JP4880862B2 - バックラッシなしのステアリング伝動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、車両ステアリングに用いられる伝動装置であって、軸に相対回動不能に配置されたピニオンと、該ピニオンに噛み合う歯車とが設けられており、ピニオンと歯車とに半径方向で予荷重もしくはプレロードがかけられている形式のものに関する。
【０００２】
従来の車両ステアリング、重畳伝動装置を備えた車両ステアリングおよびステア・バイ・ワイヤ型ステアリング装置は、１つまたはそれ以上のステアリング伝動装置を必要とする。このステアリング伝動装置によって、ステアリングホイールの回転運動が、操舵される車輪の回転運動に変換される。
【０００３】
従来の電動式のパワーステアリングでは、電動モータによって加えられたトルクが付加的にステアリングに入力されなければならない。ステア・バイ・ワイヤ型ステアリング装置では、ステアリングホイールと、操舵される車輪との間に機械的なまたは液圧的な接続は存在していない。ステアリングアクチュエータが、操舵される車輪の位置を運転者操舵意思および別の量、たとえばヨーレートまたは車速に関連して調整する。操舵される車輪の操舵運動は自由にプログラミング可能であり、操舵作業は全て電気的なまたは液圧的なステアリングアクチュエータによって実施される。
【０００４】
重畳伝動装置を備えた車両ステアリングでは、操舵介入を運転者操舵意思とは無関係に行うことができるようにするために、従来のステアリングが重畳伝動装置に組み合わされる。これによって、ステア・バイ・ワイヤ型ステアリング装置の特性が十分に達成される。
【０００５】
この伝動装置では、遊びもしくはバックラッシが望ましくない。なぜならば、このバックラッシは操舵フィーリングを悪化させ、操舵介入の精度を低下させ、さらに、回転方向の変化時に「クリックノイズ」によって不快に感じられるからである。
【０００６】
上述したステアリング伝動装置におけるバックラッシを回避するためには、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２２４７８号明細書に基づき、ウォーム伝動装置のピニオンを軸方向に移動可能に支承し、このピニオンに軸方向でばね弾性的にプレロードをかけることが公知である。これによって、場合によって存在する、ステアリング伝動装置におけるバックラッシは減少させられず、上述した「クリックノイズ」の発生だけが部分的に阻止される。なぜならば、ピニオンが回転方向の変化後にウォームホイールに衝突して軸方向に変位するようになっており、したがって、衝突が緩和されるからである。このステアリング伝動装置には、操舵運動の精度が損なわれ、ピニオン軸と、このピニオン軸を駆動する電動モータとの間の長さ補償が必要になるという欠点がある。
【０００７】
さらに、国際公開第９９／１１５０２号パンフレットに基づき、電気的なパワーユニットのウォーム伝動装置のピニオン軸を偏心スリーブ内に支承し、これによって、組付け時にウォーム伝動装置のバックラッシを調整することができることが公知である。この解決手段には、伝動装置歯車の摩耗および／または伝動装置歯車の支承によって、バックラッシが時間の経過につれて増加し、したがって、クリックノイズが増大するという欠点がある。
【０００８】
特開平１０−２８１２３５号公報に基づき、電気的に駆動されるウォーム伝動装置のピニオンを、ピニオン支承体とハウジングとの間に配置されたゴム製のＯリングによって形成された弾性的な支承装置内にプレロードをかけて組み付けることが公知である。この伝動装置では、バックラッシが生ぜしめられず、伝動装置の摩耗が自動的に補償される。しかし、この構成には、Ｏリングが時間の経過につれて老化し、したがって、プレロードが衰退するという欠点がある。さらに、ピニオンが半径方向だけでなく軸方向にも変位させられ得る。これによって、操舵精度が低下させられる。
