JP4093022B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に電動モータの回転をステアリングシャフトに伝達する減速機構の歯車構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の電動パワーステアリング装置は、舵輪の操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクその他の信号を検出し、その検出信号に基づいて電動モータを駆動し、減速機構を介してステアリングシャフトを回転させ、操舵力を補助するものである。
【０００３】
操舵力を補助する電動モータの制御は、ＣＰＵで構成された電子制御回路で実行されるもので、操舵トルクその他の検出信号に基づいて電動モータの出力を決定する電流指令値を演算する。このとき、電子制御回路には、フィードバック系の特性を改善するため位相補償器、微分補償器、比例演算器、積分演算器などが設けられており、これらの補償器や演算器の出力が電流指令値に加算され、電流制御値として出力される。
【０００４】
そして、算出された電流制御値をモータ駆動回路に出力して電動モータを駆動するが、そのときの電動モータに流れるモータ実電流値を検出して電子制御回路にフィードバックし、電流制御値と検出されたモータ実電流値との差が零になるようにフィードバック制御が行われる。
【０００５】
電流制御値と検出されたモータ実電流値との差を零にする制御は、モータに印加する電圧を調整するが、モータ駆動回路としては４個の半導体スイッチング素子をＨブリッジ接続したモータ駆動回路が広く使用されており、モータ印加電圧の調整は、半導体スイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）信号のデューテイ比を調整して実施される（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
上記した電子制御回路では、多様な走行状態に対応して最適な操舵特性を得るためにステアリングシャフトの操舵角を知る必要がある。このためには電動モータに発生する逆起電力から操舵角を推定する方法も提案されているが（例えば特許文献１参照）、より正確に操舵角を検出するために舵角センサを設けるものが提案されている（例えば特許文献２参照）。そして、舵角センサには、例えば特許文献３に開示されているような構成のものが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０９−０３９８１０号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平０７−０１００２１号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開２０００−２０５８１１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両には衝突時に乗員を保護するために、ステアリングシャフトにはエネルギ吸収機構を備えることが法律により義務付けられており、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムにはエネルギ吸収機構を構成する各種部材が配置されるほか、ステアリングシャフト近辺には操舵補助力を供給する電動モータや減速機構が配置されている。
【００１１】
このため、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムの周辺には、舵角センサを配置する空間が極めて限られてしまい、また、十分な空間を確保することが困難になってきた。特に、ステアリングシャフトにエネルギ吸収機構を設けるときはシャフトの軸方向にエネルギ吸収ストロークを確保することが必要となるが、舵角センサも軸方向に空間を必要とするから、舵角センサの配置によっては、エネルギ吸収機構のエネルギ吸収ストロークを確保しにくくなるという不都合がある。
【００１２】
さらに、舵角センサは、被検出体の歯車に噛合する歯車を備えた回転体を備え、回転体の回転数を計数する構成を備えているものが一般的であるから、被検出体側にも舵角センサの歯車に噛合する歯を設けたり、舵角センサの歯車に噛合する歯車を設ける必要があるが、被検出体であるステアリングシャフト側に、舵角センサの歯車に噛合する歯を形成したり歯車を装着することは、ステアリングシャフトの構成を繁雑にし、望ましいことではない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、少くとも電動モータに結合された第１の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第１の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第２の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両の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、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に歯車の歯幅方向の一部を残して前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更に歯車の歯幅方向の残りの部分に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車が一体に構成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である。
【００１５】
また、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する所定ピッチの第１の歯と、前記第１の歯に対して１／２ピッチずれた位置に前記所定ピッチと同一ピッチで第２の歯とが形成され、前記第１及び第２の歯により舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。
【００１６】
また、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更にその円筒形樹脂部の側面に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。
【００１７】
