JP4356485B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、操舵補助用の電動モータの出力回転を小歯車およびこの小歯車に噛み合う大歯車を介して舵取り機構に伝達する電動パワーステアリング装置に関するものである。
この種の装置において、小歯車としてウォーム軸を用い、大歯車としてウォームホイールを用いるものがある(例えば、特許文献1参照)。通例、これらウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いには、トルクロスを低減するために適度なバックラッシが必要である。しかしながら、例えば悪路を走行してタイヤからの反力(逆入力)を受けた場合、このバックラッシに起因する歯打ち音(ラトル音)が発生することがある。
そこで、これらトルクロスおよび歯打ち音の発生を最小限にするため、加工精度の範囲内で上記バックラッシ量を厳密に調整しておく必要があった。すなわち、ウォーム軸およびウォームホイールを組付けるときに、各部品を寸法精度のばらつき度合に応じて選別し、互いの組合せ精度が適正になるもの同士を組み合わせていた(いわゆるマッチング作業)が、この作業に非常に手間がかかり、製造コストが高くなっていた。
さらに、上記ウォームホイールは合成樹脂により形成されるのが通例であるが、この場合、ウォームホイールの歯の磨耗、温度変化および吸湿等に伴う膨張や収縮によって上記バックラッシ量が変動してしまう。
そこで、ウォーム軸をウォームホイール側へ偏倚可能に支持すると共に、ウォーム軸をウォームホイール側へ弾性的に付勢することで、トルクロスを抑制しつつバックラッシを無くすことが提案されている(例えば、特許文献2参照)。具体的には、ウォーム軸の支軸を支持する軸受と、ハウジングの軸受保持用の孔との間に円弧状の波板ばねを設け、当該波板ばねの付勢力によりウォーム軸をウォームホイール側へ付勢している。
特開2001−108025号公報。 特開2001−146169号公報。
しかしながら、上記波板ばねを用いて軸受の径方向の付勢力を発生させる場合、当該波板ばねの起伏を十分に設ける必要があり、装置が大型化してしまう。また、装置の耐久性をより高めたいという要請がある。
同様の課題は、ウォーム軸およびウォームホイール以外の他の一般の歯車を用いる電動パワーステアリング装置にも存在する。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、小歯車を大歯車側に弾性的に付勢できると共に装置を小型化でき、さらには耐久性を向上することの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。
上記目的を達成するため、本願発明者は、まず、ウォーム軸を付勢するための付勢部材として、軸受の外輪を取り囲む有端環状の主体部を設け、この主体部の一対の端部に設けられた一対の弾性舌片によって、ウォーム軸を軸受を介して径方向に付勢すると共に、各弾性舌片の基端部に設けられた回転規制部によって付勢部材が軸受に対して周方向に移動することを規制することを考えた。しかしながら、この場合、一方の弾性舌片への応力負荷が大きいという知見を得た。
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、操舵補助用の電動モータの出力回転を小歯車およびこの小歯車に噛み合う大歯車を介して舵取り機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記小歯車の端部に設けられる支軸を、軸受を介して小歯車の径方向大歯車側に偏倚可能に支持するための支持孔を含むハウジングと、小歯車を大歯車側に弾性的に付勢するための付勢部材とを備え、上記支持孔の周面に凹部が形成され、凹部は支持孔の周方向に相対向する一対の内壁を含み、上記付勢部材は、軸受の外輪に嵌め合わされる有端環状の主体部と、主体部の一対の端部にそれぞれ形成され上記支持孔の凹部の一対の内壁にそれぞれ係合して主体部の対応する周方向への移動をそれぞれ規制する一対の回転規制部と、一方の回転規制部のみから延びる片持ち状の第1の弾性舌片と、主体部の軸方向一方の側縁に設けられてハウジングと軸受の外輪の一端面との間に介在し軸受を軸方向一方へ付勢するための第2の弾性舌片とを含み、上記第1の弾性舌片は、支持孔の凹部の底により受けられて軸受を介して小歯車を大歯車側へ付勢するための付勢力を生じることを特徴とするものである。
