JP3643950B2 - 電動式舵取装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は操舵補助力の発生源としてモータを用いてなる電動式舵取装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車の舵取りは、車室の内部に配された操舵輪の回転操作を、舵取用の車輪(一般的には前輪)の操向のために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。
【0003】
図8は従来における電動式舵取装置の断面図、図9は減速機構部分の断面図である。
自動車用の電動式舵取装置としては、図8に示すように例えば舵取りのための操舵輪100に連結される第1の操舵軸101と、該操舵軸101の下端にトーションバー102を介してその下端が同軸的に連結され、その下端が車輪に繋がる舵取機構に連結される第2の操舵軸103と、操舵輪100を回転することによって第1の操舵軸101に加わるトルクを前記トーションバー102に生じる捩れによって検出するトルクセンサ104と、該トルクセンサ104の検出結果に基づいて駆動される操舵補助用のモータ105と、該モータ105の出力軸に繋がり、該出力軸の回転を減速して前記第2の操舵軸103に伝達するウォーム106及びウォームホイール107を有する減速機構とを備え、操舵輪100の回転に応じた舵取機構の動作を前記モータ105の回転により補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減するように構成されている。
【0004】
減速機構を構成するウォーム106は、図9に示すように一対の転がり軸受108,108を介してハウジング110の嵌合孔に支持され、ウォームホイール107が設けられている第2の操舵軸103は一対の転がり軸受109,109を介してハウジング110の嵌合孔に支持され、ラジアル方向及びアキシアル方向への移動が阻止されている。
【0005】
このように減速機構が用いられる場合、ウォーム106及びウォームホイール107の噛合部のバックラッシュ量を少なくするため、ウォーム106及びウォームホイール107の回転中心間距離と、前記転がり軸受108,109が嵌合される嵌合孔の中心間距離とが許容範囲内で一致するように加工されたウォーム106、ウォームホイール107、転がり軸受108,109、第2の操舵軸103、ハウジング110が選択され組み立てられているが、この組立てに多くの時間を要することになり、また、ウォーム106及びウォームホイール107の歯の摩耗が増大することによってバックラッシュ量が増加することになり、改善策が要望されていた。
【0006】
また、モータ105の出力軸に繋がるウォーム106を支持する軸受108,108の外周面と前記ハウジング110の嵌合孔との間にゴム環を設け、該ゴム環の弾性復元力によってウォーム106をウォームホイール107の方向(以下第1ラジアル方向Yという)へ付勢し、ウォーム106及びウォームホイール107の噛合部のバックラッシュ量を少なくするように構成された電動式舵取装置が知られている。尚、軸受108,108が嵌合される一対の嵌合孔の一方は他方に対して偏倚している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記減速機構のウォームホイール107は回転中心線に対しその歯すじが回転方向へ捩じれているため、ウォーム106からウォームホイール107へ回転トルクが加わるとき、換言すればモータ105の回転によって操舵補助するとき、ウォーム106がウォームホイール107の歯すじに沿ってラジアル方向(以下第2ラジアル方向Xという)へ移動するように比較的強く押圧されることになるのに対し、上述の如くゴム環を用いてバックラッシュ量を少なくするように構成された従来の電動式舵取装置にあっては、ゴム環の弾性復元力(ばね定数)が全周にかけて一定であるため、次のような問題があった。
【0008】
