JP2008195108A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力軸をウォームホイールに圧入できて、ウォームホイールの出力軸に対する回転止めが可能な、簡単な構成の電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】出力軸２１が円筒部２２ａに圧入・固定されたウォームホイール２３であって、ウォームホイール２３の中空円筒部２２ａの側面、又は出力軸２１を圧入した際に当該側面に当接する出力軸２１側の鍔部２１ｄの側面２１ｃの何れか一方に、放射方向に延びる多数の突条が環状に分布して形成され、且つ、他方の側面に該突条に対向して、前記圧入の際に該突条の圧接によって塑性変形するリブ形状の突起２２ｂが設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動モータから発生される補助操舵トルクを減速機構を介して出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に関し、特に、減速機構のウォームホイールと出力軸との結合方式の改良を図った電動パワーステアリング装置に関するものである。

自動車の操舵系においては、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる動力補助機構を備えた、いわゆる電動パワーステアリング装置が広く採用されている。

この電動パワーステアリング装置の電動アシスト機構では、ステアリングホイールにより入力軸に印加された操舵トルクをトルクセンサーにより検知し、検知した操舵トルクに対応した補助操舵トルクを電動モータから発生させ、この電動モータの駆動力を減速機構から成る電動アシスト機構を介して出力軸に伝達するようになっている。

この減速機構部は、電動モータの軸に取り付けられたウォームと、出力軸に外嵌・固定されたウォームホイールとが噛み合うことにより構成されている。

従来、このウォームホイールと出力軸のトルク伝達は、円筒圧入により行われていたが、トルク伝達に伴って大きな力を受けるため、出力軸とウォームホイールの嵌合部にはいろいろな工夫がなされている。

例えば、特許文献１には、ウォームホイールを円板状の芯金と樹脂ギヤとで構成し、芯金が出力軸に外嵌・圧入される円筒状のボス部を有し、このボス部の外径側が転がり軸受を介してハウジングに支持される構成であって、十分な圧入代を備えたまま小型化が可能な装置が開示されている。

また、特許文献２では、ウォームホイールのボス部の内周面と出力軸の外周面の何れか一方にセレーションが設けられ、これを他方に形成された嵌合部に圧入により食い込ませて、より大きなトルク伝達を可能とした装置が示されている。
特開２００４−２０３２１２号公報 特開２０００−９５１２２号公報

しかしながら、従来の上記減速機構部における出力軸のウォームホイールへの円筒圧入では、圧入される円筒部の長さや径が、レイアウト上制限されるような場合、必要とする伝達トルクを確保することができないという問題点があった。

また、セレーション部の圧入の場合は、セレーション形成部の硬度を上げる必要があるため、焼き入れ等の熱処理が必要となり、これがコストアップにつながる。また、セレーション圧入の場合、相手側を塑性変形させるため、圧入後のホイールの偏心や倒れが大きくなってしまう可能性がある。

さらに、ウォームホイールの側面とこれに圧接固定される出力軸の鍔部側面に各々突条を設け、これらを嵌合させて回転止めとする場合、突条の位相が合わないと回転止めの機能を果たさないため、位相合わせを気にしなければならないという面倒な点があった。

そこで、本発明は、上述した従来の不都合を解消して、セレーション部の硬度を上げたり、位相合わせをすることなく、出力軸をウォームホイールに圧入できて、ウォームホイールの出力軸に対する回転止めが可能な、簡単な構成の電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。

上記課題を達成するために、本発明では、
入力軸に印加された操舵トルクに対応して電動モータから発生される補助操舵トルクを該電動モータに連結されたウォームと、該ウォームに噛み合うウォームホイールから成る減速機構を介して出力軸に伝達するために、前記ウォームホイールはその中心に形成された中空の円筒部が前記出力軸に外嵌圧入され該ウォームホイールの側面が該出力軸に形成された鍔部側面に軸方向に押付け固定される電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームホイールの前記側面又は前記出力軸を圧入した際に当該側面に当接する出力軸の鍔部側面の何れか一方に、放射方向に延びる突条が環状に分布して形成され、且つ、前記ウォームホイールの前記側面又は前記出力軸を圧入した際に当該側面に当接する出力軸の鍔部側面の何れか他方に、前記圧入の際に前記突条の圧接によって塑性変形するリブ形状の突起が、前記突条に対応して形成されていることを特徴とする。

