(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、原動側ギヤと、この原動側ギヤに噛み合う従動側ギヤとを介して車輪に伝達する減速ギヤ機構を備え、
その従動側ギヤは、筒状の芯金と、この芯金の少なくとも外周を覆う合成樹脂材製のギヤ本体とを有し、
そのギヤ本体は、その芯金が挿入された状態の成形型内に合成樹脂材が注入されることで、その芯金に一体化されると共に成形されている電動パワーステアリング装置において、その芯金の外周に、その従動側ギヤの回転軸方向に沿う歯面を有する複数の歯が、周方向の間隔をおいて並列するように形成され、
そのギヤ本体を構成する合成樹脂材が、その芯金の各歯の間に充填され、
その芯金の歯の端面が、そのギヤ本体を構成する合成樹脂材により覆われ、
その合成樹脂材により覆われる芯金の歯の歯先面と端面との境界部は、面取りにより凸曲面とさ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。
【請求項２】
その芯金の歯のモジュールは、前記ギヤ本体の歯のモジュールよりも小さくされている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
その凸曲面の曲率半径は、その芯金の歯のモジュールよりも大きくされている請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
そのギヤ本体を構成する合成樹脂材の前記成形型への注入用ランナーは、そのギヤ本体の一端面側にのみ配置され、
その芯金の歯における少なくともそのランナーが配置される側の前記境界部において、前記凸曲面が形成されている請求項１〜３の中の何れかに記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、ウォームのような原動側ギヤと、この原動側ギヤに噛み合うウォームホイールのような従動側ギヤとから構成される減速ギヤ機構を介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を減速ギヤ機構を介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置においては、低騒音化と軽量化が要望されている。
【０００３】
そこで軽自動車においては、その減速ギヤ機構を構成する従動側ギヤを、筒状の芯金と、この芯金の外周を覆う合成樹脂材製のギヤ本体とで構成することが行われている。そのギヤ本体は、その芯金が挿入された状態の成形型内に合成樹脂材が注入されることで、その芯金に一体化されると共に成形されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、大型自動車においても合成樹脂材製のギヤ本体を有する減速ギヤ機構を採用した電動パワーステアリング装置が要望され、そのギヤ本体の強度、耐摩耗性、寿命の向上が図られている。そのような強度、耐摩耗性、寿命の向上には、そのギヤ本体を構成する合成樹脂材の粘度を高くし、強化繊維等で強化しないことが効果的であることが本件発明者等により見い出されている。
【０００５】
しかし、その合成樹脂材の粘度を高くすると、その成形型内における合成樹脂材の流動性が低下することからボイド（エア溜まり）やウェルド等の欠陥やクラックが発生し易くなり強度が低下する。また、強化繊維等を充填しない合成樹脂材は型成形後の収縮率が大きくなるため、残留応力の集中部が破損の起点になるおそれがあり、強度にばらつきが生じる。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決することのできる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、原動側ギヤと、この原動側ギヤに噛み合う従動側ギヤとを介して車輪に伝達する減速ギヤ機構を備え、その従動側ギヤは、筒状の芯金と、この芯金の少なくとも外周を覆う合成樹脂材製のギヤ本体とを有し、そのギヤ本体は、その芯金が挿入された状態の成形型内に合成樹脂材が注入されることで、その芯金に一体化されると共に成形されている電動パワーステアリング装置において、その芯金の外周に、その従動側ギヤの回転軸方向に沿う歯面を有する複数の歯が、周方向の間隔をおいて並列するように形成され、そのギヤ本体を構成する合成樹脂材が、その芯金の各歯の間に充填されていることを特徴とする。
本発明の構成によれば、芯金の外周に形成された複数の歯の間にギヤ本体を構成する合成樹脂材が充填されることで、芯金に対するギヤ本体の回り止めを確実に行うことができる。しかも、その芯金の各歯の歯面が従動側ギヤの回転軸方向に沿うことで、芯金が挿入された状態の成形型内に注入された合成樹脂材の流動性が良好なものになる。これにより、ボイドやウェルド等の欠陥やクラックの発生を防止し、ギヤ本体の強度を向上できる。その芯金の歯は例えばインボリュート歯形を有するものとされる。
【０００８】
その芯金の歯のモジュールは、前記ギヤ本体の歯のモジュールよりも小さくされているのが好ましい。
これにより、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転力を、ギヤ本体の歯で受けると同時に芯金の歯でも受けることができる。
【０００９】
その芯金の歯の端面が、そのギヤ本体を構成する合成樹脂材により覆われ、その合成樹脂材により覆われる芯金の歯の歯先面と端面との境界部は、面取りにより凸曲面とされているのが好ましい。
これにより、その芯金の歯の端面がギヤ本体を構成する合成樹脂材により覆われ、ギヤ本体が芯金に対して従動側ギヤの回転軸方向にずれるのを阻止できる。その合成樹脂材により覆われる芯金の歯の歯先面と端面との境界部が凸曲面とされることで、その合成樹脂材が収縮することに基づくその境界部における残留応力の集中を緩和し、ギヤ本体の強度のばらつきを防止できる。
