Brevet FR2812848A1 — publié le 20020215

DISPOSITIF DE DIRECTION ELECTRIOUE La présente invention se rapporte à un dispositif de direction électrique, qui transmet la rotation d'un organe de commande électrique pour produire de l'énergie de direc- tion auxiliaire aux roues via un mécanisme d'engrenage de décélération, qui comporte un engrenage d'entraînement tel qu'une vis sans fin et un engrenage mené tel qu'une roue à dentelure hélicoïdale qui s'engrène avec l'engrenage d'en- traînement. Il existe une demande pour réduire le poids ainsi que le bruit d'un dispositif de direction électrique qui trans- met la rotation d'un organe de commande électrique pour produire de l'énergie de direction auxiliaire aux roues via un mécanisme d'engrenage de décélération. A cet égard, dans des automobiles relativement légè- res, l'engrenage mené qui constitue le mécanisme d'engre- nage de décélération est constitué d'une bague de noyau mé- tallique et d'un corps d'engrenage constitué d'un matériau de résine synthétique, dans lequel la périphérie extérieure de la bague de noyau est recouverte par le corps d'engre- nage. Le matériau de résine synthétique est injecté dans un moule, dans lequel la bague de noyau est insérée, de sorte que le corps d'engrenage est moulé et intégré à la bague de noyau. Ces dernières années, il existe également une demande pour des véhicules de grande dimension pour des dispositifs de direction électrique qui emploient un mécanisme d'engre- nage de décélération comportant un corps d'engrenage cons- titué d'un matériau de résine synthétique et des efforts ont été faits pour augmenter la force, la résistance à l'usure et la durée de vie du corps d'engrenage. Au vu d'augmenter la résistance, la résistance à l'usure et la durée de vie du corps d'engrenage, une découverte a été faite par les présents inventeurs que des résultats effica- ces peuvent être obtenus en augmentant la viscosité du ma- tériau de résine synthétique qui constitue le corps d'en- grenage sans utiliser de fibres de renforcement ou similai- res. Toutefois, l'augmentation de la viscosité du matériau de résine synthétique conduit à une réduction de la fluidi- té du matériau de résine synthétique à l'intérieur du moule et, à son tour, une tendance pour que des vides (cellules d'air), des marques de soudure, ou des fissures se produi- sent et la résistance est diminuée. En outre, en raison du taux élevé de rétraction après moulage du matériau de ré- sine synthétique qui n'a pas été garni de fibres de renfor- cement ou similaires, il existe un danger qu'une contrainte résiduelle puisse être concentrée dans certaines parties qui entraîne un endommagement et génère une non-uniformité de la résistance du corps d'engrenage. C'est un but de la présente invention de proposer un dispositif de direction électrique qui est capable de ré- soudre les problèmes précédemment mentionnés. La présente invention se rapporte à un dispositif de direction électrique qui comprend un mécanisme d'engrenage de décélération qui transmet la rotation d'un organe de commande électrique pour produire de l'énergie de direction auxiliaire aux roues via un engrenage d'entraînement et un engrenage mené qui s'engrène avec l'engrenage d'entraîne- ment, dans lequel l'engrenage mené comporte une bague de noyau métallique et un corps d'engrenage constitué d'un ma- tériau de résine synthétique, dans lequel au moins la péri- phérie externe de la bague de noyau est recouverte par le corps d'engrenage, le corps d'engrenage est moulé et inté- gré à la bague de noyau en injectant un matériau de résine 3 2812848 synthétique dans un moule, dans lequel la bague de noyau est insérée, une pluralité de dents ayant des faces, qui courent dans la direction de l'axe de rotation de l'engre- nage mené, sont formées sur la périphérie externe de la ba- gue de noyau de façon à être disposées à des intervalles dans une direction circonférentielle, et le matériau de ré- sine synthétique qui constitue le corps d'engrenage est dé- posé dans les espaces entre les dents de la bague de noyau. Avec la structure de la présente invention, puisque le matériau de résine synthétique qui constitue le corps d'en- grenage est déposé