JP3923356B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラック軸と斜交して配置されるモータ装置を備えて構成される電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両において、パワーステアリング装置は、ステアリングホイールを軽く操作するために開発され、その機能を達成すべく各種の改良がなされてきた。そのひとつがモータで駆動する電動パワーステアリング装置となって提供されている。電動パワーステアリング装置は、コンパクト化や製造コスト低減化により、廉価でコンパクトな装置としてさらに改良されている。近年、パワーステアリング装置が標準装備として車両に装着されるようになると、快適さが求められ、例えば、電動パワーステアリング装置から発生する異音の防止対策が検討されるようになってきた。特にモータでアシストされる電動パワーステアリング装置では、モータ軸とラック軸とが歯車で連結されて、モータの駆動をラック軸に伝達するように構成されている。
【０００３】
従来、電動パワーステアリング装置の一例は、例えば、特開平８−２０７７９６号が知られている。この公報に示されているように、電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールにラック・ピニオン機構で連結されたラック軸に対してモータが斜交するように配置されている。モータによる回転出力を、ラック軸の周りを囲むように配置されたボールナットに回転伝達することによって、ボールナットを、軸心を中心に回転させ、ボールナットを回転することによってラック軸を軸方向に移動するように構成されている。
【０００４】
モータの軸には駆動傘歯車が装着され、ボールナットには従動傘歯車が連結されて、お互いに歯合することによって、モータの回転出力をボールナットに伝達している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般に、歯車の歯合状態は、歯車どうしを回転するためにバックラッシュを形成して歯合されることから、歯合された歯車が回転する際に、バックラッシュが大きいと歯打ち音を発生する。この歯打ち音を防止するために、組付時にバックラッシュをできるだけ小さくするように行なわれるものの、熱変形や歯面誤差を考慮して歯車機構そのものに適度なバックラッシュの形成を必要とするため、組付工程では歯打ち音を皆無にすることは極めて困難である。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、歯打ち音を防止できるように構成した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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記の課題を解決するために、以下のように構成するものである。すなわち、
ステアリングホイールにラック・ピニオン機構を介して連結され、前記ステアリングホイールを回動することによってラック軸を軸方向に移動するとともに、前記ラック軸に歯車機構を介して連結されるモータ装置とを備えて構成される電動パワーステアリング装置であって、
前記歯車機構は、前記モータ装置におけるモータ軸側に装着される第１の傘歯車とラック軸側に装着される第２の傘歯車とを備えて相互に歯合可能に構成され、前記第１の傘歯車と前記第２の傘歯車の一方には、回動によって第１と第２の傘歯車の間に、軸方向に縮小する伸縮可能な円環状に形成されるとともにそれぞれ対向する外周面から切り込まれた溝部が複数交互に並設して形成された可撓性部材からなるバックラッシュ形成手段を設け、前記可撓性部材が、一端を前記第２の傘歯車に固着するとともに他端を前記ラック軸上に配置されて前記ラック軸とともに軸方向に移動可能なボールナット側に固着して構成されることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明は、ステアリングホイールにラック・ピニオン機構を介して連結され、前記ステアリングホイールを回動することによってラック軸を軸方向に移動するとともに、前記ラック軸に歯車機構を介して連結されるモータ装置とを備えて構成される電動パワーステアリング装置であって、
前記歯車機構は、前記モータ装置におけるモータ軸側に装着される第１の傘歯車とラック軸側に装着される第２の傘歯車とを備えて相互に歯合可能に構成され、前記第１の傘歯車と前記第２の傘歯車の一方には、回動によって第１と第２の傘歯車の間に、軸方向に縮小する伸縮可能な円環状に形成されるとともにそれぞれ対向する外周面から切り込まれた溝部が複数交互に並設して形成された可撓性部材からなるバックラッシュ形成手段を設け、前記可撓性部材が、一端を前記第１の傘歯車に固着するとともに他端を前記モータ軸に固着して構成されることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ステアリングホイールの回動によってモータが作動して駆動軸を回転させると、モータの回転出力は、第１の傘歯車から第２の傘歯車に伝達されて、第２の傘歯車を一方の方向に回転させる。この際、第１の傘歯車と第２の傘歯車とは、バックラッシュ形成手段によってバックラッシュが形成される。つまり、第１の傘歯車と第２の傘歯車とが回動することによって、バックラッシュを形成することができることから、組付時においては、第１の傘歯車と第２の傘歯車とを、極めて小さいバックラッシュを形成するように組み付けておくことができる。バックラッシュを小さく組みつけておくことによって、傘歯車が回転し始める際に、駆動側の第１の傘歯車の歯部が従動側の第２の傘歯車の歯部に衝突する衝撃を小さくするとともに歯打ち音を極めて小さくできることとなる。
【００１２】
