JP3681912B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータの出力をステアリングシャフトにギヤを介して伝達することで操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングシャフトの外周に同心状に嵌め合わされる従動ギヤと、その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、その駆動ギヤの駆動用電動モータとを備え、両ギヤを介して上記モータの出力トルクをステアリングシャフトに伝達することで操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置が汎用されている。
【０００３】
その駆動ギヤおよび従動ギヤとしてハイポイドギヤやベベルギヤ等が用いられ、その従動ギヤの軸心と駆動ギヤの軸心は交差するものとされている。
【０００４】
従来、その従動ギヤをステアリングシャフトの外周における段差にシムを介して押し付け、そのシムの厚さ変更により、その駆動ギヤと従動ギヤの噛み合い部におけるバックラッシを調節していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バックラッシ調節のためのシム交換は組み立て時の作業性を低下させるという問題がある。特に、ステアリングシャフトと従動ギヤとの間にトルクリミッターを構成するトルク設定部材を介在させる場合（特開平９‐２０７７９１号公報参照）、そのシム交換の際にトルク設定部材も着脱する必要があり、組み立て作業が非常に面倒なものになる。また、車輪を介して作用する路面からの反力によって、その駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯との衝突音が発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決することのできる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ステアリングシャフトと、そのステアリングシャフトに同心状に取り付けられる従動ギヤと、その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、その駆動ギヤの駆動用電動モータとを備え、そのモータの出力トルクが駆動ギヤから従動ギヤを介してステアリングシャフトに伝達されることで操舵補助力が付与される電動パワーステアリング装置において、その従動ギヤはステアリングシャフトに軸方向移動可能かつ同行回転可能に取り付けられ、その従動ギヤを前記駆動ギヤに弾力により押し付ける弾性部材が設けられていることを特徴とする。
本発明の構成によれば、弾力により従動ギヤを駆動ギヤに押し付けることで、両ギヤの噛み合い部におけるバックラッシをなくすので、バックラッシ調節が不要になり、組み立て時の作業性を向上できる。
【０００８】
前記ステアリングシャフトに筒状部材が軸方向移動可能かつ同行回転可能に嵌め合わされ、その筒状部材と前記従動ギヤとの間にトルクリミッターが設けられ、そのトルクリミッターは、その筒状部材の外周と従動ギヤの内周とに挟まれることで径方向に変形しているトルク設定部材を有し、そのトルク設定部材は、径方向変形量に対応する径方向力を筒状部材と従動ギヤとに作用させ、そのトルクリミッターのリミットトルクは、そのトルク設定部材の径方向変形量に対応し、前記弾性部材は、その筒状部材と前記ステアリングシャフトとの間に配置されるのが好ましい。
これにより、ステアリングシャフトと従動ギヤとの間の伝達トルクがリミットトルクを超えると、そのトルク設定部材と従動ギアとの間、あるいはトルク設定部材と筒状部材との間の中の摩擦抵抗の小さい方において、相対的な滑りが生じるので、トルクリミッターが機能する。このようなトルクリミッターを設ける場合において、バックラッシ調節が不要になるので、組み立て時の作業性が低下することはない。
【０００９】
前記ステアリングシャフトを支持するハウジングを備え、そのハウジングと前記モータの中の一方に凹部が他方に凸部が、その凹部の内周と凸部の外周とが円柱面に沿うように形成され、そのモータはハウジングに、その凹部と凸部を介してインロー嵌合され、その円柱面の中心は、そのモータの出力軸と同軸心の前記駆動ギヤの軸心に対して偏心され、その円柱面の中心回りにモータのハウジングに対する相対配置が変更可能とされているのが好ましい。
これにより、そのモータのハウジングに対する相対配置を変更すると、駆動ギヤの軸心位置はステアリングシャフトの軸方向において変化する。この変化により、その駆動ギヤに押し付けられる従動ギヤの位置はステアリングシャフトの軸方向において変化する。この変化により、その従動ギヤを駆動ギヤに押し付ける弾性部材の弾力は変化する。よって、その弾性部材の弾力を調節することで、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いを円滑化できる。
