JP3664670B2

JP3664670B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3664670B2
Application number: JP2001203794A
Authority: JP
Inventors: 貴則黒川; 大和新井
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2021-07-04
Also published as: JP2002156025A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、ウォーム、ベベルギヤ、またはハイポイドギヤにより構成される駆動ギヤと、この駆動ギヤに噛み合うウォームホイール、ベベルギヤ、またはハイポイドギヤにより構成される従動ギヤを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽自動車や小型自動車においては、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を駆動ギヤと従動ギヤを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置が用いられ、その従動ギヤを合成樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、環境問題に対処するために車両の低燃費化が要望されていることから、大型自動車に用いられる電動パワーステアリング装置においても、その従動ギヤを合成樹脂材製とすることが要望されている。そのためには、その電動アクチュエータを軽自動車に比べて高出力化する必要があるため、その電動アクチュエータの回転を減速する従動ギヤの歯元強度を向上する必要がある。さらには、その従動ギヤの疲労強度、バックラッシ増加特性を向上すること望まれる。そのバックラッシ増加特性は、駆動ギヤと従動ギヤをかみあわせた状態で規定の負荷で回転させ、規定の回転数を終えた後のバックラッシ増加量のことで、そのバックラッシが過大になると歯打ち音が大きくなるという問題がある。
【０００４】
しかし、従来の合成樹脂材製従動ギヤは、電動アクチュエータの高出力化に耐え得る十分な歯元強度がなく、疲労強度、バックラッシ増加特性も十分なものではなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本件第１発明は、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、ウォームと、このウォームに噛み合うウォームホイールとを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置において、そのウォームホイールは合成樹脂材により成形され、その成形されたウォームホイールの蟻酸法による相対粘度は１００以上、３００以下とされていることを特徴とする。
本件第１発明の構成によれば、電動アクチュエータの回転を伝達するウォームホイールを合成樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化を図ることができ、且つ、その合成樹脂材により成形されたウォームホイールの蟻酸法による相対粘度を１００以上とすることでウォームホイールの歯元強度を向上でき、その相対粘度を３００以下とすることで成形性を確保できる。
本件第１発明は以下の知見に基づくものである。
金属材製ギヤに適用される一般的な理論計算式によれば、ギヤの歯元強度はギヤ材料の引っ張り強度、曲げ強度に相関する。しかし、合成樹脂材製ウォームホイールの場合、歯元強度は材料の引っ張り強度、曲げ強度に相関しない。事実、引っ張り強度や曲げ強度を向上するために合成樹脂材に強化繊維を充填した場合、その充填量が過大になると、充填しなかった場合よりも歯元強度は低下した。これは、合成樹脂材製ウォームホイールの歯元強度は、合成樹脂材の弾性に基づく歯に作用する面圧の緩和と、合成樹脂材の強度とのバランスによって定まるためである。そして、その合成樹脂材の粘度を増加させることにより歯元強度を向上できることを新たに見出して本件第１発明をなすに至った。すなわち、合成樹脂材製ウォームホイールの相対粘度を本件第１発明では従来よりも大きな１００以上の値とすることでウォームホイールの歯元強度を増大させ、これにより疲労強度、バックラッシ増加特性も向上させた。また、本件第１発明では合成樹脂材製ウォームホイールの相対粘度を３００以下とすることで成形性を確保できる。
【０００６】
本件第１発明における前記合成樹脂材は無垢材であるのが好ましい。これにより、そのウォームホイールに噛み合うウォームの摩耗を、そのウォームを熱処理することなく防止できる。
【０００７】
