JP2004217046A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置において、減速機構等から生じる歯打ち音等の騒音を低減するために電動モータの回転数を落とすと、電動モータの発生トルクを高める必要があり、モータ効率の低下を招いてしまう。モータ効率を低下することがなく、かつ装置の大型化を招くことのない電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電動モータ１１の出力軸１５の回転を、遊星ローラ機構１７、傘歯車を含む減速機構２１、およびボールねじ機構を含む変換機構２３等を介して転舵軸６に与える。出力軸１５の回転は遊星ローラ機構１７で減速されるので、電動モータの回転数を落とすことなく、傘歯車の回転数を落として減速機構２１等から生じる歯打ち音等の騒音を低減できる。また、減速機構２１の大歯車２０は、転舵軸６を包囲するように配置されているので、減速機構２１をコンパクトにできる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置として、操舵補助用の電動モータの駆動力を、傘歯車を含む減速機構やボールねじ機構等の回転変換機構等を介して転舵軸（ラック軸）に与える電動パワーステアリング装置が提供されている。
また、電動モータの駆動力を、第１段目の遊星歯車式減速機構と第２段目の遊星歯車式減速機構とを介して減速する減速装置も提供されている。この減速装置においては、第１段目の減速機構に、歯車に代えてローラを用いたもの等も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。歯車に代えてローラを用いることにより、減速機構から生じる騒音の低減を図っている。
【０００３】
【特許文献１】
登録実用新案第２５３８１３９号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記電動パワーステアリング装置において、電動モータの駆動力により傘歯車が回転し、回転変換機構が駆動されると、傘歯車において歯打ち音が生じ、また、回転変換機構においてボール等の転動体の転がり音等が生じ、これらの騒音により乗員に不快感を与えてしまう。
電動モータの回転数を落とし、傘歯車等の回転数を落とすことで、歯打ち音や転がり音を低減することも考えられるが、この場合、傘歯車の減速比を小さくする必要があるため、電動モータに発生させるトルクを高めなければならず、モータ効率が低下してしまう等の不具合が生じる。
【０００５】
一方、騒音を低減するために、特許文献１の減速装置を用いて電動モータの駆動力を転舵軸に与えることも考えられるが、この場合、遊星式の減速機構を２つ設ける必要があるため、装置が大型化してしまう。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、モータ効率の低下および装置の大型化を招くことなく騒音の発生を低減するように改良された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。
【０００６】
【課題を解決するための機構および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１の発明は、電動モータの出力軸に連結された入力要素を有する減速用差動伝達機構と、この減速用差動伝達機構の出力要素に連結された小歯車とこの小歯車に噛み合い転舵軸を包囲する大歯車とを含む減速機構と、この減速機構の大歯車と一体回転する回転筒を含みこの回転筒の回転を転舵軸の軸方向移動に変換する変換機構とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、電動モータの出力軸の回転は、減速用差動伝達機構で減速されて小歯車に伝達される。このため、電動モータの出力軸の回転数を落とすことなく、減速機構の小歯車、大歯車および変換機構の回転筒の回転数を落とすことができ、減速機構や変換機構で生じる騒音を低減することができる。