具体的には、本発明によれば、軸方向に伸縮可能な可撓性部材をラック軸側に装着する。可撓性部材の一端を第２の傘歯車に固着して、他端をボールナット側に固着すれば、バックラッシュが小さく形成された第２の傘歯車が第１の傘歯車によって回転し始めると、可撓性部材は、第２の傘歯車の回転により回転すると同時に軸方向に縮小される。可撓性部材が縮小されることによって第２の傘歯車自体を可撓性部材の縮小方向に移動させることから、第２の傘歯車は第１の傘歯車に対して第２の傘歯車の軸方向に沿って、つまり交点から離隔する方向に向かって移動することとなる。従って、斜交して歯合されている２つの歯面の間には隙間を大きくすることとなって、バックラッシュが形成されることとなる。
【００１３】
この作用は、バックラッシュの極めて小さい状態で、第１の傘歯車が第２の傘歯車を押圧して第２の傘歯車を回転させると同時に瞬時に行なわれることになることから、歯打ち音を発生させずに両傘歯車の回転をスムーズに行なうことができる。そして、その後、ボールナットを回転させることとなって、ラック軸を軸方向に移動させる。
【００１４】
また、本発明では、上記の可撓性部材を、第１の傘歯車とモータの軸部との間に配置する。これによって、第１の傘歯車の回転と同時に、可撓性部材を縮小させ、歯合されている第１の傘歯車の歯部を第２の傘歯車の歯部に対して、モータ側に向かって移動させる。従って上述と同様に、バックラッシュを形成させることから、上述と同様な効果を達成することができる。
【００１５】
そして、本発明では、可撓性部材を、上記のように交互に配置する切りこみ溝を並設して構成していることから、傘歯車の回転と同時に可撓性部材を縮小させることができる。従って、この可撓性部材を、ラック軸側における第２の傘歯車とボールナットとの間、あるいは、モータ装置側における第１の傘歯車とモータ軸との間に装着することによって、バックラッシュ形成手段を構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
実施形態による電動パワーステアリング装置（以下、パワーステ装置という。）１は、図１に示すように、図示しないステアリングホイールに接続するステアリング歯車機構部３と、ステアリング歯車機構部３のピニオン４と係合可能なラック部を有するラック軸５と、モータ１２及び傘歯車機構を備えて構成するパワーアシスト部１０と、ラック軸５の両端部と前輪との間に設けられる連結機構部７、７とを備えている。
【００１８】
ステアリング歯車機構部３は、公知のように、ステアリングホイール側に延設するステアリング軸３ａの一端に装着されたピニオン４が、ラック軸５とそれぞれの歯部で係合され、ピニオン４が回転することによってラック軸５が軸線上に沿って移動可能に構成されている。
【００１９】
連結機構部７・７は、公知のように、ボールジョイント部７ａ・７ａを備えて、軸線上に沿って移動されたラック軸５に対応して作動される各連結軸部７ｂ・７ｂが、図示しない前輪を操舵するように構成されている。
【００２０】
パワーアシスト部１０は、第１の実施形態では、図２に示すように、ラック軸５の軸方向への移動に動力を付与する駆動側のモータ装置１１と、モータ装置１１からの出力を受けてラック軸５の移動に動力を付与する従動側のラック装置２１とから構成されている。
【００２１】
モータ装置１１は、モータ１２と、モータ１２の駆動軸１３に連結されるとともに、ギヤハウジング２０に嵌装されたケース１６に軸受１５を介して回動可能に支持された伝達軸１４と、伝達軸１４と一体的に形成されるかあるいは伝達軸１４に嵌合固着された駆動傘歯車１７とを備え、モータ１７の回転出力を駆動傘歯車１７に伝達する。
【００２２】
ラック装置２１は、ラック軸５と、ラック軸５の雄ねじ部５ａにボールを介して係合するボールナット部２２ａを後部(図２中、右端部)に固着したナット装着スリーブ２２と、ナット装着スリーブ２２の前部に外嵌され駆動傘歯車１７に歯合する従動傘歯車２３と、従動傘歯車２３の軸部外周面とナット装着スリーブ２２の外周面に外嵌して、従動傘歯車２３に一端をナット装着スリーブ２２に他端を固着されたバックラッシュ形成手段としての可撓性部材２４とを備えて構成されている。
【００２３】
ナット装着スリーブ２２は、段つき円筒状に形成され、モータ装置１１とラック装置２１とを装着したギヤハウジング２０によって軸受２９を介して回動可能に支持されている。そして、前端部外周面に従動傘歯車２３が嵌合され、後端部内周面に雌ねじを形成するとともにラック軸５の雌ねじ部５ａとの間にボールを介在することによってボールねじを構成している。
【００２４】
従動傘歯車２３は、ナット装着スリーブ２２の前部(図２中、左端部)に外嵌され、ナット装着スリーブ２２と円周方向かつ軸方向に摺動可能に配置されている。駆動傘歯車１７から伝達された回転出力が従動傘歯車２３に伝達されると、その回転出力は可撓性部材２４を介してナット装着スリーブ２２に伝達され、ナット装着スリーブ２２がラック軸５に対して回転されることとなる。そして、ナット装着スリーブ２２の回転によりボールナット部２２ａとねじ係合するラック軸５が、軸方向に移動することとなる。
【００２５】
駆動傘歯車１７と、従動傘歯車２３とは、所定の角度(図例では、約３０°)で斜交して歯合され、バックラッシュは、組付時において駆動傘歯車１７と従動傘歯車２３とが噛み合っている状態で回転できる程度の最低限の隙間（ほぼ０か、あるいは極小の状態）で組み付けられている。
【００２６】
可撓性部材２４は、図３〜４に示すように、金属製の円環部材からなり、両端の内周面に被嵌合体(実施形態では、前端に従動傘歯車２３、後端にナット装着スリーブ２２)に嵌合する内嵌面２５・２５を有するとともに、中央部内周面は、内嵌面２５より小径に形成されるとともにナット装着スリーブ２２と遊嵌状態にあり、中央部外周面には、外周面における対向する部位から所定量の深さで切り込まれた溝２７がそれぞれに形成されている。この溝２７は、可撓性部材２４の軸方向に沿って交互に並設するように形成され、切り込まれた反対側にはそれぞれ肉部２８が形成されることとなる。これによって、可撓性部材２４は、ばね性を備えた弾性体として形成され、一方を固定して他方を回転させると、全体長さが軸方向に縮小し、回転が戻されると、ばね性の弾性力によって元の位置に復帰するように作用される。なお、溝２７の切り込み深さは、残された肉部の強度によって設定されるものであるから、材料は、強度の高い金属性の材料であることが望ましい。
