JP6118750B2 - ウォーム付勢構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ウォーム付勢構造体に関する。

一般に電動パワーステアリング装置において、アシスト力を発生する補助用のモータの回転力は、減速機構を介してピニオン軸等に伝達される。減速機構は、例えば、ウォームギヤ機構で構成される。

電動パワーステアリング装置が例えばピニオンアシスト型である場合、減速機構は、モータの出力軸に連結されたウォームと、ウォームに噛合すると共にピニオン軸に固定されたウォームホイールと、を備えて構成される。そして、特許文献１では、ウォーム及び／又はウォームホイールが摩耗したとしても、ウォーム及びウォームホイールが良好に噛合すると共に、ウォーム及びウォームホイールのバックラッシュを防止するために、１種類の圧縮コイルばねのばね力によって、ウォームをウォームホイール側に付勢している。具体的には、ウォームを支持する軸受をウォームホイール側に付勢している。

特開２０１３−２０８９３２号公報

しかしながら、運転者が急操舵した場合において、モータが急に回転し、ウォームがウォームホイールから離間する方向に大きな力（離間力）がウォームで発生したとき、圧縮コイルばねが圧縮限界に到達して、軸受がハウジング等に衝突し、打音（衝突音）が発生する虞がある。

そこで、本発明は、ウォームに大きな離間力が発生したとしても打音が発生し難いウォーム付勢構造体を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、ウォームホイールに噛合するウォームを付勢するウォーム付勢構造体であって、前記ウォームをラジアル方向で支持するラジアル軸受と、弾性を有し、前記ラジアル軸受を前記ウォームホイールに向けて常時付勢する弾性体と、を備え、前記弾性体は、付勢方向において、低ばねレート弾性体と、前記低ばねレート弾性体よりも高いばねレートである高ばねレート弾性体と、を直列で備え、前記高ばねレート弾性体の外形は、前記付勢方向から視て、前記低ばねレート弾性体よりも大きいことを特徴とするウォーム付勢構造体である。

このような構成によれば、付勢方向において、低ばねレート弾性体と高ばねレート弾性体と、を直列で備えるので、例えば、ウォームに小さな離間力が発生した場合、ばねレートの低い低ばねレート弾性体が優先的に弾性変形することにより、離間力を吸収し減衰させることができる。これにより、ラジアル軸受がハウジング等に衝突し難くなり、打音（衝突音）が発生し難くなる。

また、ウォームに大きな離間力が発生した場合、低ばねレート弾性体に加えて、高ばねレート弾性体も弾性変形することにより、離間力を吸収し減衰させることができる。これにより、ラジアル軸受がハウジング等に衝突し難くなり、打音（衝突音）が発生し難くなる。

ウォーム付勢構造体において、前記低ばねレート弾性体が圧縮限界に到達する前に、前記高ばねレート弾性体が圧縮し始めることが好ましい。

このような構成によれば、低ばねレート弾性体が圧縮限界に到達する前に、高ばねレート弾性体が圧縮し始めるので、早いタイミングで、高ばねレート弾性体によって、離間力を吸収し減衰させることができる。

ウォーム付勢構造体において、前記低ばねレート弾性体はコイルばねで構成され、前記高ばねレート弾性体は、前記コイルばねを伸縮方向においてガイドするガイド部を備えることが好ましい。

このような構成によれば、ガイド部によって、コイルばねを伸縮方向においてガイドできる。これにより、コイルばねが倒れ難くなる。

ウォーム付勢構造体において、前記低ばねレート弾性体は、平線材が巻回されてなる平線材コイルばねであることが好ましい。

このような構成によれば、低ばねレート弾性体は、平線材が巻回されてなる平線材コイルばねであるので、倒れ難くなる。
また、ウォーム付勢構造体において、前記高ばねレート弾性体は、樹脂で形成されていてもよい。

本発明によれば、ウォームに大きな離間力が発生したとしても打音が発生し難いウォーム付勢構造体を提供することができる。

第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の平断面図（図５のＸ２−Ｘ２線断面図）である。 第１実施形態に係る継手の分解斜視図である。 第１実施形態に係るホルダの図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 第１実施形態に係るウォーム付勢構造体の断面図（図２のＸ１−Ｘ１線断面図）であり、初期状態を示している。 第１実施形態に係るウォーム付勢構造体の拡大断面図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は小さい離間力が発生した状態を示している。 第１実施形態に係るウォーム付勢構造体の一効果を示すグラフである。 第２実施形態に係るウォーム付勢構造体の拡大断面図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は小さい離間力が発生した状態を示している。断面図である。 変形例に係るウォーム付勢構造体の拡大断面図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は小さい離間力が発生した状態を示している。断面図である。

≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態について図１〜図７を参照して説明する。

≪電動パワーアリング装置の構成≫
電動パワーステアリング装置１００（操舵装置）は、アシスト力がピニオン軸１１４に入力されるピニオンアシスト型である。ただし、コラムアシスト型、ラックアシスト型でもよい。

電動パワーステアリング装置１００は、運転者が操作するステアリングホイール１１１と、ステアリングホイール１１１と一体で回転するステアリング軸１１２と、ステアリング軸１１２の下端に連結されたトーションバー１１３と、トーションバー１１３の下端に連結されたピニオン軸１１４と、車幅方向（左右方向）に延びるラック軸１１５と、を備えている。

ピニオン軸１１４のピニオン歯１１４ａは、ラック軸１１５のラック歯１１５ａと噛合している。そして、ピニオン軸１１４が回転軸線Ｏ１（図２参照）を中心に回転すると、ラック軸１１５が車幅方向において移動し、タイロッド１１６を介して連結された操舵輪１１７（車輪）が転舵されるようなっている。なお、ラック軸１１５は、筒状のハウジング１１８にブッシュ等を介して収容されている。

また、電動パワーステアリング装置１００は、ピニオン軸１１４に同軸で固定されたウォームホイール１２０と、ウォームホイール１２０に噛合するウォーム１３０と、アシスト力を発生しウォーム１３０を回転させる電動式のモータ１４０と、モータ１４０の出力軸１４１とウォーム１３０とを連結する継手１５０と、ウォーム１３０等を収容するハウジング２０と、を備えている（図２参照）。

＜ウォームホイール＞
ウォームホイール１２０は、ピニオン軸１１４にセレーション結合している。つまり、ウォームホイール１２０は、ピニオン軸１１４に同軸で軸着されている。

＜ウォーム＞
ウォーム１３０は、回転軸線Ｏ２（図２参照）を中心に回転する略円柱状の部品であって、その周面にギヤ歯１３１ａが形成されたウォーム本体１３１と、ウォーム本体１３１の一端側（モータ１４０側）に形成された第１軸部１３２と、ウォーム本体１３１の他端側（モータ１４０の反対側）に形成された第２軸部１３３と、を備えている。

第１軸部１３２は、第１軸受１１を介して、ハウジング２０に回転自在に支持されている。第２軸部１３３は、第２軸受１２、ホルダ３０を介して、ハウジング２０に回転自在に支持されている。

そして、モータ１４０が駆動しウォーム１３０が回転すると、ウォーム１３０のギヤ歯１３１ａがウォームホイール１２０の外周面に形成されたホイール歯を乗り越えようとする。すなわち、ウォーム１３０にウォームホイール１２０から離れようとする離間力が発生し、ウォーム１３０がウォームホイール１２０から離れようする。例えば、ステアリングホイール１１１が急操作され、モータ１４０が急に駆動すると、ウォーム１３０に大きな離間力が発生するようになっている。

＜モータ＞
モータ１４０は、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）の指令に従って駆動し、アシスト力を発生する電動式のモータである。モータ１４０の出力軸１４１は、継手１５０を介して、ウォーム１３０の第１軸部１３２に連結されている。ＥＣＵは、トルクセンサ（図示しない）を介して、トーションバー１１３に発生した捩れトルクを検出し、捩れトルクの大きさに対応してモータ１４０を駆動させ、アシスト力を発生するようになっている。

＜継手＞
継手１５０は、出力軸１４１と第１軸部１３２とを連結し、モータ１４０の動力をウォーム１３０に伝達するものである。継手１５０は、図３に示すように、出力軸１４１に軸着された第１カップリング１５１と、第１軸部１３２に軸着された第２カップリング１５２と、第１カップリング１５１及び第２カップリング１５２に挟持されたブッシュ１５３と、を備えている。

第１カップリング１５１のブッシュ１５３側には、複数（ここでは４本）の第１係合爪１５１ａが周方向に等間隔で形成されている。第２カップリング１５２のブッシュ１５３側には、複数（ここでは４本）の第２係合爪１５２ａが周方向に等間隔で形成されている。

ブッシュ１５３は、ゴム等の弾性体で形成された部品であって、軸方向に延びる複数（ここでは８本）の係合孔１５３ａが周方向において等間隔で形成されている。言い換えると、周方向において隣り合う係合孔１５３ａの間には、係合爪１５３ｂが形成されている。