また、減速機構の大歯車を、転舵軸を包囲するように配置しているので、減速機構をコンパクトなものにでき、装置全体が大型化してしまうことが無い。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、上記減速用差動伝達機構は遊星ローラ機構を含むことを特徴とする。本発明によれば、電動モータの出力軸の回転を、遊星ローラ機構を用いて減速することで、減速用差動伝達機構から生じる騒音を極めて低いものとすることができ、運転者に不快感を与えることが無い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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、本発明の一実施の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を参照して、本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に一体回転可能に連結される第１操舵軸３ａと、この第１操舵軸３ａとトーションバー３ｂを介して同軸上に連絡される第２操舵軸３ｃと、この第２操舵軸３ｃと連なり転舵輪４の転舵を達成するためのラックアンドピニオン機構等からなる舵取機構５とを備える。
【００１０】
舵取機構５は、車両の左右方向に延びて配置され、軸方向に沿って移動自在な転舵軸６と、この転舵軸６の両端にタイロッド７を介して結合され、転舵輪４を支持するナックルアーム８とを備える。
転舵軸６の軸方向への移動により、転舵輪４の転舵が達成される。転舵軸６の一部には、ラック９が形成されている。このラック９には、第２操舵軸３ｃの端部に設けられて第２操舵軸３ｃと一体回転するピニオン１０が噛み合わされている。操舵部材２の操作に応じて第１および第２操舵軸３ａ，３ｃが回転駆動されると、この回転が、ピニオン１０およびラック９により転舵軸６の軸方向の移動に変換される。
【００１１】
この電動パワーステアリング装置１は、操舵補助用の電動モータ１１を駆動して転舵軸６に操舵補助力を与えるようになっている。
トーションバー３ｂを介する第１および第２操舵軸３ａ，３ｃの相対回転変位量により、操舵部材２の操作トルクを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。このトルクセンサ１２からの信号は、マイクロプロセッサ等を含む制御部Ｃに入力される。さらに、制御部Ｃには、車速を検出するための車速センサ１３からの検出信号が入力されるようになっている。
【００１２】
制御部Ｃは、トルクセンサ１２および車速センサ１３からの信号等に応じて、電動モータ１１を駆動するための駆動部としての駆動回路１４に制御信号を出力する。この制御信号を与えられた駆動回路１４は、電動モータ１１に電力を供給し、電動モータ１１を駆動する。
図２は、電動モータ１１周辺の、電動パワーステアリング装置１の部分断面図である。
【００１３】
図２を参照して、電動パワーステアリング装置１は、電動モータ１１の出力軸１５に連結された入力要素としての入力軸２６を有する減速用差動伝達機構としての遊星ローラ機構１７と、この遊星ローラ機構１７の出力要素としての出力軸３１に連結された小歯車１９とこの小歯車１９に噛み合い転舵軸６を包囲する大歯車２０とを含む減速機構２１と、この減速機構２１の大歯車２０と一体回転する回転筒２２を含みこの回転筒２２の回転を転舵軸６の軸方向移動に変換する変換機構２３とを備える。
【００１４】
電動モータ１１の出力軸１５の回転は、遊星ローラ機構１７および減速機構２１を介して転舵軸６と同軸上の回転筒２２の回転に変換され、さらに、この回転筒２２の回転が変換機構２３により転舵軸６の軸方向移動に変換され、その結果、操舵補助が達成される。
電動モータ１１のハウジング１１ａの端部は、ハウジング２４の連結口２４ａに嵌合され、両ハウジング１１ａ，２４は図示しない固定ねじにより固定されている。電動モータ１１の出力軸１５には、カップリング２５の一端部が例えば圧入により取り付けられている。また、このカップリング２５の他端部には、例えばスプライン結合により入力軸２６が固定されている。入力軸２６は、このカップリング２５を介して、出力軸１５と一体回転可能となっている。
【００１５】
遊星ローラ機構１７は、前述の入力軸２６と、入力軸２６の一端部に形成されるサンローラ１６と、キャリア２７と、キャリア２７により回転自在に保持されてサンローラ１６と係合する複数（例えば２つ）の遊星ローラ１８と、これら各遊星ローラ１８と係合するリング２８と、サンローラ１６と同軸上に配置されキャリア２７と一体回転可能な出力軸３１とを含む。
各遊星ローラ１８は、キャリア２７の対応する支軸３０にそれぞれ回転自在に支持されている。これら各遊星ローラ１８は、サンローラ１６の外周に配置されており、その円周面（軌道）が、サンローラ１６の円周面と接触している。
【００１６】
リング２８の内周の円周面は、各遊星ローラ１８の円周面と接触している。リング２８は、ハウジング２４の内周２９に回転不能に固定されている。また、各遊星ローラ１８は、サンローラ１６およびリング２８に挟まれて、予圧を付与されている。