ゴム環の弾性復元力が比較的小さい場合、ウォーム及びウォームホイールの噛合部に加わる回転トルク(操舵軸に加わるトルク)を比較的小さくすることができるが、ウォームの第2ラジアル方向Xへの移動量が比較的大きくなり、ウォームが損傷することになる。
【0009】
また、ゴム環の弾性復元力が比較的大きい場合、ウォームの第2ラジアル方向Xへの移動量を非常に少なくすることができるが、ウォーム及びウォームホイールの噛合部に加わる回転トルクが比較的大きくなり、ウォームの回転性が悪くなる。これにより、操舵輪の戻りの悪化、また、操舵中立時のフィーリングの悪化を招く。
【0010】
本発明は上記問題点を解決することができる電動式舵取装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
第1発明に係る電動式舵取装置は、操舵補助用のモータの回転に連動し、ハウジング内に軸受を介して回転可能に支持されるウォーム及び該ウォームに噛合し、舵取機構に繋がるウォームホイールを備え、前記モータの回転によって操舵補助するようにした電動式舵取装置において、前記軸受の外周りであり、前記ウォームがウォームホイールの歯すじに沿ってラジアル方向一方側及び他方側へ押圧される前記一方側及び他方側の位置に、前記ウォームを該ウォーム及びウォームホイールの噛合点側へ付勢する弾性体を備えることを特徴とする。
【0012】
第1発明にあっては、ウォームがウォームホイールの歯すじに沿ってラジアル方向一方側及び他方側へ押圧される前記一方側及び他方側の位置に、前記噛合点側へ付勢する弾性体を備えるため、弾性体の弾性復元力によってバックラッシュ量を少なくすることができ、しかも、ウォーム及びウォームホイールの噛合部に加わる回転トルクを比較的小さくすることができるとともに、ウォームの前記ラジアル方向一方側及び他方側への移動量を非常に少なくすることができ、ウォームの損傷を防止できる。
【0015】
第2発明に係る電動式舵取装置は、前記軸受の外周りであり、前記軸受の中心に対して前記噛合点と反対側の位置に、前記軸受の移動量を制限するストッパが設けてあることを特徴とする。
【0016】
第2発明にあっては、ウォーム及びウォームホイールの噛合点に加わる噛合反力によってウォームがウォームホイールに対し噛合点と反対側へ離間するように押圧されたとき、弾性体が撓み、ストッパが例えばハウジング側に当接し、軸受が噛合点と反対側へ移動し過ぎることを防止でき、弾性体の噛合点側への弾性復元力をより一層小さくでき、前記噛合点に加わる回転トルクをより一層小さくすることができる。
【0017】
第3発明に係る電動式舵取装置は、操舵補助用のモータの回転に連動し、ハウジング内の嵌合孔に軸受を介して回転可能に支持されるウォーム及び該ウォームに噛合し、舵取機構に繋がるウォームホイールを備え、前記モータの回転によって操舵補助するようにした電動式舵取装置において、前記軸受の外周りに、前記ウォームがウォームホイールの歯すじに沿ってラジアル方向一方側及び他方側へ押圧される前記一方側及び他方側へ前記軸受が移動するのを抑制し、且つ、前記ウォーム及びウォームホイールの噛合点側及び反噛合点側の位置に、前記抑制すべき力を小にすべき貫通孔を有する環状の円板形をなす弾性体が設けてあり、該弾性体の中心は前記嵌合孔の中心に対し前記噛合点側へ偏倚していることを特徴とする。
【0018】
第3発明にあっては、弾性体の貫通孔部分が噛合点側及び反噛合点側となるため、弾性体の弾性復元力によってバックラッシュ量を少なくすることができ、しかも、ウォーム及びウォームホイールの噛合点に加わる回転トルクを比較的小さくすることができるとともに、ウォームがウォームホイールの歯すじに沿ってラジアル方向一方側及び他方側へ移動する移動量を非常に少なくすることができ、ウォームの損傷を防止できる。さらに、弾性体が円板形であるため、該弾性体の耐久性を高めることができる。
【0019】
第4発明に係る電動式舵取装置は、前記軸受に嵌合された内側環と、前記嵌合孔に嵌合された外側環とを備え、該内側環及び外側環に前記弾性体が結合されていることを特徴とする。
