JP2014024471A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を簡素化することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電動パワーステアリング装置１が、電動モータ１６の回転軸２０と減速機１７のウォーム１８とを連結する継手２１を備える。継手２１は、ウォーム１８の第１端部１８ａが圧入されたボス２５と、ボス２５から径方向に延びるフランジ２６とを有する第１回転要素２２を含む。第１軸受３０が、ハウジング１７ａに保持され第１端部１８ａを回転可能に且つ軸方向Ｘ１に移動可能に支持する。第１軸受３０の内輪３４とフランジ２６との間に、第１回転要素２２を介してウォーム１８を軸方向Ｘ１電動モータ１６側に付勢する第１弾性体３２を設ける。
【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では、電動モータの出力をウォームおよびウォームホイールを介して減速して転舵機構に伝達することにより、ステアリング操作をトルクアシストしている。
ウォームとウォームホイールとの噛み合いには、バックラッシが必要であるが、走行時に、バックラッシに起因した歯打ち音（ラトル音）が発生するおそれがある。

そこで、従来、ウォームの一端を支持する軸受をウォームホイール側に弾性的に付勢することにより、バックラッシを除去する電動パワーステアリング装置が提案されている。また、軸受のガタを抑制するために、軸受の内輪の両側に一対の弾性体を配置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１，２を参照）。

特許第４４４２４２１号公報 特開２０１２−１０１６４９号公報

特許文献１では、ウォームの他端の外周にねじ嵌合したナットと、軸受の内輪との間で、弾性体を軸方向に圧縮した状態で支持している。また、特許文献２では、ウォームの他端の外周に止め輪によって軸方向に固定された環状板と軸受の内輪との間で、弾性体を軸方向に圧縮した状態で支持している。
一方、弾性体を軸方向に支持する構造とは別途に、ウォームの他端を電動モータの回転軸にトルク伝達可能に連結する継手構造が設けられている。このため、構造が複雑になっている。

そこで、本発明の目的は、構造を簡素化することができる電動パワーステアリング装置を提供することである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、回転軸（２０）を有する電動モータ（１６）と、第１端部（１８ａ）および第２端部（１８ｂ）を有するウォーム（１８）と前記ウォームに噛み合うウォームホイール（１９）とを含む減速機（１７）と、前記ウォームの第１端部が圧入されたボス（２５）と前記ボスから径方向に延びるフランジ（２６）とを有する回転要素（２２）を含み、前記ウォームの第１端部と前記回転軸とをトルク伝達可能に連結する継手（２１）と、前記減速機を収容したハウジング（１７ａ）と、前記ハウジングに保持され前記ウォームの第１端部を回転可能に且つ軸方向（Ｘ１）に移動可能に支持する軸受（３０）と、前記軸受の内輪（３４）と前記フランジとの間に介在し、前記回転要素を介して前記ウォームを軸方向電動モータ側に付勢する弾性体（３２）と、を備えた電動パワーステアリング装置を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記弾性体は、前記ボスの外周を取り囲む環状をなしていてもよい。

また、請求項３のように、前記ウォームの外周は、前記内輪が嵌合する内輪嵌合部（４６）と、前記内輪嵌合部よりも小径であって前記ボスが嵌合するボス嵌合部（４７）と、前記内輪嵌合部と前記ボス嵌合部との間に形成され、前記ボスを軸方向に位置決めした位置決め段部（４９）と、を含んでいてもよい。
また、請求項４のように、前記弾性体としての第１弾性体（３２）と、前記軸受に対して前記第１弾性体とは反対側に配置され、前記ウォームを軸方向第２端部側に付勢する第２弾性体（３３）と、を備えていてもよい。

また、請求項５のように、前記ウォームの第２端部をウォームホイール側に弾性的に付勢する付勢部材（６０）を備え、前記継手は、前記回転要素としての第１回転要素（２２）と、前記回転軸の端部に一体回転可能に連結された第２回転要素（２３）と、前記第１回転要素と前記第２回転要素とをトルク伝達可能に連結する弾性部材（２４）と、を含んでいてもよい。

