JP3891836B2

JP3891836B2 - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3891836B2
Application number: JP2001378900A
Authority: JP
Inventors: 壮一岩佐
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2021-12-12
Also published as: JP2003184995A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも外周の歯が合成樹脂よりなる大歯車を備える電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の減速歯車機構及び電動式パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。
電動式パワーステアリング装置は、操舵輪１００に連結される入力軸１０１と、該入力軸１０１にトーションバー１０２を介して連結される出力軸１０３と、操舵輪１００を操舵することによって入力軸１０１に加わる回転トルクを前記トーションバー１０２に生じる捩れによって検出するトルクセンサ１０４と、該トルクセンサ１０４が検出した操舵トルクに基づいて駆動される操舵補助用のモータ１０５とを備え、該モータ１０５の回転を減速歯車機構１０６を介して前記出力軸１０３及び該出力軸１０３に連結される伝達手段（不図示）を介して舵取機構（不図示）に伝達するように構成されている。
【０００３】
減速歯車機構１０６は前記モータ１０５の回転に連動するウォーム１０７と、該ウォーム１０７に噛合するウォームホイール１０８とを備えている。
ウォームホイール１０８は、前記ウォーム１０７に噛合する歯を外周に有する合成樹脂製の環状部材１０９と、該環状部材１０９の内側に嵌合された金属製の芯部材１１０とを備え、該芯部材１１０が前記出力軸１０３に支持され、ウォーム１０７との噛合による騒音を小さくするようにしてある。
【０００４】
ウォーム１０７は、前記入力軸１０１及び出力軸１０３の軸芯と交叉するように配置され、一対の転がり軸受（不図示）を介してハウジング１１０内に支持されており、ウォームホイール１０８を支持した出力軸１０３は一対の転がり軸受１１１，１１２を介してハウジング１１０内に支持されている。また、このウォームホイール１０８の歯は、歯先面の近傍から歯底面の近傍に亘って等しい曲率となるように凸に湾曲する歯形になっている。
【０００５】
このように減速歯車機構が用いられた電動式パワーステアリング装置にあっては、ウォーム１０７及びウォームホイール１０８の噛合部のバックラッシュ量を少なくし、転舵時のバックラッシュによる歯打ち音をなくするため、ウォーム１０７及びウォームホイール１０８の回転中心間距離が許容範囲となるようにウォーム１０７、ウォームホイール１０８、転がり軸受１１１，１１２、ハウジング１１０等が選択され組み立てられているが、この組立てに多くの時間を要することになり、また、ウォーム１０７及びウォームホイール１０８の歯の摩耗が増大することによってバックラッシュ量が増加することになり、改善策が要望されていた。
【０００６】
そこで、特開２０００−４３７３９に記載されているようにモータ側軸部が転がり軸受を介してハウジングに回転可能に支持されたウォームのモータと反対側軸部をウォームホイールに向けて押付ける押付体を有する調整手段を設け、該調整手段を操作することにより、ウォーム及びウォームホイールの回転中心間距離を調整し、バックラッシュ量を適正にするように構成された電動式パワーステアリング装置が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上のように調整手段を設けてバックラッシュ量を適正にするように構成された電動式パワーステアリング装置にあっては、前記回転中心間距離を調整するための調整手段が歯車とは別に設けられているため、構造が複雑であり、組立て作業性も低下することになり、改善策が要望されていた。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、前記回転中心間距離を調整するための調整手段を歯車と別に設けることなく、バックラッシュ量を適正にすることができる電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動式パワーステアリング装置は、外周に歯を有する大歯車と、該大歯車に噛合する小歯車と、該小歯車に連結された操舵補助用のモータと、該モータの回転に伴う前記大歯車の回転力を舵取機構に伝達する伝達手段とを備えている電動式パワーステアリング装置において、前記大歯車は少なくとも歯が合成樹脂よりなり、前記歯の側面から歯幅方向へ凹入する空所を有し、前記歯の歯面は凸に湾曲する歯形であり、ピッチ円近傍の歯面の歯形は、歯先側及び歯底側の曲率半径よりも小さく、且つほぼ一様の曲率半径で形成され、歯先側の歯面及び歯底側の歯面に不連続な曲率変化にてつながっていることを特徴とする。
