JP2013144490A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】適度な弾性を有する軸継手を搭載した、電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】電動パワーステアリング装置10において、軸継手45は、電動モータ43のモータ軸43aに設けられ、軸方向に延びる複数の凸部103を有する第1部材90と、ウォーム軸46の先端に設けられ、軸方向に延びる複数の凸部103を有する第2部材100と、周方向において第1部材90の凸部93及び第2部材100の凸部103の間に設けられ、トルクを伝達する弾性部材110とからなる。第1部材90の凸部93のうち、弾性部材110に対向する対向面103aは、ウォーム軸46側の端部において弾性部材110に向かって突出すると共に、弾性部材110に接触する凸部93が備えられている。
【選択図】図5

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の改良技術に関する。
車両に搭載された、電動パワーステアリング装置は、電動モータによって発生した駆動トルクがウォームギヤ機構を介して操舵トルクに付加される機構である。
ウォームギヤ機構は、電動モータのモータ軸に接続されるウォーム軸に一体的に形成されたウォームと、このウォームに噛合い従動するウォームホイールとからなる。ウォーム軸をモータ軸に接続する場合に、軸継手を用いることが知られている(例えば、特許文献1(図1、図4)参照。)。
特許文献1に示されるような電動パワーステアリング装置のウォームギヤ機構は、星形ゴム軸継手を介して、モータ軸にウォーム軸を接続している。軸継手は、モータ軸の先端に取り付けられる第1部材と、ウォーム軸の先端に取り付けられる第2部材と、これらの第1及び第2部材が嵌め込まれるゴム製の弾性部材とからなる。弾性部材は、略十字状を呈する。
ところで、ウォームギヤ機構によっては、ウォーム軸をウォームホイールに向かって付勢することがある。付勢することによって、ウォームギヤ機構のウォームとウォームホイールとの間に設けられるバックラッシュを除去することができるからである。より具体的には、ウォーム軸のモータ軸に接続されるのとは逆側の端部において、ウォーム軸を支持している軸受を、ばねでウォームホイールに向かって付勢する。
一方、ウォーム軸のモータ軸側の端部は、モータ側の軸受(例えば、自動調心軸受)を支点として、ウォームホイールから離れる方向に向かって変位しようとする。このとき、軸継手の弾性部材の弾性力が過度に高いと、モータ軸の側の端部を十分に変位させることができない。モータ軸側の端部を十分に変位させることができないと、ウォーム軸をウォームホイールに十分に押付けることができない。押付けることができないことにより、バックラッシュを十分に除去することができない。
特許第4007159号公報
本発明は、適度な弾性を有する軸継手を搭載した電動パワーステアリング装置の提供を課題とする。
請求項1に係る発明は、ウォーム軸に設けられたウォームとウォームホイールとからなるウォームギヤ機構のウォーム軸を、軸継手を介して電動モータのモータ軸に連結し、電動モータによって発生した駆動トルクがウォームギヤ機構を介して操舵トルクに付加される電動パワーステアリング装置において、軸継手は、電動モータのモータ軸に設けられ、軸方向に延びる複数の凸部を有する第1部材と、ウォーム軸の先端に設けられ、軸方向に延びる複数の凸部を有する第2部材と、周方向において第1部材の凸部及び第2部材の凸部の間に設けられ、トルクを伝達する弾性部材と、からなり、第1部材の凸部のうち、弾性部材に対向する対向面から、ウォーム軸側の端部において弾性部材に向かって突出する突出部が形成され、この突出部が、弾性部材に接触し、又は、第2部材の凸部のうち、弾性部材に対向する対向面から、ウォーム軸側の端部において弾性部材に向かって突出する突出部が形成され、この突出部が、弾性部材に接触することを特徴とする。
請求項2に係る発明は、第1部材の突出部は、弾性部材に対向する対向面に対して段差形状を呈し、又は、第2部材の突出部は、弾性部材に対向する対向面に対して段差形状を呈することを特徴とする。
請求項3に係る発明は、第1部材の突出部は、弾性部材に対向する対向面から弾性部材に向かって傾斜した傾斜面によって構成され、又は、第2部材の突出部は、弾性部材に対向する対向面から弾性部材に向かって傾斜した傾斜面によって構成されていることを特徴とする。
