JP4056172B2 - 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】
本出願発明は、車両の操舵力を軽減するための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し、さらに詳細には、電動パワーステアリング装置の電動モータの回転駆動力をラック軸に伝達するための駆動力伝達構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両のステアリングホイールによる操舵力を軽減するために、該操舵力に電動モータの発生する操舵補助力を付加する種々の電動パワーステアリング装置が知られている。例えば、特開平８−２０７７９６号公報に記載された電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールからの操舵力に応じて転舵輪を転舵すべく軸方向に移動自在なラック軸が、ボールねじ機構を介して伝達される電動モータの回転駆動力により移動されて、操舵力を補助するようになっている。ここでは、ボールねじ機構のボールナットに固定された傘歯車が、電動モータの出力軸に固定された傘歯車と噛み合って、回転駆動される。また、電動モータは、その軸線がラック軸の軸線に対して鋭角をなすように配置されている。
【０００３】
そして、電動モータのこのような配置により、例えば実公平５−２０６２６号公報の第１図に記載されているような、電動モータの軸線とラック軸の軸線とが直交して配置されている電動パワーステアリング装置に比べて、ラック軸と直交する方向への電動モータの突出量が少なくなるため、電動パワーステアリング装置がコンパクトになり、レイアウトの自由度を増すことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平８−２０７７９６号公報に記載された電動パワーステアリング装置では、電動モータの出力軸に固定された傘歯車とボールナットに固定された傘歯車との噛み合い部分は、電動モータの軸線とラック軸の軸線とがなす角度の鋭角側にあるため、ボールナット側の傘歯車の大きさが制限され、大きな減速比を得ることが困難であった。また、大きな減速比を得ようとすると、ボールナット側の傘歯車の径を大きくせざるを得ず、結果的に装置が大型化して、電動モータを鋭角に配置したことによるレイアウト上の利点が失われるおそれがあった。
【０００５】
本出願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、装置をコンパクトにして、レイアウトの自由度を増すと同時に、大きな減速比を有する電動パワーステアリング装置を提供すること、および電動パワーステアリング装置の耐久性の向上を図ることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および効果】
本出願の請求項１記載の発明は、入力された操舵力に応じて車両の転舵輪を転舵すべく軸方向に移動自在なラック軸と、該ラック軸と同軸に配置された回転部材を有するとともに該回転部材の回転を前記ラック軸の軸方向の移動に変換する変換機構と、前記操舵力を補助する補助力を発生する電動モータと、該電動モータの出力軸に取り付けられた第１歯車と、該第１歯車との噛み合いにより回転駆動されるとともに前記回転部材に同軸に設けられて該回転部材を回転駆動する第２歯車とを備え、前記電動モータの軸線が前記ラック軸の軸線に対して傾斜して配置された電動パワーステアリング装置において、前記第１歯車と前記第２歯車との噛み合い部分が、前記電動モータの前記出力軸の軸線と前記ラック軸の軸線とがなす角度の鈍角側に位置し、前記第２歯車の基準ピッチ面から歯先側に向かって延びる該基準ピッチ面の法線が、前記ラック軸を指向している電動パワーステアリング装置である。
【０００７】
このような請求項１記載の発明によれば、電動モータの軸線がラック軸の軸線に対して傾斜して配置されているため、電動モータがラック軸の径方向外方に突出する度合いは、電動モータの軸線がラック軸の軸線と直交するように配置されたものに比べて小さくなる。その結果、電動パワーステアリング装置がコンパクトとなって、そのレイアウトの自由度を増すことができる。
【０００８】
そして、第１歯車と第２歯車との噛み合い部分が、電動モータの出力軸の軸線とラック軸の軸線とがなす角度の鈍角側にあるので、第２歯車の大きさは、傾斜している出力軸の位置および第１歯車に基づく制約を受けることが少なく、電動モータの軸線および出力軸の軸線が傾斜して配置されているにも拘わらず、第２歯車として、比較的径の大きな歯車を採用することが可能となる。その結果、減速比も大きくすることができて、減速比に関する設計の自由度が増える。また、第１および第２歯車のみで所望の減速比が得られるため、所望の減速比を得るために３個以上の歯車から構成される複雑な減速機構が不要となるので、部品点数を削減でき、減速機構をコンパクトに構成することができる。
