JP3951110B2 - 電動パワーステアリング装置の防振構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置において、電動アシストモータとウォーム軸との結合部における歯打音を低減するための防振構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、良く知られた電動パワーステアリング装置１００の概略構造を示す説明図である。すなわち自動車の電動パワーステアリング装置は、基本的には、この図３に示されるように、ステアリングホイール１０１から延びる操舵入力軸１０２の先端に、トルクセンサ１０５により操舵トルクが検出されるトーションバー１０３を介して操舵出力軸１０４が連結され、この操舵出力軸１０４に形成されたピニオンに、左右へ移動することにより車軸の方向を変える操舵ラック（図示省略）が噛合している。前記操舵出力軸１０４にはウォームホイール１０８が取り付けられており、このウォームホイール１０８には、電動アシストモータ１０６の出力軸に連結されたウォームギヤ１０７が噛合されている。
【０００３】
すなわち、この種の電動パワーステアリング装置１００は、運転者がステアリングホイール（ハンドル）１０１を回転させようとする時の操舵トルクによって、操舵入力軸１０２と操舵出力軸１０４の間に介在するトーションバー１０３に捩り変形が与えられると、その捩りトルクの方向及び大きさが、トルクセンサ１０５により検出され、その検出信号や車速データ等に基づいて、図示されていない制御装置により電動アシストモータ１０６への印加電力が制御される。この電動アシストモータ１０６の駆動トルクは、その出力軸に連結されたウォーム軸１０９に形成されたウォームギヤ１０７と、これに噛合しているウォームホイール１０８からなる減速機構によって、操舵出力軸１０４に、前記ステアリングホイール１０１による操舵トルクの方向へ補助操舵トルクが与えられるようになっている。
【０００４】
図４は、上記電動パワーステアリング装置１００において、ウォーム軸１０９と電動アシストモータ１０６の出力軸との従来の結合構造を示すものである。すなわち、従来の技術においては、電動アシストモータ１０６の出力軸の軸端には、スプライン軸部１１０が形成されている。一方、ウォーム軸１０９は、電動アシストモータ１０６の出力軸と同軸的に配置されると共に、両端近傍がそれぞれ軸受１１１を介して支持されている。ウォーム軸１０９の電動アシストモータ１０６側の端部には、スプライン軸部１１２が形成されている。そして、互いに対向するウォーム軸１０９のスプライン軸部１１０と電動アシストモータ１０６の出力軸のスプライン軸部１１２は、内周にスプライン孔が形成された共通の筒状継手１１３に挿入・係合しており、これによって、電動アシストモータ１０６の回転子１１０の駆動トルクが筒状継手１１３を介してウォーム軸１０９に伝達されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来構造によれば、ウォーム軸１０９のスプライン軸部１１０及び電動アシストモータ１０６の出力軸のスプライン軸部１１２と筒状継手１１３が、軸方向に延びるスプライン歯面同士で噛合しているため、その噛合部には、軸方向へのがたつきが発生する。
【０００６】
また特に、スプライン軸部１１０，１１２と筒状継手１１３のスプライン歯面間には、所要のバックラッシュが設定されているため、例えば運転者が、一方向にハンドルを切った（ステアリングホイール１０１を回転させた）後、直ちに逆方向にハンドルを切ったような場合は、ステアリングホイール１０１による操舵方向に応じて、電動アシストモータ１０６による補助操舵トルクの方向が逆転すると、スプライン軸部１１０，１１２と筒状継手１１３は、それまで当接していた歯面と反対側の歯面同士が、バックラッシュの存在に起因して衝突し、比較的大きな打音が生ずる問題がある。そしてこのような打音は、耳障りな金属音であるため、運転者に不快感を与えるものであった。
【０００７】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、電動アシストモータとウォーム軸との結合部の歯打音による騒音を、有効に低減し得る電動パワーステアリング装置の防振構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る電動パワーステアリング装置の防振構造は、電動アシストモータにより回転されるウォーム軸に設けられたウォームギヤが、操舵出力軸に装着されたウォームホイールと噛合した構造を備える電動パワーステアリング装置において、前記ウォーム軸及び前記電動アシストモータの出力軸のうち一方の軸端外周にゴム状弾性材料からなるダンパを介して設けられると共にテーパ状歯面を有する噛合子と、前記ウォーム軸及び出力軸のうち他方の軸端に設けられ前記テーパ状歯面と対応する歯面を有する相手噛合部が、バックラッシュのない状態に噛合されたものである。
【０００９】
