(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助用の電動モータと、電動モータの回転軸の回転を減速するための減速機構とを備え、上記減速機構は電動モータの回転軸により駆動されるウォーム軸と、このウォーム軸により駆動されるウォームホイールとを含む電動式動力舵取装置において、
上記回転軸とウォーム軸とを駆動伝達可能に連結するためのジョイントと、
このジョイントに設けられウォーム軸を軸方向に付勢するための軸方向付勢部材とを備え、
上記ジョイントは電動モータの回転軸及びウォーム軸に一体回転可能に連結されるスリーブを含み、このスリーブ内に上記軸方向付勢部材が収容され、
上記軸方向付勢部材は、非線形なばね特性を有するばねを含むことを特徴とする電動式動力舵取装置。
【請求項２】
請求項１に係る電動式動力舵取装置において、上記非線形なばね特性を有するばねは、組み合わされた複数のばねを含むことを特徴とする電動式動力舵取装置。
【請求項３】
請求項２に係る電動式動力舵取装置において、上記複数のばねは、合成ゴム又は合成樹脂により構成される棒状ばねと、この棒状ばねを取り囲む金属製の圧縮コイルばねとを含むことを特徴とする電動式動力舵取装置。
【請求項４】
請求項１に係る電動式動力舵取装置において、上記非線形なばね特性を有するばねは、大径部と小径部とを有する合成ゴム又は合成樹脂製の棒状ばねを含むことを特徴とする電動式動力舵取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は操舵補助力の発生源として電動モータを用いてなる電動式動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動式舵取装置では、ステアリングホイール等の操舵部材が回転操作されると、操舵部材に負荷される操舵トルクに応じて電動モータの出力回転を制御する。電動モータの回転は減速機構を介して舵取り機構に伝達され、操舵部材の回転操作に応じた舵取り機構の動作が補助され、舵取りのための運転者の労力負担が軽減れれる。
【０００３】
上記の減速機構として、ウォームとウォームホイールを有するものが提供されている。ウォームが設けられているウォーム軸は、その軸長方向の両端が一対の軸受によりそれぞれ回転自在に支持されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記軸受の内部隙間によるがた（すなわち遊び）が原因で、異音が発生する場合がある。
そこで、上記一対の軸受を玉軸受とし、軸方向に予圧をかけて、内部隙間を除去するようにしているが、玉軸受の２個使いでは、コストが高くなる。
一方、ウォーム軸の一端を径方向ウォームホイール側に付勢して、ウォーム軸とウォームホイールとのバックラッシを詰める機構を採用する場合がある。その場合、ウォーム軸の上記一端は径方向への可動式となるため、仮に玉軸受を用いたとしても、この玉軸受に予圧を与えることが困難である。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、軸受隙間に起因する騒音をコスト安価に抑制することができる電動式動力舵取装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、操舵補助用の電動モータと、電動モータの回転軸の回転を減速するための減速機構とを備え、上記減速機構は電動モータの回転軸により駆動されるウォーム軸と、このウォーム軸により駆動されるウォームホイールとを含む電動式動力舵取装置において、上記回転軸とウォーム軸とを駆動伝達可能に連結するためのジョイントと、このジョイントに設けられウォーム軸を軸方向に付勢するための軸方向付勢部材とを備え、上記ジョイントは電動モータの回転軸及びウォーム軸に一体回転可能に連結されるスリーブを含み、このスリーブ内に上記軸方向付勢部材が収容され、上記軸方向付勢部材は、非線形なばね特性を有するばねを含むことを特徴とするものである。
【０００７】
通例、ウォーム軸の一方の端部は転がり軸受により回転自在に支持されるが、本発明では、ウォーム軸を軸方向に付勢することにより、上記の転がり軸受に予圧を付与することができる。したがって、転がり軸受の内部隙間に起因して発生する異音の発生を防止することができる。また、上記軸方向付勢部材が非線形なばね特性を有するばねを含むので、ばねのセット荷重とストローク時の荷重を自在に設定でき、その結果、ウォーム軸の振動を効果的に抑制して、騒音を低減することができる。
また、上記ジョイントは電動モータの回転軸及びウォーム軸に一体回転可能に連結されるスリーブを含み、このスリーブ内に上記軸方向付勢部材が収容されるので、下記の利点がある。すなわち、ジョイントのスリーブ内に軸方向付勢部材を収容してコンパクトな構造を実現することができる。
