(57)【要約】【課題】簡易な構成でウォームとウォームホイールとの慣らし運転を行える電動パワーステアリングシステムを提供する。【解決手段】ステアリングシャフト２の回転運動に応じて駆動される操舵補助用のモータ１０と、モータ１０の回転軸に連動して回転される金属製のウォーム２０と、ステアリングシャフト２に連動して回転し、ウォーム２０に噛み合う樹脂製のウォームホイール３０と、ウォーム２０及びウォームホイール３０を収容すると共に、モータ１０が固定されるハウジング４０とを備え、ウォーム２０は、モータ１０が設けられる端部と反対側の端部に負荷機構を着脱可能な連結部２２０を備え、ハウジング４０は、負荷機構が連結部２２０に連結可能となる貫通部４１を備える。【選択図】図１
2019026058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトの回転運動に応じて駆動される操舵補助用のモータと、
前記モータの回転軸に連動して回転される金属製のウォームと、
前記ステアリングシャフトに連動して回転し、前記ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールと、
前記ウォーム及び前記ウォームホイールを収容すると共に、前記モータが固定されるハウジングとを備え、
前記ウォームは、前記モータが設けられる端部と反対側の端部に負荷機構を着脱可能な連結部を備え、
前記ハウジングは、前記負荷機構が前記連結部に連結可能となる貫通部を備える電動パワーステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
運転者のステアリング操作をアシストする電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）が知られている。ＥＰＳは、モータにより回転駆動される駆動ギア（ウォーム）と、ステアリングシャフトに一体に設けられ、駆動ギアに噛み合う受動ギア（ウォームホイール）とを有する減速機構（アシスト機構）を備える。このＥＰＳは、アシスト機構を介して伝達されるモータの駆動力によって、ステアリングシャフトの回転運動に応じて、運転者のステアリング操作をアシストする。
【０００３】
ウォームは、金属製の直円柱部材であり、その外周面に螺旋状の歯部が形成されている。一方、ウォームホイールは、ステアリングシャフトの周囲に装着される環状部材であり、その外周に樹脂製の歯部を備える。
【０００４】
アシスト機構では、ウォームとウォームホイールとの噛合い部分にバックラッシが設けられる。このバックラッシが大き過ぎると、路面からの振動により異音が発生することがあり、バックラッシが小さ過ぎると、運転者のステアリング操作が重くなることがある。そこで、ウォームとウォームホイールとの間のバックラッシを適切にするために、ウォームとウォームホイールにそれぞれ歯部を形成した後、両歯部に比較的高い負荷を加えるなじみ加工（慣らし運転）がなされる（例えば、特許文献１）。
【０００５】
特許文献１に記載されるなじみ加工では、ウォームホイールを回転可能に支持する支持装置と、支持装置をウォームホイールに向けて軸方向に押圧する押圧機構と、アシスト機構の駆動機構と、アシスト機構に負荷を加える負荷機構とを備えるなじみ加工装置を用いている。具体的には、モータを装着した状態でアシスト機構に支持装置を取り付け、押圧機構によって支持装置に押圧荷重を付与する。モータを作動してウォームを回転させ、負荷機構のサーボモータを動作させてウォームホイールとウォームの噛合い部分に負荷を発生させながらウォームとウォームホイールとを回転させる。ウォームホイールの歯部は樹脂製であるため、上記負荷によってウォームホイールの歯部が一定深さだけクリープ（変形）することで、ウォームホイールの歯部がウォームの歯部になじむ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−２４５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術では、ウォームホイールを押圧すると共に、サーボモータでウォームホイールを回転させることで、ウォームホイールとウォームとの噛合い部分に負荷を発生させている。しかし、ウォームの回転は通常運転時に使用するモータで行っているため、上記噛合い部分に発生する負荷は不十分である虞がある。
