JP2010149574A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車減速機構を構成するはすば歯車のスラスト方向への急激な変位を抑制することにより、歯打ち音の発生を抑制できる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】歯車減速機構を構成する少なくとも１つの歯車は、金属製の軸本体３３aと、軸本体の外周側に配設されるはすば歯車からなる金属製の環状歯車４３と、軸本体と環状歯車との間の環状の空間部に介在され軸本体と環状歯車とを弾性結合する弾性リング４５からなり、弾性リングは、環状歯車を軸本体に対して径方向および軸線方向に相対移動可能に弾性結合するように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、歯車減速機構の歯打ち音を抑制できるようにした電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置には、例えば、特許文献１に記載されているように、ラック軸に形成したボールねじ軸にボールを介して螺合する回転可能なボールナットと平行に電動モータを配置し、電動モータのモータシャフトに駆動歯車を連結するとともに、ボールナットに被動歯車を設け、これら駆動歯車と被動歯車とを中間歯車を介して噛合させた歯車減速機構を備えたモータ平行タイプの電動パワーステアリング装置がある。
特開２００８−１０５６４９号公報

この種の電動パワーステアリング装置においては、ステアリングホイール（ハンドル）を小刻みに操舵した場合、電動モータによって駆動歯車が急激な回転方向変化を繰り返す。歯車減速機構の駆動歯車、被動歯車および中間歯車が、はすば歯車にて構成されているものでは、駆動歯車が急激な回転方向変化を繰り返すと、中間歯車にはスラスト方向の力が加わる。そして、歯車相互のバックラッシュや、各歯車を支持する軸受のガタ等の影響により、中間歯車はスラスト方向に急激に変位する。この中間歯車のスラスト方向への急激な変位によって、歯打ち音が発生する問題がある。この歯打ち音を抑制するためには、中間歯車のスラスト方向の変位を抑制する必要がある。

本発明は、上記した従来の問題を解消するためになされたもので、歯車減速機構を構成するはすば歯車のスラスト方向への急激な変位を抑制することにより、歯打ち音の発生を抑制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ものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、電動モータによって駆動される駆動歯車および被動歯車を有する歯車減速機構ならびに該歯車減速機構を介して作動されるボールねじ機構を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、前記歯車減速機構を構成する少なくとも１つの歯車は、金属製の軸本体と、該軸本体の外周側に配設されるはすば歯車からなる金属製の環状歯車と、前記軸本体と前記環状歯車との間の環状の空間部に介在され前記軸本体と前記環状歯車とを弾性結合する弾性リングからなり、該弾性リングは、前記環状歯車を前記軸本体に対して径方向および軸線方向に相対移動可能に弾性結合するように構成されていることである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記軸本体の外周には、両端部に向かって径が拡大する逆テーパ面が形成され、前記環状歯車の内周には、軸本体の逆テーパ面に補合する形状の逆テーパ面が形成され、前記軸本体の外周と前記環状歯車の内周との間に断面Ｖ字形の前記弾性リングが固定されていることである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項２において、前記弾性リングが、ゴム材料から形成されており、前記軸本体の外周と前記環状歯車の内周との間に加硫接着によって固定されていることである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項１において、前記軸本体の外周には、軸方向の片側にテーパ面が形成されるとともに、他側にストレート部が形成され、前記環状歯車の内周に前記弾性リングが接着され、前記弾性リングを接着した前記環状歯車をテーパコーンを用いて前記軸本体に固定するようにしたことである。

請求項１に係る発明によれば、歯車減速機構を構成する少なくとも１つの歯車は、金属製の軸本体と、軸本体の外周側に配設されるはすば歯車からなる金属製の環状歯車と、軸本体と環状歯車との間の環状の空間部に介在され軸本体と環状歯車とを弾性結合する弾性リングからなり、弾性リングは、環状歯車を軸本体に対して径方向および軸線方向に相対移動可能に弾性結合するように構成されているので、電動モータによって駆動歯車が急激な回転方向変化を繰り返すことにより、はすば歯車がスラスト方向に急激に変位することを抑制でき、歯打ち音の発生を抑制することができる。

請求項２に係る発明によれば、軸本体の外周には、両端部に向かって径が拡大する逆テーパ面が形成され、環状歯車の内周には、軸本体の逆テーパ面に補合する形状の逆テーパ面が形成され、軸本体の外周と環状歯車の内周との間に断面Ｖ字形の弾性リングが固定されているので、断面Ｖ字形の弾性リングを軸本体の外周と環状歯車の内周との間に固定するだけの簡単な構成で、環状歯車を軸本体に径方向および軸線方向に相対移動可能に弾性結合することができる。

