JP2004314770A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト伝動にて減速する電動パワーステアリング装置において、振動や騒音を低減すること。
【解決手段】歯付きの入力プーリ２８と歯付きの出力プーリ２９との間に歯付きのベルト３０を巻き回し、電動モータ１５の動力をベルト３０を介して伝達し減速する。電動モータ１５の出力軸１６に一体回転する入力軸２７に入力プーリ２８を設ける。出力プーリ２９は操舵軸６を取り囲むボールナット４４と一体回転する。ベルト３０は、ベルト幅方向に対して例えば１０度以下の傾斜角度で傾斜するはす歯３０ｔを有する。入、出力プーリ２８，２９も同様のはす歯を有する。ベルト３０と各プーリ２８，２９の噛み合いの変化を滑らかになり、振動、騒音が低減される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータにより操舵補助力を発生する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】
ラックアシスト式電動パワーステアリング装置では、電動モータの出力軸の回転をプーリ・ベルト機構からなる減速機構を介して減速した後、ラック軸を包囲する例えばボールねじ機構を介してラック軸の軸方向移動に変換するようにしている（例えば、特許文献１）。
この場合、電動モータとラック軸との間の動力伝達経路にベルトが介在することになるので、ラック軸からの衝撃荷重や振動が電動モータに伝達されることがないという利点がある。
【０００３】
【特許文献１】
特公平４−２８５８３号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ベルトの滑りによるトルク伝達ロスを軽減するため、上記のプーリ・ベルト機構に、歯付きプーリ、歯付きベルトを用いることが考えられる。
しかしながら、操舵時のベルトと各プーリとの歯の噛み合いにより、振動や騒音が生じ、これがハウジングに伝達され、車室内に伝搬して騒音となる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明の課題はベルト伝動にて減速する電動パワーステアリング装置において、振動や騒音を低減することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するため、第１発明は、操舵補助力を発生する電動モータと、電動モータの出力回転を減速する減速機構とを備え、前記減速機構は、電動モータにより駆動される入力プーリと、操舵軸に連結される出力プーリと、入力プーリと出力プーリとの間を連結するベルトとを含む電動パワーステアリング装置において、前記ベルトがはす歯を有する歯付きベルトからなると共に、前記入力プーリおよび出力プーリは、前記歯付きベルトのはす歯に対応したはす歯を有する歯付きプーリからなることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明では、ベルトと各プーリの歯の噛み合いの変化を滑らかにすることができ、振動や騒音を格段に低減することができる。
第２発明は、第１発明において、ベルト幅方向に対するはす歯の傾斜角度は１０度以下に設定されることを特徴とするものである。仮に、はす歯の傾斜角度が１０度を超えると、ベルトが受けるスラスト力が過大となり、ベルトがサイドに偏って、その端面が摩耗し易くなるおそれがあるが、はす歯の傾斜角度を１０度以下に設定することで、ベルトの偏りや摩耗の発生を抑制し、耐久性を向上することができる。
【０００８】
【発明の好ましい実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の第１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、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１は、操舵部材としてのステアリングホイール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５４を介して連結される中間軸５０と、中間軸５０に自在継手５５を介して連結されるピニオン軸５１と、ピニオン軸５１の先端部に設けられたピニオン４に噛み合うラック５を有して車両の左右方向に延びる操舵軸としてのラック軸６とを有している。
【０００９】
ラック軸６の両端部にはそれぞれタイロッド７が結合されており、各タイロッド７は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する車輪８に連結されている。ステアリングホイール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４およびラック５によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸６の直線運動に変換される。これにより、車輪８の転舵が達成される。
【００１０】
ステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連なる入力軸９と、ピニオン４に連なる出力軸１０とに分割されており、これら入、出力軸９，１０はトーションバー１１を介して同一の軸線上で互いに連結されている。
トーションバー１１を介する入、出力軸９，１０間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ１２が設けられており、このトルクセンサ１２のトルク検出結果は制御部１３に与えられる。制御部１３では、トルク検出結果や車速検出結果等に基づいて、ドライバ１４を介して操舵補助用の電動モータ１５への印加電圧を制御する。電動モータ１５の出力軸１６（図２参照）の回転が、プーリ・ベルト機構を含む減速機構１７を介して減速される。減速機構１７の出力回転は変換機構１８を介してラック軸６の軸方向移動に変換され、操舵が補助される。本電動パワーステアリング装置１はいわゆるラックアシストタイプである。
【００１１】
次いで、図２は電動パワーステアリング装置１の要部拡大図であり、図３は図２のＩＩＩ − ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
これらの図を参照して、電動モータ１５のモータハウジング２０は、第１のハウジング２１を介して第２のハウジング１９に固定されている。電動モータ１５は、第２のハウジング１９に併設されている。第１のハウジング２１は減速機構１７の後述する入力プーリ２８を保持する。第２のハウジング１９はラック軸６を収容するラックハウジングとして機能する。
【００１２】
第１のハウジング２１は全体が筒状をなし、一対の対向部としての取付フランジ２２を設けて、断面略Ω字形形状をなしている。第２のハウジング１９は、第１のハウジング２１の取付フランジ２２に相対向する対向部としての取付フランジ２３を有している。両取付フランジ２２，２３間にシム等のスペーサ２４を介在させた状態で、両取付フランジ２２，２３がねじ２５により互いに締結されている。ねじ２５は、例えば取付フランジ２２のねじ挿通孔２２ａを挿通して取付フランジ２３のねじ孔２３ａにねじ込まれる。スペーサ２４の厚み調整によって第１ハウジング２１と第２ハウジング１９との間の距離を調整し、これにより、図３に示すように、入、出力プーリ２８，２９の軸心２８ａ，２９ａ間の距離（中心間距離Ｄ）の調整を通じて、ベルト３０のテンション調整を達成する。
【００１３】
減速機構１７は、電動モータ１５の出力軸１６に、例えばスプライン３１ａを用いる継手２６を介して同軸上に連結される入力軸２７と、入力軸２７の軸方向中間部に一体回転可能に設けられる小径の入力プーリ２８と、操舵軸としてのラック軸６の周囲を取り囲んで配置される大径の出力プーリ２９と、入、出力プーリ２８，２９間に巻き回される歯付きベルト３０とを備える。
図４を参照して、歯付きベルト３０は、ベルト幅方向Ｗに対して歯すじが所定の傾斜角度Ａで傾斜したはす歯３０ｔを有しており、入力プーリ２８は、入力軸２７の外周に、歯付きベルト３０のはす歯３０ｔに噛み合う傾斜角度Ａで傾斜したはす歯２８ｔを円周等配に形成した歯付きプーリとして構成される。出力プーリ２９も同様に傾斜角度Ａで傾斜したはす歯２９ｔを円周等配に形成した歯付きプーリが用いられる。上記の傾斜角度Ａとしては、１０度以下（Ａ≦１０°）とすることが、ベルト３０の受けるスラスト力を軽減するうえで好ましい。
【００１４】
再び図２を参照して、入力軸２７は第１及び第２の端部３１，３２を有しており、第１及び第２の端部３１，３２は、それぞれ対応する軸受３３，３４を介して第１のハウジング２１の対応する支持孔３５，３６により回転自在に支持されている。
また、入力軸２７の第１の端部３１は継手２６を介して電動モータ１５の出力軸１６に一体回転可能に連結されている。
【００１５】
第１のハウジング２１は、モータハウジング２０から出力軸１６が突出する部分を覆うようにモータハウジング２０に連結される連結ハウジング３７と、この連結ハウジング３７と共同して減速機構１７の主要部を収容する収容室３８を区画するための減速機構ハウジング３９とを備える。
連結ハウジング３７は筒状をなし、内部に前記の継手２６を収容する。連結ハウジング３７は周壁部４０と端壁部４１を有し、端壁部４１には前記の支持孔３５が設けられている。
【００１６】
減速機構ハウジング３９は、連結ハウジング３７の周壁部４０に液密的に嵌合する周壁部４２と、端壁部４３とを有している。端壁部４３に前記の支持孔３６が設けられている。連結ハウジング３７と減速機構ハウジング３９で区画される収容室３８内には、入力プーリ２８が収容されている。前記の取付フランジ２２は連結ハウジング３７及び減速機構ハウジング３９の双方に設けられている。
変換機構１８としては、例えばボールねじ機構又はベアリングねじ機構（例えば特開２０００−４６１３６号公報参照）を用いて回転運動を直線運動に変換することができる。本実施の形態では、ボールねじ機構が用いられる例に則して説明する。変換機構１８はラック軸６の周囲を取り囲む回転筒としてのボールナット４４を備える。
