(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電動モータに結合された第１の歯車と、前記第１の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第２の歯車とから構成される歯車減速機構を備え、電動モータによる補助動力をステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、この電動パワーステアリング装置は、更に、
上記歯車減速機構のためのハウンジングと上記ステアリングシャフトの回転角を検出するセンサ歯車を備えたアングルセンサとを備えており、
上記第２の歯車は、金属製の芯金の外周面に固定された合成樹脂部材に樹脂歯を形成したウォームホイールであって、前記合成樹脂部材には、前記ウォームホイールと同軸に上記センサ歯車に噛合するセンサ駆動歯車が形成されたものであり、
上記アングルセンサの外箱には、外側が円筒形に形成された上記センサ歯車の軸受部であるとともに、上記ハウンジングに設けられたガイド孔に、上記センサ歯車と上記センサ駆動歯車とが深く噛合する方向に偏心した環状部材をなす弾性部材を介在させて上記ハウンジングへの装着部として嵌合する軸受部が設けられており、
上記センサ歯車は、上記弾性部材によって上記第２の歯車に設けられたセンサ駆動歯車に対し噛合方向に向けて弾性的に与圧されて噛合していること
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】
この発明は、操舵軸の回転角を検出するアングルセンサを装着した電動パワーステアリング装置に関し、特に、アングルセンサを電動パワーステアリング装置に装着する取付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在広く使用されている車両用の電動パワーステアリング装置は、運転者によりステアリングホイールが操作されたときステアリングシャフトに発生する操舵トルクを検出し、その検出信号に基づいて電動モータを制御し、減速機構を介してステアリングシャフトを回転させ、操舵力を補助するように構成されたものがある。
【０００３】
上記した電動モータの制御は、ＣＰＵで構成された電子制御回路において実行されるもので、操舵トルク信号、車速信号その他の信号に基づいて、電動モータの出力を決定する電流指令値を演算し、演算された電流指令値には各種の補正値が加算され、電流制御値として出力される。そして、電流制御値に基づいて決定されたデューティ比Ｄによりモータ電流をＯＮ／ＯＦＦ制御して電動モータを制御し、電動モータに流れるモータ電流を検出して上記電流制御との差が零になるようにフィードバック制御が行われる。
【０００４】
上記した電子制御回路では、車両の多様な走行状態に対応して最適な操舵特性が得られるように、ステアリングシャフトの操舵角を知る必要がある。操舵角を知る手段としては各種の手段が提案されているが、一定角度で多数のスリットを設けたスリット円板をステアリングシャフトに装着し、スリット円板上のスリットを光学的に検出して計数するアングルセンサが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
図７は上記したアングルセンサ１００の構成の一例を説明する斜視図である。図７において、１０１はステアリングシャフトであって、図示されていないが、その一端にはステアリングホイールが取付けられ、他端には操舵機構のピニオンが取付けられている。１０２はステアリングシャフト１０１に取付けられたスリット円板であって、所定の角度（例えば０．２度或いは１．０度など）で多数のスリット１０３が設けられているほか、操舵中立位置を示すスリット１１２が設けられている。
【０００６】
スリット円板１０２の回転方向及び回転数を計数するため、スリット円板１０２のスリット１０３を間に挟んで２個のフォトカプラ１０４及び１０５が配置されており、フォトカプラ１０５はフォトカプラ１０４に対して１／４ピッチずらした位置に配置されている。フォトカプラ１０４及び１０５は、それぞれフォトトランジスタと発光ダイオードから構成され、発光ダイオードから投射された光がスリット円板１０２のスリット１０３を通過し、反対側に配置されたフォトトランジスタに入射してパルス信号が出力される。
【０００７】
