JP2006321326A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セレーション部での異音の発生を確実に抑制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。
【解決手段】補助操舵力を発生する電動モータにセレーション部を介して連結された回転軸と車輪を転舵するための出力軸間にウォームとウォームホイールで構成されるウォームギヤ機構を介挿し、ウォーム及びウォームホイールの歯面同士が当接したときには、セレーション部で回転軸３０を軸線方向又は半径方向に移動させるようになっているので、歯面同士の衝突を緩和し、それにより歯面の叩き音を減少させることができる。そして、セレーション部を構成するセレーション孔及びセレーション軸の少なくとも一方の例えばセレーション軸２２ｂの接触面を前処理によって微細なディンプル２３を形成して粗面としてから固体潤滑剤２４を被覆するので、セレーション部２２での摩耗を軽減する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に歯車部の騒音の低減を図ることのできる電動パワーステアリング装置に関する。

この種の車両の電動パワーステアリング装置として、本出願人が先に提案した、補助操舵力を発生するモータと、このモータで発生された補助操舵力が伝達される回転軸と、この回転軸に伝達された補助操舵力をウォームギヤ機構を介して車輪を操舵するための出力軸に伝達するように構成し、ウォームギヤ機構のウォームとウォームホイールの歯面同士が当接したときに弾性体を変形させて回転軸を軸線方向又は半径方向に移動させ、この回転軸の軸線方向又は半径方向の移動を回転軸とモータとの間に配設したセレーション部で許容することにより、歯面同士の衝突を緩和し、歯面の叩き音を減少させるようにした電動パワーステアリング装置が知られている（特許文献１参照）。
特開２００３−２６０１２号公報（第１頁、第２頁、図２）

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、弾性体を設けることにより、ウォームとウォームホイールの歯面同士が当接したときに、回転軸を軸線方向又は半径方向に移動させることにより、ウォームとウォームホイールとの歯面同士の衝突を緩和し、歯面の叩き音を減少させることができるものであるが、回転軸の軸線方向又は半径方向の移動をセレーション部で許容するようにしているので、このセレーション部が摺動又は傾きによって摩耗し、ガタが生じ易く、セレーション部にガタが生じると、逆にセレーション部で異音が発生するようになり、歯車部で発生する異音低減効果が薄れてしまうという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、セレーション部での異音の発生を確実に抑制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している。

上記目的を達成するために、本願請求項１に係る電動式パワーステアリング装置は、補助操舵力を発生するモータと、該モータで発生された補助操舵力が伝達される回転軸と、車輪を転舵するために操舵力を伝達する出力軸と、前記回転軸に連結されたウォーム及び前記出力軸に連結されたウォームホイールを有し、前記モータの補助操舵力を前記出力軸に伝達するウォームギヤ機構と、前記モータ及び回転軸間に配設された前記回転軸を軸方向及び半径方向の少なくとも一方に移動可能とするセレーション軸及びセレーション孔を有するセレーション部とを備え、前記セレーション軸及びセレーション孔の少なくとも一方の接触面に粗面を形成する前処理を行ってから固体潤滑剤を被覆したことを特徴としている。
ここで、前処理としてはブラスト加工処理が好ましく、このブラスト加工のうち特にショットピーニング加工処理が好ましい。

本願発明の電動式パワーステアリング装置によれば、ウォームとウォームホイールの歯面同士が当接したときには、回転軸を軸線方向及び半径方向の少なくとも一方の方向に移動させるが、このときに回動軸の移動を許容するセレーション部のセレーション軸及びセレーション孔の少なくとも一方の接触面が前処理によって粗面とされ、この粗面に固体潤滑剤を被覆することにより、固体潤滑剤の保持量を増加させると共に、固体潤滑剤と接触面との結合性を高める所謂アンカー効果を発揮して長期に亘って良好な潤滑状態を保持して回動軸の円滑な移動を許容し、セレーション部の接触面での摩耗を低減することができるという効果が得られる。

