JP2002002509A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力化に対応でき、使用温度変化に拘わら
ず規制の滑りトルクを発揮し得る電動駆動部の動力伝達
機構を備えた電動式パワーステアリング装置を提供す
る。 【解決手段】 出力軸７を鉄材で作製する一方、ウォー
ムホイール４の芯金部４ｂを鉄材に比し比重が小さく、
線膨張係数が大きい金属材で作成し、かつ弾性力付与用
のリング部材１０により構成されるトルクリミッタの規
制トルクを使用温度に応じたトルクに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動式パワーステア
リング装置に関し、さらに詳細には、過大トルクに対し
減速ギア部保護のために、減速用のギア装置と出力軸と
の間に装着されるトルクリミッタに関する。

【０００２】

【従来の技術】補助操舵トルクとなる電動モータの回転
力をギア装置により減速して出力軸に伝達し、ステアリ
ングホイールの手動力を補助して車輪の操舵を行うよう
にした電動式パワーステアリング装置（以下「ＥＰＳ装
置」という）の作動時において、例えばハンドルをラッ
クのストロークエンドまで切った場合など操舵が急激に
止められた場合に、モータは慣性力により急に停止する
ことができず、減速ギア部に過大なトルクが発生するこ
とがある。この前記過大トルクから減速ギアを保護すた
め、従来、モータとウォーム間に摩擦板を使用したトル
クリミッタを設け、あるいは出力軸とウォームホイール
間に弾性力付与用のリング部材を使用したトルクリミッ
タを設けて、このような過大トルクの発生時には、両者
間にすべりを発生させてこの過大トルクの伝達を防止し
ている。

【０００３】ところで、ＥＰＳ装置では、一般的に前記
ウォームは鉄材により作られ、また前記ウォームホイー
ルは中実な鉄材で作られた芯金部の外周に樹脂材で作ら
れたギア部を接着、融着、あるいはインジェクション成
形等により一体化して作られ、また、このウオームホイ
ールが装着される出力軸も前記芯金と同質の鉄材で作ら
れている。

【０００４】なお、当分野では、前記出力軸とウオーム
ホイールとの間に装着するトルクリミッタに使用する弾
性力付与用のリング部材を回転伝達部材あるいはトルク
設定部材等の名称で呼ばれることもあり、また、トレラ
ンスリング（レンコールトレランスリング社商標名）と
しても知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のＥＰＳ装置では、ギア装置を構成するウォームホイー
ルの芯金部が中実な鉄材で作られているため次のような
問題があった。先ず、ＥＰＳ装置の高出力化に対応しよ
うとすると、高強度化及び高モジュール化のためにウォ
ームホイールを大径化する必要があるが、芯金部を大径
化して対応した場合、それに伴って芯金部の重量が重く
なり、操舵時の慣性力が増して操舵輪の回転、切り返し
時の操舵感が低下してしまう。また、大径化に伴い、樹
脂製ギア部の径を大きくすると、樹脂は吸湿や温度によ
る寸法変化が大きいので、ギア精度が悪化してギアの作
動音が大きくなってしまったり、インジェクション成形
によって樹脂部にボイドが発生してギア強度が低下して
しまう恐れがある。このように、従来のＥＰＳ装置では
ウォームホイールの大径化には問題があった。

【０００６】次に、樹脂製のギア部は、常温を基準に比
較すると、高温下では強度が低下し、逆に低温下では強
度がアップするという特性を有するが、従来出力軸と芯
金部は鉄材でできており、線膨張係数がほぼ同一なた
め、トルクリミッタの規制トルクは温度に対して一定値
であった。そのため、トルクリミッタの規制トルクの設
定に際しては、最高使用温度に合わせなければならず、
リミットトルクも低く設定しなければならないために、
伝達トルクとの差が小さくなってしまっていた。ＥＰＳ
装置を長期間使用することでリングが摩耗してリミット
トルクが低下するとトルク伝達ができなくなる恐れがあ
り、設計が困難であった。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、本発明の目的は、高出力化に対応
でき、また、使用温度変化に応じた規制の滑りトルクを
発揮し得る電動駆動部の動力伝達機構を備えた電動式パ
ワーステアリング装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、ウ
ォームホイールと出力軸間に弾性力付与用のリング部材
を装着する、トルクリミッタを備えた電動式パワーステ
アリング装置において、前記出力軸を鉄材で作る一方、
前記ウォームホイールのギア部を樹脂材で、芯金部を前
記鉄材に対し比重が小さく、線膨張率の大きい金属材で
夫々作製することにより、前記トルクリミッタの規制ト
ルクを、高温では低く、低温では高く設定したことを特
徴とするＥＰＳ装置を提供することによって達成され
る。

