JP4385286B2

JP4385286B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP4385286B2
Application number: JP2004022118A
Authority: JP
Inventors: 壮一岩佐; 俊雄飯田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: JP2005212623A; US20070158131A1; EP1714851B1; WO2005073054A1; US8602154B2; EP1714851A1; EP1714851A4

Description

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。

自動車用の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering System) には減速機が用いられている。例えばコラム型ＥＰＳでは、電動モータの出力軸の回転をウォーム軸およびウォームホイールを介して減速することで、電動モータの出力を増幅して舵取り機構に伝達し、ステアリング操作をトルクアシストするようにしている。
通例、電動モータの出力軸とウォーム軸とを連結する筒状の継手は、ウォーム軸の端部をスプライン嵌合している。このスプライン嵌合部には多少のガタがあり、このガタに起因して歯打ち音に伴う異音が発生するという問題がある。

そこで、弾性部材を含む継手を介して電動モータの出力軸とウォーム軸とを動力伝達可能に連結する電動パワーステアリング装置が提供されている（例えば特許文献１）。
特開２００２−１４５０８３公報

上記の弾性部材は、出力軸およびウォーム軸のそれぞれの対向端部に一体回転可能な鉄製の係合部材の間に締め代をもって介在しているが、この締め代が大きいと、弾性部材を両係合部材間に組み付け難くなると共に、摩擦抵抗によるロストルクが大きくなり操舵フィーリングが悪くなる。
逆に締め代が小さいと、長期の使用で弾性部材が摩耗して、弾性部材と各係合部材との間に隙間を生じ、この隙間に起因して、継手の回転方向にガタを生じ、騒音が発生したり、トルク伝達ムラが生じて操舵フィーリングが悪化したりするという問題がある。

これに対して、各部品の寸法交差のばらつきがあるため、適正な締め代に設定することは非常に困難であった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、組み立て易くてロストルクが小さく、しかもガタや騒音を長期にわたって抑制することができる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。

上記課題を解決するため、本発明は、操舵補助用の電動モータの出力回転を減速機を介して減速して舵取り機構に伝える電動パワーステアリング装置において、上記電動モータの出力軸と減速機の入力軸とを動力伝達可能に連結する動力伝達継手を備え、動力伝達継手は、上記出力軸および入力軸にそれぞれ一体回転可能に連結される第１および第２の係合部材と、第１および第２の係合部材の間に介在し両者間にトルクを伝達する弾性部材とを含み、上記弾性部材は、環状をなす主体部と、主体部から放射方向に延びる複数の係合腕とを含み、第１および第２の係合部材は、弾性部材の係合腕に周方向に係合する複数の係合突起をそれぞれ含み、弾性部材の各係合腕は、それぞれ第１および第２の係合部材の対応する係合突起に締め代を有して係合する一対の動力伝達面を含み、弾性部材の一部の動力伝達面の締め代を残りの動力伝達面の締め代よりも増加させてあり、上記弾性部材の一部の係合腕は、周方向の厚みおよび周方向の配置間隔の少なくとも一方が残りの係合腕と異なることを特徴とするものである。

本発明によれば、一部の動力伝達面のみにおいて締め代を増加させたので、弾性部材を第１および第２の係合部材間に組み込むときに組み込み易く、また、弾性部材によって第１および第２の係合部材間の偏心や角度偏差を容易に吸収することができると共に、回転時の摩擦抵抗によるロストルクの増大を抑制して操舵フィーリングを良好にすることができる。しかも、耐久上、弾性部材の各係合腕にへたりが生じたとしても、締め代を増加させている動力伝達面に関しては充分な締め代が残っているので、この動力伝達面を主に用いてトルク伝達を達成でき、その結果、騒音やトルク伝達ムラの発生を長期にわたって抑制することができる。

