JP4585531B2 - コートプーリーを用いた電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、コートプーリーを用いた電動式パワーステアリング装置に関する。

自動車の操舵装置では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわば、パワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としてのベーン型油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動することが多かった。ところが、このような類型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〜１０馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が困難であり、比較的に大排気量の自動車でも、走行時の燃料消費率が、無視できないほどに悪化することが不可避であった。

そこで、前記問題を解決するものとして、最近、電動モータを動力源とする電動式パワーステアリング装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ：ＥＰＳ）が注目されている。電動式パワーステアリング装置には、電動モータの電源に自動車用電池を用いるので、直接的なエンジンの駆動損失がない。また、前記電動式パワーステアリング装置は、電動モータが、操舵アシスト時のみに起動するので、走行時の燃料消費率の悪化も抑制されるほか、電子制御が極めて容易に行われるなどの特徴がある。

一方、自動車用ステアリングギアとしては、高剛性および軽量であることから、現在、ラックアンドピニオン式が主流となっている。また、ラックアンドピニオン式のステアリンギア用の電動式パワーステアリング装置としては、ステアリングシャフトやピニオンそのものを駆動するために、コラムの側部に電動モータを配置したコラムアシスト型等のほか、電動式ボールネジ機構によりラックシャフトを駆動するボールネジ式ラックアシスト型も用いられている。ボールネジ式ラックアシスト型の電動式パワーステアリング装置では、アシスト力がピニオンとラックの噛み合い面に作用しないので、磨耗や変形の要因となる両部材間の接触面圧が比較的に小さくなる。

図１は、従来の技術による電動式パワーステアリング装置の部分を示す斜視図である。

図１を参照すると、先ず、ステアリングコラム１は、上ピニオンシャフト３を回転可能に支持する機能を有する。前記上ピニオンシャフト３は、その上端にステアリングホイール５が装着され、下端にユニバーサルジョイント７を介して下ピニオンシャフト９が連結されている。前記下ピニオンシャフト９には、その下端にさらにラックおよびピニオン機構やパワーアシスト機構等からなるステアリングギア１１が連結されている。

図示のように、コラムカバー１３は、前記ステアリングコラム１を覆って設けられる。また、タイロッド１５は、ステアリングギア１１の左右端に連結されて設けられる。

図２は、従来の技術による電動式パワーステアリングギアを示す縦断面図である。

図２を参照すると、先ず、ラックおよびピニオンハウジング２１は、ラックおよびピニオン機構を構成するラックシャフト２３やピニオン（図示せず）を保持している。前記ラックシャフト２３は、ピニオンに噛み合わされるラック２５が、パワーステアリングギア１１の左側に設けられている。また、前記パワーステアリングギア１１の左右端には、タイロッド１５を揺れ可能に支持する球面ジョイント２７が固着されている。

パワーアシスト機構は、ラックおよびピニオンハウジング２１の右端にボルト締付されたベルトハウジング３１および前記ベルトハウジング３１にボルト締付され、ラックおよびピニオンハウジング２１やベルトハウジング３１と共に電動式ステアリングギアケースを構成するボールネジハウジング３３を外郭としている。

前記ベルトハウジング３１には、その下部に電動モータ３５が取り付けられると共に、動力伝達機構として、前記電動モータ３５の軸３６に固着された駆動プーリー３７、ボールナット５１と連結された中空の従動プーリー３９、および前記駆動プーリー３７と前記従動プーリー３９との間に掛け渡されたベルト４１が収容されている。

前記ボールネジハウジング３３には、ボールナット５１が複列アンギュラ玉軸受５３を介して回転可能に保持されている。

また、ラックシャフト２３には、ボールスクリュー式の雄ネジ溝が形成されているのに対して、ボールナット５１には、ボールスクリュー式の雌ネジ溝が形成されている。前記雄ネジ溝と前記雌ネジ溝との間には、循環ボールである複数個の鋼製ボール６５が介在されている。また、ボールナット５１には、鋼製ボール６５を循環させるための循環片（図示せず）が装着されている。

