JP2016117426A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォームホイールが出力軸の固定が解除された場合においても、パワーアシストの付与が不能となることがない電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）１は、ウォームホイール４２が出力軸１６の軸方向に移動した際に、その移動を規制してウォームとウォームホイール４２とのトルク伝達可能な噛合関係を維持する膨出部１６ａ、スナップリング２５ｅを有する。【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。

従来のコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という。）であって、チルトが可能なＥＰＳを、図５を参照して説明する。
ＥＰＳは、ステアリングコラム１００と前記ステアリングコラム１００内に回転可能に挿入されたステアリングシャフト１０２とを備えており、ステアリングコラム１００の前部にはハウジング１０４が一体に連結されている。

前記ハウジング１０４の軸孔１０６には、前記ステアリングシャフト１０２の一部を構成している出力軸１０８が軸受１１０、１１２、１１４を介して回動自在に支持されている。出力軸１０８には、ウォームホイール１１６がキー連結等により相対回動不能に取付けられて圧入されており、ウォームホイール１１６はモータ（図示略）の出力軸に連結したウォーム１１８に噛合されている。また、軸受１１０、１１２、１１４は前記軸孔１０６に対して圧入により取付けられている。

従って、運転者が前記ステアリングシャフト１０２に連結されたステアリングホイール（図示しない）を操舵することにより発生した操舵力は、ステアリングシャフトを介して出力軸１０８、及び例えばラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達される。また、モータの回転力は、そのウォーム１１８及びウォームホイール１１６を介して出力軸１０８に伝達されるようになっている。この結果、前記モータの回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸１０８に適切な操舵補助トルクを付与してパワーアシストができるようになっている。

このような構造を有する電動パワーステアリング装置は、例えば特許文献１が公知である。

特開２０１４−１５６１７７号公報

ところで、走行中に、転舵輪（タイヤ）が縁石等に強く乗り上げた際は、転舵輪から過大な逆入力を受けて、前記モータ及びステアリングホイール（ハンドル）が高速で回転させられる。上記のように過大な逆入力を受けると、前記出力軸に対して圧入により連結されたウォームホイールは、この連結が外れて、出力軸の軸方向に移動する場合がある。前記ウォームホイールの移動により、ウォームホイールとウォームとの噛み合いが外れると、パワーアシストの付与が不能となる虞がある。

本発明の目的は、ウォームホイールと出力軸との固定が解除された場合においても、パワーアシストの付与が不能となることがない電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、電動パワーステアリング装置は、モータ及びウォーム減速機を含むパワーアシストアクチュエータを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記ウォーム減速機は、前記モータの駆動軸に連結されたウォームと、前記ウォームに噛合するとともに前記パワーアシストアクチュエータの出力軸に相対回動不能に取付けられたウォームホイールと、前記ウォームホイールを収納するハウジングとを備え、前記出力軸を介してパワーアシストを行う電動パワーステアリング装置において、前記ウォームホイールの前記出力軸に対する軸方向の固定が解除されて、前記ウォームホイールが前記出力軸の軸方向に移動した際に、前記ハウジングと前記ウォームホイールの互いに対向する側面の少なくとも一方には、その移動を規制して前記ウォームと前記ウォームホイールとのトルク伝達可能な噛合関係を維持する規制手段を有するものである。

また、前記ハウジングには、前記出力軸を回動自在に支持する軸受を備えており、前記規制手段は、少なくとも前記ウォームホイールの軸方向の一方の側面に対向した前記ハウジングの内面に設けられて、前記一方の側面に対して前記軸受よりも近接配置されていてもよい。

また、前記規制手段は、少なくとも前記ウォームホイールの軸方向の一方の側面から前記ハウジングの内面に向かって突出された突部であってもよい。

本発明によれば、規制手段がウォームホイールの出力軸の軸方向の移動を規制して、ウォームとウォームホイールとのトルク伝達可能な噛合関係を維持する。このため、ウォームホイールと出力軸との固定が解除された場合においても、パワーアシストの付与が不能となることがない。

一実施形態の電動パワーステアリング装置のステアリングコラム近傍の断面図。 同じく電動パワーステアリング装置の減速機におけるウォームホイール近傍の断面図。 間隙Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の説明図。 他の実施形態の電動パワーステアリング装置の減速機におけるウォームホイール近傍の断面図。 従来の電動パワーステアリング装置の減速機におけるウォームホイール近傍の断面図。

