JPWO2003047948A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウォーム減速機構を備えた電動パワーステアリング装置に関し、特に、バックラッシュによる騒音の改良を図った電動パワーステアリング装置に関するものである。
背景技術
一般に、ギヤの噛み合いにおいては、スムーズな作動を得るために、歯車間の遊び(バックラッシュ)が設けられている。
電動パワーステアリング装置のウォームホイール減速機構においても、適度なバックラッシュが必要であって、通常、(ウォームギヤ噛み合い半径+ホイールギヤ噛み合い半径)の軸距離に対し、ハウジングのギヤ収納軸とモータの出力軸との軸距離は同距離に設定されているため、設定されたバックラッシュに加えて、各々の加工バラツキに起因するバックラッシュも発生する。このバックラッシュは、車両が悪路を走行する時、歯打ち音による不快感を運転手に与え、商品価値を損なうものとなっていた。
この対策として、ギヤの精度を高めることにより、バックラッシュを極力小さく設定したり、あるいは、特開平11−43062号公報に示されているように、ウォーム軸とその軸受間に弾性体を設けて振動を吸収する等の方法により、歯打ち音の低減を行っていた。
また、特開平10−281235号公報においては、ウォーム軸を、ウォーム軸収容部に設けた、ウォームホイール側に偏心した長円形の軸孔に、軸受を介して支持し、この軸孔の内周面に同心に形成した円形溝にOリング状の弾性部材を設け、この弾性部材により軸受(ウォーム軸)をウォームホイール側に付勢して、バックラッシュを除去する動力伝達装置が開示されている。
更に、ウォーム軸及びウォームホイールを組み付ける時、ウォーム、ウォーム軸、これを支持する軸受部、ウォームホイール及びこれを支持する操舵軸等の寸法誤差により、組み立て後に比較的大きな割り合いでバックラッシュが生じることになる。このため、部品を精度毎に分けて組み付ける必要があった。また、近年のように操舵補助力の高出力化が進んでくると、ウォーム及びウォームホイールの歯の摩耗が増大するようになるので、バックラッシュの発生が避けられないといった不具合が生じてきている。
これらの原因によるギヤ打音を防止するために、ウォームをウォームホイール方向に予圧し、バックラッシュをなくす方法が知られている。例えば、特開2001−322554号公報、特開2001−108025号公報に開示されているように、ウォーム端の軸受外輪とギヤハウジング間に設けられた弾性体を変形させることにより予圧力を発生するものが知られている。
しかしながら、前者に開示された従来の上記電動パワーステアリング装置の内、特開平10−281235号公報の装置においては、軸受が移動する際にウォーム軸収容部が摩耗し易いといった不具合や、弾性部材によってウォーム軸を付勢した時に、モータ軸に対してウォーム軸が芯ずれを起こし易い等の問題点があった。
一般に、悪路の状況、車両からの入力の違い等により、バックラッシュが存在する限り、完全に歯打ち音を消すことはできないという問題点があり、車両毎に歯打ち音低減を行う必要がある。
また、後者に開示された従来の上記電動パワーステアリング装置においては、弾性体の変形量は、ハウジングの内径と負荷荷重により決定する転がり軸受の外径から決まり、そのスペース上の制約から微小変形せざるを得ず、且つ、ギヤハウジングの加工バラツキや噛み合いの振れによるウォーム端の微小変位によりウォームの予圧力が大きく変化してしまうので、期待される予圧力を確保することが困難となるといった問題点があった。
この予圧力が大き過ぎると、作動力が悪化して操舵中立時のフィーリングの悪化を招き、逆に小さ過ぎると、ギヤ打音が発生してしまって本来の目的を達成できない。
このように、従来の技術では、ギヤの摩耗等によりウォームとウォームホイールの軸芯間距離が変化した場合にも、ウォームの微小変位により予圧力は変化し、安定した予圧力を確保するのは困難であった。
また、操舵の度に、軸受の外周に設けた弾性体にラジアル方向への荷重及び回転トルクが加わることになるため、特開2001−270448号公報に開示されているように、滑り軸受となる弾性体を撓ませる構造では、弾性体にへたり等の劣化が生じ易く、この劣化によってバックラッシュ量が増加したり、弾性体の永久変形により予圧力が減少するという問題点があった。
このラジアル方向の荷重及び回転トルクは、弾性体による予圧力に対する影響が非常に大きく、弾性体の変形量も大きくなる。このため、ウォームとウォームホイールの軸芯間距離が増して、ギヤの噛み合い面積が小さくなると、今度はギヤの強度が低下してしまうという問題点が生じる。
本発明の目的は、上述した従来例の有する不都合を改善し、バックラッシュの存在を無くし、動力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる、簡単な構成の電動パワーステアリング装置を提供することにある。
発明の開示
上記課題を達成するために、本発明の第1の発明では、ハウジングと、このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、前記ハウジングに配設され、この回転軸を軸支孔で回転自在に支持する軸受と、この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、車軸を操舵するために操舵力を伝達するための、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールとを有し、前記モータの補助操舵力を前記出力軸に伝達するウォームギヤ機構を備えた電動パワーステアリング装置において、前記モータは前記出力軸に対して、ウォームの噛み合い半径とウォームホイールの噛み合い半径を加えた長さが当該出力軸と前記モータ軸の軸芯間距離となる位置に設置され、且つ、前記軸受は前記出力軸に対して、前記軸支孔と当該出力軸の軸芯間距離が、前記出力軸とモータ軸の軸芯間距離よりもやや小さくなる位置に設置されていることを特徴としている。
また、前記軸受は前記回転軸に弾性部材を介して支持されており、前記ウォームはわずかに軸方向に可動であることが好ましい。
以上のように構成されたことで、回転軸がモータ軸芯よりもウォームホイール方向にやや偏心して設置されているため、組み付けた際に、ウォーム軸が弾性部材に押し付けられることになり、この押圧力がウォームをウォームホイール側に押し付ける弾性的な予圧を発生させ、ウォームとウォームホイールのギヤ部がバックラッシュのない噛み合いになる。したがって、ウォームとウォームホイールのギヤ部が適度な摩擦力で噛み合い、動力の伝達能力を損なうことなく、バックラッシュが除去される。
また、本発明の第2の発明では、ハウジングと、このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、この回転軸に形成又は外嵌され、そのギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールと、を有し、前記モータは、前記出力軸に対して、前記ウォームの噛み合い半径と前記ウォームホイールの噛み合い半径を加えた長さが当該出力軸と前記モータ軸の軸芯間距離となる位置に設置されたウォームギヤ機構を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記モータ側の前記軸受には、その軸方向の両側に隣接して弾性部材が配置されて、その弾性限度内で前記回転軸が軸方向にわずかに移動可能とされ、且つ、前記モータから離れた方の軸受は、転がり軸受であり前記回転軸上には、ウォームを噛み合い方向へ付勢する弾性部が設けられており、前記軸受の外輪は、前記ハウジングに内嵌・固定された筒状の軸受保持部材に内嵌・固定されると共に、その内輪は筒状の緩衝部材を外嵌・固定した前記回転軸をゆるく内嵌し、前記弾性部は、前記回転軸を回転自在に軸支する付勢部材と、この付勢部材を前記軸受の軸芯に対して前記ウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に内嵌し、前記軸受保持部材の、近傍に固定された弾性体とから成っていることを特徴としている。
