JP2015160523A - 電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォームギアおよびウォームホイールによる減速機構を備えた、電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造において、ウォームホイールのギア部の軸心と回転軸心との芯ずれに起因したバックラッシュの変化の影響を抑制するのに適したアシスト力伝達構造を提供すること。【解決手段】モータにより回転させられるウォームギア３と、このウォームギア３と噛合するギア部を外周に有し、ステアリングシャフト１にアシスト力を伝達するウォームホイール２と、を備えた電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造Ａ１であって、ウォームホイール２には、上記ギア部の中心軸線Ｏ２とウォームホイール２の回転軸線Ｏ１との位置関係により規定される所定部位にすぐり部２３１（衝撃低減部）が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置におけるアシスト力伝達構造に関する。

従来、電動パワーステアリング装置におけるアシスト力の伝達については、例えば操舵アシスト用のモータによって回転させられるウォームギアから、ステアリングシャフトに取り付けられたウォームホイールに伝達される構造が知られている。このようなウォームギアおよびウォームホイールによる減速機構を介してアシスト力が伝達される構造では、運転者が一方向から逆方向にハンドルを切るような場合において、ウォームギアおよびウォームホイールの噛合部に設けられたバックラッシュに起因して当該ウォームギアおよびウォームホイールの歯面どうしが衝突し、振動や歯打ち音（騒音）が生じていた。

このようなギアの噛合部の衝突による振動・騒音の発生に対し、弾性体を用いて当該振動や騒音を低減する工夫が提案されている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１において、ウォームホイールの外周に設けられたギア部とステアリングシャフトとの間に弾性体を設けた構成が開示されている。このような構成によれば、当該弾性体によりギアの噛合部の衝撃が吸収され、振動や騒音を低減することができる。

ところで、ウォームホイールの外周に設けられたギア部の中心軸線と、当該ウォームホイールの回転軸線とは、ウォームホイールの製造時の寸法精度等により多少の芯ずれが生じ得る。このような芯ずれが生じると、当該芯ずれに起因して、ウォームホイールの周方向における位置に応じてバックラッシュの大きさが変わる。バックラッシュの大きさが変化すると、バックラッシュが相対的に大きい部位では、上記した振動や騒音も相対的に大きくなってしまう。また、ウォームホイールのギア部の内側に弾性体を設けた上記従来の構成では、上記した芯ずれが起こりやすく、当該芯ずれによるバックラッシュの変化等の影響を受けやすかった。

実開昭６４−３２２７０号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ウォームギアおよびウォームホイールによる減速機構を備えた、電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造において、ウォームホイールのギア部の軸心と回転軸心との芯ずれに起因したバックラッシュの変化の影響を抑制するのに適したアシスト力伝達構造を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明によると、モータにより回転させられるウォームギアと、このウォームギアと噛合するギア部を外周に有し、ステアリングシャフトにアシスト力を伝達するウォームホイールと、を備えた電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造であって、上記ウォームホイールには、上記ギア部の中心軸線と上記ウォームホイールの回転軸線との位置関係により規定される所定部位に衝撃低減部が設けられている、電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造が提供される。

好ましくは、上記衝撃低減部は、上記回転軸線に対して上記中心軸線が偏倚する方向の反対側に設けられている。

好ましくは、上記衝撃低減部は、上記回転軸線に対して上記中心軸線が偏倚する方向の反対側と同じ側とに設けられている。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造の一実施形態を概略的に示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分断面図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造の作用を説明するための図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造の変形例を示す図３と同様の図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造の他の実施形態を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、自動車に搭載された、本発明に係るアシスト力伝達構造を備えた電動パワーステアリング装置の一部を概略的に示す断面図である。図１に示された電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造（以下、「アシスト力伝達構造Ａ１」という）は、ステアリングシャフト１に装着された環状のウォームホイール２と、ウォームホイール２と噛合するウォームギア３とを、備え、アシスト用モータ４の回転駆動力がウォームギア３およびウォームホイール２によるウォーム減速機構を介してステアリングシャフト１に伝達されるように構成されている。ステアリングシャフト１は、図示しないステアリングホイールに連結されている。ウォームホイール２およびウォームギア３は、ハウジング５の内部に収容されている。なお、図１は、ステアリングシャフト１の軸心に垂直な平面で切断した状態を表す。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分断面図である。

