JP4465594B2 - 動力伝達機構およびこれを備える電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達機構およびこれを備え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には、操舵補助用の電動モータの出力回転を、減速機構を介して舵取り機構に伝えるものがある。通例、上記電動モータの出力軸（駆動軸）は、例えばスプライン継手からなる継手を介して減速機構の入力軸（被動軸）に連結されている（例えば、特許文献１参照）。電動モータの出力軸は、継手の一端部の円筒面に例えば圧入嵌合され、減速機構の入力軸は、継手の他端部に例えばスプライン嵌合される。

この場合、継手のスプライン歯と減速機構の入力軸のスプライン歯との間に隙間（ガタ）がなければ、組み付け時に入力軸を継手に挿入することができないため、通常ガタを許容する設計がなされている。その結果、使用時に、上記ガタに起因して継手と減速機構の入力軸が径方向や周方向に相対的に変位し、がたつき音（騒音）が生じてしまう。そこで、継手と減速機構の入力軸のスプライン嵌合部にグリース等の潤滑剤を充填し、さらに両スプライン嵌合部間にゴム製のＯリングを介在させて騒音を抑制することが考えられる。

しかしながら、Ｏリングは、グリースの油分に晒されて劣化したり、電動モータの回転トルクを受けてへたりを生じたりするので、騒音抑制効果が経時的に低下する虞がある。
そこで、上記グリースの基油の動粘度や混和ちょう度を所定の値に設定してグリースの騒音抑制効果を向上させることで、騒音抑制効果を損なうことなくＯリングを廃止することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−２３３２２５号公報。 特願２００３−７０５２２号明細書。

ところで、上記のスプライン継手は、金属粉等の粉体を継手の形状に成形した圧粉体を焼入れした焼結体により形成される場合がある。この場合、継手のスプラインをプレス成形により所定の精度で形成できるので、精度のばらつきが大きくて寸法管理に手間の掛かるブローチ加工を施す必要がなく、継手をコスト安価に形成することができる。
しかしながら、この場合、焼結体は多孔質であるので、継手に充填されたグリースは、その潤滑油分が焼結体内の空隙に浸透して焼結体の外周面等から漏れ出してしまう。その結果、グリースの潤滑油分が継手から失われてしまい、騒音抑制効果が経時的に低下する虞がある。

同様の課題は、電動パワーステアリング装置の動力伝達機構に限らず、他の一般の装置の動力伝達機構にも存在する。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、騒音抑制効果を長期に維持することができるコスト安価な動力伝達機構およびこれを備える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。

上記目的を達成するため、本発明は、駆動軸と、被動軸と、駆動軸と被動軸とを動力伝達可能に連結する継手とを備え、上記継手は、一対の端部からそれぞれ駆動軸および被動軸を一体回転可能に嵌め入れた状態で潤滑油分を含むグリースを充填した筒状の焼結体と、焼結体の表面の少なくとも一部を覆い潤滑油分の流出を抑制する覆い部材とを含み、上記駆動軸および被動軸の少なくとも一方の外周面に形成された歯部と、焼結体の内周面に形成された歯部とが互いの嵌合部で噛み合っており、上記駆動軸と被動軸の互いの対向端面と焼結体の内周面とによって、上記グリースを収容する収容室が区画されており、上記焼結体は、上記収容室のグリースを上記嵌合部に供給する潤滑剤供給路を含み、上記潤滑剤供給路は、収容室における焼結体の内周面に開口されたポートと、焼結体の嵌合部の内周面の軸方向中間部に開口されたポートと、各上記ポートを接続する接続部と、を含むことを特徴とする動力伝達機構を提供する。

本発明によれば、継手の焼結体内において、駆動軸および被動軸との間に充填された潤滑剤の潤滑油分が、焼結体の空隙を通って焼結体外部に漏れ出してしまうことを防止できる。その結果、継手に生じる騒音（がたつき音）を抑制する効果を長期に亘って維持できる。さらに、継手にコスト安価な焼結体を用いることができる。
本発明において、上記覆い部材は焼結体の表面の少なくとも一部をモールドした成形樹脂を含む場合がある。この場合、覆い部材が焼結体の対応する表面に密着して潤滑油分の流出をより確実に抑制することができる。さらに、成形樹脂が継手の防音カバーとしても機能し、騒音をより確実に抑制することができる。