【０００８】
上記噛合い部分に十分な負荷を発生させるには、例えば、通常運転時に使用するモータよりも高出力のモータを用いてウォーム及びウォームホイールの双方を回転することが考えられる。しかし、その場合、製造過程において、慣らし運転用の高出力モータを取り付ける工程と、慣らし運転後に、高出力モータから通常運転時に使用するモータに取り換える工程とを要し、作業が煩雑となる。
【０００９】
そこで、本発明の目的の一つは、簡易な構成でウォームとウォームホイールとの慣らし運転を行える電動パワーステアリングシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る電動パワーステアリングシステムは、
ステアリングシャフトの回転運動に応じて駆動される操舵補助用のモータと、
前記モータの回転軸に連動して回転される金属製のウォームと、
前記ステアリングシャフトに連動して回転し、前記ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールと、
前記ウォーム及び前記ウォームホイールを収容すると共に、前記モータが固定されるハウジングとを備え、
前記ウォームは、前記モータが設けられる端部と反対側の端部に負荷機構を着脱可能な連結部を備え、
前記ハウジングは、前記負荷機構が前記連結部に連結可能となる貫通部を備える。
【発明の効果】
【００１１】
上記電動パワーステアリングシステムは、通常運転時に使用するモータを用いて、ウォームとウォームホイールとの噛合い部分に十分な負荷を発生させることができ、簡易な構成でウォームとウォームホイールとの慣らし運転を行える。それは、ウォームに連結部を備えると共に、ハウジングに貫通部を備えることで、ハウジングの外部から貫通部を通して負荷機構をウォームの連結部に連結でき、ウォームを負荷機構と通常運転時に使用するモータとで回転することができるからである。なお、ウォームホイールは、ステアリングシャフトに別の負荷機構を取り付け、その負荷機構で回転すればよい。そうすることで、ウォームとウォームホイールとの噛合い部分に通常運転時よりも高い負荷を発生させることができる。
【００１２】
通常運転時に使用するモータを用いて慣らし運転を行えることで、そのモータを取り外す必要がなく、モータとウォームとが一体にハウジングに設けられた組物を使用することができる。また、通常運転時に使用するモータを用いて慣らし運転を行えることで、製造過程において使用するウォーム用の負荷機構を小型化できる。更に、通常運転時に使用するモータを用いて慣らし運転を行えることで、慣らし運転を行う際に、そのモータの電気的な検査を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る電動パワーステアリングシステムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の電動パワーステアリングシステムの実施形態を以下に図面を参照しつつ説明する。図１は、電動パワーステアリングシステムをステアリングシャフトの軸方向から見た断面を示す。なお、図１では、分かり易いようにウォーム及びウォームホイールにそれぞれ形成される歯部を誇張して示す。また、ウォームホイールの歯部は、周方向の一部を図示し、他部は省略して示す。ウォーム及びウォームホイールの各歯部について、形状や数等が実際とは異なることがある。
【００１５】
〔全体構成〕