本実施形態において、ウォームホイール２は、ベース部材２１と、ギア部材２２と、ダンパ２３とを備えている。ベース部材２１は、例えば金属製で円環状とされており、ステアリングシャフト１に外嵌固定されている。ギア部材２２は、例えば所定の強度を有する金属材料からなり、ベース部材２１よりも大径な円環状を呈する。ギア部材２２は、ベース部材２１を囲むように配される。ギア部材２２の外周には、ウォームギア３の歯面と噛み合う歯面（ギア部）が形成されている。ダンパ２３は、例えばゴム状弾性材料からなる弾性体であり、ベース部材２１とギア部材２２との間に介装されている。ダンパ２３は、例えば加硫接着によってベース部材２１およびギア部材２２の各々に一体的に固着している。ダンパ２３にはすぐり部２３１が設けられている。

ウォームギア３は、例えば所定の強度を有する金属材料からなり、外周にウォームホイール２（ギア部材２２）の歯面（ギア部）と噛み合う螺旋状の歯面が形成されている。ウォームギア３を保持するウォーム軸３１は、軸方向の両端部が軸受５１，５２を介してハウジング５に回転可能に支持されている。ウォーム軸３１の軸方向一端部は、アシスト用モータ４の出力軸４１に連結されている。

ハウジング５は、ウォームギア３およびウォームホイール２を、それぞれ所定の回転軸線周りに回転可能に支持している。ウォームホイール２のギア部材２２は、ダンパ２３およびベース部材２１を介してステアリングシャフト１と一体となっており、このステアリングシャフト１が軸受（図示略）を介してハウジング５に回転可能に支持されている。

本実施形態において、図１に示すように、ウォームホイール２の回転軸線Ｏ１の位置とギア部材２２（ギア部）の中心軸線Ｏ２の位置とは、僅かにずれている。図１は、ステアリングホイール（ハンドル）が中立である状態（即ち、車両が直進する状態）を示している。図１に示した状態において、ギア部材２２（ギア部）の中心軸線Ｏ２は、ウォームホイール２の回転軸線Ｏ１よりもウォームギア３側に偏倚している。

図１に示した状態において、ウォームホイール２の回転軸線Ｏ１からギア部材２２（ギア部）の基準ピッチ円までの距離（以下、当該距離のことを適宜「ギア半径」という）は、ウォームギア３との噛合部（図中上側）において相対的に大きく、回転軸線Ｏ１を挟んで上記噛合部と反対側（図中下側）において相対的に小さい。ダンパ２３において、すぐり部２３１は、ギア部材２２（ギア部）のギア半径が小さい側（図中下側）に設けられている。すぐり部２３１は、ウォームホイール２の回転軸線Ｏ１に沿う方向に貫通する空洞である。詳細は後述するが、すぐり部２３１は、ウォームギア３およびウォームホイール２（ギア部材２２）の噛合部における衝撃を、より積極的に低減するためのものであり、本発明でいう衝撃低減部に相当する。

図３は、ステアリングホイール（ハンドル）を右方向あるいは左方向に大きく回転操舵した状態を示している。図３に示した状態では、図１の状態と比べてウォームホイール２は回転軸線Ｏ１周りに約１８０°回転しており、すぐり部２３１は、ウォームホイール２の回転軸線Ｏ１に対してウォームギア３との噛合部側に位置する。ここで、図３に示した状態では、ギア部材２２のギア半径は、ウォームギア３との噛合部において相対的に小さい。したがって、図３に示した状態において、ウォームギア３およびウォームホイール２（ギア部）の噛合部におけるバックラッシュは、相対的に大きい。

