JP4715616B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、減速ギヤの作動トルクの低減と、回転方向による作動トルク違いの低減とにより、動力伝達性能を向上した減速機構を備え、ステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサーにより検知し、この検知した操舵トルクに対応して電動モータから補助操舵トルクを発生して減速機構により減速し、操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に関する。

自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。

そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。

ＥＰＳでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構（減速機構）により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。

この動力伝達機構（減速機構）として、ウォーム減速機構を用いたＥＰＳでは、電動モータの駆動軸側のウォームに、ウォームホイールが噛合してあり、このウォームホイールは、操舵機構の出力軸（例えば、ピニオン軸、コラム軸）に嵌合してある。

特許文献１では、ウォームホイールとウォームとの噛合部での耳障りな歯打ち音の発生を抑える事ができ、しかも、組立作業の容易化を図り、且つ、自動車の限られた空間での部品の効率良い設置を可能にすることを目的として、トルクセンサと、ステアリングシャフトと、予圧パッドと、捩りコイルばねと、電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置において、予圧パッドと捩りコイルばねとにより、ウォームにウォームホイールに向かう方向の弾力を付与している。
特開２００４−３０６８９８号公報

ところで、ウォームは、油膜の成形に必要な歯の入口を確保する為、基準円直径の大きいホブによるボブ歯切りの加工方法などでクラウニングを行ってきた。しかし、クラウニングを大きくしすぎると歯当たりが点当たりに近づき面圧が上昇し耐久性が低下する懸念があった。

しかし、従来形状のギヤにおいても、適正なバックラッシがあれば、クラウニングを大きくし過ぎなくとも、動力伝達側の歯面には十分な隙間があり、油膜の成形に問題は無かった。

しかし、各部品の寸法公差や組付け誤差の為、適正なバックラッシで組み立てるのは非常に困難であり、大きな実スキマ（材料の弾性変形域を除いたバックラッシ、以下実スキマと表記する）が存在すると、ギヤ歯打ち音発生の可能性があった。

このギヤ歯打ち音の問題を解決する為、特許文献１では、ウォームをコイルスプリング等でウォームホイールに押圧しギヤを噛み合わせる提案を行っており、ギヤの実スキマを無くすことで問題を解決している。このような、実スキマを無くすような提案は他多数存在する。

上記のような実スキマを無くす方法を採用すると、歯の入口の隙間が不十分となり、グリース等の潤滑剤が入口で掻き出されてしまい、油膜の成形に不利となり、動力伝達性能の妨げとなっていた（図７（ａ）（ｂ））。

なお、図６は、押圧機構を備えた従来例に係る減速機構のウォームとウォームホイールの噛合状態の図である。図７（ａ）は、押圧機構を備えた従来例に係る減速機構のウォームがウォームホイールに入る時の作用を示す図であり、（ｂ）は、その拡大図である。従来例では、図６及び図７に示すように、ウォーム１１とウォームホイール１２とのギヤの進み角は、異ならないように設定してある。その結果、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ウォーム１１がウォームホイール１２に入る時、ウォーム１１とウォームホイール１２が噛合う入口に、グリースＧが入り込みにくいといったことがある。

これまで提案されている、このような押圧させる機構のほとんどは、ウォームホイールの軸とウォームの軸のどちらか一方の軸は固定し、もう一方を変位させて押圧する構造である。ギヤ軸が変位可能な為、軸角度誤差、中心間誤差が起こりやすく、クロス当たりするなど歯当たりが悪くなる可能性があった（図８（ａ）（ｂ））。なお、図８（ａ）は、押圧機構を備えた従来例にて、クロス当たりした例図であり、（ｂ）は、その部分的斜視図である。

また、実スキマが無いということは、非伝達方向の歯面にもギヤが接触しているということであり、非伝達方向の歯面の摩擦抵抗力と、クロス当たりによる押圧によるギヤ半径方向の荷重が摩擦抵抗力の増加となり、動力伝達の妨げとなっていた。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、ウォームの動力伝達性能を向上することが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。

