JP2013169918A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異音の発生を完全に防ぐことができる電動式パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】電動モータ２のモータ軸３とウォームシャフト５とをスプライン嵌合させるとともに、ウォームシャフト５の軸方向端部を転がり軸受６によって回転可能に支持し、電動モータ２の回転出力を前記モータ軸３からウォームシャフト５、該ウォームシャフト５に設けられたウォームギヤ５ｂ、該ウォームギヤ５ｂに噛合するウォームホイール７を経て操舵機構に補助操舵力として伝達する電動式パワーステアリング装置において、モータ軸３とウォームシャフト５の相対向する端面に係合溝３ｂ，５ｃをそれぞれ形成するとともに、両端面間にウォームシャフト５を軸方向に付勢するコイルスプリング（与圧部材）８を介装し、該コイルスプリング８をモータ軸３とウォームシャフト５に形成された係合溝３ｂ，５ｃに係合させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動モータの回転出力を補助操舵力とする電動式パワーステアリング装置に関するものである。

電動式パワーステアリング装置は、電動モータの回転出力を減速機構によって減速及びトルクアップして操舵機構に伝達し、運転者によるステアリングホイールの操舵操作を補助するものである。この場合、ステアリングホイールからステアリングシャフトを介して減速機構に入力される操舵力は、トルクセンサによって検出されてＣＰＵに入力される。すると、ＣＰＵは、検出された操作力や車速に応じた電力を電動モータに供給して適切な補助操舵力を発生させる。

斯かる電動式パワーステアリング装置に設けられる減速機構としては、互いに噛合するウォームギヤとウォームホイールを有するものが用いられている。即ち、ウォームギヤは、電動モータのモータ軸に連結されたウォームシャフトに設けられ、ウォームホイールは、前記ウォームシャフトと直交するステアリングシャフト側に設けられており、電動モータの回転はウォームギヤとウォームホイールによって減速されつつ方向が直角に変換されて操舵機構に伝達される。

ところで、ウォームシャフトとモータ軸とはスプライン嵌合によって連結されており、ウォームシャフトの軸方向両端は軸受によって回転可能に支持されているが、ウォームシャフトとモータ軸とのスプライン嵌合部には径方向のガタがあり、軸受には内部隙間によるガタがあるため、車両の悪路走行時等においてウォームシャフトとモータ軸が振動して異音が発生する可能性がある。又、ウォームシャフトとモータ軸とのスプライン嵌合部にガタがあるため、電動モータが起動された瞬間や電動モータの回転方向が変換された瞬間に金属同士の接触による異音が発生するという問題がある。

そこで、特許文献１には、円筒状のモータ軸の内部にスプライン嵌合するウォームシャフトの外周に周溝を形成し、この周溝に弾性リング（Ｏリング）を嵌め込み、この弾性リングの線径を周方向に変化させ、或いは周溝を偏心させて形成することによって弾性リングの一部を径方向に押し潰し、この弾性リングの押し潰しによる弾性反力によってウォームシャフトを径方向外方へと押圧し、該ウォームシャフトとモータ軸とのガタを無くして異音の発生を防ぐようにした構成が提案されている。

又、特許文献２には、スリーブによってモータ軸とウォームシャフトとをスプライン嵌合させるとともに、前記スリーブの内部のモータ軸とウォームシャフトの各端面間に圧縮コイルばねを縮装し、この圧縮コイルばねによってウォームシャフトを軸方向に付勢して該ウォームシャフトを支持する軸受のガタを無くし、これによって異音の発生を防ぐようにした構成が提案がなされている。

特開２００３−０３４２５６号公報 特開２００３−０７２５６３号公報

しかしながら、特許文献１において提案された構成は、ウォームシャフトとモータ軸との嵌合部のガタを無くすものであり、特許文献２において提案された構成は、ウォームシャフトを支持する軸受のガタを無くすものであり、それぞれはスプライン嵌合部のガタと軸受のガタを同時に無くすものではない。両者の構成を採用すればスプライン嵌合部のガタと軸受のガタを同時に無くすことができるが、構造が複雑化するという問題がある。