また、本発明において、上記焼結体は、焼結体の焼結形成時に生じるガスを逃がすために焼結体の表面に開放されたガス抜き孔を含み、上記接続部は、上記ガス抜き孔によって形成されている場合がある。
また、本発明は、駆動軸と、被動軸と、駆動軸と被動軸とを動力伝達可能に連結する継手とを備え、上記継手は、一対の端部からそれぞれ駆動軸および被動軸を一体回転可能に嵌め入れた状態で潤滑油分を含むグリースを充填した筒状の焼結体を含み、焼結体は樹脂含浸されてなり、上記駆動軸および被動軸の少なくとも一方の外周面に形成された歯部と、焼結体の内周面に形成された歯部とが互いの嵌合部で噛み合っており、上記駆動軸と被動軸の互いの対向端面と焼結体の内周面とによって、上記グリースを収容する収容室が区画されており、上記焼結体は、上記収容室のグリースを上記嵌合部に供給する潤滑剤供給路を含み、上記潤滑剤供給路は、収容室における焼結体の内周面に開口されたポートと、焼結体の嵌合部の内周面の軸方向中間部に開口されたポートと、各上記ポートを接続する接続部と、を含むことを特徴とする動力伝達機構を提供する。本発明によれば、含浸された樹脂が多孔質の焼結体の空隙を埋めているので、継手内に充填された潤滑剤の潤滑油分が焼結体の外部に漏れ出してしまうことを防止できる。その結果、継手に生じる騒音（がたつき音）を抑制する効果を長期に亘って維持できる。さらに、継手にコスト安価な焼結体を用いることができる。

また、本発明は、操舵補助用の電動モータと、電動モータの出力回転を減速して舵取り機構に伝えるための減速機構とを備え、駆動軸としての電動モータの出力軸と被動軸としての減速機構の入力軸とを上記動力伝達機構の継手によって連結したことを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供する。本発明によれば、運転者や同乗者にとって不快な騒音を長期に且つ安価に抑制することができる。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置１の模式的な断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１および図２を参照して、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等の操舵部材２に連結されている筒状の入力軸としての第１の操舵軸３と、中間軸（図示せず）等を介してラックアンドピニオン機構等の舵取り機構（図示せず）に連結される筒状の出力軸としての第２の操舵軸４とを備えており、これら第１および第２の操舵軸３，４は、トーションバー５を介して同軸上に互いに連結されている。

操舵部材２が操作されて第１および第２の操舵軸３，４が回転されると、この回転は、中間軸等を介して上記の舵取り機構に伝達され、転舵輪（図示せず）の転舵が達成されるようになっている。
第１および第２の操舵軸３，４を収容するハウジング６は、例えばアルミニウム合金からなる。ハウジング６は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング７およびギヤハウジング８を含んでいる。具体的には、ギヤハウジング８は筒状をなし、その上端の環状縁部９がセンサハウジング７の下端外周の環状段部１０に嵌め合わされている。ギヤハウジング８は、減速機構としてのウォームギヤ機構１１を収容し、センサハウジング７は、トルクセンサ１２等を収容している。

トルクセンサ１２は、トーションバー５を介する第１の操舵軸３と第２の操舵軸４との相対回転変位量を検出し、検出信号を制御部１３に与える。制御部１３は、トルクセンサ１２からの検出信号等に基づいて、操舵部材２に加えられた操舵トルクの値を算出する。制御部１３はさらに、算出した操舵トルクの値や、車速センサ１４から与えられる車速検出信号等に基づいて、ドライバ１５を介して操舵補助用の電動モータ１６（図２参照）への印加電圧を制御する。

