JP5999423B2

JP5999423B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5999423B2
Application number: JP2012196868A
Authority: JP
Inventors: 浜北　準; 準浜北; 道敏満丸; 義朝永井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: JP2013129417A; CN103129603A; EP2597014B1; EP2597014A3; US20130133974A1; CN103129603B; US8813904B2; EP2597014A2

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

特許文献１では、ウォーム軸を支持する軸受を、軸受孔に対して付勢する付勢手段として、ウォーム軸とウォームホイールの軸間距離を小さくする軸間近接付勢手段と、ウォームの進み角がウォームホイールの進み角よりも大きくなる方向に付勢する進み角補正付勢手段とを設けたウォーム減速機が提案されている。

特開２０１０−１１６０９０号公報

特許文献１では、軸受孔の形状として、軸受を、バックラッシ（歯面間隙間）の調整のために軸間距離を増減する方向と、歯面間の噛み合い率を向上させるためにウォームの進み角を大きくする方向と、の２方向に変位可能とする形状を形成しなければならず、軸受孔の加工が困難である。
また、実際には、軸間近接付勢手段による付勢力と進み角補正付勢手段による付勢力との合力の方向に、ウォーム軸を付勢することになるため、各付勢手段の製造誤差等のばらつきの影響で、バックラッシを精度良く調整できないおそれがある。

ところで、左操舵のときと右操舵のときとでは、進み角を有するウォーム軸の回転方向が逆になるので、歯面間の摩擦トルクが異なる。その結果、操舵フィーリングにおいて左右差が生じていた。
そこで、本発明の目的は、バックラッシを精度良く調整することができ、しかも、操舵フィーリングにおける左右差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。

前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、第１端部（２２）および第２端部（２３）を有し前記第１端部を中心に揺動可能に支持されたウォーム軸（２０）と、前記ウォーム軸と噛み合うウォームホイール（２１）と、を含み、操舵補助用の電動モータ（１８）の回転を減速するウォーム減速機（１９）と、前記ウォーム軸の第２端部を、ウォーム軸およびウォームホイール間のバックラッシを調整するために弾性的に付勢する付勢機構（Ｂ）と、を備え、前記付勢機構は、前記ウォーム軸および前記ウォームホイールの中心間距離（Ｄ１）の増減を回避した状態で、前記中心間距離が増減する方向（Ｙ１）およびウォーム軸の軸方向の双方に対して直交する直交方向（Ｚ１，Ｚ２）のうち、ウォームホイールの進み角（θWW）に対してウォーム軸の進み角（θW ）を小さくする方向（Ｚ１）である付勢方向に弾性的に付勢することにより、前記バックラッシを調整するように構成されている電動パワーステアリング装置（１）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。

また、請求項２のように、前記第２端部を、前記中心間距離を増減する方向の中立位置に弾性支持する弾性支持機構（４４）を備えていてもよい。
また、請求項３のように、前記ウォーム軸および前記ウォームホイールを収容するギヤハウジング（２９）と、前記ギヤハウジングに設けられた軸受孔（４０）に、前記弾性支持機構を介して保持され、前記第２端部を支持する軸受（３１）と、を備え、前記弾性支持機構は、前記軸受を介して前記第２端部を前記中立位置に弾性支持するように、互いに逆向きに前記軸受を付勢する一対の弾性部材（４２，４３）を含んでいてもよい。

また、請求項４のように、前記一対の弾性部材によって挟持された状態で前記軸受の外周を取り囲む弾性変形可能なリング状部材（４１）を備え、前記軸受は、弾性変形した前記リング状部材によって、当該リング状部材の内周により区画される長孔の長手方向に相当する前記直交方向に移動可能に支持されていてもよい。

請求項１記載の発明によれば、バックラッシを調整するためにウォーム軸の第２端部を弾性的に付勢する付勢機構が、中心間距離の増減を回避した状態で、中心間距離が増減する方向およびウォーム軸の軸方向の双方に対して直交する直交方向に付勢する。したがって、左操舵時と右操舵時の反力トルクを略等しくして操舵フィーリングにおける左右差を抑制することができる。また、バックラッシを精度良く調整することができる。

