JP4589147B2 - 電動舵取装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングホイールからの操舵トルクに電動モータによる補助トルクを付与する電動舵取装置に関する。

従来、この種の電動舵取装置として、ステアリングホイールの回動に応じて長手方向に往復するステアリング部材と、該ステアリング部材に形成されたボールねじ軸に複数のボールを介して外挿されたボールナットと、電動モータの駆動軸に設けられた駆動プーリと、該駆動プーリにベルトを介して連結されて前記ボールナットと一体に回動する従動プーリとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、電動モータとステアリング部材との間の動力伝達経路にベルトが介在するので、ステアリング部材からの振動等が電動モータに伝達されることがなく、電動モータの回転精度を維持することができる。

また、この種の電動舵取装置においては、駆動プーリと従動プーリとの両プーリに歯付きプーリを採用し、両プーリに掛け渡されるベルトを歯付きベルトとすることによって、両プーリとベルトとの滑りを防止することが行われている。更に、ベルトの歯と各プーリの歯との噛み合いによる振動や騒音を低減するために、はす歯付きベルトを採用すると共に、該ベルトのはす歯に対応したはす歯付きプーリを駆動プーリと従動プーリとの両プーリに採用したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、はす歯付きベルトは、はす歯付き駆動プーリとはす歯付き従動プーリとに掛け渡されて回動したとき、はす歯同士の噛み合いによって軸方向のスラスト力を受ける。その結果、プーリに対するベルトの掛け渡し位置がその軸方向（幅方向）にズレ易く、回動時の噛み合い状態を維持できなくなるおそれがある。そのため、各プーリには、軸方向の両端に外周方向に鍔状に張り出すフランジが設けられており、このフランジによって、ベルトの位置を所定の軸方向幅内に規制している。
特開２００３−２９１８３０号公報 特開２００４−３１４７７０号公報

しかし、各プーリは、両フランジ間に歯部を形成しなければならないために、歯部を形成する際にフランジが邪魔になり、歯部の加工が困難である不都合がある。しかも、ベルト掛け渡しの際の組み付け作業においても、フランジが邪魔になって作業効率が低下する不都合がある。

また、プーリへの歯部の加工や、ベルト掛け渡し作業を容易とするために、フランジをプーリ本体から着脱自在に設けておくことが考えられるが、部品点数が増え、組立工数が増加するために製造効率が低下する不都合がある。

そこで、本発明の課題は、はす歯付きベルトとの噛み合いを確実に維持でき、しかも従動プーリの歯部の加工や組み付け作業を容易として効率よく製造することができる電動舵取装置を提供することにある。

本発明は、ステアリングホイールからの操舵トルクに電動モータによる補助トルクを付与する電動舵取装置であって、ステアリングホイールの回動に応じて長手方向に往復する棒状のステアリング部材と、該ステアリング部材に形成されたボールねじ軸に複数のボールを介して外挿されたボールナットと、前記電動モータの駆動軸に設けられたはす歯付き駆動プーリと、該駆動プーリにはす歯付きベルトを介して連結されて前記ボールナットと一体に回動するはす歯付き従動プーリとを備えるものにおいて、前記駆動プーリは、前記駆動軸と一体に回転するプーリ本体と、前記ベルトの位置を所定の軸方向幅内に規制すべく一対のフランジとして該プーリ本体の軸方向の両端に取り付けられた一対の規制部材とにより構成され、前記従動プーリは、その軸方向の両端にフランジを備えず、前記駆動プーリの両フランジによるベルトの規制幅より大きな軸方向幅を持つことを特徴とする。

本発明は、前記電動モータの補助トルクを前記駆動プーリと前記従動プーリとに掛け渡したベルトを介して前記ステアリング部材に伝達する。即ち、従動プーリは前記ボールナットを回動させ、ステアリング部材に形成されたボールねじ軸を介してステアリング部材を長手方向に往復動させる。