dans les espaces entre la pluralité des dents formées sur la périphérie extérieure de la bague de noyau, il est possible d'empêcher de manière fiable que le corps d'engrenage puisse tourner par rapport à la bague de noyau. De plus, les faces des dents de la bague de noyau courent dans la direction de l'axe de rotation de l'engre- nage mené, de sorte qu'un degré de fluidité favorable du matériau de résine synthétique est possible dans le moule dans lequel la bague de noyau est insérée. Il s'ensuit que la présence de vides, de marques de soudure, de fissures et ainsi de suite peut être empêchée et ainsi la résistance du corps d'engrenage peut être accrue. Chacune des dents de la bague de noyau comporte une forme de dent en volute, par exemple. Le module d'élasticité des dents de la bague de noyau est de préférence rendu plus petit que le module d'élasti- cité des dents du corps d'engrenage. En conséquence, la force de rotation de l'organe de commande électrique pour produire l'énergie de direction auxiliaire peut être reçue non seulement par les dents de la bague de noyau mais également par les dents du corps d'engrenage. Il est préféré que les faces d'extrémité de chacune des dents de la bague de noyau soient recouvertes de maté- riau de résine synthétique qui constitue le corps d'engre- nage, de sorte que les sections de frontière entre la crête et les faces d'extrémité de chacune des dents de la bague de noyau sont recouvertes du matériau de résine synthétique et au moins une des sections frontières de chacune des dents de la bague de noyau est formée comme une surface in- curvée convexe. En conséquence, les faces d'extrémité des dents de la bague de noyau sont recouvertes du matériau de résine syn- thétique qui constitue le corps d'engrenage, de sorte que le corps d'engrenage ne peut pas coulisser par rapport à la bague de noyau. dans la direction de l'axe de rotation de l'engrenage mené. Bien que les sections frontières entre la crête et les faces d'extrémité de chacune des dents de la bague de noyau soient recouvertes par le matériau de ré- sine synthétique, au moins une des sections frontières de chacune des dents de la bague de noyau est formée comme une surface incurvée convexe, et ainsi la concentration de contrainte résiduelle sur la section frontière due à la ré- traction du matériau de résine synthétique est relâchée, faisant qu'il est ainsi possible d'empêcher une non- uniformité de la résistance du corps d'engrenage. Lorsque le rayon de courbure de chaque face incurvée convexe est rendu plus grand que le module des dents de la bague de noyau, la concentration de la contrainte rési- duelle sur les parties d'extrémité des dents dans lesquel- les les sections frontières sont disposées peut être relâ- chée de manière fiable. Il est préféré qu'un canal de coulée qui est utilisé pour injecter le matériau de résine synthétique qui consti- tue le corps d'engrenage dans le moule, soit disposé sur une seule face d'extrémité du corps d'engrenage, et chaque face incurvée convexe des dents de la bague de noyau est 4. formée au moins dans la section frontière de laquelle le canal de coulée est en regard. En conséquence, le matériau de résine synthétique n'est pas injecté depuis une pluralité de canaux de coulée mais injecté à partir d'un seul canal de coulée dans le moule et, en conséquence, aucune partie du corps d'engre- nage n'est moulée à travers la confluence du matériau de résine synthétique, de sorte qu'un corps d'engrenage d'une qualité uniforme peut être moulé et la réduction de la ré- sistance du corps d'engrenage peut être empêchée. En ou- tre, lorsque le canal de coulée est disposé sur une seule face d'extrémité du corps d'engrenage, la contrainte rési- duelle sur la section frontière dans la première face d'ex- trémité du corps d'engrenage est plus grande que celle dans l'autre face d'extrémité, en raison de la rétraction du ma- tériau de résine synthétique à l'intérieur du canal de cou- lée. Dans ce cas, puisque chaque face incurvée convexe précédemment mentionnée des dents de la bague de noyau est formée au moins dans les sections frontières desquelles le canal de coulée est en regard, une concentration de la contrainte