請求項4に係る発明は、第1部材の凸部のうち、ウォーム軸側の端部には、弾性部材が変形する際の変形分を吸収する凹部が形成されている。
請求項1に係る発明では、第1又は第2部材の凸部のうち、弾性部材に対向する対向面から、ウォーム軸側の端部において弾性部材に向かって突出する突出部が形成され、この突出部が、弾性部材に接触する。即ち、第1又は第2部材の凸部の対向面のうち、突出部が形成された凸部のモータ軸側は、弾性部材に接触させない。モータ軸側を接触させないことにより、ウォーム軸のモータ軸側の端部を容易に変位させることができる。モータ軸側の端部を容易に変位させることができるため、モータ軸とは逆側の端部をウォームホイールに向かって付勢することにより、ウォームとウォームホイールとの間のバックラッシュを有効に除去することができる。
一方、モータ軸から大きなトルクが加わった場合には、第1部材は強い力で弾性部材に向かって押し付けられる。第1部材が大きな力によって押し付けられることにより、弾性部材が弾性変形をする。弾性部材が弾性変形をすることにより、第1又は第2部材の凸部の対向面のうち、突出部以外の部位も弾性部材に接触する。突出部以外の部位が弾性部材に接触し、接触面積が大きくなることにより、モータ軸のトルクをより確実に第2部材及びウォーム軸に伝えることができるため、高い捩り剛性でトルクを伝えることができる。
請求項2に係る発明では、突出部は、段差形状を呈する。段差の高さを調節することにより、弾性部材を撓ませるのに必要なトルクの大きさを調節することができる。段差の高さを調節するという簡便な手段により、弾性部材を撓ませるのに必要なトルクの大きさを調節することができ、有益である。
請求項3に係る発明では、突出部は、弾性部材に向かって傾斜させた形状を呈する。傾斜形状であることにより、弾性部材を撓ませるのに必要なトルクの大きさを、段階的に設定することができる。傾斜角度を調節するという簡便な手段により、必要なトルクの大きさを設定することができると共に、必要なトルクの大きさを段階的に設定することができることにより、より適切な値に必要なトルクの大きさを設定することができる。
請求項4に係る発明では、弾性部材の一部は、弾性変形することにより、凹部に逃げる。凹部に逃げる構成とすることにより、弾性部材をより変形しやすくすることができる。弾性部材が変形しやすいことは、第2部材が変位した場合も同様である。第2部材を容易に変位させたい本発明において、凹部を形成することは、有効である。
本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。 図1に示された電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 図2の3−3線断面図である。 図2の4−4線断面図である。 図4に示された実施例1に係る軸継手の分解斜視図である。 図5の6部拡大図である。 図4に示された実施例1に係る軸継手の斜視図である。 図7の8−8線断面図である。 図7の9部拡大図である。 実施例1に係る軸継手の作用を説明する図である。 図4の11−11線断面図である。 実施例2に係る軸継手を説明する図である。 実施例3に係る軸継手を説明する図である。
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
実施例1に係る電動パワーステアリング装置を図に基づき説明する。
図1に示されるように、電動パワーステアリング装置10は、車両のステアリングホイール21から車両の操舵車輪29,29(例えば前輪)に至るステアリング系20と、このステアリング系20に補助トルクを加える補助トルク機構40とからなる。
ステアリング系20は、ステアリングホイール21にステアリングシャフト22及び自在軸継手23,23を介してピニオン軸24を連結し、ピニオン軸24にラックアンドピニオン機構25を介してラック軸26を連結し、ラック軸26の両端に左右のタイロッド27,27及びナックル28,28を介して左右の操舵車輪29,29を連結したものである。
ラックアンドピニオン機構25は、ピニオン軸24に形成されたピニオン31と、ラック軸26に形成されたラック32とからなる。
ステアリング系20によれば、運転者がステアリングホイール21を操舵することで、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構25及び左右のタイロッド27,27を介して、左右の操舵車輪29,29を操舵することができる。