【００２７】
そして、この可撓性部材２４の一端を従動傘歯車２３にピン２６ａにより外嵌固着し、他端をナット装着スリーブ２２にピン２６ｂにより外嵌固着することによって、従動傘歯車２３の回転出力は、可撓性部材２４の前端部から後端部に伝達され、さらに可撓性部材２４の後端部からナット装着スリーブ２２に伝達されることとなる。
【００２８】
この際、つまり従動傘歯車２３が回転し始める際に、ナット装着スリーブ２２が回転するまでの間に、駆動傘歯車１７と従動傘歯車２３との極小のバックラッシュにより、従動傘歯車２３に負荷を掛けることによって可撓性部材２４にねじれ力を作用させる。このねじれ力によって、可撓性部材２４における従動傘歯車２３に固着された前端部がナット装着スリーブ２２に対してわずかに摺動し、ナット装着スリーブ２２に固着された後端部に対してわずかに回転することとなって、可撓性部材２４がねじれることとなって可撓性部材２４を軸方向に縮小させる。
【００２９】
この可撓性部材２４の軸方向に対する縮小が、従動傘歯車２３を後方に移動させることとなって、斜交して歯合されている駆動傘歯車１７と従動傘歯車２３とのそれぞれの歯部との間でわずかな隙間を形成することになり、バックラッシュを形成することができる。従って、組付時に、極小の隙間で組み付けられていた駆動傘歯車１７と従動傘歯車２３との噛み合いは、適度なバックラッシュを形成することによって、スムーズな回転作用を行なうことになる。
【００３０】
なお、かかるバックラッシュは、可撓性部材２４が、回転方向でばね性を有するので、車両のタイヤ側からのキックバック等による逆入力やハンドル切り返し時にも形成され、歯打ちによる衝撃を緩和できる。
【００３１】
次に、第２の実施形態によるパワーアシスト部３０の構成について説明する。
【００３２】
第２の実施形態によるパワーアシスト部３０は、バックラッシュを形成する可撓性部材２４を、モータ装置側に装着するものであり、第１の実施形態と同様に使用する部位については同一符号を付記するものとする。
【００３３】
図５に示すように、ラック軸５の軸方向への移動に動力を付与する駆動側のモータ装置３１と、モータ装置３１からの出力を受けてラック軸５の移動に動力を付与する従動側のラック装置４１とから構成されている。
【００３４】
モータ装置３１は、モータ１２と、モータ１２の駆動軸１３に連結されるとともにギヤハウジング５０に軸受３５を介して回動可能に支持された伝達軸３４と、伝達軸３４に一端を駆動傘歯車３７に他端を固着されたバックラッシュ形成手段としての可撓性部材２４とを備え、モータ１２の回転出力を駆動傘歯車３７に伝達する。
【００３５】
なお、モータ軸とは、モータ１２の駆動軸１３又は伝達軸３４を含めるものである。
【００３６】
伝達軸３４は、先端が駆動傘歯車３７を貫通するとともに、後端がモータ１２の駆動軸１３に連結される連結部３４ａを有し、連結部３４ａの先方に軸受３５で支持される支持部３４ｂを形成して、さらに先方には可撓性部材２４の一端を嵌合する嵌合部３４ｃを形成している。
【００３７】
可撓性部材２４は、前述の第１の実施形態で説明した構成と同様であり、以下の説明にあたっては、前述と同様の部位については同様の符号を付記するものとする。可撓性部材２４の一端は駆動傘歯車３７のボス部３７ａにピン３８によって外嵌固着され、他端は伝達軸３４の嵌合部３４ｃにピン３９によって外嵌固着されている。そして、駆動傘歯車３７の回転によりナット装着スリーブ４２が回転するとともに、駆動傘歯車３７が回転し始めの際、駆動傘歯車３７と従動傘歯車４３との極小のバックラッシュにより、駆動傘歯車３７と従動傘歯車２３との間に負荷が掛かり、可撓性部材２４にねじれ力を作用させる。このねじれ力によって、可撓性部材２４における駆動傘歯車３７に固着された前端部が伝達軸３４に対してわずかに摺動し、伝達軸３４に固着された後端部に対してわずかに回転することとなって、可撓性部材２４がねじれて可撓性部材２４を軸方向に縮小させる。
【００３８】
この可撓性部材２４の軸方向に対する縮小が、駆動傘歯車３７を後方に移動させることとなって、斜交して歯合されている駆動傘歯車３７と従動傘歯車４３とのそれぞれの歯部との間でわずかな隙間を形成することになり、バックラッシュを形成することができる。従って、組付時に、極小の隙間で組み付けられていた駆動傘歯車３７と従動傘歯車４３との噛み合いは、適度なバックラッシュを形成することによって、スムーズな回転作用を行なうことができる。
【００３９】
ラック装置４１は、ラック軸５と、ラック軸５の雄ねじ部にボールを介して係合するボールナット部４２ａで後部(図５中、右端部)を固着するナット装着スリーブ４２とを備えて構成されている。
【００４０】
第２の実施形態におけるナット装着スリーブ４２は、前部に従動傘歯車４３を形成する段つき円筒状に形成され、モータ装置３１とラック装置４１とを装着したギヤハウジング５０によって軸受４９を介して回動可能に支持されている。そして後部内周面に雌ねじを形成するとともにラック軸５の雌ねじ部５ａとの間にボールを介在することによってボールねじを構成している。
【００４１】
なお、従動傘歯車４３は、ナット装着スリーブ４２と一体的に形成されているが、ナット装着スリーブ４２の前部に外嵌するように別体で形成し、ナット装着スリーブ４２と、例えば、キー又はピン結合によって固着してもよい。いずれにしても、駆動傘歯車３７から伝達された回転出力が従動傘歯車４３に伝達されると、その回転出力はナット装着スリーブ４２に伝達され、ナット装着スリーブ４２がラック軸５に対して回転されることとなる。そして、ナット装着スリーブ４２の回転によりナット装着スリーブ４２とねじ係合するラック軸５が、軸方向に移動することとなる。
【００４２】
次に上記のように構成されたパワーステ装置の作用を第１の実施形態のパワーアシスト部１０、第２の実施形態のパワーアシスト部３０を含めて説明する。
【００４３】