résiduelle peut être effectivement relâchée. En conformité avec la présente invention, un disposi- tif de direction électrique peut être proposé dans lequel, lorsque l'engrenage mené du mécanisme d'engrenage de décé- lération pour transmettre la rotation d'un organe de com- mande électrique pour produire de l'énergie de direction auxiliaire comporte une bague de noyau métallique recou- verte par le corps d'engrenage constitué du matériau de ré- sine synthétique, une augmentation de la résistance, de la résistance à l'usure et de la durée de vie du corps d'en- grenage peut être obtenue, le coulissement du corps d'en- grenage par rapport à la bague de noyau peut être empêché et toute réduction de résistance provoquée par un défaut 6 2812848 interne et toute non-uniformité dans la résistance provo- quée par une contrainte résiduelle dans le corps d'engre- nage peut être empêchée. La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif de direction électrique d'un mode de réalisation de la pré- sente invention; la figure 2 est une vue en coupe prise le long de 'la ligne II-II de la figure 1; la figure 3(1) est une figure montrant un procédé de moulage d'une roue à dentelure hélicoïdale en conformité avec le mode de réalisation de la présente invention; la figure 3(2) est une vue en coupe des parties principales de cette roue à dentelure hélicoïdale; la figure 4 est une vue en élévation de face partielle des dents de la bague de noyau en conformité avec un mode de réalisation de la présente invention; la figure 5(1) est une vue en coupe montrant un état pendant le moulage de la bague de noyau en conformité avec le mode de réalisation de la présente invention; la figure 5(2) est une vue en coupe partielle de cette bague de noyau; les figures 6(1) à 6(5) sont des vues en coupe par- tielles d'une roue à dentelure hélicoïdale se rapportant à des exemples modifiés du mode de réalisation de la présente invention. Le dispositif de direction électrique 1 représenté à la figure 1 transmet le couple de direction, lequel est gé- néré par l'actionnement du volant de direction 2, à un pi- gnon 4 au moyen d'un arbre de direction 3, de sorte qu'une crémaillère 5 engrenée avec le pignon 4 est déplacée. L'angle de direction est varié en transmettant le déplace- ment de la crémaillère 5 aux roues 6 via des bielles, des genouillères ou analogues (omises des dessins). Afin de procurer de l'énergie de direction auxiliaire en conformité avec le couple de direction transmis par l'arbre de direction 3, le dispositif de direction électri- que 1 est prévu avec un capteur de couple 7 qui détecte le couple de direction, un moteur (un organe de commande élec- trique pour produire l'énergie de direction auxiliaire) 8 qui est entraîné en conformité avec le couple de direction détecté, une vis sans fin métallique 9 (engrenage d'entraî- nement) qui est disposée sur la périphérie extérieure de l'arbre d'entraînement 50 entraîné par le moteur 8 et une roue à dentelure hélicoïdale (engrenage mené) 10 qui s'en- grène avec la vis sans fin 9 et est montée sur l'arbre de direction 3. L'énergie de direction auxiliaire peut être délivrée en transmettant la rotation du moteur 8 depuis l'arbre de direction 3 aux roues 6 via la vis sans fin 9 et la roue à dentelure hélicoïdale 10. La vis sans fin 9 et la roue à dentelure hélicoïdale constituent un mécanisme d'engrenage de décélération qui transmet la rotation du mo- teur 8 aux roues 6. Comme cela est représenté à la figure 2, l'arbre d'entraînement 50, qui est entraîné par le mo- teur 8 monté dans un logement 41, est supporté par le loge- ment 41 via des paliers 62, 63. L'arbre de direction 3 est divisé en un premier arbre 3a qui est accouplé au volant de direction 2, un second ar- bre tubulaire 3b qui est accouplé au premier arbre 3a par une broche 22 et un troisième arbre tubulaire 3c qui est ajusté sur la périphérie externe du second arbre 3b via une douille 25 de façon à pouvoir tourner par rapport au second arbre 3b. Une barre de torsion 43, qui est un élément élastique, est insérée dans chacun des arbres 3a, 3b et 3c de façon à circuler à travers leur centre. Une extrémité de la barre de torsion 43 est accouplée au