【0020】
第4発明にあっては、内側環、外側環及び弾性体が一体化されており、その内側環の内周に軸受の外周を嵌合(圧入)した後、外側環を嵌合孔に嵌合することにより軸受及び弾性体をハウジング内に組み込むことができ、組込作業性を良好にできる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態1
図1は本発明に係る電動式舵取装置の断面図である。
電動式舵取装置は、一端が舵取りのための操舵輪1に繋がり、他端に筒部を有する第1の操舵軸2と、前記筒部内に挿入されてその一端が前記操舵軸2の他端に同軸的に連結され、前記操舵輪1に加わる操舵トルクの作用によって捩れるトーションバー3と、その一端部が前記筒部の周りに挿入され、その他端が前記トーションバー3の他端に同軸的に連結される第2の操舵軸4と、前記トーションバー3の捩れに応じた第1及び第2の操舵軸2,4の相対回転変位量によって前記操舵輪1に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ5と、該トルクセンサ5が検出したトルクに基づいて駆動される操舵補助用のモータ6と、該モータ6の回転に連動し、該回転を減速して第2の操舵軸4に伝達する小径歯車(以下ウォームと云う)71及び大径歯車(以下ウォームホイールと云う)72を有する減速機構7と、前記トルクセンサ5及び前記減速機構7が収容されるハウジング8とを備え、このハウジング8に前記モータ6が取付けられている。
【0022】
ハウジング8は、前記トルクセンサ5を収容する第1の収容部8aと、該収容部8aに連続し、前記ウォームホイール72を収容する第2の収容部8bと、該収容部8bに連続し、前記ウォーム71を収容する第3の収容部8cとを備えている。
【0023】
図2は減速機構部分の断面図である。
収容部8cはウォーム71の軸長方向に長くなっており、その長手方向一端に第1の嵌合孔81が設けられている。また、収容部8cの他端には第2の嵌合孔82及び該嵌合孔82に連続するねじ孔83が設けられ、該ねじ孔83にねじ環9が螺着されている。また、ハウジング8には前記第3の収容部8cに連通するケースを有する前記モータ6が取付けられている。
【0024】
減速機構7は、前記モータ6の出力軸60に繋がる軸部71aを有するウォーム71と、前記第2の操舵軸4の中間に嵌合固定されるウォームホイール72とを備え、これらウォーム71及びウォームホイール72の噛合により前記出力軸60の回転を減速して第2の操舵軸4に伝達し、該第2の操舵軸4からユニバーサルジョイントを経て例えばラックピニオン式舵取機構(図示せず)へ伝達するようにしている。
【0025】
ウォーム71は第2の操舵軸4の軸芯と交叉するように配置されており、その一端の軸部71aに第1の転がり軸受10の内輪が嵌合され、該転がり軸受10の外輪に固定されたゴム製の弾性体20が前記第1の嵌合孔81に嵌合されることによって、一端の軸部71aが第1の嵌合孔81に回転可能に支持され、他端の軸部71bが第2の転がり軸受11を介して前記第2の嵌合孔82に回転可能に支持され、前記ねじ孔83に螺着されたねじ環9が第2の転がり軸受11の外輪に当接し、該ねじ環9及び嵌合孔82の当接部84によって第2の転がり軸受11の軸長方向への移動を拘束している。また、他端の軸部71bが継筒12の内面にスプライン嵌合されて前記出力軸60に連結されている。尚、一端の軸部71aには止め輪13が設けられ、該止め輪13によってウォーム71がモータ6と反対方向へ移動することを拘束してある。
【0026】
図3は図2の III−III 線の拡大断面図、図4は弾性体のラジアル方向への撓み量とラジアル方向への弾性復元力との関係を示す図である。
弾性体20は前記転がり軸受10のラジアル方向一側部とラジアル方向他側部とに配置され、転がり軸受10のラジアル方向への移動を抑制し、この抑制する力を前記第2ラジアル方向Xとなる一側部と他側部とでは比較的大きく(図4のa)、また、ラジアル方向一側部とラジアル方向他側部との間であり、前記第1ラジアル方向Yとなる部分では比較的小さくしてある(図4のb)。
