JP2013252737A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置において、悪路走行時発生する打音を、構成する弾性体のバネ特性を向上し、打音の発生を減少し、操舵感のよい電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】歯車機構が、電動モータによって回転駆動されるウォーム２０と、このウォーム２０に噛合するウォームホイール２１と、前記ウォーム２０を前記ハウジング２９に対し軸方向の双方向に弾性支持する弾性体４２ｂ、４３ｂとを有する電動パワーステアリング装置において、前記弾性体４２ｂ、４３ｂは、前記ウォーム２１の軸方向に圧縮されるものであり、前記ウォーム２１の軸方向に第１の圧縮部４２ｄ、４３ｄと第２の圧縮部とからなり、前記第１の圧縮部４２ｄ、４３ｄの圧縮強さを前記第２の圧縮部の圧縮強さよりも小さくした。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、入力軸および出力軸の相対回転にもとづき電動モータを作動させ、電動モータの補助操舵力を歯車機構を介して出力軸に伝達することにより、ステアリングホイールを介して入力軸に印加された手動操舵力を操舵アシストするものである。歯車機構として、ウォームホイールおよびウォームが用いられている。

ウォームホイールおよびウォームは、歯面の加工誤差、歯面の噛合い誤差があり、これらの誤差によってウォームホイールおよびウォームの歯面間に衝撃力が作用する。この衝撃力を緩和するため、ウォームを回転可能にかつ軸方向移動可能に支持する軸受と、ウォームとの間で、弾性支持具を装填し、ウォームを軸方向の双方向に弾性支持する構造を有している（特許文献１）。

特許第３２５３５７８号公報

特許文献１では、弾性支持具が、環状の両側板と、この両側板で挟まれた環状の弾性体とで構成され、ウォームに、一方の側板に当接するフランジ部と、他方の側板に当接する大径部とが軸方向に離間して形成されている。そして、ウォームが軸方向の一方へ移動すると、フランジ部で一方の側板を介して弾性体を圧縮し、さらに移動すると大径部が他方の側板に当接して弾性体のこれ以上の圧縮を阻止している。弾性体のバネ特性の線形変位域の幅が狭く、ウォームホイールおよびウォームの歯面の加工誤差、歯面の噛合い誤差よりも少し大きい程度の幅しか有していない。このため、部品のバラツキにより中立位置の左右の弾性体のバネ特性の線形変位域の幅がアンバランスになりやすく、悪路走行時でウォームホイールおよびウォームの歯面間に大きな衝撃力がかかると大径部が他方の側板に当接し、打音が頻繁に発生する場合があった。本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、打音の発生を減少し、操舵感のよい電動パワーステアリング装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ハウジングと、前記ハウジングに固定された電動モータと、前記ハウジングに互いに軸方向に離間して回転可能に支持された入力軸および出力軸と、前記電動モータの回転数を減速して前記出力軸に伝達する歯車機構とからなり、前記歯車機構は、前記ハウジングに軸受を介して軸方向移動可能にかつ回転可能に支持され、電動モータによって回転駆動されるウォームと、このウォームに噛合するウォームホイールと、前記ウォームを前記ハウジングに対し軸方向の双方向に弾性支持する弾性体とを有する電動パワーステアリング装置において、前記弾性体は、前記ウォームの軸方向に圧縮されるものであり、前記ウォームの軸方向に第１の圧縮部と第２の圧縮部とからなり、前記第１の圧縮部の圧縮強さを前記第２の圧縮部の圧縮強さよりも小さくしたことを要旨としている。

前記弾性体は、２種類の圧縮強さを有しているため、ウォームの弾性支持状態下で軸方向の双方向に移動可能域（移動量）が広くなり、中立位置での弾性体のバネ特性の線形変位域の幅の左右のアンバランスを和らげることができ、打音が減少する。こうして、打音の発生を減少した操舵感のよい電動パワーステアリング装置を提供できる。