premier arbre 3a et au second arbre 3b par la broche 22 précédemment men- tionnée et l'autre extrémité est accouplée au troisième ar- bre 3c par une broche 24. Il s'ensuit que le second arbre 3b et le troisième arbre 3c peuvent tourner élastiquement l'un par rapport à l'autre en conformité avec le couple de direction. Le second arbre 3b est supporté par une colonne de di- rection 30, qui est ajustée par pression dans le logement 41 via une douille 31. Le troisième arbre 3c est supporté par le logement 41 par l'intermédiaire de paliers 26, 27. La roue à dentelure hélicoïdale précédemment mentionnée 10 est solidaire de la périphérie externe du troisième arbre 3c. La roue à dentelure hélicoïdale 10 peut être ajustée par pression sur le troisième arbre 3c ou fixée à celui-ci en utilisant une clavette ou analogue. Le capteur de couple 7 comporte une première bague de détection 36 qui est constituée d'un matériau magnétique et fixée au second arbre 3b, une seconde bague de détection 37 qui est constituée d'un matériau magnétique et fixée au troisième arbre 3c et une bobine de détection 33 qui recou- vre l'espace entre les deux bagues de détection 36 et 37. Une pluralité de dents 36a sont disposées dans une direc- tion circonférentielle sur une face d'extrémité de la pre- mière bague de détection 36 et une pluralité de dents 37a sont disposées dans une direction circonférentielle sur une face d'extrémité de la seconde bague de détection 37. L'aire surfacique, o les dents 36a et les dents 37a sont en regard les unes avec les autres, varie par la rotation relative élastique entre le second arbre 3b et le troisième arbre 3c en conformité avec le couple de direction. Puis- que la résistance magnétique au flux magnétique produit dans la bobine de détection 33 varie en conformité avec la variation de l'aire surfacique, le couple de direction peut être détecté sur la base de la sortie de la bobine de dé- tection 33. Un capteur de couple d'une constitution bien connue peut être utilisé pour le capteur de couple 7. Le moteur 8 précédemment mentionné est entraîné en conformité avec un signal correspondant au couple de direction détecté et la rotation du moteur 8 est transmise à l'arbre de di- rection 3 via la vis sans fin 9 et la roue à dentelure hé- licoidale 10. La roue à dentelure hélicoïdale 10 comporte une bague de noyau métallique 11 et un corps d'engrenage 12 constitué d'un matériau de résine synthétique. Au moins la périphé- rie externe de la bague de noyau 11 est recouverte par le corps d'engrenage 12. Le corps d'engrenage 12 est moulé et intégré à la bague de noyau 11 par injection du matériau de résine synthétique dans un moule, dans lequel la bague de noyau 11 est insérée, dans un processus de moulage par in- jection. Comme cela est représenté à la figure 3(1), en conformité avec le présent mode de réalisation, un canal de coulée 21, qui est utilisé pour injecter le matériau de ré- sine synthétique qui constitue le corps d'engrenage 12 dans le moule 20, est disposé seulement sur une face d'extrémité du corps d'engrenage 12. Après le moulage, comme cela est représenté à la figure 3(2), le matériau de résine synthé- tique 23, avec lequel le canal de coulée 21 a été rempli, est enlevé et la roue à dentelure hélicoïdale 10 est finie en formant les dents 12a sur le corps d'engrenage 12. Le matériau de résine synthétique est un matériau de résine synthétique du type nylon tel que PA (polyamide) 6, PA66, PA46, PAll, PA12, PPA (acide polyparabanique), PA6T ou PA6e6T et est un matériau pur, c'est-à-dire dans lequel au- cun autre matériau n'a été déposé. Comme cela est représenté à la figure 4 et à la figure , une pluralité de dents lla ayant des faces, qui courent dans la direction de l'axe de rotation de la roue à dente- lure hélicoïdale 10, sont formées sur la périphérie externe 2812848 de la bague de noyau 11 de façon à être disposées à des in- tervalles dans une direction circonférentielle. La largeur de la partie périphérique externe, o les dents lia sont formées, est rendue plus petite que celle de la partie pé- riphérique interne de la bague de noyau 11, de sorte qu'un épaulement 11' est formé dont la largeur change progressi- vement dans