【0027】
このように転がり軸受10のラジアル方向一側部及びラジアル方向他側部に配置される弾性体20,20は転がり軸受10の外輪に嵌合される金属製の内側環21の外周面と、該内側環21よりも大径寸法であり、前記第1の嵌合孔81に嵌合される金属製の外側環22の内周面とに加硫接着されている。単体状態では内側環21の中心Oは外側環22の中心O1に対し前記第1ラジアル方向Yであり、前記噛合部側へ偏倚しており、ウォーム71を組み付けた時に弾性体20,20の弾性復元力が前記第1ラジアル方向Yに加わり、ウォーム71をウォームホイール72との噛合点へ付勢している。また、弾性体20,20は板状に形成されており、また、周方向の両側面は半円形に湾曲する湾曲面とし、内側環21及び外側環22への結合強度を高くしてある。
【0028】
実施の形態1において、ウォーム71を組み込む場合、例えば一体化された内側環21、外側環22及び弾性体20,20の内側環21内周に軸受10外周を圧入した状態で弾性体20,20の方向と直交する方向が前記第1ラジアル方向Yであり、前記噛合点側となるようにして外側環22をハウジング8の第1の嵌合孔81に圧入固定する。この後、第2の嵌合孔82から第3の収容部8cにウォーム71を挿入し、該ウォーム71の一端の軸部71aを第1の転がり軸受10の内輪に嵌合支持する。そして、第2の嵌合孔82及びウォーム71の他端の軸部71bに第2の転がり軸受11を嵌合し、ねじ環9をねじ孔83に螺着することにより第2の転がり軸受11の外輪を当接部84及びねじ環9の間で挟み込み、ロックナット30を締めることによりウォーム71の軸長方向への移動を拘束するとともに、弾性体20,20の弾性復元力によってウォーム71をウォームホイール72との噛合点側へ付勢する。
【0029】
ウォーム71とともに組込まれた転がり軸受10のラジアル方向への移動を抑制する弾性体20,20は前記第2ラジアル方向Xとなる位置に配置されており、第1ラジアル方向Yへの移動を抑制する力が比較的小さくしてあり、この小さい力で転がり軸受10を第1ラジアル方向Yへ付勢し、ウォーム71をウォームホイール72との噛合部へ付勢するため、ウォーム71及びウォームホイール72の噛合部のバックラッシュ量を少なくすることができるとともに、ウォーム71及びウォームホイール72の噛合部に加わる回転トルクを比較的小さくすることができ、ウォーム71の回転性を高めることができる。また、ウォーム71及びウォームホイール72の歯の摩耗量が増大したりすることによって噛合状態が経時変化したときにおいてもバックラッシュ量を少なくすることができる。
【0030】
しかも、弾性体20,20は第2ラジアル方向Xとなる位置に配置されており、第2ラジアル方向Xへの移動を抑制する力が比較的大きくしてあるため、ウォーム71の一端の軸部71aが第2ラジアル方向Xへ移動する移動量を非常に少なくすることができ、ウォーム71が折れたりすることを良好に防止することができる。
【0031】
実施の形態2
図5は実施の形態2の構成を示すウォーム支持部分の拡大断面図である。
この実施の形態2の電動式舵取装置は、実施の形態1の如く第2ラジアル方向Xとなる位置に弾性体20,20を配置して第2ラジアル方向Xへの移動を抑制する力が比較的大きくなり、第1ラジアル方向Yへの移動を抑制する力が比較的小さくなるようにしたものにおいて、第1ラジアル方向Yへの移動を抑制する力が小さくなる位置であり、内側環21の反偏倚側の位置に転がり軸受10のラジアル方向への移動量を制限するゴム製のストッパ14を設けたものである。このストッパ14は、弾性体20,20とともに前記内側環21の外周面に加硫接着してあり、このストッパ14と外側環22内周との間に適宜の隙間を設けてある。また、ストッパ14は前記内側環21とほぼ同芯の円弧に形成されているが、その形状は特に制限されない。
【0032】
