電動パワーステアリング装置および電動パワーステアリング装置用モータ
【課題】 装置が小型で、操舵性能の悪化や騒音の増加が抑制された電動パワーステアリング装置およびそのモータを得る。
【解決手段】 ステアリング側に連結され、歯部７ａが樹脂材で形成されたウオームホイール７とこれと噛合する歯部８ａを有するウオーム軸８を備えたウオーム減速機構６と、ウオーム軸８に連結され、減速比がウオーム減速機構６よりも小さい歯車減速機構４と、歯車減速機構４に連結される回転軸５を有するブラシレスモータ２とを備えた。また、ウオーム減速機構６が収容されたギヤハウジング９に装着されるモータ１で、カップリング１２を介してウオーム軸８に連結される歯車減速機構４と、歯車減速機構４に連結される回転軸５を有するブラシレスモータ２とを備え、歯車減速機構４とブラシレスモータ２とが一体に構成され、歯車減速機構４の減速比は、ウオーム減速機構６の減速比よりも小さい。
【解決手段】 ステアリング側に連結され、歯部７ａが樹脂材で形成されたウオームホイール７とこれと噛合する歯部８ａを有するウオーム軸８を備えたウオーム減速機構６と、ウオーム軸８に連結され、減速比がウオーム減速機構６よりも小さい歯車減速機構４と、歯車減速機構４に連結される回転軸５を有するブラシレスモータ２とを備えた。また、ウオーム減速機構６が収容されたギヤハウジング９に装着されるモータ１で、カップリング１２を介してウオーム軸８に連結される歯車減速機構４と、歯車減速機構４に連結される回転軸５を有するブラシレスモータ２とを備え、歯車減速機構４とブラシレスモータ２とが一体に構成され、歯車減速機構４の減速比は、ウオーム減速機構６の減速比よりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両等のステアリングの操舵力を軽減するための電動パワーステアリング装置および電動パワーステアリング装置用モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、ステアリングを操作した時のみにモータに通電される構成であるため車両等の燃費が向上し、最近の環境対策の高まりにより次第に排気量の大きい車両等にも採用が進んでいる。排気量の大きい車両になれば、モータに要求される出力も増加する。従来の装置では、モータの回転力をウオーム減速機構等を介して減速し回転力を増大させてステアリング側に伝達していた。排気量の大きい車両等にも適用できる装置とするためには、モータの体格を大きくしてモータの出力を増加させたり、ウオーム減速機構等の減速比を大きくして回転力を増大させる方法のほか、特許文献１のように、複数のモータを使用するなどの方法があった。
【０００３】
【特許文献２】特開２００１−１５１１２５号公報（段落[０００２]−[００１２]、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の装置では、排気量の大きい車両等への適用を図るために、モータの体格を大きくしたり複数のモータを使用するなど、装置が大型化する問題があった。
また、ウオーム減速機構の減速比を増加させる場合も、ウオーム減速機構が大型化する問題があった。ウオーム減速機構の減速比を増加させる場合には、転追性を確保するために、ウオームホイール側（ステアリング側）へ伝達される回転数が所定の回転数となるように、ウオーム側（モータ側）の回転数は高回転とする必要があり、このために騒音が増加するほか、ウオーム減速機構の発熱が大きくなって減速部の強度低下や減速効率の低下を引き起こし、その対応のために結果としてウオーム減速機構やモータが更に大型化するなどの問題があった。
排気量の大きい車両においては、特に装置の静音化も必要となってくる。
更に、ウオーム減速機構の減速比を増加させることに伴って、ウオームホイール側（ステアリング側）からウオーム側（モータ側）を回転させることができない所謂セルフロックが発生しやすくなる。このようにウオーム減速機構は、減速比を増加させていくと所謂ロストルクの増加が大きくなり、このために車両等のタイヤの向きを進行方向と一致させるようにタイヤの向きを変えようとする所謂セルフアライニングトルクの作用が低下して、電動パワーステアリング装置として重要なハンドル戻りやセンター感などの性能が悪化するという問題があった。
更にまた、減速比を増加させることに伴って、ステアリング側からみたモータ側の慣性モーメントやロストルクが大きくなるため、操舵フィーリングやハンドル戻り等の性能が悪化するといった問題もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、装置が小型に構成できるとともに、ロストルクや慣性モーメントの増加による操舵性能の悪化や騒音の増加が抑制された電動パワーステアリング装置および電動パワーステアリング装置用モータを得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】
【０００６】
この発明に係る電動パワーステアリング装置においては、ステアリング側に連結され、少なくとも歯部が樹脂材で形成されたウオームホイールと該ウオームホイールと噛合する歯部を有するウオーム軸を備えたウオーム減速機構と、前記ウオーム軸に連結され、前記ウオーム減速機構の減速比よりも減速比が小さく構成された歯車減速機構と、この歯車減速機構に連結される回転軸を有するブラシレスモータとを備えたものである。
【０００７】
この発明に係る電動パワーステアリング装置用モータにおいては、ステアリング側に連結され、少なくとも歯部が樹脂材で形成されたウオームホイールと該ウオームホイールと噛合する歯部を有するウオーム軸を備えたウオーム減速機構が収容されたギヤハウジングに装着される電動パワーステアリング装置用モータであって、カップリングを介して前記ウオーム軸に連結される歯車減速機構と、この歯車減速機構に連結される回転軸を有するブラシレスモータとを備え、前記歯車減速機構と前記ブラシレスモータとが一体に構成されているとともに、前記歯車減速機構の減速比は、前記ウオーム減速機構の減速比よりも減速比が小さく構成されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、装置を小型に構成することができるとともに、ロストルクや慣性モーメントの増加による操舵性能の悪化や騒音の増加を抑制することができる電動パワーステアリング装置および電動パワーステアリング装置用モータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
実施の形態１を図１〜図８に基づいて説明する。なお、各図において同一または相当部分には同一符号を付して説明する。図１は、電動パワーステアリング装置の要部断面図、図２は、電動パワーステアリング装置の全体説明図である。図３は、図１に示す電動パワーステアリング装置用モータの正面図であって、図４は、図３をギヤハウジング側から見た側面図、図５は図１の歯車減速機構の要部断面図である。図６は、シャフトに一体形成されたメインギヤであって、図６（ａ）は左側面図、図６（ｂ）は断面図、図６（ｃ）は右側面図である。図７はサブギヤであって、図７（ａ）は左側面図、図７（ｂ）は断面図、図７（ｃ）は右側面図である。図８は、シザーズギヤの組立体の説明図であって、図８（ａ）は側面図、図７（ｂ）は要部断面図である。
【００１０】
図１において、電動パワーステアリング装置用モータ１は、ブラシレスモータ２と、このブラシレスモータ２の通電制御を行う制御装置３と、ブラシレスモータ２の回転力を減速する歯車減速機構４とを有している。制御装置３は、ブラシレスモータ２の径方向の側面に配置され、ブラシレスモータ２と一体化して構成されている。歯車減速機構４の入力側は、ブラシレスモータ２の図示しない回転子の回転軸５に連結されている。外歯歯車からなる歯車減速機構４は、図３及び図４のように、回転軸５から制御装置３側の方向に向かって一対の外歯歯車が配設され、歯車減速機構４はブラシレスモータ２の側に固定されてブラシレスモータ２と一体化されている。ウオーム減速機構６は、ウオームホイール７とウオーム軸８を有しており、このウオーム減速機構６は、ギヤハウジング９に収容されている。ウオームホイール７の出力は、コラム軸１０（ステアリング側）に連結されており、ウオームホイール７のうち少なくとも歯部７ａの部分はナイロン等の樹脂材で形成されている。歯車減速機構４の出力側はウオーム軸８に連結されており、鉄材等からなる金属性のウオーム軸８に設けられた歯部８ａは歯部７ａと噛合し、ウオーム軸８の回転数は減速されてウオームホイール７に伝達され、コラム軸１０を駆動するように構成されている。
【００１１】
電動パワーステアリング装置用モータ１に備えた歯車減速機構４のシャフト１１の出力側の一端部に、焼結金属で形成されたカップリング１２が圧入で固定されている。図１及び図２に示すように、電動パワーステアリング装置用モータ１は、ウオーム減速機構６が収容されたギヤハウジング９に装着され、カップリング１２を介してウオーム軸８に連結される。ブラシレスモータ２の回転軸５の回転力は歯車減速機構４で減速された後、カップリング１２の内周面に設けたストレートスプラインと係合して連結されたウオーム軸８に伝達され、更に、ウオーム減速機構６で減速されコラム軸１０に伝達されて、ステアリングホイール１３の操舵力をアシストするように構成されている。コラム軸１０の回転力は、ユニバーサルジョイント等を介してラックアンドピニオン機構をなすギヤユニット１４のピニオンに伝達され、このピニオンと噛合するラック１５が、図２において左右に駆動されように構成されている。
