(57)【要約】【課題】安価で低騒音である電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】据え切りの際に操舵部材を反転させた直後は、ラック軸からの逆入力に伴う被動ギヤ３４の回転に従動してアイドラギヤ３５が回転し、そのアイドラギヤ３５に従動して負荷ギヤ６３が回転している（実線矢符参照）。その後、電動モータの起動に伴って、破線矢符のように回転を開始した駆動ギヤ３３の歯が、アイドラギヤ３５の歯を追いかけてアイドラギヤ３５の歯に衝突する。駆動ギヤ３３によって衝突されたアイドラギヤ３５は、衝突エネルギの一部を負荷ギヤ６３に与えて、衝突エネルギを分散させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材の回転操作に伴って転舵軸を軸方向に移動させる機械式の操舵機構と、
電動モータによって減速機構を介して駆動される回転筒を含み上記回転筒の回転を転舵軸の軸方向移動に変換する運動変換機構とを備え、
上記減速機構は、順次に噛み合う駆動ギヤ、アイドラギヤおよび被動ギヤを有する平行軸歯車機構を含み、
上記アイドラギヤに、当該アイドラギヤに回転負荷を与えるための負荷ギヤが噛み合わ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。
【請求項２】
請求項１において、上記負荷ギヤが一対設けられ、それら一対の負荷ギヤは、上記駆動ギヤの回転中心および上記アイドラギヤの回転中心を含む平面を挟んで、互いに対称な位置に配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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
【０００２】
電動モータの出力回転を、駆動ギヤ、アイドラギヤおよび被動ギヤを有する平行軸歯車機構を介して減速し、さらにボールねじ機構を用いて、ラック軸の軸方向移動に変換する電動パワーステアリング装置がある。
この種の電動パワーステアリング装置では、ギヤ間のバックラッシを原因とする騒音が問題となる。
【０００３】
そこで、この種の電動パワーステアリング装置において、駆動ギヤの回転中心回りに揺動可能な支持部材によって、アイドラギヤを駆動ギヤの回転中心回りに揺動可能に支持し、上記支持部材を付勢部材によって回転付勢するバックラッシ除去機構を設けることが提案されている（例えば特許文献１を参照）。
上記バックラッシ除去機構では、付勢部材によってアイドラギヤを被動ギヤに弾性的に付勢し、これにより、アイドラギヤと被動ギヤのバックラッシを除去するようにしている。
【特許文献１】特開２００７−１５４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、揺動する支持部材や支持部材を付勢する付勢部材を含むバックラッシ除去機構を設ける必要であり、構造が複雑である。したがって、製造コストが高くなる。
一方、特許文献１のようなバックラッシ除去機構を設けないで上記の騒音を低減しようとする場合、ギヤ間のバックラッシを、例えば数十μｍオーダーのレベルで管理する必要がある。そのためには、各ギヤの位置精度や噛み合い精度を厳格に管理することが必要なるが、そのような管理の実行は、量産工程のなかでは、極めて困難である。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、安価で低騒音であ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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者は、据え切りに際してハンドルを反転させたときの騒音が大きいことに着目した。すなわち、ハンドルを反転させた直後は、転舵軸からの逆入力に伴って、まず被動ギヤが回転するとともに、その被動ギヤの回転に従動してアイドラギヤが回転し始める。その後、電動モータが起動し、アイドラギヤの回転開始に少し遅れて駆動ギヤが回転し始め、その駆動ギヤの歯が、アイドラギヤの歯を追いかけるようにしてアイドラギヤの歯に衝突する。この衝突によってアイドラギヤが大きな振動を発生する。本願発明者は、これが、据え切りに際してハンドルを反転させたときの騒音が大きい原因であると考えた。
【０００７】
