JP4645929B2

JP4645929B2 - 電動式パワーステアリング装置及びその組み付け方法

Info

Publication number: JP4645929B2
Application number: JP2000321005A
Authority: JP
Inventors: 剛仙波; 祐次川池; 秀樹小島; 克格田島; 康弘高橋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP2002127918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽い操舵力を有し、静音化がより図られる電動式パワーステアリング装置及びその組み付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の電動式パワーステアリング装置として、例えば特開平８−２０７７９８号に示すように、車輪の操舵を行う際に操舵トルクを検出してステアリングホイールに付与された手動力を補助するように構成したものが知られている。かかる構成においては、ステアリングホイールから操舵力を受ける入力軸と、車輪に操舵力を伝達する出力軸との間をトーションバーで連結し、かかるトーションバーのネジレを検出することによって、制御に必要な操舵トルクを検出できるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術の電動式パワーステアリング装置においては、モータの回転軸と出力軸とを連結する動力伝達手段としてウォームとウォームホイールの組み合わせを用いているタイプがあるが、互いに噛合し合うウォームとウォームホイールの歯面間のバックラッシュにより、歯面のたたき音が生じ、車両の乗員に不快感を与えるという問題がある。
【０００４】
これに対し、特開平１０−２９７５０５号公報には、ウォームホイールを偏心させることで軸間距離を変更し、それによりウォームとウォームホイールの歯面間のバックラッシュを調整する技術が開示されている。一方、特開平１１−３４８８８号公報には、ウォーム側ハウジングと、ウォームホイールハウジングとに分けた上で、その間に挟むシム厚を選択調整することにより軸間距離を変更し、それによりウォームとウォームホイールの歯面間のバックラッシュの初期値を抑える技術が開示されている。
【０００５】
しかるに、上述した公開公報に記載されたようにしてバックラッシュの初期値を抑え、歯面の叩き音を抑制することは可能であるが、一方、バックラッシュの初期値を抑えることで、ウォームホイールの回転抵抗が増大し、それにより操作感が悪くなるという問題がある。ところが、歯面形状のバラツキなどによって、ウォームホイールの回転抵抗はある程度変動するので、軸間距離を精度良く調整するにしても限界がある。従って、軸間距離調整に代わる何らかの調整手法が必要とされている。
【０００６】
かかる問題に鑑み、本発明は、操舵性に優れ、かつ騒音を抑制できる電動式パワーステアリング装置及びその組み付け方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成すべく、本発明の電動式パワーステアリング装置は、
車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
ステアリングホイールに入力された操舵力を、前記出力軸へと伝達する入力軸と、
回転軸を回転させるモータと、
前記モータの前記回転軸と前記出力軸又は入力軸とを動力伝達可能に連結するウォームとウォームホイールとを含む動力伝達機構と、を有する電動式パワーステアリング装置において、
前記ウォームは第１のハウジングに回転自在に支持され、前記ウォームホイールは第２のハウジングに回転自在に支持されており、前記第１及び第２のハウジングは、相対変位可能に組み付けられるようになっており、
組み付け時に、前記第１及び第２のハウジングを相対変位させ、前記入力軸を回転させることで、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間のバックラッシュの大小を、前記入力軸の回転抵抗の測定により判断し、前記回転抵抗が小さいときは、前記ウォームと前記ウォームホイールのバックラッシュが小さくなるように予圧を付与し、前記回転抵抗が大きいときは、前記バックラッシュが大きくなるように予圧を付与することを特徴とする。
【０００８】