本件第１発明における前記合成樹脂材に強化繊維が充填され、その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合は５重量％以上、１０重量％未満とされているのが好ましい。その強化繊維の充填により、その合成樹脂材の吸水や熱による寸法変化を防止してウォームホイールの寸法安定性を向上できる。この際、ウォームを摩耗防止のため熱処理して硬化させるのが好ましい。その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合を１０重量％未満とすることで、合成樹脂材の弾性に基づく歯に作用する面圧の緩和を確保し、ウォームホイールの歯元強度の低下を防止でき、５重量％以上とすることで、その合成樹脂材中に強化繊維を均一に分散させることができる。
【０００８】
そのウォームホイールは金属製スリーブに一体化され、そのウォームホイールは、その金属製スリーブが挿入された状態の成形型内に合成樹脂材が注入されることにより成形され、その金属製スリーブにおけるウォームホイールとの接合部に、そのウォームホイールの歯列が沿う円と同心の円に沿う歯列が形成され、そのウォームホイールを構成する合成樹脂材が、その金属製スリーブに形成された歯の間の凹部内に充填されることで、そのウォームホイールと金属製スリーブとの軸中心の相対回転変位が阻止され、そのスリーブにおける歯のモジュールはウォームホイールの歯のモジュールよりも小さくされるのが好ましい。
そのスリーブの外周における歯のモジュールが従動ギヤの歯のモジュールよりも小さくされることで、電動アクチュエータの回転力をウォームホイールの歯で受けると同時にスリーブの歯でも受けることができる。
この場合、そのウォームホイールを構成する合成樹脂材が、その金属製スリーブに形成された凹部内に充填されることで、そのウォームホイールと金属製スリーブとの相対回転変位が阻止され、その金属製スリーブにおける凹部の開口の最小幅は１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされ、その金属製スリーブにおける凹部の深さ寸法は４ｍｍ以下とされているのが好ましい。
これにより合成樹脂材製のウォームホイールと金属製スリーブとを一体化し、その金属製スリーブを介してウォームホイールを回転体の外周に圧入したりキー等を介して強固に固定することが可能になる。その凹部の開口寸法の最小幅が１ｍｍ以上とされることで、成形時における合成樹脂材の流動性を確保して凹部内に確実に合成樹脂材を充填でき、その凹部の開口寸法の最小幅と深さ寸法が４ｍｍ以下とされることで、ボイド発生を防止して強度低下を阻止できる。
【０００９】
本件第２発明は、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、ベベルギヤまたはハイポイドギヤにより構成される駆動ギヤと、そのベベルギヤに噛み合うベベルギヤまたはそのハイポイドギヤに噛み合うハイポイドギヤにより構成される従動ギヤとを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置において、その従動ギヤは合成樹脂材により成形され、その成形された従動ギヤの蟻酸法による相対粘度は１００以上、３００以下とされていることを特徴とする。
本件第２発明の構成によれば、電動アクチュエータの回転を伝達する従動ギヤを合成樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化を図ることができ、且つ、その合成樹脂材により成形された従動ギヤの蟻酸法による相対粘度を１００以上とすることで従動ギヤの歯元強度を向上でき、その相対粘度を３００以下とすることで成形性を確保できる。
本件第２発明においては、合成樹脂材製従動ギヤの相対粘度を従来よりも大きな１００以上の値とすることで従動ギヤの歯元強度を増大させ、これにより疲労強度、バックラッシ増加特性も向上させた。また、本件第２発明では合成樹脂材製従動ギヤの相対粘度を３００以下とすることで成形性を確保できる。
【００１０】
本件第２発明における前記合成樹脂材に強化繊維が充填され、その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合は５重量％以上、６０重量％以下とされているのが好ましい。
本件第２発明においては、その強化繊維の充填により合成樹脂材の吸水や熱による寸法変化を防止して従動ギヤの寸法安定性を向上でき、さらに、従動ギヤの強度低下を防止できる。その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合を５重量％以上とすることで、その合成樹脂材中に強化繊維を均一に分散させることができる。その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合を６０重量％以下とすることで成形性の確保ができる。なお、この場合は駆動ギヤを摩耗防止のため熱処理して硬化させるのが好ましい。
【００１１】
本件第２発明における従動ギヤを成形する合成樹脂材は無垢材であってもよい。これにより、その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤの摩耗を、その駆動ギヤを熱処理することなく防止できる。
【００１２】