本発明によれば、第1の弾性舌片により小歯車を大歯車側へ付勢することができる。また、主体部を薄手の平板で形成できるので、装置の小型化を達成できる。さらに、応力負荷の小さい側にのみ第1の弾性舌片を配することで、耐久性を向上することができる。
また、本願発明者は、更なる鋭意研究の結果、第1の弾性舌片を設ける位置によって、当該第1の弾性舌片の耐久性に差が生じ得るという知見を得た。そこで、本発明では、上記小歯車はウォーム軸を含むと共に大歯車はウォームホイールを含み、付勢部材の第1の弾性舌片が電動モータと反対側のウォーム軸の端部を支持する軸受を介してウォーム軸を付勢すると共に、第2の弾性舌片がウォーム軸を軸受を介して電動モータ側に付勢し、第1の弾性舌片は、上記ウォーム軸がウォームホイールから受ける駆動反力の軸方向成分が電動モータから遠ざかる方向となるときのウォーム軸の回転方向に関して上記主体部の先端側に配置される場合がある。
この場合、一対の回転規制部の一方には、ウォーム軸の駆動反力の回転方向成分(回転力)と軸方向成分(スラスト力)の両方が同時に作用することがあるが、他方には、これら回転力およびスラスト力の両方が同時に作用しないようになっている。本発明では、上記他方の回転規制部に第1の弾性舌片を配置しているので、何れの回転規制部にも上記回転力、スラスト力および第1の弾性舌片の付勢力が同時に作用することが無く、その結果、各回転規制部に掛かる応力負荷を十分に低減して耐久性を極めて向上できる。
また、本発明において、上記主体部は波板形状に形成される場合がある。この場合、主体部は、軸受の外輪との間に生じる微小な嵌め合い隙間を詰めることができるので、小歯車の偏倚に伴う軸受の移動に確実に追従できる。さらに、主体部と軸受の外輪との実質的な接触面積を十分に確保して、軸受を安定して保持することができる。その結果、主体部と軸受の外輪との相対摺動を抑制して騒音を確実に低減することができる。
また、本発明において、上記主体部と軸受の外輪との間に弾性部材を備える場合がある。この場合、主体部と軸受の外輪との相対摺動をより確実に抑制して騒音をより低減することができる。
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1の模式的な断面図である。図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。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に連結されている入力軸としての第1の操舵軸3と、中間軸(図示せず)等を介して例えばラックアンドピニオンを含む舵取り機構(図示せず)に連結される出力軸としての第2の操舵軸4とを備えており、これら第1および第2の操舵軸3,4はトーションバー5を介して同軸上に互いに連結されている。
操舵部材2が操作されて第1および第2の操舵軸3,4が回転されると、この回転は上記舵取り機構に伝達されて、転舵輪(図示せず)の転舵が達成されるようになっている。
第1および第2の操舵軸3,4を収容するハウジング6は、例えばアルミニウム合金からなる。ハウジング6は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング7およびギヤハウジング8を含んでいる。具体的には、ギヤハウジング8は筒状をなし、その上端の環状縁部9がセンサハウジング7の下端外周の環状の段部10に嵌め合わされている。ギヤハウジング8は、減速機構としてのウォームギヤ機構11を収容し、センサハウジング7は、トルクセンサ12を収容している。
トルクセンサ12は、トーションバー5を介する第1の操舵軸3と第2の操舵軸4との相対回転変位量を検出し、検出信号を制御部13に与える。制御部13は、トルクセンサ12からの検出信号に基づいて、操舵部材2に加えられた操舵トルクの値を算出する。
