JP3747152B2 - ギヤ機構および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、合成樹脂製のギヤを含むギヤ機構と、そのギヤ機構を用いて操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転をステアリングシャフトに伝達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】
第１シャフトと、第２シャフトと、両シャフトを支持するハウジングと、その第１シャフトの外周に設けられる第１ギヤと、その第２シャフトの外周に設けられると共に第１ギヤに噛み合う第２ギヤとを備え、両ギヤの中の少なくとも一方は、そのハウジングよりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製とされているギヤ機構が汎用されている。例えば、操舵補助力発生用アクチュエータと、そのアクチュエータにより回転駆動される駆動シャフトと、その駆動シャフトを覆うハウジングと、その駆動シャフトの外周に設けられた駆動ギヤと、その駆動ギヤに噛み合う従動ギヤとを備え、そのアクチュエータの回転を、その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する電動パワーステアリング装置においては、低騒音化と軽量化が要望されることから、その従動ギヤを合成樹脂材製とすることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
合成樹脂材は温度変化による膨張、収縮が大きいため、合成樹脂材製のギヤを用いると両ギヤの歯の間のバックラッシが変化する。そのため、両ギヤの円滑な噛み合いを維持できなくなり、上記のような電動パワーステアリング装置では操舵に要するトルクが変化し、操舵フィーリングが悪化するという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決することのできるギヤ機構と、そのギヤ機構を用いた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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のギヤ機構は、第１シャフトと、第２シャフトと、両シャフトを支持するハウジングと、その第１シャフトの外周に設けられる第１ギヤと、その第２シャフトの外周に設けられると共に第１ギヤに噛み合う第２ギヤとを備え、両ギヤの中の少なくとも一方は、そのハウジングよりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製とされ、両シャフトの中の少なくとも一方は、そのハウジングよりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製のスペーサを介して前記ハウジングにより支持され、そのスペーサを介してハウジングにより支持されたシャフトに、そのスペーサに向かう弾力を作用させる弾性部材が設けられ、そのスペーサを介してハウジングにより支持されたシャフトは、そのスペーサの熱変形によりハウジングに対して径方向において変位可能とされ、そのスペーサの熱変形によるシャフトの変位方向は、前記合成樹脂材製ギヤの熱変形による両ギヤの歯の間のバックラッシ変化を低減する方向とされていることを特徴とする。
上記構成によれば、スペーサが熱変形することによるシャフトの変位方向は、合成樹脂材製のギヤの熱変形による両ギヤの歯の間のバックラッシ変化を低減する方向であるため、そのバックラッシ変化を低減し、あるいはなくすことができ、適正な噛み合い状態を維持できる。
【０００６】
本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力発生用電動アクチュエータと、そのアクチュエータにより回転駆動される第１シャフトと、その第１シャフトをスペーサを介して支持するハウジングと、その第１シャフトにスペーサに向かう弾力を作用させる弾性部材と、その第１シャフトの外周に設けられる第１ギヤと、そのハウジングにより支持されると共に操舵トルクを伝達する第２シャフトと、その第２シャフトの外周に設けられると共に第１ギヤに噛み合う第２ギヤとを備え、その第２ギヤは、そのハウジングよりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製とされ、そのスペーサは、そのハウジングよりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製とされ、そのスペーサの熱変形により第１シャフトがハウジングに対して径方向において変位可能とされ、そのスペーサの熱変形による第１シャフトの変位方向は、前記第２ギヤの熱変形による両ギヤの歯の間のバックラッシ変化を低減する方向とされ、そのアクチュエータにより駆動される第１シャフトの回転を、その第１ギヤから第２ギヤを介して第２シャフトに伝達することを特徴とする。
上記構成によれば、合成樹脂材製のギヤが熱変形しても、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を伝達するギヤの適正な噛み合い状態を維持し、良好な操舵フィーリングを維持できる。
【０００７】
本発明の電動パワーステアリング装置において、第１シャフトは、そのハウジングに取り付けられた前記電動アクチュエータに対して一端側において揺動可能に連結され、他端側において前記スペーサを介して支持され、そのスペーサの熱変形により、第１シャフトはハウジングに対して揺動することで径方向において変位するものとされているのが好ましい。