この実施の形態2においては、ウォーム71及びウォームホイール72の噛合部に加わる噛合反力によってウォーム71がウォームホイール72に対し第1ラジアル方向Yへ離間するように押圧されたとき、弾性体20,20が撓み、ストッパ14が外側環22内周に当接し、転がり軸受10の第1ラジアル方向Yへの移動を阻止することができ、転がり軸受10が第1ラジアル方向Yへ移動し過ぎることを防止でき、弾性体20の弾性復元力をより一層小さくでき、前記小径歯車及び大径歯車の噛合部に加わる回転トルクをより一層小さくすることができる。
【0033】
その他の構成及び作用は実施の形態1と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用の説明を省略する。
【0034】
尚、実施の形態1,2において、前記弾性体20はゴム製である他、内側環21及び外側環22に固定された合成樹脂製、又は、金属製の板ばねであってもよい。また、前記ストッパ14はゴム製である他、内側環21外周または外側環22内周に固定された合成樹脂製、又は、金属製であってもよい。また、内側環21及び外側環22は金属製である他、合成樹脂製であってもよい。
【0035】
実施の形態3
図6は実施の形態3の構成を示すウォーム支持部分の拡大断面図である。
この実施の形態3の電動式舵取装置は、実施の形態1の如く第2ラジアル方向Xとなる部分にのみ弾性体20,20を配置する代わりに、前記ゴム製の弾性体20を環状の円板とし、第1ラジアル方向Yとなる2箇所の複数の周方向位置に貫通孔23…を設け、該貫通孔23…によって第1ラジアル方向Yへの移動を抑制する力が比較的小さくなり、貫通孔23が設けられていない部分によって第2ラジアル方向Xへの移動を抑制する力が比較的大きくなるようにしてある。
【0036】
実施の形態3の弾性体20は前記内側環21の外周面及び外側環22の内周面に加硫接着してある。また、貫通孔23に換えて凹みであってもよい。
【0037】
その他の構成及び作用は実施の形態1と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用の説明を省略する。
【0038】
実施の形態4
図7は実施の形態4の構成を示すウォーム支持部分の拡大断面図である。
この実施の形態4の電動式舵取装置は、実施の形態3の如く第1ラジアル方向Yとなる2箇所の複数の周方向位置に貫通孔23…を設ける代わりに、第1ラジアル方向Yとなる2箇所に長円形の貫通孔24,24を設け、該貫通孔24,24によって第1ラジアル方向Yへの移動を抑制する力が比較的小さくなり、貫通孔24が設けられていない部分によって第2ラジアル方向Xへの移動を抑制する力が比較的大きくなるようにしてある。
【0039】
実施の形態4の弾性体20は前記内側環21の外周面及び外側環22の内周面に加硫接着してある。また、貫通孔24,24に換えて凹みであってもよい。また、貫通孔24,24が貫通した孔である場合、実施の形態2の如く第1ラジアル方向Yへの移動を抑制する力が小さくなる方向の位置であり、内側環21の反偏倚側となる貫通孔24に前記ストッパ14を設けてもよい。
【0040】
その他の構成及び作用は実施の形態1乃至3と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用の説明を省略する。
【0041】
尚、実施の形態3,4において、前記弾性体20はゴム製である他、内側環21及び外側環22に固定された合成樹脂製であってもよい。
【0042】
また、以上説明した実施の形態1乃至4では、弾性体20に固定された内側環21を外側環22の中心に対し偏倚させたが、その他、内側環21及び外側環22を同心とし、前記第1の嵌合孔81を第2の嵌合孔82の中心に対し偏倚させ、弾性体20によって転がり軸受10を第1ラジアル方向Yへ付勢し、ウォーム71をウォームホイール72との噛合部へ付勢するようにしてもよい。
【0043】
