(57)【要約】【課題】軸間距離を最適に維持しつつ構造簡素な電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】モータを駆動源として、ステアリングシャフトを回転駆動することにより操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置を備え、モータは、ウォームギヤ２６及びホイールギヤ２５を噛合してなる減速機構を介してステアリングシャフトに駆動連結された電動パワーステアリング装置において、ウォームギヤ２６は、螺旋板ばねで形成されたウォーム歯を有する電動パワーステアリング装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動源として、ステアリングシャフトを回転駆動することにより操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置を備え、前記モータは、ウォームギヤ及びウォームホイールを噛合してなる減速機構を介して前記ステアリングシャフトに駆動連結された電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤは、螺旋板ばねで形成されたウォーム歯を有する電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ及び前記ウォームホイールの軸間距離は、前記ウォームギヤ及び前記ウォームホイールのピッチ円半径の和よりも小さい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又は２に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記螺旋板ばねを有するギヤは、軸部と、これと一体形成されるとともにこれを間隙を有する態様で囲繞するギヤ部とから構成され、前記ギヤ部は、前記螺旋板ばねによって形成されるとともに、その両端部において、前記軸部と連結されてな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。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）には、ステアリングシャフトを回転駆動することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与するものがある。通常、このようなＥＰＳにおいて、モータは、第１及び第２のギヤを噛合してなる減速機構（例えばウォームギヤ及びホイールギヤ）を介してステアリングシャフトに連結されている。そして、同モータの回転は、この減速機構により減速されてステアリングシャフトに伝達される。
【０００３】
上記のような減速機構を用いたＥＰＳの場合、その二つのギヤの噛合状態、つまり噛合部における適切な軸間距離の設定及び維持が極めて重要な要素となる。即ち、その軸間距離が小さいほど、音や振動の発生は抑えることができるものの、各ギヤの磨耗は進みやすくなる。反対に、その軸間距離が大きくなる程、磨耗は抑えられるが音や振動が発生しやすくなるという傾向がある。そのため、各ギヤの軸間距離は、これらのバランスを考慮した上で最適と考えられる範囲に設定するとともに、歯面の磨耗等といった経年変化によらず安定的に維持されることが望ましい。
【０００４】
そこで、従来、このような減速機構を用いるＥＰＳには、例えば特許文献１に示されるように、付勢手段を用いてウォームギヤをホイールギヤに押し付けることにより、両者の軸間距離を最適に維持する、いわゆるアンチ・バックラッシュ・システムが組み込まれている。
【０００５】
すなわち、図５に示されるように、減速機構１０１を収容するハウジング１０２内において、ウォームギヤ１０３の図５における左端部である第１の端部は、ホイールギヤ１０４に対して接離する方向に移動可能に設けられた第１の転がり軸受１０５に支持されている。また、ウォームギヤ１０３の右端部である第２の端部は、ハウジング１０２に固定された第２の転がり軸受１０６に支持されている。そして、第１の転がり軸受１０５は、その外周を囲繞するように湾曲された付勢手段としての湾曲板ばね１０７によりホイールギヤ１０４に近接する方向へ付勢される。これにより、ウォームギヤ１０３がその第２の端部側を中心としてホイールギヤ１０４へ向けて傾動し、それらの噛合部における軸間距離が最適に維持される。これにより、異音の発生も抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１００１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のＥＰＳでは、軸間距離は最適に維持されるものの、部品点数が多く、構造が複雑であった。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸間距離を最適に維持しつつ構造簡素な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】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータを駆動源として、ステアリングシャフトを回転駆動することにより操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置を備え、前記モータは、ウォームギヤ及びウォームホイールを噛合してなる減速機構を介して前記ステアリングシャフトに駆動連結された電動パワーステアリング装置において、前記ウォームギヤは、螺旋板ばねで形成されたウォーム歯を有することを要旨とする。
