JP2004314846A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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晴彦 清田
Toshiyuki Iwano
敏行 岩野
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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 (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・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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014209072A1 (ko) * 2013-06-28 2014-12-31 남양공업주식회사 전동식 조향장치의 웜휠 및 그 제조방법
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