JP2001108024A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置

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JP2001108024A
JP2001108024A JP28547599A JP28547599A JP2001108024A JP 2001108024 A JP2001108024 A JP 2001108024A JP 28547599 A JP28547599 A JP 28547599A JP 28547599 A JP28547599 A JP 28547599A JP 2001108024 A JP2001108024 A JP 2001108024A
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Takanori Kurokawa
貴則 黒川
Yamato Arai
大和 新井
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を
伝達する合成樹脂製ウォームホイールの強度を向上し、
その電動アクチュエータの高出力化を可能にし、ウォー
ムホイールを小径化して省スペース化を図ることができ
る電動パワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】操舵補助力発生用電動アクチュエータ８の
回転をウォーム９とウォームホイール１０を介して車輪
６に伝達する。そのウォームホイール１０は合成樹脂材
製とされる。その合成樹脂材の数平均分子量は３０００
０以上、６００００以下とされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、操舵補助力発生用
電動アクチュエータの回転をウォームとウォームホイー
ルを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】軽自動車や小型自動車においては、操舵
補助力発生用電動アクチュエータの回転をウォームとウ
ォームホイールを介して車輪に伝達する電動パワーステ
アリング装置が用いられ、そのウォームホイールを合成
樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化が図られて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、環境問題に対処
するために車両の低燃費化が要望されていることから、
大型自動車に用いられる電動パワーステアリング装置に
おいても、そのウォームホイールを合成樹脂材製とする
ことが要望されている。そのためには、その電動アクチ
ュエータを軽自動車に比べて高出力化する必要があるた
め、その電動アクチュエータの回転を減速するウォーム
ホイールの歯元強度を向上する必要がある。
【０００４】しかし、従来の合成樹脂材製ウォームホイ
ールは、電動アクチュエータの高出力化に耐え得る十分
な歯元強度がなかった。
【０００５】本発明は、上記問題を解決することのでき
る電動パワーステアリング装置を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、操舵補助力発
生用電動アクチュエータの回転を、ウォームと、このウ
ォームに噛み合うウォームホイールとを介して車輪に伝
達する電動パワーステアリング装置において、そのウォ
ームホイールは合成樹脂材製とされ、その合成樹脂材の
数平均分子量は３００００以上、６００００以下とされ
ていることを特徴とする。本発明の構成によれば、電動
アクチュエータの回転を伝達するウォームホイールを合
成樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化を図るこ
とができ、且つ、その合成樹脂材の数平均分子量を３０
０００以上とすることでウォームホイールの歯元強度を
向上でき、６００００以下とすることで成形性を確保で
きる。本発明は、以下の知見に基づくものである。金属
材製ギヤに適用される一般的な理論計算式によれば、ギ
ヤの歯元強度はギヤ材料の引っ張り強度、曲げ強度に相
関する。しかし、合成樹脂材製ウォームホイールの場
合、歯元強度は材料の引っ張り強度、曲げ強度に相関し
ない。事実、引っ張り強度や曲げ強度を向上するために
合成樹脂材に強化繊維を充填した場合、充填しなかった
場合よりも歯元強度は低下した。これは、合成樹脂材製
ウォームホイールの歯元強度は、合成樹脂材の弾性に基
づく歯に作用する面圧の緩和と、合成樹脂材の強度のバ
ランスとによって定まるためである。そして、その合成
樹脂材の粘度を増加させることにより歯元強度を向上で
きることを新たに見出して本発明をなすに至った。合成
樹脂材の粘度は数平均分子量の増大により増加すること
から、従来にあってはウォームホイールの材料となる合
成樹脂材の数平均分子量を１５０００〜２００００以下
としていたのを、従来の１．５倍〜２倍以上の３０００
０以上の値とすることで従来よりも粘度を増加させ、ウ
ォームホイールの歯元強度を増大させた。なお、合成樹
脂材の固有粘度ηは、Ｍを数平均分子量、Ｋを定数、ａ
を定数として、η＝ＫＭa により求められる。また、そ
の数平均分子量を６００００以下とすることで成形性を
確保できる。そのウォームホイールは射出成形工程を経
て成形され、その射出成形のための成形型のゲートはフ
ィルムゲートとされるのが好ましい。これにより、その
合成樹脂材の数平均分子量が大きいために成形型のキャ
ビティ内に射出される材料の溶液粘度が大きくても、そ
のキャビティ内に材料を均一に充填して成形性の低下を
防止できる。
【０００７】その合成樹脂材はナイロン系合成樹脂材で
あるのが好ましい。数平均分子量の大きな高粘度ナイロ
ンは初期強度が高いことから、吸水や熱劣化による強度
低下を防止できる。また、ナイロン系合成樹脂材は数平
均分子量が高くても成形性に優れると共に長寿命化を図
れる。
【０００８】そのウォームホイールは合成樹脂材から射
出成形されるのが好ましい。射出成形することで成形コ