補助トルク機構40は、ステアリングホイール21に加えたステアリング系20の操舵トルクを操舵トルクセンサ41で検出し、この操舵トルクセンサ41のトルク検出信号に基づき制御部42で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータ(電動機)43で発生し、この補助トルクをウォームギヤ機構44を介してピニオン軸24に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸24からステアリング系20のラックアンドピニオン機構25に伝達するようにした機構である。
操舵トルクセンサ41は、ピニオン軸24に加えられたトルクを検出し、トルク検出信号として出力するものであり、例えば磁歪式トルクセンサやトーションバー式トルクセンサによって構成される。
電動パワーステアリング装置10によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ43の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸26で操舵車輪29,29を操舵することができる。
図2に示されるように、ハウジング51は車幅方向(図左右方向)に延びており、ラック軸26を軸方向にスライド可能に収容している。ラック軸26は、ハウジング51から突出した長手方向両端にボールジョイント52,52を介してタイロッド27,27を連結している。
図3に示されるように、電動パワーステアリング装置10は、ピニオン軸24、ラックアンドピニオン機構25、操舵トルクセンサ41及びウォームギヤ機構44をハウジング51に収納し、ハウジング51の上部開口を上部カバー部53で塞いだものである。操舵トルクセンサ41は、上部カバー部53に取付けたものである。
ハウジング51は、上下に延びるピニオン軸24の上部24u、長手中央部24m及び下端部24dを3個の軸受(上から下方へ順に第1軸受55、第2軸受56、第3軸受57)を介して回転可能に支持したものであり、さらに電動モータ43を取付けるとともに、ラックガイド60を備えている。3個の軸受55〜57には、共に転がり軸受が用いられている。
ラックガイド60は、ラック32とは反対側からラック軸26に当てるガイド部61と、このガイド部61を圧縮ばね62を介して押す調整ボルト63とからなる、ラック押圧手段である。
図4に示されるように、電動モータ43はハウジング51の側面に取り付けられており、横向きのモータ軸(出力軸)43aを備える。このモータ軸43aはハウジング51内に延び、軸継手45によってウォーム軸46に連結されている。ハウジング51は、ウォーム軸46の両端部46a,46bを、軸受47,48を介して回転可能に且つ軸方向への移動を規制して支承している。2個の軸受47,48は、共に転がり軸受からなる。
ハウジング51には、軸受48に向かって雌ねじ穴51aが開けられている。雌ねじ穴51aは、穴の表面が雌ねじ状に切られている穴である。この雌ねじ穴51aは、雄ねじ蓋66が螺合されることによって、閉じられている。雄ねじ蓋66は、外周に雄ねじが切られている中空の蓋状の部材である。雄ねじ蓋66にばね67が収納されている。このばね67の一端は、雄ねじ蓋67に接触していると共に、他端は、軸受48に接触している。
軸受48は、ばね67によってウォームホイール80方向に向かって付勢されている。軸受48が付勢されることにより、ウォーム軸46もウォームホイール80方向に向かって付勢されている。即ち、ウォーム軸46のモータ軸43aとは逆側の端部46bに、ウォーム軸46をウォームホイール80に向かって付勢するためのばね(付勢手段)67が備えられている。
加えて、軸受48は、ハウジング51に形成された軸受収納部51bに収納されている(図11参照)。軸受収納部51bは、ウォームホイール80方向に長径をもつ楕円形状を呈する。
ウォーム軸46は、軸受48を介してばね67によってウォームホイール80に向かって付勢されている。ウォーム軸46をウォームホイール80に向かって押しつけることにより、ウォーム70とホイール80との間に発生しているバックラッシュを除去する。バックラッシュを除去することにより、歯打ち音が軽減し、乗員の操舵フィーリングも向上させることができる。
