JP4277425B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動式パワーステアリング装置に関し、さらに詳細には、過大トルクに対し減速ギア部保護のために、減速用のギア装置と出力軸との間に装着されるトルクリミッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
補助操舵トルクとなる電動モータの回転力をギア装置により減速して出力軸に伝達し、ステアリングホイールの手動力を補助して車輪の操舵を行うようにした電動式パワーステアリング装置（以下「ＥＰＳ装置」という）の作動時において、例えばハンドルをラックのストロークエンドまで切った場合など操舵が急激に止められた場合に、モータは慣性力により急に停止することができず、減速ギア部に過大なトルクが発生することがある。この前記過大トルクから減速ギアを保護すため、従来、モータとウォーム間に摩擦板を使用したトルクリミッタを設け、あるいは出力軸とウォームホイール間に弾性力付与用のリング部材を使用したトルクリミッタを設けて、このような過大トルクの発生時には、両者間にすべりを発生させてこの過大トルクの伝達を防止している。
【０００３】
ところで、ＥＰＳ装置では、一般的に前記ウォームは鉄材により作られ、また前記ウォームホイールは中実な鉄材で作られた芯金部の外周に樹脂材で作られたギア部を接着、融着、あるいはインジェクション成形等により一体化して作られ、また、このウオームホイールが装着される出力軸も前記芯金と同質の鉄材で作られている。
【０００４】
なお、当分野では、前記出力軸とウオームホイールとの間に装着するトルクリミッタに使用する弾性力付与用のリング部材を回転伝達部材あるいはトルク設定部材等の名称で呼ばれることもあり、また、トレランスリング（レンコールトレランスリング社商標名）としても知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のＥＰＳ装置では、ギア装置を構成するウォームホイールの芯金部が中実な鉄材で作られているため次のような問題があった。先ず、ＥＰＳ装置の高出力化に対応しようとすると、高強度化及び高モジュール化のためにウォームホイールを大径化する必要があるが、芯金部を大径化して対応した場合、それに伴って芯金部の重量が重くなり、操舵時の慣性力が増して操舵輪の回転、切り返し時の操舵感が低下してしまう。また、大径化に伴い、樹脂製ギア部の径を大きくすると、樹脂は吸湿や温度による寸法変化が大きいので、ギア精度が悪化してギアの作動音が大きくなってしまったり、インジェクション成形によって樹脂部にボイドが発生してギア強度が低下してしまう恐れがある。このように、従来のＥＰＳ装置ではウォームホイールの大径化には問題があった。
【０００６】
次に、樹脂製のギア部は、常温を基準に比較すると、高温下では強度が低下し、逆に低温下では強度がアップするという特性を有するが、従来出力軸と芯金部は鉄材でできており、線膨張係数がほぼ同一なため、トルクリミッタの規制トルクは温度に対して一定値であった。そのため、トルクリミッタの規制トルクの設定に際しては、最高使用温度に合わせなければならず、リミットトルクも低く設定しなければならないために、伝達トルクとの差が小さくなってしまっていた。ＥＰＳ装置を長期間使用することでリングが摩耗してリミットトルクが低下するとトルク伝達ができなくなる恐れがあり、設計が困難であった。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、高出力化に対応でき、また、使用温度変化に応じた規制の滑りトルクを発揮し得る電動駆動部の動力伝達機構を備えた電動式パワーステアリング装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、ウォームホイールと出力軸間に弾性力付与用のリング部材を装着する、トルクリミッタを備えた電動式パワーステアリング装置において、前記出力軸を鉄材で作る一方、前記ウォームホイールのギア部を樹脂材で、芯金部を前記鉄材に対し、線膨張率の大きい金属材で夫々作製することにより、前記トルクリミッタの規制トルクを、使用温度の上昇に伴って低くなるように設定したことを特徴とするＥＰＳ装置を提供することによって達成される。また、上記目的は、前記芯金部が前記鉄材に対し比重が小さい金属で作製されたことにより、効果的に達成され、特に、前記芯金部の材料がアルミニウムであることにより、一層効果的に達成される。