(57)【要約】【課題】ウォームシャフトが片持ち構造となる電動ステアリング装置において、車両走行時の操舵フィーリングを向上させる。【解決手段】ピニオン軸４を介してステアリングホイールに接続されたウォームホイール５に、一端側が支持されず開放端となるウォームシャフト６を噛合させる。前記ウォームホイール５の周方向には、円筒状のゴムチューブが貫装されたボルト４０が収容されており、ウォームホイール５がウォームシャフト６に付勢された場合には、前記ゴムチューブが弾性変形し、歯車本体３５が径方向に移動する。【選択図】図２
2006240465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに接続された操舵軸と、
該操舵軸に結合され、外周に複数の歯部が形成されたウォームホイールと、
前記操舵軸に操舵アシストトルクを付与する電動機と、
該電動機に駆動される出力軸部と前記ウォームホイールに噛合するウォーム歯部とが一体に形成され、前記ウォーム歯部の一端側が支持されず開放端となっているウォームシャフトと、を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームホイールは、前記操舵軸と前記歯部との間に、前記歯部がウォームホイールの径方向へ移動するのを許容する弾性機構を備えた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】
ステアリングホイールに接続された操舵軸と、
該操舵軸に結合されたウォームホイールと、
前記操舵軸に操舵アシストトルクを付与する電動機と、
該電動機に駆動された出力軸部と前記ウォームホイールに噛合するウォーム歯部とが一体に形成され、前記ウォーム歯部の一端側が支持されず開放端となるウォームシャフトと、を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームホイールは、
外周に複数の歯部を有すると共に、周方向のほぼ等間隔位置に軸方向に向かって貫通する複数の貫通孔を有する円盤状の歯車本体と、
前記各貫通孔に収容された筒状の弾性部材と、
前記歯車本体の軸方向両側に配置された連結部材と、
前記各弾性部材内を挿通し、前記歯車本体を挟持しつつ前記連結部材同士を接続する接続部材と、を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記ウォーム歯部の軸方向長さを、前記ウォームホイールの直径よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１または２に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、車両走行時の操舵フィーリングを向上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。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが提案されている。
【０００３】
この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに接続された操舵軸と、該操舵軸に結合されたウォームホイールを備えており、前記ウォームホイールの回転角をウォームシャフトによって制御すると共に、前記操舵軸を介してラックバーを軸方向に移動させて車両の進行方向を変更するものである。
【０００４】
そして、この装置は、前記操舵軸に結合されたウォームホイールと、このウォームシャフトに噛合し、一端側が支持されず開放端となるウォームシャフトと、を備えており、電動機がウォームシャフトを回転させることによって前記ウォームホイールを介して前記操舵軸の回転角を制御している。前記ウォームシャフトの一端側が開放端になっていることによって、一端側を支持するための軸受などの部品が不要となり部品点数の増加を防止すると共に、前記装置を小型化できるようになっている。