これにより、電動モータ１６が駆動し、この電動モータ１６の出力回転は、ウォームギヤ機構１１で減速され、第２の操舵軸４に伝えられる。第２の操舵軸４へ伝達された電動モータ１６の出力回転は、さらに中間軸等を介して舵取り機構へ伝えられ、運転者の操舵が補助される。
電動モータ１６は、駆動軸としての出力軸１８を有しており、モータハウジングがギヤハウジング８の環状フランジ部１７に固定されている。ウォームギヤ機構１１は、電動モータ１６の出力軸１８に例えばスプライン継手を含む継手１９を介して動力伝達可能に連結される被動軸としてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と動力伝達可能に噛み合い、且つ、第２の操舵軸４の軸方向中間部に一体回転可能で且つ軸方向移動を規制されたウォームホイール２１とを備える。電動モータ１６の出力軸１８、継手１９およびウォーム軸２０を含む動力伝達機構７０が形成されている。

ウォーム軸２０は、ウォームギヤ機構１１の入力軸である。このウォーム軸２０は、ウォーム歯部２２と、ウォーム歯部２２の軸方向両端部からそれぞれ突出する小径軸２３，２４と、一方の小径軸２４から延設されて継手１９に一体回転可能に連結される延設軸２５とを備えている。小径軸２３，２４はそれぞれ、対応する軸受２６，２７を介して、ギヤハウジング８の対応する支持孔２８，２９に回転自在に支持されている。

ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０のウォーム歯部２２に噛み合う歯部３０を外周に有する合成樹脂製の環状歯体３１と、この環状歯体３１の射出成形時にインサートされて環状歯体３１と一体に形成された金属製の環状保持体３２とを含む。環状保持体３２は、例えば圧入嵌合により、第２の操舵軸４に結合されている。
第２の操舵軸４は、ウォームホイール２１の軸方向の両側を挟んで配置される軸受３３，３４を介して、対応するセンサハウジング７およびギヤハウジング８に回転自在に支持されている。

図３は、動力伝達機構７０の拡大断面図であり、図４は、継手１９の一部破断斜視図である。図３および図４を参照して、継手１９は、一対の端部としての一端部３５および他端部３６からそれぞれ、対応する電動モータ１６の出力軸１８およびウォーム軸２０の延設軸２５を一体回転可能に嵌め入れた状態で、潤滑油分を含むグリース等の潤滑剤を充填した筒状の焼結体３７と、焼結体３７の表面の一部、すなわち外周面３８ならびに一対の端面としての一端面３９および他端面４０を覆い、潤滑剤の潤滑油分の流出を抑制する覆い部材４１とを含んでいる。

焼結体３７は、金属等の粉体をプレス成形した圧粉体に焼入れをしたものである。焼結体３７の内周面４２の一端部には、軸方向に所定の長さを有する雌スプライン歯４３を含むスプライン嵌合部４４が形成されている。また、ウォーム軸２０の延設軸２５の外周面には、上記雌スプライン歯４３に噛み合う雄スプライン歯４５を有してスプライン嵌合部４４に係合されるスプライン嵌合部４６が形成されている。すなわち、ウォーム軸２０の延設軸２５は、焼結体３７の内周面４２にスプライン嵌合されている。

焼結体３７の内周面４２の他端部には、電動モータ１６の出力軸１８の外周面の形状に対応する円筒面を有する圧入部４７が設けられており、出力軸１８が圧入嵌合されている。焼結体３７の内周面４２には、スプライン嵌合部４４と圧入部４７との間に所定の間隔Ｄが設けられており、この間隔Ｄに対応する領域に中間部４８が設けられている。
焼結体３７内には、内周面４２に嵌合されたウォーム軸２０の延設軸２５および電動モータ１６の出力軸１８の対応する端面４９，５０間に収容室５１が区画されている。具体的には、収容室５１は、中間部４８を含む焼結体３７の内周面４２の一部、および上記各端面４９，５０によって区画されている。収容室５１内に潤滑剤が充填されている。

