JP2006283909A - 歯車及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 他の歯車との噛合いにおいて、柔軟性と強度を両立した歯車を提供することにある。
【解決手段】 周方向に複数の歯部を有する略歯車形状を有する金属製の芯金と、前記芯金の外周側に被覆され、樹脂材料で形成される樹脂製歯部と、を備え、他の歯車と噛合う噛合い点を有するとともに、前記芯金の歯部の歯先は、前記噛合い点よりも低く、前記他の歯車との噛合い状態において、この他の歯車の歯先よりも高いこととした。
【選択図】 図５

Description

本発明は歯車に関し、特にステアリング装置におけるウォームホイールに関する。

従来、特許文献１に開示される電動パワーステアリング装置におけるウォームホイールは、歯車状の芯金に樹脂材料を覆うことにより、適切なバックラッシュを維持している。
特開２００２−２１９８０号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、芯金がウォームホイールのピッチ円よりも大径に形成されているため、ウォームシャフトとの噛合いにおいて、十分な柔軟性を確保することができないという問題がある。すなわち、ウォームホイールとウォームシャフトとの噛合い点において、金属製のウォームシャフトの歯と芯金とが樹脂材料を挟んだ状態となるため、樹脂材料には圧縮力のみが働き、曲げ変形することができない。一方、特許文献１には芯金がウォームホイールの歯元まで及んでいないものも開示されているが（特許文献１−図９等参照）、この場合高い剛性が得られるものの十分な強度、耐久性が得られないという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、他の歯車との噛合いにおいて、柔軟性と強度を両立した歯車を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、周方向に複数の歯部を有する略歯車形状を有する金属製の芯金と、前記芯金の外周側に被覆され、樹脂材料で形成される樹脂製歯部と、を備え、他の歯車と噛合う噛合い点を有するとともに、前記芯金の歯部の歯先は、前記噛合い点よりも低く、前記他の歯車との噛合い状態において、この他の歯車の歯先よりも高いこととした。

よって、噛合いにおける柔軟性と強度を両立したウォームホイールを提供できる。

以下、本発明の歯車及び電動パワーステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

［電動パワーステアリング装置の全体構成］
実施例１につき図１ないし図９に基づき説明する。図１は実施例１における電動パワーステアリング装置の全体構成を示す斜視図である。電動パワーステアリング装置は、トルクセンサ９（操舵状態検出手段、図２参照）、モータハウジング６、ウォームハウジング７、モータ２０（電動機、図３参照）を有する。入力軸１の軸方向をｙ軸とし、ピニオン軸２と反対方向を正とする。

トルクセンサハウジング５内には入力軸１（操舵軸）が設けられ、ウォームハウジング７内にはピニオン軸２が設けられている。モータハウジング６内には、ブラシレスタイプのモータ２０が収装され、入力軸１及びピニオン軸２に対し径方向から組み付けられている。なお、モータ２０はブラシレスタイプでなくともよい。

［軸方向断面図］
図２は、電動パワーステアリング装置の軸方向断面図である。入力軸１とピニオン軸２はトーションバー３により一体とされ、ピニオン軸２にはウォームホイール１００が組み付き、ｙ軸正方向からウォームハウジング７に格納されている。また、ウォームハウジング７にはモータハウジング６が組み付けられている。

ウォームシャフト２００はウォームホイール１００と噛合し、ウォームシャフト２００はモータ２０の出力軸と一体構成されている。入力軸１は、トルクセンサハウジング５に支持されるとともに、ピニオン軸２の端部によって相対回転可能に支持される。

トルクセンサハウジング５の内周にはトルクセンサ９が格納され、運転者の操舵によりトーションバー３が捩れ、入力軸１とピニオン軸２が相対回転すると、トルクセンサ信号を出力する構成となっている。

ピニオン軸２はウォームハウジング７に支持され、外周にはウォームホイール１００が設けられてモータ２０に接続されたウォームシャフト２００と噛合わされる。

［制御基板の詳細］
制御回路基板４はマイクロコンピュータを有し、各種車両信号、トルクセンサ９、モータ２０の制御回路を一体とした回路基板である。また、制御回路基板４におけるｙ軸負方向側であって、ウォームシャフト２００と軸方向に重なる位置には、磁気によりモータ２０の回転角を検出する回転角度センサ８（ＭＲ素子）が設けられている。この回転角度センサ８は、磁性体であるウォームシャフト２００の歯形状の位置を検出することでモータ２０の回転角を検出する。

［ウォームホイールの詳細］
（正面図及び断面図）
図４はウォームホイール１００及びウォームシャフト２００の正面図、図５はウォームホイール１００のＡ−Ｏ−Ｂ断面図である。ウォームホイール１００は金属歯車である芯金１１０にナイロン系樹脂の被覆を施された歯車であり、被覆部１２０は芯金１１０の歯部全周にわたって被覆されている。芯金１１０は切削により形成してもよいし、焼結により形成してもよい。

（噛合い部分拡大図）
図６はウォームホイール１００とウォームシャフト２００との噛合い部分拡大図、図７はウォームホイール１００の歯部拡大図である。ウォームホイール１００はピッチ円ｒ１の歯車であり、芯金１１０の歯先円ｒ２よりもウォームホイール１００のピッチ円ｒ１のほうが大径に設けられている。なお、芯金１１０の歯先１１１は半径Ｒ１、谷は半径Ｒ２の略半円形状である。

また、噛合い時においてウォームシャフト２００の歯先２１０は、芯金１１０のピッチ円ｒ２に対して低く設けられている。すなわち、芯金１１０の中心Ｏに対し、ウォームシャフト歯先２１０は芯金ピッチ円ｒ２よりも内径側となるよう設けられている。