請求項２の発明は、前記第１の圧縮部は、径方向に貫通する穴を円周方向に複数有することを要旨としている。そのため、複数の穴形状断面積の穴を設置して必要な弾性率にすることで、中立位置の線形の弾性領域を拡大して形成でき、操舵性が向上できるとともに弾性支持具の幅が変化しないから、弾性支持具が装填されるウォームのフランジと、ハウジングに設けられる軸受の相対位置関係を変更する必要がなく、ウォームの形状変更及び／又はハウジングの形状変更を必要とせずに、弾性体のバネ特性の線形変位域を広げることができ、過大推力の吸収性能が高く、打音の発生を減少した操舵感のよい電動パワーステアリング装置を提供できる。

請求項３の発明は、前記第１の圧縮部は、等配に配置した突起であることを要旨としている。そのため、製作がしやすい複数の突起のため、必要な弾性率にでき小さい弾性率により、中立位置の弾性領域を拡大して形成でき、操舵性が向上できるとともに弾性支持具の幅が変化しないから、弾性支持具が装填されるウォームのフランジと、ハウジングに設けられる軸受の相対位置関係を変更する必要がなく、ウォームの形状変更及び／又はハウジングの形状変更を必要とせずに、弾性体のバネ特性の線形変位域を広げることができ、過大推力の吸収性能が高く、打音の発生を減少した操舵感のよい電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明により、打音の発生を減少した操舵感のよい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おける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 図１の電動パワーステアリング装置１に備えられたウォーム減速機 １９およびその近傍の構成を示す断面図 （a）本発明の弾性支持具,(b)（a）のＡ−Ａ矢視断面図 本発明の作用効果を説明するためのグラフ 他実施例の弾性支持具

本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態における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、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結されるステアリングシャフト３と、中間軸４を介してステアリングシャフト３と連結されるピニオン軸５と、ピニオン軸５に形成されたピニオン６に噛み合うラック７を有して自動車の左右方向に延びるラックバー８とを備える。ピニオン軸５およびラックバー８により操舵機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。なお、上記した部材だけでなく、これから新たに説明される部材は、全て電動パワーステアリング装置１の一部である。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸９と、中間軸４に連なる出力軸１０とに分割されている。入力軸９および出力軸１０は、トーションバー１１を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。ラックバー８は、図示しない複数の軸受を介して直線往復自在にラックハウジング１２に支持されている。ラックバー８の両端部はラックハウジング１２の両側へ突出し、各端部には、タイロッド１３およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪１４が連結されている。

操舵部材２を操作することによりステアリングシャフト３が回転する。このステアリングシャフト３の回転は、ピニオン６およびラック７を介してラックバー８の車体の左右方向への直線往復運動に変換される。これにより、転舵輪１４の転舵が達成される。また、操舵部材２に与えられる操舵トルクは、入力軸９および出力軸１０間の相対回転変位量に基づいて、ステアリングシャフト３の近傍に設けられたトルクセンサ１５によって検出される。トルクセンサ１５が検出したトルク値は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１６に与えられる。ＥＣＵ１６は、トルク値や図示しない車速センサから与えられる車速等に基づいて、駆動回路１７を介して操舵補助用のモータ１８を駆動制御する。

ＥＣＵ１６の制御によってモータ１８が発生した駆動力は、ウォーム減速機１９により減速され、ステアリングシャフト３の出力軸１０（換言すれば、操舵部材２）に伝達される。出力軸１０に伝達された力は、ピニオン軸５を介してラックバー８に伝達される。これにより操舵が補助される。このように、モータ１８は、操舵部材２を操舵するための駆動力を発生する。

図２は、図１の電動パワーステアリング装置１に備えられたウォーム減速機１９およびその近傍の構成を示す断面図である。図２を参照して、ウォーム減速機１９は、モータ１８により回転駆動されるウォームとしてのウォーム２０と、ウォーム２０に噛み合うウォームホイール２１とを含んでいる。ウォーム２０とウォームホイール２１との噛み合い領域Ｍには、グリース等の潤滑剤が充填されている。

ウォーム２０は、軸状体であって、第１端部２２と、第２端部２３と、第１端部２２および第２端部２３の間のウォーム本体部２４とを一体的に有している。第１端部２２および第２端部２３は、ウォーム本体部２４に対して一段縮径されている。ウォーム本体部２４の外周面に、ウォーム２０の軸中心を中心とする螺旋状の歯２４Ａが形成されている。第１端部２２は、第２端部２３よりもモータ１８側に位置していて、モータ１８の回転軸２５に対して、継手２６を介して略同軸上に連結されている。これにより、モータ１８の出力が、ウォーム２０に伝達される。