上記の目的を達成するため、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、
電動モータの駆動力を直角に交差し共に進み角を有するウォームとウォームホイールのギヤの噛み合わせによって減速する減速機構と、
前記ウォームを、前記ウォームホイールに近付ける方向に、押圧して予圧する予圧機構とを備え、
ステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサーにより検知し、この検知した操舵トルクに対応して電動モータから補助操舵トルクを発生して前記減速機構により減速し、操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記減速機構は前記ウォームホイールのギヤ進み角に対して、前記ウォームのギヤ進み角をプラスに増やし、前記ウォームホイールと前記ウォームのギヤの進み角が異なるように設定してあることを特徴とする。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、電動モータの駆動力を直角に交差し共に進み角を有するウォームとウォームホイールのギヤの噛み合わせによって減速する減速機構と、
前記ウォームを、前記ウォームホイールに近付ける方向に、押圧して予圧する予圧機構とを備え、
ステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサーにより検知し、この検知した操舵トルクに対応して電動モータから補助操舵トルクを発生して前記減速機構により減速し、操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記減速機構は前記ウォームのギヤ進み角に対して、前記ウォームホイールのギヤ進み角をマイナスに減らし、前記ウォームホイールと前記ウォームのギヤの進み角が異なるように設定してあることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、ウォームの進み角を増加させた場合、ウォームの歯面は、ウォームホイールの歯面から逃げる方に位置する為、噛合いの入口側に隙間が確保され油膜を形成させ作動トルクの上昇を抑えることができる（図４（ａ）（ｂ））。

同様にウォームの進み角を増加させた場合（図９（ａ））、クロス当たりする方向に軸角度誤差が起こったとしても（図１０）、ウォームの歯面はウォームホイールの歯面から逃げる方向に位置する為、クロス当たりしない（図９（ａ）（ｂ））。この為、クロス当たりによる回転方向違いによる作動トルクの違いを抑えることができ、また、「クロス当たりになると、ギヤに余分な押付荷重が加わり、ギヤ摺動の際の摩擦抵抗力が大きくなってしまい、さらに、ウォームにモーメントがかかる為、軸受にコジリが入り、作動トルクが上昇する」といったことを解消することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の断面図である。

図１に示すように、ウォーム１１は、その両端部に於いて、電動モータ１０に近い側のモータ側軸受１５と、電動モータ１０から離れた側の反モータ側軸受２３とにより、回転自在に支持してある。

また、ウォーム１１は、電動モータ１０の駆動軸１０ａに、スプライン嵌合してある。

モータ側軸受１５は、ウォーム１１に一体に設けたフランジ１６と、ウォーム１１の端部に固定したナット１７との間に、それぞれ、圧縮された一対のゴムダンパー１８，１８を介して、ウォーム１１と同芯になるように、弾性支持してある。これにより、ウォーム１１は、ゴムダンパー１８の弾性範囲内で、モータ側軸受１５に対して、軸方向に移動可能である。

ウォーム１１をウォームホイール１２に近付ける方向に、ウォーム１の反モータ側端部を押圧して予圧する予圧機構２０が設けてある。

即ち、ウォーム１１の大径部２１に、ブッシュ２２、反モータ側軸受２３、及びホルダー２４が嵌合してあり、ウォーム１１の小径部２５に、予圧パッド２６が設けてあり、その外周面に、捩りコイルバネ２７が巻回してある。

従って、ウォーム１１の反モータ側端部（小径部２５）を、ウォーム１１をウォームホイール１２に近付ける方向に弾性的に一定の荷重で押圧することができ、噛み合い部のガタ付きを調整することができる。

さて、図２は、本発明の実施の形態における減速機構のウォームとウォームホイールの噛合状態の図である。

図３は、図２の矢印ＩＩＩの矢視図である。

図４（ａ）は、本発明の実施の形態における減速機構のウォームがウォームホイールに入る時の作用を示す図であり、（ｂ）は、その拡大図である。

図５は、ウォームの進み角の増加量と作動トルクとの関係を示す実験データのグラフである。

図６は、押圧機構を備えた従来例に係る減速機構のウォームとウォームホイールの噛合状態の図である。

図７（ａ）は、押圧機構を備えた従来例に係る減速機構のウォームがウォームホイールに入る時の作用を示す図であり、（ｂ）は、その拡大図である。

図８（ａ）は、押圧機構を備えた従来例にて、クロス当たりした例図であり、（ｂ）は、その部分的斜視図である。

図９（ａ）は、本発明の実施の形態におけるウォームとウォームホイールの噛合状態の図であり、（ｂ）は、その時の歯当たりを示した図である。

図１０は、本発明の実施の形態により、軸角度誤差を許容できることを示した図である。

従来例では、図６及び図７に示すように、ウォーム１１とウォームホイール１２とのギヤの進み角は、異ならないように設定してある。その結果、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ウォーム１１がウォームホイール１２に入る時、ウォーム１１とウォームホイール１２が噛合う入口に、グリースＧが入り込みにくいといったことがある。

これに対して、図２乃至図５に示すように、本実施の形態では、ウォームホイール１２のギヤ進み角に対して、ウォーム１１のギヤ進み角をプラスに増やし、ウォーム１１とウォームホイール１２とのギヤの進み角が異なるように設定してある。