図1および図2を参照して、制御部13は、算出した操舵トルクの値や、車速センサ14から与えられる車速検出信号等に基づいて、ドライバ15を介して操舵補助用の電動モータ16への印加電圧を制御する。
これにより、電動モータ16が駆動し、その出力回転がウォームギヤ機構11を介して第2の操舵軸4に伝えられる。第2の操舵軸4へ伝達されたモータの出力は、さらに上記中間軸等を介して舵取り機構へ伝えられ、運転者の操舵が補助される。
電動モータ16のモータハウジングは、ギヤハウジング8の環状フランジ部17に固定されている。上記のウォームギヤ機構11は、小歯車としてのウォーム軸20と、ウォーム軸20に動力伝達可能に噛み合う大歯車としてのウォームホイール21とを備えている。
ウォームホイール21は、第2の操舵軸4の軸方向中間部に一体回転可能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21は、歯部30を外周に有する合成樹脂製の環状歯体31と、この環状歯体31の射出成形時にインサートされて環状歯体31と一体に形成された金属製の環状保持体32とを含む。環状保持体32は、例えば圧入嵌合により第2の操舵軸4に結合されている。
ウォーム軸20は、スプライン継手等の継手19を介して、電動モータ16の出力軸18に一体回転可能に連結されている。ウォーム軸20は、ウォームホイール21の歯部30に噛み合う例えば右ねじのウォーム歯部22と、ウォーム歯部22の軸方向両端部からそれぞれ突出する小径軸としての第1および第2の支軸23,24と、第2の支軸24から延設されて継手19に結合される延設軸25とを備えている。
第1の支軸23は、ウォーム軸20のうち電動モータ16と反対側の端部を含み、第1の軸受26および付勢部材33を介してギヤハウジング8の第1の支持孔28に回転自在に支持されている。第1の軸受26の内輪34が、第1の支軸23に嵌め合わされて環状の段部35に当接しており、ウォーム軸20に対する軸方向一方への移動を規制されている。第1の軸受26の外輪36が、付勢部材33に受けられている。
第2の支軸24は、第2の軸受27を介してギヤハウジング8の第2の支持孔29に回転自在に支持されている。第2の軸受27の内輪37が、第2の支軸24に嵌め合わされて環状の段部38に当接しており、ウォーム軸20に対する軸方向他方への移動を規制されている。第2の軸受27の外輪39が、第2の支持孔29に嵌め合わされている。ギヤハウジング8には、保持溝40が形成されて例えば波板からなる止め輪41が嵌め込まれており、第2の軸受27の外輪39の一端面が当該止め輪41に当接して軸方向一方への移動を規制されている。
図3は、図2の付勢部材33周辺の拡大図であり、図4は、図3のIII−III線に沿う断面図であり、図5は、付勢部材33の斜視図である。図3および図4を参照して、ギヤハウジング8の第1の支持孔28は、付勢部材33および第1の軸受26を介して、第1の支軸23をウォーム軸20の径方向ウォームホイール21側に偏倚可能に支持するようになっている。また、付勢部材33は、ウォーム軸20をウォームホイール21側に弾性的に付勢して両者間のバックラッシを無くすと共に、第1および第2の軸受26,27に与圧を付与するようになっている。
具体的には、第1の支持孔28の周面42のうち、ウォーム軸20の径方向ウォームホイール21側に沿う方向としての偏倚方向Eに関する一端部に、第1の凹部43が形成され、他端部に第2の凹部44が形成されている。第2の凹部44は、第1の支持孔28の周方向に相対向する一対の内壁45,46を含んでいる。一対の内壁45,46は、第2の凹部44の周方向と交差する方向(本実施の形態において、偏倚方向E)に延びている。
図5を参照して、付勢部材33は、例えば板金により形成される薄板状の部材である。この付勢部材33は、有端環状の主体部47と、主体部47の一対の端部としての一端部48および他端部49にそれぞれ形成される一対の回転規制部としての第1および第2の回転規制部50,51と、一方の回転規制部としての第1の回転規制部50のみから延びる片持ち状の径方向付勢部としての第1の弾性舌片52と、主体部47の軸方向一方の側縁53に設けられる軸方向付勢部としての第2の弾性舌片54とを備えている。