また、以上説明した実施の形態1乃至4では、弾性体20に固定された内側環21及び外側環22を用いたが、その他、例えば内側環21をなくして弾性体20を転がり軸受10の外輪に加硫接着等の固定手段によって固定したり、前記外側環22をなくして弾性体20を第1の嵌合孔81部分に固定したりしてもよい。弾性体20を第1の嵌合孔81部分に固定する場合、弾性体20の回転を止める回り止め突起とか、弾性体20が嵌合される嵌合溝とかをハウジング内に設け、前記回り止め突起又は嵌合溝に嵌合される嵌合部を弾性体20に設けてもよいし、さらに、実施の形態3,4にあっては弾性体20自体を第1の嵌合孔81に嵌合固定してもよい。
【0044】
また、以上説明した実施の形態1乃至4では、転がり軸受10を用いてウォーム71の一端の軸部71aをハウジング8に支持し、該転がり軸受10の外周りに弾性体20を設けたが、その他、転がり軸受10に代えて滑り軸受を用い、該滑り軸受の外周りに前記弾性体20を設けてもよい。
【0045】
また、以上説明した実施の形態1乃至4の減速機構7は、ウォームである小径歯車71及びウォームホイールである大径歯車72を備えたウォーム歯車である他、ハイポイドピニオンである小径歯車及びハイポイドホイールである大径歯車を備えたハイポイド歯車であってもよい。さらに、減速機構はベベルギヤであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電動式舵取装置の断面図である。
【図2】本発明に係る電動式舵取装置の減速機構部分の断面図である。
【図3】図2の III−III 線の拡大断面図である。
【図4】本発明に係る電動式舵取装置の弾性体のラジアル方向への撓み量とラジアル方向への弾性復元力との関係を示す図である。
【図5】本発明に係る電動式舵取装置の実施の形態2の構成を示すウォーム支持部分の拡大断面図である。
【図6】本発明に係る電動式舵取装置の実施の形態3の構成を示すウォーム支持部分の拡大断面図である。
【図7】本発明に係る電動式舵取装置の実施の形態4の構成を示すウォーム支持部分の拡大断面図である。
【図8】従来における電動式舵取装置の断面図である。
【図9】従来における電動式舵取装置の減速機構部分の断面図である。
【符号の説明】
4 操舵軸
6 モータ
7 減速機構
71 小径歯車(ウォーム)
72 大径歯車(ウォームホイール)
8 ハウジング
10 軸受(転がり軸受)
14 ストッパ
20 弾性体
21 内側環
22 外側環
23,24 貫通孔
Claims (4)
- 操舵補助用のモータの回転に連動し、ハウジング内に軸受を介して回転可能に支持されるウォーム及び該ウォームに噛合し、舵取機構に繋がるウォームホイールを備え、前記モータの回転によって操舵補助するようにした電動式舵取装置において、前記軸受の外周りであり、前記ウォームがウォームホイールの歯すじに沿ってラジアル方向一方側及び他方側へ押圧される前記一方側及び他方側の位置に、前記ウォームを該ウォーム及びウォームホイールの噛合点側へ付勢する弾性体を備えることを特徴とする電動式舵取装置。
- 前記軸受の外周りであり、前記軸受の中心に対して前記噛合点と反対側の位置に、前記軸受の移動量を制限するストッパが設けてある請求項1記載の電動式舵取装置。
- 操舵補助用のモータの回転に連動し、ハウジング内の嵌合孔に軸受を介して回転可能に支持されるウォーム及び該ウォームに噛合し、舵取機構に繋がるウォームホイールを備え、前記モータの回転によって操舵補助するようにした電動式舵取装置において、前記軸受の外周りに、前記ウォームがウォームホイールの歯すじに沿ってラジアル方向一方側及び他方側へ押圧される前記一方側及び他方側へ前記軸受が移動するのを抑制し、且つ、前記ウォーム及びウォームホイールの噛合点側及び反噛合点側の位置に、前記抑制すべき力を小にすべき貫通孔を有する環状の円板形をなす弾性体が設けてあり、該弾性体の中心は前記嵌合孔の中心に対し前記噛合点側へ偏倚していることを特徴とする電動式舵取装置。
- 前記軸受に嵌合された内側環と、前記嵌合孔に嵌合された外側環とを備え、該内側環及び外側環に前記弾性体が結合されている請求項3記載の電動式舵取装置。
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