JP4868215B2

JP4868215B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP4868215B2
Application number: JP2006006283A
Authority: JP
Inventors: 亮輔山▲崎▼; 博之重村; 真吾扇田; 渉山田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-01-13
Also published as: DE602007000087D1; US20070163374A1; EP1808618B1; JP2007186116A; EP1808618A1; US8074531B2

Description

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

車両用の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering System）には、操舵補助用の電動モータと、電動モータの出力を増幅する減速機とを備えるものがある。例えばコラム型ＥＰＳでは、減速機としてのウォーム軸およびウォーム軸に噛み合うウォームホイールが備えられている。このウォーム軸およびウォームホイールが、電動モータの出力軸の回転を減速することで、電動モータの出力を増幅している。そして、増幅された電動モータの出力を舵取り機構に伝達することで、ステアリング操作をトルクアシストしている。

ところで、上述のウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いには、適度なバックラッシが設けられている。しかし、このバックラッシによって、例えば悪路を走行した場合に、ウォーム軸が振動して、歯打ち音（ラトル音）が発生することがある。
歯打ち音がしないようにするためには、各部品の加工精度の範囲内でバックラッシの量を厳密に調整しておく必要がある。従来、ウォーム軸およびウォームホイールを組み付けるときに、各部品を寸法精度のばらつき度合いに応じて選別し、互いの組み合せ精度が適正になるもの同士を組み合せるようにしているが（いわゆるマッチング組立）、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。

また、マッチング組立により初期にはバックラッシが適切な範囲に設定されていたとしても、経時変化による歯部の摩耗等によりバックラッシが増大し、異音を発生するおそれがある。
そこで、特許文献１記載の発明では、ウォーム軸の一端を支持する軸受と、ハウジングに形成された軸受支持孔との間に湾曲板バネを介在させている。この湾曲板バネによって、ウォーム軸をウォームホイール側に弾性的に付勢し、バックラッシをゼロにしている。

具体的には、湾曲板バネは、上記軸受の外輪の外周を覆う有端環状の主体部と、主体部の各端部によって片持ち状に支持された一対の鉤形状の弾性舌片とを有する。各弾性舌片の先端部が、軸受支持孔の凹部の底部に当接することにより、弾性的に撓み、その撓みの反発力によって、軸受を介してウォーム軸をウォームホイール側に付勢している。
また、各弾性舌片の基端部が軸受保持孔の凹部の入口縁部に当接することによって、湾曲板バネの回転が規制されている。
特開２００５−２５４８６４号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明では、弾性舌片の撓みによる応力が、弾性舌片の基端部で最も高くなっており、その基端部に回転規制のための負荷応力が付加されることになる。したがって、湾曲板バネの一部分に過大な応力が負荷される結果、湾曲板バネの耐久性が低下してしまうおそれがある。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、長期間に亘って騒音の発生を防止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、本発明は、操舵補助用の電動モータ（１８）の動力を、駆動ギヤ（２０）および駆動ギヤに噛み合う従動ギヤ（２１）を介して舵取り機構（Ａ）に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記駆動ギヤの軸方向（Ｘ１）の一端（２３）を回転自在に支持する軸受（３１）と、上記軸受を駆動ギヤと従動ギヤの中心間距離（Ｄ１）が変化する方向に偏倚可能に支持するための支持孔（３３）を含むハウジング（２９）と、上記軸受の周囲を包囲すると共に、上記軸受を介して駆動ギヤに、上記中心間距離が短くなる方向に弾性的に付勢するための付勢力を与える湾曲板バネ（３６）とを備え、上記ハウジングの支持孔の内周面（３３ａ）に、凹部（４６）が形成され、上記凹部は、底部（４８）と、支持孔の周方向に相対向する一対の内壁面（４７ａ，４７ｂ）とを有し、上記湾曲バネは、上記軸受の外輪の周囲を取り囲み周方向（Ｙ１）に有端である環状の主体部（３７）と、主体部の周方向の一方の端部（３８ａ，３８ｂ）によって片持ち状に支持され、上記凹部の底部に弾性的に当接して上記付勢力を発生する少なくとも一つの鉤形状の弾性舌片（３９，４０）とを含み、少なくとも一方の内壁面に、上記弾性舌片の基端部との接触を回避するための逃げ部が形成されており、この逃げ部の縁部が、湾曲板バネの主体部に係合することにより、主体部の周方向の移動が規制されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置（１）である。

