JP2008126751A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音の抑制および伝達効率の向上を達成しつつ、電動モータの動力を確実に伝達することができる伝達機構を備える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１９の回転軸２３の回転を減速してその出力を増幅し、増幅した出力を操舵補助力としてステアリングシャフト５に伝達する減速機構２０は、一段目減速機構としてのプーリ・ベルト機構２４と、二段目減速機構としてのはすば歯車３０，３１を有する歯車機構２５とを含む。伝達トルクの小さい一段目減速においてプーリ・ベルト機構２４を用いることにより、トルクを確実に伝達しつつ減速機構２０の騒音を抑制することができる。また、伝達トルクが大きい二段目減速に歯車機構２５を用いることにより、大トルクを確実に伝達することができる。また、はすば歯車３０，３１を用いることにより、騒音の抑制および伝達効率の向上を達成することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置には、電動モータの回転軸の回転を減速する減速機構を備えるものがある。減速機構は、電動モータの回転軸の回転を減速しつつ、その出力を増幅してステアリングシャフト等の操舵出力軸に伝達するようになっている。減速機構としては、例えば、二対の歯車を備えるもの、二組のベルト・プーリ機構を備えるもの、一対の歯車（ウォームギヤ）および一組のベルト・プーリ機構を備えるものなどがある（例えば、特許文献１，２，３参照）。
特開昭６２−２１４０５５号公報 特開２００６−２７５８０号公報 特開２００４−３３８５５３号公報

しかしながら、歯車を備える減速機構では、歯車同士の衝突により騒音（いわゆるラトル音）が生じることがある。
また、ベルト・プーリ機構を備える減速機構では、大きな荷重を伝達し難いという問題がある。
また、ウォームギヤを備える減速機構では、ウォームギヤでの荷重の伝達効率が悪いという問題がある。

この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、騒音の抑制および伝達効率の向上を達成しつつ、電動モータの動力を確実に伝達することができる伝達機構を備え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の本発明は、電動モータ（１９）の動力を操舵出力軸（５，９）に伝達するための伝達機構（２０）を備え、この伝達機構は、電動モータの出力回転を減速するプーリ・ベルト機構（２４）と、プーリ・ベルト機構の出力回転を減速するはすば歯車（３０，３１）を含む歯車機構（２５）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置（１，１ａ）である。

本発明によれば、１段目の減速にプーリ・ベルト機構を用い、２段目の減速にはすば歯車を含む歯車機構を用いて、電動モータの動力を操舵出力軸に伝達する。
上記１段目の減速で伝達される荷重は比較的小さいので、プーリ・ベルト機構であっても確実に荷重を伝達することができる。また、プーリ・ベルト機構を用いることにより、伝達機構の騒音を抑制することができる。

一方、比較的大きい荷重が伝達される上記２段目の減速で、はすば歯車を含む歯車機構を用いることにより、電動モータの動力を操舵出力軸に確実に伝達することができる。また、はすば歯車は噛み合わせによる騒音が少ないので、伝達機構の騒音を抑制することができる。さらに、はすば歯車はスムーズに大きい荷重を伝達することができるので、伝達効率を向上させることができる。

また、本発明において、上記プーリ・ベルト機構が、電動モータの回転軸（２３）と同軸上に一体回転可能に設けられた入力プーリ（２７）と、中間軸（２６）と一体回転可能に設けられた出力プーリ（２８）と、入力プーリおよび出力プーリを連結する無端状のベルト（２９）とを含み、上記歯車機構は、上記中間軸と一体回転可能に設けられたはすばの入力歯車（３０）と、この入力歯車と噛み合い操舵出力軸と一体回転可能なはすばの出力歯車（３１）とを含み、上記操舵出力軸、回転軸および中間軸の中心軸線（Ｌ１〜Ｌ３）が互いに平行に配置されている場合がある。この場合、回転軸が上記中間軸および操舵出力軸と平行になるように電動モータを配置することにより、伝達機構を小型化することができる。

また、本発明において、上記電動モータの回転軸またはこれと同軸上に一体回転する軸（４７）を回転可能に支持する第１の軸受（３３）の少なくとも１つと、中間軸を回転可能に支持する第２の軸受（３６，３７）の少なくとも１つと、操舵出力軸を回転可能に支持する第３の軸受（４２，４３）の少なくとも１つとが、同一のハウジング（３４）によって支持されている場合がある。この場合、回転軸等、中間軸および操舵出力軸の軸間距離の精度を高めることができる。したがって、歯車機構の噛み合い精度やプーリ・ベルト機構の位置精度などを高めることができるので、伝達機構の騒音をさらに抑制することができる。