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記非線形なばね特性を有するばねは、組み合わされた複数のばねを含むことを特徴とするものである。本発明では、ウォーム軸の振動を効果的に抑制でき、騒音を低減することができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項２において、上記複数のばねは、合成ゴム又は合成樹脂により構成される棒状ばねと、この棒状ばねを取り囲む金属製の圧縮コイルばねとを含むことを特徴とするものである。本発明では、軸方向への付勢力付与は、耐久性に優れた金属製の圧縮コイルばねが主に受け持ち、合成ゴム又は合成樹脂により構成される棒状ばねは、騒音の原因となる振動を減衰させることに寄与させる。従って、耐久性に優れ且つ騒音低減効果が高い。
請求項４記載の発明は、請求項１において、上記非線形なばね特性を有するばねは、大径部と小径部とを有する合成ゴム又は合成樹脂製の棒状ばねを含むことを特徴とするものである。本発明では、ウォーム軸の振動を効果的に抑制でき、騒音を低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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は本発明の一参考形態の電動式動力舵取装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動式動力舵取装置１は、ステアリングホイール等の回転操作可能な操舵部材２と、操舵部材２の回転操作に応じて操向のための車輪８を転舵させるための操舵伝達系Ａとを備える。本参考形態では、操舵部材２と車輪８とが機械的に連結される電動式動力舵取装置に則して説明するが、本発明は、操舵部材２と車輪８との機械的連結が解かれた、いわゆるステアバイワイヤとして構成される車両用操舵装置に適用することもできる。
【００１３】
操舵部材２はステアリングシャフト３に一体回転可能に連結されている。操舵軸３の先端部にはピニオンギヤ４が設けられ、このピニオンギヤ４は、車両の左右方向に延びるラック軸６のラックギヤ５に噛み合っている。
ラック軸６の両端部にはそれぞれタイロッド７が結合されており、各タイロッド７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８に連結されている。操舵部材２が回転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ギヤ４およびラックギヤ５によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸６の直線運動に変換される。これにより、車輪８の転舵が達成される。
【００１４】
ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる筒状の第１の操舵軸９と、ピニオンギヤ４に連なる第２の操舵軸１０とに分割されており、これら第１および第２の操舵軸１０はトーションバー１１を介して同一の軸線上で互いに連結されている。
トーションバー１１を介する第１の操舵軸９と第２の操舵軸１０と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１２が設けられており、このトルクセンサ１２のトルク検出結果は制御部１３に与えられる。制御部１３では、トルク検出結果に基づいて、ドライバ１４を介して操舵補助用の電動モータ１５への印加電圧を制御する。電動モータ１５の回転軸１６（図２参照）の回転が、ウォーム機構を含む減速機構１７を介して第２の操舵軸１０に伝達され、操舵が補助される。
【００１５】
図２を参照して、減速機構１７は、互いに噛み合うウォーム軸１８とウォームホイール１９とを備えている。ウォーム軸１８は電動モータ１５の回転軸１６に同軸上に連なる。ウォーム軸１８の軸長方向の中間部に一体にウォーム歯２０を形成している。ウォームホイール１９は、第２の操舵軸１０に一体回転可能に係合されている。ウォームホイール１９の歯部は例えばポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）やポリアミド樹脂（ＰＡ：ナイロン）からなる。
【００１６】
ウォーム軸１８は、第２の操舵軸１０の軸芯と交差するように配置されている。ウォーム軸１８は軸長方向に相対向する第１及び第２の端部２１，２２を有し、それぞれ第１及び第２の軸受２３，２４によってそれぞれ回転自在に支持されている。