【００１０】
その駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯の中の少なくとも一方は、金属製の基部と、この基部よりも硬度が小さく弾性に富む衝撃吸収部とを有し、その衝撃吸収部を介して駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯とが噛み合わされるのが好ましい。
これにより、車輪を介して路面から反力が作用する際に、駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯とが衝突する際の衝撃を衝撃吸収部により吸収できるので、歯の衝突音の発生を防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１、図２に示す自動車用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に連結される筒状第１ステアリングシャフト３と、この第１ステアリングシャフト３に同軸心に連結される筒状第２ステアリングシャフト５と、両ステアリングシャフト３、５を支持するハウジング９を備える。両ステアリングシャフト３、５に挿通されるトーションバー４が、ピン６を介して第１ステアリングシャフト３に連結され、セレーション７を介して第２ステアリングシャフト５に連結される。これにより、その第１ステアリングシャフト３と第２ステアリングシャフト５は、操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている。
【００１２】
図３に示すように、その第１ステアリングシャフト３の外周の一部と第２ステアリングシャフト５の内周の一部とは互いに対向する非円形部３′、５′とされ、両非円形部３′、５′が互いに当接することで、両シャフト３、５の相対回転は一定範囲に規制される。その規制により、過大な操舵トルクが作用した場合のトーションバー４の破損を防止している。
【００１３】
その第１ステアリングシャフト３は、一端側が第１ボールベアリング８を介してハウジング９により支持され、他端側がブッシュ１０を介して第２ステアリングシャフト５の内周により支持される。その第２ステアリングシャフト５は、一端側が第２ボールベアリング１１を介してハウジング９により支持され、他端側がニードルベアリング１２を介してハウジング９により支持される。その第２ステアリングシャフト５にヘリカルピニオン１３が一体的に設けられ、このピニオン１３にラック１４が噛み合う。そのラック１４はハウジング９によりラック支持部材１５を介して支持される。そのラック１４の各端に車輪（図示省略）が連結される。これにより、操舵による第１ステアリングシャフト３の回転が、トーションバー４、第２ステアリングシャフト５を介してピニオン１３に伝達され、そのピニオン１３の回転によりラック１４が車両幅方向に移動し、自動車の操舵がなされる。
【００１４】
その第１ステアリングシャフト３から第２ステアリングシャフト５に伝達される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ２０が設けられている。そのトルクセンサ２０は、ハウジング９により保持される検出コイル３３と、その第１ステアリングシャフト３の外周に固定される磁性材製の第１検出リング３６と、その第２ステアリングシャフト５の外周に固定される磁性材製の第２検出リング３７を有する。その第１検出リング３６の一端面と第２検出リング３７の一端面とは互いに対向するように配置され、各検出リング３６、３７の一端面に、それぞれ歯３６ａ、３７ａが周方向に沿って複数設けられている。その第１検出コイル３３は第１検出リング３６と第２検出リング３７の対向間を覆うように配置される。操舵トルクによりトーションバー４が捩れ、第１検出リング３６と第２検出リング３７とが相対的に回転すると、両検出リング３６、３７の歯３６ａ、３７ａの対向部分の面積が変化する。その面積変化により、その歯３６ａ、３７ａの対向間における第１検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その変化に基づき第１検出コイル３３の出力が変化し、その出力に対応した操舵トルクが検出される。
【００１５】
そのトルクセンサ２０に接続される車載制御装置（図示省略）により、その検知された操舵トルクに応じた出力トルクを発生するように電動モータ５０が駆動される。その電動モータ５０はハウジング９に取り付けられている。そのモータ５０は、ケーシング５０ａから突出する出力軸５０ｂを有する。その出力軸５０ｂの外周に、駆動ギヤ５１が同軸心に一体成形されている。その駆動ギヤ５１に噛み合う従動ギヤ５２が、第２ステアリングシャフト５の外周に同心状に嵌め合わされている。その駆動ギヤ５１が小ギヤとされ、従動ギヤ５２が大ギヤとされる。本実施形態では、その駆動ギヤ５１および従動ギヤ５２としてハイポイドギヤが用いられている。
