JP5562532B2

JP5562532B2 - 電動パワーステアリング装置のウォームホイール、電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5562532B2
Application number: JP2008177075A
Authority: JP
Inventors: 武士山本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: JP2010014253A

Description

本発明は電動パワーステアリング装置、特に、操舵補助モータの回転軸とステアリングシャフトの出力軸との間に設けられた電動パワーステアリング装置における減速歯車機構のウォームホイールに関する。

車両の電動パワーステアリング装置の操舵補助機構は、ステアリングシャフトが入力軸側と出力軸側とに分割され、これらの間をトーションバーを介して連結し、ギヤハウジング内にトルクセンサー機構を設け、ギヤハウジングに取り付けた電動機の回転軸とステアリングシャフトの出力軸との間をウォームおよびウォームホイールの減速歯車装置によって連結した構造を有し、トルクセンサー機構からのトルク検出信号によって電動機の出力および回転方向を制御することにより、ステアリングホイールの操舵補助を行う。

この電動パワーステアリング装置の減速歯車装置に用いられるウォームホイールを軽量化して操舵慣性力を小さくし、かつ歯車の噛合による騒音の発生を抑えるために、ウォームホイールを合成樹脂製としたものが知られている（特許文献１，２）。

特許文献１には、電動式舵取装置における操舵補助歯車として、軸部との嵌合体の外周に輪形アラミド繊維が充填された熱硬化性合成樹脂による環状歯体を成形加工によって固着したウォームホイールが記載されている。また、特許文献２には、同様に軸体に嵌合する金属製の嵌合部の外周に合成樹脂製の歯部を固着したウォームホイールが記載され、嵌合部と歯部との固着を強固にするために、嵌合部の片端を半径方向外周側へ伸長させるとともに、この伸長端部をさらにＬ状に複数に折り曲げ、この折曲部の外周部に合成樹脂材を固着して歯部としている。
特許第３４９６１１９号（特開２００２−３９３２９号）公報特許第３６９８６０５号（特開２００１−２０６２３０号）公報

この種の電動パワーステアリング装置では、出力軸に固着されるウォームホイールは操舵時の慣性力をできるだけ小さくして操舵性を高めるために軽量化する必要があり、同時に十分な強度を確保しなければならない。このため、特許文献１，２に記載のように芯金部のみを金属製とし、その外周を歯部まで合成樹脂材で形成することが行われているが、特許文献１では芯金部に直接合成樹脂材の歯部を射出成形で形成する構成のため、駄肉を少なくして精度よく成形しようとすると、芯金部を歯部の歯底近くまで延在させる必要があり、駄肉をなくしても基本的に金属製の芯金部を小形にして軽量化を図ることにはならない。

特許文献２では、ウォームホイールの強度を確保するために芯金部の一部を外周側へ長く伸長させ、その先端に熱硬化性の樹脂材を固着して歯部を形成しているので、耐熱性および強度性の点では満足できるものの、熱硬化性樹脂部に歯部を形成するために加工性が悪く、精度のよい歯部が得られにくく、また軽量化の点でも十分でないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みて、芯金部の体積をできるだけ小さくして軽量化を図り、かつ、歯部のみを加工性のよい熱可塑性樹脂で形成するとともに、この熱可塑性樹脂の体積を小さくして駄肉を排除し、また全体の強度も確保した電動パワーステアリング装置のウォームホイールを提供するものである。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置のウォームホイールは、操舵補助電動機から操舵補助力を発生させて出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置のウォームホイールであって、前記出力軸に嵌合される芯金部と、前記芯金部の外周に固着された熱硬化性樹脂材の円環部と、前記円環部の外周に固着された熱可塑性樹脂材の歯部と、を有し、前記芯金部は第１凹凸溝を備えた張出部を有し、前記円環部は、前記張出部を埋め込み両側面をカバーするようにインサート成形で前記芯金部に固着しており、径方向外方へ延在し両側面を露出した側面部と、最も外径側の両側面に第２凹凸溝を備えた外周縁と、円柱面状の外周面と、を形成し、前記歯部及び前記芯金部よりも大きい体積と前記歯部よりも高い強度を有し、前記歯部は、前記円環部の前記外周縁を埋め込むように射出成形で前記円環部に固着され、外周部に斜歯が形成され、前記操舵補助電動機に駆動され前記出力軸に対して略垂直方向に配置される回転軸に設けられたウォームと噛み合うことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係るウォームホイールを有することを特徴とする。