図示しないステアリングホイールを、いずれかの方向に回転させると、これが図示しないトルクセンサにて感知され、モータ１２が駆動する。モータ１２の駆動によって駆動軸１３を回転すると、その回転出力が駆動傘歯車１７(又は３７)に伝達されて駆動傘歯車１７(又は３７)及び駆動傘歯車１７(又は３７)と歯合された従動傘歯車２３（又は４３）を回転する。この際、組付時に、極小のバックラッシュで組み付けられた駆動傘歯車１７(又は３７)と従動傘歯車２３(又は４３)は、回転と同時に、いずれかに装着された可撓性部材２４の軸方向の縮小によって、いずれかの歯部が、他方の歯部に対して後方に移動することから、適度なバックラッシュを形成することができ、無理のない作用でモータ１２の回転出力を従動傘歯車２３(又は４３)側に伝達することができ、従動傘歯車２３(又は４３)に伝達された回転出力は、ナット装着スリーブ２２(又は４２)を回転させる。そして、ナット装着スリーブ２２(又は４２)の回転により、ボールナット部２２ａ(又は４２ａ)とねじ結合されたラック軸５が、ボールナット部２２ａ(又は４２ａ)に対して軸方向に移動する。これによって、連結機構部７・７を介して前輪がいずれかの方向に回転するとともに、ラック軸５と係合しているピニオン４を介してステアリングホイールを回転させる動力となってステアリング操作を軽く行なうこととなる。
【００４４】
上述のように、実施形態のパワーステ装置１では、パワーアシスト部１０・３０において、ラック装置２１(又は４１)あるいはモータ装置１１(又は３１)のいずれかに、可撓性部材２４を装着することによって、駆動傘歯車１７(又は３７)と従動傘歯車２３(又は４３)のいずれかを他方の傘歯車に対して後方へ移動させて、駆動傘歯車１７(又は３７)と従動傘歯車２３(又は４３)との間にバックラッシュを形成することができる。
【００４５】
つまり、可撓性部材２４の一端を一方の傘歯車(従動傘歯車２３又は４３あるいは駆動傘歯車１７又は３７)に固着して、他端をナット装着スリーブ２２(又は４２)あるいは伝達軸３４に固着すれば、両傘歯車が回転し始めることによって、可撓性部材２４は、いずれかの傘歯車の回転により、回転すると同時に可撓性部材２４にねじれ力を付与することとなって軸方向に縮小される。可撓性部材２４が縮小されることによって可撓性部材２４の一端が固着されたいずれかの傘歯車自体を可撓性部材２４の縮小方向に移動させることから、駆動傘歯車１７(又は３７)と従動傘歯車２３(又は４３)のいずれかを他方の傘歯車に対して移動することとなって両者間にバックラッシュを形成することとなる。
【００４６】
従って、組付時においては、駆動傘歯車１７(又は３７)と従動傘歯車２３(又は４３)とを、極めて小さいバックラッシュを形成するように組みつけておくことができる。バックラッシュを小さく組みつけておくことによって、傘歯車が回転しだす際に、駆動側の傘歯車の歯部が従動傘歯車２３の歯部に衝突する衝撃を小さくするとともに歯打ち音を極めて小さくできることとなり、歯車による騒音防止を図ることができる。
【００４７】
そして、可撓性部材２４に切り込み溝２７を対向する面から交互に並設するように形成することによって、ばね性を有することとなって、傘歯車の回転と同時に、軸方向への伸縮を可能とする。
【００４８】
従って、この可撓性部材２４を、ラック軸５側における従動傘歯車２３とナット装着スリーブ２２との間、あるいは、モータ装置３１側における駆動傘歯車３７と伝達軸３４との間に装着することによって、バックラッシュ形成手段を構成することができる。
【００４９】
なお、本発明の電動パワーステアリング装置は、上記の形態に限定するものではない。例えば、ラック装置２１(又は４１)とモータ装置１１(又は３１)との斜交角度は、ラック装置２１(又は４１)とモータ装置１１(又は３１)とが平行に配置されていない限り、適宜設定されてもよく、また、バックラッシュ形成手段における可撓性部材２４は、駆動傘歯車１７(又は３７)、あるいは従動側傘歯車２３(又は４３)の回転と同時に軸方向に縮小されるように形成され、さらにその後にばね性により復帰できるものであれば、どのように形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置の概要を示す一部断面図である。
【図２】本発明の電動パワーステアリング装置の第１の形態のパワーアシスト部１０を示す一部断面図である。
【図３】図２における可撓性部材２４を示す斜視図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】第２の形態のパワーアシスト部１０を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１ 電動ステアリング装置
４ ピニオン
５ ラック軸
１０、３０ パワーアシスト部
１１、３１ モータ装置
１２ モータ
１３ 駆動軸
１４、３４ 伝達軸
１７ 駆動傘歯車(第１の傘歯車)
２１、４１ ラック装置
２２、４２ ナット装着スリーブ
２２ａ、４２ａ ボールナット部
２３、４３ 従動傘歯車(第２の傘歯車)
２４ 可撓性部材(バックラッシュ形成手段)
２６ａ、２６ｂ、３８、３９ ピン
２７ 切り込み溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラック軸と斜交して配置されるモータ装置を備えて構成される電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両において、パワーステアリング装置は、ステアリングホイールを軽く操作するために開発され、その機能を達成すべく各種の改良がなされてきた。そのひとつがモータで駆動する電動パワーステアリング装置となって提供されている。電動パワーステアリング装置は、コンパクト化や製造コスト低減化により、廉価でコンパクトな装置としてさらに改良されている。近年、パワーステアリング装置が標準装備として車両に装着されるようになると、快適さが求められ、例えば、電動パワーステアリング装置から発生する異音の防止対策が検討されるようになってきた。特にモータでアシストされる電動パワーステアリング装置では、モータ軸とラック軸とが歯車で連結されて、モータの駆動をラック軸に伝達するように構成されている。