本件第２発明における従動ギヤは金属製スリーブに一体化され、その従動ギヤは、その金属製スリーブが挿入された状態の成形型内に合成樹脂材が注入されることにより成形され、その金属製スリーブにおける従動ギヤとの接合部に、その従動ギヤの歯列が沿う円と同心の円に沿う歯列が形成され、その従動ギヤを構成する合成樹脂材が、その金属製スリーブに形成された歯の間の凹部内に充填されることで、その従動ギヤと金属製スリーブとの軸中心の相対回転変位が阻止され、そのスリーブにおける歯のモジュールは従動ギヤの歯のモジュールよりも小さくされるのが好ましい。
そのスリーブの外周における歯のモジュールが従動ギヤの歯のモジュールよりも小さくされることで、電動アクチュエータの回転力を従動ギヤの歯で受けると同時にスリーブの歯でも受けることができる。
この場合、その従動ギヤを構成する合成樹脂材が、その金属製スリーブに形成された凹部内に充填されることで、その従動ギヤと金属製スリーブとの相対回転変位が阻止され、その金属製スリーブにおける凹部の開口の最小幅は１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされ、その金属製スリーブにおける凹部の深さ寸法は４ｍｍ以下とされているのが好ましい。
これにより合成樹脂材製の従動ギヤと金属製スリーブとを一体化し、その金属製スリーブを介して従動ギヤを回転体の外周に圧入したりキー等を介して強固に固定することが可能になる。その凹部の開口寸法の最小幅が１ｍｍ以上とされることで、成形時における合成樹脂材の流動性を確保して凹部内に確実に合成樹脂材を充填でき、その凹部の開口寸法の最小幅と深さ寸法が４ｍｍ以下とされることで、ボイド発生を防止して強度低下を阻止できる。
さらに、その従動ギヤの歯底と金属製スリーブの歯頂との距離が２ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされているのが好ましい。その従動ギヤの歯底と金属製スリーブの歯頂との距離が２ｍｍ以上とされることで、従動ギヤの強度と耐久寿命を確保でき、その距離が４ｍｍ以下とされることでボイド発生を防止して強度低下を阻止できる。
【００１３】
本件各発明におけるウォームホイールおよび従動ギヤは合成樹脂材から射出成形されるのが好ましい。射出成形することで成形コストを低減できる。その射出成形のための成形型のゲートはフィルムゲートとされるのが好ましい。これにより、その成形型のキャビティ内に射出される合成樹脂材の相対粘度が大きくても、そのキャビティ内に合成樹脂材を均一に充填して成形性の低下を防止できる。
【００１４】
本件各発明におけるウォームホイールおよび従動ギヤを整形する合成樹脂材はナイロン系合成樹脂材であるのが好ましい。
高粘度ナイロンにおいては、材料自身の引っ張り強度や曲げ強度等の初期強度は、通常粘度の合成樹脂材とかわりないが、高粘度ナイロン製ウォームホイールおよび従動ギヤでは歯元強度が高くなり、粘度が高くなっても吸水や熱劣化に関する性能が低下することはない。また、ナイロン系合成樹脂材は相対粘度が高くても成形性に優れると共に長寿命化を図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に示す第１実施形態の車両用電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオン４に噛み合うラック５を移動させる。そのラック５の動きがタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介して車輪６に伝達されることで舵角が変化する。
【００１６】
そのステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、その検出された操舵トルクに応じ駆動されるモータ（電動アクチュエータ）８と、そのモータ８により駆動される駆動シャフト５０の外周に設けられる金属製ウォーム９と、そのウォーム９に噛み合うと共にステアリングシャフト３に取り付けられるウォームホイール１０とが設けられている。そのモータ８の回転をウォーム９およびウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３から車輪６に伝達することで操舵補助力を付与できる。図２に示すように、ハウジング２１に取り付けられるモータ８により駆動される駆動シャフト５０は、そのハウジング２１により軸受６２、６３を介して支持される。
【００１７】
そのステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連結される第１シャフト３ａと、この第１シャフト３ａにピン２２により連結される筒状の第２シャフト３ｂと、この第２シャフト３ｂの外周にブッシュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の第３シャフト３ｃとに分割されている。各シャフト３ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿って弾性部材としてトーションバー２３が挿入されている。そのトーションバー２３の一端は第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとに前記ピン２２により連結され、他端はピン２４により第３シャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている。