そして、複数の第１係合爪１５１ａ及び複数の第２係合爪１５２ａは、周方向において交互に、複数の係合孔１５３ａに係合している。これにより、モータ１４０の回転力（動力）が、第１カップリング１５１、ブッシュ１５３、第２カップリング１５２を介して、ウォーム１３０に伝達するようになっている。

また、周方向において、第１係合爪１５１ａと第２係合爪１５２ａとの間にゴム製等の係合爪１５３ｂが介在し、第１係合爪１５１ａと第２係合爪１５２ａとが直接に接触しない構成であるので、打音や周方向のガタつきが低減されている。

＜第１軸受＞
第１軸受１１は、ウォーム１３０の第１軸部１３２とハウジング２０との間に設けられ、第１軸部１３２をハウジング２０に対して回転自在に支持している。第１軸受１１は、例えばラジアルボールベアリングで構成され、径方向の荷重を支持している。第１軸受１１は、ハウジング２０に螺合した円筒状の止部材１３によってハウジング２０に保持されている。

＜第２軸受＞
第２軸受１２（ラジアル軸受）は、ウォーム１３０の第２軸部１３３とハウジング２０との間に設けられ、第２軸部１３３をハウジング２０に対して回転自在に支持している。第１軸受１１は、例えばラジアルボールベアリングで構成され、径方向（ラジアル方向）の荷重を支持している。なお、第２軸受１２は、後記するホルダ３０（図４参照）に収容されている。

＜ハウジング＞
ハウジング２０は、ウォームホイール１２０、ウォーム１３０等を収容している。ハウジング２０内には、後記するホルダ３０を収容するホルダ収容孔２１が形成されている。ホルダ収容孔２１は、短円柱状であり、その軸方向はウォーム１３０の軸方向に延びている。ホルダ収容孔２１は、後記する付勢方向（ウォーム１３０の径方向（離間方向））に延びる連通孔２２を介して外部に連通している。そして、ハウジング２０に螺合するキャップ２３が、連通孔２２を塞いでいる。

＜ウォーム付勢構造体＞
電動パワーステアリング装置１００は、第２軸受１２（ウォーム１３０）をウォームホイール１２０に向けて付勢し、ウォーム１３０に予圧を与えるウォーム付勢構造体１を備えている。なお、ここでは、第２軸受１２（ウォーム１３０）を付勢する付勢方向は、図５における左右方向（紙面上下方向）であり、ウォーム１３０の一径方向である。

ウォーム付勢構造体１は、図５に示すように、第２軸受１２と、ホルダ３０と、カップ４０と、圧縮コイルばね５０（低ばねレート弾性体）と、樹脂体６１（高ばねレート弾性体）と、を備えている。すなわち、ウォーム付勢構造体１は、第２軸受１２（ウォーム１３０）を付勢する弾性体として、圧縮コイルばね５０と、樹脂体６１と、を備えている。

＜ホルダ＞
ホルダ３０は、図４、図５に示すように、略環状を呈しており、第２軸受１２の外側に被さり、第２軸受１２を保持する部材である。ホルダ３０は、第２軸受１２の軸方向視において、ウォームホイール１２０側が切り離されたＣ字形を呈している。そして、ホルダ３０は、前記したホルダ収容孔２１に若干縮径状態で収容されている。

ホルダ３０の内周面には、ウォーム１３０の付勢方向（左右方向）に延びる一対のガイド面３１、２１が形成されている。すなわち、第２軸受１２は、ガイド面３１、２１に摺接しつつ、ウォーム１３０の付勢方向において摺動可能となっている。

ホルダ３０のウォームホイール１２０と反対側には、短円筒状のばね収容部３２が形成されている。ばね収容部３２は、圧縮コイルばね５０を収容する部分であり、その中空部はウォーム１３０の付勢方向（左右方向）に延びている。

＜カップ＞
カップ４０は、第２軸受１２側が閉じた有底円筒状を呈しており、ばね収容部３２内に摺動自在に収容されている。カップ４０は、円筒状の周壁部４１と、周壁部４１の第２軸受１２に形成された底壁部４２と、を備えている。

周壁部４１はカップ４０の摺動方向においてある程度の長さであり、周壁部４１の外周面はばね収容部３２の内周面に摺接している。

底壁部４２の外面４２ａは、第２軸受１２の外周面に線接触している。すなわち、底壁部４２と第２軸受１２との接触部分は、第２軸受１２の軸方向に線状で延びている。これにより、圧縮コイルばね５０、樹脂体６１の付勢力が、カップ４０を介してウォーム１３０に良好に伝達するようなっている。