本発明によれば、付勢用の片持ち状の弾性舌片は、基端部を支点として曲げ変形しており、弾性舌片の基端部に、最大曲げ応力が生じている。その基端部から主体部の周方向に所定距離離れた位置で、湾曲板バネの主体部が、凹部の縁部に係合（接触）することにより、湾曲板バネの周方向の移動が規制されている。したがって、湾曲板バネの周方向移動の規制のために湾曲板バネに生ずる応力が、最大曲げ応力を生じている弾性舌片の基端部に、重畳して付加されることが防止される。その結果、湾曲板バネの応力集中を防止し、耐久性を向上することができる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置１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に連結されるステアリングシャフト３と、中間軸４を介してステアリングシャフト３と連結されるピニオン軸５と、ピニオン軸５に形成されたピニオン６に噛み合うラック７を有し、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とを備える。ピニオン軸５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。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸９と、ピニオン軸５に連なる出力軸１０とに分割されている。これら入力軸９および出力軸１０はトーションバー１１を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
ラックバー８は、図示しない複数の軸受を介して直線往復自在にハウジング１２に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング１２の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１３およびナックルアーム（図示せず）を介して操向輪１４が連結されている。

操舵部材２を操作することによりステアリングシャフト３が回転する。このステアリングシャフト３の回転は、ピニオン６およびラック７を介してラックバー８の車体の左右方向への直線往復運動に変換される。これにより、操向輪１４の転舵が達成される。
また、操舵部材２に与えられる操舵トルクは、入力軸９および出力軸１０間の相対回転変位量に基づいて、ステアリングシャフト３の近傍に設けられたトルクセンサ１５が検出する。トルクセンサ１５が検出したトルク値は、ＥＣＵ１６（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に与えられる。ＥＣＵ１６は、トルク値や図示しない車速センサから与えられる車速等に基づいて、駆動回路１７を介して操舵補助用の電動モータ１８を駆動制御する。

ＥＣＵ１６の制御によって出力される電動モータ１８の回転力は、減速機１９により増幅され、ステアリングシャフト３の出力軸１０に伝達される。出力軸１０に伝達された力は、ピニオン軸５を介してラックバー８に伝達される。これにより操舵が補助される。
図２は、図１の電動パワーステアリング装置１に備えられた減速機１９およびその近傍の構成を示す断面図である。図２を参照して、減速機１９は、電動モータ１８により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０に噛み合う従動ギヤとしてのウォームホイール２１とを備える。

ウォーム軸２０は、第１の端部２２および第２の端部２３を有し、第１の端部２２および第２の端部２３の間である中間部に、ウォーム２４が形成されている。第１の端部２２は、電動モータ１８の出力軸２５に動力伝達継手２６を介して同軸上に連結されている。これにより、電動モータ１８の出力が、ウォーム軸２０に伝達される。また、ウォーム軸２０は、動力伝達継手２６によって、軸方向移動可能に、且つ、動力伝達継手２６を中心に揺動可能にされている。

ウォームホイール２１は、出力軸１０に一体回転可能に結合された環状の芯金２７と、芯金２７の周囲を取り囲み外周に歯が形成された合成樹脂部材２８とを備える。芯金２７は、例えば合成樹脂部材２８の樹脂成形時に金型内にインサートされる。芯金２７は、ステアリングシャフト３の出力軸１０に、例えば圧入によって嵌め合わされ、連結されている。これにより、ウォームホイール２１は、出力軸１０に対して一体回転可能に且つ軸方向移動不能にされている。これらウォーム軸２０およびウォームホイール２１は、ハウジング２９内に収容されている。