実施形態に係る電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）１は、操舵補助用のモータ１０と、金属製のウォーム２０と、樹脂製のウォームホイール３０と、ハウジング４０とを備える。ウォーム２０とウォームホイール３０とは、互いに噛み合い、その噛合い部分には適切なバックラッシが確保される。ウォーム２０とウォームホイール３０との間のバックラッシを適切にするために、製造過程において、ウォーム２０とウォームホイール３０との慣らし運転が行われる。慣らし運転とは、ウォーム２０とウォームホイール３０との噛合い部分に高負荷を発生させ、樹脂製のウォームホイール３０の歯部を塑性変形させて、ウォームホイール３０の歯部をウォーム２０の歯部の形状に合わせることである。実施形態に係るＥＰＳ１は、製造過程に行われる慣らし運転を容易に行える構成を備える点を特徴の一つとする。以下、まずＥＰＳ１の構成について説明し、その後にＥＰＳ１の慣らし運転について説明する。
【００１６】
〔電動パワーステアリングシステム〕
ＥＰＳ１は、ステアリングシャフト２の回転運動に応じて駆動される操舵補助用のモータ１０と、モータ１０の回転軸１１に連動して回転されるウォーム２０と、ステアリングシャフト２に連動して回転するウォームホイール３０と、ウォーム２０及びウォームホイール３０を収容すると共に、モータ１０が固定されるハウジング４０とを備える。ステアリングシャフト２は、図示しないステアリングホイールの操舵により回転される。ＥＰＳ１は、モータ１０の駆動力がウォーム２０及びウォームホイール３０を介してステアリングシャフト２に伝達されることで、運転者によるステアリングホイールの操作をアシスト（操舵補助）するように構成されている。
【００１７】
〈モータ〉
モータ１０は、ステアリングホイールからステアリングシャフト２に伝達される回転運動に応じて駆動される。具体的には、ステアリングシャフト２（ステアリングホイール）の回転トルクや回転速度等が各種センサによって検知され、モータ１０は、その検知結果に基づいて駆動される。
【００１８】
〈ウォーム〉
ウォーム２０は、金属製の直円柱部材で構成されるウォーム本体部２１と、ウォーム本体部２１の両端部からそれぞれ軸方向外方に延びるウォーム軸２２とを備える。ウォーム本体部２１は、その外周面に螺旋状の歯部が形成されている。一方のウォーム軸２２（図１の右側に位置するウォーム軸２２）の端部には、モータ１０の回転軸１１が連結されている。ウォーム本体部２１の中心軸と、ウォーム軸２２の中心軸と、モータ１０の回転軸１１の中心軸とは、同軸である。ウォーム軸２２は、それぞれ軸受５１，５２によってハウジング４０に回転自在に支持されている。ウォーム２０（ウォーム本体部２１及びウォーム軸２２）は、モータ１０の回転軸１１に連動して回転される。
【００１９】
ウォーム２０は、他方のウォーム軸２２（図１の左側に位置するウォーム軸２２）の端部に、図示しない負荷機構を着脱可能な連結部２２０を備える点を特徴の一つとする。負荷機構は、ウォーム２０を回転自在とするように連結される。本例では、ウォーム軸２２の端部の外周にスプラインが形成され、このスプライン部によって連結部２２０が構成されている。負荷機構は、ウォーム軸２２の連結部２２０に嵌合する負荷側連結部を備え、連結部同士を嵌合することで、ウォーム２０と負荷機構とが連結される。負荷機構としては、ウォーム２０を回転させるサーボモータや、モータ１０によるウォーム２０の回転を停止する方向にウォーム２０を保持するブレーキ等が挙げられる。本例では、ウォーム２０の回転を制御し易いサーボモータを負荷機構として用いている。
【００２０】
〈ウォームホイール〉
ウォームホイール３０は、ステアリングシャフト２の周囲に結合される金属製の芯部３１と、芯部の外周に装着される樹脂製の外周部３２とを備える。芯部３１と外周部３２とは、一体物であり、例えばインサート成形によって形成される。芯部３１は、環状部材であり、その中心の貫通孔にステアリングシャフト２が挿通されて固定される。つまり、ウォームホイール３０は、芯部３１によってステアリングシャフト２に固定される。外周部３２は、その外周縁の全周に亘って、ウォーム２０の歯部と噛み合う複数の歯部が形成されている。ウォームホイール３０は、ステアリングシャフト２の軸を中心に、ステアリングシャフト２に連動して回転する。
【００２１】
〈ハウジング〉
