JP4016886B2 - 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、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動パワーステアリング装置には、操舵補助用のモータの出力を、小歯車およびこれに噛み合う大歯車を含む減速機構により増幅するものがある。
この種の電動パワーステアリング装置において、小歯車および大歯車の噛み合いに起因する振動や騒音を低減するために、小歯車および大歯車の少なくとも一方の歯車の、歯部全体または表面を合成樹脂で形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、小歯車と大歯車の少なくとも一方の歯車の、歯の一部に合成樹脂を被覆するようにした電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３０８１２３号公報。
【特許文献２】
特開平７−２３２６５３号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動パワーステアリング装置には、モータの出力を、上記減速機構に加え、ボールねじ機構等の運動変換機構を介して転舵軸（ラック軸）に伝えるいわゆるラックアシストタイプのものがある。
このようなラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置において、減速機構の騒音を低減することは、自動車のキャビン（乗員室）の低騒音化の上で重要である。また、減速機構には、モータから極めて大きいトルクが入力されるので、この減速機構の強度を十分に確保する必要がある。
【０００６】
しかしながら、歯部の全体を合成樹脂で形成した場合、この歯部の強度を十分に確保できない虞がある。一方、歯の表面のみを合成樹脂で形成した場合、上記両歯車の噛み合いによる衝撃を十分に吸収できず、騒音を十分に低減できない虞がある。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、騒音を低減することができ、かつ、十分な強度を確保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および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１発明は、操舵補助用の電動モータと、上記電動モータの出力軸に連結された小歯車、およびこの小歯車に噛み合い転舵軸を包囲する大歯車を含む減速機構と、上記大歯車と一体回転する回転筒を含みこの回転筒の回転を転舵軸の軸方向移動に変換する運動変換機構とを備え、上記大歯車の歯部を合成樹脂材料により形成し、上記小歯車の歯部を合成樹脂材料よりも硬度の高い金属材料により形成し、上記大歯車の歯部を、円弧歯厚が歯たけ方向の全域に亘って増すように大歯車のピッチ円の周方向に沿って横転位し、上記小歯車の歯部を、円弧歯厚が歯たけ方向の全域に亘って減少するように小歯車のピッチ円の周方向に沿って横転位することを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、低硬度材料で形成された歯部を有する一方の歯車により両歯車の噛み合い時の衝撃を緩和でき、減速機構の騒音を格段に低減することができる。さらに、低硬度材料で形成された歯部の歯元厚さを増すことで、上記一方の歯車の強度を十分に確保でき、減速機構の強度を十分に確保することができる。さらに、上記大歯車を極めて軽量にでき、当該大歯車の回転慣性（イナーシャ）を格段に低減して操舵フィーリングをより良好にできる。
第２発明は、第１発明において、上記回転筒は、シール手段を有する軸受を介してハウジングに回転自在に支持されることを特徴とする。本発明によれば、軸受内部への異物の侵入を防止でき、軸受からの異音の発生を防いで騒音をより低減することができる。
【０００９】
第３発明は、第１または第２発明において、上記小歯車および大歯車は、かさ歯車からなることを特徴とする。本発明によれば、一方の歯車に対して他方の歯車を傾けて配置でき、減速機構の配置の自由度をより高くできる。
第４発明は、第１、第２または第３発明において、上記大歯車のピッチ円の周方向に沿っての大歯車の歯部の転位量と、上記小歯車のピッチ円の周方向に沿っての小歯車の歯部の転位量とが互いに等しいことを特徴とする。本発明によれば、小歯車の歯部および大歯車の歯部を、互いに対応する横転位量だけ横転位させることで、これら小歯車および大歯車間のバックラッシを、横転位されていない小歯車および大歯車と同様に設定することができる。これにより、横転位に起因する各歯車の噛み合い位置のずれを防止でき、噛み合い抵抗が増加する等の不具合が生じることを防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本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等の操舵部材２に連結される第１の操舵軸３と、この第１の操舵軸３とトーションバー４を介して同軸上に連結される第２の操舵軸５と、この第２の操舵軸５と中間軸６を介して連なり、転舵輪７の転舵を達成するためのラックアンドピニオン機構等からなる舵取機構８とを備える。