ウォーム軸２０の第１の端部２２には、第１の軸受３０が配置されている。また、ウォーム軸２０の第２の端部２３には、第２の軸受３１が配置されている。第１および第２の軸受３０，３１としては、例えば転がり軸受が用いられている。
第１の軸受３０の内輪３０ｂは、第１の端部２２の外周２２ａに嵌め合わされ、外輪３０ａはハウジング２９の第１の支持孔３２に支持されている。また、外輪３０ａは、第１の支持孔３２の一端に形成された段部３２ａと、第１の支持孔３２に連なるねじ孔３４に螺合されたねじ部材３５とによってウォーム軸２０の軸方向Ｘ１に挟持されている。一方、第２の軸受３１の内輪３１ｂは、第２の端部２３の外周２３ａに嵌め合わされ、外輪３１ａは、湾曲板バネ３６を介してハウジング２９の第２の支持孔３３に支持されている。すなわち、ウォーム軸２０は、第１および第２の軸受３０，３１を介して、ハウジング２９に回転自在に支持されている。

図３は、湾曲板バネ３６の斜視図であり、図４は、図２のIV−IV線に沿う断面図である。図３を参照して、湾曲板バネ３６は、有端環状であり、例えばステンレス鋼やばね鋼によって形成されている。また、湾曲板バネ３６は、第２の軸受３１の外輪３１ａの周囲を取り囲み周方向Ｙ１に有端である環状の主体部３７と、主体部３７の一対の端部３８ａ，３８ｂによってそれぞれ片持ち状に支持された鉤形（Ｌ字形）状の第１および第２の弾性舌片３９，４０とを有する。

第１および第２の弾性舌片３９，４０は主体部３７から延設されており、第１の弾性舌片３９の基端部３９ａおよび第２の弾性舌片４０の基端部４０ａは、それぞれ主体部３７の端部３８ａおよび端部３８ｂに連結されている。また、第１および第２の弾性舌片３９，４０はそれぞれ、第１の部分４１と第２の部分４２とを有している。第１の部分４１は、主体部３７の対応する端部３８ａ，３８ｂから外向き直交状に延設されている。第２の部分４２は、第１の部分４１の端部から直交状に延設され、主体部３７と略同心の円弧状をなしている。また、湾曲板バネ３６の軸方向に関する第１および第２の弾性舌片３９，４０の幅は、主体部３７の幅よりも狭くされている。第１の弾性舌片３９は主体部３７の一方の側端４３側に配置され、第２の弾性舌片４０は他方の側端４４側に配置されている。これにより、第１および第２の弾性舌片３９，４０は互い違いにされている。

また、主体部３７の一方の側端４３には、複数の弾性突起４５が設けられている。この複数の弾性突起４５は、一方の側端４３から主体部３７の径方向内方に向けて傾斜状に延設されており、それぞれ主体部３７の周方向Ｙ１に関して等間隔に配置されている。各弾性突起４５は、第２の軸受３１の外輪３１ａの端面３１ｃに当接している（図２参照）。
次に、第２の支持孔３３における第２の軸受３１および湾曲板バネ３６の支持状態について説明する。

図２および図４を参照して、第２の支持孔３３の内周面３３ａには、ウォームホイール２１と反対側に凹部４６が形成されている。この凹部４６は、周方向に対向する一対の内壁面４７ａ，４７ｂと、底部４８と、凹部４６の入口に対応して一対の内壁面４７ａ，４７ｂにそれぞれ面取り状に形成された一対の逃げ部４９ａ，４９ｂとを有する。すなわち、一対の逃げ部４９ａ，４９ｂは、一対の内壁面４７ａ，４７ｂと第２の支持孔３３の内周面３３ａとをそれぞれ傾斜状に接続している。一対の逃げ部４９ａ，４９ｂを設けることにより、凹部４６の周方向の縁部５０は、対応する第１および第２の弾性舌片３９，４０の基端部３９ａ，４０ａから主体部３７の周方向Ｙ１に離れている。