これにより、第１シャフトを径方向に変位させても、電動アクチュエータによる第１シャフトの駆動を円滑に行える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１、図２に示す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２の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト（第２シャフト）３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオン４に噛み合うラック５を移動させ、そのラック５の動きをタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介して車輪６に伝達することで舵角を変化させる。
【０００９】
そのステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、その検出された操舵トルクに応じて駆動されるモータ（操舵補助力発生用電動アクチュエータ）８と、そのモータ８により駆動される駆動シャフト（第１シャフト）５０の外周に一体的に設けられた金属製ウォーム（第１ギヤ）９と、そのウォーム９に噛み合うと共にステアリングシャフト３の外周に設けられたウォームホイール（第２ギヤ）１０とを備える。そのモータ８は、そのステアリングシャフト３を支持するハウジング２１に固定されている。そのモータ８の回転をウォーム９およびウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３から車輪６に伝達することで操舵補助力を付与できる。そのウォーム９とウォームホイール１０とがモータ８の回転を車輪６に伝達する減速ギヤ機構を構成する。
【００１０】
そのウォームホイール１０はステアリングシャフト３に金属製カラー１１を介して同行回転するように嵌め合わされている。そのハウジング２１はアルミ等の金属材製とされている。そのウォームホイール１０は、例えばＰＡ（ポリアミド）６、ＰＡ６６、ＰＡ４６、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＰＡ（ポリパラバン酸）、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ６・６Ｔ等のナイロン系合成樹脂材製とされ、その熱膨張係数はハウジング２１よりも大きくされている。これにより、そのウォームホイール１０が熱変形することでウォームホイール１０の歯とウォーム９の歯とのバックラッシが変化する。すなわち、そのバックラッシはウォームホイール１０が熱膨張することで小さくなり、熱収縮することで大きくなる。
【００１１】
そのステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連結される第１部分３ａと、この第１部分３ａにピン２２により連結される筒状の第２部分３ｂと、この第２部分３ｂの外周にブッシュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の第３部分３ｃとに分割されている。各部分３ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿ってトーションバー２３が挿入されている。そのトーションバー２３の一端は第１部分３ａと第２部分３ｂとに前記ピン２２により連結され、他端はピン２４により第３部分３ｃに連結され、その第２部分３ｂと第３部分３ｃと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。その第２部分３ｂは、そのハウジング２１に圧入されたステアリングコラム３０によりブッシュ３１を介して支持される。その第３部分３ｃは、ハウジング２１により軸受２６、２７を介して支持される。その第３部分３ｃの外周に上記ウォームホイール１０が上記カラー１１を介して設けられている。
【００１２】
そのトルクセンサ７は、ステアリングシャフト３の第２部分３ｂに固定される磁性材製の第１検出リング３６と、第３部分３ｃに固定される磁性材製の第２検出リング３７と、両検出リング３６、３７の対向間を覆う検出コイル３３とを有する。第１検出リング３６の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３６ａと、第２検出リング３７の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３７ａとの対向面積が、第２部分３ｂと第３部分３ｃの操舵トルクに応じた弾性的な相対回転に応じて変化し、その変化に対応して検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その検出コイル３３の出力に基づき操舵トルクを検出できる。このトルクセンサ７は公知の構成のものを用いることができる。その検出された操舵トルクに対応した信号に応じて上記モータ８が駆動され、このモータ８により駆動される駆動シャフト５０の回転がウォーム９からウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３に伝達される。
【００１３】
図２に示すように、その駆動シャフト５０の一端は、モータ８の出力軸と一体の連結部材７１に連結されている。すなわち、その連結部材７１の端面において開口する連結孔の内周と、駆動シャフト５０の一端外周とに、セレーション７１ａ、５０ａが形成され、そのセレーション７１ａ、５０ａを介して駆動シャフト５０は連結部材７１に同行回転可能に嵌め合わされている。
【００１４】
上記駆動シャフト５０はハウジング２１により一端側が第１転がり軸受６２を介して支持され、他端側が第２転がり軸受６３とスペーサ６４とを介して支持されている。
【００１５】
