(57)【要約】【課題】各部の寸法や剛性、硬度等をさして厳しく管理しなくても、トルク制限機構の制限トルクを所望通りに確実に規定できるようにする。【解決手段】ウォームホイール８の軸方向両側の端部に摩擦面１３，１４を設け、そのウォームホイール８を出力軸４に軽圧入する。ウォームホイール８の一方の摩擦面１４を、出力軸４に固定した軸受６のインナレース６ａに当接させ、他方の摩擦面１３と出力軸４の環状突起１５の間に皿ばね１６を介装する。ウォームホイール８の両摩擦面１３，１４は皿ばね１６を介して出力軸４に挟持される。アシスト力の伝達時には、ウォームホイール８と出力軸４が摩擦面１３，１４部分の接触摩擦によって一体化され、過大トルクの入力時には、摩擦面１３，１４部分が相手部材に対して滑り、ウォームホイール８と出力軸４の相対回転が許容される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸にアシストギヤが取り付けられ、操舵トルクに応じて電動モータから前記アシストギヤにアシスト力が入力される電動式パワーステアリング装置であって、出力軸とアシストギヤの間に過大トルクが入力されたときに両者間の相対回転を許容するトルク制限機構が設けられたものにおいて、
前記アシストギヤの軸方向両側の端部に摩擦面を設け、その摩擦面を、出力軸側部材に付勢手段を介して挟持させることにより、前記トルク制限機構を構成したことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記付勢手段を、偏平面を有する板ばねによって構成し、その板ばねの偏平面をアシストギヤの一方の摩擦面に接触させたことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記アシストギヤを金属製の軸部の外周に樹脂製のギヤ形成部を接合した構成とし、そのギヤ形成部の軸方向の端面を前記板ばねの偏平面に接触する摩擦面としたことを特徴とする請求項２に記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記アシストギヤの軸部の板ばね側と逆側の端面を他方の摩擦面とし、その摩擦面と出力軸側部材の間に別体の樹脂部材を介装したことを特徴とする請求項３に記載の電動式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】
この出願の発明は、出力軸とその出力軸に取り付けられるアシストギヤの間にトルク制限機構が設けられた電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に用いられる電動式パワーステアリング装置は、操舵輪側に連係される出力軸にウォームホイール等のアシストギヤが取り付けられ、操舵トルクに応じたアシスト力が電動モータからアシストギヤに入力されるようになっている。
【０００３】
アシストギヤはウォーム等の電動モータ側の駆動ギヤに噛合され、その駆動ギヤとの噛合部を通してアシスト力を入力されるが、その噛合部には、ステアリングを速い転舵速度で最大限に転舵したとき等に通常のアシストトルク範囲を超える過大なトルクが入力されることが知られている。即ち、ステアリングを最大転舵位置まで回転させると、操舵用のラックがストロークエンドに達して出力軸の回転がロックされ、その一方で電動モータ側が慣性力で回転を続けようとするため、噛合部には通常のアシストトルク範囲を越える過大なトルクが瞬間的に入力される。
【０００４】
このため、電動式パワーステアリング装置においては、この問題に対処するために出力軸とアシストギヤの間にトルク制限機構を介在させ、過大トルクの入力時には、そのトルク制限機構によってアシストギヤと出力軸の相対回転を一時に許容するようになっている。
【０００５】
電動式パワーステアリング装置のトルク制限機構としては以下のようなものが知られている（特許文献１参照。）。
【０００６】
このトルク制限機構は、金属製のリング状部材の外周側に軸方向に沿う複数の突起を形成し、そのリング状部材を出力軸の外周に嵌合する一方で、外周側の突起をアシストギヤの取付孔内に食い込ませるようにしてリング状部材をアシストギヤに圧入した構成となっている。リング状部材は通常の操舵トルクの範囲では、出力軸に対して一体嵌合されており、この状態から過大トルクが入力されると、出力軸との間に滑りを生じ、それによって伝達トルクを制限する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２５０９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このトルク制限機構を用いた従来のパワーステアリング装置は、取付孔に対するリング状部材の突起の食い込み状態によって制限トルクが変動し、食い込みが深い場合には低トルクで滑りが生じ、逆に、食い込みが浅い場合には高トルクに達しても滑りが生じにくくなる。このため、突起の高さや剛性、取付孔の内径や硬度等の僅かなバラつきが制限トルクに大きく影響し易く、これらの要素を厳しく管理しないと所望通りの制限トルクを規定することができない。したがって、上記の要素管理を厳しくせざるを得ないため、製造コストが高騰することが問題となる。