再び図3および図4を参照して、付勢部材33の主体部47は、第1の軸受26の外輪36に嵌め合わされている。主体部47は、第1の軸受26の外輪36の少なくとも半周以上を取り囲んでおり、第1の軸受26と偏倚方向Eに一体に移動可能となっている。第1および第2の回転規制部50,51は、付勢部材33が第1の支持孔28に対して相対回転することを防止するためのものであり、主体部47の対応する一端部48および他端部49からそれぞれ延設されている。第1および第2の回転規制部50,51はそれぞれ、第1の支持孔28の第2の凹部44の対応する内壁45,46にそれぞれ係合可能となっており、主体部47の対応する周方向への移動をそれぞれ規制することができる。
第1の弾性舌片52は、ウォーム軸20のウォームホイール21から受ける駆動反力の軸方向成分が、電動モータ16から遠ざかる方向(図3において、左方向)となるときの、ウォーム軸20の回転方向に関する主体部47の先端側に配置されている。
本実施の形態では、前述したようにウォーム軸20のウォーム歯部22は右ねじに形成されているので、電動モータ16がウォーム軸20を時計回りに回転させたとき(図4において反時計回りに回転させたとき)、上記駆動反力の軸方向成分が電動モータ16から遠ざかる方向となる。したがって、第1の弾性舌片52は、電動モータ16がウォーム軸20を時計回りに回転させたときの回転方向に関する主体部47の先端側(一端部48)に配置される。
第1の弾性舌片52は、第1の回転規制部50の一端部48から主体部47の周方向一方に延びている。この第1の弾性舌片52は、外周面が第1の支持孔28の第2の凹部44の底44aにより受けられて撓み、白抜き矢符で示すように偏倚方向Eに付勢力(弾性反発力)を生じている。この付勢力は、第1の回転規制部50、主体部47および第1の軸受26を介してウォーム軸20の第1の支軸23に与えられ、ウォーム軸20をウォームホイール21側へ付勢している。
図4および図5を参照して、第2の弾性舌片54は、第1の軸受26の外輪36の一端面を受けるためのものであり、また第1および第2の軸受26,27を軸方向一方に付勢して与圧を付与するためのものである。第2の弾性舌片54は、主体部47に円周等配に複数個(例えば3個)設けられている。第2の弾性舌片54はそれぞれ、主体部47の径方向内方に延びており、ギヤハウジング8の平面状の一端面55と第1の軸受26の一端面との間に介在している。
第2の弾性舌片54はそれぞれ、ギヤハウジング8の一端面55により受けられて軸方向に撓んでおり、付勢力(弾性反発力)を生じている。この付勢力は、第1の軸受26の外輪36から当該第1の軸受26に与えられ、さらに図2に示すようにウォーム軸20を介して第2の軸受27に与えられる。これにより、ウォーム軸20は、電動モータ16側に付勢される。
図3および図4を参照して、従来、ハウジングの一端面に環状の受け部を形成して当該受け部に第1の軸受の外輪の一端面を受けさせていたが、本実施の形態によれば、第1の軸受26の外輪36を第2の弾性舌片54で受けているので、ギヤハウジング8の一端面55を平面状に形成することができ、コスト安価である。
さらに、付勢部材33によりウォーム軸20を弾性的に支持することで、電動モータ16の駆動開始時におけるウォーム軸20の動きを滑らかにでき、操舵フィーリングをより向上させることができる。また、組み付け時において、付勢部材33は、その主体部47および第2の弾性舌片54が、第1の軸受26の外輪36に係合することで、第1の軸受26から不意に外れてしまうことを防止でき、組付性を向上させることができる。さらに、第1の弾性舌片52を片持ち状に形成することで、撓みしろを十分に確保できる。その結果、第1の弾性舌片52の付勢力の設定幅を十分に確保でき、設計の自由度をより大きくすることができる。
次に、電動パワーステアリング装置1の動作について説明する。電動モータ16の駆動により、ウォーム軸20が第1回転方向R1(図4において、反時計回り)に回転駆動すると、ウォーム軸20には、駆動反力の回転方向成分としての回転力M1および軸方向成分としてのスラスト力F1が生じる。なお、回転力M1は、第1回転方向R1に沿う方向に作用しており、スラスト力F1は、ウォーム軸20の軸方向のうち電動モータ16から遠ざかる方向に作用している。
