JP2006088848A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォーム型減速機構での騒音の発生を抑制するとともに、電動モータに過大な負荷がかかることを防止する。
【解決手段】操舵部材１の操作に応じて電動モータ５を駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、操舵軸２（出力軸１２）に嵌着されたウォームホイール６２と、電動モータ５の回転軸５ａに連結されウォームホイール６２に噛み合うウォーム軸６１とを備える。ウォーム軸６１は鼓形であって、その歯部は軸方向一方側の第１歯部６１Ａと、軸方向他方側の第２歯部６１Ｂとからなる。これら第１と第２の歯部６１Ａ，６１Ｂは、互いに近づくようバネ１８，１９等の弾力付勢手段により軸方向中央側に向けて弾力付勢されている、
【選択図】図１

Description

本発明は、運転者により行われるステアリングホイール（ハンドル）等の操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して運転者の操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関し、特には、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

上記電動パワーステアリング装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータと、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構と、トルクセンサ等のセンサ信号に基づいて電動モータを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

減速機構は、例えば、電動モータの回転軸に連結されたウォーム軸と、操舵軸に嵌着されたウォームホイールとからなり、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いにより、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達することで、運転者のステアリングホイールの操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータが発生する操舵補助トルクとの和を、出力トルクとしてステアリング機構に与える。

上記の減速機構において、ウォーム軸とウォームホイールとの歯間のバックラッシュが大きいと、転舵時等に両者間で歯打ちにより騒音が発生し、この騒音は操舵軸や、この操舵軸を回転可能に支持するハウジング、コラム等を介して車室内に伝播する。

これに対しては、ウォーム軸をバネ等でウォームホイール側に押圧して、バックラッシュがない状態でウォーム軸とウォームホイールとを噛合させることが行われている。しかし、ウォーム軸を押圧する荷重が高荷重であると、減速機構の回転トルクが大きくなり、電動モータの負荷が過大になるという問題が生じる。

反対に、ウォーム軸を押圧する荷重を低荷重にすると、動力伝達時にウォーム軸がウォームホイールから遠ざかる側に撥ね上げられてしまい、回転トルクが安定しなくなったり、ウォーム軸がバネ等の押圧力に抗してラジアル方向に頻繁に動くことで、叩き音が発生したりする問題がある。
特開２００３−１８２６０１号公報

本発明は、ウォーム型の減速機構での騒音の発生を抑制するとともに、電動モータに過大な負荷がかかる等の不具合の発生を防止することを課題とする。

本発明による電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、操舵軸に嵌着されたウォームホイールと、電動モータの回転軸に連結され上記ウォームホイールに噛み合う鼓形のウォーム軸とを備え、上記ウォーム軸の歯部は、軸方向一方側の第１歯部と、軸方向他方側の第２歯部とからなり、これら第１と第２の歯部は互いに近づくよう軸方向中央側に向けて弾力的に付勢されていることを特徴とするものである。

上記の構成において、ウォーム軸の第１と第２の歯部には、バネや、ゴムのような弾性体、その他の弾力付勢手段により軸方向に弾力付勢される。

上記構成の電動パワーステアリング装置では、ウォーム軸の２つの歯部は軸方向内側に弾力付勢されているので、これらの歯部は、実質的にバックラッシュがなく、がたつきのない状態でウォームホイールと噛み合うことになり、バックラッシュに起因する騒音の発生を防止することができる。

この場合、ウォーム軸の歯部は、ウォームホイールの歯部と周方向に幅広い範囲で噛み合い、噛み合い率が増すから、摩耗が少ない状態で大きな回転動力の伝達が可能となるとともに、耐久性が向上する。

さらに、過大な負荷がかかった場合、従来のウォーム型の減速機構では、ウォーム軸から電動モータの回転軸に大きなスラスト荷重が作用して、電動モータの軸受を破損させる等のおそれがあるが、本発明では、ウォーム軸のいずれかの歯部が軸方向に変位して、電動モータの回転軸に過大なスラスト荷重が作用しないようにするので、電動モータにおいて軸受の破損等のおそれがない。

また、上記のように、過負荷時にウォーム軸のいずれかの歯部が軸方向に変位するので、従来、ウォーム軸をラジアル方向に沿ってウォームホイール側に弾力的に押圧するようにしたもののように、ウォーム軸がラジアル方向に変位して、回転トルクが不安定になったり、叩き音を発生したりすることがない。

このほか、ウォーム軸とウォームホイールとの軸間寸法が所定の値からずれていても、本発明では、ウォームホイールに対してウォーム軸の２つの歯部が軸方向に変位して、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いが自動的に調整されることになるので、ウォーム軸とウォームホイールとの軸間寸法を正確に設定する必要がない。