その凸曲面の曲率半径が、その芯金の歯のモジュールよりも大きくされることで、その境界部が位置する歯末部分での残留応力の集中を確実に緩和できる。
【００１０】
そのギヤ本体を構成する合成樹脂材の前記成形型への注入用ランナーは、そのギヤ本体の一端面側にのみ配置され、その芯金の歯における少なくともそのランナーが配置される側の前記境界部において、前記凸曲面が形成されているのが好ましい。
これにより、その成形型内において合成樹脂材が複数のランナーから注入されることはないので、ギヤ本体において合成樹脂材の流れが合流して成形される部分はなく、均質なギヤ本体を成形して強度低下を防止できる。また、そのランナーをギヤ本体の一端面側にのみ配置した場合、そのランナー内での合成樹脂材の収縮により、そのギヤ本体の一端面側では他端面側よりも前記境界部において残留応力が大きくなる。この場合において、その芯金の歯における少なくともそのランナーが配置される側の境界部において、上記凸曲面を形成することで、残留応力の集中を効果的に緩和できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に示す電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオン４に噛み合うラック５を移動させ、そのラック５の動きをタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介して車輪６に伝達することで舵角を変化させる。
【００１２】
そのステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、その検出された操舵トルクに応じ駆動されるモータ（操舵補助力発生用電動アクチュエータ）８と、そのモータ８により駆動される駆動シャフト５０の外周に設けられる金属製ウォーム９（原動側ギヤ）と、そのウォーム９に噛み合うと共にステアリングシャフト３に取り付けられるウォームホイール（従動側ギヤ）１０とが設けられている。そのモータ８の回転をウォーム９およびウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３から車輪６に伝達することで操舵補助力を付与できる。そのウォーム９とウォームホイール１０とがモータ８の回転を車輪６に伝達する減速ギヤ機構を構成する。図２に示すように、ハウジング２１に取り付けられるモータ８により駆動される駆動シャフト５０は、そのハウジング２１により軸受６２、６３を介して支持される。
【００１３】
そのステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連結される第１シャフト３ａと、この第１シャフト３ａにピン２２により連結される筒状の第２シャフト３ｂと、この第２シャフト３ｂの外周にブッシュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の第３シャフト３ｃとに分割されている。各シャフト３ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿って弾性部材としてトーションバー２３が挿入されている。そのトーションバー２３の一端は第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとに前記ピン２２により連結され、他端はピン２４により第３シャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている。
【００１４】
その第２シャフト３ｂは、そのハウジング２１に圧入されたステアリングコラム３０によりブッシュ３１を介して支持される。その第３シャフト３ｃは、ハウジング２１により軸受２６、２７を介して支持される。その第３シャフト３ｃの外周に、上記ウォームホイール１０が嵌め合わされて一体化されている。なお、そのウォームホイール１０は第３シャフト３ｃに圧入されたり、あるいはキー等を介して固定されてもよい。
【００１５】
そのトルクセンサ７は、第２シャフト３ｂに固定される磁性材製の第１検出リング３６と、第３シャフト３ｃに固定される磁性材製の第２検出リング３７と、両検出リング３６、３７の対向間を覆う検出コイル３３とを有する。第１検出リング３６の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３６ａと、第２検出リング３７の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３７ａとの対向面積が、第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃの操舵トルクに応じた弾性的な相対回転に応じて変化し、その変化に対応して検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その検出コイル３３の出力に基づき操舵トルクを検出できる。このトルクセンサ７は公知の構成のものを用いることができる。その検出された操舵トルクに対応した信号に応じて上記モータ８が駆動され、このモータ８の回転はウォーム９、ウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３に伝達される。
【００１６】
