JP4016886B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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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