【０００９】
さらに、前記第２歯車の基準ピッチ面から歯先側に向かって延びる該基準ピッチ面の法線が、前記ラック軸を指向していることにより、第１および第２歯車の噛み合い率を高めることができるので、操舵補助力の源である電動モータからの大きなトルクも、確実に第２歯車に伝達できる。また、噛み合い部分の個々の歯に作用する伝達荷重を分散して小さくできるので、歯車の耐強度および耐久性を向上させることができる。
【００１０】
なお、この明細書において、電動モータの軸線とは電動モータのロータの回転中心線を意味する。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、本出願発明の一実施形態を図１および図２を参照して説明する。
図１は、本出願発明の実施形態である電動パワーステアリング装置の概略全体図であり、図２は、その要部拡大図である。
【００１２】
電動パワーステアリング装置１は、車両の左右方向に延びる略円筒状のハウジング２を備えており、該ハウジング２内にラック軸５が軸方向に移動自在に収容されている。ハウジング２は、ハウジング本体３とハウジング本体３の一端部である拡開した開口端部に装着された歯車収容ハウジング４とから構成されている。そして、この歯車収容ハウジング４は、電動モータ６の取付部４ａと、ラック軸５が軸方向に移動自在に挿通する挿通部４ｂとを有している。また、ラック軸５の両端部は、それぞれボールジョイントを介してタイロッド７，７に連結されていて、ラック軸５の移動によりタイロッド７，７が動かされ、さらに転舵機構を介して、車両の転舵輪が転舵される。
【００１３】
一方のボールジョイントは、一端部がハウジング本体３の端部に嵌着され、他端部がタイロッド７に嵌着された防塵用の第１ブーツ８により覆われている。そして、他方のボールジョイントは、一端部が歯車収容ハウジング４の挿通部４ｂに嵌着され、他端部がタイロッド７に嵌着された防塵用の第２ブーツ９により覆われている。
【００１４】
ハウジング本体３の端部近傍であって第１ブーツ８の嵌着部分より中央寄りには、ステアリングギヤボックス３ａが、ハウジング本体３から傾斜して延びて配置されている。すなわち、ラック軸５の軸線を含みかつ後述する入力軸１０の軸線と平行な平面上で、ステアリングギヤボックス３ａの中心線（この実施形態では、この中心線と入力軸１０の軸線とは一致している）と平行な第１直線とラック軸５の軸線との交点から、ラック軸５の軸線の一部であってラック軸５の中央位置の向きに延びる半直線と、該交点から前記第１直線の一部であって入力軸１０がある向きに延びる半直線とがなす角度が鈍角となるように傾斜している。この鈍角の大きさは必要に応じて適宜設定されるものである。
【００１５】
ステアリングギヤボックス３ａには、ステアリングホイールが一体的に取り付けられたステアリング軸にジョイントを介して連結されている入力軸１０が、軸受を介して回動自在に支持されている。ステアリングギヤボックス３ａ内では、出力軸が軸受を介して該ギヤボックス３ａに回動自在に支持されており、さらに入力軸１０が、トーションバーを介して、相対的に捩り可能に出力軸と連結されている。
【００１６】
出力軸の下端部にはピニオンが形成されていて、ラック軸５に形成されたラック部と噛み合っている。そのため、ステアリングホイールからの操舵力の入力により、ステアリング軸、入力軸１０、捩りを伴ったトーションバーそして出力軸が回動し、その出力軸の回動に応じて、ピニオンとラック部の噛み合いにより、ラック軸５が軸方向に移動するようになっている。
【００１７】
一方、ハウジング２の他方の端部を形成している歯車収容ハウジング４において、その取付部４ａに、ステアリングホイールからの操舵力を補助する補助力を発生する電動モータ６が、ボルトにより取り付けられている。この取付部４ａは、ハウジング２の中央位置からの軸方向距離がステアリングギヤボックス３ａのそれと略等しい位置で、歯車収容ハウジング４から傾斜して延びて配置されている。
【００１８】
すなわち、ラック軸５の軸線を含みかつ電動モータ６の軸線（電動モータ６のロータの回転中心線）と平行な平面上、またはラック軸５の軸線と電動モータ６の軸線とを含む平面上（この実施形態では、ラック軸５の軸線と電動モータ６の軸線は同一平面上にある）で、取付部４ａの中心線（この実施形態では、この中心線と電動モータ６の軸線とは一致している）とラック軸５の軸線との交点（電動モータ６の軸線とラック軸５の軸線とが捩れの位置にある場合は、取付部４ａの中心線と平行な第２直線とラック軸５の軸線との交点）から、ラック軸５の軸線の一部であってラック軸５の中央位置の向きに延びる半直線と、該交点から取付部４ａの中心線（すなわち、電動モータ６の軸線）の一部であって電動モータ６がある向き（または前記第２直線の一部であって電動モータ６がある向き）に延びる半直線とがなす角度が鈍角αとなるように傾斜している。この鈍角αの大きさは必要に応じて適宜設定されるものであるが、この実施形態では、ステアリングギヤボックス３ａの前記鈍角の大きさと略等しくされている。