【００１２】
図５において、歯車減速機構４は、回転軸５に圧入で固定された外歯歯車からなる金属製のギヤ１６と、このギヤ１６と噛合する外歯歯車からなるシザーズギヤ１７を有している。シザーズギヤ１７は、メインギヤ１８、サブギヤ１９及び弾性体をなす金属製のコイルバネ２０を有している。外歯歯車からなるメインギヤ１７は、ナイロン等の樹脂材で形成されており、図６に示すように、金属製のシャフト１１と樹脂成型により一体形成されている。シャフト１１のブラシレスモータ２側の端部は、ブラシレスモータ２のハウジング２１に外輪が固定され配設されたベアリング２２に支持されている。シャフト１１のウオーム軸８側にはベアリング２３が配設され、ベアリング２３の外輪を軸方向に押圧することでシャフト１１をベアリング２２側に押圧するための波ワッシャ２４が配設されている。ベアリング２３及び波ワッシャ２４を収納しハウジング２１と嵌合するところのブラケット２５を、ウオーム軸８側からハウジング２１にネジ２６で固定して、歯車減速機構４はハウジング２１に収容されている。
【００１３】
図６において、シャフト１１は、メインギヤ１８との接合面に、シャフト１１の周囲に一体に設けられた凹凸形状のローレット２７を備えている。メインギヤ１８の内径側には、サブギヤ１９側に向かって軸方向に延出し、メインギヤ１８と一体に形成された樹脂材からなるボス部２８を有している。ローレット２７の軸方向の両側には、円柱状のストレート部２９を有している。メインギヤ１８の内径側及びボス部２８は、ローレット２７の全体を覆い、更にローレット２７の軸方向両側のストレート部２９の途中にまでに亘っており、シャフト１１と一体成型されている。メインギヤ１８の内径側であってボス部２８よりも外径側に、サブギヤ１９側に向かって軸方向に突出し、周方向に等角度に配設された３個の突出部３０を有している。この突出部３０はメインギヤ１８と樹脂材で一体に形成されている。
【００１４】
図７は外歯歯車からなるサブギヤ１９であって、ナイロン等の樹脂材で形成されており、サブギヤ１９の内径側には突出部３０を周方向に移動可能に収容し、軸方向に貫通した長穴状の３個の収容部３１を有している。収容部３１は、突出部３０の位置に対応して設けられ、周方向に均等に１２０°間隔に設けられている。周方向に隣接する収容部３１と収容部３１との間にはサブギヤ１９の歯幅よりも薄肉に構成された板状部３２を備えている。
【００１５】
図８は、図６のメインギヤ１８のボス部２８の外周面に、図７のサブギヤ１９の内周面が遊嵌されるとともに、収容部３１に突出部３０が収容されて、メインギヤ１８とサブギヤ１９は互いに周方向に相対移動可能に組み付けられる。収容部３１の一面と、その一面と周方向に対向する突出部３０との間に、弾性体をなす金属製のコイルバネ２０がサブギヤ１９の軸方向側面側から配設されている。シャフト１１のウオーム軸８側に、ベアリング２３及びカップリング１３が圧入され固定されている。更に、サブギヤ１７の軸方向端面から窪んで形成された板状部３２に当接するように円環状のワッシャ３３を配設し、更にワッシャ３３と当接する円環状のスペーサ３４を配設する。このようにして、シャフト１１の一端をベアリング２２の内輪に挿入し、波ワッシャ２４を配設してブラケット２５をネジ２６で固定する。
【００１６】
図８（ａ）に示すように、シザーズギヤ１７のメインギヤ１８とサブギヤ１９の両者間にはコイルバネ２０による周方向の弾性力が作用して、メインギヤ１８の歯面とサブギヤ１９の歯面とは相対的に周方向に僅かに回転してずれた状態に構成されている。この周方向にずれた角度の大きさは、シザーズギヤ１７とギヤ１６の間に生じるバックラッシュに相当する角度よりも大きく構成されている。このように構成されたシザーズギヤ１７をギヤ１６に組み付けて噛合させることによって、シザーズギヤ１７とギヤ１６の間のバックラッシュを取り除くことができる。
【００１７】
次に、このように構成された実施の形態１の動作について説明する。この電動パワーステアリング装置用モータ１は、コラム軸１０に設けた操舵トルクセンサー等の信号やブラシレスモータ２に備えた回転センサの信号に基づいて、制御装置３からブラシレスモータ２の図示しない固定子巻線に所定の通電を行い、回転子に設けた永久磁石と固定子との電磁作用によって回転軸５が回転し、その回転力が歯車減速機構４で減速された後、更にウオーム減速機構６で減速されコラム軸１０に伝達されて、ステアリングホイール１３の操舵力をアシストして、ドライバーの操舵力を軽減することができるものである。なお、この電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータ２は、電圧１２Ｖ、通電電流８０Ａ程度のモータであり、小型、低騒音でロストルクや慣性モーメントが小さく安価なモータが要求されている。
【００１８】
以上のように、実施の形態１のものでは、ステアリング側に連結され、少なくとも歯部７ａが樹脂材で形成されたウオームホイール７と該ウオームホイール７と噛合する歯部８ａを有するウオーム軸８を備えたウオーム減速機構６と、前記ウオーム軸８に連結され、前記ウオーム減速機構６の減速比よりも減速比が小さく構成された歯車減速機構４と、この歯車減速機構４に連結される回転軸５を有するブラシレスモータ２とを備えたので、電動パワーステアリング装置を全体として小型に構成することができるとともに、ハンドル戻りや操舵フィーリングといった操舵性能の悪化や騒音の増加が抑制された電動パワーステアリング装置を得ることができる。
【００１９】
また、ステアリング側に連結され、少なくとも歯部７ａが樹脂材で形成されたウオームホイール７と該ウオームホイール７と噛合する歯部８ａを有するウオーム軸８を備えたウオーム減速機構６が収容されたギヤハウジング９に装着される電動パワーステアリング装置用モータ１であって、カップリング１２を介して前記ウオーム軸８に連結される歯車減速機構４と、この歯車減速機構４に連結される回転軸５を有するブラシレスモータ２とを備え、前記歯車減速機構４と前記ブラシレスモータ２とが一体に構成されているとともに、前記歯車減速機構４の減速比は、前記ウオーム減速機構６の減速比よりも減速比が小さく構成されているので、モータ部が小型化されるほか装置全体としても小型に構成することができるとともに、ハンドル戻りや操舵フィーリングといった操舵性能の悪化や騒音の増加が抑制された装置を得ることができる。
【００２０】
ウオーム減速機構６は、比較的小型に高減速比を得ることができて低騒音であるという特長があるが、その減速比を例えば２倍にするといった場合には、上述のようにウオーム減速機構６の大型化等を引き起こすほか、ウオーム軸８の回転数が倍増するために発熱による歯部７ａの強度低下や減速効率の低下によって装置が大型化したり、騒音が増加するというような問題があるため、電動パワーステアリング装置用としては容易にウオーム減速機構６の減速比を増加させることができない。そこで、ウオーム減速機構６の減速比よりも減速比が小さく構成された減速比が２程度の歯車減速機構４を、ウオーム減速機構６とブラシレスモータ２との間に介在させて、ウオーム軸８の回転数の増加を抑制し、全体として減速比を増加させるようにしたため、ウオーム減速機構６の上記特長を生かしつつ、ハンドル戻り等の悪化や騒音の増加を抑制して、ブラシレスモータ２の小型化をはじめ全体として装置を小型に構成することができる。
ウオーム減速機構６を変更せずに、歯車減速機構４の減速比を変更することで、ウオーム減速機構６の共用化が図れ、装置としての減速比の変更も比較的容易に行うことができる。
なお、歯車減速機構４の減速比を、ウオーム減速機構６の減速比よりも大きくして構成することは、装置が全体として大型化するなどウオーム減速機構６の特長を生かせないものとなってしまう。
【００２１】
また、モータ部も小型化できるため、回転子の慣性モーメントが減少して操舵フィーリングの悪化を抑制できるほか、このブラシレスモータ２の回転子には希土類磁石が使用されているため、高価な希土類磁石の使用量を減少できて、装置全体としてのコストアップも抑制することができる。
なお、ウオームホイール７側（ステアリング側）の回転数やトルクを変更しない場合においても、この実施の形態のように構成して減速比を増加させることによって、ブラシレスモータ２は、高回転で低トルクの小型のモータとすることができて、装置を小型化することができる。
【００２２】
また、ウオーム減速機構６は食い違い軸の歯車であるため、オフセットして側方からブラシレスモータ２を配置することができるなど、装置のレイアウトの自由度が高いというメリットがある。特に、図２のようなコラムアシスト型においては、車両衝突時のクラッシャブルゾーンの確保が比較的容易であるなどの効果がある。
これに対して、例えば遊星減速機構だけで減速比を増加させたときには同軸に構成できるが、逆に装置のレイアウトの自由度が低下するほか、装置が大型化したり、特にギヤ音が大きくなってしまうなどの問題がある。また、遊星減速機構の減速比を変更するときは、比較的大掛かりな構造変更が必要となってしまう。
また、外歯歯車などで構成される平行軸歯車減速だけで減速比を増加させる場合や、かさ歯車などで構成した交差軸歯車減速だけで減速比を増加させた場合も、装置が大型化したり、装置のレイアウトの自由度が低下したり、特にギヤ音が大きくなってしまうなどの問題がある。ラック１５をラック１５と同軸のボールネジ減速機構で駆動するラック同軸型では、ボールネジ減速機構だけで減速比をこのように増加させることは現実的に困難で、装置のレイアウトの自由度も乏しく、装置が大型・複雑で、装置の組付性も低下するなどの問題がある。
