JP5176549B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明に係る電動式パワーステアリング装置は、自動車の操舵装置として利用するもので、電動モータを補助動力として利用する事により、運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図るものである。本発明は、この様な電動式パワーステアリング装置を構成するウォーム式減速機部分で歯打ち音と呼ばれる不快な異音が発生する事を抑える為の構造の耐久性向上を意図して発明したものである。

操舵輪（フォークリフト等の特殊車両を除き、通常は前輪）に舵角を付与する際に運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図る為の装置として、パワーステアリング装置が広く使用されている。又、この様なパワーステアリング装置で、補助動力源として電動モータを使用する電動式パワーステアリング装置も、近年普及し始めている。電動式パワーステアリング装置は、油圧式のパワーステアリング装置に比べて小型・軽量にでき、補助動力の大きさ（トルク）の制御が容易で、しかもエンジンの動力損失が少ない等の利点がある。

電動式パワーステアリング装置の構造は、各種知られているが、何れの構造の場合でも、ステアリングホイールの操作によって回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する回転軸に電動モータの補助動力を、減速機を介して付与する。この減速機として一般的には、ウォーム減速機が使用されている。ウォーム減速機を使用した電動式パワーステアリング装置の場合、上記電動モータにより回転駆動されるウォームと、上記回転軸と共に回転するウォームホイールとを噛合させて、上記電動モータの補助動力をこの回転軸に伝達自在とする。但し、ウォーム減速機の場合、何らの対策も施さないと、上記ウォームと上記ウォームホイールとの噛合部に存在するバックラッシュに基づき、上記回転軸の回転方向を変える際に、歯打ち音と呼ばれる不快な異音が発生する場合がある。

この様な歯打ち音の発生を抑えられる構造として従来から、特許文献１〜３に記載されている様に、ばね等の弾性部材によりウォームをウォームホイールに向け弾性的に押圧する事が考えられている。図１１〜１４は、このうちの特許文献２に記載された電動式パワーステアリング装置の１例を示している。ステアリングホイール１により所定方向に回転させられる、回転軸であるステアリングシャフト２の前端部は、ハウジング３の内側に回転自在に支持しており、この部分にウォームホイール４を固定している。そして、このウォームホイール４とウォーム５とによりウォーム式の減速機６を構成し、電動モータ７の出力軸８のトルクを、上記ステアリングシャフト２に伝達する様にしている。

上記ウォーム５を構成し、軸方向中間部外周面にウォーム歯９を設けたウォーム軸１０の基端部（図１２〜１３の左端部）は上記出力軸８の先端部（図１２〜１３の右端部）に、セレーション係合等の非円形嵌合により、トルクの伝達を可能に、且つ、若干の揺動変位を可能に結合している。又、ウォーム軸１０の両端部は、それぞれが単列深溝型玉軸受等の、基端側、先端側両ラジアル転がり軸受１１、１２により、上記ハウジング３内に回転自在に支持されている。このうちの基端側ラジアル転がり軸受１１に関しては、内部隙間を大きめにして、上記揺動変位を可能にしている。

又、上記ウォーム軸１０の先端部で上記先端側ラジアル転がり軸受１２よりも突出した部分に押圧駒１３を外嵌し、この押圧駒１３と上記ハウジング３との間に、弾性部材であるコイルばね１４を設けている。具体的には、このハウジング３内に、上記先端側ラジアル転がり軸受１２を保持する為のホルダ１５を内嵌固定し、このホルダ１５の側面に突設した１対の係止部１６、１６に、上記コイルばね１４の両端部に設けた折り曲げ部１７、１７を係止している。そして、このコイルばね１４により、上記押圧駒１３を介して、上記ウォーム軸１０と共にウォーム５を構成する上記ウォーム歯９を、上記ウォームホイール４に向け押圧している。

更に、上記先端側ラジアル転がり軸受１２を構成する内輪１８の内周面と、上記ウォーム軸１０の先端寄り部分の外周面との間に、ゴム等の弾性材製のブッシュ１９を設置している。このブッシュ１９の内径は、図１５〜１６に詳示する様に、上記ウォーム軸１０の先端寄り部分の外径よりも少し大きくして、このブッシュ１９の内径側にこのウォーム軸１０の先端寄り部分を、緩く挿入している。尚、上記図１５〜１６は、後述する図１〜１０に示した本発明の実施の形態に則した（前提となる部分の構造を本発明の実施の形態と同じとした）従来構造を示している。この様な図１５〜１６に示した従来構造の第２例の場合、ハウジング３とウォーム軸１０との間へのコイルばね１４ａの組み付け構造が、図１２〜１４に示した従来構造の第１例とは異なっている。即ち、上記第２例の場合には、押圧駒１３ａにその一部を係止した上記コイルばね１４ａの一部外周面を、上記ハウジング３の内面のうちでウォームホイール４と反対側部分に突き当てて、上記ウォーム軸１０をこのウォームホイール４に向け押圧している。