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、本発明は、操舵部材（２）の回転操作に伴って転舵軸を軸方向に移動させる機械式の操舵機構と、電動モータ（２３）によって減速機構（２４）を介して駆動される回転筒（３１）を含み上記回転筒の回転を転舵軸（１０）の軸方向（Ｘ１）移動に変換する運動変換機構（２５）とを備え、上記減速機構は、順次に噛み合う駆動ギヤ（３３）、アイドラギヤ（３５）および被動ギヤ（３４）を有する平行軸歯車機構を含み、上記アイドラギヤに、当該アイドラギヤに回転負荷を与えるための負荷ギヤ（６３）が噛み合わされていることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、据え切りの際に操舵部材を反転させた直後は、転舵軸からの逆入力に伴う被動ギヤの回転に従動してアイドラギヤが回転し、そのアイドラギヤに従動して負荷ギヤが回転している。その後、電動モータの起動に伴って回転を開始した駆動ギヤの歯が、アイドラギヤの歯を追いかけてアイドラギヤの歯に衝突する。このとき、駆動ギヤによって衝突されたアイドラギヤは、衝突エネルギの一部を負荷ギヤに与えて、衝突エネルギを分散させる。したがって、据え切り時の操舵部材の反転操作のときの振動、騒音の発生を未然に防止することができる。
【０００９】
また、上記負荷ギヤが一対設けられ、それら一対の負荷ギヤ（６３Ａ，６３Ｂ）は、上記駆動ギヤの回転中心（Ｃ１）および上記アイドラギヤの回転中心（Ｃ２）を含む平面（Ｐ１）を挟んで、互いに対称な位置に配置されている場合がある（請求項２）。この場合、駆動ギヤによって衝突されたアイドラギヤが、衝突エネルギの一部を一対の負荷ギヤに与えることができ、衝突エネルギをアイドラギヤおよび一対の負荷ギヤの３つのギヤで分散させることができる。したがって、据え切り時の操舵部材の反転操作のときの、振動、騒音の発生をより確実に防止することができる。特に、アイドラギヤに対する一対の負荷ギヤの噛み合い位置が、アイドラギヤおよび駆動ギヤの噛み合い位置を挟んで互いに対称な位置となるので、アイドラギヤに対する振動発生防止効果が高い。
【００１０】
なお、上記において、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の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
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を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を有して自動車の左右方向（軸方向Ｘ１に相当）に延びる転舵軸としてのラック軸１０とを備えている。
【００１２】
ピニオン軸７およびラック軸１０を含むラックアンドピニオン機構によって、操舵部材２の回転操作に伴ってラック軸１０を軸方向Ｘ１に移動させる操舵機構１１が構成されている。
ラック軸１０は、車体に固定され互いに連結されたハウジング１２およびハウジング３６内に挿通されており、後述する複列アンギュラ玉軸受４１や図示しないラックブッシュ等を介して軸方向Ｘ１に移動可能に支持されている。ラック軸１０の一対の端部は、ハウジング１２およびハウジング３６からそれぞれ外方へ突出している。ラック軸１０の上記一対の端部のそれぞれには、自在継手１３を介してタイロッド１４が結合されている。各タイロッド１４は、対応するナックルアーム１５を介して対応する転舵輪１６に連結されている。
【００１３】
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３およびピニオン軸７が回転されると、そのピニオン軸７の回転がピニオン８およびラック９によって、ラック軸１０の軸方向Ｘ１の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１６の転舵が達成される。
ピニオン軸７は、中間軸５およびステアリングシャフト３を介して操舵部材２とは一体回転可能に連結された入力軸１７と、ピニオン８が設けられた出力軸１８と、入力軸１７および出力軸１８を同軸上に相対回転可能に連結するトーションバー１９とを備えている。ハウジング１２には、ピニオン軸７を収容する筒状の筒状のピニオンハウジング９１が交差状に一体に形成されている
【００１４】
