JP4622639B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者により行われるステアリングホイール（ハンドル）等の操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関し、特には、電動モータの回転を操舵軸に伝達する機構としてウォーム軸とウォームホイールとからなる減速機構を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

上記電動パワーステアリング装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータと、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構と、トルクセンサ等のセンサ信号に基づいて電動モータの駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備えている。

減速機構は、例えば、電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤとしてのウォーム軸と、操舵軸に嵌着された従動ギヤとしてのウォームホイールとからなり、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いにより、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達することで、運転者のステアリングホイールの操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータが発生する操舵補助トルクとの和を、出力トルクとしてステアリング機構に与える（例えば、特許文献１参照）。

ところで、上記の減速機構に含まれるウォームホイールは樹脂で造られることが多い。

このうち、ウォームホイールの歯部を金型を用いて成形する場合、型抜きの関係から、図６の（Ａ）に示すように、歯部７１は、はすば歯車の歯部のように、軸方向各部がほぼ同じ歯厚の形状となる。これに対して、ホブ加工により歯切りを行う場合は、ホブにより外径部の軸方向中間部分が両側部分より深く切削されて、図６の（Ｂ）に示すように、歯部７２は、軸方向両側の歯厚が軸方向中間部分の歯厚より厚い形状となる。

上記２つの加工法による歯部７１，７２を比較すると、ホブ加工による歯部７２は、軸方向両側の歯厚の厚い部分により補強されているのに対して、金型成形の歯部７１は、その軸方向両側部分の歯厚が、ホブ加工による歯部７２より薄くなっており、強度が小さい。

ウォームホイールにおいて、歯部の強度が小さいと、許容負荷トルクが減少するほか、ウォーム軸との噛み合い時、歯部のたわみが大きくなって噛み合い異常が生じ、これが異音発生の一つの原因にもなる。

言うまでもなく、ホブ加工による歯部７２と同形状の歯部を、金型成形により造ることは、事実上不可能である。
特開２００３−１８２６０１号公報

上記のように、ウォームホイールにおいて歯部は、強度等の面から、ホブ加工により形成することが望ましいが、ホブ加工は、金型成形よりも製造コストがかさむという問題がある。

本発明は、ウォームホイールの製造コストの上昇を抑制しつつ、歯部の強度を高めることを課題とする。

本発明第１の電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、電動モータの回転軸に連結されたウォーム軸と、上記ウォーム軸に噛み合う状態で操舵軸に嵌着されたウォームホイールとを備え、上記ウォームホイールは少なくとも外径部が樹脂製で、この外径部において周方向に隣り合う歯部は、軸方向片側において外径側に突出する連結部を介して連結されており、上記連結部は、上記歯部の高さより高い高さに突出していることを特徴とするものである。
また、本発明第２の電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、電動モータの回転軸に連結されたウォーム軸と、上記ウォーム軸に噛み合う状態で操舵軸に嵌着されたウォームホイールとを備え、上記ウォームホイールは少なくとも外径部が樹脂製で、この外径部において周方向に隣り合う歯部は、軸方向片側において外径側に突出する連結部を介して連結されており、上記連結部は、歯部間の各谷部毎に軸方向一側と他側とに交互に設けられていることを特徴とするものである。

上記構成の電動パワーステアリング装置では、ウォームホイールの各歯部が、周方向に隣り合う歯部と連結部で連結されることで、補強されており、ホブにより歯切りされた歯部と同等もしくはそれ以上の強度を有し、許容負荷トルクが大きい。また、各歯部が補強されていることで、ウォーム軸との噛み合い時、歯部のたわみ量が減少し、噛み合い異常が生じにくくなり、噛み合い異常に伴う異音の発生を抑制することができる。

この場合、歯部間の谷部は、連結部が存在しない側に開いている形状であるから、型抜きが可能で、金型により成形することができる。

本発明第１の電動パワーステアリング装置では、連結部が歯部より突出して断面積が増すことで、連結強度が大きくなる。本発明第２の電動パワーステアリング装置では、連結部が軸方向一側と他側とに振り分けて設けられていることで、補強が軸方向一側に偏らず、均等に補強される。

本発明によれば、歯部の強度を高め、ウォームホイールの許容負荷トルクを大きくすることができ、しかも、金型成形により製造コストを上昇させることなく安価に造ることができる。

以下、図１ないし図３を参照して、本発明の参考となる参考形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。図１は、本参考形態の電動パワーステアリング装置の減速機構部分の断面図で、関連する構成を併せて図示している。図２は、図１の減速機構の一部であるウォームホイールの拡大側面図で、半部は断面を示している。図３は、図２のウォームホイールの一部の斜視図である。

図１に示すように、本参考形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール（ハンドル）等の操舵部材１に一端が固着された操舵軸２と、この操舵軸２に加えられる運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、操舵軸２の他端に連結された、ラックピニオン機構等からなるステアリング機構４と、操舵部材１の操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助トルクを発生させる電動モータ５と、電動モータ５が発生する操舵補助トルクを操舵軸２に伝達する減速機構６と、トルクセンサ３等のセンサ信号に基づいて電動モータ５の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）７とを備えている。

操舵軸２には、操舵部材１の操作による操舵トルクと、電動モータ５が発生する操舵補助トルクとが加えられ、これらトルクの和が、出力トルクとしてステアリング機構４に与えられる。ステアリング機構４では、その入力軸の回転が、出力軸であるラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材８を介して操向用の車輪９に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪９の向きが変わる。

