JP3952836B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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、ラック軸に係合可能なピニオンを有するステアリング歯車機構部を介して連結され、前記ステアリングホイールを回動することによって前記ラック軸を軸方向に移動するとともに、前記ラック軸に傘歯車もしくは平歯車からなる歯車機構を介して連結されるモータ装置とを備えたパワーアシスト部を有する電動パワーステアリング装置であって、
前記パワーアシスト部の歯車機構は、前記モータ装置におけるモータ軸側に装着される第１の歯車と前記ラック軸側に装着される第２の歯車とを備えて相互に歯合可能に構成され、前記第１の歯車は、前記モータ装置におけるモータ軸と微小角度だけ相対回転可能に捩じればね手段で連結され、
前記モータ軸と前記第１の歯車との間で微小隙間を形成して、前記微小隙間に遊び継手としての弾性部材を介入させたことを特徴とするものである。
【０００８】
又好ましくは、前記捩じればね手段が、トーションバーであればよい。
【００１０】
【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の歯車から第２の歯車に伝達されて、第２の歯車を一方の方向に回転させる。この際、第１の歯車と第２の歯車とは、所定のバックラッシュが形成されていて、モータの回転出力が第１の歯車に伝達される際、モータの回転出力は当初、モータ軸が第１の歯車との間で相対回転する間、捩じればね手段により吸収されつつ、バックラッシュ分第１の歯車を回転させ、その後、モータ軸と第１の歯車とが連結することによって、第１の歯車を回転させて第２の歯車に駆動を伝達することとなる。従って、第１の歯車と第２の歯車との噛み合い時においては、捩じればね手段の捩じれ抵抗により歯面と歯面が接触する瞬間の噛合い力が弱められ、衝撃を少なくすることができ、それによって、歯打ち音を減音させることができて防音効果を達成することができる。
【００１１】
捩じればね手段の具体的な構成は、本発明によれば、トーションバーを使用していることから、トーションバーが丸棒状に形成されていることによって強度不足を起こすことなく、又、両端部をモータ軸と第１の歯車に連結することによって、容易な構成で捩じればね手段を構成することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、モータ軸と第１の歯車とを遊び連結する遊び継手手段を備えたことにより、微小角度だけ相対回転した後にモータ軸と第１の歯車とを確実に連結して回転伝達する動作を簡単な構成で達成できる。
【００１３】
【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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
パワーアシスト部１０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。
【００１８】
モータ装置１１は、ギヤハウジング２０に設置されたモータ１２と、ギヤハウジング２０に回転可能に支持された駆動傘歯車１６と、モータ軸１３に一端を連結され他端を駆動傘歯車１６に連結されるトーションバー１４と、モータ軸１３と駆動傘歯車１６とを微小角度だけ相対回転可能に連結する遊び継手機構と、を備えて、モータ１２の回転出力を駆動傘歯車１６に伝達する。
【００１９】
図例においては、モータ装置１１はラック装置２１に対して直交する方向から前方に傾いた角度(約１２０°)で斜交して配置されていることから、駆動傘歯車１６は従動傘歯車２３と約１２０°で斜交して歯合されている。
【００２０】
駆動傘歯車１６は筒状に形成され、ラック軸５側に形成された頭部１６１と従動傘歯車２３の歯部を歯合する歯部１６２とモータ１２側に向かう胴体部１６３とを備えて形成されている。そして、内部にトーションバー１４を挿通して、頭部１６１をトーションバー１４の一端でピン１８により固着し、胴体部１６３の先端をモータ軸１３に係合する。駆動傘歯車１６の胴体部１６１とモータ軸１３との係合は、図３に示すように、内部にセレーション雌部１３１を形成したモータ軸１３の先端面から対向するように突出した一対の突出片１３２・１３２に、駆動傘歯車１６の胴体部１６３の端部から突出した一対の突出片１６４・１６４を外装するように係合する。そして、モータ軸１３の突出片１３２の外側当接面１３３と駆動傘歯車１６の胴体部１６３の内側当接面１６５とは、組付時において所定の微小角度を有して対向され、対向する面には微小隙間を有して遊び継手機構を構成する。これによって、モータ軸１３の回転当初、駆動傘歯車１６と連結するまでの間に駆動傘歯車１６に対して相対回転することとなる。
【００２１】
なお、遊び継手機構を構成するものとしては、モータ軸１３の突出片１３２と駆動歯車１６の突出片１６４との間にゴム材等の弾性部材を介入して微小隙間をなくしてもよく、また、モータ軸１３と駆動傘歯車１６との間に、遊び継手部材を配置してモータ軸１３と傘歯車１６とを連結してもよい。
【００２２】
また、胴体部１６３の外周面は、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に軸受１９を介して回動可能に支持されている。
【００２３】
トーションバー１４は、図２及び図４に示すように、両端部が大径に形成された大径部１４１・１４２と、大径部１４１・１４２の間が小径部１４３として形成されている。両端部の一方の大径部１４１は駆動傘歯車１６を挿通して、駆動傘歯車１６とピン１８によって連結し、他方の大径部１４２には外周面に軸方向に沿ってセレーション雄部１４４を形成し、モータ軸１３に形成されたセレーション雌部１３１に係合している。小径部１４３は、捩じればね部として形成される。従って、モータ装置１１に配置されるトーションバー１４は、モータ１２の作動によりモータ軸１３が回転すると、モータ軸１３のセレーション雌部１３１にセレーション雄部１４４で係合した元部が、駆動傘歯車１６とピン１８で固着された先端部を中心に回転方向に捩じられることとなる。
【００２４】
なお、捩じればね手段としては、トーションバー１４に限定するものではなく、図５に示すように、円筒部材に螺旋溝１４５を形成して捩じればねとしたものや、図６に示すように、コイルばね１４６を使用したものであってもよい。いずれにおいても、両端部は大径部を形成し、一方の大径部１４１は駆動傘歯車１６とピン又はキーで固着し、他方の大径部１４２は軸方向に摺動可能なセレーション又はスプラインを形成してモータ軸と連結するようにすればよい。
【００２５】
