JPH04123875U - 電動式動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動モータからステアリングシャフトへの回
転伝達用歯車機構でのギヤ噛合い時に、バックラッシュ
による歯打ち音の発生や摺動音の伝達を防ぐ。 【構成】 ギヤ部１１ａを一側面側に有する被駆動側の
大ギヤ１１を、ピニオン軸３上に設ける。また、この大
ギヤ１１のギヤ部１１ａに側方から噛合い電動モータ１
０からの回転駆動力を伝達する小ギヤ１２ａを設け、軸
違い歯車による回転伝達用歯車機構１３を構成する。そ
して、小ギヤと噛合う大ギヤの他側面側に、大ギヤを小
ギヤに対し常時噛み合わせる弾性支持用の付勢手段３０
を設ける。さらに、ピニオン軸上にフランジ部材４０
を、回転方向において連結して軸支させる。そして、こ
のフランジ部材に弾性部材４１を介して弾性的に保持さ
れる止めねじ４２を介して大ギヤを連結して設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は電動モータを操舵補助力発生手段として用いてなる電動式動力舵取装 置に関し、特に電動モータの回転駆動力をステアリングシャフトに伝達する回転 動力伝達系を構成する歯車機構でのギヤ同士の噛合い時においてバックラッシュ 等によって生じる歯打ち音等の発生や摺動音等のシャフト側への伝達を防止する ようにした電動式動力舵取装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電動モータを操舵補助力発生手段として用いる電動式の動力舵取装置が、従来 からたとえば特開昭61ー226362号公報等を始めとして種々提案されている。そし て、この種の電動式の装置は、従来一般的な油圧式のものに比べて構成が簡素化 され、装置全体の小型、軽量かつコンパクト化などが図れ、しかも運転者の舵取 り操作や車輛の各種走行条件等に応じて適切かつ確実な操舵補助力を操舵輪側に 伝達制御でき、また操舵必要時においてのみ駆動するだけでよいため省エネルギ 化も図れる等の利点を奏するものであった。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述したように電動モータを操舵補助力発生手段として採用するに あたって、モータのステアリング系に対する連結構造やモータの動作制御を始め とする応答性などの動作性能の面で種々の問題があり、各部に対してまだまだ改 良の余地が残されている。 たとえば上述した電動式動力舵取装置を構成するうえで問題とされることの一 つに、電動モータのモータ軸上のピニオン（小ギヤ）と噛合するステアリングシ ャフト側の被駆動側の大ギヤとの間に生じるバックラッシュがある。 すなわち、このような回転動力伝達用の歯車機構において、その回転伝達を適 切かつ確実に行うためには、ギヤ間にバックラッシュが当然必要となるが、この 場合においてバックラッシュが必要以上に大きいと、これらギヤ間での噛合い部 にがた付きが生じ、これにより左、右回転方向に操舵したときに歯打ち音、がた 付き音が生じたり、噛合いによるトルク変動も生じ易く、回転伝達時に応答不良 を生じたりするといった問題を招いてしまうものであった。これは、このような モータ側のピニオンと被駆動側の大ギヤとの間のバックラッシュは、歯車機構各 部の寸法誤差やその動きを保証するために必要となる間隙等によっても大きくな ってしまうことから容易に理解されよう。また、一方において、ステアリングシ ャフトにおいて入力側の軸に対し舵取ハンドル側のハンドル軸がユニバーサルジ ョイント等で所定の傾きをもって連結されており、操舵時等において生じる軸の 曲がりや振れ等によって、上述した入力側の軸、さらにはこれにトーションバー を介して連結されている出力側の軸が揺動動作し、上述したバックラッシュが必 要以上に大きくなるという問題もあり、上述したがた付きは避けられないもので あった。 そして、このようなバックラッシュが増大し、がた付きが大きくなると、その 分だけモータが正転、逆転駆動されて回転伝達を行う際にあたってモータに空転 状態が生じ、車輛走行時に悪路走行、縁石乗り上げ等を生じた場合に、操舵輪が 接地面側から作用力で転舵され、いわゆるキックバックと言われる衝撃回転力が 操舵輪側から逆入力として加わり、ギヤ部同士が衝突することによって歯打ち音 等が生じる等の問題をも招いてしまうものであった。 勿論、上述したバックラッシュを零とすれば、がた付きをなくし、歯打ち音等 をなくすことは可能となるが、これには厳密な加工精度が必要となるばかりでな く、これらギヤ部同士の噛合いによる回転伝達を行うことはできなくなるもので 、現実的には不可能であった。 このため、本出願人は、実開平2ー100876号公報などにより、一側面側にギヤ部 を有するハイポイドギヤ等による大ギヤを、ステアリングシャフト上で軸線方向 に摺動可能な状態で軸支し、かつこの大ギヤを、小ギヤとしてのピニオンとの噛 合い方向に付勢するコイルばね、板ばねあるいは波ワッシャ等の付勢手段を設け 、上述したピニオンに対しての大ギヤの噛合い部におけるバックラッシュを、非 操舵時においてほとんど零とするように調整し得るようにした構成を、先に提案 している。 しかしながら、このような従来構造では、大ギヤ全体をシャフト上でピニオン 側に付勢しているだけの構成であり、この大ギヤとその側面のギヤ部の一部に噛 合うようにピニオンを配置させてなる軸違い歯車であるハイポイドギヤにあって は、大ギヤがシャフト回りでピニオンとの噛合い部分と非噛合い部分での軸線方 向への作用力の相違によって片寄りを生じ、大ギヤのシャフトへの軸支部分に加 工精度等によって生じる隙間内でいわゆる倒れ現象を生じる虞れがあった。そし て、このような倒れ現象が生じると、大ギヤの軸支部分とシャフトとの間でこじ りや引っ掛かり現象を生じることを避けられず、大ギヤのがた付き、これによる 歯打ち音の発生、さらにトルク変動、あるいは大ギヤとピニオンとのギヤ部の噛 み込み等といった問題を招いてしまうもので、これらの問題点を解決し得る何ら かの対策を講じることが望まれている。 また、上述したようなハイポイドギヤ等による大ギヤを、ステアリングシャフ ト上で摺動動作自在に設けるにあたっては、該大ギヤをスプライン結合またはキ ー結合等で直接シャフト側に軸支する構造が従来から一般に採用されており、こ の場合に上述した歯車機構での噛合い時やその回転動力伝達時に、ギヤ噛合い部 分で生じる摺動音、打音等が、シャフト側に伝達されてしまうのを避けられない もので、このような問題点をも一掃し得るような何らかの配慮も必要とされてい る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

