JP2007050844A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置において、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシの変化に伴う騒音の発生を抑制すること。
【解決手段】振動センサ４３によって、ウォーム軸１８とウォームホイール１９の噛み合いによる振動が検出され、常時、監視されている。経時変化によってバックラッシが増大し、その結果、振動センサ４３によって検出される振動が増大すると、振動センサからＥＣＵ１４への入力値が所定値を超える。そうすると、ＥＣＵ１４が電磁アクチュエータ３８の可動部４６を所定の回転角だけ駆動させる。可動部４６の回転に伴って位置決め部材３９が同じ回転角だけ駆動され、その結果、運動変換機構４０としてのねじ連結機構の働きで、位置決め部材３９が第２の軸方向Ｘ２に所定量だけ変位する。ウォーム軸１８が第２の軸方向Ｘ２に所定量移動し、バックラッシが所定量だけ低減される。
【選択図】 図４

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。

車両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、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電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

上記のウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いには適度なバックラッシが必要であるが、経時変化による歯部の摩耗等によりバックラッシが増大し、異音を発生するおそれがある。
特開２００２−１６６８３８号公報

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシの変化に伴う騒音発生を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である。

上記目的を達成するため、本発明は、出力軸を有する操舵補助用の電動モータと、この電動モータの出力軸の回転を舵取り機構に伝達するための伝達機構とを備え、この伝達機構は、複リード式のウォーム軸と、このウォーム軸に噛み合うウォームホイールとを含み、ウォーム軸を軸方向に移動させるための駆動機構を備え、この駆動機構は電磁アクチュエータを含むことを特徴とするものである。

複リード式のウォームは、一の軸方向に進むにつれて歯厚が減少し、他の軸方向に進むにつれて歯厚が増大するようになっている。したがって、電磁アクチュエータを含む駆動機構によってウォーム軸を上記一の軸方向に移動させれば、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシが減少し、逆に、駆動機構によってウォーム軸を上記他の軸方向に移動させれば、上記バックラッシが増大する。このように、バックラッシを調整することにより、バックラッシ変化に伴う騒音発生を抑制することができる。電磁アクチュエータとしては、ロータリーソレノイド、ステップモータ等を例示することができる。

また、上記電磁アクチュエータは、固定部および回転する可動部を含み、上記駆動機構は、上記電磁アクチュエータの可動部による回転運動を直線運動に変換してウォーム軸に伝達するための運動変換機構を含む場合がある（請求項２）。この場合、電磁アクチュエータの可動部の回転を軸方向移動に変換して、ウォーム軸を軸方向に移動させる。運動変換機構としては、例えば、ねじ連結機構を用いる場合があり、その場合、構造が簡単で動作が確実である。

また、上記ウォーム軸の端部を回転自在に支持し且つウォーム軸を軸方向に位置決めする軸受と、この軸受の外輪を軸方向に位置決めする位置決め部材とを備え、上記駆動機構は、上記位置決め部材および上記軸受を介してウォーム軸を軸方向に移動させる場合がある（請求項３）。この場合、位置決め部材を用いるので、運動変換機構をレイアウトし易いという利点がある。例えば、ウォーム軸を収容するためのハウジングの収容孔の内周面と位置決め部材の外周面とを、運動変換機構としてのねじ連結機構によって連結するようにしてもよい。また、ウォーム軸を収容するためのハウジングの収容孔に軸方向に移動自在に且つ回転不能に位置決め部材を支持し、電磁アクチュエータの可動部と位置決め部材とを運動変換機構としてのねじ連結機構によって連結するようにしてもよい。

また、上記ウォーム軸とウォームホイールの噛み合いによる振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段からの信号に応じて電磁アクチュエータの動作を制御する制御手段とを備える場合がある（請求項４）。この場合、バックラッシの増大に伴う振動の発生が検出されることに応じて、ウォーム軸を軸方向に移動させてバックラッシを調整することにより、騒音発生を確実に抑制することができる。

