JP3950696B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータにより操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ラックアシスト式電動パワーステアリング装置では、電動モータの回転をプーリ・ベルト機構を介して減速した後、ラック軸を包囲するボールねじ機構を介してラック軸の軸方向移動に変換するようにしている（例えば特公平４−２８５８３号公報参照）。
この場合、電動モータとラック軸との間の動力伝達経路にベルトが介在することになるので、ラック軸からの衝撃荷重や振動が電動モータに伝達されることがないという利点がある。
【０００３】
しかしながら、ベルトの弛みが過大になると、ベルトのすべりが大きくなり、作動不良や騒音を発生するおそれがある。
そこで、本発明の課題はベルトの弛み過ぎ等に起因した作動不良や騒音の発生を防止することのできる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、操舵補助力を発生する電動モータと、電動モータの回転を減速する減速機構と、減速機構の出力回転を車両の左右方向に延在する操舵軸の軸方向移動に変換する変換機構とを備え、前記減速機構は、電動モータの回転軸の同軸上に取り付けられる入力プーリと、操舵軸を包囲して配置される出力プーリと、入、出力プーリ間を連結するベルトと、ベルトの張力を調整する張力調整機構とを含み、前記入力プーリを収容する第１のハウジングと、前記出力プーリ、変換機構及び操舵軸を収容する第２のハウジングとが設けられ、第１及び第２のハウジングは全体が筒状をなし、第１及び第２のハウジングは、端面側からみて略Ω字形形状をなすように取付フランジを有し、第１及び第２のハウジングの取付フランジは互いに締結され、ベルトは第１及び第２のハウジングに亘って収容されていることを特徴とするものである。
本発明では、ベルトの張力を適正に調整することで、ベルトの弛み過ぎに起因する作動不良や騒音の発生を防止することができる。
【０００５】
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記張力調整機構が入力プーリと出力プーリの軸中心間の距離を変更する中心間距離変更機構であることを特徴とするものである。本発明では、両プーリの中心間距離の変更によりベルトのテンションを容易に調整することができる。
請求項３記載の発明は、請求項２において、前記中心間距離変更機構は、入力プーリを保持する第１のハウジングと操舵軸を保持する第２のハウジングとの間に介在するスペーサを含むことを特徴とするものである。本発明では、スペーサの厚み調整によりベルトのテンションを容易に調整することができる。
【０００６】
請求項４記載の発明は、請求項２において、前記中心間距離変更機構は、入力プーリを保持する第１のハウジングと操舵軸を保持する第２のハウジングとを、前記中心間距離を変更可能な方向に相対移動させるべく案内する案内機構を含むことを特徴とするものである。本発明では、両プーリの軸中心間の平行度を保ちつつ両ハウジングを相対移動させて、ベルトのテンションを容易に調整することができる。
【０００７】
請求項５記載の発明は、請求項４において、前記中心間距離変更機構は、案内機構によって案内される方向に第１及び第２のハウジングを相対駆動可能なねじをさらに含むことを特徴とするものである。本発明では、ねじの締め付けトルクを管理することでベルトのテンションを精度良く調整することができる。
請求項６記載の発明は、請求項４において、前記中心間距離変更機構は、案内機構によって案内される方向に第１及び第２のハウジングを相対付勢する弾性部材をさらに含むことを特徴とするものである。本発明では、長期に使用してもベルトが適性なテンションに自動的に維持される。
【０００８】
請求項７記載の発明は、請求項２において、上記中心間距離変更機構は、固定ハウジングに形成される円孔と、この円孔に回動位置調整自在に支持される円形の外径部を有する可動ハウジングと、この可動ハウジングの円形の外径部の中心から偏倚した位置に中心を持ち入力プーリを回転自在に支持するための円形の偏心孔とを含むことを特徴とするものである。本発明では、可動ハウジングを円孔の周方向に回動させるだけで、ベルトのテンションを容易に調整することができる。
【０００９】
請求項８記載の発明は、請求項７において、前記可動ハウジングは電動モータのモータハウジングから一体に延設されていることを特徴とするものである。本発明では、モータハウジングを周方向に回動させるだけで、ベルトのテンションを容易に調整することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を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（ＥＰＳ）１は、操舵部材としてのステアリングホイール２に連結し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の先端部に設けられたピニオンギヤ４及びこのピニオンギヤ４に噛み合うラックギヤ５を有して車両の左右方向に延びる操舵軸としてのラック軸６とを有している。