このような要請に応えるために本考案に係る電動式動力舵取装置は、ギヤ部を 一側面側に有しステアリングシャフト上に軸支される被駆動側の大ギヤと、この 大ギヤのギヤ部の一部に側方から噛合い電動モータからの回転駆動力を伝達する 小ギヤからなる軸違い歯車による回転動力伝達用の歯車機構を備えてなり、前記 大ギヤにおける小ギヤのギヤ部への噛合い部分に対応する他側面側に、この大ギ ヤの一部を軸線方向に押圧して小ギヤに対して噛合わせる付勢手段を付設すると ともに、ステアリングシャフト上にフランジ部材を、回転方向において連結させ た状態で設け、かつこのフランジ部材に弾性部材を介して保持させた止めねじに よって前記大ギヤを、該フランジ部材に一体的に設けたものである。

【０００５】

【作用】

本考案によれば、ステアリングシャフト上にフランジ部材を介して回転方向に 連結した状態で軸支される大ギヤの一側面側のギヤ部において電動モータ側の小 ギヤに対しての噛合い部分のみを、付勢手段により常時適切な噛合い状態が得ら れるように直接軸線方向に押圧して付勢し、これにより両ギヤのギヤ部間でのバ ックラッシュを、非操舵時には実質的に零となるようにし、左、右方向への操舵 時においてがた付きによる歯打ち音等を防止することが可能で、しかもこれら左 、右いずれの方向への操舵時にあっては、大ギヤが、付勢手段の弾性支持力にて 小ギヤから若干逃げてこれら両ギヤの噛合い部において、上述した歯打ち音等が 問題とならず、所要の噛合い動作が可能となる程度のバックラッシュを確保する ことも可能で、所要の回転伝達を適切に行え、またこの大ギヤへの小ギヤの噛合 いによって生じる摺動音等のステアリングシャフト側への伝達を、前記フランジ 部材に大ギヤを組付けるための止めねじを保持する弾性部材の存在によって、吸 収し得るものである。