また、比較的減速比の低いウオーム減速機構６を直列に連結して構成する場合では、装置が大型化・複雑化する問題があるほか、ブラシレスモータ２側のウオーム軸８の回転数が高回転となることによる前述のような問題がある。
なお、歯車減速機構４であるので、ベルト等による減速機構と比べて小型に構成できて、滑りがなく、ベルト等の張力によるロストルクの増加もないなど電動パワーステアリング用に適した装置を得ることができるとともに、ブラシレスモータ２と歯車減速機構４との一体化も比較的容易で装着性も良い装置とすることができる。
【００２３】
歯車減速機構４をウオーム減速機構６とブラシレスモータ２との間に介在させたため、ウオーム軸８の回転数が高回転とならないため騒音や発熱が抑制できるとともに減速効率の低下も抑制でき、伝達許容トルクも低下しない。歯部７ａが樹脂材で形成されたウオームホイール７であっても発熱が抑制されるため歯部７ａの変形等がなく装置が大型化しないとともに、歯部７ａが樹脂材で形成されているために騒音が低減できる効果を合わせて得ることができる。
【００２４】
モータはブラシレスモータ２で構成したため、モータの回転数が高回転となってもブラシ音がなく、シザーズギヤ１７を用いて構成した歯車減速機構４であるので、バックラッシュが減少しギヤ音が低減できるなど、高回転となっても騒音の増加を抑制することができる。
また、バックラッシュを低減できるため操舵フィーリングも向上できる。
更に、ブラシレスモータ２であるため、ロストルクや回転子の慣性モーメントを低減できて、上記のように歯車減速機構４を介在させて減速比を増加させた場合においても、ハンドル戻りや操舵フィーリングの悪化が抑制されるという効果も合わせて得ることができる。
【００２５】
カップリング１２を介してウオーム軸８に連結される歯車減速機構４と、その歯車減速機構４に連結されるブラシレスモータ２とが一体に構成された電動パワーステアリング装置用モータ１を、ウオーム減速機構６が収容されたギヤハウジング９の側に装着するように構成されているので、小型で装着性の良い装置とすることができるほか、減速比の変更や部品の共用化も比較的容易におこなうことができる。また、カップリング１２はストレートスプラインで連結されているので、ウオーム減速機構６やはすば歯車などの軸方向力をカップリング１２で吸収することができる。なお、カップリング１２はウオーム軸８側に設けてもよく、歯車減速機構４とウオーム軸８の間に介在させて両方と係合するように配設してもよい。
【００２６】
歯車減速機構４の減速比は１．５〜２．５、ウオーム減速機構６の減速比は１０〜２０であって、歯車減速機構４の減速比とウオーム減速機構６の減速比の積は４０以下で構成されているので、ウオーム減速機構６の大型化やハンドル戻り等の悪化を抑制しつつ、歯車減速機構４の大型化も抑制されて、ブラシレスモータ２は小型化できるなど全体として装置を小型に構成することができる。ウオーム減速機構６の減速比は、比較的小型に構成でき、歯部の発熱、減速効率、ロストルク等も許容レベルである１０〜２０として構成する。歯車減速機構４の減速比は、ウオーム減速機構６やブラシレスモータ２との大きさのバランスが良く比較的小型に構成できるとともに、騒音低減のための噛み合い率も確保できる１．５〜２．５で構成する。但し、歯車減速機構４の減速比とウオーム減速機構６の減速比の積が４０を超えると、ブラシレスモータ２の回転子の回転強度低下、ロストルク・慣性モーメントの増加、制御装置３の制御の高速化等の問題が生じるため４０以下で構成することによって、ハンドル戻り等の悪化を抑制しつつ、全体として装置を小型・安価に構成できて回転強度等についても問題のない装置とすることができる。なお、歯車減速機構４の減速比は、好ましくは１．７〜２．３程度とすることで効果的に構成することができ、減速比の変更時も変更部品が少なく、減速比の変更も比較的容易に行うことができる。
なお、歯車減速機構４を遊星歯車減速で構成しても良いが、遊星歯車減速は構造が複雑化し、歯車減速機構４の減速比が１．５〜２．５であるため太陽歯車が大型化するなど遊星歯車減速としては減速比が低めで小型化できるメリットが減少し、減速比の変更についても外歯歯車減速と比べて比較的大掛かりとなるため、外歯歯車減速を採用することが好ましい。また、遊星歯車減速では減速装置が同軸となるため装置のレイアウトの自由度も低下する。
【００２７】
シザーズギヤ１７は、外歯歯車からなるメインギヤ１８及びサブギヤ１９を軸方向に並設して構成されており、メインギヤ１８の内径側には軸方向に延出したボス部２８を有し、このボス部２８の外周面にサブギヤ１９の内周面が遊嵌され、サブギヤ１９の内径側にはメインギヤ１８とサブギヤ１９の両者間に弾性力を付与するコイルバネ２０を配設して構成されているので、構造が簡単・コンパクトであって、メインギヤ１８にサブギヤ１９が周方向に回転可能に遊嵌されているため、両者を組み合わせたときのギヤ精度も良い。 コイルバネ２０は、駆動力の伝達をしないサブギヤ１９の内径側に収容されているので、メインギヤ１８の強度に影響を与えずその分メインギヤ１８を小型化することができる。コイルバネ２０は、メインギヤ１８とサブギヤ１９の両者間に周方向の弾性力を付与するので、弾性力を軸方向に付与するものと比べて、小型に構成することができる。
また、メインギヤとサブギヤの周方向の角度のずれは、バックラッシュ以上の角度としたので、バックラッシュを確実に除去することができる。
【００２８】
シザーズギヤ１７のメインギヤ１８とサブギヤ１９は、両者ともに樹脂材で形成されたはすば歯車で構成されているので、両者とも樹脂材で構成されたメインギヤ１８とサブギヤ１９によって騒音の発生や伝達が抑制され、はすば歯車を用いたことによる噛み合い率増加による騒音低減効果との相乗効果によって、騒音を効果的に低減することができる。歯面にグリースを塗布することで更に騒音を低減することができる。
更に、樹脂材のため軽量で、自己潤滑性があるために慣性モーメントやロストルクを低減できる効果がある。また、樹脂材で形成されシザーズギヤ１７に噛合する相手側のギヤ１６を金属製としたので、シザーズギヤ１７の温度上昇を抑制することができる。
樹脂ギヤは金属製と比べて温度や吸湿等による寸法変化が大きくなるため、予めバックラッシュや中心間距離を大き目とすることがあるが、この場合においてもシザーズギヤ１７であるのでバックラシュが低減されて騒音の増加を抑制することができる。
【００２９】
メインギヤ１８は、ボス部２８とともに樹脂成型によってシャフト１１に一体形成されているので、構造が簡単・コンパクトで、軸心に対する歯面のギヤ精度も良い。圧入等による固定ではないので破損のおそれもなく、圧入による精度悪化に伴う騒音の増加もない。特に、軸方向に延出したボス部２８とともに一体形成されているので、メインギヤ１８のシャフト１１との固着力を向上させることができる。また、シャフト１１にはローレット２７による凹凸が設けられており、ローレット２７は、メインギヤ１８のボス部２８を含めた軸方向長さの近傍まで設けてあるため、メインギヤ１８がシャフト１１に強固に固定される。メインギヤ１８の軸方向両端面にはシャフト１１にストレート部２９を有しているため、シャフト１１にメインギヤ１８を樹脂成型時にバリが発生しにくい。
【００３０】
メインギヤ１８の内径側にはサブギヤ１９側に突出した突出部３０を有し、サブギヤ１９の内径側には突出部３０を周方向に移動可能に収容する収容部３１を有しており、突出部３０と収容部３１との間に弾性体をなすコイルバネ２０が配設されているので、構造が簡単・コンパクトで、サブギヤ１９側に収容部３１を設けたので、メインギヤ１８の強度に影響を与えずその分メインギヤ１８を小型化することができる。収容部３１は周方向に均等に複数個設けたので、バランスよくコイルバネ２０の弾性力を付与することができて、騒音を効果的に低減することができる。
【００３１】
コイルバネ２０はサブギヤ１９の側面側から配設されるとともに、サブギヤ１９の側面側にはコイルバネ２０の脱落を防止するワッシャ３３が配設されているので、組立が簡単で、簡単な構造で弾性体の脱落を防止することができる。更に、ワッシャ３３をサブギヤ１９から脱落しないように固定する構造にすることによって、シザーズギヤ１７の集合体とすることができて、組付性等が向上する。
【００３２】
サブギヤ１９に作用する軸方向荷重は、金属材からなる円環状のワッシャ３３と当接する金属材からなる円環状のスペーサ３４を介してベアリング２２の内輪（シャフト側）に係止されており、少なくともワッシャ３３を介してシャフト１１側で係止される構成であるので、特にはすば歯車によってサブギヤ１９に発生する軸方向荷重を簡単な構成で係止することができる。ワッシャ３３によってコイルバネ２０の脱落も防止される。
なお、コイルバネ２０はサブギヤ１９の軸方向寸法に対して軸方向に隙間を持って配設されており、サブギヤ１９はコイルバネ２０を介さずにシャフト１１側に係止されるため、コイルバネ２０の弾性力に変動を与えず、安定して騒音を低減させることができる。
【００３３】
収容部３１は、サブギヤ１９の軸方向に貫通しているとともに周方向に複数個形成されており、周方向に隣接する収容部３１の間にはサブギヤ１９の歯幅よりも薄肉の板状部３２を備え、この板状部３２にワッシャ３３が配設されているので、小型化・軽量化が図れるとともに、板状部３２と収容部３１との肉厚の差が減少して樹脂成型されたサブギヤ１９のギヤ精度が向上して、騒音を更に低減することができる。
