JP2009298246A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主ハウジング５を構成するセンサハウジング６とギヤハウジング７とを共に樹脂材料によって形成すると共に、両ハウジング６、７を樹脂化することによる効果を向上し、かつ両ハウジング６、７の構造を簡略化して生産性等をも向上した電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】センサハウジング６をレーザエネルギ吸収性を有する樹脂材料、ギヤハウジング７をレーザエネルギ透過性を有する樹脂材料によって形成し、レーザＬを、前記センサハウジング６を透過させて、ギヤハウジング７との接合面Ａに照射して前記接合面Ｌの近傍を加熱して溶着させることで、前記両ハウジング６、７を一体化した。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車の操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関するものである。

自動車用の電動パワーステアリング装置、例えばコラム型ＥＰＳでは電動モータの回転を、減速機を介することで回転速度を減速すると共に出力を増幅した後、ステアリングシャフトに付与してステアリング操作をトルクアシストしている。
電動モータの回転は、例えば自動車のステアリングホイールを操作した際に操舵軸に加わるトルクを検出するトルクセンサ等の、操舵状態検出センサの出力等に基づいて、制御装置によって制御される。

前記操舵状態検出センサおよび減速機を水や塵埃等から保護するため、電動パワーステアリング装置においては、前記両者を主ハウジング内に収容するのが一般的である。また前記主ハウジングは、電動パワーステアリング装置の組み立て性等を考慮して、操舵状態検出センサを収容するセンサハウジングと、減速機を収容するギヤハウジングとに分割して形成され、前記両ハウジングをボルト等で締結して構成されるのが一般的である（特許文献１等参照）。
特開２０００−３１３３４５号公報

前記主ハウジングを構成するセンサハウジングおよびギヤハウジングは、従来、共にアルミニウム合金等の金属によって形成されてきた。しかし近時、自動車の更なる低燃費化、省エネルギー化を目的として、前記自動車を構成する部品のさらなる軽量化が求められるようになってきており、電動パワーステアリング装置においては前記両ハウジングを樹脂材料によって形成して軽量化を図ることが検討されている。

しかし、共に樹脂材料によって形成したセンサハウジングとギヤハウジングとを、従来どおりボルトによって締結する場合は、締結時の締め付けトルクによって両ハウジングに割れや亀裂が生じるのを防止する必要がある。
そして、そのためには両ハウジングの締結部に、例えばインサート成形等によって金属製のリングを一体に形成する必要があり、樹脂化による軽量化の効果が半減するという問題がある。またインサート成形をするためには構造が複雑なインサート成形用の金型を用いて、前記金型に１回ごとにリングを供給しながら成形をする必要があり、工程数が増加すると共に、リングを用意しなければならず部品点数が増加することから、両ハウジングの生産性が低下し、製造コストが上昇するという問題もある。

本発明の目的は、主ハウジングを構成するセンサハウジングとギヤハウジングとを共に樹脂材料によって形成すると共に、両ハウジングのボルトによる締結を廃して、前記両ハウジングを樹脂化することによる効果をさらに向上し、かつ両ハウジングの構造を簡略化して生産性等をも向上した電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、操舵力を得るための電動モータ（Ｍ）と、操舵状態を検出するための操舵状態検出センサ（９）と、電動モータの出力を減速して舵取装置に伝える減速機（５０）と、前記操舵状態検出センサおよび減速機を収容する主ハウジング（５）とを含み、前記主ハウジングが、操舵状態検出センサを収容するセンサハウジング（６）と、減速機を収容するギヤハウジング（７）とに分割して形成されていると共に、前記両ハウジングのうちの一方がレーザエネルギ吸収性を有する樹脂材料、他方がレーザエネルギ透過性を有する樹脂材料によって形成され、両ハウジングが、レーザエネルギ透過性を有する樹脂材料からなるハウジングを透過させて、レーザエネルギ吸収性を有する樹脂材料からなるハウジングとの接合面（Ａ）にレーザ（Ｌ）を照射して前記接合面の近傍を加熱して溶着させるレーザ溶着により一体化されて、前記主ハウジングが構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である（請求項１）。なおカッコ内の英数字は、後述の実施の形態における対応構成要素等を示す。

本発明によれば、主ハウジングを構成するセンサハウジングとギヤハウジングとをレーザ溶着によって一体化することでボルトによる締結を廃している。そのため、ボルト締結時の締め付けトルクによってハウジングに割れや亀裂が生じるのを防止するためのリングを、インサート成形等によって一体に形成する必要がなくなり、前記両ハウジングを簡易かつ生産性良く製造できると共に、両ハウジングを接合して構成される主ハウジングをより一層軽量化することができる。

