JP4352325B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータにより操舵補助力を得る電動パワーステアリング装置に関するものである。

自動車用の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等の操舵部材が回転操作されると、操舵部材に負荷される操舵トルクに応じて電動モータの出力回転が制御される。電動モータの回転は減速機を介して操舵機構に伝達され、操舵部材の回転操作に応じて操舵機構の動作が補助され、操舵のための運転者の労力負担が軽減される。
上記の減速機としてウォーム軸とウォームホイールを用いた電動パワーステアリング装置が提供されている（例えば特許文献１）。
特開２０００−４３７３９号公報

減速機に含まれるウォーム軸及びウォームホイールの噛み合いには適度なバックラッシが必要である。
上記のバックラッシが小さいと、減速機の抵抗トルクが大きくなり、その結果、操舵時の操舵フィーリングが悪くなったり、いわゆるハンドル戻り（車輪側からの入力により操舵部材が操舵中立位置へ自動的に復帰する性能）が悪くなったりする。また、ウォームホイールの一部を樹脂製とする場合、温度変化や膨潤が原因でバックラッシが減少し、操舵時やハンドル戻り時の抵抗トルクが増大するおそれがある。

逆にバックラッシが大きいと、ウォーム軸とウォームホイールとの間で歯打ち音により異音が発生し、騒音の原因となる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、騒音の発生を抑制することができ、しかも操舵フィーリングやハンドル戻りの良い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。

上記課題を解決するため、本発明は、操舵補助用の電動モータの動力を操舵機構に伝達するための伝動装置を備える電動パワーステアリング装置において、上記伝動装置は、電動モータの出力軸に連結されたウォーム軸と、ウォーム軸と噛み合い操舵機構に繋がるウォームホイールとを含み、ウォーム軸は、操舵中立時のウォームホイールとの噛み合い領域に対応して、歯が正転位された正転位部を有し、伝動装置は、ウォーム軸を軸方向に変位可能に弾性支持するとともに、ウォーム軸の正転位部をウォーム軸とウォームホイールとの噛み合い中心位置に付勢する弾性部材をさらに含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、直進走行時や一定の操舵角を維持する保舵時であって、ウォーム軸およびウォームホイールが回転中でないときには、弾性部材の働きで、ウォーム軸の正転位部がウォームホイールとの噛み合い中心位置に変位しているので、バックラッシを小さく維持することができ、その結果、歯打ち音による騒音を低減することができる。
また、操舵角を変更中である操舵時や、いわゆるハンドル戻り時であって、ウォーム軸およびウォームホイールが回転中のときには、ウォーム軸の正転位部がウォームホイールからの回転抵抗を受け、これに伴って、弾性部材に抗してウォーム軸が軸方向に変位され、正転位部が噛み合い中心位置からオフセットされる。その結果、バックラッシが増大するので、操舵時の抵抗トルクが小さく操舵フィーリングが良い。また、スムーズなハンドル戻りを達成することができる。

また、本発明において、上記弾性部材は、ウォーム軸を第１および第２の軸方向にそれぞれ付勢する第１および第２の弾性部材を含む場合がある。この場合、操舵方向に拘らず、ウォーム軸の正転位部を噛み合い中心位置に良好に付勢することができる。

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の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、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に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。ピニオン軸７およびラックバー８により操舵機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。

ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する車輪１１に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン歯７ａおよびラック歯８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、車輪１１の転舵が達成される。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸３ａと、ピニオン軸７に連なる出力軸３ｂとに分割されており、これら入、出力軸３ａ，３ｂはトーションバー１２を介して同一の軸線上で相対回転可能に互いに連結されている。
トーションバー１２を介する入、出力軸３ａ，３ｂ間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ１３が設けられており、このトルクセンサ１３のトルク検出結果は、ＥＣＵ（Electric Control Unit ：電子制御ユニット）１４に与えられる。ＥＣＵ１４では、トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路１５を介して操舵補助用の電動モータ１６を駆動制御する。電動モータ１６の出力回転が伝動装置としての減速機１７を介して減速されてステアリングシャフト３の出力軸３ｂに伝達され、さらにピニオン軸７を介してラックバー８の直線運動に変換されて、操舵が補助される。