【特許文献１】特開２００２−７９９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記電動パワーステアリング装置は、ウォームシャフトの一端側が開放端になっているため、例えば車両走行時に前記ウォームシャフトおよびウォームホイールに外力が加えられることによって噛合が不安定になってしまい、その結果、車両走行時の操舵フィーリングが悪化してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、前記ウォームシャフトとウォームホイールの噛合を安定させることによって、操舵フィーリングを向上できるようにした電動パワーステアリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明において、ウォームホイールは、前記操舵軸と前記歯部との間に、前記歯部がウォームホイールの径方向へ移動するのを許容する弾性機構を備えたことを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、操舵軸とウォームホイールの歯部との間に前記歯部がウォームホイールの径方向へ移動するのを許容する弾性機構を備えたことによって、例えばウォームシャフトおよびウォームホイールに対して外力が加わっても、前記弾性機構がこの外力を吸収するようになっている。また、前記歯部が径方向に移動するため、ウォームホイールに噛合するウォームシャフトが撓み変形し難くなっている。この結果、ウォームシャフトとウォームホイールの噛合が安定し、車両走行時の操舵フィーリングを向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のウォームホイールの構造を明確にしたものであって、前記ウォームホイールは、外周に複数の歯部を有すると共に、周方向のほぼ等間隔位置に軸方向に向かって貫通する複数の貫通孔を有する円盤状の歯車本体と、前記各貫通孔に収容された筒状の弾性部材と、前記歯車本体の軸方向両側に配置された連結部材と、前記各弾性部材内を挿通し、前記歯車本体を挟持しつつ前記連結部材同士を接続する接続部材と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、歯車本体に形成された貫通孔に収容した前記弾性部材が弾性変形することによって、ウォームホイールとウォームシャフトの噛合が安定するため、請求項１に記載の発明と同様に、車両走行時の操舵フィーリングを向上させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記ウォーム歯部の軸方向長さを、前記ウォームホイールの直径よりも小さく設定したことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、前記ウォーム歯部の軸方向長さをある程度小さくすることによってウォーム歯部の剛性が向上し、ウォーム歯部が撓み難くなるため、より一層ウォームホイールとウォームシャフトの噛合を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る電動ステアリング装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
前記電動パワーステアリング装置は、図１，２に示すように、一端部がステアリングホイール１に接続され、他端部がピニオンハウジング２内に収容された操舵軸３と、該操舵軸３の他端部に接続されたピニオン軸４と、該ピニオン軸４の外周に結合されたウォームホイール５と、該ウォームホイール５と噛合するウォームシャフト６と、該ウォームシャフト６および前記ウォームホイール５を介して操舵軸３に操舵アシストトルクを付与する電動機７と、前記操舵軸３の外周部に設けられ、操舵軸３の回転角を検出するセンサ８と、該センサ８の出力信号に基づき前記電動機７を制御する制御回路９と、をそれぞれ備えている。
【００１５】
そして、前記ピニオンハウジング２の下部で、かつ車幅方向に設けられたラックハウジング１２内にラックバー１３が収容配置されている。
【００１６】
前記ラックバー１３の両端部には、ナックルアーム１４を介して左右前輪ＦＬ，ＦＲがそれぞれ連結されていると共に、前記ラックバー１３は、ラックハウジング１２内でピニオン軸４とヘリカル歯車のように噛合し、前記操舵軸３が回転することにより軸方向に移動するようになっている。
【００１７】
前記電動機７は、図２に示すように、前記ウォームシャフト６の外周部に固定された円筒形状のロータ１６と、該ロータ１６を励磁することによって回転させる円環状のステータ１７と、前記ウォームシャフト６の回転に伴いウォームシャフト６の回転量を検出する回転角検出手段である円環状の回転角センサ１８と、を備え、それぞれが前記ピニオンハウジング２に固着されたモータハウジング１５に収容されている。また、前記ステータ１７の内周側には、巻線状のコイル部２０が設けられている。
【００１８】