【００１９】
このように、電動モータ６の軸線がラック軸５の軸線に対して傾斜しており、電動モータ６は、ハウジング２に対して傾斜して配置されている。そのため、電動モータ６がハウジング２から径方向外方に突出する度合いは、電動モータ６の軸線がラック軸５の軸線と直交するように配置されたものに比べて小さくなり、電動パワーステアリング装置１がコンパクトとなる。
【００２０】
さらに、ステアリングギヤボックス３ａに関する前記第１直線と電動モータ６の軸線（または第２直線）とは同一平面上にあるため、ステアリングギヤボックス３ａおよび電動モータ６は、ハウジング２に対して略同じ側に突出して配置されている。そのため、ハウジング２の中央位置に関して、ステアリングギヤボックス３ａと、取付部４ａおよび電動モータ６とは、略対称に配置されていて、しかも両者の間の間隔は、ハウジング２から径方向外方に向かうにつれて次第に大きくなっている。
【００２１】
電動モータ６からは、歯車収容ハウジング４内に出力軸２０が延びており、その先端部には第１歯車２１が取り付けられていて、出力軸２０と一体的に回転するようになっている。また、この出力軸２０の軸線は、この実施形態では電動モータ６の軸線と一致していることから、ラック軸５の軸線とは、電動モータ６の軸線とラック軸５の軸線とにより形成される前記鈍角αに等しい角度で傾斜した状態で交わっている。
【００２２】
また、ハウジング本体３において歯車収容ハウジング４の装着部分の近傍は、ハウジング本体３の他の部分に比較して大径とされたボールねじ機構収容部３ｂとなっており、このボールねじ機構収容部３ｂの開口端部がさらに大径となって、前述の拡開した開口端部となっている。
【００２３】
そして、ボールねじ機構収容部３ｂ内には、ラック軸５の径方向外方に配置された回転部材であるボールナット３１が、ラック軸５と同軸に設けられている。ボールナット３１は、アンギュラ玉軸受３２を介して、ハウジング本体３に回転自在にかつ軸方向に移動不能に支持されている。また、ラック軸５は、その中央位置近傍から第２ブーツ９側の端部に至る範囲の外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ溝部３３を有していて、該ねじ溝とボールナット３１の内周に形成された螺旋状のねじ溝との間に形成された空間には、多数のボール３４が転動自在に介在している。なお、ボールナット３１には、ボールナット３１の回転につれて軸方向に進行したボール３４を後方に戻す通路が設けられている。
【００２４】
それゆえ、これらボールナット３１、ラック軸５のねじ溝部３３およびボール３４が構成要素となってボールねじ機構３０が形成されている。そして、このボールねじ機構３０は、ボールナット３１の回転により、ラック軸５の軸方向の移動を生じさせることから、ボールナット３１の回転をラック軸５の軸方向の移動に変換する変換機構を構成している。
【００２５】
したがって、ハウジング２における、ステアリングギヤボックス３ａ、電動モータ６およびボールねじ機構収容部３ｂのこのような配置により、ハウジング２の中央位置に関して、この取付部４ａおよび電動モータ６と、ステアリングギヤボックス３ａとは、略対称に配置されていて、両者の間の間隔は、ハウジング２から径方向外方に向かうにつれて次第に大きくなったうえに、ボールねじ機構３０は、電動モータ６よりもハウジング２の中央位置寄りに配置されているので、ハウジング２から径方向外方に大きく突出している電動モータ６を可能な限りハウジング２の端部に近づけて配置することができ、ハウジング２の中央部に比較的広い空間を形成することができる。
【００２６】
図２を参照して、ボールナット３１の外周には、ラック軸５の中央位置側から順に、アンギュラ玉軸受３２のインナレースを支持する軸受支持部と第２歯車２２が取り付けられる歯車取付部とが、軸方向に並んで形成されている。そして、アンギュラ玉軸受３２のインナレースの端面と第２歯車２２のボス部の端面とが当接する状態で、ナットにより締め付けられることで、両者がボールナット３１に一体的に固定されている。
【００２７】
このうち、第２歯車２２は、ボールナット３１と同軸に、したがってラック軸５と同軸になるように設けられており、その歯が形成されている部分は、ボールねじ機構収容部３ｂから、該収容部３ｂより大径の歯車収容ハウジング４内に突出している。