以下、本発明を具体化した電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳという）１の一実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１のステアリングシャフト２は、その入力側端部であるコラムシャフト３が、軸受４を介してステアリングコラム６内において回転可能に収容されている。また、ステアリングシャフト２の一端（同図中、右側の端部）には図示しないステアリングホイール（図示略）が固定されている。ステアリングシャフト２の他端（同図中、左側の端部）は、自在継手を介して図示しないインターミディエイトシャフトに連結されており、そのステアリング操作に伴う回転、及び操舵トルクが、ステアリングギヤ（ラック＆ピニオン機構）等の図示しない転舵輪の舵角を変更する転舵機構へと伝達される。

コラムシャフト３は、前記ステアリングホイールが固定されることにより同コラムシャフト３のステアリング側の端部を構成する中空状のアッパシャフト８と、該アッパシャフト８にスプライン嵌合されることにより同アッパシャフト８の軸方向への摺動を許容するロアシャフト９とを備えている。また、ステアリングコラム６は、軸受４を介してアッパシャフト８を収容支持するアウタチューブ１１と、ロアシャフト９を収容するインナチューブ１２とを備えている。アウタチューブ１１は、その内周にインナチューブ１２が挿入されていて、同インナチューブ１２に対して軸方向に摺動可能に設けられている。

ＥＰＳ１は、コラム式のＥＰＳとして構成されている。そして、本実施形態のコラムシャフト３は、上記のようにアッパシャフト８に連結されたロアシャフト９の他端にパワーアシストアクチュエータ１５の出力軸１６を連結することにより形成されている。

アウタチューブ１１の前端部には、ハウジング２１が取付け固定されている。ハウジング２１は、インナチューブ１２に取付けられたセンサ収納ハウジング部２２と、該センサ収納ハウジング部２２に取付け固定された機構収納ハウジング部２４とを備えている。

センサ収納ハウジング部２２は、インナチューブ１２の端部に一端が内嵌固定された円筒状の筒部２６と、同筒部２６の他端において拡径形成された拡径部２８とを有する。
機構収納ハウジング部２４は、ステアリングシャフト２に操舵補助力を付与するパワーアシストアクチュエータ１５を収容する筐体である。図２に示すように機構収納ハウジング部２４は、底壁２５ａと底壁２５ａの周部から立設した周壁２５ｂとを備える有底円筒状のウォームホイール収納部２５を有している。また、機構収納ハウジング部２４は、パワーアシストアクチュエータ１５の駆動源である図示しないモータと、同モータを制御する図示しないコントローラとを支持している。

拡径部２８は、底壁２８ａと底壁２８ａから立設した周壁２８ｂを備えて円筒状に形成されている。周壁２８ｂはウォームホイール収納部２５の周壁２５ｂよりも高さが低く形成されており、その外周に前記周壁２５ｂの先端部が外嵌されている。

図１、図２に示すように前記ロアシャフト９のハウジング２１側の端部には中空状のスプライン嵌合部９ａが設けられていて連結部材３０が相対回動不能に挿入して連結され、該連結部材３０内に挿通されたトーションバー３２の一端が固定されている。前記トーションバー３２の他端部は、出力軸１６に相対回転不能に連結されている。

図２に示すように、連結部材３０は、筒部２６の内周に配置した軸受３４によってセンサ収納ハウジング部２２に支持されている。
トーションバー３２は、運転者による図示しないステアリングホイールの操舵トルクに応じて捩じれ、この捩じれ量が図２に示すように連結部材３０の周囲に配置されたトルクセンサ３６によって検出される。

トルクセンサ３６は、連結部材３０の外周に固定されたマグネット３８と、筒部２６の内周において、同マグネット３８と対向する位置に設けられて、マグネット３８の磁束変化を検出する磁気センサ（ホールＩＣ）４０とにより構成されている。前記トルクセンサ３６は、連結部材３０と出力軸１６との間の捻れ角、即ちトーションバー３２の捻れを、この磁気センサ４０により磁束変化として検知することにより、ステアリングシャフト２（コラムシャフト３）を介して伝達される操舵トルクを検出する。トルクセンサ３６の出力信号は図示しない前記コントローラに出力され、コントローラは、操舵トルクに応じたモータ電流を図示しないモータに供給する。