また、付勢機構の付勢方向を、前記直交方向のうち、ウォームホイールの進み角に対してウォーム軸の進み角を小さくする方向とすることにより、長期にわたってバックラッシをゼロに維持することができる。
また、請求項２の発明によれば、通常時は、中心間距離を増減する方向にウォーム軸が変位しないようにする一方、縁石乗り上げ等の逆入力を受けた非常時には、弾性支持機構によって緩衝機能を果たすことができる。

また、請求項３の発明によれば、ウォーム軸の第２端部を支持する軸受を一対の弾性部材によって互いに逆向きに付勢することにより、軸受を介して第２端部を前記中立位置に弾性支持することができる。
また、請求項４の発明によれば、一対の弾性部材によって挟持されたリング状部材が弾性変形し、リング状部材の内周が、前記直交方向に相当する長手方向に延びる長孔を区画するので、リング状部材の内周によって、長手方向（前記直交方向）に移動可能に軸受を支持することができる。したがって、ギヤハウジングの軸受孔を長孔に加工する必要がなく、製造コストを安くすることができる。

本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。電動パワーステアリング装置のウォーム減速機の断面図である。図２のIII −III 線に沿う断面図である。ウォーム軸とウォームホイールの位置関係を示す模式図である。本発明の別の実施形態の電動パワーステアリング装置のウォーム減速機の断面図である。

以下には、添付図面を参照して、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態のウォーム減速機１９を含む電動パワーステアリング装置１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に連結されるステアリングシャフト３と、中間軸４を介してステアリングシャフト３と連結されるピニオン軸５と、ピニオン軸５に形成されたピニオン６に噛み合うラック７を有し、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とを備える。ピニオン軸５およびラックバー８により操舵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。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸９と、ピニオン軸５に連なる出力軸１０とに分割されている。これら入力軸９および出力軸１０はトーションバー１１を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
ラックバー８は、図示しない複数の軸受を介して直線往復自在にラックハウジング１２に支持されている。ラックバー８の両端部はラックハウジング１２の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１３およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪１４が連結されている。

操舵部材２を操作することによりステアリングシャフト３が回転する。このステアリングシャフト３の回転は、ピニオン６およびラック７を介してラックバー８の車体の左右方向への直線往復運動に変換される。これにより、転舵輪１４の転舵が達成される。
また、操舵部材２に与えられる操舵トルクは、入力軸９および出力軸１０間の相対回転変位量に基づいて、ステアリングシャフト３の近傍に設けられたトルクセンサ１５が検出する。トルクセンサ１５が検出したトルク値は、ＥＣＵ１６（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）に与えられる。ＥＣＵ１６は、トルク値や図示しない車速センサから与えられる車速等に基づいて、駆動回路１７を介して操舵補助用の電動モータ１８を駆動制御する。

ＥＣＵ１６の制御によって出力される電動モータ１８の回転は、ウォーム減速機１９により減速され、ステアリングシャフト３の出力軸１０に伝達される。出力軸１０に伝達された力は、ピニオン軸５を介してラックバー８に伝達される。これにより操舵が補助される。
図２は、図１の電動パワーステアリング装置１に備えられたウォーム減速機１９およびその近傍の構成を示す断面図である。図２を参照して、ウォーム減速機１９は、電動モータ１８により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０に噛み合う従動ギヤとしてのウォームホイール２１とを備える。ウォーム軸２０とウォームホイール２１の少なくとも噛み合い領域ＭＡには、グリース等の潤滑剤が充填されている。

ウォーム軸２０は、第１端部２２および第２端部２３を有し、第１端部２２および第２端部２３の間の中間部に、ウォーム２４が形成されている。第１端部２２は、電動モータ１８の回転軸２５に動力伝達継手２６を介して同軸上に連結されている。これにより、電動モータ１８の出力が、ウォーム軸２０に伝達される。
動力伝達継手２６は、電動モータ１８の回転軸２５に一体回転可能に連結された第１部材２６ａと、ウォーム軸２０の第１端部２２に一体回転可能に連結された第２部材２６ｂと、第１部材２６ａおよび第２部材２６ｂ間をトルク伝達可能に連結する弾性部材２６ｃとを備えている。