また、請求項２の発明に係る電動パワーステアリング装置の防振構造は、請求項１に記載されたダンパが径方向部を有し、この径方向部が、ウォーム軸又は出力軸に形成された径方向段差面と、噛合子のテーパ状歯面と反対側の背面との間に、軸方向に圧縮された状態で介在されたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る防振構造を備えた電動パワーステアリング装置の一部を概略的に示す断面図、図２は、本発明に係る防振構造を示す断面図である。まず図１において、参照符号１はステアリングコラムの操舵出力軸、２はトーションバー、３は操舵出力軸１に取り付けられたウォームホイール、４は電動アシストモータ、５はこの電動アシストモータ４の出力軸（以下、モータ出力軸という）、６はモータ出力軸５に連結され、軸心がモータ出力軸５とは同軸であると共に操舵出力軸１とは直角に交差するように配置されたウォーム軸、１０は装置のハウジングである。
【００１１】
ウォーム軸６の軸方向中間部には、歯面が螺旋状に延びるウォームギヤ７が形成されており、その軸方向両側の部分が、それぞれ軸受８，９を介してハウジング１０に回転自在に軸支されている。ウォームホイール３の外周に形成された歯面は、円周方向に対してウォームギヤ７の歯面と対応する角度で傾斜しており、両者は互いに噛合している。
【００１２】
ウォームギヤ７より電動アシストモータ４側の軸受９を貫通して電動アシストモータ４側へ突出したウォーム軸６の軸端には、噛合子１１が外挿されており、一方、電動アシストモータ４の出力軸５の軸端には相手噛合部としての凹状噛合部１２が形成されており、両者は互いに噛合している。
【００１３】
詳しくは、図２に示されるように、ウォーム軸６の軸端６ａは、円周方向に連続して形成された径方向段差面６ｂを介して、軸受９との嵌合部分６ｃよりも小径に形成されており、噛合子１１は、この軸端６ａの外周に、ダンパ１３を介して結合されている。噛合子１１は傘歯車状を呈するものであって、すなわちその電動アシストモータ４側の面にはテーパ状（傘歯状）に並んだ歯面（以下、テーパ状歯面という）１１ａを有し、凹状噛合部１２は、噛合子１１のテーパ状歯面１１ａと対応するテーパ状に並んだ歯面１２ａを有し、双方の歯面１１ａ，１２ａが互いに噛合している。
【００１４】
ダンパ１３は、ゴム状弾性材料で成形されたものであって、ウォーム軸６と噛合子１１との間に一体的に加硫接着することができる。またこのダンパ１３は、筒状部１３ａとその一端から延びる径方向部１３ｂからなり、筒状部１３ａは、ウォーム軸６の軸端６ａの外周面と噛合子１１の内周面の間に介在し、径方向部１３ｂは、ウォーム軸６の径方向段差面６ｂと、噛合子１１の歯面１１ａと反対側を向いたボス部背面１１ｂの間に介在している。
【００１５】
互いに軸方向に対向するウォーム軸６の軸端６ａと凹状噛合部１２の中央部との間には、適当な隙間Ｇが設けられており、ダンパ１３の径方向部１３ｂは、ウォーム軸６の径方向段差面６ｂと噛合子１１のボス部背面１１ｂの間で適当な軸方向予圧縮が与えられている。言い換えれば、組み込み状態においてダンパ１３の径方向部１３ｂに適当な軸方向予圧縮が与えられるように、各部品の寸法が設定されている。このため、ダンパ１３の復元力によって、噛合子１１のテーパ状歯面１１ａが凹状噛合部１２の歯面１２ａに押し付けられ、その噛合部はバックラッシュが存在しない状態にある。
【００１６】
上記の構成において、車両の操舵のために、運転者がステアリングホイール（図３における符号１０１参照）をいずれかの方向に回転させると、そのトルク（操舵トルク）によって、トーションバー２に捩り変形が加わり、その捩りトルクの方向及び大きさを検出するトルクセンサ（図３における符号１０５参照）からの検出信号や車速データ等に基づいて、電動アシストモータ４が駆動される。
【００１７】
ステアリングコラムの操舵出力軸１に対する補助操舵トルクとなる電動アシストモータ４の駆動トルクは、電動アシストモータ４の出力軸５から、凹状噛合部１２と噛合子１１との噛合部及びダンパ１３を介してウォーム軸６に伝達され、更にウォームギヤ７とウォームホイール３との噛合部を介して減速されて、操舵出力軸１に、ステアリングホイールの回転方向と同方向に与えられ、ステアリングホイールからの操舵トルクを補助するようになっている。このため、運転者は、操舵を容易に行うことができる。
【００１８】
噛合子１１と凹状噛合部１２は、互いに対応するテーパ状に並んだ歯面１１ａ，１２ａ同士で噛合しているため、電動アシストモータ４の出力軸５とウォーム軸６は、噛合子１１と凹状噛合部１２の噛合部を及びダンパ１３を介して互いに同軸に保持される。
【００１９】
そして、例えば走行中の路面の凹凸等によって、車軸側から操舵出力軸１、ウォームホイール３及びウォームギヤ７を介してウォーム軸６へ振動が入力されても、ウォーム軸６の軸端６ａと凹状噛合部１２の中央部との間には、適当な隙間Ｇが存在し、ウォーム軸６と電動アシストモータ４の出力軸５はダンパ１３を介して弾性的に連結されているため、ウォーム軸６に入力された振動は、ダンパ１３によって吸収され、出力軸５への加振を有効に低減することができる。