潤滑剤は、ウォーム軸２０の延設軸２５のスプライン嵌合部４６と焼結体３７のスプライン嵌合部４４との間に介在して騒音（がたつき音）の発生を抑制するようになっている。具体的には、上記両スプライン嵌合部４４，４６には、互いを組み付けることができるように所定の噛み合い隙間（ガタ）が存在しており、その結果、使用時に当該ガタに起因して両スプライン嵌合部４４，４６が軸方向や周方向に相対変位してがたつき音を発生する傾向にあるが、潤滑剤によって当該がたつき音の発生を抑制するようになっている。

覆い部材４１は、焼結体３７の一端面３９、他端面４０および外周面３８をモールドした成形樹脂５２を含んでいる。成形樹脂５２としては、ＰＢＴ（Poly Buthylene Terephthalate)やＰＰＳ（Poly Phenilen Sulfide)等の合成樹脂を例示することができる。
成形樹脂５２は、焼結体３７の一端面３９を覆う環状の一端部５３と、焼結体３７の他端面４０を覆う環状の他端部５４と、一端部５３および他端部５４の外周縁に接続されて焼結体３７の外周面３８を覆う胴部５５とを備えている。成形樹脂５２の他端部５４には挿通孔５６が形成されてウォーム軸２０の延設軸２５が挿通されている。この挿通孔５６の周面が延設軸２５のスプライン嵌合部４６を取り囲んでいる。成形樹脂５２の一端部５３には挿通孔５７が形成されて電動モータ１６の出力軸１８が挿通されている。この挿通孔５７の周面が出力軸１８の外周面に当接している。

継手１９の焼結体３７内に区画された収容室５１に充填された潤滑剤は、当該焼結体３７に設けられる潤滑剤供給路５８を通って、焼結体３７およびウォーム軸２０の延設軸２５のスプライン嵌合部４４，４６に供給されるようになっている。
具体的には、潤滑剤供給路５８は、焼結体３７の中間部４８に形成されるポート５９と、焼結体３７のスプライン嵌合部４４に形成されるポート６０と、焼結体３７の肉に設けられて両ポート５９，６０を接続する接続部６１とを有しており、収容室５１内の潤滑剤は、これらポート５９，６０および接続部６１を通過可能となっている。ポート５９は、焼結体３７の中間部４８の圧入部４７近傍に配置されている。

ポート５９，６０および接続部６１は、下記のようにして形成されている。すなわち、焼結体３７の形成時（焼入れ時）に発生するガスを逃がすベントとしての第１および第２の貫通孔６２，６３が、焼結体３７の肉に形成されている。第１および第２の貫通孔６２，６３はそれぞれ、焼結体３７の軸方向に延びると共に、円周等配に複数個（本実施の形態では、例えば２個）配置されている。第１および第２の貫通孔６２，６３は、焼結体３７の径方向に沿って互いに対向している。

また、焼結体３７の肉を径方向に貫通する第３および第４の貫通孔６４，６５が形成されている。第３および第４の貫通孔６４，６５は、それぞれ第１の貫通孔６２の数に対応する数だけ設けられている。各第３の貫通孔６４は、第１および第２の貫通孔６２，６３に交差しており、一端部が上記一方のポート５９となっている。各第４の貫通孔６５は、焼体３７の第１および第２の貫通孔６２，６３に交差しており、一端部が上記他方のポート６０となっている。上記の構成により、第１〜第４の貫通孔６２〜６５の一部によって、接続部６１が形成されている。

前述したように、焼結体３７およびウォーム軸２０の延設軸２５のスプライン嵌合部４４，４６間には、互いを組み付けるための噛み合い隙間（ガタ）が存在している。このため、装置の使用時に、当該ガタに起因してウォーム軸２０の延設軸２５のスプライン嵌合部４６が、焼結体３７のスプライン嵌合部４４に対して軸方向一方（図３において白抜き矢符で示す上方向）に相対変位すると、ポンプ作用が生じる。これにより、収容室５１内の潤滑剤は、矢印Ａで示すように潤滑剤供給路５８のポート５９から第３の貫通孔６４に押し出されて第１および第２の貫通孔６２，６３を通り、さらに矢印Ｂに示すように第４の貫通孔６５を通ってスプライン嵌合部４４，４６に供給される。

