JP4052218B2

JP4052218B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP4052218B2
Application number: JP2003342023A
Authority: JP
Inventors: 周三平櫛; 晶彦椎名; 貴史大畑
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: JP2005104366A

Description

本発明は操舵補助力の発生源としてモータを用いてなる電動パワーステアリング装置に関する。

自動車の舵取りは、車室の内部に配された操舵輪の回転操作を、舵取用の車輪（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。

自動車用の電動パワーステアリング装置は、図１に示すように、例えば舵取りのための操舵輪１に上端が連結される第１の操舵軸２と、操舵軸２の下端にトーションバー３を介してその上端が同軸的に連結され、その下端が車輪に繋がる舵取機構に連結される第２の操舵軸４と、操舵輪１を回転することによって第１の操舵軸２に加わるトルクを前記トーションバー３に生じる捩れによって検出するトルクセンサ５と、トルクセンサ５の検出結果に基づいて駆動される操舵補助用のモータ６と、モータ６の出力軸に繋がり、その出力軸の回転を減速して第２の操舵軸４に伝達するウォーム７１及びウォームホイール７２を有する減速機構７とを備え、操舵輪１の回転に応じた舵取機構の動作をモータ６の回転により補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減するように構成されている。
特表２００２−５１８２４２号公報特開２００２−２１１４２１号公報特開２００２−６７９９２号公報特許第３３７６８６９号公報

減速機構のウォームホイールは、ウォーム及びウォームホイール間で大きな異音が発生しないように、合成樹脂製にしてあるが、寸法精度のばらつき、温度変化による膨張／収縮、吸湿することによる膨潤、及び経年使用による磨耗等により、大きさが変化する。ウォームホイールが大きくなると、ウォームとの噛合部に大きな力が加わって（ウォームが撓むこともある）、操舵輪による操舵感及び操舵特性が悪化するという問題がある。また、ウォームホイールが小さくなると、がたが生じ異音が発生するという問題がある。

特許文献１には、ギヤボックスハウジングとウォーム歯車軸の自由端を支持するベアリングとの間に設けられたばね部材、又はベアリングアッセンブリに作用し得るようにされた捩りばねを備える偏倚手段により、ウォーム歯車を保持する軸を偏倚させて、歯車を保持する軸と係合するようにする電力アシスト式ステアリングが開示されている。しかし、この電力アシスト式ステアリングでは、偏倚手段として板ばねを使用している為、充分な偏倚ストロークを得ることが出来ず、磨耗による大きさの変化を吸収出来ない虞がある。また、ベアリングを支点にして、ウォーム歯車を保持する軸に傾き（偏倚）を与える為、ベアリングの周囲に傾きを吸収する隙間が必要であり、この隙間及びベアリングにより異音が発生する虞がある。

特許文献２には、ウォーム軸の第１及び第２の端部をそれぞれ回転自在に支持する第１及び第２の軸受と、ウォーム軸の第２の端部を第２の軸受を介して径方向ウォームホイール側へ付勢する手段とを備え、第１の軸受がウォーム軸の第１の端部を揺動可能に支持する揺動支持面を有する電動式動力舵取装置が開示されている。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、減速機構のウォームホイールの大きさが変化しても、操舵輪による操舵感及び操舵特性が悪化せず、また、がたが生じず、異音が発生しない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。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、ハウジングに収納され、両端部が各１個の軸受で支持され、一端が操舵補助用のモータに連結された駆動歯車、及び該駆動歯車に噛合し、舵取機構に繋がる従動歯車と、該従動歯車との噛合部に予圧を加えるべく、前記駆動歯車の他端側の軸受をラジアル方向へ付勢する付勢手段とを備え、前記モータの回転により操舵補助すべくなしてある電動パワーステアリング装置において、前記他端側の軸受を収納する軸受ハウジングを備え、前記付勢手段は、前記ハウジングの前記従動歯車側から前記軸受ハウジングを引張すべくなしてあり、また、該軸受ハウジングの一部及び前記ハウジングは接しており、該軸受ハウジングの一部及び該ハウジングが接するそれぞれの面は、前記一端側の軸受の中心を中心点とする球面形状をなし、前記一端側の軸受の外周部及び前記ハウジングは接しており、該一端側の軸受の外周部及び該ハウジングが接するそれぞれの面は、前記軸受の中心を中心点とする球面形状をなし、前記軸受ハウジングの一部及び前記一端側の軸受の外周部は、前記ハウジングとそれぞれ摺動すべくなしてあることを特徴とする。