【００１０】
第１発明にあっては、歯の側面部に設けた空所によって歯面部を歯厚方向へ撓ませることが可能であるため、この歯面部を撓ませつつ小歯車と噛合させ、噛合部のバックラッシュ量を負数にした状態で組立てることが可能である。この結果、前記回転中心間距離が許容範囲となるように簡易に組み立てることができ、また、歯の摩耗が増大した場合においても前記回転中心間距離を許容範囲に維持することが可能である。また、小歯車との噛合によって歯の歯面部を歯厚方向へ撓ませることが可能であるため、噛合部の噛合抵抗の増加を抑制でき、大歯車及び小歯車をスムーズに回転させ得る。また、大歯車の歯自体の撓みによって前記回転中心間距離を変えることができるため、構造を簡単にでき、小形化できる。
しかも、小歯車と噛合するとき、ピッチ円近傍の歯面が小歯車の歯面と接触するため、この接触部の接触面積を低減でき、噛合による歯の摩耗を抑制できる。この結果、バックラッシュ量の増加を抑制できる。
【００１１】
第２発明に係る電動式パワーステアリング装置は、前記空所は歯厚方向に離間して複数配置されていることを特徴とする。
第２発明にあっては、大歯車が一方向及び他方向に回転される場合でも、空所の容積を比較的小さくすることができ、歯の耐強度を高めることができる。
【００１２】
第３発明に係る電動式パワーステアリング装置は、前記空所はピッチ円よりも歯先側から歯底側にかけて設けられていることを特徴とする。
第３発明にあっては、歯先面に連なる一対の歯面と空所との間の肉厚を均等化でき、歯面部の歯厚方向への撓み性を良好にできる。
【００１４】
第４発明に係る電動式パワーステアリング装置は、前記大歯車及び小歯車が噛合する噛合部のバックラッシュ量を負数としてあることを特徴とする。
【００１６】
第４発明にあっては、大歯車及び小歯車の噛合部に生じる回転トルクによって大歯車の歯の歯面部を歯厚方向へ撓ませる得るため、この歯面部を予め撓ませ、噛合部のバックラッシュ量を負数にした状態で組立てることが可能である。この結果、前記回転中心間距離が許容範囲となるように簡易に組み立てることができ、しかも、歯の摩耗が増大した場合においても前記回転中心間距離を許容範囲に維持することが可能である。また、合成樹脂製の歯を撓ませる得るため、噛合部の噛合抵抗の増加を抑制でき、大歯車及び小歯車をスムーズに回転させ得る。また、大歯車の歯自体の撓みによって前記回転中心間距離を変えることができるため、構造を簡単にでき、小形化できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１は本発明に係る電動式パワーステアリング装置の大歯車の実施の形態１の正面図、図２は大歯車の歯の拡大断面図、図３は減速歯車機構の断面図である。大歯車１はモータ３の回転によって回転されるウォーム２と噛合するウォームホイールであり、外周に歯１１を有する合成樹脂製の環状部材１２と、該環状部材１２の内側に嵌合された金属製の芯部材１３とを備え、前記歯１１の側面で、歯先面１１ａ及び該歯先面１１ａに連なる一対の歯面１１ｂ，１１ｂの間に歯幅方向へ凹入する空所１４が設けられており、大歯車１がウォーム２と噛合するとき、空所１４と歯面１１ｂ，１１ｂとの間の歯面部１１ｃ，１１ｃを歯厚方向へ撓ませることができるようにしてある。
【００１８】
環状部材１２は前記芯部材１３を射出成形型のキャビティにインサートとして収容配置し、ポリアミド樹脂等の溶融された合成樹脂（熱硬化性合成樹脂）を射出することにより成形してあり、芯部材１３と一体に結合してある。また、歯１１の歯面１１ｂ，１１ｂは凸に湾曲する歯形であり、ピッチ円ｐ近傍の歯面１１ｂ，１１ｂの歯形が、一般的な基準歯形の歯先側及び歯底側の曲率半径よりも小さい曲率半径になっている。従って、このピッチ円ｐ近傍の歯面１１ｂ，１１ｂの歯形と、歯先側の歯面及び歯底側の歯面は、つながる箇所を境目として曲率が急変しており、すなわち、不連続な曲率変化にてつながっている。
【００１９】
空所１４は前記環状部材１２が成形されるとき、前記射出成形型によって歯１１の側面を貫通するように形成してある。また、空所１４は歯厚方向に離間して２つ配置し、空所１４，１４の間に歯先面部１１ｅに連なる歯芯部１１ｆが形成されている。また、空所１４は歯車１のピッチ円ｐよりも歯先側から歯底側にかけて歯面１１ｂ，１１ｂとの間の間隔がほぼ均等となるように形成されている。
【００２０】
芯部材１３は軟鋼等の金属材料によって円板形に形成してあり、中心部には嵌合孔１３ａが穿設されており、該嵌合孔１３ａに回転軸（例えば後記する出力軸３０）が嵌合される。
【００２１】
このように構成された大歯車１は、減速歯車機構Ａのウォームホイールとして使用される。
