JP3950695B2

JP3950695B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3950695B2
Application number: JP2002020346A
Authority: JP
Inventors: 丈博猿渡; 洋村高; 章浩廣中
Original assignee: JTEKT Corp; Gates Unitta Asia Co
Current assignee: JTEKT Corp; Gates Unitta Asia Co
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP2003220958A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ラックアシスト式電動パワーステアリング装置では、電動モータの回転をプーリ・ベルト機構からなる減速機構を介して減速した後、ラック軸を包囲する例えばボールねじ機構を介してラック軸の軸方向移動に変換するようにしている（例えば特公平４−２８５８３号公報参照）。
この場合、電動モータとラック軸との間の動力伝達経路にベルトが介在することになるので、ラック軸からの衝撃荷重や振動が電動モータに伝達されることがないという利点がある。
【０００３】
通例、ベルトにはコッグドベルト（タイミングベルト）が用いられ、プーリには外周面の所定間隔毎に歯を設けた歯付きプーリが用いられる。
一方、減速機構としては、小型でより大きな減速比が要請されることから、小径プーリがより小型になってきている。この場合、ベルトに対する小径プーリの噛み合い歯数が減少し、十分なトルク伝達が行えなくなったり、耐久性に問題が出たりするという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の課題は小型で大減速比を達成できしかも耐久性のある電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、操舵補助力を発生する電動モータと、電動モータの回転を減速する減速機構と、減速機構の出力回転を車両の左右方向に延在する操舵軸の軸方向移動に変換する変換機構とを備え、前記減速機構は、電動モータの回転軸の同軸上に取り付けられる小径プーリと、操舵軸を包囲して配置される大径プーリと、小径プーリと大径プーリとの間を連結するベルトと、ベルトに張力を付与する張力付与機構とを含み、張力付与機構は付勢手段によってベルトに押圧されるテンショナプーリを含み、前記小径プーリ及び張力付与機構を収容する第１のハウジングと、前記大径プーリ、変換機構及び操舵軸を収容する第２のハウジングとが設けられ、第１及び第２のハウジングは全体が筒状をなし、第１及び第２のハウジングは、端面側からみて略Ω字形形状をなすように取付フランジを有し、第１及び第２のハウジングの取付フランジは互いに締結され、ベルトは第１及び第２のハウジングに亘って収容されていることを特徴とするものである
【０００６】
本発明では、テンショナプーリをベルトに押圧することで、小径プーリに巻き掛けられるベルトの領域が拡がるので、大減速比を確保すべく小径プーリとして小型のプーリを用いる場合にも、安定したトルク伝達を達成でき、また、耐久性を向上させることができる。大減速比の達成により高回転、低トルクの電動モータを採用でき、コスト低減に寄与することもできる。
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記テンショナプーリがベルトの弛み側部分を張り側部分に向けて押圧することで、小径プーリへのベルト巻き掛け領域が拡がるようにしてあることを特徴とするものである。本発明では、請求項１記載の発明と同様の作用効果を奏することができ、さらに、小径プーリに巻き掛けられるベルトの領域の拡大を実効あるものとすることができ、これにより、大減速比を確保すべく小径プーリとして小型のプーリを用いる場合にも、安定したトルク伝達を達成でき、また、耐久性を向上させることができる。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項２において、前記小径プーリのピッチ円直径が１２〜３０ｍｍの範囲にあり、小径プーリへのベルト巻き掛け領域に対応する中心角は１３５〜２１０度の範囲にあることを特徴とするものである。本発明では、前記範囲のピッチ円直径を持つ小型の小径プーリにおいて、十分なベルト巻き掛け量を確保でき、ひいては、小型、大減速比を達成しつつ安定したトルク伝達と耐久性を確保することができる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３において、前記ベルトはコッグドベルトからなり、小径プーリ及び大径プーリは歯付きプーリからなることを特徴とするものである。本発明では、請求項１，２又３記載の発明と同様の作用効果を達成することができ、特に、小径プーリにおいてベルトに対する噛み合い歯数を増加させることができる点で、耐久性向上効果を高くすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は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。図１を参照して、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１は、操舵部材としてのステアリングホイール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の先端部に設けられたピニオンギヤ４及びこのピニオンギヤ４に噛み合うラックギヤ５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６とを有している。