第２の軸受３１は、第２の支持孔３３によって、ウォーム軸２０およびウォームホイール２１の中心間距離Ｄ１が長短する方向に偏倚可能に支持されている。また、湾曲板バネ３６は、第２の軸受３１の外輪３１ａと第２の支持孔３３との間に介在されている。湾曲板バネ３６の第１および第２の弾性舌片３９，４０は、第２の部分４２が凹部４６の底部４８に受けられ、弾性変形している。この弾性復元力により、湾曲板バネ３６は、第２の軸受３１を介してウォーム軸２０を上記中心間距離Ｄ１が短くなる方向Ｚ１に弾性的に付勢している。これにより、ウォーム軸２０とウォームホイール２１とのバックラッシがゼロに保たれている。

第１および第２の弾性舌片３９，４０は、第１および第２の弾性舌片３９，４０の基端部３９ａ，４０ａを支点として弾性曲げ変形しており、この第１および第２の弾性舌片３９，４０の基端部３９ａ，４０ａに、最大曲げ応力が生じている。
また、凹部４６に一対の逃げ部４９ａ，４９ｂを設けることにより、凹部４６の周方向の縁部５０が、第１および第２の弾性舌片３９，４０の基端部３９ａ，４０ａから主体部３７の周方向Ｙ１に離れて配置されている。したがって、湾曲板バネ３６に周方向Ｙ１の力が加わった場合に、この凹部４６の周方向の縁部５０に、基端部３９ａ，４０ａではなく、基端部３９ａ，４０ａから離れた主体部３７の部分が係合（接触）することによって、湾曲板バネ３６の周方向Ｙ１の移動が規制されるようになっている。

すなわち、この湾曲板バネ３６の周方向Ｙ１の移動規制に起因する応力は、基端部３９ａ，４０ａから離れた主体部３７の部分に生じる。したがって、湾曲板バネ３６の周方向Ｙ１の移動規制のために湾曲板バネ３６に生じる応力が、付勢反力によって最大曲げ応力を生じている第１および第２の弾性舌片３９，４０の基端部３９ａ，４０ａに、重畳して付加されることを防止することができる。

また、湾曲板バネ３６の複数の弾性突起４５は、図２に示すように、第２の軸受３１の一方の端面３１ｃと、第２の軸受３１の一方の端面３１ｃに対向するハウジング２９の端壁２９ａとの間で、軸方向Ｘ１に弾性変形されている。この弾性復元力により、湾曲板バネ３６は、第２の軸受３１を介してウォーム軸２０を軸方向Ｘ１の電動モータ１８側に付勢している。

続いて、動力伝達継手２６について説明する。
図５は、図２のV−V線に沿う断面図であり、図６は、動力伝達継手２６の分解斜視図である。まず、図２を参照して、動力伝達継手２６は、電動モータ１８の出力軸２５に一体回転可能に連結された第１の係合部材５１と、減速機１９のウォーム軸２０の第１の端部２２に一体回転可能に連結された第２の係合部材５２と、第１および第２の係合部材５１，５２の間に介在し、第１の係合部材５１から第２の係合部材５２にトルクを伝達する弾性部材５３とを備える。

図６を参照して、第１の係合部材５１は、例えば金属で形成されており、環状の第１の主体部５４と、第１の主体部５４の軸方向の一端面から突出形成された複数の第１の係合突起５５とを有する。第１の主体部５４には、電動モータ１８の出力軸２５を嵌合させるための第１の嵌合孔５６が形成されており、第１の係合突起５５は、第１の主体部５４の周方向に等間隔に配置されている。また、第１の係合突起５５は、第１の主体部５４の周方向に対向する一対の動力伝達面５７を有する。