上記の構成により、電動モータ１１の出力軸１５が回転すると、この出力軸１５と共に入力軸２６およびサンローラ１６が回転する。これに伴って、各遊星ローラ１８は、支軸３０を中心に回転（自転）すると共にサンローラ１６を中心に回転（公転）する。各遊星ローラ１８の公転に伴って、キャリア２７および出力軸３１は一体に回転する。これにより、電動モータ１１の出力軸１５の回転が減速され、出力軸３１の回転として出力される。
【００１７】
出力軸３１は、軸受３２を介してハウジング２４に回転自在に支持されている。また、出力軸３１の一端部３３には、減速機構２１の小歯車１９が一体回転可能に固定されている。
減速機構２１の小歯車１９および大歯車２０は、例えば傘歯車からなる。遊星ローラ機構１７の出力軸３１が回転すると、小歯車１９およびこの小歯車１９に噛み合わされた大歯車２０が回転して、出力軸３１の回転を減速する。
【００１８】
変換機構２３として、本実施の形態ではボールねじ機構を用いている。この変換機構２３は、ボールナットからなる前述の回転筒２２と、転舵軸６の一部に形成され、ハウジング２４に回転不能に支持されるねじ軸３４と、複数のボール等の転動体３５とを備える。
回転筒２２の外周３６には、大歯車２０が一体回転可能に固定されている。回転筒２２は、一対の軸受３７，３８を介してハウジング２４に回転自在に支持されると共に、上記の軸受３７，３８によって対応する軸方向への移動を規制されている。また、回転筒２２の内周３９には、ねじ溝４０が形成されている。上記の大歯車２０は、このねじ溝４０の外側に配置されている。
【００１９】
これにより、転舵軸６の軸方向に距離を開けてねじ溝４０と大歯車２０とを配置する従来の構成に比べて回転筒２２の全長を短くし、変換機構２３をよりコンパクトなものとしている。また、大歯車２０とねじ溝４０との軸方向の距離を短くすることで、大歯車２０の回転により回転筒２２が回転した場合に、回転筒２２と後述する転動体３５との間でこじりを生じることが無い。このため、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
【００２０】
ねじ軸３４の一部の周囲を回転筒２２が同心に包囲しており、ねじ軸３４の外周４１にねじ溝４２が形成されている。
転動体３５は、回転筒２２の内周３９のねじ溝４０と、ねじ軸３４の外周４１のねじ溝４２との間に介在しており、回転筒２２は、転動体３５を介してねじ軸３４に螺合している。また、この転動体３５は、図示しない公知の機構を用いて上記のねじ溝４０，４２内を循環されるようになっている。
【００２１】
減速機構２１の小歯車１９および大歯車２０が回転すると、回転筒２２が回転され、この回転筒２２に転動体３５を介して螺合しているねじ軸３４が、その軸方向の何れか一方に送られる。
転舵軸６の端部６１は、例えば円筒形の樹脂部材からなる少なくとも１つのブッシュ４３を介してハウジング２４にそれぞれ軸方向移動自在に支持されている（図２において、転舵軸６の一端部側のみを図示）。ブッシュ４３は、ハウジング２４に軸方向の移動を規制されて固定されている。本実施の形態では、転舵軸６にねじ軸３４を設ける範囲を通常よりも広く設定しており、転舵軸６のストロークの全範囲でねじ軸３４がブッシュ４３に接触するようにしてある。
【００２２】
ハウジング２４の両端部４５には、タイロッド７の一部、タイロッド７の端部を転舵軸６の端部に回動自在に連結するジョイント６０、および、転舵軸６のハウシング２４から突出した部分を一括して覆う、伸縮自在な蛇腹状のブーツ４６がそれぞれ取り付けられている（図２において、ハウジング２４の一方の端部４５側のみを図示）。
各ブーツ４６の一端部４７は、ハウジング２４の対応する端部４５の外周に図示しないバンド等により締め付けられることで固定されている。また、各ブーツ４６の他端部５９は、対応するタイロッド７の外周に図示しないワイヤー等により締め付けられることで固定されている。これにより、ブッシュ４３の外側（タイロッド７側）には、ハウジング２４、ブッシュ４３、転舵軸６、ブーツ４６およびタイロッド７により空間４８が区画されている。
【００２３】
空間４８は、転舵軸６のねじ軸３４のねじ溝４２を介して、ハウジング２４のブッシュ４３より内側（変換機構２３側）の空間と連通しており、空気がねじ溝４２を通って空間４８内を出入りできるようになっている。したがって、タイロッド７等の移動に伴ってブーツ４６が伸縮した場合に、ブーツ４６がハウジング２４やタイロッド７から外れたり、内側にへこんで噛み込みを起こしたりすることを防止できる。
【００２４】