【００１８】
その第２シャフト３ｂは、そのハウジング２１に圧入されたステアリングコラム３０によりブッシュ３１を介して支持される。その第３シャフト３ｃは、ハウジング２１により軸受２６、２７を介して支持される。その第３シャフト３ｃの外周に嵌め合わされる金属製スリーブ１１の外周に、上記ウォームホイール１０が一体化されている。そのスリーブ１１は第３シャフト３ｃに、圧入されたり、キー等を介して強固に固定される。なお、過大なトルクが作用した場合にウォームホイール１０とステアリングシャフト３とが相対回転するように、トルクリミッター機構がスリーブ１１と第３シャフト３ｃとの間に設けられてもよい。
【００１９】
そのトルクセンサ７は、第２シャフト３ｂに固定される磁性材製の第１検出リング３６と、第３シャフト３ｃに固定される磁性材製の第２検出リング３７と、両検出リング３６、３７の対向間を覆う検出コイル３３とを有する。第１検出リング３６の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３６ａと、第２検出リング３７の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３７ａとの対向面積が、第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃの操舵トルクに応じた弾性的な相対回転に応じて変化し、その変化に対応して検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その検出コイル３３の出力に基づき操舵トルクが検出できる。このトルクセンサ７は公知の構成のものを用いることができる。その検出された操舵トルクに対応した信号に応じて上記モータ８が駆動され、このモータ８の回転はウォーム９、ウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３に伝達される。
【００２０】
そのモータ８の回転の減速ギヤであるウォームホイール１０は合成樹脂材製とされ、射出成形工程を経て成形されている。その成形されたウォームホイール１０の相対粘度（ＶＲ）は蟻酸法により測定した値が１００以上、３００以下とされている。その合成樹脂材は、本実施形態では例えばＰＡ（ポリアミド）６、ＰＡ６６、ＰＡ４６、ＰＡ１２、ＰＡ１１、ＰＰＡ（ポリパラバン酸）、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ６・６Ｔのような高粘度のナイロン系合成樹脂材とされ、他の材料は何も充填されていない無垢材とされている。
【００２１】
そのウォームホイール１０の相対粘度が大きくなると、原料となる合成樹脂製ペレットの粘度も大きくなる。そうすると、そのペレットを溶融した溶液の粘度が大きくなるので、その溶液を成形型のキャビティ内に射出してウォームホイール１０を成形する際の成形性が低下する。そのため本実施形態では、図３に示すように、ウォームホイール１０の成形型９０のゲート９０ａはフィルムゲートとされている。これにより、その相対粘度が大きくても、キャビティ９０ｂ内に材料を均一に充填できるようにしている。なお、材料をキャビティ９０ｂ内に均一に充填するためにゲート９０ａの肉厚ｔは２．５ｍｍ以上とするのが好ましく、ランナー９０ｃの長さＬは短い程に好ましいが金型剛性を確保する必要があることから４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とするのが好ましく、そのランナー９０ｃの入口径Ｄ１は材料の流動抵抗低減のために４ｍｍ以上とすると共に材料射出ノズルの径（通常３ｍｍ）との段差による抵抗低減のために６ｍｍ以下とするのが好ましく、そのランナー９０ｃの出口径Ｄ２は材料の流動抵抗低減のために１３ｍｍ以上として最大径はゲート９０ａの直径に等しくしてもよい。
【００２２】
その射出成形に際して、上記スリーブ１１が挿入された状態の成形型９０内に合成樹脂材が注入されることでウォームホイール１０は成形され、その成形後にゲート９０ａやランナー９０ｃに充填された材料の除去やウォームホイール１０の歯の仕上げ等を機械加工により行っている。そのスリーブ１１におけるウォームホイール１０との接合部である外周に、そのウォームホイール１０の歯列が沿う円と同心の円に沿う歯列が形成されている。そのスリーブ１１における各歯の間の凹部１１ａ内にウォームホイール１０を構成する合成樹脂材が充填されることで、そのウォームホイール１０とスリーブ１１との軸中心の相対回転変位と径方向相対変位とが阻止される。また、そのウォームホイール１０がスリーブ１１の両端面を抱き込むように成形されることで、ウォームホイール１０とスリーブ１１との軸方向相対変位が阻止される。