前記ベルトにははす歯付きベルトが採用されており、前記駆動プーリと前記従動プーリとにはベルトに形成されたはす歯に対応するはす歯が形成されている。これにより、ベルトと両プーリとの噛み合いを円滑に行って、振動や騒音を軽減している。

そして、本発明においては、従動プーリがフランジを備えないので、従動プーリの外周面にはす歯を加工形成する際にフランジが邪魔になることはなく、従動プーリへのはす歯加工を容易に行うことができる。しかも、従動プーリにベルトを掛け渡す際の組み付け作業においても、フランジを備えないことによって作業が容易となる。

また、本発明においては、はす歯同士の噛み合いによってベルトが駆動プーリの軸方向（幅方向）にズレても、駆動プーリの両端にフランジを備えることにより、両フランジに規制されてベルトと駆動プーリとの噛み合いが維持される。

一方、従動プーリがフランジを備えないことによって、従動プーリに掛け渡されたベルトはその軸方向（幅方向）からの規制を受けることがない。このため、駆動プーリに掛け渡されたベルトが駆動プーリの一方端側に変位して駆動プーリの一方のフランジに規制されても、従動プーリに掛け渡されたベルトは、ベルト自体の伸びの影響等により、駆動プーリの両フランジによるベルトの規制幅より大きなズレが生じる場合がある。

そこで、本発明においては、従動プーリに、駆動プーリの両フランジによるベルトの規制幅より大きな軸方向幅を持たせたことにより、回動時に従動プーリに掛け渡されたベルトにズレが生じても、ベルトが従動プーリから外れることがなく噛み合いを良好に維持することができる。

ところで、この種の電動舵取装置においては、従動プーリの幅寸法を大きくし過ぎると従動プーリの取り付けるための大きなスペースが必要となり装置が大型化するおそれがある。

そこで、本発明において、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡されるベルトの張力は、前記駆動プーリの軸心と前記従動プーリの軸心との間隔を離反又は近接させることにより調節自在となっており、前記従動プーリは、前記駆動プーリの両フランジによるベルトの規制幅より外側に張り出す軸方向両側の拡幅部を有し、各拡幅部の幅寸法は、駆動プーリと従動プーリとに掛け渡されたベルトに付与される張力の下限設定値に応じて１mm〜５．５mmの範囲から選択されることが好ましい。

駆動プーリと従動プーリとに掛け渡されたベルトには、回動時の過負荷及び外れを防止するために張力の下限が予め設定される。ベルトの張力は、例えば、駆動プーリと従動プーリとの間隔を、ベルトに所定の張力が付与される寸法に調節することで設定することができる。そして、設定される張力下限は通常３５Ｎ〜５０Ｎであることが多く、更に、本発明者は各種試験において、はす歯付きベルトを採用した場合の前記の張力下限設定値の範囲内では、ベルトの張力と従動プーリに対するベルトのズレ量とは反比例することを知見した。当該知見に基づき、ベルトに付与される張力の下限設定値が大とされている場合には、従動プーリの前記拡幅部の幅寸法を１mmとして、ベルトが従動プーリから外れることがなく噛み合いを良好に維持することができる。しかも、これによって、従動プーリの幅寸法は過剰に大きくはならず、従動プーリを比較的コンパクトに形成できるので、装置が大型化されることはない。更にまた、本発明者は各種試験によりベルトの張力が０Ｎのときのズレ量が５．５mmであることを知見した。これによれば、ベルト張力が何らかの原因で下限設定値よりも低下したときであっても、前記拡幅部の幅寸法を５．５mmとしておけば、ベルトが従動プーリから外れることがなく噛み合いを良好に維持することができる。従って、従動プーリを比較的コンパクトとして、装置の大型化を防止することができる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態の電動舵取装置を示す説明図、図２は要部の断面説明図、図３は電動モータの取付状態を示す説明図、図４はベルトのズレ量を示す説明図、図５はベルトの張力とズレ量との関係を示す線図である。

