JP3842215B2 - 自動車用の電動式ステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に詳細に定義された種類の電動式ステアリング装置に関する。
【０００２】
先行技術から、公知の電動式ステアリング装置は、インプットシャフトを有し、このインプットシャフトはステアリングハンドホイールと連動しており、かつこのインプットシャフトは操舵すべき車輪の操舵のために必要なトルクを伝達するために用いられる。アウトプット部は操舵すべき車輪と連動している。電動機はパワーステアリングに配置されていて、この電動機によって補助力がアウトプット部に直接的又は間接的に作用することができる。インプットシャフト及びアウトプット部は回転弾性部を介して、インプットシャフトとアウトプット部の間に制限された回転運動が可能なように相互に結合している。ラックアンドピニオン式ギアを備えたステアリング装置の場合には、アウトプット部はドライビングピニオンとして構成されていて、ラックを介して自動車の操舵可能な車輪と連動している。このラックは、有利にはウォーム式ギアとして構成された減速ギアを介して電動機として構成されたサーボモータと連動している。このアウトプット部はウォーム式ギアを介して電動機と接続されている。電動機の主要構成部材はロータ及びステータである。ステータはケーシングに固定されていて、ロータは駆動軸を介してウォーム式ギアのウォームシャフトと接続されている。
【０００３】
このような電動式ステアリング装置は、例えば独国特許公開第１９７５２０７５号明細書から公知である。この電動式ステアリング装置は、電動機により駆動するウォームホイールギアからなり、この場合にはウォームのシャフトはギアボックス内で弾性保持されている。ウォームホイールとウォーム式ギアのウォームとの間には遊びが設けられている。このウォームは軸方向にスライド可能に支承されていて、かつ弾性部材を介してギアボックスに支持されている。それにより、電動機のアクチュエータからステアリングに伝達される不利な影響を軽減することができる。
【０００４】
この独国特許公開第１９７５２０７５号明細書に記載された電動式ステアリング装置は、雑音の減少は達成できるが、消滅させることはできないという欠点を有する。さらに、走行時にエンドストッパに対して生じる雑音を取り除くことはできない。また、全耐用年数にわたり不変の機能を保証できない。何故なら、この弾性部材は外部からの影響、例えば温度及び汚れによりその性質が変化してしまうからである。
【０００５】
本発明の根底をなす課題は、固体伝送音の遮断及びエンドストッパダンピングに関し、全耐用年数にわたり不変の機能性を保証する電動式ステアリング装置を提供することである。
【０００６】
この本発明の根底をなす課題は、独立形式請求項の特徴部に記載された、電動式ステアリング装置により解決される。
【０００７】
この課題の解決は、軸方向及び半径方向の遮断及びトーションダンピングにより、特にステアリングシャフト及びドライビングピニオンとウォームギアとの固体伝送音の遮断により行われる。このため、ウォームホイールはフレキシブル調整カップリングの一方の連結部材として構成され、その他方の連結部材はフランジとして形成されており、このフランジはインプットシャフトと相対回動不能に結合している。２つの連結部材は、弾性スペーサによって相互に連結されており、この場合に限定されたエンドストッパが設けられており、このエンドストッパは所定のトルクの際に機能する。
【０００８】
それにより、ステアリングシャフトに対するウォームホイールのリングギアの軸方向及び半径方向の遮断が達成される。インプットシャフトに対するリングギアの剛性は弾性スペーサの輪郭及び形状の適合によって可変である。
【０００９】
本発明の有利な実施態様は、引用形式請求項に記載されている。しかしながら、本発明はこれらの請求項の特徴の組合わせに制限されることなく、むしろ、当業者に対してこの課題設定からの請求項及び個々の請求項の特徴の他の有効な組み合わせが生じる。
【００１０】
以下に、本発明を図面で示した実施例を用いて詳細に説明する。
自動車用の電動式ステアリング装置は、図１によるこの実施形態の場合、ラックアンドピニオン式ステアリング１のステアリングギアを有する。このようなラックアンドピニオン式ステアリング１は一般に公知であり、従ってここでは詳細に説明しない。インプットシャフト２は、例えばユニバーサルジョイントを備えたステアリングコラム３を介してステアリングハンドホイール４と連動しており、このインプットシャフトはラックアンドピニオン式ステアリングの図示されていないドライビングピニオンを支持している。
【００１１】
このラックアンドピニオン式ステアリング１の図示されていないラックは、２つのステアリングスラストロッド５及び６と一緒になって１つのアウトプット部を形成し、図示されていない操舵すべき車輪と連動している。このラックはさらにステアリングの駆動部を形成する。