図２に示すように、出力軸１６は、ウォームホイール収納部２５の底壁２５ａに設けられた軸受４４と、拡径部２８の底壁２８ａに設けられた軸受４６を介してハウジング２１に回動自在に支持されている。軸受４４は、底壁２５ａにおいて、内側に膨出したボス２５ｆに設けられた段部２５ｄ付の取付孔２５ｃに対して段部２５ｄに係止されるまで内側から圧入されていることと、取付孔２５ｃ内面の周溝に係入されたＣ字状のスナップリング２５ｅとにより出力軸１６の軸方向における抜け防止がされている。

また、拡径部２８の底壁２８ａには、ボス２８ｄを有しており、ボス２８ｄに設けられた取付孔２８ｃに対して、軸受４６が内側から圧入されている。なお、取付孔２８ｃのトルクセンサ３６側に連通する孔は、軸受４６の外輪の外径よりも小径となっている。

また、出力軸１６において、ウォームホイール収納部２５に対応する部分は、軸受４４、４６の内輪の内径よりも大径の膨出部１６ａが形成されている。図３に示すように膨出部１６ａの軸受４４側の端部は、軸受４４の内輪に当接され、膨出部１６ａの軸受４６側の端部は軸受４６の内輪に当接されている。

図１〜図３に示すように、出力軸１６の膨出部１６ａには、ウォームホイール４２がキー連結等の固定手段により相対回動不能に取付けられている。前記固定手段には、圧入も含む趣旨である。このキー連結等の固定手段により、ウォームホイール４２は、過大な外力が入力されない限り膨出部１６ａに対して固定されている。

前記モータの駆動軸には、図示しないウォームが取り付けられており、このウォームは、前記ウォームホイール４２に噛み合っている。前記ウォーム及びウォームホイール４２は、ウォーム減速機を構成している。また、前記モータとウォーム減速機とによりパワーアシストアクチュエータ１５が構成されている。

また、図３に示すように、前記拡径部２８のボス２８ｄと、ウォームホイール４２との間隔Ｇ２は、ウォームホイール４２と軸受４６の間隔Ｇ１よりも短くなるように設定されている。また、ウォームホイール４２において、出力軸１６に貫通される部位は、図２、図３に示すように、軸方向の厚みが厚くなる厚肉部４２ａが形成されている。厚肉部４２ａの先端と、軸受４４側のスナップリング２５ｅとには間隔Ｇ３を有するように設定配置されている。

また、間隔Ｇ２、Ｇ３は、仮に、ウォームホイール４２と出力軸１６とのキー連結、等の固定手段による軸方向の固定が解除された際に、膨出部１６ａ上において、ウォームホイール４２の軸方向への移動が許容される範囲となる。すなわち、図３において、ウォームホイール４２が軸受４４側に移動する場合は、間隔Ｇ３は厚肉部４２ａがスナップリング２５ｅに当接するまで移動できる範囲となる。また、間隔Ｇ２はウォームホイール４２が軸受４６側に移動する場合は、ウォームホイール４２の軸受４６側の側面がボス２８ｄに当接するまで移動できる範囲となる。

間隔Ｇ２、または間隔Ｇ３分のウォームホイール４２の移動があっても、前記ウォームとウォームホイール４２とは、両者のトルク伝達可能な噛合関係を維持するように、軸方向における間隔Ｇ２、Ｇ３の長さが設定されている。ここで、ボス２８ｄ及びスナップリング２５ｅは、規制手段に相当する。なお、軸方向における間隔Ｇ２、Ｇ３の長さは、ウォーム及びウォームホイールの大きさ、形状にもよるが、本実施形態では、１ｍｍ前後の数値である。なお、この数値は例示であって、限定されるものではない。

そして、パワーアシストアクチュエータ１５は、このウォームホイール４２及び図示しないウォームにより構成される減速機により図示しないモータの回転を減速してその出力軸１６に伝達することにより、操舵系に対してパワーアシストを付与できる構成となっている。

