JP2004276638A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アウトプットシャフトとウォームホイールとの固着強度の向上等を図った電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】アウトプットシャフト１７とウォームホイール４１との嵌合部位において、アウトプットシャフト１７の外周に雄セレーション７１が形成される一方、ウォームホイール４１の軸孔５５の内周面に雌セレーション７３が形成されている。雌セレーション７３の外形は雌セレーション７３の外形より若干大きく形成されており、アウトプットシャフト１７にウォームホイール４１が圧入された際には、両者がいわゆる締り嵌めとなる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォーム減速機構を有する電動パワーステアリング装置に係り、詳しくは、アウトプットシャフトとウォームホイールとの固着強度の向上等を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。
従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが一般に用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等では走行燃費が低下することが避けられなかった。そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置が近年注目されている。電動パワーステアリング装置では、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失（油圧ポンプに係るエンジンの駆動損失）が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、走行速度等に応じた電子制御が極めて容易に行える等の特長を有している。
【０００３】
電動パワーステアリング装置では、電動モータに比較的高回転・低トルクのものが使用されるため、電動モータとステアリングシャフトとの間に減速機構が組み込まれる。減速機構としては、一組で大きな減速比が得られること等から、ウォームとウォームホイールとからなるウォーム減速機構が用いられることが多い。ウォーム減速機構では、ウォームは電動モータの回転軸に連結される一方、ウォームに噛み合うウォームホイールはアウトプットシャフトに外嵌・圧入され、これらがギヤハウジング内に配置される。アウトプットシャフトとウォームホイールとは、据切り時や悪路走行時における回転トルクによる相対回転を防止するべく、強固に固着させる必要がある。そのため、アウトプットシャフトの外周に雄セレーションを形成する一方、ウォームホイールを比較的低硬度で真円断面の軸孔を有するものとし、ウォームホイールをアウトプットシャフトに外嵌・圧入させることで、ウォームホイールの軸孔に雄セレーションを食い込ませる（塑性変形させる）方法を採るものが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９５１２２号公報 （第４頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の電動パワーステアリング装置では、アウトプットシャフトに圧入させることでウォームホイールを塑性変形させるため、図８に示したように、圧入終端ではアウトプットシャフト１７の雄セレーション７１に押し出されるかたちでウォームホイール４１の軸孔５５の端部に反りバリ８１が形成されることが避けられない。この反りバリ８１は、アウトプットシャフトを支持する転がり軸受（図示せず）等を装着する際の障害となったり、運転中に脱落してウォーム減速機構内の異物となることがあるため、切削等の後処理を施して除去しなければならなかった。また、反りバリの発生を防止するため、図９に示したように、アウトプットシャフト１７の雄セレーション７１をウォームホイール４１の軸孔５５より短くする方法もあるが、この場合にはアウトプットシャフト１７とウォームホイール４１との固着面積が減少する。そのため、十分な固着強度を得るためには、軸孔５５の長さ（すなわち、ウォームホイール４１の幅）を大きくしなければならず、ギヤハウジングの軸方向寸法が大きくなる等の問題があった。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、アウトプットシャフトとウォームホイールとの固着強度の向上等を図った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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、電動モータの駆動力をウォーム減速機構を介してアウトプットシャフトに伝達して操舵アシストを行わせる電動パワーステアリング装置であって、前記アウトプットシャフトに外嵌・圧入されるウォームホイールを備え、当該アウトプットシャフトの外周に雄スプラインが形成されると共に、当該ウォームホイールの内周に当該雄スプラインに噛み合う雌スプラインが形成されたものを提案する。
