JP2004299656A

JP2004299656A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2004299656A
Application number: JP2003098414A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Chikaraishi; 一穂力石
Original assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】ギヤの合成樹脂製の歯部の水分吸収を確実に防止して、水分吸収に伴う寸法変化を無くし、それに伴う作動不良を効果的に防止すること。
【解決手段】ウォームギヤ減速機構では、ハウジング２１，２２は、例えば、アルミダイキャストなどの鋳造法により製作してある。また、ウォームホイール１２は、その歯部１２ａが合成樹脂により形成してある。これらハウジング２１，２２には、樹脂含浸が施してある。そのため、ハウジング２１，２２の鋳造製造法に伴う微細なピンホール、ブローホールを含浸によって、塞いでしまうことができ、ウォームギヤ減速機構の密閉性を高めることが出来る。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ギヤ減速機構により減速して操舵機構の出力軸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】
自動車の操舵系では、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への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。
【０００３】
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（ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｔｅｅｒｉｎｇ、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、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、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。
【０００４】
ＥＰＳでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構（減速機）により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。
【０００５】
この動力伝達機構（減速機）として、ウォームギヤ減速機構を用いたＥＰＳでは、電動モータの駆動軸側のウォームに、ウォームホイールが噛合してあり、このウォームホイールは、操舵機構の出力軸（例えば、ピニオン軸、コラム軸）に嵌合してある。
【０００６】
ところで、電動パワーステアリング装置においては、従動ギヤ（ウォームホイール）の歯部を合成樹脂から形成して、ギヤの噛合い音を小さくし、車室内の静粛性を向上させている。この従動ギヤ（ウォームホイール）の歯部の合成樹脂材料として、ポリアミド系樹脂は、自己潤滑性があり、耐久性能においても、強度的にも、最も好適である。
【０００７】
また、ステアリングホイールの切り返し時、ギヤのバックラッシュによって、ギヤ歯面の打音が発生する為、バックラッシュは、小さくする必要がある。すなわち、昨今、静粛性に対する要求は非常に厳しく、従動ギヤ（ウォームホイール）に対して、駆動ギヤ（ウォーム）を所定トルクで押し付けた時のバックラッシュは、合成樹脂製の歯部の弾性変形分を含めて１．０ｄｅｇ以下と、実質的にゼロに近い状態となってきている。
【０００８】
しかしながら、従動ギヤ（ウォームホイール）の歯部の合成樹脂材料として、ポリアミド系樹脂を使用した場合、ポリアミド系樹脂は、水分吸収による膨張が大きい。その結果、僅かな合成樹脂製の歯部の膨張によっても、噛合する歯部に競り合いが生じて、回転に要するトルクが増大し、動力付勢力が減少する、或いは、ステアリングホイールの戻りが悪くなるなどの問題が生じてしまう。
【０００９】
また、車室外に設置されるピニオンアシスト式ＥＰＳにおいては、泥水が掛かる環境であるので、鋳物ハウジングと、回転軸部間は、メカニカルシールにより、摺動部は、ブーツにより、鋳物ハウジング同士の接合部は、シール部材により、それぞれ、気密化を図っている。
【００１０】
しかしながら、湿度の高い環境下で使用する場合においては、従動ギヤ（ウォームホイール）の合成樹脂製の歯部は、雰囲気中の水分を吸収して、膨潤による寸法変化を起こし、バックラッシュが過小となって、作動トルクが増加して、適正な動力付勢が行えなくなるという問題がある。
【００１１】
また、合成樹脂製の歯部での水分吸収は、雰囲気空気に触れる表面から起こり、時間の経過によってゆっくりと内部へと広がっていく。したがって、合成樹脂製の歯部の膨張によって、作動不良となる部位は、噛合い歯面部の影響が大きい。
【００１２】
このようなことから、特許文献１では、従動ギヤ（ウォームホイール）の合成樹脂製の歯部の外表面には、吸水性が低く且つガスを透過させない皮膜（例えば、ポリパラキシリレン）がコーティングしてあり、これにより、合成樹脂製の歯部による吸水を長期にわたって防止し、それに伴う寸法変化及び強度低下を極力抑制するようにしている。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−３２７８３０号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１においては、従動ギヤ（ウォームホイール）の合成樹脂製の歯部の外表面にコーティングした皮膜（例えば、ポリパラキシリレン）は、ギヤ同士の噛み合いにより、初期馴染み及び使用過程において、摩耗により除去されてしまい、コーティングしていない状態と殆ど差がなくなってしまう。
