(57)【要約】【課題】操舵補助用のモータの出力を、駆動歯車および従動歯車を介して舵取機構に伝える電動パワーステアリング装置において、従動歯車の寿命を向上する。【解決手段】ウォームホイール２１は外周に歯部３０を有する合成樹脂製の環状歯体３１と、環状歯体３１の射出成形時にインサートされた金属製の環状保持体３２とを含む。環状保持体３２の外周５０の凸部３５が、環状歯体３１の内周５１の凹部３６に結合する。軸方向Ｓに相対向する凸部３５の端面３７および凹部３６の内面３９に、相結合する凸条４１および凹条４２からなる凹凸係合部４０を設けて、環状保持体３２に対する環状歯体３１の倒れを防ぎ、ウォーム２０とウォームホイール２１との噛み合い位置を適正な状態に保持する。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助用のモータの出力を、駆動歯車および従動歯車を介して舵取機構に伝える電動パワーステアリング装置において、
上記従動歯車は、合成樹脂製の環状歯体と、この環状歯体の射出成形時にインサートされて環状歯体と一体に形成された金属製の環状保持体とを含み、
上記環状歯体の内周および環状保持体の外周の何れか一方が凸部を含むと共に他方が上記凸部に嵌合する凹部を含み、
上記凸部と凹部との結合面に、環状保持体に対する環状歯体の倒れを防止する倒れ防止手段を設け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】
請求項１において、上記倒れ防止手段は、上記従動歯車の軸方向に対向する凸部の一対の端面および凹部の対応する一対の内面にそれぞれ従動歯車の軸方向に起伏するように設けられ、互いに係合する凹凸係合部を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
請求項２において、上記凹凸係合部は、上記従動歯車の径方向と交差する方向に延びる凸条および凹条を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項３において、上記凸条および凹条は、断面湾曲状をなすことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
請求項１〜４において、互いに結合する上記凸部の頂面および上記凹部の底面に、上記環状歯体と環状保持体との相対回転を規制するための規制手段を設けることを特徴とする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、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）には、操舵補助用のモータの出力を、駆動歯車および従動歯車を介して舵取機構に伝えるものがある。
この種のＥＰＳには、上記駆動歯車が例えばウォームからなり、上記従動歯車が、上記駆動歯車に噛み合う合成樹脂製の環状歯体とこの環状歯体の内周に結合される金属製の環状保持体とを備える例えばウォームホイールからなるものがある。この種の従動歯車は、環状歯体を合成樹脂製にすることで、駆動歯車との噛み合いに起因する騒音を低減するようになっている。
【０００３】
上記従動歯車を備えたものに関し、上記環状保持体の外周上に溝を設け、この溝に合成樹脂を充填して環状歯体を形成することで、環状保持体と環状歯体との間の相対回転および軸方向の相対移動を規制するようにした電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、環状保持体の外周の軸方向の長さをより長くすることで、環状歯体との結合面積をより大きくして結合力をより大きくした電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、環状保持体と環状歯体との間に、環状歯体を形成する合成樹脂材よりも硬度の低いエラストマー樹脂材を介在させて、これら環状保持体と環状歯体とを結合した電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３０１５０１号公報。
【特許文献２】
特開２００２−１４５０８６号公報。
【特許文献３】