【００２８】
そして、この歯車収容ハウジング４内で、電動モータ６の出力軸２０に取り付けられた第１歯車２１が、第２歯車と噛み合っていて、電動モータ６により回転駆動される第１歯車２１により、第２歯車２２が回転駆動される。そして、この第２歯車２２によりボールナット３１が回転駆動されて、両者が一体的に回転するようになっている。
【００２９】
これら第１および第２歯車２１，２２は、それらの軸の軸線である出力軸２０の軸線およびボールナット３１の軸線が傾斜して交わっていることから、それぞれ交差軸歯車からなっており、例えば傘歯車から構成されている。そして、従来の電動パワーステアリング装置と同様に、第２歯車２２の歯数は第１歯車２１の歯数より大きくされていて、これら両歯車２１，２２により、減速機構が構成されている。
【００３０】
また、第２歯車２２の歯は、その基準ピッチ面の法線であって、基準ピッチ面から歯先側に向かって延びる法線が、ラック軸５を指向するように形成されている。したがって、第２歯車２２の歯が形成された面はラック軸５を指向している。そして、第１歯車２１と第２歯車２２との噛み合い部分は、出力軸２０の軸線とラック軸５の軸線とがなす角度の前記鈍角α側にある。
【００３１】
このように、第１歯車２１と第２歯車２２との噛み合い部分が鈍角α側にあるので、第２歯車２２の大きさは、傾斜している出力軸２０の位置および第１歯車２１に基づく制約を受けることが少なく、電動モータ６の軸線および出力軸２０の軸線が傾斜して配置されているにも拘わらず、第２歯車２２として、比較的径の大きな歯車を採用することが可能となる。その結果、第１および第２歯車２１，２２のみで減速比を大きくすることができる。
【００３２】
さらに、第２歯車２２の基準ピッチ面の法線がラック軸５を指向するように形成されているので、第１および第２歯車２１，２２の噛み合い率を高めることができるので、操舵補助力の源である電動モータ６からの大きなトルクも、確実に第２歯車２２に伝達できる。また、噛み合い部分の個々の歯に作用する伝達荷重を分散して小さくできる。したがって、歯車の耐強度および耐久性を向上させることができるから、第１および第２歯車２１，２２として樹脂製の歯車を採用することも可能となる。
【００３３】
このように構成された実施形態の作動を説明する。
運転者が操舵すべくステアリングホイールを回動させると、ステアリングホイールと一体のステアリング軸が回動し、その回動がジョイントを介して入力軸１０に伝達される。入力軸１０は、トーションバーに捩りを生じさせつつ出力軸を回動させて、その回動が、ピニオンとラック軸５のラック部との噛み合いにより、ラック軸５に軸方向の移動を生じさせる。そして、その移動がタイロッド７，７を介して転舵輪に伝達され、操舵力に応じた転舵輪の転舵が行われる。
【００３４】
一方、トーションバーの捩れの大きさから操舵力が検出されて、その検出された操舵力に応じた制御信号に基づいて電動モータ６が駆動される。そして、駆動された電動モータ６により回転駆動される出力軸２０および第１歯車２１の回転により、第２歯車２２およびボールナット３１がラック軸５のねじ溝部３３の周りで回転駆動される。ボールナット３１の回転により、ボール３４と噛み合うボール溝部３３を有するラック軸５がその軸方向に移動し、その動きがタイロッド７，７を介して転舵輪に伝達されて、ステアリングホイールからの操舵力の補助を行う。
【００３５】
この実施形態は、前記のように構成されているので、以下の効果を奏する。
電動モータ６の軸線がラック軸５の軸線に対して傾斜しており、電動モータ６は、ハウジング２に対して傾斜して配置されている。そのため、電動モータ６がハウジング２から径方向外方に突出する度合いは、電動モータ６の軸線がラック軸５の軸線と直交するように配置されたものに比べて小さくなる。その結果、電動パワーステアリング装置１がコンパクトとなって、そのレイアウトの自由度を増すことができる。
【００３６】
第１歯車２１と第２歯車２２との噛み合い部分が、出力軸２０の軸線とラック軸５の軸線とがなす角度の鈍角α側にあるので、第２歯車２２の大きさは、傾斜している出力軸２０の位置および第１歯車２１に基づく制約を受けることが少なく、電動モータ６の軸線および出力軸２０の軸線が傾斜して配置されているにも拘わらず、第２歯車２２として、比較的径の大きな歯車を採用することが可能となる。その結果、減速比も大きくすることができて、減速比に関する設計の自由度が増える。また、第１および第２歯車２１，２２のみで所望の減速比が得られるため、所望の減速比を得るために３個以上の歯車から構成される複雑な減速機構が不要となるので、部品点数を削減でき、減速機構をコンパクトに構成することができる。
【００３７】