本発明の電動式パワーステアリング装置の組み付け方法は、車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、ステアリングホイールに入力された操舵力を、前記出力軸へと伝達する入力軸と、回転軸を回転させるモータと、前記モータの前記回転軸と前記出力軸又は入力軸とを動力伝達可能に連結するウォームとウォームホイールとを含む動力伝達機構と、を有し、前記ウォームは第１のハウジングに回転自在に支持され、前記ウォームホイールは第２のハウジングに回転自在に支持されており、前記第１及び第２のハウジングは、相対変位可能に組み付けられるようになっている電動式パワーステアリング装置の組み付け方法において、
組み付け時に、前記第１及び第２のハウジングを相対変位させ、前記入力軸を回転させることで、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間のバックラッシュを変化させながら、前記入力軸の回転抵抗を測定し、前記回転抵抗が所定値になるように、前記ウォームと前記ウォームホイールとの芯間距離を調整することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明の電動式パワーステアリング装置は、車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、ステアリングホイールに入力された操舵力を、前記出力軸へと伝達する入力軸と、回転軸を回転させるモータと、前記モータの前記回転軸と前記出力軸又は入力軸とを動力伝達可能に連結するウォームとウォームホイールとを含む動力伝達機構と、を有する電動式パワーステアリング装置において、前記ウォームは第１のハウジングに回転自在に支持され、前記ウォームホイールは第２のハウジングに回転自在に支持されており、前記第１及び第２のハウジングは、相対変位可能に組み付けられるようになっており、組み付け時に、前記第１及び第２のハウジングを相対変位させ、前記入力軸を回転させることで、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間のバックラッシュの大小を、前記入力軸の回転抵抗の測定により判断し、前記回転抵抗が小さいときは、前記ウォームと前記ウォームホイールのバックラッシュが小さくなるように予圧を付与し、前記回転抵抗が大きいときは、前記バックラッシュが大きくなるように予圧を付与するようになっている。つまり、組み付け時に、締め付けボルトを仮締め状態とし、前記第１及び第２のハウジングを相対変位させ、その後締め付けボルトを正規締め付けトルクで締め付ける。その際、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間のバックラッシュの量は、前記入力軸の回転抵抗を測定することで推定できるので、バッククラッシュの初期値を抑えようとする従来の手法に比べ、より直接的に操舵感を調整することができると共に、バックラッシュを抑制することにより騒音の低減を図ることができる。
【００１０】
更に、前記入力軸の回転抵抗の測定は、前記出力軸及び前記ウォーム軸に負荷を与えない状態で、前記入力軸のトルクを測定することで行われると好ましい。
【００１１】
発明の電動式パワーステアリング装置の組み付け方法は、車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、ステアリングホイールに入力された操舵力を、前記出力軸へと伝達する入力軸と、回転軸を回転させるモータと、前記モータの前記回転軸と前記出力軸又は入力軸とを動力伝達可能に連結するウォームとウォームホイールとを含む動力伝達機構と、を有し、前記ウォームは第１のハウジングに回転自在に支持され、前記ウォームホイールは第２のハウジングに回転自在に支持されており、前記第１及び第２のハウジングは、相対変位可能に組み付けられるようになっている電動式パワーステアリング装置の組み付け方法において、組み付け時に、前記第１及び第２のハウジングを相対変位させ、前記入力軸を回転させることで、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間のバックラッシュを変化させながら、前記入力軸の回転抵抗を測定し、前記回転抵抗が所定値になるように、前記ウォームと前記ウォームホイールとの芯間距離を調整するので、バッククラッシュの初期値を抑えようとする従来の手法に比べ、より直接的に操舵感を調整することができると共に、バックラッシュを抑制することにより騒音の低減を図ることができる。
【００１２】
更に、前記回転抵抗の所定値は、トルク値で３ｋｇｆ・ｃｍであると好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施例を図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本願発明の実施の形態である電動式パワーステアリング装置１００の一部断面図である。
【００１４】