第２の係合部材５２は、例えば金属で形成されており、環状の第２の主体部５８と、第２の主体部５８の軸方向の一端面から突出形成された複数の第２の係合突起５９とを有する。第２の主体部５８には、ウォーム軸２０の第１の端部２２を嵌合させるための第２の嵌合孔６０が形成されており、第２の係合突起５９は、第２の主体部５８の周方向に等間隔に配置されている。また、第２の係合突起５９は、第２の主体部５８の周方向に対向する一対の動力伝達面６１を有する。

弾性部材５３は、例えば合成ゴムや合成樹脂で形成されており、環状の主体部６２と、主体部６２の周面から放射状に延びる複数の係合腕６３とを有する。複数の係合腕６３は、主体部６２の周方向に等間隔に配置されており、各係合腕６３は、主体部６２の周方向に対向する一対の動力伝達面６４を有している。
第１の係合部材５１、第２の係合部材５２および弾性部材５３は、図５に示すように、第１の係合突起５５、第２の係合突起５９および係合腕６３がそれぞれ噛み合うように組み立てられている。具体的には、第１の係合突起５５および第２の係合突起５９が、係合腕６３を周方向に挟んで噛み合わされている。また、第１の係合部材５１の動力伝達面５７および第２の係合部材５２の動力伝達面６１は、弾性部材５３の動力伝達面６４とそれぞれ当接されている。これにより、電動モータ１８の出力が、動力伝達継手２６を介して、ウォーム軸２０に伝達されている。

以上のように、この実施形態によれば、第２の支持孔３３の凹部４６に、一対の逃げ部４９ａ，４９ｂを設けることにより、ウォーム軸２０をウォームホイール２１側に付勢することに起因して湾曲板バネ３６に生じる応力の部位と、湾曲板バネ３６の周方向Ｙ１の移動規制に起因して湾曲板バネ３６に生じる応力の部位とを異ならせることができる。これにより、湾曲板バネ３６の一部分に過大な応力が負荷されることを防ぎ、湾曲板バネ３６の耐久性が低下することを防止できる。したがって、長期に亘ってウォーム軸２０とウォームホイール２１とのバックラッシをゼロに保って電動パワーステアリング装置１の騒音の発生を防止することができる。

図７は、本発明の別の実施形態の電動パワーステアリング装置１の要部の断面図であり、図８は、図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。この図７および図８において、前述の図２〜図４に示された各部と同等の構成部分については、図２〜図４と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図７および図８を参照して、本実施の形態が上述の実施形態と主に相違するのは、湾曲板バネ３６の主体部３７の外周と第２の支持孔３３の内周面３３ａとの間に、例えば合成ゴムや合成樹脂等で形成された、有端環状の弾性体６５が介在していることにある。

弾性体６５は、第２の支持孔３３の内周面３３ａに形成された溝６６に、周方向移動および軸方向移動が規制された状態で保持されている。弾性体６５の一対の端部６５ａ，６５ｂは、第１および第２の弾性舌片３９，４０を周方向Ｙ１に挟んだ両側に所定距離隔てて配置されており、各端部６５ａ，６５ｂは、それぞれ対応する弾性舌片３９，４０に干渉しないようにされている。

弾性体６５は、第２の支持孔３３のウォームホイール２１側（図７の下側）の略半周では、第２の支持孔３３の内周面３３ａから突出することがないようにされている。一方、第２の支持孔３３のウォームホイール２１と反対側（図７の上側）の略半周では、弾性体６５の一部が、第２の支持孔３３の内周面３３ａから主体部３７側へ突出するようにされている。

