JP2005161894A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏倚可能に支持される小歯車と大歯車とを備える電動パワーステアリング装置において、両歯車間の芯間距離の変動が大きい場合でも、バックラッシの発生を防止でき、且つトルクロスの増大を防止できること。
【解決手段】筒状部材４７、環状弾性部材５０および弾性部材６１を用いて、ウォーム軸２６の第１の端部２９およびこれを支持する第１の軸受３２を、軸方向Ｓならびに第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２に弾性的に偏倚可能に支持し、ウォーム軸２６をウォームホイール側（第１径方向Ｒ１）へ付勢する。筒状部材４７は、スリット５３が設けられて第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２に弾性変形可能にされる。第１の保持孔４０に対する第１の端部２９および第１の軸受３２の偏倚を、筒状部材４７、環状弾性部材５０および弾性部材６１が弾性変形しつつ受ける。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に用いられる歯車の支持に関するものである。

一般に、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）には、小歯車およびこの小歯車に噛み合う大歯車を含む減速機構が用いられている。例えばコラム型ＥＰＳでは、モータ軸の回転力を小歯車としてのウォーム軸に伝え、さらに大歯車としてのウォームホイールに伝えることでモータの出力を増幅して舵取り機構に伝達し、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適度なバックラッシが必要であるが、例えば悪路を走行してタイヤからの反力（逆入力）を受けた場合、バックラッシに起因する歯打ち音（ラトル音）が発生することがある。
上記歯打ち音の発生を防止するためには、加工精度の範囲内でバックラッシ量を厳密に調整しておく必要がある。具体的には、ウォーム軸およびウォームホイールを組付けるときに、各部品を寸法精度のばらつき度合に応じて選別し、互いの組合せ精度が適正になるもの同士を組み合わせるようにしている（いわゆるマッチング作業）。

しかしながら、マッチング組み立てにより、初期にはバックラッシが適切な範囲に設定されていたとしても、経時劣化による歯部の磨耗等によりバックラッシが増大し、異音を発生する虞がある。また、ウォームホイールが合成樹脂を含む場合、使用時の温度膨張や吸湿膨潤等により、バックラッシが詰まりトルクロスの増大を招く虞がある。
そこで、ウォーム軸を径方向に偏倚可能に支持すると共に、ウォーム軸をウォームホイール側へ弾性的に付勢することで、両歯車の噛み合いのバックラッシを無くして異音の発生を防止すると共にトルクロスの増大を防止することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、ウォーム軸支持用の軸受を保持するハウジングの保持孔の内周面の一部に凹部を形成すると共に、上記軸受の外輪に弾性を有するＯリングを巻き、Ｏリングが保持孔と軸受との間で圧縮されて生じる弾性反発力による付勢力によって、ウォーム軸をウォームホイール側へ付勢するようになっている。
特開平１０−２８１２３５号公報。

特許文献１では、ウォームホイールの歯部に磨耗が生じた場合、ウォーム軸をウォームホイール側へ偏倚することで、すなわちウォーム軸の軸線とウォームホイールの軸線との距離（芯間距離）を詰めることで、バックラッシを生じないようにしている。しかしながら、ウォーム軸のウォームホイール側への偏倚量が多くなって芯間距離が所定量を超えて減少すると、保持孔と軸受によるＯリングの圧縮が解除されてしまい、ウォーム軸をウォームホイール側へ付勢できなくなってしまう。その結果、ウォーム軸とウォームホイールの間にバックラッシが生じて騒音が生じてしまう。

一方、ウォームホイールに温度膨張や吸湿膨潤が生じた場合には、ウォーム軸をウォームホイールから遠ざかる方向へ偏倚することで、すなわち上記の芯間距離を増大することで、噛み合い抵抗の増大を防止してトルクロスの増大を防止している。しかしながら、ウォーム軸のウォームホイールから遠ざかる方向への偏倚量が多くなって芯間距離が所定量を超えて増大すると、Ｏリングが保持孔と軸受との間で過大に押しつぶされて、軸受およびウォーム軸の偏倚が規制されてしまう。その結果、噛み合い抵抗が増大してトルクロスが増大してしまう。