さらに、上記目的は、前記リング部材の外周面に、径方向に高さを有する複数の突起を形成したことにより、効果的に達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わるＥＰＳ装置の要部、すなわち電動駆動部における動力伝達機構の軸線方向一部断面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ断面図である。図１及び図２において、１は操舵補助用の電動モータ、２は電動モータ１の出力軸、３は出力軸２にセレーション結合、あるいはジョイントを介して結合されたウォーム、３ａはウォーム３のギア部である。４は中心に軸穴４ｃを有する芯金部４ｂの外周にギア部４ａが一体化されて成るウォームホイールで、ウォーム３のギア部３ａとウォームホイール４のギア部４ａとが噛合されている。５は図示しないステアリングホイールに連結された入力軸、６は入力軸５を軸心回りに回転自在に支承する円筒形のハウジング、７は出力軸、８は出力軸７を回転自在に支承する軸受、９は軸受８を保持するハウジング、１０は出力軸７の外周とウォームホイール４の芯金部４ｂの軸穴４ｃとの間に装着されて径方向に弾性力を付与するリング部材、１１及び１２はウォーム３を軸支する軸受、１３はハウジングである。なお、入力軸５と出力軸７とは図示しないトーションバーによって連結されている。
【００１０】
本ＥＰＳ装置の電動駆動部は上記の動力伝達機構により構成されていて、電動モータ１の駆動により出力軸２が回転すると、ウォーム３を介してウォームホイール４が回転され、電動モータ１の動力が出力軸７に伝達される。
【００１１】
上記動力伝達機構の内、出力軸７は鉄材で作られているのに対し、ウォームホイール４はその芯金部４ｂが、アルミニウム等の、少なくとも前記出力軸７の鉄材よりも比重が小さく、かつ線膨張係数が大きな材料で作られ、そしてギア部４ａが、例えばナイロン等の硬質で成形性に富んだ樹脂材で作られている。このように、本ＥＰＳ装置の動力伝達機構に使用されるウォームホイール４は、重量の軽量化、強度アップ、騒音の防止等が図られている。
【００１２】
さらに、アルミニウム製のウォームホイール４の芯金部４ｂと樹脂製のギア部４ａとは接着剤によって一体化されていたり、あるいは芯金部４ｂの外周面に、例えばエンボス、ローレット、あるいはセレーション等の凹凸状の加工が施されている。このように樹脂製のギア部４ａの内周面に対し芯金部４ｂの外周面が十分に引っ掛かるように配慮されているため、ウォームホイール４の作製に際し芯金部４ｂの外周面にギア部４ａを、インジェクション成形や融着、あるいは圧入等により装着して一体化したときに両者の強度が十分に得られ、これにより滑りトルク及び抜け強度が保証されている。
【００１３】
リング部材１０には、例えば図３に斜視図で示されるような公知の部材が適用される。すなわち、このリング部材１０は、薄い金属板を間隙ｃをもってほぼ円筒状に曲げ、その内周面には軸方向の溝１０ａが、また外周面には径方向に高さを有する多数の突起１０ｂが夫々形成されているもので、このリング部材１０は出力軸７の外周面に設けられた軸方向の突起（図示せず）に溝１０ａが係合して取付けられている。なお、突起１０ｂはバネ鋼等の弾力性を有する材料で作られ、ウォームホイール４が装着されると、図４に拡大断面図で示されるように、芯金部４ｂの内周面に当接して、リング部材１０と出力軸７との間に適当な摩擦力が印加される。このように径方向に弾性力を付与するリング部材１０によりトルクリミッタが構成されている。
【００１４】
本ＥＰＳ装置では、このトルクリミッタの規制トルクは出力軸７とウォームホイール４、とくにその芯金部４ｂの線膨張係数の差を考慮して設定されている。上述したように、出力軸７が鉄材で作られているのに対し、芯金部４ｂは線膨張係数が鉄材に比べ２倍強のアルミニウム材で作られているため、使用温度の高低により両者間の距離、つまり径方向の長さ寸法の差に変動を生じる。すなわち、図４に示すように、今、弾性力付与用のリング部材１０が装着される出力軸７の外周面と芯金部４ｂの内周面との距離をＤとすると、この距離Ｄは使用温度が最高温度のときに最大距離Ｄ（ｍａｘ）となり、最低温度のときに最小距離Ｄ（ｍｉｎ）となる。従って、規制トルクは最高使用温度時、つまり最大距離Ｄ（ｍａｘ）の場合にリング部材１０の規定の締め代となるように設定される。
【００１５】