図１に示すように、本実施形態の電動舵取装置１は、ステアリング機構２と、該ステアリング機構２に補助トルクを付与する補助トルク機構３とを備えている。ステアリング機構２は、車両のステアリングホイール（図示しない）の回転を入力軸４に入力することによって、ハウジング５内のステアリング部材６を長手方向に往復移動させるようになっている。即ち、入力軸４に入力されたステアリングホイールの回転は、ラック・ピニオン機構等の変換機構７によってステアリング部材６の往復動に変換される。変換機構７にはトルクセンサ８が設けられている。トルクセンサ８は入力軸４に入力された操舵トルクを検出する。

ステアリング部材６の両端部には、タイロッド９が連結されている。各タイロッド９は、車両の操舵可能な車輪（図示せず）に連結されている。そして車輪には、ステアリング部材６が長手方向に直線的に動くことによって、操舵運動が付与される。

補助トルク機構３は、前記ハウジング５に取り付けられた電動モータ１０と、該電動モータ１０により発生した補助トルクをステアリング部材６に伝達するトルク伝達機構１１とを備えている。電動モータ１０は、前記トルクセンサ８の検出信号を入力する図示しない制御手段により制御されて、トルクセンサ８により検出された操舵トルクに応じた補助トルクを発生する。

トルク伝達機構１１は、図２に示すように、電動モータ１０に連結された駆動プーリ１２と、ステアリング部材６に連結された従動プーリ１３と、両プーリ１２，１３に掛け渡されたベルト１４とにより構成されている。駆動プーリ１２は、電動モータ１０の支持ケース１５内部に嵌合保持された一対の玉軸受１６，１７間に回転軸１８を介して支持されている。駆動プーリ１２の回転軸１８は電動モータ１０の出力軸に連結されており、電動モータ１０により駆動される。該駆動プーリ１２の回転はベルト１４を介して従動プーリ１３に伝達され、従動プーリ１３の回転は補助力としてステアリング部材６の往復動に付与される。

即ち、前記ステアリング部材６には、電動モータ１０の位置に対応してボールねじ軸１９が形成されており、該ボールねじ軸１９に複数のボール２０を介してボールナット２１が結合されている。ボールナット２１は、アンギュラ玉軸受２２によってステアリング部材６のハウジング５に回転自在、かつ軸線方向には移動不能に取付けられている。前記従動プーリ１３は、ボールナット２１に締付け固定されており、ボールナット２１と一体に回転する。

また、ベルト１４には、はす歯付きベルトが採用されている。駆動プーリ１２と従動プーリ１３とには、ベルト１４に形成されたはす歯に対応して、その軸方向に所定角度傾斜し、且つ、その周方向に所定間隔を存して延びる複数の歯部２３が形成されている。該歯部２３をベルト１４の歯に噛み合わせることで、該駆動プーリ１２の回転力がベルト１４に効率よく伝達され、はす歯による噛み合いによって、回動時の振動や騒音が軽減されている。

駆動プーリ１２は、回転軸１８に一体に形成されたプーリ本体２４と、プーリ本体２４の軸方向の両側に設けられた一対の規制部材２５とにより構成されている。プーリ本体２４の外周には前記歯部２３が形成されている。駆動プーリ１２をプーリ本体２４と一対の規制部材２５とにより構成したことによって、規制部材２５を取り付ける前にプーリ本体２４に歯部２３を加工することができ、歯部２３の加工作業を極めて容易に行うことができるようになっている。各規制部材２５は、その周縁部がプーリ本体２４の外周方向に鍔状に張り出してフランジとして作用する。即ち、ベルト１４がプーリ本体２４の軸方向に移動したときに、該ベルト１４を両規制部材２５の間隔による規制幅内に規制してプーリ本体２４からの外れを防止する。