又、特許文献１，２において提案された構成においては、電動モータが起動された瞬間や電動モータの回転方向が変換された瞬間にモータ軸とウォームシャフトとのスプライン嵌合部のガタ分だけ両者が相対回転するが、その相対回転を抑制する手段や金属接触による衝撃を緩和する手段が設けられていないため、異音の発生を確実に防ぐことは困難である。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、モータ軸とウォームシャフトとのスプライン嵌合部や軸受のガタに起因する異音の発生を簡単な構成で防ぐことができる電動式パワーステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、電動モータのモータ軸とウォームシャフトとをスプライン嵌合させるとともに、前記ウォームシャフトの軸方向端部を転がり軸受によって回転可能に支持し、前記電動モータの回転出力を前記モータ軸から前記ウォームシャフト、該ウォームシャフトに設けられたウォームギヤ、該ウォームギヤに噛合するウォームホイールを経て操舵機構に補助操舵力として伝達する電動式パワーステアリング装置において、前記モータ軸と前記ウォームシャフトの相対向する端面に係合溝をそれぞれ形成するとともに、両端面間に前記ウォームシャフトを軸方向に付勢する与圧部材を介装し、該与圧部材を前記モータ軸と前記ウォームシャフトに形成された前記係合溝に係合させたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記与圧部材をコイルスプリングで構成し、該コイルスプリングの両端を前記モータ軸と前記ウォームシャフトに形成された前記係合溝に係合させたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記与圧部材をウェーブワッシャで構成し、該ウェーブワッシャの相対向する２箇所に互いに逆方向に突設された係合突起を前記モータ軸と前記ウォームシャフトに形成された前記係合溝に係合させたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記モータ軸と前記ウォームシャフトに形成された前記係合溝を円弧状凹溝とするとともに、前記ウェーブワッシャの前記係合突起を円弧状突起とし、該円弧状突起を前記円弧状凹溝に係合させたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記円弧状突起の曲率半径を前記円弧状凹溝の曲率半径よりも大きく設定したことを特徴とする。

本発明によれば、モータ軸とウォームシャフトの相対向する端面間に介装された与圧部材によってウォームシャフトが軸方向に付勢されるため、該ウォームシャフトを支持する転がり軸受のガタが無くなり、このガタに起因する異音の発生が確実に防がれる。ここで、与圧部材としては、コイルスプリングやウェーブワッシャ等を使用することができる。

又、電動モータが起動された瞬間や電動モータの回転方向が変換された瞬間にはモータ軸の回転トルクは先ず与圧部材によってウォームシャフトに伝達されるため、モータ軸とウォームシャフトとのスプライン嵌合部に掛かる衝撃負荷が低減され、スプライン嵌合部における金属同士の衝突接触が抑えられる。又、同時にモータ軸とウォームシャフトとの相対回転が与圧部材によって抑制されるとともに、モータ軸の回転力が与圧部材を介してウォームシャフトに徐々に伝達されてスプライン嵌合部におけるスプライン歯の衝突が緩和され、更に、そのときの衝撃が与圧部材によって吸収されるため、異音の発生が効果的に防がれる。

而して、以上の効果は、単にモータ軸とウォームシャフトの相対向する端面間に与圧部材を介装するだけの簡単な構成によって得られるため、構造の複雑化やコストアップを招くことがない。

ところで、与圧部材としてウェーブワッシャを使用し、モータ軸とウォームシャフトに円弧状凹溝を形成するとともに、該円弧状凹溝に係合するウェーブワッシャの係合突起を円弧状突起とし、該円弧状突起の曲率半径を円弧状凹溝の曲率半径よりも大きく設定すれば、ウェーブワッシャの円弧状突起を円弧状凹溝の両側の２点で接触させることができる。又、ウェーブワッシャとモータ軸及びウォームシャフトの各端面との摩擦抵抗が増えて両者の滑りが抑えられ、ウェーブワッシャの剛性が高められてそのトルク伝達機能が高められ、モータ軸及びウォームシャフトのスプライン嵌合部における金属接触（スプライン歯の衝突）が抑えられるために異音の発生が確実に防がれる。