何れにしても、上記ウォーム歯９とこのウォームホイール４との間でトルクを伝達しない中立状態では、上記ブッシュ１９の内周面と上記ウォーム軸１０の先端寄り部分の外周面との間には、図１５〜１６に示す様に、隙間２０が存在する。上記ウォーム軸１０の先端部は、この隙間２０の存在により、上記コイルばね１４、１４ａの弾力に基づき、上記ブッシュ１９の内径側で上記ウォームホイール４に向けて変位し、上記ウォーム歯９をこのウォームホイール４に向けて押し付ける。前記特許文献２に記載された従来構造の場合には、この様な構成により、これらウォーム歯９とウォームホイール４との間のバックラッシュを抑え、上記歯打ち音の発生を抑える。

又、前記先端側ラジアル転がり軸受１２は、上記ウォーム歯９と上記ウォームホイール４との間での比較的大きなトルク伝達時に、トルク伝達の反作用として上記ウォーム軸１０がこのウォームホイール４から離れる方向に押された状態で、このウォーム軸１０の先端部を回転自在に支持する為に設けている。即ち、上記トルク伝達の開始直後、乃至は伝達するトルクが小さい場合には、上記ウォーム歯９と上記ウォームホイール４との噛合部で発生する反力が小さいので、上記ブッシュ１９の内周面と上記ウォーム軸１０の先端寄り部分の外周面とは当接せず、上記先端側ラジアル転がり軸受１２は、このウォーム軸１０の先端部を支承する機能を果たさない。この状態で上記ウォーム軸１０の先端部は、滑り軸受としての機能を有する、前記押圧駒１３、１３ａが回転自在に支承する。これに対して上記伝達トルクが大きくなると、上記ブッシュ１９の内周面と上記ウォーム軸１０の先端寄り部分の外周面とが当接し、上記先端側ラジアル転がり軸受１２がこのウォーム軸１０の先端部を支承する。

従って、前記電動モータ７が前記ステアリングシャフト２に補助動力を付与し始める瞬間には、上記ウォーム軸１０の先端寄り部分の外周面が上記ブッシュ１９の内周面に勢い良く衝突する場合がある。この為、このブッシュ１９の材質が硬いと、この衝突の瞬間に打音が発生し、運転者等に違和感を与える可能性がある。この為従来は、上記ブッシュ１９を比較的軟らかい弾性材により造って、上記打音の発生を防止していた。但し、例えばこの弾性材をゴムとした場合であっても、軟らかいゴムの耐久性（耐へたり性及び耐摩耗性）は、硬いゴムの耐久性に比べて劣るのが一般的である。この為、上記ブッシュ１９の耐久性を向上させる為には、このブッシュ１９を比較的硬い弾性材により造る事が好ましい。特に、近年に於いては、電動式パワーステアリング装置に要求される補助動力（上記電動モータ７から上記ステアリングシャフト２に付与するトルク）が大きくなっており、しかも、自動車の耐用年数も長くなっている為、上記ブッシュ１９の耐久性向上に対する要求も大きくなっている。但し、単にこのブッシュ１９を構成する弾性材を硬いものに変えただけでは、上記打音の発生を十分に抑えられない。