【００１５】
また、減速ギヤを被うハウジングは、アルミダイキャストなどの鋳造法で製作される。油圧パワーステアリングなど、ハウジング内外の圧力差が１００倍程度となる場合においては、微小なピンホールの連通により、圧油が内部から外側へ押出され、油漏れがたびたび問題となることはあった。しかし、圧力差の殆ど生じないラックアンドピニオン式ステアリングギヤなどのハウジングでは、明らかな欠陥などが無い限り、鋳物肌を通して内部から外側への油漏れや外部から内部への空気の流動が問題となることは無かった。
【００１６】
しかしながら、電動パワーステアリング装置においては、性能試験で行われるエアリークテスト（内部を負圧又は正圧として、保持し、圧力の変化が無いことを確認する）などの気密性試験においては、気密性に問題なくても、長時間にわたる高湿度雰囲気下での使用においては、微小な空気の流動から湿度の進入が起こることがわかった。
【００１７】
その結果、上記の特許文献１のように、従動ギヤ（ウォームホイール）の合成樹脂製の歯部では、皮膜がコーティングしてあったとしても、摩耗等により除去されてしまうことから、合成樹脂製の歯部には、水分吸収が生じ、この水分吸収に伴う寸法変化により、ギヤの噛合に作動不良を生起して、この作動不良を効果的に防止できないという問題がある。
【００１８】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、ギヤの合成樹脂製の歯部の水分吸収を確実に防止して、水分吸収に伴う寸法変化を無くし、それに伴う作動不良を効果的に防止す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ことを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ギヤ減速機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ギヤ減速機構の少なくとも１個のギヤは、その歯部を合成樹脂により形成してあり、
前記ギヤ減速機構のハウジングには、樹脂含浸が施してあることを特徴とする。
【００２０】
このように、請求項１によれば、ギヤ減速機構のハウジングには、樹脂含浸が施してあることから、ハウジングの鋳造製造法に伴う微細なピンホール、ブローホールを含浸によって、塞いでしまうことができ、ギヤ減速機構の密閉性を高めることが出来る。従って、ギヤ表面を皮膜により被覆することなく、また、歯面だけでなく、合成樹脂製の歯部全体の水分吸収による寸法変化を防止することが可能となるので、合成樹脂製の歯部の膨張による作動不良を低減することが出来る。
【００２１】
また、車室外に設置されるピニオンアシスト式ＥＰＳにおいては、泥水が掛かる環境であるので、鋳物ハウジングと、回転軸部間は、メカニカルシールにより、摺動部は、ブーツにより、鋳物ハウジング同士の接合部は、シール部材により、それぞれ、気密化を図っている。
【００２２】
更に鋳造によって製作されるギヤ減速機構のハウジングの微細なピンホールに対して、樹脂を含浸させて塞ぐことで、気密性を更に向上させ、高湿度雰囲気における長期にわたり使用においても、ギヤの合成樹脂製の歯部の周囲への水分の浸入を防止し、合成樹脂製の歯部の水分吸収による膨張を防ぐことが出来、伝達性能を高精度で維持させることが出来る。
【００２３】
なお、樹脂含浸は、ＭＩＬ−Ｉ−１７５６３Ｂ規格に準拠しているものが望ましい。
【００２４】
また、本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１において、前記ギヤ減速機構では、その従動ギヤに対する駆動ギヤのバックラッシュは、１．０ｄｅｇ以下に設定してあることを特徴とする。
【００２５】
このように、請求項２によれば、従動ギヤに対する駆動ギヤのバックラッシュは、１．０ｄｅｇ以下に設定してあることから、ギヤ歯面の打音を防止して静粛性を高く維持しながら、上記のように、ギヤの合成樹脂製の歯部の水分吸収を防止することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の部分切欠き断面を含む正面図である。図２は、図１に示した電動パワーステアリング装置の断面図である。
【００２８】
図１及び図２に示すように、ピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置では、ロアーシャフト１（入力軸）の車両前方側には、出力軸２（ピニオン軸）が連結してある。この出力軸２（ピニオン軸）には、ステアリングギヤのラック３が噛合してある。ラック３は、弾性体４等により出力軸（ピニオン軸）２に向けて弾性的に付勢して常時押圧してある。
【００２９】
出力軸２には、トーションバー６の基端が圧入固定してあり、このトーションバー６は、中空に形成した入力軸１の内部を延在して、その先端が入力軸１の端部に固定してある。
【００３０】
入力軸１の車両前方側には、トルクセンサー検出用の溝７が形成してあり、これらの溝７の径方向外方には、トルクセンサーのスリーブ８が配置してある。スリーブ８の径方向外方には、コイル９や基板等が設けてある。
【００３１】
出力軸２には、電動モータ１０の駆動軸であるウォーム１１に噛合したウォームホイール１２が嵌合してある。
【００３２】
従って、運転者がステアリングホイール（図示略）を操舵することにより発生した操舵力は、入力軸１、トーションバー６、出力軸２、ラックアンドピニオン式ステアリング装置、及びタイロッド１３等を介して、図示しない転舵輪に伝達される。
【００３３】
また、電動モータ１０の回転力は、そのウォーム１１及びウォームホイール１２を介して出力軸２に伝達されるようになっており、電動モータ１０の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸２に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。