トーションバー１９を介する入力軸１７および出力軸１８の相対回転に応じて操舵トルクを検出するためのトルクセンサ２０が設けられている。そのトルクセンサ２０のトルク検出結果および車速センサ２１からの車速検出結果は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）２２に与えられる。ＥＣＵ２２では、トルク検出結果、車速検出結果等に基づいて、操舵力としての操舵補助力を発生するための電動モータ２３を駆動制御する。
【００１５】
また、電動パワーステアリング装置１は、電動モータ２３の回転軸２６の回転を減速する平行軸歯車機構からなる減速機構２４と、減速機構２４の出力回転をラック軸１０の軸方向Ｘ１の移動に変換する運動変換機構としてのボールねじ機構２５とを備えている。電動モータ２３が、減速機構２４およびボールねじ機構２５を介して、ラック軸１０に軸方向Ｘ１の駆動力を与え、これにより、操舵が補助されるようになっている。
【００１６】
減速機構２４は、電動モータ２３の回転軸２６と同軸上に継手２７を介して同行回転可能に連結された入力軸２８と、その入力軸２８と平行に配置されたアイドラギヤ支軸２９と、同じく入力軸２８と平行に配置された出力軸としてのねじ軸３０とを備えている。
ねじ軸３０は、転舵軸としてのラック軸１０の一部に同軸的に設けられている。ねじ軸３０と、ねじ軸３０の周囲を取り囲む回転筒としてのボールナット３１と、ねじ軸３０およびボールナット３１の間に介在する複数のボール３２とによって、上記ボールねじ機構２５が構成されている。ボールナット３１は、複数のボール３２を介してねじ軸３０に係合している。
【００１７】
減速機構２４は、入力軸２８とは同行回転可能に設けられた駆動ギヤ３３と、上記ボールナット３１とは同行回転可能に設けられた被動ギヤ３４と、上記アイドラギヤ支軸２９とは同行回転可能に設けられ、駆動ギヤ３３および被動ギヤ３４に噛み合うアイドラギヤ３５とを備えている。駆動ギヤ３３、被動ギヤ３４およびアイドラギヤ３５のそれぞれは、平歯車により構成されていてもよいし、はすば歯車により構成されていてもよい。
【００１８】
減速機構２４およびボールねじ機構２５は、筒状のハウジング３６内に収容されている。入力軸２８は、ハウジング３６により保持された一対の軸受３７，３８によって回転可能に支持されている。アイドラギヤ支軸２９は、ハウジング３６により保持された一対の軸受３９，４０によって回転可能に支持されている。また、ねじ軸３０をボール３２を介して支持したボールナット３１は、ハウジング３６により保持された複列アンギュラ玉軸受４１によって回転可能に支持されている。
【００１９】
上記ハウジング３６は、互いに連結された第１のハウジング４２および第２のハウジング４３により構成されている。第１のハウジング４２には、上記のハウジング１２が連結されている。
ハウジング３６の第２のハウジング４３に設けられたラックストッパ５９の少なくとも一部が、被動ギヤ３４の径方向内方に配置されている。また、ラックストッパ５９は、ラック軸１０（転舵軸）と同行移動する部材としての自在継手１３に当接することにより、ラック軸１０の軸方向Ｘ１の移動量を規制する。
【００２０】
また、第１のハウジング４２によって保持された複列アンギュラ玉軸受４１の外輪を止定するためのロックねじが５７が設けられている。ロックねじ５７が、仮に緩んだとしても、そのロックねじ５７の緩み量を第２のハウジング４３の端面によって規制でき、その結果、ロックねじ５７と被動ギヤ３４との干渉を防止でき、異音発生を防止するようにしている。
【００２１】
図２を参照して、被動ギヤ３４の一部は、ボールナット３１の他端から突出する環状の突出部５８を含んでいる。その突出部５８の径方向内方に、第２のハウジング４３に形成されたラックストッパ５９の少なくとも一部が配置されている。
ラックストッパ５９は、ねじ軸３０を有するラック軸１０の軸方向Ｘ１のストローク量を規制するためのストッパである。ラック軸１０の端部とタイロッド１４とを連結する自在継手１３（図１参照）のハウジング（図示せず）が、ラックストッパ５９のストッパ面６０と当接することにより、ラック軸１０のストローク量が規制されるようになっている。
【００２２】
また、ストッパ面６０に形成された環状凹部６１に、環状の弾性部材６２が収容されており、弾性部材６２の一部はストッパ面６０から突出している。これにより、弾性部材６２は、自在継手１３のハウジングがストッパ面６０に当接するときの衝突音を緩和するように働く。
図２に示すように、第１のハウジング４２の端面４２ａと第２のハウジング４３の端面４３ａとが互いに突き合わされた状態で、第１および第２のハウジング４２，４３が、固定ねじ４４により互いに締結されている。