特開２０００−４３７３９号公報 特開２００４−３０６８９８号公報 特表２００６−５１３９０６号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、ウォーム歯とウォームホイールとの間のバックラッシュを抑える機構中に組み込んだブッシュの内周面とウォーム軸の外周面とが衝突する際の打音を十分に抑えつつ、このブッシュの耐久性向上を図れる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、前述した従来から知られている電動式パワーステアリング装置と同様に、ハウジングと、回転軸と、ウォームホイールと、ウォームと、電動モータと、弾性部材とを備える。
このうちのハウジングは、固定の部分に支持されて回転する事がない。
又、上記回転軸は、このハウジングに対し回転自在に設けられて、ステアリングホイールの操作により回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する。この様な回転軸としては、例えば前述の図１１に示した構造でのステアリングシャフト２、或いは、中間シャフト２１、更には、ステアリングギヤユニット２２の入力軸（ピニオン軸）のうちの何れかが採用可能である。
又、上記ウォームホイールは、上記ハウジングの内部で上記回転軸の一部に、この回転軸と同心に（締り嵌めによる外嵌固定、キー係合、スプライン係合等により相対回転を阻止された状態で）支持されて、この回転軸と共に回転する。
又、上記ウォームは、ウォーム軸の軸方向中間部にウォーム歯を設けて成る。そして、このウォーム歯を上記ウォームホイールと噛合させた状態で、上記ウォーム軸の基端部を基端側ラジアル転がり軸受により、同じく先端側を先端側ラジアル転がり軸受により、それぞれ上記ハウジングに対し回転自在に支持している。
又、上記電動モータは、上記ウォーム軸の基端部と出力軸の先端部とを回転力の伝達を自在に係合させて、このウォーム軸を両方向に回転駆動自在としている。
更に、上記弾性部材は、このウォーム軸の先端部と上記ハウジングの内面との間に設けられて、上記ウォーム歯を上記ウォームホイールに向け押圧する。
そして、上記ウォームの先端部を上記先端側ラジアル転がり軸受を構成する内輪の内径側に、弾性材製で筒状のブッシュを介して支持している。

特に、本発明の電動式パワーステアリング装置に於いては、上記ブッシュの外周面と上記内輪の内周面とを、上記ウォーム軸の基端寄り半部で締り嵌めにより嵌合させる。これに対して、同じく先端寄り半部でこれら両周面同士の間に隙間を介在させた状態に組み合わせる事で、上記内輪の内径側に上記ブッシュを支持する。
又、本発明を実施する場合に、請求項２に記載した発明の様に、上記ブッシュの外周面のうち、上記内輪の内周面に締り嵌めで嵌合する部分を、それぞれ複数の凸部と凹部とを交互に設けた凹凸形状とし、このうちの各凸部の頂部を上記内輪の内周面に弾性的に当接させる事もできる。

上述の様な構成を有する本発明によれば、電動式パワーステアリング装置を構成するウォーム式の減速機を構成するウォーム歯とウォームホイールとの間のバックラッシュを抑える機構中に組み込んだブッシュの内周面とウォーム軸の外周面とが衝突する際の打音を十分に抑えつつ、このブッシュの耐久性向上を図れる。
即ち、本発明の場合には、上記ブッシュのうちで少なくとも上記ウォーム軸の外周面が衝突する部分のラジアル方向の剛性を、形状的に低くできる。この為、上記ブッシュを構成する弾性材として、比較的硬い材料を使用しても、ウォーム軸の外周面がこのブッシュの内周面に勢い良く衝突する瞬間に打音が発生する事を抑えられる。

［本発明に関する参考例の１例］
図１〜４は、本発明に関する参考例の１例を示している。尚、本参考例の電動式パワーステアリング装置の特徴は、先端側ラジアル転がり軸受１２を構成する内輪１８の内周面と、ウォーム軸１０の先端寄り部分の外周面との間に設けるブッシュ１９ａの形状にある。即ち、この形状を工夫する事により、このブッシュ１９ａを比較的硬い弾性材により造っても、このブッシュ１９ａの内周面と上記ウォーム軸１０の先端寄り部分の外周面との衝突時に、耳障りな打音が発生するのを十分に防止できる様にする点にある。その他、電動式パワーステアリング装置全体の構造及び作用に就いては、基本的には、前述の特許文献２に記載されたものを含め、従来から知られている構造と同様である。前述の図１１〜１２に示した構造と図１とを比較した場合、電動モータ７等の設置位置が異なっているが、この点は車体側の形状等に合わせる為の、単なる設計的変更に過ぎない。就いては、この様な単なる設置位置の変更も含め、従来構造と同等部分に関する説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本参考例の特徴部分を中心に説明する。

上記先端側ラジアル転がり軸受１２を構成する内輪１８の内周面と、上記ウォーム軸１０の先端寄り部分の外周面との間に、ゴム等の弾性材製のブッシュ１９ａを設置している。このブッシュ１９ａの内径は、上記ウォーム軸１０の先端寄り部分の外径よりも少し大きくして、このブッシュ１９ａの内径側にこのウォーム軸１０の先端寄り部分を緩く挿入している。従って、ウォーム歯９とウォームホイール４との間でトルクを伝達しない中立状態では、上記ブッシュ１９ａの内周面と上記ウォーム軸１０の先端寄り部分の外周面との間には、図２〜４に示す様に、隙間２０が存在する。この点に関しては、前述の図１２〜１３、１５〜１６に示した従来構造と同様である。