図１において、電動式パワーステアリング装置１００は、水平に延在するチューブ１０１と、チューブ１０１の右端に配置されたハウジング１とを有している。チューブ１０１は、不図示のブラケットにより不図示の車体に固定されている。
【００１５】
ハウジング１内を入力軸２が上方から斜め（電動モータ２１の軸線と交差する方向）に延在し、一方、チューブ１０１内をラック軸１１が延在している。後述するように、入力軸２と連結された出力軸（不図示）の下方端にはピニオンが形成され、このピニオンはラック軸１１のラックに噛合しており、出力軸の回転によりラック軸１１は図において左右に移動するようになっている。
【００１６】
チューブ１０１の両端に取り付けられた防塵ブーツ１０２，１０３を貫通したラック軸１１の両端は、不図示の操舵機構に取り付けられ、ラック軸１１の左右移動により車輪の操舵がなされるようになっている。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態である電動式パワーステアリング装置を、入力軸の軸線に沿って切断して示す断面図である。図３は、図１の電動式パワーステアリング装置をIII-III線で更に切断して示す断面図である。
【００１８】
図２において、ハウジング１は、３本のボルト３を用いて、第１のハウジングである本体１ａと、第２のハウジングである蓋部材１ｂとを締結することにより一体的に構成されるようになっている。尚、本体１ａと蓋部材１ｂとは、それらの嵌合部において、図２に示すΔの範囲内で、入力軸２の軸線に対し直角方向に移動可能となっている。
【００１９】
ハウジング１内を、入力軸２および出力軸（不図示）が延在している。入力軸２は、端部同士が互いに圧入嵌合された中実の上部軸２ａと中空の下部軸２ｂとからなっている。上部軸２ａの図に示す上端は、図示しないステアリングシャフトに連結されるようになっており、更にステアリングシャフトは図示しないステアリングホイールに連結されるようになっている。上部軸２ａは、軸受４によりハウジング１に対して回転自在に支持されている。図に示す上端を下部軸２ｂに、不図示の下端を出力軸に連結したトーションバー５が、下部軸２ｂ内を延在している。
【００２０】
下部軸２ｂの図に示す下方周囲において、受けたトルクに比例してトーションバー５がねじれることに基づき、操舵トルクを検出する検出装置すなわちトルクセンサ６が設けられている（一部のみ図示）。このトルクセンサ６は、トーションバー５のねじれに基づく入力軸２と出力軸との相対角度変位を、機械的（電磁的でもよい）に検出し、電気信号として不図示の制御回路へ出力するものである。
【００２１】
図２に示していないが、出力軸のピニオンが、不図示のラック軸に噛合しており、車両の操舵装置に動力伝達可能になっている。
【００２２】
下部軸２ｂの外周には、ウォームホイール１３が圧入等により固定的に取り付けられている。ウォームホイール１３は、図３に示す電動モータ２１の回転軸に連結されたウォーム３０ａと噛合している。この電動モータ２１は、不図示の制御回路に連結されているが、この制御回路は、トルクセンサ６の出力や車速等の情報を入力し、所定の電力を電動モータに供給して適切な補助トルクを発生させるものである。
【００２３】
図３において、電動モータ２１がハウジング１の本体１ａに取り付けられている。電動モータ２１の回転軸（不図示）は、同軸に延在する軸部材３０に連結されている。軸部材３０の中央にはウォーム３０ａが形成されており、更に軸部材３０の両端は、それぞれ軸受２２，２３により本体１ａに対して回転自在に支持されている。
【００２４】
モータ側の軸受２２の外輪は、本体１ａ内に取り付けられた止め輪２４により、モータ２１側への移動が阻止されるようになっている。一方、モータ側の軸受２２の内輪は、２枚の間座２５，２６と、それらに挟持された筒状の弾性部材２７を介して、軸部材３０に形成されたフランジ３０ｂに当接している。
【００２５】
更に、他方の軸受２３の外輪は、本体１ａに当接しており、一方、軸受２３の内輪は、２枚の間座２８，２９と、それらに挟持された筒状の弾性部材３１を介して、軸部材３０に形成されたフランジ３０ｃに当接している。従って、軸部材３０は、ハウジング１の本体１ａに対して、弾性部材２７，３１により、いわゆるフローティング状態で支持されていることとなる。
【００２６】
次に、本発明による実施の形態の動作につき以下に説明する。車両が直進状態にあり、図示しないステアリングホイールおよびステアリングシャフトを介して、入力軸２に操舵力が入力されていないとすると、トルクセンサ６は出力信号を発生せず、従って電動モータ２１は補助操舵力を発生しない。
【００２７】