その第１、第２転がり軸受６２、６３と駆動シャフト５０は、ハウジング２１に形成された駆動シャフト配置孔６５内に配置される。その駆動シャフト配置孔６５の一端側内周は、第１転がり軸受６２の外径と略等しい内径の円に沿う嵌合面６５ａとされている。その嵌合面６５ａに第１転がり軸受６２が嵌め合わされている。
【００１６】
図３に示すように、その駆動シャフト配置孔６５の他端側内周は、第２転がり軸受６３の外径と略等しい間隔をおいた互いに平行な一対のガイド面６５ｂ、６５ｃと、第２転がり軸受６３の外径よりも大きな間隔をおいた一対のストッパー面６５ｄ、６５ｅとを有する。その駆動シャフト配置孔６５の他端側に配置される第２転がり軸受６３は、そのガイド面６５ｂ、６５ｃにより案内されることで径方向に沿い変位可能とされ、その変位はストッパー面６５ｄ、６５ｅにより規制される。その第２転がり軸受６３の変位により、駆動シャフト５０は径方向において変位する。その駆動シャフト５０の変位により、ウォーム９の歯とウォームホイール１０の歯との間のバックラッシが変化するものとされている。
【００１７】
上記スペーサ６４を挿入するための凹部６５ｆがハウジング２１に形成されている。その凹部６５ｆは、駆動シャフト５０よりもウォームホイール１０寄りに配置され、一方のストッパー面６５ｄにおいて開口し、その開口から露出するスペーサ６４は、第２転がり軸受６３の外輪に接する湾曲面６４ｆ′を有する。また、その凹部６５ｆに通じるように形成された雌ねじ孔に、そのスペーサ６４に接する調節ねじ６６がねじ合わされ、その調節ねじ６６にロックナット６７がねじ合わされている。他方のストッパー面６５ｅにおいて開口する凹部６５ｇがハウジング２１に形成され、その凹部６５ｇに圧縮バネ（弾性部材）７１が挿入されている。そのバネ７１は駆動シャフト５０に第２転がり軸受６３を介してスペーサ６４に向かう弾力を作用させる。上記調節ねじ６６のハウジング２１へのねじ込み量を変化させ、スペーサ６４を駆動シャフト５０の径方向において変位させることで、その弾力の大きさは調節可能とされている。なお、その弾力を作用させるものはバネ７１に限定されず弾性部材であればよく、例えばゴムを用いてもよい。
【００１８】
そのスペーサ６４は、上記ハウジング２１よりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製とされ、例えばウォームホイール１０を構成する合成樹脂材と同一の材料とされる。そのスペーサ６４の熱変形により、駆動シャフト５０は第２転がり軸受６３と共にハウジング２１に対して径方向において変位可能とされている。すなわち、その駆動シャフト５０の一端外周における上記セレーション５０ａは球面に沿うものとされ、連結部材７１のセレーション７１ａに対して相対揺動可能とされている。これにより、その駆動シャフト５０はハウジング２１に取り付けられたモータ８に対して一端側において揺動可能に連結され、他端側において上記スペーサ６４を介して支持されている。よって、そのスペーサ６４の熱変形により第２転がり軸受６３が径方向に変位すると、駆動シャフト５０はハウジング２１に対して揺動することで径方向において変位するものとされている。また、第１転がり軸受６２の内輪の内周面６２ａは凸曲面とされ、駆動シャフト５０のハウジング２１に対する揺動の円滑化が図られている。なお、駆動シャフト５０は揺動時に第２転がり軸受６３に対しても僅かに相対揺動するが、その相対揺動量は僅かであるためハウジング２１に対する揺動が阻害されることはない。
【００１９】
そのスペーサ６４の熱変形による駆動シャフト５０の変位方向は、ウォームホイール１０の熱変形によるウォーム９の歯とウォームホイール１０の歯との間のバックラッシ変化を低減する方向とされている。そのスペーサ６４の熱変形によりそのバックラッシ変化を打ち消すことができるように、スペーサ６４の熱膨張係数と寸法とを設定するのが好ましい。
【００２０】
上記構成によれば、スペーサ６４が熱変形することによる駆動シャフト５０の変位方向は、合成樹脂材製のウォームホイール１０の熱変形によるウォームホイール１０の歯とウォーム９の歯との間のバックラッシ変化を低減する方向であるため、ウォームホイール１０の熱変形によるそのバックラッシ変化を低減し、あるいはなくすことができる。これにより、合成樹脂材製ウォームホイール１０が熱変形してもウォーム９とウォームホイール１０との適正な噛み合い状態を維持でき、良好な操舵フィーリングを維持できる。また、そのスペーサ６４の熱変形による駆動シャフト５０の変位は、モータ８に対して揺動することでなされるため、駆動シャフト５０を変位させてもモータ８により円滑に駆動できる。
【００２１】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、電動パワーステアリング装置における減速ギヤ機構以外のギヤ機構にも本発明を適用できる。図４に示す第１変形例のギヤ機構１００は、第１シャフト１０１と、第２シャフト１０２と、両シャフト１０１、１０２を軸受１２１、１２２、１２３、１２４を介して支持するハウジング１０３と、その第１シャフト１０１の外周に設けられる第１ギヤ１０４と、その第２シャフト１０２の外周に設けられると共に第１ギヤ１０４に噛み合う第２ギヤ１０５とを備える。その第１ギヤ１０４はハウジング１０３よりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製とされている。その第１シャフト１０１の両端は、ハウジング１０３よりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製のスペーサ１０７ａ、１０７ｂを介してハウジング１０３により支持され、各スペーサ１０７ａ、１０７ｂに向かう弾力の作用をバネ（弾性部材）１０８ａ、１０８ｂから受け、各スペーサ１０７ａ、１０７ｂの熱変形によりハウジング１０３に対して径方向において変位可能とされている。各スペーサ１０７ａ、１０７ｂの熱変形による第１シャフト１０１の変位方向は、第１ギヤ１０４の熱変形による両ギヤ１０４、１０５の歯の間のバックラッシ変化を低減する方向とされている。各バネ１０８ａ、１０８ｂの弾力はハウジング１０３への螺子１０９ａ、１０９ｂのねじ込み量の変更により調節可能とされている。
