JP2005212622A - 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、騒音の発生と操舵フィーリングの悪化を長期にわたって抑制すること。
【解決手段】電動モータの出力軸と減速機のウォーム軸を動力伝達継手により連結する。動力伝達継手は第１及び第２の係合部材とこれらの間に介在する弾性部材４３を含む。弾性部材４３は環状をなす主体部４４と主体部４４から放射方向に延びる複数の係合腕４５とを含む。各係合腕４５はそれぞれ周方向Ｘに対向する動力伝達面４６を有する。動力伝達面４６は軸方向の中央部が膨らむように山形をなして頂部４７を突出させる。頂部４７は動力伝達面４６が非拘束のときに窪み部４８を形成する。非拘束のときの動力伝達面４６の頂部４７は窪み部４８を挟んで一対の部分４７ａ，４７ｂに分割される。動力伝達面４６が第１および第２の係合部材に押圧されるときに、一対の部分４７ａ，４７ｂの肉を窪み部４８に逃がす。
【選択図】 図７

Description

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。

自動車用の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering System) には減速機が用いられている。例えばコラム型ＥＰＳでは、電動モータの出力軸の回転をウォーム軸およびウォームホイールを介して減速することで、電動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するようにしている。
通例、電動モータの出力軸とウォーム軸とを連結する筒状の継手は、ウォーム軸の端部をスプライン嵌合している。このスプライン嵌合部には多少のガタがあり、このガタに起因して歯打ち音に伴う異音が発生するという問題がある。

そこで、弾性部材を含む継手を介して電動モータの出力軸とウォーム軸とを動力伝達可能に連結する電動パワーステアリング装置が提供されている（例えば特許文献１）。
特開２００２−１４５０８３公報

しかしながら、長期の使用で繰り返し荷重を受けた弾性部材の動力伝達面にへたりや塑性変形が生じ、そのため、この動力伝達面とこれに係合する係合部材との間に隙間が生ずるおそれがある。この隙間に起因して、継手の回転方向にガタを生じ、操舵フィーリングが悪化したり、騒音を発生したりするという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、騒音の発生および操舵フィーリングの悪化を長期にわたって抑制することが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。

動力伝達継手の弾性部材の動力伝達面のへたりや塑性変形等を抑えるためには、対応する係合部材に対して動力伝達面の接触面積を広くすることが考えられる。しかしながら、単に広くするだけでは、フリクションが増加しトルクロスが増大するおそれがある。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、操舵補助用の電動モータの出力回転を減速機を介して減速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、上記電動モータの出力軸と減速機の入力軸とを動力伝達可能に連結する動力伝達継手を備え、動力伝達継手は、上記出力軸および入力軸にそれぞれ一体回転可能に連結される第１および第２の係合部材と、第１および第２の係合部材の間に介在し、両部材に相対回転不能に連結されて両部材間にトルクを伝達する弾性部材とを備え、弾性部材は第１および第２の係合部材にそれぞれ弾性的に係合する山形をなす複数の動力伝達面を含み、弾性部材の少なくとも１つの動力伝達面は非拘束のときに山形の頂部に窪み部をすることを特徴とするものである。

本発明によれば、非拘束状態の弾性部材において、山形をなす動力伝達面の頂部が窪み部を挟んだ両側の部分に分割されるようにしたので、上記頂部が対応する係合部材に押圧されるときに、上記両側の部分の肉を窪み部内へ逃がすことができる。仮に窪み部がないとすると、頂部の両側にしか肉が逃げられないが、本発明では、上記両側の部分の柔軟性が増すこととも相まって、頂部に設けられた窪み部内にも肉を逃がすことができるので、係合部材に対する接触面積をほぼ変えずに動力伝達面の無理な変形を抑制することができる。その結果、動力伝達面のへたりや塑性変形を長期にわたって抑えて、騒音発生を長期にわたって抑制することができると共に、ガタ感のない良好な操舵フィーリングを長期にわたって維持することができる。

本発明において、上記弾性部材は、環状をなす主体部と、主体部から放射方向に延び周方向に対向する一対の動力伝達面をそれぞれ有する複数の係合腕とを含み、第１および第２の係合部材は、互いの間に弾性部材の対応する係合腕を周方向に挟んで互いに噛み合わされる第１および第２の係合突起をそれぞれ複数含む場合がある。この場合、第１および第２の係合部材と弾性部材との間のガタつきの発生をより効果的に抑制することができる。