さらに、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更にその金属製の芯金の側面に、樹脂材料の射出成形により形成されたセンサピニオンに噛合する内歯部材を圧入固定し、センサ歯車を一体に構成してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、この発明を実施するに適した電動パワーステアリング装置１０の構成の一例を説明する正面図で、コラム式の電動パワーステアリング装置である。図１において、１１は舵輪軸、１２は舵輪軸ハウジング、１３は電動モータ、２０はラック・ピニオン式運動変換機構を示す。
【００２１】
舵輪軸１１は、図１では図示されていないが、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとから構成され、舵輪軸１１は舵輪軸ハウジング１２の内部に軸心回りに回転自在に支承されており、舵輪軸ハウジング１２は、車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されている。また、上部舵輪軸１１ａの上端には、図示されていない舵輪が固定されている。
【００２２】
さらに、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとは、図示されていないトーションバーにより結合されており、舵輪から上部舵輪軸１１ａを経て下部舵輪軸１１ｂに伝達される操舵トルクが、トーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１３の出力が制御される。
【００２３】
ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸２１と、ラック軸２１の軸心に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯部に噛合する歯部を備えたピニオン軸２２、及びラック軸２１とピニオン軸２２を支承する筒状のラック軸ケース２３とから構成される。
【００２４】
ピニオン軸２２と下部舵輪軸１１ｂの下部とは、２個の自在継手１５、１６及び連結部材１７で連結されている。また、下部舵輪軸１１ｂの中間部分には後述するウォーム歯車減速機構３０が配置され、電動モータ１３から下部舵輪軸１１ｂに対して操舵補助力が供給されるように構成されている。
【００２５】
図２は、上記した電動パワーステアリング装置のウォーム歯車減速機構３０の構成を示す部分断面図で、３１はウォームホイール、３２はウォームホイール３１に噛合するウォーム、３３はギアケースである。
【００２６】
ウォーム３２はその両端にウォーム軸３２ａ、３２ｂが一体に形成されており、ウォーム軸３２ａ、３２ｂはそれぞれギアケース３３に装着された玉軸受３４ａ、３４ｂにより回転自在に支承されている。また、ウォーム軸３２ｂは、電動モータ１３の駆動軸１３ａにスプライン結合している。
【００２７】
ウォームホイール３１のハブ、即ち芯金３５は下部舵輪軸１１ｂに結合し、電動モータ１３の回転はウォーム３２、ウォームホイール３１を経て下部舵輪軸１１ｂに伝達される。
【００２８】
次に、ウォーム歯車減速機構のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成について説明する。この構成については複数の実施の形態がある。
【００２９】
［第１の実施の形態］
図３は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第１の実施の形態を説明する断面図である。図３において、ウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金３５の外周面に適宜スプライン加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６を設ける。そして樹脂部３６の外周面にウォーム３２に噛合するウォームホイール３１の歯（以下、ホイール歯という）３７が歯幅方向の一部を残して、即ち歯幅方向に一方に片寄せて形成され、ウォームホイール３１が構成されている。なお、３５ａは芯金３５の中心に設けた軸孔で、下部舵輪軸１１ｂに嵌合する。
【００３０】
さらに、樹脂部３６の外周面には、舵角センサ５１の図示しない回転体から延長された軸５２に設けられたセンサピニオン５３に噛合するセンサ用歯車３８が、前記した樹脂部３６の外周面のホイール歯３７の形成されていない部分に形成されている。センサ用歯車３８の歯は、前記したホイール歯３７とは独立の歯であるが、センサ用歯車３８の歯の頂面３８ａと前記したホイール歯３７の頂面３７ａとは同一の面に来るように構成する。
【００３１】
ウォームホイール３１のホイール歯３７を歯幅方向の一部を残して、即ち歯幅方向に一方に片寄せて形成し、片ウォームホイールとする。これにより、ホイール歯３７の一方の端面が強固に保持されるので、ホイール歯３７の曲強度を向上させることができる。
【００３２】
舵角センサ５１によりウォームホイール３１の回転角をより正確に検出するにはセンサ用歯車３８の回転を増速する必要があるが、この場合、センサ用歯車３８をウォームホイール３１の内側に設ける内歯歯車とすると、必要なギア比を確保できない場合があるので、センサ用歯車３８をウォームホイール３１の外側に配置し、高いギア比を確保している。
【００３３】
［第２の実施の形態］
図４は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第２の実施の形態を説明する断面図、図５はそのウォームホイール３１の歯とセンサ用歯車３９の歯の関係を説明する展開図である。第１の実施の形態と共通する部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
図４において、ウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金３５の外周面に適宜スプライン加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６を設ける。そして、樹脂部３６の外周面にウォーム３２に噛合するウォームホイール３１の歯（以下、ホイール歯という）３７が形成され、ウォームホイール３１が構成されている。この実施の形態では、ウォームホイール３１のホイール歯３７は樹脂部３６の外周面に歯幅方向に片寄せることなく形成されている。
【００３５】
なお、図５では、ウォームホイール３１のホイール歯３７についてはその歯溝を符号３７ｄで示し、後述するセンサ用歯車３９の歯については、その歯溝を符号３９ｄで示した。
【００３６】
樹脂部３６の外周面には、舵角センサ５１のセンサピニオン５３に噛合するセンサ用歯車３９が形成される。センサ用歯車３９の歯（歯溝３９ｄ）は、前記した樹脂部３６の外周面に形成されたホイール歯３７（歯溝３７ｄ）の中間に、ホイール歯３７のピッチｐと同一ピッチで、ホイール歯３７に対してピッチ１／２ｐずれて形成されており、ホイール歯３７（歯溝３７ｄ）とセンサ用歯車３９の歯（歯溝３９ｄ）とは同一の歯型に形成されている。但し、歯幅方向はセンサピニオン５３に噛合する幅とし、深さもセンサピニオン５３に噛合するだけの深さに形成されている。
