JP4216133B2

JP4216133B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4216133B2
Application number: JP2003176775A
Authority: JP
Inventors: 敏行岩野; 晴彦清田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005008118A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォーム減速機構を有する電動パワーステアリング装置に係り、詳しくは、アウトプットシャフトとウォームホイールとの固着強度や組立精度の向上等を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。
【０００３】
従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが一般に用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等では走行燃費が低下することが避けられなかった。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置が近年注目されている。電動パワーステアリング装置では、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失（油圧ポンプにかかるエンジンの駆動損失）が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、走行速度等に応じた電子制御が極めて容易に行える等の特長を有している。
【０００５】
電動パワーステアリング装置では、電動モータに比較的高回転・低トルクのものが使用されるため、電動モータとステアリングシャフトとの間に減速機構が組み込まれる。減速機構としては、一組で大きな減速比が得られること等から、ウォームとウォームホイールとからなるウォーム減速機構が用いられることが多い。ウォーム減速機構では、ウォームは電動モータの回転軸に連結される一方、ウォームに噛み合うウォームホイールはアウトプットシャフトに外嵌・圧入され、これらがギヤハウジング内に配置される。
【０００６】
アウトプットシャフトとウォームホイールとは、据切り時や悪路走行時における回転トルクによる相対回転を防止するべく、強固に固着させる必要がある。そのため、アウトプットシャフトの外周に雄セレーションを形成する一方、ウォームホイールを比較的低硬度で真円断面の軸孔を有するものとし、ウォームホイールをアウトプットシャフトに外嵌・圧入させることで、ウォームホイールの軸孔に雄セレーションを食い込ませる（塑性変形させる）方法を採るものが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−９５１２２号公報（第４頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の電動パワーステアリング装置では、ウォームホイールとアウトプットシャフトとがトルク伝達に十分な圧入長をもって圧入され、かつ、アウトプットシャフトへの圧入時にウォームホイールの倒れ等が無いことが要求される。ところが、近年は減速機構として軽量・コンパクトなものが要求されていることから、ウォームホイールとしてプレス加工による芯金の外周に合成樹脂製ギヤリングを射出成形等により一体化させたものが採用されることが多く、また、ギヤハウジングの軸方向寸法をあまり大きくできない等の制約もあった。その結果、前述した圧入長が小さくなり、ウォームホイールとアウトプットシャフトとの結合力を確保することが難しくなると共に、アウトプットシャフトに対するウォームホイールの倒れも起きやすい等の問題があった。
【０００９】
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、アウトプットシャフトとウォームホイールとの固着強度や組立精度の向上等を実現した電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明では、電動モータの駆動力をウォーム減速機構を介してアウトプットシャフトに伝達して操舵アシストを行わせる電動パワーステアリング装置であって、
前記アウトプットシャフトに外嵌・圧入されるウォームホイールを備え、
当該アウトプットシャフトの外周には、前記ウォームホイールの軸孔に食い込む雄セレーションと、当該ウォームホイールの圧入案内面とが形成され、
前記圧入案内面の外径をＡとし、前記雄セレーションの外径および谷径をそれぞれＦおよびＢとし、前記軸孔の内径をＣとしたとき、
Ｂ≦Ａ＜Ｃ＜Ｆとなる寸法設定であって、
前記圧入案内面は、ハウジング側部材に前記アウトプットシャフトを支持する転がり軸受の嵌合面を兼ねるものを提案する。
【００１１】
また、請求項３の発明では、請求項１または２の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は、前記圧入案内面に外嵌した際における傾きが所定角度以下に規制されるものを提案する。
【００１２】
また、請求項４の発明では、請求項１〜３の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が、金属製ホイールと、当該金属製ホイールの外周に固着された合成樹脂製ギヤリングとから構成されたものを提案する。
【００１３】
また、請求項５の発明では、請求項４の電動パワーステアリング装置において、前記金属製ホイールがプレス加工品であるものを提案する。
【００１５】