同様の課題は、ウォーム軸およびウォームホイール以外の他の一般の歯車を有する電動パワーステアリング装置にも存在する。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、偏倚可能に支持される小歯車と大歯車の芯間距離の変動が大きい場合でも、バックラッシの発生を防止でき、且つトルクロスの増大を防止できる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。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵補助用の電動モータの出力回転を小歯車およびこの小歯車に噛み合う大歯車を介して舵取り機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、小歯車の第１および第２の端部のそれぞれを回転自在に支持する一対の軸受と、少なくとも一方の軸受の外輪に嵌合されて当該軸受を保持すると共に、軸受の軸方向に延びるスリットを有して径方向に伸縮可能な筒状部材と、筒状部材を小歯車の径方向大歯車側に偏倚可能に保持する保持孔を含むハウジングと、筒状部材の外周面と保持孔の内周面との間に介在し、スリットを横切る環状弾性部材とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、環状弾性部材の弾性変形（線径の変化）に加え、筒状部材の弾性変形によって、小歯車の対応する第１および第２の端部を径方向に弾性的に十分大きく偏倚させることができる。したがって、例えば大歯車の歯部に磨耗が生じて、小歯車が大歯車側へ偏倚され、小歯車の軸線と大歯車の軸線との距離（芯間距離）が所定量を超えて大きく減少した場合でも、小歯車を大歯車側へ付勢することができる。その結果、小歯車と大歯車の間にバックラッシが生じることを防止して異音の発生を防止できる。さらに、例えば大歯車が合成樹脂により形成されており、温度膨張や吸湿膨潤を生じた場合には、小歯車を大歯車から遠ざかる方向へ十分に偏倚させることができるので、噛み合い抵抗の増大を防止してトルクロスの増大を防止することができる。

本発明では、上記スリットは、筒状部材の一端部から他端部に向けて延びる第１のスリットと、筒状部材の他端部から一端部に向けて延びる第２のスリットとをそれぞれ複数含み、第１および第２のスリットは、筒状部材の周方向に交互に配置される場合がある。この場合、筒状部材の一端部と他端部の両方を径方向に十分に伸縮させることができ、小歯車の対応する第１および第２の端部の偏倚量をより多く確保することができる。

本発明では、上記筒状部材の外周面および保持孔の内周面の少なくとも一方に、環状弾性部材を保持するための周溝を設ける場合がある。この場合、環状弾性部材を周溝に嵌め合わせるのみで容易に組み付けることができる。
本発明では、上記筒状部材の少なくとも一方の端面と当該端面に対向する対向部材との間に弾性部材を介在させる場合がある。この場合、筒状部材を軸方向にも弾性的に偏倚でき、軸受および小歯車の対応する第１および第２の端部の偏倚量をより多く確保することができる。

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、本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置１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１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結され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、この中間軸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の先端部に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を形成して車両の左右方向に延びるラック軸１０とを有している。

ラック軸１０の両端部にはそれぞれタイロッド１１が連結されており、各タイロッド１１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１２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、この回転は中間軸５等を介してピニオン８に伝達され、ピニオン８およびラック９によって、車両の左右方向に沿うラック軸１０の直線運動に変換される。これにより車輪１２の転舵が達成される。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる筒状の入力軸としての第１の操舵軸１３と、中間軸５等を介してピニオン軸７に連なる出力軸としての第２の操舵軸１４とを有している。これら第１および第２の操舵軸１３，１４は、トーションバー１５を介して同軸上に互いに連結されている。
トーションバー１５を介する第１の操舵軸１３と第２の操舵軸１４との相対回転変位量を検出するトルクセンサ１６が設けられている。このトルクセンサ１６の検出信号は、制御部１７に与えられる。制御部１７は、トルクセンサ１６からの検出信号に基づいて操舵部材２に加えられた操舵トルクを算出し、算出した操舵トルクや車速センサ２２からの車速検出信号等に基づいて、ドライバ１８を介して操舵補助用の電動モータ１９への印加電圧を制御する。これにより、電動モータ１９が駆動し、この電動モータ１９の出力回転は、例えばウォームギヤ機構からなる減速機構２０を介して第２の操舵軸１４へ伝達され、さらに中間軸５等を介して、上記ラック軸１０、タイロッド１１およびナックルアーム等を含む舵取り機構２１に伝えられ、運転者の操舵が補助される。

図２は、電動パワーステアリング装置１の要部の断面図である。図２を参照して、減速機構２０を収容するハウジング２３が設けられている。減速機構２０は、ハウジング２３に固定された電動モータ１９の出力軸２４に、スプライン継手等の継手２５を介して一体回転可能に連結される小歯車としてのウォーム軸２６と、このウォーム軸２６と噛み合うと共に、第２の操舵軸１４に一体回転可能且つ軸方向移動不能に連結される大歯車としてのウォームホイール２７とを備える。

