JPWO2004002807A1 - 車両用パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

ステアリングホイールに印加した操舵力を補助するように、補助操舵トルクとして駆動源の回転出力をウォームギヤ減速機により減速して操舵軸に伝達し、車輪を転舵するようにした電動パワーステアリング装置は、ウォームギヤ減速機のギヤ室内で空気を循環して、当該ギヤ室内を冷却する冷却手段を具備している。

Description

本発明は、ウォームギヤ減速機を備えた車両用パワーステアリング装置に関する。

車両の電動パワーステアリング装置として、補助操舵トルクとなる電動モータの回転出力を動力伝達機構により減速して操舵軸に伝達し、ステアリングホイールに印加した操舵力を補助して、車輪の操舵を行うように構成したものが知られている。
このような電動パワーステアリング装置においては、ハウジング内に設けた動力伝達機構を用いて、電動モータの回転を減速しつつ出力軸に動力を伝達している。この動力伝達機構として、レイアウト性に優れていることから、一般的には、ウォームギヤ減速機を用いている。
このような歯車減速機においては、円滑にトルク伝達を行なうためには、バックラッシュが不可欠であるが、バックラッシュがあると、その反転時、噛合歯の歯面同士の衝突音（ラトル音）が生じる。
ウォームの噛合歯は、金属製であるが、この衝突音を低減して、円滑なトルク伝達を行なうため、ウォームホイールの噛合歯は、樹脂製にしてある。
ウォームギヤ減速機は、軸方向の異なる２つの離間した軸間で回転を伝達する機構であり、ウォームとウォームホィールの噛合歯面は、滑り接触による伝達となっていることから、滑り損失を生起する。操舵装置用に逆作動が可能なギヤ諸元とした場合においても、伝達効率は、９０％程度となっており、少なくとも１０％の損失を招来している。
この１０％の損失は、噛合歯同士の噛合い部では、発熱となって生起し、伝達動力が大きければ大きいほど、発熱量も比例して大きくなる。しかも、ウォームホィールの噛合歯は、樹脂製であって、熱伝導率が金属に比べて悪く、熱が逃げ難いため、ウォームとウォームホィールの噛合歯同士の噛合い部の温度は、非常に上昇し易くなっている。
噛合い部の温度が高くなると、噛合歯の樹脂の強度低下によって、その磨耗が大きくなり、また、潤滑グリースの劣化も進行する。その結果、潤滑グリースの劣化により一度潤滑不良が発生すると、噛合歯の歯面同士の摩擦係数が大きくなり、更に発熱量が増えるという悪循環に陥り、急激に樹脂製の噛合歯の磨耗が進行することから、樹脂製の噛合歯は、寿命が比較的長くないといったことがある。
このようなことから、重量が重く、大きな補助操舵力を必要とする車両に、電動パワーステアリング装置を装着しようとする場合、大きな補助操舵力に対応して伝達動力の大きいウォームギヤ減速機を採用するが、実際には、熱損失に起因する樹脂製の噛合歯の劣化を考慮して、より一層伝達動力の大きいウォームギヤ減速機を用いる必要があり、ウォームギヤ減速機の大型化を招来し、車両への搭載性を阻害するといったことがある。
以上から、熱損失に起因する噛合歯の劣化を防止し、これにより、噛合歯の耐久性を向上して長寿命化を図ると共に、ウォームギヤ減速機の小型化を図りたいといった要望がある。