請求項１の発明によれば、継手の要素（回転要素）によって、ウォームを軸方向（電動モータ側）に付勢する弾性体を軸方向に支持するので、継手とは別途に支持部材を設ける場合と比較して、構造を簡素化することができる。
また、請求項２の発明によれば、弾性体と継手の一部を軸方向に重ねて配置するので、軸方向スペースを短縮することができる。

また、請求項３の発明によれば、ボスが位置決め段部に当接する位置までウォームを圧入することで、ボスをウォームの軸方向に正確に位置決めすることができるので、弾性体による軸方向荷重を精度良く設定することができる。
また、請求項４の発明によれば、第１弾性体と第２弾性体とによってウォームを軸方向の中立位置に付勢するので、微小操舵時にウォームを軸方向に微小移動させて操舵感を向上することができる。

また、請求項５の発明によれば、継手の弾性部材が両回転部材間の屈曲を許容するので、付勢部材に付勢されたウォームをスムーズに揺動させてウォームとウォームホイールとのバックラッシを確実にゼロに維持することができる。

本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。 電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。 継手の分解斜視図である。 電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図であり、ウォームを支持する第１軸受の周辺を示している。 図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 付勢部材の斜視図である。

本発明の好ましい実施形態を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の電動パワーステアリング装置の概略構成図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、一端にステアリングホイール等の操舵部材２が連結されたステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。ピニオン軸７およびラックバー８により、ラックアンドピニオン機構からなる転舵機構Ａが構成されている。

ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動可能に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１１に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。

ステアリングシャフト３は、一端に操舵部材２が連結された入力側の第１操舵軸３ａと、ピニオン軸７に連なる出力側の第２操舵軸３ｂと、第１操舵軸３ａと第２操舵軸３ｂとを同一軸線上で相対回転可能に連結したトーションバー３ｃとを備えている。
トーションバー１２を介する第１操舵軸３ａと第２操舵軸３ｂとの間の相対回転変位量に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサ１３が設けられている。トルクセンサ１３のトルク検出結果は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１４に与えられる。ＥＣＵ１４では、トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路１５を介して操舵補助用の電動モータ１６を駆動制御する。

電動モータ１６の出力回転が伝動装置としての減速機１７を介して減速されてピニオン軸７に伝達され、ラックバー８の直線運動に変換されて、操舵が補助される。減速機１７は、電動モータ１６により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム１８と、このウォーム１８に噛み合うと共にステアリングシャフト３の第２操舵軸３ｂに一体回転可能に連結された被動ギヤとしてのウォームホイール１９とを備えている。

図２に示すように、ウォーム１８は電動モータ１６の回転軸２０と同軸上に配置される。ウォーム１８は、その軸長方向に離隔する第１端部１８ａおよび第２端部１８ｂと、第１端部１８ａおよび第２端部１８ｂ間の中間部の歯部１８ｃとを有する。
ウォームホイール１９は、ステアリングシャフト３の第２操舵軸３ｂの軸方向中間部に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール１９は、第２操舵軸３ｂに一体回転可能に結合された環状の芯金１９ａと、芯金１９ａの周囲を取り囲み外周に歯部１９ｃを形成した合成樹脂部材１９ｂとを備える。芯金１９ａは、例えば合成樹脂部材１９ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされる。

ウォーム１８の第１端部１８ａとこれに対向する電動モータ１６の回転軸２０（出力軸）の端部とは、継手２１を介してトルク伝達可能に且つ互いに揺動可能に連結されている。具体的には、継手２１は、ウォーム１８の第１端部１８ａに一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結された第１回転要素２２と、電動モータ１６の回転軸２０に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結された第２回転要素２３と、第１回転要素２２と第２回転要素２３との間に介在し、両回転要素２２，２３間にトルクを伝達する弾性部材２４とを備えている。

図３に示すように、第１回転要素２２は、ウォーム１８の第１端部１８ａ（図２参照）が圧入される嵌合孔２５ａが形成されたボス２５と、ボス２５から径方向外方へ延びる環状のフランジ２６とを備えている。ボス２５は、ウォーム１８の第１端部１８ａに一体回転可能に且つ軸方向移動不能に嵌合されている。
第２回転要素２３は、電動モータ１６の回転軸２０（図２参照）が圧入される嵌合孔２７ａが形成されて第１回転要素２３のフランジ２６に軸方向Ｘ１に対向する本体２７を備えている。