フォトカプラ１０４から出力されたパルス信号とフォトカプラ１０５から出力されたパルス信号との位相のずれから、スリット円板１０２の回転方向が検出され、フォトカプラ１０４（又は１０５）から出力されたパルス信号の個数を計数し、操舵角の角度位置を検出することができる。
【０００８】
また、操舵中立位置を示すスリット円板１０２のスリット１１２を検出するため、スリット円板１０２のスリット１１２を挟んでフォトカプラ１１３が配置されており、操舵角零の位置に形成されているスリット１１２をフォトカプラ１１３で検出し、操舵中立位置を検出することができる。
【０００９】
上記したアングルセンサ１００は、ステアリングシャフトに直接スリット円板を装着しているが、この構成ではステアリングシャフトの構成を複雑にして望ましくない。そこで、上記したアングルセンサを、スリット円板の回転軸にセンサ歯車を設け、フォトカプラでスリット円板の回転を検出する独立した構成とする。
【００１０】
一方、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトに連結される操舵機構のウォームホイールに前記センサ歯車を駆動するセンサ駆動歯車を設け、センサ駆動歯車と前記したセンサ歯車を噛合させ、ウォームホイールの回転、即ちステアリングシャフトの回転を検出するようにした構成が提案されている（特許文献２参照）。
【００１１】
図８は、電動パワーステアリング装置の減速機構を構成するウォームホイールの断面形状と上記した独立した構成のアングルセンサのセンサ歯車付近の構成を説明する図であって、図８（ａ）はウォームホイールの断面とセンサ歯車及びセンサ駆動歯車（内歯歯車）付近の構成を示す側面断面図、図８（ｂ）はウォームホイールのセンサ駆動歯車装着部付近の部分断面図である。
【００１２】
ウォームホイール１２１は、金属製の芯金１２２の外周面にクロスルーレット加工等を行い、その加工面に合成樹脂で一体成形した円筒形の樹脂部１２３を設け、その外周面に図示しないウォーム歯車減速機構のウォームに噛合するウォームホイール歯１２４を形成する。更に、ウォームホイール１２１には、芯金１２２の内側周面に前記センサ歯車に噛合する合成樹脂で成形したセンサ駆動歯車（内歯歯車）１２６を装着する。
【００１３】
アングルセンサ１３１は、図示されていないスリット円板が装着された回転軸１３２の一端にセンサ歯車１３３が装着され、前記センサ駆動歯車（内歯歯車）１２６に噛合させてある。
【００１４】
以上の構成により、ステアリングシャフトに連結されるウォームホイール１２１の回転は、センサ駆動歯車（内歯歯車）１２６を介してセンサ歯車１３３を回転させ、ステアリングシャフトの回転角がアングルセンサ１３１により検出される。
【特許文献１】特公平３−６１８８６号公報。
【特許文献２】特開２００４−１６１１５０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記した構成では、センサ駆動歯車１２６とセンサ歯車１３３とが噛合するとき、それぞれの歯車の精度誤差や、組み付けの際のばらつきによって、噛合する歯車間のバックラッシュが大きくなり、そのため運転者がステアリングホイールを操作するとき、センサ駆動歯車１２６とセンサ歯車１３３との噛合部に歯打ち音が発生し、運転者に対して不快感を与える可能性があった。この発明は、上記課題を解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は上記課題を解決するもので、少なくとも電動モータに結合された第１の歯車と、前記第１の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第２の歯車とから構成される歯車減速機構を備え、電動モータによる補助動力をステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、この電動パワーステアリング装置は、更に、上記歯車減速機構のためのハウンジングと上記ステアリングシャフトの回転角を検出するセンサ歯車を備えたアングルセンサとを備えており、上記第２の歯車は、金属製の芯金の外周面に固定された合成樹脂部材に樹脂歯を形成したウォームホイールであって、前記合成樹脂部材には、前記ウォームホイールと同軸に上記センサ歯車に噛合するセンサ駆動歯車が形成されたものであり、上記アングルセンサの外箱には、外側が円筒形に形成された上記センサ歯車の軸受部であるとともに、上記ハウンジングに設けられたガイド孔に、上記センサ歯車と上記センサ駆動歯車とが深く噛合する方向に偏心した環状部材をなす弾性部材を介在させて上記ハウンジングへの装着部として嵌合する軸受部が設けられており、上記センサ歯車は、上記弾性部材によって上記第２の歯車に設けられたセンサ駆動歯車に対し噛合方向に向けて弾性的に与圧されて噛合していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【発明の効果】