【００１１】
舵取機構８は、車両の左右方向に延びて配置され、軸方向に沿って移動自在な転舵軸９と、この転舵軸９の両端にタイロッド１０を介して結合され、転舵輪７を支持するナックルアーム１１とを備える。
転舵軸９の軸方向への移動により、ナックルアーム１１が回動されて転舵輪７の転舵が達成される。転舵軸９の一端部の一部には、ラック１２が形成されている。このラック１２には、ピニオン１３が噛み合わされており、中間軸６に連結されたピニオン軸１４の回転に伴い回転する。操舵部材２の操作に応じて第１および第２の操舵軸３，５が回転駆動されると、この回転が、ピニオン１３およびラック１２により転舵軸９の軸方向の移動に変換される。
【００１２】
トーションバー４を介する第１および第２の操舵軸３，５の相対回転変位量により、操舵部材２の操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１５が設けられている。このトルクセンサ１５からの信号は、マイクロプロセッサ等を含む制御部１６に入力される。さらに、制御部１６には、車速センサ１７からの車速検出信号が入力されるようになっている。
制御部１６は、トルクセンサ１５および車速センサ１７からの信号等に応じて、モータドライバ１８に制御信号を出力する。この制御信号を与えられたモータドライバ１８は、操舵補助用の電動モータ１９に電力を供給して、この電動モータ１９を駆動する。
【００１３】
図２は、電動モータ１９周辺の部分断面図である。図１および図２を参照して、転舵軸９は、ハウジング２０に収容されている。このハウジング２０は、転舵軸９のうち、ラック１２を含む一端部側を収容するラックハウジングとしての第１の部分２１（図１において、一部を断面で図示）と、転舵軸９の他端部側、減速機構２２およびボールねじ機構２３等を収容する減速機ハウジングとしての第２の部分２４とを含む。
【００１４】
このように、ハウジング２０のうち、ラック１２およびピニオン１３を収容する部分と、減速機構２２および運動変換機構であるボールねじ機構２３を収容する部分とをそれぞれ別体に形成することで、ハウジング２０を構成する個々の部品をコンパクトにできる。これにより、ハウジング２０内に部品を組み付け易くでき、また、ハウジング２０の成形や加工を容易にしてこのハウジング２０の寸法精度をより向上することができる。
【００１５】
ハウジング２０は、マウント部材２５を介して車体７０に取り付けられている。マウント部材２５は、ハウジング２０の例えば２箇所に取り付けられている。一方のマウント部材２５は、ハウジング２０の第２の部分２４の例えば外端部２６に配置され、他方のマウント部材２５は、ハウジング２０の第１の部分２１の例えば長手方向中間部に配置されている。
すなわち、マウント部材２５は、ハウジング２０のうち、減速機構２２やボールねじ機構２３が収容されている部分２７を両端から挟むように配置されている。上記の構成により、減速機構２２やボールねじ機構２３を両端支持することができ、マウント部材２５によるハウジング２０の支持剛性をより高くすることができる。なお、マウント部材２５を、減速機構２２やボールねじ機構２３が収容されている部分２７上に配置してもよい。
【００１６】
図２を参照して、電動モータ１９の出力、すなわち、電動モータ１９の出力軸２８の回転は、この出力軸２８に連結軸２９を介して連結された小歯車３０、およびこの小歯車３０に噛み合い転舵軸９を包囲する大歯車３１を含む減速機構２２に伝えられるようになっている。
減速機構２２に伝えられた電動モータ１９の出力軸２８の回転は、さらに、この減速機構２２の大歯車３１と一体回転する回転筒３２を含みこの回転筒３２の回転を転舵軸９の軸方向移動に変換する運動変換機構としてのボールねじ機構２３に伝えられ、転舵軸９に操舵補助力が与えられるようになっている。
【００１７】
具体的には、電動モータ１９のモータハウジングのフランジ部３３は、ハウジング２０の第２の部分２４の外周に形成されたフランジ部３４に例えば図示しないねじを介して固定されている。電動モータ１９の出力軸２８には、例えばスプラインを用いる継手３５を介して連結軸２９の一端部が一体回転可能に連結されている。
連結軸２９の軸方向の例えば両端部にはそれぞれ、対応する第１および第２の軸受３６，３７が取り付けられており、連結軸２９はこれら第１および第２の軸受３６，３７を介してハウジング２０に回転自在に支持されている。
【００１８】
連結軸２９の他端部には、減速機構２２の小歯車３０が一体回転可能に連結されている。減速機構２２は例えばかさ歯車機構からなり、小歯車３０および大歯車３１はそれぞれ、例えばかさ歯車からなる。
図３は、図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、減速機構２２の大歯車３１の少なくとも歯部３８を低硬度材料としての合成樹脂材料により形成し、小歯車３０の少なくとも歯部３９をこの合成樹脂材料よりも硬度の高い高硬度材料としての金属材料により形成し、さらに、大歯車３１の歯部３８を、歯元厚さを増す方向に横転位し、小歯車３０の歯部３９を、歯元厚さを減少する方向に横転位している点にある。
