JP6256778B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置では、電動モータの出力をウォーム軸およびウォームホイールを介して減速して転舵機構に伝達することにより、ステアリング操作をトルクアシストしている。
ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いには、バックラッシが必要であるが、走行時に、バックラッシに起因した歯打ち音（ラトル音）が発生するおそれがある。

そこで、従来、ウォーム軸を支持する軸受をウォームホイール側に弾性的に付勢することにより、ウォーム軸とウォームホイールとのバックラッシを除去する電動パワーステアリング装置が提案されている。
また、ウォーム軸を支持する軸受を軸方向に予圧して軸受のガタを除去することにより、軸受のガタに起因する異音の発生を防止する技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１では、ハウジングのブッシュ装着部に固定された合成樹脂製のアウターブッシュを、ウォーム軸を支持する軸受の外輪に嵌合させている。また、アウターブッシュの外周に設けられた切欠き部とハウジングのブッシュ装着部との間に、ウォーム軸をウォームホイール側へ付勢する板ばねやゴムなどの弾性材料で形成された付勢部材が介在している。

特開２００９−２８７６４７号公報

特許文献１では、ウォーム軸が軸方向に移動するときに、前記付勢部材とアウターブッシュとの間の摩擦抵抗のために、ウォーム軸が軸方向にスムーズに移動できないおそれがある。したがって、ウォーム軸が駆動力を受けていない微小操舵時において、軸受の内部隙間によるガタを除去できない場合があり、その場合、操舵フィーリングが低下する。
そこで、本発明の目的は、ウォーム軸を軸方向に可動する電動パワーステアリング装置において、微小操舵時の良好な操舵フィーリングを確保することである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、ウォーム軸（１８）およびウォームホイール（１９）を持つ減速機（１７）と、前記ウォーム軸を駆動する電動モータ（１６）と、前記減速機を収容したハウジング（１７ａ）と、前記ウォーム軸の第１端部（１８ａ）を回転可能に支持する第１軸受（２５）と、前記ウォーム軸の第２端部（１８ｂ）を回転可能に支持する第２軸受（２６）と、ウォーム軸の軸方向（Ｘ１）に関して前記第１軸受の両側であって、前記第１軸受と前記ハウジングとの間、又は、前記第１軸受とウォーム軸との間に配置され、前記ウォーム軸を軸方向に弾性支持する一対の弾性部材（２７Ａ，２７Ｂ）と、前記第２軸受を押圧する部分（５２ａ）を含み前記押圧する部分で前記第２軸受を前記ウォーム軸および前記ウォームホイールの中心間距離（Ｄ１）が減少する方向（Ｙ１）に付勢するバックラッシ除去機構（５０）と、前記第２軸受の外周全域に設けられ、前記ウォーム軸の軸方向移動に伴って前記バックラッシ機構の前記押圧する部分と摺接する低摩擦樹脂層（４６）と、を備えた電動パワーステアリング装置（１；１Ａ）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記ウォーム軸の第１端部と前記電動モータの回転軸との間に配置され、両軸を揺動可能に連結する継手（２１）を備え、前記低摩擦樹脂層の外周に、軸方向のクラウニングが施されていてもよい。

請求項１の発明によれば、バックラッシ機構の押圧する部分で押圧される第２軸受の外周全域に低摩擦樹脂層が設けられているので、ウォーム軸の軸方向の移動に際して、低摩擦樹脂層と前記バックラッシ機構の前記押圧する部分との摺接による摩擦抵抗を低減することができる。したがって、第１軸受の両側の一対の弾性部材によって軸方向に付勢されたウォーム軸の軸方向移動が非常にスムーズになるので、ウォーム軸が駆動力を受けていない微小操舵時においても、両軸受の内部隙間によるガタを確実に除去して操舵フィーリングを向上することができる。また、路面からの逆入力時の衝撃を低摩擦樹脂層によって緩衝することができる。

また、請求項２の発明によれば、低摩擦樹脂層の外周に軸方向のクラウニングが施されているので、路面からの逆入力によってウォーム軸が揺動するときに、十分な揺動量を確保でき、これにより、ウォーム軸のこじりの発生を抑制できる。また、クラウニングによって、前記バックラッシ除去機構の前記押圧する部分と低摩擦樹脂層との接触面積を少なくできるので、ウォーム軸の揺動および軸方向移動が一層スムーズになる。