本発明の電動パワーステアリング装置は、好ましくは、前記ウォームホイールは芯金と該芯金に固設された樹脂ギヤとから成り、前記ウォームホイールの前記側面は前記芯金の側面であることを特徴とする。

本発明は、以上のように構成されており、出力軸をウォームホイールの中心円筒部に圧入した際に、一方の側の側面に形成された突条が、対向する他方の側の側面に形成されたリブ形状の突起に食い込んで塑性変形させるので、この突条と、これに噛み合う突起とにより、芯金の回転止めとすることができる。

出力軸をウォームホイールの中心円筒部に圧入する際、従来のように、出力軸とウォームホイールとの間の位相を気にしなくて良いので、圧入作業を一層容易に行うことができる。

また、突条を食い込ませる部分を、平面とするのではなく、比較的細いリブ状の突起としたので、突起の変形が容易になり、突条が食い込み易くなる。このため、突条の硬度は特に上げる必要はなくなるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係わる実施形態を示す操舵系の車室側部分を示す側面から見た模式的説明図、図２は、図１の電動パワーステアリング装置の電動アシスト機構部分を示す拡大断面図である。

先ず、本発明の電動パワーステアリング装置を組み込んだ操舵系の全体的な構成について説明する。図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト４を回転自在に支持するステアリングコラム２を有し、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７,１０に固定されている。電動パワーステアリング装置１には、その内部にステアリングシャフト４が回転自在に支持されると共に、下部に電動モータ１３やハウジング１５、出力軸２１等から成る電動アシスト機構１９が一体化されている。

ステアリングシャフト４の後端には、ステアリングホイール１８が取り付けられており、運転者がステアリングホイール１８を操舵すると、その操舵トルクが電動アシスト機構１９により補助操舵トルク分増大されて出力軸２１に伝達され、操舵トルクは、出力軸２１に連結された自在継手１１及びロアステアリングシャフト１２を介してラックアンドピニオン式ステアリング装置のステアリングギヤ（図示しない）に伝達され、走行輪を操舵する構成になっている。３０は電動パワーステアリング装置１を覆うコラムカバー、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、１４はチルト調整用レバーである。

次に、上記電動アシスト機構１９の構成について図２を参照して説明する。電動アシスト機構１９のハウジング１５は、車両後方側のギヤハウジング１６と車両前方側でこれに固設されたカバー１７とから成る。

ギヤハウジング１６は車両後方側軸方向延在部１６ａに後述するトルク検出機構ＴＳを収納しており、車両後方の端にステアリングコラム２の車両前方端のフランジ部２ｂがボルト１８により締め付け固定されている。

ギヤハウジング１６は車両前方側でカバー１７とともに形成する空間内に後述する減速機構を格納している。

ステアリングシャフト４は車両前方端でギヤハウジング１６内へと延びており、電動アシスト機構１９の入力軸２０となっている。

一方、ギヤハウジング１６の軸方向ほぼ中間部の内径側とカバー１７の内径部とにはそれぞれ転がり軸受２５、２６が設けられ、これら一対の転がり軸受２５と２６を介して電動アシスト機構１９の出力軸２１がハウジングに入力軸２０と同軸に支持されている。出力軸２１は車両後端部がギヤハウジング１６の軸方向延在部１６ａ内を車両後端部のほぼ内径部分まで延びて入力軸２０の車両前端部端面に対向している。

入力軸２０の車両前方側拡径端部２０ｃ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、中空に形成した出力軸２１の内部を延在して、その先端が出力軸２１の端部に固定ピン２３により固定してある。出力軸２１の車両前方側は、図１に示すように、自在継手１１およびロアステアリングシャフト１２等を介してラックアンドピニオン式ステアリング装置のステアリングギヤ（図示しない）に伝達され、走行輪を操舵する構成になっている。