【００１９】
具体的には、小歯車３０は、歯部３９を含む例えば全体が、例えば機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ（日本工業規格）Ｇ４０５１のＳ４５Ｃ等）等の金属材料により形成されている。図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面（図３に示す断面）において、小歯車３０の歯部３９の歯元の円弧歯厚Ｓ１は、横転位されていない場合の小歯車の歯部４１（図３において、一部を２点鎖線で図示）の歯元の円弧歯厚Ｓ０に対して、そのピッチ円Ｐ１の周方向に沿う横転位量Ｙだけ薄いものとなっている。
【００２０】
一方、大歯車３１は、歯部３８を含む例えば全体が例えばナイロン、ポリアセタール等の合成樹脂材料により形成されている。図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面（図３に示す断面）において、大歯車３１の歯部３８の歯元の円弧歯厚Ｄ１は、横転位されていない場合の大歯車の歯部４３（図３において、一部を２点鎖線で図示）の歯元の円弧歯厚Ｄ０に対して、そのピッチ円Ｐ２の周方向に沿う横転位量Ｙだけ厚いものとなっている。
【００２１】
上記のように、小歯車３０の歯部３９および大歯車３１の歯部３８を、互いに対応する横転位量だけ横転位させることで、これら小歯車３０および大歯車３１間のバックラッシを、横転位されていない小歯車および大歯車と同様に設定することができる。これにより、横転位に起因する各歯車３０，３１の噛み合い位置のずれを防止でき、噛み合い抵抗が増加する等の不具合が生じることを防止できる。
【００２２】
再び図２を参照して、ボールねじ機構２３は、ボールナットからなる前述の回転筒３２と、転舵軸９の一部に形成され、ハウジング２０に対して回転不能なねじ軸４４と、複数のボール等の転動体４５とを備える。
回転筒３２の軸方向の例えば中間部には、大歯車３１が図示しないキー等を介して固定されている。回転筒３２は、軸受内部をシールするシール手段としてのシールド板４６を有する第３および第４の軸受４７，４８を介して、ハウジング２０に軸方向移動を規制されつつ回転自在に支持されている。
【００２３】
図４は、第３の軸受４７付近の拡大図である。図２および図４を参照して、第３の軸受４７は、例えば玉軸受からなる。第３の軸受４７はいわゆる内輪回転形の軸受であり、その内輪５１が、回転筒３２の軸方向一端部５２の外周に嵌め合わされている。回転筒３２の軸方向中間部寄りの外周には環状の段部５３が形成されており、第３の軸受４７の内輪５１と軸方向に所定の隙間Ｓ（例えば０．８ｍｍ）を開けて対向している。
【００２４】
第３の軸受４７の外輪５４は、ハウジング２０の第２の部分２４の軸受支持孔４９に圧入嵌合され、さらに、ハウジング２０の環状の段部５５に当接して軸方向他方（図４において、右側）への移動を規制されている。
通常、このハウジング２０が配置されるエンジンルーム内部は、非常に高温（例えば、１００℃以上）となるので、ハウジング２０および第３の軸受４７は熱膨張を生じる。ここで、ハウジング２０と第３の軸受４７の材料が互いに異なっている場合（例えば、ハウジング２０がアルミ製であり、第３の軸受４７が鋼鉄製である場合）には、ハウジング２０の方が第３の軸受４７より大きく膨張してしまい、第３の軸受４７が軸受保持孔４９から外れてしまう虞がある。
【００２５】
本実施の形態では、回転筒３２に環状の段部５３を設けることにより、ハウジング２０に対する第３の軸受４７の軸方向一方（図４において、左側）への移動を隙間Ｓ以下に規制して、軸受支持孔４９から第３の軸受４７が抜けてしまうことを防止している。
シールド板４６は、例えば、断面Ｚ形をなし、転動体５６を軸方向に挟んで一対配置されている。各シールド板４６の外周縁部はそれぞれ外輪５４に取り付けられている。内輪５１の外周面には、各シールド板４６の内周縁部と略径方向に対向する環状溝５７がそれぞれ形成されている。各シールド板４６はそれぞれ、外輪５４から対応する環状溝５７に向けて径方向内方に延びている。これにより、各シールド板４６は、転動体５６が配置される空間の開口部を塞ぎ、鉄粉等の異物が軸受内部に侵入することを防止している。
【００２６】
図２を参照して、前述の第１および第２の軸受３６，３７は、第３の軸受４７と同様に構成されており、鉄粉等の異物が軸受内部に侵入することを防止している。
第４の軸受４８は、いわゆる内輪回転形の例えば複列アンギュラ玉軸受からなり、回転筒３２の軸方向他端部５８に取り付けられている。第４の軸受４８の内輪５９は、回転筒３２の軸方向他端部５８の外周に嵌め合わされ、図示しないねじ部材等により固定されている。
【００２７】
第４の軸受４８の外輪６０は、ハウジング２０の第２の部分２４の軸受支持孔５０に嵌め合わされている。この外輪６０は、ハウジング２０の第２の部分２４の環状の段部６１、および、ねじ孔７１にねじ込まれたねじ部材６２に挟まれて、ハウジング２０に対する軸方向移動を規制されている。第４の軸受４８のシールド板４６は、外輪６０の軸方向両端部にそれぞれ取り付けられ、転動体７２が配置される空間の開口を塞いでいる。