特開２００２−３３３０５９号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従動歯車の寿命をより長くするためには、駆動歯車と従動歯車との噛み合いを適正な状態に保持することが重要である。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、従動歯車の寿命をより長く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および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１発明は、操舵補助用のモータの出力を、駆動歯車および従動歯車を介して舵取機構に伝える電動パワーステアリング装置において、上記従動歯車は、合成樹脂製の環状歯体と、この環状歯体の射出成形時にインサートされて環状歯体と一体に形成された金属製の環状保持体とを含み、上記環状歯体の内周および環状保持体の外周の何れか一方が凸部を含むと共に他方が上記凸部に嵌合する凹部を含み、上記凸部と凹部との結合面に、環状保持体に対する環状歯体の倒れを防止する倒れ防止手段を設けることを特徴とする。
【０００８】
例えば、駆動歯車としてウォームを、従動歯車としてウォームホイールをそれぞれ用いてモータを駆動した場合、従動歯車の環状歯体には、駆動歯車との噛み合い部分において、この環状歯体を環状保持体に対して倒そうとするモーメント（以下、「倒し力」という）が作用する。
本発明によれば、倒れ防止手段が上記倒し力に抗することで、環状保持体に対する環状歯体の倒れを防ぐことができる。したがって、この環状歯体と駆動歯車との噛み合い位置がずれること、すなわち、駆動歯車と従動歯車との噛み合い位置がずれることを防止でき、適正な噛み合い状態を保持して従動歯車の寿命を格段に長くすることができる。
【０００９】
第２発明は、第１発明において、上記倒れ防止手段は、上記従動歯車の軸方向に対向する凸部の一対の端面および凹部の対応する一対の内面にそれぞれ従動歯車の軸方向に起伏するように設けられ、互いに係合する凹凸係合部を含むことを特徴とする。本発明によれば、互いの凹凸係合部の係合により、極めて大きな倒し力に抗することができ、環状保持体に対する環状歯体の倒れを確実に防ぐことができる。
【００１０】
第３発明は、第２発明において、上記凹凸係合部は、上記従動歯車の径方向と交差する方向に延びる凸条および凹条を含むことを特徴とする。本発明によれば、凸条と凹条の係合力をより大きくできるので、より大きな倒し力に抗することができ、上記環状保持体に対する環状歯体の倒れをより確実に防ぐことができる。
第４発明は、第３発明において、上記凸条および凹条は、断面湾曲状をなすことを特徴とする。本発明によれば、射出成形時に合成樹脂材料を凸条および凹条に良好に巡らせて隙間なく充填でき、成形不良を防止できる。
【００１１】
第５発明は第１〜第４発明において、互いに結合する上記凸部の頂面および上記凹部の底面に、上記環状歯体と環状保持体との相対回転を規制するための規制手段を設けることを特徴とする。本発明によれば、周方向に関する環状歯体と環状保持体との相互の結合力を十分に確保でき、より大きなトルク（操舵補助力）を伝達することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置１の模式的な断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１を参照して、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等の操舵部材２に連結されている筒状の入力軸としての第１の操舵軸３と、中間軸（図示せず）等を介してラックアンドピニオン機構等の舵取機構（図示せず）に連結される筒状の出力軸としての第２の操舵軸４とを備えており、これら第１および第２の操舵軸３，４は、トーションバー５を介して同軸上に互いに連結されている。
【００１３】
操舵部材２が操作されて第１および第２の操舵軸３，４が回転されると、この回転は上記舵取機構に伝達されて、転舵輪（図示せず）の転舵が達成されるようになっている。
第１および第２の操舵軸３，４を収容するハウジング６は、例えばアルミニウム合金からなる。ハウジング６は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング７およびギヤハウジング８により構成されている。具体的には、ギヤハウジング８は筒状をなし、その上端の環状縁部９がセンサハウジング７の下端外周の環状段部１０に嵌め合わされている。ギヤハウジング８は、減速機構としてのウォームギヤ機構１１を収容し、センサハウジング７は、トルクセンサ１２等を収容している。
【００１４】