【０００９】
出願番号１９９４４１３３．２（出願日付１９９９年９月１５日）を有する、ＺＦ Ｌｅｎｋｓｙｓｔｅｍｅ ＧｍｂＨの未公開の特許出願に基づき、電気的なパワーユニットが知られている。このパワーユニットでは、ウォーム伝動装置のピニオンを固定した軸が３点で支承されている。３つの軸受けの１つは半径方向に移動可能である。半径方向へのばね力の付与によって、軸が弾性的に変形させられ、したがって、ウォームホイールへのピニオンのバックラッシなしの噛合いが保証される。しかし、軸は、ステアリング伝動装置の運転に基づき生ぜしめられるねじり応力に対して付加的にさらに、全周にわたる曲げ応力を吸収しなければならない。
【００１０】
本発明の課題は、バックラッシがなく、構成部材負荷が少なくとも増加させられず、高い操舵精度が保証されている、車両ステアリングに用いられる自動後調整式の伝動装置を提供することである。
【００１１】
この課題は、本発明によれば、車両ステアリングに用いられる伝動装置であって、軸に相対回動不能に配置されたピニオンと、該ピニオンに噛み合う歯車とが設けられており、ピニオンと歯車とに半径方向でプレロードがかけられている形式のものにおいて、軸が、半径方向で旋回可能に支承されていることによって解決される。
【００１２】
発明の利点
半径方向での軸の旋回運動によって、ピニオンと歯車との間のバックラッシなしの噛合いを形成することができる。この噛合いは歯車支承装置または歯車の摩耗の発生時にも難なく補償することができる。伝動装置構成部材の付加的な負荷は生ぜしめられない。さらに、ピニオンと歯車との間の圧着力を簡単にかつ正確に規定することが可能となり、これによって、伝動装置の摩擦が絶対的に必要以上に大きくならず、したがって、中間位置への車両ステアリングの戻りがさほど妨害されない。さらに、ピニオンは軸方向に移動することができない。これによって、操舵精度が高められる。
【００１３】
冒頭で述べた課題も同じく、車両ステアリングに用いられる伝動装置であって、軸に相対回動不能に配置されたピニオンと、該ピニオンに噛み合う歯車とが設けられており、ピニオンと歯車とに半径方向でプレロードがかけられている形式のものにおいて、軸が、半径方向で旋回可能に支承されていることによって解決される。本発明によるこのラック伝動装置には、上述した利点が同様に適用される。
【００１４】
本発明の変化形では、軸が、ハウジング内に１つの不動軸受けと少なくとも１つの可動軸受けとによって支承されており、１つまたはそれ以上の可動軸受けが、半径方向にハウジング内で移動可能であり、かつ／またはハウジングが、可動軸受けを収容するための長孔を有しており、該長孔の長軸が、半径方向に延びている。この変化形では、軸の旋回運動が長孔によって設定されている。接線方向での軸の変位は不可能である。さらに、長孔は製造技術的に簡単に製作することができる。
【００１５】
本発明の別の変化形では、可動軸受けが、支持リングを介してハウジングに対して支持されているので、可動軸受けが線状のラジアル荷重で負荷されず、ハウジング内での可動軸受けの案内が改善される。
【００１６】
本発明の別の変化形では、可動軸受けとハウジングとの間にまたは支持リングとハウジングとの間に少なくとも１つのばねエレメント、特にコイルばねまたは皿ばねが設けられているので、ピニオンと歯車もしくはラックとの間の規定されたプレロードが簡単にかつ廉価に調整可能となる。この場合、プレロード力は、主として、ばねエレメントのばね定数に関連していて、支持リングとハウジングとの製造誤差には少ない規模でしか関連していない。
【００１７】
本発明の別の有利な構成では、可動軸受けとハウジングとの間にまたは支持リングとハウジングとの間に回動防止手段が設けられているので、可動軸受けがハウジング内で回動することはあり得ない。このことは、機能損害を招く恐れがある。
【００１８】