【００２８】
回転筒３２は、内周にねじ溝６３を有し、ねじ軸４４を同心に取り囲んでいる。転動体４５は、回転筒３２の内周のねじ溝６３と、ねじ軸４４の外周に形成されるねじ溝６４との間に介在している。回転筒３２とねじ軸４４とは、転動体４５を介して螺合している。転動体４５は、図示しない公知の機構を含む構成により、上記のねじ溝６３，６４内を循環されるようになっている。上記の構成により、回転筒３２の回転に伴い、ねじ軸４４を含む転舵軸９が軸方向に移動する。
【００２９】
このように、本実施の形態によれば、合成樹脂材料で形成された歯部３８を有する大歯車３１により、小歯車３０および大歯車３１の噛み合い時の衝撃を緩和でき、減速機構２２の騒音を格段に低減することができる。さらに、低硬度材料で形成された大歯車３１の歯部３８の歯元の円弧歯厚を横転位により増すことで、この大歯車３１の強度を十分に確保でき、減速機構２２の強度を十分に確保することができる。また、大歯車３１を合成樹脂製とすることで、この大歯車を金属で形成した場合と比べて極めて軽量にでき、当該大歯車３１の回転慣性（イナーシャ）を格段に低減して操舵フィーリングをより良好にできる。
【００３０】
さらに、シールド板４６を用いることで、第１〜第４の軸受３６，３７，４７，４８内部への異物の侵入を防止でき、これら第１〜第４の軸受３６，３７，４７，４８からの異音の発生を防いで騒音をより低減することができる。また、小歯車３０および大歯車３１をかさ歯車とすることで、大歯車３１に対して小歯車３０を傾けて配置でき、減速機構２２の配置の自由度をより高くできる。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、大歯車３１のうち、歯部３８を含む一部のみを低硬度材料により形成し、他の部分を高硬度材料により形成しても良い。
【００３１】
さらに、大歯車３１の歯部３８および小歯車３０の歯部３９の両方を合成樹脂材料により形成しても良い。この場合、低硬度材料としてナイロン、ポリアセタール、高硬度材料としてＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を例示することができる。さらにまた、大歯車３１の歯部３８および小歯車３０の歯部３９の両方を金属材料により形成しても良い。この場合、低硬度材料としてアルミ合金、高硬度材料として炭素鋼を例示することができる。
【００３２】
また、第１〜第４の軸受３６，３７，４７，４８において、シールド板４６に代えて、鋼板にゴムを固着したシール板を用いても良い。さらに、ボールねじ機構２３に代えてベアリングねじ機構を用いても良い。さらに、減速機構２２に代えて、平歯車等を含む平行軸歯車機構を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】電動モータ周辺の部分断面図である。
【図３】図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】第３の軸受付近の拡大図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置
９ 転舵軸
１９ 電動モータ
２０ ハウジング
２２ 減速機構
２３ ボールねじ機構（運動変換機構）
２８ 出力軸
３０ 小歯車（かさ歯車）
３１ 大歯車（かさ歯車）
３２ 回転筒
３８，３９ 歯部
４６ シールド板（シール手段）
４７ 第３の軸受（軸受）
４８ 第４の軸受（軸受）
Ｓ１，Ｄ１ 円弧歯厚（歯元厚さ）

Claims (4)

1. 操舵補助用の電動モータと、
   上記電動モータの出力軸に連結された小歯車、およびこの小歯車に噛み合い転舵軸を包囲する大歯車を含む減速機構と、
   上記大歯車と一体回転する回転筒を含みこの回転筒の回転を転舵軸の軸方向移動に変換する運動変換機構とを備え、
   上記大歯車の歯部を合成樹脂材料により形成し、上記小歯車の歯部を合成樹脂材料よりも硬度の高い金属材料により形成し、
   上記大歯車の歯部を、円弧歯厚が歯たけ方向の全域に亘って増すように大歯車のピッチ円の周方向に沿って横転位し、上記小歯車の歯部を、円弧歯厚が歯たけ方向の全域に亘って減少するように小歯車のピッチ円の周方向に沿って横転位することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、上記回転筒は、シール手段を有する軸受を介してハウジングに回転自在に支持されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または２において、上記小歯車および大歯車は、かさ歯車からなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１，２または３において、上記大歯車のピッチ円の周方向に沿っての大歯車の歯部の転位量と、上記小歯車のピッチ円の周方向に沿っての小歯車の歯部の転位量とが互いに等しいことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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