(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの力伝達要素と、この力伝達要素に噛合う歯車要素とを有する自動車における電動式パワーステアリング装置に関する。力伝達要素の力伝達に利用する外周面が、通常作動時に力を伝達するために非金属材料で歯車要素に噛合うよう、少なくとも２つの材料で構成されている。
2005510404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの力伝達要素と、この力伝達要素に噛合う歯車要素とを有する自動車における電動式パワーステアリング装置において、
力伝達要素（１）の力伝達に利用する外周面（１ａ）が、通常作動時に力を伝達するために非金属材料（４）で歯車要素（２）に噛合うよう、少なくとも２つの材料（４、５）で構成されている、ことを特徴とする自動車における電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】
非金属材料（４）が、力伝達要素（１）の外周面（１ａ）の中央範囲に配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
【請求項３】
通常作動時に噛合わない第２の材料が、高負荷可能な耐久性材料として構成されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の歯車装置。
【請求項４】
力伝達要素（１）の外周面（１ａ）の中央範囲に隣接する少なくとも片方の外側範囲が、高負荷可能な耐久性材料（５）で構成されている、ことを特徴とする請求項２又は３記載の歯車装置。
【請求項５】
非金属材料（４）がプラスチックとして構成され、高負荷可能な耐久性材料が、繊維強化硬質プラスチックおよび又は金属（５）、好適には、鋼で構成されている、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の歯車装置。
【請求項６】
力伝達要素（１）が広範囲に渡って金属材料（５）で構成され、プラスチック（４）で構成された外周面（１ａ）の中央範囲が、金属材料（５）上に吹付け被覆ないしは射出成形されている、ことを特徴とする請求項５記載の歯車装置。
【請求項７】
金属材料（５）がプラスチック（４）に、内歯（８）を介して結合されている、ことを特徴とする請求項６記載の歯車装置。
【請求項８】
力伝達要素（１）がウォームとして構成され、歯車要素（２）がウォームホイールとして構成されている、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の歯車装置。
【請求項９】
機械的力束を伝達するために外周面に歯が設けられている自動車における電動式パワーステアリング装置用の力伝達要素において、
力伝達要素（１）が本体（６）を有し、この本体（６）が、広範囲に渡って金属材料（５）で構成され、外周面（１ａ）の中央範囲に環状凹所（７）を有し、この環状凹所（７）の中に、非金属材料（４）が射出成形されている、ことを特徴とする電動式パワーステアリング装置用の力伝達要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部分に記載の自動車における電動式パワーステアリング装置（モータ駆動サーボ・ステアリング装置）に関する。また本発明は、そのようなパワーステアリング装置における請求項９記載の力伝達要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したような歯車装置は、独国特許出願公開第１９７２３３５８号明細書で知られている。
【０００３】
この明細書で知られた重畳的伝動歯車装置は、自動車における運転者の舵取り運動を電動式に支援する電動式パワーステアリング装置の部品である。その舵取りハンドルは、重畳的伝動歯車装置の第１歯車装置の入力端に作用し、サーボモータは、その第２歯車装置の入力端に作用する。重畳的伝動歯車装置は、両歯車装置入力端の回転角を重ね合わせて、その出力端に伝達する。
【０００４】
機械的力束を直接的に伝達ないしは支持するために採用されるステアリング装置部品は、上述の明細書において、および実際に公知の歯車装置においても、圧倒的に金属材料で作られている。これによって、その部品の寿命期間中にわたる一定した安全性が保証される。金属材料の場合、環境などの影響に基づく劣化は少ない。しかし、金属材料の場合、部品の質量慣性モーメントが大きく、重量が重い、という欠点がある。また、すべり特性、減衰特性および運転静粛性についての厳しい要件にも応えられない。その要件への対応は、機械的力束を支持ないしは伝達するために利用されるステアリング装置部品を、非金属材料で構成することによって、かなり改善される。しかしそのために、そこで図示されているように、その機械特性に関して、および安全性を制限しないために、金属材料の特性を有すべき非金属材料しか採用できない。そのような非金属材料は、費用および有効性に関して有意義に実現できない。従って、非金属材料の採用により生ずる利点が、活かせられない。
【０００５】
Ｇ８３１４８２４Ｕ１において、歯車および類似した歯付き部品、特にウォームホイールが知られている。その歯車は、鋳鉄材料で構成され、歯フランクに、青銅ないしは他の良好なすべり特性をした材料から成る被膜が、吹付け被覆されている。その方法は、製造費が高く、手間がかかり、今日の歯車装置に対して有意義に採用できない。このために、良好な減衰特性、良好な運転の静かさ、小さな質量慣性モーメント、および自動車のステアリング装置における歯車装置の採用にとって重要な軽い重量が、実現させられない。
【０００６】
