JP2004314846A

JP2004314846A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2004314846A
Application number: JP2003113222A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kiyota; 晴彦清田; Toshiyuki Iwano; 敏行岩野; Takeshi Yamamoto; 武士山本
Original assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11

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】ホイール５１の軸孔５５とアウトプットシャフト１７との間には、結合リング７３が介装されている。結合リング７３は、鋼板の両面にセレート７５，７７を形成した後に筒状に巻いたものであり、ホイール５１やアウトプットシャフト１７に対してその硬度が高くなるように表面焼入れされている。ホイール５１の内周面には段部７９が形成される一方、アウトプットシャフト１７の外周には環状溝８１が形成されている。本実施形態の場合、ホイール５１の軸孔５５と環状溝８１との間隔は結合リング７３の厚みより所定量小さく設定されている。
【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２１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１２１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１２３が形成されることが避けられない。この反りバリ１２３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２２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１２１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・固着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と当該ウォームホイールとの間に結合部材を介装させたものを提案する。
【０００８】
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、前記結合部材が、前記アウトプットシャフトの表面を塑性変形させる凸条と、前記ウォームホイールの軸孔表面を塑性変形させる凸条とを有する結合リングであるものを提案する。
【０００９】
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、前記結合部材が、前記アウトプットシャフトと前記ウォームホイールとのいずれか一方に形成された凹条と、当該アウトプットシャフトと当該ウォームホイールとのいずれか他方に形成された凹部とに係合する結合球であるものを提案する。
【００１０】
また、請求項４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、前記結合部材が、前記アウトプットシャフトに形成された凹条と前記ウォームホイールに形成された凹条とに係合する結合ピンであるものを提案する。
【００１１】
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、前記結合部材は、その硬度が前記アウトプットシャフトおよび前記ウォームホイールより高く、当該アウトプットシャフトおよび当該ウォームホイールを変形させながら係合するものを提案する。
【００１２】
本発明では、アウトプットシャフトとウォームホイールとは、その間に結合部材が圧入されることにより、嵌合長が比較的短くても強固に固着される。
【００１３】
【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。
【００１４】
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。
【００１５】
図２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。
【００１６】
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、冷間鍛造や鋳造等による成形品でかつ熱処理が施されていない比較的硬度の低いものであり、軸芯には軸孔５５が形成されている。
【００１７】
一方、アウトプットシャフト１７は、旋削等による成形品でかつ熱処理が施されていない比較的硬度の低いものであり、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７１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７１にテーパスナップリング６９が嵌着している。
【００１８】