ウォームホイール２７は、第２の操舵軸１４に結合される環状の芯金２７ａと、芯金２７ａの周囲を取り囲んで外周面に歯部２８を形成する合成樹脂部材２７ｂとを備えている。芯金２７ａは例えば合成樹脂部材２７ｂの樹脂形成時に金型内にインサートされるものである。
ウォーム軸２６の小径の第１の端部２９の先端部に、上記の継手２５が結合されている。ウォーム軸２６の軸方向中間部には、第１および第２の端部２９，３０よりも大径でウォームホイール２７の歯部２８に噛合するウォーム歯部３１が形成されている。

ウォーム軸２６の第１および第２の端部２９，３０はそれぞれ、対応する一対の軸受としての第１および第２の軸受３２，３３によって回転自在に支持されている。第１および第２の軸受３２，３３は、例えば玉軸受からなる。
第１および第２の軸受３２，３３の内輪３４，３５はそれぞれ、ウォーム軸２６の対応する第１の端部２９の基端部および第２の端部３０に嵌合されている。第１の軸受３２の内輪３４は、ウォーム軸２６の位置決め段部３６に当接して、第２の端部３０側への移動を規制されている。第２の軸受３３の内輪３５は、ウォーム軸２６の位置決め段部３７に当接して第１の端部２９側への移動を規制されている。

第１の軸受３２の外輪３８は、保持部材３９を介してハウジング２３の第１の保持孔４０に保持されている。第２の軸受３３の外輪４１は、ハウジング２３の第２の保持孔４２に保持されると共に、ハウジング２３の位置決め段部４３に当接して位置決めされている。
第１の軸受３２の外輪３８は、予圧調整用のねじ部材４４により、保持部材３９を介して第２の軸受３３側へ付勢されている。ねじ部材４４は、ハウジング２３の第１の保持孔４０に隣接して形成されるねじ孔４５にねじ込まれることにより、第１および第２の軸受３２，３３に予圧を付与している。ねじ孔４５にねじ込まれて与圧調整が行われた後のねじ部材４４は、ロックナット４６に係合されて回動不能に止定される。

図３は、保持部材３９周辺の拡大断面図であり、図４は、保持部材３９の一部斜視図である。図３および図４を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、上記の保持部材３９および第１の軸受３２を介して、ウォーム軸２６の第１の端部２９を、第１径方向Ｒ１（径方向ウォームホイール側）とその反対方向である第２径方向Ｒ２に弾性的に偏倚可能に支持すると共に、ウォーム軸２６をウォームホイール２７側（第１径方向Ｒ１）へ付勢してバックラッシを生じないようにしている点にある。

具体的には、保持部材３９は、第１の軸受３２の外輪３８に嵌合されてこの第１の軸受３２を保持する筒状部材４７と、筒状部材４７の外周面４８と第１の保持孔４０の内周面４９との間に介在する環状弾性部材５０と、弾性部材６１とを含んでいる。
筒状部材４７は、エンジニアリングプラスチック等の合成樹脂やバネ鋼等の金属（本実施の形態では、エンジニアリングプラスチック）によって形成されており、弾性を有している。筒状部材４７の内周面５１に、第１の軸受３２の外輪３８が嵌め合わされている。筒状部材４７の内周面５１の一端部には、環状の段部５２が形成されており、この環状の段部５２に第１の軸受３２の外輪３８が当接している。

筒状部材４７は、ウォーム軸２６の軸方向Ｓに延びるスリット５３を有しており、第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２に伸縮可能となっている。スリット５３は、筒状部材４７の一端部５４から他端部５５に向けて延びる第１のスリット５６と、筒状部材４７の他端部５５から一端部５４に向けて延びる第２のスリット５７とをそれぞれ複数（本実施の形態では、３つ）含んでいる。第１および第２のスリット５６，５７はそれぞれ、筒状部材４７の周方向に交互に等間隔に配置されている。第１のスリット５６はそれぞれ、筒状部材４７に円周等配に設けられ、筒状部材４７の一端面５８に開放されている。

第２のスリット５７はそれぞれ、筒状部材４７に円周等配に設けられており、筒状部材４７の他端面５９に開放されている。第１および第２のスリット５６，５７はそれぞれ、軸方向Ｓに所定の長さを有しており、周方向に相対向する部分を含んでいる。
筒状部材４７の外周面４８には、環状弾性部材５０を保持するための周溝６０が全周に亘って形成されている。周溝６０は、筒状部材４７の外周面４８に例えば２箇所に配置されている。各周溝６０は、第１および第２のスリット５６，５７の両方と交差している。

