(57)【要約】    【課題】バックラッシの増大やこれに伴う騒音の発生を確実に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。    【解決手段】ウォーム軸１８の第２の端部１８ｂを支持する第２の軸受２３と第２の軸受２３を保持する軸受ハウジング２９とで軸受ユニット３１を構成する。軸受ユニット３１をハウジング１７ａの支持孔３２に、ウォーム軸１８およびウォームホイール１９の中心間距離Ｄ１を長短する方向Ｘ１，Ｘ２に偏倚可能に支持する。付勢部材３３による付勢力を駆動部材３４を介して軸受ユニット３１に与え、上記中心間距離Ｄ１が短くなる方向Ｘ２の分力と、ウォーム軸１８の第１軸方向Ｙ１の分力とを得る。【選択図】  図２
2006027321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助用の電動モータの動力を、ウォーム軸およびウォームホイールを含む伝動装置を介して操舵機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、
上記ウォーム軸の一端を回転自在に支持し、ウォーム軸とウォームホイールの中心間距離を長短する方向に偏倚可能な軸受部材と、
ウォーム軸の軸方向に平行な方向に移動自在にハウジングによって保持された駆動部材と、
駆動部材と軸受部材を互いに係合させる係合手段と、
駆動部材および軸受部材を介してウォーム軸を軸方向に付勢する付勢部材とを備え、
上記係合手段は、駆動部材および軸受部材にそれぞれ設けられて互いに係合し、軸受部材の回転を規制する断面Ｖ字形形状の凸条および凹条を含み、
凸条および凹条は、付勢部材の付勢力の一部をウォーム軸を上記中心間距離を短くする方向に付勢する力に変換するために互いに係合するカム面をそれぞれ含む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。
【背景技術】
【０００２】
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。
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、例えば悪路を走行した場合、路面からの逆入力によりバックラッシに起因した歯打ち音（ラトル音）が発生することがある。
【０００３】
歯打ち音が発生しないようにするためには、各部品の加工精度の範囲内でウォーム軸とウォームホイールとの間に生ずるバックラッシ量を厳密に調整しておく必要がある。従来、ウォーム軸およびウォームホイールを組み付けるときに、各部品を寸法精度のばらつき度合いに応じて選別し、互いの組合せ精度が適正になるもの同士を組み合わせるようにしている（いわゆるマッチング組立）が、この作業に非常に手間がかかり、製造コストが高くなっていた。
【０００４】
また、マッチング組立により初期にはバックラッシが適切な範囲に設定されていたとしても、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。
そこで、ウォーム軸をウォームホイールに向けて偏倚可能とし、ウォーム軸の径方向に沿って延在する付勢部材によってウォーム軸をその偏倚方向である径方向へ付勢することにより、バックラッシの増大を抑制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）。
【０００５】
しかし、付勢手段をウォーム軸の径方向に沿って配置しなければならない関係上、装置が大型になるという問題がある。
そこで、ウォーム軸を軸方向に付勢する付勢部材の付勢力の一部を、ウォーム軸をウォームホイール側に付勢する力に変換するカム機構を設けた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２）。
【特許文献１】特開２０００−４３７３９号公報
【特許文献２】特開２００２−１４５０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、カム機構の部分で新たにガタを生じて騒音発生の原因となったり、バックラッシ抑制のためのスムーズな作動ができないおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、バックラッシの増大やこれに伴う騒音の発生を確実に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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、操舵補助用の電動モータの動力を、ウォーム軸およびウォームホイールを含む伝動装置を介して操舵機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記ウォーム軸の一端を回転自在に支持し、ウォーム軸とウォームホイールの中心間距離を長短する方向に偏倚可能な軸受部材と、ウォーム軸の軸方向に平行な方向に移動自在にハウジングによって保持された駆動部材と、駆動部材と軸受部材を互いに係合させる係合手段と、駆動部材および軸受部材を介してウォーム軸を軸方向に付勢する付勢部材とを備え、上記係合手段は、駆動部材および軸受部材にそれぞれ設けられて互いに係合し、軸受部材の回転を規制する断面Ｖ字形形状の凸条および凹条を含み、凸条および凹条は、付勢部材の付勢力の一部をウォーム軸を上記中心間距離を短くする方向に付勢する力に変換するために互いに係合するカム面をそれぞれ含むことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明では、ウォーム軸及びウォームホイールの歯の摩耗により各部品間の寸法誤差が増大しても、これをウォーム軸をウォームホイール側へ偏倚させることにより、吸収することができ、その結果、バックラッシの増大を抑制して騒音を低減することができる。
また、ウォーム軸の軸方向にも付勢力が付与されているので、ウォーム軸を支持する軸受にも軸方向予圧を与えることができ、軸受隙間に起因する作動音の発生も抑制することができる。
【０００９】
