WO2005032913A1 - 電動パワーステアリング装置の減速装置 - Google Patents

Abstract

歯付きベルトを使用する減速装置を備えた電動パワーステアリング装置において、歯付きベルトが破断しても減速装置がロックされて操舵不能となることがない電動パワーステアリング装置である。減速装置40の第2ハウジング21bの内側面21Xと歯付きプーリ27に巻き掛けられた歯付きベルト29の背面29aの間の隙間Δは、歯付きベルト29の歯丈Hよりも大きく構成(Δ>H)されている。このため歯付きベルト29が破断しても第2ハウジング21bの内側面21Xと第2の歯付きプーリ27の外周面27aの間に歯付きベルト29が噛み込まれることなく、歯付きプーリ29がロックされることがない。

Description

明細書 電動パワーステアリ ング装置の減速装置 技術分野

この発明は、 電動パワーステアリング装置に関し、 特に歯付きベルトを使用す る減速装置を備えた電動パワーステアリング装置に関する。 背景技術

電動モータにより補助トルクを発生させ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 トに発生する操舵トルクの大きさを検出し、 検出された操舵 トルクの大きさに応じてモータ電流を制御する制御装置により電動モータが駆動 され、 ステアリングシャフ トに補助トルクを供給するように構成されている。 その構成は、 例えばステアリングシャフ トに連結されたピニオンが、 軸方向に 変位可能に支持されたラック軸に嚙合しており、 ステアリ ングシャフ トの回転が ラック軸の軸方向移動に変換され、 車輪操向機構を介して操向車輪の向きを操作 する機構において、 電動モータとラック軸との間にボールねじ機構が配置されて いるものがある。

このボールねじ機構は、 ラック軸の外周面に形成された螺旋溝と、 この螺旋溝 の外周に嵌装され、 内周面に螺旋溝が形成されたナツ ト部材と、 これ等 2つの螺 旋溝の間に配置された多数のボールとから構成されている。 そして、 前記ナッ ト 部材には減速装置を介して電動モータが結合されており、 電動モータの回転が減 速装置を介してボールねじ機構のナツ ト部材を回転させてラック軸をその軸方向 に移動させ、 車輪操向機構を介して操向車輪の向きが変更されるように構成され ている。

このような電動パワーステアリ ング装置では、 操舵輪の操作によりラック軸が 中立位置から軸方向に変位するときは、 ラック軸に軸方向の荷重や剪断方向 （半 径方向） の荷重が伝達され、 剪断方向の荷重によりラック軸に曲げモーメントが 発生し、 ボールねじ機構に影響を及ぼす。

即ち、 ボールねじ機構は剪断方向の荷重には許容能力が極めて低く、 軸方向荷 重には許容能力が高いので、 ラック軸に曲げモーメントが作用して変形すると、 ラック軸に形成された螺旋溝のピッチが変化し、 また、 ラック軸とピニオンとの 嚙合精度が低い場合は、 ラック軸がピニオンの回転に伴い半径方向に振動する。 このような原因からボールねじ機構のボールに過大な荷重が加わり、 ボールが円 滑に回転できなく なると、 電動モータからの回転トルクの伝達効率が低下し、 ま た耐久性が低下し、 操舵フィーリングの向上を阻害する結果となる。

この対策と して、 実公平 6 _ 4 9 4 8 9号公報には、 ボールねじ機構の螺旋溝 を形成したラック軸に同軸に歯付きプーリを配置し、 この歯付きプーリを前記し たボールねじ機構のナツ トと一体回転可能に、 且つ半径方向には変位可能に結合 し、 一方、 電動モータには別の歯付きプーリを装着し、 前記ラック軸に同軸に配 置した歯付きプーリ と前記電動モータに装着された歯付きプーリ との間に歯付き ベルトを巻き掛けて減速機構を構成し、 電動モータの回転力を減速機構及びボ一 ルねじ機構を介してラック軸に伝達する構成が提案されている。

上記した構成によれば、 ボールねじ機構のボールに過大な荷重が加わることが なくなり、 ボールねじ機構は円滑に回転して電動モータからの回転トルクの伝達 効率が低下せず、 また耐久性の低下、 操舵フィーリ ングの向上を阻害するといつ た不都合は一応解決することができる。

一方、 このような歯付きベルトを使用する減速装置を備えた電動パワーステア リ ング装置においては、 長期間の使用により、 或いは過大な負荷が加わった場合 に歯付きベルトが破断することが予想される。 歯付きベルトが破断すると、 電動 モータの回転力がラック軸に伝達されなくなりマニュアルステアリ ングの状態と なるが、 この場合でも緊急避難のための操舵は可能であるから、 操舵機構にフエ ールセーフ機能が一応備えられているものと考えられてきた。