【０００９】
２つのギヤが噛合する場合、両者の間には、少なからずバックラッシュが存在する。バックラッシュは、ギヤ同士の衝突時に発生する異音の原因となることが分かっている。そこで、同構成によれば、ウォームギヤのウォーム歯を螺旋板ばねで構成した。これにより、ウォームギヤとウォームホイールとが噛合して、そのギヤ同士が衝突したときの衝撃は、螺旋板ばねが軸方向に弾性変形することにより吸収される。従って、衝突に伴う異音の発生が抑制される。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記ウォームギヤ及び前記ウォームホイールの軸間距離は、前記ウォームギヤ及び前記ウォームホイールのピッチ円半径の和よりも小さいことを要旨とする。
【００１１】
同構成によれば、ウォームギヤは、螺旋板ばねがウォームホイールから離間する方向へ弾性変形した状態で噛合する。この弾性変形による、螺旋板ばねの弾性力は、ウォームホイールへ近接する方向へ作用する。このため、第１及び第２のギヤとの内部隙間が詰められて異音の発生が抑制される。また、異音の発生を抑制するために従来必要であったウォームギヤをホイールギヤ側へ押圧する付勢手段等の構成を省略することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置において、前記螺旋板ばねを有するギヤは、軸部と、これと一体形成されるとともにこれを間隙を有する態様で囲繞するギヤ部とから構成され、前記ギヤ部は、前記螺旋板ばねによって形成されるとともに、その両端部において、前記軸部と連結されてなることを要旨とする。
【００１３】
同構成によれば、軸部が回転するとき、ギヤ部はこの軸部と一体回転する。すなわち、ギヤ部の捩れが抑制される。従って、ウォームギヤとウォームホイールとが噛合している状態において、一方のギヤの回転を他方のギヤへ伝達する際、回転がギヤ部、すなわち螺旋板ばねの捩れによって吸収されない。従って、モータの回転の伝達損失が抑制される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、軸間距離を最適に維持しつつ構造簡素な電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。
【図２】本実施形態のＥＰＳアクチュエータの概略構成を示す断面図。
【図３】図２のウォームギヤの詳細を示す拡大図。
【図４】他の実施例のウォームギヤの詳細を示す拡大図。
【図５】従来のＥＰＳアクチュエータの概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。これにより、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。
【００１７】
また、ＥＰＳ１は、モータ２１を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２２と、該ＥＰＳアクチュエータ２２の作動を制御するＥＣＵ２３とを備えている。
【００１８】
ＥＰＳアクチュエータ２２は、いわゆるコラム型のＥＰＳアクチュエータとして構成されている。具体的には、ＥＰＳアクチュエータ２２の駆動源であるモータ２１は、減速機構２４を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。この減速機構２４は、コラムシャフト８に連結されたホイールギヤ２５と、モータ２１に連結されたウォームギヤ２６とを噛合することにより構成される。そして、そのモータ２１の回転を減速機構２４により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、モータトルクをアシスト力として操舵系に付与する。
【００１９】
ＥＣＵ２３には、コラムシャフト８を介して伝達される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ３１が接続されている。具体的には、コラムシャフト８は、ステアリング２に連結される上側軸３２と、ホイールギヤ２５が設けられた下側軸３３とをトーションバー３４を介して連結する。そして、トルクセンサ３１は、そのトーションバー３４の捻れ角を測定することにより、操舵系に入力される操舵トルクτを検出して、これをＥＣＵ２３に出力する。