本発明によれば、歯部のみを体積の小さい熱可塑性樹脂で形成し、かつ、芯金部の体積も小形にするとともに、前記歯部と前記芯金部の間を高強度の熱硬化性樹脂材で連結したので、軽量化に優れ、加工性および強度信頼性の高いウォームホイールが得られる。

以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームホイールを図面を参照しつつ説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態による電動パワーステアリング装置のウォームホイールを一部分裁断した状態で示した斜視図であり、図２は図１に示すウォームホイールの縦断面図である。このウォームホイール１は、後述する電動パワーステアリング装置の出力軸に嵌合する芯金部２と、芯金部２の外周に固着される円環部３と、円環部３の外周に固着される歯部４とで構成されている。

まず、芯金部２は金属製で構成され、出力軸に対する所定の嵌合公差で形成された内径部５と、軸方向一端部の外周面からやや軸方向内側へ向けて斜め径方向外方へのびたフランジ状の張出部６とを有し、この張出部６の外周部には、図１に明示されるような凹凸部７が形成されている。なお、この実施形態では、図２に示されるように、張出部６の先端部６ａは径方向に屈曲して径方向外方へ僅かに伸長している。図２に示す実施形態においては、芯金部２の内径部から外周部（張出部を含む）までの長さはウォームホイール全体の内径部から外周部までの距離の３割程度であり、また、円環部３の径方向長さはウォームホイール１の内径部から外周部までの長さに対し６割程度であり、したがって、芯金部２の体積はウォームホイール全体に占める体積に比較してごく少ない体積となっている。

円環部３は熱硬化性樹脂材で形成され、芯金部２の外周部に固着される。円環部３の形成は芯金部２の外周面から張出部６全体が該円環部３の樹脂内に埋め込まれるようにインサート成形することにより芯金部２の外周に形成される。熱硬化性樹脂としては高強度で、かつ成形時の発生ガスの少ないものが選定され、一例としては、フェーノール樹脂、メラミン樹脂、架橋ポリエステルアミド、エポキシ樹脂などが挙げられる。また、これらの樹脂は繊維強化（例えばアラミド、カーボン、ガラスなどによる強化）した形態で用いられる。
なお、円環部３の片側の面３ａは、中心側の基部３ｂおよび外周縁３ｃ部分を除いて、後述する出力軸への取付けスペースの関係から或る程度凹状の面になるように形成されている。また、円環部３の外周縁３ｃ部分には複数の凹凸部８が形成されている。

円環部３の外周に固着されるウォームホイールの歯部４は熱可塑性樹脂材で形成されている。この場合、円環部３の外周縁部分の凹凸部８が歯部樹脂内に埋め込まれるように射出成形によって円環部３と一体になるように形成される。この歯部４の体積は該歯部４の強度を確保し、かつ外周にギヤの歯面４ａを形成し得る範囲の体積でよく、ウォームホイール全体の大きさ等は主として円環部３の大きさで定められる。熱可塑性樹脂としては切削加工性のよいものが選定される。

上述のようにして芯金部２、円環部３および歯部４を一体化した後、歯部４の外周にウォームホイール１として必要なギヤ歯面４ａが切削加工により形成される。円環部３の熱硬化性樹脂は歯部４の熱可塑性樹脂よりも強度が高く、ウォームホイール１の芯金構造物としての機能を十分に発揮する。また、耐熱性にも優れるため、歯部４の熱可塑性樹脂を射出成形する場合にも、熱の影響等の支障を受けない。

このように、本発明では軸体と嵌合する部分のみを金属製の芯金部２とし、ウォームホイール１の体積の大部分を合成樹脂製とすることで軽量化ができる。さらに、芯金部２の外周部分を高強度で成形時のガス発生の少ない熱硬化性樹脂を用いることにより、不要な駄肉を抑えることができる。歯部４の歯切り加工も熱可塑性樹脂製とすることで良好な加工性が得られ、また、歯部４のみを熱可塑性樹脂とすることで熱可塑性樹脂の体積を少なくしてギヤ部のボイドの発生を抑えることができる。上述のような構成とすることで、軽量化、加工性および強度信頼性を高めたウォームホイールを得ることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明に係るウォームホイールを採用した電動パワーステアリング装置の要部構造を図３を参照して説明する。図３において、ギヤハウジング１０の内周部にトルク検出装置のセンサーヨーク１１、センサーコイル１２その他センサー基板、スリーブ等が装着され、この内径部に中空の出力軸１３が軸受１４，１５を介して回転可能かつ軸方向移動不能に挿入されている。前記センサーヨーク１１に対峙する箇所で出力軸１３の外周にはトルク検出用溝１６が形成されている。ステアリングホイールにつながるステアリングシャフト（いずれも図示省略）の車両前方側端部にセンサー側シャフト１７が連結されている。センサー側シャフト１７の車両前方側基部１７ａはギヤハウジング１０内に収容され、その基部の端面凹部に出力軸１３が相対回転可能に接合されるとともに、トーションバー１８の車両後方側端部（ステアリングホイール側）がスプライン圧入によって固着されている。