第１実施形態の場合、図３のウォームホイール・アウトプットシャフト組立体の縦断面図に示したように、ホイール５１の軸孔５５とアウトプットシャフト１７との間には、図４にその斜視を示した結合リング７３が介装されている。結合リング７３は、鋼板の両面にセレート７５，７７を形成した後に筒状に巻いたものであり、ホイール５１やアウトプットシャフト１７に対してその硬度が高くなるように表面焼入れされている。また、図５（図３中の拡大Ａ−Ａ断面図）および図６（図５中のＢ−Ｂ断面図）に示したように、ホイール５１の内周面には段部７９が形成される一方、アウトプットシャフト１７の外周には環状溝８１が形成されている。本実施形態の場合、ホイール５１の軸孔５５と環状溝８１との間隔は結合リング７３の厚みより所定量小さく設定されている。
【００１９】
第１実施形態では、アウトプットシャフト１７にウォームホイール４１を組み付ける際、アウトプットシャフト１７の環状溝８１に結合リング７３を巻き付けた後、図６中に矢印で示した方向にウォームホイール４１を圧入させて段部７９に結合リング７３を当接させる。すると、ホイール５１の軸孔５５に結合リング７３のセレート７５が食い込む一方、環状溝８１に結合リング７３のセレート７７が食い込む。その結果、ウォームホイール４１とアウトプットシャフト１７とは、その嵌合長が比較的短いにも拘わらず、従来装置で問題となっていた反りバリの発生を伴わずに非常に強固に結合される。
【００２０】
図７は第２実施形態に係るウォームホイール・アウトプットシャフト組立体の縦断面図であり、図８は図７中のＣ−Ｃ断面図であり、図９は第２実施形態に係る結合リング７３の斜視図である。これらの図に示したように、本実施形態も上述した第１実施形態と略同様の構成を採っているが、結合リング７３には所定の角度間隔で矩形結合部８５が形成されている。第２実施形態の場合も、第１実施形態と同様に、アウトプットシャフト１７にウォームホイール４１を圧入すると、結合リング７３の矩形結合部８５がホイール５１の軸孔５５とアウトプットシャフト１７の環状溝８１とに食い込むこととなり、軸孔５５と環状溝８１との表面に生成されるエッジによりウォームホイール４１とアウトプットシャフト１７とが非常に強固に結合される。
【００２１】
図１０は第３実施形態に係るウォームホイール・アウトプットシャフト組立体の縦断面図であり、図１１は図１０中のＤ−Ｄ断面図であり、図１２は第３実施形態に係る結合リング７３の斜視図である。これらの図に示したように、本実施形態も上述した第２実施形態と略同様の構成を採っているが、結合リング７３が所定の角度間隔で雄スプライン９１と雌スプライン９３とを有している。第３実施形態の場合も、第１実施形態と同様に、アウトプットシャフト１７にウォームホイール４１を圧入すると、結合リング７３の両スプライン９１，９３がホイール５１の軸孔５５とアウトプットシャフト１７の環状溝８１とに食い込むこととなり、軸孔５５と環状溝８１との表面に生成されるエッジによりウォームホイール４１とアウトプットシャフト１７とが非常に強固に結合される。
【００２２】
図１３は第４実施形態に係るウォームホイール・アウトプットシャフト組立体の縦断面図であり、図１４は図１３中のＥ−Ｅ断面図であり、図１５は第４実施形態に係る結合リング７３の斜視図である。これらの図に示したように、本実施形態も上述した第３実施形態と略同様の構成を採っているが、結合リング７３にはプレス成形等によりその内外周に所定の角度間隔で半円断面状突起９５，９７が形成されている。第４実施形態の場合も、第１実施形態と同様に、アウトプットシャフト１７にウォームホイール４１を圧入すると、結合リング７３の半円断面状突起９５，９７がホイール５１の軸孔５５とアウトプットシャフト１７の環状溝８１とに食い込むこととなり、軸孔５５と環状溝８１との表面に生成されるエッジによりウォームホイール４１とアウトプットシャフト１７とが非常に強固に結合される。
【００２３】
図１６は第５実施形態に係るステアリング装置の要部縦断面図であり、図１７は図１６中のＦ部拡大図であり、図１８は図１７中のＧ−Ｇ断面図である。これらの図に示したように、第５実施形態では、ホイール５１の軸孔５５に略半円断面状の凹条１０１が形成される一方、アウトプットシャフト１７の表面には略円錐状の凹部１０３が形成され、これら凹条１０１と凹部１０３との間に表面焼入れされた鋼球（結合球）１０５が介装されている。凹条１０１と凹部１０３とで画成される空間は、鋼球１０５の外形より所定量小さく形成されている。
【００２４】
第５実施形態では、アウトプットシャフト１７にウォームホイール４１を組み付ける際、アウトプットシャフト１７の凹部１０３に鋼球１０５を保持させた状態で、図１７中に矢印で示した方向にウォームホイール４１を圧入させる。すると、ウォームホイール４１の圧入に伴ってホイール５１側の凹条１０１とアウトプットシャフト１７側の凹部１０３とに鋼球１０５が強く圧接し、ウォームホイール４１とアウトプットシャフト１７とが非常に強固に結合される。尚、図１６〜図１８では、１個の鋼球１０５のみを示したが、複数個（例えば、３個以上）設けるようにしてもよく、その場合には等角度間隔で配置することが望ましい。
【００２５】
図１９は第６実施形態に係るステアリング装置の要部縦断面図であり、図２０は図１９中のＨ−Ｈ断面図である。これらの図に示したように、第６実施形態では、ホイール５１の軸孔５５に略半円断面状の凹条１０１が形成される一方、アウトプットシャフト１７の表面には略三角断面状の凹条１０７が形成され、これら凹条１０１と凹条１０７との間に表面焼入れされた鋼製の平行ピン（結合ピン）１０９が介装されている。両凹条１０１，１０７により画成される空間は、平行ピン１０９の横断面より所定量小さく形成されている。