従動プーリ１３は、ベルト１４の軸方向（幅方向）の移動を規制するフランジ等を備えていず、駆動プーリ１２によるベルト１４の規制幅よりも幅広に形成されている。即ち、詳しくは後述するが、図４に示すように、駆動プーリ１２の規制幅ａに対して、従動プーリ１３の軸方向両側には、駆動プーリ１２の規制幅ａに対して大とする拡幅部１３ａ，１３ｂが設けられている。そして、従動プーリ１３の軸方向両側の拡幅部１３ａ，１３ｂの夫々の幅寸法ｂ（以下、拡大幅ｂという）は、その片側について１mm〜５．５mmに設定されている。

前記電動モータ１０は、図２に示すように、前記ハウジング５に形成されたモータ取付部２６に前記支持ケース１５を介して取り付けられている。電動モータ１０は、図３に示すように、その前端部外周に張り出す連結部２７を介して一対のボルト２８により支持ケース１５に連結されている。更に、支持ケース１５とモータ取付部２６とは、駆動プーリ１２と従動プーリ１３とに掛け渡されるベルト１４の張力が調節可能となるように一対のボルト２９により連結されている。即ち、図３に示すように、モータ取付部２６には一対のボルト孔３０，３１が径方向に対向する位置に形成されており、その一方のボルト孔３１が長孔状に形成されている。これにより、電動モータ１０は、モータ取付部２６の一方のボルト孔３０に挿着されるボルト２９を支点として、他方の長孔状のボルト孔３１に挿着されるボルト２９が該ボルト孔３１に案内されて揺動する。その結果、駆動プーリ１２の軸心と従動プーリ１３の軸心との間隔を離反或いは接近させることができ、これをもって駆動プーリ１２と従動プーリ１３とに掛け渡されるベルト１４の張力が調節できるようになっている。ベルト１４に張力を付与することによって、回動時のベルト１４のたるみが防止される。ベルト１４の張力下限は、通常３５Ｎ〜５０Ｎに設定される。

ここで、本実施形態における従動プーリ１３に設定される幅寸法とベルト１４の張力下限との関係について説明する。図４に示すように、駆動プーリ１２と従動プーリ１３とにベルト１４を掛け渡し、駆動プーリ１２を一方向に所定回転数で回転させたとき、ベルト１４と両プーリとがはす歯同士の噛み合いであることによって、ベルト１４の従動プーリ１３への掛け渡し位置が一方側に偏る。そして、ベルト１４は、駆動プーリ１２の一方の規制部材２５に規制されるが、従動プーリ１３に掛け渡された部分においては、規制部材２５による規制位置よりも軸方向外側にズレが生じる。このズレ量ｃは、ベルト１４に付与される張力に応じて変化し、試験によれば、図５に示すように、張力３５Ｎではズレ量ｃが４mmとなり、張力５０Ｎではズレ量ｃが１mmよりも小となる。また、張力０Ｎにときにはズレ量ｃが５．５mmとなる。このことから明らかなように、ベルト１４に付与される張力に応じて、当該張力でのズレ量ｃを前述した従動プーリ１３の軸方向両側の拡大幅ｂとし、拡幅部１３ａ，１３ｂの夫々を拡大幅ｂとすることにより、従動プーリ１３にフランジ等のベルト１４の移動を規制する手段を設けなくても、従動プーリ１３からのベルト１４の外れを防止することができる。そして、ベルト１４に付与される張力の下限設定値は、通常３５Ｎ〜５０Ｎとされ、しかも、何らかの原因で当該下限設定値よりも低下することを考慮しても、従動プーリ１３に拡大幅ｂが５．５mmとされた拡幅部１３ａ，１３ｂを設けておくことで、従動プーリ１３からベルト１４が外れることはない。

次に本実施形態の動作について説明する。車両が直進状態にあり、ステアリングホイールの操舵力が入力軸４に入力されていない時には、トルクセンサ８は出力信号を発せず、駆動プーリ１２の軸に連結された電動モータ１０は補助トルクを発生しない。またこの時、ステアリング部材６も動かず、図示しない車輪に操舵力が作用することはない。