以上のように構成されたことで、弾性部にて回転軸がウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に設定されているため、ウォームを組み付けた際に回転軸が軸受の緩衝部材に押し付けられると共に、ウォームをウォームホイール側に押し付ける弾性的な予圧を発生させる。したがって、ウォームとウォームホイールのギヤ部がバックラッシュ無しで適度な摩擦力で噛み合うので、動力の伝達能力を損なうことなく、バックラッシュが除去される。
特に、弾性部において、弾性体の体積が占める割合が大きく取られているので、予圧を発生させるために必要な初期の偏芯量を大きく取ることができ、弾性体のバネ定数を下げることができる。このため、加工精度のバラツキやギヤの摩耗によるウォーム形状の変化が有っても、一定の予圧力が安定して維持され、ギヤの歯打ち音を効果的に防止される。
また、回転軸は軸方向に移動可能であるため、回転軸に力が加わった時に、弾性部材の弾性限度内で回転軸が軸方向に移動することにより、ウォームとウォームホイールのギヤ部が適正な位置で噛み合って衝撃を吸収し、歯打ち音が低減される。
さらに、装置の駆動時(アシスト時)に発生するウォームの噛み合い方向の荷重及び回転トルクは、軸受がそれを受け、当該軸受でウォームの変位が規制されるので、弾性部の弾性体には大きな歪みや負荷は発生せず、弾性体の寿命の向上につながる。
また、回転軸が軸受の軸支孔に接した時点で、噛み合い逆方向に変位不可能となるので、ギヤの噛み合い面積が過度に減少することはなく、ギヤ強度の低下を防止することができる。
また、本発明の第3の発明では、ハウジングと、このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され、前記回転軸を回転自在に支持している転がり軸受と、車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールとを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記回転軸の前記モータから遠い方の軸端部に前記ウォームホイールに向かう予圧を与える予圧付与機構が設けてあることを特徴としている。
本第3の発明の構成によれば、予圧付与機構によって回転軸がウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に設定されるため、ウォームとウォームホイールのギヤ部がバックラッシュ無しで適度な摩擦力で噛み合うので、動力の伝達能力を損なうことなく、バックラッシュが除去される。
発明の実施形態
以下、本発明の第1の発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の発明に係る第1実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面構成図、図2Aは図1のA部分の部分拡大図であり、図2Bは図1の弾性部材の部分の断面図である。
図1の電動パワーステアリング装置100において、ハウジング1内に、電動モータ10、ウォーム軸2を軸支する玉軸受3a,3b、ウォームホイール4の出力軸5等が所定位置に配設又は固定されている。
ウォーム軸2は、その略中央部に形成されたウォーム2aと、このウォーム2aの両側に形成された軸受支持部2bと、ウォーム軸2の一端部(図中右端部)に形成されたセレーション部2c等、から成っている。一方、電動モータ10のモータ軸10aにセレーション穴10bが設けられ、このセレーション穴10bにウォーム軸2のセレーション部2cがゆるく内嵌することにより、ウォーム軸2がモータ軸10aに対して、軸方向に可動に、回転方向には不動の状態で結合されている。
図1、図2Aに示すように、玉軸受3a、3bはその内周面には軸受支持部2b、2bが嵌合している。各軸受支持部2bの軸方向中央部には環状溝2eが形成されており、そこに環状の弾性部材6がぴったりと外嵌されている。
弾性部材6の外周面の径は軸受支持部2bの外径rよりもわずかに大きく設定されている。この環状の弾性部材6はゴムブッシュ6aを本体とし、その内径部はジャバラ形状をして環状溝2eの底周面に外嵌され、その外周にウォーム軸2の軸方向移動を許容すべく摩擦係数の小さい材料(例えばテフロン(登録商標)材)6bがリング状に溶着させてある。
ウォームホイール4は、ウォーム軸2の軸方向とは直交する方向の出力軸5に外嵌・固定されており、ウォーム2aと噛み合った状態で、出力軸5がハウジング1の所定位置に軸支されることにより配設されている。ウォームホイール4のギヤ部4aは樹脂で形成されている。
図1に示すように、ウォーム2aとウォームホイール4の噛み合いにおいて、ウォーム2aの噛み合い半径aとウォームホイール4の噛み合い半径bを加えたものをS1(a+b=S1)とすると、電動モータ10のモータ軸10aとウォームホイール4の出力軸5の軸芯間距離がS1となるように、出力軸5及び電動モータ10はハウジング1に配設されている。一方、電動モータ10に遠い方の軸受3aは、その軸支孔3cと出力軸5の軸芯間距離S2が、出力軸5とモータ軸10aの軸芯間距離S1よりもやや小さくなる位置にハウジング1に配設されている。本実施形態において、S1=47.5mm、S2=47.2mmに設定されており、この軸芯間距離S1と軸芯間距離S2との差はΔS(S1−S2=ΔS)である。この差ΔSは0.1〜0.5mmで最適な値になる。
これに対して、図2に示すように、ウォーム軸2の玉軸受3a,3bに軸支される軸受支持部2bの外径rは、(軸支孔3cの内径R−2・ΔS)の大きさに設定されている。それと共に、弾性部材6の厚みは、ウォーム軸2の軸受支持部2bがゆるく内嵌する程度の値に設定されている。
この構成において、玉軸受3a,3bの軸支孔3cの軸心は上記の如く、ΔSだけウォームホイール4側へ偏芯されて設定されているため、組み付けた際に、ウォーム2aとウォームホイール4のギヤ部4aはバックラッシュなしで噛み合うが、その反作用でウォーム軸2(軸受支持部2b)が環状の弾性部材6に押し付けられることになり、この押圧力がウォーム2aをウォームホイール4側に押し付ける弾性的な予圧を発生させる、一方、ウォーム2aは、いわゆるフローティング状態とされている。
この予圧力は、ウォーム2aがウォームホイール4と噛み合う際に、ある程度の摩擦を生み出すが、ギヤの性能に支障が及ぶ程この抵抗力が大きくなり過ぎないように、又、タイヤからの加振入力によって噛み合いがずれない程度に、環状の弾性部材6の厚みや剛性を設定する。この弾性部材6の剛性の設定は、ゴム硬度と形状により自由な設定が可能である。
また、ウォーム軸2は軸方向に移動可能であるため、ウォーム2aとウオームホイール4のギヤ部4aが適正な位置で噛み合うことができる。
このように、玉軸受3a,3bの軸支孔3c内径の偏芯した設置、ウォーム軸2(軸受支持部2b)径の小さめの設定、ウォーム軸2と軸受3a,3b間に設けた環状の弾性部材6bにより、簡単に予圧機構を構成することができ、バックラッシュを除去することができる。
本第1の発明の第1実施形態では、軸受3a,3bにおける軸支孔3c内径の偏芯量は両方とも同じΔSとしているが、モータ10側に近い方の軸受3bの偏芯量を軸受3bの偏心量ΔSよりも小さく設定することができる。すなわち、モータに遠い方の軸受3aと出力軸5の軸心間の距離はモータに近い方の軸受3bと出力軸5の軸心間の距離よりも大きく設定することができる。偏心量の差ΔS’は0〜ΔS/2の値が望ましい。この構成によれば、ウォーム軸2の回転抵抗を減らし、モータ軸10aとウォーム軸2の芯ずれを防止する意味で、より望ましい。
次に、本発明の第1の発明に係る第2実施形態を図面に基づいて説明する。
図3は本発明の第1の発明に係る第2実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面構成図、図4は図3の軸受部分を示す拡大図である。
以下の説明において、第1の発明の第1実施形態と同じ構造の部分は同じ符号を用いて説明する。
図3の電動パワーステアリング装置100において、ハウジング1内に、電動モータ10、ウォーム軸2を軸支する玉軸受3a,3b、ウォームホイール4の出力軸5等が所定位置に配設又は固定されている。