【００１１】
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。ステアリングホイール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。
【００１２】
ステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連なる入力軸９と、ピニオンギヤ４に連なる出力軸１０とに分割されており、これら入、出力軸９，１０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を介する入、出力軸９，１０間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、トルク検出結果や車速検出結果等に基づいて、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、プーリ・ベルト機構を含む減速機構１７を介して減速される。減速機構１７の出力回転は変換機構１８を介してラック軸６の軸方向移動に変換され、操舵が補助される。本電動パワーステアリング装置１はいわゆるラックアシストタイプである。
【００１３】
次いで、図２は電動パワーステアリング装置１の要部拡大図であり、図３は図２のIII − III線に沿う概略断面図である。
これらの図を参照して、電動モータ１５は、ラック軸６を収容する第２のハウジングとしてのラックハウジング１９に併設されている。電動モータ１５のモータハウジング２０は、減速機構１７の入力プーリを保持する第１のハウジング２１を介して、ラックハウジング１９に固定されている。
【００１４】
第１のハウジング２１は全体が筒状をなし、端面側からみて略Ω字形形状をなすように取付フランジ２２を有している。第２ハウジングとしてのラックハウジング１９にも第１のハウジング２１の取付フランジ２２に相対向する取付フランジ２３を有しており、両取付フランジ２２，２３間にシム等のスペーサ２４を介在させた状態で、両取付フランジ２２，２３がねじ２５により互いに締結されている。ねじ２５は、例えば取付フランジ２２のねじ挿通孔２２ａを挿通して取付フランジ２３のねじ孔２３ａにねじ込まれる。
【００１５】
本実施の形態の特徴とするところは、スペーサ２４の厚み調整によって第１ハウジング２１と第２ハウジング１９のとの間の距離を調整し、これにより、後述するような入、出力プーリ２８，２９の軸心２８ａ，２９ａ間の距離（中心間距離Ｄ）の調整を通じて、ベルト３０のテンション調整を達成する点にある。すなわち、スペーサ２４によって張力調整機構としての中心間距離調整機構Ａが構成されている。
【００１６】
減速機構１７は、電動モータ１５の回転軸１６に、例えばスプラインを用いる継手２６を介して同軸上に連結される入力軸２７と、入力軸２７の軸方向中間部に一体回転可能に設けられる小径の入力プーリ２８と、操舵軸としてのラック軸６の周囲を取り囲んで配置される大径の出力プーリ２９と、入、出力プーリ２８，２９間に巻き回されるベルト３０とを備える。ベルト３０は、例えば歯付きベルト（コッグドベルト）からなり、入力プーリ２８は入力軸２７の外周に歯付きベルトに噛み合う歯を円周等配に形成した歯付きプーリとして構成される。出力プーリ２９も同様に歯付きプーリが用いられる。
【００１７】
入力軸２７は第１及び第２の端部３１，３２を有しており、第１及び第２の端部３１，３２は、それぞれ対応する軸受３３，３４を介して第１のハウジング２１の対応する支持孔３５，３６により回転自在に支持されている。
また、入力軸２７の第１の端部３１は継手２６を介して電動モータ１５の回転軸１６に一体回転可能に連結されている。
第１のハウジング２１は、モータハウジング２０から回転軸１６が突出する部分を覆うようにモータハウジング２０に連結される連結ハウジング３７と、この連結ハウジング３７と共同して減速機構１７の主要部を収容する収容室３８を区画するための減速ハウジング３９とを備える。
【００１８】
連結ハウジング３７は筒状をなし、内部に上記の継手２６を収容する。連結ハウジング３７は周壁部４０と端壁部４１を有し、端壁部４１には前記の支持孔３５が設けられている。
減速ハウジング３９は、連結ハウジング３７の周壁部４０に液密的に嵌合する周壁部４２と、端壁部４３とを有している。端壁部４３に前記の支持孔３６が設けられている。連結ハウジング３７と減速ハウジング３９で区画される収容室３８内には、入力プーリ２８が収容されている。上記の取付フランジ２２は連結ハウジング３７及び減速ハウジング３９の双方に設けられている。