【００３４】
弾性体は、鉄材から形成されたコイルバネ２０で構成されており、メインギヤ１８とサブギヤ１９の両者間の周方向に付与されるバネ荷重は２００〜４００ｇｆであるので、ロストルクの増加を抑制しつつ、騒音を低減することができる。バネ荷重が弱いときは、ギヤ１６をメインギヤ１８とサブギヤ１９によって確実に挟み込むことができず、シザーズギヤ１７によるバックラッシュ低減効果が減少して騒音を抑制できず、バネ荷重が強いときは、組付性が低下するほかロストルクが増加してハンドル戻りが悪化するため、この実施の形態においては１００ｇｆのバネを３個（合計で３００ｇｆ）として構成している。 弾性体をゴム材等で構成しても良いが、金属性のバネのほうが荷重が安定し耐熱性も向上させることができる。歯の端面側にクラウニングのように面取りを設けることで、シザーズギヤ１７の組付性を向上させることができる。
【００３５】
ブラシレスモータ２の通電制御を行う制御装置３を有し、この制御装置３をブラシレスモータ２の径方向に配置して該ブラシレスモータ２と一体化して構成した電動パワーステアリング装置用モータ１であって、外歯歯車からなる歯車減速機構４をブラシレスモータ２の回転軸５から制御装置３側の方向に向かって配設したので、歯車減速機構４がブラシレスモータ２の外形から飛び出す寸法を減少させることができるため、装置を小型化できるとともに耐振性も向上させることができる。
なお、この実施の形態では、電動パワーステアリング装置用モータ１のギヤ１６がウオームホイール７側になるようにしてギヤハウジング９へ取り付けたが、回転軸５とシャフト１１がオフセットする外歯減速の特徴を生かして、ギヤ１６が反ウオームホイール側なるように取り付けるなど、取り付け上の最適な位置を選んでオフセット方向を選択することが可能で、レイアウト性の向上を図ることができる。
【００３６】
また、上記実施の形態では、ウオーム減速機構６が収容されたギヤハウジング９に、歯車減速機構４を一体化した電動パワーステアリング装置用モータ１が取り付けられる形態の電動パワーステアリング装置で説明したが、上記実施の形態で説明した歯車減速機構４をギヤハウジング９に収容して構成し、そのギヤハウジング９に、歯車減速機構４を有さない電動パワーステアリング装置用モータ１の回転軸５を連結して取り付ける形態の電動パワーステアリング装置としてもよく、この場合も電動パワーステアリング装置を全体として小型に構成することができるとともに、ハンドル戻りや操舵フィーリングといった操舵性能の悪化や騒音の増加が抑制された電動パワーステアリング装置を得ることができる。なお、電動パワーステアリング装置用モータ１に歯車減速機構４を備えたほうが、装置の構成や減速比の変更等が比較的容易であるというメリットがある。
カップリング１２とウオーム軸８の間に、ゴム等の弾性体を介在させて連結することによって、更に騒音が低減された装置とすることができる。
【００３７】
また、上記実施の形態では、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置で説明したが、ギヤユニット１４部にモータが装着されピニオン軸（ステアリング側）にアシスト力を伝達するピニオンアシスト型や、ラック１５部にモータが装着され、ピニオン（ステアリング側）を介してラック１５にアシスト力を伝達するラックアシスト型であっても良い。なお、歯車減速機構４を樹脂材からなるシザーズギヤ１７を用いて構成している場合はより低騒音に構成できる効果があるが、この場合は温度や振動の耐環境性の面などから、コラムアシスト型の装置に適用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置の要部断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置の全体説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置用モータの正面図である。
【図４】本発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置用モータの側面図である。
【図５】本発明の実施の形態１を示す歯車減速機構の要部断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１を示すシャフトに一体形成されたメインギヤであって、図６（ａ）は左側面図、図６（ｂ）は断面図、図６（ｃ）は右側面図である。
【図７】本発明の実施の形態１を示すサブギヤであって、図７（ａ）は左側面図、図７（ｂ）は断面図、図７（ｃ）は右側面図である。
【図８】本発明の実施の形態１を示すシザーズギヤの組立体の説明図であって、図８（ａ）は側面図、図７（ｂ）は要部断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 電動パワーステアリング装置用モータ、 ２ ブラシレスモータ、 ４ 歯車減速機構、 ５ 回転軸、 ６ ウオーム減速機構、 ７ ウオームホイール、 ８ ウオーム軸、 ９ ギヤハウジング、 １１ シャフト、 １２ カップリング、 １７ シザーズギヤ、 １８ メインギヤ、 １９ サブギヤ、 ２０ 弾性体、 ２８ ボス部、 ３０ 突起部、 ３１ 収容部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両等のステアリングの操舵力を軽減するための電動パワーステアリング装置および電動パワーステアリング装置用モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、ステアリングを操作した時のみにモータに通電される構成であるため車両等の燃費が向上し、最近の環境対策の高まりにより次第に排気量の大きい車両等にも採用が進んでいる。排気量の大きい車両になれば、モータに要求される出力も増加する。従来の装置では、モータの回転力をウオーム減速機構等を介して減速し回転力を増大させてステアリング側に伝達していた。排気量の大きい車両等にも適用できる装置とするためには、モータの体格を大きくしてモータの出力を増加させたり、ウオーム減速機構等の減速比を大きくして回転力を増大させる方法のほか、特許文献１のように、複数のモータを使用するなどの方法があった。
【０００３】
【特許文献２】特開２００１−１５１１２５号公報（段落[０００２]−[００１２]、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の装置では、排気量の大きい車両等への適用を図るために、モータの体格を大きくしたり複数のモータを使用するなど、装置が大型化する問題があった。
また、ウオーム減速機構の減速比を増加させる場合も、ウオーム減速機構が大型化する問題があった。ウオーム減速機構の減速比を増加させる場合には、転追性を確保するために、ウオームホイール側（ステアリング側）へ伝達される回転数が所定の回転数となるように、ウオーム側（モータ側）の回転数は高回転とする必要があり、このために騒音が増加するほか、ウオーム減速機構の発熱が大きくなって減速部の強度低下や減速効率の低下を引き起こし、その対応のために結果としてウオーム減速機構やモータが更に大型化するなどの問題があった。
排気量の大きい車両においては、特に装置の静音化も必要となってくる。
更に、ウオーム減速機構の減速比を増加させることに伴って、ウオームホイール側（ステアリング側）からウオーム側（モータ側）を回転させることができない所謂セルフロックが発生しやすくなる。このようにウオーム減速機構は、減速比を増加させていくと所謂ロストルクの増加が大きくなり、このために車両等のタイヤの向きを進行方向と一致させるようにタイヤの向きを変えようとする所謂セルフアライニングトルクの作用が低下して、電動パワーステアリング装置として重要なハンドル戻りやセンター感などの性能が悪化するという問題があった。
更にまた、減速比を増加させることに伴って、ステアリング側からみたモータ側の慣性モーメントやロストルクが大きくなるため、操舵フィーリングやハンドル戻り等の性能が悪化するといった問題もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、装置が小型に構成できるとともに、ロストルクや慣性モーメントの増加による操舵性能の悪化や騒音の増加が抑制された電動パワーステアリング装置および電動パワーステアリング装置用モータを得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】
【０００６】
この発明に係る電動パワーステアリング装置においては、ステアリング側に連結され、少なくとも歯部が樹脂材で形成されたウオームホイールと該ウオームホイールと噛合する歯部を有するウオーム軸を備えたウオーム減速機構と、前記ウオーム軸に連結され、前記ウオーム減速機構の減速比よりも減速比が小さく構成された歯車減速機構と、この歯車減速機構に連結される回転軸を有するブラシレスモータとを備えたものである。
【０００７】
