(57)【要約】【課題】伝達効率が高く、しかもラトル音に由来する騒音の発生する懸念のない電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】減速機は電動モータ３の動力を所定の伝達動力を保って出力軸２に伝える伝達機構４を有する。この伝達機構４は初段減速部５と２段減速部６とを備える。初段減速部５は第１プーリ７と第２プーリ８と第１歯付きベルト９とから構成される。２段減速部６は第３プーリ１０と第４プーリ１１と第２歯付きベルト１２とから構成される。伝達機構４においてすべり摩擦が僅かしか発生しないので、伝達効率を向上することができる。伝達機構４にギヤかみ合い部が存在しないので、ラトル音が発生しない。【選択図】図１
2006027580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸を介してステアリングシャフトと連結される出力軸と、前記出力軸に操舵補助力を付与する動力を発生する電動モータと、前記電動モータの動力を所定の伝達動力を保って前記出力軸に伝える減速機とを備え、前記減速機がかみ合い歯を備えたプーリと歯付きベルトとによる伝達機構で構成される電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記伝達機構が複数段にわたる減速部を備える請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記複数段の減速部のうち、初段のみ歯車減速機で構成した請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記複数段の減速部が中間点で折り返して形成される請求項２または３記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記中間点の折り返し角度が９０°以下である請求項４記載の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の動力を出力軸に伝える減速機の伝達効率が高く、さらに減速機からラトル音が発生する懸念を取り除くようにした電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータによる操舵補助力をステアリング装置に伝える電動パワーステアリング装置は今日主流のパワーステアリング装置である。この典型的形式はコラムアシスト式電動パワーステアリング装置と呼ばれるもので、電動モータは車室内のステアリングシャフト上に配置される。通常、この形式のパワーステアリング装置では高速で回転する電動モータの速度を操舵に適する比較的遅い速度に落とすために電動モータとステアリングシャフトとの間に減速装置を介在させる必要がある。
【０００３】
この目的に使用可能な減速装置は歯車式減速機、ウォーム減速機、摩擦式減速機などであるが、減速比が大きく、取付け箇所が狭隘なことから、これらの減速機のうちの限られた減速機しか搭載することができない。ウォーム減速機は大きい減速比が容易に得られ、しかも装置が比較的小形であるという特徴を有することで、実車に最も多く搭載される装置である。このウォーム減速機については、たとえば、特開２００３−１５４９４５号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００４】
また、摩擦式減速機は、たとえば、入力軸と同心で先細テーパ状の小径テーパローラの外周面と、出力軸と同心でテーパ状の大径テーパローラの外周面とを摩擦係合させるものが知られている。この摩擦式減速機については、たとえば特開平６−２８８４５３号および特開平７−１３９５９８号公報（特許文献２および特許文献３）に記載されている。
【０００５】
しかしながら、上記の長所がある反面、ウォーム減速機はウォームギヤとウォームホイールとのかみ合い部ですべりが生じ易く、伝達効率が低くなる難点がある。
【０００６】
さらに、ウォーム減速機を搭載したものでは主にバックラッシュに起因してギヤかみ合い部でラトル音（歯打ち音）が発生する。これは石畳路などの悪路走行中に路面からの逆入力でステアリングシャフトが加振され、振動がギヤかみ合い部に伝播することで生じる。この騒音を断つのに有効な手段として出力軸を支承する軸受を収めたハウジングと車室内に延びるコラムジャケットとの嵌合部に振動伝播を抑制する弾性部材を介装するものがある（特許文献４参照）。
【０００７】
一方、摩擦式減速機はウォーム減速機のようなギヤかみ合い部を持たないことから、悪路走行中に路面からの逆入力によってギヤかみ合い部でラトル音が発生しないなどの長所を有する。しかしながら、摩擦式減速機は摩擦係合部ですべり（スピン）を生じ易く、伝達効率が低いという難点がある。
【特許文献１】特開２００３−１５４９４５号公報  （３−４頁、図１）