【００１９】
変換機構１８としては、例えばボールねじ機構又はベアリングねじ機構（例えば特開２０００−４６１３６号公報参照）を用いて回転運動を直線運動に変換することができる。本実施の形態では、ボールねじ機構が用いられる例に則して説明する。変換機構１８はラック軸６の周囲を取り囲む回転体としてのボールナット４４を備える。
ボールナット４４は、ラック軸６の途中部に形成されたボールねじ溝６ａにボール４５を介して螺合しており、これにより変換機構１８が構成されている。ボールナット４４はラックハウジング１９に軸受４６を介して回転自在に支持されている。また、ボールナット４４の外周部４７には前記の出力プーリ２９が一体回転可能に嵌め合わされている。具体的には、ボールナット４４の外周部４７に形成された段部４８と、外周部４７のねじ部４９にねじ込まれた固定ねじ５０との間に出力プーリ２９を挟持することで、出力プーリ２９をボールナット４４に固定している。
【００２０】
本実施の形態によれば、シム等からなるスペーサ２４の厚み調整によって、入、出力プーリ２８，２９の軸心２８ａ，２９ａ間の距離（中心間距離Ｄ）を容易且つ安価に調整することができる。ひいては、ベルト３０のテンションを容易且つ安価に調整することができる。ベルト３０に関する作動不良や騒音の発生を防止することができる。
次いで、図４は本発明の別の実施の形態を示している。図４を参照して、本実施の形態が図３の実施の形態と異なるのは、スペーサ２４を廃止する共に、入力プーリ２８を保持する第１のハウジング２１と、軸受４６及びラック軸６を介して出力プーリ２９を保持する第２のハウジングとしてのラックハウジング１９とを、互いの取付フランジ２２，２３に沿って軸心２８ａ，２９ａを横方向Ｘに相対スライドさせて、中心間距離Ｄを調整するようにした点にある。横方向Ｘとは軸心２８ａ，２９ａを含む平面Ｐに略直交する方向である。
【００２１】
これを可能とするために、取付フランジ２２のねじ挿通孔２２ｂを上記横方向Ｘに長い長孔に形成し、この長孔からなるねじ挿通孔２２ｂを介して、横方向Ｘへの両ハウジング１９，２１の相対スライドを案内するようにしてある。取付部材２３にねじ２５に螺合するねじ孔２３ａが形成される点は図３の実施の形態と同様である。互いに接触する取付フランジ２２，２３と、ねじ２５と、長孔からなるねじ挿通孔２２ｂにより、中心間距離変更機構Ａとしての案内機構Ｇが構成される。
【００２２】
本実施の形態では、両ハウジング２１，１９を横方向Ｘに相対スライドさせるので、省スペースを図りつつ、容易且つ安価にベルト３０のテンション調整が実施できる。
次いで、図５はさらに本発明の別の実施の形態を示している。図５を参照して、本実施の形態が図４の実施の形態と異なるのは、図４の実施の形態では、横方向Ｘに沿って両ハウジング２１，１９を相対スライドさせたが、本実施の形態では、縦方向Ｙに沿ってラックハウジング１９及び連結ハウジング３７Ａを相対スライドさせて、中心間距離Ｄを調整する点と、ラックハウジング１９及び連結ハウジング３７Ａを前記縦方向Ｙに沿って相対スライドさせるための単一の駆動ねじ５１を設けた点にある。縦方向Ｙとは、軸心２８ａ及び軸心２９ａの双方に略直交する方向である。
【００２３】
具体的には、連結ハウジング３７Ａの周壁部４０に外向きの環状フランジからなる被案内部５２を設け、また、連結ハウジング３７Ａの端壁部４１から入力軸２７に平行に延びる延設部５３を設ける。さらに、延設部５３の先端から減速ハウジング３９Ａの端壁部４３に平行な端壁部５４を延設し、この端壁部５４に段付き状に突出する円筒部５５を形成する。この円筒部５５の端面によって被案内部５６を形成する。円筒部５５の内周面５５ａによって軸受３４を介して入力軸２７の第２の端部３２が回転自在に支持される。
【００２４】
一方、減速ハウジング３９Ａはラックハウジング１９の一部として一体に形成されており、ラックハウジング及び減速ハウジング３９Ａには、上記の被案内部５２を案内するための案内部５７が形成される。また、減速ハウジング３９Ａの端壁部４３には、被案内部５６を案内するための例えば凹部からなる案内部５８が形成される。被案内部５２，５６及び案内部５７，５８によって案内機構Ｇが構成される。駆動ねじ５１は、減速ハウジング３９Ａの周壁部４２のねじ挿通孔５９を挿通して、連結ハウジング３７Ａの延設部５３のねじ孔６０にねじ込まれている。案内機構Ｇと駆動ねじ５１とで中心間距離変更機構Ａが構成される。
【００２５】
本実施の形態によれば、駆動ねじ５１の締め付けトルクを管理することでベルト３０のテンションを容易且つ精度良く調整することができ、ベルト３０に関連する作動不良や騒音の発生を防止することができる。