前記ウォームシャフト６は、前記電動機７に駆動され、両端部が軸受２２，２３によって回転自在に支持されている出力軸部２４と、該出力軸部２４と一体に形成され、前記ウォームホイール５と噛合するウォーム歯部２５から構成されている。
【００１９】
前記出力軸部２４は、前記ウォーム歯部２５側となる一端側が、前記軸受２２に回転支持されている一方、前記ウォーム歯部２５とは反対側となる出力軸部２４の他端側が、前記軸受２３に回転支持されている。
【００２０】
前記軸受２２よりもウォーム歯部２５側となる位置に、ウォーム歯部２５に向かって縮径しウォーム歯部２５の直径とほぼ同径となるテーパ部２６が形成され、前記軸受２３よりも先端部となる位置に、前記出力軸部２４およびウォーム歯部２５よりも直径が小さい縮径部２７が一体に形成されている。そして、前記出力軸部２４の直径は、前記ウォーム歯部２５の直径よりも大きく設定されている。
【００２１】
前記ウォーム歯部２５は、先端側が支持されておらず開放端となっていて、前記ウォームシャフト６は、いわゆる片持ち支持構造になっていると共に、前記ウォーム歯部２５の軸方向長さは、前記ウォームホイール５の直径よりも小さく、かつ前記出力軸部２４の軸方向長さよりも小さく設定されている。
【００２２】
前記ロータ１６は、外周側がマグネットロータ３０になっており、該マグネットロータ３０が、前記ステータ１７のコイル部２０から励磁されることによって回転するようになっている。
【００２３】
前記回転角センサ１８は、前記縮径部２７の外周に固着され、ウォームシャフト６と共に回転する円環状の被検出部３１と、該被検出部３１を包囲するようにしてモータハウジング１５に固定され、前記被検出部３１の回転角を検出する円環状のセンサコイル部３２から構成されている。
【００２４】
前記制御回路９は、前記ピニオンハウジング２内に収容された制御基板３３と、前記モータハウジング１５内に収容された図外のリレーおよびコンデンサなどから構成されており、前記センサ８からの出力信号を制御基板３３が演算することによって前記ウォームシャフト６の回転角が制御されるようになっている。
【００２５】
前記ウォームホイール５は、図３，図４に示すように、複数の貫通孔であるボルト孔３４が形成された円盤状の歯車本体３５と、前記各ボルト孔３４に収容された円筒状の弾性部材であるゴムチューブ３６と、前記歯車本体３５の軸方向両側にこの歯車本体３５を挟持するように配置された連結部材である第１，２フランジ３７，３８と、前記各ゴムチューブ３６内を挿通し、前記第１，２フランジ３７，３８同士を接続する接続部材であるボルト４０，４１とをそれぞれ備えている。なお、前記歯車本体３５と、ゴムチューブ３６と第１，２フランジ３７，３８と、ボルト４０，４１とによって弾性機構が構成されている。
【００２６】
前記歯車本体３５は、例えば樹脂によって形成され、周方向のほぼ等間隔位置に軸方向に向かって貫通する八つのボルト孔３４が形成されていると共に、外周にはホイール歯部５ａが形成されている。そして、中央には前記操舵軸３が挿通される歯車中央孔４３が形成されている。
【００２７】
前記第１フランジ３７は、円盤状に形成され、この中央に前記操舵軸３が挿通される中央孔４５が形成されている。そして、前記第１フランジ３７の周方向のほぼ等間隔位置には、軸方向に貫通するボルト挿通孔４６がそれぞれ四つずつ形成されている共に、同じく周方向のほぼ等間隔位置に前記各ボルト４１に締結されるナット部４７が同じく四つずつ形成されている。つまり、ボルト挿通孔４６とナット部４７はそれぞれほぼ等間隔位置に交互に形成されている。
【００２８】
一方、第２フランジ３８は、前記第１フランジ３７とほぼ同径の円盤部５０と、この円盤部５０の中央部に前記操舵軸３が挿通される中央孔５１が形成された筒状部５２とを一体に有している。そして、前記円盤部５０の周方向のほぼ等間隔位置には、軸方向に向かって貫通するボルト挿通孔５３がそれぞれ四つずつ形成される共に、同じく周方向のほぼ等間隔位置にボルト４０に締結されるナット部５４が四つずつ形成されている。
【００２９】
前記筒状部５２は、先端に小径部５２ａが形成されて、筒状部５２の外径が前記歯車中央孔４３の内径よりも若干小さく形成されている一方、前記小径部５２ａの外径が第１フランジ３７の中央孔４５の内径とほぼ同一の大きさに形成されている。この結果、筒状部５２の外周面と歯車中央孔４３の内周面との間には隙間Ｌ１が形成されると共に、小径部５２ａが中央孔４５の周縁部に当接している。
【００３０】