また、本発明において、上記電動モータと上記歯車機構との間に、上記ベルトが配置されている場合がある。この場合、伝達機構の組立の際に、歯車機構と反対側から電動モータを組み立てることができるので、組立性を向上させることができる。
また、本発明において、上記操舵出力軸は、ステアリングホイール（４）に連結されたステアリングシャフト（５）を含む場合がある。この場合、いわゆるコラムアシスト式電動パワーステアリング装置において、上記効果を奏することができる。

また、本発明において、上記操舵出力軸は、ラック（１１）に噛み合うピニオン（１０）が形成されたピニオン軸（９）を含む場合がある。この場合、いわゆるピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置において、上記効果を奏することができる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る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、例えばラックアンドピニオン機構を含むステアリング機構２と、このステアリング機構２に操舵補助力を付与するための操舵補助機構３とを備えている。

ステアリング機構２は、操舵部材としてのステアリングホイール４に連結されたステアリングシャフト５（操舵出力軸）と、ステアリングシャフト５に自在継手６を介して連結された中間軸７と、中間軸７に自在継手８を介して連結されたピニオン軸９と、ピニオン軸９の先端部に設けられたピニオン１０に噛み合うラック１１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１２とを有している。

ラック軸１２の両端部にはそれぞれタイロッド１３が結合されており、各タイロッド１３はナックルアーム（図示せず）を介して操向輪１４に連結されている。ステアリングホイール４が操作されてステアリングシャフト５が回転すると、この回転がピニオン１０およびラック１１によって、車両の左右方向に沿うラック軸１２の軸方向移動に変換される。これにより、操向輪１４の転舵が達成される。

また、ステアリングシャフト５は、ステアリングホイール４に連なる入力軸１５と、ピニオン軸９に連なる出力軸１６とに分割されている。これら入力軸１５および出力軸１６はトーションバー１７を介して同一中心軸線上で互いに連結されている。
ステアリングシャフト５の周囲には、ステアリングホイール４に入力された操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１８が配置されている。トルクセンサ１８は、トーションバー１７を介した入力軸１５および出力軸１６間の相対回転量に基づいて、上記操舵トルクを検出することができる。

操舵補助機構３は、操舵補助用の電動モータ１９と、この電動モータ１９の出力を増幅するとともに、増幅した上記出力を操舵補助力としてステアリング機構２に伝達する減速機構２０（伝達機構）とを備えている。
電動モータ１９は、ＥＣＵ２１（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）によって制御されるようになっている。すなわち、ＥＣＵ２１は、車速センサ２２から入力された車速や、トルクセンサ１８から入力された操舵トルク等に基づいて操舵補助力を決定し、この決定された操舵補助力に基づいて電動モータ１９を駆動制御するようになっている。電動モータ１９の出力は、減速機構２０を介して、出力軸１６に伝達されるようになっている。すなわち、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置である。

図２は、減速機構２０を含む電動パワーステアリング装置１の要部を模式的に示す拡大図である。
図２を参照して、減速機構２０は、多段式の減速機構であり、電動モータ１９の回転軸２３の回転を減速する１段目減速機構としてのプーリ・ベルト機構２４と、プーリ・ベルト機構２４から伝達された回転を減速して出力軸１６に伝達する２段目減速機構としての歯車機構２５とを含む。プーリ・ベルト機構２４から歯車機構２５には、中間軸２６を介して回転が伝達されるようになっている。また、出力軸１６、回転軸２３および中間軸２６は、それぞれの中心軸線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が平行となるように配置されている。

プーリ・ベルト機構２４は、入力プーリ２７と、入力プーリ２７よりも大径の出力プーリ２８と、これら入力プーリ２７および出力プーリ２８を連結する無端状のベルト２９とを含む。入力プーリ２７は、回転軸２３の軸方向中間部に同軸的に一体回転可能に連結されている。出力プーリ２８は、中間軸２６の第１の端部２６ａに同軸的に一体回転可能に連結されている。

歯車機構２５は、中間軸２６を介して出力プーリ２８の回転が伝達されるはすばの入力歯車３０と、この入力歯車３０に噛み合うはすばの出力歯車３１とを含む。入力歯車３０は、中間軸２６の軸方向中間部に同軸的に一体回転可能に連結されている。出力歯車３１は、出力軸１６の軸方向中間部に同軸的に一体回転可能に連結されている。入力歯車３０から出力歯車３１に回転が伝達されると、入力歯車３０よりも低回転速度で出力歯車３１が回転するようになっている。

また、これらプーリ・ベルト機構２４および歯車機構２５は、複数の分割ハウジングからなるハウジング３２内に収容されている。また、出力軸１６、回転軸２３および中間軸２６は、それぞれ転がり軸受としてのたとえば玉軸受を介してハウジング３２に回転可能に支持されている。
具体的には、回転軸２３の先端部２３ａは、例えば玉軸受からなる第１の転がり軸受３３を介して第１の分割ハウジング３４に回転可能に支持されている。また、電動モータ１９のモータハウジング３５は、第１の分割ハウジング３４の一端部に連結されている。