本発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング装置を備えた車両のステアリング装置の側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ部拡大詳細図である。 本発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング装置要部の断面図である。 図４に示すウェーブワッシャの斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る電動式パワーステアリング装置要部の断面図である。 図６のＣ部拡大詳細図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング装置を備えた車両のステアリング装置の側面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図２のＢ部拡大詳細図であり、図１に示すステアリング装置１０は、車両前方（図１の左方）に向かって斜め下方に傾斜して配置された円筒状のステアリングコラム１１を備えており、該ステアリングコラム１１内にはステアリングシャフト１２が回転可能に挿通している。そして、ステアリングシャフト１２の上端にはステアリングホイール１３が結着されており、同ステアリングシャフト１２の下端はユニバーサルジョイント１４及び中間軸１５を介して操舵機構を構成するステアリングギヤボックス１６に連結されている。

上記ステアリングコラム１１は、これに結着されたブラケット１７をボルト１８にて車体側のステアリングサポートメンバ１９に取り付けることによって該ステアリングサポートメンバ１９に固定されている。

而して、本実施の形態に係るステアリング装置１０には、電動モータ２の回転出力を補助操舵力とする電動式パワーステアリング装置１が設けられている。ここで、この電動式パワーステアリング装置１の構成の詳細を図２及び図３に基づいて以下に説明する。

図２に示すように、駆動源である前記電動モータ２は、その出力軸であるモータ軸３が前記ステアリングシャフト１２と直交する向きに配置されており、モータ軸３は、ハウジング４内に回転可能に収容されたウォームシャフト５にスプライン嵌合によって連結されている。ここで、モータ軸３は円筒状に成形されており、その内周には雌スプライン部３ａが形成されている。又、ウォームシャフト５は、モータ軸３と同軸に配置されており、その軸方向両端が転がり軸受（ボールベアリング）６によってハウジング４に回転可能に支持されている。そして、ウォームシャフト５のモータ軸３に連結される一端小径部５Ａの外周には雄スプライン部５ａが形成されており、このウォームシャフト５の一端小径部５Ａがモータ軸３の内部に軸方向に嵌め込まれ、その外周に形成された雄スプライン部５ａをモータ軸３の内周に形成された雌スプライン部３ａに嵌合させることによって、ウォームシャフト５がモータ軸３に対して軸方向の移動可能且つ周方向にはモータ軸３と一体に回転可能に連結されている。

ところで、前記ステアリングシャフト１２の中間には不図示のトーションバーが設けられており、ステアリングシャフト１２にはウォームホイール７が結着されている。そして、このウォームホイール７には、前記ウォームシャフト５の軸方向中間部に形成されたウォームギヤ５ｂに噛合している。尚、図示しないが、電動式パワーステアリング装置１には、前記トーションバーの捩り量によってステアリングホイール１３からステアリングシャフト１２に入力される操舵力（操舵トルク）を検出するためのトルクセンサと、該トルクセンサによって検出された操舵力や車速に応じた電力を電動モータ２に供給して適切な補助操舵力を発生させる制御手段としてのＣＰＵが設けられている。

而して、本実施の形態では、図３に詳細に示すように、モータ軸３とウォームシャフト５の相対向する端面には係合穴３ｂ，５ｃがそれぞれ形成されており、両端面間には与圧部材であるコイルスプリング８が介装されている。このコイルスプリング８は、ウォームシャフト５を軸方向（反モータ軸３側であって、図２の左方向）に付勢するものであって、その両端はモータ軸３とウォームシャフト５の相対向する端面に軸方向に形成された前記係合穴３ｂ，５ｃにそれぞれ挿入されて係合している。

以上のように、構成された電動式パワーステアリング装置１において、車両走行中に運転者が図１に示すステアリングホイール１３を回転操作すると、その操作力はステアリングシャフト１２からユニバーサルジョイント１４及び中間軸１５を経てステアリングギヤボックス１６に伝達されて操舵輪である不図示の左右の前輪が転舵される。

又、同時にステアリングシャフト１２に入力される運転者の操作力は前述のようにトルクセンサによって検出され、その検出信号がＣＰＵへと送信される。すると、ＣＰＵは、検出された操作力と車速等に応じた電力を電動モータ２に供給して該電動モータ２を起動し、電動モータ２に適切な補助動力を発生させる。