本発明によれば、ウォーム型の減速機構での騒音の発生を抑制することができ、しかも、電動モータに過大な負荷がかからないようにして電動モータの軸受の破損等の不具合の発生を防止しうる。

以下、図１および図２を参照して、本発明による最良の形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。図１は、同電動パワーステアリング装置の減速機構の断面図で、関連する構成を併せて図示している。図２は、図１の減速機構の噛み合い部分の拡大断面図である。

本形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールのような操舵部材１に一端が固着された操舵軸２と、その操舵軸２の他端に連結されたラックピニオン機構等からなるステアリング機構３と、操舵部材１の操作によって操舵軸２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、操舵部材１の操舵操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助トルクを発生させる電動モータ５と、電動モータ５が発生する操舵補助トルクを操舵軸２に伝達する減速機構６と、トルクセンサ４等からのセンサ信号に基づき電動モータ５の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）７とを備える。

上記電動パワーステアリング装置を搭載した車両においては、運転者が操舵部材１を操作すると、その操作による操舵トルクはトルクセンサ４により検出される。電子制御ユニット７は、その検出された操舵トルク等の情報に基づいて、電動モータ５を駆動制御する。これにより、電動モータ５は操舵補助トルクを発生し、その操舵補助トルクが減速機構６を介して操舵軸２に伝達されることで、運転者の操舵部材１の操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータ５が発生する操舵補助トルクとの和が、出力トルクとしてステアリング機構３に与えられる。

ステアリング機構３では、入力軸の回転が出力軸であるラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材８を介して操向用の車輪９に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪９の向きが変わる。

上記の電動パワーステアリング装置において、操舵軸２の中途部は、筒状の入力軸１０と、トーションバー１１と、筒状の出力軸１２とから構成されている。入力軸１０は、その筒状内部に挿入したトーションバー１１と、圧入または径方向に貫通するピン１３により連結され、この入力軸１０およびトーションバー１１の上端部は、操舵軸２の上部を構成する軸（図示省略）の下端部に連結されている。トーションバー１１は、その中間部に長尺で細径のねじり領域を有するもので、大径の上端部が前記したように入力軸１０に連結されるとともに、同じく大径の下端部が出力軸１２の筒状内部に挿入されて、径方向に貫通するピン１４により出力軸１２に連結されている。このトーションバー１１の外周で、入力軸１０と出力軸１２とは、トーションバー１１の中間部の側に延出して互いに軸方向に対向している。トルクセンサ４は、入力軸１０と出力軸１２との軸方向対向部の外周に配置されている。

減速機構６は、駆動ギヤとして電動モータ５の回転軸５ａに連結されたウォーム軸６１と、従動ギヤとして出力軸１２の外周に嵌着されたウォームホイール６２とからなり、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とは互いに噛み合う状態で、ギヤハウジング１５の内部に収容されている。

ギヤハウジング１５は、内部にウォーム軸６１を収容するウォーム軸収容部１５１と、ウォームホイール６２を収容するウォームホイール収容部１５２と、電動モータ５を装着するための装着部１５３とを有し、装着部１５３には、電動モータ５がその回転軸５ａを内向きにして装着されている。

ギヤハウジング１５のウォーム軸収容部１５１内において、ウォーム軸６１は、鼓形のウォーム軸であって、軸方向一方側（図では左側）の第１歯部６１Ａと、軸方向他方側（図では右側）の第２歯部６１Ｂと、これら両歯部６１Ａ，６１Ｂを軸方向に貫通する軸部６１Ｃとで構成されており、軸部６１Ｃの両端にそれぞれ設けた軸受１６，１７を介してウォーム軸収容部１５１内に回転可能に支持されている。

ウォーム軸６１の第１と第２の歯部６１Ａ，６１Ｂは、鼓形の歯部をその最小径部で分割した形状で、したがって、各歯部６１Ａ（６１Ｂ）は他の歯部６１Ｂ（６１Ａ）と対向する側に小径端がある。これら第１と第２の歯部６１Ａ，６１Ｂは、互いに近接離間しうるよう、軸方向に沿って所定小範囲、変位可能となっている。本実施形態では、第１と第２の両歯部６１Ａ，６１Ｂが、軸部６１Ｃに形成したスプライン部６１Ｃｓにスプライン嵌合しており、軸部６１Ｃと一体に回転する状態で軸方向に変位しうる。