中間軸２６は、例えば玉軸受からなる一対の第２の転がり軸受３６，３７を介して第１の分割ハウジング３４および第２の分割ハウジング３８に回転可能に支持されている。第２の転がり軸受３６は、第１の分割ハウジング３４に保持されており、出力プーリ２８および入力歯車３０間に対応する中間軸２６の軸方向中間部を回転可能に支持している。一方、第２の転がり軸受３７は、第２の分割ハウジング３８に保持されており、出力プーリ２８と反対側の中間軸２６の第２の端部２６ｂを回転可能に支持している。

第２の転がり軸受３７の内輪は、中間軸２６の外周に形成された環状の位置決め段部２６ａと、中間軸２６のねじ部にねじ込まれたナット４０とによって中間軸２６の軸方向に挟持されており、中間軸２６に対する軸方向移動が規制されている。また、第２の転がり軸受３７の外輪は、第２の分割ハウジング３８の軸受保持部３８ａに形成された環状の位置決め段部３８ｂと、軸受保持部３８ａに形成された環状溝に嵌め込まれた例えばＣ型の止め輪３９とによって、第２の分割ハウジング３８に対する軸方向移動が規制されている。したがって、第１および第２の分割ハウジング３４，３８に対する中間軸２６の軸方向移動が規制されている。

また、出力プーリ２８の下方に対応する第１の分割ハウジング３４の一部には、開放部が設けられている。この開放部は、第１の分割ハウジング３４に取り外し可能に取り付けられたカバー４１によって塞がれている。カバー４１を取り外すことにより、減速機構２０が組み立てられた状態で、プーリ・ベルト機構２４のベルト２９の張力の調整等を行うことができるようになっている。

出力軸１６は、その軸方向に出力歯車３１を挟んで配置された例えば玉軸受からなる一対の第３の転がり軸受４２，４３を介して第１の分割ハウジング３４および第２の分割ハウジング３８によって回転可能に支持されている。第３の転がり軸受４２は、第１の分割ハウジング３４に保持されている。一方、第３の転がり軸受４３は、第２の分割ハウジング３８に保持されている。

第１の分割ハウジング３４に保持された第３の転がり軸受４２の内輪は、出力軸１６の外周に形成された環状の位置決め段部１６ａと、出力軸１６のねじ部にねじ込まれたナット４５とによって出力軸１６の軸方向に挟持されており、出力軸１６に対する軸方向移動が規制されている。また、第３の転がり軸受４２の外輪は、第１の分割ハウジング３４の軸受保持部３４ａに形成された環状の位置決め段部３４ｂと、軸受保持部３４ａに形成された環状溝に嵌め込まれた例えばＣ型の止め輪４４とによって、第１の分割ハウジング３４に対する軸方向移動が規制されている。したがって、第１および第２の分割ハウジング３４，３８に対する出力軸１６の軸方向移動が規制されている。

ＥＣＵ２１によって電動モータ１９が駆動制御されると、回転軸２３が回転する。そして、回転軸２３の回転にともなって、入力プーリ２７が回転軸２３と一体回転する。入力プーリ２７の回転はベルト２９を介して出力プーリ２８に伝達される。これにより、出力プーリ２８が入力プーリ２７よりも低回転速度で回転する。すなわち、一段目の減速が達成される。

出力プーリ２８が回転すると、出力プーリ２８とともに中間軸２６および入力歯車３０が一体回転する。そして、入力歯車３０の回転は、入力歯車３０に噛み合う出力歯車３１に伝達される。これにより、出力歯車３１が入力歯車３０よりも低回転速度で回転し（二段目の減速）、プーリ・ベルト機構２４を介して伝達された回転軸２３の回転がさらに減速される。また、出力歯車３１の回転にともなって、出力軸１６が出力歯車３１と一体回転する。すなわち、回転軸２３の回転を減速することにより増幅された電動モータ１９の出力が、出力歯車３１から出力軸１６に操舵補助力として伝達される。これにより、操向輪１４の転舵が補助される。

以上のように本実施形態では、伝達される回転の速度が大きく、且つ、伝達トルクが比較的小さい一段目の減速にプーリ・ベルト機構２４を用いることにより、トルクを確実に伝達しつつ、減速機構２０での騒音を抑制することができる。また、プーリ・ベルト機構２４は、コスト安価である。
一方、伝達トルクが比較的大きい二段目の減速に、歯車機構２５を用いることにより、トルクを確実に出力軸１６に伝達することができる。また、はすば歯車である入力歯車３０および出力歯車３１を用いることにより、他の歯車機構（例えばウォームギヤ）を用いた場合よりも、騒音の抑制およびトルクの伝達効率の向上を達成することができる。