【００１０】
ラック軸６の両端部にはそれぞれタイロッド７が結合されており、各タイロッド７は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する車輪８に連結されている。ステアリングホイール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ギヤ４およびラックギヤ５によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸６の直線運動に変換される。これにより、車輪８の転舵が達成される。
【００１１】
ステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連なる入力軸９と、ピニオンギヤ４に連なる出力軸１０とに分割されており、これら入、出力軸９，１０はトーションバー１１を介して同一の軸線上で互いに連結されている。
トーションバー１１を介する入、出力軸９，１０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１２が設けられており、このトルクセンサ１２のトルク検出結果は制御部１３に与えられる。制御部１３では、トルク検出結果や車速検出結果等に基づいて、ドライバ１４を介して操舵補助用の電動モータ１５への印加電圧を制御する。電動モータ１５の回転軸１６（図２参照）の回転が、プーリ・ベルト機構を含む減速機構１７を介して減速される。減速機構１７の出力回転は変換機構１８を介してラック軸６の軸方向移動に変換され、操舵が補助される。本電動パワーステアリング装置１はいわゆるラックアシストタイプである。
【００１２】
次いで、図２は電動パワーステアリング装置１の要部拡大図であり、図３は図２のIII − III線に沿う概略断面図である。
これらの図を参照して、電動モータ１５は、ラック軸６を収容する第２のハウジングとしてのラックハウジング１９に併設されている。電動モータ１５のモータハウジング２０は、減速機構１７の後述する小径プーリ２８を保持する第１のハウジング２１を介して、ラックハウジング１９に固定されている。
【００１３】
第１のハウジング２１は全体が筒状をなし、端面側からみて略Ω字形形状をなすように取付フランジ２２を有している。第２ハウジングとしてのラックハウジング１９にも第１のハウジング２１の取付フランジ２２に相対向する取付フランジ２３を有しており、両取付フランジ２２，２３がねじ２５により互いに締結されている。
減速機構１７は、電動モータ１５の回転軸１６に、例えばスプラインを用いる継手２６を介して同軸上に連結される入力軸２７と、入力軸２７の軸方向中間部に一体回転可能に設けられる入力プーリとしての小径プーリ２８と、操舵軸としてのラック軸６の周囲を取り囲んで配置される出力プーリとしての大径プーリ２９と、小径及び大径プーリ２８，２９間に巻き回される無端状のベルト３０とを備える。２８ａ，２９ａはそれぞれ小径プーリ２８及び大径プーリ２９の軸心である。
【００１４】
図３を参照して、ベルト３０に張力を付与する張力付与機構５１が設けられている。この張力付与機構５１は、ベルト３０の緩み側部分Ｌを張り側部分Ｈに向けて押圧するためのテンショナプーリ５２を備える。テンショナプーリ５２は揺動アーム５３の一端に支軸５４を介して回動自在に支持されている。この揺動アーム５３の他端は、減速ハウジング３９に固定される支持ブラケット５５に支軸５６を介して回動自在に支持されている。揺動アーム５３は例えばねじりコイルばねからなる付勢部材５７によって、ベルトに張力を負荷できる方向（図３においては反時計回り）に回転付勢されている。付勢部材５６は図３では模式化して示してあるが、例えば支軸５６の回りに巻かれるねじりばねを用いることができる。Ａは小径プーリ２８においてベルト３０が巻き掛けられる領域、すなわち小径プーリ２８へのベルト巻き掛け領域である。
【００１５】
ベルト３０は、図４に示すように、例えば歯付きベルト（コッグドベルト）からなり、小径プーリ２８は入力軸２７の外周に歯付きベルトに噛み合う歯５８を円周等配に形成した歯付きプーリとして構成される。大径プーリ２９も同様に歯付きプーリが用いられる。ＰＣＤは小径プーリ２８のピッチ円直径である。
再び図２を参照して、入力軸２７は第１及び第２の端部３１，３２を有しており、第１及び第２の端部３１，３２は、それぞれ対応する軸受３３，３４を介して第１のハウジング２１の対応する支持孔３５，３６により回転自在に支持されている。
【００１６】
また、入力軸２７の第１の端部３１は継手２６を介して電動モータ１５の回転軸１６に一体回転可能に連結されている。
第１のハウジング２１は、モータハウジング２０から回転軸１６が突出する部分を覆うようにモータハウジング２０に連結される連結ハウジング３７と、この連結ハウジング３７と共同して減速機構１７の主要部を収容する収容室３８を区画するための減速ハウジング３９とを備える。
【００１７】