この減速歯車機構Ａは芯部材１３の貫通孔１３ａが回転軸４に嵌合固定されたウォームホイール１と、該ウォームホイール１の歯１１と噛合する金属製のウォーム２と、該ウォーム２の歯部２１の両端に連なる軸部２２，２３に嵌合された軸受５，６と、該軸受５，６を介して前記ウォーム２を回転可能に支持したアルミニウム製のハウジング７とを備えており、一方の軸部２２に連結されるモータ３の回転を減速してウォームホイール１に伝達し、回転軸４を回転させるように構成されている。
【００２２】
このように構成された減速歯車機構Ａは、例えば電動式パワーステアリング装置に適用される。図４は本発明に係る電動式パワーステアリング装置の断面図である。
【００２３】
電動式パワーステアリング装置は、上端が舵取りのための操舵輪８に繋がり、下端に筒部を有する入力軸９と、前記筒部内に挿入されてその上端が前記入力軸９の筒部に同軸的に連結され、前記操舵輪８に加わる操舵トルクの作用によって捩れるトーションバー１０と、下端が前記トーションバー１０の下端に同軸的に連結される出力軸３０と、前記トーションバー１０の捩れに応じた入力軸９及び出力軸３０の相対回転変位量によって前記操舵輪８に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ３１と、該トルクセンサ３１が検出したトルクに基づいて駆動される操舵補助用のモータ３と、該モータ３の回転に連動し、該回転を減速して出力軸３０に伝達する前記減速歯車機構Ａと、前記トルクセンサ３１及び前記減速歯車機構Ａが収容されたハウジング７とを備え、このハウジング７に前記モータ３が取付けられている。尚、出力軸３０が前記回転軸４を構成している。
【００２４】
減速歯車機構Ａは、ウォーム２の軸部２２が前記モータ３の駆動軸３ａに繋がっており、また、ウォームホイール１が前記出力軸３０の中間に嵌合固定されており、これらウォーム２及びウォームホイール１の噛合により前記駆動軸３ａの回転を減速して出力軸３０に伝達し、該出力軸３０からユニバーサルジョイントを経て例えばラックピニオン式の舵取機構（図示せず）へ伝達するようにしている。尚、出力軸３０及びユニバーサルジョイントが、ウォームホイール１の回転力を舵取機構に伝達する伝達手段を構成している。
【００２５】
図５はウォーム２及びウォームホイール１の噛合部の拡大断面図である。
以上の如く構成された減速歯車機構Ａ、電動式パワーステアリング装置において、ウォームホイール１の歯１１の側面には歯幅方向へ凹入する空所１４，１４が設けられており、歯１１の歯面部１１ｃ，１１ｃを歯厚方向へ撓み可能としてあるため、前記歯１１の撓みによって噛合部のバックラッシュ量が例えばマイナス２’程度となるようにウォーム２及びウォームホイール１の回転中心間距離Ｈを予め設定することにより、減速歯車機構Ａを組み立てる場合、前記歯１１の歯面部１１ｃを撓ませつつウォーム２及びウォームホイール１を噛合させることができる。このように組立てたとき、前記歯１１の歯面部１１ｃはウォーム２との噛合によって歯厚方向へ撓むことになり、噛合部の噛合抵抗の増加を抑制することができるため、ウォーム２及びウォームホイール１をスムーズに回転させることができる。
【００２６】
また、長期の使用により、ウォーム２及びウォームホイール１の歯１１が摩耗し、バックラッシュ量が増加するとき、このバックラッシュ量を初期から極めて長期間に亘って一般的な初期設定値である約プラス３’と同水準に抑制することが可能であり、前記回転中心間距離Ｈを許容範囲に維持し得る。
【００２７】
また、ウォームホイール１の歯１１の歯形は、ピッチ円ｐ近傍の曲率半径を一般的な基準歯形の歯先側及び歯底側の曲率半径よりも小さくしてあるため、歯面１１ｂ，１１ｂとウォーム２との接触面積を低減でき、噛合による歯１１の摩耗を抑制できる。
【００２８】
また、電動式パワーステアリング装置にあっては、操舵輪８の左右方向への操舵によって前記歯１１の歯面１１ｂ，１１ｂには夫々回転トルクが加わることになるが、歯１１に設けられた空所１４，１４は歯厚方向に離間して配置されており、空所１４，１４の間に歯先面部１１ｅに連なる歯芯部１１ｆが形成されているため、空所１４，１４の容積を比較的小さくすることができるとともに、歯面部１１ｃ，１１ｃの撓みを歯先面部１１ｅによって抑制することができ、歯１１の耐強度を高めることができる。
【００２９】
実施の形態２
図６は大歯車の実施の形態２の歯の拡大断面図である。
この実施の形態２の大歯車１は、実施の形態１において空所１４，１４を歯厚方向に離間して複数配置とする代わりに、１つの空所１４ａを設けたものである。
【００３０】
実施の形態２において、前記空所１４ａはピッチ円ｐ部分に歯厚方向へ長くなるように設けられており、ウォームホイール１がウォーム２と噛合するとき、空所１４ａと歯面１１ｂ，１１ｂとの間の歯面部１１ｃ，１１ｃを歯厚方向へ撓ませることができるようにしてある。
【００３１】