ストを低減できる。
【０００９】その合成樹脂材は無垢材であるのが好まし
い。これにより、そのウォームホイールと噛み合うウォ
ームの摩耗を防止できる。
【００１０】その合成樹脂材に強化繊維が充填されてい
てもよい。強化繊維の充填により、その合成樹脂材の吸
水や熱による寸法変化を防止して寸法安定性を向上でき
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１に示す電動パワーステアリング
装置１は、ステアリングホイール２の操舵により発生す
る操舵トルクを、ステアリングシャフト３によりピニオ
ン４に伝達することで、そのピニオン４に噛み合うラッ
ク５を移動させ、そのラック５の動きをタイロッドやナ
ックルアーム等（図示省略）を介して車輪６に伝達する
ことで舵角を変化させる。
【００１２】そのステアリングシャフト３により伝達さ
れる操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、そ
の操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、その検出さ
れた操舵トルクに応じ駆動されるモータ（電動アクチュ
エータ）８と、そのモータ８により駆動される駆動シャ
フト５０の外周に設けられる金属製ウォーム９と、その
ウォーム９に噛み合うと共にステアリングシャフト３に
取り付けられるウォームホイール１０とが設けられてい
る。そのモータ８の回転をウォーム９およびウォームホ
イール１０を介してステアリングシャフト３から車輪６
に伝達することで操舵補助力を付与できる。図２に示す
ように、ハウジング２１に取り付けられるモータ８によ
り駆動される駆動シャフト５０は、そのハウジング２１
により軸受６２、６３を介して支持される。
【００１３】そのステアリングシャフト３は、ステアリ
ングホイール２に連結される第１シャフト３ａと、この
第１シャフト３ａにピン２２により連結される筒状の第
２シャフト３ｂと、この第２シャフト３ｂの外周にブッ
シュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の
第３シャフト３ｃとに分割されている。各シャフト３
ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿って弾性部材としてトーショ
ンバー２３が挿入されている。そのトーションバー２３
の一端は第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとに前記
ピン２２により連結され、他端はピン２４により第３シ
ャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シ
ャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは操舵トルクに応じて
弾性的に相対回転可能とされている。
【００１４】その第２シャフト３ｂは、そのハウジング
２１に圧入されたステアリングコラム３０によりブッシ
ュ３１を介して支持される。その第３シャフト３ｃは、
ハウジング２１により軸受２６、２７を介して支持され
る。その第３シャフト３ｃの外周に嵌め合わされる金属
製スリーブ１１の外周に、上記ウォームホイール１０が
一体化されている。なお、そのスリーブ１１は第３シャ
フト３ｃに圧入されたり、あるいはキー等を介して固定
されてもよい。また、過大なトルクが作用した場合にウ
ォームホイール１０とステアリングシャフト３とが相対
回転するように、トルクリミッター機構がスリーブ１１
と第３シャフト３ｃとの間に設けられてもよい。
【００１５】そのトルクセンサ７は、第２シャフト３ｂ
に固定される磁性材製の第１検出リング３６と、第３シ
ャフト３ｃに固定される磁性材製の第２検出リング３７
と、両検出リング３６、３７の対向間を覆う検出コイル
３３とを有する。第１検出リング３６の端面に周方向に
沿って設けられる複数の歯３６ａと、第２検出リング３
７の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３７ａと
の対向面積が、第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃの
操舵トルクに応じた弾性的な相対回転に応じて変化し、
その変化に対応して検出コイル３３の発生磁束に対する
磁気抵抗が変化することから、その検出コイル３３の出
力に基づき操舵トルクが検出できる。このトルクセンサ
７は公知の構成のものを用いることができる。その検出
された操舵トルクに対応した信号に応じて上記モータ８
が駆動され、このモータ８の回転はウォーム９、ウォー
ムホイール１０を介してステアリングシャフト３に伝達
される。
【００１６】そのモータ８の回転の減速ギアであるウォ
ームホイール１０は合成樹脂材製とされ、射出成形工程
を経て成形されている。その合成樹脂材の数平均分子量
は３００００以上、６００００以下とされている。その
合成樹脂材は、本実施形態ではＰＡ（ポリアミド）６、
ＰＡ６６、ＰＡ４６、ＰＡ１２、ＰＡ１１、ＰＰＡ（ポ
リパラバン酸）１１、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ６・６Ｔ等のナイ
ロン系合成樹脂材とされ、他の材料は何も充填されてい
ない無垢材とされている。その合成樹脂材の数平均分子
量が大きくなると、射出成形時に成形型のキャビティ内
に射出される材料の溶液粘度が大きくなり、例えば数平
均分子量が６００００の場合は溶液粘度（ηｒ）が６．
０にもなって成形性が低下する。そのため本実施形態で
は、図３に示すように、ウォームホイール１０の成形型
９０のゲート９０ａはフィルムゲートとされている。こ
れにより、その合成樹脂材の数平均分子量が大きいため
に射出溶液粘度が大きくても、キャビティ９０ｂ内に材
料を均一に充填できるようにしている。なお、材料をキ
ャビティ９０ｂ内に均一に充填するためにゲート９０ａ
の肉厚ｔは２．５ｍｍ以上とするのが好ましく、ランナ
ー９０ｃの長さＬは短い程に好ましいが金型剛性を確保