ウォームホイール２１は、出力軸１０に一体回転可能に結合された環状の金属部材２７と、金属部材２７の周囲を取り囲み外周に歯が形成された合成樹脂部材２８とを備える。金属部材２７は、例えば合成樹脂部材２８の樹脂成形時に金型内にインサートされる。ウォームホイール２１は、出力軸１０に対して一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。これらウォーム軸２０およびウォームホイール２１は、ギヤハウジング２９内に収容されている。

ウォーム軸２０の第１端部２２には、第１軸受３０が配置されている。また、ウォーム軸２０の第２端部２３には、第２軸受３１が配置されている。第１軸受３０および第２軸受３１としては、例えば転がり軸受が用いられている。
第１軸受３０の内輪３２は、第１端部２２の外周２２ａに一体回転可能に嵌め合わされている。第１軸受３０の外輪３３は、ギヤハウジング２９に設けられた第１軸受孔３４によって支持されている。また、外輪３３は、第１軸受孔３４の一端に形成された段部３５と、第１軸受孔３４に連なるねじ孔３６に螺合されたねじ部材３７とによって、ウォーム軸２０の軸方向Ｘ１に挟持されている。

一方、第２軸受３１の内輪３８は、第２端部２３の外周２３ａに一体回転可能に嵌め合わされている。第２軸受３１の外輪３９は、ギヤハウジング２９に設けられた第２軸受孔４０と外輪３９の外周３９ａとの間に介在するリング状部材４１によって取り囲まれている。リング状部材４１は、一対の弾性部材４２，４３によって、ウォーム軸２０とウォームホイール２１の中心間距離Ｄ１（ウォーム軸２０の中心軸線Ｃ１とウォームホイール２１の中心軸線Ｃ２との距離に相当）を増減する方向Ｙ１（以下では、中心間距離増減方向Ｙ１と言う）に挟持されている。

一対の弾性部材４２，４３によって、ウォーム軸２０の第２端部２３を、中心間距離増減方向Ｙ１の中立位置に付勢する弾性支持機構４４が構成されている。
図２のIII −III 線に沿う断面である図３に示すように、第２軸受孔４０は円筒孔により形成されている。リング状部材４１は、弾性変形可能な部材により形成されている。リング状部材４１の内周４１ａによって、第２軸受３１を、中心間距離増減方向Ｙ１およびウォーム軸２０の軸方向Ｘ１の双方に直交する直交方向Ｚ１，Ｚ２に移動可能に支持する長孔が区画されている。長孔の長手方向が直交方向Ｚ１，Ｚ２に相当する。

すなわち、リング状部材４１は、無負荷状態では円環状をなしているが、一対の弾性部材４２，４３によって、中心間距離増減方向Ｙ１に挟持されることにより、中心間増減方向Ｙ１に相対的に短くなり且つ直交方向Ｚ１，Ｚ２に相対的に長くなるように弾性変形している。
一対の弾性部材４２，４３は、ともに中心間距離増減方向Ｙ１に弾性圧縮されており、互いに逆向きの弾性反発力をリング状部材４１に及ぼすことにより、第２軸受３１を介して、ウォーム軸２０の第２端部２３を中心間距離増減方向Ｙ１の中立位置に弾性支持している。

リング状部材４１の少なくとも摺動部分は、低摩擦部材で構成されていることが、第２軸受３１が直交方向Ｚ１，Ｚ２へ移動するときの摩擦抵抗を抑制するうえで好ましい。例えば、リング状部材４１に用いる低摩擦部材として、フッ素樹脂等の樹脂部材や、ステンレス鋼等の金属部材を例示することができる。
リング状部材４１の外周４１ｂには、一対の弾性部材４２，４３をそれぞれ係止する一対の係止部としての係合突起４５，４６が、中心間距離増減方向Ｙ１の互いに逆向きに突出するように形成されている。各弾性部材４２，４３は、リング状部材４１の対応する係合突起４５，４６に係合する係合部としての係合孔４７，４８を有している。