連結ハウジング３７は筒状をなし、内部に上記の継手２６を収容する。連結ハウジング３７は周壁部４０と端壁部４１を有し、端壁部４１には前記の支持孔３５が設けられている。
減速ハウジング３９は、連結ハウジング３７の周壁部４０に液密的に嵌合する周壁部４２と、端壁部４３とを有している。端壁部４３に前記の支持孔３６が設けられている。連結ハウジング３７と減速ハウジング３９で区画される収容室３８内には、小径プーリ２８が収容されている。上記の取付フランジ２２は連結ハウジング３７及び減速ハウジング３９の双方に設けられている。
【００１８】
変換機構１８としては、例えばボールねじ機構又はベアリングねじ機構（例えば特開２０００−４６１３６号公報参照）を用いて回転運動を直線運動に変換することができる。本実施の形態では、ボールねじ機構が用いられる例に則して説明する。変換機構１８はラック軸６の周囲を取り囲む回転体としてのボールナット４４を備える。
ボールナット４４は、ラック軸６の途中部に形成されたボールねじ溝６ａにボール４５を介して螺合しており、これにより変換機構１８が構成されている。ボールナット４４はラックハウジング１９に軸受４６を介して回転自在に支持されている。また、ボールナット４４の外周部４７には前記の大径プーリ２９が一体回転可能に嵌め合わされている。具体的には、ボールナット４４の外周部４７に形成された段部４８と、外周部４７のねじ部４９にねじ込まれた固定ねじ５０との間に大径プーリ２９を挟持することで、大径プーリ２９をボールナット４４に固定している。
【００１９】
本実施の形態によれば、テンショナプーリ５２によってベルト３０の緩み側部分Ｌを張り側部分Ｈに向けて押圧することで、小径プーリ２８へのベルト巻き掛け領域Ａが拡がるので、大減速比を確保すべく小径プーリ２８として小型のプーリを用いる場合にも、安定したトルク伝達を達成でき、また、耐久性を向上させることができる。大減速比の達成により高回転、低トルクの電動モータを採用でき、コスト低減に寄与することもできる。
【００２０】
特に、本実施の形態のようにコッグドベルトからなるベルト３０に噛み合う歯付きプーリを小径プーリ２８に用いる場合、該小径プーリ２８においてベルト３０に噛み合う歯５８の数を増加させることができるので、耐久性向上効果を高くすることができる。
なお、小径プーリ２８のピッチ円直径ＰＣＤ（図４参照）が１２〜３０ｍｍの範囲にある場合において、小径プーリ２８においてベルト巻き掛領域Ａに対応する中心角は１３５〜２１０度の範囲にあることが好ましい。これにより、小径プーリ２８に対する十分なベルト巻き掛け量を確保でき、ひいては、小型、大減速比を達成しつつ安定したトルク伝達と耐久性を確保することができるからである。
【００２１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【図３】図２のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】小径プーリとベルトの要部の拡大図である。
【符号の説明】
１電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
２ステアリングホイール（操舵部材）
６ラック軸（操舵軸）
６ａボールねじ溝
１５電動モータ
１６回転軸
１７減速機構
１８変換機構
２７入力軸
２８小径プーリ（歯付きプーリ）
２９大径プーリ（歯付きプーリ）
３０ベルト（コッグドベルト）
Ｌ緩み側部分
Ｈ張り側部分
Ａベルト巻き掛け領域
５１張力付与機構
５２テンショナプーリ
５３揺動アーム
５４，５６支軸
５５支持ブラケット
５７付勢部材（付勢手段）
５８歯

Claims

操舵補助力を発生する電動モータと、電動モータの回転を減速する減速機構と、減速機構の出力回転を車両の左右方向に延在する操舵軸の軸方向移動に変換する変換機構とを備え、
前記減速機構は、電動モータの回転軸の同軸上に取り付けられる小径プーリと、操舵軸を包囲して配置される大径プーリと、小径プーリと大径プーリとの間を連結するベルトと、ベルトに張力を付与する張力付与機構とを含み、張力付与機構は付勢手段によってベルトに押圧されるテンショナプーリを含み、
前記小径プーリ及び張力付与機構を収容する第１のハウジングと、
前記大径プーリ、変換機構及び操舵軸を収容する第２のハウジングとが設けられ、
第１及び第２のハウジングは全体が筒状をなし、
第１及び第２のハウジングは、端面側からみて略Ω字形形状をなすように取付フランジを有し、
第１及び第２のハウジングの取付フランジは互いに締結され、
ベルトは第１及び第２のハウジングに亘って収容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。
請求項１において、前記テンショナプーリがベルトの弛み側部分を張り側部分に向けて押圧することで、小径プーリへのベルト巻き掛け領域が拡がるようにしてあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項２において、前記小径プーリのピッチ円直径が１２〜３０ｍｍの範囲にあり、小径プーリへのベルト巻き掛け領域に対応する中心角は１３５〜２１０度の範囲にあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１，２又は３において、前記ベルトはコッグドベルトからなり、小径プーリ及び大径プーリは歯付きプーリからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。