JP2009018618A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォーム歯とウォームホイールとの間のバックラッシュを抑える機構中に組み込んだ、ウォーム軸７の先端寄り部分とブッシュ１５ａとの嵌合部に、へたりや著しい摩耗が発生する事のない構造を実現する。
【解決手段】上記ブッシュ１５ａの内周面１７ａと上記ウォーム軸７の先端部の外周面１６ａとの間に、中立状態で、このウォーム軸７の先端面に向かう程径方向寸法が大きくなる隙間１８を設ける。この為に例えば、上記外周面１６ａを、軸方向に関して外径が変化しない円筒状凸面とする。又、上記ブッシュ１５ａの内周面１７ａを、上記ウォーム軸７の先端面に向かう程内径が大きくなる方向に傾斜した部分円すい状凹面とする。上記バックラッシュ解消の為に上記ウォーム軸７が傾斜した状態で、上記両周面１６ａ、１７ａ同士の接触面積を確保して、上記課題を解決する。
【選択図】図２

Description

この発明に係る電動式パワーステアリング装置は、自動車の操舵装置として利用するもので、電動モータを補助動力として利用する事により、運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図るものである。本発明は、この様な電動式パワーステアリング装置を構成するウォーム式減速機部分で歯打ち音と呼ばれる不快な異音が発生する事を抑える為の構造の耐久性向上を意図して発明したものである。

操舵輪（フォークリフト等の特殊車両を除き、通常は前輪）に舵角を付与する際に運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図る為の装置として、パワーステアリング装置が広く使用されている。又、この様なパワーステアリング装置で、補助動力源として電動モータを使用する電動式パワーステアリング装置も、近年普及し始めている。電動式パワーステアリング装置は、油圧式のパワーステアリング装置に比べて小型・軽量にでき、補助動力の大きさ（トルク）の制御が容易で、しかもエンジンの動力損失が少ない等の利点がある。

電動式パワーステアリング装置の構造は、各種知られているが、何れの構造の場合でも、ステアリングホイールの操作によって回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する回転軸に電動モータの補助動力を、減速機を介して付与する。この減速機として一般的には、ウォーム減速機が使用されている。ウォーム減速機を使用した電動式パワーステアリング装置の場合、上記電動モータにより回転駆動されるウォームと、上記回転軸と共に回転するウォームホイールとを噛合させて、上記電動モータの補助動力をこの回転軸に伝達自在とする。但し、ウォーム減速機の場合、何らの対策も施さないと、上記ウォームと上記ウォームホイールとの噛合部に存在するバックラッシュに基づき、上記回転軸の回転方向を変える際に、歯打ち音と呼ばれる不快な異音が発生する場合がある。

この様な歯打ち音の発生を抑えられる構造として従来から、特許文献１〜３に記載されている様に、ばね等の弾性部材によりウォームをウォームホイールに向け弾性的に押圧する事が考えられている。図４〜７は、このうちの特許文献２に記載された電動式パワーステアリング装置の１例を示している。ステアリングホイール１により所定方向に回転させられる、回転軸であるステアリングシャフト２の前端部は、ハウジング３の内側に回転自在に支持しており、この部分にウォームホイール４を固定している。このウォームホイール４と噛合し、電動モータ５により回転駆動されるウォーム歯６を軸方向中間部に設けたウォーム軸７の両端部は、単列深溝型玉軸受等の１対の転がり軸受８ａ、８ｂにより、上記ハウジング３内に回転自在に支持されている。更に、上記ウォーム軸７の先端部で上記転がり軸受８ａよりも突出した部分に押圧駒９を外嵌し、この押圧駒９と上記ハウジング３との間に、弾性部材であるコイルばね１０を設けている。具体的には、このハウジング３内に、上記転がり軸受８ａを保持する為のホルダ１１を内嵌固定し、このホルダ１１の側面に突設した１対の係止部１２、１２に、上記コイルばね１０の両端部に設けた折り曲げ部１３、１３を係止している。そして、このコイルばね１０により、上記押圧駒９を介して、上記ウォーム軸７と共にウォームを構成する上記ウォーム歯６を、上記ウォームホイール４に向け押圧している。尚、上記両軸受８ａ、８ｂのうち、上記ウォーム軸７の先端寄り部分を支持する為の軸受８ａを構成する内輪１４の内周面と、このウォーム軸７の先端寄り部分の外周面との間には、ゴム等の弾性材製のブッシュ１５を設置している。この様な構成により、これらウォーム歯６とウォームホイール４との間のバックラッシュを抑え、上記歯打ち音の発生を抑えている。