この発明に係る電動パワーステアリング装置用モータにおいては、ステアリング側に連結され、少なくとも歯部が樹脂材で形成されたウオームホイールと該ウオームホイールと噛合する歯部を有するウオーム軸を備えたウオーム減速機構が収容されたギヤハウジングに装着される電動パワーステアリング装置用モータであって、カップリングを介して前記ウオーム軸に連結される歯車減速機構と、この歯車減速機構に連結される回転軸を有するブラシレスモータとを備え、前記歯車減速機構と前記ブラシレスモータとが一体に構成されているとともに、前記歯車減速機構の減速比は、前記ウオーム減速機構の減速比よりも減速比が小さく構成されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、装置を小型に構成することができるとともに、ロストルクや慣性モーメントの増加による操舵性能の悪化や騒音の増加を抑制することができる電動パワーステアリング装置および電動パワーステアリング装置用モータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
実施の形態１を図１〜図８に基づいて説明する。なお、各図において同一または相当部分には同一符号を付して説明する。図１は、電動パワーステアリング装置の要部断面図、図２は、電動パワーステアリング装置の全体説明図である。図３は、図１に示す電動パワーステアリング装置用モータの正面図であって、図４は、図３をギヤハウジング側から見た側面図、図５は図１の歯車減速機構の要部断面図である。図６は、シャフトに一体形成されたメインギヤであって、図６（ａ）は左側面図、図６（ｂ）は断面図、図６（ｃ）は右側面図である。図７はサブギヤであって、図７（ａ）は左側面図、図７（ｂ）は断面図、図７（ｃ）は右側面図である。図８は、シザーズギヤの組立体の説明図であって、図８（ａ）は側面図、図７（ｂ）は要部断面図である。
【００１０】
図１において、電動パワーステアリング装置用モータ１は、ブラシレスモータ２と、このブラシレスモータ２の通電制御を行う制御装置３と、ブラシレスモータ２の回転力を減速する歯車減速機構４とを有している。制御装置３は、ブラシレスモータ２の径方向の側面に配置され、ブラシレスモータ２と一体化して構成されている。歯車減速機構４の入力側は、ブラシレスモータ２の図示しない回転子の回転軸５に連結されている。外歯歯車からなる歯車減速機構４は、図３及び図４のように、回転軸５から制御装置３側の方向に向かって一対の外歯歯車が配設され、歯車減速機構４はブラシレスモータ２の側に固定されてブラシレスモータ２と一体化されている。ウオーム減速機構６は、ウオームホイール７とウオーム軸８を有しており、このウオーム減速機構６は、ギヤハウジング９に収容されている。ウオームホイール７の出力は、コラム軸１０（ステアリング側）に連結されており、ウオームホイール７のうち少なくとも歯部７ａの部分はナイロン等の樹脂材で形成されている。歯車減速機構４の出力側はウオーム軸８に連結されており、鉄材等からなる金属性のウオーム軸８に設けられた歯部８ａは歯部７ａと噛合し、ウオーム軸８の回転数は減速されてウオームホイール７に伝達され、コラム軸１０を駆動するように構成されている。
【００１１】
電動パワーステアリング装置用モータ１に備えた歯車減速機構４のシャフト１１の出力側の一端部に、焼結金属で形成されたカップリング１２が圧入で固定されている。図１及び図２に示すように、電動パワーステアリング装置用モータ１は、ウオーム減速機構６が収容されたギヤハウジング９に装着され、カップリング１２を介してウオーム軸８に連結される。ブラシレスモータ２の回転軸５の回転力は歯車減速機構４で減速された後、カップリング１２の内周面に設けたストレートスプラインと係合して連結されたウオーム軸８に伝達され、更に、ウオーム減速機構６で減速されコラム軸１０に伝達されて、ステアリングホイール１３の操舵力をアシストするように構成されている。コラム軸１０の回転力は、ユニバーサルジョイント等を介してラックアンドピニオン機構をなすギヤユニット１４のピニオンに伝達され、このピニオンと噛合するラック１５が、図２において左右に駆動されように構成されている。
【００１２】
図５において、歯車減速機構４は、回転軸５に圧入で固定された外歯歯車からなる金属製のギヤ１６と、このギヤ１６と噛合する外歯歯車からなるシザーズギヤ１７を有している。シザーズギヤ１７は、メインギヤ１８、サブギヤ１９及び弾性体をなす金属製のコイルバネ２０を有している。外歯歯車からなるメインギヤ１７は、ナイロン等の樹脂材で形成されており、図６に示すように、金属製のシャフト１１と樹脂成型により一体形成されている。シャフト１１のブラシレスモータ２側の端部は、ブラシレスモータ２のハウジング２１に外輪が固定され配設されたベアリング２２に支持されている。シャフト１１のウオーム軸８側にはベアリング２３が配設され、ベアリング２３の外輪を軸方向に押圧することでシャフト１１をベアリング２２側に押圧するための波ワッシャ２４が配設されている。ベアリング２３及び波ワッシャ２４を収納しハウジング２１と嵌合するところのブラケット２５を、ウオーム軸８側からハウジング２１にネジ２６で固定して、歯車減速機構４はハウジング２１に収容されている。
【００１３】
図６において、シャフト１１は、メインギヤ１８との接合面に、シャフト１１の周囲に一体に設けられた凹凸形状のローレット２７を備えている。メインギヤ１８の内径側には、サブギヤ１９側に向かって軸方向に延出し、メインギヤ１８と一体に形成された樹脂材からなるボス部２８を有している。ローレット２７の軸方向の両側には、円柱状のストレート部２９を有している。メインギヤ１８の内径側及びボス部２８は、ローレット２７の全体を覆い、更にローレット２７の軸方向両側のストレート部２９の途中にまでに亘っており、シャフト１１と一体成型されている。メインギヤ１８の内径側であってボス部２８よりも外径側に、サブギヤ１９側に向かって軸方向に突出し、周方向に等角度に配設された３個の突出部３０を有している。この突出部３０はメインギヤ１８と樹脂材で一体に形成されている。
【００１４】
図７は外歯歯車からなるサブギヤ１９であって、ナイロン等の樹脂材で形成されており、サブギヤ１９の内径側には突出部３０を周方向に移動可能に収容し、軸方向に貫通した長穴状の３個の収容部３１を有している。収容部３１は、突出部３０の位置に対応して設けられ、周方向に均等に１２０°間隔に設けられている。周方向に隣接する収容部３１と収容部３１との間にはサブギヤ１９の歯幅よりも薄肉に構成された板状部３２を備えている。
【００１５】
図８は、図６のメインギヤ１８のボス部２８の外周面に、図７のサブギヤ１９の内周面が遊嵌されるとともに、収容部３１に突出部３０が収容されて、メインギヤ１８とサブギヤ１９は互いに周方向に相対移動可能に組み付けられる。収容部３１の一面と、その一面と周方向に対向する突出部３０との間に、弾性体をなす金属製のコイルバネ２０がサブギヤ１９の軸方向側面側から配設されている。シャフト１１のウオーム軸８側に、ベアリング２３及びカップリング１３が圧入され固定されている。更に、サブギヤ１７の軸方向端面から窪んで形成された板状部３２に当接するように円環状のワッシャ３３を配設し、更にワッシャ３３と当接する円環状のスペーサ３４を配設する。このようにして、シャフト１１の一端をベアリング２２の内輪に挿入し、波ワッシャ２４を配設してブラケット２５をネジ２６で固定する。
【００１６】
図８（ａ）に示すように、シザーズギヤ１７のメインギヤ１８とサブギヤ１９の両者間にはコイルバネ２０による周方向の弾性力が作用して、メインギヤ１８の歯面とサブギヤ１９の歯面とは相対的に周方向に僅かに回転してずれた状態に構成されている。この周方向にずれた角度の大きさは、シザーズギヤ１７とギヤ１６の間に生じるバックラッシュに相当する角度よりも大きく構成されている。このように構成されたシザーズギヤ１７をギヤ１６に組み付けて噛合させることによって、シザーズギヤ１７とギヤ１６の間のバックラッシュを取り除くことができる。
【００１７】
次に、このように構成された実施の形態１の動作について説明する。この電動パワーステアリング装置用モータ１は、コラム軸１０に設けた操舵トルクセンサー等の信号やブラシレスモータ２に備えた回転センサの信号に基づいて、制御装置３からブラシレスモータ２の図示しない固定子巻線に所定の通電を行い、回転子に設けた永久磁石と固定子との電磁作用によって回転軸５が回転し、その回転力が歯車減速機構４で減速された後、更にウオーム減速機構６で減速されコラム軸１０に伝達されて、ステアリングホイール１３の操舵力をアシストして、ドライバーの操舵力を軽減することができるものである。なお、この電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータ２は、電圧１２Ｖ、通電電流８０Ａ程度のモータであり、小型、低騒音でロストルクや慣性モーメントが小さく安価なモータが要求されている。
【００１８】
以上のように、実施の形態１のものでは、ステアリング側に連結され、少なくとも歯部７ａが樹脂材で形成されたウオームホイール７と該ウオームホイール７と噛合する歯部８ａを有するウオーム軸８を備えたウオーム減速機構６と、前記ウオーム軸８に連結され、前記ウオーム減速機構６の減速比よりも減速比が小さく構成された歯車減速機構４と、この歯車減速機構４に連結される回転軸５を有するブラシレスモータ２とを備えたので、電動パワーステアリング装置を全体として小型に構成することができるとともに、ハンドル戻りや操舵フィーリングといった操舵性能の悪化や騒音の増加が抑制された電動パワーステアリング装置を得ることができる。
【００１９】