ハウジング４０は、ウォーム２０及びウォームホイール３０を収容すると共に、モータ１０が外装される。具体的には、ハウジング４０は、ウォームホイール３０の軸方向と交差する方向に開口部を有し、この開口部からモータ１０と一体に設けられたウォーム２０が挿入されて、開口部を塞ぐようにモータ１０が取り付けられる。また、ハウジング４０は、その内部にステアリングシャフト２が内挿される。ステアリングシャフト２は、図示しない軸受によってハウジング４０に回転自在に支持されている。
【００２２】
ハウジング４０は、ウォーム軸２２の端部に設けられた連結部２２０に負荷機構が連結可能となる貫通部４１を備える点を特徴の一つとする。本例では、貫通部４１は、連結部２２０に対向する位置に、内外に貫通する貫通孔で構成されている。貫通部４１は、ウォーム２０の中心軸の延長線上に設けられている。つまり、本例では、貫通部４１は、ウォーム２０を挟んでモータ１０と反対側に設けられている。貫通部４１は、連結部２２０に負荷機構が連結可能であり、かつ負荷機構によってウォーム２０が回転可能であれば、その位置は適宜選択できる。例えば、貫通部４１は、ウォーム２０の中心軸の延長線に交差する方向に開口する開口部であってもよい。この場合、連結部２２０と負荷機構との間での回転の伝達は、べベルギアを介したり、タイミングベルト等のベルトを用いたりすることができる。貫通部４１は、ウォーム軸２２の連結部２２０に負荷機構を連結するために、負荷機構の一部を挿入可能となるように設けられている。例えば、負荷機構がサーボモータである場合、貫通部４１は、サーボモータの回転軸を挿入するように設けられる。貫通部４１は、ウォーム軸２２の連結部２２０に負荷機構を連結可能な大きさ及び形状を適宜選択できる。
【００２３】
ハウジング４０に備わる貫通部４１は、製造過程において、ウォーム２０とウォームホイール３０との慣らし運転が完了したら、塞がれることが好ましい。つまり、ハウジング４０は、貫通部４１を塞ぐ蓋部５０（図１中で二点鎖線で示す）を備えることが好ましい。そうすることで、通常運転時に、貫通部４１からハウジング４０の内部に異物が入ることを防止できる。蓋部５０は、貫通部４１を塞ぐように構成された回転数センサであってもよい。蓋部５０が回転数センサの場合、この回転数センサによって、ウォーム２０の回転数を検知することができる。
【００２４】
〔電動パワーステアリングシステムの慣らし運転〕
ウォーム２０とウォームホイール３０との慣らし運転は、上述したＥＰＳ１を作製した後、ステアリングシャフト２にサーボモータ（図示せず）を取り付けると共に、ウォーム軸２２の連結部２２０に負荷機構となる別のサーボモータ（図示せず）を取り付け、各モータを駆動してウォーム２０及びウォームホイール３０をそれぞれ回転させることで行う。
【００２５】
まず、操舵補助用のモータ１０とウォーム２０とが一体に設けられた組物を用意すると共に、ステアリングシャフト２にウォームホイール３０が固定された組物を用意する。このとき、ウォーム２０におけるモータ１０が設けられるウォーム軸２２と反対側のウォーム軸２２の端部に連結部２２０を形成しておく。そして、ハウジング４０の内部にウォーム２０及びウォームホイール３０を収容すると共に、ハウジング４０の外部にモータ１０を装着する。このとき、ハウジング４０の貫通部４１を介して、ウォーム２０の連結部２２０に負荷機構が連結可能となるように、ウォーム２０及びウォームホイール３０をハウジング４０内に収容する。本例では、ウォーム２０の中心軸の延長線上に貫通孔（貫通部４１）が位置するように、ウォーム２０及びウォームホイール３０をハウジング４０内に収容する。
【００２６】
ステアリングシャフト２にサーボモータを取り付ける。このサーボモータは、通常運転時に使用する操舵補助用のモータ１０よりも高出力のモータである。
【００２７】