この際、スラスト力F1は、ウォーム軸20から第1の軸受26、第2の弾性舌片54および主体部47を介して、第1および第2の回転規制部50,51に伝達される。また、回転力M1は、第1の軸受26を介して主体部47に伝達され、第2の回転規制部51を第1の支持孔28の第2の凹部44の内壁46に当接させる。すなわち、第2の回転規制部51には、回転力M1およびスラスト力F1の両方が作用するが、第1の回転規制部50には、このうちスラスト力F1のみが作用し、回転力M1およびスラスト力F1が同時に作用しないようになっている。
一方、電動モータ16の駆動により、ウォーム軸20が第2回転方向R2(図4において、時計回り)に回転駆動すると、ウォーム軸20には、駆動反力の回転方向成分としての回転力M2および軸方向成分としてのスラスト力F2が生じる。
この際、スラスト力F2は、ウォーム軸20から第2の軸受27を介して止め輪41に伝達される。また、回転力M2は、第1の軸受26を介して主体部47に伝達され、第1の回転規制部50を第1の支持孔28の第2の凹部44の内壁45に当接させる。すなわち、第1の回転規制部50には、回転力M2およびスラスト力F2のうち回転力M2のみが作用し、回転力M2およびスラスト力F2が同時に作用しないようになっている。
以上の次第で、本実施の形態によれば、付勢部材33の第1の弾性舌片52によりウォーム軸20をウォームホイール21側へ付勢することができる。また、付勢部材33の主体部47を薄手の平板で形成できるので、装置の小型化を達成できる。
さらに、付勢部材33の回転規制部50,51のうち応力負荷の小さい側にのみ第1の弾性舌片52を配することで、耐久性を極めて向上できる。すなわち、回転規制部51には、ウォーム軸20の回転力とスラスト力の両方が同時に作用することがあるが、回転規制部50には、これら回転力およびスラスト力の両方が同時に作用しないようになっている。当該回転規制部50に第1の弾性舌片52を配置しているので、何れの回転規制部50,51にもウォーム軸の回転力、スラスト力および第1の弾性舌片52の付勢力が同時に作用することが無く、その結果、各回転規制部50,51に掛かる応力負荷を十分に低減して耐久性を極めて向上できる。
図6は、本発明の別の実施の形態の付勢部材33の模式的な断面正面図である。なお、以下では、図1〜図5に示す実施の形態と異なる点について説明し、同様の構成については図に同一の符号を付してその説明を省略する。図6を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、主体部47を波板形状に形成している点にある。
この場合、主体部47は、第1の軸受26の外輪36との間に生じる微小な嵌め合い隙間を詰めることができるので、ウォーム軸20の偏倚方向Eへの偏倚に伴う第1の軸受26の移動に確実に追従できる。さらに、主体部47と第1の軸受26の外輪36との実質的な接触面積を十分に確保して、第1の軸受26を安定して保持することができる。その結果、主体部47と第1の軸受26の外輪36との相対摺動を抑制して騒音を確実に低減することができる。
図7は、本発明のさらに別の実施の形態の要部の断面図である。図7を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、付勢部材33の主体部47と第1の軸受26の外輪36との間に弾性部材56を備えている点にある。弾性部材56の材料として、樹脂やゴムを例示することができる。弾性部材56は、主体部47に一体に設けられている。具体的には、弾性部材56は、主体部47の内周面57に接着(弾性部材56がゴムの場合には、例えば加硫接着)されている。
この場合、付勢部材33の主体部47と第1の軸受26の外輪36との相対摺動をより確実に抑制して騒音をより低減することができる。
なお、弾性部材56は、第1の軸受26の外輪36の外周面58に接着されて当該第1の軸受26に一体に設けられても良い。また、弾性部材56を環状の単品部材に形成し、第1の軸受26および付勢部材33のそれぞれと別体に設けても良い。また、付勢部材33の主体部47が波形形状であっても良い。