【０００９】以下、図面を参照して本発明の実施の形態
について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わ
るＥＰＳ装置の要部、すなわち電動駆動部における動力
伝達機構の軸線方向一部断面図であり、図２は図１のＸ
−Ｘ断面図である。図１及び図２において、１は操舵補
助用の電動モータ、２は電動モータ１の出力軸、３は出
力軸２にセレーション結合、あるいはジョイントを介し
て結合されたウォーム、３ａはウォーム３のギア部であ
る。４は中心に軸穴４ｃを有する芯金部４ｂの外周にギ
ア部４ａが一体化されて成るウォームホイールで、ウォ
ーム３のギア部３ａとウォームホイール４のギア部４ａ
とが噛合されている。５は図示しないステアリングホイ
ールに連結された入力軸、６は入力軸５を軸心回りに回
転自在に支承する円筒形のハウジング、７は出力軸、８
は出力軸７を回転自在に支承する軸受、９は軸受８を保
持するハウジング、１０は出力軸７の外周とウォームホ
イール４の芯金部４ｂの軸穴４ｃとの間に装着されて径
方向に弾性力を付与するリング部材、１１及び１２はウ
ォーム３を軸支する軸受、１３はハウジングである。な
お、入力軸５と出力軸７とは図示しないトーションバー
によって連結されている。

【００１０】本ＥＰＳ装置の電動駆動部は上記の動力伝
達機構により構成されていて、電動モータ１の駆動によ
り出力軸２が回転すると、ウォーム３を介してウォーム
ホイール４が回転され、電動モータ１の動力が出力軸７
に伝達される。

【００１１】上記動力伝達機構の内、出力軸７は鉄材で
作られているのに対し、ウォームホイール４はその芯金
部４ｂが、アルミニウム等の、少なくとも前記出力軸７
の鉄材よりも比重が小さく、かつ線膨張係数が大きな材
料で作られ、そしてギア部４ａが、例えばナイロン等の
硬質で成形性に富んだ樹脂材で作られている。このよう
に、本ＥＰＳ装置の動力伝達機構に使用されるウォーム
ホイール４は、重量の軽量化、強度アップ、騒音の防止
等が図られている。

【００１２】さらに、アルミニウム製のウォームホイー
ル４の芯金部４ｂと樹脂製のギア部４ａとは接着剤によ
って一体化されていたり、あるいは芯金部４ｂの外周面
に、例えばエンボス、ローレット、あるいはセレーショ
ン等の凹凸状の加工が施されている。このように樹脂製
のギア部４ａの内周面に対し芯金部４ｂの外周面が十分
に引っ掛かるように配慮されているため、ウォームホイ
ール４の作製に際し芯金部４ｂの外周面にギア部４ａ
を、インジェクション成形や融着、あるいは圧入等によ
り装着して一体化したときに両者の強度が十分に得ら
れ、これにより滑りトルク及び抜け強度が保証されてい
る。

【００１３】リング部材１０には、例えば図３に部分切
断斜視図で示されるような公知の部材が適用される。す
なわち、このリング部材１０は、薄い金属板を間隙ｃを
もってほぼ円筒状に曲げ、その内周面には軸方向の溝１
０ａが、また外周面には径方向に高さを有する多数の突
起１０ｂが夫々形成されているもので、このリング部材
１０は出力軸７の外周面に設けられた軸方向の突起（図
示せず）に溝１０ａが係合して取付けられている。な
お、突起１０ｂはバネ鋼等の弾力性を有する材料で作ら
れ、ウォームホイール４が装着されると、図４に拡大断
面図で示されるように、芯金部４ｂの内周面に当接し
て、リング部材１０と出力軸７との間に適当な摩擦力が
印加される。このように径方向に弾性力を付与するリン
グ部材１０によりトルクリミッタが構成されている。

【００１４】本ＥＰＳ装置では、このトルクリミッタの
規制トルクは出力軸７とウォームホイール４、とくにそ
の芯金部４ｂの線膨張係数の差を考慮して設定されてい
る。上述したように、出力軸７が鉄材で作られているの
に対し、芯金部４ｂは線膨張係数が鉄材に比べ２倍強の
アルミニウム材で作られているため、使用温度の高低に
より両者間の距離、つまり径方向の長さ寸法の差に変動
を生じる。すなわち、図４に示すように、今、弾性力付
与用のリング部材１０が装着される出力軸７の外周面と
芯金部４ｂの内周面との距離をＤとすると、この距離Ｄ
は使用温度が最高温度のときに最大距離Ｄ（ｍａｘ）と
なり、最低温度のときに最小距離Ｄ（ｍｉｎ）となる。
従って、規制トルクは最高使用温度時、つまり最大距離
Ｄ（ｍａｘ）の場合にリング部材１０の規定の締め代と
なるように設定される。