また、前処理として、ブラスト加工を適用した場合には、セレーション部のセレーション軸及びセレーション孔の少なくとも一方の接触面を容易に粗面とすることができ、ブラスト加工としてショットピーニング処理を適用することにより、セレーション軸及びセレーション孔の少なくとも一方の接触面を加工硬化させることができ、より耐久性を向上させることができる。

以下、本発明による実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す一部を断面とした側面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
図１において、電動式パワーステアリング装置１００は、水平に延在するチューブ１０１と、チューブ１０１の左端に配置されたハウジング１とを有している。チューブ１０１は、ブラケット１０１ａにより不図示の車体に固定されている。

ハウジング１内を、不図示のステアリングホイールに連結された入力軸２が右方から延在し、チューブ１０１内で不図示のトーションバーを介して出力軸３の右端（不図示）に連結されている。
出力軸３の左端は不図示の操舵機構に連結されている。出力軸３の中央は、２つの軸受４ａ、４ｂにより回転自在に支持されている。軸受４ａ、４ｂの外輪は、軸受ホルダ５により支持されており、軸受ホルダ５は、ボルト７によりハウジング１に対して固定されている。なお、軸受４ａの内輪を押さえるべく、ロックナット６が出力軸３に螺合されている。

また、ハウジング１には補助操舵力を発生する電動モータ２１がその中心軸を出力軸３に対して直交するように固定され、この電動モータ２１と出力軸３との間に電動モータ２１で発生する補助操舵力を出力軸３に伝達するウォームギヤ機構１３が介挿されている。
このウォームギヤ機構１３は、出力軸３の右端近傍の外周に固定された樹脂製のウォームホイール１３ａと、このウォームホイール１３ａに噛合する電動モータ２１の回転子２１ａに連結された回転軸３０に固定されたウォーム１３ｂとで構成されている。

この電動モータ２１は、不図示のＣＰＵに連結されているが、このＣＰＵは、トルクセンサ（不図示）の出力や車速等の情報を入力し、これらに基づいて補助操舵力を発生させるモータ駆動電力を演算し、演算したモータ駆動電力を電動モータ２１に供給して適切な補助操舵トルクを発生させるものである。
電動モータ２１は、図２に示すように、電力供給線２１ｃによりモータ駆動電力が供給され、その回転子２１ａには、セレーション部２２を介して回転子２１ａと同軸に配置された回転軸３０がその軸方向に摺動可能で且つ一体回転するように連結されている。このセレーション部２２は、電動モータ２１の回転子２１ａの中央に形成されたセレーション孔２２ａと、このセレーション孔２２ａに係合する回転軸３０に形成されたセレーション軸２２ｂとで構成されている。

ここで、セレーション軸２２ｂは、セレーション孔２２ａとの接触面にブラスト加工処理に含まれるショットピーニング加工処理によって小径の鋼球粒を吹付ける前処理を行うことにより、接触面に図３に示すように多数の微細な凹凸でなるディンプル２３を形成して粗面とし、この粗面に固体潤滑剤２４が被覆されている。このように被処理表面となる接触面に微細なディンプル２３を形成してから固体潤滑剤２４を被覆することにより、固体潤滑剤２４と接触面との結合性を高める所謂アンカー効果を発揮することができると共に、ディンプル２３がセレーション孔２２ａ及びセレーション軸２２ｂの直接接触を軽減する油溜まりの役目をも果たすことになる。

なお、固定潤滑剤としては、錫、二硫化モリブデン、ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリアミド系合成繊維、ポリアセタール、ポリオレフィン、ＰＴＦＥ、金属石鹸、ＷＳ₂、ＢＮ、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、錫合金、銅合金、ＴｉＯ₂等の酸化金属などを適用することができるが、潤滑効果が得られれば、その種類は特に限定しない。
回転軸３０は、その中央に前述したウォーム１３ｂを形成している。さらに、ウォーム１３ｂの両側には、フランジ部３０ａと３０ｂとを形成している。さらに、左方のフランジ部３０ａの左方において、軸受８ａが設けられ、ハウジング１に対して回転軸３０を回転自在に支持している。一方、右方のフランジ部３０ｂの右方において、軸受８ｂが設けられ、同様にハウジング１に対して回転軸３０の右端を回転自在に支持している。