減速機１７は、電動モータ１６により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸１８と、このウォーム軸１８に噛み合うと共にステアリングシャフト３の出力軸３ｂに一体回転可能に連結される従動ギヤとしてのウォームホイール１９を備える。
図２を参照して、ウォーム軸１８は電動モータ１６の出力軸２０と同軸上に配置される。ウォーム軸１８は、その軸長方向に離隔する第１および第２の端部１８ａ，１８ｂを有し、第１および第２の端部１８ａ，１８ｂ間の中間部に歯部１８ｃを有する。

ウォーム軸１８は、操舵中立時におけるウォームホイール１９に対する噛み合い領域に対応して、その軸方向の中央部に、歯が正転位された正転位部３５を有している。正転位部３５では、歯がプラスの転位量で転位しており、正転位部３５でのピッチ円直径が他の部位のピッチ円直径よりも大きくなっている。
ウォームホイール１９は、ステアリングシャフト３の出力軸３ｂの軸方向中間部に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール１９は、出力軸３ｂに一体回転可能に結合される環状の芯金１９ａと、芯金１９ａの周囲を取り囲み外周に歯部１９ｃを形成した合成樹脂部材１９ｂとを備える。芯金１９ａは、例えば合成樹脂部材１９ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。

ウォーム軸１８の第１の端部１８ａと電動モータ１６の出力軸２０とは筒状の継手２１を介して同軸上に動力伝達可能に連結されている。
ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂは、対応する第１および第２の軸受２２，２３をそれぞれ介して減速機１７のハウジング４０に回転自在に支持されている。第１および第２の軸受２２，２３は例えば玉軸受からなる。

第１および第２の軸受２２，２３の内輪２４，２５が、ウォーム軸１８の対応する第１および第２の端部１８ａ，１８ｂにそれぞれ一体回転可能に嵌合されている。ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂにそれぞれ対応して、ウォーム軸１８を第１および第２の軸方向Ｘ１，Ｘ２にそれぞれ付勢するための第１および第２の弾性部材５１，５２が配置されている。

各内輪２４，２５はそれぞれウォーム軸１８の対応する第１および第２の段部６１，６２に所定間隔離隔して対向している。第１および第２の段部６１，６２は互いに逆向きである。
第１の弾性部材５１は、第１の軸受２２の内輪２４の端面とウォーム軸１８の第１の段部６１との間に介在し、ウォーム軸１８を第１の軸方向Ｘ１に付勢する。第２の弾性部材５２は、第２の軸受２３の内輪２５の端面とウォーム軸１８の第２の段部６２との間に介在し、ウォーム軸１８を第２の軸方向Ｘ２に付勢する。

第１および第２の弾性部材５１，５２の弾性係数は相等しくされている。第１および第２の弾性部材５１，５２は共働し、互いの付勢力をバランスさせて、ウォーム軸１８の正転位部３５をウォーム軸１８とウォームホイール１９との噛み合い中心位置Ｃ１に付勢している。
第１および第２の弾性部材５１，５２としては、例えば図２に示すような皿ばねを用いることができるが、これに限らず、所要の弾性を有するものであれば、環状のゴム体、樹脂体の他、金属製の圧縮コイルばねを用いることもできる。

また、第１の軸受２２の外輪２６は、減速機１７のハウジング４０の軸受保持孔２７に、すきまばめにより軸方向に移動可能に保持されている。第２の軸受２３の外輪２８は、減速機１７のハウジング４０の軸受保持孔２９に、すきまばめにより軸方向に移動可能に保持されている。
尚、第１および第２の軸受２２，２３の内輪２４，２５が、ウォーム軸１８の対応する第１および第２の端部１８ａ，１８ｂにそれぞれ、すきまばめにより軸方向に移動可能に保持されてもよい。