本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図であり、電動パワーステアリング装置の概略構成を示している。 電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。 電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図であり、ウォーム軸の第１端部の周辺を示している。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であり、ウォーム軸の第２端部の周辺を示している。 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拡大断面図であり、ウォーム軸の第１端部の周辺を示している。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
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の概略構成図である。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に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有して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とを有している。ピニオン軸７およびラックバー８により、ラックアンドピニオン機構からなる転舵機構Ａが構成されている。

ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動可能に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１１に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。

ステアリングシャフト３は、一端に操舵部材２が連結された入力側の第１操舵軸３ａと、ピニオン軸７に連なる出力側の第２操舵軸３ｂと、第１操舵軸３ａと第２操舵軸３ｂとを同一軸線上で相対回転可能に連結したトーションバー１２とを備えている。
トーションバー１２を介する第１操舵軸３ａと第２操舵軸３ｂとの間の相対回転変位量に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサ１３が設けられている。トルクセンサ１３のトルク検出結果は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１４に与えられる。ＥＣＵ１４では、トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路１５を介して操舵補助用の電動モータ１６を駆動制御する。

電動モータ１６の出力回転が伝動装置としての減速機１７を介して減速されてピニオン軸７に伝達され、ラックバー８の直線運動に変換されて、操舵が補助される。減速機１７は、電動モータ１６により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸１８と、このウォーム軸１８に噛み合うと共にステアリングシャフト３の第２操舵軸３ｂに一体回転可能に連結された被動ギヤとしてのウォームホイール１９とを備えている。

図２に示すように、ウォーム軸１８は電動モータ１６の回転軸２０と同軸上に配置される。ウォーム軸１８は、その軸方向Ｘ１に離隔する第１端部１８ａおよび第２端部１８ｂと、第１端部１８ａおよび第２端部１８ｂ間の中間部に設けられた歯部１８ｃとを有する。
ウォームホイール１９は、ステアリングシャフト３の第２操舵軸３ｂの軸方向中間部に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール１９は、第２操舵軸３ｂに一体回転可能に結合された環状の芯金１９ａと、芯金１９ａの周囲を取り囲み外周に歯部１９ｃを形成した合成樹脂部材１９ｂとを備える。芯金１９ａは、例えば合成樹脂部材１９ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。

ウォーム軸１８の第１端部１８ａとこれに対向する電動モータ１６の回転軸２０（出力軸）の端部とは、継手２１を介してトルク伝達可能に且つ互いに揺動可能に連結されている。具体的には、継手２１は、電動モータ１６の回転軸２０に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結された第１係合部材２２と、ウォーム軸１８の第１端部１８ａに一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結された第２係合部材２３と、第１係合部材２２と第２係合部材２３との間に介在し、両係合部材２２，２３間にトルクを伝達する弾性部材２４とを備えている。

第１係合部材２２および第２係合部材２３は、互いの係合突起２２１，２３１を周方向の交互に配置している。図示していないが、弾性部材２４は、環状の主体部から放射状に延びる複数の係合腕を有している。両係合部材２２，２３の周方向に隣接する係合突起２２１，２３１間に、弾性部材２４の対応する係合腕が挟持されている。継手２１の弾性部材２４が弾性変形することにより、回転軸２０に対するウォーム軸１８の揺動が許容されている。

図２の一部を拡大した図３に示すように、第２係合部材２３は、ウォーム軸１８の第１端部１８ａに一体回転可能に且つ軸方向移動不能に嵌合されたボス２３ａと、ボス２３ａから径方向外方に延びる環状フランジ２３ｂとを備えている。前記係合突起は、環状フランジ２３ｂから軸方向に延びている。
再び図２を参照して、ウォーム軸１８の第１端部１８ａは、第１軸受２５を介して減速機１７のハウジング１７ａに回転可能に支持されている。ウォーム軸１８の第２端部１８ｂは、第２軸受２６を介して減速機１７のハウジング１７ａに回転可能に支持されている。第１軸受２５および第２軸受２６は、例えば玉軸受により構成されている。ウォーム軸１８の第１端部１８ａには、ウォーム軸１８を軸方向Ｘ１の中立位置に付勢する一対の弾性部材２７Ａ，２７Ｂが配置されている。