la partie située entre les dents lia et la par- tie périphérique interne. Chacune des dents lia du présent mode de réalisation présente une forme de dent en volute. Le matériau de résine synthétique, qui constitue le corps d'engrenage 12 précédemment mentionné, est déposé dans les espaces situés entre les dents lia de la bague de noyau 11. L'épaulement 11' et également les faces d'extrémité lia" de chacune des dents lia de la bague de noyau 11 sont recou- verts par le matériau de résine synthétique qui constitue le corps d'engrenage 12. Après formation des dents lia sur la bague de noyau 11 comme cela est représenté à la figure 5(1), les sections frontières entre la crête lia' et les deux faces d'extrémi- té lia" de chacune des dents lia' de la bague de noyau 11 sont chacune formées comme une face incurvée convexe llr par usinage et les sections frontières sont recouvertes par le matériau de résine synthétique qui constitue le corps d'engrenage 12. Le rayon de courbure R de chaque surface incurvée convexe llr est rendu plus grand que le module des dents lia de la bague de noyau 11. Le module des dents lia de la bague de noyau 11 est rendu plus petit que le module des dents 12a du corps d'engrenage 12. Chaque face incur- vée convexe llr des dents lia de la bague de noyau 11 peut être formée dans seulement la section frontière desquelles le canal de coulée 21 est en regard. En conformité avec la constitution précédemment men- tionnée, puisque le matériau de résine synthétique qui constitue le corps d'engrenage 12 est déposé dans les espa- ces situés entre la pluralité des dents lia formées sur la périphérie externe de la bague de noyau 11, il est possible d'empêcher de manière fiable que le corps d'engrenage 12 puisse tourner par rapport à la bague de noyau 11. De plus, les faces des dents lia de la bague de noyau 11 courent dans la direction de l'axe de rotation de la roue à dentelure hélicoidale 10, de sorte qu'un degré favorable de fluidité du matériau de résine synthétique est possible dans le moule 20 dans lequel la bague de noyau 11 est insé- rée. Il s'ensuit que la présence de vides, de marques de soudure, de fissures et analogues peut être empêchée et, ainsi, la résistance du corps d'engrenage 12 peut être ac- crue. Le module des dents lia de la bague de noyau 11 est rendu plus petit que le module des dents 12a de la roue à dentelure hélicoïdale 10. En conséquence, la force de ro- tation du moteur 8 peut être reçue non seulement par les dents lia de la bague de noyau 11 mais également par les dents du corps d'engrenage 12. Les faces d'extrémité lia" de chacune des dents lia de la bague de noyau 11 sont recouvertes du matériau de résine synthétique qui constitue le corps d'engrenage 12, avec pour effet que le corps d'engrenage 12 ne peut pas coulis- ser par rapport à la bague de noyau 1il dans la direction de l'axe de rotation de la roue à dentelure hélicoïdale 10. Bien que les sections frontières entre la crête lia' et les faces d'extrémité lia" de chacune des dents lia de la bague de noyau 11 soient recouvertes du matériau de résine syn- thétique, les sections frontières sont formées comme des faces incurvées convexes llr et ainsi la concentration de contrainte résiduelle dans les sections frontières due à la rétraction du matériau de résine synthétique est relâchée, faisant qu'il est ainsi possible d'empêcher une non- uniformité de la résistance du corps d'engrenage 12. Le rayon de courbure R de chacune des faces incurvées convexes llr est rendu plus grand que le module des dents lia de la bague de noyau 11, avec pour effet que la concentration de contrainte résiduelle sur les parties d'extrémité des dents lla dans lesquelles les sections frontières sont disposées, peut être relâchée de manière fiable, du fait que l'ajout des dents lia' est égal au module des dents à profondeur complète. Le fait que le matériau de résine synthétique n'est pas injecté depuis une pluralité de canaux de coulée mais injecté depuis un seul canal de coulée 21 dans le moule 20 pour mouler le corps d'engrenage 12 et en conséquence qu'aucune partie du corps d'engrenage 12 n'est moulée par l'intermédiaire de la confluence de matériau de résine