【０００８】
請求項１の発明では、圧入されたアウトプットシャフトとウォームホイールとは、雄スプラインと雌スプラインとの噛み合いにより、嵌合長が比較的短くても強固に固着される。また、ウォームホイールを殆ど塑性変形させないため圧入終端に反りバリが発生せず、切削等の後処理が不要になると共に、ウォームホイールの全幅を嵌合に供することでより高い固着強度が得られる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の電動パワーステアリング装置において、前記ウォームホイールが、前記アウトプットシャフトを支持する転がり軸受を介して、転がり軸受固定部材によりその軸方向移動を規制されたものを提案する。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１の電動パワーステアリング装置において、前記転がり軸受固定部材がテーパスナップリングまたはナットであるものを提案する。
【００１１】
請求項２および３の発明では、アウトプットシャフトとウォームホイールとの軸方向支持がより強固となる。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３の電動パワーステアリング装置において、前記アウトプットシャフトにおける雄セレーション形成部位の硬度と、前記ウォームホイールにおける雌セレーション形成部位の硬度とが異なるものを提案する。
【００１３】
請求項４の発明では、雄セレーション形成部位の硬度と雌セレーション形成部位の硬度とを適宜設定することで、反りバリの発生を更に抑制することが可能となる。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項１〜４の電動パワーステアリング装置において、前記ウォームホイールが、金属製ホイールと、当該金属製ホイールの外周に固着された合成樹脂製ギヤリングとから構成されたものを提案する。
【００１５】
請求項５の発明では、ウォームホイールの製造が容易になると共に、その軽量化等も実現される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係るステアリング装置の車室側部分を示す側面図であり、同図中の符号１はステアリングコラムを示す。ステアリングコラム１は、ピボットピン３とチルト調整機構５とを介して、車体側構造部材７，９に固定されている。ステアリングコラム１には、その内部にステアリングアッパシャフト１１が回動自在に支持されると共に、下部に電動モータ１３やギヤハウジング１５，アウトプットシャフト１７等からなる電動アシスト機構１９が一体化されている。
【００１７】
ステアリングアッパシャフト１１の後端にはステアリングホイール２１が取り付けられており、運転者がステアリングホイール２１を回動させると、その回転力が電動アシスト機構１９により増大されてアウトプットシャフト１７に伝達される。図１中、符号２５は自在継手２７を介してアウトプットシャフト１７の前端に連結されたロアステアリングシャフトを示す。また、符号２９はステアリングコラム１を覆うコラムカバー、符号３１は車室とエンジンルームとを区画するダッシュボード、符号３３はチルトレバーをそれぞれ示す。
【００１８】
図２に示したように、第１実施形態のアウトプットシャフト１７にはウォームホイール４１が外嵌・圧入されている。ウォームホイール４１は、電動モータ１３に接続されたウォーム４３と噛み合っており、電動モータ１３の回転が減速されてアウトプットシャフト１７に伝達される。本実施形態の場合、電動モータ１３は、ウォームホイール４１の後方に配置されたトルクセンサ４５の出力信号に基づき駆動されるが、ここではその説明を省略する。
【００１９】
第１実施形態のウォームホイール４１は、金属製ホイール（以下、単にホイールと記す）５１の外周に合成樹脂製ギヤリング（以下、単にギヤリングと記す）５３を固着させることにより形成されている。本実施形態の場合、ホイール５１は冷間鍛造成形品であり、アウトプットシャフト１７に外嵌する軸孔５５を有している。アウトプットシャフト１７は、ウォームホイール４１の後方（図２中右方）で密閉型転がり軸受６１により支持されると共に、ウォームホイール４１の前面（図２中左方）に当接したシール付転がり軸受６３に支持されている。図２中、符号６５で示した部材はギヤハウジング１５の前端に締結されたカバーであり、シール付転がり軸受６３はテーパスナップリング６７，６９を介してこのカバー６５とアウトプットシャフト２５とに保持されている。図中、符号７０はアウトプットシャフト１７に形成されたテーパ溝を示しており、このテーパ溝７０にテーパスナップリング６９が嵌着している。