また、ねじ部材３０が、軸受保持孔２７に連なって形成されるねじ孔３１にねじ込まれることにより、第１の軸受２２がウォーム軸１８の軸方向に位置決めされる。一方、第２の軸受２３は、その外輪２８がハウジング４０の端壁４１の環状の位置決め部３２に当接することで、ウォーム軸１８が軸方向に位置決めされる。これにより、第１および第２の軸受２２，２３間の距離が設定される結果、第１および第２の弾性部材５１，５２の付勢力が調整される。調整後のねじ部材３０はロック部材３３により止定される。

ウォーム軸１８の第１の端部１８ａおよび電動モータ１６の出力軸２０が継手２１の対応する端部からそれぞれ嵌め入れられて継手２１に結合している。具体的には、ウォーム軸１８の第１の端部１８ａに設けられるスプライン部１８ｄが軸方向に移動可能に継手２１にスプライン結合される一方、電動モータ１６の出力軸２０が例えば圧入により継手２１に結合される。

本実施の形態によれば、直進走行時や一定の操舵角を維持する保舵時であって、ウォーム軸１８およびウォームホイール１９が回転中でないときには、第１および第２の弾性部材５１，５２の働きで、ウォーム軸１８の正転位部３５が図２に示すようにウォームホイール１９との噛み合い中心位置Ｃ１に変位しているので、バックラッシを小さく維持することができ、その結果、歯打ち音による騒音を低減することができる。

また、操舵角を変更中である操舵時や、いわゆるハンドル戻り時であって、ウォーム軸１８およびウォームホイール１９が回転中のときには、ウォーム軸１８の正転位部３５がウォームホイール１９からの回転抵抗を受ける。
例えば、ウォームホイール１９が第１の回転方向Ｒ１に回転するとき、図３Ａに示すように、第１の弾性部材５１に抗して、ウォーム軸１８が第２の軸方向Ｘ２に変位され、正転位部３５が噛み合い中心位置Ｃ１から第２の軸方向Ｘ２へ所定量オフセットされる。

また、ウォームホイール１９が第２の回転方向Ｒ１に回転するとき、図３Ｂに示すように、第２の弾性部材５２に抗して、ウォーム軸１８が第１の軸方向Ｘ１に変位され、正転位部３５が噛み合い中心位置Ｃ１から第１の軸方向Ｘ１へ所定量オフセットされる。
上記のように正転位部３５がオフセットすることにより、バックラッシが増大する。その結果、操舵時の抵抗トルクが小さく操舵フィーリングが良い。また、スムーズなハンドル戻りを達成することができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

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。 電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。 図３Ａは、操舵時又はハンドル戻り時において、第２の軸方向に変位したウォーム軸とウォームホイールの要部の模式図であり、図３Ｂは、操舵時又はハンドル戻り時において、第１の軸方向に変位したウォーム軸とウォームホイールの要部の模式図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２ 操舵部材
３ ステアリングシャフト
５ 中間軸
７ ピニオン軸
８ ラックバー
Ａ ラックアンドピニオン機構（操舵機構）
１６ 電動モータ
１７ 減速機（伝動装置）
１８ ウォーム軸
１８ｃ 歯部
１９ ウォームホイール
１９ｃ 歯部
３５ 正転位部
Ｃ１ 噛み合い中心位置
５１ 第１の弾性部材
５２ 第２の弾性部材
６１ 第１の段部
６２ 第２の段部
Ｘ１ 第１の軸方向
Ｘ２ 第２の軸方向

Claims (2)

1. 操舵補助用の電動モータの動力を操舵機構に伝達するための伝動装置を備える電動パワーステアリング装置において、
   上記伝動装置は、電動モータの出力軸に連結されたウォーム軸と、ウォーム軸と噛み合い操舵機構に繋がるウォームホイールとを含み、
   ウォーム軸は、操舵中立時のウォームホイールとの噛み合い領域に対応して、歯が正転位された正転位部を有し、
   伝動装置は、ウォーム軸を軸方向に変位可能に弾性支持するとともに、ウォーム軸の正転位部をウォーム軸とウォームホイールとの噛み合い中心位置に付勢する弾性部材をさらに含む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、上記弾性部材は、ウォーム軸を第１および第２の軸方向にそれぞれ付勢する第１および第２の弾性部材を含む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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