軸受８ａの外輪は、その左方をハウジング１に取り付けられた止め環９に当接させている。一方、軸受８ａの内輪とフランジ部３０ｃとの間には、弾性体である一対の皿ばね１０ａが、互いに周縁をつきあわせるようにして配置されている。
軸受８ｂの右方において、環状の押さえ板１１が配置され、押さえ板１１は、ボルト部材１２により右方から押されて、その周縁を軸受８ｂの外輪に当接させている。ボルト部材１２の抜け防止のため、ロックナット１４が設けられており、さらにその外方にはカバー部材１５が設けられている。軸受８ｂの内輪とフランジ部３０ｂとの間には、弾性体である一対の皿ばね１０ｂが、互いに外周をつきあわせるようにして配置されている。

なお、皿ばね１０ａ、１０ｂは、ある程度撓んだ状態で軸受８ａ、８ｂとフランジ部３０ａ、３０ｂとの間に配置されているので、軸受８ａ、８ｂには所定の予圧が与えられ、それにより回転軸３０は、軸線方向にガタがないように支持されている。
さらに、ウォーム１３ｂからウォームホイール１３ａに通常の操舵補助力が伝達された場合に、一方の皿ばねが撓んで回転軸３０が一方向に最大限移動しても、他方の皿ばねの撓みが残存するように、その撓み量が設定されている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、図示しないステアリングホイールを介して、入力軸２に操舵力が入力されていないとすると、不図示のトルクセンサは出力信号を発生せず、従って電動モータ２１に駆動電力が入力されず補助操舵力を発生しない停止状態にある。
この状態で、車両の停車中での据え切りを行うときや車両がカーブを曲がろうとするときに運転者が不図示のステアリングホイールを操舵すると、操舵力に応じてトーションバー（不図示）がねじれ入力軸２と出力軸３との間で相対回動が発生する。トルクセンサは、この相対回動の方向及び量に応じてトルク検出信号をＣＰＵ（不図示）に出力する。このトルク検出信号に基づきＣＰＵで最適な補助操舵力を発生するモータ駆動電力が演算され、このモータ駆動電力が電動モータ２１に供給され、電動モータ２１は回転して補助操舵力を発生する。この電動モータ２１で発生された補助操舵力は、ウォームギヤ機構１３により減速されて出力軸３に伝達されることによりステアリングホイールを軽く操舵することができる。

ところで、車両の幅寄せ等を行う際にステアリングホイールを一方向に切った後、直ちに逆方向に切るような場合があるが、かかる場合、動力伝達の方向が急激に逆転し、バックラッシュ分だけ離隔しているウォーム１３ｂとウォームホイール１３ａの歯面同士が衝接する。また、走行時に車輪から伝わる振動により歯面同士が衝接する場合もある。
しかるに、本実施の形態によれば、その歯面間に生ずる衝撃力を、皿ばね１０ａ又は１０ｂをさらに撓ませて、回転軸３０を軸線方向に移動させることにより緩和させ、それにより叩き音を低減させることができる。ここで、電動モータ２１の回転子２１ａと回転軸３０との間はセレーション結合となっているので、回転軸３０は回転子２１ａに対して軸線方向に相対移動可能となっている。

そして、セレーション部２２を構成するセレーション軸２２ｂのセレーション孔２２ａに係合する接触面に、図３に示すように、ショットピーニング加工処理による前処理によって微細なディンプル２３を形成した後に固体潤滑剤２４が被覆されて被膜が形成されているので、この固体潤滑剤２４によってセレーション孔２２ａ及びセレーション軸２２ｂ間の摺動を円滑に行うことができ、両者間の摩耗を軽減することができる。