また、従動プーリー３９のボールナット５１側の端部には、雌スプラインが形成されているのに対して、ボールナット５１には、この雌スプラインに係合する雄スプラインが形成されており、組立状態では、従動プーリー３９とボールナット５１が一体に回転する。

以下、上述した図１および図２に基づき、電動式パワーステアリングの駆動手続きについて概略的に説明する。

自動車の運転手がステアリングホイール５を回転させると、上ピニオンシャフト３および下ピニオンシャフト９を経て、その回転力がステアリングギア１１に伝達される。前記ステアリングギア１１の内部には、回転運動を直線運動に変換するラックおよびピニオン機構が内蔵されているので、ラックシャフト２３が左右のいずれか一方に移動し、左右のタイロッド１５を介して操舵角が変動し、操舵が行われる。

同時に、パワーアシスト機構の内部では、操舵トルクセンサ（図示せず）の出力に基づき、電動モータ３５が、正方向または逆方向のいずれか一方に、所定の回転トルクを受けながら回転する。前記電動モータの回転は、駆動プーリー３７および従動プーリー３９を介して、前記従動プーリー３９にスプライン結合して連動するボールナット５１に減速伝達される。前記ボールナット５１が回転すると、雌ネジ溝に結合した鋼製ボール６５を介して、ラックシャフト２３の雄ネジ溝に軸方向力が作用し、これにより、操舵アシストが実現される。

このように、前記駆動プーリー３７および前記従動プーリー３９は、電動モータの作動過程において、ベルト４１面と面接触し、ベルトを無限軌道式に回転させる回転体である）。前記駆動プーリー３７および前記従動プーリー３９は、ベルト４１面と持続的に面接触されながら磨耗されて損傷することが事実である。また、前記駆動プーリー３７および前記従動プーリー３９は、加工性が比較的によい一般の炭素鋼を用いた加工および組立で製造することができる。このような一般の炭素鋼は、加工性に優れることから、寸法の精密性が必要な機械部品において最も普遍的に用いられている。

しかしながら、従来の技術による電動式パワーステアリング装置は、前記駆動プーリーおよび前記従動プーリーのような部品の場合、歯と歯間の間隔が狭いため、一般の炭素鋼を用いて加工すると、プーリーの表面粗さを一定の水準以上に低くすることが困難である。結局として、これにより、前記駆動プーリーおよび前記従動プーリーの相対部品であるベルトの磨耗を生じ、耐久寿命を短縮させることがあり得る。特に、低温で初期作動するとき、ベルト表面の硬化により、プーリー表面と異常摩擦を生じ、ノイズおよび滑り現象が生じるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、一定の組成比で組成されたコーティング液で処理されたコート層が形成されたプーリーを用いて、耐摩擦・磨耗効果に優れ、長時間安定的に使用することができるコートプーリーを用いた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。

上記の目的を達成するため、本発明の一側面に係るコートプーリーを用いた電動式パワーステアリング装置は、操向ハンドル軸に連結され、歯が形成されたピニオンシャフトと、前記ピニオンシャフトの歯と噛み合わされる歯が一端側に形成され、他端側にボールスクリューが形成されたラックシャフトと、 ボールナットとボールスクリューとの間に介在された複数のボールを介して、前記スクリューに設けられたボールナットと、前記ボールナットと連動して結合された第１のプーリーと、前記操向ハンドルで発生するトルクを感知するトルクセンサと、前記トルクセンサの信号により、操向補助力を発生させる電動モータと、前記電動モータの一端側に設けられた第２のプーリーと、前記第１のプーリーと前記第２のプーリーを連結し、前記電動モータの操向補助力を、前記ボールナットに伝達するベルトと、を備える電動式パワーステアリング装置において、前記第１のプーリーまたは前記第２のプーリーの外周面にコート層が形成されたことを特徴とする。