この電動パワーステアリング装置では、駆動歯車が、ハウジングに収納され、両端部が各１個の軸受で支持され、一端が操舵補助用のモータに連結され、従動歯車が、ハウジングに収納され、駆動歯車に噛合し、舵取機構に繋がる。付勢手段が、従動歯車との噛合部に予圧を加えるべく、駆動歯車の他端側の軸受をラジアル方向へ付勢し、モータの回転により操舵補助する。軸受ハウジングが、駆動歯車の他端側の軸受を収納し、付勢手段が、ハウジングの従動歯車側から軸受ハウジングを引張する。また、軸受ハウジングの一部及びハウジングは接しており、軸受ハウジングの一部及びハウジングが接するそれぞれの面は、駆動歯車の一端側の軸受の中心を中心点とする球面形状をなしている。駆動歯車の一端側の軸受の外周部及びハウジングは接しており、駆動歯車の一端側の軸受の外周部及びハウジングが接するそれぞれの面は、駆動歯車の一端側の軸受の中心を中心点とする球面形状をなしている。軸受ハウジングの一部及び駆動歯車の一端側の軸受の外周部は、ハウジングとそれぞれ摺動するようにしてある。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記軸受ハウジングの外周部と前記ハウジングとの間に弾性部材を挟装し、前記各１個の軸受の各内輪の各内側端面又は各外輪の各外側端面に弾性部材を付設してあることを特徴とする。

この電動パワーステアリング装置では、軸受ハウジングの外周部とハウジングとの間に弾性部材を挟装し、駆動歯車の両端部の各１個の軸受の各内輪の各内側端面又は各外輪の各外側端面に弾性部材を付設してある。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記軸受ハウジングの一部に設けられた柱状突起と、該柱状突起を遊嵌し、該柱状突起の前記従動歯車のアキシャル方向への動きを抑止する為に前記ハウジングに設けられ、前記付勢手段の引張方向に長い長穴とを更に備え、前記柱状突起の前記動きが抑止される際に前記長穴と当接する部位は、平取面をなしていることを特徴とする。

この電動パワーステアリング装置では、柱状突起が、軸受ハウジングの一部に設けられ、付勢手段の引張方向に長い長穴が、柱状突起を遊嵌し、柱状突起の従動歯車のアキシャル方向への動きを抑止する為にハウジングに設けられている。柱状突起の従動歯車のアキシャル方向の動きが抑止される際に長穴と当接する部位は、平取面をなしている。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、減速機構のウォームホイールの大きさが変化しても、操舵輪による操舵感及び操舵特性が悪化せず、また、がたが生じず、異音が発生しない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。また、付勢手段が、ハウジングの従動歯車側から引張するようにすることにより、付勢手段を収容する為のスペースを造り易くなる。また、軸受ハウジング及び駆動歯車の一端側の軸受が、付勢手段の引張方向へ動き易くなり、減速機構のウォームホイールの大きさが変化しても、操舵輪による操舵感及び操舵特性が悪化せず、また、がたが生じず、異音が発生しない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、減速機構のウォームホイールの大きさが変化しても、操舵輪による操舵感及び操舵特性が悪化せず、また、がたが生じず、異音が発生しない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。また、アシスト出力開始時のいわゆる壁感を解消することが出来る。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、減速機構のウォームホイールの大きさが変化しても、操舵輪による操舵感及び操舵特性が悪化せず、また、がたが生じず、異音が発生しない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。また、駆動歯車が従動歯車のアキシャル方向へずれることがなく、駆動歯車の回動を正確に従動歯車に伝えることが出来る。また、柱状突起及び長穴の磨耗を小さくすることが出来る。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の構成を示す断面図である。この電動パワーステアリング装置は、一端が舵取りの為の操舵輪１に繋がり、他端に筒部を有する第１の操舵軸２と、前記筒部内に挿入されてその一端が操舵軸２の他端に同軸的に連結され、操舵輪１に加わる操舵トルクの作用によって捩れるトーションバー３と、一端が車輪に繋がる舵取機構に連結され、その他端がトーションバー３の他端に同軸的に連結される第２の操舵軸４とを備えている。