【００１７】
ボールナット４４は、ラック軸６の途中部に形成されたボールねじ溝６ａにボール４５を介して螺合しており、これにより変換機構１８が構成されている。ボールナット４４はラックハウジング１９に軸受４６を介して回転自在に支持されている。また、ボールナット４４の外周部４７には前記の出力プーリ２９が一体回転可能に嵌め合わされている。具体的には、ボールナット４４の外周部４７に形成された段部４８と、外周部４７のねじ部４９にねじ込まれた固定ねじ５０との間に出力プーリ２９を挟持することで、出力プーリ２９をボールナット４４に固定している。
【００１８】
本実施の形態によれば、各プーリ２８，２９およびベルト３０にはす歯２８ｔ，２９ｔ，３０ｔを用いることで、歯の噛み合いによる振動や騒音を低減することができるので、車室内に伝搬される振動や騒音を格段に低減することができる。特に、はす歯２８ｔ、２９ｔ、３０ｔの傾斜角度Ａを１０度以下に設定することで、ベルト３０の偏りや摩耗の発生を抑制することができ、その結果、耐久性を向上させることができる。
【００１９】
しかも、シム調整によりベルト３０のテンションを容易且つ安価に調整することができるので、ベルト３０に関する騒音をより低減することができる。
上記傾斜角度Ａの最も好ましい角度範囲としては、５度〜１０度である。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、変換機構として、上記のボールねじ機構に代えて、ベアリングねじ機構を用いることができる。
また、入力軸２７の同軸上に一対の入力プーリ２８を設け、操舵軸を包囲する一対の出力プーリ２９を設け、相対応する入、出力プーリ２８，２９間をそれぞれ連結する一対のベルト３０を設けるようにしても良い。この場合、各ベルト３０のはす歯３０ｔを互いに逆向きに傾斜させるようにしても良いし、ともに同方向に傾斜させるようにしても良い。また、一対の入力プーリ２８間で、はす歯２８ｔの位相を互いに逆位相にするようにしても良い。
【００２０】
更には、図５に示すように、ステアリングシャフト３の出力軸１０の中途にプーリ・ベルト機構を含む減速機構１７を介して操舵補助用の電動モータ１５の回転を伝え、中間軸５０及びピニオン軸５１を介してラック軸６を移動させる構成としても良く、また、図６に示すように、ピニオン軸５１の中途にプーリ・ベルト機構を含む減速機構１７を介して操舵補助用の電動モータ１５の回転を伝えラック軸６を移動させる構成としてもよい。これらの場合、変換機構１８としてのボールねじ機構等のねじ機構が不要となる。また、減速機構１７の出力プーリ２９はステアリングシャフト３又はピニオン軸５１に一体回転可能に設けられることになる。
【００２１】
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【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】電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ −ＩＩＩ 線に沿う概略断面図である。
【図４】減速機構の模式図である。
【図５】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模式図である。
【図６】本発明のさらに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模式図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
２ ステアリングホイール（操舵部材）
６ ラック軸（操舵軸）
６ａ ボールねじ溝
１５ 電動モータ
１６ 出力軸
１７ 減速機構（プーリ・ベルト機構）
１８ 変換機構（ボールねじ機構）
１９ 第２のハウジング（ラックハウジング）
２０ モータハウジング
２１ 第１のハウジング
２７ 入力軸
２８ 入力プーリ（歯付きプーリ）
２９ 出力プーリ（歯付きプーリ）
３０ ベルト（歯付きベルト）
２８ｔ，２９ｔ，３０ｔ はす歯
Ａ 傾斜角度
Ｗ ベルト幅方向
４４ ボールナット（回転筒）
４５ ボール

Claims (2)

1. 操舵補助力を発生する電動モータと、電動モータの出力回転を減速する減速機構とを備え、前記減速機構は、電動モータにより駆動される入力プーリと、操舵軸に連結される出力プーリと、入力プーリと出力プーリとの間を連結するベルトとを含む電動パワーステアリング装置において、
   前記ベルトがはす歯を有する歯付きベルトからなると共に、前記入力プーリおよび出力プーリは、前記歯付きベルトのはす歯に対応したはす歯を有する歯付きプーリからな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、ベルト幅方向に対するはす歯の傾斜角度は１０度以下に設定される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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