【００３７】
この構成により、センサ用歯車３９の歯（歯溝３９ｄ）はウォームホイール３１のホイール歯３７（歯溝３７ｄ）を共有するから、ホイール歯３７（歯溝３７ｄ）はピッチｐで形成されているのに対し、センサ用歯車３９の歯（歯溝３９ｄ）はピッチ１／２ｐで形成されていることになる。
【００３８】
この構成によれば、ウォームホイールの樹脂部３６にセンサ用歯車３９を別に設けるスペースを必要としないから、ウォームホイール３１の歯車幅を小さくすることができ、ウォーム歯車減速機構を小型に構成することができる。
【００３９】
［第３の実施の形態］
図６は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第３の実施の形態を説明する断面図、図７はそのウォームホイール３１に設けるセンサ用歯車４０を説明する平面図である。
【００４０】
図６において、ウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金３５の外周面に適宜スプライン加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６を設ける。そして、樹脂部３６の外周面にウォーム３２に噛合するウォームホイール３１の歯（以下、ホイール歯という）３７を形成し、さらに、樹脂部３６の側面に、舵角センサ５１のセンサピニオン５３に噛合するフェースギアであるセンサ用歯車４０を形成したものである。
【００４１】
この構成によれば、舵角センサをウォームホイール３１の半径方向に配置してウォームホイール３１の歯車幅を小さくすることができ、ウォーム歯車減速機構を小型に構成することができる。
【００４２】
［第４の実施の形態］
図８は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第４の実施の形態を説明する断面図、図９はそのウォームホイール３１に設けるセンサ用歯車４１を説明する平面図である。
【００４３】
図８において、ウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金３５の外周面に適宜クロスローレット加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６を設ける。そして、樹脂部３６の外周面にウォーム３２に噛合するウォームホイール３１の歯（以下、ホイール歯という）３７を形成し、さらに、芯金３５の側面に、樹脂材料の射出成形により形成したセンサピニオン５３に噛合する内歯のセンサ用歯車４１を圧入して固定したものである。
【００４４】
この構成によれば、樹脂部３６の材料がＭＣナイロン（商標名）等の樹脂を使用するためにセンサ用歯車４１の加工が困難な場合にも、適した構成である。
【００４５】
また、舵角センサのピニオンが樹脂製の場合は、これに噛合するセンサ用歯車４１も耐摩耗性を考慮すると樹脂製であることが望ましいが、芯金３５に樹脂材料で射出成形したセンサ用歯車４１を圧入固定することで、耐摩耗性を確保することができる。
【００４６】
［第５の実施の形態］
図１０は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第４の実施の形態を説明する断面図、図１１はそのウォームホイール３１に設けるセンサ用歯車４２を説明する平面図である。
【００４７】
図１０において、ウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金３５の外周面に適宜クロスローレット加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６を設ける。そして、樹脂部３６の外周面にウォーム３２に噛合するウォームホイール３１の歯（以下、ホイール歯という）３７が形成され、さらに、芯金３５の側面に、舵角センサ５１のセンサピニオン５３に噛合する内歯のセンサ用歯車４２を形成したものである。
【００４８】
なお、図１１において、４２ａはセンサ用歯車４２の歯の端面の面取り加工を示している。センサ用歯車４２の歯の端面の面取り加工については、後で説明する。
【００４９】
上記した構成によれば、芯金３５を加工する段階で、同時にセンサ用歯車４２を加工することができ、特に樹脂部３６の材料がＭＣナイロン（商標名）等の樹脂を使用し、センサ用歯車４２の加工が困難なときに適した構成である。
【００５０】
また、舵角センサのピニオンが金属製の場合は、これに噛合するセンサ用歯車４２が樹脂製歯車では摩耗する可能性があるが、芯金３５にセンサ用歯車４２を設けることで摩耗のおそれを解消することができる。
【００５１】
以上、ウォーム歯車減速機構のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成について、複数の実施の形態を説明した。いずれの実施の形態においても、ウォーム歯車減速機構には別体に組み立てられた舵角センサを装着する。このとき、舵角センサのピニオンを、ウォームホイール側に設けられたセンサ用歯車に対して歯筋方向から挿入して噛合させるが、舵角センサのピニオン及びセンサ用歯車の噛み合い面のガタ（緩み）に対する許容誤差を最小に設定してあるので、ウォーム歯車減速機構に別体の舵角センサを装着するとき、舵角センサのピニオンとセンサ用歯車との角度位置を正確に設定しておかないと、舵角センサのピニオンとセンサ用歯車との端面とが当接して装着が極めて困難になる。
【００５２】
そこで、ウォームホイール側に設けられたセンサ用歯車の歯の端面を面取り加工しておく。上記した第５の実施の形態では、図１１に、センサ用歯車４２の歯の端面の面取り加工４２ａを示しているが、センサ用歯車の端面の面取り加工は、第５の実施の形態に限られるものではなく、他の実施の形態についても適用することができる。また、舵角センサのピニオンの歯の端面に面取り加工を施してもよい。
【００５３】