この電動パワーステアリング装置は、また、トーションバー３の捩れに応じた第１及び第２の操舵軸２，４の相対回転変位量によって操舵輪１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ５と、トルクセンサ５が検出したトルクに基づいて駆動される操舵補助用のモータ６と、モータ６の回転に連動し、その回転を減速して第２の操舵軸４に伝達するウォーム７１（駆動歯車）及びウォームホイール７２（従動歯車）を有する減速機構７と、トルクセンサ５及び減速機構７が収容されるハウジング８とを備え、このハウジング８にモータ６が取付けられている。ハウジング８は、トルクセンサ５を収容する第１の収容部８ａと、収容部８ａに連続し、ウォームホイール７２を収容する第２の収容部８ｂと、収容部８ｂに連続し、ウォーム７１を収容する第３の収容部８ｃとを備えている。

図２は、減速機構７部分を示す断面図である。収容部８ｃは、ウォーム７１のアキシャル方向に長くなっており、その長手方向一端に、第１の嵌合孔８１及び嵌合孔８１と長穴８５により連通された保持孔８２が設けられている。保持孔８２には、ウォーム７１の一端の軸部７１ａを支持する第１の転がり軸受９（他端側の軸受）を、ウォーム７１のウォームホイール７２との噛合部に予圧を加えるべく、ラジアル方向へ付勢する付勢手段１０が保持してある。付勢手段１０は、コイルスプリング等の弾性体からなっており、転がり軸受９を収容する軸受ハウジング３０の端面から突設され、長穴８５を貫通した柱状突起３０ａを、ウォームホイール７２側へ引張することにより、転がり軸受９を前記噛合部に予圧を加える方向へ付勢している。

収容部８ｃの他端には、第２の嵌合孔８３及び嵌合孔８３に連続するねじ孔８４が設けられ、ねじ孔８４にウォーム７１のアキシャル方向位置を調節するねじ環２０が螺着されており、ねじ環２０にロックナット２１が螺着されている。さらに、ハウジング８には第３の収容部８ｃに連通するケースを有するモータ６が取付けられている。

減速機構７は、モータ６の出力軸６０に繋がる軸部７１ｂ及び前記軸部７１ａを有するウォーム７１と、第２の操舵軸４の中間に嵌合固定されたウォームホイール７２とを備え、これらウォーム７１及びウォームホイール７２の噛合により前記出力軸６０の回転を減速して第２の操舵軸４に伝達し、該第２の操舵軸４からユニバーサルジョイントを経て例えばラックピニオン式の舵取機構（図示せず）へ伝達するようにしている。

ウォーム７１は第２の操舵軸４の軸芯と交叉するように配置してあり、その両端に一体に設けられた軸部７１ａ，７１ｂに第１及び第２の転がり軸受９，２２が嵌合してある。第１の転がり軸受９は、前記軸受ハウジング３０に収容されており、軸受ハウジング３０の前記柱状突起３０ａが突設された端面、及びこの端面に接する第１の嵌合孔８１の内面は、第２の転がり軸受２２（一端側の軸受）の中心Ｐを中心点とする球面形状に成形されている。球面形状に成形された軸受ハウジング３０の端面及び嵌合孔８１の内面の間には、摺動し易いように低摩擦シート３７が挟装されている。

柱状突起３０ａは、図３に示すように、付勢手段１０がウォーム７１及びウォームホイール７２の芯間に引張する方向に長い長穴８５を貫通しており、ウォームホイール７２のアキシアル方向（歯筋方向）への変移を、長穴８５の内面との面接触により止める為に、長穴８５の内面と接する部位を平取面３０ｂに成形してある。長穴８５は、ハウジング８の母材又は弾性体（グロメット組込）により成形してある。

第２の転がり軸受２２は、その外周部及びその外周部と接する第２の嵌合孔８３が、転がり軸受２２の中心Ｐを中心点とする球面形状に成形された自動調芯軸受であり、転がり軸受２２の外周部は、嵌合孔８３と摺動可能である。一方、前記軸受ハウジング３０の外径は、図４（ａ）に示すように、第１の嵌合孔８１の内径より、少し小さくなっており、軸受ハウジング３０の外周部には、溝３２が周設されている。溝３２には、Ｏリング３１（弾性部材）が嵌め込まれており、軸受ハウジング３０が嵌合孔８１に衝突して異音が発生しないようにしてある。

図４（ａ）に示すように、Ｏリング３１が溝３２からはみ出す幅をｂ、Ｏリング３１及び嵌合孔８１間の隙間をａとすると、ウォーム７１及びウォームホイール７２の噛合部の予圧と、ウォーム７１及びウォームホイール７２の芯間距離との関係は、図４（ｂ）のグラフに示すようになる。ここでは、芯間距離−ａ〜ａ又は−（ａ＋ｂ）〜（ａ＋ｂ）の領域を芯間調整範囲としている。