なお、一方の大径部１４２にセレーションまたはスプラインを形成することによって、捩じればね部材は、捩じれる際に全長を縮小しても軸方向に摺動して逃げることができるため、駆動傘歯車１６と従動傘歯車２３との噛み合いにおけるバックラッシュの大きさを変化させないようにすることができる。
【００２６】
従って、モータ装置１１は、遊び継手機構と捩じればね部とを備えることによって、モータ１２の回転出力を、一旦、捩じればね部で吸収するとともに、遊び継手機構でモータ軸１３を駆動傘歯車１６に当接する時点において駆動傘歯車１６の回転出力として伝達することとなる。すなわち、捩じればね部の捩じれ抵抗により歯面と歯面が接触する瞬間の噛合い力が弱められるため駆動傘歯車１６の歯部が従動傘歯車２３の歯部に干渉する際の衝撃を緩和することができ、歯打ち音を減音することができる。
【００２７】
ラック装置２１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２２ａで後部(図２中、右端部)を固着したナット装着スリーブ２２とを備えて構成されている。
【００２８】
ナット装着スリーブ２２は、前部に従動傘歯車２３を形成する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。
【００２９】
なお、従動傘歯車２３は、ナット装着スリーブ２２と一体的に形成されているが、ナット装着スリーブ２２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２２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１６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。
【００３０】
次に上記のように構成されたパワーステ装置の作用を説明する。
【００３１】
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の駆動によってモータ軸１３を回転すると、その回転出力が駆動傘歯車１６に伝達されて駆動傘歯車１６及び駆動傘歯車１６と歯合された従動傘歯車２３を回転する。この際、モータ軸１３の回転当初、モータ軸１３の回転出力は、モータ軸１３の突出片１３２の外側当接面１３３と駆動傘歯車１６の胴体部１６３に形成された突出片１６４の内側当接面１６５との間の隙間内で相対回転することからモータ軸１３の突出片１３２からは駆動傘歯車１６に伝達されず、セレーション係合されたトーションバー１４を捩じることとなる。
【００３２】
トーションバー１４を捩じることによって、モータ軸１３の一部の回転出力は、駆動傘歯車１６を、負荷のかからない組付時に設定された所定のバックラッシュ分だけ回転させる。
【００３３】
そして、モータ軸１３の突出片１３２が駆動傘歯車１６の突出片１６４に当接することによって、モータ軸１３の突出片１３２が駆動傘歯車１６の突出片１６４を押圧して、モータ１２の回転出力は、全面的に駆動傘歯車１６に伝達することになり、駆動傘歯車１６を回転させて従動歯車２３を回転させることとなる。
【００３４】
これによって、従動傘歯車２３と一体的に形成されているナット装着スリーブ２２をラック軸５に対して回転することになり、ボールナット部２２ａとねじ結合されたラック軸５が、ボールナット部２２ａに対して軸方向に移動する。従って、前輪に連結された連結機構部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の移動が、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。
【００３５】
上記のように、実施形態の電動パワーステアリング装置１によれば、モータ１２と駆動傘歯車１６との間には、トーションバー１４が配置されているとともに、遊び継手機構を構成していることから、モータ１２の回転出力が駆動傘歯車１６に伝達される際、モータ１２の回転出力は、当初トーションバー１４により吸収されつつ、バックラッシュ分、駆動傘歯車１６を回転させて、その後、モータ軸１３の突出片１３２が駆動傘歯車１６の突出片１６４を押圧して駆動歯車１６に回転出力を伝達することとなる。従って、駆動傘歯車１６と従動傘歯車２３との噛み合い時においては、トーションバー１４によりバックラッシュ分第１の傘歯車を回転させることにより衝撃を少なくすることができ、それによって、歯打ち音を減音させることができて防音効果を達成することができる。
【００３６】
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、第１の歯車及び第２の歯車は、傘歯車ではなく平歯車でもよく、平歯車であればモータはラック軸と平行に配置されることとなる。
【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パワーアシスト部を示す一部断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２におけるトーションバーを示す斜視図である。
【図５】捩じればね手段の別の形態を示す斜視図である。
【図６】捩じればね手段のさらに別の形態を示す斜視図である。
【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 パワーアシスト部
１１ モータ装置
１２ モータ
１３ モータ軸
１３２ 突出片
１４ トーションバー
１６ 駆動傘歯車(第１の歯車)
１６４ 突出片
２１ ラック装置
２２ ナット装着スリーブ
２２ａ ボールナット部
２３ 従動傘歯車(第２の歯車)

Claims (2)

1. ステアリングホイールに、ラック軸に係合可能なピニオンを有するステアリング歯車機構部を介して連結され、前記ステアリングホイールを回動することによって前記ラック軸を軸方向に移動するとともに、前記ラック軸に傘歯車もしくは平歯車からなる歯車機構を介して連結されるモータ装置とを備えたパワーアシスト部を有する電動パワーステアリング装置であって、
   前記パワーアシスト部の歯車機構は、前記モータ装置におけるモータ軸側に装着される第１の歯車と前記ラック軸側に装着される第２の歯車とを備えて相互に歯合可能に構成され、前記第１の歯車は、前記モータ装置におけるモータ軸と微小角度だけ相対回転可能に捩じればね手段で連結され、
   前記モータ軸と前記第１の歯車との間で微小隙間を形成して、前記微小隙間に遊び継手としての弾性部材を介入させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記捩じればね手段が、トーションバーであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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