ウォーム軸2は、その略中央部に形成されたウォーム2aと、このウォーム2aの両側に形成された軸受支持部2bと、ウォーム軸2の一端部(図中右端部)に形成されたセレーション部2c等、から成っている。一方、電動モータ10のモータ軸10aにセレーション穴10bが設けられ、このセレーション穴10bにウォーム軸2のセレーション部2cがゆるく内嵌することにより、ウォーム軸2がモータ軸10aに対して、軸方向に可動に、回転方向には不動の状態で結合されている。
図4にも示すように、玉軸受3a、3bの軸支孔3cの内周面には、所定の厚みと弾性を有する環状の弾性部材60が隙間なしで内嵌されている。この環状の弾性部材60は、つば部60aと筒部60bとから成っており、筒部60bの部分が軸支孔3cに内嵌され、ウォーム軸2の軸受支持部2bがこの筒部60bにゆるく内嵌されている。したがって、ウォーム軸2は、この軸受支持部2bにおいて弾性部材60を介して玉軸受3a、3bに回転自在に支持されている。
ウォーム軸2には、一対の軸受支持部2bのウォーム2a側に隣接して、弾性体支持部材7がそれぞれ外嵌・固定されている。この弾性体支持部材7は、弾性部材60のつば部60aを軸受3a、3bとの間で狭持して、ウォーム軸2の軸方向(図中、左右方向)の変位を弾性部材60の弾性限度内で許容する機能を有している。
ウォームホイール4は、ウォーム軸2の軸方向とは直交する方向の出力軸5に外嵌・固定されており、ウォーム2aと噛み合った状態で、出力軸5がハウジング1の所定位置に軸支されることにより配設されている。ウォームホイール4のギヤ部4aは樹脂で形成されている。
図3に示すように、ウォーム2aとウォームホイール4の噛み合いにおいて、ウォーム2aの噛み合い半径aとウォームホイール4の噛み合い半径bを加えたものをS1(a+b=S1)とすると、電動モータ10のモータ軸10aとウォームホイール4の出力軸5の軸芯間距離がS1となるように、出力軸5及び電動モータ10はハウジング1に配設されている。一方、玉軸受3a、3bは、その軸支孔3cと出力軸5の軸芯間距離S2が、出力軸5とモータ軸10aの軸芯間距離S1よりもやや小さくなる位置にハウジング1に配設されている。この軸芯間距離S1と軸芯間距離S2との差はΔS(S1−S2=ΔS)であり、この差ΔSは0.1〜0.5mmで最適な値に設定する。
これに対して、図4に示すように、ウォーム軸2の軸受3a,3bに軸支される軸受支持部2bの外径rは、(軸支孔3cの内径R−2・ΔS)の大きさに設定されている。それと共に、弾性部材60の厚みは、ウォーム軸2の軸受支持部2bがゆるく内嵌する程度の値に設定されている。
この構成において、軸受3a,3bの軸支孔3cの軸心は上記の如くΔSだけウォームホイール4側へ偏芯されて設定されているため、組み付けた際に、ウォーム2aとウォームホイール4のギヤ部4aはバックラッシュなしで噛み合うが、その反作用でウォーム軸2(軸受支持部2b)が環状の弾性部材60の筒部60bに押し付けられることになり、この押圧力がウォーム2aをウォームホイール4側に押し付ける弾性的な予圧を発生させる、したがって、ウォーム2aは、いわゆるフローティング状態とされている。
この予圧力は、ウォーム2aがウォームホイール4と噛み合う際に、ある程度の摩擦を生み出すが、ギヤの性能に支障が及ぶ程この抵抗力が大きくなり過ぎないように、又、タイヤからの加振入力によって噛み合いがずれない程度に、弾性部材60の厚みや剛性を設定する。この弾性部材60の剛性の設定は、ゴム硬度と形状により自由な設定が可能である。
また、ウォーム軸2が弾性部材60のつば部60aの弾性限度内で軸方向に移動可能であるため、ウォーム2aとウォームホイール4のギヤ部4aが適正な位置で噛み合うことができる。
このように、玉軸受3a,3bの軸支孔3c内径の偏芯した設置、ウォーム軸2(軸受支持部2b)径の小さめの設定、ウォーム軸2と軸受3a,3b間に設けた弾性部材60により、簡単に予圧機構を構成することができ、完全にバックラッシュを除去することができる。
次に、本発明の第1の発明に係る第3実施形態について説明する。
図5は本発明の第1の発明に係る第3実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図である。本第1の発明の第3実施形態は以下に述べる点以外は第1の発明の第2実施形態と同じ構成であるので、第1の発明の第2実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて図示し、説明を省略する。
上述の第1の発明の第2実施形態では、玉軸受3a,3bにおける軸支孔3c内径の偏芯量は両方とも同じΔSとしているが、本第1の発明の第3実施形態では、モータ10側に近い方の軸受3bの偏芯量を軸受3bの偏心量ΔSよりも小さく設定することができる。すなわち、図5に示す本第1の発明の第3実施形態において、モータに遠い方の軸受3aと出力軸5の軸心間の距離S3はモータに近い方の軸受3bと出力軸5の軸心間の距離S4よりも大きく設定されている。これらS3とS4との差ΔS’(S3−S4=ΔS’)は0〜ΔS/2の値が望ましい。この構成によれば、ウォーム軸2の回転抵抗を減らし、モータ軸10aとウォーム軸2の芯ずれを防止する意味で、より望ましい。
次に、本発明の第1の発明に係る第4の実施形態を図面に基づいて説明する。
図6は本発明の第1の発明に係る第4実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図、図7は図6の電動パワーステアリング装置におけるスプライン結合部の変形例を示す断面図、図8は図6の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第1の変形例を示す断面図、図9は図6の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第2の変形例を示す断面図、図10Aは図6の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第3の変形例を示す断面図、図10Bは図10AのA−A断面図である。
図6の電動パワーステアリング装置100において、ハウジング1内に、電動モータ10、回転軸であるウォーム軸2を軸支する玉軸受3a,3b、ウォームホイール4の出力軸5等が所定位置に配設又は固定されている。
ウォーム軸2は、その略中央部に形成されたウォーム2aと、このウォーム2aの両側に形成された軸受支持部2bと、から成っている。電動モータ10に近い方の軸受3b側の軸受支持部2b(図中右側)には筒形状の結合部材18が外嵌・固定され、この結合部材18の内周面の軸方向略半分に雌スプライン18aが形成されている。結合部材18は軸受3bの軸支孔3c(内輪の内周面)に軸方向移動自在に内嵌されている。
一方、電動モータ10のモータ軸10aの先端部には雄スプライン部10bが設けられている。この雄スプライン部10bが結合部材18の雌スプライン部18aにゆるく内嵌することにより、ウォーム軸2がモータ軸10aに対して、軸方向に可動に、回転方向には不動の状態でスプライン結合されている。このスプライン結合部は、その略半分が軸受3bの軸支孔3c内に位置するように設定されている。スプライン結合部は、少なくとも軸方向半分、言い替えると軸方向半分以上が軸受3bの軸支孔3c内に位置するように設定されている。
電動モータ10から遠い方の軸受3aの軸支孔3dには略筒状の弾性部材16の一部が内嵌・固定されている。この弾性部材16は、当該内嵌部16aと、内嵌部16aに隣接する部分でその外径が軸支孔3d径より大きい大径部16bと、この大径部16aに続く部分で軸受支持部2bの外径と略等しい内径を有する軸支持部16cとから成っている。軸支持部16cの外周部には、当該軸支持部16cをウォーム軸2の軸受支持部2bに外嵌・固定させるための締付けリング11が外嵌されている。
この軸支持部16cは、ウォーム軸2の軸受支持部2bを内嵌部16a内径において略中間位置に弾性的に保持する機能を有している。上記大径部16bは、軸支持部16cが軸受支持部2bと共に軸方向に移動する際に軸方向に伸縮することにより、ウォーム軸2を軸方向に移動し易くする機能を有している。
弾性部材16の内嵌部16aの内径R1(図8も参照)は、軸受3aに軸支される軸受支持部2bの外径rよりもわずかに大きく設定され、軸受支持部2bの外径rは、(内嵌部16aの内径R1−2・ΔS)の大きさに設定されている。これは、ウォーム軸2の軸受支持部2bが、内嵌部16aにてゆるく内嵌する程度の値である。