この実施形態によれば、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、ウォームホイール２１からの反力によって、ウォーム軸２０、第２の軸受３１および湾曲板バネ３６が、上記中心間距離が短くなる方向Ｚ１の反対方向に押し戻された場合に、湾曲板バネ３６の主体部３７と第２の支持孔３３の内周面３３ａとが直接接触することを弾性体６５によって防ぐことができる。これにより、湾曲板バネ３６の主体部３７と第２の支持孔３３の内周面３３ａとの金属接触による打音の発生を防止し、騒音の発生を防ぐことができる。

なお、弾性体６５は、上記のように、第２の支持孔３３に形成された溝６６に保持されていてもよいし、また、湾曲板バネ３６の主体部３７の外周に例えば加硫接着やその他の接着によって固定してもよい。また、溝６６を廃止し、弾性体６５を第２の支持孔３３の内周面３３ａに例えば加硫接着やその他の接着によって固定してもよい。
この発明は、以上の実施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、上述の実施形態では、湾曲板バネ３６は、第１および第２の弾性舌片３９，４０を有する例について説明したが、湾曲板バネ３６は、第１および第２の弾性舌片３９，４０の何れか一方を有する、いわゆる片爪タイプの湾曲板バネ３６であってもよい。この場合、弾性舌片に対応する箇所のみに、凹部の逃げ部を設けてもよい。

本発明の一実施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の電動パワーステアリング装置に備えられた減速機およびその近傍の構成を示す断面図である。湾曲板バネの斜視図である。図２のIV−IV線に沿う断面図である。図２のV−V線に沿う断面図である。動力伝達継手の分解斜視図である。本発明の別の実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。図７のVIII−VIII線に沿う断面図である

符号の説明

1・・・電動パワーステアリング装置、１８・・・電動モータ、２０・・・ウォーム軸（駆動ギヤ）、２１・・・ウォームホイール（従動ギヤ）、２２・・・第１の端部、２３・・・第２の端部（従動ギヤの一端）、２９・・・ハウジング、３０・・・第１の軸受、３１・・・第２の軸受（軸受）、３３・・・第２の支持孔（支持孔）、３６・・・湾曲板バネ、３７・・・主体部、３８ａ，３８ｂ・・・端部、３９・・・第１の弾性舌片（弾性舌片）、３９ａ・・・基端部、４０・・・第２の弾性舌片（弾性舌片）、４０ａ・・・基端部、５０・・・縁部、４６・・・凹部、４７ａ，４７ｂ・・・内壁面、４８・・・底部、Ａ・・・ラックアンドピニオン機構（舵取り機構）、Ｄ１・・・中心間距離、Ｘ１・・・軸方向、Ｙ１・・・周方向、Ｚ１・・・中心間距離が短くなる方向

Claims

操舵補助用の電動モータの動力を、駆動ギヤおよび駆動ギヤに噛み合う従動ギヤ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、
上記駆動ギヤの軸方向の一端を回転自在に支持する軸受と、
上記軸受を駆動ギヤと従動ギヤの中心間距離が変化する方向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、
上記軸受の周囲を包囲すると共に、上記軸受を介して駆動ギヤに、上記中心間距離が短くなる方向に弾性的に付勢するための付勢力を与える湾曲板バネとを備え、
上記ハウジングの支持孔の内周面に、凹部が形成され、
上記凹部は、底部と、支持孔の周方向に相対向する一対の内壁面とを有し、
上記湾曲バネは、上記軸受の外輪の周囲を取り囲み周方向に有端である環状の主体部と、主体部の周方向の一方の端部によって片持ち状に支持され、上記凹部の底部に弾性的に当接して上記付勢力を発生する少なくとも一つの鉤形状の弾性舌片とを含み、少なくとも一方の内壁面に、上記弾性舌片の基端部との接触を回避するための逃げ部が形成されており、この逃げ部の縁部が、湾曲板バネの主体部に係合することにより、主体部の周方向の移動が規制されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。