【００２２】
この発明に係る電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトの回転角を検出するセンサ歯車を備えたアングルセンサを、そのセンサ歯車を歯車減速機構のステアリングシャフトに結合された第２の歯車に設けられたセンサ駆動歯車に対して噛合方向に向け弾性的に与圧して噛合させたものであるから、センサ歯車やセンサ駆動歯車の精度誤差や、組み付けの際のばらつきは、前記した弾性的に与圧された歯車の噛合により吸収され、歯車間のバックラッシュを低減して噛合部に発生する歯打ち音を抑制することができ、運転者に対して不快感を与えることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置１０の構成の概略を説明する斜視図で、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１の操作がステアリングコラム２、中間シャフト４を介してギアボックス１１の内部に配置されたステアリングギア５のピニオンに伝達され、ピニオンの回転はラックの往復運動に変換され、左右のタイロッド６を介して車輪を操舵する機構において、ステアリングホイール１の操作力を軽減するため、前記ステアリングギア５のピニオンと同軸にウォームホイールを設け、ウォームホイールの回転を電動モータ７で補助し、ステアリングホイール１の操舵力を補助するように構成されている。
【００２５】
図２は、ステアリングギア５を収納するギアボックス１１の外観を説明する正面図で、内部にステアリングギア５が収納されると共に、ステアリングギア５のピニオンと同軸に装着されたウォームホイールを回転駆動する電動モータ７、電動モータを制御する制御装置（ＥＣＵ）８、及びアングルセンサ２０が組み付けられている。
【００２６】
アングルセンサ２０については後で詳細に説明するが、アングルセンサ２０はウォームホイールが装着された入力軸１４を収容するギアボックス１１のウォームホイール装着部付近に、入力軸１４（即ちウォームホイール）から離れる方向に移動可能に弾性部材を介して装着される。即ち、アングルセンサ２０のセンサ歯車２２（図３参照）は、ウォームホイールと同軸に形成されたセンサ駆動歯車１９ｄ（図３参照）との噛合が深くなる方向に、弾性的に与圧されて装着される。
【００２７】
上記した装着状態は、図２で説明すれば、ギアボックス１１のウォームホイール装着部のハウンジング１１ａとアングルセンサ２０の外箱と間には、アングルセンサ２０の外箱がウォームホイール装着部のハウンジング１１ａから離れる方向に移動可能に、隙間Ｂが形成されるように装着されている。
【００２８】
図３は、図２に示すギアボックス１１の構成を説明する断面図で、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すボルト２４及びボルト孔１１ｅ付近の拡大断面図である。
【００２９】
ギアボックス１１は、ハウンジング１１ａ及びハウンジング１１ｂの２つの部材からなる分割構造に構成されており、ギアボックス１１の内部に収納されるステアリングギア５は、入力軸１４、出力軸１５、出力軸１５に固定されたウォームホイール１９、ウォームホイール１９と噛合するウォーム１８などから構成される。
【００３０】
入力軸１４の先は図示されていない中間シャフト４を介してステアリングホイールに連結され、出力軸１５は玉軸受１２及び１３により支承されており、出力軸１５の先は図示しないピニオンに連結され、ピニオンの回転がラックの往復運動に変換されて左右のタイロッド６（図１参照）を介して車輪を操舵するように構成されている。
【００３１】
入力軸１４と出力軸１５とはトーションバー１６で結合され、入力軸１４に加わる操舵トルクに応じて入力軸１４と出力軸１５とが相対的に捩じれ、その捩れ量がトルクセンサ１７により検出されるように構成されている。
【００３２】
出力軸１５には、ウォームホイール１９がキー等の手段で固定結合されており、図示されていない電動モータの回転軸に結合されたウォーム１８が、ウォームホイール１９と噛合している。