そのスリーブ１１の凹部１１ａの開口における最小幅、すなわちスリーブ１１の外周における各歯の隣接する歯との歯頂での周方向相対距離は、１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされ、また、その凹部１１ａの深さ寸法は４ｍｍ以下とされている。その凹部１１ａの開口の最小幅が１ｍｍ以上とされることで、成形時における合成樹脂材の流動性を確保して凹部１１ａ内に確実に合成樹脂材を充填でき、その凹部１１ａの開口の最小幅と深さ寸法が４ｍｍ以下とされることで、ボイド発生を防止して強度低下を阻止できる。なお、その凹部１１ａの形状は特に限定されず、例えば軸方向視で半径０．５ｍｍ以上の半円形内面を有するものや、スリーブ１１の外周における歯がインボリュート歯形を有するスパーギヤ状とされるものや、ピッチ１ｍｍ以上のローレット状とすることができる。さらに、そのスリーブ１１の外周における歯のモジュールはウォームホイール１０の歯のモジュールよりも小さくされるのが好ましく、これにより、モータ８の回転力をウォームホイール１０の歯で受けると同時にスリーブ１１の歯でも受けることができる。
【００２３】
上記第１実施形態の構成によれば、モータ８の回転を伝達するウォームホイール１０を合成樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化を図ることができ、且つ、そのウォームホイールの相対粘度を１００以上とすることでウォームホイールの歯元強度、疲労強度、バックラッシ増加特性を向上でき、その相対粘度を３００以下とすることで成形性を確保できる。また、高粘度ナイロン製のウォームホイールは歯元強度が高く、粘度が高くなっても吸水や熱劣化に関する性能が低下することはない。そのウォームホイール１０を合成樹脂材から射出成形することで成形コストを低減できる。その合成樹脂材は無垢材であるので、ウォーム９を熱処理することなくウォーム９の摩耗を防止できる。
【００２４】
図４に示す第２実施形態の車両用電動パワーステアリング装置１０１は、ステアリングホイール１０２の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト１０３によりピニオン１０４に伝達することで、そのピニオン１０４に噛み合うラック１０５を移動させる。そのラック１０５の動きがタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介して車輪（図示省略）に伝達されることで舵角が変化する。
【００２５】
そのステアリングシャフト１０３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサが、そのラック１０５を覆うラックハウジング１２１に一体化されたセンサハウジング１２２に内蔵されている。そのトルクセンサは上記第１実施形態と同様の公知の構成のものを用いることができる。その検出された操舵トルクに対応した信号に応じて駆動されるモータ（電動アクチュエータ）１０８が、ラックハウジング１２１に取り付けられたモータホルダ１２３に取り付けられている。
【００２６】
そのモータ１０８の回転をラック１０５に伝達する回転伝達機構１５０が設けられている。その回転伝達機構１５０は、そのモータ１０８により駆動されると共にモータホルダ１２３によりベアリング１２４を介して支持される駆動シャフト１５１と、その駆動シャフト１５１に一体化される金属製駆動側ベベルギヤ（駆動ギヤ）１５２と、その駆動側ベベルギヤ１５２に噛み合う従動側ベベルギヤ（従動ギヤ）１５３と、その従動側ベベルギヤ１５３に金属製スリーブ１５４を介して同行回転可能に挿入されると共にラックハウジング１２１によりベアリング１５５を介して支持されているボールナット１５６と、そのボールナット１５６に噛み合うようにラック１０５の外周に一体的に設けられているボールスクリュー１５７とを有する。これにより、そのモータ１０８の回転を駆動側ベベルギヤ１５２および従動側ベベルギヤ１５３を介してボールナット１５６に伝達し、このボールナット１５６の回転をボールスクリュー１５７によりラック１０５の軸方向変位に変換し、車輪に伝達することで操舵補助力を付与できる。そのスリーブ１５４はボールナット１５６に、圧入されたり、キー等を介して強固に固定される。
【００２７】
そのモータ１０８の回転の減速ギヤである従動側ベベルギヤ１５３は合成樹脂材製とされ、射出成形工程を経て成形されている。その成形された従動側ベベルギヤ１５３の蟻酸法による相対粘度（ＶＲ）は、１００以上、３００以下とされている。その合成樹脂材は、本実施形態では例えばＰＡ（ポリアミド）６、ＰＡ６６、ＰＡ４６、ＰＡ１２、ＰＡ１１、ＰＰＡ（ポリパラバン酸）、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ６・６Ｔのような高粘度のナイロン系合成樹脂材とされる。
【００２８】
その従動側ベベルギヤ１５３を構成する合成樹脂材に強化繊維が充填されている。その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合は５重量％以上、６０重量％以下とされる。その強化繊維として本実施形態ではガラス繊維が充填される。なお、その強化繊維はガラス繊維に限定されず、例えばカーボン繊維、チタン酸カリウムウィスカーやアラミド繊維等を充填してもよい。