（実施形態の作用）
以上のように構成されたＥＰＳ１の作用を説明する。
走行中に、転舵輪（タイヤ）が縁石等に強く乗り上げた場合、転舵輪から過大な逆入力を受けて、図示しないモータ及びステアリングホイール（ハンドル）が高速で回転させられる。このように過大な逆入力（すなわち、外力）を受けた場合、出力軸１６に連結されたウォームホイール４２は、この連結が外れて、出力軸１６の軸方向に移動することがある。

この場合、ウォームホイール４２が、図３において、左方向（軸方向）に移動した場合、間隔Ｇ３分を移動した後、厚肉部４２ａが、スナップリング２５ｅに当接したところで、その移動が規制される。従って、ウォームホイール４２の移動があっても、ウォームとウォームホイール４２とは、両者のトルク伝達可能な噛合関係を維持する。

また、ウォームホイール４２が、図３において、右方向（軸方向）に移動した場合、間隔Ｇ２分を移動した後、ウォームホイール４２の軸受４６の側面が、ボス２８ｄに当接したところで、その移動が規制される。従って、ウォームホイール４２の移動があっても、ウォームとウォームホイール４２とは、両者のトルク伝達可能な噛合関係を維持する。

この結果、ウォームホイール４２とウォームとの噛み合いが外れて、パワーアシストの付与が不能となることを防止できる。
このように、ウォームホイール４２が出力軸１６に対して軸方向に移動して出力軸１６に対しては軸方向には固定されていない場合においても、操舵が可能であり、緊急的に車両を操舵ができる利点がある。

本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）本実施形態のＥＰＳ１は、ウォームホイール４２が出力軸１６の軸方向に移動した際に、その移動を規制してウォームとウォームホイール４２とのトルク伝達可能な噛合関係を維持する膨出部１６ａ、スナップリング２５ｅ（規制手段）を有する。

この結果、ウォームホイールが出力軸の軸方向に移動した際に、膨出部１６ａ、スナップリング２５ｅ（規制手段）はウォームとウォームホイールとのトルク伝達可能な噛合関係を維持するようにウォームホイールの出力軸の軸方向の移動を規制する。このため、ウォームホイールと出力軸との圧入固定が解除された場合においても、パワーアシストの付与が不能となることがない。

（２）本実施形態のＥＰＳ１では、ハウジング２１には、出力軸１６を回動自在に支持する軸受４６を備えている。また、底壁２８ａのボス２８ｄ（規制手段）は、ウォームホイール４２の軸方向の一方の側面に対向したハウジング２１の内面に設けられて、ウォームホイール４２の一方の側面に対して軸受４６よりも近接配置されている。

この結果、本実施形態によれば、軸受４６側にウォームホイール４２が移動した場合において、ウォームとウォームホイールとのトルク伝達可能な噛合関係を維持するようにウォームホイールの出力軸の軸方向への移動を規制する。

軸受４６側にウォームホイール４２が移動した場合において、ウォームホイールと出力軸との圧入固定が解除された場合においても、パワーアシストの付与が不能となることがない。

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更してもよい。
・前記実施形態では、ボス２８ｄを規制手段としたが、ボス２８ｄに限定するものではなく、ボス２８ｄの高さを低くする代わりに、ボス２８ｄの高さよりも底壁２８ａからの高さがある突出部を規制手段として形成してもよい。この突出部とウォームホイール４２とには間隔Ｇ２を有するように形成するものとする。突出部の形状及び数は限定するものでないが、例えば、ボス２８ｄを囲むように円筒状に形成してもよく、或いは、複数の突出部をボス２８ｄの周囲において所定ピッチで等間隔、或いは不等間隔に配置してもよい。

なお、ボス２８ｄを囲むように円筒状に形成した場合、その全端面が面一となっていることが好ましい。
・前記突出部を底壁２８ａに設ける代わりに、図４に示すようにウォームホイール４２に規制手段としての突部４２ｂを設けて、該突部４２ｂと底壁２８ａ間の間隔をＧ２としてもよい。あるいは、ウォームホイール４２と底壁２８ａの両者に互いに当接可能な突部を規制手段として設けてもよい。

突部４２ｂの形状及び数は限定するものでないが、例えば、ボス２８ｄを囲むように円筒状（図４参照）に形成してもよく、或いは、複数の突部４２ｂをボス２８ｄの周囲で所定ピッチで等間隔、或いは不等間隔に配置してもよい。