【０００６】

【実施例】

図１および図２は本考案に係る電動式動力舵取装置の一実施例を示し、これら の図において、まず、全体を符号１で示す電動式動力舵取装置の概略構成を図１ および図２を用いて簡単に説明すると、２は図示せぬ舵取ハンドル側に連結され る入力軸、３は図示せぬ操舵輪側に連結されるピニオン３ａを有する出力軸とし てのピニオン軸で、これら両軸２，３は圧入等で一体に連設された状態で同一軸 線上に配置され、これらによってステアリングシャフトが構成されている。この ステアリングシャフトを構成する軸２，３は、ピニオン３ａと噛合するラック歯 ４ａを有するラック４と共に、ステアリングギヤボディ５，６内に貫通して配設 され、舵取操作に伴なって回転駆動される。なお、７ａ，７ｂ，７ｃはこれら両 軸２，３をボディ６，５内で回転自在に支持するボールベアリング等の軸受で、 またラック４は、図示せぬタイロッド等と共に操舵輪間を連結する舵取リンク機 構を構成するようになっている。 ここで、図中８はステアリングボディ６内で入力軸２の回転トルクを検出する ことで、舵取ハンドル側から伝達される操舵要求を検知するためのトルクセンサ で、本実施例ではたとえば特開平2-281115号公報などに示されるような磁歪式ト ルク検出器を用いた場合を例示している。すなわち、入力軸２上に高透磁率軟磁 性材からなる歪検出層が設けられるとともに、その周囲を取り囲むようにしてボ ディ６側に歪検出層の歪による透磁率変化を検出する検出コイルを設けてなる構 成となっている。そして、この検出コイルで得られた出力が、操舵補助力発生源 である電動モータ１０の電気制御系に送られるようになっている。しかし、この ようなトルクセンサとしては、たとえばトーションバーにより二軸を所定角度宛 回動可能に連結するとともに、その相対的な角度変位を非接触型センサ等により 検出するような構造を有するものを用いてもよいことは言うまでもない。 また、図中９はピニオン軸３の軸端側に臨んで設けられ舵取り操作に応じて操 舵輪側に操舵補助力を与える操舵系での出力側部材であるピニオン軸３先端側で の回転変位にて操舵角度、その角速度を検出する操舵角速度センサである。

【０００７】 また、ステアリングシャフト機構部において、本実施例では、舵取ハンドル側 の入力軸２に一体に連結されている操舵輪側のピニオン軸３上に、該ピニオン軸 ３側の側面が歯面（ギヤ部）１１ａとされた被伝達用ギヤとなる大ギヤ１１を軸 支するとともに、この大ギヤ１１を介してピニオン軸３側に操舵補助力を与える 電動モータ１０およびそのモータ軸１０ａから回転伝達を受けるギヤ軸１２を、 前記ピニオン軸３に略直交して同軸上に配置させ、そのギヤ軸１２先端に、大ギ ヤ１１と共に操舵補助力伝達用の歯車機構１３となる減速歯車機構を構成する伝 達用ギヤである小ギヤ（ピニオン）１２ａを、前記大ギヤ１１の歯面１１ａの一 部に側方から噛み合わせて設け、モータ１０からの操舵補助力をピニオン軸３側 に伝達可能に構成している。このような構成によれば、ステアリングシャフト（ ２，３）を有するギヤボディ６，７、ピニオン軸３にハイポイドギヤ、傘歯車等 による減速歯車機構を介して直接的に連結される電動モータ１０などを効率よく 連結でき、装置全体の小型、軽量かつコンパクト化が可能となる。特に、本実施 例のようなハイポイドギヤによれば、軸の食違い分だけ軸線方向での小型化が可 能となる。 ここで、本実施例では、操舵輪側のステアリングシャフトであるピニオン軸３ （出力軸系）に操舵補助力を伝達する電動モータ１０からの小ギヤ１２ａおよび 大ギヤ１１による歯車機構１３の途中に介在されモータ軸１０ａ側とピニオン軸 ３側への伝達用の小ギヤ１２ａを有するギヤ軸１２側との間での回転伝達を選択 的に連結、遮断する電磁クラッチ２０を備えている。この電磁クラッチ２０は、 周知の通りの構造を有するものであって、そのクラッチロータ２１がモータ軸１ ０ａ上に設けられるとともに、フィールドコア２２により該ロータ２１に磁気吸 着されるアーマチュア２３を前記ギヤ軸１２側に設けてなる構造をもち、選択的 にモータ１０側の回転をギヤ軸１２に伝達するように構成されている。なお、図 中２４ａ，２４ｂ，２４ｃはモータ軸１０ａとこれとインロー結合されているギ ヤ軸１２を回転自在に軸支する軸受である。また、これらの電磁クラッチ２０や モータ１０はそれぞれ周知の構造を有し、さらに周知の動作を行なうものであり 、その詳細な説明は省略する。