【００２９】
その射出成形に際して、図５に示すように、上記スリーブ１５４が挿入された状態の成形型１９０内に合成樹脂材が注入されることで、従動側ベベルギヤ１５３が成形されると共にスリーブ１５４に一体化される。その成形後にゲート１９０ａやランナー１９０ｃに充填された材料の除去や従動側ベベルギヤ１５３の歯の仕上げ等を機械加工により行っている。
【００３０】
図６の（１）、（２）に示すように、そのスリーブ１５４は、円筒状の周壁１５４ａを有し、この周壁１５４ａの一端側が従動側ベベルギヤ１５３の中心孔に挿入状態となる。その周壁１５４ａの他端から径方向外方に突出する張出部１５４ｂと、この張出部１５４ｂの外周側から周壁１５４ａの一端側に向かい突出する環状突出部１５４ｃとを有する。その環状突出部１５４ｃは従動側ベベルギヤ１５３との接合部とされ、ここに複数の歯１５４ｄにより構成される歯列が、従動側ベベルギヤ１５３の歯１５３ａにより構成される歯列が沿う円と同心の円に沿うように形成されている。そのスリーブ１５４における各歯１５４ｄの間の凹部１５４ｅ内に従動側ベベルギヤ１５３を構成する合成樹脂材が充填されることで、その従動側ベベルギヤ１５３とスリーブ１５４との軸中心の相対回転変位が阻止される。また、その周壁１５４ａの外周と環状突出部１５４ｃの内周との間が円環状凹部１５４ｆとされ、その円環状凹部１５４ｆに従動側ベベルギヤ１５３を構成する合成樹脂材が充填されることで、従動側ベベルギヤ１５３とスリーブ１５４との径方向相対変位が阻止される。その環状突出部１５４ｃの外端部１５４ｃ′は張出部１５４ｂよりも径方向外方に突出するものとされている。その外端部１５４ｃ′を抱き込むように従動側ベベルギヤ１５３が成形されることで、従動側ベベルギヤ１５３とスリーブ１５４との軸方向相対変位が阻止される。
【００３１】
そのスリーブ１５４の各歯１５４ｄの間における凹部１５４ｅの開口の最小幅Ｗ１、すなわちスリーブ１５４の外周の各歯１５４ｄの隣接する歯との歯頂での周方向距離は、１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされ、また、その凹部１５４ｅの深さ寸法Ｗ２は４ｍｍ以下とされている。なお、その凹部１５４ｅの形状は特に限定されず、例えば軸方向視で半径０．５ｍｍ以上の半円形内面を有するものや、歯１５４ｄが従動側ベベルギヤ１５３と同様の歯形を有するものや、ピッチ１ｍｍ以上のローレット状とすることができる。さらに、そのスリーブ１５４の外周における歯１５４ｄのモジュールは従動側ベベルギヤ１５３の歯のモジュールよりも小さくされ、これにより、モータ１０８の回転力を従動側ベベルギヤ１５３の歯で受けると同時にスリーブ１５４の歯１５４ｄでも受けることができる。
そのスリーブ１５４の円環状凹部１５４ｆの開口の最小幅Ｗ３、すなわち周壁１５４ａの外周と環状突出部１５４ｃの内周との距離は、１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされる。
その円環状凹部１５４ｆの深さ寸法Ｗ４は１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされる。
その張出部１５４ｂの外周と環状突出部１５４ｃの外端部１５４ｃ′の外周との距離Ｗ５は１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされる。その張出部１５４ｂの外周の軸方向距離Ｗ６は１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされる。その環状突出部１５４ｃの外端部１５４ｃ′における軸を含む断面の外周は半円に沿うものとされ、その半円の直径Ｗ７は１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされる。
上記寸法Ｗ１、Ｗ３〜Ｗ７が１ｍｍ以上とされることで、成形時における合成樹脂材の流動性を確保して確実に合成樹脂材を充填できる。また、上記寸法Ｗ１〜Ｗ７が４ｍｍ以下とされることで、ボイド発生を防止して強度低下を阻止できる。
その従動側ベベルギヤ１５３の歯底とスリーブ１５４の歯頂との距離Ｗ８は２ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされている。その距離Ｗ８が２ｍｍ以上とされることで、従動側ベベルギヤ１５３の強度と耐久寿命を確保でき、４ｍｍ以下とされることでボイド発生を防止して強度低下を阻止できる。
【００３２】