上述の様な従来構造の場合、互いに嵌合する、上記ウォーム軸７の先端寄り部分の外周面１６と上記ブッシュ１５の内周面１７とは、何れも、軸方向に亙り径が変化しない円筒面としていた。この為、上記バックラッシュの解消に伴って、上記ウォーム軸７の中心軸が上記内輪１４の中心軸に対し傾斜すると、上記両周面１６、１７同士が、軸方向端部でのみ強く当接する、所謂片当たり状態となる。この様な片当たり状態になると、軸受鋼等の硬質材料製の上記ウォーム軸７に比べて軟らかい材料（例えばゴム）により造られた、上記ブッシュ１５がへたったり（弾性限界を超える変形に起因する塑性変形に基づいて凹んだり）、著しく摩耗したりする。この結果、上記ホルダ１１に対する上記ウォーム軸７の先端部の回転支持部にがたつきを生じ、上記バックラッシュを解消する性能が劣化する可能性がある。

特開２０００−４３７３９号公報 特開２００４−３０６８９８号公報 特表２００６−５１３９０６号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、ウォーム歯とウォームホイールとの間のバックラッシュを抑える機構中に組み込んだ、ウォーム軸の先端寄り部分とブッシュとの嵌合部にへたりや著しい摩耗が発生する事のない構造を有する電動式パワーステアリング装置を実現すべく発明したものである。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、前述した従来から知られている電動式パワーステアリング装置と同様に、ハウジングと、回転軸と、ウォームホイールと、ウォームと、電動モータとを備える。
このうちのハウジングは、車体等の固定の部分に支持されて、操舵時にも回転する事はない。
又、上記回転軸は、上記ハウジングに対し回転自在に設けられて、ステアリングホイールの操作によって回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する。この様な回転軸としては、例えば前述の図４に示した構造でのステアリングシャフト２、或いは、中間シャフト１９、更には、ステアリングギヤ２０の入力軸（ピニオン軸）のうちの何れかが採用可能である。 又、上記ウォームホイールは、上記ハウジングの内部で上記回転軸の一部に、この回転軸と同心に（締り嵌めによる外嵌固定、キー係合、スプライン係合等により相対回転を阻止された状態で）支持されて、この回転軸と共に回転する。
又、上記ウォームは、ウォーム軸の軸方向中間部にウォーム歯を設けて成る。そして、このウォーム歯を上記ウォームホイールと噛合させた状態で、上記ウォーム軸の軸方向両端部をそれぞれ軸受により、上記ハウジングに対し回転自在に支持している。
更に、上記電動モータは、上記ウォーム軸の基端部と出力軸の先端部とを回転力の伝達を自在に係合させて、このウォーム軸を両方向に回転駆動自在としている。
そして、このウォーム軸の先端部と上記ハウジングの内面との間に設けた弾性部材により、このウォーム歯を上記ウォームホイールに向け押圧している。
又、上記ウォームの先端部を上記先端側軸受に対し、ゴムの如きエラストマー等の弾性材製で、筒状のブッシュを介して支持している。

特に、本発明の電動式パワーステアリング装置に於いては、上記ブッシュの内周面と上記ウォームの先端部外周面との間に、これらブッシュとウォームとを互いに同心に配置した中立状態で、このウォームの先端面に向かう程径方向寸法が大きくなる、隙間を設けている。
具体的には、例えば、請求項２に記載した発明の様に、互いに径方向に対向する上記ウォームの先端部外周面と上記ブッシュの内周面とのうち、このウォームの先端部外周面を、軸方向に関して外径が変化しない円筒状凸面とする。そして、上記ブッシュの内周面を、上記ウォームの先端面に向かう程内径が大きくなる方向に傾斜した、部分円すい状凹面とする。
或いは、請求項３に記載した発明の様に、互いに径方向に対向する上記ウォームの先端部外周面と上記ブッシュの内周面とのうち、このブッシュの内周面を、軸方向に関して外径が変化しない円筒状凹面とする。そして、上記ウォームの先端部外周面を、上記ウォームの先端面に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した、部分円すい状凸面とする。