また、転舵軸６のねじ軸３４のねじ溝４２は、変換機構２３の転動体３５と接触しうる領域については研磨加工を行う必要があるが、それ以外の領域については旋削加工のみでよく、空間４８内を出入りする空気の通路の形成をコスト安価に実現している。さらに、転舵軸６やハウジング２４に空間４８内の空気を出入りさせる孔を別途設ける必要が無いため、転舵軸６やハウジング２４の強度が低下してしまうことが無い。
【００２５】
本実施の形態によれば、電動モータ１１の出力軸１５の回転は、遊星ローラ機構１７で減速されて小歯車１９に伝達される。このため、電動モータ１１の出力軸１５の回転数を落とすことなく、減速機構２１の小歯車１９、大歯車２０および変換機構２３の回転筒２２の回転数を落とすことができ、減速機構２１や変換機構２３で生じる騒音を低減することができる。
また、減速機構２１の大歯車２０を、転舵軸６を包囲するように配置しているので、減速機構２１をコンパクトなものにでき、電動パワーステアリング装置１全体が大型化してしまうことが無い。
【００２６】
さらに、電動モータ１１の出力軸１５の回転を、遊星ローラ機構１７を用いて減速することで、減速用差動伝達機構から生じる騒音を極めて低いものとすることができ、運転者に不快感を与えることが無い。
図３は、本発明の別の実施の形態を示している。図３を参照して、本実施の形態が図２の実施の形態と異なるのは、図２の実施の形態では、変換機構２３としてボールねじ機構を用いたが、本実施の形態では、これに代えて、公知のベアリングねじ機構を変換機構５０として用いた点である。変換機構５０では、ベアリングナットからなる回転筒５１に所定の傾きで複数の転がり軸受５２を配し、各転がり軸受５２の外輪５３を回転筒５１に保持する一方、各転がり軸受５２の内輪５４の内周のねじ山５５を転舵軸６のねじ軸３４のねじ溝４２に嵌合させる。
【００２７】
なお、回転筒５１は、ピン等の連結部材５６を介して一体回転可能に連結される互いに同心の第１および第２の部分５７，５８を有する。第１の部分５７は、図２の実施の形態の回転筒２２と同様の構成であり、図示していないが、減速機構２１の大歯車２０等を設けている。また、第２の部分５８は、その内周に設けた傾斜状の周溝に上記転がり軸受５２の外輪５３を保持している。
本実施の形態においても、図２の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、変換機構５０としてベアリングねじ機構を用いることで、ボールねじ機構を用いた場合よりも、変換機構５０に生じる騒音をより低減することができる。
【００２８】
本発明は、以上の実施の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、電動モータ１１の出力軸１５が遊星ローラ機構１７の入力軸２６を兼用するようにしても良い。
また、遊星ローラ機構１７のサンローラ１６、キャリア２７およびリング２８のうち、何れか１つの要素をハウジング２４に固定し、残りの２要素をそれぞれ、入力軸２６および出力軸３１に連結すれば良い。
【００２９】
また、減速用差動伝達機構として遊星ローラ機構１７を用いる構成としたが、これに代えて、遊星歯車減速機やボール減速機等の他の減速用差動伝達機構を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の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２】電動モータ周辺の、電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
【図３】本発明の別の実施の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。
【符号の説明】
６ 転舵軸
１１ 電動モータ
１５ 出力軸
１７ 遊星ローラ機構（減速用差動伝達機構）
１９ 小歯車
２０ 大歯車
２１ 減速機構
２２ 回転筒
２３ 変換機構
２６ 入力軸（入力要素）
３１ 出力軸（出力要素）
５０ 変換機構
５１ 回転筒

Claims (2)

1. 電動モータの出力軸に連結された入力要素を有する減速用差動伝達機構と、
   この減速用差動伝達機構の出力要素に連結された小歯車とこの小歯車に噛み合い転舵軸を包囲する大歯車とを含む減速機構と、
   この減速機構の大歯車と一体回転する回転筒を含みこの回転筒の回転を転舵軸の軸方向移動に変換する変換機構とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、上記減速用差動伝達機構は遊星ローラ機構を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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