本発明において、上記窪み部に溜められた潤滑剤を備える場合がある。この場合、弾性部材と第１および第２の係合部材との間のフリクションをより低減することができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態の動力伝達継手を含む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歯７ａに噛み合うラック歯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により舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構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自在に支持されている。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）を介して対応する操向輪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歯７ａおよびラック歯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、操向輪１１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に連なる入力側のアッパーシャフト３ａと、ピニオン軸７に連なる出力側のロアーシャフト３ｂとに分割されており、これらアッパーおよびロアーシャフト３ａ，３ｂはトーションバー１２を介して同一の軸線上で相対回転可能に互いに連結されている。
トーションバー１２を介するアッパーおよびロアーシャフト３ａ，３ｂ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１３が設けられており、このトルクセンサ１３のトルク検出結果は、ＥＣＵ（Electric 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入力軸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のロアーシャフト３ｂに一体回転可能に連結されるウォームホイール１９を備える。
図２を参照して、ウォーム軸１８は電動モータ１６の出力軸２０と同軸上に配置される。ウォーム軸１８は、その軸長方向に離隔する第１および第２の端部１８ａ，１８ｂを有し、第１および第２の端部１８ａ，１８ｂ間の中間部に歯部１８ｃ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のロアーシャフト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、ロアーシャフト３ｂに一体回転可能に結合される環状の芯金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の端部１８ａと電動モータ１６の出力軸２０の対向端部とは、本実施の形態の特徴とするところの動力伝達継手２１を介して同軸上に動力伝達可能に連結されている。
ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂは、対応する第１および第２の軸受２２，２３をそれぞれ介して減速機１７のハウジング１７ａに回転自在に支持されている。第１および第２の軸受２２，２３は例えば玉軸受からなる。

第１および第２の軸受２２，２３の内輪２４，２５が、ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂに一体回転可能に嵌合されている。各内輪２４，２５はそれぞれウォーム軸１８の対応する互いに逆向きの位置決め段部１８ｄ，１８ｅに当接している。第１および第２の軸受２２，２３の外輪２６，２７は、減速機１７のハウジング１７ａの対応する軸受保持孔２８，２９に回転不能に保持されている。

第２の軸受２３のための軸受保持孔２９は第２の軸受２３を径方向ウォームホイール側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おり、軸受保持孔２９の内周面と第２の軸受２３の外輪２７の外周面との間に環状の付勢部材３０が介在している。
図２のIII −III 線に沿う断面図である図３および図４を参照して、付勢部材３０は、有端環状をなす主体部３１と、主体部３１の端部に互い違いの傾斜状に形成された一対の弾性舌片からなる径方向付勢部３２と、主体部３１の側縁に複数形成された傾斜状の弾性舌片からなる軸方向付勢部３３とを含む。

図２および図３を参照して、径方向付勢部３２は、軸受保持孔２９の内周面の一部に形成された受け凹部３４によって受けられ、径方向付勢部３２の付勢力が第２の軸受２３を介してウォーム軸１８の第２の端部１８ｂをウォームホイール１９側に付勢している。これにより、ウォーム軸１８とウォームホイール１９の間のバックラッシが除去されている。

図２を参照して、軸方向付勢部３３は、ハウジング１７ａの端壁１７ｂとこれに対向する第２の軸受２３の外輪２７の端面との間に介在し、端壁１７ｂにより受けられた状態で第２の軸受２３を介してウォーム軸１８を軸方向電動モータ１６側に弾性的に付勢している。
一方、第１の軸受２２の外輪２６は、対応する軸受保持孔２８に連なるねじ孔３５にねじ込まれた予圧調整用およびバックラッシ調整用のねじ部材３６によって、軸方向に位置決めされている。これにより、軸方向付勢部３３の付勢力が第１および第２の軸受２２，２３に一括して予圧を与えることに寄与すると共に、ウォーム軸１８とウォームホイール１９との間のバックラッシの除去にも寄与することになる。

次いで、図２、図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である図５および分解斜視図である図６を参照して、動力伝達継手２１について詳述する。まず、図２を参照して、動力伝達継手２１は、電動モータ１６の出力軸２０に一体回転可能に連結された第１の係合部材４１と、減速機１７の入力軸としてのウォーム軸１８の第１の端部１８ａに一体回転可能に連結された第２の係合部材４２と、第１および第２の係合部材４１，４２の間に介在し両係合部材４１，４２間にトルクを伝達する弾性部材４３とを備える。第１および第２の係合部材４１，４２は例えば金属製である。弾性部材４３は例えば合成ゴム製又はポリウレタン等の合成樹脂製である。