【０００９】
そこでこの出願の発明は、各部の寸法や剛性、硬度等をさして厳しく管理しなくても、トルク制限機構の制限トルクを所望通りに確実に規定できるようにして、製造コストの低減と安定したトルク制限機能の確保を両立させることのできる電動式パワーステアリング装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、この出願の発明は、アシストギヤの軸方向両側の端部に摩擦面を設け、その摩擦面を、出力軸側部材に付勢手段を介して挟持させることにより、トルク制限機構を構成するようにした。
【００１１】
この発明の場合、アシストギヤの軸方向の端部の摩擦面と、出力軸側の挟持部の接触面の表面状態と付勢手段の付勢力を管理するだけで所望通りの制限トルクを規定することができる。また、摩擦面はアシストギヤの軸方向の端部に配置されるため、大きな面積を容易に確保することができる。
【００１２】
前記付勢手段は偏平面を有する板ばねによって構成し、その板ばねの偏平面をアシストギヤの一方の摩擦面に接触させることが望ましい。この場合、アシストギヤの軸方向の端部に付勢手段をコンパクトに配置することが可能になると共に、アシストギヤの摩擦面に対して、付勢手段を常時安定接触させることが可能となる。
【００１３】
前記アシストギヤを金属製の軸部の外周に樹脂製のギヤ形成部を接合した構成とし、そのギヤ形成部の軸方向の端面を前記板ばねの偏平面に接触する摩擦面とするようにしても良い。この場合、ギヤ形成部の樹脂面が摩擦面となるため、特別な表面加工を施すことなく、安定した接触状態を得ることができる。
【００１４】
前記アシストギヤの軸部の板ばね側と逆側の端面を他方の摩擦面とし、その摩擦面と出力軸側部材の間に別体の樹脂部材を介装するようにしても良い。この場合、金属材から成る他方の摩擦面においても、同様に安定した接触状態を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、この出願の発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図３は、この出願の発明の第１の実施形態を示すものであり、図１において、１は、車体に支持固定されるこの発明にかかる電動式パワーステアリング装置のハウジングである。このハウジング１には、ステアリングホイール側の入力軸２と、ホイール操舵用のラック３に連係される出力軸４が夫々軸受５，６，６’を介して回動自在に支持されており、入力軸２と出力軸４はトーションバー７を介して連結され、両者間に作用するトルクがトーションバー７の捩り量に変換されるようになっている。出力軸４の軸方向中間位置の外周には、アシストギヤとしてのウォームホイール８が取り付けられ、電動モータ９の軸に連結されたウォーム１０がそのウォームホイール８に噛合されている。
【００１７】
また、入力軸２と出力軸４の突き合せ部の外周にはトーションバー７の捩れ量から操舵トルクを検出するトルクセンサ１１が配置されており、前記電動モータ９はこのトルクセンサ１１の検出信号に基づいて通電電流を制御されるようになっている。
【００１８】
前記ウォームホイール１０は、出力軸４に対してトルク制限機構１２を介して取り付けられ、出力軸４とウォームホイール８の間に過大トルクが入力されたときに、この制限機構１２によって出力軸４の相対回転を許容するようになっている。
【００１９】
トルク制限機構１２は、ウォームホイール８の軸方向の一方の端面（図１では上面）に形成された第１摩擦面１３と、ウォームホイール８の軸方向の他方の端面（図１では下面）に形成された第２摩擦面１４と、出力軸４に形成された環状突起１５（出力軸側部材）と前記第１摩擦面１３の間に介装された付勢手段としての皿ばね１６（板ばね）と、前記第２摩擦面１４が摺動自在に接触する軸受６のインナレース６ａ（出力軸側部材）とによって構成されている。
【００２０】
ウォームホイール８は、出力軸４の外周面に軽圧入または挿入される軸部８ａが金属材料によって形成され、その軸部８ａの外周側にギヤ形成部８ｂが樹脂材料（例えば、ポリアミド系等の合成樹脂）によって一体に成形されている。軸部８ａの内周縁部には軸受６側に突出するボス部１７が設けられ、このボス部１７の偏平な先端面が前記第２摩擦面１４とされている。また、ギヤ成形部８ｂの樹脂は軸部８ａの上面側外周縁部に回り込み、その回り込んだ樹脂の上面が平坦な第１摩擦面１３とされている。この第１摩擦面１３は成形型から取り出されたままの樹脂表面のスキン層がそのまま利用されている。したがって、ギヤ形成部８ｂの樹脂にガラス繊維等の強化繊維を混入させた場合にあっても、第１摩擦面８ａは、その表面に繊維が現れることがなく、常に安定した表面状態に維持される。