なお樹脂同士の接合方法としては、レーザ溶着の他にも、例えば部分的に当接させた樹脂同士を微小振動させて当接面を加熱して溶着させる超音波溶着法、振動溶着法や、接合部分を熱板で挟んで加熱、溶着させる熱板溶着法等もあるが、前者の方法では、ギヤやセンサ等を組み込んだハウジングを溶着する際に、振動によってこれらの部材が破損するおそれがある。

一方、後者の方法は、前記部材を組み込んだハウジングを溶着するに、その熱によってこれらの部材が破損するおそれがある。またいずれの方法でも溶着部分にバリが発生しやすく、それを除去する工程が必要になるという問題もある。
これに対しレーザ溶着では、接合部分に局部的にレーザを照射して溶着させるため発熱量が小さい上、振動も生じないため、前記部材を組み込んだハウジングを溶着する際に、これらの部材が破損するおそれがない。また溶着部分にバリが生じないため、それを除去する工程も不要である。

センサハウジングとギヤハウジングとをレーザ溶着によってできるだけ強固に溶着させることを考慮すると、前記両ハウジングを同じまたは相溶性を有する同系の樹脂によって形成するのが好ましい。また樹脂材料としては、耐熱性、耐油性、耐候性等に優れると共に、射出成形等による成形性に優れ、しかも基本的にはレーザエネルギ透過性を有することが求められ、かかる条件を満足する樹脂としてはポリアミド樹脂が好ましい。そして、基本的にレーザエネルギ透過性を有するポリアミド樹脂からなるいずれか一方のハウジングにレーザエネルギ吸収性を付与するためには、前記ポリアミド樹脂に、レーザエネルギを吸収して発熱するカーボン粉末を配合すればよい（請求項２）。

センサハウジングとギヤハウジングとを、レーザの照射によって効率よく、かつ強固に溶着させることを考慮すると、前記両ハウジングのうち、レーザエネルギ透過性を有する樹脂材料からなるハウジングの、レーザ入射面から接合面までの距離は２ｍｍ以上、７ｍｍ以下であるのが好ましい（請求項３）。

以下には、図面を参照してこの発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の、一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置としてのコラム型ＥＰＳの概略断面図である。また、図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。図１を参照して、この例の電動パワーステアリング装置においては、ステアリングホイール１を取り付けている入力軸としての第１の操舵軸２と、ラックアンドピニオン機構等の舵取機構（図示せず）に連結されている、出力軸としての第２の操舵軸３とが、トーションバー４を介して、同軸的に連結されている。

第１および第２の操舵軸２、３を支持する主ハウジング５は、車体（図示せず）に取り付けられている。主ハウジング５は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング６と、ギヤハウジング７とによって構成されている。具体的には、ギヤハウジング７は、筒状をなし、その上端の環状縁部７ａが、センサハウジング６の下端外周の環状段部６ａに嵌め合わされている。ギヤハウジング７には、減速機構としてのウォームギヤ機構８が収容され、センサハウジング６には、操舵状態検出センサとしてのトルクセンサ９、制御基板１０等が収容されている。ギヤハウジング７にウォームギヤ機構８を収容することで、減速機５０が構成されている。

ウォームギヤ機構８は、第２の操舵軸３の軸方向中間部に、一体回転可能で、かつ、軸方向移動が規制されたウォームホイール１２と、このウォームホイール１２と噛み合わされていると共に、電動モータＭの回転軸３２に、スプライン継手３３を介して連結されているウォーム軸１１（図２参照）とを備えている。このうち、ウォームホイール１２は、第２の操舵軸３に、一体回転可能に結合された、環状の芯金１２ａと、芯金１２ａの周囲を取り囲んで外周面部に歯が形成された、合成樹脂部材１２ｂとを備えている。芯金１２ａは、例えば、合成樹脂部材１２ｂの樹脂成形時に、金型内にインサートされる。そして、このインサートした状態での樹脂成形によって、芯金１２ａと合成樹脂部材１２ｂとが結合、一体化されている。第２の操舵軸３は、ウォームホイール１２を軸方向の上下に挟んで配置される、第１および第２の転がり軸受１３、１４によって、回転自在に支持されている。

第１の転がり軸受１３の外輪１５は、センサハウジング６の下端の筒状突起６ｂ内に設けられた軸受保持孔１６に嵌め入れられて、保持されている。また、外輪１５は、その上端面が、環状の段部１７に当接されることで、センサハウジング６に対する軸方向上方への移動が規制されている。一方、第１の転がり軸受１３の内輪１８は、第２の操舵軸３に、締まり嵌めによって嵌め合わされている。また、内輪１８の下端面は、ウォームホイール１２の芯金１２ａの上端面に当接されている。