一方、電動モータ10から近い方の軸受3bの軸方向両側に隣接して略リング状の弾性部材17が配設されている。この2つの弾性部材17はそれぞれ2つのリング状の保持部材17a,17bにより挟持された形で配置(図7も参照)されている。軸受3bに対して外側の保持部材17aはそれぞれ結合部材18に外嵌・固定されており、軸受3b側の保持部材17bは軸受3bに固定されると共に、結合部材18aには接触しないで外嵌されている。弾性部材17は、結合部材18の軸方向の移動に伴って軸方向に弾性的に伸縮することにより、その弾性限度内においてウォーム軸2の軸方向の移動を許容するようになっている。
ウォームホイール4は、ウォーム軸2の軸方向とは直交する方向の出力軸5に外嵌・固定されている。出力軸5は、ウォームホイール4がウォーム2aと噛み合った状態で、ハウジング1の所定位置に軸支されるように配置されている。ウォームホイール4のギヤ部4aは樹脂で形成されている。
図6に示すように、ウォーム2aとウォームホイール4の噛み合いにおいて、ウォーム2aの噛み合い半径aとウォームホイール4の噛み合い半径bを加えたものをS1(a+b=S1)とすると、電動モータ10のモータ軸10aとウォームホイール4の出力軸5の軸芯間距離がS1となるように、出力軸5及び電動モータ10はハウジング1に配設されている。一方、電動モータ10に遠い方の軸受3aは、その軸支孔3dと出力軸5の軸芯間距離S2が、出力軸5とモータ軸10aの軸芯間距離S1よりもやや小さくなる位置にハウジング1に配設されている。本実施形態において、S1=47.5mm、S2=47.2mmに設定されており、この軸芯間距離S1と軸芯間距離S2との差ΔS(S1−S2=ΔS)は0.1〜0.5mmの範囲で最適な値を設定するのが効果的である。
上記構成において、軸受3aの軸支孔3dの軸心は上記の如く、ΔSだけウォームホイール4側へ偏芯されて設定されているため、組み付けた際に、ウォーム2aとウォームホイール4のギヤ部4aはバックラッシュなしで噛み合うが、その反作用でウォーム軸2(軸受支持部2b)が弾性部材6に押し付けられることになり、この押圧力がウォーム2aをウォームホイール4側に押し付ける弾性的な予圧を発生させる。このように、ウォーム2aは、いわゆるフローティング状態とされている。
この予圧力は、ウォーム2aがウォームホイール4と噛み合う際に、ある程度の摩擦を生み出すが、ギヤの性能に支障が及ぶ程この抵抗力が大きくなり過ぎないように、又、タイヤからの加振入力によって噛み合いがずれない程度に、弾性部材16の厚みや剛性を設定する。この弾性部材16の剛性の設定は、ゴム硬度と形状により自由な設定が可能である。
また、ウォーム軸2は軸方向に移動可能であるため、タイヤ側から力が加わった時に、弾性部材7の弾性限度内においてウォーム軸2が軸方向に移動することにより、ウォーム2aとウォームホイール4のギヤ部4aが適正な位置で噛み合って衝撃を吸収することができる。
ところで、ウォーム軸2は、電動モータ10から遠い方の軸受3a部分においてウォーム2aとウォームホイール4の噛み合い方向に移動可能であるため、ウォーム軸2には電動モータ10から近い方の軸受3bを支点としてスプライン結合部に芯ずれが生じて、ウォーム軸2を軸方向に移動するのに支障をきたす可能性がある。
しかし、本第1の発明の第4実施形態では、ウォーム軸2とモータ軸10aのスプライン結合部は、その軸方向略半分が軸受3bの軸支孔3c内に位置するように設定されているため、ウォーム軸2がウォーム2aの噛み合い方向にわずかに移動しても、軸受3bが支点となって、スプライン結合部のわずかなアソビによりウォーム軸2の変位が許容され、スプライン結合部をこじることなくウォーム軸2を軸方向に移動することができる。
このように、軸受3aの軸支孔3c内径の偏芯した設置、ウォーム軸2(軸受支持部2b)径の小さめの設定、ウォーム軸2と軸受3a,3b間に設けた弾性部材16,17により、簡単に予圧機構を構成することができ、完全にバックラッシュを除去することができると共に、衝撃を吸収し、歯打ち音(ラトル音)を抑制することができる。
尚、本第1の発明の第4実施形態では、スプライン結合部に結合部材18を用いたが、この構成に限らず、図7に示すように、軸受3b側の軸受支持部2b´を結合部材18の外径と略同一径に成形して、モータ軸10a用の雌スプライン2eを有する結合穴2fを設け、この結合穴2fにモータ軸10aの雄スプライン部10dを挿入してスプライン結合させた構成であっても良い。この場合も、保持部材17a、17bは上記結合部材18の実施形態と同様の構成で軸受支持部2b´に取り付けられている。図7において、図6の装置と同一部材には同一番号を付している。
次に、弾性部材16の変形例について図8〜図10Bを参照して説明する。
弾性部材16の第1の変形例を図8に示している。同図において、図6の実施形態と同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。筒状の弾性部材160は、軸受支持部2bをゆるく内嵌する部分で、軸受3aの軸支孔3cに内嵌・固定された(弾性部材16のものと同一)内嵌部160aと、この内嵌部160aに隣接する部分で、軸受支持部2bの外径と略等しい内径を有し、軸受支持部2bを隙間無しで内嵌する軸支持部160bと、内嵌部160aと軸支持部160bとを一体に接続する切頭円錐状部160Cとから成っている。即ち、弾性部材160は、上記弾性部材16において大径部16bを除去し、締付けリング11が無い代わりに、軸支持部16cの軸方向長さを延長した形状となっている。
筒状の弾性部材160の内嵌部160aの内径R1と、軸受支持部2bの外径rとの関係は、図6の実施形態と同様であり、説明を省略する。
この構成において、軸支持部160bは、軸受支持部2bを内嵌部160a内径において略中間位置に弾性的に保持する機能を有している。この軸支持部160bの内径は、当該軸支持部160bが軸受支持部2bの回転と共に回転して軸受3aの内輪が回転可能な、且つ、軸受支持部2bが軸方向に移動する際に、軸受支持部2bが無理なく摺動可能な大きさに設定する必要がある。この弾性部材160も弾性部材16と同様の効果を期待することができる。
弾性部材16の第2の変形例を図9に示している。同図において、図6の実施形態と同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。筒状の弾性部材161は、軸受支持部2bの外径と略等しい内径を有し、軸受支持部2bを隙間無しで内嵌する軸支持部161aと、軸支持部161aの軸方向中間部に一体的に形成され、肉厚の薄い大径部であって軸受3aの軸支孔3cに内嵌・固定された突出部161bと、から成っている。軸支持部161aの内径は、軸受支持部2bが軸方向に移動する際に、軸受支持部2bが無理なく摺動可能な大きさに設定する必要がある。軸受支持部2bの図中左端部にはリング状のストッパー19が外嵌・固定されている。
この構成において、軸支持部161aは、軸受支持部2bの軸方向の移動を許容するが、ストッパー19により軸方向(モータ10方向)の移動は規制される。軸受支持部2bがウォーム2aの噛み合い方向に移動する際には、突出部161bが軸支孔3c内周面を押圧する方向に圧縮されることにより、弾性的に移動を許容する。
次に、弾性部材16の第3の変形例を図10Aに示している。同図において、図6の実施形態と同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。筒状の弾性部材162は、保持部材162aに内嵌・固定されており、保持部材162aは軸受3aの軸支孔3dに内嵌・固定されている。弾性部材162の内径は、軸受支持部2bの外径と略等しく、軸受支持部2bが軸方向に移動する際に、軸受支持部2bが無理なく摺動可能な大きさに設定されている。
この弾性部材162の内周面には、図10Bに示すように、軸方向に多数の溝162bが形成されていて、内周面側から圧縮され易くなっている。軸受支持部2bがウォーム2aの噛み合い方向に移動する際には、軸受支持部2bが弾性部材162の内周面(多数の溝162b部分)を押圧してその方向に圧縮することにより、弾性的に移動を許容する。
軸受支持部2bの図中左端部にはリング状のストッパー19が外嵌・固定されている。弾性部材162は、軸受支持部2bの軸方向の移動を許容するが、ストッパー19により軸方向(モータ10方向)の移動は規制される。