また、ステアリング側に連結され、少なくとも歯部７ａが樹脂材で形成されたウオームホイール７と該ウオームホイール７と噛合する歯部８ａを有するウオーム軸８を備えたウオーム減速機構６が収容されたギヤハウジング９に装着される電動パワーステアリング装置用モータ１であって、カップリング１２を介して前記ウオーム軸８に連結される歯車減速機構４と、この歯車減速機構４に連結される回転軸５を有するブラシレスモータ２とを備え、前記歯車減速機構４と前記ブラシレスモータ２とが一体に構成されているとともに、前記歯車減速機構４の減速比は、前記ウオーム減速機構６の減速比よりも減速比が小さく構成されているので、モータ部が小型化されるほか装置全体としても小型に構成することができるとともに、ハンドル戻りや操舵フィーリングといった操舵性能の悪化や騒音の増加が抑制された装置を得ることができる。
【００２０】
ウオーム減速機構６は、比較的小型に高減速比を得ることができて低騒音であるという特長があるが、その減速比を例えば２倍にするといった場合には、上述のようにウオーム減速機構６の大型化等を引き起こすほか、ウオーム軸８の回転数が倍増するために発熱による歯部７ａの強度低下や減速効率の低下によって装置が大型化したり、騒音が増加するというような問題があるため、電動パワーステアリング装置用としては容易にウオーム減速機構６の減速比を増加させることができない。そこで、ウオーム減速機構６の減速比よりも減速比が小さく構成された減速比が２程度の歯車減速機構４を、ウオーム減速機構６とブラシレスモータ２との間に介在させて、ウオーム軸８の回転数の増加を抑制し、全体として減速比を増加させるようにしたため、ウオーム減速機構６の上記特長を生かしつつ、ハンドル戻り等の悪化や騒音の増加を抑制して、ブラシレスモータ２の小型化をはじめ全体として装置を小型に構成することができる。
ウオーム減速機構６を変更せずに、歯車減速機構４の減速比を変更することで、ウオーム減速機構６の共用化が図れ、装置としての減速比の変更も比較的容易に行うことができる。
なお、歯車減速機構４の減速比を、ウオーム減速機構６の減速比よりも大きくして構成することは、装置が全体として大型化するなどウオーム減速機構６の特長を生かせないものとなってしまう。
【００２１】
また、モータ部も小型化できるため、回転子の慣性モーメントが減少して操舵フィーリングの悪化を抑制できるほか、このブラシレスモータ２の回転子には希土類磁石が使用されているため、高価な希土類磁石の使用量を減少できて、装置全体としてのコストアップも抑制することができる。
なお、ウオームホイール７側（ステアリング側）の回転数やトルクを変更しない場合においても、この実施の形態のように構成して減速比を増加させることによって、ブラシレスモータ２は、高回転で低トルクの小型のモータとすることができて、装置を小型化することができる。
【００２２】
また、ウオーム減速機構６は食い違い軸の歯車であるため、オフセットして側方からブラシレスモータ２を配置することができるなど、装置のレイアウトの自由度が高いというメリットがある。特に、図２のようなコラムアシスト型においては、車両衝突時のクラッシャブルゾーンの確保が比較的容易であるなどの効果がある。
これに対して、例えば遊星減速機構だけで減速比を増加させたときには同軸に構成できるが、逆に装置のレイアウトの自由度が低下するほか、装置が大型化したり、特にギヤ音が大きくなってしまうなどの問題がある。また、遊星減速機構の減速比を変更するときは、比較的大掛かりな構造変更が必要となってしまう。
また、外歯歯車などで構成される平行軸歯車減速だけで減速比を増加させる場合や、かさ歯車などで構成した交差軸歯車減速だけで減速比を増加させた場合も、装置が大型化したり、装置のレイアウトの自由度が低下したり、特にギヤ音が大きくなってしまうなどの問題がある。ラック１５をラック１５と同軸のボールネジ減速機構で駆動するラック同軸型では、ボールネジ減速機構だけで減速比をこのように増加させることは現実的に困難で、装置のレイアウトの自由度も乏しく、装置が大型・複雑で、装置の組付性も低下するなどの問題がある。
また、比較的減速比の低いウオーム減速機構６を直列に連結して構成する場合では、装置が大型化・複雑化する問題があるほか、ブラシレスモータ２側のウオーム軸８の回転数が高回転となることによる前述のような問題がある。
なお、歯車減速機構４であるので、ベルト等による減速機構と比べて小型に構成できて、滑りがなく、ベルト等の張力によるロストルクの増加もないなど電動パワーステアリング用に適した装置を得ることができるとともに、ブラシレスモータ２と歯車減速機構４との一体化も比較的容易で装着性も良い装置とすることができる。
【００２３】
歯車減速機構４をウオーム減速機構６とブラシレスモータ２との間に介在させたため、ウオーム軸８の回転数が高回転とならないため騒音や発熱が抑制できるとともに減速効率の低下も抑制でき、伝達許容トルクも低下しない。歯部７ａが樹脂材で形成されたウオームホイール７であっても発熱が抑制されるため歯部７ａの変形等がなく装置が大型化しないとともに、歯部７ａが樹脂材で形成されているために騒音が低減できる効果を合わせて得ることができる。
【００２４】
モータはブラシレスモータ２で構成したため、モータの回転数が高回転となってもブラシ音がなく、シザーズギヤ１７を用いて構成した歯車減速機構４であるので、バックラッシュが減少しギヤ音が低減できるなど、高回転となっても騒音の増加を抑制することができる。
また、バックラッシュを低減できるため操舵フィーリングも向上できる。
更に、ブラシレスモータ２であるため、ロストルクや回転子の慣性モーメントを低減できて、上記のように歯車減速機構４を介在させて減速比を増加させた場合においても、ハンドル戻りや操舵フィーリングの悪化が抑制されるという効果も合わせて得ることができる。
【００２５】
カップリング１２を介してウオーム軸８に連結される歯車減速機構４と、その歯車減速機構４に連結されるブラシレスモータ２とが一体に構成された電動パワーステアリング装置用モータ１を、ウオーム減速機構６が収容されたギヤハウジング９の側に装着するように構成されているので、小型で装着性の良い装置とすることができるほか、減速比の変更や部品の共用化も比較的容易におこなうことができる。また、カップリング１２はストレートスプラインで連結されているので、ウオーム減速機構６やはすば歯車などの軸方向力をカップリング１２で吸収することができる。なお、カップリング１２はウオーム軸８側に設けてもよく、歯車減速機構４とウオーム軸８の間に介在させて両方と係合するように配設してもよい。
【００２６】
歯車減速機構４の減速比は１．５〜２．５、ウオーム減速機構６の減速比は１０〜２０であって、歯車減速機構４の減速比とウオーム減速機構６の減速比の積は４０以下で構成されているので、ウオーム減速機構６の大型化やハンドル戻り等の悪化を抑制しつつ、歯車減速機構４の大型化も抑制されて、ブラシレスモータ２は小型化できるなど全体として装置を小型に構成することができる。ウオーム減速機構６の減速比は、比較的小型に構成でき、歯部の発熱、減速効率、ロストルク等も許容レベルである１０〜２０として構成する。歯車減速機構４の減速比は、ウオーム減速機構６やブラシレスモータ２との大きさのバランスが良く比較的小型に構成できるとともに、騒音低減のための噛み合い率も確保できる１．５〜２．５で構成する。但し、歯車減速機構４の減速比とウオーム減速機構６の減速比の積が４０を超えると、ブラシレスモータ２の回転子の回転強度低下、ロストルク・慣性モーメントの増加、制御装置３の制御の高速化等の問題が生じるため４０以下で構成することによって、ハンドル戻り等の悪化を抑制しつつ、全体として装置を小型・安価に構成できて回転強度等についても問題のない装置とすることができる。なお、歯車減速機構４の減速比は、好ましくは１．７〜２．３程度とすることで効果的に構成することができ、減速比の変更時も変更部品が少なく、減速比の変更も比較的容易に行うことができる。
なお、歯車減速機構４を遊星歯車減速で構成しても良いが、遊星歯車減速は構造が複雑化し、歯車減速機構４の減速比が１．５〜２．５であるため太陽歯車が大型化するなど遊星歯車減速としては減速比が低めで小型化できるメリットが減少し、減速比の変更についても外歯歯車減速と比べて比較的大掛かりとなるため、外歯歯車減速を採用することが好ましい。また、遊星歯車減速では減速装置が同軸となるため装置のレイアウトの自由度も低下する。
【００２７】
シザーズギヤ１７は、外歯歯車からなるメインギヤ１８及びサブギヤ１９を軸方向に並設して構成されており、メインギヤ１８の内径側には軸方向に延出したボス部２８を有し、このボス部２８の外周面にサブギヤ１９の内周面が遊嵌され、サブギヤ１９の内径側にはメインギヤ１８とサブギヤ１９の両者間に弾性力を付与するコイルバネ２０を配設して構成されているので、構造が簡単・コンパクトであって、メインギヤ１８にサブギヤ１９が周方向に回転可能に遊嵌されているため、両者を組み合わせたときのギヤ精度も良い。 コイルバネ２０は、駆動力の伝達をしないサブギヤ１９の内径側に収容されているので、メインギヤ１８の強度に影響を与えずその分メインギヤ１８を小型化することができる。コイルバネ２０は、メインギヤ１８とサブギヤ１９の両者間に周方向の弾性力を付与するので、弾性力を軸方向に付与するものと比べて、小型に構成することができる。
また、メインギヤとサブギヤの周方向の角度のずれは、バックラッシュ以上の角度としたので、バックラッシュを確実に除去することができる。
【００２８】