【０００３】
従来、電動パワーステアリング装置の一例は、例えば、特開平８−２０７７９６号が知られている。この公報に示されているように、電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールにラック・ピニオン機構で連結されたラック軸に対してモータが斜交するように配置されている。モータによる回転出力を、ラック軸の周りを囲むように配置されたボールナットに回転伝達することによって、ボールナットを、軸心を中心に回転させ、ボールナットを回転することによってラック軸を軸方向に移動するように構成されている。
【０００４】
モータの軸には駆動傘歯車が装着され、ボールナットには従動傘歯車が連結されて、お互いに歯合することによって、モータの回転出力をボールナットに伝達している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般に、歯車の歯合状態は、歯車どうしを回転するためにバックラッシュを形成して歯合されることから、歯合された歯車が回転する際に、バックラッシュが大きいと歯打ち音を発生する。この歯打ち音を防止するために、組付時にバックラッシュをできるだけ小さくするように行なわれるものの、熱変形や歯面誤差を考慮して歯車機構そのものに適度なバックラッシュの形成を必要とするため、組付工程では歯打ち音を皆無にすることは極めて困難である。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、歯打ち音を防止できるように構成した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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記の課題を解決するために、以下のように構成するものである。すなわち、
ステアリングホイールにラック・ピニオン機構を介して連結され、前記ステアリングホイールを回動することによってラック軸を軸方向に移動するとともに、前記ラック軸に歯車機構を介して連結されるモータ装置とを備えて構成される電動パワーステアリング装置であって、
前記歯車機構は、前記モータ装置におけるモータ軸側に装着される第１の傘歯車とラック軸側に装着される第２の傘歯車とを備えて相互に歯合可能に構成され、前記第１の傘歯車と前記第２の傘歯車の一方には、回動によって第１と第２の傘歯車の間に、軸方向に縮小する伸縮可能な円環状に形成されるとともにそれぞれ対向する外周面から切り込まれた溝部が複数交互に並設して形成された可撓性部材からなるバックラッシュ形成手段を設け、前記可撓性部材が、一端を前記第２の傘歯車に固着するとともに他端を前記ラック軸上に配置されて前記ラック軸とともに軸方向に移動可能なボールナット側に固着して構成されることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明は、ステアリングホイールにラック・ピニオン機構を介して連結され、前記ステアリングホイールを回動することによってラック軸を軸方向に移動するとともに、前記ラック軸に歯車機構を介して連結されるモータ装置とを備えて構成される電動パワーステアリング装置であって、
前記歯車機構は、前記モータ装置におけるモータ軸側に装着される第１の傘歯車とラック軸側に装着される第２の傘歯車とを備えて相互に歯合可能に構成され、前記第１の傘歯車と前記第２の傘歯車の一方には、回動によって第１と第２の傘歯車の間に、軸方向に縮小する伸縮可能な円環状に形成されるとともにそれぞれ対向する外周面から切り込まれた溝部が複数交互に並設して形成された可撓性部材からなるバックラッシュ形成手段を設け、前記可撓性部材が、一端を前記第１の傘歯車に固着するとともに他端を前記モータ軸に固着して構成されることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ステアリングホイールの回動によってモータが作動して駆動軸を回転させると、モータの回転出力は、第１の傘歯車から第２の傘歯車に伝達されて、第２の傘歯車を一方の方向に回転させる。この際、第１の傘歯車と第２の傘歯車とは、バックラッシュ形成手段によってバックラッシュが形成される。つまり、第１の傘歯車と第２の傘歯車とが回動することによって、バックラッシュを形成することができることから、組付時においては、第１の傘歯車と第２の傘歯車とを、極めて小さいバックラッシュを形成するように組み付けておくことができる。バックラッシュを小さく組みつけておくことによって、傘歯車が回転し始める際に、駆動側の第１の傘歯車の歯部が従動側の第２の傘歯車の歯部に衝突する衝撃を小さくするとともに歯打ち音を極めて小さくできることとなる。
【００１２】
具体的には、本発明によれば、軸方向に伸縮可能な可撓性部材をラック軸側に装着する。可撓性部材の一端を第２の傘歯車に固着して、他端をボールナット側に固着すれば、バックラッシュが小さく形成された第２の傘歯車が第１の傘歯車によって回転し始めると、可撓性部材は、第２の傘歯車の回転により回転すると同時に軸方向に縮小される。可撓性部材が縮小されることによって第２の傘歯車自体を可撓性部材の縮小方向に移動させることから、第２の傘歯車は第１の傘歯車に対して第２の傘歯車の軸方向に沿って、つまり交点から離隔する方向に向かって移動することとなる。従って、斜交して歯合されている２つの歯面の間には隙間を大きくすることとなって、バックラッシュが形成されることとなる。
【００１３】
この作用は、バックラッシュの極めて小さい状態で、第１の傘歯車が第２の傘歯車を押圧して第２の傘歯車を回転させると同時に瞬時に行なわれることになることから、歯打ち音を発生させずに両傘歯車の回転をスムーズに行なうことができる。そして、その後、ボールナットを回転させることとなって、ラック軸を軸方向に移動させる。
【００１４】
また、本発明では、上記の可撓性部材を、第１の傘歯車とモータの軸部との間に配置する。これによって、第１の傘歯車の回転と同時に、可撓性部材を縮小させ、歯合されている第１の傘歯車の歯部を第２の傘歯車の歯部に対して、モータ側に向かって移動させる。従って上述と同様に、バックラッシュを形成させることから、上述と同様な効果を達成することができる。