ウォームギヤ機構44は、電動モータ43で発生した補助トルクをピニオン軸24に伝達する補助トルク伝達機構、すなわち倍力機構である。詳しく述べると、ウォームギヤ機構44は、ウォーム70と、このウォーム70に噛み合うウォームホイール80とからなる。ウォームホイール80のことを、以下「ホイール80」と略称する。ウォーム70の中心線WLに対して、ホイール80の中心線CLは略直角に配置されている。このホイール80の中心線CLは、ピニオン軸24の中心線CLでもある。
ウォーム70は、ウォーム軸46に一体に形成されている金属製品、例えば機械構造用炭素鋼鋼材(JIS−G−4051)等の鉄鋼製品である。ホイール80は、全体又は少なくとも歯81の部分がナイロン樹脂等の樹脂製品である。金属製品のウォーム70に樹脂製品のホイール80を噛合わせるようにしたので、噛合いを比較的円滑にすることができるとともに、騒音を一層低減させることができる。
軸継手45の詳細を次図以降で説明する。
図5に示されるように、軸継手45は、モータ軸43aに嵌合される鋼製の第1部材90と、ウォーム軸46に嵌合される鋼製の第2部材100と、これらの第1部材90及び第2部材100が嵌合される弾性部材110とからなる。弾性部材110には、ゴムや軟質樹脂等の弾性を有する素材を用いることができる。
第1部材90は、モータ軸43aに嵌合される円柱状の嵌合部91と、この嵌合部91の先端に一体的に形成されている円盤状の基部92と、この基部92から弾性部材110に向かって延びている断面視三角形状の凸部93とからなる。凸部93は、基部92から4本延びている。
第2部材100は、ウォーム軸46が嵌め込まれる円筒形状の嵌込み部101と、この嵌込み部101の先端から周方向に広げられているドーナツ形状の支持板102と、この支持板102から弾性部材110に向かって延びている4本の凸部103とからなる。
弾性部材110は、中央に丸孔111が貫通され、この丸孔111の中心から外周に向かって、断面視略矩形状の脚部112が8本延びている。脚部112と脚部112との間は、略V字形状の隙間113が開けられている。これらの隙間113も8箇所形成されている。
第1部材90の凸部93は、矢印(1)で示されるように、弾性部材110の隙間113に挿入することができる。第1部材90の凸部93の側面は、弾性部材110の隙間113に対向する対向面93aである。第2部材100の凸部103も同様である。即ち、第2部材100の凸部103は、矢印(2)で示されるように、弾性部材110の隙間113に挿入することができる。第2部材100の凸部103の側面は、弾性部材110の隙間113に対向する対向面103aである。
第2部材100の凸部103について、詳細を次図で説明する。
図6に示すように、第2部材100は、支持板102から凸部103が立ち上げられるコーナに、略円弧形状の凹部105が形成されている。また、第2部材100の対向面103aから、第2部材100の周方向に向かって、突出部106が突出している。突出部106は、凹部105に対して連続的に形成されていると共に、対向面103aの幅方向全体にわたって形成されている。
組上げられた軸継手について詳細を次図以降で説明する。
図7に示されるように、第1部材90は、弾性部材110に対して嵌め込まれている。また、第2部材100は、第1部材90と軸方向で弾性部材110を挟むようにして、弾性部材110に嵌め込まれている。軸継手45を周方向から見た場合に、弾性部材110の脚部112、第1部材90の凸部93、弾性部材110の脚部112、第2部材100の凸部103の順で繰り返し配置されている。
図8に示されるように、弾性部材110は、8本の脚部112が周方向に等間隔に形成されている。この弾性部材110に嵌め込まれる第1部材90は、4本の凸部93が周方向に等間隔に形成されている。第2部材100も同様に、4本の凸部103が周方向に等間隔に形成されている。
第1部材90の凸部93のうち、弾性部材110の脚部112に対抗する対向面93aは、全体が弾性部材110に接触している。一方、第2部材100の対向面103aは、突出部106のみが脚部112に接触している。
図9に示されるように、弾性部材110の軸方向の端面には、それぞれ第1部材90の基部92と、第2部材100の支持板102とが接触している。凸部103の先端面103bは、距離δ1を開けて基部92に対向している。第1部材90の凸部の先端面も同様に、所定の距離を開けて、第2部材100の支持板102に対向している。即ち、第1部材90と第2部材100とは、接触しない。