そのウォームホイール１０は、筒状の芯金１１と、この芯金１１の少なくとも外周を覆う合成樹脂材製のギヤ本体１２とを有する。そのギヤ本体１２は、射出成形工程において、その芯金１１が挿入された状態の成形型内に合成樹脂材が注入されることで、その芯金１１に一体化されると共に成形されている。図３の（１）に示すように、本実施形態では、そのギヤ本体１２を構成する合成樹脂材の成形型２０への注入用ランナー２１は、そのギヤ本体１２の一端面側にのみ配置される。その成形後に、図３の（２）に示すようにランナー２１に充填された合成樹脂材２３を除去し、ギヤ本体１２に歯１２ａを形成することでウォームホイール１０が構成される。その合成樹脂材は、例えばＰＡ（ポリアミド）６、ＰＡ６６、ＰＡ４６、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＰＡ（ポリパラバン酸）、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ６・６Ｔ等のナイロン系合成樹脂材とされ、他の材料は何も充填されていない無垢材とされる。
【００１７】
図４に示すように、その芯金１１の外周に、ウォームホイール１０の回転軸方向に沿う歯面を有する複数の歯１１ａが、周方向の間隔をおいて並列するように形成されている。その歯１１ａが形成される外周側部分は内周側部分よりも幅が小さくされ、その歯１１ａと内周側部分との間は幅が漸次変化する肩部１１′とされている。本実施形態では、各歯１１ａはインボリュート歯形を有する。上記ギヤ本体１２を構成する合成樹脂材が、その芯金１１の各歯１１ａの間に充填されている。また、その芯金１１の歯１１ａの両端面１１ａ″と肩部１１′も、そのギヤ本体１２を構成する合成樹脂材により覆われる。
【００１８】
図５の（１）に示すように芯金１１に歯１１ａが形成された後に、図５の（２）に示すように、ギヤ本体１２を構成する合成樹脂材により覆われる芯金１１の歯１１ａの歯先面１１ａ′と両端面１１ａ″との各境界部は、それぞれ面取りにより凸曲面１１ｒとされる。各凸曲面１１ｒの曲率半径Ｒは、その芯金１１の歯１１ａのモジュールよりも大きくされる。その芯金１１の歯１１ａのモジュールは、ギヤ本体１２の歯１２ａのモジュールよりも小さくされている。その凸曲面１１ｒは、その芯金１１の歯１１ａにおける上記ランナー２１が配置される側の上記境界部においてのみ形成されるものでもよい。
【００１９】
上記構成によれば、芯金１１の外周に形成された複数の歯１１ａの間にギヤ本体１２を構成する合成樹脂材が充填されることで、芯金１１に対するギヤ本体１２の回り止めを確実に行うことができる。しかも、その芯金１１の各歯１１ａの歯面がウォームホイール１０の回転軸方向に沿うことで、芯金１１が挿入された状態の成形型２０内に注入された合成樹脂材の流動性が良好なものになる。これにより、ボイドやウェルド等の欠陥やクラックの発生を防止し、ギヤ本体１２の強度を向上できる。
その芯金１１の歯１１ａのモジュールがウォームホイール１０の歯１２ａのモジュールよりも小さくされることで、モータ８の回転力を、ギヤ本体１２の歯で受けると同時に芯金１１の歯１１ａでも受けることができる。
その芯金１１の歯１１ａの端面１１ａ″がギヤ本体１２を構成する合成樹脂材により覆われることで、ギヤ本体１２が芯金１１に対してウォームホイール１０の回転軸方向にずれるのを阻止できる。その合成樹脂材により覆われる芯金１１の歯１１ａの歯先面１１ａ′と端面１１ａ″との境界部が凸曲面１１ｒとされることで、その合成樹脂材が収縮することに基づくその境界部における残留応力の集中を緩和し、ギヤ本体１２の強度のばらつきを防止できる。その凸曲面１１ｒの曲率半径Ｒが、その芯金１１の歯１１ａのモジュールよりも大きくされることで、その歯１１ａの歯末部分のたけは並歯ではモジュールに等しいことから、その境界部が位置する歯末部分での残留応力の集中を確実に緩和できる。
そのギヤ本体１２の成形型２０内において合成樹脂材は単一のランナー２１から注入され、複数のランナーから注入されることはないので、ギヤ本体１２において合成樹脂材の流れが合流して成形される部分はなく、均質なギヤ本体１２を成形して強度低下を防止できる。また、そのランナー２１をギヤ本体１２の一端面側にのみ配置した場合、そのランナー２１内での合成樹脂材の収縮により、そのギヤ本体１２の一端面側では他端面側よりも前記境界部において残留応力が大きくなる。この場合において、その芯金１１の歯１１ａにおける少なくともそのランナー２１が配置される側の前記境界部において、上記凸曲面１１ｒを形成することで、残留応力の集中を効果的に緩和できる。
【００２０】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えばウォームホイール１０の形状を、図６の（１）〜（５）の変形例に示すものとしてもよく、各変形例において上記実施形態と同様部分は同一符号で示す。また、原動側ギヤと従動側ギヤはウォームとウォームホイールとに限定されず、例えば各々をベベルギヤにより構成してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転伝達用減速ギヤ機構の従動側ギヤを、合成樹脂材製のギヤ本体により芯金を覆う構造とする場合に、そのギヤ本体の強度、耐摩耗性、寿命の向上を図り、芯金に対するずれを防止でき、且つ、内部欠陥による強度低下や残留応力による強度のばらつきを防止できる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】本発明の実施形態のウォームホイールの（１）は成形方法を示す図、（２）は要部の断面図
【図４】本発明の実施形態の芯金の歯の部分正面図
【図５】本発明の実施形態の芯金の（１）は成形途中の状態を示す断面図、（２）は部分断面図
【図６】（１）〜（５）は、それぞれ本発明の実施形態の変形例に係るウォームホイールの部分断面図
【符号の説明】
８  モータ（操舵補助力発生用電動アクチュエータ）
９  ウォーム（原動側ギヤ）
１０  ウォームホイール（従動側ギヤ）
１１  芯金
１１ａ  歯
１１ｒ  凸曲面
１２  ギヤ本体
１２ａ  歯
２０  成形型
２１  ランナー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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