しかしながら、 破断した歯付きベルトが歯付きプ一リから外れてハウジングと の間に挟まると、 減速装置がロックされてしまう。 特に、 破断した歯付きベルト が被駆動側、 即ちラック軸側の歯付きプーリ とハウジングとの間に挟まり、 被駆 動側の歯付きプーリがロックされてしまう と、 被駆動側の歯付きプーリ とラック 軸とはボールねじ機構を介して連動しているので、 ステアリ ングシャフ トがロッ クされて操舵不能となってしまい、 操舵機構のフェールセーフ機能が働かない極 めて危険な状態が発生する。

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、 歯付きベルトを使用 する減速装置を備えた電動パワーステアリング装置において、 減速装置は少なく とも被駆動側回転部材のハウジングの歯付きベルトに対向する内周面と、 歯付き プーリに卷き掛けられた歯付きベルトの背面側との隙間 Δが、 歯付きベルトの歯 丈 Hより も大きく構成 （Δ〉Η ) されているから、 たとえ歯付きベルトが破断し た場合でも、 ハウジングの内側面と歯付きブーリの外周面との間に歯付きベルト が嚙み込まれて歯付きプーリが口ックされることなく、 操舵不能になるおそれの ない電動パワーステアリング装置を提供するものである。 発明の開示

この発明に係る操舵機構にモータから操舵補助力を供給する電動パワーステア リ ング装置は、 モータ軸に設けた駆動側回転部材と操舵機構に設けた被駆動側回 転部材との間に歯付きベルトを巻き掛けた減速装置を備え、 その減速装置は少な く とも被駆動側回転部材を収納するハゥジング部の歯付きベルトに対向する内周 面と、 前記歯付きベルトの背面側との隙間が、 前記歯付きベルトの歯丈以上に設 定されているハウジングを備えたものである。

また、 この発明に係る操舵機構にモータから操舵補助力を供給する電動パワー ステアリ ング装置は、 モータ軸に設けた駆動側歯付きプーリと、 操舵機構側の回 転部材に設けられた被駆動側歯付きプーリ と、 両歯付きプーリの間に巻き掛けら れた歯付きベルトから構成される減速装置とを備え、 前記減速装置は、 少なく と も被駆動側の歯付きブーリに卷き掛けられた歯付きベルトに対向する内周面と、 前記歯付きプーリに卷き掛けられた歯付きベルトの背面側との隙間が、 前記歯付 きベル卜の歯丈以上に設定されているハウジングを備えている。 図面の簡単な説明

第 1図は、 電動パワーステアリング装置のベルト減速装置を備えたラック軸組 立体の要部の構成を説明する横断面図である。

第 2図は、 従来の歯付きベルトを使用した減速装置の要部を説明する正面断面 図である。

第 3図は、 第 2図に示す従来の歯付きベルトを使用した減速装置において、 歯 付きベルトが破断した状態を説明する正面断面図である。

第 4図は、 この発明の実施の形態の齒付きベルトを使用した減速装置を説明す る正面断面図である。

第 5図は、 第 4図に示す実施の形態の歯付きベルトを使用した減速装置におい て、 歯付きベルトが破断した状態を説明する正面断面図である。

第 6図は、 ハウジング Aの内側面と歯付きプーリ Bの外周面の隙間 Δ、 及び歯 付きベルト Cの歯丈 Hの関係を説明する図である。

第 7図は、 ハウジング Aの内側面と齒付きブーリ Bの外周面の隙間 Δが歯付き ベルト Cの歯丈 Hより も小さく構成 （Δ < Η ) され、 歯付きベルト Cが嚙み込ま れた状態を説明する図である。

第 8図は、 ハウジング Αの内側面と歯付きプーリ Βの外周面の隙間 Δが歯付き ベルト Cの歯丈 Hより も大きく構成 （Δ > Η ) され、 歯付きベルト Cが嚙み込ま れないことを説明する図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 この発明の実施の形態について説明する。

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のベルト減速装 置を備えたラック軸組立体 1 0の要部の構成を説明する横断面図である。

図 1において、 1 1は操舵軸、 1 2はラック軸で、 操舵軸 1 1の端部に設けら れた図示されていないピニオンとラック軸 1 2 とは嚙合し、 操舵軸 1 1の回転が ラック軸 1 2に伝達されるように構成されている。