【０００８】 さて、本考案に係る電動式動力舵取装置１によれば、ギヤ部１１ａを一側面側 に有しステアリングシャフト（ピニオン軸３）上に回転方向において連結して軸 支される被駆動側の大ギヤ１１と、この大ギヤ１１のギヤ部１１ａの一部に側方 から噛合い電動モータ１０からの回転駆動力を伝達する小ギヤ１２ａからなるハ イポイドギヤ等の軸違い歯車による回転動力伝達用の歯車機構１３において、前 記大ギヤ１１における小ギヤ１２ａのギヤ部への噛合い部分に対応する他側面側 に、この大ギヤ１１の一部を小ギヤ１２ａに対して常時噛み合わせるように局部 的に軸線方向に押圧する弾性支持用の付勢手段３０を付設するとともに、前記大 ギヤ１１を、ピニオン軸３上に回転方向において連結した状態で軸支させるフラ ンジ部材４０に弾性筒体４１，４１を介して弾性的に保持させた複数本（たとえ ば３本）の止めねじ４２を介して連結して一体的に設けるようにしたところに特 徴を有している。

【０００９】 ここで、本実施例では、上述した大ギヤ１１とギヤ軸１２側の小ギヤ１２ａと の噛合い部分に、直接押圧付勢力を与える付勢手段３０として、ボディ６の一部 に穿設したねじ孔３１に螺合して設けられるプラグホルダ３２内に、ボール３３ を受け部材３４にて保持した状態で軸線方向に移動可能に支持させ、これをばね ３５にて常時大ギヤ１１の小ギヤ１２ａへの噛合い部分を背面側から押圧して小 ギヤ１２ａとの噛合い部分にバックラッシュがほとんど零となるように付勢し得 る構成を採用している。なお、図中３６はばね３５を保持しボディ６に螺合して 設けられることで付勢力を調整可能なホルダ３２の外方端側に螺合されたロック ナットである。 そして、このような構成によれば、大ギヤ１１の一側面側にギヤ部１１ａにお いて、電動モータ１０側のギヤ軸１２先端側の小ギヤ１２ａに対しての噛合い部 分のみを、付勢手段３０により常時適切な噛合い状態が得られるように直接押圧 して付勢し、これによりこれら大ギヤ１１のギヤ部１１ａと小ギヤ１２のギヤ部 間でのバックラッシュを、非操舵時には実質的に零となるようにし、左、右方向 への操舵時においてがた付きによる歯打ち音等を防止することが可能で、しかも これら左、右いずれの方向への操舵時にあっては、大ギヤ１１が、付勢手段３０ の弾性支持力にて小ギヤ１２ａから若干逃げてこれら両ギヤ１１，１２ａの噛合 い部において、上述した歯打ち音等が問題とならず、所要の噛合い動作が可能と なる程度のバックラッシュを確保することも可能で、従来のような倒れ現象等を 招くことなく、所要の回転伝達を適切に行えるものである。ここで、上述した大 ギヤ１１の小ギヤ１２ａへの噛合いは、上述した付勢手段３０で一旦バックラッ シュを零とした後、若干緩めてボール３３の調整逃げ分だけのバックラッシュを 確保することで、所要の回転伝達を行える状態とし得るものである。 そして、本実施例によれば、上述したような僅かなバックラッシュによる両ギ ヤ１１，１２ａによる噛合い時の摺動音や打音によって生じる騒音問題を解決す るために、大ギヤ１１を、ピニオン軸３上に設けたフランジ部材４０を、ピニオ ン軸３上にキー４３にて軸線方向には摺動可能な状態で設けるとともに、このフ ランジ部材４０の周方向において等配した位置に孔部４４を形成し、この孔部４ ４に両側から一対をなす鍔付きの弾性筒体４１，４１を嵌め込んで全体が略つつ み形状を呈するようにし、この部分に止めねじ４２を差し込んでその先端側を前 記大ギヤ１１に連結し、ナット４５で固定することにより、該大ギヤ１１を、ピ ニオン軸３に対して弾性的に支持するようにしている。