これにより、ウォーム歯車減速機構に舵角センサを装着するとき、舵角センサのピニオンとセンサ用歯車との角度位置を正確に設定しなくとも、容易にピニオンとセンサ用歯車とを噛合させることができ、舵角センサの装着を容易に行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の電動パワーステアリング装置は、少くとも電動モータに結合された第１の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第１の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第２の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両の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、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に歯車の歯幅方向の一部を残して前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更に歯車の歯幅方向の残りの部分に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成したものである。このほか、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する所定ピッチの第１の歯と、前記第１の歯に対して１／２ピッチずれた位置に前記所定ピッチと同一ピッチで第２の歯とが形成され、前記第１及び第２の歯により舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。また、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更にその円筒形樹脂部の側面に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。さらに、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更にその金属製の芯金の側面に、樹脂材料の射出成形により形成されたセンサピニオンに噛合する内歯部材が圧入固定されてセンサ歯車を一体に構成してもよい。
【００５５】
これにより、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムの周辺に舵角センサを配置するとき、被検出体であるステアリングシャフトに舵角センサの回転体に噛合する歯を形成したり歯車を装着する必要がなく、舵角センサを操舵補助力を供給する減速機構の周辺にコンパクトに配置することができ、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムの周辺を簡潔にまとめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を実施するに適した電動パワーステアリング装置の構成の一例を説明する正面図。
【図２】図１に示す電動パワーステアリング装置のウォーム歯車減速機構の構成を示す部分断面図。
【図３】第１の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図４】第２の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図５】第２の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分展開図。
【図６】第３の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図７】第３の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分側面図。
【図８】第４の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図９】第４の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分側面図。
【図１０】第５の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図１１】第５の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分側面図。
【符号の説明】
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ 舵輪軸
１１ａ 上部舵輪軸
１１ｂ 下部舵輪軸
１２ 舵輪軸ハウジング
１３ 電動モータ
１５、１６ 自在継手
１７ 連結部材
２０ ラック・ピニオン式運動変換機構
２１ ラック軸
２２ ピニオン軸
３０ ウオーム歯車減速機構
３１ ウォームホイール
３２ ウォーム
３２ａ、３２ｂ ウォーム軸
３３ ギアケース
３５ 芯金（ハブ）
３６ 樹脂歯
３８、３９、４０、４１、４２ センサ用歯車
５１ 舵角センサ
５３ センサピニオン
【発明が属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に電動モータの回転をステアリングシャフトに伝達する減速機構の歯車構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の電動パワーステアリング装置は、舵輪の操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクその他の信号を検出し、その検出信号に基づいて電動モータを駆動し、減速機構を介してステアリングシャフトを回転させ、操舵力を補助するものである。
【０００３】
操舵力を補助する電動モータの制御は、ＣＰＵで構成された電子制御回路で実行されるもので、操舵トルクその他の検出信号に基づいて電動モータの出力を決定する電流指令値を演算する。このとき、電子制御回路には、フィードバック系の特性を改善するため位相補償器、微分補償器、比例演算器、積分演算器などが設けられており、これらの補償器や演算器の出力が電流指令値に加算され、電流制御値として出力される。
【０００４】
そして、算出された電流制御値をモータ駆動回路に出力して電動モータを駆動するが、そのときの電動モータに流れるモータ実電流値を検出して電子制御回路にフィードバックし、電流制御値と検出されたモータ実電流値との差が零になるようにフィードバック制御が行われる。
【０００５】
電流制御値と検出されたモータ実電流値との差を零にする制御は、モータに印加する電圧を調整するが、モータ駆動回路としては４個の半導体スイッチング素子をＨブリッジ接続したモータ駆動回路が広く使用されており、モータ印加電圧の調整は、半導体スイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）信号のデューテイ比を調整して実施される（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