ここで、駆動機構によってウォーム軸の軸方向へ移動させる量としては、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシが適正なバックラッシよりも小さくならないように、設定されることが好ましく、例えば、上記制御手段は、振動検出手段による検出値が所定値を超えると、ウォーム軸を軸方向に所定量ずつ変位させるように電磁アクチュエータの動作を制御するようにしてもよい（請求項５）。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は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。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Ａとしてのラックアンドピニオン機構が構成されている。

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に連なる入力軸３ａと、ピニオン軸７に連なる出力軸３ｂとに分割されており、これら入、出力軸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を介する入、出力軸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（Electronic 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の出力回転が伝動装置としての減速機１７を介して減速されてステアリングシャフト３の出力軸３ｂに伝達され、さらにピニオン軸７を介してラックバー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駆動ギヤ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の出力軸３ｂに一体回転可能に連結される従動ギヤとしてのウォームホイール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ている。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１８ｃに歯部を有する。

ウォームホイール１９は、ステアリングシャフト３の出力軸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、出力軸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は、減速機１７のハウジング２１に形成された収容孔２１ａ内に収容されている。ウォーム軸１８およびウォームホイール１９の歯の噛み合い部分を含む領域にはグリース等の潤滑剤が充填されている。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とは筒状の継手２２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２３，２４をそれぞれ介して減速機１７のハウジング２１に回転自在に支持されている。第１および第２の軸受２３，２４は例えば玉軸受からなる。
第１および第２の軸受２３，２４の内輪２５，２６が、ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂにそれぞれ一体回転可能に嵌合されている。各内輪２５，２６は、それぞれウォーム軸１８の外周面に形成された対応する第１および第２の段部２７，２８に対向している。第１および第２の段部２７，２８は、環状をなし、互いに逆向きである。

第２の軸受２４の内輪２６とウォーム軸１８の第２の段部２８とは互いに当接している。第１の軸受２３の内輪２５とウォーム軸１８の第１の段部２７とは、所定の間隔を隔てて対向している。第１の軸受２３の内輪２５の端面とウォーム軸１８の第１の段部２７との間には、付勢部材としての弾性部材２９が介在しており、弾性部材２９は、ウォーム軸１８を第１の軸方向Ｘ１に付勢する。弾性部材２９としては、例えば図２に示すような皿ばねを用いることができるが、これに限らず、所要の弾性を有するものであれば、環状のゴム体、樹脂体の他、金属製の圧縮コイルばねを用いることもできる。

また、第１の軸受２３の外輪３０は、ハウジング２１の収容孔２１ａに形成された軸受保持部３１に回転不能に保持されている。この軸受保持部３１に連なって形成されたねじ部３２には、ねじ部材３３が螺合されている。このねじ部材３３が第１の軸受２３の外輪３０の端面に当接することにより、第１の軸受２３がウォーム軸１８の軸方向に位置決めされている。第１の軸受２３を位置決めしたねじ部材３３は、ロック部材３４により止定されている。

ウォーム軸１８の第１の端部１８ａおよび電動モータ１６の出力軸２０が継手２２の対応する端部からそれぞれ嵌め入れられて継手２２に結合している。具体的には、ウォーム軸１８の第１の端部１８ａに設けられたスプライン部１８ｄが軸方向に移動可能に継手２２にスプライン結合される一方、電動モータ１６の出力軸２０が例えば圧入により継手２２に結合される。

第２の軸受２４の外輪３５は、ハウジング２１の収容孔２１ａに形成された軸受保持部３６に回転不能に保持されている。収容孔２１ａにおいて、軸受保持部３６に連なる部分に、所要時にウォーム軸１８を軸方向に移動させるための駆動機構３７が収容されている。
駆動機構３７は、回転型の電磁アクチュエータ３８と、この電磁アクチュエータ３８によって駆動されて第２の軸受２４の外輪３５を軸方向に位置決めする位置決め部材３９と、電磁アクチュエータ３８の出力する回転運動を直線運動に変換するための運動変換機構４０とを備えている。運動変換機構４０は、ハウジング２１の収容孔２１ａの内周面に形成された雌ねじ部４１と、位置決め部材３９に設けられて上記雌ねじ部４１に螺合する雄ねじ部４２とを含むねじ連結機構により構成されている。