その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【００３２】
尚、以上説明した実施の形態では、歯幅方向に貫通する空所１４，１４ａとしたが、その他、この空所１４，１４ａは歯１１の一側面で開口する凹形としてもよい。
【００３３】
また、実施の形態における空所１４，１４ａは、前記歯面部１１ｃ，１１ｃの撓みを許容するゴム等の弾性材が充填された構造としてもよい。
また、以上説明した実施の形態では、合成樹脂製の環状部材１２の内側に金属製の芯部材１３が嵌合されたウォームホイール１について説明したが、その他、このウォームホイール１は前記芯部材１３がなく、全体が合成樹脂製であってもよい。
【００３４】
また、以上説明した実施の形態の減速歯車機構は、ウォーム２である小歯車及びウォームホイール１である大歯車を備えたウォーム歯車である他、平歯の小歯車及び大歯車を備えた平歯車であってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように第１発明によれば、互いに噛合する大歯車及び小歯車の回転中心間距離が許容範囲となるように簡易に組み立てることができ、また、歯の摩耗が増大した場合においても前記回転中心間距離を許容範囲に維持することが可能である。また、噛合部の噛合抵抗の増加を抑制でき、大歯車及び小歯車をスムーズに回転させ得る。また、大歯車の歯自体の撓みによって前記回転中心間距離を変えることができるため、構造を簡単にでき、小形化できる。
しかも、小歯車と噛合するとき、ピッチ円近傍の歯面が小歯車の歯面と接触するため、この接触部の接触面積を低減でき、噛合による歯の摩耗を抑制できる。この結果、バックラッシュ量の増加を抑制できる。
【００３６】
第２発明によれば、空所の容積を比較的小さくすることができ、歯の耐強度を高めることができる。
【００３７】
第３発明によれば、歯先面に連なる一対の歯面と空所との間の肉厚を均等化でき、歯面部の歯厚方向への撓み性を良好にできる。
【００３９】
第４発明によれば、大歯車及び小歯車の回転中心間距離が許容範囲となるように簡易に組み立てることができ、しかも、歯の摩耗が増大した場合においても前記回転中心間距離を許容範囲に維持することが可能である。また、噛合部の噛合抵抗の増加を抑制でき、大歯車及び小歯車をスムーズに回転させ得る。また、大歯車の歯自体の撓みによって前記回転中心間距離を変えることができるため、構造を簡単にでき、小形化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の大歯車の実施の形態１の正面図である。
【図２】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の大歯車の歯の拡大断面図である。
【図３】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の断面図である。
【図４】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の全体の断面図である。
【図５】本発明に係る電動式パワーステアリング装置のウォーム及びウォームホイールの噛合部の拡大断面図である。
【図６】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の大歯車の実施の形態２の歯の拡大断面図である。
【図７】従来の減速歯車機構及び電動式パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ウォームホイール（大歯車）
１１歯
１１ａ歯先面
１１ｄ歯底面
１４，１４ａ空所
２ウォーム
３モータ
Ａ減速歯車機構

Claims

外周に歯を有する大歯車と、該大歯車に噛合する小歯車と、該小歯車に連結された操舵補助用のモータと、該モータの回転に伴う前記大歯車の回転力を舵取機構に伝達する伝達手段とを備えている電動式パワーステアリング装置において、前記大歯車は少なくとも歯が合成樹脂よりなり、前記歯の側面から歯幅方向へ凹入する空所を有し、前記歯の歯面は凸に湾曲する歯形であり、ピッチ円近傍の歯面の歯形は、歯先側及び歯底側の曲率半径よりも小さく、且つほぼ一様の曲率半径で形成され、歯先側の歯面及び歯底側の歯面に不連続な曲率変化にてつながっていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
前記空所は歯厚方向に離間して複数配置されている請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
前記空所はピッチ円よりも歯先側から歯底側にかけて設けられている請求項１又は２記載の電動式パワーステアリング装置。
前記大歯車及び小歯車が噛合する噛合部のバックラッシュ量を負数としてある請求項１乃至３の何れか一つに記載の電動式パワーステアリング装置。