本発明は、以上の各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、ウォーム軸20のウォーム歯部22を左ねじに形成しても良い。この場合、付勢部材33の第1の弾性舌片52は、第2の回転規制部51に設けられる。また、付勢部材33の第2の弾性舌片54の個数は1個でも2個でも良いし、4個以上でも良い。さらに、付勢部材33を第2の軸受27に設けても良い。また、小歯車および大歯車として平歯車やはすば歯車等の他の一般の歯車を用いても良い。
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模式的な断面図である。 図1のII−II線に沿う断面図である。 図2の付勢部材周辺の拡大図である。 図3のIII−III線に沿う断面図である。 付勢部材の斜視図である。 本発明の別の実施の形態の付勢部材の模式的な断面正面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の要部の断面図である。
符号の説明
1 電動パワーステアリング装置
8 ギヤハウジング(ハウジング)
16 電動モータ
20 ウォーム軸(小歯車)
21 ウォームホイール(大歯車)
23 第1の支軸(支軸、電動モータと反対側のウォーム軸の端部)
26 第1の軸受(軸受)
28 第1の支持孔(支持孔)
33 付勢部材
36 (第1の軸受の)外輪
42 周面
44 第2の凹部(凹部)
44a 底
45,46 一対の内壁
47 主体部
48 一端部(一対の端部、先端側)
49 他端部(一対の端部)
50 第1の回転規制部(一対の回転規制部、一方の回転規制部)
51 第2の回転規制部(一対の回転規制部)
52 第1の弾性舌片
53 側縁
54 第2の弾性舌片
56 弾性部材
F1,F2 スラスト力(駆動反力の軸方向成分)
R1 第1回転方向(ウォーム軸の回転方向)

Claims (4)

  1. 操舵補助用の電動モータの出力回転を小歯車およびこの小歯車に噛み合う大歯車を介して舵取り機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、
    上記小歯車の端部に設けられる支軸を、軸受を介して小歯車の径方向大歯車側に偏倚可能に支持するための支持孔を含むハウジングと、
    小歯車を大歯車側に弾性的に付勢するための付勢部材とを備え、
    上記支持孔の周面に凹部が形成され、凹部は支持孔の周方向に相対向する一対の内壁を含み、
    上記付勢部材は、軸受の外輪に嵌め合わされる有端環状の主体部と、主体部の一対の端部にそれぞれ形成され上記支持孔の凹部の一対の内壁にそれぞれ係合して主体部の対応する周方向への移動をそれぞれ規制する一対の回転規制部と、一方の回転規制部のみから延びる片持ち状の第1の弾性舌片と、主体部の軸方向一方の側縁に設けられてハウジングと軸受の外輪の一端面との間に介在し軸受を軸方向一方へ付勢するための第2の弾性舌片とを含み、
    上記第1の弾性舌片は、支持孔の凹部の底により受けられて軸受を介して小歯車を大歯車側へ付勢するための付勢力を生じ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、上記小歯車はウォーム軸を含むと共に大歯車はウォームホイールを含み、付勢部材の第1の弾性舌片が電動モータと反対側のウォーム軸の端部を支持する軸受を介してウォーム軸を付勢すると共に、第2の弾性舌片がウォーム軸を軸受を介して電動モータ側に付勢し、
    第1の弾性舌片は、上記ウォーム軸がウォームホイールから受ける駆動反力の軸方向成分が電動モータから遠ざかる方向となるときのウォーム軸の回転方向に関して上記主体部の先端側に配置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、上記主体部は波板形状に形成され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、上記主体部と軸受の外輪との間に弾性部材を備え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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