＜圧縮コイルばね＞
圧縮コイルばね５０は、弾性を有し、第２軸受１２（ウォーム１３０）をウォームホイール１２０に向けて付勢する弾性体（付勢部材）である。圧縮コイルばね５０は、ばね収容部３２内において、付勢方向に沿って延びており、一端５１はカップ４０の底壁部４２に当接し、他端５２は樹脂体６１に当接している。

そして、モータ１４０が回転しておらず、ウォーム１３０に離間力が発生していない初期状態において（図５、図６（ａ）参照）、圧縮コイルばね５０及び樹脂体６１は、第２軸受１２（ウォーム１３０）をウォームホイール１２０に向けて付勢している。

圧縮コイルばね５０のばねレート（弾性率）は、樹脂体６１のばねレートよりも低く構成されている。これにより、圧縮コイルばね５０は、樹脂体６１よりも前に圧縮変形（弾性変形）するようになっている。

圧縮コイルばね５０は、平線材が巻回されてなる平線材コイルばね（平コイルばね）で構成されている。これにより、圧縮コイルばね５０は、縮退したとしても倒れ難くなっている。ただし、圧縮コイルばね５０は、丸線材が巻回されてなる丸線材コイルばね（丸コイルばね）で構成されてもよい。

＜樹脂体＞
樹脂体６１は、弾性を有し、ウォーム１３０をウォームホイール１２０に向けて付勢する弾性体（付勢部材）である。樹脂体６１は、合成樹脂製で短円柱状を呈しており、ばね収容部３２内に収容され、その軸方向はウォーム１３０の付勢方向に沿っている。

樹脂体６１は、付勢方向において、圧縮コイルばね５０とキャップ２３との間に設けられている。すなわち、付勢方向において、圧縮コイルばね５０と樹脂体６１とは直列で配置されている。ただし、樹脂体６１が圧縮コイルばね５０とカップ４０との間に配置された構成でもよい。

付勢方向において、樹脂体６１のばねレート（弾性率）は、圧縮コイルばね５０のばねレートよりも高く設定されている。これにより、第２軸受１２（ウォーム１３０）に大きな離間力が作用した場合において、圧縮コイルばね５０が縮退し圧縮限界に到達した後、樹脂体６１が圧縮変形し、前記離間力を減衰させるようになっている。

≪ウォーム付勢構造体の作用、効果≫
ウォーム付勢構造体１の作用、効果を説明する。

＜離間力：小＞
所定値以下である小さい離間力（荷重）がウォーム１３０に発生した場合、低ばねレート弾性体である圧縮コイルばね５０が優先的に縮退し、離間力が減衰（吸収）される（図６（ｂ）、図７参照）。このように、圧縮コイルばね５０が良好に縮退することで、第２軸受１２のストローク量（変位量）を確保しつつ、小さい離間力を減衰させ、第２軸受１２とホルダ３０との打音を抑制できる。

なお、図７に示すように、離間力が大きくなるにつれて、第２軸受１２（ウォーム１３０）の変位量（圧縮コイルばね５０の縮退長さ）が大きくなる関係となっている。そして、離間力が所定値である場合、圧縮コイルばね５０が圧縮限界に到達し、圧縮コイルばね５０を構成する平線材が付勢方向において密着する構成となっている（図６（ｂ）、実施例１参照）。

＜離間力：大＞
所定値以上である大きい離間力（荷重）がウォーム１３０に発生した場合、縮退した圧縮コイルばね５０に加えて、高ばねレート弾性体である樹脂体６１が圧縮され、離間力が減衰（吸収）される（図７参照）。このように、樹脂体６１が良好に圧縮されることで、第２軸受１２のストローク量（変位量）を確保しつつ、大きい離間力を減衰させ、第２軸受１２とホルダ３０との打音を抑制できる。

なお、図７に示すように、離間力が大きくなるにつれて、第２軸受１２（ウォーム１３０）の変位量（圧縮コイルばね５０の縮退長さ）が大きくなる関係となっている。そして、樹脂体６１は圧縮コイルばね３０よりも高ばねレートであるから、樹脂体６１を単位変位量にて圧縮するために要する離間力（図７におけるグラフの傾き）は、圧縮コイルばね５０を単位変位量にて圧縮するために要する離間力よりも大きくなる。