第１軸受２５は、ウォーム軸１８の第１端部１８ａに、一体回転可能に嵌合された内輪２８と、減速機１７のハウジング１７ａに設けられた軸受保持孔２９にブッシュ３０を介して保持された外輪３１とを備えている。
図３に示すように、外輪３１とブッシュ３０の端部の環状フランジ３０ａとが、軸受保持孔２９の端部に設けられた位置決め段部３２と、軸受保持孔２９の入口にねじ嵌合された止定部材３３との間で軸方向に挟持されている。これにより、外輪３１の軸方向移動が規制されている。

第１軸受２５の内輪２８は、ウォーム軸１８の第１端部１８ａの外周に一体回転可能に嵌合されている。一対の弾性部材２７Ａ，２７Ｂは、内輪２８を軸方向に挟んだ両側に配置されており、ウォーム軸１８を軸方向Ｘ１の中立位置に付勢している。弾性部材２７Ａ，２７Ｂは、例えばゴム、熱可塑性エラストマーなどの弾性材料で形成されたブッシュである。

一方の弾性部材２７Ａは、ウォーム軸１８の外周の位置決め段部３４に当接した環状の受け板３５と、内輪２８の一方の端面に当接した環状の受け板３６との間に介在している。他方の弾性部材２７Ｂは、内輪２８の他方の端面に当接した環状の受け板３７と、継手２１の第２係合部材２３の環状フランジ２３ｂに当接した受け板３８との間に介在している。各受け板３５，３６，３７，３８は、例えば金属製である。

第１端部１８ａの外周には、受け板３５および一方の弾性部材２７Ａが嵌合された第１環状凹部３９と、内輪２８が嵌合された第２環状凹部４０と、第２係合部材２３のボス２３ａが嵌合された第３環状凹部４１とが設けられている。第１環状凹部３９、第２環状凹部４０および第３環状凹部４１の順で、外径が段階的に小さくされている。
再び図２を参照して、第２軸受２６の内輪４２は、ウォーム軸１８の第２端部１８ｂの外周に設けられた第４環状凹部４３に一体回転可能に嵌合されている。内輪４２の一方の端面が、第２端部１８ｂの外周に設けられた位置決め段部４４に当接しており、これにより、ウォーム軸１８に対する内輪４２の軸方向移動が規制されている。

第２軸受２６の外周、すなわち外輪４５の外周４５ａには、低摩擦樹脂層４６が設けられている。低摩擦樹脂層４６は、例えばポリアセタール等の低摩擦樹脂からなり、嵌合により外輪４５と一体化されている。低摩擦樹脂層４６の内周４６ａは、外輪４５の外周４５ａに沿う円筒面からなる。低摩擦樹脂層４６の外周に設けられた摺接面４６ｂには、軸方向のクラウニングが施されている。

ハウジング１７ａには、低摩擦樹脂層４６が設けられた第２軸受２６を収容するための収容孔４７が設けられている。収容孔４７は、低摩擦樹脂層４６が設けられた第２軸受２６を、ウォーム軸１８とウォームホイール１９の中心間距離Ｄ１（ウォーム軸１８の回転中心Ｃ１とウォームホイールの回転中心Ｃ２との距離に相当）が増減する方向Ｙ１，Ｙ２（増加する方向Ｙ１および減少する方向Ｙ２）に偏倚可能に保持することのできる偏倚孔に形成されている。

電動パワーステアリング装置１は、ウォーム軸１８とウォームホイール１９とのバックラッシを除去するバックラッシ除去機構５０を備えている。
図２および図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である図４に示すように、バックラッシ除去機構５０は、収容孔４７に連通するようにハウジング１７ａに設けられた支持孔５１と、支持孔５１の深さ方向に摺動可能に支持され、低摩擦樹脂層４６に当接する押圧部材５２と、支持孔５１の端部を封止する封止部材５３と、封止部材５３と押圧部材５２との間に介在し、押圧部材５２および第２軸受２６を介してウォーム軸１８の第２端部１８ｂをウォームホイール１９側（中心間距離Ｄ１が減少する方向Ｙ２）へ弾性的に付勢する、例えば圧縮コイルばねからなる付勢部材５４とを備えている。