さらに、駆動部材と軸受部材を係合させるための凸条と凹条の断面がＶ字形をなすので、互いのカム面間に隙間が生じたりせず、がたつき音の発生を抑制できる。しかも、駆動部材と軸受部材をスムーズに相対移動させることができ、バックラッシの抑制を確実に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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、本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。
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、ラックアンドピニオン機構からなる操舵機構Ａが構成されている。
【００１１】
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。
【００１２】
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（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。
【００１３】
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のロアーシャフト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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、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、それぞれ内輪２４，２５および外輪２６，２７を有する例えば玉軸受からなる。
【００１６】
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の軸受２２の外輪２６は、減速機１７のハウジング１７ａの軸受保持孔２８に回転不能に保持されている。
【００１７】
一方、第２の軸受２３の外輪２７は、軸受ハウジング２９に設けられた軸受保持孔３０に相対回転不能に且つ軸方向相対移動不能に保持されている。第２の軸受２３と軸受ハウジング２９とで、軸受部材としての軸受ユニット３１が構成されている。
軸受部材としての軸受ユニット３１は、ハウジング１７ａに設けられた支持孔３２に保持されている。この支持孔３２は、軸受ユニット３１を、ウォーム軸１８とウォームホイール１９の中心間距離Ｄ１（ウォーム軸１８の回転中心Ｃ１とウォームホイールの回転中心Ｃ２との距離に相当）が長短する方向Ｘ１，Ｘ２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いる。
【００１８】
また、上記の軸受ユニット３１は、例えば圧縮コイルばねからなる付勢部材３３による付勢力を駆動部材３４を介して受け、ウォーム軸１８の第１軸方向Ｙ１（電動モータ１６側）および上記中心間距離Ｄ１が短くなる方向Ｘ２に付勢されるようになっている。
図２のIII −III 線に沿う断面図である図３を参照して、軸受ユニット３１を支持する支持孔３２の内周の一部に、凹所３５が設けられおり、この凹所３５に駆動部材３４が収容されている。また、軸受ユニット３１の軸受ハウジング２９の外周の一部に突部３６が形成されて、駆動部材３４に対向するように凹所３５内に進出している。
【００１９】
図３およびバックラッシ調整機構の分解断面図である図４を参照して、駆動部材３４は、凹所３５の底面３５ａと対向する第１の面３４ａと、軸受ハウジング２９の突部３６に対向する第２の面３４ｂとを有している。
駆動部材３４の第１の面３４ａには、断面Ｖ字形形状をなす凸条３７が、ウォーム軸１８の軸方向Ｙ１，Ｙ２と平行に延びるように形成されており、凹所３５の底面３５ａには、上記凸条３７と係合する断面Ｖ字形形状をなす凹条３８が、上記軸方向Ｙ１，Ｙ２と平行に延びるように形成されている。凸条３７と凹条３８の係合により、駆動部材３４は、ウォーム軸１８の軸方向Ｙ１，Ｙ２と平行な方向への移動のみを許容されている。
【００２０】
凹条３８を駆動部材３４に設け、凸条３７を凹所３５の底面３５ａに設けるようにしてもよい。また、凸条３７と凹条３８がそれぞれ複数設けられて、くし状をなしていてもよい。
図４に示すように、付勢部材３３は、ハウジング１７ａの端壁１７ｂと、これに対向する駆動部材３４の端面３４ｃとの間に介在し、駆動部材３４をウォーム軸１８の軸方向Ｙ１，Ｙ２と平行な方向に付勢する。
【００２１】
駆動部材３４の第２の面３４ｂは、ウォーム軸１８の軸方向Ｙ１，Ｙ２に対して傾斜する傾斜面からなる一方、軸受ハウジング２９の突部３６は上記第２の面３４ｂに対向する傾斜面３６ａを有している。
そして、図３および図４を参照して、突部３６の傾斜面３６ａには、断面Ｖ字形形状をなす凸条３９が形成され、駆動部材３４の傾斜状の第２の面３４ｂには、上記凸条３９と互いに摺動可能に係合する断面Ｖ字形形状をなす凹条４０が形成されている。凸条３９と凹条４０の係合により、軸受ユニット３１の周方向の回転が規制されている。突部３６の傾斜面３６ａに凹条４０を設け、駆動部材３４の第２の面３４ｂに凸条３９を設けるようにしてもよい。
【００２２】
また、凸条３９および凹条４０は、ウォーム軸１８の回転中心Ｃ１を含む平面Ｐに沿って延びるとともに、ウォーム軸１８の軸方向に対して斜めに傾斜するように設けられている。
また、図３を参照して、断面Ｖ字形形状をなす凸条３９の一対の斜面によってカム面３９ａが構成されており、同じく断面Ｖ字形形状をなす凹条４０の一対の斜面によってカム面４０ａが構成されている。カム面３９ａおよびカム面４０ａは互いに係合することにより、付勢部材３３の付勢力の一部をウォーム軸１８を上記中心間距離Ｄ１を短くする方向Ｘ２に付勢する力に変換する。
【００２３】
すなわち、図４を参照して、駆動部材３４から軸受ハウジング２９に対してウォーム軸１８の軸方向Ｙ１，Ｙ２に対して傾斜する方向に付勢力Ｆが働き、その分力Ｆ１がウォーム軸１８を上記中心間距離Ｄ１を短くする方向Ｘ２に付勢する力に相当し、その分力Ｆ２がウォーム軸１８を第１軸方向Ｙ１に付勢する力に相当する。
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４７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４８によって、ハウジング１７ａの位置決め段部１７ｃに押し当てられて軸方向に位置決めされている。