第１の軸受２３は玉軸受からなる。第１の軸受２３の外輪２５は、減速機構１７を収容するギヤハウジング２６の軸受孔２７に嵌め入れられている。第１の軸受２３の外輪２５の一方の端部は、ギヤハウジング２６の位置決め段部２８に当接して位置決めされている。軸受孔２７に連なるねじ孔２９には位置決めねじ３０がねじ込まれており、この位置決めねじ３０は外輪２５の他方の端部に当接して外輪２５を位置決め段部２８側へ位置決め固定する。
【００１７】
一方、第１の軸受２３の内輪３１はウォーム軸１８の第１の端部２１に嵌合固定されている。第１の軸受２３の内輪３１の一端部はウォーム軸１８の位置決め段部３２に当接し、第１の軸受２３の矢符Ｘ方向への移動を規制している。かつ、例えばＥ型の止め輪４０がウォーム軸１８の第１の端部２１に形成された溝２１ｂに係合され、第１の軸受２３の矢符Ｙ方向への移動を規制している。
第２の軸受２４は、ギヤハウジング２６の軸受孔３３に圧入固定されるメタルブッシュ等のすべり軸受からなる。第２の軸受２４としては、ウォーム軸１８の軸方向への移動を規制しないタイプの軸受を用いることができ、例えば上記のすべり軸受の他、針状ころ軸受等の円筒ころ軸受を用いることもできる。
【００１８】
ウォーム軸１８の第１の端部２１はジョイント３４を介して上記電動モータ１５の回転軸１６の端部１６ａに一体回転可能に連結されている。ジョイント３４は回転軸１６とウォーム軸１８とを同軸上に連結し、回転軸１６の回転をウォーム軸１８に伝える。
具体的には、図２及び図２の拡大図である図３を参照して、ジョイント３４はウォーム軸１８の第１の端部２１のスプライン部２１ａとスプライン嵌合し、回転軸１６の端部１６ａのセレーション部１６ｂとセレーション嵌合する。ジョイント３４は、大径のスリーブ３５を有している。この大径のスリーブ３５の一方の端部内に、ウォーム軸１８の第１の端部２１のスプライン部２１ａを挿入して、スプライン結合させてある。
【００１９】
また、大径のスリーブ３５の他方の端部内には小径のスリーブ３６が圧入固定されている。この小径のスリーブ３６内に回転軸１６の端部１６ａのセレーション部１６ｂを挿入して、セレーション結合させてある。
ジョイント３４は回転軸１６に対する軸方向移動が規制される一方、ウォーム軸１８の軸方向移動を許容する。大径のスリーブ３５内には、軸方向付勢部材として、例えば圧縮コイルばね３７が収容されている。この圧縮コイルばね３７は、回転軸１６とウォーム軸１８の対向する端部１６ａ，２１間に介在し、ウォーム軸１８を軸方向の第２の端部２２側（すなわち矢符Ｘ方向）へ付勢する。この付勢に伴って玉軸受からなる第１の軸受２３に予圧が与えられ、第１の軸受２３の内部隙間が除去される。
【００２０】
図３を参照して、ウォーム軸１８の第１の端部２１には、スプライン部２１ａに隣接して環状溝３８が形成され、この環状溝３８に、Ｏリング等の弾性部材３９が収容されている。この弾性部材３９はウォーム軸１８の第１の端部２１の外周面と、ジョイント３４の大径のスリーブ３５の内周面との間に介在し、ウォーム軸１８とジョイント３４との径方向のがた（遊び）を除去する働きをする一方、スリーブ３５内に充填したグリースが漏れ出ないようにする。
【００２１】
また、前述した如く、第１の軸受２３の内輪３１の右方でウォーム軸１８の溝２１ｂには、止め輪４０が介在されている。
本参考形態によれば、例えば圧縮コイルばね３７からなる軸方向付勢部材によって、ウォーム軸１８の第１の端部２１のスプライン部２１ａに矢符Ｘ方向の付勢力が加えられると、この付勢力は、止め輪４０、並びに、第１の軸受２３の内輪３１、転動体４９及び外輪２５に順次に与えられる。これにより、ウォーム軸１８の第１の端部２１を支持する玉軸受からなる第１の軸受２３に予圧を付与することができ、第１の軸受２３の内部隙間が除去されるので、第１の軸受２３の軸受隙間に起因して発生する異音の発生を防止することができる。
【００２２】
しかも、本参考形態のように、ウォーム軸１８の第２の端部２２を支持する第２の軸受２４として安価なすべり軸受等を用いる場合にも、ウォーム軸１８の両端に玉軸受を用いる場合と同等の騒音低減が可能となる。
次いで、図４は本発明の別の参考形態を示している。図４を参照して、本参考形態が図１の実施の形態と主に異なるのは、第２の軸受２４を径方向ウォームホイール側に付勢する構造を追加し、ウォーム軸１８とウォームホイール１９とのバックラッシを除去するようにした点にある。
【００２３】
ウォーム軸１８を収容しているギヤハウジング２６内の空所４１は、ウォーム軸１８の第２の端部２２の径方向に沿って延びる例えば円孔からなる支持孔４２を介して外部に開放している。図において支持孔４２の下部の案内部４３には、支持孔４２内を支持孔４２の軸方向に沿って（図において上下方向に沿って）摺動自在な円柱状のサポート体４４が収容されている。このサポート体４４を径方向に貫通する横孔からなる軸受孔４５に、第２の軸受２４としてのメタルブッシュ等が圧入固定されている。