また、請求項６の発明では、請求項１〜５の電動パワーステアリング装置において、前記雄セレーションが前記アウトプットシャフトに転造加工により形成されたものを提案する。
【００１６】
また、請求項７の発明では、請求項１〜５の電動パワーステアリング装置において、前記雄セレーションが前記アウトプットシャフトに切削加工により形成されたものを提案する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、第１実施形態に係るステアリング装置の車室側部分を示す側面図であり、同図中の符号１はステアリングコラムを示す。ステアリングコラム１は、ピボットピン３とチルト調整機構５とを介して、車体側構造部材７，９に固定されている。ステアリングコラム１には、その内部にステアリングアッパシャフト１１が回動自在に支持されると共に、下部に電動モータ１３やギヤハウジング１５，アウトプットシャフト１７等からなる電動アシスト機構１９が一体化されている。
【００１９】
ステアリングアッパシャフト１１の後端にはステアリングホイール２１が取り付けられており、運転者がステアリングホイール２１を回動させると、その回転力が電動アシスト機構１９により増大されてアウトプットシャフト１７に伝達される。図１中、符号２５は自在継手２７を介してアウトプットシャフト１７の前端に連結されたロアステアリングシャフトを示す。また、符号２９はステアリングコラム１を覆うコラムカバー、符号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、符号３３はチルトレバーをそれぞれ示す。
【００２０】
図２に示したように、アウトプットシャフト１７にはウォームホイール４１が外嵌・圧入されている。ウォームホイール４１は、電動モータ１３に接続されたウォーム４３と噛み合っており、電動モータ１３の回転が減速されてアウトプットシャフト１７に伝達される。本実施形態の場合、電動モータ１３は、ウォームホイール４１の後方に配置されたトルクセンサ４５の出力信号に基づき駆動されるが、ここではその説明を省略する。
【００２１】
図２に示すように、第１実施形態のウォームホイール４１は、金属製ホイール（以下、単にホイールと記す）５１の外周に合成樹脂製ギヤリング（以下、単にギヤリングと記す）５３を固着させることにより形成されている。本実施形態の場合、ホイール５１は、冷間鍛造や鋳造等による成形品でかつ熱処理が施されていない比較的硬度の低いものであり、軸芯には軸孔５５が形成されている。
【００２２】
一方、アウトプットシャフト１７は、旋削等による成形品であるが比較的硬度の高いものであり、ウォームホイール４１の前方（図２中左方）で一対の転がり軸受６１，６３により支持されている。図２中、符号６５で示した部材はギヤハウジング１５の前端に締結されたカバーであり、転がり軸受６１，６３はこのカバー６５に外輪が内嵌すると共に、ナット６７を介してアウトプットシャフト１７の外周に形成された雌ねじ６９に内輪が締結されている。
【００２３】
第１実施形態の場合、図３，図４（図３中のＡ部拡大図）に示したように、アウトプットシャフト１７におけるホイール５１の嵌合部位には雄セレーション７１が転造加工により形成される一方、雄セレーション７１の前方（図３，図４中左方）は転がり軸受６１，６３の嵌合面を兼ねた圧入案内面７３となっている。図４中、符号７５はワイヤーリング溝であり、ウォームホイール圧入時はここにワイヤーリング７９を嵌め、そのワイヤーリングに突き当てて軸方向の位置決めを行う。また、符号７７は逃げ部を示している。
【００２４】
第１実施形態では、圧入案内面７３の外径をＡとし、雄セレーション７１の外径および谷径をそれぞれＦおよびＢとし、軸孔５５の内径をＣとしたとき、Ｂ≦Ａ＜Ｃ＜Ｆとなるように寸法設定がなされている。圧入案内面７３の外径Ａとホイール５１の軸孔５５の内径Ｃとの寸法差は比較的小さく、圧入案内面７３にウォームホイール４１が外嵌した状態では、ウォームホイール４１の傾きがごく小さくなる。また、雄セレーション７１の谷径Ｂと軸孔５５の内径Ｃとの寸法差は比較的大きい。この寸法差は、セレーション圧入時の圧入で芯金側の余肉が軸セレーション溝側に逃げ易くし圧入荷重が上がらないよう抑えるためである。軸孔５５の内径Ｃは雄セレーションの外径Ｆより小さくされており、ウォームホイール４１はアウトプットシャフト１７にしっかり固定される。
【００２５】
ウォームホイール４１の軸孔５５を雄セレーション７１へ圧入嵌合する際、導入口角度（雄セレーション７１の軸心に対するウォームホイールの軸孔５５の傾き）が大きいと、圧入後に軸孔５５の端部分に芯金の返りバリが発生する。本実施形態では、導入口角度２０°以下にすれば返りバリの発生は少なく、１５°以下にすると返りバリは完全になくなる。
【００２６】
第１実施形態では、このような構成を採ったことにより、図５，図６（図５中のＢ部拡大図）に示したように、ウォームホイール４１を図中右方に駆動してホイール５１の軸孔５５を雄セレーション７１に圧入した際、ウォームホイール４１が殆ど倒れることなく高精度な組み付けが実現される。また、図７（図６中のＧ−Ｇ断面図）に示したように、雄セレーション７１がホイール５１に深く食い込み、高い結合力が得られる。
【００２７】
図８は第２実施形態に係るアウトプットシャフトの要部半裁縦断面図であり、図９は図８中のＤ−Ｄ拡大断面図であり、図１０は図８中のＥ−Ｅ拡大断面図である。本実施形態は、その全体構成においては上述した第１実施形態と略同様であるが、雄セレーション７１が、転造成形ではなく、図１１に示すようにセレーション形成用の刃８１，８３を有する円筒状のカッタ８５により切削成形されている。そのため、圧入案内面７３には、図１０に示したように、カッタ８５により比較的浅いツールマーク（Ｖ字溝）８７が形成されるが、転がり軸受６１，６３の保持には殆ど影響は無い。雄セレーション７１は、刃８１，８３の代わりにそれぞれセレーションを有する円筒状のプレス型によりプレス成形により形成しても良い。