トルクセンサ１２は、トーションバー５を介する第１の操舵軸３と第２の操舵軸４との相対回転変位量を検出し、検出信号を制御部１３に与える。制御部１３は、トルクセンサ１２からの検出信号や、車速センサ１４から与えられる車速検出信号等に基づいて、操舵部材２に加えられた操舵トルクの値を算出する。制御部１３はさらに、算出した操舵トルクの値等に基づいて、ドライバ１５を介して操舵補助用のモータ１６（図２参照）への印加電圧を制御する。
【００１５】
これにより、モータ１６が駆動し、このモータ１６の出力は、ウォームギヤ機構１１を介して第２の操舵軸４に伝えられる。第２の操舵軸４へ伝達されたモータの出力は、さらに中間軸等を介して舵取機構へ伝えられ、運転者の操舵が補助される。
上記ウォームギヤ機構１１は、図１および図２に示すように、ギヤハウジング８の環状フランジ部１７に固定されるモータ１６のモータ軸１８に、例えばスプラインを用いる継手１９を介して一体回転可能に連結される駆動歯車としてのウォーム２０と、このウォーム２０と動力伝達可能に噛み合い、且つ、第２の操舵軸４の軸方向中間部に一体回転可能で且つ軸方向移動を規制された従動歯車としてのウォームホイール２１とを備える。
【００１６】
ウォーム２０は、ウォーム歯部２２と、ウォーム歯部２２の軸方向両端部からそれぞれ突出する小径軸２３，２４と、一方の小径軸２４から延設されて継手１９に連結される延設軸２５とを備えている。小径軸２３，２４はそれぞれ、対応する軸受２６，２７を介して、ギヤハウジング８の対応する支持孔２８，２９に回転自在に支持されている。
ウォームホイール２１は、ウォーム２０のウォーム歯部２２に噛み合う歯部３０を外周に有する合成樹脂製の環状歯体３１と、この環状歯体３１の射出成形時にインサートされて環状歯体３１と一体に形成された金属製の環状保持体３２とを含む。環状歯体３１を構成する合成樹脂材料として、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）や、ＰＡ６６、ＰＡ６、ＰＡ４６、ＰＡ１２、ＰＡ１１、ＰＡ６１２等のポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等を例示することができる。
【００１７】
環状保持体３２は、その周囲を環状歯体３１に取り囲まれており、環状歯体３１と一体回転可能となっている。また、この環状保持体３２は、例えば圧入嵌合により、第２の操舵軸４に一体回転可能に結合されている。
第２の操舵軸４は、ウォームホイール２１の軸方向（矢印Ｓ参照、以下、「軸方向」という。）の両側を挟んで配置される軸受３３，３４を介して、対応するセンサハウジング７およびギヤハウジング８に回転自在に支持されている。
【００１８】
図３は、図１のウォーム２０とウォームホイール２１との噛み合い部Ａとその周辺部分を拡大した断面図である。図４は、環状歯体３１の一部側面図である。図３を参照して、環状保持体３２および環状歯体３１には、環状保持体３２に対する環状歯体３１の軸方向の相対移動を規制する規制手段が備えられている。
具体的には、環状保持体３２の外周５０の軸方向の例えば中間部に凸部３５が形成され、環状歯体３１の内周５１に凹部３６が形成されている。凸部３５と凹部３６とは互いに対応する形状に形成され、相嵌合している。
【００１９】
図３および図４を参照して、凸部３５および凹部３６は、それぞれ対応する環状保持体３２および環状歯体３１の例えば全周に亘って形成されている。なお、凸部３５および凹部３６は、ウォームホイール２１の周方向Ｃに関し、それぞれ対応する環状保持体３２および環状歯体３１の一部のみに形成されていても良い。
凸部３５は、軸方向Ｓに相対向する一対の端面３７を有し、各端面３７は、凹部３６の対応する内面３９に結合している。
【００２０】
凸部３５と凹部３６との結合面としての、相対応する端面３７および内面３９には、環状保持体３２に対する環状歯体３１の倒れを防止する倒れ防止手段としての凹凸係合部４０がそれぞれ設けられている。
凹凸係合部４０は、凹部３６の各内面３９にそれぞれ軸方向Ｓに起伏するように形成される凸条４１と、凸部３５の各端面３７にそれぞれ形成され、対応する凸条４１に嵌合する凹条４２とを含む。凸条４１は、環状歯体３１の例えば射出成形時に形成され、凹条４２は、環状保持体３２の例えば冷間鍛造時に成形される。
【００２１】
これら凸条４１および凹条４２は、ウォームホイール２１の径方向Ｒと交差する方向（例えば、周方向Ｃ）に延びている。なお、凸条４１および凹条４２は、周方向Ｃに関し、それぞれ対応する端面３７および内面３９の全長に亘って形成されている。なお、凸条４１および凹条４２は、周方向Ｃに関し、それぞれ対応する端面３７および内面３９の一部のみに形成されていても良い。