【００２４】
第２の軸受２４は案内部４３により案内され、第２の軸受２４は支持孔４２内をサポート体４４と共に、ウォームホイール１９側又はその反対方向に偏倚自在とされている。
支持孔４２の開口縁部付近に形成されるねじには、支持孔４２を塞ぐ調整ねじ４６がねじ込まれている。この調整ねじ４６とサポート体４４との間には、サポート体４４を介してウォーム軸１８の第２の端部２２をウォームホイール１９側に付勢する例えば圧縮コイルばねからなる径方向付勢部材４７が介在されている。調整ねじ４６はロックナット４８によりその調整位置が固定される。
【００２５】
本参考形態によれば、径方向付勢部材４７によりウォーム軸１８の第２の端部２２をウォームホイール１９側に付勢することにより、ウォーム軸１８とウォームホイール１９とのバックラッシを詰めることができる。特に、このようなバックラッシ除去機構を付加した場合には、ウォーム軸１８の第２の端部２２は径方向への可動式となるため、仮に玉軸受を用いてもこれに予圧を与えることが困難となる。したがって、第２の軸受２４として、本実施の形態のようなすべり軸受や、或いは円筒ころ軸受を用いる場合が多くなるが、それにもかかわらず、十分な騒音低減が期待できることになる。
【００２６】
図２及び図４の参考形態において、軸方向付勢部材として、圧縮コイルばね３７に代えて、図５Ａの参考形態に示すばねや、図５Ｂ、図５Ｃ又は図５Ｄの実施の形態に示すばねを用いることができる。
図５Ａの参考形態では、例えば円柱形状をなす棒状ばね５１を用いている。図５Ｂの実施の形態では、大径部５２ａと小径部５２ｂを有する二段の円柱形状をなす棒状ばね５２を用いている。これらの棒状ばね５１，５２は、ウォーム軸１８の第１の端部２１とこれに対向する回転軸１６の端部１６ａとの間に介在する合成ゴム又は合成樹脂により構成される。
【００２７】
軸方向付勢部材としての棒状ばね５１，５２を構成する合成ゴムや合成樹脂によって、内部摩擦にによる振動減衰効果が得られ、騒音を効果的に低減することができる。また、電動モータ１５から減速機構１７に伝わる振動を抑制することができ、電動モータ１５の振動に起因する騒音を低減することができる。
特に、二段の円柱形状をなす棒状ばね５２の場合、ばね特性（ばね定数）を例えば２段階等の非線形にすることができ、好ましい。というのは、ばねのセット荷重とストローク時の荷重を自在に設定できるので、ウォーム軸１８の振動を効果的に抑制して、騒音を低減することができるからである。
【００２８】
一方、図５Ｃの実施の形態では、軸方向付勢部材として複数のばねを含んでいる。具体的には、合成ゴム又は合成樹脂からなる図５Ａの棒状ばね５１と同様の構成の棒状ばね５３と、この棒状ばね５１を取り囲む金属製の圧縮コイルばね５４とにより軸方向付勢部材を構成している。主に、金属製の圧縮コイルばね５４が、ウォーム軸１８を軸方向へ付勢する力を負担することで、耐久性を高めている。また、合成ゴム又は合成樹脂により構成される棒状ばね５３は主に、騒音の原因となる振動を減衰させるためのダンパとして機能させる。これにより、耐久性を高め目つ騒音低減効果が高くすることができる。
【００２９】
次いで、図５Ｄの実施の形態では、軸方向付勢部材として、一対の円錐台形状をなす合成ゴム又は合成樹脂からなる棒状ばね５５，５６と、金属製の圧縮コイルばね５７とが設けられる。
棒状ばね５５，５６は、対応するウォーム軸１８の第１の端部２１及び回転軸１６の端部１６ａに接する受け座５８と、受け座５８から延びる円錐状の本体５９をそれぞれ有する。圧縮コイルばね５７は棒状ばね５５，５６の受け座５８間に介在し、圧縮コイルばね５７の対向端部は対応する受け座５８により受けられている。初期セット状態において、棒状ばね５５，５６の本体５９の対向端部間には、所定の隙間が確保されている。図５Ｄの実施の形態においても、図５Ｃの実施の形態と同様にして耐久性を高め目つ騒音低減効果が高くすることができ、しかも、圧縮コイルばね５７の両端部が受け座５８に収まるので、すわりが良く、がたつきが防止され、圧縮コイルばね５７に合成ゴム製等の受け座５８が当接するので、更に騒音低減効果が向上するという利点がある。
【００３０】
なお、棒状ばね５１，５２，５３，５５，５６は中空形状であっても良い。
次いで、図６Ａは本発明の別の参考形態を示している。図６Ａを参照して、本参考形態の特徴とするところは、下記である。すなわち、ウォーム軸１８の第１の端部２１及びこれに対向する回転軸１６の端部１６ａに、相対向する第１及び第２のスリーブ６１，６２を設け、これらのスリーブ６１，６２をドライブシャフト６３を介して互いに連結することにより、ジョイントを構成した点にある。ドライブジョイント６３の対向する端部６４，６５の外周には、セレーション部６４ａ，６５ａが形成され、各端部６４，６５はそれぞれ対応するスリーブ６１，６２内に挿入され、対応するスリーブ６１，６２にセレーション結合されている。