車両がカーブを曲がろうとするときに運転者が不図示のステアリングホイールを操舵すると、操舵力に応じてトーションバー５がねじれ入力軸２と出力軸との間で相対回動が発生する。トルクセンサ６は、この相対回動の方向および量に応じて信号を出力する。この信号に基づき、電動モータ２１は回転して補助操舵力を発生する。かかる電動モータ２１の回転は、ウォームギヤ機構により減速されて下部軸２ｂに伝達され、不図示のラック軸を介して操舵装置をアシストされる補助操舵が行われることとなる。
【００２８】
次に、本実施の形態の電動式パワーステアリング装置の組み付け方法について説明する。ウォームホイール１３とウォーム３０ａとの芯間距離Ｌ（図３）は、大きすぎると歯面間のバックラッシュが大きくなって騒音が発生しやすくなり、小さすぎると操舵抵抗が大きくなるという問題がある。
【００２９】
そこで、本実施の形態においては、ハウジング１の本体１ａと蓋部材１ｂとをボルト３で仮止め（小さなトルクで締め付けること）した状態で、図１に示すように、入力軸２の上端にトルクレンチＴを取り付け、トルクレンチＴを用いて入力軸２を回転させることで、その回転抵抗を測定する。尚、このときは出力軸及びラック軸には負荷がかからないようにすると好ましい。
【００３０】
ここでトルクレンチＴにより測定される回転抵抗が小さければ、ウォームホイール１３とウォーム３０ａの歯面間のバックラッシュが大きすぎると判断できるので、例えば蓋部材１ｂを軽くたたいたりして、ウォームホイール１３とウォーム３０ａとの芯間距離Ｌを小さくする方向に調整する。このとき、芯間距離Ｌが小さくなっても、軸部材３０を支持する弾性部材２７，３１が適度にたわむので、ウォームホイール１３とウォーム３０ａの競り合いを抑制しつつ歯面間のバックラッシュを小さくするように軽予圧を付与することができる。一方、回転抵抗が大きければ、バックラッシュが小さすぎると判断できるので、例えばボルト３をゆるめるなどして、ウォームホイール１３とウォーム３０ａとの芯間距離Ｌを大きくする方向に調整する。
【００３１】
尚、適正なトルクは電動式パワーステアリング装置の個々の仕様に応じて異なるが、一般的には、３ｋｇｆ・ｃｍである。
【００３２】
このように、本実施の形態によれば、トルクレンチＴの実際に測定した回転抵抗に基づいて、ウォームホイール１３とウォーム３０ａの軸間距離を調整するので、従来の手法に比べ、より直接的に操舵感を調整することができると共に、バックラッシュを抑制することにより騒音の低減を図ることができる。
【００３３】
以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。たとえば、トルクレンチＴを用いる代わりに、トルクセンサ６の出力を用いて、入力軸２の回転抵抗を測定してもよい。又、ウォームホイール１３を出力軸に取り付けて、モータ２１の回転力を出力軸に伝達するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の電動式パワーステアリング装置は、車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、ステアリングホイールに入力された操舵力を、前記出力軸へと伝達する入力軸と、回転軸を回転させるモータと、前記モータの前記回転軸と前記出力軸又は入力軸とを動力伝達可能に連結するウォームとウォームホイールとを含む動力伝達機構と、を有する電動式パワーステアリング装置において、前記ウォームは第１のハウジングに回転自在に支持され、前記ウォームホイールは第２のハウジングに回転自在に支持されており、前記第１及び第２のハウジングは、相対変位可能に組み付けられるようになっており、組み付け時に、前記第１及び第２のハウジングを相対変位させ、前記入力軸を回転させることで、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間のバックラッシュの大小を、前記入力軸の回転抵抗の測定により判断し、前記回転抵抗が小さいときは、前記ウォームと前記ウォームホイールのバックラッシュが小さくなるように予圧を付与し、前記回転抵抗が大きいときは、前記バックラッシュが大きくなるように予圧を付与するようになっている。つまり、組み付け時に、締め付けボルトを仮締め状態とし、前記第１及び第２のハウジングを相対変位させ、その後締め付けボルトを正規締め付けトルクで締め付ける。その際、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間のバックラッシュの量は、前記入力軸の回転抵抗を測定することで推定できるので、バッククラッシュの初期値を抑えようとする従来の手法に比べ、より直接的に操舵感を調整することができると共に、バックラッシュを抑制することにより騒音の低減を図ることができる。
【００３５】