【００１５】図５はこの規制トルクの設定の仕方を説明
するもので、リング部材１０の径方向変形量（横軸）と
径方向力［トルク］（縦軸）との関係を示している。図
においてＡはトルクリミッタの規制トルク変化幅を、Ｂ
は温度変化による締め代の変化幅を、ポイントＴ０は常
温での設定値を、Ｔ１は最高使用温度での設定値を、Ｔ
２は最低使用温度での設定値を、直線Ｎａは電動モータ
１の回転付勢力を、また直線Ｎｂは樹脂材の破壊トルク
を夫々示している。図示するように、トルクリミッタの
規制トルクの変化幅Ａは、通常使用の固定化された回転
付勢力Ｎａと温度により変化する樹脂材の破壊トルクＮ
ｂとの間の、塑性変形領域内に設定された温度変化によ
る締め代の変化幅Ｂ、すなわち最高使用温度設定値Ｔ１
と最低使用温度設定値Ｔ２の範囲内に設定される。

【００１６】図６は図５の詳細説明図であって、温度変
化（横軸）とトルク（縦軸）との関係を示したものであ
る。図において直線Ｎｏは本ＥＰＳ装置におけるトルク
リミッタの規制トルクを、直線Ｎｐは鉄製の出力軸及び
芯金部から成る従来のＥＰＳ装置におけるトルクリミッ
タの規制トルクを夫々示している。図示するように、従
来ＥＰＳ装置におけるトルクリミッタの規制トルクＮｐ
は、前述したように温度に対して一定であるが、本ＥＰ
Ｓ装置におけるトルクリミッタの規制トルクＮｏは、温
度によって変化する電動モータ１の回転付勢力Ｎａと樹
脂材の破壊トルクＮｂとの間に設定される。このよう
に、本ＥＰＳ装置では使用温度に応じた滑りトルクが発
揮されるように設定されている。

【００１７】また、このような使用温度の差異は樹脂製
のギア部４ａに対しても影響があり、その強度は低温下
では増加するものの、高温下、とくに最高使用温度時で
は最も低下する。

【００１８】以上、本発明の内容を一実施形態に基づき
説明したが、本発明は必ずしもこれに限られるものでは
なく、特許請求の範囲の記載内において、その構成に関
し種々の変更が可能であることはいうまでもない。な
お、上記実施の形態は、ウォームとウォームホイールの
組合せから成る動力伝達機構について説明したが、これ
を例えばハイポイドギア、ベベルギア、ヘリカルギア等
の種々の歯車の組合せから成る動力伝達機構にも適用す
ることが可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の電動式パ
ワーステアリング装置では、電動駆動部の動力伝達機構
を構成するウォームホイールの芯金部を鉄材より比重の
小さい金属材で作製しているので、ウォームホイール自
体の重量が軽減される。これにより、ウォームホイール
を大径化しても操舵時の慣性力が低減されて切り返し時
の操舵感が向上され、ＥＰＳ装置の高出力化にも十分対
応することができる。また、このように軽量化された芯
金部を大径化することにより樹脂製ギア部の径は小さく
て済み、このため樹脂部の大径化に伴う寸法変化やボイ
ド等の成形性に係わる問題が解消される。なお、上記芯
金部の材料を鉄材に比し比重が約１／３のアルミニウム
とすればこれらの効果は一層向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わる電動式パワーステ
アリング装置の要部、すなわち電動駆動部における動力
伝達機構の一部断面図である。

【図２】図１のＸ―Ｘ断面図である。

【図３】弾性力付与用リング部材の部分切断斜視図であ
る。

【図４】弾性力付与用リング部材の装着状態を示す部分
拡大断面図である。

【図５】弾性力付与用リング部材の径方向変形量と径方
向力の関係を示す図である。

【図６】トルクと温度変化の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 電動モータ ２ 出力軸 ３ ウォーム ３ａ ギア部 ４ ウォームホイール ４ａ ギア部 ４ｂ 芯金部 ４ｃ 軸穴 ５ 入力軸 ６ 軸受 ７ 出力軸 ８ 軸受 ９ ハウジング １０ 弾性力付与用リング部材 １０ａ 溝 １０ｂ 突起 １１ 軸受 １２ 軸受 １３ ハウジング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウォームホイールと出力軸間に弾性力付与
   用のリング部材を装着する、トルクリミッタを備えた電
   動式パワーステアリング装置において、前記出力軸を鉄
   材で作る一方、前記ウォームホイールのギア部を樹脂材
   で、芯金部を前記鉄材に対し比重が小さく、線膨張率の
   大きい金属材で夫々作製することにより、前記トルクリ
   ミッタの規制トルクを、高温では低く、低温では高く設
   定したことを特徴とする電動式パワーステアリング装
   置。