なお、図３に於いて、二点鎖線の仮想線は、従来例を示し、ウォーム１１のギヤ進み角は、Δγの角度だけプラスに増やしている。

このように、ウォーム１１の進み角をプラスに増加させた場合、図４（ａ）（ｂ）に示すように、ウォーム１１の歯面は、ウォームホイール１２の歯面から逃げる方に位置する為、噛合いの入口側に隙間が確保されグリースＧ等の油膜を形成させ作動トルクの上昇を抑えることができる。

また、このように、ウォーム１１の進み角をプラスに増加させた場合、作動トルクが漸次減少することは、図５の実験データのグラフから立証することができる。

さらに、図９（ａ）に示すように、ウォーム１１の進み角を増加させた場合、図１０に示すように、クロス当たりする方向に軸角度誤差が起こったとしても、ウォーム１１の歯面はウォームホイール１２の歯面から逃げる方向に位置する為、図９（ａ）（ｂ）に示すように、クロス当たりしない。この為、クロス当たりによる回転方向違いによる作動トルクの違いを抑えることができ、また、「クロス当たりになると、ギヤに余分な押付荷重が加わり、ギヤ摺動の際の摩擦抵抗力が大きくなってしまい、さらに、ウォーム１１にモーメントがかかる為、軸受にコジリが入り、作動トルクが上昇する」といったことを解消することができる。

また、ウォーム１１のギヤ進み角に対して、ウォームホイール１２のギヤ進み角をマイナスに減らし、ウォームホイール１２とウォーム１１のギヤの進み角が異なるように設定してあってもよい。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の断面図である。 本発明の実施の形態における減速機構のウォームとウォームホイールの噛合状態の図である。 図２の矢印ＩＩＩの矢視図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態における減速機構のウォームがウォームホイールに入る時の作用を示す図であり、（ｂ）は、その拡大図である。 ウォームの進み角の増加量と作動トルクとの関係を示す実験データのグラフである。 押圧機構を備えた従来例に係る減速機構のウォームとウォームホイールの噛合状態の図である。 （ａ）は、押圧機構を備えた従来例に係る減速機構のウォームがウォームホイールに入る時の作用を示す図であり、（ｂ）は、その拡大図である。 （ａ）は、押圧機構を備えた従来例にて、クロス当たりした例図であり、（ｂ）は、その部分的斜視図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態におけるウォームとウォームホイールの噛合状態を示した図であり、（ｂ）は、その時の歯当たりを示した図である。 本発明の実施の形態により、軸角度誤差を許容できることを示した図である。

符号の説明

１０ 電動モータ
１０ａ 駆動軸
１１ ウォーム
１２ ウォームホイール
１５ モータ側軸受
１６ フランジ
１７ ナット
１８ ゴムダンパー
２０ 予圧機構
２１ 大径部
２２ ブッシュ
２３ 反モータ側軸受
２４ ホルダー
２５ 小径部
２６ 予圧パッド
２７ 捩りコイルバネ
Ｇ グリース

Claims (3)

1. 電動モータの駆動力を直角に交差し共に進み角を有するウォームとウォームホイールのギヤの噛み合わせによって減速する減速機構と、
   前記ウォームを、前記ウォームホイールに近付ける方向に、押圧して予圧する予圧機構とを備え、
   ステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサーにより検知し、この検知した操舵トルクに対応して電動モータから補助操舵トルクを発生して前記減速機構により減速し、操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
   前記減速機構は前記ウォームホイールのギヤ進み角に対して、前記ウォームのギヤ進み角をプラスに増やし、前記ウォームホイールと前記ウォームのギヤの進み角が異なるように設定してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 電動モータの駆動力を直角に交差し共に進み角を有するウォームとウォームホイールのギヤの噛み合わせによって減速する減速機構と、
   前記ウォームを、前記ウォームホイールに近付ける方向に、押圧して予圧する予圧機構とを備え、
   ステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサーにより検知し、この検知した操舵トルクに対応して電動モータから補助操舵トルクを発生して前記減速機構により減速し、操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
   前記減速機構は前記ウォームのギヤ進み角に対して、前記ウォームホイールのギヤ進み角をマイナスに減らし、前記ウォームホイールと前記ウォームのギヤの進み角が異なるように設定してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記ウォームは軸方向モータ側で軸方向に圧縮されたゴムダンパーにより両側を支持された軸受を介して軸方向に移動可能に弾性支持されているとともに軸方向反モータ側で径方向に移動可能に弾性支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。

Images