次いで、図６は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図６を参照して、本実施の形態が図５の実施の形態と異なるのは、図５の実施の形態では、単一の駆動ねじ５１の操作で、入力プーリ２８を保持する連結ハウジング３９Ａ及びモータハウジング２０を引っ張ることで、中心間距離Ｄを増大させて、ベルト３０のテンションを増大させるようにしたが、本実施の形態では、ベルト３０を挟んだ両側に配置される一対の駆動ねじ５１ａ，５１ｂの操作で、入力軸２７の第１の端部３１を支持する連結ハウジング３９Ｂ及び入力軸２７の第２の端部３２を支持する支持ハウジング６１を縦方向Ｙに沿って押すことで、中心間距離Ｄを増大させて、ベルト３０のテンションを増大させるようにした点にある。
【００２６】
連結ハウジング３７Ｂは縮径部６２とこれより先端の大径部６３を有し、この大径部６３によって軸受３３を介して入力軸２７の第１の端部３１を支持する。大径部６３は一対の環状フランジからなる被案内部６４を有する。
支持ハウジング６１は有底円筒状をなし、軸受３４を介して入力軸２７の第２の端部３２を支持している。支持ハウジング６１の底部及び環状フランジにより一対の被案内部６５が構成されている。
【００２７】
一方、減速ハウジング３９Ｂはラックハウジング１９に一体に形成されており、連結ハウジング３９Ｂ及び支持ハウジング６１をそれぞれ保持するための溝形断面をなす一対の保持部６６，６７を有している。各保持部６６，６７の一対の対向壁部によって、それぞれ被案内部６４，６５を案内する案内部６８，６９が構成されている。被案内部６４，６５及びこれを案内する案内部６８，６９によって案内機構Ｇが構成され、この案内機構Ｇと一対の駆動ねじ５１ａ，５１ｂとで張力調整機構としての中心間距離調整機構Ａが構成されている。
【００２８】
一対の駆動ねじ５１ａ，５１ｂは各保持部６６，６７に形成されるねじ孔７０にそれぞれ螺合され、その先端を連結ハウジング３７Ｂの大径部６３及び支持ハウジング６１の外周面に突き当てている。
本実施の形態によれば、ベルト３０を挟んだ両側の一対の駆動ねじ５１ａ，５１ｂにより、入力軸２７及び入力プーリ２８を出力プーリ２９の軸心２９ａに対して精度良く平行移動させることができる。なお、本実施の形態において、一対の駆動ねじ５１ａ，５１ｂにより連結ハウジング３７Ｂ及び支持ハウジング６１を図６においての上方へ引っ張ることで、中心間距離Ｄを調整するようにしても良い。
【００２９】
次いで、図７及び図８は本発明の別の実施の形態を示している。図７及び図８を参照して、本実施の形態の特徴とするところは下記である。すなわち、ラックハウジング１９に一体に形成される減速ハウジングとしての固定ハウジング３９Ｃに円孔７１が設けられる。電動モータ１５のモータハウジング２０から一体に延設される可動ハウジング７２は、円孔７１に回動自在に嵌め合わされる円形の外径部７３を持つ。また、可動ハウジング７１は入力軸２７の第１及び第２の端部３１，３２を軸受３３，３４を介して回動自在に支持するための偏心孔７４を有する。この偏心孔７４の中心７４ａは可動ハウジング７１の軸心７１ａ（すなわち外径部７３の軸心）から偏心されている。
【００３０】
円孔７１、可動ハウジング７２及び偏心孔７４を含んで張力調整機構としての中心間距離変更機構Ａが構成される。また、固定ハウジング３９Ｃ及び可動ハウジング７２の互いに突き当てられるフランジ部７５及び７６の何れか一方にねじ孔７７を設けると共に他方に円弧状のねじ挿通孔７８を設け、この円弧状のねじ挿通孔７８を挿通する固定ねじ７９をねじ孔７７に螺合させて、両ハウジング３９Ｃ，７２のフランジ部７５，７６を回動位置調整自在に締結するようにしている。
【００３１】
本実施の形態によれば、可動ハウジング７２を電動モータ１５のモータハウジング２０と共に回動させるだけで、入力プーリ２８の軸心２８ａを出力プーリ２９の軸心２９ａから遠ざけて、中心間距離Ｄを調整し、ベルト３０の張力を調整すことができる。なお、可動ハウジング７２とモータハウジング２０を別体に構成することもできる。
次いで、図９は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図９を参照して、本実施の形態が図６の実施の形態と異なるのは、一対の駆動ねじ５１ａ，５１ｂに代えて例えば圧縮コイルばねからなる一対の弾性部材８０，８１を用いた点にあり、これらの弾性部材８０，８１によって、入力軸２７の第１及び第２の端部３１，３２を支持する連結ハウジング３７Ｂ及び支持ハウジング６１を縦方向Ｙに沿って弾性付勢し、ベルト３０のテンションを自動的に適正な値に長期にわたって調整することができる。
【００３２】