突出部106は、対向面103aの一般面103aaから傾斜状に延びている第1テーパ部106aと、この第1テーパ部106aから延び常に弾性部材110に接触している接触面106bと、この接触面106bから下がり傾斜状に形成され凹部105に一体的に接続されている第2テーパ部106cとからなる。突出部106は、対向面103aの一般面103aaから高さh突出している。
第2部材100の凸部103のうち、弾性部材110に対向する対向面103aから、ウォーム軸(図7、符号46)側の端部(図面左側)において弾性部材110に向かって突出する突出部106が形成され、この突出部106が、弾性部材110に接触する。即ち、第2部材100の凸部103の対向面103aのうち、モータ軸(図7、符号43a)側の端部(図面右側)は、弾性部材110に接触させない。モータ軸側の端部を接触させないことにより、ウォーム軸46のモータ軸側の端部を容易に変位させることができる。モータ軸43a側の端部を容易に変位させることができるため、モータ軸とは逆側の端部をホイール(図4、符号80)に向かって付勢することにより、ウォーム(図4、符号70)とホイールとの間のバックラッシュを有効に除去することができる。
加えて、凸部103の先端面103bは、第1部材90から所定の距離だけ離して設けられる。第1部材90から所定の距離だけ離すことにより、第1部材90と第2部材100との接触を防ぎ、より第2部材100の変位を許容することができる。第2部材100を容易に変位させ、ウォームとホイールとの間のバックラッシュを有効に除去する本発明において、凸部103の先端面103bを第1部材90から所定の距離だけ離して設けることは非常に重要である。
図10(a)に示されるように、第1部材からトルクが伝わる前の状態においては、対向面103aの一般面103aaと弾性部材110とは、距離h離された状態に保たれている。この状態からモータ(図4、符号43)で発生したトルクが加わることにより、弾性部材110が第2部材100に向かって押しつけられる。
図10(b)に示されるように、弾性部材110が第2部材100に押しつけられることにより、弾性部材110はわずかに弾性変形する。弾性変形することにより、弾性部材110は、突出部106の第1テーパ部106aに接触する。段差形状の突出部106は、第1テーパ部106aを介して一般面103aaに接続されている。傾斜面状の第1テーパ部106aを形成することにより、弾性部材110と第2部材100との接触面積を広くすることができる。より確実にモータで発生したトルクを第2部材100に伝えることができる。
また、弾性部材110の一部は、弾性変形することにより、一部が凹部105に逃げる。凹部に逃げる構成とすることにより、弾性部材110をより変形しやすくすることができる。弾性部材110が変形しやすいことは、第2部材100が変位した場合も同様である。第2部材100を容易に変位させたい本発明において、凹部105を形成することは、有効である。
なお、弾性変形しづらくなるが、凹部105を備えなくともよい。
図10(c)に示されるように、さらにトルクが加わることにより、弾性部材110は、さらに変形する。さらに変形した弾性部材110は、第2部材100の対向面103a全体に接触する。
モータ軸(図4、符号43a)から大きなトルクが加わった場合には、第1部材(図7、符号90)は強い力で弾性部材110に向かって押し付けられる。第1部材が大きな力によって押し付けられることにより、弾性部材110が弾性変形をする。弾性部材110が弾性変形をすることにより、第2部材100の凸部103の対向面103aのうち、突出部106以外の部位も弾性部材110に接触する。突出部106以外の部位が弾性部材110に接触し、接触面積が大きくなることにより、モータ軸のトルクをより確実に第2部材100及びウォーム軸(図4、符号46)に伝えることができる。
加えて、突出部106は、段差形状を呈する。段差の高さ(図10(a)、h参照)を調節することにより、弾性部材110を撓ませるのに必要なトルクの大きさを調節することができる。段差の高さを調節するという簡便な手段により、弾性部材110を撓ませるのに必要なトルクの大きさを調節することができ、有益である。
本発明の別実施例を次図以降において説明する。
次に、本発明の実施例2を図面に基づいて説明する。
図12は実施例2に係る軸継手を示し、上記図9に対応させて表している。