環状弾性部材５０としては、例えばＯリングを用いることができる。環状弾性部材５０は、対応する周溝６０にそれぞれ嵌合されて、第１および第２のスリット５６，５７の両方を周方向に横切って筒状部材４７を緊縛している。各環状弾性部材５０は、筒状部材４７の外周面４８から径方向外方に突出しており、ハウジング２３の第１の保持孔４０の内周面４９に嵌合されている。

上記の構成により、筒状部材４７は、環状弾性部材５０を介して第１の保持孔４０に保持されている。また、第１の保持孔４０は、筒状部材４７よりも大径の円孔に形成されており、筒状部材４７を第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２に偏倚させることが可能となっている。すなわち、第１の保持孔４０を単なる円孔に形成する簡易な構成で、筒状部材４７を第１の保持孔４０に対して偏倚させることができるようになっている。なお、第１の保持孔４０を、上記の円孔に代えて第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２に延びる長孔に形成すると共に、短手方向の長さを環状弾性部材５０の直径に相当する長さに設定しても良い。この場合、第１の保持孔４０に対して筒状部材４７が、第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２以外の方向に偏倚されてしまうことを確実に防止できる。

弾性部材６１は、筒状部材４７の一端面５８および他端面５９と、これら両端面５８，５９に対向する対向部材としての上記ねじ部材４４およびハウジング２３との間にそれぞれ介在し、筒状部材４７の軸方向Ｓの偏倚を許容する。弾性部材６１としては、例えばＯリングを用いることができる。
ねじ部材４４の一端面６２が、筒状部材４７の一端面５８と軸方向Ｓに相対向し、ハウジング２３の環状の段部６３が、筒状部材４７の他端面５９と軸方向Ｓに相対向している。一方の弾性部材６１は、筒状部材４７の一端面５８およびねじ部材４４の一端面６２に挟持され、他方の弾性部材６１は、筒状部材４７の他端面５９およびハウジング２３の環状の段部６３により挟持されている。

図２および図３を参照して、ねじ部材４４による付勢力は、弾性部材６１および筒状部材４７を介して第１の軸受３２に伝えられ、さらにウォーム軸２６を介して第２の軸受３３へ伝えられる。
組み立て時の状態（初期状態）において、ウォーム軸２６の第１の端部２９は、ハウジング２３の第１の保持孔４０に対してウォームホイール２７から遠ざかる方向（第２径方向Ｒ２）に偏倚している。これにより、筒状部材４７および環状弾性部材５０は、第１の保持孔４０と第１の軸受３２との間で圧縮されて弾性反発力を生じ、第１の軸受３２を介してウォーム軸２６の第１の端部２９に、ウォームホイール２７側（第１径方向Ｒ１）への付勢力を付与している。

本実施の形態によれば、環状弾性部材５０の弾性変形（線径の変化）に加え、筒状部材４７の第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２の弾性変形によって、ウォーム軸２６の第１の端部２９を第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２に弾性的に十分大きく偏倚させることができる。したがって、ウォームホイール２７の合成樹脂部材２７ｂの歯部２８に磨耗が生じて、ウォーム軸２６がウォームホイール２７側（第１径方向Ｒ１）へ偏倚され、ウォーム軸２６の軸線とウォームホイール２７の軸線との距離（芯間距離）が所定量を越えて大きく減少した場合でも、ウォーム軸２６をウォームホイール２７側（第１径方向Ｒ１）へ付勢することができる。その結果、ウォーム軸２６とウォームホイール２７の間にバックラッシが生じることを防止して異音の発生を防止できる。

さらに、ウォームホイール２７の合成樹脂部材２７ｂに温度膨張や吸湿膨潤を生じた場合には、筒状部材４７および環状弾性部材５０を変形させて、ウォーム軸２６をウォームホイール２７から遠ざかる方向（第２径方向Ｒ２）へ十分に偏倚させることができるので、噛み合い抵抗の増大を防止してトルクロスの増大を防止することができる。さらにまた、筒状部材４７は、所定の厚みを有して十分な強度を確保しているので、車輪１２からの逆入力等によって極めて大きな荷重が作用しても、過大に押しつぶされることを防止して、ウォーム軸２６の第１の端部２９を弾性的に支持し続けることができる。

また、筒状部材４７に第１および第２のスリット５６，５７を形成しているので、筒状部材４７の一端部５４と他端部５５の両方を第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２に十分に伸縮させることができ、ウォーム軸２６の第１の端部２９の偏倚量をより多く確保することができる。
さらに、筒状部材４７の外周面４８に周溝６０を設けることで、環状弾性部材５０を対応する周溝６０に嵌め合わせるのみで、当該環状弾性部材５０を筒状部材４７に容易に組み付けることができる。

