(57)【要約】    【課題】電動モータの出力を小歯車および大歯車を介して舵取り機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、小歯車および大歯車の組み付け時のマッチング作業を廃止し、且つ使用時に小歯車および大歯車の駆動トルクが変動することを防止する。    【解決手段】ウォーム軸２４の第１および第２の端部２８，２９を、第１および第２の軸受３０，３１を介してギヤハウジング３２の対応する第１および第２の支持部３３，３４に支持する。偏倚機構３６を用いて、ウォーム軸２４をウォームホイール２５へ向けて付勢する。偏倚機構３６は、第１の軸受３０の外輪を受ける受け部材３７と、受け部材３７および第１の軸受３０を介して第１の端部２８を径方向ウォームホイール２５側に付勢する弾性部材３８とを備える。弾性部材３８を形状記憶合金により形成し、弾性部材３８によるウォーム軸２４への付勢力を超弾性効果によって一定に維持する。    【選択図】            図２
2005138610.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出力回転を小歯車およびこの小歯車に噛み合う大歯車を介して舵取り機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、
上記小歯車の第１および第２の端部をそれぞれ対応する第１および第２の軸受を介して支持するための第１および第２の支持部を有するハウジングと、
上記第１の軸受を介して小歯車を大歯車側に弾性的に付勢する弾性部材とを備え、
上記弾性部材は形状記憶合金を含む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、上記小歯車はウォーム軸を含み、大歯車はウォームホイールを含み、上記弾性部材はウォーム軸の第１の端部を第１の軸受を介して径方向ウォームホイール側へ付勢す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３】
請求項１または２において、上記弾性部材は所定の歪み領域において超弾性を発揮する部材からなり、弾性部材のセット長に対応する歪み量は上記所定の歪み領域内に設定され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】
電動パワーステアリング装置には、電動モータの出力を小歯車としてのウォーム軸およびこれに噛み合う大歯車としてのウォームホイールを介して舵取り機構に伝達するものがある。これらウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いには、トルクロスを低減するために適度なバックラッシが必要である。しかしながら、例えば悪路を走行してタイヤからの反力（逆入力）を受けた場合、このバックラッシに起因する歯打ち音（ラトル音）が発生することがある。
【０００３】
そこで、これらトルクロスおよび歯打ち音の発生を最小限にするため、加工精度の範囲内で上記バックラッシ量を厳密に調整しておく必要があった。すなわち、ウォーム軸およびウォームホイールを組付けるときに、各部品を寸法精度のばらつき度合に応じて選別し、互いの組合せ精度が適正になるもの同士を組み合わせていた（いわゆるマッチング作業）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、上記ウォームホイールは合成樹脂により形成されるのが通例であるが、この場合、ウォームホイールの歯の磨耗、温度変化および吸湿等に伴う膨張や収縮によって上記バックラッシ量が変動してしまい、小歯車および大歯車の駆動トルクが大きく変動してしまう。
そこで、マッチング作業を行うことなくバックラッシ量を調整可能にすると共に、ウォームホイールの膨張や収縮を吸収するために、ウォーム軸のモータ側端部を支持する軸受の周面等にウォーム軸の揺動を許容する凸部を設け、ウォーム軸の反対側の端部をコイルスプリングによってウォームホイール側へ弾性的に付勢することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１９４３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、特許文献１記載の構成では、ウォームホイールに膨張や収縮が生じてウォーム軸が揺動すると、コイルスプリングが伸縮してウォーム軸への付勢力が変化し、上記駆動トルクに不要な変動が生じてしまう。