前記各ボルト４０，４１には、それぞれの軸部５６，５７の先端部にねじ部５６ａ，５７ａが形成されていると共に、ねじ頭近傍には軸部５６，５７よりも大径な拡径部５６ｂ，５７ｂが形成されている。
【００３１】
なお、前記ボルト４０，４１はそれぞれほぼ同型に形成されたものであるので、以下、ボルト４０の構造についてのみ説明する。
【００３２】
前記拡径部５６ｂの外径は、前記歯車本体３５のボルト孔３４の内径よりも小さく、かつ前記第１フランジ３７のボルト挿通孔４６の内径とほぼ同じ大きさに形成されている。この結果、前記拡径部５６ｂの外周面と前記ボルト孔３４の内周面との間には隙間Ｌ２が形成されると共に、前記拡径部５６ｂの外周面はボルト挿通孔４６の内周面に当接している。
【００３３】
そして、前記各ボルト４０の先端部に形成されたねじ部５６ａが前記各ナット部５４に締結されるため、前記歯車本体３５が、前記第１，２フランジ３７，３８によって挟持状態に保持されている。
【００３４】
前記各ゴムチューブ３６は、前記各ボルト４０の軸部５６に密着するようにして貫装され、前記ボルト４０を前記ナット部５４に締結する際には、ボルト４０と共に回転するようになっている。そして、前記各ゴムチューブ３６の軸方向長さは、前記歯車本体３５の軸方向長さよりも小さく形成されていると共に、各ゴムチューブ３６の外径は、ボルト４０の拡径部５６ｂの外径よりも大きく設定され、前記ボルト孔３４の内周面に当接している。
【００３５】
以下、本実施の形態の電動パワーステアリング装置における操舵時の作用について述べる。
【００３６】
前記ステアリングホイール１を操舵した際には、図１，図２に示すように、前記ステアリングホイール１に接続された操舵軸３が回転すると共に、前記センサ８が操舵軸３の回転角を検出し、そのデータが出力信号として制御回路９に送信される。このセンサ８の出力信号に基づき、前記制御回路９が前記電動機７の出力トルクを制御すると共に、前記ウォームシャフト６の回転量が制御される。
【００３７】
そして、前記縮径部２７に設けられた回転角センサ１８がウォームシャフト６の回転量を検出し、この検出されたウォームシャフト６の回転量のデータおよび操舵軸３の回転角のデータが、出力信号として前記制御回路９に送信される。
【００３８】
この出力信号によって前記制御回路９が、前記第電動機７のアシスト量を制御、すなわち前記ウォームシャフト６の回転量を連続的に制御し、このウォームシャフト６に噛合している前記ウォームホイール５の回転角も制御される。
【００３９】
ここで、前述したように、前記ウォームホイール５の歯車本体３５には周方向にボルト孔３４が形成され、このボルト孔３４に前記ゴムチューブ３６が収容されている。
【００４０】
前記第２フランジ３８の筒状部５２と歯車本体３５の歯車中央孔４３、および前記ボルト４０の拡径部５６ｂと歯車本体３５のボルト孔３４との間には、図４に示すように、全周に渡ってそれぞれ隙間Ｌ１，Ｌ２が形成され、前記ウォームシャフト６からの力により前記歯車中央孔４３の内周面が前記筒状部５２側に付勢されても、前記ボルト孔３４の内周面が前記ゴムチューブ３６の外周面に圧接し、ゴムチューブ３６は確実に弾性効果を発揮することができる。
【００４１】
また、前記ゴムチューブ３６が、前記歯車本体３５の周方向のほぼ等間隔位置に設けられているため、前記ウォームホイール５がいずれの方向から付勢されても、ゴムチューブ３６は同様の弾性効果を発揮することができる。
【００４２】
このように、前記歯車本体３５のボルト孔３４にゴムチューブ３６が収容されていることによって、前記ウォームホイール５が前記ウォームシャフト６に対して径方向に移動し易くなり、前記ホイール歯部５ａとウォーム歯部２５の噛合が安定するため、車両走行時の操舵フィーリングを向上させることができる。
【００４３】
また、前記ウォーム歯部２５の軸方向長さが、前記ウォームホイール５の直径および出力軸部２４の軸方向長さよりも小さく設定されていることによって、ウォーム歯部２５の剛性が向上する。その結果、前記ウォーム歯部の撓み量を小さくすることが可能となるため、ウォーム歯部２５とホイール歯部５ａの噛合をより一層安定させることができる。
【００４４】
加えて、前記出力軸部２４の直径が、前記ウォーム歯部２５の直径よりも大きく設定されたことによって、前記軸受２２，２３に支持されている出力軸部２４の剛性が向上するため、より安定してウォームシャフト６を回転支持することができる。
【００４５】