ラック軸ハウジング 2 1は、 モータフランジ 2 4が装着される第 1ハウジング 2 1 a と、 後述する第 1及び第 2の歯付プーリが収納される第 2ハウジング 2 1 b と、 これも後述するボールねじ機構が収納される第 3ハウジング 2 1 c とから 構成される。

モータ 2 2は、 図示されていないが内部にステ一タとロータを備え、 ロータか ら延長された回転軸 2 2 aがモータフランジ 2 4に配置された軸受 2 5 a及び 2 5 bにより回転自在に支持され、 回転軸 2 2 aには第 1の歯付きプ一リ 2 6が取 り付けられている。

また、 被駆動側のプーリである第 2の歯付きプーリ 2 7は円筒形状であって、 その内部をラック軸 1 2が貫通しており、 第 2の歯付きプーリ 2 7は、 円筒軸方 向の両端部で、 第 1ハウジング 2 1 aに配置された軸受 2 8 a、 及び第 2ハウジ ング 2 1 bに配置された軸受 2 8 b とにより回転自在に支持されている。

第 2の歯付きブーリ 2 7の內周面にはスプライン溝が形成され、 このスプライ ン溝と後述するボールねじ機構のナツ ト 3 2に形成されたスプライン凸条とは、 軸方向には移動可能に、 回転方向には相対回転不能に、 スプライン結合 S Pされ ている。

ボールねじ機構 3 0は、 ラック軸 1 2に形成された螺旋溝 3 1、 ナッ ト 3 2、 及び螺旋溝 3 1 とナッ ト 3 2 との間に配置された多数のボール 3 3から構成され ており、 ナッ ト 3 2は第 3ハウジング 2 1 cに配置された軸受 3 4により回転自 在に保持されている。

上記したベルト減速装置を備えたラック軸組立体の組立手順について簡単に説 明する。 モータフランジ 2 4に軸受 2 5 a及び 2 5 bを配置し、 軸受 2 5 a及び 2 5 bにより支承されたモータ回転軸 2 2 aに第 1の歯付きブーリ 2 6を取り付 け、 この状態でモータフランジ 2 4を第 1ハウジング 2 1 aに装着する。 第 1ハ ウジング 2 1 aには軸受 2 8 aを配置して第 2の歯付きプーリ 2 7を回転自在に 支承し、 第 1の歯付きプーリ 2 6 と、 第 2の歯付きプーリ 2 7 との間に、 歯付き ベルト 2 9を卷き掛ける。

軸受 2 8 a を装着した第 2ハウジング 2 1 bを第 1ハウジング 2 1 aに装着 し、 軸受 2 8 aにより支承された第 2の歯付きブーリ 2 7の他の端部を軸受 2 8 bで回転自在に支承する。

さらに、 ボールねじ機構 3 ◦が組み立てられた第 3ハウジング 2 1 cを第 2ハ ウジング 2 1 bに取り付け、 第 2の歯付きプーリ 2 7にラック軸 1 2を貫通させ ると共に、 第 2の歯付きプ一リ 2 7の内側面のスプライン溝とボールねじ機構 3 0のナツ ト 3 2のスプライン凸条とをスプライン結合 S Pさせ、 ベルト減速装置 を備えたラック軸組立体 1 0が完成する。

上記したラック軸組立体 1 0において、 第 1の歯付きプーリ 2 6、 第 2の歯付 きプ一リ 2 7、 及び歯付きベルト 2 9でベルト減速装置 4 0が構成される。 図示しない トルクセンサにより検出された舵輪軸の操舵トルクに基づいて、 こ れも図示されていない制御装置により駆動されたモータ 2 2の駆動回転力は、 第 1の歯付きプーリ 2 6、 歯付きベルト 2 9、 第 2の歯付きプーリ 2 7を経てボー ルネジ機構 3 0のナツ ト 3 2に伝達される。 そして、 ナッ ト 3 2の回転により ラ ック軸 1 2が軸方向に移動して車輪の向きが変更され、 操舵が行なわれる。 次に、 歯付きベルトとハウジングの関係について説明する。 図 2は従来の歯付 きベルトを使用した減速装置 1 4 0の構成を示す正面図で、 減速装置 1 4 0のハ ウジング 1 4 1の内側面 1 4 1 a と歯付きプーリ 1 4 3に卷き掛けられた歯付き ベルト 1 4 5の背面 1 4 5 a との間の隙間 Δと、 歯付きベルト 1 4 5の歯丈 Hと の関係は、 図 6を参照して後で説明するが、 前記隙間 Δは、 歯付きベルト 1 4 5 の歯丈 Hより も小さく構成 （Δ < Η ) されている。