上記した電子制御回路では、多様な走行状態に対応して最適な操舵特性を得るためにステアリングシャフトの操舵角を知る必要がある。このためには電動モータに発生する逆起電力から操舵角を推定する方法も提案されているが（例えば特許文献１参照）、より正確に操舵角を検出するために舵角センサを設けるものが提案されている（例えば特許文献２参照）。そして、舵角センサには、例えば特許文献３に開示されているような構成のものが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０９−０３９８１０号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平０７−０１００２１号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開２０００−２０５８１１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両には衝突時に乗員を保護するために、ステアリングシャフトにはエネルギ吸収機構を備えることが法律により義務付けられており、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムにはエネルギ吸収機構を構成する各種部材が配置されるほか、ステアリングシャフト近辺には操舵補助力を供給する電動モータや減速機構が配置されている。
【００１１】
このため、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムの周辺には、舵角センサを配置する空間が極めて限られてしまい、また、十分な空間を確保することが困難になってきた。特に、ステアリングシャフトにエネルギ吸収機構を設けるときはシャフトの軸方向にエネルギ吸収ストロークを確保することが必要となるが、舵角センサも軸方向に空間を必要とするから、舵角センサの配置によっては、エネルギ吸収機構のエネルギ吸収ストロークを確保しにくくなるという不都合がある。
【００１２】
さらに、舵角センサは、被検出体の歯車に噛合する歯車を備えた回転体を備え、回転体の回転数を計数する構成を備えているものが一般的であるから、被検出体側にも舵角センサの歯車に噛合する歯を設けたり、舵角センサの歯車に噛合する歯車を設ける必要があるが、被検出体であるステアリングシャフト側に、舵角センサの歯車に噛合する歯を形成したり歯車を装着することは、ステアリングシャフトの構成を繁雑にし、望ましいことではない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、少くとも電動モータに結合された第１の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第１の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第２の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両の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、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に歯車の歯幅方向の一部を残して前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更に歯車の歯幅方向の残りの部分に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車が一体に構成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である。
【００１５】
また、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する所定ピッチの第１の歯と、前記第１の歯に対して１／２ピッチずれた位置に前記所定ピッチと同一ピッチで第２の歯とが形成され、前記第１及び第２の歯により舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。
【００１６】
また、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更にその円筒形樹脂部の側面に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。
【００１７】
さらに、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更にその金属製の芯金の側面に、樹脂材料の射出成形により形成されたセンサピニオンに噛合する内歯部材を圧入固定し、センサ歯車を一体に構成してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、この発明を実施するに適した電動パワーステアリング装置１０の構成の一例を説明する正面図で、コラム式の電動パワーステアリング装置である。図１において、１１は舵輪軸、１２は舵輪軸ハウジング、１３は電動モータ、２０はラック・ピニオン式運動変換機構を示す。
【００２１】
舵輪軸１１は、図１では図示されていないが、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとから構成され、舵輪軸１１は舵輪軸ハウジング１２の内部に軸心回りに回転自在に支承されており、舵輪軸ハウジング１２は、車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されている。また、上部舵輪軸１１ａの上端には、図示されていない舵輪が固定されている。
【００２２】
さらに、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとは、図示されていないトーションバーにより結合されており、舵輪から上部舵輪軸１１ａを経て下部舵輪軸１１ｂに伝達される操舵トルクが、トーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１３の出力が制御される。
【００２３】
ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸２１と、ラック軸２１の軸心に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯部に噛合する歯部を備えたピニオン軸２２、及びラック軸２１とピニオン軸２２を支承する筒状のラック軸ケース２３とから構成される。
【００２４】
ピニオン軸２２と下部舵輪軸１１ｂの下部とは、２個の自在継手１５、１６及び連結部材１７で連結されている。また、下部舵輪軸１１ｂの中間部分には後述するウォーム歯車減速機構３０が配置され、電動モータ１３から下部舵輪軸１１ｂに対して操舵補助力が供給されるように構成されている。