図４（ｂ）のグラフ上で、Ａ′〜Ａは付勢手段１０（ばね定数は小さい）のみによる予圧発生領域であり、芯間距離が変化しても、予圧の変化は小さい。Ｂ′〜Ａ′，Ａ〜Ｂは、Ｏリング３１＋付勢手段１０による予圧発生領域であり、Ｏリング３１（ゴム又はエラストマ）のばね定数が大きいので、芯間距離の変化に対して、予圧の変化は大きくなる。Ｂ′，Ｂの外側の領域は、軸受ハウジング３０が嵌合孔８１の内面に直に接触している領域であり、通常は使用しない。

以上のような構成の電動パワーステアリング装置では、ウォーム７１を組み込む場合、例えば、軸受ハウジング３０に収容された転がり軸受９と転がり軸受２２とが嵌合されたウォーム７１を、第２の嵌合孔８３から第３の収容部８ｃに挿入し、転がり軸受９を収容した軸受ハウジング３０を第１の嵌合孔８１内に、また、第２の転がり軸受２２を第２の嵌合孔８３に夫々位置させ、ねじ環２０をねじ孔８４に螺着する。

このねじ環２０の回転操作力は、転がり軸受２２の外輪、転動体及び内輪を介してウォーム７１に伝達され、転がり軸受２２のアキシャル方向の隙間が無くなると共に、ウォーム７１が第１の転がり軸受９に向けて移動する。更に、ねじ環２０の回転操作力が、ウォーム７１から第１の転がり軸受９の内輪、転動体及び外輪を介して軸受ハウジング３０に伝達され、転がり軸受９のアキシャル方向の隙間が無くなり、ウォーム７１のアキシャル方向のガタつきを防止する。

次に、付勢手段１０を軸受ハウジング３０の柱状突起３０ａに掛止することにより、ウォーム７１のウォームホイール７２との噛合部に予圧を加えることが出来、噛合部のバックラッシ量を小さくすることが出来る。また、ウォーム７１及びウォームホイール７２の歯の摩耗等により、噛合状態が経時変化したときにおいても、バックラッシ量を小さくすることが出来る。尚、付勢手段１０をコイルスプリングとすることにより、噛合部のバックラッシ量の変化に対する噛合部の予圧の変化を小さくすることが出来る。

しかも、軸受ハウジング３０の柱状突起３０ａは、長穴８５によりウォームホイール７２のアキシャル方向への動きを抑止されている為、ウォーム７１は、ウォームホイール７２のアキシャル方向に関して適正な噛合位置を保持することが出来ると共に、トルクむらを無くすことが出来る。尚、軸受ハウジング３０を設けることにより、軸受ハウジング３０の外底面に低摩擦シート３７又はメタルを付設することが出来、更には、球面座を設けることが可能となり、軸受９に対する隙間を考慮する必要が無くなる。

また、軸受ハウジング３０の端面、及びこの端面に接する第１の嵌合孔８１の内面が、転がり軸受２２の中心Ｐを中心点とする球面形状に成形されて、低摩擦シート３７が挟装され、第２の転がり軸受２２の外周部及びその外周部と接する第２の嵌合孔８３が、中心Ｐを中心点とする球面形状に成形された自動調芯軸受であるので、噛合反力の変動によるウォーム７１のラジアル方向への移動をスムーズに行わせることが出来る。

尚、以上説明した実施の形態では、ウォーム７１の一端部を支持する軸受として転がり軸受９を用いたが、その他、すべり軸受を用いてもよい。また、以上説明した実施の形態の減速機構７は、ウォーム７１である駆動歯車７１及びウォームホイールである従動歯車７２を備えたウォーム歯車である他、ハイポイドピニオンである駆動歯車及びハイポイドホイールである従動歯車を備えたハイポイド歯車であってもよい。さらに、減速機構はベベルギヤであってもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態２の減速機構部分を示す断面図である。この電動パワーステアリング装置の減速機構では、第１の転がり軸受９の内輪の内側側面とウォーム７１の端面との間、及び第２の転がり軸受２２の内輪の内側側面とウォーム７１の端面との間に、それぞれゴム、エラストマ又は皿ばね等の弾性部材３３，３４を挟装する。この場合、ウォーム７１の軸部７１ａ，７１ｂは、第１及び第２の転がり軸受９，２２に圧入せずに嵌合する。