【００１５】
そして、本発明では、可撓性部材を、上記のように交互に配置する切りこみ溝を並設して構成していることから、傘歯車の回転と同時に可撓性部材を縮小させることができる。従って、この可撓性部材を、ラック軸側における第２の傘歯車とボールナットとの間、あるいは、モータ装置側における第１の傘歯車とモータ軸との間に装着することによって、バックラッシュ形成手段を構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
実施形態による電動パワーステアリング装置（以下、パワーステ装置という。）１は、図１に示すように、図示しないステアリングホイールに接続するステアリング歯車機構部３と、ステアリング歯車機構部３のピニオン４と係合可能なラック部を有するラック軸５と、モータ１２及び傘歯車機構を備えて構成するパワーアシスト部１０と、ラック軸５の両端部と前輪との間に設けられる連結機構部７、７とを備えている。
【００１８】
ステアリング歯車機構部３は、公知のように、ステアリングホイール側に延設するステアリング軸３ａの一端に装着されたピニオン４が、ラック軸５とそれぞれの歯部で係合され、ピニオン４が回転することによってラック軸５が軸線上に沿って移動可能に構成されている。
【００１９】
連結機構部７・７は、公知のように、ボールジョイント部７ａ・７ａを備えて、軸線上に沿って移動されたラック軸５に対応して作動される各連結軸部７ｂ・７ｂが、図示しない前輪を操舵するように構成されている。
【００２０】
パワーアシスト部１０は、第１の実施形態では、図２に示すように、ラック軸５の軸方向への移動に動力を付与する駆動側のモータ装置１１と、モータ装置１１からの出力を受けてラック軸５の移動に動力を付与する従動側のラック装置２１とから構成されている。
【００２１】
モータ装置１１は、モータ１２と、モータ１２の駆動軸１３に連結されるとともに、ギヤハウジング２０に嵌装されたケース１６に軸受１５を介して回動可能に支持された伝達軸１４と、伝達軸１４と一体的に形成されるかあるいは伝達軸１４に嵌合固着された駆動傘歯車１７とを備え、モータ１７の回転出力を駆動傘歯車１７に伝達する。
【００２２】
ラック装置２１は、ラック軸５と、ラック軸５の雄ねじ部５ａにボールを介して係合するボールナット部２２ａを後部(図２中、右端部)に固着したナット装着スリーブ２２と、ナット装着スリーブ２２の前部に外嵌され駆動傘歯車１７に歯合する従動傘歯車２３と、従動傘歯車２３の軸部外周面とナット装着スリーブ２２の外周面に外嵌して、従動傘歯車２３に一端をナット装着スリーブ２２に他端を固着されたバックラッシュ形成手段としての可撓性部材２４とを備えて構成されている。
【００２３】
ナット装着スリーブ２２は、段つき円筒状に形成され、モータ装置１１とラック装置２１とを装着したギヤハウジング２０によって軸受２９を介して回動可能に支持されている。そして、前端部外周面に従動傘歯車２３が嵌合され、後端部内周面に雌ねじを形成するとともにラック軸５の雌ねじ部５ａとの間にボールを介在することによってボールねじを構成している。
【００２４】
従動傘歯車２３は、ナット装着スリーブ２２の前部(図２中、左端部)に外嵌され、ナット装着スリーブ２２と円周方向かつ軸方向に摺動可能に配置されている。駆動傘歯車１７から伝達された回転出力が従動傘歯車２３に伝達されると、その回転出力は可撓性部材２４を介してナット装着スリーブ２２に伝達され、ナット装着スリーブ２２がラック軸５に対して回転されることとなる。そして、ナット装着スリーブ２２の回転によりボールナット部２２ａとねじ係合するラック軸５が、軸方向に移動することとなる。
【００２５】
駆動傘歯車１７と、従動傘歯車２３とは、所定の角度(図例では、約３０°)で斜交して歯合され、バックラッシュは、組付時において駆動傘歯車１７と従動傘歯車２３とが噛み合っている状態で回転できる程度の最低限の隙間（ほぼ０か、あるいは極小の状態）で組み付けられている。
【００２６】
可撓性部材２４は、図３〜４に示すように、金属製の円環部材からなり、両端の内周面に被嵌合体(実施形態では、前端に従動傘歯車２３、後端にナット装着スリーブ２２)に嵌合する内嵌面２５・２５を有するとともに、中央部内周面は、内嵌面２５より小径に形成されるとともにナット装着スリーブ２２と遊嵌状態にあり、中央部外周面には、外周面における対向する部位から所定量の深さで切り込まれた溝２７がそれぞれに形成されている。この溝２７は、可撓性部材２４の軸方向に沿って交互に並設するように形成され、切り込まれた反対側にはそれぞれ肉部２８が形成されることとなる。これによって、可撓性部材２４は、ばね性を備えた弾性体として形成され、一方を固定して他方を回転させると、全体長さが軸方向に縮小し、回転が戻されると、ばね性の弾性力によって元の位置に復帰するように作用される。なお、溝２７の切り込み深さは、残された肉部の強度によって設定されるものであるから、材料は、強度の高い金属性の材料であることが望ましい。
【００２７】
そして、この可撓性部材２４の一端を従動傘歯車２３にピン２６ａにより外嵌固着し、他端をナット装着スリーブ２２にピン２６ｂにより外嵌固着することによって、従動傘歯車２３の回転出力は、可撓性部材２４の前端部から後端部に伝達され、さらに可撓性部材２４の後端部からナット装着スリーブ２２に伝達されることとなる。
【００２８】
この際、つまり従動傘歯車２３が回転し始める際に、ナット装着スリーブ２２が回転するまでの間に、駆動傘歯車１７と従動傘歯車２３との極小のバックラッシュにより、従動傘歯車２３に負荷を掛けることによって可撓性部材２４にねじれ力を作用させる。このねじれ力によって、可撓性部材２４における従動傘歯車２３に固着された前端部がナット装着スリーブ２２に対してわずかに摺動し、ナット装着スリーブ２２に固着された後端部に対してわずかに回転することとなって、可撓性部材２４がねじれることとなって可撓性部材２４を軸方向に縮小させる。
【００２９】