【特許文献２】特開平６−２８８４５３号公報  （６−７頁、図１）
【特許文献３】特開平７−１３９５９８号公報  （３頁、図１）
【特許文献４】特開２００３−３４２５８号公報  （２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ウォーム減速機においてさらに一段と伝達効率を向上させるにはギヤかみ合い部での摩擦抵抗を減少する必要がある。たとえば、９５％の伝達効率を目指すとすれば、進み角２０°と仮定した場合、計算で得られるみかけ上の摩擦係数が０．０２以下という、摩擦係数の小さいウォームギヤを得る必要がある。すなわち、伝達効率を高めたウォームギヤを得ようとすれば、現状の技術水準から判断して一段と高いバーを超えなければならず、ウォームギヤが量産品であること考えると、現実にはこうした高い伝達効率を達成することは不可能である。
【０００９】
一方、ウォーム減速機の場合、ギヤかみ合い部で発生するラトル音に由来する騒音を断とうとすれば、バックラッシュをさらに制限する対策を考慮しなければならない。しかしながら、これまで以上にバックラッシュを詰めたとき、ギヤかみ合い部で摩擦の増大を招くことが避けられず、伝達効率を向上するのに得策とならない。
【００１０】
本発明の目的は減速機の伝達効率が高く、しかもラトル音に由来する騒音の発生する懸念のない電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は入力軸を介してステアリングシャフトと連結される出力軸と、出力軸に操舵補助力を付与する動力を発生する電動モータと、電動モータの動力を所定の伝達動力を保って出力軸に伝える減速機とを備え、減速機がかみ合い歯を備えたプーリと歯付きベルトとによる伝達機構で構成されるものである。
【００１２】
本発明では減速機がかみ合い歯を備えたプーリと歯付きベルトとによる伝達機構で構成される。プーリの歯と歯付きベルトの歯とがかみ合って回転する伝達機構ではすべりが発生しにくく、すべりながらかみ合い回転を行うウォーム減速機のようなすべり摩擦が発生しない。これにより、減速機の伝達効率を大きく向上することができる。
【００１３】
一方、ウォーム減速機を搭載したとき、石畳路などの悪路を走行中に逆入力でラトル音が発生する。しかし、かみ合い歯を備えたプーリと歯付きベルトとによる伝達機構にはギヤかみ合い部が存在しないので、車室内にラトル音が伝播しない。これにより、ラトル音に由来する騒音を断ち切ることができる。
【００１４】
本発明の望ましい態様は伝達機構が複数段にわたる減速部を備える。各減速部は同形式の１組のプーリと歯付きベルトとよる減速手段で構成され、各段でそれぞれの減速比で速度を落としつつ、操舵に適した速度を得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明による電動パワーステアリング装置について図面を参照して説明する。図１において、本実施の形態のコラムアシスト式電動パワーステアリング装置はステアリングホイールからの操舵力を伝えるステアリングシャフト（いずれも図示せず）と連結される入力軸１を備える。また、図示しないラックアンドピニオン機構のようなステアリング装置と連結される出力軸２を備える。入力軸１と出力軸２とは同軸上で連結されており、内部に両軸の軸心に沿って配置される、操舵力に応じたねじれを生じるトーションバー（図示せず）を有する。
【００１６】
さらに、電動パワーステアリング装置は操舵ホイールに舵角を与える際に出力軸２に操舵補助力を付与する動力を発生する電動モータ３を有する。
【００１７】
本実施の形態の減速機はすべりのない伝達のためにかみ合い歯を備えたプーリと歯付きベルトとによる伝達機構４で構成される。この伝達機構４は後に説明される固有の減速比を有する初段減速部５と２段減速部６とを備える。初段減速部５は第1プーリ７と第2プーリ８と第１歯付きベルト９とからなる。また、２段減速部６は第３プーリ１０と第４プーリ１１と第２歯付きベルト１２とからなる。
【００１８】
第１プーリ７は電動モータ３の主軸に設けられる。この第１プーリ７の外周には歯が刻設される。また、軸孔にはスプラインが刻設されており、電動モータ３の主軸に刻設されたスプライン軸と嵌合している。第２プーリ８は従動軸１３に設けられる。この第２プーリ８の外周には歯が刻設される。また、軸孔にはスプラインが刻設されており、従動軸１３に刻設されたスプライン軸と嵌合している。この第１プーリ７と第２プーリ８とにわたって第１歯付きベルト９が掛けられる。
【００１９】
また、第３プーリ１０は従動軸１３に設けられる。この第３プーリ１０の外周には歯が刻設される。また、軸孔にはスプラインが刻設され、従動軸１３に刻設されたスプライン軸と嵌合している。第４プーリ１１は出力軸２に設けられる。この第４プーリ１１の外周には歯が刻設される。また、軸孔にはスプラインが刻設され、出力軸２に刻設されたスプライン軸と嵌合している。この第３プーリ１０と第４プーリ１１とにわたって第２歯付きベルト１２が掛けられる。