各係合突起４５，４６は、先細り状の頭部４９と、頭部４９とリング状部材４１を連結する胴部５０とを有している。頭部４９と胴部５０との間には、抜け止め段部５１を形成されている。弾性部材４２，４３は、弾性圧縮された状態で対応する係合突起４５，４６を包持している。
また、電動パワーステアリング装置１は、ウォーム軸２０の第２端部２３を、ウォーム軸２０およびウォームホイール２１の歯面間のバックラッシを調整するために弾性的に付勢する付勢機構Ｂを備えている。

付勢機構Ｂは、中心間距離Ｄ１の増減を回避した状態で、中心間距離方向Ｙ１に対して直交する直交方向Ｚ１に弾性的に付勢することにより、バックラッシを調整するように構成されている。
具体的には、ギヤハウジング２９には、第２軸受孔４０に連通するように直交方向Ｚ１に延びる付勢部材収容孔５２が形成されている。同じく、リング状部材４１には、直交方向Ｚ１，Ｚ２に延びる押圧部材保持孔５３が形成されている。付勢部材収容孔５２の一端および押圧部材保持孔５３に跨がる状態で、付勢部材収容孔５２の一端および押圧部材保持孔５３によって、第２軸受３１の外輪３９を直交方向Ｚ１に押圧するための例えば円柱状の押圧部材５４が、直交方向Ｚ１，Ｚ２に摺動可能に保持されている。

また、付勢部材収容孔５２の他端には、封止部材５５がねじ込み固定されている。付勢部材収容孔５２には、押圧部材５４と封止部材５５との間に圧縮状態で介在した、例えば圧縮コイルばねからなる付勢部材５６が収容されている。付勢部材５６は、押圧部材５４を介して、第２軸受３１を直交方向Ｚ１に付勢している。押圧部材５４および付勢部材５６によって、付勢機構Ｂが構成されている。

直交方向Ｚ１，Ｚ２のうち、直交方向Ｚ１は、模式図である図４に示すように、ウォームホイール２１の進み角θ_WWに対して、ウォーム軸２０の進み角θ_Wが小さくなる方向（すなわちロック方向）に相当する。図４に示すように、ウォーム軸２０の一方の歯面２０１（噛み合い側歯面）とウォームホイール２１の対応する歯面２１１が噛み合い、ウォーム軸２０の他方の歯面２０２とウォームホイール２１の対応する歯面２１２が噛み合っている。

本実施の形態によれば、バックラッシを調整するためにウォーム軸２０の第２端部２３を弾性的に付勢する付勢機構Ｂが、中心間距離Ｄ１の増減を回避した状態で、中心間距離増減方向Ｙ１に対して直交する直交方向Ｚ１に付勢する。したがって、左操舵時と右操舵時の反力トルクを略等しくして操舵フィーリングにおける左右差を抑制することができる。また、バックラッシを精度良く調整することができる。

また、付勢部材５６の付勢方向を、直交方向Ｚ１および直交方向Ｚ２のうち、ウォームホイール２１の進み角θ_WWに対してウォーム軸２０の進み角θ_Wを小さくする方向である直交方向Ｚ１とすることにより、ウォーム軸２０の歯面とウォームホイール２１の歯面の摩耗やクリープによる変化を補償して長期にわたってバックラッシをゼロに維持することができる。

また、ウォーム軸２０の第２端部２３を、中心間距離増減方向Ｙ１の中立位置に弾性支持する弾性支持機構４４が備えられている。したがって、通常時は、中心間距離増減方向Ｙ１にウォーム軸２０が変位しないようにすることができる一方、縁石乗り上げ等の逆入力を受けた非常時には、弾性支持機構４４によって緩衝機能を果たすことができる。
また、ウォーム軸２０の第２端部２３を支持する第２軸受３１を弾性支持機構４４の一対の弾性部材４２，４３によって互いに逆向きに付勢することにより、第２軸受３１を介して、ウォーム軸２０の第２端部２３を中立位置に弾性支持することができる。

また、一対の弾性部材４２，４３によって挟持されたリング状部材４１が弾性変形し、リング状部材４１の内周４１ａが、直交方向Ｚ１に相当する長手方向に延びる長孔を区画する。したがって、リング状部材４１の内周４１ａによって、長手方向（直交方向Ｚ１，Ｚ２）に移動可能に第２軸受３１を支持することができる。したがって、ギヤハウジング２９の第２軸受孔４０を長孔に加工する必要がなく、製造コストを安くすることができる。