図12に示されるように、軸継手120は、第1部材130の凸部133のうち、弾性部材110に対向する対向面133aから、ウォーム軸側の端部(図面左側)において弾性部材110に向かって突出する突出部136が形成され、この突出部136が、弾性部材110に接触している。凸部133の先端面133bは、第2部材100に対して、δ2だけ離されている。
このように形成した実施例2に係る軸継手120においても、本発明の効果を得ることができる。
次に、本発明の実施例3を図面に基づいて説明する。
図13は実施例3に係る軸継手を示し、上記図9に対応させて表している。
図13に示されるように、軸継手140は、第2部材150の突出部156が、弾性部材110に向かって傾斜させた形状を呈する。
このように形成した実施例3に係る軸継手140においても、本発明の効果を得ることができる。
加えて、突出部156が傾斜形状であることにより、弾性部材110を撓ませるのに必要なトルクの大きさを、段階的に設定することができる。傾斜角度を調節するという簡便な手段により、必要なトルクの大きさを設定することができると共に、必要なトルクの大きさを段階的に設定することができることにより、より適切な値に必要なトルクの大きさを設定することができる。
尚、本発明に係る軸継手は、突出部が第1部材と第2部材とのどちらかに形成される場合を例に説明したが、突出部は、第1部材及び第2部材の両方に形成されていてもよい。即ち、突出部が第1部材と第2部材とのどちらかに形成される場合に限られない。
また、第1部材及び第2部材の両方に突出部を形成する場合には、例えば、第1部材の突出部を段差形状とし、第2部材の突出部を弾性部材に向かって傾斜させた形状とすることも可能である。即ち、段差形状と、弾性部材に向かって傾斜させた形状とを組み合わせて適用することもできる。
本発明の電動パワーステアリング装置は、乗用車に採用するのに好適である。
10…電動パワーステアリング装置、43…電動モータ、43a…モータ軸、44…ウォームギヤ機構、45,120,140…軸継手、46…ウォーム軸、70…ウォーム、80…ウォームホイール、90,130…第1部材、93,133…第1部材の凸部、100,150…第2部材、103…第2部材の凸部、106,136,156…突出部、110…弾性部材。

Claims (4)

  1. ウォーム軸に設けられたウォームとウォームホイールとからなるウォームギヤ機構の前記ウォーム軸を、軸継手を介して電動モータのモータ軸に連結し、
    前記電動モータによって発生した駆動トルクが前記ウォームギヤ機構を介して操舵トルクに付加される電動パワーステアリング装置において、
    前記軸継手は、
    前記電動モータのモータ軸に設けられ、軸方向に延びる複数の凸部を有する第1部材と、
    前記ウォーム軸の先端に設けられ、軸方向に延びる複数の凸部を有する第2部材と、
    周方向において前記第1部材の凸部及び第2部材の凸部の間に設けられ、トルクを伝達する弾性部材と、からなり、
    前記第1部材の凸部のうち、前記弾性部材に対向する対向面から、前記ウォーム軸側の端部において前記弾性部材に向かって突出する突出部が形成され、この突出部が、前記弾性部材に接触し、
    又は、前記第2部材の凸部のうち、前記弾性部材に対向する対向面から、前記ウォーム軸側の端部において前記弾性部材に向かって突出する突出部が形成され、この突出部が、前記弾性部材に接触することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記第1部材の突出部は、前記弾性部材に対向する対向面に対して、段差形状を呈し、
    又は、前記第2部材の突出部は、前記弾性部材に対向する対向面に対して、段差形状を呈することを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記第1部材の突出部は、前記弾性部材に対向する対向面から前記弾性部材に向かって傾斜した傾斜面によって構成され、
    又は、前記第2部材の突出部は、前記弾性部材に対向する対向面から前記弾性部材に向かって傾斜した傾斜面によって構成されていることを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記第1部材の凸部のうち、前記ウォーム軸側の端部には、前記弾性部材が変形する際の変形分を吸収する凹部が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
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