操舵する場合に、アシスト出力が０である不感帯から、アシスト出力が加わるアシスト領域へ移る際、図６の破線に示すように、従来は、アシスト出力がいきなり加わり、操舵感に段差（いわゆる壁感）を与えていた。しかし、上述したように、弾性部材３３，３４を挟装することにより、弾性部材３３，３４の緩衝作用により、図６の実線に示すように、アシスト出力を緩やかに加えさせることが出来、操舵感の段差を解消することが出来る。この電動パワーステアリング装置のその他の構成及び動作は、実施の形態１で説明した電動パワーステアリング装置の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。

実施の形態３．
図７は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態３の減速機構部分を示す断面図である。この電動パワーステアリング装置の減速機構では、第１の転がり軸受９の外輪の外側側面と軸受ハウジング３０の底面との間、及び第２の転がり軸受２２の外輪の外側側面と第２の嵌合孔８３に連続するねじ孔８４に螺着されたねじ環２０との間に、それぞれゴム、エラストマ又は皿ばね等の弾性部材３５，３６を挟装する。この場合、ウォーム７１の軸部７１ａ，７１ｂは、第１及び第２の転がり軸受９，２２に圧入する。

上述したように、弾性部材３５，３６を挟装することによる作用は、実施の形態２において、図６により説明した作用と同様である。この電動パワーステアリング装置のその他の構成及び動作は、実施の形態１で説明した電動パワーステアリング装置の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す断面図である。図１に示す電動パワーステアリング装置の減速機構部分を示す断面図である。図２に示す減速機構の長穴及び柱状突起の説明図である。（ａ）は図２に示す減速機構の付勢手段及びＯリングの説明図であり、（ｂ）はウォーム及びウォームホイールの噛合部の予圧とウォーム及びウォームホイールの芯間距離との関係を示す説明図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の減速機構部分を示す断面図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示す説明図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の減速機構部分を示す断面図である。

符号の説明

１操舵輪
２第１の操舵軸
３トーションバー
４第２の操舵軸
６モータ
７減速機構
８ハウジング
８ｃ第３の収容部
９第１の転がり軸受（他端側の軸受）
１０付勢手段
２０ねじ環
２２第２の転がり軸受（一端側の軸受）
３０軸受ハウジング
３０ａ柱状突起
３０ｂ平取面
３１Ｏリング（弾性部材）
３３〜３６弾性部材
７１駆動歯車（ウォーム）
７２従動歯車（ウォームホイール）
８１第１の嵌合孔
８２保持孔
８３第２の嵌合孔
８５長穴
Ｐ第２の転がり軸受の中心（一端側の軸受の中心）

Claims

ハウジングに収納され、両端部が各１個の軸受で支持され、一端が操舵補助用のモータに連結された駆動歯車、及び該駆動歯車に噛合し、舵取機構に繋がる従動歯車と、該従動歯車との噛合部に予圧を加えるべく、前記駆動歯車の他端側の軸受をラジアル方向へ付勢する付勢手段とを備え、前記モータの回転により操舵補助すべくなしてある電動パワーステアリング装置において、前記他端側の軸受を収納する軸受ハウジングを備え、前記付勢手段は、前記ハウジングの前記従動歯車側から前記軸受ハウジングを引張すべくなしてあり、また、該軸受ハウジングの一部及び前記ハウジングは接しており、該軸受ハウジングの一部及び該ハウジングが接するそれぞれの面は、前記一端側の軸受の中心を中心点とする球面形状をなし、前記一端側の軸受の外周部及び前記ハウジングは接しており、該一端側の軸受の外周部及び該ハウジングが接するそれぞれの面は、前記軸受の中心を中心点とする球面形状をなし、前記軸受ハウジングの一部及び前記一端側の軸受の外周部は、前記ハウジングとそれぞれ摺動すべくな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。
前記軸受ハウジングの外周部と前記ハウジングとの間に弾性部材を挟装し、前記各１個の軸受の各内輪の各内側端面又は各外輪の各外側端面に弾性部材を付設してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記軸受ハウジングの一部に設けられた柱状突起と、該柱状突起を遊嵌し、該柱状突起の前記従動歯車のアキシャル方向への動きを抑止する為に前記ハウジングに設けられ、前記付勢手段の引張方向に長い長穴とを更に備え、前記柱状突起の前記動きが抑止される際に前記長穴と当接する部位は、平取面をなしている請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。