なお、特開２００２−５４６９６号公報には、ウォームに潤滑剤溜まりを設け、ウォームの回転に伴って、潤滑剤を噛合歯に供給し、これにより、噛合歯の摩粍を防止して耐久性を向上した構成が開示してある。しかし、ウォームギヤ減速機のギヤ室内を冷却することに関しては、何ら開示していない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、噛合歯の耐久性を向上して長寿命化を図ると共に、ウォームギヤ減速機の小型化を図ることができる車両用パワーステアリング装置を提供することを目的する。
上記の目的を達成するため、本発明の車両用パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加した操舵力を補助するように、補助操舵トルクとして電動モータの回転出力をウォームギヤ減速機により減速して操舵軸に伝達し、車輪を転舵するようにした電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ減速機のギヤ室内を冷却する冷却手段を具備することを特徴とする。
本発明によれば、ウォームギヤ減速機のギヤ室内を冷却する冷却手段が設けてあるため、ウォームを冷却すると共に、ウォームホイールの噛合歯を冷却して、熱損失に起因する噛合歯の劣化を防止して、噛合歯の耐久性を向上して長寿命化を図ると共に、ウォームギヤ減速機の小型化を図り、車両への搭載性を向上することができる。
本発明の車両用パワーステアリング装置において、また、本発明に係る車両用パワーステアリング装置において、前記冷却手段は、好ましくは前記ウォームギヤ減速機のウォームに装着した冷却用ファンとすることができる。この構成によれば、ウォームギヤ減速機のウォームに、冷却用ファンが装着してあるため、ウォームギヤ室内では、ウォームの回転に伴って、冷却用ファンが回転して、室内の空気が強制的に循環し、ウォームを冷却すると共に、ウォームホイールの噛合歯を冷却して、熱損失に起因する噛合歯の劣化を防止して、噛合歯の耐久性を向上して長寿命化を図ると共に、ウォームギヤ減速機の小型化を図り、車両への搭載性を向上することができる。
また、比較的熱伝導率の良好な金属製ウォームの噛合歯の表面に、空気を積極的に送風して、ウォームの噛合歯の放熱を促し、これにより、温度が低下したウォームの噛合歯の表面をウォームホィールの噛合歯に接触して、ウォームホィールの噛合歯の温度を一層低下することができる。
さらに、発熱量（Ｗ）は、伝達動力に比例して増大するが、歯面押付荷重（Ｎ）×摩擦係数×滑り速度（ｍ／ｓ）であり、回転数に比例することから、回転数に応じて、風量が増える冷却用ファンを設けることによって、噛合歯の噛合い部からの熱を空冷によって効果的に放出でき、ひいては、ウォームホィールの噛合歯の寿命を向上することができる。
さらに、本発明に係る車両用パワーステアリング装置の好ましい第２の態様において、前記ウォームギヤ減速機のハウジングに、前記ギヤ室内空気を循環するための循環路を形成することができる。このように、ウォームギヤ減速機のハウジングに、ギヤ室内空気を循環するための循環路が形成すると、ギヤ室内での空気の循環をより一層促進することができる。
さらに、本発明に係る車両用パワーステアリング装置の好ましい第３の態様において、前記ウォームギヤ減速機のハウジングの外表面に、放熱フィンを形成することが好ましい。
このように、ウォームギヤ減速機のハウジングの外表面に、放熱フィンが形成すると、放熱性をより一層向上することができる。
なお、本発明に係る車両用パワーステアリング装置は、補助操舵トルクの駆動源として、電動モータに限定されず、他のものであってもよい。また、ウォームホイールの噛合歯も樹脂製に限定されるものではない。