【００２５】
図２は、上記した電動パワーステアリング装置のウォーム歯車減速機構３０の構成を示す部分断面図で、３１はウォームホイール、３２はウォームホイール３１に噛合するウォーム、３３はギアケースである。
【００２６】
ウォーム３２はその両端にウォーム軸３２ａ、３２ｂが一体に形成されており、ウォーム軸３２ａ、３２ｂはそれぞれギアケース３３に装着された玉軸受３４ａ、３４ｂにより回転自在に支承されている。また、ウォーム軸３２ｂは、電動モータ１３の駆動軸１３ａにスプライン結合している。
【００２７】
ウォームホイール３１のハブ、即ち芯金３５は下部舵輪軸１１ｂに結合し、電動モータ１３の回転はウォーム３２、ウォームホイール３１を経て下部舵輪軸１１ｂに伝達される。
【００２８】
次に、ウォーム歯車減速機構のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成について説明する。この構成については複数の実施の形態がある。
【００２９】
［第１の実施の形態］
図３は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第１の実施の形態を説明する断面図である。図３において、ウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金３５の外周面に適宜スプライン加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６を設ける。そして樹脂部３６の外周面にウォーム３２に噛合するウォームホイール３１の歯（以下、ホイール歯という）３７が歯幅方向の一部を残して、即ち歯幅方向に一方に片寄せて形成され、ウォームホイール３１が構成されている。なお、３５ａは芯金３５の中心に設けた軸孔で、下部舵輪軸１１ｂに嵌合する。
【００３０】
さらに、樹脂部３６の外周面には、舵角センサ５１の図示しない回転体から延長された軸５２に設けられたセンサピニオン５３に噛合するセンサ用歯車３８が、前記した樹脂部３６の外周面のホイール歯３７の形成されていない部分に形成されている。センサ用歯車３８の歯は、前記したホイール歯３７とは独立の歯であるが、センサ用歯車３８の歯の頂面３８ａと前記したホイール歯３７の頂面３７ａとは同一の面に来るように構成する。
【００３１】
ウォームホイール３１のホイール歯３７を歯幅方向の一部を残して、即ち歯幅方向に一方に片寄せて形成し、片ウォームホイールとする。これにより、ホイール歯３７の一方の端面が強固に保持されるので、ホイール歯３７の曲強度を向上させることができる。
【００３２】
舵角センサ５１によりウォームホイール３１の回転角をより正確に検出するにはセンサ用歯車３８の回転を増速する必要があるが、この場合、センサ用歯車３８をウォームホイール３１の内側に設ける内歯歯車とすると、必要なギア比を確保できない場合があるので、センサ用歯車３８をウォームホイール３１の外側に配置し、高いギア比を確保している。
【００３３】
［第２の実施の形態］
図４は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第２の実施の形態を説明する断面図、図５はそのウォームホイール３１の歯とセンサ用歯車３９の歯の関係を説明する展開図である。第１の実施の形態と共通する部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
図４において、ウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金３５の外周面に適宜スプライン加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６を設ける。そして、樹脂部３６の外周面にウォーム３２に噛合するウォームホイール３１の歯（以下、ホイール歯という）３７が形成され、ウォームホイール３１が構成されている。この実施の形態では、ウォームホイール３１のホイール歯３７は樹脂部３６の外周面に歯幅方向に片寄せることなく形成されている。
【００３５】
なお、図５では、ウォームホイール３１のホイール歯３７についてはその歯溝を符号３７ｄで示し、後述するセンサ用歯車３９の歯については、その歯溝を符号３９ｄで示した。
【００３６】
樹脂部３６の外周面には、舵角センサ５１のセンサピニオン５３に噛合するセンサ用歯車３９が形成される。センサ用歯車３９の歯（歯溝３９ｄ）は、前記した樹脂部３６の外周面に形成されたホイール歯３７（歯溝３７ｄ）の中間に、ホイール歯３７のピッチｐと同一ピッチで、ホイール歯３７に対してピッチ１／２ｐずれて形成されており、ホイール歯３７（歯溝３７ｄ）とセンサ用歯車３９の歯（歯溝３９ｄ）とは同一の歯型に形成されている。但し、歯幅方向はセンサピニオン５３に噛合する幅とし、深さもセンサピニオン５３に噛合するだけの深さに形成されている。
【００３７】
この構成により、センサ用歯車３９の歯（歯溝３９ｄ）はウォームホイール３１のホイール歯３７（歯溝３７ｄ）を共有するから、ホイール歯３７（歯溝３７ｄ）はピッチｐで形成されているのに対し、センサ用歯車３９の歯（歯溝３９ｄ）はピッチ１／２ｐで形成されていることになる。
【００３８】
この構成によれば、ウォームホイールの樹脂部３６にセンサ用歯車３９を別に設けるスペースを必要としないから、ウォームホイール３１の歯車幅を小さくすることができ、ウォーム歯車減速機構を小型に構成することができる。
【００３９】
［第３の実施の形態］
図６は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第３の実施の形態を説明する断面図、図７はそのウォームホイール３１に設けるセンサ用歯車４０を説明する平面図である。
【００４０】
図６において、ウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金３５の外周面に適宜スプライン加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６を設ける。そして、樹脂部３６の外周面にウォーム３２に噛合するウォームホイール３１の歯（以下、ホイール歯という）３７を形成し、さらに、樹脂部３６の側面に、舵角センサ５１のセンサピニオン５３に噛合するフェースギアであるセンサ用歯車４０を形成したものである。
【００４１】
この構成によれば、舵角センサをウォームホイール３１の半径方向に配置してウォームホイール３１の歯車幅を小さくすることができ、ウォーム歯車減速機構を小型に構成することができる。
【００４２】
［第４の実施の形態］
図８は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第４の実施の形態を説明する断面図、図９はそのウォームホイール３１に設けるセンサ用歯車４１を説明する平面図である。