第２の転がり軸受１４の外輪１９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔２０に嵌め入れられて、保持されている。また外輪１９は、その下端面が、環状の段部２１に当接されることで、ギヤハウジング７に対する、軸方向下方への移動が規制されている。一方、第２の転がり軸受１４の内輪２２は、第２の操舵軸３に、一体回転可能で、かつ、軸方向の相対移動が規制された状態で、取り付けられている。また、内輪２２は、第２の操舵軸３の段部２３と、第２の操舵軸３のねじ部に締め込まれるナット２４との間に挟持されている。

トーションバー４は、第１および第２の操舵軸２、３を貫通している。トーションバー４の上端４ａは、連結ピン２５により、第１の操舵軸２と一体回転可能に連結され、下端４ｂは、連結ピン２６により、第２の操舵軸３と一体回転可能に連結されている。第２の操舵軸３の下端は、図示しない中間軸を介して、先に説明したように、ラックアンドピニオン機構等の舵取機構に連結されている。連結ピン２５は、第１の操舵軸２と同軸に配置される第３の操舵軸２７を、第１の操舵軸２と一体回転可能に連結している。第３の操舵軸２７は、ステアリングコラムを構成するチューブ２８内を貫通している。

第１の操舵軸２の上部は、例えば、針状ころ軸受からなる第３の転がり軸受２９を介して、センサハウジング６に回転自在に支持されている。第１の操舵軸２の下部の縮径部３０と、第２の操舵軸３の上部の孔３１とは、第１および第２の操舵軸２、３の相対回転を、所定の範囲に規制するように、回転方向に所定の遊びを設けて、嵌め合わされている。
図２を参照して、ウォーム軸１１は、ギヤハウジング７によって保持される第４および第５の転がり軸受３４、３５によって回転自在に支持されている。第４および第５の転がり軸受３４、３５の内輪３６、３７は、ウォーム軸１１の、対応するくびれ部に嵌合されている。外輪３８、３９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔４０、４１に、それぞれ保持されている。ギヤハウジング７は、ウォーム軸１１の周面の一部に対して、径方向に対向する部分７ｂを含んでいる。

ウォーム軸１１の一端部１１ａを支持する第４の転がり軸受３４の外輪３８は、ギヤハウジング７の段部４２に当接して位置決めされている。一方、内輪３６は、ウォーム軸１１の位置決め段部４３に当接されることによって、他端部１１ｂ側への移動が規制されている。また、ウォーム軸１１の、他端部１１ｂ（継手側端部）の近傍を支持する第５の転がり軸受３５の内輪３７は、ウォーム軸１１の位置決め段部４４に当接されることによって、一端部１１ａ側への移動が規制されている。

外輪３９は、予圧調整用のねじ部材４５によって、第４の転がり軸受３４側へ付勢されている。ねじ部材４５は、ギヤハウジング７に形成されるねじ孔４６にねじ込まれることで、一対の転がり軸受３４、３５に予圧を付与すると共に、ウォーム軸１１を、軸方向に位置決めしている。４７は、予圧調整後のねじ部材４５を止定するため、当該ねじ部材４５に係合されるロックナットである。

先に説明したように主ハウジング５を構成するセンサハウジング６とギヤハウジング７のうち一方はレーザエネルギ吸収性を有する樹脂材料、他方はレーザエネルギ透過性を有する樹脂材料によって形成される。そして前記両ハウジング６、７が、後者のレーザエネルギ透過性を有する樹脂材料からなるハウジングを透過させて、前者のレーザエネルギ吸収性を有する樹脂材料からなるハウジングとの接合面にレーザを照射して前記接合面の近傍を加熱して溶着させるレーザ溶着により一体化されることで前記主ハウジング５が構成される。

図３は、両ハウジング６、７の嵌め合わせおよび接合部分を拡大した断面図である。本発明では、前記どちらのハウジングをどちらの樹脂材料によって形成してもよい。ただし図の例では、先に説明した嵌め合わせ部分において上側に位置するセンサハウジング６をレーザエネルギ透過性を有する樹脂材料、下側に位置するギヤハウジング７をレーザエネルギ吸収性を有する樹脂材料によって形成し、環状縁部７ａの上端面と環状段部６ａの外側の鍔部６ｂの下面との当接面を接合面Ａとして、センサハウジング６の上側からレーザＬを照射して溶着させるのが好ましい。

両ハウジング６、７は、レーザ溶着によってできるだけ強固に溶着させることを考慮すると、同じまたは相溶性を有する同系の樹脂によって形成するのが好ましい。かかる樹脂としては耐熱性、耐油性、耐候性等に優れると共に、射出成形等による成形性に優れ、しかも基本的にはレーザエネルギ透過性を有するポリアミド６、ポリアミド６６、芳香族ポリアミド等のポリアミド樹脂が挙げられる。