【００２６】
第６実施形態では、アウトプットシャフト１７にウォームホイール４１を組み付ける際、アウトプットシャフト１７側の凹条１０７に平行ピン１０９を保持させた状態で、図１７中に矢印で示した方向にウォームホイール４１を圧入させる。すると、ウォームホイール４１の圧入に伴って両凹条１０１，１０７に平行ピン１０９に強く圧接し、ウォームホイール４１とアウトプットシャフト１７とが非常に強固に結合される。尚、図１９，図２０では、１本の平行ピン１０９のみを示したが、複数本（例えば、３本以上）設けるようにしてもよく、その場合には等角度間隔で配置することが望ましい。
【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、例えば、結合部材の素材として鋼以外のものを採用するようにしてもよいし、その形状も種々のものが採用可能である。また、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・固着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と当該ウォームホイールとの間に結合部材を介装させるようにしたため、アウトプットシャフトとウォームホイールとは、その間に結合部材が圧入されることにより、嵌合長が比較的短くても強固に固着されるようになる。
【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】第１実施形態に係るウォームホイール・アウトプットシャフト組立体の縦断面図である。
【図４】第１実施形態に係る結合リングの斜視図である。
【図５】図３中の拡大Ａ−Ａ断面図である。
【図６】図５中のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】第２実施形態に係るウォームホイール・アウトプットシャフト組立体の縦断面図である。
【図８】図７中のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】第２実施形態に係る結合リングの斜視図である。
【図１０】第３実施形態に係るウォームホイール・アウトプットシャフト組立体の縦断面図である。
【図１１】図１０中のＤ−Ｄ断面図である。
【図１２】第３実施形態に係る結合リングの斜視図である。
【図１３】第４実施形態に係るウォームホイール・アウトプットシャフト組立体の縦断面図である。
【図１４】図１３中のＥ−Ｅ断面図である。
【図１５】第４実施形態に係る結合リングの斜視図である。
【図１６】第５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１７】図１６中のＦ部拡大図である。
【図１８】図１７中のＧ−Ｇ断面図である。
【図１９】第６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２０】図１９中のＨ−Ｈ断面図である。
【図２１】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２２】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‥‥軸孔
７３‥‥結合リング
７５，７７‥‥セレート
７９‥‥段部
８１‥‥環状溝
８５‥‥矩形結合部
９１‥‥雄スプライン
９３‥‥雌スプライン
９５，９７‥‥半円断面状突起
１０１‥‥凹条
１０３‥‥凹部
１０５‥‥鋼球
１０７‥‥凹条
１０９‥‥平行ピン

Claims

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・固着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と当該ウォームホイールとの間に結合部材を介装させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記結合部材が、前記アウトプットシャフトの表面を塑性変形させる凸条と、前記ウォームホイールの軸孔表面を塑性変形させる凸条とを有する結合リングであることを特徴とする、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記結合部材が、前記アウトプットシャフトと前記ウォームホイールとのいずれか一方に形成された凹条と、当該アウトプットシャフトと当該ウォームホイールとのいずれか他方に形成された凹部とに係合する結合球であることを特徴とする、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記結合部材が、前記アウトプットシャフトに形成された凹条と前記ウォームホイールに形成された凹条とに係合する結合ピンであることを特徴とする、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記結合部材は、その硬度が前記アウトプットシャフトおよび前記ウォームホイールより高く、当該アウトプットシャフトおよび当該ウォームホイールを変形させながら係合することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。