また、筒状部材４７の両端面５８，５９と、対応するねじ部材４４の一端面６２およびハウジング２３の環状の段部６３との間に弾性部材６１を介在させることで、筒状部材４７を軸方向Ｓにも弾性的に偏倚でき、第１の軸受３２およびウォーム軸２６の第１の端部２９の偏倚量をより多く確保することができる。
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、図５に示すように、周溝６０を、筒状部材４７の外周面４８に加えて、ハウジング２３の第１の保持孔４０の内周面４９に設けても良い。また、図６に示すように、筒状部材４７の周溝６０を廃止して、ハウジング２３の第１の保持孔４０の内周面４９に周溝６０を設けても良い。

さらに、環状弾性部材５０の数は、１つでも良いし、３つ以上でも良い。この場合、周溝６０は、環状弾性部材５０の数に対応する数だけ形成される。また、第１および第２のスリット５６，５７の数はそれぞれ、１つまたは２つでもよいし、４つ以上でもよい。さらに、第１および第２のスリット５６，５７の数が互いに異なっていても良い。なお、筒状部材４７に形成されるスリットの数が１つのみである場合には、当該スリットを筒状部材４７の全長に亘って形成しても良い。

また、弾性部材６１を、筒状部材４７の一端面５８および他端面５９の何れか一方にのみ設けても良い。さらに、ハウジング２３の第２の保持孔４２を、第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２に延びる長孔に形成して、ウォーム軸２６の第２の端部３０を第１および第２径方向Ｒ１，Ｒ２に偏倚可能にしても良い。また、ウォーム軸２６の第２の端部３０を支持する第２の軸受３３に球面軸受を用いる等して、第２の端部３０を揺動可能に支持しても良い。

さらに、図７に示すように、第２の軸受３３を、保持部材３９を介してハウジング２３の第２の保持孔４２に保持しても良い。この場合、第２の保持孔４２は、図１〜図４に示す実施の形態における第１の保持孔４０と同様に形成される。また、弾性部材６１は、筒状部材４７の例えば一端面５８とハウジング２３の位置決め段部４３との間に配置される。また、小歯車および大歯車として、平歯車やはすば歯車等を用いても良い。

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。 電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。 保持部材周辺の拡大断面図である。 保持部材の一部斜視図である。 本発明の他の実施の形態の要部の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態の要部の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態の要部の断面図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
１９ 電動モータ
２１ 舵取り機構
２３ ハウジング（対向部材）
２６ ウォーム軸（小歯車）
２７ ウォームホイール（大歯車）
２９ 第１の端部
３０ 第２の端部
３２ 第１の軸受（一対の軸受）
３３ 第２の軸受（一対の軸受）
３８ 外輪
４１ 外輪
４０ 第１の保持孔（保持孔）
４２ 第２の保持孔（保持孔）
４４ ねじ部材（対向部材）
４７ 筒状部材
４８ 外周面
４９ 内周面
５０ 環状弾性部材
５３ スリット
５４ 一端部
５５ 他端部
５６ 第１のスリット
５７ 第２のスリット
５８ 一端面
５９ 他端面
６０ 周溝
６１ 弾性部材
Ｓ 軸方向
Ｒ１ 第１径方向（径方向ウォームホイール側、小歯車の径方向大歯車側）
Ｒ２ 第２径方向

Claims (4)

1. 操舵補助用の電動モータの出力回転を小歯車およびこの小歯車に噛み合う大歯車を介して舵取り機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、
   小歯車の第１および第２の端部のそれぞれを回転自在に支持する一対の軸受と、
   少なくとも一方の軸受の外輪に嵌合されて当該軸受を保持すると共に、軸受の軸方向に延びるスリットを有して径方向に伸縮可能な筒状部材と、
   筒状部材を小歯車の径方向大歯車側に偏倚可能に保持する保持孔を含むハウジングと、
   筒状部材の外周面と保持孔の内周面との間に介在し、スリットを横切る環状弾性部材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、上記スリットは、筒状部材の一端部から他端部に向けて延びる第１のスリットと、筒状部材の他端部から一端部に向けて延びる第２のスリットとをそれぞれ複数含み、第１および第２のスリットは、筒状部材の周方向に交互に配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または２において、上記筒状部材の外周面および保持孔の内周面の少なくとも一方に、環状弾性部材を保持するための周溝を設けることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１，２または３において、上記筒状部材の少なくとも一方の端面と当該端面に対向する対向部材との間に弾性部材を介在させ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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