【００４３】
図８において、ウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金３５の外周面に適宜クロスローレット加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６を設ける。そして、樹脂部３６の外周面にウォーム３２に噛合するウォームホイール３１の歯（以下、ホイール歯という）３７を形成し、さらに、芯金３５の側面に、樹脂材料の射出成形により形成したセンサピニオン５３に噛合する内歯のセンサ用歯車４１を圧入して固定したものである。
【００４４】
この構成によれば、樹脂部３６の材料がＭＣナイロン（商標名）等の樹脂を使用するためにセンサ用歯車４１の加工が困難な場合にも、適した構成である。
【００４５】
また、舵角センサのピニオンが樹脂製の場合は、これに噛合するセンサ用歯車４１も耐摩耗性を考慮すると樹脂製であることが望ましいが、芯金３５に樹脂材料で射出成形したセンサ用歯車４１を圧入固定することで、耐摩耗性を確保することができる。
【００４６】
［第５の実施の形態］
図１０は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第４の実施の形態を説明する断面図、図１１はそのウォームホイール３１に設けるセンサ用歯車４２を説明する平面図である。
【００４７】
図１０において、ウォームホイール３１は、金属製のハブ、即ち芯金３５の外周面に適宜クロスローレット加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６を設ける。そして、樹脂部３６の外周面にウォーム３２に噛合するウォームホイール３１の歯（以下、ホイール歯という）３７が形成され、さらに、芯金３５の側面に、舵角センサ５１のセンサピニオン５３に噛合する内歯のセンサ用歯車４２を形成したものである。
【００４８】
なお、図１１において、４２ａはセンサ用歯車４２の歯の端面の面取り加工を示している。センサ用歯車４２の歯の端面の面取り加工については、後で説明する。
【００４９】
上記した構成によれば、芯金３５を加工する段階で、同時にセンサ用歯車４２を加工することができ、特に樹脂部３６の材料がＭＣナイロン（商標名）等の樹脂を使用し、センサ用歯車４２の加工が困難なときに適した構成である。
【００５０】
また、舵角センサのピニオンが金属製の場合は、これに噛合するセンサ用歯車４２が樹脂製歯車では摩耗する可能性があるが、芯金３５にセンサ用歯車４２を設けることで摩耗のおそれを解消することができる。
【００５１】
以上、ウォーム歯車減速機構のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成について、複数の実施の形態を説明した。いずれの実施の形態においても、ウォーム歯車減速機構には別体に組み立てられた舵角センサを装着する。このとき、舵角センサのピニオンを、ウォームホイール側に設けられたセンサ用歯車に対して歯筋方向から挿入して噛合させるが、舵角センサのピニオン及びセンサ用歯車の噛み合い面のガタ（緩み）に対する許容誤差を最小に設定してあるので、ウォーム歯車減速機構に別体の舵角センサを装着するとき、舵角センサのピニオンとセンサ用歯車との角度位置を正確に設定しておかないと、舵角センサのピニオンとセンサ用歯車との端面とが当接して装着が極めて困難になる。
【００５２】
そこで、ウォームホイール側に設けられたセンサ用歯車の歯の端面を面取り加工しておく。上記した第５の実施の形態では、図１１に、センサ用歯車４２の歯の端面の面取り加工４２ａを示しているが、センサ用歯車の端面の面取り加工は、第５の実施の形態に限られるものではなく、他の実施の形態についても適用することができる。また、舵角センサのピニオンの歯の端面に面取り加工を施してもよい。
【００５３】
これにより、ウォーム歯車減速機構に舵角センサを装着するとき、舵角センサのピニオンとセンサ用歯車との角度位置を正確に設定しなくとも、容易にピニオンとセンサ用歯車とを噛合させることができ、舵角センサの装着を容易に行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の電動パワーステアリング装置は、少くとも電動モータに結合された第１の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第１の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第２の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両の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、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に歯車の歯幅方向の一部を残して前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更に歯車の歯幅方向の残りの部分に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成したものである。このほか、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する所定ピッチの第１の歯と、前記第１の歯に対して１／２ピッチずれた位置に前記所定ピッチと同一ピッチで第２の歯とが形成され、前記第１及び第２の歯により舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。また、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更にその円筒形樹脂部の側面に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。さらに、前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更にその金属製の芯金の側面に、樹脂材料の射出成形により形成されたセンサピニオンに噛合する内歯部材が圧入固定されてセンサ歯車を一体に構成してもよい。
【００５５】
これにより、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムの周辺に舵角センサを配置するとき、被検出体であるステアリングシャフトに舵角センサの回転体に噛合する歯を形成したり歯車を装着する必要がなく、舵角センサを操舵補助力を供給する減速機構の周辺にコンパクトに配置することができ、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムの周辺を簡潔にまとめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を実施するに適した電動パワーステアリング装置の構成の一例を説明する正面図。