支持孔５１は、収容孔４７からウォームホイール１９とは反対方向に延びている。支持孔５１は、ハウジング１７ａに設けられた筒状突起５５を貫通している。封止部材５３は、支持孔５１の端部の開口を閉塞する端壁５３ａと、周側壁５３ｂとを備え、周側壁５３ｂの内周の雌ねじ部が、筒状突起５５の端部の外周の雄ねじ部に螺合することで、封止部材５３が、筒状突起５５に固定されている。

押圧部材５２は、平坦な押圧面５２ａを有する押圧部５２ｂと、押圧部５２ｂの外周から延設され、支持孔５１の内周に摺動可能に支持された筒状部５２ｃと、押圧部５２ｂの中央部から封止部材５３側へ延びる軸部５２ｄとを備えている。
軸部５２ｄの外周には、筒状のスプリングガイド５６が嵌合されている。スプリングガイド５６は、圧縮コイルばねからなる付勢部材５４内に挿通され、付勢部材５４の倒れを抑制している。付勢部材５４の一端は、スプリングガイド５６の外周と筒状部５２ｃの内周との間に配置されている。

ハウジング１７ａと一体の筒状突起５５に固定された封止部材５３と、低摩擦樹脂層４６との間に、介在部材としての付勢部材５４と、介在部材としての押圧部材５２とが介在している。弾性部材２７Ａ，２７Ｂによって軸方向Ｘ１に付勢されたウォーム軸１８が軸方向Ｘ１に移動するときに、低摩擦樹脂層４６が設けられた第２軸受２６が、ウォーム軸１８と同行移動する。

このとき、低摩擦樹脂層４６の外周の一部は、バックラッシ除去機構５０の押圧面５２ａと摺接する。また、低摩擦樹脂層４６の外周の他の一部は、収容孔４７の内周と摺接する。支持孔５１は収容孔４７の一部を構成し、低摩擦樹脂層４６の一部を介在部材（付勢部材５４、押圧部材５２）を介して間接的に受ける。ウォーム軸１８に負荷がかかっている場合、図４の上側で低摩擦樹脂層４６と収容孔４７とが摺接する。ウォームホイール１９が摩耗した場合、図４の下側で摺接することもある。

本実施形態によれば、第２軸受２６の外周（外輪４５の外周４５ａ）に、低摩擦樹脂層４６が設けられているので、収容孔４７と低摩擦樹脂層４６との摩擦抵抗、または介在部材（押圧部材５２）と低摩擦樹脂層４６との摩擦抵抗を低減することができる。したがって、第１軸受２５の両側の一対の弾性部材２７Ａ，２７Ｂによって軸方向Ｘ１に付勢されたウォーム軸１８の軸方向移動が、非常にスムーズになるので、ウォーム軸１８が駆動力を受けていない微小操舵時においても、両軸受２５，２６の内部隙間によるガタを確実に除去して操舵フィーリングを向上することができる。また、路面からの逆入力時の衝撃を低摩擦樹脂層４６によって緩衝することができ、低騒音を実現することができる。

また、低摩擦樹脂層４６の外周（摺接面４６ｂ）に軸方向Ｘ１のクラウニングが施されているので、路面からの逆入力によってウォーム軸１８が揺動するときに、十分な揺動量を確保でき、これにより、ウォーム軸１８のこじりの発生を抑制できる。また、クラウニングによって、付勢部材５４と低摩擦樹脂層４６との接触面積を少なくできるので、ウォーム軸１８の揺動および軸方向移動が一層スムーズになる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、図３の実施形態では、一対の弾性部材２７Ａ，２７Ｂを、ウォーム軸１８の軸方向Ｘ１に関して、第１軸受２５の内輪２８の両側に配置していた。各弾性部材２７Ａ，２７Ｂは、第１軸受２５の内輪２８とウォーム軸１８の所定部との間に介在し、内輪２８に対してウォーム軸１８を軸方向Ｘ１の中立位置に弾性的に付勢していた。