以上説明したように、本発明の第1の発明に係る第4実施形態によれば、モータ側の軸受には、その軸方向の両側に隣接して弾性部材が配置されてウォームが軸方向にわずかに移動可能とされ、且つ、モータから離れた方の軸受は、回転軸(ウォーム軸)を弾性部材を介して支持し、当該回転軸がウォームの噛み合い方向にわずかに移動可能とされているので、簡単な構成にて、バックラッシュを完全に無くすことができる。又、回転軸に力が加わった時に、弾性部材の弾性限度内で回転軸が軸方向に移動することにより、ウォームとウォームホイールのギヤ部が適正な位置で噛み合って衝撃を吸収するため、補助操舵力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる。
また、本第1の発明の第4実施形態において、回転軸とモータ軸のスプライン結合部は、少なくとも軸方向半分が軸受の軸支孔内に位置しているため、回転軸がウォームの噛み合い方向にわずかに移動しても、モータ側の軸受が支点となって、回転軸はスプライン結合部をこじることなく軸方向に移動することができる。
さらに、ウォームの与圧力を弾性部材の材質や形状により調整できるので、回転軸や軸受の寸法精度が過度に求められることがなく、寸法管理が容易になる。
次に、本発明の第1の発明に係る第5実施形態を図11、図12に基づいて説明する。図11は本第1の発明に係る第5実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図であり、図12はモータ軸の雄スプライン部の部分側面図である。
本第1の発明に係る第5実施形態において、前述した第1の発明の実施形態における部分と同じ構造部分については、同じ符号をもって示す。
図11の電動パワーステアリング装置100において、ハウジング1内に、電動モータ10、回転軸であるウォーム軸2を軸支する玉軸受3a、3b、ウォームホイール4の出力軸5等が所定位置に配設または固定されている。
ウォーム軸2は、その各中央部に形成されたウォーム2aと、この両側に形成された軸受部2b、2b’から成っている。電動モータ10に近い方の軸受部2b’と電動モータ10のモータ10との関係は図7に示すもの類似している。すなわち、軸受部2b’にはモータ側に開き雌スプライン部2eを有する結合穴2fが形成されている。モータ軸10aの先端には雄スプライン部10d’として形成されており、これら雌スプライン部2eと雄スプライン部10d’とがスプライン結合されている。
本第1の発明の第5実施形態において、モータ軸10の雄スプライン部10d’は、図12に示す如くその両端では径が小さく歯幅が細くなり軸方向中心部の径が大きくなるドラム状であって、玉軸受3bの中心部でウォーム軸の軸受部2b’と嵌合している。軸受部2b’の雌スプライン部の径は軸方向の変化はない。
本第1の発明の第5実施形態において、モータ10に遠い方の玉軸受3a、ウォーム軸2の軸受支持部2e、およびこれら間に介装された筒状の弾性部材160との間の構造は図8に示したものと同じである。
本第1の発明の第5実施形態において、上述した以外の構造については前述実施形態と同じであるので説明を省略する。
本第1の発明の第5実施形態において、電動モータ10がアシストトルクを発生させる際、ウォームはホイールから離間する方向へ力を受ける。この時、ウォームはモータに近い方の軸受の中心部を支点に傾きを生じるが、スプライン同士が干渉することはなく作動力の悪化や、操舵中立時のフィーリングの悪化を招くことはない。また、ウォームが軸方向に移動した場合にも、スプラインの干渉が生じることはない。
また、装置の組込み時には、モータ軸10aの雄スプライン部10d’の端部が小径であることから、雌スプライン部2eに嵌めこみ易く、作業性が向上する。
次に、本発明の第2の発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
図13Aは本発明の第2の発明に係る第1実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図13Bは図13AのA−A断面図を示す。図14Aは本発明の第2の発明に係る第2実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図14Bは図14Aの要部拡大図を示す。図15Aは本発明の第2の発明に係る第3実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図15Bは図15AのB−B断面図を示す。図16Aは本発明の第2の発明に係る第4実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図16Bは図16AのC−C断面図を示す。図17Aは本発明の第2の発明に係る第5実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図17Bは図17AのE−E断面図を示す。図18Aは本発明の第2の発明に係る第6実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図18Bは図18AのD−D断面図である。
本発明の第2の発明に係る第1実施形態である図13A、図13Bの電動パワーステアリング装置100において、ハウジング101内に、電動モータ110、回転軸であるウォーム軸102を軸支する玉軸受103a,103c、弾性部103b、ウォームホイール104の出力軸105等が所定位置に配設又は固定されている。
ウォーム軸102は、その略中央部に形成されたウォーム102aと、このウォーム102aの両側に形成された軸受支持部102bと、から成っている。電動モータ110に近い方の玉軸受103c側の軸受支持部102b(図中右側)には筒形状の結合部材108が外嵌・固定され、この結合部材108の内周面の軸方向略半分に雌スプライン108aが形成されている。結合部材108は玉軸受103cの軸支孔103d(内輪の内周面)に軸方向移動自在に内嵌されている。
一方、電動モータ110のモータ軸110aの先端部には雄スプライン部110bが設けられている。この雄スプライン部110bが結合部材108の雌スプライン部108aにゆるく内嵌することにより、ウォーム軸102がモータ軸110aに対して、軸方向に可動に、回転方向には不動の状態でスプライン結合されている。このスプライン結合部は、その軸方向略半分が軸受103cの軸支孔103d内に位置するように設定されている。この結合部材108はウォーム102aと一体に成形されていても良い。
反モータ側には、玉軸受103aと弾性部103bが軸方向に並んで配設されている。軸受103aは転がり軸受としての機能を有し、その外輪がハウジング101内に内嵌・固定された筒状の軸受保持部材である軸受部リング114に内嵌・固定されている。軸受103aの内輪には、ウォーム軸102の軸受支持部102bに外嵌・固定された樹脂等より成る筒状の緩衝部材106がゆるく内嵌している。
弾性部103bは、軸受支持部102bの外径と略等しい内径を有し、樹脂より成る付勢部材112と、この付勢部材112を内嵌・固定して軸受部リング114に内嵌・固定され、ゴム等より形成された弾性体113と、から成っている。弾性体113が付勢部材112を内嵌する位置はウォーム102aの噛み合い方向にかなり偏芯している。しかし、ウォーム軸102を玉軸受103a及び弾性部103bに組み込んだ時に、ウォーム軸102は軸受103aと略同芯になるため、弾性体113はウォーム102aの噛み合い逆方向に変形して噛み合い方向に予圧力を生じさせる。
緩衝部材106の外径は、軸受103aの内輪の内径よりもわずかに小さく設定されている。バックラッシュを無くすためのウォーム102aの噛み合い方向の変位量をΔSとすると、緩衝部材106の外径は、(内輪の内径−2・ΔS)の大きさに設定されている。これは、内輪が緩衝部材106をゆるく内嵌する程度の値である。
一方、モータ110に近いほうの玉軸受103cの軸方向両側に隣接して略リング状の弾性部材107が配設されている。この2つの弾性部材107、107はそれぞれ2つのリング状の保持部材107a,107bにより挟持された形で配置されている。軸受103cに対して外側の保持部材107aはそれぞれ結合部材108に外嵌・固定されており、軸受103c側の保持部材107bは軸受103bに固定されると共に、結合部材108には接触しないで外嵌されている。弾性部材107は、結合部材108の軸方向の移動に伴って軸方向に弾性的に伸縮することにより、その弾性限度内においてウォーム軸102の軸方向の移動を許容するようになっている。
