の部材から形成された２層の弾性部材（弾性カップリング）３３が挿嵌され、モータ側ジョイント部６１の係合突起６７と、ウォーム側ジョイント部３２の係合突起３７との間の金属接触を防ぎつつ、モータ１１の回転をウォーム軸１３にスムーズに伝えている。これらの係合突起３７，６７、および弾性部材３３は、上記の特許文献１に記載の継手ユニットであってもよい。

また、ウォーム側軸受１８は、モータ側軸受３５に比較して、ケース２０に対して、遊びの大きな取付けがされている。この結合関係により、ウォーム軸１３の傾動は規制され、ウォーム軸１３は、モータ側ジョイント部６１と、ウォーム側ジョイント部３２との嵌合部の軸方向領域の中央にある中点を中心に傾動する。

図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、モータ側ジョイント部６１の係合突起６７と、ウォーム側ジョイント部３２の係合突起３７との間に挟み込まれる弾性部材３３は、硬度の小さい部材３３ａ、例えば、ゴム材、および硬度の大きい部材３３ｂ、例えば、樹脂材からなる２層構造の弾性カップリングを形成しており、硬度の大きい部材３３ｂは軸方向でウォーム側ジョイント部３２に向かってテーパー形状を有している。さらに、弾性部材３３はそれぞれ４個の係合突起３７，６７に係合する同一形状の４組の部材から構成されている。

次に、図５（ａ）は、モータ１１の出力が低トルクの時の継手ユニット１５の弾性部材３３の具体的動作を説明する詳細図、図５（ｂ）はモータ１１の出力が高トルクの時の継手ユニット１５の弾性部材３３の具体的動作を説明する詳細図である。

モータ１１の出力トルクが小さい場合、図５（ａ）に示すようにウォーム側ジョイント部３２の倒れ（傾き）は小さいため、ウォーム側ジョイント部３２の係合突起３７は弾性部材の硬度の小さい部材３３ａに当接する。このとき、係合突起３７は左右均等に荷重を受けるため、硬度の小さい部材３３ａの形状はモータ１１の回転軸２１に対して平行な接触面となる。

モータ１１の出力トルクが大きい場合、図５（ｂ）に示すようにウォーム側ジョイント部３２の倒れが大きいため、継手ユニット１５のモータ側ジョイント部６１とウォーム側ジョイント部３２の嵌合部に倒れや同軸度ずれが発生する。このとき、ウォーム側ジョイント部３２の係合突起３７は大きな荷重を受けるため、弾性部材の硬度の小さい部材３３ａは圧縮され、ウォーム側ジョイント部３２の係合突起３７は硬度の大きい部材３３ｂのモータ１１の回転軸２１に対して傾斜した面に当接する。

次に、上記のように構成された本実施形態の電動パワーステアリング装置３の作用および効果について説明する。
モータ１１の回転軸２１とウォーム軸１３の両軸の間には、組立時のアライメント不良や、ウォーム軸１３とウォームホイール１４（図２参照）との間のバックラッシュ調整のためのウォーム軸１３の調整などによって、アライメント不良が存在する。そして、このアライメント不良があると、モータ１１の出力するトルクによりウォーム軸１３が揺動した場合、ウォーム軸ジョイント部３２の倒れやモータ１１の回転軸２１とウォーム軸１３との同軸度ずれが発生する。このため、継手ユニット１５内のモータ側ジョイント部６１の係合突起６７と、ウォーム側ジョイント部３２の係合突起３７との間に挟み込まれる弾性部材３３を硬度の異なる２層の部材３３ａ，３３ｂにより形成し、両係合突起６７，３７に係合させる。さらに、モータ１１の出力トルクが大きい時に倒れが大きくなることを考慮して、硬度の大きい部材３３ｂのウォーム側ジョイント部３２の係合突起３７との接触面を、モータ回転軸２１方向にウォーム側ジョイント部３２の係合突起３７に対してテーパー形状としている。