シザーズギヤ１７のメインギヤ１８とサブギヤ１９は、両者ともに樹脂材で形成されたはすば歯車で構成されているので、両者とも樹脂材で構成されたメインギヤ１８とサブギヤ１９によって騒音の発生や伝達が抑制され、はすば歯車を用いたことによる噛み合い率増加による騒音低減効果との相乗効果によって、騒音を効果的に低減することができる。歯面にグリースを塗布することで更に騒音を低減することができる。
更に、樹脂材のため軽量で、自己潤滑性があるために慣性モーメントやロストルクを低減できる効果がある。また、樹脂材で形成されシザーズギヤ１７に噛合する相手側のギヤ１６を金属製としたので、シザーズギヤ１７の温度上昇を抑制することができる。
樹脂ギヤは金属製と比べて温度や吸湿等による寸法変化が大きくなるため、予めバックラッシュや中心間距離を大き目とすることがあるが、この場合においてもシザーズギヤ１７であるのでバックラシュが低減されて騒音の増加を抑制することができる。
【００２９】
メインギヤ１８は、ボス部２８とともに樹脂成型によってシャフト１１に一体形成されているので、構造が簡単・コンパクトで、軸心に対する歯面のギヤ精度も良い。圧入等による固定ではないので破損のおそれもなく、圧入による精度悪化に伴う騒音の増加もない。特に、軸方向に延出したボス部２８とともに一体形成されているので、メインギヤ１８のシャフト１１との固着力を向上させることができる。また、シャフト１１にはローレット２７による凹凸が設けられており、ローレット２７は、メインギヤ１８のボス部２８を含めた軸方向長さの近傍まで設けてあるため、メインギヤ１８がシャフト１１に強固に固定される。メインギヤ１８の軸方向両端面にはシャフト１１にストレート部２９を有しているため、シャフト１１にメインギヤ１８を樹脂成型時にバリが発生しにくい。
【００３０】
メインギヤ１８の内径側にはサブギヤ１９側に突出した突出部３０を有し、サブギヤ１９の内径側には突出部３０を周方向に移動可能に収容する収容部３１を有しており、突出部３０と収容部３１との間に弾性体をなすコイルバネ２０が配設されているので、構造が簡単・コンパクトで、サブギヤ１９側に収容部３１を設けたので、メインギヤ１８の強度に影響を与えずその分メインギヤ１８を小型化することができる。収容部３１は周方向に均等に複数個設けたので、バランスよくコイルバネ２０の弾性力を付与することができて、騒音を効果的に低減することができる。
【００３１】
コイルバネ２０はサブギヤ１９の側面側から配設されるとともに、サブギヤ１９の側面側にはコイルバネ２０の脱落を防止するワッシャ３３が配設されているので、組立が簡単で、簡単な構造で弾性体の脱落を防止することができる。更に、ワッシャ３３をサブギヤ１９から脱落しないように固定する構造にすることによって、シザーズギヤ１７の集合体とすることができて、組付性等が向上する。
【００３２】
サブギヤ１９に作用する軸方向荷重は、金属材からなる円環状のワッシャ３３と当接する金属材からなる円環状のスペーサ３４を介してベアリング２２の内輪（シャフト側）に係止されており、少なくともワッシャ３３を介してシャフト１１側で係止される構成であるので、特にはすば歯車によってサブギヤ１９に発生する軸方向荷重を簡単な構成で係止することができる。ワッシャ３３によってコイルバネ２０の脱落も防止される。
なお、コイルバネ２０はサブギヤ１９の軸方向寸法に対して軸方向に隙間を持って配設されており、サブギヤ１９はコイルバネ２０を介さずにシャフト１１側に係止されるため、コイルバネ２０の弾性力に変動を与えず、安定して騒音を低減させることができる。
【００３３】
収容部３１は、サブギヤ１９の軸方向に貫通しているとともに周方向に複数個形成されており、周方向に隣接する収容部３１の間にはサブギヤ１９の歯幅よりも薄肉の板状部３２を備え、この板状部３２にワッシャ３３が配設されているので、小型化・軽量化が図れるとともに、板状部３２と収容部３１との肉厚の差が減少して樹脂成型されたサブギヤ１９のギヤ精度が向上して、騒音を更に低減することができる。
【００３４】
弾性体は、鉄材から形成されたコイルバネ２０で構成されており、メインギヤ１８とサブギヤ１９の両者間の周方向に付与されるバネ荷重は２００〜４００ｇｆであるので、ロストルクの増加を抑制しつつ、騒音を低減することができる。バネ荷重が弱いときは、ギヤ１６をメインギヤ１８とサブギヤ１９によって確実に挟み込むことができず、シザーズギヤ１７によるバックラッシュ低減効果が減少して騒音を抑制できず、バネ荷重が強いときは、組付性が低下するほかロストルクが増加してハンドル戻りが悪化するため、この実施の形態においては１００ｇｆのバネを３個（合計で３００ｇｆ）として構成している。 弾性体をゴム材等で構成しても良いが、金属性のバネのほうが荷重が安定し耐熱性も向上させることができる。歯の端面側にクラウニングのように面取りを設けることで、シザーズギヤ１７の組付性を向上させることができる。
【００３５】
ブラシレスモータ２の通電制御を行う制御装置３を有し、この制御装置３をブラシレスモータ２の径方向に配置して該ブラシレスモータ２と一体化して構成した電動パワーステアリング装置用モータ１であって、外歯歯車からなる歯車減速機構４をブラシレスモータ２の回転軸５から制御装置３側の方向に向かって配設したので、歯車減速機構４がブラシレスモータ２の外形から飛び出す寸法を減少させることができるため、装置を小型化できるとともに耐振性も向上させることができる。
なお、この実施の形態では、電動パワーステアリング装置用モータ１のギヤ１６がウオームホイール７側になるようにしてギヤハウジング９へ取り付けたが、回転軸５とシャフト１１がオフセットする外歯減速の特徴を生かして、ギヤ１６が反ウオームホイール側なるように取り付けるなど、取り付け上の最適な位置を選んでオフセット方向を選択することが可能で、レイアウト性の向上を図ることができる。
【００３６】
また、上記実施の形態では、ウオーム減速機構６が収容されたギヤハウジング９に、歯車減速機構４を一体化した電動パワーステアリング装置用モータ１が取り付けられる形態の電動パワーステアリング装置で説明したが、上記実施の形態で説明した歯車減速機構４をギヤハウジング９に収容して構成し、そのギヤハウジング９に、歯車減速機構４を有さない電動パワーステアリング装置用モータ１の回転軸５を連結して取り付ける形態の電動パワーステアリング装置としてもよく、この場合も電動パワーステアリング装置を全体として小型に構成することができるとともに、ハンドル戻りや操舵フィーリングといった操舵性能の悪化や騒音の増加が抑制された電動パワーステアリング装置を得ることができる。なお、電動パワーステアリング装置用モータ１に歯車減速機構４を備えたほうが、装置の構成や減速比の変更等が比較的容易であるというメリットがある。
カップリング１２とウオーム軸８の間に、ゴム等の弾性体を介在させて連結することによって、更に騒音が低減された装置とすることができる。
【００３７】
また、上記実施の形態では、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置で説明したが、ギヤユニット１４部にモータが装着されピニオン軸（ステアリング側）にアシスト力を伝達するピニオンアシスト型や、ラック１５部にモータが装着され、ピニオン（ステアリング側）を介してラック１５にアシスト力を伝達するラックアシスト型であっても良い。なお、歯車減速機構４を樹脂材からなるシザーズギヤ１７を用いて構成している場合はより低騒音に構成できる効果があるが、この場合は温度や振動の耐環境性の面などから、コラムアシスト型の装置に適用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置の要部断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置の全体説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置用モータの正面図である。
【図４】本発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置用モータの側面図である。
【図５】本発明の実施の形態１を示す歯車減速機構の要部断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１を示すシャフトに一体形成されたメインギヤであって、図６（ａ）は左側面図、図６（ｂ）は断面図、図６（ｃ）は右側面図である。
【図７】本発明の実施の形態１を示すサブギヤであって、図７（ａ）は左側面図、図７（ｂ）は断面図、図７（ｃ）は右側面図である。
【図８】本発明の実施の形態１を示すシザーズギヤの組立体の説明図であって、図８（ａ）は側面図、図７（ｂ）は要部断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 電動パワーステアリング装置用モータ、 ２ ブラシレスモータ、 ４ 歯車減速機構、 ５ 回転軸、 ６ ウオーム減速機構、 ７ ウオームホイール、 ８ ウオーム軸、 ９ ギヤハウジング、 １１ シャフト、 １２ カップリング、 １７ シザーズギヤ、 １８ メインギヤ、 １９ サブギヤ、 ２０ 弾性体、 ２８ ボス部、 ３０ 突起部、 ３１ 収容部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング側に連結され、少なくとも歯部が樹脂材で形成されたウオームホイールと該ウオームホイールと噛合する歯部を有するウオーム軸を備えたウオーム減速機構と、前記ウオーム軸に連結され、前記ウオーム減速機構の減速比よりも減速比が小さく構成された歯車減速機構と、この歯車減速機構に連結される回転軸を有するブラシレスモータとを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