以上の次第で、本実施の形態によれば、覆い部材４１で焼結体３７の一端面３９、他端面４０および外周面３８を覆うことで、継手１９の焼結体３７内において電動モータ１６の出力軸１８とウォーム軸２０の延設軸２５との間に充填された潤滑剤の潤滑油分が、焼結体３７の空隙を通って外部に漏れ出してしまうことを防止できる。その結果、継手１９に生じるがたつき音を抑制する効果を長期に亘って維持できる。さらに、継手１９にコスト安価な焼結体３７を用いることができる。

また、覆い部材４１に成形樹脂５２を用いることで、覆い部材４１が焼結体３７の一端面３９、他端面４０および外周面３８に密着して潤滑剤の潤滑油分の流出をより確実に抑制することができる。さらに、成形樹脂５２が継手１９の防音カバーとしても機能し、騒音をより確実に抑制することができる。
さらに、継手１９の焼結体３７のスプライン嵌合部４４とこれに嵌合するウォーム軸２０の延設軸２５のスプライン嵌合部４６との間の噛み合い隙間によって、使用時に両者が軸方向に相対変位してポンプ作用が生じると、収容室５１内の潤滑剤は、ポート５９、接続部６１およびポート６０を介して上記スプライン嵌合部４４に供給される。これにより、スプライン嵌合部４４，４６に潤滑剤を十分に供給して潤滑することができ、継手１９とウォーム軸２０の延設軸２５とのがたつきによる騒音をより確実に抑制することができる。また、ベントとしての第１および第２の貫通孔６２，６３を潤滑剤供給路５８に兼用できるので、継手１９の構造を簡素にできる。このように、継手１９を含む動力伝達機構７０を電動パワーステアリング装置１に適用することで、運転者や同乗者にとって不快な騒音を長期に且つ安価に抑制することができる。

なお本実施の形態において、覆い部材４１の成形樹脂５２を、焼結体３７の内周面４２にもモールドして焼結体３７の表面全体を覆わせるようにしても良いし、焼結体３７の一端面３９、他端面４０、外周面３８および内周面４２の一部のみをモールドして覆わせても良い。さらに、焼結体３７の第１および第２の貫通孔６２，６３の数はそれぞれ、１つでも良いし３つ以上でも良い。また、焼結体３７の第２の貫通孔６３を廃止しても良い。さらに、第１および第２の貫通孔６２，６３と平行に延び且つ焼結体３７の径方向に対向する貫通孔を設けても良い。

次いで、図５は、本発明の別の実施の形態の動力伝達機構７０の拡大断面図である。以下では、図１〜図４の実施の形態と同様の構成には図に同一の符号を付してその説明を省略する。図５を参照して、本実施の形態において、焼結体３７は樹脂含浸されてなる。具体的には、焼結体３７は、一端面３９、他端面４０および外周面３８からの所定の深さの領域を樹脂含浸されてなる。また、潤滑剤供給路５８の接続部６１は、焼結体３７の肉の内部に例えば断面コ字状をなして設けられ、焼結体３７の一端面３９、他端面４０および外周面３８に開口が形成されないようになっている。潤滑剤供給路５８は、焼結体３７の円周等配に複数箇所（例えば２箇所）設けられている。

本実施の形態によれば、含浸された樹脂が、多孔質の焼結体３７の一端面３９、他端面４０および外周面３８からの所定の深さの領域の空隙を埋めているので、継手１９の焼結体３７の収容室５１内に充填された潤滑剤の潤滑油分が、焼結体３７の外部に漏れ出してしまうことを防止できる。なお、焼結体３７全体を樹脂含浸しても良い。
本発明は、以上の各実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、電動モータ１６の出力軸１８と継手１９の焼結体３７とをスプライン嵌合させても良い。また、電動モータ１６の出力軸１８およびウォーム軸２０の延設軸２５の少なくとも一方と、継手１９の焼結体３７とをセレーション嵌合させても良い。さらに、ウォームギヤ機構１１に代えて、平歯車機構やはすば歯車機構等の平行軸歯車機構を用いても良い。