【００１６】
そのモータ５０のハウジング９への取り付けのため、ハウジング９に凹部８０が形成され、そのモータ５０のケーシング５０ａに凸部８１が形成されている。その凹部８０の内周と凸部８１の外周は円柱面に沿う。その凹部８０と凸部８１を介してモータ５０はハウジング９にインロー嵌合される。図６に示すように、その凹部８０の内周と凸部８１の外周が沿う円柱面の中心Ｐは、駆動ギヤ５１の軸心Ｑに対して図においてＥだけ偏心されている。その偏心量Ｅは、例えば±０．２ｍｍ程度とされる。その円柱面の中心Ｐ回りにモータ５０をハウジング９に対して回転させることが可能とされ、これにより、その円柱面の中心Ｐ回りにモータ５０のハウジング９に対する相対配置が変更可能とされている。そのモータ５０のケーシング５０ａをハウジング９に固定するボルト８２は、そのケーシング５０ａに形成される通孔５０ａ′に挿通される。その通孔５０ａ′は、そのモータ５０のハウジング９に対する相対配置変更を許容するため、その円柱面の中心と同心の円に沿う長孔とされている。
【００１７】
その第２ステアリングシャフト５の外周に筒状部材６０がセレーション６１を介して軸方向移動可能かつ同行回転可能に嵌め合わされる。その筒状部材６０は、円筒部６０ａと、この円筒部６０の一端から張り出すフランジ６０ｂとを有する。
【００１８】
その筒状部材６０と従動ギヤ５２との間にトルクリミッター７０が設けられる。上記従動ギヤ５２は第２ステアリングシャフト５の外周に、そのトルクリミッター７０を介して軸方向移動可能かつ同行回転可能に取り付けられている。すなわち、そのトルクリミッター７０は、その円筒部６０ａの外周と従動ギヤ５２の内周とに挟まれることで径方向に変形しているトルク設定部材７１を有する。このトルク設定部材７１として本実施形態では、図４の（１）、（２）に示すように、割り溝７１ａを有する金属製リング本体７１ｂに、周方向に沿って一定間隔で、径方向外方へ突出する複数の半円筒状突出部７１ｃを一体的に形成したものが用いられる。このトルク設定部材７１は、各突出部７１ｃにおける径方向変形量に対応する径方向力を、筒状部材６０と従動ギヤ５２とに作用させる。このようなトルク設定部材７１として、例えばトレランスリング（レンコルトレランスリングス社製、ＳＶ型）を用いることができる。図５は、そのトルク設定部材７１の径方向変形量と径方向力との関係を示す。すなわち、径方向変形量が一定値δａ以下において、径方向変形量に比例して径方向力が増加するものとされ、その一定値δａを超える領域において、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が一定値δａ未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域Ａを有する。その一定値δａを超える領域Ａ内の値δｂに、そのトルク設定部材７１の径方向変形量が設定されている。そのトルク設定部材７１の径方向変形量に対応する径方向力を筒状部材６０と従動ギヤ５２とに作用させることで、そのトルク設定部材７１の内周と筒状部材６０の外周との間の摩擦抵抗、およびトルク設定部材７１の外周と従動ギヤ５２の内周との間の摩擦抵抗により、第２ステアリングシャフト５と従動ギヤ５２との間でトルクを伝達することができる。このトルクリミッター７０のリミットトルクは、その摩擦抵抗、すなわちトルク設定部材７１の径方向変形量に対応する。本実施形態では、そのトルク設定部材７１の内周と筒状部材６０の外周との間の摩擦抵抗が、そのトルク設定部材７１の外周と従動ギヤ５２の内周との間の摩擦抵抗よりも小さくされる。よって、そのトルク設定部材７１の内周と筒状部材６０の外周とが相対的に滑り始める時のトルクが、トルクリミッター７０のリミットトルクとなる。そのトルク設定部材７１の径方向変形量に対する径方向力の増加割合が、その径方向変形量に比例して径方向力が増加する場合の増加割合よりも小さくされることで、筒状部材６０の外径寸法や従動ギヤ５２の内径寸法の加工公差によりトルク設定部材７１の径方向変形量が変動しても、その径方向力の変動を小さくできる。これにより、その径方向力に対応して定まるリミットトルクを正確に所期設定範囲内に設定することができる。
【００１９】
その筒状部材６０のフランジ６０ｂと第２ステアリングシャフト５に形成されるフランジ５ａとの間に、皿バネにより構成される弾性部材７５が配置されている。その弾性部材７５は、その筒状部材６０と第２ステアリングシャフト５とにより挟まれることで、その第２ステアリングシャフト５の軸方向に沿う弾力を作用させる。その弾力により、その筒状部材６０のフランジ６０ｂを介して従動ギヤ５２を駆動ギヤ５１に押し付ける。その弾性部材７５として、皿バネ以外のバネやゴム等の弾性体を用いてもよい。
【００２０】