【００２０】
第１プーリ７と第２プーリ８とを詳細図によってより詳しく説明する。図２において、第１プーリ７は外径２９ｍｍ、有効径２５．４６ｍｍ、有効幅１５ｍｍの値を有する歯付きベルト用プーリである。歯のピッチは５ｍｍで、歯数は１６である。軸孔に刻まれたスプラインの有効径は１４．５ｍｍである。
【００２１】
また、第２プーリ８は外径１１４ｍｍ、有効径１０９．８２ｍｍ、有効幅１５ｍｍの値を有する歯付きベルト用プーリである。歯のピッチは５ｍｍで、歯数は６９である。軸孔に刻まれたスプラインの有効径は１７ｍｍである。この初段減速部５の減速比は４．３１３である。
【００２２】
なお、第１プーリ７は全体が軽量材料のアルミニウム合金で作られる。第２プーリ８はアルミニウム合金製の芯材にプラスチック材料を射出成形して成形される。また、従動軸１３は軽量材料のアルミニウム合金で製作される。望ましくは、アルミニウム合金により製作するとき、密度３．５×１０3ｋｇ／ｍ2以下の材料を使用する。
【００２３】
一方、第１歯付きベルト９は全長４３０ｍｍ、幅１５ｍｍの値を有し、歯のピッチは５ｍｍで、歯数は８６である。図３に示すように、第１歯付きベルト９は背面側の背ゴム１４と、基幹要素の歯ゴム１５と、補強用芯線１６と、下布１７とを備える。背ゴム１４および歯ゴム１５は共にクロロプレンゴム製であり、芯線１６はグラスファイバからなり、下布１７はナイロン製である。この第１歯付きベルト９は、たとえば、市場でハイトルクベルト（株式会社ミスミ製品カタログ掲載名称）の呼び名で販売されるものを利用することができる。
【００２４】
本実施の形態の第１歯付きベルト９の歯形は平歯である。これは軸を支承する軸受にアキシャル荷重が負荷されないので、はすば歯付きベルトと比べて軸受損失を軽減できる利点がある。同じ理由から歯形はやまばとして形成したものを使用してもよい。
【００２５】
再び図２に戻って、第３プーリ１０と第４プーリ１１とについて詳述する。第３プーリ１０は外径３１ｍｍ、有効径２７．０６ｍｍ、有効幅２２ｍｍの値を有するフランジ形歯付きベルト用プーリである。歯のピッチは５ｍｍで、歯数は１７である。軸孔に刻まれたスプラインの有効径は１７ｍｍである。
【００２６】
第４プーリ１１は外径１２０ｍｍ、有効径１１６．１８ｍｍ、有効幅２２ｍｍの値を有するフランジ形歯付きベルト用プーリである。歯のピッチは５ｍｍで、歯数は７３である。軸孔に刻まれたスプラインの有効径は１７ｍｍである。この２段減速部６の減速比は４．２９４である。
【００２７】
なお、第３プーリ１０は全体がアルミニウム合金で作られる。第４プーリ１１はアルミニウム合金製の芯材にプラスチック材料を射出成形して成形される。望ましくは、アルミニウム合金により製作するとき、密度３．５×１０3ｋｇ／ｍ2以下の材料を使用する。
【００２８】
一方、第２歯付きベルト１２は全長４４５ｍｍ、幅２２ｍｍの値を有し、歯のピッチは５ｍｍで、歯数は８９である。第２歯付きベルト１１の歯形は平歯である。ベルト構造および各要素の材料については上述した第１歯付きベルト９と同一である。
【００２９】
この複数段にわたる減速部による総減速比は１８．５２である。
【００３０】
図２に示すように、複数段の減速部は中間点（従動軸中心と一致する）に折り返しを持つ。本実施の形態では中間点の折り返し角度、すなわち、電動モータ３の中心と従動軸１３の中心とを結ぶ直線Ｓ1と従動軸１３の中心と出力軸２の中心とを結ぶ直線Ｓ2とのなす角度θは４４°である。この角度θは減速機のコンパクト化のために大きくすべきでない。望ましくは、角度θは９０°以下である。より望ましくは、角度θは３０°から７０°の範囲内である。
【００３１】
また、従動軸１３は図２の線分Ａ−Ａ´の方向に張り側アジャスト代を持ち、第１歯付きベルト９と第２歯付きベルト１２との予張力を調整することができる。本実施の形態ではアジャスト代は張り側に３ｍｍ以上を持たせることができる。
【００３２】
このように構成した減速機においては初段減速部５の第１プーリ７および第２プーリ８の歯と第１歯付きベルト９の歯さらに２段減速部６の第３プーリ１０および第４プーリ１１の歯と第２歯付きベルト１２の歯とがかみ合って回転するので、伝達要素間ですべりが発生しにくい。ギヤ同士の回転で動力を伝達するウォーム減速機の場合は転がり接触ではあるものの、ギヤかみ合い部は転がり円周上にないので、すべりながらかみ合い回転を行う。それゆえ、ギヤかみ合い部でのすべり摩擦が大きくなればなる程、伝達効率が低下することが避けられない。伝達要素同士が歯でかみ合う本実施の形態の伝達機構４においては極僅かなすべりしか発生しないので、伝達効率を大きく向上することができる。
【００３３】