なお、このような鍔付き 弾性筒体４１，４１としては、二つ割り形状に限らず、一体構造のものを用いて もよいことは言うまでもない。また、大ギヤ１１は、通常ピニオン軸３やこの軸 上に設けられるキー４３とは径方向において隙間を有し、非常に大きなトルクが 作用したときにのみ、弾性筒体４１，４１を保護するために接触するように構成 されている。さらに、この実施例では、大ギヤ１１が取付け保持されるフランジ 部材４０を、ピニオン軸３上で軸線方向に摺動可能に軸支させた場合を示したが 、これに限定されず、軸線方向で固定した状態で設けてもよいものである。すな わち、弾性筒体４１，４１の存在によって大ギヤ１１は軸線方向において僅かで はあるが、可動可能であり、これにより所要の機能を得られることは容易に理解 されよう。 そして、このような構成によれば、これら両ギヤ１１，１２ａの噛合い部にお いて、所要の噛合い動作が可能となる程度のバックラッシュを確保して所要の回 転伝達を行なえるようにした場合に、この大ギヤ１１と小ギヤ１２ａとの噛合い によって生じる摺動音、打音等のステアリングシャフト側（ピニオン軸３）への 伝達を、前記フランジ部材４０に大ギヤ１１を組付ける止めねじ４２を保持する 弾性筒体４１，４１の存在によって、適切かつ確実に吸収して遮断し得るもので 、従来に比べて騒音問題を解消し得るという利点がある。ここで、このような弾 性筒体４１，４１の弾性支持状態は、止めねじ４２とナット４５との間でプリロ ードをかけることによって得られるものである。 また、上述した付勢手段３０による付勢力としては、大ギヤ１１の噛合い部分 のみを小ギヤ１２ａに対し直接軸線方向に押圧して付勢することで、両ギヤ部１ １ａ，１２ａ間でのバックラッシュを実質的に零とするか、あるいは歯打ち音が 微少で外部に聞こえない範囲で接している程度の大きさであって、操舵時等では 大ギヤ１１を逃がして所要の噛合い状態を得られるような弾性支持力を有するよ うに設定するとよい。また、大ギヤ１１を保持するフランジ部材４０のピニオン 軸３への軸支部は、回転方向にのみ連結されておればよく、大ギヤ１１の揺動変 位と径方向への多少の動きとを許容し得る程度のものでよい。

【００１０】 なお、本考案は、上述した実施例構造に限定されず、各部の形状、構造等を必 要に応じて適宜変形、変更することは自由で、種々の変形例が考えられよう。た とえば、上述した実施例では、モータ１０からの操舵補助力伝達用の歯車機構１ ３として、ハイポイドギヤを用いた場合を例示したが、本考案はこれに限定され ず、平歯車を始め、はすば歯車、遊星歯車、傘歯車等による軸違い歯車からなる 歯車機構１３であってもよいもので、種々の変形例が考えられる。 また、上述した実施例では、大ギヤ１１を保持するフランジ部材４０のステア リングシャフトとしてのピニオン軸３上に、キー結合によって軸線方向に摺動可 能に軸支するようにした場合を示しているが、大ギヤ１１を回転方向において連 結した状態で支持し得る支持構造であればよいもので、従来から周知の支持構造 を採用し得るものである。