【００２０】
第１実施形態の場合、図３（図２中のＡ部拡大図）に示したように、アウトプットシャフト１７とウォームホイール４１との嵌合部位において、アウトプットシャフト１７の外周に雄セレーション７１が形成される一方、ウォームホイール４１の軸孔５５の内周面に雌セレーション７３が形成されている。雌セレーション７３の外形は雌セレーション７３の外形より若干大きく形成されており、アウトプットシャフト１７にウォームホイール４１が圧入された際には、両者がいわゆる締り嵌めとなる。本実施形態の場合、両セレーション７１，７３は、アウトプットシャフト１７とウォームホイール４１との嵌合部位の略全長に亘って形成されている。また、アウトプットシャフト１７は、その硬度がホイール５１の硬度より所定量高く設定されている。図中、符号７５はアウトプットシャフト１７に形成された段部を示しており、この段部７５にウォームホイール４１の後端が当接している。
【００２１】
第１実施形態ではこのような構成を採ったことにより、アウトプットシャフト１７にウォームホイール４１が圧入されると、図４に示したように、雄セレーション７１と雌セレーション７３とが大きな弾接力をもって噛み合う。そのため、両セレーション７１，７３がアウトプットシャフト１７とウォームホイール４１との嵌合部位の略全長に亘って形成されていることも相俟って、ウォームホイール４１がアウトプットシャフト１７に強固に固着される。そして、アウトプットシャフト１７の硬度がホイール５１の硬度より所定量高くされていることもあって、アウトプットシャフト１７にウォームホイール４１が圧入される際にホイール５１の塑性変形が殆ど起こらず、従来装置で問題となっていた圧入終端での反りバリの発生が起こらなくなった。
【００２２】
一方、第１実施形態では、ウォームホイール４１が固着されたアウトプットシャフト１７にシール付転がり軸受６３を圧入した後、転がり軸受固定部材たるテーパスナップリング６９をテーパ溝７０に嵌着させる。すると、シール付転がり軸受６３とウォームホイール４１とは、段部７５とテーパスナップリング６９とにより挟持されるかたちとなり、軸方向で強固に固定される。尚、本実施形態では、転がり軸受固定部材としてテーパスナップリング６９を採用したが、ナット等を用いてもよい。
【００２３】
図５は第２実施形態に係るステアリング装置の要部縦断面図である。本実施形態も、上述した第１実施形態と略同様の構成を有しているが、アウトプットシャフト１７の寸法・形状等が異なっている。すなわち、アウトプットシャフト１７は、シール付転がり軸受６３の嵌合部の外径をＤ１、ウォームホイール４１の嵌合部の外径をＤ２、密閉型転がり軸受６１の外径をＤ３としたとき、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３となるように、その寸法・形状が設定されている。また、図６（図５中のＣ部拡大図）に示したように、アウトプットシャフト１７には、ウォームホイール４１と密閉型転がり軸受６１との間に環状溝７７が形成され、この環状溝７７に合成樹脂やアルミニウム合金等の軟質材を成形してなる間座７９が嵌め込まれている。
【００２４】
第２実施形態では、アウトプットシャフト１７とウォームホイール４１との固着強度は第１実施形態と同様に向上するが、車両衝突時におけるアウトプットシャフト１７の挙動が異なる。車両衝突時にステアリングギヤが後退し、ロアステアリングシャフト２５が後方に突き上げられると、アウトプットシャフト１７には図５中右方に向かう力が作用する。ところが、アウトプットシャフト１７は、シール付転がり軸受６３とウォームホイール４１と間座７９とを介して密閉型転がり軸受６１（すなわち、ギヤハウジング１５）により係止されるため、ステアリングアッパシャフト１１やステアリングホイール２１が後退することがない。これにより、エアバッグの展開位置のずれが生ずることがなくなり、エアバッグの機能が十分に発揮される。
【００２５】
一方、運転者がステアリングホイール２１に二次衝突した場合、ステアリングアッパシャフト１１を介してアウトプットシャフト１７には図５中左方に向かう力が作用する。この際、第２実施形態では、間座７９が軟質材で製造されているために環状溝７７の部位で破断（剪断）され、アウトプットシャフト１７とウォームホイール４１とが軸方向固着力の比較的小さいセレーション結合となっていることも相俟って、図７に示したように、アウトプットシャフト１７が図中左方に容易に移動する。これにより、二次衝突エネルギーが吸収され、運転者がステアリングホイール２１に強く押し付けられることが防止される。尚、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラム全長が短くなるほど、電動アシスト機構１９の存在によりステアリング装置に充分なストロークの衝撃エネルギー吸収機構を設けることが難しくなるが、本実施形態ではアウトプットシャフト１７がエネルギー吸収に寄与できるため、本実施形態単独またはステアリングシャフト１１にコラプシブル機構等を併せて設けるなど、設計自由度を増すことができる。