このとき、固体潤滑剤２４は、図３（ａ）に示すように、ショットピーニング加工処理によって形成された微細なディンプル２３が形成されて粗面とされた接触面に被覆されるので、固体潤滑剤２４がディンプル２３内に入り込むことにより、接触面との結合性を向上させて所謂アンカー効果を発揮することができると共に、固体潤滑剤２４を長期に亘って接触面に保持することができ、潤滑効果を長期間継続させることができる。しかも、ショットピーニング加工処理によってセレーション軸２２ｂの接触面の表層部に加工硬化させた加工硬化層２５を形成することができ、接触面の摩耗防止能力をより向上させることができる。

この結果、セレーション部２２を構成するセレーション孔２２ａ及びセレーション軸２２ｂに摩耗によるガタが生じることを抑制することができる。
そして、長期の使用によって図３（ｂ）に示すように、接触面を被覆する固体潤滑剤２４が消失した場合でも、ディンプル２３内に固体潤滑剤２４が残留することになり、このディンプル２３内に残留した固体潤滑剤２４によって潤滑効果を継続することができる。

なお、上記実施形態においては、セレーション部２２を構成するセレーション軸２２ｂにショットピーニング加工処理を行ってから固体潤滑剤２４を被覆する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、セレーション孔２２ａの接触面にショットピーニング加工処理を行ってから固体潤滑剤２４を被覆するようにしてもよく、この場合には、セレーション孔２２ａを軸方向に沿って半割り状態として、接触面にショットピーニング加工処理を行ってから固体潤滑剤２４を被覆し、その後半割り状態のセレーション孔を溶接等で接合してセレーション孔２２ａを形成する。また、セレーション孔２２ａ及びセレーション軸２２ｂの双方にショットピーニング加工処理を行ってから固体潤滑剤を被覆するようにしてもよく、この場合には、固体潤滑剤による潤滑効果をさらに長期間継続させることができる。

また、上記実施形態においては、セレーション部２２の接触面を粗面とする場合に、ショットピーニング処理を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、金剛砂を吹付けるサンドブラスト加工処理、スチィールショットやグリッドを吹付けるショットブラスト加工処理等のブラスト加工処理を適用したり、バレル加工処理を適用したりすることができ、要はセレーション部２２の接触面を微細な凹凸を有する粗面とすることができれば任意の前処理を適用することができる。

さらに、上記実施形態においては、ウォームギヤ機構１３のウォーム１３ｂとウォームホイール１３ａの歯面同士が当接したときには、回転軸３０を軸線方向に摺動させて歯面同士の衝突を緩和する場合について説明した、これに限定されるものではなく、ウォーム１３ｂとウォームホイール１３ａの歯面同士が当接したときには、回転軸３０をセレーション部２２で傾動可能に支持すると共に、回転軸３０が半径方向に移動可能に弾性体を配置して、回転軸３０の半径方向への移動によって歯面同士の衝突を緩和するようにしてもよい。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す一部を断面とした側面図である。 図１のＡ−Ａ線上の断面図である。 セレーション軸の接触面の拡大断面図である。

符号の説明

１…ハウジング、２…入力軸、３…出力軸、５…軸受ホルダ、６…ロックナット、１０ａ、１０ｂ…皿ばね、１３…ウォームギヤ機構、１３ａ…ウォームホイール、１３ｂ…ウォーム、21…電動モータ、２２…セレーション部、２２ａ…セレーション孔、２２ｂ…セレーション軸、２３…ディンプル、２４…固体潤滑剤、３０…回転軸

Claims (3)

1. 補助操舵力を発生するモータと、該モータで発生された補助操舵力が伝達される回転軸と、車輪を転舵するために操舵力を伝達する出力軸と、前記回転軸に連結されたウォーム及び前記出力軸に連結されたウォームホイールを有し、前記モータの補助操舵力を前記出力軸に伝達するウォームギヤ機構と、前記モータ及び回転軸間に配設された前記回転軸を軸方向及び半径方向の少なくとも一方に移動可能とするセレーション軸及びセレーション孔を有するセレーション部とを備え、前記セレーション軸及びセレーション孔の少なくとも一方の接触面に粗面を形成する前処理を行ってから固体潤滑剤を被覆したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記前処理は、ブラスト加工処理で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。
3. 前記ブラスト加工処理は、ショットピーニング加工処理であることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

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