上述の様な構成を有する本発明によれば、ウォーム歯とウォームホイールとの間のバックラッシュを抑える機構中に組み込んだ、ウォーム軸の先端寄り部分とブッシュとの嵌合部に、へたりや著しい摩耗が発生する事を防止できる。
即ち、本発明の電動式パワーステアリング装置の場合には、上記ブッシュの内周面と上記ウォームの先端部外周面との間に、中立状態でこのウォームの先端面に向かう程径方向寸法が大きくなる隙間を設けている。この為、この隙間の傾斜角度を適正に、即ち、上記バックラッシュを解消すべく、上記ウォーム軸の中心軸を上記ブッシュの中心軸に対し傾斜させた状態で、上記両周面同士が当接している部分でこれら両周面の母線が互いに平行（一致）若しくは平行に近くなる様にすれば、これら両周面同士が片当たりするのを防止若しくは緩和できる。そして、上記ブッシュがへたったり、著しく摩耗したりするのを防止し、ハウジングに対する上記ウォーム軸の先端部の回転支持部にがたつきが生じない様にして、上記バックラッシュを解消する性能が劣化する事を防止できる。

［実施の形態の第１例］
図１〜２は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の電動式パワーステアリング装置の特徴は、ウォーム歯６とウォームホイール４との間のバックラッシュを抑える機構中に組み込んだ、ウォーム軸７の先端寄り部分とブッシュ１５ａとの嵌合部に、へたりや著しい摩耗が発生する事を防止すべく、このブッシュ１５ａの内周面１７ａとウォームを構成する上記ウォーム軸７の先端部外周面とが片当たりするのを防止する為の構造にある。その他、電動式パワーステアリング装置全体の構造及び作用に就いては、前述の特許文献２に記載された従来構造と同様であるから、この従来構造と同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

軸方向中間部外周面に形成した上記ウォーム歯６と共に上記ウォームを構成する上記ウォーム軸７の先端寄り部分は、ゴムの如きエラストマー等の弾性材製で筒状の、上記ブッシュ１５ａと、単列深溝型玉軸受の如き転がり軸受である軸受８ａと、合成樹脂製或いはアルミニウム合金製のホルダ１１とを介して、ハウジング３内に回転自在に支持されている。又、上記ウォーム軸７の先端部で上記ブッシュ１５ａから突出した部分に外嵌した押圧駒９ａと上記ハウジング３との間に設けたコイルばね１０により上記ウォーム軸７の先端部に、上記ウォーム歯６を上記ウォームホイール４に向け押圧する方向の弾力を付与している。

特に、本例の電動式パワーステアリング装置の場合には、上記ブッシュ１５ａの内周面１７ａと上記ウォーム軸７の先端部の外周面１６ａとの間に、これらブッシュ１５ａとウォーム軸７とを互いに同心に配置した、図２に実線で示した中立状態で、このウォーム軸７の先端面に向かう程径方向寸法が大きくなる隙間１８を、全周に亙り設けている。この為に本例の場合には、上記ウォーム軸７の先端部の外周面１６ａを、軸方向に関して外径が変化しない円筒状凸面としている。これに対して、上記ブッシュ１５ａの内周面１７ａを、上記ウォーム軸７の先端面に向かう程内径が大きくなる方向に傾斜した、部分円すい状凹面としている。