図１Ａは、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縦断面図であり、図１Ｂは、冷却用ファンの側面図である。
図２は、冷却用ファンの拡大側面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る車両用パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。
図１Ａは、本発明の一実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の縦断面図であり、図１Ｂは、冷却用ファンの側面図である。図２は、冷却用ファンの拡大側面図である。
図１Ａに示すように、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイール（図示略）に連結したステアリングシャフト（入力軸、図示略）に、トーションバー（図示略）等を介して出力軸１（操舵軸）が連結してあり、この出力軸１に、ウォームギヤ減速機のウォームホイール２が固定してある。このウォームホイール２の噛合歯２ａは、好適には、樹脂により形成してある。
ウォームギヤ減速機を収納するハウジング３には、電動モータ４が取付けてある。電動モータ４の駆動軸５は、雄スプライン（又は雄セレーション）に形成してある。
ウォームギヤ減速機のウォーム６を有するウォーム軸７は、そのモータ側に筒状部８を一体に備えており、筒状部８の内面には、雌スプライン（又は雌セレーション）が形成してある。
この筒状部８が電動モータ４の駆動軸５にスプライン（セレーション）嵌合してあり、これにより、ウォーム軸７は、駆動軸５と共に一体的に回転できると共に、駆動軸５に対して、軸方向移動自在になっている。
ウォーム軸７は、その両端で、軸受９，１０によりハウジング３に回転自在に支持してある。
本実施の形態では、ウォームギヤ減速機のウォーム軸７に、冷却用ファン２０が嵌合してあり、ウォーム軸７と一体的に回転できるようになっている。
図１Ｂ及び図２に示すように、冷却用ファン２０は、金属製の芯金２１に、羽根部２２を樹脂インジェクション成形して、ウォーム軸７に圧入固定してある。
ハウジング３には、ギヤ室１１内のウォーム軸７側とウォームホイール２側とを連通して、ギヤ室１１内の空気を循環するための循環路２３が形成してある。
さらに、ハウジング３の外表面に、多数の放熱フィン２４が形成してある。
このように、本実施の形態では、ウォーム軸７に、冷却用ファン２０が嵌合してあるため、ウォームギヤ室１１内では、ウォーム軸７の回転に伴って、冷却用ファン２０が回転して、ギヤ室１１内の空気が強制的に循環し、ウォーム６を冷却すると共に、ウォームホイール２の樹脂製の噛合歯２ａを冷却して、熱損失に起因する樹脂製の噛合歯２ａの劣化を防止して、樹脂製の噛合歯２ａの耐久性を向上して長寿命化を図ると共に、ウォームギヤ減速機の小型化を図り、車両への搭載性を向上することができる。
また、比較的熱伝導率の良好な金属製ウォーム６の噛合歯の表面に、空気を積極的に送風して、ウォーム６の噛合歯の放熱を促し、これにより、温度が低下したウォーム６の噛合歯の表面をウォームホィール２の樹脂製の噛合歯２ａに接触して、ウォームホィール２の樹脂製の噛合歯２ａの温度を一層低下することができる。
さらに、発熱量（Ｗ）は、伝達動力に比例して増大するが、歯面押付荷重（Ｎ）×摩擦係数×滑り速度（ｍ／ｓ）であり、回転数に比例することから、回転数に応じて、風量が増える冷却用ファン２０を設けることによって、噛合歯２ａの噛合い部からの熱を空冷によって効果的に放出でき、ひいては、ウォームホィール２の樹脂製の噛合歯２ａの寿命を向上することができる。
さらに、ハウジング３に、ギヤ室１１内空気を循環するための循環路２３が形成してあるため、ギヤ室１１内での空気の循環をより一層促進することができる。
例えば、ウォーム軸７を一方向に回転すると、冷却用ファン２０が回転して、ギヤ室１１内空気は、冷却用ファン２０→ウォーム６→ウォームホィール２の噛合歯２ａ→ウォームホイール２の外周部→循環路２３の経路で循環することができる。他方向にウォーム軸７を回転させた場合は、逆の流れとなる。
さらに、ハウジング３の外表面に、放熱フィン２４が形成してあるため、放熱性をより一層向上することができる。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。本発明に係る車両用パワーステアリング装置は、補助操舵トルクの駆動源として、電動モータに限定されず、他のものであってもよい。また、ウォームホイールの噛合歯も樹脂製に限定されるものではない。
以上説明したように、本発明によれば、ウォームギヤ減速機のギヤ室内を冷却する冷却手段が設けてあるため、ウォームを冷却すると共に、ウォームホイールの噛合歯を冷却して、熱損失に起因する噛合歯の劣化を防止して、噛合歯の耐久性を向上して長寿命化を図ると共に、ウォームギヤ減速機の小型化を図り、車両への搭載性を向上することができる。

Claims (5)

1. ステアリングホイールに印加した操舵力を補助するように、補助操舵トルクとして駆動源の回転出力をウォームギヤ減速機により減速して操舵軸に伝達し、車輪を転舵するようにした電動パワーステアリング装置において、
   前記ウォームギヤ減速機のギヤ室内を冷却する冷却手段を具備することを特徴とする車両用パワーステアリング装置。
2. 前記冷却手段は、前記ウォームギヤ減速機のウォームに装着した冷却用ファンから成ることを特徴とする請求項１に記載の車両用パワーステアリング装置。
3. 前記ウォームギヤ減速機のハウジングには、前記ギヤ室内空気を循環するための循環路が設けてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用パワーステアリング装置。
4. 前記冷却手段は、前記ウォームギヤ減速機のハウジングの外表面に形成された放熱フィンから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用パワーステアリング装置。
5. 前記冷却手段は、前記ウォームギヤ減速機のハウジング外表面に形成された放熱フィンから成る請求項３に記載の車両用パワーステアリング装置。

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