＜まとめ＞
このようにして、ウォーム１３０に、小さい離間力、大きい離間力のいずれが発生したとしても、圧縮コイルばね５０、樹脂体６１が良好に圧縮されるので、第２軸受１２（ウォーム１３０）のストローク量（変位量）を確保しつつ、第２軸受１２とホルダ３０との間における打音（衝突音）を防止できる。

≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。

前記した実施形態では、低ばねレート弾性体が圧縮コイルばね５０であり、高ばねレート弾性体が合成樹脂製の樹脂体６１である構成を例示したが、その他に例えば、低ばねレート弾性体、高ばねレート弾性体が圧縮コイルばねである構成でもよい。この場合、例えば、線材の太さを変えることで、低ばねレート弾性体、高ばねレート弾性体を構成できる。

また、低ばねレート弾性体、高ばねレート弾性体が、ゴム製の弾性体である構成でもよい。この場合、例えば、ゴムの硬度を変えることで、低ばねレート弾性体、高ばねレート弾性体を構成できる。

≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態について、図８を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。

第２実施形態に係るウォーム付勢構造体１は、樹脂体６１に代えて、樹脂体６２を備えている。樹脂体６２は、樹脂体６１と同等である円柱状の本体６３と、本体６３のばね側面の外周縁からウォーム１３０に向かって延びる円筒状のガイド部６４と、を備えている。

圧縮コイルばね５０は、円筒状のガイド部６４内で延びており、他端５２は本体６３に当接している。すなわち、ガイド部６４は、圧縮コイルばね５０を伸縮方向においてガイドしている。これにより、圧縮コイルばね５０は、縮退しても、ガイド部６４部内で倒れ難くなっている。

ガイド部６４の軸方向長さは、圧縮コイルばね５０が完全に縮退する前に、つまり、圧縮コイルばね５０が圧縮限界に到達する前に、ガイド部６４が底壁部４２に接触する長さに設定されている（図７、図８（ｂ）参照）。これにより、圧縮コイルばね５０が完全に縮退する前に、樹脂体６２が圧縮し始め、離間力を良好に吸収し、減衰できる。

すなわち、図７において、破線「実施例２」で示すように、第１実施形態よりも短い変位量で、樹脂体６２が圧縮し始める。これにより、大きな離間力が第１実施形態よりも早いタイミングで減衰される。

なお、樹脂体６２に代えて、図９（ａ）、図９（ｂ）に示す樹脂体６５を備える構成でもよい。樹脂体６５は、円柱状の本体６３と、本体６３のばね側面の中心からウォーム１３０に向かって延びる細長円柱状のガイド部６６と、を備えている。ガイド部６６は、圧縮コイルばね５０内に遊挿されており、圧縮コイルばね５０を付勢方向においてガイドしている。ガイド部６６の軸方向長さは、圧縮コイルばね５０が完全に縮退する前に、つまり、圧縮コイルばね５０が圧縮限界に到達する前に、ガイド部６６が底壁部４２に接触する長さに設定されている（図９（ｂ）参照）。

１ ウォーム付勢構造体
１２ 第２軸受（ラジアル軸受）
５０ 圧縮コイルばね（低ばねレート弾性体）
６１、６２、６５ 樹脂体（高ばねレート弾性体）
６４、６６ ガイド部
１００ 電動パワーステアリング装置
１２０ ウォームホイール
１３０ ウォーム

Claims (5)

1. ウォームホイールに噛合するウォームを付勢するウォーム付勢構造体であって、
   前記ウォームをラジアル方向で支持するラジアル軸受と、
   弾性を有し、前記ラジアル軸受を前記ウォームホイールに向けて常時付勢する弾性体と、
   を備え、
   前記弾性体は、付勢方向において、低ばねレート弾性体と、前記低ばねレート弾性体よりも高いばねレートである高ばねレート弾性体と、を直列で備え、
   前記高ばねレート弾性体の外形は、前記付勢方向から視て、前記低ばねレート弾性体よりも大きいことを特徴とするウォーム付勢構造体。
2. 前記低ばねレート弾性体が圧縮限界に到達する前に、前記高ばねレート弾性体が圧縮し始める
   ことを特徴とする請求項１に記載のウォーム付勢構造体。
3. 前記低ばねレート弾性体はコイルばねで構成され、
   前記高ばねレート弾性体は、前記コイルばねを伸縮方向においてガイドするガイド部を備える
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウォーム付勢構造体。
4. 前記低ばねレート弾性体は、平線材が巻回されてなる平線材コイルばねである
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のウォーム付勢構造体。
5. 前記高ばねレート弾性体は、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のウォーム付勢構造体。
   

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