また、本発明の動力伝達機構を、電動パワーステアリング装置以外の他の一般の装置の動力伝達機構に適用することができる。

本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の模式的な断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 動力伝達機構の拡大断面図である。 継手の一部破断斜視図である。 本発明の別の実施の形態の動力伝達機構の拡大断面図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
１１ ウォームギヤ機構（減速機構）
１６ 電動モータ
１８ 出力軸（駆動軸）
１９ 継手
２０ ウォーム軸（被動軸、入力軸）
３５ 一端部（一対の端部）
３６ 他端部（一対の端部）
３７ 焼結体
３８ 外周面
３９ 一端面
４０ 他端面
４１ 覆い部材
４２ 内周面
４４ スプライン嵌合部
４７ 圧入部
４８ 中間部
４９，５０ 端面
５１ 収容室
５２ 成形樹脂
５８ 潤滑剤供給路
５９，６０ ポート
７０ 動力伝達機構

Claims (5)

1. 駆動軸と、
   被動軸と、
   駆動軸と被動軸とを動力伝達可能に連結する継手とを備え、
   上記継手は、一対の端部からそれぞれ駆動軸および被動軸を一体回転可能に嵌め入れた状態で潤滑油分を含むグリースを充填した筒状の焼結体と、焼結体の表面の少なくとも一部を覆い潤滑油分の流出を抑制する覆い部材とを含み、
   上記駆動軸および被動軸の少なくとも一方の外周面に形成された歯部と、焼結体の内周面に形成された歯部とが互いの嵌合部で噛み合っており、
   上記駆動軸と被動軸の互いの対向端面と焼結体の内周面とによって、上記グリースを収容する収容室が区画されており、
   上記焼結体は、上記収容室のグリースを上記嵌合部に供給する潤滑剤供給路を含み、
   上記潤滑剤供給路は、収容室における焼結体の内周面に開口されたポートと、焼結体の嵌合部の内周面の軸方向中間部に開口されたポートと、各上記ポートを接続する接続部と、を含むことを特徴とする動力伝達機構。
2. 請求項１において、上記覆い部材は焼結体の表面の少なくとも一部をモールドした成形樹脂を含むことを特徴とする動力伝達機構。
3. 請求項１または２において、上記焼結体は、焼結体の焼結形成時に生じるガスを逃がすために焼結体の表面に開放されたガス抜き孔を含み、
   上記接続部は、上記ガス抜き孔によって形成されていることを特徴とする動力伝達機構。
4. 駆動軸と、
   被動軸と、
   駆動軸と被動軸とを動力伝達可能に連結する継手とを備え、
   上記継手は、一対の端部からそれぞれ駆動軸および被動軸を一体回転可能に嵌め入れた状態で潤滑油分を含むグリースを充填した筒状の焼結体を含み、焼結体は樹脂含浸されてなり、
   上記駆動軸および被動軸の少なくとも一方の外周面に形成された歯部と、焼結体の内周面に形成された歯部とが互いの嵌合部で噛み合っており、
   上記駆動軸と被動軸の互いの対向端面と焼結体の内周面とによって、上記グリースを収容する収容室が区画されており、
   上記焼結体は、上記収容室のグリースを上記嵌合部に供給する潤滑剤供給路を含み、
   上記潤滑剤供給路は、収容室における焼結体の内周面に開口されたポートと、焼結体の嵌合部の内周面の軸方向中間部に開口されたポートと、各上記ポートを接続する接続部と、を含むことを特徴とする動力伝達機構。
5. 操舵補助用の電動モータと、電動モータの出力回転を減速して舵取り機構に伝えるための減速機構とを備え、駆動軸としての電動モータの出力軸と被動軸としての減速機構の入力軸とを請求項１〜４の何れか１項に記載の動力伝達機構の継手によって連結したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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