上記構成のウォームホイール２における回転軸線Ｏ１の位置および中心軸線Ｏ２の位置のずれ（芯ずれ）は、ウォームホイール２の製造過程で生ずるものである。ウォームホイール２の製造においては、例えばベース部材２１、歯面（ギア部）を形成する前のギア部材２２、および、すぐり部２３１を形成する前のダンパ２３が一体となった状態のものについて、ギア部材２２の外周に歯面（ギア部）を形成する。次いで、回転軸線Ｏ１および中心軸線Ｏ２の芯ずれを測定し、ダンパ２３において、ギア部材２２のギア半径が小となる位置に対応する部位に、すぐり部２３１を形成する。このようにして製造したウォームホイール２は、ハウジング５への組み付けの際、ステアリングホイール（ハンドル）が中立状態であるときにすぐり部２３１が回転軸線Ｏ１を挟んでウォームギア３と反対側（図１における下側）に位置するようにセットされる。なお、ウォームホイール２における回転軸線Ｏ１および中心軸線Ｏ２の芯ずれは、例えば１０μｍ以下程度であるが、図面においては回転軸線Ｏ１および中心軸線Ｏ２の芯ずれを強調して表している。

上記構成のアシスト力伝達構造Ａ１を備えた電動パワーステアリング装置において、例えば自動車の走行中に運転者が図示しないステアリングホイール（ハンドル）をいずれかの方向に回転させると、その操舵トルクがセンサによって検出され、当該センサからの検出信号や車速データ等に基づいて、アシスト用モータ４が駆動させられる。

アシスト用モータ４の回転駆動力は、当該モータ４の出力軸４１からウォーム軸３１（ウォームギア３）に伝達され、ウォームギア３とウォームホイール２（ギア部材２２）との噛合部を介して減速される。そして、ギア部材２２と一体であるダンパ２３およびベース部材２１を介して、ステアリングシャフト１に、ハンドルの回転方向と同方向のアシスト力が与えられ、ハンドルからの操舵トルクをアシストするようになっている。このため、運転者は、操舵を容易に行うことができる。

本実施形態のアシスト力伝達構造Ａ１のウォームホイール２においては、ベース部材２１とギア部材２２との間にダンパ２３（弾性体）が介在している。このような構成によれば、例えばハンドルを一方向から逆方向に切るような場合において、ウォームギア３およびウォームホイール２（ギア部材２２）の噛合部の衝撃を吸収でき、当該噛合部における振動や歯打ち音（騒音）を低減することができる。

ウォームホイール２においては、当該ウォームホイール２の回転軸線Ｏ１およびギア部材２２（ギア部）の中心軸線Ｏ２の位置関係に基づいて規定される所定部位に、衝撃低減部としてのすぐり部２３１が設けられている。本実施形態において、すぐり部２３１は、図１および図３に示すように、ギア部材２２のギア半径が小となる側（回転軸線Ｏ１に対して中心軸線Ｏ２が偏倚する方向の反対側）に設けられている。このような構成によれば、回転軸線Ｏ１および中心軸線Ｏ２の芯ずれに起因するバックラッシュの変化について、図３に示すようにバックラッシュが相対的に大きいとき、すぐり部２３１がウォームギア３およびウォームホイール２（ギア部材２２）の噛合部の近傍に位置することになる。図３に示した状態（バックラッシュが相対的に大きい状態）においては、ダンパ２３とギア噛合部の近傍にあるすぐり部２３１との協働により、すぐり部２３１の周辺部は、外力に対して変形しやすく緩衝作用に優れている。したがって、図３に示した状態では、ハンドルを切る際の当該ギア噛合部の衝撃をより効果的に吸収することができる。バックラッシュが相対的に大きいとき、ギア噛合部の振動や騒音が相対的に大きくなる傾向にあるところ、本実施形態の構成によればそのようなバックラッシュが大きいときのギア噛合部の振動・騒音が効率よく低減される。