ウォームホイール104は、ウォーム軸102の軸方向とは直交する方向の出力軸105に外嵌・固定されている。出力軸105は、ウォームホイール104がウォーム102aと噛み合った状態で、ハウジング101の所定位置に軸支されるように配置されている。ウォームホイール104のギヤ部104aは樹脂で形成されている。
図13Aに示すように、ウォーム102aとウォームホイール104の噛み合いにおいて、ウォーム102aの噛み合い半径aとウォームホイール104の噛み合い半径bを加えたものをS(a+b=S)とすると、電動モータ110のモータ軸110aとウォームホイール104の出力軸105の軸芯間距離、及び軸受103cと出力軸105の軸芯間距離がSとなるように、出力軸105、軸受103c、及び電動モータ110はハウジング101に配設されている。本実施形態において、S=47.5mmに設定されており、バックラッシュを無くすためのウォーム102aの噛み合い方向の変位量ΔSは0.1〜0.5mmの範囲で最適な値を設定するのが効果的である。
上記構成において、弾性部103bの弾性体113の付勢部材112を内嵌する位置はウォーム102aの噛み合い方向に偏芯しているため、ウォーム軸102を軸受103aに組み込んだ時に、弾性体113は変形してウォーム210aの噛み合い方向に予圧力を生じさせ、ウォーム102aとウォームホイール104のギヤ部104aはバックラッシュなしで噛み合う。このように、ウォーム102aは、いわゆるフローティング状態とされている。
特に、この弾性部103bにおいては、弾性体113の体積が占める割合が大きく取られているので、予圧を発生させるために必要な初期の偏芯量を大きく取ることができ、弾性体113のバネ定数を下げることができる。このため、加工精度のバラツキやギヤの摩耗によりウォーム102a形状が変化しても、一定の予圧力を安定して維持することができ、ギヤの歯打ち音を効果的に防止することができる。
この予圧力は、ウォーム102aがウォームホイール104と噛み合う際に、ある程度の摩擦を生み出すが、ギヤの性能に支障が及ぶ程この抵抗力が大きくなり過ぎないように、又、タイヤからの加振入力によって噛み合いがずれない程度に、弾性体113の厚みや剛性を設定する。この弾性体113の剛性の設定は、ゴム硬度と形状により自由な設定が可能である。
また、ウォーム軸102は軸方向に移動可能であるため、タイヤ側から力が加わった時に、弾性部材107の弾性限度内においてウォーム軸102が軸方向に移動することにより、ウォーム102aとウォームホイール104のギヤ部104aが適正な位置で噛み合って衝撃を吸収することができる。
玉軸受103a部分において、ウォーム102aの噛み合い方向への急激な変位により緩衝部材106に圧力が加わる場合でも、緩衝部材106によって振動が吸収され、衝突音が発生するのが防止される。又、緩衝部材106は樹脂製であるため、ウォーム軸102の軸方向移動の摩擦を低減させる効果もある。
さらに、玉軸受103aにおいて、内輪とウォーム軸102の緩衝部材106との間には微小な隙間ΔSが配されているため、加工精度のバラツキや噛み合いによるウォーム軸102と出力軸105の軸芯間距離の変化が吸収され、安定した作動を確保することができる。
また、装置の駆動時(アシスト時)に発生するウォーム102aの噛み合い方向の荷重及び回転トルクは、玉軸受103aがそれを受け、当該軸受103aでウォーム102aの変位が規制されるので、弾性部103bの弾性体113には大きな歪みや負荷は発生せず、弾性体113の耐久性を向上させることができる。
このように、弾性部103bの弾性体113の軸受支持部102b内嵌位置の偏芯した設定、緩衝部材106外径の軸受103a内輪内径より小さめの設定、ウォーム軸102と軸受103c間に設けた弾性部材107により、簡単に予圧機構を構成することができ、完全にバックラッシュを除去することができると共に、衝撃を吸収し、歯打ち音(ラトル音)を抑制することができる。
次に、本発明の第2の発明に係る第2実施形態について図14A、図14Bを参照して説明する。この第2の発明に係る実施形態は上記第2の発明の第1実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その説明は省略する。異なっているのは、緩衝部材106を第1の軸受103aの内輪側に内嵌・固定した点である。緩衝部材106は肉薄の筒115に接着され、筒115は内輪に内嵌・固定されている。この構成においても、本第2の発明に係る第1実施形態と同様の効果を期待できる。また、この緩衝部材106は筒115を介さずに内輪に固定されても良い。
次に、本発明の第2の発明に係る第3実施形態について図15A、図15Bを参照して説明する。この実施形態は上記第2の発明の第1実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その説明は省略する。異なっているのは、弾性部103bのゴム製の弾性体113を、樹脂製の弾性体116とし、図15Bに示すように、付勢部材112の周囲に複数の孔116aを空けている点である。
この構成において、弾性体116は、複数の孔116aによりウォーム102aの噛み合い方向に弾性的に変形可能な弾性体として機能する。この実施形態においても、第2の発明の第1実施形態と同様の効果を期待することができるが、部品点数をより少なくすることができ、低コスト化に寄与するものとなる。
次に、本発明の第2の発明に係る第4実施形態について図16A、図16Bを参照して説明する。この実施形態は上記第2の発明の第1実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その説明は省略する。異なっているのは、弾性部103bの弾性体113の代わりにトーションスプリング117を採用している点である。この場合、弾性部103bは、ウォーム軸102の軸受支持部102bを回転自在に支持する付勢部材112と、この付勢部材112の外周部に巻かれたトーションスプリング117と、付勢部材112をウォーム102a噛み合い方向に偏芯した位置に支持すべくトーションスプリング117の両端部を掛止し、軸受部リング114内に内嵌・固定された掛止部材118とから成っている。図16Bに示すように、トーションスプリング117は初期状態では両端部は開いているが、掛止部材118に組み込んだ時に弾性的に閉じられ、この時の付勢力によってウォーム102aに噛み合い方向の予圧力を発生する。この構成においても、第2の発明の第1実施形態と同様の効果を期待することができる。
次に、本発明の第2の発明に係る第5実施形態について図17A、図17Bを参照して説明する。この実施形態は上記第2の発明の第1実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その説明は省略する。異なっているのは、弾性部103bの弾性体113の代わりにトーションスプリング117を採用している点である。この場合、弾性部103bは、ウォーム軸102の軸受支持部102bを回転自在に支持する付勢部材112と、この付勢部材112の外周部に巻かれたトーションスプリング117と、付勢部材112をウォーム102a噛み合い方向に偏芯した位置に支持すべくトーションスプリング117の両端部を掛止し、軸受部リング114内に内嵌・固定された掛止部材118とから成っている。付勢部材112はその中心でウォーム軸102bと嵌め合い、その外周に穴と同心に巻きつけられたトーションスプリング117の巻き戻そうとする力によってウォーム102aに対する予圧を発生する。付勢部材112とトーションスプリング117の接触部分はホイール104の反対側でトーションスプリング117の内周に対して十分短く、トーションスプリング117によって発生する予圧力を効率的に付勢部材112に伝達することができる構成である。また、掛止部材118はハウジング101に内嵌・固定され、軸受部リング114によって固定されている。この掛止部材118は、プレス加工で成形されたものであっても、樹脂等により成形されたものであっても良い。