ステアリング側に連結され、少なくとも歯部が樹脂材で形成されたウオームホイールと該ウオームホイールと噛合する歯部を有するウオーム軸を備えたウオーム減速機構が収容されたギヤハウジングに装着される電動パワーステアリング装置用モータであって、カップリングを介して前記ウオーム軸に連結される歯車減速機構と、この歯車減速機構に連結される回転軸を有するブラシレスモータとを備え、前記歯車減速機構と前記ブラシレスモータとが一体に構成されているとともに、前記歯車減速機構の減速比は、前記ウオーム減速機構の減速比よりも減速比が小さく構成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用モータ。
【請求項３】
歯車減速機構の減速比は１．５〜２．５、ウオーム減速機構の減速比は１０〜２０であって、前記歯車減速機構の減速比と前記ウオーム減速機構の減速比の積は、４０以下で構成されていることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項４】
歯車減速機構はシザーズギヤを備えているとともに、シザーズギヤは、外歯歯車からなるメインギヤ及びサブギヤを軸方向に並設して構成されており、メインギヤの内径側には軸方向に延出したボス部を有し、このボス部の外周面に前記サブギヤの内周面が遊嵌され、前記サブギヤの内径側には前記メインギヤと前記サブギヤの両者間に弾性力を付与する弾性体を配設して構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項５】
シザーズギヤのメインギヤとサブギヤは、両者ともに樹脂材で形成されたはすば歯車で構成されていることを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項６】
メインギヤは、ボス部とともに樹脂成型によってシャフトに一体形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項７】
メインギヤの内径側にはサブギヤ側に突出した突出部を有し、サブギヤの内径側には前記突出部を周方向に移動可能に収容する収容部を有しており、前記突出部と前記収容部との間に弾性体が配設されていることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項８】
弾性体はサブギヤの側面側から配設されるとともに、前記サブギヤの側面側には前記弾性体の脱落を防止するワッシャが配設されていることを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項９】
サブギヤに作用する軸方向荷重は、ワッシャを介してシャフト側で係止される構成であることを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項１０】
収容部は、サブギヤの軸方向に貫通しているとともに周方向に複数個形成されており、周方向に隣接する前記収容部の間には前記サブギヤの歯幅よりも薄肉の板状部を備え、この板状部にワッシャが配設されていることを特徴とする請求項４〜請求項９のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項１１】
弾性体は、バネで構成されており、メインギヤとサブギヤの両者間の周方向に付与されるバネ荷重は２００〜４００ｇｆであることを特徴とする請求項４〜請求項１０のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項１２】
ブラシレスモータの通電制御を行う制御装置を有し、この制御装置を前記ブラシレスモータの径方向に配置して該ブラシレスモータと一体化して構成した電動パワーステアリング装置用モータであって、外歯歯車からなる歯車減速機構を前記ブラシレスモータの回転軸から前記制御装置側の方向に向かって配設したことを特徴とする請求項２〜請求項１１のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項１】
ステアリング側に連結され、少なくとも歯部が樹脂材で形成されたウオームホイールと該ウオームホイールと噛合する歯部を有するウオーム軸を備えたウオーム減速機構と、前記ウオーム軸に連結され、前記ウオーム減速機構の減速比よりも減速比が小さく構成された歯車減速機構と、この歯車減速機構に連結される回転軸を有するブラシレスモータとを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
ステアリング側に連結され、少なくとも歯部が樹脂材で形成されたウオームホイールと該ウオームホイールと噛合する歯部を有するウオーム軸を備えたウオーム減速機構が収容されたギヤハウジングに装着される電動パワーステアリング装置用モータであって、カップリングを介して前記ウオーム軸に連結される歯車減速機構と、この歯車減速機構に連結される回転軸を有するブラシレスモータとを備え、前記歯車減速機構と前記ブラシレスモータとが一体に構成されているとともに、前記歯車減速機構の減速比は、前記ウオーム減速機構の減速比よりも減速比が小さく構成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用モータ。
【請求項３】
歯車減速機構の減速比は１．５〜２．５、ウオーム減速機構の減速比は１０〜２０であって、前記歯車減速機構の減速比と前記ウオーム減速機構の減速比の積は、４０以下で構成されていることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項４】
歯車減速機構はシザーズギヤを備えているとともに、シザーズギヤは、外歯歯車からなるメインギヤ及びサブギヤを軸方向に並設して構成されており、メインギヤの内径側には軸方向に延出したボス部を有し、このボス部の外周面に前記サブギヤの内周面が遊嵌され、前記サブギヤの内径側には前記メインギヤと前記サブギヤの両者間に弾性力を付与する弾性体を配設して構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項５】
シザーズギヤのメインギヤとサブギヤは、両者ともに樹脂材で形成されたはすば歯車で構成されていることを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項６】
メインギヤは、ボス部とともに樹脂成型によってシャフトに一体形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項７】
メインギヤの内径側にはサブギヤ側に突出した突出部を有し、サブギヤの内径側には前記突出部を周方向に移動可能に収容する収容部を有しており、前記突出部と前記収容部との間に弾性体が配設されていることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項８】
弾性体はサブギヤの側面側から配設されるとともに、前記サブギヤの側面側には前記弾性体の脱落を防止するワッシャが配設されていることを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項９】
サブギヤに作用する軸方向荷重は、ワッシャを介してシャフト側で係止される構成であることを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項１０】
収容部は、サブギヤの軸方向に貫通しているとともに周方向に複数個形成されており、周方向に隣接する前記収容部の間には前記サブギヤの歯幅よりも薄肉の板状部を備え、この板状部にワッシャが配設されていることを特徴とする請求項４〜請求項９のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項１１】
弾性体は、バネで構成されており、メインギヤとサブギヤの両者間の周方向に付与されるバネ荷重は２００〜４００ｇｆであることを特徴とする請求項４〜請求項１０のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項１２】
ブラシレスモータの通電制御を行う制御装置を有し、この制御装置を前記ブラシレスモータの径方向に配置して該ブラシレスモータと一体化して構成した電動パワーステアリング装置用モータであって、外歯歯車からなる歯車減速機構を前記ブラシレスモータの回転軸から前記制御装置側の方向に向かって配設したことを特徴とする請求項２〜請求項１１のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２８３８９２（Ｐ２００７−２８３８９２Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１３１８８（Ｐ２００６−１１３１８８）
【出願日】平成１８年４月１７日（２００６．４．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１７日（２００６．４．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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