このため、 歯付きベルト 1 4 5が破断すると、 図 3に示すように、 ハウジング 1 4 1の内側面 1 4 1 a と歯付きプーリ 1 4 3の外周面の間に歯付きベルト 1 4 5が嚙み込まれ、 歯付きプーリ 1 4 3がロックされてしまう。

図 4は、 減速装置 4 0部分の構成を示す正面断面図で、 図 1の線 A— Aに沿つ た断面を示している。 減速装置 4 0の第 2ハウジング 2 1 bの内側面 2 1 Xと歯 付きブーリ 2 7に卷き掛けられた歯付きベルト 2 9の背面 2 9 a との間の隙間 Δ は、 歯付きベルト 2 9の歯丈 Hより も大きく構成 （Δ〉Η ) されている。 このた め歯付きベルト 2 9が破断しても、 図 5に示すように、 第 2ハウジング 2 1 bの 内側面 2 1 Xと第 2の歯付きプーリ 2 7の外周面の間に歯付きベルト 2 9が嚙み 込まれることがなく、 歯付きプーリ 2 7がロックされことがない。

図 6乃至図 8は、 ハウジング Aの内側面と歯付きブーリ Bに卷き掛けられた歯 付きベルト Cの背面との隙間 Δ、 及び歯付きベルト Cの歯丈 Hの関係と、 歯付き ベルト Cの嚙み込みを説明する図であって、 図 6はハウジング Aの内側面と歯付 きプーリ Bに卷き掛けられた歯付きベルト Cの背面との隙間 Δ、 及び歯付きベル ト Cの歯丈 Ηの関係を説明する図、 図 7は隙間 Δが歯丈 Ηより も小さく構成 （△ < Η ) されていて、 歯付きベルト Cが嚙み込まれた状態を示し、 図 8は隙間 Δが 歯丈 Ηよりも大きく構成 （Δ > Η ) されていて、 歯付きベルト Cが嚙み込まれな い状態を示す。

図 7に示すように、 隙間 Δが歯丈 Ηよりも小さく構成 （Δく Η ) されている場 合は、 ハウジング Αの内側面と歯付きプーリ Βの外周面の間に歯付きベルト Cが 嚙み込まれ、 歯付きプーリ Bがロックされてしまう。 また、 図 8に示すように、 隙間 Δが歯丈 Hより も大きく構成 （Δ > Η ) されている場合は、 ハウジング Αの 内側面と歯付きプーリ Bの外周面との間に歯付きベルト Cが嚙み込まれることが なく、 歯付きプーリ Bがロックされることがない。 産業上の利用可能性

この発明は、 歯付きベルトを使用する減速装置を備えた電動パワーステアリ ン グ装置であって、 減速装置は少なく とも被駆動側回転部材のハウジングの歯付き ベルトに対向する内周面と、 歯付きプーリに卷き掛けられた歯付きベルトの背面 側との隙間 Δが、 歯付きベル トの歯丈 Hよりも大きく構成 （Δ > Η ) されている から、 たとえ歯付きベルトが破断してもハウジングの内側面と歯付きプーリの外 周面との間に歯付きベルトが嚙み込まれて歯付きプーリがロックされることがな く、 操舵不能になるおそれのない電動パワーステアリング装置を提供することが

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Claims

請求の範囲

1 . 操舵機構にモータから操舵補助力を供給する電動パワーステアリング装置に おいて、

モータ軸に設けた駆動側回転部材と操舵機構に設けた被駆動側回転部材との間 に歯付きベルトを巻き掛けた減速装置を備え、

前記減速装置は、 少なく とも被駆動側回転部材を収納するハウジング部の歯付 きベルトに対向する内周面と前記歯付きベルトの背面側との隙間が、 前記歯付き ベルトの歯丈以上に設定されているハウジングを備えていること

を特徴とする電動パワーステアリング装置の減速装置。

2 . 操舵機構にモータから操舵補助力を供給する電動パワーステアリング装置に おいて、

モータ軸に設けた駆動側歯付きプーリ と、 操舵機構側の回転部材に設けられた 被駆動側歯付きプーリ と、 両歯付きプーリの間に卷き掛けられた齒付きベルトか ら構成される減速装置とを備え、

前記減速装置は、 少なく とも前記被駆動側歯付きプーリに巻き掛けられた歯付 きベルトに対向する内周面と被駆動側歯付きプーリに巻き掛けられた歯付きベル 卜の背面側との隙間が、 前記歯付きベルトの歯丈以上に設定されているハウジン グを備えていること

を特徴とする電動パワーステアリング装置の減速装置。