上記第２実施形態の構成によれば、モータ１０８の回転を伝達する従動側ベベルギヤ１５３を合成樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化を図ることができる。その合成樹脂材製従動側ベベルギヤ１５３の相対粘度を従来よりも大きな１００以上の値とすることで歯元強度を増大させ、これにより疲労強度、バックラッシ増加特性も向上させることができる。また、その合成樹脂材製従動ベベルギヤ１５３の相対粘度を３００以下とすることで成形性を確保できる。その合成樹脂材に強化繊維を充填することで従動側ベベルギヤ１５３の強度低下を防止でき、合成樹脂材の吸水や熱による寸法変化を防止して寸法安定性を向上できる。その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合を５重量％以上とすることで、その合成樹脂材中に強化繊維を均一に分散させることができる。その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合を６０重量％以下とすることで、過剰な添加による不具合がなく、成形性の確保ができる。その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合は、１０重量％以上、３０重量％以下とするのがより好ましい。また、高粘度ナイロン製のウォームホイールは歯元強度が高く、粘度が高くなっても吸水や熱劣化に関する性能が低下することはない。その従動側ベベルギヤ１５３を合成樹脂材から射出成形することで成形コストを低減できる。なお、その駆動側ベベルギヤ１５２の歯は摩耗を防止する上では熱処理して硬化させるのが好ましい。
【００３３】
本発明は上記各実施形態に限定されない。例えば、第１実施形態におけるウォームホイールの材料である合成樹脂材に強化繊維を５重量％以上、１０重量％未満充填してもよく、強化繊維の充填により、その合成樹脂材の吸水や熱による寸法変化を防止して寸法安定性を向上できる。その強化繊維としては、そのウォームホイールに噛み合うウォームの摩耗を防止する上ではチタン酸カリウムウィスカーやアラミド繊維等とするのが好ましい。また、上記第２実施形態における従動ギヤを構成する合成樹脂材を無垢材としてもよい。その第２実施形態においてベベルギヤに代えてハイポイドギヤを駆動ギヤおよび従動ギヤとして用いてもよい。また、本件第１発明におけるウォームホイール、第２発明における従動ギヤの材料として、ナイロン系以外のＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の熱可塑性合成樹脂材を用いてもよい。
【００３４】
【実施例１】
上記第１実施形態のウォームホイールの歯元強度試験と疲労強度試験と耐久試験とを行った。そのウォームホイールをＰＡ６６の無垢材から射出成形し、蟻酸法による相対粘度を５０、９０としたものを比較例ａ、ｂとし、１４０、１８０、２００としたものを実施例ｃ、ｄ、ｅとした。
その歯元強度試験は、ウォームホイールをロックした状態でウォームにトルクを付加し、そのウォームホイールの歯が破損した時のウォームに付加したトルクをウォームホイールの歯元強度として測定した。
その疲労強度試験は、車輪側から一定の負荷を作用させた状態で、ステアリングホイールを一定回転角度で往復回転させ、そのウォームホイールの歯が破損した時の往復回転数を測定した。
その耐久試験は、車輪側から一定の負荷を作用させた状態で、ステアリングホイールを一定回転角度で一定回数だけ往復回転させ、ウォームホイールの歯の摩耗量に対応する値としてウォームホイールの歯とウォームの歯との間のバックラッシ量を測定した。
以下の表１に各試験結果を示す。なお、各測定値は比較例ａの値を１として、その比較例ａの値に対する比率で表している。
【００３５】
【表１】

【００３６】
上記実施例１から本件第１発明によれば合成樹脂製ウォームホイールの強度向上、長寿命化、バックラッシ増加特性の向上を図れることを確認できる。
【００３７】
【実施例２】
上記第２実施形態の従動側ベベルギヤの歯元強度試験を行った。その従動側ベベルギヤを蟻酸法による相対粘度が１８０のＰＡ６６の無垢材から射出成形したものを実施例、蟻酸法による相対粘度が６０のＰＡ６６の無垢材から射出成形したものを比較例とした。その歯元強度試験は、従動側ベベルギヤをロックした状態で駆動側ベベルギヤにトルクを付加し、その従動側ベベルギヤの歯が破損した時の駆動側ベベルギヤに付加したトルクを従動側ベベルギヤの歯元強度として測定した。その結果、比較例のトルクは３５Ｎ・ｍであり、実施例のトルクは５１Ｎ・ｍであった。
上記実施例２から本件第２発明によれば合成樹脂製駆動側ベベルギヤの強度向上を図れることを確認できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を伝達する合成樹脂製のウォームホイール、ベベルギヤ、ハイポイドギヤの強度を向上し、その電動アクチュエータの高出力化を可能にし、その従動ギヤを小径化して省スペース化を図ることができ、さらに吸水や熱劣化に関する性能の低下を防止して長寿命化を図ることができる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】本発明の第１実施形態のウォームホイールの成形型の構成説明図
【図４】本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図