軸受２５よりも車両後方側でギヤハウジング１６内に設けられたトルク検知機構ＴＳは、転がり軸受２５よりも車両後方側において出力軸２１の外周に等間隔に形成された複数のトルク検知用溝２１ｂと、これら検知用溝２１ｂの径方向外方に配置されたスリーブ２７と、スリーブ２７の径方向外方に配置されたトルク検知用のコイル１０と、このコイル１０に接続されたトルク検知用回路基板２８および外部との電気的接続用のハーネス２９等から構成されている。

本実施形態において、スリーブ２７は車両後端側で入力軸２０の拡径端部２０ｃの外周に加締め等により塑性変形により外嵌固設されている。スリーブ２７には、検知用溝２１ｂに径方向に対向して長方形の窓（図示なし）が形成されている。トルク検知用のコイル１０はスリーブ２７の長方形窓の径方向外方においてギヤハウジング１６内に固設されている。

出力軸２１には、転がり軸受２５と２６との間の位置においてウォームホイール２３が嵌合されている。ウォームホイール２３はその内径部が転がり軸受２６を介してナット２７により出力軸２１に設けた鍔部２１ｄの側面２１ｃに締め付けられて出力軸２１に固定されている。出力軸２１とウォームホイール２３とについては、後に詳述する。

ウォームホイール２３は、出力軸２１に外嵌・固定された芯金２２と、この芯金２２に固着した樹脂ギヤ２４とから成っている。この樹脂ギヤ２４と電動モータ１３（図１参照）の軸に取り付けたウォーム２９とが噛み合うことにより減速機構が構成されている。

運転者がステアリングホイール１８を操舵することにより発生した操舵トルクは、入力軸２０、トーションバー６、出力軸２１、自在継手１１、ロアステアリングシャフト１２等を介して、及びラックアンドピニオン式ステアリング機構を介して図示しない操舵輪に伝達される。また、電動モータ１３の回転力は、ウォーム２９及びウォームホイール２３を介して出力軸２１に伝達されるようになっており、電動モータ１３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２１に適切な操舵アシストトルクを付与できるようになっている。

図３は、図２の電動アシスト機構の出力軸２１とウォームホイールの芯金２２を示す分解斜視図、図４は、図３の出力軸とウォームホイールの芯金２２を示す側断面図である。

次に、電動アシスト機構１９の出力軸２１とウォームホイール２３の結合方式について説明する。図３及び図４に示すように、出力軸２１は、その軸方向略中央部にウォームホイール２３の芯金２２を固定するための円筒部２１ａを形成し、この円筒部２１ａに隣接して車両後方側に円筒部２１ａより径の大きい鍔部２１ｄを形成している。この鍔部２１ｄの外周面に前述した転がり軸受２５が外嵌固定され出力軸２１はギヤハウジングに支持される。鍔部２１ｄの径方向に延びる側面２１ｃに軸周りに放射状に延びる多数の突条が円環状に形成されている。出力軸２１の、鍔部２１ｄよりも車両後方側に上述したトルク検出用溝２１ｂが形成されている。

一方、ウォームホイール２３の芯金２２には、中心に中空の円筒部２２ａが設けられ、この円筒部２２ａに、出力軸の２１の円筒部２１ａが圧入されることにより、出力軸２１がウォームホイール２３に外嵌・固定される。

芯金２２には、出力軸２１をその円筒部２２ａに圧入した際の、出力軸２１の突条形成側面２１ｃに対向する面、即ち、円筒部２２ａの周縁に、環状のリブ形状の突起であるリブ状突起２２ｂが設けられている。

出力軸２１を芯金２２の円筒部２２ａに圧入した際に、出力軸２１の側面２１ｃの突条部が、このリブ状突起２２ｂに強く押し付けられて、これに食い込んだ状態で出力軸２１が固定される、言い換えると、リブ状突起２２ｂは、出力軸２１の突条形成側面２１ｃが押し付けられることにより凹んで、側面２１ｃの突条に追従した形に塑性変形した状態で出力軸２１が固定される。このように、出力軸２１の側面２１ｃの突条と、これが食い込んで塑性変形したリブ状突起２２ｂとにより、芯金２２の回転止めとすることができる。