減速機１７のハウジング２１には、振動検出手段としての振動センサ４３が取り付けられおり、振動センサ４３からの信号はＥＣＵ１４に与えられるようになっている。ＥＣＵ１４は駆動回路４４を介して電磁アクチュエータ３８の動作を制御する。具体的には、ＥＣＵ１４は、振動センサ４３からの入力値が所定値を超えると、ウォーム軸１８を軸方向に所定量変位させるように、電磁アクチュエータ３８を駆動制御する。振動センサとしては、例えば圧電型その他の加速度センサを用いることができる。

図３を参照して、ウォーム軸１８は複リード式である。したがって、ウォーム軸１８が第１の軸方向Ｘ１に進む（移動する）につれて、ウォームホイール１９と噛み合うウォーム軸１８の部分の歯厚が減少し、ウォーム軸１８が第２の軸方向Ｘ２に進む（移動する）につれて、ウォームホイール１９と噛み合うウォーム軸１８の部分の歯厚が増大するようになっている。すなわち、ウォーム軸１８のピッチＰ２が、ピッチＰ１よりも小さくなっている。

次いで、拡大図である図４を参照して、電磁アクチュエータ３８は、ハウジング２１に固定された固定部４５と、回転可能な筒状の可動部４６とを含む。電磁アクチュエータ３８としては、ロータリーソレノイド、ステップモータ等を用いることができる。電磁アクチュエータ３８がロータリーソレノイドからなる場合には、例えばコイルを保持したヨークによって固定部４５が構成され、その回転中心を中心とする円周上に複数個の永久磁石を配列したロータによって可動部４６が構成されることになる。

ハウジング２１の収容孔２１ａの内周面には、軸受保持部３６に連なって上記雌ねじ部４１が形成されている。位置決め部材３９は、環状の主体部４７と、主体部４７の中心から軸方向に延び主体部４７と一体回転可能な軸部４８とを備えている。軸部４８は電磁アクチュエータ３８の筒状の可動部４６と一体回転可能に嵌合されている。主体部４７の外周には収容孔２１ａの雌ねじ部４１と螺合する上記雄ねじ部４２が形成されている。

本実施の形態によれば、移動方向に応じてピッチＰ１，Ｐ２が相異なる複リード式のウォーム軸１８を用いているので、例えば、ウォーム軸１８を第１の軸方向Ｘ１に移動させれば、ウォーム軸１８とウォームホイール１９のバックラッシを増大させることができ、また、ウォーム軸１８を第２の軸方向Ｘ２に移動させれば、上記のバックラッシを減少させることができる。このように、バックラッシを調整することにより、バックラッシ変化に伴う騒音発生を抑制することができる。

より具体的には、振動センサ４３によって、ウォーム軸１８とウォームホイール１９の噛み合いによる振動が検出され、常時、監視されている。経時変化によってバックラッシが増大し、その結果、振動センサ４３によって検出される振動が増大すると、振動センサからＥＣＵ１４への入力値が所定値を超える。そうすると、ＥＣＵ１４が電磁アクチュエータ３８の可動部４６を所定の回転角だけ駆動させる。この可動部４６の回転に伴って位置決め部材３９が同じ回転角だけ駆動され、その結果、運動変換機構４０としてのねじ連結機構の働きで、位置決め部材３９が第２の軸方向Ｘ２に所定量だけ変位する。これにより、ウォーム軸１８が第２の軸方向Ｘ２に所定量移動し、バックラッシが所定量だけ低減される。