継手２６は、モータ１８の回転軸２５に一体回転可能に連結された第１部材２６Ａと、ウォーム２０の第１端部２２に一体回転可能に連結された第２部材２６Ｂと、第１部材２６Ａおよび第２部材２６Ｂ間をトルク伝達可能に連結する弾性部材２６Ｃとを備えている。弾性部材２６Ｃが撓むことによって、ウォーム２０は、回転軸２５に対して、連結された状態を保ちつつ、ある程度傾斜することができる。つまり、ウォーム２０は、モータ１８の回転軸２５に対して継手２６を介して揺動可能に連結されている。

ウォームホイール２１は、円盤形状である。ウォームホイール２１は、出力軸１０に一体回転可能に結合された環状の金属部材２７と、金属部材２７の周囲を取り囲む環状の合成樹脂部材２８とを備える。合成樹脂部材２８の外周には、歯２８Ａが形成されている。金属部材２７は、例えば合成樹脂部材２８の樹脂成形時に金型内にインサートされる。ウォームホイール２１は、金属部材２７において、出力軸１０（換言すれば、操舵部材２）に対して一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。

ウォーム２０のウォーム本体部２４の歯２４Ａと、ウォームホイール２１の合成樹脂部材２８の外周の歯２８Ａとは、互いに噛み合っている。この状態で、ウォーム２０は、ウォームホイール２１の接線方向に沿って延びている。噛み合った状態のウォーム２０およびウォームホイール２１は、ハウジング２９内に収容されている。ハウジング２９には、ウォーム２０を収容する第１収容空間５１と、ウォームホイール２１を収容する第２収容空間５２とが形成されている。第１収容空間５１は、ウォーム２０より一回り大きくウォーム２０に沿って延びる円筒状の空間である。そのため、ハウジング２９内には、第１収容空間５１を区画する円筒状の内周面２９Ａが形成されている。第２収容空間５２は、ウォームホイール２１より一回り大きい円盤状の空間である。第２収容空間５２は、第１収容空間５１の軸方向（ウォーム２０の軸方向Ｘと同じ）における途中部分５１Ａに対して連通している。第１収容空間５１に収容されたウォーム２０では、第１収容空間５１の途中部分５１Ａに、ウォーム本体部２４が配置されている。第１収容空間５１において途中部分５１Ａよりもモータ１８の回転軸２５に近い側（図２における右側）に、ウォーム２０の第１端部２２が配置されている。第１収容空間５１において途中部分５１Ａよりもモータ１８の回転軸２５から離れた側（図２における左側）に、第２端部２３が配置されている。

ウォーム２０の第１端部２２には、第１軸受３０が取り付けられている。また、ウォーム２０の第２端部２３には、第２軸受３１が取り付けられている。第１軸受３０および第２軸受３１としては、例えば転がり軸受が用いられている。第１軸受３０および第２軸受３１は、第１端部２２および第２端部２３において、ウォーム２０を回転可能に支持している。第１軸受３０および第２軸受３１は、ウォーム２０に対して同軸状となった状態で、ハウジング２９の第１収容空間５１に収容されている。

第１軸受３０の内輪３２は、第１端部２２の外周面２２Ａに対して一体回転可能に外嵌されている。第１軸受３０の外輪３３は、ハウジング２９において第１収容空間５１を区画する内周面２９Ａによって支持されている。ここで、内周面２９Ａにおいて、軸方向Ｘにおける外輪３３の両側には、凸部５３が設けられている。第１軸受３０は、外輪３３が軸方向Ｘにおける両側の凸部５３に挟持されることによって、軸方向Ｘへ移動不能な状態で内周面２９Ａに固定されている。

第１端部２２の外周面２２Ａにおいて、第１軸受３０と継手２６とに挟まれた位置には、フランジ４０が形成されていて、第１端部２２と一体化されている。軸方向Ｘにおける第１軸受３０とウォーム本体部２４との間には、弾性支持具４２が介装され、軸方向Ｘにおける第１軸受３０とフランジ４０との間には、弾性支持具４３が介装されている。弾性支持具４２，４３は、ともにゴム等の弾性体で形成された環状体であって、第１端部２２に対して外嵌されている。なお、弾性支持具４２，４３は、第１端部２２に対して遊嵌されていて、径方向に若干移動できてもよい。