そのハウジング９は、ステアリングシャフト３、５の軸方向に並列する第１部材９ａと第２部材９ｂを、ボルト（図示省略）により連結することで構成されている。その従動ギヤ５２の外周側は、その第２部材９ｂにより第３ボールベアリング９０を介して支持されている。その第１部材９ａと第３ボールベアリング９０の外輪９０ａとの間に第１シム９１が配置される。また、上記筒状部材６０と第２ボールベアリング１１の内輪１１ｂとの間に、筒状スペーサ９２と第２シム９３が配置される。その第１部材９ａと第２部材９ｂのボルトによる締め付け力は、第１シム９１、第３ボールベアリング９０、従動ギヤ５２、筒状部材６０、スペーサ９２、第２シム９３を介して、第２ボールベアリング１１の内輪１１ｂに作用する。よって、その締め付け力により第２ボールベアリング１１の内輪１１ｂは、ステアリングシャフト３、５の軸方向（Ａ方向）に向かう。これにより、その第２ボールベアリング１１に予圧を付与できる。その予圧はシム９１、９３の厚さ変更により調節できる。
【００２１】
上記構成によれば、モータ５０により駆動ギヤ５１が駆動され、その駆動ギヤ５１から従動ギヤ５２を介して第２ステアリングシャフト５にモータ５０の出力トルクが伝達されることで操舵補助力が付与される。その従動ギヤ５２を駆動ギヤ５１に弾性部材７５の弾力により押し付けることで、両ギヤ５１、５２の噛み合い部におけるバックラッシをなくすので、バックラッシ調節が不要になり、組み立て時の作業性を向上できる。また、そのモータ５０のハウジング９に対する相対配置を変更すると、上記偏心量Ｅに応じて駆動ギヤ５１の軸心位置Ｑはステアリングシャフト３、５の軸方向において変化する。この変化により、その駆動ギヤ５１に押し付けられる従動ギヤ５２の位置はステアリングシャフト３、５の軸方向において変化する。この変化により、その従動ギヤ５２を駆動ギヤ５１に押し付ける弾性部材７５の弾力は変化する。よって、その弾性部材７５の弾力を調節することで、駆動ギヤ５１と従動ギヤ５２の噛み合いを円滑化できる。さらに、車輪の縁石への乗り上げ等により第２ステアリングシャフト５と従動ギヤ５２との間の伝達トルクがトルクリミッター７０のリミットトルクを超えると、トルク設定部材７１と筒状部材６０との相対的な滑りにより第２ステアリングシャフト５と従動ギヤ５２とが相対回転し、ギヤ５１、５２の歯部及びモータ８の破損が防止される。このようなトルクリミッター７０を設ける場合において、バックラッシ調節が不要になるので、組み立て時の作業性が低下することはない。
【００２２】
図７の（１）は本発明の第１変形例を示す。上記実施形態との相違は、駆動ギヤ５１の歯５１ａと従動ギヤ５２の歯５２ａの中の少なくとも一方が、金属製の基部５１′、５２′と、この基部５１′、５２′よりも硬度が小さく弾性に富む衝撃吸収部５１″、５２″とを有し、その衝撃吸収部５１″、５２″を介して駆動ギヤ５１の歯５１ａと従動ギヤ５２の歯５２ａとが噛み合わされる点にある。その衝撃吸収部５１″、５２″は、例えば基部５１′、５２′が挿入された型内で成形されたり基部５１′、５２′にコーティングされる合成樹脂やゴム等により構成される。本変形例では、その衝撃吸収部５１″、５２″は、歯５１ａ、５２ａの歯先と歯元との中間位置において歯筋方向に沿うように基部５１′、５２′に固定されている。これにより、車輪を介して路面から反力が作用する際に、駆動ギヤ５１の歯５１ａと従動ギヤ５２の歯５２ａとが衝突する際の衝撃を衝撃吸収部５１″、５２″により吸収できるので、歯５１ａ、５２ａの衝突音の発生を防止できる。他は上記実施形態と同様である。
【００２３】
図７の（２）は本発明の第２変形例を示す。第１変形例との相違は、衝撃吸収部５１″、５２″が、歯５１ａ、５２ａの歯筋方向における中間位置において歯５１ａ、５２ａの歯たけ方向に沿うように基部５１′、５２′に固定されている点にある。他は第１変形例と同様である。
【００２４】
図７の（３）は本発明の第３変形例を示す。第１変形例との相違は、衝撃吸収部５１″、５２″が、歯５１ａ、５２ａの全体を覆うように基部５１′、５２′に固定されている点にある。他は第１変形例と同様である。
【００２５】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、駆動ギヤおよび従動ギヤとしてベベルギヤを用いてもよく、駆動ギヤの軸心と従動ギヤの軸心との交差角は９０度に限定されない。また、従動ギヤをステアリングシャフトに直接に軸方向移動可能かつ同行回転可能に取り付けてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵補助力を伝達するためのギヤのバックラッシ調節を不要にすることで、組み立て時の作業性を向上でき、そのギヤの噛み合いを円滑にし、さらにギヤの歯の衝突音発生を防止できる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の要部断面図