基本的にレーザエネルギ透過性を有するポリアミド樹脂からなるギヤハウジング７にレーザエネルギ吸収性を付与するためには、前記ポリアミド樹脂に、レーザエネルギを吸収して発熱するカーボン粉末を配合すればよい。カーボン粉末の配合割合は、ポリアミド樹脂、カーボン粉末および後述する強化繊維等を配合してなる樹脂材料の総量中の０．１質量％以上、３質量％以下であるのが好ましい。

カーボン粉末の配合割合が前記範囲未満では、前記カーボン粉末を配合したことによるギヤハウジング７にレーザエネルギ吸収性を付与する効果が不十分になるおそれがある。また、前記少量のカーボン粉末は、樹脂材料中に均一に分散させるのが容易でないという問題もある。一方、前記範囲を超える場合には、相対的にポリアミド樹脂の割合が少なくなるため、樹脂材料が脆くなって、十分な強度や剛性を有するギヤハウジング７を形成できないおそれがある。

両ハウジング６、７を形成する樹脂材料には、それぞれ補強のために、例えばガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等の強化繊維を含有させることができる。ただしセンサハウジング６においては、強化繊維の配合割合を、レーザエネルギの透過をできるだけ妨げない範囲とするのが好ましい。
例えば樹脂としてポリアミド樹脂、強化繊維としてガラス繊維を用い、レーザとして波長９４０ｎｍの半導体レーザを用いる場合、ガラス繊維の配合割合が５０質量％以下であるとき、レーザの透過率を４０％以上とすることができる。

そのためギヤハウジング７を形成する樹脂材料においては、主にその強度や剛性等を考慮してガラス繊維の配合割合を任意の範囲に設定するのに対し、センサハウジング６を形成する樹脂材料においては、前記透過率と、センサハウジング６の強度や剛性等とを併せ考慮して、ガラス繊維の配合割合を樹脂材料の総量中の５０質量％以下、特に１５質量％以上、４０質量％以下の範囲に設定するのが好ましい。

図３を参照して、センサハウジング６のうち鍔部６ｂの上面であるレーザ入射面６ｃから接合面Ａまでの距離Ｄは２ｍｍ以上、７ｍｍ以下、特に４ｍｍ以上、５ｍｍ以下であるのが好ましい。距離Ｄが前記範囲未満では、鍔部６ｂの強度が不足してセンサハウジング６が破損しやすくなるおそれがあり、前記範囲を超える場合には、レーザ入射面６ｃから入射して接合面Ａに達するまでの間におけるレーザエネルギの損失が多くなって、両ハウジング６、７をロスなく速やかに、そして確実に溶着できないおそれがある。

レーザ溶着に際しては、センサハウジング６とギヤハウジング７とを上下方向からクランプする等して圧接させて、圧接面Ａにおける隙間が０．１ｍｍ以下になるようにするのが、両ハウジング６、７をロスなく速やかに、そして確実に溶着させるために好ましい。
本発明の電動パワーステアリング装置は以上で説明した図の例のものには限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。

本発明の、一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置としてのコラム型ＥＰＳの概略断面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１のうち両ハウジングの嵌め合わせおよび接合部分を拡大した断面図である。

符号の説明

Ａ：接合面、Ｌ：レーザ、Ｍ：電動モータ、５：主ハウジング、６：センサハウジング、７：ギヤハウジング、９：操舵状態検出センサ、５０：減速機

Claims (3)

1. 操舵力を得るための電動モータと、操舵状態を検出するための操舵状態検出センサと、電動モータの出力を減速して舵取装置に伝える減速機と、前記操舵状態検出センサおよび減速機を収容する主ハウジングとを含み、前記主ハウジングが、操舵状態検出センサを収容するセンサハウジングと、減速機を収容するギヤハウジングとに分割して形成されていると共に、前記両ハウジングのうちの一方がレーザエネルギ吸収性を有する樹脂材料、他方がレーザエネルギ透過性を有する樹脂材料によって形成され、両ハウジングが、レーザエネルギ透過性を有する樹脂材料からなるハウジングを透過させて、レーザエネルギ吸収性を有する樹脂材料からなるハウジングとの接合面にレーザを照射して前記接合面の近傍を加熱して溶着させるレーザ溶着により一体化されて、前記主ハウジングが構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. センサハウジングおよびギヤハウジングが共にレーザエネルギ透過性を有するポリアミド樹脂によって形成されていると共に、前記両ハウジングのうちの一方を形成するポリアミド樹脂にカーボン粉末が配合されてレーザエネルギ吸収性が付与されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. センサハウジングおよびギヤハウジングのうち、レーザエネルギ透過性を有する樹脂材料からなるハウジングの、レーザ入射面から接合面までの距離が２ｍｍ以上、７ｍｍ以下である請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。

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