【００２０】
また、ＥＣＵ２３には、上記トルクセンサ３１とともに、車速センサ３５が接続されている。そして、ＥＣＵ２３は、これらセンサにより検出される車速Ｖ及び操舵トルクτに基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２２の作動を制御する。詳述すると、ＥＣＵ２３は、モータ２１の発生するトルクの制御を通じて、操舵系に付与するアシスト力の制御を実行する。
【００２１】
次に、本実施形態におけるＥＰＳアクチュエータの構成について説明する。
図２に示すように、ＥＰＳアクチュエータ２２は、減速機構２４を収容するハウジング４１を備えている。このハウジング４１は、モータ２１の一部が収容されるモータ収容部４２、及び同モータ収容部４２に連続して形成されるとともにウォームギヤ２６が収容されるウォームギヤ収容部４３、及び同ウォームギヤ収容部４３に連続して形成されるとともにホイールギヤ２５が収容されるホイールギヤ収容部４４を備えている。また、ウォームギヤ収容部４３において、ウォームギヤ２６の図２における左側の端部にあたる第１の端部側には、略円形状の開口を有する開口部４５が形成されている。開口部４５は、エンドカバー４７により閉塞されている。
【００２２】
モータ２１は、ハウジング４１に貫設されたステアリングシャフト３（コラムシャフト８）の軸線方向に対して、その出力軸４８の軸線方向が直交するように、詳しくはいわゆる「捩れ」の関係となる態様で同ハウジング４１に固定されている。そして、その出力軸４８に連結されたウォームギヤ２６は、その両端がハウジング４１内に設けられた第１及び第２の転がり軸受５１，５２により回転可能に支持されるとともに、ステアリングシャフト３に連結されたホイールギヤ２５に噛合されている。なお、本実施形態では、これら第１及び第２の転がり軸受５１，５２には、ボール軸受が採用されている。
【００２３】
ウォームギヤ２６は、ホイールギヤ２５との噛合部における最適な軸間距離の維持、及び同噛合部における内部隙間を詰めて異音の発生を抑制するために、次のように形成されている。
【００２４】
詳述すると、図３に示されるように、このウォームギヤ２６は、円柱状の軸部６０と、同軸部６０の軸心に沿ってこれを囲繞するギヤ部７０とからなる。軸部６０には、モータ２１の出力軸４８側から基端支持部６１、中心軸部６２、先端支持部６３が形成されている。基端支持部６１は、第１の転がり軸受５１に、先端支持部６３は、第２の転がり軸受５２に回転可能に支持されている。基端支持部６１及び先端支持部６３の直径は等しく、中心軸部６２の直径は、基端支持部６１及び先端支持部６３の直径よりも小さく設定されている。
【００２５】
ギヤ部７０は、螺旋板ばねである。この螺旋板ばねは、帯状の金属板材が螺旋状に巻回されることにより形成されてウォーム歯としての役割を発揮するものである。このギヤ部７０は、中心軸部６２との間に間隙を有する態様でこれを囲繞するとともに、その両端部は、基端支持部６１及び先端支持部６３と連結されている。このため、ギヤ部７０は、軸部６０と一体回転するとともに、軸心方向及びこれと直交する方向に弾性変形することが可能とされている。なお、ウォームギヤ２６のピッチ円半径をＷｒとする。
【００２６】
図２に示されるように、ウォームギヤ２６は、ホイールギヤ２５と噛合された状態で、ウォームギヤ収容部４３に収容される。このとき、捩れの位置の関係にあるホイールギヤ２５の軸心とウォームギヤ２６の軸心との距離は、ホイールギヤ２５のピッチ円半径Ｈｒとウォームギヤ２６のピッチ円半径Ｗｒとの和よりも小さく設定される。すなわち、ホイールギヤ２５とウォームギヤ２６との軸間距離Ｌは、以下に示す（１）式で表される。
【００２７】
Ｌ＜Ｈｒ＋Ｗｒ・・・（１）
従って、ウォームギヤ２６のギヤ部７０は、ホイールギヤ２５との噛合部において、ホイールギヤ２５のピッチ円半径Ｈｒとウォームギヤ２６のピッチ円半径Ｗｒとの和から軸間距離Ｌを引いた差分距離の分だけホイールギヤ２５から離間する側（図２における上側）へ弾性変形した状態となる。すなわち、ギヤ部７０は、軸部６０との間に設けられたすき間を利用して噛合部分を中心に全体が上側へたわむ。この差分距離Ｌｘは、以下に示す（２）式で表される。
【００２８】
Ｌｘ＝（Ｈｒ＋Ｗｒ）−Ｌ＞０・・・（２）
従って、ギヤ部７０には、弾性変形量である差分距離Ｌｘの分だけ、弾性力が蓄えられる。このため、ギヤ部７０は、ホイールギヤ２５に近接する側（図２における下側）へ弾性復帰しようとする。これにより、ホイールギヤ２５とウォームギヤ２６との噛み合いが好適に維持される。
【００２９】
ＥＰＳ１の長期間の使用に伴い、ホイールギヤ２５又はウォームギヤ２６、若しくはその両方の歯の部分が摩耗するおそれがあるものの、その摩耗量はわずかである。この場合、その摩耗した分だけ、ホイールギヤ２５のピッチ円半径Ｈｒ又はウォームギヤ２６のピッチ円半径Ｗｒ、若しくはその両方が小さくなる。このときのホイールギヤ２５のピッチ円半径をＨｒｍ、ウォームギヤ２６のピッチ円半径をＷｒｍとしたとき、摩耗後の差分距離Ｌｘｍは、以下に示す（３）式で表される。