【００２３】
複列アンギュラ玉軸受４１は、一体化された外輪８１と、軸方向に並ぶ一対の内輪８２からなる内輪ユニット８３と、２列のボール８４とを備えており、単列アンギュラ玉軸受の背面合せに相当する。背面合せに相当しているので、モーメント荷重に対する負荷能力を高くできて好ましい。複列アンギュラ玉軸受４１に代えて、例えば背面合わせの組合せアンギュラ玉軸受を用いるようにしてもよい。
【００２４】
ボールねじ機構２５のねじ軸３０とボールナット３１との間の軌道路にボール８４を循環させるためのサーキュレータ７０が、複列アンギュラ玉軸受４１の径方向内方に配置されており、ラック軸１０の軸方向Ｘ１に関して、電動パワーステアリング装置１の小型化が図られている。
入力軸２８の一端２８ａを支持する軸受３７と、アイドラギヤ支軸２９の一端２９ａを支持する軸受３９と、ボールナット３１を支持する複列アンギュラ玉軸受４１とが、第１のハウジング４２によって保持されている。具体的には、軸受３７が、第１のハウジング４２の軸受保持孔４５に保持され、軸受３９が、支持部材としての第１のハウジング４２の軸受保持孔４６に保持され、複列アンギュラ玉軸受４１が、第１のハウジング４２の軸受保持孔４７に保持されている。
【００２５】
また、入力軸２８の他端２８ｂを支持する軸受３８が、第２のハウジング４３の軸受保持孔４８に保持され、アイドラギヤ支軸２９の他端２９ｂを支持する軸受４０が、支持部材としての第２のハウジング４３の軸受保持孔４９に保持されている。
ボールナット３１の一端に小径部５０が形成され、ボールナット３１の他端に小径部５１が形成され、小径部５０と小径部５１との間に、大径部５２が設けられている。ボールナット３１の大径部５２の外周に形成された保持凹部５３に、複列アンギュラ玉軸受４１の内輪ユニット８３が嵌合されている。ボールナット３１の大径部５２は、保持凹部５３の一端に隣接する位置決め段部５４を有している。
【００２６】
小径部５０の外周に形成されたねじ部に、固定ナット５５が嵌合されている。固定ナット５５と位置決め段部５４との間に、上記内輪ユニット８３が挟持され、これにより、ボールナット３１に対する内輪ユニット８３の軸方向移動が規制されている。
また、小径部５１の外周に、被動ギヤ３４が圧入され、これにより、被動ギヤ３４がボールナット３１と同行回転可能に連結されている。被動ギヤ３４およびボールナット３１を含むユニットは、複列アンギュラ玉軸受４１のみによって、片持ち状に支持されている。
【００２７】
上記のように被動ギヤ３４を片持ち状に支持した場合、被動ギヤ３４のアライメント誤差が増加するおそれがある。そこで、被動ギヤ３４の歯面に、歯すじ方向のクラウニングを設けることが好ましい。これにより、上記のようにアライメント誤差の増加に拘らず、ギヤ騒音の増加を抑制することができる。
複列アンギュラ玉軸受４１の外輪８１は、第１のハウジング４２の上記軸受保持孔４７に嵌合されている。第１のハウジング４２の内周には、軸受保持孔４７に隣接してねじ部５６が形成されており、そのねじ部５６に、ロックねじ５７が嵌合されている。ロックねじ５７と第１のハウジング４２の位置決め段部との間に、外輪８１が挟持され固定されている。
【００２８】
ロックねじ５７は、複列アンギュラ玉軸受４１の外輪８１の端面８１ａに当接して、複列アンギュラ玉軸受４１の軸方向移動を規制する。ロックねじ５７は、ラック軸１０の軸方向Ｘ１に平行な方向に関して、被動ギヤ３４と複列アンギュラ玉軸受４１との間に配置されている。ラック軸１０の軸方向Ｘ１に関して、ロックねじ５７の端面５７ａと第２のハウジング４３の端面４３ａとが、互いの間に隙間Ｓ１を設けて対向している。
【００２９】
図３を参照して、本実施の形態の主に特徴とするところは、アイドラギヤ３５に、当該アイドラギヤ３５に回転負荷を与えるための負荷ギヤ６３が噛み合わされている点にある。負荷ギヤ６３は、アイドラギヤ３５のみに噛み合わされている。
図４に示すように、負荷ギヤ６３と同行回転する負荷ギヤ支軸６４が設けられており、その負荷ギヤ支軸６４の一対の端部６４ａ，６４ｂが、それぞれ対応する軸受６５，６６によって回転可能に支持されている。軸受６５は、第１のハウジング４２に設けられた軸受保持孔６７によって保持され、軸受６６は、第２のハウジング４３に設けられた軸受保持孔６８によって保持されている。
【００３０】