次いで、図５、図６および図７Ａを参照して、弾性部材４３は、環状をなす主体部４４と、主体部４４から放射方向に延びる複数の係合腕４５とを含む。複数の係合腕４５は主体部４４の周方向Ｘに等間隔で配置される。各係合腕４５はそれぞれ周方向Ｘに対向する一対の動力伝達面４６を有しており、図６および図７Ａの７Ｂ−７Ｂ線に沿う断面図である図７Ｂに示すように、各動力伝達面４６は、軸方向の中央部が膨らむように山形をなして頂部４７が突出していると共に、頂部４７には、動力伝達面４６が押圧されない非拘束のときに窪み部４８が形成されるようになっている。すなわち、非拘束のときの動力伝達面４６の頂部４７は、窪み部４８を挟んで一対の部分４７ａ，４７ｂに分割されることになる。

なお、図７Ａを参照して、係合腕４５の動力伝達面４６は放射方向（主体部４４から係合腕４５が延びる方向）の中央部が膨らむようにも山形をなしている。
図６を参照して、第１および第２の係合部材４１，４２は、それぞれ出力軸２０およびウォーム軸１８を嵌合させるための嵌合孔４９，５０を形成する環状の主体部５１，５２と、主体部５１，５２の互いの対向面５３，５４にそれぞれ突出形成された複数の第１および第２の係合突起５５，５６とを備えている。

第１および第２の係合部材４１，４２の第１および第２の係合突起５５，５６は、それぞれ対応する主体部５１，５２の周方向に等間隔に配置されている。
動力伝達継手２１の組立状態で、図５に示すように、第１および第２の係合部材４１，４２の第１および第２の係合突起５５，５６が周方向に交互に配置され、周方向に相隣接する第１および第２の係合突起５５，５６間に、弾性部材４３の対応する係合突起４５が挟持される。換言すると、周方向に隣接する第１および第２の係合突起５５，５６が弾性部材４３の対応する係合腕４５を周方向に挟んで互いに噛み合わされる。

また、図５および図６に示すように、第１および第２の係合突起５５，５６は、弾性部材４３の対応する係合腕４５の動力伝達面５７，５８をそれぞれ含む。
本実施の形態によれば、非拘束状態のときに弾性部材４３の山形をなす動力伝達面４６の頂部４７が、図７Ｂに示すように、窪み部４８を挟んだ一対の部分４７ａ，４７ｂに分割されるようにしたので、図８に示すように、上記頂部４７が対応する係合部材４１，４２の動力伝達面５７，５８に押圧されるときに、上記一対の部分４７ａ，４７ｂの肉を窪み部４８内へ逃がすことができる。肉が逃げ込んだ窪み部４８は、ほとんど消滅する状態となる。

仮に窪み部４８がないとすると、頂部４７の両側にしか肉が逃げられないが、本実施の形態では、頂部４７に設けられた窪み部４８内にも肉を逃がすことができ、また頂部４７が一対の部分４７ａ，４７ｂに分割されて柔軟性が増しているので、係合部材４１，４２に対する接触面積をほぼ変えずに弾性部材４３の動力伝達面４６の無理な変形を抑制することができる。その結果、弾性部材４３の動力伝達面４６のへたりや塑性変形を長期にわたって抑えて、長期にわたって、動力伝達継手２１におけるガタの発生を抑制することができる。したがって、電動パワーステアリング装置１において、ガタ感のない良好な操舵フィーリングを長期にわたって維持できると共に、騒音発生を長期にわたって抑制することができる。

また、動力伝達継手２１の組立時において、弾性部材４３の係合腕４５を第１および第２の係合突起５５，５６間に組み入れるときに、係合腕４５の動力伝達面４６を無理に変形させることがないので、係合腕４５を組み入れ易く、したがって、動力伝達継手２１を組み立て易い。
なお、ハウジング１７ａの位置決め段部１７ｃと第１の軸受２２の外輪２６との間に、例えば数１０μｍ程度の隙間を設け、弾性部材４３の付勢力を用いて、ウォーム軸１８を軸方向に付勢しても良い。この場合、弾性部材４３をバックラッシ調整にも寄与させることができる。