この可撓性部材２４の軸方向に対する縮小が、従動傘歯車２３を後方に移動させることとなって、斜交して歯合されている駆動傘歯車１７と従動傘歯車２３とのそれぞれの歯部との間でわずかな隙間を形成することになり、バックラッシュを形成することができる。従って、組付時に、極小の隙間で組み付けられていた駆動傘歯車１７と従動傘歯車２３との噛み合いは、適度なバックラッシュを形成することによって、スムーズな回転作用を行なうことになる。
【００３０】
なお、かかるバックラッシュは、可撓性部材２４が、回転方向でばね性を有するので、車両のタイヤ側からのキックバック等による逆入力やハンドル切り返し時にも形成され、歯打ちによる衝撃を緩和できる。
【００３１】
次に、第２の実施形態によるパワーアシスト部３０の構成について説明する。
【００３２】
第２の実施形態によるパワーアシスト部３０は、バックラッシュを形成する可撓性部材２４を、モータ装置側に装着するものであり、第１の実施形態と同様に使用する部位については同一符号を付記するものとする。
【００３３】
図５に示すように、ラック軸５の軸方向への移動に動力を付与する駆動側のモータ装置３１と、モータ装置３１からの出力を受けてラック軸５の移動に動力を付与する従動側のラック装置４１とから構成されている。
【００３４】
モータ装置３１は、モータ１２と、モータ１２の駆動軸１３に連結されるとともにギヤハウジング５０に軸受３５を介して回動可能に支持された伝達軸３４と、伝達軸３４に一端を駆動傘歯車３７に他端を固着されたバックラッシュ形成手段としての可撓性部材２４とを備え、モータ１２の回転出力を駆動傘歯車３７に伝達する。
【００３５】
なお、モータ軸とは、モータ１２の駆動軸１３又は伝達軸３４を含めるものである。
【００３６】
伝達軸３４は、先端が駆動傘歯車３７を貫通するとともに、後端がモータ１２の駆動軸１３に連結される連結部３４ａを有し、連結部３４ａの先方に軸受３５で支持される支持部３４ｂを形成して、さらに先方には可撓性部材２４の一端を嵌合する嵌合部３４ｃを形成している。
【００３７】
可撓性部材２４は、前述の第１の実施形態で説明した構成と同様であり、以下の説明にあたっては、前述と同様の部位については同様の符号を付記するものとする。可撓性部材２４の一端は駆動傘歯車３７のボス部３７ａにピン３８によって外嵌固着され、他端は伝達軸３４の嵌合部３４ｃにピン３９によって外嵌固着されている。そして、駆動傘歯車３７の回転によりナット装着スリーブ４２が回転するとともに、駆動傘歯車３７が回転し始めの際、駆動傘歯車３７と従動傘歯車４３との極小のバックラッシュにより、駆動傘歯車３７と従動傘歯車２３との間に負荷が掛かり、可撓性部材２４にねじれ力を作用させる。このねじれ力によって、可撓性部材２４における駆動傘歯車３７に固着された前端部が伝達軸３４に対してわずかに摺動し、伝達軸３４に固着された後端部に対してわずかに回転することとなって、可撓性部材２４がねじれて可撓性部材２４を軸方向に縮小させる。
【００３８】
この可撓性部材２４の軸方向に対する縮小が、駆動傘歯車３７を後方に移動させることとなって、斜交して歯合されている駆動傘歯車３７と従動傘歯車４３とのそれぞれの歯部との間でわずかな隙間を形成することになり、バックラッシュを形成することができる。従って、組付時に、極小の隙間で組み付けられていた駆動傘歯車３７と従動傘歯車４３との噛み合いは、適度なバックラッシュを形成することによって、スムーズな回転作用を行なうことができる。
【００３９】
ラック装置４１は、ラック軸５と、ラック軸５の雄ねじ部にボールを介して係合するボールナット部４２ａで後部(図５中、右端部)を固着するナット装着スリーブ４２とを備えて構成されている。
【００４０】
第２の実施形態におけるナット装着スリーブ４２は、前部に従動傘歯車４３を形成する段つき円筒状に形成され、モータ装置３１とラック装置４１とを装着したギヤハウジング５０によって軸受４９を介して回動可能に支持されている。そして後部内周面に雌ねじを形成するとともにラック軸５の雌ねじ部５ａとの間にボールを介在することによってボールねじを構成している。
【００４１】
なお、従動傘歯車４３は、ナット装着スリーブ４２と一体的に形成されているが、ナット装着スリーブ４２の前部に外嵌するように別体で形成し、ナット装着スリーブ４２と、例えば、キー又はピン結合によって固着してもよい。いずれにしても、駆動傘歯車３７から伝達された回転出力が従動傘歯車４３に伝達されると、その回転出力はナット装着スリーブ４２に伝達され、ナット装着スリーブ４２がラック軸５に対して回転されることとなる。そして、ナット装着スリーブ４２の回転によりナット装着スリーブ４２とねじ係合するラック軸５が、軸方向に移動することとなる。
【００４２】
次に上記のように構成されたパワーステ装置の作用を第１の実施形態のパワーアシスト部１０、第２の実施形態のパワーアシスト部３０を含めて説明する。
【００４３】
図示しないステアリングホイールを、いずれかの方向に回転させると、これが図示しないトルクセンサにて感知され、モータ１２が駆動する。モータ１２の駆動によって駆動軸１３を回転すると、その回転出力が駆動傘歯車１７(又は３７)に伝達されて駆動傘歯車１７(又は３７)及び駆動傘歯車１７(又は３７)と歯合された従動傘歯車２３（又は４３）を回転する。この際、組付時に、極小のバックラッシュで組み付けられた駆動傘歯車１７(又は３７)と従動傘歯車２３(又は４３)は、回転と同時に、いずれかに装着された可撓性部材２４の軸方向の縮小によって、いずれかの歯部が、他方の歯部に対して後方に移動することから、適度なバックラッシュを形成することができ、無理のない作用でモータ１２の回転出力を従動傘歯車２３(又は４３)側に伝達することができ、従動傘歯車２３(又は４３)に伝達された回転出力は、ナット装着スリーブ２２(又は４２)を回転させる。そして、ナット装着スリーブ２２(又は４２)の回転により、ボールナット部２２ａ(又は４２ａ)とねじ結合されたラック軸５が、ボールナット部２２ａ(又は４２ａ)に対して軸方向に移動する。これによって、連結機構部７・７を介して前輪がいずれかの方向に回転するとともに、ラック軸５と係合しているピニオン４を介してステアリングホイールを回転させる動力となってステアリング操作を軽く行なうこととなる。