ウォーム２０の第１端部２２の外周面２２Ａは、第１軸受３０の内輪３２の内周面に対して、軸方向Ｘに沿って摺動することができる。これによって、ウォーム２０全体が軸方向Ｘに移動することができる。ウォーム２０の移動範囲は、弾性支持具４２，４３が圧縮変形できる範囲である。詳しくは、ウォーム２０がモータ１８の回転軸２５側（図２における右側）へ移動する場合、弾性支持具４２がウォーム本体部２４と第１軸受３０とによって圧縮されるので、弾性支持具４２が最大限圧縮できるまで、ウォーム２０は、回転軸２５側へ移動できる。一方、ウォーム２０がモータ１８の回転軸２５から離れる側（図２における左側）へ移動する場合、弾性支持具４３が位置決めフランジ４０と第１軸受３０とによって圧縮されるので、弾性支持具４３が最大限圧縮できるまで、ウォーム２０は、回転軸２５から離れる方向へ移動できる。移動する前のウォーム２０の（軸方向Ｘにおける）位置は、「ホームポジション」とされる。ウォーム２０は、ホームポジションから移動すると、その際に圧縮された弾性支持具４２，４３が元の大きさに復元しようとすることによって、ホームポジションへ戻るように付勢される。このように、弾性支持具４２，４３は、ウォーム２０を軸方向Ｘへ移動できるように弾性的に支持している。

第２軸受３１の内輪３８は、第２端部２３の外周面２３Ａに対して一体回転可能に外嵌されている。ここで、ハウジング２９において第１収容空間５１を区画する内周面２９Ａでは、第２軸受３１の外輪３９に対して径方向外側から対向する部分に、全周に亘ってが形成されている。そのため、ウォーム２０とウォームホイール２１とが噛み合った状態では、第２軸受３１は、軸方向Ｘにおいて溝２９Ｃと同じ位置にあって、ハウジング２９の（溝２９Ｃにおける）内周面２９Ａから離れている（浮いている）。第２軸受３１は、ウォーム２０に伴われて、軸方向Ｘに移動することができる。

以下、弾性支持具４２、４３の構成について詳述する。弾性支持具４２、４３は実質的に同一構成であるから、弾性支持具４３代表例として説明する。

弾性支持具４３は、図３に示す如く、鋼板等からなる両側板４３a、４３ｃの間に、ゴム等からなる圧縮変形可能な弾性体４３ｂを挟んで構成される。側板４３a、４３ｃは弾性体４３ｂに焼付又は接着剤を用いて接着一体化される。

さらに弾性支持具４３は、弾性体４３ｂの内周との間で隙間を形成するための穴部４３ｄが設けられる。弾性支持具４３は両側板４３a、４３ｃの内径に対し、弾性体４３ｂの内径を同一径又はより大径でも可）に設定し、両側板４３a、４３ｃの内周をウォーム２０の第１端部２２の両側の円柱状外周部２２Ａの上に当接させ、両側板４３a、４３ｃのうちで少なくとも軸受２２の内輪２２Ｂに接する側板４３aの内周をウォーム２０の第１端部２２の外周部２２Ａの上で軸方向に摺接可能にしている。

尚、ウォーム２０において、弾性支持具４３の側板４３ａの内周が摺接し得る外周部２２Ａはフランジ４０より小径をなして該フランジ４０に対し段差を形成し、側板４３ｂの内周が摺接し得る外周部４０Ａは軸受２２の装填部より大径をなして該軸受２２の装填部に対し段差をなす。弾性支持具４３が前述の中立状態では、側板４３ｃは外周部４０Ａ上でフランジ４０との段差側面４０Ａに接し、側板４３aは外周部２１Ａ上で軸受２２内輪２２Ｂの側面に接する。この側板４３ａの突出部がフランジ４０との段差側面２１Ｃに接し、弾性体４３ｂの最大圧縮変形量になる。