ウォーム軸２２の連結部２２０に別のサーボモータ（負荷機構）を取り付ける。このサーボモータは、通常運転時に使用する操舵補助用のモータ１０との合計出力が、ステアリングシャフト２に取り付けるサーボモータの出力と同等程度となるような出力のモータである。このサーボモータは、回転軸の端部に負荷側連結部（スプライン部）を備える。この回転軸をハウジング４０に形成された貫通部４１からハウジング４０の内部に差込み、負荷側連結部とウォーム軸２２の連結部２２０とを嵌合することで、容易にサーボモータをウォーム軸２２に取り付けることができる。
【００２８】
ステアリングシャフト２に取り付けたサーボモータ、ウォーム軸２２の連結部２２０に取り付けたサーボモータ、及び通常運転時に使用する操舵補助用のモータ１０を同時に駆動し、ウォーム２０とウォームホイール３０との噛合い部分に通常運転時よりも高い負荷を発生させる。具体的には、ウォームホイール３０の回転を停止する方向にウォーム２０を回転するように各モータを駆動する。
【００２９】
ウォーム２０とウォームホイール３０との噛合い部分に高負荷が発生した状態で、ウォームホイール３０を一周させる。このとき、ウォームホイール３０は、回転を停止する方向に抵抗を受ける。この抵抗によって、ウォームホイール３０の樹脂で構成された歯部は、金属製のウォーム２０の歯部の形状に沿って塑性変形する。同様に、ウォーム２０とウォームホイール３０との噛合い部分に高負荷が発生した状態で、ウォームホイール３０を逆方向に一周（逆回転）させる。そうすることで、ウォーム２０及びウォームホイール３０の両面の噛合い部分に正逆回転における慣らし運転による歯面形成が実施され、ウォーム２０とウォームホイール３０との間に適切なバックラッシが確保される。
【００３０】
〔効果〕
実施形態に係るＥＰＳ１は、ウォーム軸２２に連結部２２０を備え、かつハウジング４０に貫通部４１を備えることで、ハウジング４０の外部から貫通部４１を通して負荷機構を連結部２２０に連結でき、連結した負荷機構によって、通常運転時に使用する操舵補助用のモータ１０の出力を補強できる。そうすることで、上記ＥＰＳ１は、通常運転時に使用する操舵補助用のモータ１０を用いて、ウォーム２０とウォームホイール３０との噛合い部分に通常運転時よりも高い負荷を発生させることができる。通常運転時に使用する操舵補助用のモータ１０を用いて慣らし運転を行うことで、操舵補助用のモータ１０を用いずにウォーム２０を回転させる場合に比較して、負荷機構を小型化できる。なお、本例では、通常運転時に使用する操舵補助用のモータ１０と負荷機構とを用いてウォーム２０を回転させているが、モータ１０を用いずに負荷機構のみでウォーム２０を回転させてもよい。この場合、モータ１０を用いる場合に比較して負荷機構は大型化するが、一つの機構（負荷機構）の制御とできる。
【００３１】
上記ＥＰＳ１は、通常運転時に使用する操舵補助用のモータ１０を用いて慣らし運転ができることで、モータ１０を取り外す必要がない。そのため、通常運転時よりも高い負荷を発生させるために、モータ１０を取り外して慣らし運転用の高出力モータを取り付け、慣らし運転後に高出力モータから再度モータ１０に取り換えるという煩雑な作業を省略できる。
【００３２】
上記ＥＰＳ１は、通常運転時よりも高い負荷を発生させた状態で慣らし運転ができることで、ウォームホイール３０の樹脂製の歯部を適切に塑性変形でき、ウォーム２０とウォームホイール３０との間に適切なバックラッシを確保できる。通常運転時よりも高い負荷を発生させた状態で慣らし運転ができることで、通常運転時に、ウォームホイール３０の樹脂製の歯部が塑性変形されることを防止でき、通常運転時にウォームホイール３０の耐久性が低下することを防止できる。
【００３３】
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３４】
１  電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）
２  ステアリングシャフト
１０  モータ
１１  回転軸
２０  ウォーム
２１  ウォーム本体部
２２  ウォーム軸
２２０  連結部
３０  ウォームホイール
３１  芯部
３２  外周部
４０  ハウジング
４１  貫通部
５１，５２  軸受
５０  蓋部
【図１】
2019026058.tif 000003