同様の課題は、ウォーム軸およびウォームホイールを用いた電動パワーステアリング装置に限らず、他の一般の歯車を用いた電動パワーステアリング装置にも存在する。
【０００６】
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、マッチング作業を廃止でき、且つ小歯車および大歯車の駆動トルクが変動することを防止でき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】
【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出力回転を小歯車およびこの小歯車に噛み合う大歯車を介して舵取り機構に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記小歯車の第１および第２の端部をそれぞれ対応する第１および第２の軸受を介して支持するための第１および第２の支持部を有するハウジングと、上記第１の軸受を介して小歯車を大歯車側に弾性的に付勢する弾性部材とを備え、上記弾性部材は形状記憶合金を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、小歯車を大歯車に弾性的に付勢することで両者間のバックラッシを除去することができるので、従来実施していた面倒なマッチング作業を廃止することができる。さらに、例えば大歯車の膨張や収縮を吸収するために小歯車の移動を伴って弾性部材が伸縮しても、所定の歪み領域において歪み量に関わらず応力が概ね一定である超弾性効果によって弾性部材の小歯車への付勢力を概ね一定に維持することができる。その結果、小歯車および大歯車の駆動トルクが不要な変動を生じることを防止できる。
【０００９】
本発明では、上記小歯車はウォーム軸を含み、大歯車はウォームホイールを含み、上記弾性部材はウォーム軸の第１の端部を第１の軸受を介して径方向ウォームホイール側へ付勢する場合がある。この場合、第２の軸受を支点としてウォーム軸を確実にウォームホイールに押し付けることができる。
本発明では、上記弾性部材は所定の歪み領域において超弾性を発揮する部材からなり、弾性部材のセット長に対応する歪み量は上記所定の歪み領域内に設定される場合がある。この場合、通常の使用条件において弾性部材に常時超弾性効果を発揮させることができ、小歯車および大歯車の駆動トルクが不要な変動を生じることを確実に防止できる。
【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、本発明の一実施の形態の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、この中間軸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の先端部に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を形成して車両の左右方向に延びるラック軸１０とを有している。
【００１１】
ラック軸１０の両端部にはそれぞれタイロッド１１が連結されており、各タイロッド１１は、対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する車輪１２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、この回転は中間軸５等を介してピニオン８に伝達され、ピニオン８およびラック９によって、車両の左右方向に沿うラック軸１０の直線運動に変換される。これにより車輪１２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に連なる筒状の入力軸としての第１の操舵軸１３と、中間軸５等を介してピニオン軸７に連なる出力軸としての第２の操舵軸１４とを有しており、これら第１および第２の操舵軸１３，１４は、トーションバー１５を介して同軸上に互いに連結されている。