請求項３に係る発明の特徴は、弾性リングがゴム材料から形成されており、軸本体の外周と環状歯車の内周との間に加硫接着によって固定されているので、弾性リングを軸本体の外周と環状歯車の内周との間に簡単かつ確実に固定することができる。

請求項４に係る発明によれば、軸本体の外周には、軸方向の片側にテーパ面が形成されるとともに、他側にストレート部が形成され、環状歯車の内周に弾性リングが接着され、弾性リングを接着した環状歯車をテーパコーンを用いて軸本体に固定するようにしたので、テーパコーンによって弾性リングを接着した環状歯車を軸本体に容易に組付けることができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るモータ平行タイプの電動パワーステアリング装置１０の模式図を示す。 図１において、電動パワーステアリング装置１０は、転舵輪１２を転舵するためにステアリングホイール１３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト１４と、ステアリングシャフト１４からの操舵トルクにより転舵輪１２を転舵する、例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構１５と、ステアリングシャフト１４と操舵機構１５とを連結する軸継手としての中間軸１６とを備えている。

操舵機構１５は、入力軸としてのピニオン軸１７と、自動車の横方向（直進方向と直交する方向）に延びる転舵軸としてのラック軸１８と、ピニオン軸１７およびラック軸１８を支持するハウジング２０とを有している。ピニオン軸１７は、ハウジング２０に回動可能に支持され、ラック軸１８は、ハウジング２０に直線往復移動可能に支持されている。ピニオン軸１７のピニオン歯１７ａは、ラック軸１８のラック歯１８ａに噛合されている。ラック軸１８の両端部は、図略のタイロッドおよび図略のナックルアームを介して転舵輪１２に連結されている。

これにより、ステアリングホイール１３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト１４等を介して操舵機構１５に伝達され、ピニオン軸１７が回転される。ピニオン軸１７の回転は、ピニオン歯１７ａおよびラック歯１８ａによって、ラック軸１８の直線移動に変換され、転舵輪１２が転舵される。

ラック軸１８には、ボールねじ軸２１が一体的に形成され、ボールねじ軸２１にボール２２を介して螺合するボールナット２３が、ラック軸１８と同心的にハウジング２０に回転のみ可能に支持されている。これらボールねじ軸２１、ボール２２およびボールナット２３によって、ボールナット２３の回転をボールねじ軸２１の軸方向運動に変換するボールねじ機構２４を構成している。

さらに、電動パワーステアリング装置１０には、操舵トルクを検出するトルクセンサ２５と、トルクセンサ２５の出力に基づいて制御され、操舵トルクをアシストする電動モータ２６と、電動モータ２６の回転を減速する歯車減速機構２７が設けられている。歯車減速機構２７は、電動モータ２６によって駆動される駆動歯車３１と、ボールナット２３に設けられた被動歯車３２と、これら駆動歯車３１および被動歯車３２に噛合し、駆動歯車３１の回転を被動歯車３２に伝達する中間歯車３３とによって構成されている。

歯車減速機構２７の駆動歯車３１は、図２に示すように、その両端軸部３１ａ、３１ｂを軸受３５ａ、３５ｂを介してハウジング２０（図１参照）に回転可能に支持されており、一方の軸部３１ａに電動モータ２６のモータシャフト２６ａが連結されている。駆動歯車３１に噛合う中間歯車３３は、その両端軸部３３ａ、３３ｂを軸受３６ａ、３６ｂを介してハウジング２０に回転可能に支持されている。中間歯車３３に噛合う被動歯車３２は、ボールナット２３の外周に圧入等によって固定されている。被動歯車３２を固定したボールナット２３は、ハウジング２０に軸受３７を介してボールねじ軸２１と同心的に回転可能に支持されている。

上記した駆動歯車３１、被動歯車３２および中間歯車３３の各歯部は、図２に示すように、はすばに形成され、はすば歯車によって、駆動歯車３１、被動歯車３２および中間歯車３３の噛合い率を向上して噛合い音を低減できるようにしている。これら駆動歯車３１、被動歯車３２および中間歯車３３からなる歯車減速機構２７によって、電動モータ２６の回転をボールナット２３に減速して伝達するようになっている。