特に、本参考例の場合には、上記ブッシュ１９ａの外周面を、図３又は図４に示す様な、それぞれ多数の凸部と凹部とを交互に設けた凹凸形状としている。即ち、上記ブッシュ１９ａの外周面を、周方向に関して凹部と凸部とを交互に設けた、図３に示す様な雄セレーション状、若しくは、図４に示す様な雄スプライン状の、凹凸形状としている。何れの形状を採用する場合でも、上記ブッシュ１９ａの自由状態での外接円の直径Ｄ_１９は、上記内輪１８の内径Ｒ_１８と同じか、この内径Ｒ_１８よりも僅かに大きく又は小さく（Ｄ_１９≒Ｒ_１８）している。そして、このうちの少なくとも一部の凸部の頂部を上記内輪１８の内周面に当接させる事で、この内輪１８の内径側に上記ブッシュ１９ａを弾性的に支持している。好ましくは、上記外接円の直径Ｄ_１９を上記内径Ｒ_１８よりも僅かに大きく（Ｄ_１９＞Ｒ_１８）して、上記ブッシュ１９ａの外周面に形成した多数の凸部の頂部を、上記内輪１８の内周面に、弾性的に軽く当接させる。

上述の様な構成を有する本参考例の電動式パワーステアリング装置によれば、上記ブッシュ１９ａを、硬質ゴム、硬質ビニル等の、比較的硬い弾性材により造った場合でも、上記内輪１８の内径側での、上記ブッシュ１９ａのラジアル剛性を低く抑えられる。即ち、このブッシュ１９ａの外周面と上記内輪１８の内周面とは、上記各凸部の頂部である狭い面積でのみ当接している為、上記ブッシュ１９ａは、ラジアル方向の力に基づいてこの力の作用方向に変位し易い。この為、このブッシュ１９ａを構成する弾性材として、耐久性確保の面から優れた特性を有する、比較的硬い材料を使用しても、前記ウォーム軸１０の外周面が上記ブッシュ１９ａの内周面に勢い良く衝突する瞬間に、このブッシュ１９ａをラジアル方向に変位させて、この衝突のエネルギを吸収し、打音が発生する事を抑えられる。この結果、この打音を十分に抑えつつ、上記ブッシュ１９ａの耐久性向上を図れる。

［実施の形態の第１例］
図５〜７は、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合には、ブッシュ１９ｂの外周面と先端側ラジアル転がり軸受１２を構成する内輪１８の内周面とを、ウォーム軸１０の基端寄り半部（図５の左半部）で、図５〜６に示す様に締り嵌めにより嵌合させている。これに対して、上記ウォーム軸１０の先端寄り半部（図５の右半部）では、上記ブッシュ１９ｂの外周面と上記内輪１８の内周面とを、図５、７に示す様に、これら両周面同士の間に隙間２３を介在させた状態に組み合わせている。従って、上記ブッシュ１９ｂのうち、上記ウォーム軸１０の先端寄り半部のラジアル方向に関する剛性は、基端寄り半部の剛性よりも小さい。

ウォーム５とウォームホイール４（図１参照）との間でのトルク伝達開始に伴って上記ウォーム軸１０がこのウォームホイール４から遠ざかる方向に変位すると、このウォーム軸１０が、図５に実線で示す状態から鎖線で示す状態に傾斜する。この結果、このウォーム軸１０の先端寄り部分の外周面が、上記ブッシュ１９ｂの内周面のうちで先端寄り半部に衝突する。この先端寄り半部でのこのブッシュ１９ｂのラジアル剛性は低い。この為、上述した参考例の場合と同様に、このブッシュ１９ｂを構成する弾性材として、耐久性確保の面から優れた特性を有する、比較的硬い材料を使用しても、上記ウォーム軸１０の外周面が上記ブッシュ１９ｂの内周面に勢い良く衝突する瞬間に、このブッシュ１９ｂ（のうちで上記ウォーム軸１０の外周面が衝突した先端寄り半部）をラジアル方向に変位させて、上記衝突のエネルギを吸収し、打音が発生する事を抑えられる。この結果、この打音を十分に抑えつつ、上記ブッシュ１９ｂの耐久性向上を図れる。