操舵軸２の中途部は、本参考形態では、筒状の入力軸１０と、中間部に長尺で細径のねじり領域を有するトーションバー１１と、筒状の出力軸１２とから構成されている。入力軸１０は、その筒状内部に挿入されたトーションバー１１と、圧入もしくは径方向に貫通するピン１３により連結されている。トーションバー１１は、その下端部が出力軸１２の筒状内部に挿入されて、圧入もしくは径方向に貫通するピン１４により出力軸１２に連結されている。トーションバー１１の外周で、入力軸１０と出力軸１２とは互いに軸方向に近接して対向しており、その軸方向対向部の外周位置で上記したトルクセンサ３がセンサハウジング１５の内部に収容されている。

減速機構６は、駆動ギヤとして電動モータ５の回転軸に同軸に連結されたウォーム軸６１と、従動ギヤとして出力軸１２の外周に嵌着されたウォームホイール６２とからなり、ウォーム軸６１とウォームホイール６２とは互いに噛み合う状態で、ギヤハウジング１６の内部に収容されている。

ギヤハウジング１６は、内部にウォーム軸６１を収容するウォーム軸収容部１６１と、ウォームホイール６２を収容するウォームホイール収容部１６２と、電動モータ５を装着するための装着部１６３とを有している。

出力軸１２は、センサハウジング１５およびギヤハウジング１６を貫通し、各ハウジング１５，１６の内部に設けた軸受１７，１８により回転可能に支持されている。

ウォームホイール６２は、上記した２つの軸受１７，１８の間で出力軸１２の外周に嵌着されており、本実施形態では、その歯部が樹脂により一体に成形されている。このウォームホイール６２は、図２および図３に拡大して示すように、多数の歯部６２ａ，……と、軸孔６２ｂとを有するとともに、軸方向一側（図１および図２では下側）において外径側に円板状に突出する連結部６２ｃが形成されており、この連結部６２ｃにより周方向に隣り合う歯部６２ａ，６２ａどうしが連結されている。本実施形態では、連結部６２ｃの突出高さは、歯部６２ａの突出高さと同じで、歯部６２ａの外径面と連結部６２ｃの外径面とは面一になっている。

上記構成のウォームホイール６２は、歯部６２ａや連結部６２ｃ、歯部６２ａ間の谷部６２ｄが、軸方向一側に型抜きしうる形状であるから、金型により支障なく成形することができる。

上記構成のウォームホイール６２では、各歯部６２ａは、その軸方向片側にある連結部６２ｃにより隣り合う歯部６２ａと連結されることで、補強されており、ウォーム軸６１との噛み合いに対して充分大きな強度を有し、許容負荷トルクが大きい。また、各歯部６２ａが補強されていることで、ウォーム軸６１との噛み合い時に生じる歯部６２ａのたわみ量が減少し、噛み合い異常に伴う異音の発生が抑えられる。

＜実施形態＞
図４は、本発明の第１実施形態に係るウォームホイールの側面図で、半部は断面を示している。この実施形態では、ウォームホイール６２の軸方向一側に設けられた連結部６２ｃが、歯部６２ａの高さＨａより高い高さＨｃに突出して（Ｈａ＜Ｈｃ）形成されている。連結部６２ｃの断面積がその突出高さ分だけ増すことで、図１および図２に示す連結部６２ｃよりも、連結強度を大きくすることができる。また、連結部６２ｃにより一定の連結強度が確保されればよいとすれば、連結部６２ｃが歯部６２ａよりも高く突出する突出量に応じて、連結部６２ｃが占める軸方向幅を小さくすることができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係るウォームホイールの側面図で、半部は断面を示している。この実施形態では、連結部６２ｃを、歯部６２ａ間の各谷部６２ｄ毎に軸方向一側と他側とに交互に設けている。このように、全周の歯部６２ａのうち、一部の歯部６２ａに対しては軸方向一側に連結部６２ｃを設け、他の歯部６２ａに対しては軸方向他側に連結部６２ｃを設けるようにしてもよい。このように、連結部６２ｃがウォームホイール６２の軸方向一側と他側とに振り分けて設けられていると、補強が軸方向一側に偏らず、全体として均等に補強される。

このほか、上記各実施形態では、ウォームホイール６２の全体を樹脂製としたが、内径部を鋳鉄等の金属製としてもよく、歯部６２ａを含む外径部が樹脂で形成されていればよい。

本発明の参考形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構部分の断面図で、関連する構成を併せて図示している。 図１の減速機構の一部であるウォームホイールの拡大側面図で、半部は断面を示している。 図２のウォームホイールの一部の斜視図。 本発明の第１実施形態に係るウォームホイールの側面図で、半部は断面を示している。 本発明の第２実施形態に係るウォームホイールの側面図で、半部は断面を示している。 従来のウォームホイールの要部の斜視図で、（Ａ）は金型成形の歯部を示し、（Ｂ）はホブ加工による歯部を示している。

符号の説明

６ 減速機構
６１ ウォーム軸
６２ ウォームホイール
６２ａ 歯部
６２ｃ 連結部
１２ 出力軸（操舵軸の一部）

Claims (2)

1. 操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   電動モータの回転軸に連結されたウォーム軸と、
   上記ウォーム軸に噛み合う状態で操舵軸に嵌着されたウォームホイールとを備え、
   上記ウォームホイールは少なくとも外径部が樹脂製で、この外径部において周方向に隣り合う歯部は、軸方向片側において外径側に突出する連結部を介して連結されており、
   上記連結部は、上記歯部の高さより高い高さに突出している、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   電動モータの回転軸に連結されたウォーム軸と、
   上記ウォーム軸に噛み合う状態で操舵軸に嵌着されたウォームホイールとを備え、
   上記ウォームホイールは少なくとも外径部が樹脂製で、この外径部において周方向に隣り合う歯部は、軸方向片側において外径側に突出する連結部を介して連結されており、
   上記連結部は、歯部間の各谷部毎に軸方向一側と他側とに交互に設けられている、
   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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