本発明の別の変化形では、ピニオンが、電動モータのロータ軸に相対回動不能に配置されているので、構成部材の数が減少させられ、本発明による伝動装置の特にコンパクトな構造が可能となる。
【００１９】
本発明による伝動装置は、ウォーム伝動装置、外側歯列または内側歯列を備えた平歯車伝動装置、ラックを備えた平歯車伝動装置、傘歯車伝動装置、遊星歯車伝動装置またはねじ歯車伝動装置として形成されていてよいので、本発明による利点が全種類の伝動装置に適用される。さらに、ピニオンおよび歯車またはラックはすぐ歯付けされているかまたははす歯付けされていてよい。
【００２０】
さらに、本発明による伝動装置は、電動式のパワーステアリングのパワーユニット、ラック型ステアリング伝動装置、重畳伝動装置を備えたステアリングアクチュエータにまたはステア・バイ・ワイヤ型ステアリング装置の電動式のステアリングアクチュエータとして使用されてよい。
【００２１】
本発明の別の利点および有利な構成は、図面に基づく以下の実施例の説明から知ることができる。
【００２２】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２３】
図１には、平歯車歯列を備えた本発明による伝動装置１の第１実施例が示してある。この伝動装置１は、ロータ７を支持している軸５を備えた電動モータ３を有している。軸５の一方の端部は、概略的にしか図示されていない固定側の不動軸受け９によって電動モータ３のハウジング１１内に支承されている。電動モータ３の反対の側の端部には自由側の可動軸受け１３が設けられている。軸５の軸端部１５にはピニオン１７が相対回動不能に固定されている。したがって、このピニオン１７は片持ち式に軸５に支承されていて、歯車１９に噛み合っている。この歯車１９は出力軸２１に固定されている。この出力軸２１の支承装置は図１には示していない。
【００２４】
ピニオン１７と歯車１９との間の歯列における遊び、つまり、バックラッシを阻止するためには、軸５を不動軸受け９を中心として矢印Ｘ１の方向に旋回させることができる。軸５の旋回運動は、可動軸受け１３が、矢印２３によって図示した半径方向で移動可能にハウジング１１内に取り付けられていることによって可能となる。コイルばねとして形成されたばねエレメント２５がピニオン１７を歯車１９に対して押圧しているので、出力軸２１への電動モータ３の回転運動のバックラッシなしの伝達が行われる。ばねエレメント２５のばね定数および予荷重もしくはプレロードは、電動モータ３の回転方向およびトルクとは無関係に、ピニオン１７の歯面と歯車１９の歯面との間に生ぜしめられる力が軸５をばねエレメント２５のばね力に抗して旋回させることができないように設定されていなければならない。さらに、ばねエレメント２５のばね力は、本発明による伝動装置１が難動性となると共に摩耗が不必要に大きくなることを阻止するために、必要以上に大きくないことに注意しなければならない。
【００２５】
電動モータ３の機能を確保するためには、ロータ７が電動モータ３のステータ２７を擦過し得ないように、可動軸受け１３の旋回距離Ｘ２が寸法設定されていることが必要となる。さらに、電動モータ２３の、場合によって存在するブラシ２９または回転角センサ（図示せず）の機能が軸５の旋回によって損なわれないことに注意しなければならない。このことは、可動軸受け１３の旋回距離Ｘ２が消費された場合、つまり、可動軸受け１３が旋回距離Ｘ２だけ運動させられた場合にロータ７とステータ２７との間に接触が生ぜしめられないように、ロータ７とステータ２７との間のギャップＸ３が寸法設定されていなければならないことを意味している。
【００２６】
したがって、ブラシ２９または回転角センサ（図示せず）が不動軸受け９の近くに配置されると有利である。電動モータ３のハウジング１１は可動軸受け１３の領域に長孔を有している。この長孔は可動軸受け１３の直径よりも２倍の量Ｘ２だけ長く寸法設定されている。