図17Bに示すように、トーションスプリング117は初期状態で両端部がトーションスプリング117の巻き中心に対して180°位相がずれた位置にそれぞれ配置された2箇所のフック117aが掛止部材118の突起によって掛止されている。更に、このトーションスプリング117は、予め捩りトルクを与えられている。このことにより、付勢部材112はウォーム102aを組み込む前、弾性部に対して若干変位した位置にて掛止部材118の突起118aによって保持され、ウォーム102aが組み込まれることによって付勢部材112は変位し、ウォーム102aに対して予圧力を発生することになるので、調整や予圧を与える特別な工程は必要とせず、組み込み性が向上する。更に、バネ定数を低く設定しても所定の予圧力を確保できる。この構成においても、第2の発明の第1実施形態と同様の効果を期待することができる。
さらに、本発明の第2の発明に係る第6実施形態について図18A、図18Bを参照して説明する。この実施形態は上記第2の発明の第1実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その説明は省略する。異なっているのは、弾性部103bの弾性体113の代わりに渦巻状のバネ119を採用している点である。この渦巻状バネ119は、その一端がウォーム軸102の軸受支持部102bを回転自在に支持する付勢部材112の外周部に固定され、他端が軸受部リング114に固定されている。付勢部材112は軸受部リング114の軸芯に対してウォーム102a噛み合い方向に偏芯しており、ウォーム軸102を玉軸受103aに組み込んだ時に、渦巻状バネ119は変形してウォーム102aに噛み合い方向の予圧力を生じさせる。この構成においても、第2の発明の第1実施形態と同様の効果を期待することができる。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明の第1の発明によれば、モータは出力軸に対して、ウォームの噛み合い半径とウォームホイールの噛み合い半径を加えた長さが出力軸とモータ軸の軸芯間距離となる位置に設置され、且つ、軸受は出力軸に対して、軸支孔と出力軸の軸芯間距離が、出力軸とモータ軸の軸芯間距離よりもやや小さくなる位置に設置されており、軸受の軸支孔の内周面と前記回転軸との間には、所定の弾性と厚みを有する弾性部材が介在され、この回転軸の弾性部材が外嵌されている部分の外径は、弾性部材によってウォームのウォームホイール方向に適度な付勢力が付与される程度に、軸支孔の内径よりも小さく設定されているので、簡単な構成にて、バックラッシュを無くすことができ、補助操舵力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる。
また、予圧力を弾性部材の材質や形状により調整できるので、回転軸や軸受の寸法精度が過度に求められることがなく、寸法管理が容易になる。
また、本発明の第2の発明によれば、モータ側の軸受には、その軸方向の両側に隣接して弾性部材が配置されてウォームが軸方向にわずかに移動可能とされ、且つ、モータから離れた方の軸受は転がり軸受けであり、回転軸上にはウォームを噛み合い方向へ付勢する弾性部が設けられており、軸受の外輪は、ハウジングに内嵌・固定された筒状の軸受保持部材に内嵌・固定されると共に、その内輪は回転軸に外嵌・固定された筒状の緩衝部材をゆるく内嵌し、弾性部は、回転軸を回転自在に軸支する付勢部材と、この付勢部材を軸受の軸芯に対して前記ウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に内嵌し、前記軸受保持部材の近傍に固定された弾性体とから成っているので、ウォームはその噛み合い方向に予圧力を生じ、簡単な構成にて、バックラッシュを完全に無くすことができる。
特に、弾性部において、弾性体の体積が占める割合が大きく取られているので、予圧を発生させるために必要な初期の偏芯量を大きく取ることができ、弾性体のバネ定数を下げることができるため、加工精度のバラツキやギヤの摩耗によるウォーム形状の変化が有っても、一定の予圧力を安定して維持することができ、ギヤの歯打ち音を効果的に防止することができる。
また、回転軸に力が加わった時に、弾性部材の弾性限度内で回転軸が軸方向に移動することにより、ウォームとウォームホイールのギヤ部が適正な位置で噛み合って衝撃を吸収するため、補助操舵力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる。
さらに、装置の駆動時に発生するウォームの噛み合い方向の荷重及び回転トルクは軸受が受け、ウォームの変位を規制するので、弾性部の弾性体には大きな歪みや負荷は発生せず、弾性体の寿命の向上につながる。
また、本発明の第3の発明によれば、ハウジングと、このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され、前記回転軸を回転自在に支持している転がり軸受と、車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールと、前記回転軸の前記モータから遠い方の軸端部に前記ウォームホイールに向かう予圧を与える予圧機構が設けてあることにより、バックラッシュの存在を無くし、動力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる簡単な構成の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の第1の発明に係る第1実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図。
図2Aは図1のA部分の部分拡大図である。
図2Bは図1の弾性部材の部分の断面図である。
図2Cは図2BのC−C線断面を示している。
図3は本発明の第1の発明に係る第2実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図。
図4は図3の軸受部分を示す部分拡大図。
図5は本発明の第1の発明に係る第3実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図。
図6は本発明の第1の発明に係る第4実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図。
図7は図6の電動パワーステアリング装置におけるスプライン結合部の変形例を示す断面図。
図8は図6の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第1の変形例を示す断面図。
図9は図6の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第2の変形例を示す断面図。
図10Aは図6の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第3の変形例を示す断面図である。
図10Bは図10AのA−A断面図である。
図11は本発明の第1の発明に係る第5実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図である。
図12はモータ軸の雄スプライン部の部分側面図である。
図13Aは本発明の第2の発明に係る第1実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図である。
図13Bは図13AのA−A断面図である。
図14Aは本発明の第2の発明に係る第2実施形態を示す電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
図14Bは図14Aの要部拡大図である。
図15Aは本発明の第2の発明に係る第3実施形態を示す電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
図15Bは図15AのB−B断面図である。
図16Aは本発明の第2の発明に係る第4実施形態を示す電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
図16Bはh図16AのC−C断面図である。
図17Aは本発明の第2の発明に係る第5実施形態を示す電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