第１回転要素２２のフランジ２６は、第２回転要素２３の本体２７に向けて突出する複数の係合突起２６１を周方向Ｚ１に等間隔離隔するように設けている。また、第２回転要素２３の本体２７は、第１回転要素２２のフランジ２６に向けて突出する複数の係合突起２７１を周方向Ｚ１に等間隔離隔するように設けている。係合突起２６１と係合突起２７１とは、周方向Ｚ１の交互に配置されている。

弾性部材２４は、環状の主体部２８と、主体部２８から放射状に延びる複数の係合腕２９とを備えている。両回転要素２２，２３の周方向Ｚ１に隣接する係合突起２６１，２７１間に、弾性部材２４の対応する係合腕２９が挟持されている。
図２を参照して、ウォーム１８の第１端部１８ａは、第１軸受３０を介して減速機１７のハウジング１７ａに回転可能に支持されている。ウォーム１８の第２端部１８ｂは、第２軸受３１を介して減速機１７のハウジング１７ａに回転可能に支持されている。継手２１の弾性部材２４が弾性変形することで、第１軸受３０の軸受中心を中心として回転軸２０に対するウォーム１８の揺動が許容されている。

第１軸受３０および第２軸受３１は、例えば玉軸受により構成されている。ウォーム１８の第１端部１８ａには、ウォーム１８を軸方向の中立位置に付勢する第１弾性体３２および第２弾性体３３が配置されている。
第１軸受３０は、ウォーム１８の第１端部１８ａに、一体回転可能に嵌合された内輪３４と、減速機１７のハウジング１７ａに設けられた軸受孔３５にブッシュ３６を介して保持された外輪３７とを備えている。

図２の一部を拡大した図４に示すように、外輪３７とブッシュ３６の端部の環状フランジ３６ａとが、軸受孔３５の端部に設けられた位置決め段部３８と、軸受孔３５にねじ嵌合された止定部材３９との間で軸方向に挟持されている。これにより、外輪３７の軸方向移動が規制されている。
第１軸受３０の内輪３４は、ウォーム１８の第１端部１８ａの外周に一体回転可能に嵌合されている。第１弾性体３２および第２弾性体３３は、内輪３４を軸方向Ｘ１に挟んだ両側に配置されており、ウォーム１８を軸方向Ｘ１の中立位置に弾性的に付勢している。各弾性体３２，３３は、例えばゴム、熱可塑性エラストマーなどの弾性材料で形成されたブッシュである。

第２弾性体３３は、ウォーム１８の外周の位置決め段部４０に当接した環状の受け板４１と、内輪３４の第２端面３４ｂに当接した環状の受け板４２との間に介在し、軸方向Ｘ１に圧縮されている。第１弾性体３２は、内輪３４の第１端面３４ａに当接した環状の受け板４３と、継手２１の第１回転要素２２のフランジ２６に当接した受け板４４との間に介在し、軸方向Ｘ１に圧縮されている。各受け板４１〜４４は、例えば金属製である。

第１端部１８ａの外周には、受け板４１、第２弾性体３３および受け板４２が嵌合されて保持された第１部分４５と、第１部分４５よりも小径で内輪３４が嵌合された内輪嵌合部としての第２部分４６と、第２部分４６よりも小径で第１回転要素２２のボス２５が嵌合されたボス嵌合部としての第３部分４７とが設けられている。
ボス２５の外周２５ｂには、受け板４３、第１弾性体３２および受け板４４が嵌合され保持されている。第１部分４５と第２部分４６（内輪嵌合部）との間には、位置決め段部４８が形成されている。位置決め段部４８は、内輪３４の第２端面３４ｂに対向している。

第２部分４６（内輪嵌合部）と第３部分（ボス嵌合部）との間には、位置決め段部４９が形成されている。ボス２５の端面２５ｃが位置決め段部４９に突き当てられて、ボス２５がウォーム１８に対して軸方向Ｘ１に位置決めされている。位置決め段部４８とボス２５の端面２５ｃとの距離Ｌ１が、内輪３４の両端面３４ａ，３４ｂ間の距離Ｌ２よりも長く設定されている。両距離Ｌ１，Ｌ２間の差分（Ｌ１−Ｌ２）が、ウォーム１８の軸方向Ｘ１の可動範囲（例えば中立位置から左右０．３ｍｍずつで計０．６ｍｍ）に相当している。