また、上記弾性部材の一部の係合腕は、周方向の厚みおよび周方向の配置間隔の少なくとも一方が残りの係合腕と異なる。この種の弾性部材であれば、製造し易く、また、第１および第２の係合部材に組み付け易い。
本発明において、上記第１および第２の係合部材の少なくとも一方の一部の係合突起は、周方向の厚みおよび周方向の配置間隔の少なくとも一方が残りの係合突起と異なる場合がある。この場合にも、組み立て易くて、ロストルクが小さく、しかも、長期にわたって騒音の発生等を抑制することのできる電動パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態の動力伝達継手を含む電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材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に自在継手４を介して連結される中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。ピニオン軸７およびラックバー８により舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。

ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪１１に連結されている。
操舵部材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歯７ａおよびラック歯８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、操向輪１１の転舵が達成される。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力側のアッパーシャフト３ａと、ピニオン軸７に連なる出力側のロアーシャフト３ｂとに分割されており、これらアッパーおよびロアーシャフト３ａ，３ｂはトーションバー１２を介して同一の軸線上で相対回転可能に互いに連結されている。
トーションバー１２を介するアッパーおよびロアーシャフト３ａ，３ｂ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１３が設けられており、このトルクセンサ１３のトルク検出結果は、ＥＣＵ（Electric Control Unit ：電子制御ユニット）１４に与えられる。ＥＣＵ１４では、トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路１５を介して操舵補助用の電動モータ１６を駆動制御する。電動モータ１６の出力回転が減速機１７を介して減速されてピニオン軸７に伝達され、ラックバー８の直線運動に変換されて、操舵が補助される。

減速機１７は、電動モータ１６により回転駆動される入力軸としてのウォーム軸１８と、このウォーム軸１８に噛み合うと共にステアリングシャフト３のロアーシャフト３ｂに一体回転可能に連結されるウォームホイール１９を備える。
図２を参照して、ウォーム軸１８は電動モータ１６の出力軸２０と同軸上に配置される。ウォーム軸１８は、その軸長方向に離隔する第１および第２の端部１８ａ，１８ｂを有し、第１および第２の端部１８ａ，１８ｂ間の中間部に歯部１８ｃを有する。

ウォームホイール１９は、ステアリングシャフト３のロアーシャフト３ｂの軸方向中間部に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール１９は、ロアーシャフト３ｂに一体回転可能に結合される環状の芯金１９ａと、芯金１９ａの周囲を取り囲み外周に歯部１９ｃを形成した合成樹脂部材１９ｂとを備える。芯金１９ａは、例えば合成樹脂部材１９ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。

ウォーム軸１８の第１の端部１８ａと電動モータ１６の出力軸２０の対向端部とは、本実施の形態の特徴とするところの動力伝達継手２１を介して同軸上に動力伝達可能に連結されている。
ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂは、対応する第１および第２の軸受２２，２３をそれぞれ介して減速機１７のハウジング１７ａに回転自在に支持されている。第１および第２の軸受２２，２３は例えば玉軸受からなる。

第１および第２の軸受２２，２３の内輪２４，２５が、ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂに一体回転可能に嵌合されている。各内輪２４，２５はそれぞれウォーム軸１８の対応する互いに逆向きの位置決め段部１８ｄ，１８ｅに当接している。第１および第２の軸受２２，２３の外輪２６，２７は、減速機１７のハウジング１７ａの対応する軸受保持孔２８，２９に回転不能に保持されている。

第２の軸受２３のための軸受保持孔２９は第２の軸受２３を径方向ウォームホイール側に偏倚可能に保持することのできる偏倚孔に形成されており、軸受保持孔２９の内周面と第２の軸受２３の外輪２７の外周面との間に環状の付勢部材３０が介在している。
図２のIII −III 線に沿う断面図である図３および図４を参照して、付勢部材３０は、有端環状をなす主体部３１と、主体部３１の端部に互い違いの傾斜状に形成された一対の弾性舌片からなる径方向付勢部３２と、主体部３１の側縁に複数形成された傾斜状の弾性舌片からなる軸方向付勢部３３とを含む。

