(57)【要約】【課題】バックラッシュ量による歯打ち音を長期間に亘って低減することができるとともに、歯車の耐久性を高めることができる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】操舵補助用の電動モータの出力軸に繋がる小歯車と、該小歯車に噛合する歯を有し、舵取手段に繋がる大歯車４とを備え、大歯車４を、金属歯体４１と、該金属歯体４１の歯幅方向一面に結合された合成樹脂歯体４２とを備え、該合成樹脂歯体４２を高い湿度の環境下で吸湿させることにより該合成樹脂歯体４２の歯面４２ｂ，４２ｂを金属歯体４１の両側歯面４２ｂ，４２ｂよりも外側に配置し、路面からの逆入力荷重、又は転舵により小歯車及び大歯車４の間に相対速度が発生する際、合成樹脂歯体４２の歯面４２ｂ部分を撓ませることができるようにした。【選択図】図２
2008162353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助用の電動モータの出力軸に繋がる小歯車と、該小歯車に噛合し、舵取手段に繋がる大歯車とを備え、前記電動モータの回転により操舵補助するようにした電動パワーステアリング装置において、前記小歯車及び大歯車の少なくとも一方は、金属歯体と、該金属歯体の歯幅方向一面に結合され、前記金属歯体よりも厚い歯厚を有する可撓歯体とを備え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】
前記可撓歯体は吸湿により体積が増加している合成樹脂により形成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記可撓歯体は前記金属歯体の両側歯面よりも外側に配置してある請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
金属製歯体素材と、合成樹脂製歯体素材とを結合して中間素体を形成し、該中間素体の外周部を歯切りして金属歯体と合成樹脂歯体とを形成し、該合成樹脂歯体を吸湿させて該合成樹脂歯体の歯厚を前記金属歯体の歯厚よりも厚くすることを特徴とする歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小歯車及び大歯車を有し、操舵補助力の発生源として電動モータを用いてなる電動パワーステアリング装置及びこれに用いる歯車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電動パワーステアリング装置としては、例えば操舵輪に繋がる入力軸及び該入力軸にトーションバーを介して同軸的に繋がる出力軸の相対回転によって前記入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出したトルク等に基づいて操舵補助用の電動モータを駆動し、該電動モータの回転力を小歯車及び大歯車を介して舵取手段に伝達することにより操舵輪の回転に応じた舵取手段の動作を前記電動モータの回転により補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減するように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このように小歯車及び大歯車が用いられた電動パワーステアリング装置にあっては、切削加工により形成されている小歯車及び大歯車の噛合部に適宜のバックラッシュ量を設けて小歯車及び大歯車の噛合部の歯面間に発生する摩擦抵抗を減じ、高効率にて滑らかな伝動を行わせることができるように構成されている。
【０００４】
ところが、噛合部にバックラッシュ量が設けられているため、例えば凹凸を有する路面上を走行中に、路面から操向輪を経て大歯車に伝わる逆入力荷重により、該大歯車が微小に回転振動し、バックラッシュ量内で小歯車に対して相対速度が発生し、大歯車及び小歯車の歯面同士が衝突して耳障りな歯打ち音が発生する。また、電動モータが発生する回転力を小歯車から大歯車に伝達して操舵補助している状態から転舵により操舵補助の方向が逆転し、小歯車が逆回転して小歯車及び大歯車の間に相対速度が発生した際も同様に歯打ち音が発生し、該歯打ち音が車両の室内に洩れることになる。この歯打ち音はバックラッシュ量が大である程発生し易くなる。
【０００５】
バックラッシュ量による歯打ち音の低減対策として、微小な球状樹脂を多数含有するグリスを小歯車及び大歯車の噛合部に塗布することにより、歯面同士の衝突を緩和し、歯打ち音の低減を図っている。
【特許文献１】特開２００３−３２７１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、球状樹脂を含有するグリスを噛合部に塗布することにより歯打ち音を低減するように構成された電動パワーステアリング装置にあっは、球状樹脂が歯面間で潰されて徐々に球状樹脂の量が減少し、グリスによる緩衝効果が経時的に低下することが避けられないため、長期間に亘って歯打ち音を低減することは難しく、改善策が要望されていた。