【図２】図１に示す電動パワーステアリング装置のウォーム歯車減速機構の構成を示す部分断面図。
【図３】第１の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図４】第２の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図５】第２の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分展開図。
【図６】第３の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図７】第３の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分側面図。
【図８】第４の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図９】第４の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分側面図。
【図１０】第５の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図１１】第５の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分側面図。
【符号の説明】
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ 舵輪軸
１１ａ 上部舵輪軸
１１ｂ 下部舵輪軸
１２ 舵輪軸ハウジング
１３ 電動モータ
１５、１６ 自在継手
１７ 連結部材
２０ ラック・ピニオン式運動変換機構
２１ ラック軸
２２ ピニオン軸
３０ ウオーム歯車減速機構
３１ ウォームホイール
３２ ウォーム
３２ａ、３２ｂ ウォーム軸
３３ ギアケース
３５ 芯金（ハブ）
３６ 樹脂歯
３８、３９、４０、４１、４２ センサ用歯車
５１ 舵角センサ
５３ センサピニオン
Claims (4)
- 少くとも電動モータに結合された第１の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第１の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第２の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両の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、
前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に歯車の歯幅方向の一部を残して前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更に歯車の歯幅方向の残りの部分に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車が一体に構成されていること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 少くとも電動モータに結合された第１の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第１の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第２の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両の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、
前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する所定ピッチの第１の歯と、前記第１の歯に対して１／２ピッチずれた位置に前記所定ピッチと同一ピッチで第２の歯とが形成され、前記第１及び第２の歯により舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車が一体に構成されていること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 少くとも電動モータに結合された第１の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第１の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第２の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両の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、
前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更にその円筒形樹脂部の側面に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車が一体に構成されていること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 少くとも電動モータに結合された第１の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第１の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第２の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両の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、
前記第２の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第１の歯車に噛合する歯が形成され、更にその金属製の芯金の側面に、樹脂材料の射出成形により形成されたセンサピニオンに噛合する内歯部材が圧入固定されてセンサ歯車が一体に構成されていること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
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