前記ウォーム歯部２５とは反対側となる出力軸部２４の他端側に縮径部２７が形成され、この縮径部２７に前記被検出部３１を固定するようにしたので、被検出部３１を小型化することが可能となる。その結果、回転駆動されるウォームシャフト６の慣性モーメントを小さくすることができるため、ウォームシャフト６の回転角の精度を向上させることができる。また、前記センサ８は、モータハウジング１５の端部に配置されているため、組付作業性がよい。
【００４６】
また、前記主力軸部２４とウォーム歯部２５との境界部分にテーパ部２６を形成したことによって、直径が変化することにより大きな曲げモーメントのかかる境界部分の応力集中を防止できるため、ウォームシャフト６全体の剛性を向上させることができる。
【００４７】
なお、前記ボルト孔３４にゴムチューブ３６を収容するに限らず、前記操舵軸３とホイール歯部５ａとの間に弾性部材が設けられていれば、前記ウォームホイール５は弾性部材が弾性変形することによって径方向に移動可能であるため、同様の効果が得られる。
【００４８】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
【００４９】
請求項（１）  前記出力軸部の直径を、前記ウォーム歯部の直径よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【００５０】
この発明によれば、電動機によって駆動される出力軸部の直径をウォーム歯部の直径よりも大きく設定したことによって、前記出力軸部の剛性が向上するため、ウォームシャフトが片持ち構造であっても安定してウォームシャフトを回転支持することができる。
【００５１】
請求項（２）  前記ウォーム歯部側となる前記出力軸部の一端側に、前記ウォーム歯部に向かって縮径し、前記ウォーム歯部の直径とほぼ同径となるテーパ部を形成したことを特徴とする請求項１〜（１）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【００５２】
この発明によれば、前記主力軸部とウォーム歯部との境界部分にテーパ部を形成したことによって、大きな曲げモーメントのかかる境界部分の応力集中を防止できるため、ウォームシャフト全体の剛性を向上させることができる。
【００５３】
請求項（３）  前記ウォーム歯部の反対側となる前記出力軸部の他端側に、前記ウォーム歯部よりも直径が小さい縮径部を形成すると共に、前記縮径部に、前記ウォームシャフトの回転角を検出する回転角検出手段を設けたことを特徴とする請求項１〜（２）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【００５４】
この発明によれば、縮径部にウォームシャフトの回転角を検出する回転角検出手段を設けたことによって、前記回転角検出手段を小型化することが可能となる。その結果、回転駆動されるウォームシャフトの慣性モーメントを小さくすることができるため、ウォームシャフトの回転角の精度を向上させることができる。
【００５５】
請求項（４）  前記ウォーム軸の軸方向長さを、前記出力軸部の軸方向長さよりも小さく設定したことを特徴とする請求項１〜（３）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【００５６】
この発明によれば、一端側が支持されず開放端となるウォーム歯部の軸方向長さを、出力軸部の軸方向長さよりも小さく設定したことによって、ウォーム歯部の剛性が向上し撓み量が小さくなるため、ウォームシャフトとウォームホイールの噛合をより一層安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の概略図である。
【図２】図１のウォームホイールおよび電動機近傍の拡大断面図である。
【図３】図２のウォームホイールの分解斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…ステアリングホイール
３…操舵軸
５…ウォームホイール
５ａ…ホイール歯部
６…ウォームシャフト
７…電動機
８…センサ（回転角検出手段）
９…制御回路
２４…出力軸部
２５…ウォーム歯部
２７…縮径部
３４…ボルト孔（貫通孔）
３５…歯車本体
３６…ゴムチューブ（弾性部材）
３７…第１フランジ（連結部材）
３８…第２フランジ（連結部材）
４０…ボルト（接続部材）
４１…ボルト（接続部材）
【図１】
2006240465.tif 000003
【図２】
2006240465.tif 000004
【図３】
2006240465.tif 000005
【図４】
2006240465.tif 000006