【００４４】
上述のように、実施形態のパワーステ装置１では、パワーアシスト部１０・３０において、ラック装置２１(又は４１)あるいはモータ装置１１(又は３１)のいずれかに、可撓性部材２４を装着することによって、駆動傘歯車１７(又は３７)と従動傘歯車２３(又は４３)のいずれかを他方の傘歯車に対して後方へ移動させて、駆動傘歯車１７(又は３７)と従動傘歯車２３(又は４３)との間にバックラッシュを形成することができる。
【００４５】
つまり、可撓性部材２４の一端を一方の傘歯車(従動傘歯車２３又は４３あるいは駆動傘歯車１７又は３７)に固着して、他端をナット装着スリーブ２２(又は４２)あるいは伝達軸３４に固着すれば、両傘歯車が回転し始めることによって、可撓性部材２４は、いずれかの傘歯車の回転により、回転すると同時に可撓性部材２４にねじれ力を付与することとなって軸方向に縮小される。可撓性部材２４が縮小されることによって可撓性部材２４の一端が固着されたいずれかの傘歯車自体を可撓性部材２４の縮小方向に移動させることから、駆動傘歯車１７(又は３７)と従動傘歯車２３(又は４３)のいずれかを他方の傘歯車に対して移動することとなって両者間にバックラッシュを形成することとなる。
【００４６】
従って、組付時においては、駆動傘歯車１７(又は３７)と従動傘歯車２３(又は４３)とを、極めて小さいバックラッシュを形成するように組みつけておくことができる。バックラッシュを小さく組みつけておくことによって、傘歯車が回転しだす際に、駆動側の傘歯車の歯部が従動傘歯車２３の歯部に衝突する衝撃を小さくするとともに歯打ち音を極めて小さくできることとなり、歯車による騒音防止を図ることができる。
【００４７】
そして、可撓性部材２４に切り込み溝２７を対向する面から交互に並設するように形成することによって、ばね性を有することとなって、傘歯車の回転と同時に、軸方向への伸縮を可能とする。
【００４８】
従って、この可撓性部材２４を、ラック軸５側における従動傘歯車２３とナット装着スリーブ２２との間、あるいは、モータ装置３１側における駆動傘歯車３７と伝達軸３４との間に装着することによって、バックラッシュ形成手段を構成することができる。
【００４９】
なお、本発明の電動パワーステアリング装置は、上記の形態に限定するものではない。例えば、ラック装置２１(又は４１)とモータ装置１１(又は３１)との斜交角度は、ラック装置２１(又は４１)とモータ装置１１(又は３１)とが平行に配置されていない限り、適宜設定されてもよく、また、バックラッシュ形成手段における可撓性部材２４は、駆動傘歯車１７(又は３７)、あるいは従動側傘歯車２３(又は４３)の回転と同時に軸方向に縮小されるように形成され、さらにその後にばね性により復帰できるものであれば、どのように形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置の概要を示す一部断面図である。
【図２】本発明の電動パワーステアリング装置の第１の形態のパワーアシスト部１０を示す一部断面図である。
【図３】図２における可撓性部材２４を示す斜視図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】第２の形態のパワーアシスト部１０を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１ 電動ステアリング装置
４ ピニオン
５ ラック軸
１０、３０ パワーアシスト部
１１、３１ モータ装置
１２ モータ
１３ 駆動軸
１４、３４ 伝達軸
１７ 駆動傘歯車(第１の傘歯車)
２１、４１ ラック装置
２２、４２ ナット装着スリーブ
２２ａ、４２ａ ボールナット部
２３、４３ 従動傘歯車(第２の傘歯車)
２４ 可撓性部材(バックラッシュ形成手段)
２６ａ、２６ｂ、３８、３９ ピン
２７ 切り込み溝
Claims (2)
- ステアリングホイールにラック・ピニオン機構を介して連結され、前記ステアリングホイールを回動することによってラック軸を軸方向に移動するとともに、前記ラック軸に歯車機構を介して連結されるモータ装置とを備えて構成される電動パワーステアリング装置であって、
前記歯車機構は、前記モータ装置におけるモータ軸側に装着される第１の傘歯車とラック軸側に装着される第２の傘歯車とを備えて相互に歯合可能に構成され、前記第１の傘歯車と前記第２の傘歯車の一方には、回動によって第１と第２の傘歯車の間に、軸方向に縮小する伸縮可能な円環状に形成されるとともにそれぞれ対向する外周面から切り込まれた溝部が複数交互に並設して形成された可撓性部材からなるバックラッシュ形成手段を設け、前記可撓性部材が、一端を前記第２の傘歯車に固着するとともに他端を前記ラック軸上に配置されて前記ラック軸とともに軸方向に移動可能なボールナット側に固着して構成されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - ステアリングホイールにラック・ピニオン機構を介して連結され、前記ステアリングホイールを回動することによってラック軸を軸方向に移動するとともに、前記ラック軸に歯車機構を介して連結されるモータ装置とを備えて構成される電動パワーステアリング装置であって、
前記歯車機構は、前記モータ装置におけるモータ軸側に装着される第１の傘歯車とラック軸側に装着される第２の傘歯車とを備えて相互に歯合可能に構成され、前記第１の傘歯車と前記第２の傘歯車の一方には、回動によって第１と第２の傘歯車の間に、軸方向に縮小する伸縮可能な円環状に形成されるとともにそれぞれ対向する外周面から切り込まれた溝部が複数交互に並設して形成された可撓性部材からなるバックラッシュ形成手段を設け、前記可撓性部材が、一端を前記第１の傘歯車に固着するとともに他端を前記モータ軸に固着して構成され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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