第２歯車２２の歯は、その基準ピッチ面の法線であって、歯先側に向かって延びる基準ピッチ面の法線がラック軸５を指向するように形成されているので、第１および第２歯車２１，２２の噛み合い率を高めることができ、操舵補助力の源である電動モータ６からの大きなトルクも、確実に第２歯車２２に伝達できる。また、噛み合い部分の個々の歯に作用する伝達荷重を分散して小さくできるので、歯車の耐強度および耐久性が向上するとともに、第１および第２歯車２１，２２として樹脂製の歯車を採用することもでき、それによって噛み合い音の低減も可能となる。
【００３８】
ハウジング２の中央位置に関して、取付部４ａおよび電動モータ６と、ステアリングギヤボックス３ａとは、略対称に配置されていて、両者の間の間隔は、ハウジング２から径方向外方に向かうにつれて次第に大きくなっているうえに、ボールねじ機構３０は、取付部４ａおよび電動モータ６よりもハウジング２の中央寄りに位置しているので、ハウジング２から径方向外方に大きく突出している電動モータ６を可能な限りハウジング２の端部に近づけて配置することができる。そのため、前記特開平８−２０７７９６号公報に記載されている電動モータ６の取付部分がボールねじ機構３０よりラック軸５の中央位置寄りに配置されているものに比べて、ハウジング２の中央部には、比較的広い空間が形成されるので、この空間に周辺装置を配置することができ、それら周辺装置のコンパクトなレイアウトが可能となる。
【００３９】
なお、前記実施形態では、第２歯車２２は、その基準ピッチ面の法線がラック軸５を指向するように形成されていたが、第１歯車２１と第２歯車２２との噛み合い部が、出力軸２０の軸線とラック軸５の軸線とがなす角度の鈍角α側にありさえすれば、第２歯車２２として、比較的径の大きな歯車を採用することが可能となって、減速比を大きくすることができる。したがって、例えば第２歯車２２の基準ピッチ面の法線が、ラック軸５の軸線と平行またはラック軸５の軸線から径方向外方に離れる向きに指向しているものであってもよい。
【００４０】
前記実施形態では、電動モータ６の取付部４ａおよび電動モータ６と、ステアリングギヤボックス３ａとは、ハウジング２の中央位置に関して略対称に配置されていたが、両者を同じ傾斜の向きに配置することもできる。すなわち、取付部４ａの中心線および電動モータ６の軸線が、前記実施形態における入力軸１０の軸線と平行になるように、ハウジング２に対して取付部４ａおよび電動モータ６を配置することができる。そして、このときは、ボールねじ機構３０を取付部４ａより第２ブーツ９寄りに設け、ボールナット３１の歯車取付部の形成位置を軸受支持部の形成位置よりハウジング２の中央位置寄りにする。
【００４１】
そして、この場合にも、第２歯車２２として、比較的径の大きな歯車を採用することが可能となって、減速比を大きくすることができ、また第２歯車２２の基準ピッチ面の法線がラック軸５を指向するようにすれば、噛み合い率を高めることができて、前記実施形態と同じ効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願発明の一実施形態である電動パワーステアリング装置の概略全体図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【符号の説明】
１…電動パワーステアリング装置、２…ハウジング、３…ハウジング本体、４…歯車収容ハウジング、５…ラック軸、６…電動モータ、７…タイロッド、８，９…ブーツ、１０…入力軸、
２０…出力軸、２１…第１歯車、２２…第２歯車、
３０…ボールねじ機構、３１…ボールナット、３２…アンギュラ玉軸受、３３…ねじ溝部、３４…ボール。

Claims (1)

1. 入力された操舵力に応じて車両の転舵輪を転舵すべく軸方向に移動自在なラック軸と、該ラック軸と同軸に配置された回転部材を有するとともに該回転部材の回転を前記ラック軸の軸方向の移動に変換する変換機構と、前記操舵力を補助する補助力を発生する電動モータと、該電動モータの出力軸に取り付けられた第１歯車と、該第１歯車との噛み合いにより回転駆動されるとともに前記回転部材に同軸に設けられて該回転部材を回転駆動する第２歯車とを備え、前記電動モータの軸線が前記ラック軸の軸線に対して傾斜して配置された電動パワーステアリング装置において、
   前記第１歯車と前記第２歯車との噛み合い部分が、前記電動モータの前記出力軸の軸線と前記ラック軸の軸線とがなす角度の鈍角側に位置し、
   前記第２歯車の基準ピッチ面から歯先側に向かって延びる該基準ピッチ面の法線が、前記ラック軸を指向している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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