【００２１】
また、皿ばね１６は、図２，図３に示すように外周縁部と内周縁部に夫々円環状の偏平面１６ａ，１６ｂを有し、その各偏平面１６ａ，１６ｂがウォームホイール８の第１摩擦面１３と出力軸４の環状突起１５に夫々当接するようになっている（図１参照。）。外周縁部の偏平面１６ａは充分に広い径方向幅に設定され、第１摩擦面１３との安定接触が図れている。ただし、この偏平面１６ａの径方向幅は第１摩擦面１３の径方向幅よりも狭く設定され、この偏平面１６ａ側の径方向幅を正確に管理することによって摩擦接触面積を一定に維持している。
【００２２】
また、皿ばね１６の付勢力はラック３側から出力軸４に入力されるスラスト荷重に打ち勝つように設定されている。このため、スラスト荷重による出力軸４のガタ付きは皿ばね１６によって確実に抑制することができる。
【００２３】
この実施形態のパワーステアリング装置は以上のような構成であるため、ステアリングホイールの操舵時にトーションバー７に捩れが生じると、その操舵トルクがトルクセンサ１１によって検出され、図外のコントローラから電動モータ９に操舵トルクに応じた電流が通電される。これにより、電動モータ９からウォームホイール８にウォーム１０を通してアシスト力が入力され、そのアシスト力はウォームホイール８の第１，第２摩擦面１３，１４部分の摩擦係合部（第１摩擦面１３と皿ばね１６との摩擦係合部、及び、第２摩擦面１４と軸受６のインナレース６ａとの摩擦係合部。）を通して出力軸４に伝達される。この結果、ホイール操舵用のラック３は実際の操舵力にアシスト力を加えた力で操作される。
【００２４】
一方、ラック３がストロークエンドに突き当たる等によってウォームホイール８に通常のアシストトルクを越える過大トルクが入力されると、ウォームホイール８の第１，第２摩擦面１３，１４が皿ばね１６とインナレース６ａに対して滑りを生じ、このとき出力軸４に対するウォームホイール８の相対回動が一時的に許容される。この結果、ウォーム１０とウォームホイール８の噛合部に過大な応力が作用する不具合が回避され、これらの噛合部の破損が防止される。
【００２５】
このパワーステアリング装置のトルク制限機構１２は以上のように機能するが、ウォームホイール８の軸方向の両端の摩擦面１３，１４を、皿ばね１６の押圧下で同ばね１６の偏平面１６ａとインナレース６ａの端面に平面接触させるようにしているため、トルク制限機構１２を構成する各部の寸法や剛性、強度等を従来のもののように厳しく管理することなく、安定したトルク制限機能を容易に得ることができる。即ち、この実施形態のトルク制限機構１２においては、摩擦面１３，１４とこれらの相手当接面の表面状態と、皿ばね１６の付勢力を管理するだけで所望通りの制限トルクを確実に規定することができる。したがって、従来のものに比較して製造コストを削減することができる。
【００２６】
また、このトルク制限機構１２は、ウォームホイール８の軸方向の端部に摩擦面１３，１４を配置したため、充分な摩擦接触面積を容易に確保できるという利点がある。
【００２７】
また、この実施形態では、トルク制限機構１２の付勢手段に皿ばね１６を用いたため、ウォームホイール８の軸方向の端面側にトルク制限機構１２をコンパクトに配置することができる。さらに、この実施形態では、皿ばね１６には円環状の偏平面１６ａを設け、その偏平面１６ａを第１摩擦面１２に当接させるようにしたため、付勢手段とウォームホイール８の間に別体の当接部材を介在させることなく、偏平面１６ａと第１摩擦面１２の当接によって安定した摩擦力を得ることができる。
【００２８】
さらに、この実施形態ではギヤ形成部８ｂの樹脂部分によって第１摩擦面１２を形成したため、金属材料によって摩擦面を形成する場合に比較して安定した表面状態を容易に得ることができる。特に、この実施形態のように樹脂材料のスキン層をそのまま摩擦面１２として利用する場合には、摩擦面１２の加工の手間がまったくかからず、しかも、バラ付きのない安定した摩擦面１２を得ることができる。
【００２９】
図４〜図６は、第２の実施形態を示すものであり、この実施形態の電動式パワーステアリング装置は基本的な構成は第１の実施形態とほぼ同様であるが、出力軸４の環状突起１５とウォームホイール８の第１摩擦面１３の間に介装する付勢手段の構成が若干異なっている。尚、以下説明する各実施形態は同一部分に同一符号を付し、重複する部分については説明を省略するものとする。
【００３０】
この実施形態の付勢手段は弾性を有する厚肉円板状の金属プレート１１６によって構成されている。この金属プレート１１６はウォームホイール８側の内周縁部に窪み部２０を有し、その窪み部２０の外側の周壁部端面が第１摩擦面１３に当接する円環状の偏平面１１６ａとなっている。そして、窪み部２０の底を成す基壁２１は偏平面１１６ａを第１摩擦面１３に押し付けるように付勢力を発揮する。