独国特許出願公開第３９０６６３９号明細書において、特に自動車の補助ユニットにおける比較的小さな動力を伝達するための歯車装置が知られている。この場合、或る歯車要素の歯は、連続的な噛合い方向に見て、他の歯車要素の歯溝より大きくされている。従って、両歯車要素の互いに噛合う歯は、互いに弾性的に引き締まって噛合い、このために、通常のバックラッシが無くされる。その場合、上述の歯溝から出発するスリット状の凹所を、半径方向に歯車の円板部の中に切り込むことも考えられる。
【０００７】
そのような歯車装置は、明らかなように、小さな動力を伝達するためにしか適用できず、例えば暖房用フラップなどにしか採用できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、自動車におけるステアリング装置の歯車装置、特に重畳的伝動歯車装置に、良好に製造でき且つ単純に加工できる非金属材料を、非金属材料の損傷に基づくステアリング装置の故障が危惧されることなしに、その非金属材料の利点を活かして、利用することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。その有利な力伝達要素は、請求項９に記載の特徴から生ずる。
【００１０】
力伝達要素の力伝達に利用される外周面が、少なくとも２つの材料で構成されていることによって、非金属材料による利点が、もう１つの材料の利点と組み合わされる。そのもう１つの材料は、大きな力の場合、特に酷使時に、並びに非金属材料の損傷時に、力伝達がその材料によって引き受けられるように構成される。従って、力束はその材料によって確実に伝達される。通常作動時には、非金属材料が力伝達に使われ、これによって、小さな質量慣性モーメントおよび小さな重量が実現される。
【００１１】
良好なすべり特性、減衰特性および良好な運転静粛性のような別の有利な特性も同、非金属材料によって実現される。
【００１２】
非金属材料が別の材料によって保護されていることによって、その非金属材料は、安価に製造でき、簡単に採用できる。機械特性に関して金属材料の水準に置かれ、このために特に、経費的に有意義に採用できないほど高価な非金属材料の採用は、不要となる。
【００１３】
さらに、本発明に基づいて、非金属材料が、力伝達要素の外周面の中央範囲に配置され、力伝達要素の外周面の中央範囲に隣接する外側範囲が、高負荷可能な耐久性材料で構成されることが考えられる。
【００１４】
中央範囲に配置された非金属材料の損傷時に、力伝達要素の外周面の中央範囲に隣接する外側範囲が負荷を負うことになるので、寿命の全期間中にわたって、特に酷使時にも、機能性が保証される。従って、力伝達要素の非金属部分がたとえ損傷しても、ステアリング装置が故障する恐れはない。中央範囲への非金属材料の配置は、これによって、通常作動時に力伝達がその範囲でしか歯車要素と噛合わないので、構造的実施にとって特に適している。
【００１５】
中央範囲に隣接する両方の外側範囲に、高負荷可能な耐久性材料を配置することが、特に有利である。しかし、片方の外側範囲にだけ配置することも、勿論考えられ、その反対側の外側範囲には、中央範囲、即ち中央軌道を構成するのと同じ非金属材料が利用されるか、あるいは第３の材料が利用される。
【００１６】
非金属材料がプラスチックとして構成されていることが有利である。  
非金属材料のプラスチックとしての構成は、上述した利点に関して、および経費的に有利な採用に関して、特に適している。
【００１７】
さらに、本発明の構造的な形態において、上述した高負荷可能な耐久性材料が、繊維強化硬質プラスチックおよび／又は金属、好適には、鋼で構成される、ことが考えられる。
【００１８】
実験により明らかにされているように、鋼による高負荷可能な耐久性材料の構成は、特に有利に実現される。その鋼による構成は、歯車装置の全寿命期間中にわたる確実な力伝達を保証する。
【００１９】
外周面に歯を備えた機械的力束を伝達するための有利な力伝達要素は、請求項９に記載の特徴から生ずる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の有利な実施態様および発展形態は、他の従属請求項および以下の図を参照した実施例の説明から明らかに理解できる。
【００２１】
自動車における重畳的伝動歯車装置付きの電動式パワーステアリング装置は、既に良く知られている。従って、以下、それについては詳述しない。ただ、そのために例えば独国特許出願公開第１９７２３３５８号明細書を参照されたい。
【００２２】
図１には、ステアリング装置における重畳的伝動歯車装置の力伝達要素１が示され、この力伝達要素１は歯車要素２に噛合っている。異なった形態において、複数の力伝達要素１を設けることも勿論できる。力伝達要素１は、この実施例において、ウォーム１として構成され、歯車要素はウォームホイール２として構成されている。
【００２３】
ウォーム１は力を伝達するために、その外周面１ａに歯３を有している。そのウォーム１は外周面１ａが２つの異なった材料で構成されている。この実施例において、その材料は、プラスチック４で構成された非金属材料と、鋼５で構成された高負荷可能な耐久性材料である。プラスチック４はウォーム１の外周面１ａにおける中央範囲に配置され、鋼５はウォーム１の外周面１ａにおける中央範囲の両側の外側範囲に配置されている。通常作動中、力の伝達は、図１から明らかなように、ウォーム１の外周面１ａにおける中央範囲に配置されたプラスチック４によって行われる。鋼５から成る両外側範囲は、大きな伝達力の場合だけ、特に、酷使時および中央範囲の損傷時にだけ利用され、力伝達作用を引き受ける。これによって、鋼５から成る両外側範囲によって力伝達が確実にされる。
【００２４】
プラスチック４としては、例えばポリアミドのような種々のプラスチックが適用される。その最適なプラスチックの選択は、具体的な状態に合わせて行われる。歯３は、それがプラスチック４で構成されているか、鋼５で構成されているかとは無関係に、同じ幾何学形状を有する。