一方、車両がカーブを曲がろうとする時、運転者がステアリングホイールを回転操舵する。このとき、入力軸４に付与された操舵力が、変換機構７を介してステアリング部材６に伝達され、タイロッド９を経て車輪に伝達される。同時に、入力軸４に加えられた操舵力に応じたトルクがトルクセンサ８により検出され、その検出信号に基づいて駆動された電動モータ１０の回転は、駆動プーリ１２、従動プーリ１３、ボールナット２１、ボールねじ軸１９を介してステアリング部材６に補助力として付与される。

本実施形態においては、駆動プーリ１２及び従動プーリ１３にはす歯付きプーリを採用たことで補助トルクの伝達が効率良く行われるが、前述したように、駆動プーリ１２をプーリ本体２４と一対の規制部材２５とにより構成し、従動プーリ１３にフランジ等を備えないことによって、駆動プーリ１２及び従動プーリ１３に対する歯部２３の加工性が良い。また、従動プーリ１３においては、フランジ等を備えないことによって、ベルト１４に組み付ける際に邪魔になるものがなく、組み付け性が良い。更に、従動プーリ１３の拡幅部１３ａ，１３ｂは、前述した拡大幅ｂに設定されているので、従動プーリ１３にフランジ等を備えることなく従動プーリ１３からのベルト１４の外れが防止される。しかも、拡大幅ｂはその最大に設定しても５．５mmであるので、ハウジング５内部における従動プーリ１３の取付スペースの拡張を極めて小さく抑えることができ、装置の大型化を防止することができる。

本発明の一実施形態の電動舵取装置を示す説明図。 本実施形態の電動舵取装置における要部の断面説明図。 電動モータの取付状態を示す説明図。 ベルトのズレ量を示す説明図。 ベルトの張力とズレ量との関係を示す線図。

符号の説明

１…電動舵取装置、６…ステアリング部材、１０…電動モータ、１２…はす歯付き駆動プーリ、１３…はす歯付き従動プーリ、１３ａ，１３ｂ…拡幅部、１４…はす歯付きベルト、１９…ボールねじ軸、２０…ボール、２１…ボールナット、２５…規制部材（フランジ）、ａ…規制幅、ｂ…拡大幅（各拡幅部の幅寸法）。

Claims (2)

1. ステアリングホイールからの操舵トルクに電動モータによる補助トルクを付与する電動舵取装置であって、
   ステアリングホイールの回動に応じて長手方向に往復する棒状のステアリング部材と、該ステアリング部材に形成されたボールねじ軸に複数のボールを介して外挿されたボールナットと、前記電動モータの駆動軸に設けられたはす歯付き駆動プーリと、該駆動プーリにはす歯付きベルトを介して連結されて前記ボールナットと一体に回動するはす歯付き従動プーリとを備えるものにおいて、
   前記駆動プーリは、前記駆動軸と一体に回転するプーリ本体と、前記ベルトの位置を所定の軸方向幅内に規制すべく一対のフランジとして該プーリ本体の軸方向の両端に取り付けられた一対の規制部材とにより構成され、
   前記従動プーリは、その軸方向の両端にフランジを備えず、前記駆動プーリの両フランジによるベルトの規制幅より大きな軸方向幅を持つことを特徴とする電動舵取装置。
2. 前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡される前記ベルトの張力は、前記駆動プーリの軸心と前記従動プーリの軸心との間隔を離反又は近接させることにより調節自在となっており、前記従動プーリは、前記駆動プーリの両フランジによるベルトの規制幅より外側に張り出す軸方向両側の拡幅部を有し、各拡幅部の幅寸法は、駆動プーリと従動プーリとに掛け渡されたベルトに付与される張力の下限設定値に応じて１mm〜５．５mmの範囲から選択されることを特徴とする請求項１記載の電動舵取装置。

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