好ましい実施の形態において、前記コート層は、重量％（Ｗｔ％）で、１〜１０Ｗｔ％の溶媒に分散された、１０〜９０Ｗｔ％の二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）、５〜１０Ｗｔ％の三酸化アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₃）、１〜５Ｗｔ％の防錆剤、１〜５Ｗｔ％の補助潤滑剤、および１〜３Ｗｔ％の有機系接合剤を、組成比で有してもよい。また、前記コート層は、洗浄、コート、乾燥、硬化の工程を経て、１〜１００μｍの厚さを有してもよい。

本発明によると、一定の組成比で組成されたコーティング液で処理されたコート層が形成されたプーリーを用いて、耐摩擦・磨耗効果に優れ、長時間安定的に使用することができるコートプーリーを用いた電動式パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳しく説明する。

図３は、本発明の好適な一実施の形態に係るプーリーを含む電動式パワーステアリングギアを示すものであり、図２のＡ−Ａ線による断面図である。

先ず、振動モータ３３５の端部には、ほぼ円筒状のモータフランジ３７１が、三つのボルト３８１で締められ、このモータフランジ３７１の嵌合部３７２が、ラックおよびピニオンハウジング３３１に形成されたモータ支持孔３７３の内部に嵌め込まれている。前記電動モータ３３５は、自動車の操向ハンドルで発生するトルクを感知する操舵トルクセンサ（図示せず）を用いて、前記操舵トルクセンサの信号により、操向補助力を発生させることができる。以降、前記電動モータ３３５の一端側に設けられた駆動プーリー３３７は、ベルト３４１を介してボールナットと連動して結合された従動プーリー３３９に、前記電動モータ３３５の操向補助力を伝達することができる。

ここで、前記駆動プーリー３３７または前記従動プーリー３３９は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を基本成分とし、三酸化アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₃）、防錆剤、補助潤滑剤、および有機系接合剤を、溶媒に分散させて組成されたコーティング液で形成された本発明に係るコート剤３４３を含む。前記コート層は、重量％（Ｗｔ％）で、１０〜９０Ｗｔ％の二硫化モリブデン、５〜１０Ｗｔ％の三酸化アンチモン、１〜５Ｗｔ％の防錆剤、１〜５Ｗｔ％の補助潤滑剤、および１〜３Ｗｔ％の有機系接合剤を、１〜１０Ｗｔ％の溶媒に分散させて組成されたコーティング液で形成することができる。

前記駆動プーリー３３７または従動プーリー３３９の外周面に形成されたコート層３４３は、本発明に係る洗浄、コート、乾燥、硬化の工程を介して、１〜１００μｍの厚さを有することを特徴とする。ここで、前記１〜１００μｍの厚さを有するコート層は、前記駆動プーリー３３７または従動プーリー３３９とベルト３４１との間の発生可能な公差を減らし、ベルト３４２の潤滑効果を提供することができる。

また、前記コート層３４３は、前記駆動プーリー３３７または前記従動プーリー３３９を、操向補助力を伝達するためのベルト３４１と連結することにより、長期または短期使用の際に、前記駆動プーリー３３７または従動プーリー３３９の表面の高い粗さによるベルト３４１の磨耗防止およびベルト３４１の潤滑効果が得られる。

このように、電動式パワーステアリングギアの駆動プーリー３３７または従動プーリー３３９は、本発明に係るコート層３４３の形成により、ベルト３４１面と接触して行われる高荷重および高速作動において、優れた耐摩擦・磨耗に関する特性を有することができる。また、前記コート層３４３が形成された駆動プーリー３３７または前記従動プーリー３３９が低温でベルト３４１と噛み合わされて作動するとき、ベルト３４１の表面の硬化現象によるノイズおよび滑り現象を顕著に減らし、安定した電動式パワーステアリングギアの作動を行わせることができる。

図４は、本発明の好適な一実施の形態に係るコート層が形成された駆動プーリーまたは従動プーリーを製造する手続きを示す製造システムである。

図４を参照すると、本発明に係るコート層が形成された駆動プーリーまたは従動プーリーを製造する製造システム４００は、洗浄装置４０１、コート装置４０３、乾燥装置４０５、および硬化装置４０７を備える。