【００３４】
本実施の形態においては、図２に示すように、ウォームギヤ減速機構では、入力軸１側を被覆するハウジング２１と、出力軸２、ウォーム１１及びウォームホイール１２を被覆するハウジング２２とが合体して構成してある。
【００３５】
これらハウジング２１，２２は、例えば、アルミダイキャストなどの鋳造法により製作してある。
【００３６】
また、ウォームギヤ減速機構では、ウォームホイール１２は、その歯部１２ａが合成樹脂により形成してある。ウォームホイール１２の歯部１２ａの合成樹脂材料としては、ポリアミド系樹脂は、自己潤滑性があり、耐久性能においても、強度的にも、最も好適である。この歯部１２ａを合成樹脂から形成することにより、ギヤの噛合い音を小さくし、車室内の静粛性を向上させている。
【００３７】
本実施の形態においては、ウォームギヤ減速機構のハウジング２１，２２には、樹脂含浸が施してある。なお、樹脂含浸は、ＭＩＬ−Ｉ−１７５６３Ｂ規格に準拠しているものが望ましい。
【００３８】
そのため、ハウジング２１，２２の鋳造製造法に伴う微細なピンホール、ブローホールを樹脂含浸によって、塞いでしまうことができ、ウォームギヤ減速機構の密閉性を高めることが出来る。
【００３９】
従って、歯部１２ａの表面を皮膜により被覆することなく、合成樹脂製の歯部１２ａの水分吸収による寸法変化を防止することが可能となるので、合成樹脂製の歯部１２ａの膨張による作動不良を低減することが出来る。
【００４０】
また、車室外に設置されるピニオンアシスト式ＥＰＳにおいては、泥水が掛かる環境であるので、鋳物ハウジング２１，２２と、回転軸部（入力軸１）間は、メカニカルシール１４により、摺動部（ラック３等）は、ブーツ１５により、鋳物ハウジング２１，２２同士の接合部は、シール部材により、それぞれ、気密化を図っている。
【００４１】
更に鋳造によって製作されるウォームギヤ減速機構のハウジング２１，２２の微細なピンホールに対して、樹脂を含浸させて塞ぐことで、気密性を更に向上させ、高湿度雰囲気における長期にわたり使用においても、合成樹脂製の歯部１２ａの周囲への水分の浸入を防止し、合成樹脂製の歯部１２ａの水分吸収による膨張を防ぐことが出来、伝達性能を高精度で維持させることが出来る。
【００４２】
また、ウォームホイール１２の歯部１２ａに対するウォーム１１のバックラッシュは、１．０ｄｅｇ以下に設定してあることが好ましい。これにより、ギヤ歯面の打音を防止して静粛性を高く維持しながら、上記のように、合成樹脂製の歯部１２ａの水分吸収を防止することができる。
【００４３】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、上記の実施の形態では、ピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置を示したが、これに限定されず、他の型式であってもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、ギヤ減速機構のハウジングには、樹脂含浸が施してあることから、ハウジングの鋳造製造法に伴う微細なピンホール、ブローホールを含浸によって、塞いでしまうことができ、ギヤ減速機構の密閉性を高めることが出来る。従って、ギヤ表面を被覆することなく、また、歯面だけでなく、合成樹脂製の歯部全体の水分吸収による寸法変化を防止することが可能となるので、合成樹脂製の歯部の膨張による作動不良を低減することが出来る。
【００４５】
また、車室外に設置されるピニオンアシスト式ＥＰＳにおいては、泥水が掛かる環境であるので、鋳物ハウジングと、回転軸部間は、メカニカルシールにより、摺動部は、ブーツにより、鋳物ハウジング同士の接合部は、シール部材により、それぞれ、気密化を図っている。
【００４６】
更に鋳造によって製作されるギヤ減速機構のハウジングの微細なピンホールに対して、樹脂を含浸させて塞ぐことで、気密性を更に向上させ、高湿度雰囲気における長期にわたり使用においても、ギヤの合成樹脂製の歯部の周囲への水分の浸入を防止し、合成樹脂製の歯部の水分吸収による膨張を防ぐことが出来、伝達性能を高精度で維持させることが出来る。
【００４７】
また、請求項２によれば、従動ギヤに対する駆動ギヤのバックラッシュは、１．０ｄｅｇ以下に設定してあることから、ギヤ歯面の打音を防止して静粛性を高く維持しながら、上記のように、ギヤの合成樹脂製の歯部の水分吸収を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の部分切欠き断面を含む正面図である。
【図２】図１に示した電動パワーステアリング装置の断面図である。
【符号の説明】
１入力軸（ロアーシャフト）
２出力軸（ピニオン軸）
３ラック
４弾性体
６トーションバー
７溝
８スリーブ
９コイル
１０電動モータ
１１ウォーム（駆動ギヤ）
１２ウォームホイール（従動ギヤ）
１２ａ合成樹脂製の歯部
１３タイロッド
１４メカニカルシール
１５ブーツ
２１，２２ハウジング

Claims

ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ギヤ減速機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ギヤ減速機構の少なくとも１個のギヤは、その歯部を合成樹脂により形成してあり、
前記ギヤ減速機構のハウジングには、樹脂含浸が施してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記ギヤ減速機構では、その従動ギヤに対する駆動ギヤのバックラッシュは、１．０ｄｅｇ以下に設定してあることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。