なお、本発明は前記実施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、第１軸受３０および第２軸受３１の内輪３２，３８がウォーム軸２０の対応する端部（第１端部２２および第２端部２３）に対してルーズフィットで嵌合するようにし、各内輪３２，３８の端面とウォーム軸２０の対応する位置決め段部５７，５８との間に、互いに逆向きの軸方向Ｘ１に弾性的に付勢する一対の弾性部材５９，６０を介在させてもよい。すなわち、ウォーム軸２０を軸方向Ｘ１に弾性的に付勢することによりバックラッシを除去するバックラッシ除去機構Ｂ１を追加してもよい。

また、図３の実施形態では、付勢部材５６が押圧部材５４を介して第２軸受３１を付勢していたが、押圧部材５４を廃止し、付勢部材５６が第２軸受３１を直接押圧して付勢するようにしてもよい（図示せず）。
また、図３の実施形態では、リング状部材４１を弾性変形させてリング状部材４１により長孔を形成していたが、リング状部材４１を廃止し、第２軸受孔４０自体を長孔に形成してもよい（図示せず）。その他、本発明は、請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…電動パワーステアリング装置、１８…電動モータ、１９…ウォーム減速機、２０…ウォーム軸、２１…ウォームホイール、２２…第１端部、２３…第２端部、２４…ウォーム、２９…ギヤハウジング、３０…第１軸受、３１…第２軸受、３８…内輪、３９…外輪、４０…第２軸受孔、４１…リング状部材、４１ａ…内周、４２，４３…弾性部材、４４…弾性支持機構、５２…付勢部材収容孔、５３…押圧部材保持孔、５４…押圧部材、５６…付勢部材、Ｂ…付勢機構、Ｂ１…バックラッシ除去機構、Ｃ１…（ウォーム軸の）中心軸線、Ｃ２…（ウォームホイールの）中心軸線、Ｄ１…中心間距離、Ｘ１…軸方向、Ｙ１…中心間距離増減方向（中心間距離を増減する方向）、Ｚ１…直交方向（ウォームホイールの進み角よりもウォームの進み角を小さくする方向）、Ｚ２…直交方向、θ_WW…（ウォームホイールの）進み角、θ_W…（ウォームの）進み角

Claims

第１端部および第２端部を有し前記第１端部を中心に揺動可能に支持されたウォーム軸と、前記ウォーム軸と噛み合うウォームホイールと、を含み、操舵補助用の電動モータの回転を減速するウォーム減速機と、
前記ウォーム軸の第２端部を、ウォーム軸およびウォームホイール間のバックラッシを調整するために弾性的に付勢する付勢機構と、を備え、
前記付勢機構は、前記ウォーム軸および前記ウォームホイールの中心間距離の増減を回避した状態で、前記中心間距離が増減する方向およびウォーム軸の軸方向の双方に対して直交する直交方向のうち、ウォームホイールの進み角に対してウォーム軸の進み角を小さくする方向である付勢方向に弾性的に付勢することにより、前記バックラッシを調整するように構成されている電動パワーステアリング装置。
請求項１において、前記第２端部を、前記中心間距離を増減する方向の中立位置に弾性支持する弾性支持機構を備える電動パワーステアリング装置。
請求項２において、前記ウォーム軸および前記ウォームホイールを収容するギヤハウジングと、
前記ギヤハウジングに設けられた軸受孔に、前記弾性支持機構を介して保持され、前記第２端部を支持する軸受と、を備え、
前記弾性支持機構は、前記軸受を介して前記第２端部を前記中立位置に弾性支持するように、互いに逆向きに前記軸受を付勢する一対の弾性部材を含む電動パワーステアリング装置。
請求項３において、前記一対の弾性部材によって挟持された状態で前記軸受の外周を取り囲む弾性変形可能なリング状部材を備え、
前記軸受は、弾性変形した前記リング状部材によって、当該リング状部材の内周により区画される長孔の長手方向に相当する前記直交方向に移動可能に支持されている電動パワーステアリング装置。