【０００７】
また、グリス等の緩衝材を用いることなくバックラッシュ量による歯打ち音を低減するには、小歯車及び大歯車の切削加工精度、及び組付け精度を高める必要があり、この点においても改善策が要望されていた。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的はバックラッシュ量による歯打ち音を簡易に低減することができ、しかも、歯打ち音を長期間に亘って低減することができるとともに、歯車の耐久性を高めることができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【０００９】
また、切削加工により形成された中間歯体を吸湿させることにより、バックラッシュ量低減手段を有する歯車を製造することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵補助用の電動モータの出力軸に繋がる小歯車と、該小歯車に噛合し、舵取手段に繋がる大歯車とを備え、前記電動モータの回転により操舵補助するようにした電動パワーステアリング装置において、前記小歯車及び大歯車の少なくとも一方は、金属歯体と、該金属歯体の歯幅方向一面に結合され、前記金属歯体よりも厚い歯厚を有する可撓歯体とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記可撓歯体は吸湿により体積が増加している合成樹脂により形成してあることを特徴とする。
【００１２】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記可撓歯体は前記金属歯体の両側歯面よりも外側に配置してあることを特徴とする。
【００１３】
第４発明に係る歯車の製造方法は、金属製歯体素材と、合成樹脂製歯体素材とを結合して中間素体を形成し、該中間素体の外周部を歯切りして金属歯体と合成樹脂歯体とを形成し、該合成樹脂歯体を吸湿させて該合成樹脂歯体の歯厚を前記金属歯体の歯厚よりも厚くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１発明にあっては、小歯車及び大歯車の噛合部において、金属歯体の歯面間にバックラッシュ量を設け、このバックラッシュ量内に可撓歯体の歯面が配置されているため、噛合部のバックラッシュ量を低減できる。路面からの逆入力荷重、又は転舵により小歯車及び大歯車の間に相対速度が発生する際、可撓歯体の歯面部分が撓み、金属歯体の歯面同士が衝突するのを抑制することができ、歯打ち音を低減できる。また、金属歯体の歯面間で回転トルクを伝達することができるため、歯車の耐久性を高めることができる。
【００１５】
第２発明にあっては、吸湿により可撓歯体の体積が増加しているため、高湿度の環境下で使用されても、湿気による可撓歯体の膨張を抑制でき、高効率にて滑らかな伝動を行わせることができる。
【００１６】
第３発明にあっては、路面からの逆入力荷重がいずれの方向から加わる際でも、また、いずれの方向に転舵される際でも、バックラッシュ量を低減でき、歯打ち音を低減できる。
【００１７】
第４発明にあっては、一つの歯切り工程で金属歯体及び該金属歯体に結合されている合成樹脂歯体を形成することができ、この金属歯体及び合成樹脂歯体を吸湿処理することによりバックラッシュ量低減手段を有する歯車を製造することができるため、バックラッシュ量を低減できるとともに耐久性を高めることができる歯車を簡易に作ることができ、歯車の切削加工性及び組付け性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。この電動パワーステアリング装置は、操作部材としてのステアリングホイールに連なり、舵取手段としての操舵軸１と、操舵補助用の電動モータ２と、該電動モータ２の回転力を操舵軸１に増加して加える小歯車３及び該小歯車３に噛合する大歯車４と、該小歯車３及び大歯車４を回転自在に支持する支持部材としてのハウジング５と、ステアリングホイールの操作に応じて操舵軸１に加わる
トルクを検出するトルクセンサ６とを備え、該トルクセンサ６の検出結果等に基づいて電動モータ２が駆動され、該電動モータ２の回転力が小歯車３及び大歯車４を介して操舵軸１に伝達され、操舵補助するように構成されている。
【００１９】
操舵軸１は、その上部がステアリングホイールに繋がる上側軸体１１と、該上側軸体１１の下部に連結されたトーションバー１２と、該トーションバー１２の下部に連結され、自在軸継手を介して例えばラックピニオン式の転舵機構に繋がる下側軸体１３とを有しており、ステアリングホイールの操作に応じてトーションバー１２が捩じれ、上側軸体１１及び下側軸体１３に操舵トルクが加わるように構成されている。
【００２０】