トーションバー１５を介する第１の操舵軸１３と第２の操舵軸１４との相対回転変位量を検出するトルクセンサ１６が設けられており、このトルクセンサ１６の検出信号は、制御部１７に与えられる。制御部１７は、トルクセンサ１６からの検出信号に基づいて操舵部材２に加えられた操舵トルクを算出し、算出した操舵トルクや車速センサ２２からの車速検出信号等に基づいて、ドライバ１８を介して操舵補助用の電動モータ１９への印加電圧を制御する。これにより、電動モータ１９が駆動し、この電動モータ１９の出力回転は、減速機構２０を介して第２の操舵軸１４へ伝達され、さらに中間軸５等を介して、上記ラック軸１０、タイロッド１１およびナックルアーム等を含む舵取り機構２１に伝えられ、運転者の操舵が補助される。
【００１３】
図２は、電動パワーステアリング装置１の要部の断面平面図であり、図３は、図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図２および図３を参照して、減速機構２０は、電動モータ１９の出力軸２３に連なる小歯車としてのウォーム軸２４と、このウォーム軸２４に動力伝達可能に噛み合うと共に第２の操舵軸１４に一体回転可能に連結される大歯車としてのウォームホイール２５とを備えている。
【００１４】
ウォームホイール２５は、第２の操舵軸１４に一体回転可能に結合される環状の芯金２５ａと、芯金２５ａの周囲を取り囲んで外周面部に歯部２６を形成する合成樹脂部材２５ｂとを備えている。芯金２５ａは例えば合成樹脂部材２５ｂの樹脂形成時に金型内にインサートされるものである。
ウォーム軸２４には、軸方向中間部にウォーム歯部２７が一体に形成されており、ウォームホイール２５の歯部２６に噛み合っている。ウォーム軸２４は、第２の操舵軸１４の軸芯と交差するように配置されている。ウォーム軸２４の第１および第２の端部２８，２９は、例えば玉軸受からなる第１および第２の軸受３０，３１を介してギヤハウジング３２の対応する第１および第２の支持部３３，３４にそれぞれ回転可能に支持されている。
【００１５】
第１および第２の支持部３３，３４は円形に形成されている。ウォーム軸２４の第２の端部２９は、例えばスプライン継手等の継手３５を介して上記出力軸２３に一体回転可能に連結されている。第２の軸受３１および継手３５は、例えば隙間ばめによって、ウォーム軸２４の第２の端部２９に所定の嵌め合い隙間を有して嵌め合わされており、ウォーム軸２４がこれら第２の軸受３１および継手３５に対して径方向に微小量移動できるようになっている。
【００１６】
ウォーム軸２４は、ウォームホイール２５に向けて偏倚が可能とされており、偏倚機構３６を用いてウォーム軸２４をウォームホイール２５へ向けて付勢することにより、ウォーム歯部２７とウォームホイール２５の歯部２６の間のバックラッシを除去することができるようにしてある。
具体的には、ウォーム軸２４の第１の端部２８を支持する第１の軸受３０をウォームホイール２５へ向けて偏倚が可能としてある。偏倚機構３６は、第１の軸受３０の外輪の外周面の一部を受ける受け部材３７と、この受け部材３７および第１の軸受３０を介してウォーム軸２４の第１の端部２８を径方向ウォームホイール２５側に弾性的に付勢する例えば圧縮コイルばねからなる弾性部材３８とを備えている。
【００１７】
第１の軸受３０の偏倚は、第１の支持部３３に第１の軸受３０のウォームホイール２５側への移動を許容する円弧状の凹所３９を設け、この凹所３９に偏倚させるようにしている。また、ギヤハウジング３２に、第１の支持部３３を外部へ開放する収容孔４０を設けて、この収容孔４０に受け部材３７を第１の軸受３０に向けて進退方向Ｖに移動自在に収容している。
【００１８】
上記収容孔４０の入口には、ねじ部４１が形成されている。偏倚機構３６は、上記ねじ部４１にねじ込まれるねじ４２と、このねじ４２を止定するロックナット４３とをさらに備えている。ロックナット４３はねじ４２と結合された状態で、収容孔４０の入口縁部に締結されている。弾性部材３８は、受け部材３７の収容凹部４４に収容され、この収容凹部４４の底面と、この底面と進退方向Ｖに相対向するねじ４２の一側面の間に介在している。弾性部材３８は、常温において電動パワーステアリング装置１に最初に装着された（セットされた）初期状態（以下、「初期状態」という）において所定量圧縮されており、所定の付勢力を発生している。