このように、バックラッシの増大に起因する振動の発生を検出して、バックラッシを低減するようにしているので、騒音発生を確実に抑制することができる。
また、運動変換機構４０として、ねじ連結機構を用いるので、構造が簡単で動作が確実である。
また、第２の軸受２４の外輪３５を軸方向に位置決めする位置決め部材３９を用いてウォーム軸１８を軸方向に移動させるようにしたので、運動変換機構４０をレイアウトし易いという利点がある。本実施の形態では、運動変換機構４０としてのねじ連結機構を、ハウジング２１の収容孔２１ａと位置決め部材３９との間に設けた。具体的には、運動変換機構４０としてのねじ連結機構は、ウォーム軸１８を収容するためのハウジング２１の収容孔２１ａの内周面の雌ねじ部４１と、位置決め部材３９の主体部４７の外周面の雄ねじ部４２とを有する。

なお、振動センサ４３からの入力値が所定値を超える度毎に、ウォーム軸１８を軸方向に移動させる量（上記の所定量）としては、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が適正なバックラッシよりも小さくならないように設定されることが好ましい。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、ハウジング２１の収容孔２１ａに軸方向に移動自在に且つ回転不能に、例えばスプライン結合を用いて位置決め部材３９Ａを支持し、電磁アクチュエータの可動部４６Ａとしての回転軸と位置決め部材３９Ａとの間に運動変換機構４０Ａを設けるようにしてもよい。具体的には、可動部４６Ａの外周面に設けられた雄ねじ部４９と、位置決め部材３９Ａに形成されたねじ孔の雌ねじ部５０とにより、運動変換機構４０Ａが構成されている。

その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

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。 ウォーム軸の模式図である。 電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図である。 本発明の別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の概略拡大断面図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、Ａ…舵取り機構、１４…ＥＣＵ（制御部）、１６…電動モータ、１７…減速機（伝達機構）、１８…ウォーム軸、１８ｂ…第２の端部（ウォーム軸の端部）、Ｘ１…第１の軸方向（ウォーム軸の軸方向）、Ｘ２…第２の軸方向（ウォーム軸の軸方向）、１９…ウォームホイール、２４…第２の軸受（軸受）、３５…外輪（第２の軸受の外輪）、３８…電磁アクチュエータ、３９，３９Ａ…位置決め部材、４０，４０Ａ…運動変換機構、４１…雌ねじ部（運動変換機構）、４２…雄ねじ部（運動変換機構）、４３…振動センサ（振動検出手段）、４５…固定部、４６，４６Ａ…可動部、４９…雄ねじ部（運動変換機構）、５０…雌ねじ部（運動変換機構）。

Claims (5)

1. 出力軸を有する操舵補助用の電動モータと、
   この電動モータの出力軸の回転を舵取り機構に伝達するための伝達機構とを備え、この伝達機構は、複リード式のウォーム軸と、このウォーム軸に噛み合うウォームホイールとを含み、
   ウォーム軸を軸方向に移動させるための駆動機構を備え、この駆動機構は電磁アクチュエータを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、上記電磁アクチュエータは、固定部および回転する可動部を含み、 上記駆動機構は、上記電磁アクチュエータの可動部による回転運動を直線運動に変換してウォーム軸に伝達するための運動変換機構を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項２において、上記ウォーム軸の端部を回転自在に支持し且つウォーム軸を軸方向に位置決めする軸受と、この軸受の外輪を軸方向に位置決めする位置決め部材とを備え、 上記駆動機構は、上記位置決め部材および上記軸受を介してウォーム軸を軸方向に移動させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記ウォーム軸とウォームホイールの噛み合いによる振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段からの信号に応じて電磁アクチュエータの動作を制御する制御手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項４において、上記制御手段は、振動検出手段による検出値が所定値を超えると、ウォーム軸を軸方向に所定量ずつ変位させるように電磁アクチュエータの動作を制御す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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