【００２０】
また、予圧縮が与えられたダンパ１３の径方向部１３ｂの復元力によって、噛合子１１のテーパ状歯面１１ａが、これに対応する凹状噛合部１２の歯面１２ａに押し付けられているので、双方の歯面１１ａ，１２ａは、バックラッシュが存在しない状態で互いに噛合している。したがって、例えば運転者が、一方向にハンドルを切った（ステアリングホイールを回転させた）後、直ちに逆方向にハンドルを切ることによって、電動アシストモータ４による補助操舵トルクの方向が急激に逆転しても、歯面１１ａ，１２ａのバックラッシュによる歯打ちが発生することはなく、打音による耳障りな騒音を低減又は防止することができる。
【００２１】
なお、本発明は、図示の実施の形態に限定されるものではない。例えば噛合子１１を電動アシストモータ４の出力軸５側にダンパ１３を介して装着し、噛合子１１のテーパ状歯面１１ａと噛合する歯面１２ａを有する凹状噛合部１２をウォーム軸６の軸端に設けて、互いに噛合させた構造、すなわち、噛合子１１及びダンパ１３に対する出力軸５及びウォーム軸６の関係を、図示の形態と逆にした構造としても、上述と同様の効果を実現することができる。
【００２２】
また、例えば噛合子１１の歯面を凹状噛合部１２のようなテーパ凹面状に形成し、これに噛合する相手噛合部の歯面を傘歯状に形成して、すなわち噛合部のテーパの方向を図示の形態とは逆にしても、上述と同様の効果を実現することができる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明に係る電動パワーステアリング装置の防振構造によれば、走行中の路面の凹凸に起因して、ステアリングコラム側からウォームホイールを介してウォーム軸へ振動が入力されても、この振動はダンパによって吸収されるので、電動アシストモータの出力軸への加振が有効に抑えられる。しかも、ウォーム軸と電動アシストモータの出力軸が、ダンパを介して弾性的に設けられた噛合子と、バックラッシュのない状態で噛合された相手噛合部とによる、テーパ状噛合構造を介して連結されているため、操舵方向変更時等における歯打音の発生を防止することができる。
【００２４】
また、本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置の防振構造によれば、ダンパに軸方向の圧縮を与えることによって、噛合子の歯面が相手噛合部の歯面に押し付けられ、バックラッシュが確実に解消されるので、操舵方向変更時等における歯打音の防止効果の信頼性を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の防振構造を適用した電動パワーステアリング装置の一部を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の防振構造の好ましい実施の形態を示す断面図である。
【図３】車両の電動パワーステアリング装置の概略構造を示す説明図である。
【図４】電動パワーステアリング装置において、従来の技術によるウォーム軸と電動アシストモータとの結合構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 操舵出力軸
２ トーションバー
３ ウォームホイール
４ 電動アシストモータ
５ モータ出力軸（出力軸）
６ ウォーム軸
６ａ 軸端
６ｂ 径方向段差面
７ ウォームギヤ
８，９ 軸受
１０ ハウジング
１１ 噛合子
１１ａ，１２ａ 歯面
１１ｂ ボス部背面（背面）
１２ 凹状噛合部（相手噛合部）
１３ ダンパ
１３ａ 筒状部
１３ｂ 径方向部

Claims (2)

1. 電動アシストモータ（４）により回転されるウォーム軸（６）に設けられたウォームギヤ（７）が、操舵出力軸（１）に装着されたウォームホイール（３）と噛合した構造を備える電動パワーステアリング装置において、前記ウォーム軸（６）及び前記電動アシストモータ（４）の出力軸（５）のうち一方の軸端外周にゴム状弾性材料からなるダンパ（１３）を介して設けられると共にテーパ状歯面（１１ａ）を有する噛合子（１１）と、前記ウォーム軸（６）及び出力軸（５）のうち他方の軸端に設けられ前記テーパ状歯面（１１ａ）と対応するテーパ状歯面（１２ａ）を有する相手噛合部（１２）が、バックラッシュのない状態で互いに噛合されたことを特徴とする電動パワーステアリング装置の防振構造。
2. ダンパ（１３）が径方向部（１３ｂ）を有し、この径方向部（１３ｂ）が、ウォーム軸（６）又は出力軸（５）に形成された径方向段差面（６ｂ）と、噛合子（１１）のテーパ状歯面（１１ａ）と反対側の背面（１１ｂ）との間に、軸方向に圧縮された状態で介在されたことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の防振構造。

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