【００３０】
Ｌｘ＞Ｌｘｍ＝（Ｈｒｍ＋Ｗｒｍ）−Ｌ＞０・・・（３）
（３）式からも分かるように、ピッチ円半径Ｈｒ，Ｗｒの減少に伴い、差分距離Ｌｘｍも減少する。これにより、ギヤ部７０の弾性変形量は少なくなるものの、弾性変形自体は維持される。従って、ホイールギヤ２５とウォームギヤ２６との噛合が好適に維持される。
【００３１】
次に、モータ２１の回転をアシスト力として操舵系に付与するときにウォームギヤ２６の作用について説明する。
モータ２１が回転するとき、ホイールギヤ２５の歯面とウォームギヤ２６の歯面とが衝突する。このとき、ウォーム歯には、ウォームギヤ２６の軸方向、すなわちホイールギヤ２５の回転方向への弾性変形が可能とされた螺旋板ばねが採用されているので、両者の歯面が衝突した際には、ウォームギヤ２６のギヤ部７０が軸方向へ弾性変形する。これにより、衝突した際の衝撃が吸収されるので、このときの歯打ち音が抑制される。また、ウォーム歯の弾性変形に伴い、これに蓄えられる弾性力により、同ウォーム歯の歯面は、ホイールギヤ２５の歯面に押圧される。これにより両者の噛合は、摺接が抑制された状態に維持される。従って、モータ２１の回転の伝達損失が抑制される。
【００３２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）モータ２１の回転をホイールギヤ２５に伝達するギヤに、円柱状の軸部６０とウォーム歯として機能する螺旋板ばねからなるギヤ部７０とを有するウォームギヤ２６を採用した。これにより、モータ２１の回転に伴いウォームギヤ２６が回転して、同ウォームギヤ２６の歯面とホイールギヤ２５の歯面とが衝突したとき、螺旋板ばねで構成されたギヤ部７０がウォームギヤ２６の軸方向に弾性変形する。これにより、衝突した際の衝撃が吸収されるので、このときの歯打ち音が抑制される。また、ウォーム歯の弾性変形に伴い、これに蓄えられる弾性力により、同ウォーム歯の歯面は、ホイールギヤ２５の歯面に押圧される。これにより両者の噛合は、摺接が抑制された状態に維持される。従って、モータ２１の回転の伝達ロスが抑制される。
【００３３】
（２）ホイールギヤ２５とウォームギヤ２６との軸間距離Ｌをホイールギヤ２５のピッチ円半径Ｈｒとウォームギヤ２６のピッチ円半径Ｗｒとの和よりも小さく設定した。これにより、ホイールギヤ２５とウォームギヤ２６とを組み付けた状態において、ウォームギヤ２６のギヤ部７０は、ホイールギヤ２５から離間する方向へ弾性変形し、この弾性変形に伴いホイールギヤ２５へ近接する方向への弾性力を発揮する。このため、ホイールギヤ２５とウォームギヤ２６との噛み合いが好適に維持される。これにより、両者の内部隙間が詰められて異音の発生が抑制される。また、異音の発生を抑制するために従来必要であったウォームギヤをホイールギヤ側へ押圧する付勢手段等の構成を省略することができる。
【００３４】
（３）ウォームギヤ２６を円柱状の軸部６０とこれと一体形成されたギヤ部７０とによって構成した。これにより、軸部６０とギヤ部７０とは一体回転する。すなわち、軸部６０とギヤ部７０との捩れが抑制されている。これにより、モータ２１の回転の伝達ロスが抑制される。
【００３５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態のウォームギヤ２６は、軸部６０とギヤ部７０とによって構成されたが、軸部６０は必ずしも必要ない。詳しくは、基端支持部６１と先端支持部６３とを連結する中心軸部６２を設けなくともよい。このように構成した場合のウォームギヤ８０を図４に示す。このように、構成した場合であっても、ウォームギヤ８０の歯面とホイールギヤ２５の歯面とが衝突したとき、螺旋板ばねで構成されたギヤ部７０がウォームギヤ８０の軸方向に弾性変形する。これにより、衝突した際の衝撃が吸収されるので、このときの歯打ち音が抑制される。
【００３６】
・上記実施形態では、コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、第１及び第２のギヤを噛合してなる減速機構２４を介してモータとステアリングシャフトとが駆動連結される構成を有するものであればよい。例えば、ピニオンシャフトに対してアシスト力を付与するいわゆるピニオン型のＥＰＳに適用してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２４…減速機構、２５…ホイールギヤ、２６，８０…ウォームギヤ、６０…軸部、６１…基端支持部、６２…中心軸部、６３…先端支持部、７０…ギヤ部。
【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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