図２および図３を参照して、径方向付勢部３２は、軸受保持孔２９の内周面の一部に形成された受け凹部３４によって受けられ、径方向付勢部３２の付勢力が第２の軸受２３を介してウォーム軸１８の第２の端部１８ｂを径方向ウォームホイール１９側に付勢している。これにより、ウォーム軸１８とウォームホイール１９の間のバックラッシが除去されている。

図２を参照して、軸方向付勢部３３は、ハウジング１７ａの端壁１７ｂとこれに対向する第２の軸受２３の外輪２７の端面との間に介在し、端壁１７ｂにより受けられた状態で第２の軸受２３を介してウォーム軸１８を軸方向電動モータ１６側に弾性的に付勢している。
一方、第１の軸受２２の外輪２６は、対応する軸受保持孔２８に連なるねじ孔３５にねじ込まれた予圧調整用およびバックラッシ調整用のねじ部材３６によって、軸方向に位置決めされている。これにより、軸方向付勢部３３の付勢力が第１および第２の軸受２２，２３に一括して予圧を与えることに寄与すると共に、ウォーム軸１８とウォームホイール１９との間のバックラッシの除去にも寄与することになる。

次いで、図２、図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である図５および分解斜視図である図６を参照して、動力伝達継手２１について詳述する。まず、図２を参照して、動力伝達継手２１は、電動モータ１６の出力軸２０に一体回転可能に連結された第１の係合部材４１と、減速機１７の入力軸としてのウォーム軸１８の第１の端部１８ａに一体回転可能に連結された第２の係合部材４２と、第１および第２の係合部材４１，４２の間に介在し両係合部材４１，４２間にトルクを伝達する弾性部材４３とを備える。第１および第２の係合部材４１，４２は例えば金属製である。弾性部材４３は例えば合成ゴム製又はポリウレタン等の合成樹脂製である。

次いで、図５、図６および図７Ａを参照して、弾性部材４３は、環状をなす主体部４４と、主体部４４から放射方向に延びる複数の係合腕４５とを含む。主体部４４の周方向に関しての各係合腕４５の厚み中心６０間の配置間隔（中心角で表す）は、一部の係合腕４５の厚み中心６０間の中心角ａが、残りの係合腕４５の厚み中心６０間の中心角ｂよりも小さくなっている。

上記複数の係合腕４５には、周方向Ｘに対向する一対の動力伝達面４６，４６を有する係合腕４５と、周方向にＸに対向する一対の動力伝達面４６，４６０を有する係合腕４５とが含まれる。図６および図７Ａの７Ｂ−７Ｂ線に沿う断面図である図７Ｂに示すように、各動力伝達面４６，４６０は、軸方向の中央部が膨らむように山形をなして突出している。図７Ａに示すように、中心角ａに対応して対をなす上記一部の係合腕４５において、相対向する動力伝達面４６０が後述するように、締め代を増加されることになる。

なお、図７Ａを参照して、係合腕４５の動力伝達面４６，４６０は放射方向（主体部４４から係合腕４５が延びる方向）の中央部が膨らむようにも山形をなしている。
図６を参照して、第１および第２の係合部材４１，４２は、それぞれ出力軸２０およびウォーム軸１８を嵌合させるための嵌合孔４９，５０を形成する環状の主体部５１，５２と、主体部５１，５２の互いの対向面５３，５４にそれぞれ突出形成された複数の第１および第２の係合突起５５，５６とを備えている。

第１の係合部材４１の複数の第１の係合突起５５は相等しい形状、寸法を有し、主体部５１の周方向に等間隔に配置されている。第２の係合部材４２の複数の第２の係合突起５６は相等しい形状、寸法を有し、主体部５２の周方向に等間隔に配置されている。
動力伝達継手２１の組立状態で、図５に示すように、第１および第２の係合部材４１，４２の第１および第２の係合突起５５，５６が周方向に交互に配置され、周方向に相隣接する第１および第２の係合突起５５，５６間に、弾性部材４３の対応する係合突起４５が挟持される。換言すると、周方向に隣接する第１および第２の係合突起５５，５６が弾性部材４３の対応する係合腕４５を周方向に挟んで互いに噛み合わされる。