凸条４１および凹条４２は、断面湾曲状をなしている。より具体的には、凸条４１および凹条４２は断面略Ｄ形形状をなしており、径方向Ｒの長さＡが例えば１〜４ｍｍ、軸方向Ｓの長さＢが例えば１〜４ｍｍに設定されている。
【００２２】
長さＡが１ｍｍ未満であれば、環状歯体３１を射出成形により形成する際、合成樹脂材料を凹条４２に良好に巡らせることができず、合成樹脂材料の充填不良による成形不良を生じる虞や、倒し力を受け止める強度が足りなくなる虞があるからである。また、長さＡが４ｍｍを超えると、環状歯体３１を射出成形により形成した後、合成樹脂材料にボイドが発生して成形不良を生じる虞があるからである。なお、長さＡが１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲であれば、より好ましい。長さＢは、上記長さＡと同様の理由により上記の範囲に設定される。なお、長さＢが１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲であれば、より好ましい。
【００２３】
互いに結合する凸部３５の頂面４３および凹部３６の底面４４に、環状歯体３１と環状保持体３２との相対回転を規制するための規制手段が設けられている。具体的には、凸部３５の頂面４３に、軸方向Ｓに沿う歯面を有する複数の歯４５が、周方向Ｃに間隔を開けて形成されており、凹部３６の底面４４と噛み合っている。周方向Ｃに関し、歯４５は凸部３５の頂面４３の全長に亘って配置されている。なお、周方向Ｃに関し、歯４５を凸部３５の頂面４３の一部のみに配置しても良い。
【００２４】
各歯４５の形状はそれぞれ、例えばインボリュート歯形を有するものとされており、そのモジュールが例えば１以上に設定されている。
以上の構成により、モータ１６（図２参照）を駆動してウォーム２０を例えば黒塗り矢符方向（図３における反時計回り方向）に回転した場合、ウォームホイール２１の環状歯体３１には、ウォーム２０との噛み合い部分において、この環状歯体３１を環状保持体３２に対して倒そうとするモーメント（倒し力、白抜き矢符参照）が作用する。
【００２５】
ここで、図５に示すように、ウォームホイール２１に代えて、ウォームホイール２１と同様の構成でかつ凹凸係合部を備えていないウォームホイール１００を従動歯車として用いた場合、上記倒し力と同様の倒し力がこのウォームホイール１００に作用すると、環状保持体１０１に対して環状歯体１０２が倒れる傾向にある。このため、ウォーム２０とウォームホイール１００との噛み合い位置がずれて適正な噛み合い状態を保持できず、ウォームホイール１００の寿命が比較的短いものとなってしまう。
【００２６】
一方、本実施の形態によれば、凹凸係合部４０が上記倒し力に抗することで、環状保持体３２に対する環状歯体３１の倒れを防ぐことができる。したがって、この環状歯体３１の歯部３０とウォーム２０のウォーム歯部２２との噛み合い位置、すなわちウォーム２０とウォームホイール２１との噛み合い位置がずれることを防止でき、適正な噛み合い状態を保持してウォームホイール２１の寿命を格段に長くすることができる。
【００２７】
なお、ウォームホイール２１は、上記ウォームホイール１００に対し、同等のトルクが作用する使用環境において、例えば１２５％〜１４０％の寿命を達成できる。
また、凹凸係合部４０の凸条４１および凹条４２の係合により、極めて大きな倒し力に抗することができ、環状保持体３２に対する環状歯体３１の倒れを確実に防ぐことができる。
【００２８】
さらに、凸条４１および凹条４２がウォームホイール２１の径方向Ｒと交差する方向に延びているので、各凸条４１と対応する凹条４２との係合力をより大きくできる。したがって、より大きな倒し力に抗することができ、環状保持体３２に対する環状歯体３１の倒れをより確実に防ぐことができる。
また、上記凸条４１および凹条４２を断面湾曲状に形成することで、射出成形時に合成樹脂材料を凹条４２に良好に巡らせて隙間なく充填でき、成形不良を防止できる。
【００２９】
さらにまた、歯４５により、周方向に関する環状歯体３１と環状保持体３２との相互の結合力を十分に確保でき、より大きなトルク（操舵補助力）を伝達することができる。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、図６に示すように、凸部３５の各端面３７に凸条４１を設け、凹部３６の各内面３９に凹条４２を設けても良い。また、図７に示すように、環状保持体３２の外周５０に凹部３６を、環状歯体３１の内面５１に凸部３５をそれぞれ設けても良い。この場合、凸条４１を凹部３６の各内面３９に、凹条４２を凸部３５の各端面３７にそれぞれ形成し、凹部３６の底面４４に歯４５を設ける。さらに、図７に示す凸条４１および凹条４２に代えて、図８に示すように、凹条４２を凹部３６の各内面３９に、凸条４１を凸部３５の各端面３７にそれぞれ形成しても良い。