【００３３】
さらに、ギアボックス１１のハウンジング１１ａには、アングルセンサ２０を取付けるためのガイド孔１１ｄと、アングルセンサ２０を固定するボルト孔１１ｅが設けられている。
【００３４】
図４は、ウォームホイール１９の構成を説明する平面図である。図４に示すように、ウォームホイール１９は、金属製の芯金１９ａの外周面にクロスルーレット加工等を行い、その加工面に合成樹脂で一体成形した円筒形の樹脂部１９ｂを設け、樹脂部１９ｂの外周面にはウォーム１８のウォーム歯に噛合するホイール歯１９ｃが形成されている他、樹脂部１９ｂの内側周面にはアングルセンサ２０のセンサ歯車２２に噛合するセンサ駆動歯車（内歯歯車）１９ｄが形成されている。
【００３５】
次に、アングルセンサ２０について説明する。アングルセンサ２０の基本構成は、先に背景技術において説明した構成と同様で、図示しないスリット円板が装着された回転軸２１の一端にセンサ歯車２２が装着され、センサ歯車２２が前記ウォームホイール１９のセンサ駆動歯車（内歯歯車）１９ｄに噛合する構成を備えている（図３、図４参照）。
【００３６】
ハウンジング１１ａにアングルセンサ２０を取り付ける取付構造には、複数の実施例がある。以下、順次説明する。
【００３７】
図５は、アングルセンサ２０の第１実施例の取付構造を説明する正面図である。アングルセンサ２０の外箱には、外側が円筒形に形成されたセンサ歯車２２の軸受部２０ａが設けられており、軸受部２０ａをハウンジング１１ａへの装着部として前記したハウンジング１１ａに設けられたガイド孔１１ｄ（図３参照）に嵌合するように構成されている。
【００３８】
また、アングルセンサ２０の外箱には取付けブラケット２３が設けられており、取付けブラケット２３には、前記したハウンジング１１ａに設けられたボルト孔１１ｅに螺合するボルト２４を差込むボルト差込孔２３ａが形成されている。
【００３９】
軸受部２０ａには、センサ歯車２２が噛合する前記ウォームホイール１９側から見て反対側に厚く偏心した弾性体で構成された弾性部材のリング２５が装着されている。或いは厚く偏心した弾性体で構成されたリング２５に代えて、ウォームホイール１９側から見て反対側のみに装着する円弧状部材２６を装着してもよい。
【００４０】
図６は、アングルセンサ２０の第２実施例の取付構造を説明する正面図である。アングルセンサ２０の外箱には、外側が円筒形に形成されたセンサ歯車２２の軸受部２０ａが設けられており、軸受部２０ａをハウンジング１１ａへの装着部として前記したハウンジング１１ａに設けられたガイド孔１１ｄ（図３参照）に嵌合するように構成されている。
【００４１】
また、アングルセンサ２０の外箱には取付けブラケット２３が設けられており、取付けブラケット２３には、前記したハウンジング１１ａに設けられたボルト孔１１ｅに螺合するボルト２４を差込むボルト差込孔２７が形成されている。
【００４２】
ボルト差込孔２７には、センサ歯車２２が噛合する前記ウォームホイール１９側から見て反対側に厚く偏心した弾性体で構成されたカラー２８が装着されている。或いは厚く偏心した弾性体で構成されたカラー２８に代えて、ウォームホイール１９側から見て反対側のみに装着する円弧状部材で構成されたカラー２９を装着してもよい。
【００４３】
次に、アングルセンサ２０のギアボックス１１のハウンジング１１ａへの取り付けについて説明する。
【００４４】
第１実施例のアングルセンサ２０では、まず、軸受部２０ａに弾性部材のリング２５又は円弧状部材２６を装着する。このとき、リング２５の厚く偏心した弾性体部分又は円弧状部材２６をウォームホイール１９側から見て反対側（遠い側）に位置するように装着し、リング２５又は円弧状部材２６を装着した軸受部２０ａをハウンジング１１ａのガイド孔１１ｄに挿入する。
【００４５】
アングルセンサ２０のセンサ歯車２２をウォームホイール１９のセンサ駆動歯車１９ｄに噛合させ、噛合状態を調整した後、取付けブラケット２３にボルト２４を差込み、ハウンジング１１ａに固定する。
【００４６】
この構成によれば、リング２５の厚く偏心した弾性体部分又は又は弾性材からなる円弧状部材２６によりアングルセンサ２０全体が出力軸（コラム軸）の中心線から外側方向に寄り、センサ歯車２２とセンサ駆動歯車１９ｄとを深く噛合させ、バックラッシュを抑制することができる。
【００４７】
また、リング２５又は円弧状部材２６は弾性変形するので、センサ歯車２２とセンサ駆動歯車１９ｄの精度誤差や組み付け時のばらつきは、リング２５又は円弧状部材２６の弾性変形で調整され、噛合部から歯打ち音が発生することがない。