図２および図４に示すように、第２軸受３１の内輪５０は、ウォーム１８の第２端部１８ｂの外周に設けられた嵌合凹部５１に一体回転可能に嵌合されている。内輪５０の一方の端面が、第２端部１８ｂの外周に設けられた位置決め段部５２に当接しており、これにより、ウォーム１８に対する内輪５０の軸方向移動が規制されている。
ハウジング１７ａには、第２軸受３１を保持するための軸受孔５３が設けられている。軸受孔５３は、第２軸受３１を、ウォーム１８とウォームホイール１９の中心間距離Ｄ１（ウォーム１８の回転中心Ｃ１とウォームホイール１９の回転中心Ｃ２との距離に相当）が増減する方向Ｙ１，Ｙ２（増加する方向Ｙ１および減少する方向Ｙ２）に偏倚可能に保持することのできる偏倚孔に形成されている。

軸受孔５３の内周と、第２軸受３１の外輪５４との間に、付勢部材としての例えば環状の板ばね６０が介在している。板ばね６０は、第２軸受３１を中心間距離Ｄ１が減少する方向Ｙ２に付勢する。
付勢部材としての板ばね６０は、例えば板金により形成される薄板状の部材である。図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である図５および斜視図である図６を参照して、板ばね６０は、第２軸受３１の外輪５４の外周５４ａを包囲する有端環状をなす主体部６１と、主体部６１の周方向の端部である第１端部６１ａおよび第２端部６１ｂからそれぞれ折り曲げ状に延設された一対の回転規制部６２と、各回転規制部６２からそれぞれ折り曲げ状に延びる一対の片持ち状の弾性舌片６３とを含む。

各回転規制部６２の幅は、主体部６１の幅よりも細くされている。主体部６１は、摩擦係合によりハウジング１７ａの軸受孔５３の内周に保持されている。図６に示すように、一対の弾性舌片６３の一方は第１の側縁６１ｃ側に配置され、他方の弾性舌片６３は第２の側縁６１ｄ側に配置されて、互い違いとされている。
再び図５を参照して、ハウジング１７ａの軸受孔５３は、その内周の一部に、第２軸受３１に対してウォームホイール１９側（中心間距離が減少する方向Ｙ２）とは反対の方向（中心間距離が増加する方向Ｙ１）に窪む受け凹部６４を形成している。板ばね６０の各弾性舌片６３の先端は、軸受孔５３の受け凹部６４の底６４ｃによって受けられ、各弾性舌片６３の付勢力が、第２軸受３１を介してウォーム１８の第２端部１８ｂを、上記中心間距離Ｄ１が減少する方向Ｙ２に付勢している。

受け凹部６４はそれぞれ軸受孔５３の周方向Ｚ１に対向する一対の内壁６４ａ，６４ｂを有しており、板ばね６０の各回転規制部６２は、対応する内壁６４ａ，６４ｂに当接することにより、軸受孔５３の周方向Ｚ１への、板ばね６０の回転を規制する。
本実施形態によれば、継手２１の要素（第１回転要素２２）によって、ウォーム１８を軸方向Ｘ１（電動モータ１６側）に付勢する弾性体（第１弾性体３２）を軸方向Ｘ１に支持するので、継手２１とは別途に支持部材を設ける場合と比較して、構造を簡素化することができる。

また、弾性体（第１弾性体３２）がボス２５を取り囲む環状をなすので、弾性体（第１弾性体３２）と継手２１の一部を軸方向Ｘ１に重ねて配置することができ、その結果、軸方向スペースを短縮することができる。
また、第２部分４６（内輪嵌合部）と第３部分４７（ボス嵌合部）との間の位置決め段部４９とボス２５とが当接する位置まで、ウォーム１８をボス２５へ圧入することで、ボス２５をウォーム１８の軸方向Ｘ１に正確に位置決めすることができるので、弾性体（第１弾性体３２）による軸方向荷重を精度良く設定することができる。