同じベルト減速機でも、Ｖベルトあるいは平ベルトなどを用いる場合、大きい伝達動力を得ようとすれば、Ｖベルトあるいは平ベルトの予張力を大きくしなければならない。しかし、ベルトの予張力を大きくすると、電動モータ３の主軸、従動軸１３および出力軸２を支承する軸受に掛かる荷重がその分大きくなり、軸受の摩擦損失が増大する。この摩擦損失の増加は伝達効率に多大な影響を与えることから、意図した伝達効率の向上に恩恵をもたらさない。
【００３４】
本実施の形態の伝達機構４においてはすべりが極めて小さいので、予張力を小さくすることが可能で、軸受摩擦損失を大きく減少することができる。これにより、減速機の伝達効率を大きく向上することが可能になる。
【００３５】
一方、ウォーム減速機を搭載したとき、石畳路などの悪路を走行中に逆入力でステアリングシャフトが加振され、ギヤかみ合い部でラトル音が発生する。本実施の形態の伝達機構４にはギヤかみ合い部が存在しないので、車室内にこうしたラトル音は伝播せず、ラトル音に由来する騒音を断つことができる。
【００３６】
さらに、ゴム材料からなる第１および第２歯付きベルト９、１２はベルト自身が高い減衰性を備えるので、悪路走行中に、たとえば、出力軸２等が加振されても、振動が他の要素に伝播しないで第１および第２歯付きベルト９、１２内で減衰する。この結果、電動モータ３の主軸には振動が伝わらず、主軸が加振されるのを防ぐことができる。
【００３７】
このように本実施の形態においては伝達機構４ですべり摩擦が発生せず、減速機の伝達効率を向上することができる。また、伝達機構４にギヤかみ合い部が存在しないので、ラトル音が発生せず、車内に伝播する騒音を断つことができる。
【００３８】
本発明の異なる実施の形態について説明する。図４に示すように、上記実施の形態と同様に、減速機はすべりのない伝達のためにかみ合い歯を備えたプーリと歯付きベルトとによる伝達機構１８で構成される。複数の減速部のうち、初段減速部１９は歯車減速機で構成される。２段減速部２０はかみ合い歯を備えたプーリと歯付きベルトとによる減速手段で構成される。初段減速部１９は第１歯車２１と第２歯車２２とからなる。また、２段減速部２０はプーリ２３とプーリ２４と歯付きベルト２５とからなる。
【００３９】
プーリ２３とプーリ２４とは上記実施の形態の第３プーリ１０と第４プーリ１１と同様なフランジ形歯付きベルト用プーリである。また、歯付きベルト２５は上記実施の形態の第２歯付きベルト１２と同様な歯付きベルトである。なお、第1歯車２１と第２歯車２２の歯形は平歯である。
【００４０】
初段減速部１９においては第1歯車２１と第2歯車２２との回転はピッチ円周上の転がり接触であるが、両者のかみ合い部は転がり円周上にないので、すべりながらかみ合い回転を行う。このすべりによって伝達効率は上記実施の形態のものと比べて幾分劣るものの、電動モータ３の動力を決められた伝達動力で出力軸２に伝えることができる。
【００４１】
一方、ラトル音については２段減速部２０がプーリ２３およびプーリ２４と歯付きベルト２５とによる減速手段であるので、先に述べたように、逆入力によって振動が歯付きベルト２５に伝播したとき、ベルト自身に備わる高い減衰性によってほぼ完全に減衰する。
【００４２】
このような伝達機構１８においては上記実施の形態と同様な働きを得ることができ、さらに初段減速部１９を歯車減速機で構成したので、減速機全体をコンパクトに構成することが可能で、電動パワーステアリング装置を小形化することができる。
【００４３】
なお、上記実施の形態ではプーリ用材料の好ましい例についてアルミニウム合金を説明したが、アルミニウム合金に代えて、同様に軽量材料であるマグネシウム合金を使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は電動モータの動力を適切な伝達動力でステアリングシャフトに伝える減速機を用いる電動パワーステアリング装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による電動パワーステアリング装置の一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示される伝達機構の詳細図である。
【図３】本発明に係る歯付きベルトの詳細を示す構成図である。
【図４】本発明の電動パワーステアリング装置の異なる実施の形態を示すもので、伝達機構の詳細図である。
【符号の説明】
【００４６】
２…  出力軸
３…  電動モータ
４、１８…  伝達機構
７…  第１プーリ
８…  第２プーリ
９…  第１歯付きベルト
１０…  第３プーリ
１１…  第４プーリ
１２…  第２歯付きベルト
【図１】
2006027580.tif 000003
【図２】
2006027580.tif 000004
【図３】
2006027580.tif 000005
【図４】
2006027580.tif 000006