次に、第１の実施の形態における歯車減速機構２７の中間歯車３３の構成を、図３および図４に基づいて説明する。図３において、中間歯車３３は、両端軸部３３ａ、３３ｂを有する金属製の軸本体４１と、駆動歯車３１および被動歯車３２に噛合う歯部４２を外周に形成した金属製の環状歯車４３と、これら軸本体４１と環状歯車４３との間の環状空間に介在されるゴム製の弾性リング４５とによって構成されている。軸本体４１の外周面は、両端部に向かって径が連続的に拡大する逆テーパ面４１ａ、４１ｂに形成されている。逆テーパ面４１ａ、４１ｂには、図４に示すように、テーパ面４１ａ、４１ｂに沿って複数の係合溝４１ａ１、４１ｂ１（係合溝４１ｂ１は図示せず）が円周上等角度間隔に形成されている。一方、環状歯車４３の内周面には、軸本体４１の逆テーパ面４１ａ、４１ｂに補合する形状の逆テーパ面４３ａ、４３ｂが形成され、逆テーパ面４３ａ、４３ｂにはテーパ面に沿って複数の係合溝４３ａ１、４３ｂ１（係合溝４３ｂ１は図示せず）が円周上等角度間隔に形成されている。環状歯車４３に形成した逆テーパ面４３ａ、４３ｂは、軸本体４１に形成した逆テーパ面４１ａ、４１ｂより径が所定量だけ大きく形成されており、これにより、環状歯車４３が軸本体４１の外周に同心的に配置されると、軸本体４１の外周と環状歯車４３の内周との間に一様な厚みの環状空間が形成されるようになっている。

上記した弾性リング４５は、軸本体４１の外周と環状歯車４３の内周との間に加硫接着により一体的に固定されるようになっている。すなわち、軸本体４１の外周と環状歯車４３の内周にそれぞれ接着剤を塗布した後、金型内に軸本体４１と環状歯車４３を同心的に収容し、その状態で未加硫ゴムを射出して軸本体４１の外周と環状歯車４３の内周との間に充填し、所定時間加熱および加圧することにより、弾性リング４５を軸本体４１の外周および環状歯車４３の内周にそれぞれ加硫接着するようにしている。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置１０の動作について説明する。ステアリングホイール１３を操舵すると、操舵トルクがピニオン軸１７に入力され、ピニオン軸１７とラック軸１８とによる操舵機構１５を介してラック軸１８が軸方向に移動される。

ピニオン軸１７に入力された操舵トルクは、トルクセンサ２５により検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ２６が回転制御され、補助トルクを発生させる。電動モータ２６による補助トルクは、駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２を介してボールナット２３に伝達され、ボールナット２３の回転によりボールねじ軸２１、すなわち、ラック軸１８が軸方向に移動される。ラック軸１８の軸方向移動により、転舵輪１２が転舵され、運転者によってステアリングホイール１３に加えられた操舵力がアシストされる。

この際、歯車減速機構２７を構成する駆動歯車３１、被動歯車３２および中間歯車３３がはすば歯車にて構成されているため、駆動歯車３１の回転により中間歯車３３にはスラスト方向の力が加わる。特に、ステアリングホイール１３を小刻みに操舵した場合、電動モータ２６によって駆動歯車３１が急激な回転方向変化を繰り返す。これにより、駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２相互のバックラッシュや、これら駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２を支持する軸受３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂ、３７のガタなどの影響により、中間歯車３３はスラスト方向に急激に変位せんとするが、断面Ｖ字形状の弾性リング４５の作用により、中間歯車３３のスラスト方向への急激な変位が抑制され、その結果、歯打ち音の発生が抑制される。

上記した第１の実施の形態に係る中間歯車３３を備えた電動パワーステアリング装置１０によれば、駆動歯車３１と被動歯車３２との間に配列された中間歯車３３を、軸本体４１と、軸本体４１の外周側に配設されるはすば歯車からなる環状歯車４３と、軸本体４１と環状歯車４３との間の環状の空間部に介在された断面Ｖ字形の弾性リング４５とによって構成したので、環状歯車４３を弾性リング４５を押縮して軸本体４１に対して径方向および軸線方向に相対移動させることができる。これにより、駆動歯車３１の回転による中間歯車３３のスラスト方向への急激な変位を弾性リング４５によって抑制することができ、歯車減速機構２７の歯打ち音の発生を抑制することができる。

また、上記した第１の実施の形態によれば、駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２が、はすば歯車にて構成されているので、駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２相互の噛合い率を増加させることができ、上記した弾性リング４５の作用と相俟って噛合いによる騒音を効果的に低減することができる。

図５は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と異なる点は、加硫接着等の手段を用いることなく、中間歯車３３の製作を容易に行えるようにしたことである。なお、第１の実施の形態と同一の構成部品については同一の参照符号を付し、説明を省略する。