【００２２】
図５に示す第２変形例のギヤ機構１００′は、第１ギヤ１０４だけでなく第２ギヤ１０５もハウジング１０３よりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製とされている。また、その第１シャフト１０１だけでなく第２シャフト１０２も合成樹脂材製のスペーサ１０７ａ′、１０７ｂ′を介してハウジング１０３により支持され、各スペーサ１０７ａ′、１０７ｂ′に向かう弾力の作用をバネ（弾性部材）１０８ａ′、１０８ｂ′から受け、各スペーサ１０７ａ′、１０７ｂ′の熱変形によりハウジング１０３に対して径方向において変位可能とされている。各スペーサ１０７ａ′、１０７ｂ′の熱変形による第２シャフト１０２の変位方向は、第２ギヤ１０５の熱変形による両ギヤ１０４、１０５の歯の間のバックラッシ変化を低減する方向とされている。他は第１変形例と同様で、同様部分は同一符号で示す。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、合成樹脂材製のギヤが熱変形しても適正な噛み合い状態を維持できるギヤ機構を提供でき、また、そのギヤ機構により操舵補助力を伝達することで良好な操舵フィーリングを維持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】本発明の実施形態のギヤ機構を備える電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図
【図４】本発明の第１変形例に係るギヤ機構の構成説明図
【図５】本発明の第２変形例に係るギヤ機構の構成説明図
【符号の説明】
３ ステアリングシャフト（第２シャフト）
８ モータ（操舵補助力発生用電動アクチュエータ）
９ ウォーム（第１ギヤ）
１０ ウォームホイール（第２ギヤ）
２１ ハウジング
５０ 駆動シャフト（第１シャフト）
６４ スペーサ
７１ バネ（弾性部材）
１０１ 第１シャフト
１０２ 第２シャフト
１０３ ハウジング
１０４ 第１ギヤ
１０５ 第２ギヤ
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ａ′、１０７ｂ′ スペーサ
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ａ′、１０８ｂ′ バネ

Claims (3)

1. 第１シャフトと、
   第２シャフトと、
   両シャフトを支持するハウジングと、
   その第１シャフトの外周に設けられる第１ギヤと、
   その第２シャフトの外周に設けられると共に第１ギヤに噛み合う第２ギヤとを備え、
   両ギヤの中の少なくとも一方は、そのハウジングよりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製とされているギヤ機構において、
   両シャフトの中の少なくとも一方は、そのハウジングよりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製のスペーサを介して前記ハウジングにより支持され、
   そのスペーサを介してハウジングにより支持されたシャフトに、そのスペーサに向かう弾力を作用させる弾性部材が設けられ、
   そのスペーサを介してハウジングにより支持されたシャフトは、そのスペーサの熱変形によりハウジングに対して径方向において変位可能とされ、
   そのスペーサの熱変形によるシャフトの変位方向は、前記合成樹脂材製ギヤの熱変形による両ギヤの歯の間のバックラッシ変化を低減する方向とされていることを特徴とするギヤ機構。
2. 操舵補助力発生用電動アクチュエータと、
   そのアクチュエータにより回転駆動される第１シャフトと、
   その第１シャフトをスペーサを介して支持するハウジングと、
   その第１シャフトにスペーサに向かう弾力を作用させる弾性部材と、
   その第１シャフトの外周に設けられる第１ギヤと、
   そのハウジングにより支持されると共に操舵トルクを伝達する第２シャフトと、
   その第２シャフトの外周に設けられると共に第１ギヤに噛み合う第２ギヤとを備え、
   その第２ギヤは、そのハウジングよりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製とされ、
   そのスペーサは、そのハウジングよりも熱膨張係数の大きな合成樹脂材製とされ、
   そのスペーサの熱変形により第１シャフトがハウジングに対して径方向において変位可能とされ、
   そのスペーサの熱変形による第１シャフトの変位方向は、前記第２ギヤの熱変形による両ギヤの歯の間のバックラッシ変化を低減する方向とされ、
   そのアクチュエータにより駆動される第１シャフトの回転を、その第１ギヤから第２ギヤを介して第２シャフトに伝達することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. その第１シャフトは、そのハウジングに取り付けられた前記電動アクチュエータに対して一端側において揺動可能に連結され、他端側において前記スペーサを介して支持され、
   そのスペーサの熱変形により、第１シャフトはハウジングに対して揺動することで径方向において変位するものとされている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

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