また、図５および図６に示すように、第１および第２の係合突起５５，５６は、弾性部材４３の対応する係合腕４５の動力伝達面４６又は４６０に対応する動力伝達面５７，５８をそれぞれ含む。
本実施の形態によれば、図５に示すように、弾性部材４３の係合腕４５と第１および第２の係合部材４１，４２の第１および第２の係合突起５５，５６とを組み合わせたときに、上記した小さい中心角ａに対応する一部の動力伝達面４６０においてのみ締め代ｄが大きくなる。

したがって、残りの動力伝達面４６においては締め代がそれほど大きくならないので、弾性部材４３を第１および第２の係合部材４１，４２間に組み込むときに組み込み易い。また、弾性部材４３によって第１および第２の係合部材４１，４２間の、すなわち出力軸２０とウォーム軸１８との間の偏心や角度偏差を容易に吸収することができると共に、回転時の摩擦抵抗によるロストルクの増大を抑制して操舵フィーリングを良好にすることができる。

しかも、耐久上、弾性部材４３の各係合腕４５にへたりが生じたとしても、締め代を増加させてある係合腕４５の動力伝達面４６０に関しては充分な締め代が残っているので、この係合腕４５の動力伝達面４６０を主に用いてトルク伝達を達成でき、その結果、騒音やトルク伝達ムラの発生を長期にわたって抑制することができる。
なお、ハウジング１７ａの位置決め段部１７ｃと第１の軸受２２の外輪２６との間に、例えば数１０μｍ程度の隙間を設け、弾性部材４３の付勢力を用いて、ウォーム軸１８を軸方向に付勢しても良い。この場合、弾性部材４３をバックラッシ調整にも寄与させることができる。

上記の実施の形態において、係合腕４５の厚み中心６０の配置間隔が全て異なる、いわゆる不等ピッチのレイアウトとすることもできる。
本発明においては、一部の動力伝達面４６０において締め代を増大すれば良いので、例えば、図８に示すように、弾性部材４３の係合腕４５の厚み中心６０間の配置間隔（中心角ｃ）は均等とし、一部の係合腕４５の厚みｅを残りの係合腕４５の厚みｆよりも厚くする（ｅ＞ｆ）等して異ならせても良い。この場合、厚みｅと厚くされた各係合腕４５がそれぞれ締め代を増加される一対の動力伝達面４６０を有することになる。

また、図９に示すように、第１の係合部材４１において、一部の第１の係合突起５５の厚み中心６１間の配置間隔（中心角ｇ）を残りの第１の係合突起５５の厚み中心６１間の配置間隔（中心角ｈ）と異ならせたり（例えばｇ＞ｈと厚くしたり）、図１０に示すように、配置間隔（中心角ｊ）は均等にして、一部の第１の係合突起５５の厚みｍを残りの第１の係合突起５５の厚みｎよりも厚くするようにしても良い。

さらに、図１１に示すように、第２の係合部材４２において、一部の第２の係合突起５６の厚み中心６２間の配置間隔（中心角ｐ）を残りの第２の係合突起５６の厚み中心６２間の配置間隔（中心角ｒ）と異ならせも良いし、図１２に示すように、第２の係合突起５６の配置間隔（中心角ｗ）は均等にして、一部の第２の係合突起５６の厚みｙを残りの第２の係合突起５６の厚みｚよりも厚くする等して異ならせても良い。