syn- thétique, de sorte qu'un corps d'engrenage 12 d'une qualité uniforme peut être moulé et que la réduction de la résis- tance du corps d'engrenage 12 peut être empêchée. En ou- tre, lorsque le canal de coulée 21 est disposé que sur une face d'extrémité du corps d'engrenage 12, en raison de la rétraction du matériau de résine synthétique à l'intérieur du canal de coulée 21, la contrainte résiduelle sur la sec- tion frontière dans la première face d'extrémité du corps d'engrenage est plus grande que dans l'autre face d'extré- mité. Dans ce cas, puisque chaque face incurvée convexe l1r précédemment mentionnée des dents lia de la bague de noyau 11 est formée au moins dans les sections frontières desquelles le canal de coulée 21 est en regard, une concen- tration de la contrainte résiduelle peut être efficacement relâchée. La présente invention n'est pas limitée au mode de ré- alisation mentionné ci-dessus. Par exemple, la forme de la roue à dentelure hélicoïdale 10 peut également être une forme représentée dans les exemples modifiés des figures 6(1) à 6(5). Dans les exemples modifiés, les mêmes symbo- les sont utilisés pour représenter des parties identiques à celles des modes de réalisation précédemment mentionnés. En outre, l'engrenage d'entraînement et l'engrenage mené ne sont pas limités à être une vis sans fin et une roue à den- telure hélicoïdale respectivement mais peuvent être chacune constituée par des engrenages chanfreinés, par exemple. REVENDICATIONS 1. Dispositif de direction électrique, comprenant: un dispositif d'engrenage de décélération qui transmet la rotation d'un organe de commande électrique (8) pour produire de l'énergie de direction auxiliaire aux roues via un engrenage d'entraînement (9) et un engrenage mené (10) qui s'engrène avec l'engrenage d'entraînement (9), caractérisé en ce que l'engrenage mené (10) comporte une bague de noyau métallique (11) et un corps d'engrenage (12) constitué d'un matériau de résine synthétique, et au moins une périphérie externe de la bague de noyau (11) est recouverte par le corps d'engrenage (12); le corps d'engrenage (12) est moulé et intégré à la bague de noyau (11) par injection d'un matériau de ré- sine synthétique dans un moule (20), dans lequel la bague de noyau (11) est insérée; une pluralité de dents (11a) ayant des faces, qui courent dans la direction d'un axe de rotation de l'engre- nage mené (10), sont formées sur la périphérie externe de la bague de noyau (11) de façon à être disposées à des in- tervalles dans une direction circonférentielle; et le matériau de résine synthétique qui constitue le corps d'engrenage (12) est déposé dans les espaces entre les dents (11a) de la bague de noyau (11). 2. Dispositif de direction électrique selon la reven- dication 1, dans lequel un module des dents (11a) de la ba- gue de noyau (11) est rendu plus petit qu'un module des dents (12a) dudit corps d'engrenage (12). 3. Dispositif de direction électrique selon la reven- dication 1 ou 2, dans lequel les faces d'extrémité de cha- cune des dents (lia) de la bague de noyau (11) sont recou- vertes par le matériau de résine synthétique qui constitue le corps d'engrenage (12), de sorte que les sections fron- tières entre la crête et les faces d'extrémité de chacune des dents (lia) de la bague de noyau (11) sont recouvertes du matériau de résine synthétique, et dans lequel au moins une des sections frontières de chacune des dents (lia) de la bague de noyau (11) est formée d'une surface incurvée convexe (lîr). 4. Dispositif de direction électrique selon la reven- dication 3, dans lequel un rayon de courbure de chaque face incurvée convexe (llr) est rendu plus grand que le module des dents (lia) de la bague de noyau (11). 5. Dispositif de direction électrique selon la reven- dication 3 ou 4, dans lequel un canal de coulée (21), qui est utilisé pour injecter le matériau de résine synthétique qui constitue le corps d'engrenage (12) dans le moule (20), est disposé que sur une face d'extrémité du corps d'engre- nage (12), et chaque face incurvée convexe (lîr) des dents (lia) de la bague de noyau (11) est formée au moins dans ladite section frontière de laquelle le canal de coulée (21) est en regard.