図５はこの規制トルクの設定の仕方を説明するもので、リング部材１０の径方向変形量（横軸）と径方向力［トルク］（縦軸）との関係を示している。図においてＡはトルクリミッタの規制トルク変化幅を、Ｂは温度変化による締め代の変化幅を、ポイントＴ０は常温での設定値を、Ｔ１は最高使用温度での設定値を、Ｔ２は最低使用温度での設定値を、直線Ｎａは電動モータ１の回転付勢力を、また直線Ｎｂは樹脂材の破壊トルクを夫々示している。図示するように、トルクリミッタの規制トルクの変化幅Ａは、通常使用の固定化された回転付勢力Ｎａと温度により変化する樹脂材の破壊トルクＮｂとの間の、塑性変形領域内に設定された温度変化による締め代の変化幅Ｂ、すなわち最高使用温度設定値Ｔ１と最低使用温度設定値Ｔ２の範囲内に設定される。
【００１６】
図６は図５の詳細説明図であって、温度変化（横軸）とトルク（縦軸）との関係を示したものである。図において直線Ｎｏは本ＥＰＳ装置におけるトルクリミッタの規制トルクを、直線Ｎｐは鉄製の出力軸及び芯金部から成る従来のＥＰＳ装置におけるトルクリミッタの規制トルクを夫々示している。図示するように、従来ＥＰＳ装置におけるトルクリミッタの規制トルクＮｐは、前述したように温度に対して一定であるが、本ＥＰＳ装置におけるトルクリミッタの規制トルクＮｏは、温度によって変化する電動モータ１の回転付勢力Ｎａと樹脂材の破壊トルクＮｂとの間に設定される。
このように、本ＥＰＳ装置では使用温度に応じた滑りトルクが発揮されるように設定されている。
【００１７】
また、このような使用温度の差異は樹脂製のギア部４ａに対しても影響があり、その強度は低温下では増加するものの、高温下、とくに最高使用温度時では最も低下する。
【００１８】
以上、本発明の内容を一実施形態に基づき説明したが、本発明は必ずしもこれに限られるものではなく、特許請求の範囲の記載内において、その構成に関し種々の変更が可能であることはいうまでもない。なお、上記実施の形態は、ウォームとウォームホイールの組合せから成る動力伝達機構について説明したが、これを例えばハイポイドギア、ベベルギア、ヘリカルギア等の種々の歯車の組合せから成る動力伝達機構にも適用することが可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の電動式パワーステアリング装置では、電動駆動部の動力伝達機構を構成するウォームホイールの芯金部を鉄材より比重の小さい金属材で作製しているので、ウォームホイール自体の重量が軽減される。これにより、ウォームホイールを大径化しても操舵時の慣性力が低減されて切り返し時の操舵感が向上され、ＥＰＳ装置の高出力化にも十分対応することができる。また、このように軽量化された芯金部を大径化することにより樹脂製ギア部の径は小さくて済み、このため樹脂部の大径化に伴う寸法変化やボイド等の成形性に係わる問題が解消される。なお、上記芯金部の材料を鉄材に比し比重が約１／３のアルミニウムとすればこれらの効果は一層向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係わる電動式パワーステアリング装置の要部、すなわち電動駆動部における動力伝達機構の一部断面図である。
【図２】 図１のＸ―Ｘ断面図である。
【図３】 弾性力付与用リング部材の斜視図である。
【図４】 弾性力付与用リング部材の装着状態を示す部分拡大断面図である。
【図５】 弾性力付与用リング部材の径方向変形量と径方向力の関係を示す図である。
【図６】 トルクと温度変化の関係を示す図である。

Claims (4)

1. ウォームホイールと出力軸間に弾性力付与用のリング部材を装着する、トルクリミッタを備えた電動式パワーステアリング装置において、
   前記出力軸を鉄材で作る一方、前記ウォームホイールのギア部を樹脂材で、芯金部を前記鉄材に対し、線膨張率の大きい金属材で夫々作製することにより、前記トルクリミッタの規制トルクを、使用温度の上昇に伴って低くなるように設定したことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記芯金部は、前記鉄材に対し比重が小さい金属で作製された請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記芯金部の材料は、アルミニウムである請求項１または２に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 前記リング部材の外周面には、径方向に高さを有する複数の突起が形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。

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