図９において、各第１の係合突起５５間の配置間隔が全て異なる不等ピッチのレイアウトとしたり、図１１において、各第２の係合突起５６間の配置間隔が全て異なる不等ピッチのレイアウトとしたりしても良い。
本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、少なくとも一部の係合腕４５の少なくとも１つの動力伝達面４６Ａが、図１３に示すように、第１および第２の係合部材４１，４２が軸方向に近づくにしたがって周方向に圧縮され得るカム面に形成されていても良い。また、図示していないが、第１および第２の係合突起５５，５６の動力伝達面５７，５８の少なくとも一方が、第１および第２の係合部材４１，４２が軸方向に近づくにしたがって弾性部材４３の係合腕４５を周方向に圧縮可能なカム面に形成されていても良い。これらの場合、第１および第２の係合部材４１，４２によって弾性部材４３を軸方向に圧縮したときに、弾性部材４３と各係合突起５５，５６とを周方向に関して確実に圧接させることができるという利点がある。

また、上記の実施の形態において、減速機としてウォームギヤ機構を用いたが、傘歯車機構その他の公知の歯車機構を採用することができ、減速機の入力軸として、傘歯車機構その他の歯車機構の駆動歯車の回転支軸を採用することができる。

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。電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。図２のIII −III 線に沿う断面図である。ウォーム軸の端部を付勢するための付勢部材の斜視図である。図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。動力伝達継手の分解斜視図である。図７Ａは弾性部材の正面図であり、図７Ｂは図７Ａの７Ｂ−７Ｂ線に沿う断面図である。本発明の別の実施の形態の弾性部材の正面図である。本発明のさらに別の実施の形態の第１の係合部材の正面図である。本発明のさらに別の実施の形態の第１の係合部材の正面図である。本発明のさらに別の実施の形態の第２の係合部材の正面図である。本発明のさらに別の実施の形態の第２の係合部材の正面図である。本発明のさらに別の実施の形態の弾性部材の要部の斜視図である。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
２操舵部材
３ステアリングシャフト
５中間軸
７ピニオン軸
８ラックバー
１０タイロッド
１１操向輪
Ａ舵取り機構
１６電動モータ
１７減速機
１７ａハウジング
１８ウォーム軸（減速機の入力軸、入力軸）
１８ａ第１の端部
１８ｂ第２の端部
１９ウォームホイール
２０モータの出力軸（出力軸）
２１動力伝達継手
３０付勢部材
３１主体部
３２径方向付勢部
３３軸方向付勢部
３４受け凹部
３５ねじ孔
３６（予圧調整用兼バックラッシ調整用の）ねじ部材
４１第１の係合部材
４２第２の係合部材
４３弾性部材
４４主体部
４５係合腕
４６動力伝達面４６Ａ動力伝達面（カム面）
４６０（締め代を増加される）動力伝達面
４９，５０嵌合孔
５１，５２主体部
５３，５４対向面
５５第１の係合突起
５６第２の係合突起
５７，５８動力伝達面
６０，６１，６２厚み中心

Claims

操舵補助用の電動モータの出力回転を減速機を介して減速して舵取り機構に伝える電動パワーステアリング装置において、
上記電動モータの出力軸と減速機の入力軸とを動力伝達可能に連結する動力伝達継手を備え、
動力伝達継手は、上記出力軸および入力軸にそれぞれ一体回転可能に連結される第１および第２の係合部材と、第１および第２の係合部材の間に介在し両者間にトルクを伝達する弾性部材とを含み、
上記弾性部材は、環状をなす主体部と、主体部から放射方向に延びる複数の係合腕とを含み、
第１および第２の係合部材は、弾性部材の係合腕に周方向に係合する複数の係合突起をそれぞれ含み、
弾性部材の各係合腕は、それぞれ第１および第２の係合部材の対応する係合突起に締め代を有して係合する一対の動力伝達面を含み、
弾性部材の一部の動力伝達面の締め代を残りの動力伝達面の締め代よりも増加させてあり、
上記弾性部材の一部の係合腕は、周方向の厚みおよび周方向の配置間隔の少なくとも一方が残りの係合腕と異な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、上記第１および第２の係合部材の少なくとも一方の一部の係合突起は、周方向の厚みおよび周方向の配置間隔の少なくとも一方が残りの係合突起と異なることを特徴とする電動パワーステアリング装置。