上記の実施の形態において、各動力伝達面４６にそれぞれ複数の窪み部４８を設けることもできる。また、弾性部材４３の各係合腕４５の各動力伝達面４６に窪み部４８を設けたが、一部の係合腕４５の一部の動力伝達面４６にのみ窪み部４８を設けても良い。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、少なくとも一部の係合腕４５の少なくとも１つの動力伝達面４６Ａが、図９に示すように、第１および第２の係合部材４１，４２が軸方向に近づくにしたがって周方向に圧縮され得るカム面に形成されていても良い。また、図示していないが、第１および第２の係合突起５５，５６の動力伝達面５７，５８の少なくとも一方が、第１および第２の係合部材４１，４２が軸方向に近づくにしたがって弾性部材４３の係合腕４５を周方向に圧縮可能なカム面に形成されていても良い。これらの場合、第１および第２の係合部材４１，４２によって弾性部材４３を軸方向に圧縮したときに、弾性部材４３と各係合突起５５，５６とを周方向に関して確実に圧接させることができるという利点がある。

また、上記の実施の形態において、減速機としてウォームギヤ機構を用いたが、傘歯車機構その他の公知の歯車機構を採用することができ、減速機の入力軸として、傘歯車機構その他の歯車機構の駆動歯車の回転支軸を採用することができる。
また、上記の実施の形態において、弾性部材４３の一部の係合腕４５の周方向の厚みを残りの係合腕４５と異ならせたり、一部の係合腕４５の周方向の配置間隔を残りの係合腕４５の配置間隔と異ならせたりすることもできる。

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。 図２のIII −III 線に沿う断面図である。 ウォーム軸の端部を付勢するための付勢部材の斜視図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 動力伝達継手の分解斜視図である。 図７Ａは弾性部材の正面図であり、図７Ｂは図７Ａの７Ｂ−７Ｂ線に沿う断面図である。 第１および第２の係合部材の係合突起と弾性部材の係合腕との噛み合わせ状態を示す動力伝達面の要部の断面図である。 本発明の別の実施の形態の動力伝達継手の要部の斜視図である。

符号の説明

１ 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
５ 中間軸
７ ピニオン軸
８ ラックバー
１０ タイロッド
１１ 操向輪
Ａ 舵取り機構
１６ 電動モータ
１７ 減速機
１７ａ ハウジング
１８ ウォーム軸（減速機の入力軸、入力軸）
１８ａ 第１の端部
１８ｂ 第２の端部
１９ ウォームホイール
２０ モータの出力軸（出力軸）
２１ 動力伝達継手
３０ 付勢部材
３１ 主体部
３２ 径方向付勢部
３３ 軸方向付勢部
３４ 受け凹部
３５ ねじ孔
３６ （予圧調整用兼バックラッシ調整用の）ねじ部材
４１ 第１の係合部材
４２ 第２の係合部材
４３ 弾性部材
４４ 主体部
４５ 係合腕
４６，４６Ａ 動力伝達面
４７ 頂部
４７ａ，４７ｂ （分割された）一対の部分 ４８ 窪み部
４９，５０ 嵌合孔
５１，５２ 主体部
５３，５４ 対向面
５５ 第１の係合突起
５６ 第２の係合突起
５７，５８ 動力伝達面

Claims (3)

1. 操舵補助用の電動モータの出力回転を減速機を介して減速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、
   上記電動モータの出力軸と減速機の入力軸とを動力伝達可能に連結する動力伝達継手を備え、
   動力伝達継手は、上記出力軸および入力軸にそれぞれ一体回転可能に連結される第１および第２の係合部材と、
   第１および第２の係合部材の間に介在し、両部材に相対回転不能に連結されて両部材間にトルクを伝達する弾性部材とを備え、
   弾性部材は第１および第２の係合部材にそれぞれ弾性的に係合する山形をなす複数の動力伝達面を含み、
   弾性部材の少なくとも１つの動力伝達面は非拘束のときに山形の頂部に窪み部を形成す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、上記弾性部材は、環状をなす主体部と、主体部から放射方向に延び周方向に対向する一対の動力伝達面をそれぞれ有する複数の係合腕とを含み、
   第１および第２の係合部材は、互いの間に弾性部材の対応する係合腕を周方向に挟んで互いに噛み合わされる第１および第２の係合突起をそれぞれ複数含む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又は２において、上記窪み部に溜められた潤滑剤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。

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