発明の電動式パワーステアリング装置の組み付け方法は、車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、ステアリングホイールに入力された操舵力を、前記出力軸へと伝達する入力軸と、回転軸を回転させるモータと、前記モータの前記回転軸と前記出力軸又は入力軸とを動力伝達可能に連結するウォームとウォームホイールとを含む動力伝達機構と、を有し、前記ウォームは第１のハウジングに回転自在に支持され、前記ウォームホイールは第２のハウジングに回転自在に支持されており、前記第１及び第２のハウジングは、相対変位可能に組み付けられるようになっている電動式パワーステアリング装置の組み付け方法において、組み付け時に、前記第１及び第２のハウジングを相対変位させ、前記入力軸を回転させることで、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間のバックラッシュを変化させながら、前記入力軸の回転抵抗を測定し、前記回転抵抗が所定値になるように、前記ウォームと前記ウォームホイールとの芯間距離を調整するので、バッククラッシュの初期値を抑えようとする従来の手法に比べ、より直接的に操舵感を調整することができると共に、バックラッシュを抑制することにより騒音の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である電動式パワーステアリング装置１００の一部断面図である。
【図２】本発明の実施の形態である電動式パワーステアリング装置を、入力軸の軸線に沿って切断して示す断面図である。
【図３】図２の電動式パワーステアリング装置をIII-III線で更に切断して示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ本体
１ｂ蓋部材
１ハウジング
２入力軸
５トーションバー
６トルクセンサ
１３ウォームホイール
２１モータ
２７，３１弾性部材
３０軸部材
３０ａウォーム

Claims

車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
ステアリングホイールに入力された操舵力を、前記出力軸へと伝達する入力軸と、
回転軸を回転させるモータと、
前記モータの前記回転軸と前記出力軸又は入力軸とを動力伝達可能に連結するウォームとウォームホイールとを含む動力伝達機構と、を有する電動式パワーステアリング装置において、
前記ウォームは第１のハウジングに回転自在に支持され、前記ウォームホイールは第２のハウジングに回転自在に支持されており、前記第１及び第２のハウジングは、相対変位可能に組み付けられるようになっており、
組み付け時に、前記第１及び第２のハウジングを相対変位させ、前記入力軸を回転させることで、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間のバックラッシュの大小を、前記入力軸の回転抵抗の測定により判断し、前記回転抵抗が小さいときは、前記ウォームと前記ウォームホイールのバックラッシュが小さくなるように予圧を付与し、前記回転抵抗が大きいときは、前記バックラッシュが大きくなるように予圧を付与することを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
前記入力軸の回転抵抗の測定は、前記出力軸及び前記ウォーム軸に負荷を与えない状態で、前記入力軸のトルクを測定することで行われることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、ステアリングホイールに入力された操舵力を、前記出力軸へと伝達する入力軸と、回転軸を回転させるモータと、前記モータの前記回転軸と前記出力軸又は入力軸とを動力伝達可能に連結するウォームとウォームホイールとを含む動力伝達機構と、を有し、前記ウォームは第１のハウジングに回転自在に支持され、前記ウォームホイールは第２のハウジングに回転自在に支持されており、前記第１及び第２のハウジングは、相対変位可能に組み付けられるようになっている電動式パワーステアリング装置の組み付け方法において、
組み付け時に、前記第１及び第２のハウジングを相対変位させ、前記入力軸を回転させることで、前記ウォームと前記ウォームホイールとの間のバックラッシュを変化させながら、前記入力軸の回転抵抗を測定し、前記回転抵抗が所定値になるように、前記ウォームと前記ウォームホイールとの芯間距離を調整することを特徴とする電動式パワーステアリング装置の組み付け方法。
前記回転抵抗の所定値は、トルク値で３ｋｇｆ・ｃｍであることを特徴とする請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置の組み付け方法。