前記洗浄装置４０１は、本発明に係る前記コート層が形成された駆動プーリーまたは従動プーリーの作製のために、先ず、前記駆動プーリーまたは従動プーリーに対して通常の超音波洗浄を行う。前記超音波洗浄は、前記プーリーを真空中に入れ、洗浄液に漬けた後、超音波を用いて洗浄する方法である。

以降、前記洗浄装置４０１で洗浄された駆動プーリーまたは従動プーリーは、本発明に係るコート層のコートのためのコート装置４０３に移動され、スプレーコートまたはディップコート法を用いてコートされ得る。ここで、前記図３において上述したように、前記コート層を形成するコート液の化学組成は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）を主成分として三酸化アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₃）、防錆剤、補助潤滑剤、および有機系接合剤が、溶媒に分散され、一定の組成比で組成される。

前記コート装置４０３でコートされた駆動プーリーまたは従動プーリーは、通常的な乾燥装置４０５により、約１０〜１８０分間乾燥される。以降、前記乾燥装置４０５で乾燥された駆動プーリーまたは従動プーリーは、硬化装置４０７により、１０〜１８０℃で硬化され、本発明に係るコート層が形成された駆動プーリーまたは従動プーリーを製造することができる。

以上、上述した内容は、本発明の好適な一製造例を単に例示したものであり、本発明の当業者は、本発明の要旨を変更することなく、本発明についての修正と変更を加えることができることを認知しなければならない。

従来の技術による電動式パワーステアリング装置の部分を示す斜視図である。 従来の技術による電動式パワーステアリングギアを示す縦断面図である。 本発明の好適な一実施の形態に係るプーリーを含む電動式パワーステアリングギアを示すものであり、図２のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明の好適な一実施の形態に係るコート層が形成された駆動プーリーまたは従動プーリーを製造する手続きを示す製造システムである。

符号の説明

３３１ ラックおよびピニオンハウジング
３３５ 電動モータ
３３７ 駆動プーリー
３３９ 従動プーリー
３４１ ベルト
３４３ コート層
３７１ モータフランジ
３７２ 嵌合部
３７３ モータ支持孔
３８１ ボルト
４００ 製造システム
４０１ 洗浄装置
４０３ コート装置
４０５ 乾燥装置
４０７ 硬化装置

Claims (2)

1. 操向ハンドル軸に連結され、歯が形成されたピニオンシャフトと、
   前記ピニオンシャフトの歯と噛み合わされる歯が一端側に形成され、他端側にボールスクリューが形成されたラックシャフトと、
   ボールナットとボールスクリューとの間に介在された複数のボールを介して、前記ボールスクリューに設けられたボールナットと、
   前記ボールナットと連動して結合された第１のプーリーと、
   前記操向ハンドルで発生するトルクを感知するトルクセンサと、
   前記トルクセンサの信号により、操向補助力を発生させる電動モータと、
   前記電動モータの一端側に設けられた第２のプーリーと、
   前記第１のプーリーと前記第２のプーリーを連結し、前記電動モータの操向補助力を、前記ボールナットに伝達するベルトと、
   を備える電動式パワーステアリング装置において、
   前記第１のプーリーまたは前記第２のプーリーの外周面にコート層が形成され、
   前記コート層は、重量％（Ｗｔ％）で、１〜１０Ｗｔ％の溶媒に分散された、１０〜９０Ｗｔ％の二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）、５〜１０Ｗｔ％の三酸化アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₃）、１〜５Ｗｔ％の防錆剤、１〜５Ｗｔ％の補助潤滑剤、および１〜３Ｗｔ％の有機系接合剤を、組成比で有することを特徴とするコートプーリーを用いた電動式パワーステアリング装置。
2. 前記コート層は、洗浄、コート、乾燥、硬化の工程を経て、１〜１００μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のコートプーリーを用いた電動式パワーステアリング装置。