【００１２】
このようなステアリング装置を用いて、ステアリングトルクはステアリングハンドホイール４から操舵すべき車輪に伝達することができる。
【００１３】
電動機７により、サポートされるモーメントはインプットシャフト２に作用することができる。図１による実施形態の場合では、この電動機７は、この電動機の軸がインプットシャフト２の軸に対して垂直に、従ってドライビングピニオンに対して垂直であるように配置されている。しかしながら、この軸はインプットシャフト２の軸に対して他の角度を有することも可能である。
【００１４】
同じ又は同様の作用でもって、この電動機７の軸がインプットシャフト２の軸に対して平行に、従ってドライビングピニオン又はステアリングコラム３の他の部材の軸に対しても平行に配置されるようにこの電動機を配置することができる。
【００１５】
電動機７の上記した２つの取付態様では、この電動機はラックアンドピニオン式ステアリング１のドライビングピニオンによってインプットシャフト２に作用する。同様に、電動機７の軸がラックアンドピニオン式ステアリング１のラックの縦軸方向に対して平行又は同軸であるようにこの電動機を配置することができる。
【００１６】
この電動機７は非同期電動機として構成されているのが有利である。この非同期電動機は主に回転可能なロータ８と固定されたコイル９とから構成されている。このトルクは制御エレメント及びスイッチエレメントを介して外部から設定された回転磁界により作り出される。このロータ８はケージ形ロータ又はかご形ロータとして構成されているのが有利である。このような電動機は永久磁石を必要としないため、ステアリング装置の電気的もしくは電子的部材が故障した場合に、ロータ８の回転時に、ロータ８の回転運動に影響を与えるか若しくは妨げかねない磁場が生じることはない。それにより、ステアリングハンドホイール４と操舵される車輪との間の動力伝達は故障時でも損なわれないことが保証される。
【００１７】
図２に示した実施形態の場合、電動機７のコイル９は、容積の節約のためにケーシング１０内に直接組み込まれており、かつストッパ１１及び同軸にプリロードがかけられたカバー１２により、軸方向の運動及び半径方向の運動に対して固定されている。
【００１８】
この電動機７から作り出されたトルクは、ウォーム１３とウォームホイール１４とからなるウォーム式ギアを介してインプットシャフト２に伝達される。
【００１９】
図３にはフレキシブル調整カップリングの展開図が示されている。この図において図２のウォームホイール１４がこの部材である。
【００２０】
ウォームホイール１４はリングギア２３を有している。この場合、ウォーム１３に噛み合う歯は図示されていない（図２）。フレキシブル調整カップリングの他方の連結部材、つまりフランジ１６（図３には図示されていない）は、インプットシャフト２（図１及び２参照）と相対回動不能に、特にアダプタを介して結合しており、このアダプタの端面は１６ａで示され、かつアダプタの周面は２４ｄで示されている。
【００２１】
調整カップリングのこの２つの部材１４，１６には、突起部２０を備えたリング状の弾性スペーサ１７が組み込まれている。組み立てられた状態ではスペーサ１７の内面２４ｂがフランジ１６のアダプタの周面２４ｄ上に置かれる。この場合に、それぞれ２つの突起部２０がフランジ１６のピン２５を把持する。
【００２２】
このウォームホイール１４は鏡面対称に構成されていて、見えていない背面でも全面と同じ外観を呈している。組立後に、このウォームホイール１４はスペーサ１７に支承され、このスペーサはさらにフランジ１６のアダプタに支承されている。ウォームホイール１４の内面２４ｃもスペーサ１７のリング−外面２４ａ上に置かれる。スペーサ１７の突起部２０に対してウォームホイール１４内に凹設部２２の張出部２６が設けられている。この張出部２６内には突起部２０が配置される。
【００２３】
場合により部材１４，１６，１７は、フレキシブル調整カップリングの機能を充たすために十分であるが、ウォームホイール１４の前面になお第二のスペーサ２７並びに第二のフランジ２８がもう一つの調整カップリングのために組み込まれている。組み立てられた状態では、フランジ１６及び２８は突出部２１により相互に結合されている。さらに、第二のフランジ２８の内歯はフランジ１６のアダプタの歯と咬み合う。第二の弾性スペーサ２７は、組み立てられた状態で同様にフランジ１６のアダプタ上に置かれる。第二のフランジ２８はその背面にフランジ１６と同様のピン２５を有している。第二のフランジ２８のこのピンはそれぞれ、スペーサ２７の２つの密接に隣り合う突起部２０の間の空間内へ突き出ている。
【００２４】