本発明例の弾性支持具４３の弾性体４３ｂでは、２種類の圧縮強さの弾性体を有しているため、圧縮強さの小さい弾性体では、小さいな弾性率にすることで、中立位置の線形の弾性領域を拡大して形成でき圧縮変形量に対するバネ荷重の変化が直線をなす線形変位域の幅が、従来例に比して広くなる。また、本発明例の弾性支持具４３の弾性体４３ｂでは、線形変位域の終点（変曲点）を、穴部４３ｄの形状の設定により自由に変化させることができる。

電動パワーステアリング装置１０にあっては、弾性支持具４３（４２も同じ）の弾性体４３ｂを上述の如くに構成したから以下の作用効果がある。

弾性支持具４２，４３によるバネ特性の効果を図４にしめしているように、弾性支持具４２、４３の弾性体４２ｂ、４３ｂが断面視で穴部形状４２ｄ、４３ｄにしたため、弾性体４２ｂのバネ特性の線形変位域の幅Ｚが従来の線形変位域の幅Ｙより広くなる。これにより、電動パワーステアリング装置１０の悪路走行時でウォームホイールおよびウォームの歯面間に大きな衝撃力がかかると、ウォーム２０に過大推力が作用した場合に、ウォーム２０が弾性支持状態下で軸方向の双方向に移動する弾性支持域（移動量）が広くなり大径部が他方の側板に当接しなくなり打音が発生せず、ウォーム２０に作用する過大推力の吸収性能が高くなる。従って、ウォーム２０に接続されている歯車機構の歯面に生ずる衝撃力を緩和して歯面同士の叩き音を確実に低減し、或いはウォーム２０の慣性推力によるトルク伝達経路の損傷を確実に回避する。

弾性支持具４２，４３は、弾性体４２ｂ、４３ｂの両側板４２a、４２ｂに挟まれる幅を大きくすることなく、弾性体４２ｂのバネ特性の線形変位域を広げることができる。弾性支持具４２、４３の幅が変化しないから、弾性支持具４２、４３が装填されるウォーム２０のハウジング１１に設けられる軸受２２の相対位置関係を変更する必要がなく、ウォーム２０の形状変更及び／又はハウジング１１の形状変更を必要とせずに、弾性体４２ｂ、４３ｂのバネ特性の線形変位域を広げることができる。

他の実施例を図５にしめすように、弾性支持具８２，８３を構成する弾性体８２ｂ、８３ｂに設ける突起部形状（突起部８２ｄ、８３ｄ）を設置している。突起部形状（突起部８２ｄ、８３ｄ）は製作しやすく、このように適宜設定することにより、弾性体８２ｂ、８３ｂのバネ特性の設定の自由度を向上でき弾性体８２ｂ、８３ｂのバネ特性の線形変位域を広げることができるため、異音の発生を減少した操舵性のよいパワーステアリング装置を提供できる。

１…電動パワーステアリング装置、２…操舵部材、１８…モータ、１９…ウォーム減速機、２０…ウォーム、２１…ウォームホイール、２６…継手、２９…ハウジング、２９Ａ…内周面、３０…第１軸受、３１…第２軸受、４２、４３…弾性支持具、４３…弾性支持具、Ｘ…軸方向
４２a,４２ｃ,４３a,４３ｃ…側板、４２ｄ,４３ｄ…第１圧縮部（弾性体）、４２ｂ,４３ｂ…第２圧縮部（弾性体）

Claims (3)

1. ハウジングと、前記ハウジングに固定された電動モータと、前記ハウジングに互いに軸方向に離間して回転可能に支持された入力軸および出力軸と、前記電動モータの回転数を減速して前記出力軸に伝達する歯車機構とからなり、前記歯車機構は、前記ハウジングに軸受を介して軸方向移動可能にかつ回転可能に支持され、電動モータによって回転駆動されるウォームと、このウォームに噛合するウォームホイールと、前記ウォームを前記ハウジングに対し軸方向の双方向に弾性支持する弾性体とを有する電動パワーステアリング装置において、前記弾性体は、前記ウォームの軸方向に圧縮されるものであり、前記ウォームの軸方向に第１の圧縮部と第２の圧縮部とからなり、前記第１の圧縮部の圧縮強さを前記第２の圧縮部の圧縮強さよりも小さくした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の圧縮部は、径方向に貫通する穴を円周方向に複数有する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
3. 前記第１の圧縮部は、円周方向に等配に配置した突起である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。

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