図１に示したように、ウォームホイール２は、ハンドルが中立状態にあるときにギア噛合部のバックラッシュが相対的に小さくなるように組み付けられている。このような構成によれば、ハンドルの操作頻度が比較的に多い、中立状態およびその中立状態から左右に少し操舵した範囲において、バックラッシュが比較的に小さくなる。したがって、本実施形態によれば、ハンドルの操作頻度が比較的に多い状況において、剛性感を確保しつつギア噛合部の振動・騒音を効果的に低減することができる。

図４は、図１〜図３に示したアシスト力伝達構造Ａ１の変形例を示している。図４以降の図においては、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。

図４に示したアシスト力伝達構造Ａ１’においては、ダンパ２３に設けられたすぐり部２３１’の構成が図１〜図３に示した実施形態と異なっている。図４に示すように、すぐり部２３１’は、ギア部材２２（ギア部）のギア半径が小さくなるにつれて、半径方向の断面積が大きくされている。

図４に示した構成において、図１〜図３に示したアシスト力伝達構造Ａ１に関して上述したのと同様の効果を奏することができる。さらに、すぐり部２３１’を有する構成によれば、ハンドルを切る際、バックラッシュが大きくなるにつれて、すぐり部２３１’によるギア噛合部の振動・騒音の低減効果の増大が見込まれる。したがって、ハンドル操作の過程において、ギア噛合部の振動・騒音の大きさの均一化を図ることができる。

図５は、本発明に係る電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造の他の実施形態を示す。図５に示したアシスト力伝達構造Ａ２においては、ダンパ２３にはすぐり部２３２が追加的に設けられており、この点が上記のアシスト力伝達構造Ａ１と異なっている。

すぐり部２３２は、ギア部材２２（ギア部）のギア半径が大きい側（回転軸線Ｏ１に対して中心軸線Ｏ２が偏倚する方向と同じ側）に設けられている。図５に示したアシスト力伝達構造Ａ２によれば、図１〜図３に示したアシスト力伝達構造Ａ１に関して上述したのと同様の効果を奏することができる。さらに、図５に示した状態では、ギア噛合部のバックラッシュが相対的に小さいが、すぐり部２３２は、ギア噛合部の近傍に位置する。このため、バックラッシュが小さいときにギア噛合部が詰まり気味になっても、すぐり部２３２の周辺が適度に変形し、ギア噛合部に大きな荷重が作用するのを回避することができる。このことは、ギア部分（ギア部材２２の歯面やウォームギア３の歯面）の摩耗や損傷の抑制につながり、ギア部分の耐久性を高めるのに適する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は上記した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に変更が可能である。

上記実施形態においては、ウォームホイールに設けられる衝撃低減部として、すぐり部を適用した場合を例に挙げて説明したが、衝撃低減部の構成はこれに限定されない。衝撃低減部としては、他の部位と比べてギア噛合部による衝撃をより低減する構成であればよく、例えば、弾性体において他の部位よりも厚さを小さくするなどにより部分的に体積を減少させる構成や、弾性体の硬度を他の部位よりも軟らかいものにするなど、様々な構成を採用することができる。

Ａ１，Ａ１’，Ａ２ アシスト力伝達構造
１ ステアリングシャフト
２ ウォームホイール
２１ ベース部材
２２ ギア部材
２３ ダンパ
２３１，２３１’，２３２ すぐり部（衝撃低減部）
３ ウォームギア
３１ ウォーム軸
４ アシスト用モータ
４１ 出力軸
５ ハウジング
５１，５２ 軸受

Claims (3)

1. モータにより回転させられるウォームギアと、このウォームギアと噛合するギア部を外周に有し、ステアリングシャフトにアシスト力を伝達するウォームホイールと、を備えた電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造であって、
   上記ウォームホイールには、上記ギア部の中心軸線と上記ウォームホイールの回転軸線との位置関係により規定される所定部位に衝撃低減部が設けられている、電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造。
2. 上記衝撃低減部は、上記回転軸線に対して上記中心軸線が偏倚する方向の反対側に設けられている、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造。
3. 上記衝撃低減部は、上記回転軸線に対して上記中心軸線が偏倚する方向の反対側と同じ側とに設けられている、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置のアシスト力伝達構造。

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