［実施の形態の第２例］
図８〜１０は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ブッシュ１９ｃの外周面のうち、先端側ラジアル転がり軸受１２を構成する内輪１８の内周面に締り嵌めで嵌合する部分を、それぞれ複数の凸部と凹部とを交互に設けた、例えば図９に示した様な雄セレーション状の凹凸形状としている。そして、このうちの各凸部の頂部を上記内輪１８の内周面に弾性的に当接させている。ウォーム軸１０の先端寄り半部（図８の右半部）では、上述した実施の形態の第１例の場合と同様、図１０に示す様に、上記ブッシュ１９ｃの外周面と上記内輪１８の内周面との間に隙間２３を介在させている。

この様な本例の構造の場合、上記ブッシュ１９ｃのうちでウォーム軸１０の先端寄り半部は上述した実施の形態の第１例と同様、上記隙間２３の存在により、同じく基端寄り半部に関しては前述した参考例と同様、上記凹凸形状の存在に基づき、それぞれラジアル剛性を低くしている。この為、上記ブッシュ１９ｃのラジアル剛性を、上記参考例及び実施の形態の第１例の場合よりも更に低くできて、このブッシュ１９ｃを構成する材料の硬度を高くする事による耐久性確保と、トルク伝達開始時の打音抑制防止とを、より高次元で両立させられる。

本発明に関する参考例の１例を示す、図１２と同様の断面図。 図１のＡ部拡大図。 図２のＢ−Ｂ断面図。 ブッシュの外周面の凹凸形状の別例を示す、図３と同様の図。 本発明の実施の形態の第１例を示す、図１のＡ部に相当する断面図。 図５のＣ−Ｃ断面図。 同Ｄ−Ｄ断面図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図１のＡ部に相当する断面図。 図８のＥ−Ｅ断面図。 同Ｆ−Ｆ断面図。 従来構造の第１例を示す、部分切断側面図。 図１１の拡大Ｇ−Ｇ断面図。 図１２の右下部拡大図。 図１３のＨ−Ｈ断面図。 従来構造の第２例を示す、図１のＡ部に相当する断面図。 図１５のＩ−Ｉ断面図。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ハウジング
４ ウォームホイール
５ ウォーム
６ 減速機
７ 電動モータ
８ 出力軸
９ ウォーム歯
１０ ウォーム軸
１１ 基端側ラジアル転がり軸受
１２ 先端側ラジアル転がり軸受
１３、１３ａ 押圧駒
１４、１４ａ コイルばね
１５ ホルダ
１６ 係止部
１７ 折り曲げ部
１８ 内輪
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ ブッシュ
２０ 隙間
２１ 中間シャフト
２２ ステアリングギヤユニット
２３ 隙間

Claims (2)

1. 固定の部分に支持されて回転する事のないハウジングと、このハウジングに対し回転自在に設けられて、ステアリングホイールの操作により回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する回転軸と、上記ハウジングの内部でこの回転軸の一部に、この回転軸と同心に支持されて、この回転軸と共に回転するウォームホイールと、ウォーム軸の軸方向中間部にウォーム歯を設けて成り、このウォーム歯を上記ウォームホイールと噛合させた状態で、上記ウォーム軸の基端部を基端側ラジアル転がり軸受により、同じく先端側を先端側ラジアル転がり軸受により、それぞれ上記ハウジングに対し回転自在に支持されたウォームと、上記ウォーム軸の基端部と出力軸の先端部とを回転力の伝達を自在に係合させた電動モータと、このウォーム軸の先端部と上記ハウジングの内面との間に設けられて、上記ウォーム歯を上記ウォームホイールに向け押圧する弾性部材とを備え、上記ウォームの先端部は上記先端側ラジアル転がり軸受を構成する内輪の内径側に、弾性材製で筒状のブッシュを介して支持されている電動式パワーステアリング装置に於いて、このブッシュの外周面と上記内輪の内周面とを、上記ウォーム軸の基端寄り半部で締り嵌めにより嵌合させ、同じく先端寄り半部でこれら両周面同士の間に隙間を介在させた状態に組み合わせる事で、上記内輪の内径側に上記ブッシュを支持している事を特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. ブッシュの外周面のうち、内輪の内周面に締り嵌めで嵌合する部分を、それぞれ複数の凸部と凹部とを交互に設けた凹凸形状とし、このうちの各凸部の頂部を上記内輪の内周面に弾性的に当接させた、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置。

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