【００１９】
弾性部材３８は、受け部材３７の進退（進退方向Ｖへの移動）に伴い伸縮する。上記の構成により、弾性部材３８は受け部材３７に付勢力を付与し、受け部材３７および第１の軸受３０を介してウォーム軸２４の第１の端部２８を凹所３９へ向けて偏倚させる。これにより、ウォーム軸２４の第１の端部２８をウォームホイール２５の径方向へ付勢することができる。
【００２０】
第１および第２の軸受３０，３１は、ギヤハウジング３２に設けられた第１および第２の環状の段部４５，４６にそれぞれ当接することにより、スラスト荷重が作用する方向（軸方向）への移動を規制されている。第２の支持部３４には、第２の軸受３１の外輪を第２の環状の段部４６に押圧するねじ４７がねじ込まれており、このねじ４７をロックナット４８を用いて第２の支持部３４にロックしてある。ねじ４７の軸方向への押圧力を、第２の軸受３１からウォーム軸２４に伝達して、このウォーム軸２４の軸方向へのがたつきを防止している。
【００２１】
上記の構成により、ウォームホイール２５の合成樹脂部材２５ｂが温度上昇や吸湿によって径方向に膨張すると、ウォーム軸２４は、ウォームホイール２５の歯部２６との噛み合い部分Ｇを作用点、第２の軸受３１を支点としてウォームホイール２５から遠ざかるように移動する。この際、ウォーム軸２４の第１の端部２８は、第１の軸受３０を介して受け部材３７を退出方向Ｖ１に押圧する。これにより、弾性部材３８は上記初期状態からさらに圧縮される。
【００２２】
一方、ウォームホイール２５の合成樹脂部材２５ｂが温度低下や歯部２６の磨耗によって径方向に収縮すると、ウォーム軸２４の第１の端部２８は、第２の軸受３１を支点としてウォームホイール２５に近づくように移動する。この際、ウォーム軸２４の第１の端部２８は、進出方向Ｖ２へ移動し、第１の軸受３０および受け部材３７は弾性部材３８の付勢力により進出方向Ｖ２へ移動し、弾性部材３８は初期状態から伸張される。
【００２３】
図４は、圧縮時の弾性部材３８に生じる応力δと歪み量εとの関係を模式的に示した図である。図２〜図４を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、弾性部材３８を形状記憶合金により形成することで、弾性部材３８の伸縮量に関わらずこの弾性部材３８によるウォーム軸２４への付勢力を一定に維持する点にある。
具体的には、弾性部材３８は、Ｎｉ−Ｔｉ合金やＮｉ−Ｔｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ−Ｃｒ合金等の形状記憶合金（本実施の形態では、Ｎｉ−Ｔｉ合金）により形成されている。この弾性部材３８は、オーステナイト相からマルテンサイト相への変態温度Ｔ１が、通常の使用温度Ｔ２（例えば、−１５℃〜１３０℃）以下に設定されている（Ｔ１≦Ｔ２）。これにより、弾性部材３８は通常の使用条件下で常時、所定の歪み領域としての超弾性対応歪み領域Ａ１において、歪み量に関わらず応力が概ね一定である超弾性効果を発揮することができる。なお、εｍｉｎは超弾性対応歪み領域Ａ１の歪み量εの最小値であり、εｍａｘは超弾性対応歪み領域Ａ１の歪み量εの最大値である。すなわち、超弾性対応歪み領域Ａ１の歪み量εの範囲は、εｍｉｎ≦ε≦εｍａｘである。
【００２４】
超弾性対応歪み領域Ａ１における応力特性の上側のラインＣ１は、弾性部材３８への負荷が増大するときの特性を示しており、下側のラインＣ２は、弾性部材３８への負荷が減少するときの特性を示している。図４に示すように、超弾性対応歪み領域Ａ１における応力は、負荷が増大するときと減少するとき、すなわち弾性部材３８の圧縮量が増大するときと減少するときとで異なる値をとる（ヒステリシスを有している）が、弾性部材３８の材料等は、この応力の差が極力小さくなるように設定される。
【００２５】
弾性部材３８は、前述したように、初期状態において受け部材３７とねじ４２との間に組み込まれて圧縮されており、初期状態のセット長Ｌのときの圧縮量に対応する歪み量ε０は、超弾性対応歪み領域Ａ１内、例えば超弾性対応歪み領域Ａ１の略中央の歪み量に設定される。