【００２５】
鋼５を利用する代わりに、別の金属材料も勿論採用できる。これに関しては、繊維強化硬質プラスチックも考えられる。ただ、その材料が大きな伝達力を受けることができ、中央範囲の損傷時でも、ステアリング装置の確実な機能を保証することが重要である。
【００２６】
図１に示されたウォーム１は、鋼５で構成された金属本体６を有している。この金属本体６は外周面１ａの中央範囲に環状凹所７を有し、この凹所７の中に、非金属材料４、ここでは、プラスチック４が射出成形されている。そのようなウォーム１の構成は、単純で安価な製造に関して特に適している。
【００２７】
図２から明らかなように、鋼５ないし本体６とプラスチック４との結合は、特に有利に、機械的内歯８を介して行われている。その内歯８によって、鋼５とプラスチック４との固く且つ確実な結合が保証される。
【００２８】
そのために、ウォーム１が、まずプラスチック４が環状凹所７の中に射出成形された円筒状半製品として作られる、ことが考えられる。その外周面１ａの両外側範囲は、鋼５から成り、中央範囲は、プラスチック４から成っている。続いて、公知の技術によって、例えば切削加工によって、歯３が設けられる。
【００２９】
その代わりに、鋼５で作られた両外側範囲に、歯３が既に予め加工されることも考えられる。その歯３の直径は、続いて後で設置すべきプラスチック４から成る中央範囲より幾分小さくされる。そのプラスチック４は、設けられた後で歯３を形成するために切削加工され、これによって、外側範囲における歯３と同じ直径にされる。
【００３０】
図１に示されたウォーム１の形態の代わりに、中央範囲に設けられるプラスチック４が単に射出成形され、即ち、極端な場合、被覆処理しかしないことも考えられる。このために、場合によっては、公知の種々の被覆方法が利用される。しかし、プラスチック４が本体６ないしウォーム１の中に深く延びている図１に示された形状が有利である。これによって、上述した利点が特に有利に得られる。
【００３１】
勿論、図示された形態は、上述した実施例に限定されず、むしろ、当該技術者において多くの方式が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】力伝達要素とそれと噛合う歯車要素の断面図。
【図２】力伝達要素の横断面図。
【図１】
2005510404.tif 000003
【図２】
2005510404.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月13日(2004.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの力伝達要素（１）と、この力伝達要素（１）に噛合う歯車要素（２）とを有し、力伝達要素（１）の力伝達に利用する外周面（１ａ）が、通常作動時に力を伝達するために非金属材料（４）で歯車要素（２）に噛合うよう、少なくとも２つの材料（４、５）で構成されている、電動式の自動車パワーステアリング装置の歯車装置において、
力伝達要素（１）が、広範囲に渡って金属材料（５）で構成され、その外周面（１ａ）の非金属材料（４）で構成された部分が、金属材料（５）上に吹付け被覆ないしは射出成形され、非金属材料（４）で構成された部分（４）が、力伝達要素（１）の外周面（１ａ）の中央範囲に配置され、外周面（１ａ）の非金属材料（４）で構成された部分に対して金属材料（５）が内歯（８）を介して結合されている、ことを特徴とする歯車装置。
【請求項２】
通常作動時に噛合わない第２の材料が、高負荷可能な耐久性材料として構成されている、ことを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
【請求項３】
力伝達要素（１）の外周面（１ａ）の中央範囲に隣接する少なくとも片方の外側範囲が、高負荷可能な耐久性材料（５）で構成されている、ことを特徴とする請求項２記載の歯車装置。
【請求項４】
力伝達要素（１）がウォームとして構成され、歯車要素（２）がウォームホイールとして構成されている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の歯車装置。
【請求項５】
少なくとも１つの力伝達要素（１）と、この力伝達要素（１）に噛合う歯車要素（２）とを有し、力伝達要素（１）の力伝達に利用する外周面（１ａ）が、通常作動時に力を伝達するために非金属材料（４）で歯車要素（２）に噛合うよう、少なくとも２つの材料（４、５）で構成されている、電動式の自動車パワーステアリング装置の歯車装置において、
力伝達要素（１）の外周面（１ａ）の中央範囲に配置される非金属材料（４）で構成された部分がプラスチックで構成され、力伝達要素（１）の高負荷可能な耐久性材料（５）が繊維強化硬質プラスチックで構成されている、ことを特徴とする歯車装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、請求項１および５の上位概念部分に記載の電動式の自動車パワーステアリング装置（モータ駆動サーボ式の自動車ステアリング装置）の歯車装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この課題は、請求項１および５に記載の特徴によって解決される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
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2005510404.tif 000009
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