上述の様な構成を有する本例の電動式パワーステアリング装置によれば、上記ウォーム歯６と上記ウォームホイール４との間のバックラッシュを抑える機構中に組み込んだ、上記ウォーム軸７の先端寄り部分と上記ブッシュ１５ａとの嵌合部に、へたりや著しい摩耗が発生する事を防止できる。即ち、上記隙間１８の傾斜角度θを適正に、即ち、図２に鎖線で示す様に、上記バックラッシュを解消すべく、上記ウォーム軸７の中心軸を上記ブッシュ１５ａの中心軸に対し傾斜させた状態で、上記両周面１６ａ、１７ａ同士が当接している部分でこれら両周面１６ａ、１７ａの母線が互いに平行（一致）若しくは平行に近くなる様にすれば、これら両周面１６ａ、１７ａ同士が片当たりするのを防止乃至は緩和できる。そして、上記ブッシュ１５ａがへたったり、著しく摩耗したりするのを防止し、前記ハウジング３に対する上記ウォーム軸７の先端部の回転支持部にがたつきが生じない様にして、上記バックラッシュを解消する性能が劣化する事を防止できる。

［実施の形態の第２例］
図３は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、互いに径方向に対向するウォーム軸７の先端部の外周面１６ｂとブッシュ１５ｂの内周面１７ｂとのうち、このブッシュ１５ｂの内周面１７ｂを、軸方向に関して外径が変化しない円筒状凹面としている。これに対して、上記ウォーム軸７の先端部の外周面１６ｂを、このウォーム軸７の先端面に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した、部分円すい状凸面としている。この様な本例の場合も、上記両周面１６ｂ、１７ｂ同士の間に、図３に実線で示した中立状態で、上記ウォーム軸７の先端面に向かう程径方向寸法が大きくなる隙間１８ａが介在する。その他の部分の構造及び作用は、上述した実施の形態の第１例の場合と同様であるから、重複する説明は省略する。

本発明の実施の形態の第１例を示す、図５の右下部に相当する断面図。 図１のＡ部拡大図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図２と同様の図。 従来構造の１例を示す、部分切断側面図。 図４の拡大Ｂ−Ｂ断面図。 図５の右下部拡大図。 図６のＣ−Ｃ断面図。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ハウジング
４ ウォームホイール
５ 電動モータ
６ ウォーム歯
７ ウォーム軸
８ａ、８ｂ 転がり軸受
９、９ａ 押圧駒
１０ コイルばね
１１ ホルダ
１２ 係止部
１３ 折り曲げ部
１４ 内輪
１５、１５ａ、１５ｂ ブッシュ
１６、１６ａ、１６ｂ 外周面
１７、１７ａ、１７ｂ 内周面
１８、１８ａ 隙間
１９ 中間シャフト
２０ ステアリングギヤ

Claims (3)

1. 固定の部分に支持されて回転する事のないハウジングと、このハウジングに対し回転自在に設けられて、ステアリングホイールの操作によって回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する回転軸と、上記ハウジングの内部でこの回転軸の一部に、この回転軸と同心に支持されて、この回転軸と共に回転するウォームホイールと、ウォーム軸の軸方向中間部にウォーム歯を設けて成り、このウォーム歯を上記ウォームホイールと噛合させた状態で、上記ウォーム軸の基端部を基端側軸受により、同じく先端側を先端側軸受により、それぞれ上記ハウジングに対し回転自在に支持されたウォームと、上記ウォーム軸の基端部と出力軸の先端部とを回転力の伝達を自在に係合させた電動モータと、このウォーム軸の先端部と上記ハウジングの内面との間に設けられて、上記ウォーム歯を上記ウォームホイールに向け押圧する弾性部材とを備え、上記ウォームの先端部は上記先端側軸受に対し、筒状のブッシュを介して支持されている電動式パワーステアリング装置に於いて、このブッシュの内周面と上記ウォームの先端部外周面との間に、これらブッシュとウォームとを互いに同心に配置した状態で、このウォームの先端面に向かう程径方向寸法が大きくなる隙間を設けている事を特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 互いに径方向に対向するウォームの先端部外周面とブッシュの内周面とのうち、このウォームの先端部外周面が、軸方向に関して外径が変化しない円筒状凸面であり、上記ブッシュの内周面が、上記ウォームの先端面に向かう程内径が大きくなる方向に傾斜した部分円すい状凹面である、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置。
3. 互いに径方向に対向するウォームの先端部外周面とブッシュの内周面とのうち、このブッシュの内周面が、軸方向に関して外径が変化しない円筒状凹面であり、上記ウォームの先端部外周面が、このウォームの先端面に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した部分円すい状凸面である、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置。

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