【００２７】
図２には、ウォーム伝動装置３１の形の本発明の第２実施例が示してある。同じ構成部材には同じ符号が付してあり、第１実施例に関して説明した事柄が相応に当てはまる。図面を見やすくするという理由に基づき、図２には、矢印Ｘ１、旋回距離Ｘ２およびロータ７とステータ２７との間のギャップＸ３はもはや記入していない。しかし、第１実施例に関して説明した事柄が第２実施例にも当てはまる。図２には、ブラシ２９または回転角センサ（図示せず）のための別の可能な組込み箇所３５が示してある。
【００２８】
ピニオン１７がトルクをウォームホイール３３に伝達すると、半径方向力Ｆ_Ｒが形成される。この半径方向力Ｆ_Ｒはばねエレメント２５のばね力Ｆ_{Ｆｅｄｅｒ}に抗して作用する。さらに、ピニオン１７からウォームホイール３３へのトルクの伝達によって軸方向力Ｆ_Ａも形成される。回転方向に関連して軸方向力Ｆ_Ａがその方向を変化させる。ばねエレメント２５は、このばねエレメント２５の圧着モーメントＦ_{Ｆｅｄｅｒ}×ａがモーメント（Ｆ_Ｒ×ｂ−Ｆ_Ａ×ｃ）よりも大きくなるように寸法設定されていなければならない。
【００２９】
軸方向力なしである、たとえばやまば歯列のような歯列では軸方向力Ｆ_Ａは形成されないので、ばねエレメント２５のばね力Ｆ_{Ｆｅｄｅｒ}は適宜により少なく選択することができる。これによって、より僅かに摩擦が生ぜしめられ、圧着力が電動モータ３の回転方向とは無関係になる。
【００３０】
図３には、第１実施例の構造上の構成がほぼ詳細に示してある。不動軸受け９と可動軸受け１３とは溝玉軸受けとして形成されている。不動軸受け９のインナレース３７はプレス嵌めを介して軸５に結合されている。不動軸受け９のアウタレース３９はプレス嵌めを介してハウジング１１内に圧入されているかもしくはハウジング１１に所属の軸受けカバー内に圧入されている。軸５の、ピニオン１７とは反対の側の端部には回転角センサ４１が配置されている。ピニオン１７は嵌合キー４３とねじ４５とを介して相対回動不能にかつ軸方向で不動に軸端部１５に結合されている。
【００３１】
図４には、切断線Ａ−Ａに沿った可動軸受け１３の断面図が示してある。軸端部１５は溝玉軸受けと共に支持リング４７内に支承されている。さらに、この支持リング４７はハウジング１１の長孔４９内に収容されている。この長孔４９は、半径方向、すなわち、矢印２３の方向で支持リング４７を２倍の量Ｘ２だけ移動させることができるように寸法設定されている。すなわち、半径方向での長孔４９の長さによって旋回距離Ｘ２が規定されている。ばねエレメント２５は、直接的に可動軸受け１３のアウタレースに作用していてもよいし、間接的に支持リング４７を介して軸５に作用していてもよい。ここでは矢印５１によって示した接線方向で長孔４９は、支持リング４７が遊びなしに長孔４９内に押圧されるように寸法設定されている。ばねエレメント２５は、支持リング４７が長孔４９内で回動することを阻止するために、同時に回動防止手段として働く。接線方向で遊びなしであると共に半径方向で２倍の量Ｘ２だけ支持リング４７の移動を許容する別の構成も保護下に置かれるようになっている。
【００３２】
本発明および本発明の使用可能性は、本実施例によるウォーム伝動装置および外側歯列を備えたすぐ歯付けされた平歯車伝動装置に限定されておらず、内側歯列を備えた平歯車伝動装置、傘歯車伝動装置、遊星歯車伝動装置またはねじ歯車伝動装置でも使用することができる。本発明は、ラック伝動装置にも使用可能である。
【００３３】
図面の簡単な説明および特許請求の範囲に記載した特徴は全て個々にまたは任意の組合せでも本発明にとって重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 外側歯列を備えた本発明による平歯車伝動装置の第１実施例を示す図である。
【図２】 本発明によるウォーム伝動装置の第２実施例を示す図である。