さらに、ウォームホイール１００とウォームシャフト２００の噛合い位置においてウォームホイール１００のピッチ円ｒ２とウォームシャフト２００のピッチ径ｒ３が接するよう設けられ、ウォームホイール１００への着力点Ｐはこのピッチ円ｒ２とピッチ径ｒ３の接点となる。したがって着力点Ｐは芯金歯先１１１よりも外径側、すなわち被覆部１２０に相当する位置となる。

［噛合い時における樹脂被覆部の変形と芯金による剛性確保］
図８は、通常噛合い時におけるウォームホイール１００とウォームシャフト２００の噛合い部側面図、図９は高負荷時における噛合い部側面図である。

ウォームホイール１００は着力点Ｐからの力を受け、まず樹脂で形成された被覆部１２０が弾性変形する。通常噛合い時であれば被覆部１２０の弾性変形はさほど大きくなく、被覆部１２０の弾性変形により円滑な噛合いが行われ、噛合いの柔軟性が確保される。

これに対し高荷重がかかると弾性変形量が大きくなり、金属のウォームシャフト２００の歯面全体が被覆部１２０に当接する。したがってウォームシャフト歯先２１０も被覆部１２０に当接し、ウォームホイール１００はウォームシャフト歯先２１０からも力を受けることとなる。

ここで、ウォームホイール１００における金属の芯金歯先１１１はウォームシャフト歯先２１０よりも大径であるため、高荷重がかかってウォームシャフト歯先２１０から力を受けた場合には芯金１１０にウォームシャフト歯先２１０からの力が伝達される。芯金１１０は金属歯車であるため剛性は高く、高荷重に対しても十分な強度を確保されている。

これにより、通常噛合い時における十分な柔軟性と高荷重時における強度確保を同時に実現することができる。また、芯金歯先１１１は略半円状であるため、被覆部１２０と芯金１１０との境目が曲線状となり、樹脂製被覆部１２０への応力集中を低減して耐久性を向上させることができる。
（他の実施例）

以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、芯金歯先１１１の形を変形し、図１０に示されるように厚さ方向略中央部を突出させた芯金歯先１１１'としてもよい。このように設けることで、芯金１１０'と被覆部１２０'との接着性を向上させることができる。また、突出した芯金歯先１１１'の角部にＲ加工を施すことで、被覆部１２０'への応力集中も低減できる。

さらに、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。

（イ） 請求項１に記載の歯車において、
前記芯金の歯部の歯先は略半円形状を有することを特徴とする歯車。

芯金と樹脂製歯部との接触面が円弧状となるため、樹脂製歯部への応力集中を回避することができ、樹脂製歯部の耐久性を向上させることができる。

（ロ） 請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記芯金の歯部の歯先は略半円形状を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

芯金と樹脂製歯部との接触面が円弧状となるため、樹脂製歯部への応力集中を回避することができ、樹脂製歯部の耐久性を向上させることができる。

実施例１における電動パワーステアリング装置の全体構成を示す斜視図である。 実施例１における電動パワーステアリング装置の入力軸及びピニオン軸付近におけるIII−III断面図である。 実施例１における電動パワーステアリング装置のウォームホイール及びモータ付近におけるIV−IV断面図である。 ウォームホイール及びウォームシャフトの正面図である。 ウォームホイールのＡ−Ｏ−Ｂ断面図である。 ウォームホイールとウォームシャフトとの噛合い部分拡大図である。 ウォームホイールの歯部拡大図である。 通常噛合い時におけるウォームホイールとウォームシャフトの噛合い部拡大図である。 高負荷時におけるウォームホイールとウォームシャフトの噛合い部拡大図である。 本願実施例の他の実施例を示す図である。

符号の説明

１ 入力軸
２ ピニオン軸
３ トーションバー
４ 制御回路基板
５ トルクセンサハウジング
６ モータハウジング
７ ウォームハウジング
８ 回転角度センサ
８ａ 挿入部
９ トルクセンサ
２０ モータ
１００ ウォームホイール
１１０ 芯金
１１１ 芯金歯先
１２０ 被覆部
２００ ウォームシャフト
２１０ ウォームシャフト歯先

Claims (2)

1. 周方向に複数の歯部を有する略歯車形状を有する金属製の芯金と、
   前記芯金の外周側に被覆され、樹脂材料で形成される樹脂製歯部と、を備え、他の歯車と噛合う噛合い点を有するとともに、
   前記芯金の歯部の歯先は、前記噛合い点よりも低く、前記他の歯車との噛合い状態において、この他の歯車の歯先よりも高いこと
   を特徴とする歯車。
2. ステアリングホイールに接続される操舵軸と、
   前記操舵軸上に設けられる操舵状態検出手段と、
   前記操舵軸上に設けられるウォームホイールと、
   前記操舵軸に操舵アシストトルクを付与する電動機と、
   前記電動機に設けられ、前記ウォームホイールと噛合うウォームシャフトと、
   前記操舵状態検出手段の出力信号に基づき前記電動機を制御する電動機制御手段と、を備える電動パワーステアリング装置であって、
   前記ウォームホイールは、周方向に複数の歯部を有する略歯車形状を有する金属製の芯金と、
   前記芯金の外周側に被覆され、樹脂材料で形成される樹脂製歯部と、を備え、他の歯車と噛合う噛合い点を有するとともに、
   前記芯金の歯部の歯先は、前記噛合い点よりも低く、前記他の歯車との噛合い状態において、この他の歯車の歯先よりも高いこと
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。

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