使用時において、ウォームホイール２５の合成樹脂部材２５ｂの熱膨張等の影響で弾性部材３８のセット長Ｌは変化し、これに伴って弾性部材３８の歪み量εも、初期状態における歪み量ε０から、ε１≦ε≦ε２の使用時歪み領域Ａ２内で変化する。なお、ε１は、弾性部材３８の使用時のセット長Ｌの最大値に対応する歪み量であり、ε２は、弾性部材３８の使用時のセット長Ｌの最小値に対応する歪み量である。すなわち、弾性部材３８の初期状態における歪み量ε０は、使用時歪み領域Ａ２内の値（例えば、ε１とε２の中間の値）に設定される（ε１＜ε０＜ε２）。また、使用時歪み領域Ａ２は、図４に示すように、超弾性対応歪み領域Ａ１の範囲に収まるように設定されている。
【００２６】
上記の通り、弾性部材３８の歪み量εは、使用時においてε１〜ε２（ε１≦ε≦ε２）の範囲に収まるようになっており、使用時に弾性部材３８に生じ得る特性は、超弾性対応歪み領域Ａ１における応力特性の上側のラインＣ１上のＤ１点、Ｄ２点および下側のラインＣ２上のＤ３点、Ｄ４点を含む閉曲線内の値を示す。
このように、本実施の形態によれば、弾性部材３８によってウォーム軸２４をウォームホイール２５側に弾性的に付勢することで、ウォーム軸２４、ウォームホイール２５間のバックラッシを除去することができるので、従来実施していた面倒なマッチング作業を廃止することができる。さらに、ウォームホイール２５の合成樹脂部材２５ｂの径方向の膨張や収縮を吸収するためにウォーム軸２４の移動に伴って弾性部材３８が進退方向Ｖに伸縮しても、超弾性効果によって弾性部材３８のウォーム軸２４への付勢力を概ね一定に維持することができる。その結果、ウォーム軸２４およびウォームホイール２５の駆動トルクが不要な変動を生じることを防止できる。
【００２７】
また、弾性部材３８によってウォーム軸２４を、第２の軸受３１を支点として確実にウォームホイール２５に押し付けることができる。
さらに、初期状態において、弾性部材３８のセット長Ｌに対応する歪み量ε０を超弾性対応歪み領域Ａ１内に設定することで、より好ましくは使用時歪み領域Ａ２を超弾性対応歪み領域Ａ１内に設定することで、通常の使用条件において弾性部材３８に常時超弾性効果を発揮させることができ、ウォーム軸２４およびウォームホイール２５の駆動トルクが不要な変動を生じることを確実に防止できる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されない。例えば、弾性部材３８とカム機構とを組み合わせ、弾性部材３８によってウォーム軸２４の軸方向に付勢力を発生させると共に、カム機構を用いてこの付勢力をウォーム軸２４の径方向の力に変換し、これら軸方向および径方向の付勢力をウォーム軸２４に与えるようにしても良い。また、小歯車および大歯車としてウォーム軸２４およびウォームホイール２５を用いる構成を説明したが、これらに代えて平歯車やはすば歯車等を用いても良い。さらに、弾性部材３８を圧縮させることでウォーム軸２４に付勢力を付与する構成を説明したが、弾性部材３８を伸張させることで上記付勢力を付与する構成としても良い。さらにまた、第１および第２の軸受３０，３１は、すべり軸受でも良い。その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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平面図である。
【図３】図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】圧縮時の弾性部材に生じる応力と歪み量との関係を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    電動パワーステアリング装置
１９  電動モータ
２１  舵取り機構
２４  ウォーム軸（小歯車）
２５  ウォームホイール（大歯車）
２８  第１の端部
２９  第２の端部
３０  第１の軸受
３１  第２の軸受
３３  第１の支持部
３４  第２の支持部
３２  ギヤハウジング（ハウジング）
３８  弾性部材
Ａ１  超弾性対応歪み領域（所定の歪み領域）
Ａ２  使用時歪み領域（所定の歪み領域）
Ｌ    セット長
ε    歪み量
【図１】
2005138610.tif 000003
【図２】
2005138610.tif 000004
【図３】
2005138610.tif 000005
【図４】
2005138610.tif 000006