【００４８】
第２実施例のアングルセンサ２０では、まず、取付けブラケット２３のボルト差込孔２７に厚く偏心した弾性体で構成されたカラー２８、又は弾性体で構成された円弧状部材のカラー２９をウォームホイール１９側から見て反対側（遠い側）に位置するように装着し、軸受部２０ａをハウンジング１１ａのガイド孔１１ｄに挿入する。
【００４９】
アングルセンサ２０のセンサ歯車２２をウォームホイール１９のセンサ駆動歯車１９ｄに噛合させ、噛合状態を調整した後、取付けブラケット２３にボルト２４を差込み、ハウンジング１１ａに固定する。
【００５０】
この構成によれば、取付けブラケット２３のボルト差込孔２７に装着した厚く偏心した弾性体で構成されたカラー２８、又は弾性体で構成された円弧状部材のカラー２９により、アングルセンサ２０全体が出力軸（コラム軸）の中心線から外側方向に寄り、センサ歯車２２とセンサ駆動歯車１９ｄとを深く噛合させ、バックラッシュを抑制することができる。
【００５１】
また、上記したカラー２８又はカラー２９は弾性変形するので、センサ歯車２２とセンサ駆動歯車１９ｄの精度誤差や組み付け時のばらつきは、カラー２８又はカラー２９の弾性変形で調整され、噛合部から歯打ち音が発生することがない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
車両の多様な走行状態に対応して最適な操舵特性が得られるように制御する上で必要とされるステアリングホイールの操舵角を検出する電動パワーステアリング装置のアングルセンサの取付構造であって、アングルセンサのセンサ歯車とステアリングホイールに連結されるセンサ駆動歯車の精度誤差や組み付け時のばらつきによる噛合状態は弾性部材で調整され、噛合部から発生する歯打ち音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の実施の形態のピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の構成の概略を説明する斜視図。
【図２】ステアリングギアを収納するギアボックスの外観を説明する正面図。
【図３】図２に示すギアボックスのＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】ウォームホイールの構成を説明する平面図。
【図５】アングルセンサの第１実施例の取付構造を説明する正面図。
【図６】アングルセンサの第２実施例の取付構造を説明する正面図。
【図７】アングルセンサの構成の一例を説明する斜視図。
【図８】電動パワーステアリング装置の減速機構を構成するウォームホイールの断面形状とアングルセンサのセンサ歯車付近の構成を説明する断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１  ステアリングホイール
２  ステアリングコラム
４  中間シャフト
５  ステアリングギア
６  タイロッド
７  電動モータ
８  制御装置（ＥＣＵ）
１０  電動パワーステアリング装置
１１  ギアボックス
１１ａ  ハウンジング
１１ｂ  ハウンジング
１１ｄ  ガイド孔（アングルセンサを取付けるためのガイド孔）
１１ｅ  ボルト孔（アングルセンサを固定するボルト孔）
１２  玉軸受
１３  玉軸受
１４  入力軸
１５  出力軸
１６  トーションバー
１７  トルクセンサ
１８  ウォーム
１９  ウォームホイール
１９ａ  芯金（ウォームホイールの芯金）
１９ｂ  樹脂部
１９ｃ  ホイール歯（ウォームホイールのホイール歯）
１９ｄ  センサ駆動歯車
２０  アングルセンサ
２０ａ  軸受部（センサ歯車の軸受部）
２１  回転軸（スリット円板が装着された回転軸）
２２  センサ歯車
２３  取付けブラケット
２３ａ  ボルト差込孔
２４  ボルト
２５  弾性部材（リング）
２６  円弧状部材
２７  ボルト差込孔
２８  カラー（弾性体で構成されたカラー）
２９  カラー（弾性体で構成されたカラー）
【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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【図８】
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