【００３０】
さらにまた、上記各実施の形態において、凹凸係合部４０を、凸部３５の一方の端面３７および凹部３６の対応する一方の内面３９にのみ設けても良い。
また、凸条４１および凹条４２の形状を、断面多角状としても良い。さらに、歯４５に代えてローレットを形成することで、環状歯体３１と環状保持体３２との相対回転を規制するようにしても良い。この場合、ローレットのピッチは、例えば１ｍｍ以上に設定される。また、駆動歯車および従動歯車として、はすば歯車や傘歯車を用いても良い。
【００３１】
【実施例】
（実施例１，２および比較例１，２）
図３と同様の仕様のウォームホイール２１を、環状歯体３１をポリオキシメチレン（ＰＯＭ）製として製造し、電動パワーステアリング装置に組み込んだ実施例１を作成した。また、実施例１に対して、環状歯体３１をポリアミド樹脂（ＰＡ）製としたことのみが異なる実施例２を作成した。
【００３２】
図５と同様の仕様のウォームホイール１００を、環状歯体１０２をポリオキシメチレン（ＰＯＭ）製として製造し、電動パワーステアリング装置に組み込んだ比較例１を作成した。また、比較例１に対して、環状歯体１０２をポリアミド樹脂（ＰＡ）製としたことのみが異なる比較例２を作成した。
（破損寿命テスト）
上記の実施例１，２および比較例１，２のそれぞれにつき、車両の停車時の転舵（据え切り）に相当する負荷を与え、操舵部材（操舵軸）を一端から他端（ロックトゥーロック）まで繰り返し回転させる試験条件にて耐久試験を実施し、破損に至るまでの繰り返し回数を求めた。
【００３３】
その結果、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示す結果を得た。すなわち、図９（Ａ）に示すように、実施例１は、比較例１に対し概ね１４０％の破損寿命を達成しており、十分な耐久性を備えていることが示された。また、図９（Ｂ）に示すように、実施例２は、比較例２に対し概ね１２６％の破損寿命を達成しており、十分な耐久性を備えていることが示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の模式的な断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１のウォームとウォームホイールとの噛み合い部とその周辺部分を拡大した断面図である。
【図４】環状歯体の一部側面図である。
【図５】倒れ防止手段としての凸条と凹条を設けない場合において、環状保持体に対する環状歯体の倒れを説明するための模式的な断面図である。
【図６】本発明の別の実施の形態のウォームホイールの一部断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態のウォームホイールの一部断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態のウォームホイールの一部断面図である。
【図９】実施例１，２および比較例１，２における破損寿命を示すグラフであり、（Ａ）は実施例１および比較例１における相互の破損寿命の関係を、（Ｂ）は実施例２および比較例２における相互の破損寿命の関係を示す。
【符号の説明】
１    電動パワーステアリング装置
１６  モータ
２０  ウォーム（駆動歯車）
２１  ウォームホイール（従動歯車）
３１  環状歯体
３２  環状保持体
３５  凸部
３６  凹部
３７  端面（結合面）
３９  内面（結合面）
４０  凹凸係合部（倒れ防止手段）
４１  凸条
４２  凹条
４３  頂面（結合面）
４４  底面（結合面）
４５  歯（規制手段）
５０  外周
５１  内周
Ｓ    軸方向
Ｒ    径方向
【図１】
2004345573.tif 000003
【図２】
2004345573.tif 000004
【図３】
2004345573.tif 000005
【図４】
2004345573.tif 000006
【図５】
2004345573.tif 000007
【図６】
2004345573.tif 000008
【図７】
2004345573.tif 000009
【図８】
2004345573.tif 000010
【図９】
2004345573.tif 000011