図17Bは図17AのE−E断面図である。
図18Aは本発明の第2の発明に係る第6実施形態を示す電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
図18Bは図18BのD−D断面図である。
Claims (14)
- ハウジングと、
このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、
前記ハウジングに配設され、この回転軸を軸支孔で回転自在に支持する軸受と、
この回転軸と回転的に一体であり、そのギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、車軸を操舵するために操舵力を伝達するための、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、
前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に回転的に一体であり、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールとを有し、前記モータの補助操舵力を前記出力軸に伝達するウォームギヤ機構を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記モータは前記出力軸に対して、ウォームの噛み合い半径とウォームホイールの噛み合い半径を加えた長さが当該出力軸と前記モータ軸の軸芯間距離となる位置に設置され、且つ、前記軸受は前記出力軸に対して、前記軸支孔と前記出力軸の軸芯間距離が、前記出力軸とモータ軸の軸芯間距離よりもやや小さくなる位置に設置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。 - 前記軸受は前記回転軸に、弾性部材を介して支持されており、前記ウォームは、わずかに軸方向に可動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。
- 前記モータ軸と前記出力軸との軸芯間距離と、前記軸支孔と前記出力軸の軸芯間距離との差を0.1〜0.5mmに設定した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。
- 前記軸受は前記モータに近い位置の第1軸受とモータから離れた位置の第2軸受とから成り、該第1軸受と前記回転軸の軸心間の距離は前記第2軸受と前記回転軸の軸心間の距離より大きいことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記軸受は前記モータに近い位置の第1軸受とモータから離れた位置の第2軸受とから成り、前記第1軸受には、その軸方向の両側に隣接して弾性部材が配置されて、その弾性限度内で前記回転軸が軸方向にわずかに移動可能とされ、且つ、前記第2軸受は、前記回転軸を弾性部材を介して支持することにより、当該回転軸が前記ウォームの噛み合い方向にわずかに移動可能とされてい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。
- 前記回転軸と前記モータ軸のスプライン結合部の少なくとも軸方向半分が、前記モータ側の軸受の前記軸支孔内に位置するように設定されていることを特徴とする請求項5記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記モータ側の軸受の前記弾性部材、又は前記モータから離れた方の軸受近傍の前記回転軸、又はその両方に、当該回転軸の軸方向の移動量を規制するためのストッパーが設けられていることを特徴とする請求項5又は6載の電動パワーステアリング装置。
- 前記回転軸と前記モータ軸とはスプライン結合されており、前記回転軸は前記スプライン結合部分を支点として揺動可能に形成されている請求項5または6に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記モータ軸に雄スプライン部が、そして前記回転軸に雌スプライン部が形成されてスプライン結合されており、
前記雄スプライン部はその軸方向両端では小径であり中心部で大径のドラム状に形成されている請求項8に記載の電動パワーステアリング装置。 - ハウジングと、
このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、
この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、
前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され、前記回転軸を回転自在に支持している軸受と、
車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、
前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールと、
を有し、前記モータは、前記出力軸に対して、前記ウォームの噛み合い半径と前記ウォームホイールの噛み合い半径を加えた長さが当該出力軸と前記モータ軸の軸芯間距離となる位置に設置されたウォームギヤ機構を備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記モータ側の前記軸受には、その軸方向の両側に隣接して弾性部材が配置されて、前記回転軸が軸方向にわずかに移動可能とされ、
且つ、前記モータから離れた方の軸受は、転がり軸受であり、前記回転軸上には前記転がり軸受けに並列してウォームを噛み合い方向へ付勢する弾性部が設けられており、
前記軸受の外輪は、前記ハウジングに内嵌・固定された筒状の軸受保持部材に内嵌・固定されると共に、その内輪は前記回転軸に外嵌・固定された筒状の緩衝部材をゆるく内嵌し、
前記弾性部は、前記回転軸を回転自在に軸支する付勢部材と、この付勢部材を前記軸受の軸芯に対して前記ウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に内嵌し、前記軸受保持部材の、近傍に固定された弾性体とから成っていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記緩衝部材は、前記転がり軸受けの内輪側に内嵌・固定されており、前記回転軸をゆるく内嵌していることを特徴とする請求項10記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記付勢部材と前記弾性体は、樹脂により一体的に成形され、且つ前記付勢部材の周囲に複数の孔を設けて弾性を持たせたことを特徴とする請求項10記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記弾性部は、前記付勢部材と、この付勢部材の周囲に巻き付けたトーションスプリングと、このトーションスプリングの両端部を弾性的に掛止して前記付勢部材を前記転がり軸受けの軸芯に対して前記ウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に支持する掛止部材とから成ることを特徴とする請求項10記載の電動パワーステアリング装置。
- ハウジングと、
このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、
この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、
前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され、前記回転軸を回転自在に支持している転がり軸受と、
車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、
前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記回転軸の前記モータから遠い方の軸端部に前記ウォームホイールに向かう予圧を与える予圧付与機構が設けてあ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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