【００３１】
ジョイントとしてのドライブシャフト６３並びに第１及び第２のスリーブ６１，６２を介してウォーム軸１８と回転軸１６が一体回転可能に連結され、回転軸１６からウォーム軸１８へ駆動力が伝達される。
ドライブシャフト６３の軸方向の中間部の外周には、環状フランジ６６が形成されており、この環状フランジ６６と第１のスリーブ６１の端面６１ａとの間に、軸方向付勢部材としての例えば圧縮コイルばね６７が介在し、ドライブシャフト６３の周囲を取り囲んでいる。
【００３２】
本参考形態では、第１及び第２のスリーブ６１，６２間でドライブシャフト６３の若干の傾斜が許容され、この傾斜によってスリーブ６１，６２間の芯ずれ、すなわちウォーム軸１８と回転軸１６間の芯ずれを吸収することができる。その結果、セレーション結合のために必要な隙間を小さくすることができる。これにより、騒音を低減でき、またセレーション結合される部分の耐久性を向上することができる。
【００３３】
なお、環状フランジ６６を廃止し、圧縮コイルばね６７が第１及び第２のスリーブ６１，６２の端面間に介在するようにしても良い。
次いで、図６Ｂは本発明の別の参考形態を示している。図６Ｂを参照して、本参考形態が図６Ａの参考形態と異なるのは、ドライブシャフト６３Ａに、例えば端部６５側に開放するスリーブ６８を設け、スリーブ６８内に、軸方向付勢部材としての例えば圧縮コイルばね６９を収容する。圧縮コイルばね６９はドライブシャフト６３を介してウォーム軸１８を軸方向に付勢する。本参考形態においても、図６Ａの参考形態と同様の作用効果を奏する。
【００３４】
なお、図６Ａや図６Ｂの参考形態において、セレーション部６５ａ（又は６４ａ）を図７に示すように球状として、ドライブシャフト６３が傾斜し易くするようにしても良い。また、図６Ａや図６Ｂの参考形態に、図５Ａ乃至図５Ｄの軸方向付勢部材を組み合わせて用いることができる。なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、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】
【図１】本発明の一参考形態の電動式動力舵取装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】バックラッシ調整機構を含む電動式動力舵取装置の要部の断面図である。
【図３】図２の要部の拡大図である。
【図４】本発明の別の参考形態の電動式動力舵取装置の要部の断面図である。
【図５】図５Ａは本発明の別の参考形態の電動式動力舵取装置の要部の断面図である。図５Ｂ乃至図５Ｄはそれぞれ本発明の別の実施の形態の電動式動力舵取装置の要部の断面図であり、軸方向付勢部材の変更例を示している。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ本発明の別の参考形態の電動式動力舵取装置の要部の断面図であり、ジョイントの変更例を示している。
【図７】本発明の別の参考形態の電動式動力舵取装置のジョイントのドライブシャフトの側面図図である。
【符号の説明】
１    電動式動力舵取装置
３    操舵軸（ステアリングシャフト）
１５  電動モータ
１６  回転軸
１６ａ  端部
１７  減速機構
１８  ウォーム軸
１９  ウォームホイール
２１  第１の端部
２１ａ  雄スプライン
２２  第２の端部
２３  第１の軸受
２４  第２の軸受
２５  外輪
２６  ギヤハウジング
２７  軸受孔
２８  位置決め段部
３１  内輪
３２  位置決め段部
３３  軸受孔
３４  ジョイント
３５  スリーブ
３７  圧縮コイルばね（軸方向付勢部材）
４２  支持孔
４３  案内部
４４  サポート体
４５  軸受孔
４６  調整ねじ
４７  径方向付勢部材
５１，５２，５３，５５，５６  棒状ばね（軸方向付勢部材）
５４，５７  圧縮コイルばね（軸方向付勢部材）
６１  第１のスリーブ
６２  第２のスリーブ
６３，６３Ａ  ドライブシャフト
６４，６５  端部
６４ａ，６５ａ  セレーション部
６７，６９  圧縮コイルばね（軸方向付勢部材）
６８スリーブ
【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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【図６】
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【図７】
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