【図３】本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の部分断面図
【図４】本発明の実施形態におけるトルク設定部材の（１）は断面図、（２）は正面図
【図５】本発明の実施形態におけるトルク設定部材の径方向変形量と径方向力との関係を示す図
【図６】本発明の実施形態におけるモータの正面図
【図７】（１）は本発明の第１変形例におけるギヤの歯の斜視図、（２）は本発明の第２変形例におけるギヤの歯の斜視図、（３）は本発明の第３変形例におけるギヤの歯の斜視図
【符号の説明】
３ 第１ステアリングシャフト
５ 第２ステアリングシャフト
９ ハウジング
５０ モータ
５１ 駆動ギヤ
５１′、５２′ 基部
５１″、５２″ 衝撃吸収部
５２ 従動ギヤ
６０ 筒状部材
７０ トルクリミッター
７１ トルク設定部材
７５ 弾性部材
８０ 凹部
８１ 凸部

Claims (3)

1. ステアリングシャフトと、
   そのステアリングシャフトに同心状に取り付けられる従動ギヤと、
   その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、
   その駆動ギヤの駆動用電動モータとを備え、
   そのモータの出力トルクが駆動ギヤから従動ギヤを介してステアリングシャフトに伝達されることで操舵補助力が付与される電動パワーステアリング装置において、
   その従動ギヤはステアリングシャフトに軸方向移動可能かつ同行回転可能に取り付けられ、
   その従動ギヤを前記駆動ギヤに弾力により押し付ける弾性部材が設けられ、
   前記ステアリングシャフトに筒状部材が軸方向移動可能かつ同行回転可能に嵌め合わされ、
   その筒状部材と前記従動ギヤとの間にトルクリミッターが設けられ、
   そのトルクリミッターは、その筒状部材の外周と従動ギヤの内周とに挟まれることで径方向に変形しているトルク設定部材を有し、
   そのトルク設定部材は、径方向変形量に対応する径方向力を筒状部材と従動ギヤとに作用させ、
   そのトルクリミッターのリミットトルクは、そのトルク設定部材の径方向変形量に対応し、
   前記弾性部材は、その筒状部材と前記ステアリングシャフトとの間に配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. ステアリングシャフトと、
   そのステアリングシャフトに同心状に取り付けられる従動ギヤと、
   その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、
   その駆動ギヤの駆動用電動モータとを備え、
   そのモータの出力トルクが駆動ギヤから従動ギヤを介してステアリングシャフトに伝達されることで操舵補助力が付与される電動パワーステアリング装置において、
   その従動ギヤはステアリングシャフトに軸方向移動可能かつ同行回転可能に取り付けられ、
   その従動ギヤを前記駆動ギヤに弾力により押し付ける弾性部材が設けられ、
   前記ステアリングシャフトを支持するハウジングを備え、
   そのハウジングと前記モータの中の一方に凹部が他方に凸部が、その凹部の内周と凸部の外周とが円柱面に沿うように形成され、
   そのモータはハウジングに、その凹部と凸部を介してインロー嵌合され、
   その円柱面の中心は、そのモータの出力軸と同軸心の前記駆動ギヤの軸心に対して偏心され、
   その円柱面の中心回りにモータのハウジングに対する相対配置が変更可能とされ、
   前記ステアリングシャフトに筒状部材が軸方向移動可能かつ同行回転可能に嵌め合わされ、
   その筒状部材と前記従動ギヤとの間にトルクリミッターが設けられ、
   そのトルクリミッターは、その筒状部材の外周と従動ギヤの内周とに挟まれることで径方向に変形しているトルク設定部材を有し、
   そのトルク設定部材は、径方向変形量に対応する径方向力を筒状部材と従動ギヤとに作用させ、
   そのトルクリミッターのリミットトルクは、そのトルク設定部材の径方向変形量に対応し、
   前記弾性部材は、その筒状部材と前記ステアリングシャフトとの間に配置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. その駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯の中の少なくとも一方は、金属製の基部と、この基部よりも硬度が小さく弾性に富む衝撃吸収部とを有し、その衝撃吸収部を介して 駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯とが噛み合わされる請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。

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