【図５】本発明の第２実施形態の従動側ベベルギヤの成形型の構成説明図
【図６】本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置における（１）は従動側ベベルギヤとスリーブの断面図、（２）はスリーブの部分平面図
【符号の説明】
６車輪
８、１０８モータ
９ウォーム
１０ウォームホイール
１１スリーブ
１５２駆動側ベベルギヤ
１５３従動側ベベルギヤ
１５４スリーブ

Claims

操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、ウォームと、このウォームに噛み合うウォームホイールとを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置において、
そのウォームホイールは合成樹脂材により射出成形され、
その成形されたウォームホイールの蟻酸法による相対粘度は１００以上、３００以下とされ、
そのウォームホイールは金属製スリーブに一体化され、
そのウォームホイールは、その金属製スリーブが挿入された状態の成形型内に合成樹脂材が注入されることにより成形され、
その金属製スリーブにおけるウォームホイールとの接合部に、そのウォームホイールの歯列が沿う円と同心の円に沿う歯列が形成され、
そのウォームホイールを構成する合成樹脂材が、その金属製スリーブに形成された歯の間の凹部内に充填されることで、そのウォームホイールと金属製スリーブとの軸中心の相対回転変位が阻止され、
そのスリーブにおける歯のモジュールはウォームホイールの歯のモジュールよりも小さく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。
前記合成樹脂材は無垢材である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記合成樹脂材に強化繊維が充填され、その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合は５重量％以上、１０重量％未満とされている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
そのウォームホイールを構成する合成樹脂材が、その金属製スリーブに形成された凹部内に充填されることで、そのウォームホイールと金属製スリーブとの相対回転変位が阻止され、
その金属製スリーブにおける凹部の開口の最小幅は１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされ、
その金属製スリーブにおける凹部の深さ寸法は４ｍｍ以下とされている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、ベベルギヤまたはハイポイドギヤにより構成される駆動ギヤと、そのベベルギヤに噛み合うベベルギヤまたはそのハイポイドギヤに噛み合うハイポイドギヤにより構成される従動ギヤとを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置において、
その従動ギヤは合成樹脂材により射出成形され、
その成形された従動ギヤの蟻酸法による相対粘度は１００以上、３００以下とされ、
その従動ギヤは金属製スリーブに一体化され、
その従動ギヤは、その金属製スリーブが挿入された状態の成形型内に合成樹脂材が注入されることにより成形され、
その金属製スリーブにおける従動ギヤとの接合部に、その従動ギヤの歯列が沿う円と同心の円に沿う歯列が形成され、
その従動ギヤを構成する合成樹脂材が、その金属製スリーブに形成された歯の間の凹部内に充填されることで、その従動ギヤと金属製スリーブとの軸中心の相対回転変位が阻止され、
そのスリーブにおける歯のモジュールは従動ギヤの歯のモジュールよりも小さく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。
前記合成樹脂材に強化繊維が充填され、その強化繊維の合成樹脂材に対する充填割合は５重量％以上、６０重量％以下とされている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
前記合成樹脂材は無垢材である請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
その従動ギヤを構成する合成樹脂材が、その金属製スリーブに形成された凹部内に充填されることで、その従動ギヤと金属製スリーブとの相対回転変位が阻止され、
その金属製スリーブにおける凹部の開口の最小幅は１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とされ、
その金属製スリーブにおける凹部の深さ寸法は４ｍｍ以下とされている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
前記合成樹脂材はナイロン系合成樹脂材である請求項１〜８の中の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。