トーションバー１８は出力軸１３の中空部に挿入され、その車両前方側端部が出力軸１３の車両前方側端部に固定ピン１９によって固着されている。出力軸１３の先端は図示しない転舵装置に連結される。ギヤハウジング１０の車両後方側端部にはセンサー側シャフト１７および前記ステアリングシャフトを覆うコラム２０の一端部が固着されている。また、ギヤハウジング１０には図示しない操舵補助モータが装着され、そのモータ回転軸２１にはギヤハウジング１０内でウォーム２２が固着されている。出力軸１３にはこのウォーム２２と噛合するように図１、図２に記載した本発明に係るウォームホイール（操舵補助歯車）１が固着されている。

電動パワーステアリング装置のステアリングホイールの操舵動作は、ステアリングシャフトのセンサー側シャフト１７からトーションバー１８、出力軸１３を経て前記転舵装置に伝達され、この転舵装置の作動によって車輪の転向動作がなされる。
車両の操舵操作において、車輪側からの過大な転向負荷が出力軸１３に加わった場合、トーションバー１８の捩り変位に基づいて前記トルクセンサー機構により操舵トルクが検出され、センサーコイル１２による検出信号がモータ制御装置（図示省略）に入力され、これに基づいてトーションバー１８の捩れ変位をなくするように電動モータの回転量および回転方向が制御され、モータ回転軸のウォーム２２および出力軸側のウォームホイール１を介して出力軸１３に適切な操舵補助力が付与される。

図１および図２に関して説明したように、出力軸１３に固着されるウォームホイール１は、出力軸１３への嵌合部のみが金属製で、ウォームホイール全体の大部分が合成樹脂製で形成されるので、きわめて軽量であり、その分操舵補助モータの負荷が軽減されるとともに、操舵時のウォームホイール１の慣性力が小さくなり、良好な操舵感覚が得られる。また、出力軸１３との嵌合部以外の合成樹脂製部分の体積の大半が強度の高い熱硬化性樹脂で形成されるので、従来の金属製ウォームホイールと変わらない強度が確保され、さらに、芯金部２と円環部３との結合、円環部３と歯部４との結合も相手方部材の凹凸溝に樹脂材が埋め込まれるようにして結合されるので、動作中にこれらの部分で回転方向にずれが生じるおそれはなく、信頼性の高いウォームホイールとなる効果がある。

本発明の第１の実施形態による電動パワーステアリング装置のウォームホイールを一部分裁断した状態で示した斜視図である。図１に示すウォームホイールの縦断面図である。本発明に係るウォームホイールを採用した電動パワーステアリング装置の要部構造を示す縦断面図である。

１ウォームホイール
２芯金部
３円環部
４歯部
６張出部
７，８凹凸部
１０ギヤハウジング
１３出力軸
１７センサー側シャフト
１８トーションバー
２１モータ回転軸
２２ウォーム

Claims

操舵補助電動機から操舵補助力を発生させて出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置のウォームホイールであって、
前記出力軸に嵌合される芯金部と、前記芯金部の外周に固着された熱硬化性樹脂材の円環部と、前記円環部の外周に固着された熱可塑性樹脂材の歯部と、を有し、
前記芯金部は第１凹凸溝を備えた張出部を有し、
前記円環部は、前記張出部を埋め込み両側面をカバーするようにインサート成形で前記芯金部に固着しており、径方向外方へ延在し両側面を露出した側面部と、最も外径側の両側面に第２凹凸溝を備えた外周縁と、円柱面状の外周面と、を形成し、前記歯部及び前記芯金部よりも大きい体積と前記歯部よりも高い強度を有し、
前記歯部は、前記円環部の前記外周縁を埋め込むように射出成形で前記円環部に固着され、外周部に斜歯が形成され、前記操舵補助電動機に駆動され前記出力軸に対して略垂直方向に配置される回転軸に設けられたウォームと噛み合うことを特徴とする電動パワーステアリング装置のウォームホイール。
請求項１に記載のウォームホイールを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。