【００１１】

【考案の効果】

以上説明したように本考案に係る電動式動力舵取装置によれば、ギヤ部を一側 面側に有しステアリングシャフト上に軸支される被駆動側の大ギヤと、そのギヤ 部の一部に側方から噛合い電動モータからの回転駆動力を伝達する小ギヤからな る軸違い歯車による回転動力伝達用歯車機構を備えてなり、大ギヤにおける小ギ ヤのギヤ部への噛合い部分に対応する他側面側に、この大ギヤを軸線方向に押圧 して小ギヤに対して噛合わせる付勢手段を付設するとともに、ステアリングシャ フト上に回転方向において連結して設けたフランジ部材に対して大ギヤを、弾性 部材を介して保持させる止めねじによって一体的に設けるようにしたので、簡単 かつ安価な構成にもかかわらず、大ギヤの一側面側にギヤ部を、付勢手段により 電動モータ側の小ギヤに対し常時適切な噛合い状態が得られるように直接押圧し て付勢し、これにより両ギヤのギヤ部間でのバックラッシュを、非操舵時には実 質的に零となるようにし、左、右方向への操舵時の噛合いやキックバック時にお いて従来生じていたがた付きによる歯打ち音等の発生を防止することが可能で、 しかもこれら左、右いずれの方向への操舵時にあっては、大ギヤが、付勢手段の 弾性支持力にて小ギヤから若干逃げてこれら両ギヤの噛合い部において、上述し た歯打ち音等が問題とならず、所要の噛合い動作が可能となる程度のバックラッ シュを確保することも可能で、従来のような倒れ現象を招く虞れもなく、所要の 回転伝達を、応答不良等を招くことなく、適切かつ確実に行え、さらにこの大ギ ヤへの小ギヤの噛合いによって生じる摺動音等のステアリングシャフト側への伝 達を、フランジ部材に大ギヤを組付ける止めねじを保持する弾性部材の存在によ って、適切かつ確実に吸収し得る等の種々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る電動式動力舵取装置の一実施例を
示す要部を拡大した概略側断面図である。

【図２】装置全体の概略構成を説明するための概略断面
図である。

【符号の説明】

１ 電動式動力舵取装置 ２ スタブ軸（入力軸） ３ ピニオン軸（出力軸） ４ ラック ５ ステアリングギヤボディ ６ ステアリングギヤボディ １０ 電動モータ １０ａ モータ軸 １１ 大ギヤ（被伝達側歯車） １１ａ ギヤ部 １２ ギヤ軸 １２ａ 小ギヤ（伝達歯車としてのギヤ部を有するピニ
オン） １３ 操舵補助力伝達用の歯車機構 ３０ 弾性支持用の付勢手段 ３３ ボール ３４ 受け部材 ３５ ばね ３６ 調整用部材 ４０ フランジ部材 ４１ 弾性筒体（弾性部材） ４２ 止めねじ ４３ キー

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ギヤ部を一側面に有しステアリングシャ
   フト上に軸支される被駆動側の大ギヤと、この大ギヤの
   ギヤ部の一部に側方から噛合い電動モータからの回転駆
   動力を伝達する小ギヤからなる軸違い歯車による回転動
   力伝達用の歯車機構を備えてなり、前記大ギヤにおける
   小ギヤのギヤ部への噛合い部分に対応する他側面側に、
   この大ギヤの一部を軸線方向に押圧して小ギヤに対して
   噛合わせる付勢手段を付設するとともに、前記ステアリ
   ングシャフト上にフランジ部材を、回転方向に連結した
   状態で設け、かつこのフランジ部材に弾性部材を介して
   保持させた止めねじによって前記大ギヤを、該フランジ
   部材に一体的に設けたことを特徴とする電動式動力舵取
   装置。