これに代えて、図５の実施形態の電動パワーステアリング装置１Ａに示すように、一対の弾性部材２７Ｃ，２７Ｄを、ウォーム軸１８の軸方向Ｘ１に関して、第１軸受２５の外輪３１の両側に配置してもよい。この場合、各弾性部材２７Ｃ，２７Ｄは、第１軸受２５の外輪３１とハウジング１７ａ（の所定部）との間に介在し、第１軸受２５を介して、ウォーム軸１８を軸方向Ｘ１の中立位置に弾性的に付勢する。弾性部材２７Ｃ，２７Ｄは、例えばゴム、熱可塑性エラストマーなどの弾性材料で形成されたブッシュである。

一方の弾性部材２７Ｃは、ハウジング１７ａの内周の位置決め段部６０に当接した環状の受け板６１と、外輪３１の一方の端面に当接した環状の受け板６２との間に介在している。他方の弾性部材２７Ｄは、外輪３１の他方の端面に当接した環状の受け板６３と、ハウジング１７ａのねじ部１７ｂに螺合されたねじ部材６４の環状フランジ６４ａに当接した受け板６５との間に介在している。各受け板６１，６２，６３，６５は、例えば金属製である。

ハウジング１７ａの軸受保持孔１２９には、受け板６１および一方の弾性部材２７Ｃが嵌合された第１環状凹部６６と、受け板６２および外輪３１が嵌合された第２環状凹部６７と、受け板６３およびねじ部材６４の筒状突起６４ｂが嵌合された第３環状凹部６８とが設けられている。第１環状凹部６６、第２環状凹部６７および第３環状凹部６８の順で、外径が段階的に大きくされている。

図５の実施形態の構成要素において、図１〜図４の実施形態の構成要素と同じ構成要素には、図１〜図４の実施形態の構成要素の参照符号と同じ参照符号を付してある。図５の実施形態においても、ウォーム軸１８を軸方向Ｘ１に可動する電動パワーステアリング装置１Ａにおいて、微小操舵時の良好な操舵フィーリングを確保することができる。
その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１；１Ａ…電動パワーステアリング装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、１６…電動モータ、１７…減速機、１７ａ…ハウジング、１８…ウォーム軸、１８ａ…第１端部、１８ｂ…第２端部、１９…ウォームホイール、２０…（電動モータの）回転軸、２１…継手、２５…第１軸受、２６…第２軸受、２７Ａ，２７Ｂ；２７Ｃ，２７Ｄ…弾性部材、２８…（第１軸受の）内輪、３１…（第１軸受の外輪）、４２…（第２軸受の）内輪、４５…（第２軸受の）外輪、４５ａ…外周（円筒面）、４６…低摩擦樹脂層、４６ｂ…摺接面、４７…収容孔、５０…バックラッシ除去機構、５２…押圧部材（介在部材）、５４…付勢部材（介在部材）、Ｃ１…（ウォームの）回転中心、Ｃ２…（ウォームホイールの）回転中心、Ｄ１…中心間距離、Ｘ１…（ウォームの）軸方向、Ｙ１…中心間距離を増加する方向、Ｙ２…中心間距離を減少する方向

Claims (2)

1. ウォーム軸およびウォームホイールを持つ減速機と、
   前記ウォーム軸を駆動する電動モータと、
   前記減速機を収容したハウジングと、
   前記ウォーム軸の第１端部を回転可能に支持する第１軸受と、
   前記ウォーム軸の第２端部を回転可能に支持する第２軸受と、
   ウォーム軸の軸方向に関して前記第１軸受の両側であって、前記第１軸受と前記ハウジングとの間、又は、前記第１軸受とウォーム軸との間に配置され、前記ウォーム軸を軸方向に弾性支持する一対の弾性部材と、
   前記第２軸受を押圧する部分を含み前記押圧する部分で前記第２軸受を前記ウォーム軸および前記ウォームホイールの中心間距離が減少する方向に付勢するバックラッシ除去機構と、
   前記第２軸受の外周全域に設けられ、前記ウォーム軸の軸方向移動に伴って前記バックラッシ機構の前記押圧する部分と摺接する低摩擦樹脂層と、を備えた電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１記載の電動パワーステアリング装置であって、前記ウォーム軸の第１端部と前記電動モータの回転軸との間に配置され、両軸を揺動可能に連結する継手を備え、
   前記低摩擦樹脂層の外周に、軸方向のクラウニングが施されている電動パワーステアリング装置。

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