【００３１】
この実施形態のトルク制限機構１２は、基本的に第１の実施形態と同様に機能するが、付勢手段が厚肉の金属プレート１１６によって構成されているため、電動モータ９からのアシスト力が大きい大型車両等に用いるときに適する。金属プレート１１６は基壁２１部分で主に弾発力を発揮し、偏平面１１６ａ部分でウォームホイール８側の第１摩擦面１３に接触するが、偏平面１１６ａは基壁２１に対して円筒状に突出した部分の先端に形成されているため、第１の実施形態の場合と同様に、第１摩擦面１３との接触面積を一定に維持することができる。
【００３２】
また、図７は、第３の実施形態を示すものである。この実施形態の電動式パワーステアリング装置は基本的な構成は第１の実施形態とほぼ同様であるが、ウォームホイール８の内周縁部下面（第２摩擦面１４）と軸受６のインナレース６ａの間に別体の樹脂リング３０（別体の樹脂部材）を介装した点で異なっている。
【００３３】
この実施形態のトルク制限機構１２は、第２摩擦面１４も第１摩擦面１３側と同様に樹脂と金属の接触になるため、両摩擦面１３，１４での接触が同様に安定する。特に、第２摩擦面１４とインナレース６ａに接触する樹脂リング３０の上下の端面を樹脂のスキン層で形成するようにすればより安定した接触状態を容易に得ることができる。
【００３４】
図８（Ａ）は、金属製の軸部を型内に配置してギヤ形成部８ｂを型成形したときのウォームホイール８の第１成形品８Ａを示し、図８（Ｂ）は、第１成形品８Ａのゲート部３１を切除した第２成形品８Ｂと、そのとき切除されたカット部材３１Ａとを示す。図８（Ｂ）の状態においては、第２成形品８Ｂとカット部材３１Ａの表面は両者のカット面を除いてすべて滑らかなスキン層となっており、ウォームホイール８の第１摩擦面１３はこのとき形成される。
【００３５】
前記樹脂リング３０はこのカット部材３１Ａを利用して形成することができる。即ち、このカット部材３１Ａは偏平なフランジ部３２を有し、しかも、そのフランジ部３２の表裏両面は前述のようにスキン層となっているため、このカット部材３１Ａのフランジ部３２から図８（Ｂ）中鎖線で示すようにリング状部材３０を切り出せば良い。このようにしてリング状部材３０を形成すれば本来廃棄すべきカット部材３１Ａを有効利用することができるため、材料の歩留まりが良好になるうえ、リング状部材３０を成形するための専用の型を製作する必要がなく、これらのことから製造コストの大幅な削減を図ることができる。
【００３６】
尚、この出願の発明は以上で説明したものに限るものでなく、例えば、トルク制限機構の付勢手段はワェイブワッシャやコイルばね等の他のばねであっても良く、また、アシストギヤもウォームホイール以外のギヤであっても良い。
【００３７】
次に、上記の各実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
【００３８】
（イ）  前記摩擦面を、型成形時の樹脂表面のスキン層によって構成したことを特徴とする請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置。
【００３９】
この場合、安定した表面状態を容易に得ることができる。特に、樹脂内にガラス繊維等の強化繊維を混入した場合には、表面に強化繊維が現れることがないため、摩擦面の表面状態のバラ付きを確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】同実施形態を示す部品の斜視図。
【図３】同実施形態を示す部品の断面図。
【図４】この出願の発明の第２の実施形態を示す部分破断断面図。
【図５】同実施形態を示す部品の斜視図。
【図６】同実施形態を示す部品の断面図。
【図７】この出願の発明の第３の実施形態を示す部分破断断面図。
【図８】同実施形態の製造工程を示す斜視図。
【符号の説明】
４…出力軸
６ａ…インナレース（出力軸側部材）
８…ウォームホイール（アシストギヤ）
８ａ…軸部
８ｂ…ギヤ成形部
９…電動モータ
１２…トルク制限機構
１３…第１摩擦面（摩擦面）
１４…第２摩擦面（摩擦面）
１５…環状突起（出力軸側部材）
１６…皿ばね（付勢手段、板ばね）
１６ａ…偏平面
３０…樹脂リング（別体の樹脂部材）
１１６…金属プレート（付勢手段、板ばね）
１１６ａ…偏平面
【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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【図７】
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【図８】
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