上側軸体１１の下部にはトーションバー１２の上部が挿入された筒部１１ａが結合されている。下側軸体１３はトーションバー１２の下部及び筒部１１ａの先端部が挿入されるように筒形に形成されており、この下側軸体１３及び筒部１１ａの周りにトルクセンサ６が配置されている。また、下側軸体１３の中途に大歯車４及び軸受７，７が外嵌され、大歯車４を両持ちしている。
【００２１】
小歯車３及び大歯車４は、はすば歯車を用いてなり、小歯車３及び大歯車４の噛合部には適宜のバックラッシュ量が設けられ、高い回転性が得られるように構成されている。
【００２２】
小歯車３は軸長方向両側へ延出され、下側軸体１３と平行的に配置される軸３１を有し、該軸３１に軸受８，８が外嵌され、小歯車３を両持ちしている。また、小歯車３は金属棒を切削加工することにより形成されている。
【００２３】
図２は大歯車の構成を示す要部の斜視図、図３は大歯車の構成を示す要部の正面図、図４は大歯車の構成を示す要部の断面図である。
大歯車４は外周部に複数の歯４１ａを有する金属歯体４１と、該金属歯体４１の歯幅方向（回転中心線方向の歯の幅）一面に結合され、歯４１ａに対応する複数の歯４２ａを外周部に有する合成樹脂歯体４２とを備え、該合成樹脂歯体４２の歯厚（回転方向の歯の厚さ）を金属歯体４１の歯厚よりも厚くしてあり、金属歯体４１及び合成樹脂歯体４２の中心部に、下側軸体１３に嵌合される嵌合孔４３を設けてある。尚、合成樹脂歯体４２が可撓歯体を構成している。
【００２４】
金属歯体４１は合成樹脂歯体４２の約９倍の歯幅を有する鉄製であり、合成樹脂歯体４２は、金属歯体４１の約１／９の歯幅を有する比較的薄い板厚の合成樹脂板からなり、金属歯体４１の歯幅方向一面に接着剤等の結合手段により合成樹脂歯体４２を一体に結合してある。この結合された金属歯体４１及び合成樹脂歯体４２を高湿度の環境下で吸湿処理することにより、合成樹脂歯体４２の体積をミクロン単位で増加させ、歯４２ａの歯厚を、歯４１ａの歯厚よりもミクロン単位で大とし、歯４２ａの歯面４２ｂ，４２ｂを金属歯体４１の両側の歯面４１ｂ，４１ｂより若干外側に配置して小歯車３の歯と衝突した際に歯厚方向へ撓むことが可能に構成されている。また、合成樹脂歯体４２は吸湿状態を保つことができる合成樹脂板からなり、吸湿処理により体積が増加した状態を維持することができる。
【００２５】
ハウジング５は、小歯車３を収容する第１収容部５１と、該第１収容部５１に連通孔を介して連通し、大歯車４及び下側軸体１３を収容する第２収容部５２と、該第２収容部５２に連通し、トルクセンサ６を収容する第３収容部５３とを有し、第１収容部５１の開放口に電動モータ２が取外しを可能に取着されている。      
以上のように構成された電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操作に応じて上側軸体１１が一方向、又は、他方向に回転し、トルクセンサ６の検出結果に基づいて電動モータ２が駆動され、該電動モータ２の回転力が小歯車３及び大歯車４を経て
下側軸体１３に伝達され、操舵補助される。この際、小歯車３及び大歯車４の歯面同士が接触し、歯打ち音は発生しない。また、大歯車４の合成樹脂歯体４２の歯面４２ｂが金属歯体４１の歯面４１ｂよりも外側に配置されているため、小歯車３の歯面と大歯車４の歯面との間のバックラッシュ量は小さい。
【００２６】
転舵により操舵補助の方向が逆転し、小歯車３が逆回転したとき、小歯車３の歯面が大歯車４の合成樹脂歯体４２の歯面４２ｂに当接し、合成樹脂歯体４２の歯面４２ｂ部分が歯厚方向へ撓みつつ、換言すると逆回転する小歯車３に抵抗を加えつつ小歯車３の歯面が金属歯体４１の歯面４１ｂに当接し、回転トルクが小歯車３の歯面から金属歯体４１の歯面４１ｂへ伝達される。従って、小歯車３の逆回転を合成樹脂歯体４２の歯４２ａにより抑制でき、歯打ち音を低減できる。      
路面から操向輪及び下側軸体１３を経て大歯車４に逆入力荷重が加わり、大歯車４が小歯車３に対して微小に回転振動たとき、大歯車４の合成樹脂歯体４２の歯面４２ｂが小歯車３の歯面に当接し、合成樹脂歯体４２の歯面４２ｂ部分が歯厚方向へ撓みつつ、換言すると微小に回転振動する大歯車３に抵抗を加えつつ合成樹脂歯体４２の歯面４２ｂが金属歯体４１の歯面４１ｂに当接する。従って、大歯車４の微小の回転振動を合成樹脂歯体４２の歯４２ａにより抑制でき、歯打ち音を低減できる。
【００２７】
図５は歯車の製造工程を示す説明図である。図６は歯切り加工後の構成を示す要部の斜視図である。