上記の構成により、モータ１１の回転軸２１と、ウォーム軸１３の両軸の間にアライメント不良があった場合、ウォーム軸１３は、モータ軸ジョイント部６７とウォーム軸ジョイント部３２との嵌合部の軸方向領域の中点を中心に傾動するとともに、アライメント不良は、継手ユニット１５内の弾性部材３３を形成する硬度の異なる２層の部材３３ａ，３３ｂにより抑制される。その結果、モータ１１のリヤ軸受３６への影響も少なくなり、モータケース４０内側の側面とリヤ軸受外輪３６との打音の発生や電動モータ１１のロータ４２のマグネットとステータ４１との磁気吸引力のアンバランスによる作動音の悪化を防止できる。
さらに、軸受損等の機械的な摩擦により発生するモータのロストルクの増加を抑制することにより、操舵後のステアリングホイール４（ウォームホイール１４）の戻りの遅れ等を低減し、操舵フィーリングの低下を防ぐことができるとともに、軸受の磨耗を抑制し、軸受の作動および耐久性を向上できる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、弾性カップリングを硬度の異なるゴム材と樹脂材の２層の弾性部材として樹脂材にテーパーを設けることとしたが、ゴム材を樹脂材で挟み込んだ３層の弾性部材とし、ウォーム軸側の樹脂材にテーパーを有する同様な形状に具体化してもよい。
また、本実施形態では、車両のステアリング装置をモータの回転力により操舵補助する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に適用した例を示したが、工作機械等のモータ駆動装置に具体化してもよい。

１：動力操舵装置、２：舵取機構、３：電動パワーステアリング装置、
４：ステアリングホイール、５：車輪、６：ステアリングシャフト、７：ピニオン、
８：ラック軸、９：ラック、１０：タイロッド、１１：モータ、１２：ウォームギヤ、
１３：ウォーム軸、１４：ウォームホイール、１５：継手ユニット、１６：トルクセンサ、
１７：ＥＣＵ（制御部）、１８，１９：ウォーム側軸受、２０：ケース、
２１：モータ回転軸、２４：ウォーム軸回転軸、２５：ウォーム部円柱部、
２９：負荷作用部、３０：中点、３２：ウォーム側ジョイント部、
３３：弾性部材（弾性カップリング）、３３ａ：硬度小の部材、３３ｂ：硬度大の部材、
３４：リヤ側回転軸、３５：モータ側軸受、３６：リヤ軸受、
３７：ウォーム側ジョイント部係合突起、４０：モータケース、４１：ステータ、
４２：ロータ、４３：ウェーブワッシャ、４８：調整部材、４９：ねじ機構、
６１：モータ側ジョイント部、６７：モータ側ジョイント部係合突起

Claims (2)

1. ステアリングシャフトに負荷されるトルクに応じて駆動される操舵補助用のモータと、
   前記ステアリングシャフトに接続されたウォームホイールと、
   前記ウォームホイールに係合するウォーム軸と、
   前記モータおよび前記ウォーム軸を収容するケースと、
   前記ケース内で、前記モータの第１モータ回転軸を支持するモータ側軸受と、
   前記ケース内で、前記モータの第２モータ回転軸を支持するリヤ軸受と、
   前記ケース内で、前記ウォーム軸の第１ウォーム軸を支持するウォーム側軸受と、
   前記ケース内で、前記ウォーム軸の第２ウォーム軸を支持するウォーム軸リヤ軸受と、
   前記第１モータ回転軸の一端に設けられたモータ軸係合突起部と、
   前記第１ウォーム軸の一端に設けられ前記モータ軸係合突起部に係合するウォーム軸係合突起部と、
   前記モータ軸係合突起部と前記ウォーム軸係合突起部との間に介在する弾性部材と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記弾性部材は、前記モータ軸係合突起部および前記ウォーム軸係合突起部に当接し、前記ウォーム軸の軸方向に硬度の異なる２層の部材によって形成される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、前記弾性部材を形成する硬度の高い一方の部材は、軸方向で前記ウォーム軸係合突起部に向かってテーパー形状を有す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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