そして、第１と第２の歯部６１Ａ，６１Ｂは、それぞれバネ１８，１９により、他の歯部６１Ｂ，６１Ａに近づく方向に弾力付勢されている。第１歯部６１Ａでは、その大径端と同側にある軸受１６との間にバネ１８が圧縮介装され、第２歯部６１Ｂでは、その大径端と同側にある軸受１７との間にバネ１９が圧縮介装されている。なお、両軸受１６，１７の軸方向内側には、バネ１８，１９の端部を受け止めるリング２０が設けられている。電動モータ５側の軸受１７の軸方向外側には、当該軸受１７の軸方向位置を規制する押え環２１が設けられている。

ウォーム軸６１の軸部６１Ｃの一方の端部（電動モータ５側の端部）は、この端部にセレーション嵌合する筒体２２を介して、電動モータ５の回転軸５ａに同軸に結合されている。

ギヤハウジング１５のウォームホイール収容部１５２内において、ウォームホイール６２は、出力軸１２の外周面に嵌着されている。

上記構成において、電動モータ５の回転は、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とを介して、操舵軸２を構成する出力軸１２に伝わる。この際、ウォーム軸６１とウォームホイール６２の歯間のバックラッシュが大きいと、従来のこの種の減速機構では、転舵時等に歯打ちにより騒音を発生する。

ところが、本発明の装置では、ウォーム軸６１の２つの歯部６１Ａ，６１Ｂは軸方向に弾力付勢されているので、これらの歯部６１Ａ，６１Ｂは、実質的にバックラッシュがなく、がたつきのない状態でウォームホイール６２と噛み合っている。より具体的に説明すると、たとえば、ウォーム軸６１によりウォームホイール６２が図面上、時計方向に回転駆動されていて、ウォーム軸６１の第１歯部６１Ａの各歯がウォームホイール６２の歯の回転方向（時計方向）背面に圧接するとすれば、第２歯部６１Ｂの各歯は、ウォームホイール６２の歯の回転方向（時計方向）前面に当接し、ウォームホイール６２の歯の回転方向前面にも回転方向背面にもウォーム軸６１の歯が当接することになり、実質的にウォーム軸６１とウォームホイール６２の歯間のバックラッシュはなくなっている。そのため、バックラッシュに起因する騒音の発生を防止することができる。

また、ウォーム軸６１の両歯部６１Ａ，６１Ｂの歯は、ウォームホイール６２の歯と周方向に幅広い範囲で噛み合うので、噛み合い圧力が幅広い範囲に分散され、摩耗が少ない状態で大きな回転動力の伝達が可能となる。これとともに、摩耗が減少し、耐久性が増す。

さらに、過大な負荷がかかった場合、従来のウォーム型の減速機構では、ウォーム軸から電動モータの回転軸に大きなスラスト荷重が作用して、電動モータの軸受を破損させる等のおそれがあるが、本発明では、ウォーム軸６１のいずれかの歯部６１Ａ，６１Ｂが軸方向に変位して、電動モータ５の回転軸５ａに過大なスラスト荷重が作用しないようにするので、電動モータ５において軸受の破損等のおそれがない。

また、従来、ウォーム軸をラジアル方向に沿ってウォームホイール側に弾力的に押圧するようにしたものでは、ウォーム軸がラジアル方向に変位して、回転トルクが不安定になったり、叩き音を発生したりするが、本発明では、そのような回転トルクの不安定化や叩き音の発生のおそれがない。

このほか、従来のこの種のウォーム型の減速機構では、ウォーム軸とウォームホイールとの軸間寸法を正確に設定する必要があるが、本発明では、ウォームホイール６２に対してウォーム軸６１の２つの歯部６１Ａ，６１Ｂが軸方向に変位することで、両者の噛み合いが自動的に調整される。そのため、ウォーム軸６１とウォームホイール６２との軸間寸法を正確に設定しなくても、所要の動作をする減速機構６を組み立てることができる。

本発明の最良の形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構の断面図で、関連する構成を併せて図示している。 図１の減速機構の噛み合い部分の拡大断面図

符号の説明

１ 操舵部材
２ 操舵軸
５ 電動モータ
５ａ 回転軸
６ 減速機構
６１ ウォーム軸
６１Ａ 第１歯部
６１Ｂ 第２歯部
６１Ｃ 軸部
６２ ウォームホイール
１２ 出力軸
１８，１９ バネ

Claims (1)

1. 操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   操舵軸に嵌着されたウォームホイールと、
   電動モータの回転軸に連結され上記ウォームホイールに噛み合う鼓形のウォーム軸とを備え、
   上記ウォーム軸の歯部は、軸方向一方側の第１歯部と、軸方向他方側の第２歯部とからなり、これら第１と第２の歯部は互いに近づくよう軸方向中央側に向けて弾力的に付勢されている、
   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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