本実施の形態によれば、据え切りの際に操舵部材２を反転させた直後は、その操舵部材２の駆動力がピニオン軸７、ラック軸１０およびボールねじ機構２５を介して被動ギヤ３４を回転させ、その被動ギヤ３４の回転に従動して、例えば図３に実線矢符で示すように、アイドラギヤ３５が回転し、そのアイドラギヤ３５に従動して負荷ギヤ６３が回転している。このとき、操舵部材２の操作に対して応答遅れのある電動モータ２３は、未だ起動されておらず、したがって、駆動ギヤ３３は停止している。
【００３１】
その後、電動モータ２３の起動に伴って、例えば図３において破線矢符の方向に、回転を開始した駆動ギヤ３３の歯が、アイドラギヤ３５の歯を追いかけてアイドラギヤ３５の歯に衝突する。このように駆動ギヤ３３によって衝突されたアイドラギヤ３５は、衝突エネルギの一部を負荷ギヤ６３に与えて、衝突エネルギを分散させる。その結果、据え切り時の操舵部材２の反転操作のときの振動、騒音の発生を未然に防止することができる。
【００３２】
次いで、図５は本発明の別の実施の形態を示している。図５を参照して、本実施の形態が図３の実施の形態と主に異なるのは、一対の負荷ギヤ６３Ａ，６３Ｂを設け、それら一対の負荷ギヤ６３Ａ，６３Ｂが、駆動ギヤ６３の回転中心Ｃ１およびアイドラギヤ３５の回転中心Ｃ２を含む平面Ｐ１を挟んで、互いに対称な位置に配置されている点にある。
本実施の形態によれば、据え切りの際に操舵部材２を反転させた直後は、例えば図５において実線矢符に示すように、ラック軸１０からの逆入力に伴う被動ギヤ３４の回転に従動してアイドラギヤ３５が回転し、そのアイドラギヤ３５に従動して負荷ギヤが回転している。このとき、操舵部材２の操作に対して応答遅れのある電動モータ２３は、未だ起動されておらず、したがって、駆動ギヤ３３は停止している。
【００３３】
その後、電動モータ２３の起動に伴って、例えば図５において破線矢符に示すように、回転を開始した駆動ギヤ３３の歯が、アイドラギヤ３５の歯を追いかけてアイドラギヤ３５の歯に衝突する。このとき、駆動ギヤ３３によって衝突されたアイドラギヤ３５が、衝突エネルギの一部を一対の負荷ギヤ６３Ａ，６３Ｂに与えることができ、衝突エネルギをアイドラギヤ３５および一対の負荷ギヤ６３Ａ，６３Ｂの３つのギヤで分散させることができる。
【００３４】
したがって、据え切り時の操舵部材２の反転操作のときの、振動、騒音の発生をより確実に防止することができる。特に、アイドラギヤ３５に対する一対の負荷ギヤ６３Ａ，６３Ｂの噛み合い領域Ａ１，Ａ２が、アイドラギヤ３５および駆動ギヤ３３の噛み合い領域Ａ３を挟んで互いに対称な位置に配置されるので、アイドラギヤ３５に対する振動発生防止効果が高い。
【００３５】
本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、アイドラギヤ３５に噛み合う３つ以上の負荷ギヤを設けるようにしてもよい。その他、本発明の特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】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２】図１の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。
【図３】減速機構の各ギヤおよび負荷ギヤの位置関係を示す模式的側面図である。
【図４】負荷ギヤの支持構造の部分断面側面図である。
【図５】本発明の別の実施の形態において、減速機構の各ギヤおよび負荷ギヤの位置関係を示す模式的側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
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、７…ピニオン軸、１０…ラック軸（転舵軸）、１１…操舵機構、２３…電動モータ、２４…減速機構（平行軸歯車機構）、２５…ボールねじ機構（運動変換機構）、２９…アイドラギヤ支軸、３１…ボールナット（回転筒）、３３…駆動ギヤ、３４…被動ギヤ、３５…アイドラギヤ、６３；６３Ａ，６３Ｂ…負荷ギヤ、Ｃ１…（駆動ギヤの）回転中心、Ｃ２…（アイドラギヤの）回転中心、Ｐ１…駆動ギヤの回転中心およびアイドラギヤの回転中心を含む平面、Ｘ１…（転舵軸の）軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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