する必要があることから４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とす
るのが好ましく、そのランナー９０ｃの入口径Ｄ１は材
料の流動抵抗低減のために４ｍｍ以上とすると共に材料
射出ノズルの径（通常３ｍｍ）との段差による抵抗低減
のために６ｍｍ以下とするのが好ましく、そのランナー
９０ｃの出口径Ｄ２は材料の流動抵抗低減のために１３
ｍｍ以上として最大径はゲート９０ａの直径に等しくし
てもよい。本実施形態では、その成形型９０に上記スリ
ーブ１１を挿入した状態で射出成形を行うことでウォー
ムホイール１０をスリーブ１１に一体化し、その成形後
にゲート９０ａやランナー９０ｃに充填された材料の除
去やウォームホイール１０の歯の仕上げ等を機械加工に
より行っている。
【００１７】上記構成によれば、モータ８の回転を伝達
するウォームホイール１０を合成樹脂材製とすることで
軽量化および低騒音化を図ることができ、且つ、その合
成樹脂材の数平均分子量を３００００以上とすることで
ウォームホイールの歯元強度を向上でき、６００００以
下とすることで成形性を確保できる。その合成樹脂材は
ナイロン系合成樹脂材であるので初期強度が高く、吸水
や熱劣化による強度低下を防止でき、また、成形性に優
れると共に長寿命化を図れる。そのウォームホイール１
０を合成樹脂材から射出成形することで成形コストを低
減できる。その合成樹脂材は無垢材であるのでウォーム
９の摩耗を防止できる。
【００１８】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、ウォームホイールの材料としてナイロン系以外の
ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＥＳ（ポリエ
ーテルスルホン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の熱可
塑性合成樹脂材を用いてもよい。また、ウォームホイー
ルの材料である合成樹脂材に強化繊維が充填されてもよ
い。強化繊維の充填により、その合成樹脂材の吸水や熱
による寸法変化を防止して寸法安定性を向上できる。そ
の強化繊維としては、そのウォームホイールに噛み合う
ウォームの摩耗を防止する上でチタン酸カリウムウィス
カーやアラミド繊維等とするのが好ましい。
【００１９】
【実施例】上記実施形態の構成の電動パワーステアリン
グ装置においてウォームホイールを数平均分子量が略６
００００のＰＡ６６の無垢材から射出成形したものを実
施例とし、ウォームホイールを数平均分子量が略２００
００のＰＡ６６の無垢材から射出成形した以外は実施例
と同様の構成の電動パワーステアリング装置を比較例と
し、ウォームホイールの歯元強度試験と耐久試験とを行
った。歯元強度試験は、ウォームホイールをロックした
状態でウォームにトルクを付加し、そのウォームホイー
ルの歯が破損した時のウォームに付加したトルクをウォ
ームホイールの歯元強度として測定した。その結果、比
較例では歯元強度が１１Ｎ・ｍであったのが、実施例で
は２３Ｎ・ｍであった。また、耐久試験は、車輪側から
一定の負荷を作用させた状態で、ステアリングホイール
を一定回転角度で一定回数だけ往復回転させ、ウォーム
ホイールの歯の磨耗量に対応するウォームの歯との間の
バックラッシ量を測定した。その結果、比較例のウォー
ムホイールの磨耗量に対する実施例のウォームホイール
の磨耗量の割合は６８．３％であった。すなわち、本発
明によれば合成樹脂製ウォームホイールの強度向上と高
寿命化を図れることを確認できる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、操舵補助力発生用電動
アクチュエータの回転を伝達する合成樹脂製ウォームホ
イールの強度を向上し、その電動アクチュエータの高出
力化を可能にし、ウォームホイールを小径化して省スペ
ース化を図ることができ、さらに吸水や熱劣化による強
度低下を防止して高寿命化を図ることができる電動パワ
ーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置の断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】本発明の実施形態のウォームホイールの成形型
の構成説明図
【符号の説明】
６ 車輪 ８ モータ ９ ウォーム １０ ウォームホイール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D033 CA04 3J009 DA16 EA06 EA19 EA37 EB06 FA08 3J030 AC10 BA03 BC01 BC08 CA10

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 操舵補助力発生用電動アクチュエータの
    回転を、ウォームと、このウォームに噛み合うウォーム
    ホイールとを介して車輪に伝達する電動パワーステアリ
    ング装置において、そのウォームホイールは合成樹脂材
    製とされ、その合成樹脂材の数平均分子量は３００００
    以上、６００００以下と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２】 前記合成樹脂材はナイロン系合成樹脂材
    である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 【請求項３】 そのウォームホイールは前記合成樹脂材
    から射出成形される請求項１または２に記載の電動パワ
    ーステアリング装置。
  4. 【請求項４】 前記合成樹脂材は無垢材である請求項１
    〜３の中の何れかに記載の電動パワーステアリング装
    置。
  5. 【請求項５】 前記合成樹脂材に強化繊維が充填されて
    いる請求項１〜３の中の何れかに記載の電動パワーステ
    アリング装置。
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