大歯車４の製造は、円周面を有し、円板形をなす金属製歯体素材４ａと、金属製歯体素材４ａとほぼ同径の円周面を有し、金属製歯体素材４ａよりも薄厚の、詳しくは厚さ比が９：１程度になる厚さの円板形をなす合成樹脂製歯体素材４ｂとを形成し（図５の(a) 参照）、金属製歯体素材４ａの一面に合成樹脂製歯体素材４ｂを接着剤等の結合手段により結合して中間素体４ｃを形成し（図５の(b) 参照）、該中間素体４ｃの円周面部を一端から他端に亘って歯切機によりはすばに歯切りして金属歯体４１及び合成樹脂歯体４２を形成し（図５の(c) 及び図４、図６参照）、この金属歯体４１及び合成樹脂歯体４２を高湿度の環境下に配置し、合成樹脂歯体４２を吸湿させ、該合成樹脂歯体４２の体積をミクロン単位で増加させ、歯４２ａの歯厚を、歯４１ａの歯厚よりもミクロン単位で大とし（図５の(d) 及び図２、図３参照）、合成樹脂歯体４２の歯４２ａの歯面４２ｂ，４２ｂを金属歯体４１の両側の歯面４１ｂ，４１ｂより外側に配置する（図３参照）。尚、合成樹脂歯体４２を吸湿させる際、高湿度で、且つ高温度の環境下に配置することにより、合成樹脂歯体４２の吸湿性を高めることができ、合成樹脂歯体４２が所定量吸湿する時間を短縮できる。また、合成樹脂製歯体素材４ｂは吸湿状態を保つことができる合成樹脂板からなり、吸湿により体積が増加した状態を維持することができる。
【００２８】
以上のように金属性歯体素材４ａと合成樹脂性歯体素材４ｂとが結合された中間素体４ｃの外周部を歯切りした後、高湿度の環境下に配置して合成樹脂歯体４２を吸湿させることにより大歯車４を形成することができるため、簡易に製造することができ、コストを低減できる。また、合成樹脂歯体４２はバックラッシュ量を低減するために必要な比較的短い歯幅にすることができ、回転トルクを負担する金属歯体４１の歯幅を比較的長くすることができるため、大歯車４の耐久性を高めることができ、長期間に亘ってバックラッシュ量を低減することができる。
【００２９】
尚、以上説明した実施の形態では、金属歯体４１の歯幅方向一面に合成樹脂歯体４２を結合したが、その他、合成樹脂歯体４２は金属歯体４１の歯幅方向両面に結合する構成、又は、金属歯体４１の歯幅方向中間に配置する構成としてもよい。この後者の場合、例えば二つの金属歯体４１，４１の間に合成樹脂歯体４２を配置する。また、後者の場合、合成樹脂歯体４２は歯幅方向に離隔して複数設けてもよい。
【００３０】
また、以上説明した実施の形態では、金属製歯体素材４ａに合成樹脂製歯体素材４ｂが結合された中間素体４ｃを歯切りすることにより金属歯体４１と合成樹脂歯体４２とを形成したが、その他、金属歯体４１及び合成樹脂歯体４２は個々に歯切りされたものを結合した構成としてもよい。
【００３１】
また、以上説明した実施の形態では可撓歯体を合成樹脂製としたが、その他、可撓歯体は合成ゴム製としてもよい。また、可撓歯体は複数の歯４２ａ及び該歯４２ａを連結する円板部４２ｃを有する構成とする他、金属歯体４１の歯４１ａに対応する大きさとし、この可撓歯体を歯４１ａの歯幅方向一面に結合する構成としてもよい。
【００３２】
また、以上説明した実施の形態では、大歯車４が金属歯体４１及び合成樹脂歯体４２を備える構成としたが、その他、小歯車が金属歯体及び合成樹脂歯体を備える構成としてもよい。
【００３３】
また、以上説明した実施の形態では小歯車３及び大歯車４をはすばとしたが、その他、平歯としてもよいし、また、小歯車３及び大歯車４をウォーム、ウォームホイールとしてもよい。
【００３４】
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、図１に示してあるようにコラムハウジングの下端部に電動モータ２が装着される構成である他、両端が操向輪に繋がる転舵軸を支持する支持部材に操舵補助用の電動モータが装着され、且つ該電動モータの出力軸が転舵軸と平行に配置され、該出力軸及び転舵軸間に小歯車及び大歯車が設けられる構成であってもよい。
【００３５】
また、本発明に係る製造方法により製造された歯車は、電動パワーステアリング装置以外に用いられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の大歯車の構成を示す要部の斜視図である。
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の大歯車の構成を示す要部の正面図である。
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の大歯車の構成を示す要部の断面図である。
【図５】本発明に係る歯車の製造工程を示す説明図である。
【図６】本発明に係る歯車の歯切り加工後の構成を示す要部の斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  操舵軸（舵取手段）、２  電動モータ、３  小歯車、４  大歯車、４１  金属歯体、４１ａ  歯、４１ｂ  歯面、４２  合成樹脂歯体（可撓歯体）、４２ａ  歯、４２ｂ  歯面、  ４ａ  金属製歯体素材、４ｂ  合成樹脂製歯体素材、４ｃ  中間素体
【図１】
2008162353.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008162353.tif 000005
【図４】
2008162353.tif 000006
【図５】
2008162353.tif 000007
【図６】
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