・また、ウォームホイール４２に設ける突部は、底壁２８ａ側に向ける代わりに、底壁２５ａ側の側面に設けてもよい。或いは、前記突部４２ｂを底壁２８ａ側の側面に設けるとともに、ウォームホイール４２の底壁２５ａ側の側面にも突部を設けてもよい。

いずれの場合も、ウォームホイール４２の底壁２５ａ側の側面に設けた突部と底壁２５ａの間隔をＧ３とする。また、この場合、厚肉部４２ａとスナップリング２５ｅとの間隔は、間隔Ｇ３よりも長い間隔で配置するものとする。

・前記実施形態では、底壁２８ａのボス２８ｄが、ウォームホイール４２の軸方向の一方の側面に対向したセンサ収納ハウジング部２２（ハウジング２１）の内面に設けられて、ウォームホイール４２の一方の側面に対して軸受４６よりも近接配置した。

この構成に加えて、ウォームホイール４２の軸方向の他方の側面に対向した軸受４４側において、底壁２５ａのボス２５ｆを、ウォームホイール４２の他側面に対して軸受４４よりも近接配置してもよい。そして、このボス２５ｆと、ウォームホイール４２の他方の側面の間隔をＧ３としてもよい。なお、この場合、厚肉部４２ａとスナップリング２５ｅとの間隔は、Ｇ３よりも長い間隔で配置するものとする。

・前記実施形態において、軸受４６を軸受４４と同様にスナップリングで、取付孔２８ｃからの抜け防止を図るようにしてもよい。
・前記実施形態では、コラム式の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）としたが、例えば、ピニオンアシスト型、或いはデュアルピニオンアシスト型のＥＰＳに具体化してもよい。

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ステアリングシャフト、
３…コラムシャフト、４…軸受、８…アッパシャフト、９…ロアシャフト、
１１…アウタチューブ、１２…インナチューブ、
１５…パワーアシストアクチュエータ、１６…出力軸、１６ａ…膨出部、
２１…ハウジング、２２…センサ収納ハウジング部、２４…機構収納ハウジング部、
２５…ウォームホイール収納部、２５ａ…底壁、２５ｂ…周壁、
２５ｃ…取付孔、２５ｄ…段部、２５ｅ…スナップリング（規制手段）、
２６…筒部、２８…拡径部、２８ａ…底壁、２８ｂ…周壁、２８ｃ…取付孔、
２８ｄ…ボス（規制手段）、３０…連結部材、３２…トーションバー、３４…軸受、
３６…トルクセンサ、３８…マグネット、４０…磁気センサ、
４２…ウォームホイール、４４…軸受、４６…軸受、
１００…ハウジング、１０１…軸孔、１０３…ステアリングシャフト、
１０４…ステアリングコラム、１０９…ウォーム、１１０、１１２、１１４…軸受、
１１６…ウォームホイール、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…間隔。

Claims (3)

1. モータ及びウォーム減速機を含むパワーアシストアクチュエータを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記ウォーム減速機は、前記モータの駆動軸に連結されたウォームと、前記ウォームに噛合するとともに前記パワーアシストアクチュエータの出力軸に相対回動不能に取付けられたウォームホイールと、前記ウォームホイールを収納するハウジングとを備え、前記出力軸を介してパワーアシストを行う電動パワーステアリング装置において、
   前記ウォームホイールの前記出力軸に対する軸方向の固定が解除されて、前記ウォームホイールが前記出力軸の軸方向に移動した際に、前記ハウジングと前記ウォームホイールの互いに対向する側面の少なくとも一方には、その移動を規制して前記ウォームと前記ウォームホイールとのトルク伝達可能な噛合関係を維持する規制手段を有する電動パワーステアリング装置。
2. 前記ハウジングには、前記出力軸を回動自在に支持する軸受を備えており、
   前記規制手段は、少なくとも前記ウォームホイールの軸方向の一方の側面に対向した前記ハウジングの内面に設けられて、前記一方の側面に対して前記軸受よりも近接配置されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記規制手段は、少なくとも前記ウォームホイールの軸方向の一方の側面から前記ハウジングの内面に向かって突出された突部である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。