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、例えば各実施の形態において、入、出力プーリ２８，２９を例えばポリアセタール樹脂等の合成樹脂にて形成することで、ベルト３０との噛み合いによる衝撃（加振力）を低減し、騒音をさらに低減するようにしても良く、その他、本発明の特許請求の範囲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図である。
【図３】図２のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【図８】図７のVIII VIII 線に沿う断面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施の形態の断面図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
２ ステアリングホイール（操舵部材）
６ ラック軸（操舵軸）
６ａ ボールねじ溝
１５ 電動モータ
１６ 回転軸
１７ 減速機構
１８ 変換機構
１９ ラックハウジング（第２のハウジング）
２０ モータハウジング
２１ 第１のハウジング
２２，２３ 取付フランジ
２４ スペーサ
２５ ねじ
２７ 入力軸
２８ 入力プーリ
２９ 出力プーリ
２８ａ，２９ａ 軸心
３０ ベルト
３７，３７Ａ，３７Ｂ 連結ハウジング
３９，３９Ａ，３９Ｂ 減速ハウジング
３９Ｃ 固定ハウジング（減速ハウジング）
４４ ボールナット
４５ ボール
５１ 駆動ねじ
５２，５６ 被案内部
５７，５８ 案内部
６４，６５ 被案内部
６８，６９ 案内部
７１ 円孔
７２ 可動ハウジング
７３ 外径部
７４ 偏心孔
８０，８１ 弾性部材
Ａ 中心間距離変更機構
Ｄ 中心間距離
Ｇ 案内機構
Ｘ 横方向（案内される方向）
Ｙ 縦方向（案内される方向）

Claims (8)

1. 操舵補助力を発生する電動モータと、電動モータの回転を減速する減速機構と、減速機構の出力回転を車両の左右方向に延在する操舵軸の軸方向移動に変換する変換機構とを備え、
   前記減速機構は、電動モータの回転軸の同軸上に取り付けられる入力プーリと、操舵軸を包囲して配置される出力プーリと、入、出力プーリ間を連結するベルトと、ベルトの張力を調整する張力調整機構とを含み、
   前記入力プーリを収容する第１のハウジングと、
   前記出力プーリ、変換機構及び操舵軸を収容する第２のハウジングとが設けられ、
   第１及び第２のハウジングは全体が筒状をなし、
   第１及び第２のハウジングは、端面側からみて略Ω字形形状をなすように取付フランジを有し、
   第１及び第２のハウジングの取付フランジは互いに締結され、
   ベルトは第１及び第２のハウジングに亘って収容されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、前記張力調整機構が入力プーリと出力プーリの中心間距離を変更する中心間距離変更機構であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項２において、前記中心間距離変更機構は、入力プーリを保持する第１のハウジングと操舵軸を保持する第２のハウジングとの間に介在するスペーサを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項２において、前記中心間距離変更機構は、入力プーリを保持する第１のハウジングと操舵軸を保持する第２のハウジングとを、前記中心間距離を変更可能な方向に相対移動させるべく案内する案内機構を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項４において、前記中心間距離変更機構は、案内機構によって案内される方向に第１及び第２のハウジングを相対駆動可能なねじをさらに含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
6. 請求項４において、前記中心間距離変更機構は、案内機構によって案内される方向に第１及び第２のハウジングを相対付勢する弾性部材をさらに含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
7. 請求項２において、上記中心間距離変更機構は、固定ハウジングに形成される円孔と、この円孔に回動位置調整自在に支持される円形の外径部を有する可動ハウジングと、この可動ハウジングの円形の外径部の中心から偏倚した位置に中心を持ち入力プーリを回転自在に支持するための円形の偏心孔とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
8. 請求項７において、前記可動ハウジングは電動モータのモータハウジングから一体に延設されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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