【図３】 本発明による軸支承装置の詳細を示す図である。
【図４】 Ａ−Ａ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１ 伝動装置、 ３ 電動モータ、 ５ 軸、 ７ ロータ、 ９ 不動軸受け、 １１ ハウジング、 １３ 可動軸受け、 １５ 軸端部、 １７ ピニオン、 １９ 歯車、 ２１ 出力軸、 ２３ 矢印、 ２５ ばねエレメント、 ２７ ステータ、 ２９ ブラシ、 ３１ ウォーム伝動装置、 ３３ ウォームホイール、 ３５ 組込み箇所、 ３７ インナレース、 ３９ アウタレース、 ４１ 回転角センサ、 ４３ 嵌合キー、 ４５ ねじ、 ４７ 支持リング、 ４９ 長孔、 ５１ 矢印、 Ｘ１ 矢印、 Ｘ２ 旋回距離、 Ｘ３ ギャップ、 Ｆ_Ａ 軸方向力、 Ｆ_Ｒ 半径方向力、 Ｆ_{Ｆｅｄｅｒ} ばね力

Claims (8)

1. 車両ステアリングに用いられる伝動装置であって、軸（５）に相対回動不能に配置されたピニオン（１７）と、該ピニオン（１７）に噛み合う歯車（１９）とが設けられており、ピニオン（１７）と歯車（１９）とに半径方向（２３）でプレロードがかけられており、軸（５）が、半径方向（２３）で旋回可能に支承されていて、不動軸受け（９）と可動軸受け（１３）とによって支承されており、該可動軸受け（１３）が、半径方向（２３）にハウジング（１１）内で移動可能であり、これによって、軸（５）が、不動軸受け（９）を中心として旋回可能であり、ハウジング（１１）と可動軸受け（１３）との間にまたはハウジング（１１）と可動軸受け（１３）のための支持リング（４７）との間に少なくとも１つのばねエレメント（２５）が設けられている形式のものにおいて、軸（５）が、同時に電動モータのロータ軸として形成されており、ピニオン（１７）が、片持ち式に軸（５）の軸端部（１５）に支承されていることを特徴とする、車両ステアリングに用いられる伝動装置。
2. 不動軸受け（９）を中心として軸（５）が旋回可能であり、不動軸受け（９）が、電動モータの、軸端部（１５）とは反対の側に位置しているのに対して、可動軸受け（１３）が、電動モータの他方の側に位置している、請求項１記載の伝動装置。
3. ハウジング（１１）が、可動軸受け（１３）を収容するための長孔（４９）を有しており、該長孔（４９）の長軸が、半径方向（２３）に延びている、請求項１または２記載の伝動装置。
4. ばねエレメント（２５）が、コイルばねまたは皿ばねとして形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の伝動装置。
5. 可動軸受け（１３）とハウジング（１１）との間にまたは支持リング（４７）とハウジング（１１）との間に回動防止手段が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の伝動装置。
6. 不動軸受け（９）と可動軸受け（１３）とが、溝玉軸受けとして形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の伝動装置。
7. 当該伝動装置が、ウォーム伝動装置、外側歯列または内側歯列を備えた平歯車伝動装置、ラックを備えた平歯車伝動装置、傘歯車伝動装置、遊星歯車伝動装置またはねじ歯車伝動装置として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の伝動装置。
8. 当該伝動装置が、電動式のパワーステアリングのパワーユニット、ラック型ステアリング伝動装置、ステアリングアクチュエータ、重畳伝動装置にかつ／またはステア・バイ・ワイヤ型ステアリング装置のステアリングアクチュエータとして使用されるようになっている、請求項１から７までのいずれか１項記載の伝動装置。

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