また、出力軸１６、回転軸２３および中間軸２６を平行となるように配置することにより、減速機構２０を小型化することができる。さらに、出力軸１６、回転軸２３および中間軸２６のそれぞれを支持する転がり軸受の少なくとも一つ（４２，３３，３６）を同一のハウジング（第１の分割ハウジング３４）に支持させることにより、出力軸１６、回転軸２３および中間軸２６の軸間距離の精度を高めることができる。したがって、歯車機構２５の噛み合い精度やプーリ・ベルト機構２４の位置精度などを高めることができるので、減速機構２０の騒音をさらに抑制することができる。さらにまた、出力軸１６、回転軸２３および中間軸２６の軸方向に関して、電動モータ１９と歯車機構２５との間にベルト２９が配置されるような減速機構２０のレイアウトとすることにより、減速機構２０の組立ての際に、歯車機構２５と反対側から電動モータ１９をハウジング３２に組み立てて、電動モータ１９と、歯車機構２５等との干渉を避けることができる。これにより、減速機構２０の組立性を向上させることができる。

なお、上述の実施形態では、入力プーリ２７が電動モータ１９の回転軸２３に連結されている例について説明したが、図３の減速機構２０の他の構成例で示すように、継手４６を介して一体回転可能、且つ、同軸的に回転軸２３に連結された入力軸４７を新たに設け、この入力軸４７に入力プーリ２７を連結してもよい。
図４は、本発明の別の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１ａの概略構成を示す模式図である。この図４において、上述の図１に示された各部と同等の構成部分については、図１と同一の参照符号を付してその説明を省略する。

この図４に示す電動パワーステアリング装置１ａが、図１に示す電動パワーステアリング装置１と主に相違するのは、減速機構２０がピニオン軸９に連結され、ピニオン軸９に操舵補助力が伝達されるようになっていることにある。すなわち、図４に示す電動パワーステアリング装置１ａは、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置であり、ピニオン軸９が操舵出力軸に相当する。

本実施形態によれば、ピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置においても、上述の実施形態における効果を奏することができる。
この発明は、以上の実施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。

本発明の一実施形態に係る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。 減速機構を含む電動パワーステアリング装置の要部を模式的に示す拡大図である。 減速機構の他の構成例を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る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。

符号の説明

１，１ａ・・・電動パワーステアリング装置、４・・・ステアリングホイール、５・・・ステアリングシャフト（操舵出力軸）、９・・・ピニオン軸（操舵出力軸）、１０・・・ピニオン、１１・・・ラック、１９・・・電動モータ、２０・・・減速機構（伝達機構）、２３・・・回転軸、２４・・・プーリ・ベルト機構、２５・・・歯車機構、２６・・・中間軸、２７・・・入力プーリ、２８・・・出力プーリ、２９・・・ベルト、３０・・・入力歯車（はすば歯車）、３１・・・出力歯車（はすば歯車）、３３・・・第１の転がり軸受（第１の軸受）、３４・・・第１の分割ハウジング（同一のハウジング）、３６，３７・・・第２の転がり軸受（第２の軸受）、４２，４３・・・第３の転がり軸受（第３の軸受）、４７・・・入力軸（軸）、Ｌ１〜Ｌ３・・・中心軸線

Claims (6)

1. 電動モータの動力を操舵出力軸に伝達するための伝達機構を備え、
   この伝達機構は、電動モータの出力回転を減速するプーリ・ベルト機構と、プーリ・ベルト機構の出力回転を減速するはすば歯車を含む歯車機構とを含む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、上記プーリ・ベルト機構が、電動モータの回転軸と同軸上に一体回転可能に設けられた入力プーリと、中間軸と一体回転可能に設けられた出力プーリと、入力プーリおよび出力プーリを連結する無端状のベルトとを含み、
   上記歯車機構は、上記中間軸と一体回転可能に設けられたはすばの入力歯車と、この入力歯車と噛み合い操舵出力軸と一体回転可能なはすばの出力歯車とを含み、
   上記操舵出力軸、回転軸および中間軸の中心軸線が互いに平行に配置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。
3. 請求項２において、上記電動モータの回転軸またはこれと同軸上に一体回転する軸を回転可能に支持する第１の軸受の少なくとも１つと、中間軸を回転可能に支持する第２の軸受の少なくとも１つと、操舵出力軸を回転可能に支持する第３の軸受の少なくとも１つとが、同一のハウジングによって支持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。
4. 請求項１〜３において、上記電動モータと上記歯車機構との間に、上記ベルトが配置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。
5. 請求項１〜４において、上記操舵出力軸は、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
6. 請求項１〜４において、上記操舵出力軸は、ラックに噛み合うピニオンが形成されたピニオン軸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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