上述のように電動モータ２が起動されると、その回転動力は、モータ軸３からウォームシャフト５、該ウォームシャフト５に形成されたウォームギヤ５ｂ、ウォームホイール７を経て減速されつつ方向が直角に変換されてステアリングシャフト１２に補助操舵力として伝達されるため、この補助操舵力によって運転者の操作力が軽減されて運転者の肉体的負担が軽減される。

而して、本実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置１においては、モータ軸３とウォームシャフト５の相対向する端面間に介装されたコイルスプリング８によってウォームシャフト５が軸方向（図２の左方）に付勢される（つまり、コイルスプリング８は、モータ軸３とウォームシャフト５を引き離す方向に付勢している）ため、該ウォームシャフト５を支持する転がり軸受６のガタツキが無くなり、このガタツキに起因する異音の発生が確実に防がれる。

又、電動モータ２が起動された瞬間や電動モータ２の回転方向が変換された瞬間にはモータ軸３の回転トルクは先ずコイルスプリング８の摩擦やコイルスプリング８の両端部の係合穴３ｂ，５ｃとの係合によってウォームシャフト５に伝達されるため、モータ軸３とウォームシャフト５とのスプライン嵌合部に掛かる衝撃負荷が低減され、スプライン嵌合部における金属同士の衝突接触が抑えられる。これと同時にモータ軸３とウォームシャフト５との相対回転がコイルスプリング８によって抑制されるとともに、モータ軸の回転力がコイルスプリング８を介してウォームシャフトに徐々に伝達されてスプライン嵌合部におけるスプライン歯の衝突が緩和され、更に、そのときの衝撃がコイルスプリング８によって吸収されるため、異音の発生が効果的に防がれる。

そして、以上の効果は、単にモータ軸３とウォームシャフト５の相対向する端面間にコイルスプリング８を介装するだけの簡単な構成によって得られるため、構造の複雑化やコストアップを招くことがない。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図４及び図５に基づいて以下に説明する。

図４は本発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング装置要部の断面図、図５は図４に示すウェーブワッシャの斜視図であり、本実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置の基本構成は前記実施の形態１に係るもののそれと同じであるため、以下、本実施の形態の特徴的な部分についてのみ説明する。

本実施の形態は、与圧部材として実施の形態１におけるコイルスプリング８に代えてウェーブワッシャ９を使用したことを特徴としている。ここで、図５に示すように、ウェーブワッシャ９の相対向する２箇所には、互いに逆方向（図５の上下方向）に突設された係合突起９ａが形成されており、これらの係合突起９ａは図４に示すようにモータ軸３とウォームシャフト５の相対向する端面に形成された係合溝３ｂ，５ｃにそれぞれ係合している。

而して、本実施の形態においても、与圧部材であるウェーブワッシャ９はモータ軸３とウォームシャフト５の相対向する端面に当接して、モータ軸３とウォームシャフト５を引き離す方向に付勢している。つまり、ウェーブワッシャ９によってウォームシャフト５が軸方向（図４の左方）に付勢されるため、該ウォームシャフト５を支持する転がり軸受６のガタツキが無くなり、このガタツキに起因する異音の発生が確実に防がれる。

又、電動モータ２が起動された瞬間や電動モータ２の回転方向が変換された瞬間にはモータ軸３の回転トルクは先ずウェーブワッシャ９の摩擦やウェーブワッシャ９の係合突起９ａと係合溝３ｂ，５ｃとの係合によってウォームシャフト５に伝達されるため、モータ軸３とウォームシャフト５とのスプライン嵌合部に掛かる衝撃負荷が低減され、スプライン嵌合部における金属同士の衝突接触が抑えられる。これと同時にモータ軸３とウォームシャフト５との相対回転がウェーブワッシャ９によって抑制されるとともに、モータ軸の回転力がウェーブワッシャ９を介してウォームシャフトに徐々に伝達されてスプライン嵌合部におけるスプライン歯の衝突が緩和され、更に、そのときの衝撃がウェーブワッシャ９によって吸収されるため、異音の発生が効果的に防がれる。

＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図６及び図７に基づいて以下に説明する。

図４は本発明の実施の形態３に係る電動式パワーステアリング装置要部の断面図、図７は図６のＣ部拡大詳細図であり、本実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置の基本構成も前記実施の形態１に係るもののそれと同じであるため、以下、本実施の形態の特徴的な部分についてのみ説明する。

本実施の形態においても、前記実施の形態２と同様に与圧部材としてウェーブワッシャ９を使用しているが、本実施の形態では、モータ軸３とウォームシャフト５の相対向する端面に円弧状凹溝３ｂ，５ｃをそれぞれ形成するとともに、該円弧状凹溝３ｂ，５ｃに係合するウェーブワッシャ９の係合突起を円弧状突起９ａとし、図７に詳細に示すように円弧状突起９ａの曲率半径Ｒを円弧状凹溝３ｂ，５ｃ（図７にはモータ軸３側の円弧状凹溝３ｂのみ図示）の曲率半径ｒよりも大きく設定している（Ｒ＞ｒ）。

而して、本実施の形態においても、前記実施の形態１，２と同様の効果が得られるが、本実施の形態では、ウェーブワッシャ９の円弧状突起９ａの曲率半径Ｒをモータ軸３とウォームシャフト５に形成された円弧状凹溝３ｂ，５ｃの曲率半径ｒよりも大きく設定したため、ウェーブワッシャ９の円弧状突起９ａを円弧状凹溝３ｂ，５ｃの両端の２点で接触させることができ、効果的にウェーブワッシャ９によるトルク伝達が行われ、モータ軸３及びウォームシャフト５とのスプライン嵌合部におけるスプライン歯の衝突が緩和され、これによって異音の発生が確実に防がれるという効果が得られる。

１ 電動式パワーステアリング装置
２ 電動モータ
３ モータ軸
３ａ モータ軸の雌スプライン部
３ｂ モータ軸の係合溝
５ ウォームシャフト
５ａ ウォームシャフトの雄スプライン部
５ｂ ウォームギヤ
５ｃ ウォームシャフトの係合溝
６ 転がり軸受
７ ウォームホイール
８ コイルスプリング（与圧部材）
９ ウェーブワッシャ（与圧部材）
９ａ ウェーブワッシャの係合突起
１０ ステアリング装置
１２ ステアリングシャフト
１３ ステアリングホイール
Ｒ ウェーブワッシャの円弧状係合突起の曲率半径
ｒ モータ軸とウォームシャフトの円弧状係合凹部の曲率半径

Claims (5)

1. 電動モータのモータ軸とウォームシャフトとをスプライン嵌合させるとともに、前記ウォームシャフトの軸方向端部を転がり軸受によって回転可能に支持し、前記電動モータの回転出力を前記モータ軸から前記ウォームシャフト、該ウォームシャフトに設けられたウォームギヤ、該ウォームギヤに噛合するウォームホイールを経て操舵機構に補助操舵力として伝達する電動式パワーステアリング装置において、
   前記モータ軸と前記ウォームシャフトの相対向する端面に係合溝をそれぞれ形成するとともに、両端面間に前記ウォームシャフトを軸方向に付勢する与圧部材を介装し、該与圧部材を前記モータ軸と前記ウォームシャフトに形成された前記係合溝に係合させたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記与圧部材をコイルスプリングで構成し、該コイルスプリングの両端を前記モータ軸と前記ウォームシャフトに形成された前記係合溝に係合させたことを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記与圧部材をウェーブワッシャで構成し、該ウェーブワッシャの相対向する２箇所に互いに逆方向に突設された係合突起を前記モータ軸と前記ウォームシャフトに形成された前記係合溝に係合させたことを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 前記モータ軸と前記ウォームシャフトに形成された前記係合溝を円弧状凹溝とするとともに、前記ウェーブワッシャの前記係合突起を円弧状突起とし、該円弧状突起を前記円弧状凹溝に係合させたことを特徴とする請求項３記載の電動式パワーステアリング装置。
5. 前記円弧状突起の曲率半径を前記円弧状凹溝の曲率半径よりも大きく設定したことを特徴とする請求項４記載の電動式パワーステアリング装置。
   

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