次に、例えば正面側の当接面１８ａは第二のフランジ２８の背面に当接する。第二のスペーサ２７の背面側の当接面１８ｂは、ウォームホイール１４内の張出部２６の当接面１８ｅに当接する。スペーサ１７又は２７の横側の当接面１９ａ，１９ｂは、ピン２５の横側の当接面１９ｃ，１９ｄ又はウォームホイール１４内の張出部２６の横側の当接面１９ｅ，１９ｆと当接する。
【００２５】
これにより突起部２０は、一方又は他方の方向にトルクを伝達する際に、ピン２５が張出部２６の側面に直接接触することを妨げている。このスペーサ１７，２７は、部材１４，１６又は部材１４，２８が軸方向で直接接触しない程度の幅に構成されている。さらに、スペーサ１７，２７のリング状部分がフランジ１６の周面２４ｄとウォームホイール１４の内面２４ｃとの間にあるため、半径方向でも、フランジ１６のアダプタとウォームホイール１４との間で直接接触することが妨げられるように配慮されている。スペーサ１７，２７は軸方向でも半径方向でも、最終的には接線方向でもフランジ１６（延いてはインプットシャフト２）とウォームホイール１４との間の緩衝材を形成している。
【００２６】
この弾性緩衝材は接線方向では制限がないが、フランジ１６の突出部２１を把持する、ウォームホイール１４内の凹設部２２はこの突出部２１よりも僅かしか大きくない（接線方向で測定して）。これは、突出部２１及び凹設部２２が対応するストッパを形成し、このストッパは過度に大きなトルクが伝達される際にスペーサ１７，２７の突起部２０は所定の分だけ押しつぶされることで機能する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 自動車用の電動式ステアリング装置を示した正面図である。
【図２】 電動機の縦断面図である。
【図３】 ウォームホイールを分解して示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ラックアンドピニオン式ステアリング
２ インプットシャフト
３ ステアリングコラム
４ ステアリングハンドホイール
５ ステアリングスラストロッド
６ ステアリングスラストロッド
７ 電動機
８ ロータ
９ コイル
１０ ケーシング
１１ ストッパ
１２ カバー
１３ ウォーム
１４ ウォームホイール
１６ フランジ
１７ スペーサ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ 当接面
１９ａ，１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ 当接面
２０ 突起部
２１ 突出部
２２ 凹設部
２３ リングギア
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ 当接面
２５ ピン
２６ 張出部
２７ 第二のスペーサ
２８ 第二のフランジ

Claims (2)

1. 自動車用の電動式ステアリング装置であって、ウォーム式ギアを備えた電動機（７）を有し、該ウォーム式ギアが、ウォーム（１３）と、インプットシャフト（２）に連結した、リングギア（２３）を備えたウォームホイール（１４）とからなる形式のものにおいて、
   前記ウォームホイール（１４）は、フレキシブル調整カップリングの、２つの相互に連結すべき連結部材（１４，１６）の一方を形成し、その他方の連結部材（１６）はインプットシャフト（２）と相対回動不能に固定されており、
   ２つの連結部材（１４，１６）は１つ又は複数の弾性スペーサ（１７）によってのみ相互に連結しており、
   前記インプットシャフト（２）にはフランジ（１６）が相対回動不能に配置されており、
   フランジ（１６）及びウォームホイール（１４）は、トルクの伝達のためにフレキシブル調整カップリングの相互に連結すべき２つの連結部材を形成し、
   ２つの連結部材（１４，１６）は弾性スペーサ（１７）によって軸方向、半径方向、及び接線方向に相互に隔てられており、
   スペーサ（１７）は、当接面（１８ａ，１９ａ，１９ｂ，２４ａ，２４ｂ）を有し、この当接面に駆動時に軸方向、半径方向、及び接線方向に圧縮力が作用し、前記圧縮力は２つの連結部材（１６，１４）の一方の当接面（１８ｃ，１８ｄ，１９ｃ，１９ｄ，２４ｂ，２４ｄ）により加えられ、
   ２つの前記連結部材のうち一方（１６）は少なくとも１つの突出部（２１）を有し、該突出部は、他方の連結部材（１４）のより大きな凹設部（２２）内に遊びを持って把持され、
   所定のトルクから及びスペーサ（１７）の相応する弾性変形から突出部（２１）及び凹設部（２２）が遊び分を移動した後に互いに相補的に当接することを特徴とする自動車用の電動式ステアリング装置。
2. 請求項１記載の電動式ステアリング装置において、
   ウォームホイール（１４）は弾性スペーサ（１７）を介在してアダプタ（１６ａ）に支承されており、該アダプタは他方の連結部材（１６）の一部であることを特徴とする電動式ステアリング装置。

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