【００２４】
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。
【００２５】
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および図６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。複数の係合腕４５は主体部４４の周方向Ｚに等間隔で配置される。各係合腕４５はそれぞれ周方向Ｚに対向する一対の動力伝達面４６を有している。
【００２６】
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は、それぞれ対応する主体部５１，５２の周方向に等間隔に配置されている。
【００２７】
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の対応する係合腕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。
【００２８】
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４５ｂへの動力伝達面５７，５８をそれぞれ含む。係合腕４５は第１および第２の係合部材４１，４２間に軸方向に締め代を持って挟持されており、その弾性反発力によって、ウォーム軸１８を第２軸方向Ｙ２に弾性的に付勢している。
本実施の形態によれば、ウォーム軸１８及びウォームホイール１９の歯の摩耗等により各部品間の寸法誤差が増大しても、これをウォーム軸１８をウォームホイール１９側へ偏倚させることにより自動的に吸収できるので、バックラッシの増大を抑制して、騒音を低減することができる。
【００２９】
また、ウォーム軸１８の第１軸方向Ｙ１にも付勢力が付与されているので、ウォーム軸１８を支持する第１の軸受２２にも軸方向予圧を与えることができ、軸受隙間に起因する作動音の発生も抑制することができる。
さらに、駆動部材３４と軸受ユニット３１の軸受ハウジング２９を係合させるための凸条３９と凹条４０の断面がＶ字形をなすので、互いのカム面３９ａ，４０ａ間に隙間が生じたりせず、がたつき音の発生を抑制できる。しかも、駆動部材３４と軸受ユニット３１をスムーズに相対移動させることができ、バックラッシの抑制を確実に達成することができる。
【００３０】
また、付勢部材３３をウォーム軸１８の軸方向に沿ってレイアウトできるので、電動パワーステアリング装置１を小型にすることができる。
特に、ウォーム軸１８が鉄製であってウォームホイール１９が合成樹脂製である場合にバックラッシの増減に伴う不具合を解消するのに顕著な効果を発揮できる。すなわち、合成樹脂製のウォームホイール１９は、歯打ち音自体が生じ難いという利点や、摩耗粉がギヤの噛み合い部に進入しても容易に回転できるという利点があるものの、鉄製のウォーム軸１８と組み合わされた場合に、摩耗や温度収縮によりバックラッシが増大する方向へと寸法減少することが予想される。しかしながら、本実施の形態では、ウォームホイールの寸法変化に拘らず、バックラッシの増大を抑制することができるわけである。
【００３１】
逆に、合成樹脂製のウォームホイール１９が温度膨張や膨潤により寸法増加し、バックラッシが極端に減少してウォームホイール１９の回転抵抗が増大し、トルク伝達効率が悪くなることも予想される。しかしながら、本実施の形態では、バックラッシの極端な減少を防止できるので、抵抗トルクが増大することを防止することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば動力伝達継手２１の弾性部材４３による付勢に代えて、圧縮コイルばねその他の弾性体を用いてウォーム軸１８を第２軸方向Ｙ２に付勢するようにしてもよい。また、付勢部材３３として、引っ張りコイルばねを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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】電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【図３】図２のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】バックラッシを調整する機構の分解断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】動力伝達継手の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
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
Ａ    ラックアンドピニオン機構（操舵機構）
１６  電動モータ
１７  減速機（伝動装置）
１７ａ  ハウジング
１８  ウォーム軸
１８ｂ  第２の端部（一端）
１９  ウォームホイール
Ｃ１，Ｃ２  回転中心
Ｄ１  中心間距離
Ｘ２  中心間距離が短くなる方向
Ｆ１  分力
Ｆ２  分力
２０  出力軸
２１  動力伝達継手
２３  第２の軸受
２７  外輪
２９  軸受ハウジング
３０  軸受保持孔
３１  軸受ユニット（軸受部材）
３２  支持孔
３３  付勢部材
３４  駆動部材
３４ａ  第１の面
３４ｂ  第２の面
３４ｃ  端面
３５  凹所
３５ａ  底面
３６  突部
３６ａ  傾斜面
３７  凸条
３８  凹条
３９  凸条（係合手段）
４０  凹条（係合手段）
３９ａ，４０ａ  カム面
４１  第１の係合部材
４２  第２の係合部材
４３  弾性部材
４５  係合腕
【図１】
2006027321.tif 000003
【図２】
2006027321.tif 000004
【図３】
2006027321.tif 000005
【図４】
2006027321.tif 000006
【図５】
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【図６】
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