また、第１軸受３０の両側に配置される第１弾性体３２と第２弾性体３３とによってウォーム１８を軸方向Ｘ１の中立位置に付勢するので、微小操舵時にウォーム１８を軸方向Ｘ１に微小移動させて操舵感を向上することができる。
また、ウォーム１８の第２端部１８ｂをウォームホイール１９側へ付勢する付勢部材（板ばね６０）を設けている。また、ウォーム１８の第１端部１８ａと電動モータ１６の回転軸２０とを連結する継手２１が、ウォーム１８に一体回転可能に連結された第１回転要素２２と、回転軸２０に一体回転可能に連結された第２回転要素２３と、両回転要素２２，２３間をトルク伝達可能に連結する弾性部材２４とを備えている。したがって、継手２１の弾性部材２４が両回転部材２２，２３間の屈曲を許容することにより、付勢部材６０に付勢されたウォーム１８をスムーズに揺動させて、ウォーム１８とウォームホイール１９とのバックラッシを確実にゼロに維持することができる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば付勢部材として、板ばね６０に代えて、圧縮コイルばね（図示せず）を用いてもよい。前記実施形態では、ステアリングシャフトに電動モータの操舵補助力を付与したが、これに代えて、ピニオン軸に電動モータの操舵補助力を付与してもよい。その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…電動パワーステアリング装置、３…ステアリングシャフト、１６…電動モータ、１７…減速機、１７ａ…ハウジング、１８…ウォーム、１８ａ…第１端部、１８ｂ…第２端部、１９…ウォームホイール、２０…回転軸、２１…継手、２２…第１回転要素、２３…第２回転要素、２４…弾性部材、２５…ボス、２５ｂ…外周、２５ｃ…端面、２６…フランジ、２６１…係合突起、２７…（第２回転要素の）本体、２７１…係合突起、２８…（弾性部材の）主体部、２９…係合腕、３０…第１軸受、３１…第２軸受、３２…第１弾性体、３３…第２弾性体、３４…内輪、３４ａ…第１端面、３４ｂ…第２端面、４０…位置決め段部、４１〜４４…受け板、４５…第１部分、４６…第２部分（内輪嵌合部）、４７…第３部分（ボス嵌合部）、４８…位置決め段部、４９…位置決め段部、６０…板ばね（付勢部材）、Ｃ１…（ウォームの）回転中心、Ｃ２…（ウォームホイールの）回転中心、Ｄ１…中心間距離、Ｘ１…軸方向、Ｙ１…中心間距離が増加する方向、Ｙ２…中心間距離が減少する方向、Ｚ１…周方向

Claims (5)

1. 回転軸を有する電動モータと、
   第１端部および第２端部を有するウォームと前記ウォームに噛み合うウォームホイールとを含む減速機と、
   前記ウォームの第１端部が圧入されたボスと前記ボスから径方向に延びるフランジとを有する回転要素を含み、前記ウォームの第１端部と前記回転軸とをトルク伝達可能に連結する継手と、
   前記減速機を収容したハウジングと、
   前記ハウジングに保持され前記ウォームの第１端部を回転可能に且つ軸方向に移動可能に支持する軸受と、
   前記軸受の内輪と前記フランジとの間に介在し、前記回転要素を介して前記ウォームを軸方向電動モータ側に付勢する弾性体と、を備えた電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、前記弾性体は、前記ボスの外周を取り囲む環状をなしている電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または２において、前記ウォームの外周は、前記内輪が嵌合する内輪嵌合部と、前記内輪嵌合部よりも小径であって前記ボスが嵌合するボス嵌合部と、前記内輪嵌合部と前記ボス嵌合部との間に形成され、前記ボスを軸方向に位置決めした位置決め段部と、を含む電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１から３の何れか１項において、前記弾性体としての第１弾性体と、
   前記軸受に対して前記第１弾性体とは反対側に配置され、前記ウォームを軸方向第２端部側に付勢する第２弾性体と、を備えた電動パワーステアリング装置。
5. 請求項１から４の何れか１項において、前記ウォームの第２端部をウォームホイール側に弾性的に付勢する付勢部材を備え、
   前記継手は、前記回転要素としての第１回転要素と、前記回転軸の端部に一体回転可能に連結された第２回転要素と、前記第１回転要素と前記第２回転要素とをトルク伝達可能に連結する弾性部材と、を含む電動パワーステアリング装置。

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