すなわち、第２の実施の形態においては、中間歯車３３の軸本体４１の軸方向の片側にのみテーパ面４１ｂとし、軸方向の他側をストレート部４１ｃとしている。そして、まず、環状歯車４３の内周の逆テーパ面４３ａ、４３ｂに、一定の肉厚の断面Ｖ字形の弾性リング４５を加硫接着等によって固定し、弾性リング４５を接着した環状歯車４３を、軸本体４１のストレート部４１ｃ側より嵌装して、軸本体４１のテーパ面４１ｂに、弾性リング４５の一端側のテーパ内周面４５ｂを嵌合させる。その状態で、弾性リング４５の他端側のテーパ内周面４５ａと軸本体４１のストレート部４１ｃとの間に、外周面が弾性リング４５のテーパ内周面４５ａに補合するテーパ面５０ａを有し、内周面が軸本体４１のストレート部４１ｃに嵌合する環状のテーパコーン５０を挿入する。そして、このテーパコーン５０を軸本体４１に螺合する締付けナット５１により締付けることにより、弾性リング４５の各テーパ内周面４５ａ、４５ｂを軸本体４１のテーパ面４１ａおよび軸本体４１に固定したテーパコーン５０のテーパ面５０ａに圧着させ、軸本体４１、環状歯車４３および弾性リング４５を一体化する。

この場合、弾性リング４５は、図６に示すように、軸方向の中央部で２つに分割して円錐形状の弾性リング１４５ａ、１４５ｂとしてもよく、また、第１の実施の形態で述べたと同様に、軸本体４１の外周および環状歯車４３の内周に係合溝を形成し、これら係合溝に弾性リング４５を係合させて回り止めを行う構成としてもよい。

上記した第２の実施の形態によれば、軸本体４１と、環状歯車４３と弾性リング４５（１４５ａ、１４５ｂ）を、テーパコーン５０を用いて一体的に組付けるようにしたので、軸本体４１の外周と環状歯車４３の内周との間に弾性リング４５（１４５ａ、１４５ｂ）を容易に組付けることが可能となる。

上記した実施の形態においては、歯車減速機構２７を構成する駆動歯車３１および被動歯車３２に噛合う中間歯車３３を、軸本体５１と環状歯車５３とに分割してその間に弾性リング４５を介在させた構成とした例について述べたが、歯車減速機構２７を構成する全ての歯車（駆動歯車３１、被動歯車３２および中間歯車３３）を、図３あるいは図５に示したように、軸本体と環状歯車とに分割してその間に弾性リングを介在させた構成としてもよい。

また、上記した実施の形態においては、歯車減速機構２７を、駆動歯車３１、中間歯車３３および被動歯車３２にて構成した例について説明したが、歯車減速機構２７は、少なくとも駆動歯車３１および被動歯車３２を有するものであればよく、この場合には、駆動歯車３１および被動歯車３２のいずれか一方もしくは双方の歯車を、図３あるいは図５に示したように構成すればよい。

なお、弾性リング４５は、必ずしも実施の形態で述べたような断面Ｖ字形状である必要はなく、環状歯車４３を軸本体４１に対して径方向および軸線方向に相対移動可能に弾性結合できるものであればよい。また、弾性リング４５は、ゴムに限定されるものではなく、エラストマーにて形成してもよい。

以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。

本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を示す模式図である。 図１の歯車減速機構を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態を示す歯車減速機構を構成する中間歯車の断面図である。 図３の４−４線に沿って切断した断面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す中間歯車の断面図である。 図５の変形例を示す図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、２４…ボールねじ機構、２６…電動モータ、２７…歯車減速機構、３１…駆動歯車、３２…被動歯車、３３…中間歯車、５１…軸本体、５１ａ、５１ｂ…逆テーパ面、５３…環状歯車、５３ａ、５３ｂ…逆テーパ面、５５…弾性リング。

Claims (4)

1. 電動モータによって駆動される駆動歯車および被動歯車を有する歯車減速機構ならびに該歯車減速機構を介して作動されるボールねじ機構を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   前記歯車減速機構を構成する少なくとも１つの歯車は、金属製の軸本体と、該軸本体の外周側に配設されるはすば歯車からなる金属製の環状歯車と、前記軸本体と前記環状歯車との間の環状の空間部に介在され前記軸本体と前記環状歯車とを弾性結合する弾性リングからなり、該弾性リングは、前記環状歯車を前記軸本体に対して径方向および軸線方向に相対移動可能に弾性結合するように構成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。
2. 請求項１において、前記軸本体の外周には、両端部に向かって径が拡大する逆テーパ面が形成され、前記環状歯車の内周には、軸本体の逆テーパ面に補合する形状の逆テーパ面が形成され、前記軸本体の外周と前記環状歯車の内周との間に断面Ｖ字形の前記弾性リングが固定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。
3. 請求項２において、前記弾性リングが、ゴム材料から形成されており、前記軸本体の外周と前記環状歯車の内周との間に加硫接着によって固定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。
4. 請求項１において、前記軸本体の外周には、軸方向の片側にテーパ面が形成されるとともに、他側にストレート部が形成され、前記環状歯車の内周に前記弾性リングが接着され、前記弾性リングを接着した前記環状歯車をテーパコーンを用いて前記軸本体に固定するようにした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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