したがって、出力軸２１を、芯金２２の圧入円筒部２２ａに圧入する際、従来のように、側面２１ｃの突条を芯金２２側に嵌合させるための位相を気にしないで圧入することができる。

また、芯金２２の、側面２１ｃの突条を食い込ませる部分を、唯の平面とするのではなく、比較的細いリブ状の突起２２ｂとすることにより、側面２１ｃの突条が圧接する面積が小さくなって変形が容易になるので、側面２１ｃの突条をリブ状突起２２ｂに食い込ませることが容易になる。このため、出力軸２１の側面２１ｃの突条部の硬度を、特に上げる必要はなくなる。しかし、側面２１ｃの突条部の硬度をさらに上げるなら、リブ状突起２２ｂの変形が一層確実、容易になることは言うまでもない。

なお、本発明におけるリブ状突起２２ｂの形状について、図４に示すように、その突起の径方向幅ｄは、側面２１ｃの突条部の径方向幅に合わせる必要があるが、大き過ぎると、突条部の圧接による塑性変形の深さが浅くなって、回転止めとしての機能が不十分になる可能性がある。

逆に、前記径方向幅ｄが小さ過ぎると、塑性変形は容易になっても、ウォームホイール２３に急に大きな回転トルクが負荷されたり、出力軸２１の回転抵抗が大きい時に、突起２２ｂの変形部分が破壊されてしまう可能性があるので、突起２２ｂの径方向幅ｄは、そのような点を考慮した適当な値に設定することにより、十分な回転止めとしての機能を持たせることができる。

また、上記実施形態では、突条部を出力軸２１側に、リブ状突起を芯金２２側に設けた例を説明したが、これに限らず、突条部を芯金２２側に、リブ状突起を出力軸２１側に設けた構成にしても良い。

本発明に係わる実施形態を示す操舵系の車室側部分を示す側面図である。 図１の電動パワーステアリング装置の電動アシスト機構を示す断面図である。 図２の電動アシスト機構の出力軸とウォームホイール芯金を示す分解斜視図である。 図３の出力軸とウォームホイール芯金を示す側断面図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングコラム
４ ステアリングシャフト
５ チルト調整機構
１２ ロアシャフト
１３ 電動モータ
１５ ハウジング
１８ ステアリングホイール
１９ 電動アシスト機構
２１ 出力軸
２１ａ 円筒部
２１ｂ トルク検出用溝
２１ｃ 突条形成側面
２１ｄ 鍔部
２２ 芯金
２２ａ 円筒部
２２ｂ リブ状突起
２３ ウォームホイール
２４ 樹脂ギヤ
２９ ウォーム

Claims (2)

1. 入力軸に印加された操舵トルクに対応して電動モータから発生される補助操舵トルクを該電動モータに連結されたウォームと、該ウォームに噛み合うウォームホイールから成る減速機構を介して出力軸に伝達するために、前記ウォームホイールはその中心に形成された中空の円筒部が前記出力軸に外嵌圧入され該ウォームホイールの側面が該出力軸に形成された鍔部側面に軸方向に押付け固定される電動パワーステアリング装置において、
   前記ウォームホイールの前記側面又は前記出力軸を圧入した際に当該側面に当接する出力軸の鍔部側面の何れか一方に、放射方向に延びる突条が環状に分布して形成され、且つ、前記ウォームホイールの前記側面又は前記出力軸を圧入した際に当該側面に当接する出力軸の鍔部側面の何れか他方に、前記圧入の際に前記突条の圧接によって塑性変形するリブ形状の突起が、前記突条に対応して形成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ウォームホイールは芯金と該芯金に固設された樹脂ギヤとから成り、前記ウォームホイールの前記側面は前記芯金の側面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。

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