【００２６】
なお、図６（図５中のＣ部拡大図）に示した嵌合が通常は軸方向に動かず、２次衝突で軸方向に動く嵌め合い荷重を得ているときは、間座７９を省略しても良い。
【００２７】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではなく、ウォームホイールやアウトプットシャフトの具体的形状を始め、電動パワーステアリング装置の具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宜変更可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、電動モータの駆動力をウォーム減速機構を介してアウトプットシャフトに伝達して操舵アシストを行わせる電動パワーステアリング装置であって、前記アウトプットシャフトに外嵌・圧入されるウォームホイールを備え、当該アウトプットシャフトの外周に雄スプラインが形成されると共に、当該ウォームホイールの内周に当該雄スプラインに噛み合う雌スプラインが形成されたものとしたため、圧入されたアウトプットシャフトとウォームホイールとは、雄スプラインと雌スプラインとの噛み合いにより、嵌合長が比較的短くても強固に固着される一方、ウォームホイールを殆ど塑性変形させないため圧入終端に反りバリが発生せず、切削等の後処理が不要になると共に、ウォームホイールの全幅を嵌合に供することでより高い固着強度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るステアリング装置の車室側の構造を示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係るステアリング装置の要部縦断面図である。
【図３】図２中のＡ部拡大図である。
【図４】図３中のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】第２実施形態に係るステアリング装置の要部縦断面図である。
【図６】図２中のＣ部拡大図である。
【図７】第２実施形態の作用を示す説明図である。
【図８】従来装置に係るアウトプットシャフトとウォームホイールとの嵌合部を示す要部縦断面図である。
【図９】従来装置に係るアウトプットシャフトとウォームホイールとの嵌合部を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
１‥‥ステアリングコラム
１３‥‥電動モータ
１５‥‥ギヤハウジング
１７‥‥アウトプットシャフト
１９‥‥電動アシスト機構
４１‥‥ウォームホイール
５１‥‥金属製ホイール
５５‥‥ボス部
６１‥‥転がり軸受
６３‥‥シール付転がり軸受
６９‥‥テーパスナップリング
７１‥‥雄セレーション
７３‥‥雌セレーション
７７‥‥環状溝
７９‥‥間座

Claims (5)

1. 電動モータの駆動力をウォーム減速機構を介してアウトプットシャフトに伝達して操舵アシストを行わせる電動パワーステアリング装置であって、
   前記アウトプットシャフトに外嵌・圧入されるウォームホイールを備え、
   当該アウトプットシャフトの外周に雄スプラインが形成されると共に、当該ウォームホイールの内周に当該雄スプラインに噛み合う雌スプラインが形成されたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ウォームホイールが、前記アウトプットシャフトを支持する転がり軸受を介して、転がり軸受固定部材によりその軸方向移動を規制されたことを特徴とする、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記転がり軸受固定部材がテーパスナップリングまたはナットであ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。
4. 前記アウトプットシャフトにおける雄セレーション形成部位の硬度と、前記ウォームホイールにおける雌セレーション形成部位の硬度とが異なることを特徴とする、請求項１〜３記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記ウォームホイールが、金属製ホイールと、当該金属製ホイールの外周に固着された合成樹脂製ギヤリングとから構成されたことを特徴とする、請求項１〜４記載の電動パワーステアリング装置。

Images