【００２８】
第２実施形態においても、図１２に示したように、ウォームホイール４１を図中右方に駆動してホイール５１の軸孔５５を雄セレーション７１に圧入した際、ウォームホイール４１が殆ど倒れることなく高精度な組み付けが実現され、雄セレーション７１がホイール５１に深く食い込み、高い結合力が得られる。
【００２９】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、ウォームホイールとして総金属製のものを採用してもよいし、セレーションを転造や切削以外の方法により形成するようにしてもよい。また、ウォームホイールやアウトプットシャフトの具体的形状を始め、電動パワーステアリング装置の具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宜変更可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、電動モータの駆動力をウォーム減速機構を介してアウトプットシャフトに伝達して操舵アシストを行わせる電動パワーステアリング装置であって、前記アウトプットシャフトに外嵌・圧入されるウォームホイールを備え、当該アウトプットシャフトの外周には、前記ウォームホイールの軸孔に食い込む雄セレーションと、当該ウォームホイールの圧入案内面とが形成され、前記圧入案内面の外径をＡとし、前記雄セレーションの外径および谷径をそれぞれＦおよびＢとし、前記軸孔の内径をＣとしたとき、Ｂ≦Ａ＜Ｃ＜Ｆとなる寸法設定であって、前記圧入案内面は、ハウジング側部材に前記アウトプットシャフトを支持する転がり軸受の嵌合面を兼ねるものとしたため、アウトプットシャフトとウォームホイールとの圧入長が短い場合にも、アウトプットシャフトとウォームホイールとの固着強度や組立精度を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るステアリング装置の車室側の構造を示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係るステアリング装置の要部縦断面図である。
【図３】第１実施形態に係るウォームホイールとアウトプットシャフトとの要部半裁縦断面図である。
【図４】図３中のＡ部拡大図である。
【図５】第１実施形態に係るウォームホイールとアウトプットシャフトとの圧入状態を示す要部半裁縦断面図である。
【図６】図５中のＢ部拡大図である。
【図７】図６中のＧ−Ｇ断面図である。
【図８】第２実施形態に係るアウトプットシャフトの要部半裁縦断面図である。
【図９】図８中のＤ−Ｄ拡大断面図である。
【図１０】図８中のＥ−Ｅ拡大断面図である。
【図１１】第２実施形態におけるセレーションの成形工程を示す図である。
【図１２】第２実施形態に係るウォームホイールとアウトプットシャフトとの圧入状態を示す要部半裁縦断面図である。
【符号の説明】
１‥‥ステアリングコラム
１３‥‥電動モータ
１５‥‥ギヤハウジング
１７‥‥アウトプットシャフト
１９‥‥電動アシスト機構
４１‥‥ウォームホイール
５１‥‥金属製ホイール
５５‥‥軸孔
６１，６３‥‥転がり軸受
７１‥‥雄セレーション
７３‥‥圧入案内面（軸受嵌合面）
Ａ‥‥圧入案内面の外径
Ｂ‥‥雄セレーションの谷径
Ｃ‥‥ホイールの軸孔の内径

Claims

電動モータの駆動力をウォーム減速機構を介してアウトプットシャフトに伝達して操舵アシストを行わせる電動パワーステアリング装置であって、
前記アウトプットシャフトに外嵌・圧入されるウォームホイールを備え、
当該アウトプットシャフトの外周には、前記ウォームホイールの軸孔に食い込む雄セレーションと、当該ウォームホイールの圧入案内面とが形成され、
前記圧入案内面の外径をＡとし、前記雄セレーションの外径および谷径をそれぞれＦおよびＢとし、前記軸孔の内径をＣとしたとき、
Ｂ≦Ａ＜Ｃ＜Ｆとなる寸法設定であって、
前記圧入案内面は、ハウジング側部材に前記アウトプットシャフトを支持する転がり軸受の嵌合面を兼ねることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記ウォームホイールを前記アウトプットシャフトに外嵌・圧入する際、前記ウォームホイールの前記軸孔の内周面が、前記圧入案内面に対向した状態から該圧入案内面上を案内されて前記雄セレーションに圧入固定され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。
前記ウォームホイールは、前記圧入案内面に外嵌した際における傾きが所定角度以下に規制されることを特徴とする、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。
前記ウォームホイールが、金属製ホイールと、当該金属製ホイールの外周に固着された合成樹脂製ギヤリングとから構成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記金属製ホイールがプレス加工品であることを特徴とする、請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
前記雄セレーションが前記アウトプットシャフトに転造加工により形成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記雄セレーションが前記アウトプットシャフトに切削加工により形成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。