(57)【要約】【課題】部品を増やさずにウォームギヤ減速機を冷却することができるウォームと、このウォームを備えた電動ステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリングホイールに入力された操舵入力に応じてモータ１１を駆動し、モータ１１の駆動トルクを利用して車両の転舵を行う電動ステアリング装置において、モータ１１の駆動トルクをウォームギヤ減速機４０を介してステアリングシャフトのピニオン軸５に伝達し、ウォームギヤ減速機４０は、モータ１１の出力軸１２に連結されたウォームシャフト４４と、ピニオン軸５に固定されウォームシャフト４４のウォーム４３に噛合するウォームホイール４５で構成され、ウォームシャフト４４の内部には冷却孔が設けられ、冷却孔の一方の開口がウォームシャフト４４の端面に開口し、他方の開口がウォームシャフト４４のウォーム終端形成部５０の外周面に開口する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォームホイールと噛合し動力源からの駆動トルクを伝達するウォームであって、
軸方向に延びる冷却孔を内部に備え、該冷却孔に連なる複数の開口を外面に備え、且つ、前記複数の開口のうち一部の開口が他の開口に対して回転中心からの径方向位置をずらして配置されていることを特徴とするウォーム。
【請求項２】
操舵入力に応じてモータを駆動し、該モータの駆動トルクを利用して車両の転舵を行う電動ステアリング装置において、
前記モータの駆動トルクを伝達するウォームが請求項１に記載のウォームで構成されていることを特徴とする電動ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ウォームと該ウォームを備えた電動ステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動ステアリング装置は、ステアリングホイールに結合されたステアリングシャフトと転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に連結されるとともに、アシストトルクを付与するためのモータを備えて構成されており、ステアリングホイールに加えられる運転者の操舵入力（例えば、操舵トルク）が大きいほどアシストトルク（モータの駆動トルク）が大きくなるように前記モータの駆動電流を制御している。
【０００３】
このモータの駆動トルクを伝達する手段として一般にウォームギヤ減速機が用いられており、例えば、モータの駆動軸に連結したウォームを、ステアリングシャフトに設けたウォームホイールに噛合させている。
【０００４】
ところで、電動ステアリング装置のアシスト性能を向上させるためにウォームギヤ減速機の減速比を大きくすると、歯面の荷重やすべり速度が増大するため、発熱量が大きくなる。ここで、ウォームとの打音を低減し円滑なトルク伝達を行うためにウォームホイールを樹脂で形成した場合は特に、熱による強度低下や膨張により、耐久性や寸法安定性に悪影響を与える。
【０００５】
そのため、ウォームギヤ減速機の温度上昇を抑制したいという要望があり、例えば特許文献１には、ウォームに冷却ファンを装着し、ウォームとともに回転する前記冷却ファンによってギヤボックス内に空気の循環流を生じさせ、ウォームギヤ減速機を冷却するようにした電動ステアリング装置が開示されている。
【特許文献１】特表２００４−００２８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のウォームギヤ減速機の冷却装置では、ウォームとは別部材となる冷却ファンが必要であり、部品点数が増えるという課題がある。
また、ウォームに冷却ファンを装着しているため、その分だけギヤボックスも大きくなり、装置の大型化を招くという課題もある。
また、冷却ファンは回転方向によって空気の流れ方向が変わるため、回転方向の変化によって冷却性能が変わる虞もある。
さらに、万が一に冷却ファンが破損した場合に、破損した部材が電動ステアリング装置をロックさせてしまう可能性もあり、実施が困難であった。
そこで、この発明は、部品を増やさずにウォームギヤ減速機を冷却することができるウォームと、このウォームを備えた電動ステアリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るウォームでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、ウォームホイール（例えば、後述する実施例におけるウォームホイール４５）と噛合し動力源（例えば、後述する実施例におけるモータ１１）からの駆動トルクを伝達するウォーム（例えば、後述する実施例におけるウォーム４３）であって、軸方向に延びる冷却孔（例えば、後述する実施例における冷却孔５１）を内部に備え、該冷却孔に連なる複数の開口（例えば、後述する実施例における開口５２，５３，５５〜６０）を外面に備え、且つ、前記複数の開口のうち一部の開口が他の開口に対して回転中心からの径方向位置をずらして配置されていることを特徴とするウォームである。
このように構成することにより、回転中心から径方向に遠い位置に配置された開口の周速が、回転中心から径方向に近い位置に配置された開口の周速よりも大きくなり、周速の大きい開口側が周速の小さい開口側よりも低圧となって冷却孔に空気の流れが生じる。この空気の流れによってウォームを積極的に冷却して温度上昇を抑制することができ、さらにウォームと噛合するウォームホイールの温度上昇を抑制することができる。
【０００８】
また、この発明に係る電動ステアリング装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項２に係る発明は、操舵入力に応じてモータ（例えば、後述する実施例におけるモータ１１）を駆動し、該モータの駆動トルクを利用して車両の転舵を行う電動ステアリング装置（例えば、後述する実施例における電動ステアリング装置１００）において、前記モータの駆動トルクを伝達するウォーム（例えば、後述する実施例におけるウォーム４３）が請求項１に記載のウォームで構成されていることを特徴とする。
このように構成することにより、電動ステアリング装置に組み込まれているウォームの温度上昇を抑制し、あるいはウォームを積極的に冷却して温度上昇を抑制することができ、さらにウォームと噛合するウォームホイールの温度上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明によれば、冷却孔に生じる空気の流れによってウォームを積極的に冷却して温度上昇を抑制することができ、ウォームと噛合するウォームホイールの温度上昇を抑制することができる。その結果、ウォームホイールの耐久性や寸法安定性が向上する。また、ウォームの回転方向に関わらず同じ冷却効果が得られるという効果もある。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、電動ステアリング装置に組み込まれているウォームの温度上昇を抑制し、あるいはウォームを積極的に冷却して温度上昇を抑制することができる。その結果、ウォームと噛合するウォームホイールの温度上昇を抑制することができ、ウォームホイールの耐久性や寸法安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明に係るウォームおよび該ウォームを備えた電動ステアリング装置の実施例を図１から図６の図面を参照して説明する。
図１に示すように、電動ステアリング装置１００は、ステアリングホイール（操舵手段）２に連結されたステアリングシャフト１を備えている。
ステアリングシャフト１は、ステアリングホイール２に一体結合されたメインステアリングシャフト３と、ラック＆ピニオン機構のピニオン７が設けられたピニオン軸５とが、ユニバーサルジョイント４によって連結されて構成されている。
【００１２】
ピニオン軸５はその下部、中間部、上部を軸受６ａ，６ｂ，６ｃによって支持されており、ピニオン７はピニオン軸５の下端部に設けられている。ピニオン７は車幅方向に往復動し得るラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端に設けられたラックエンドにそれぞれタイロッド９が連結され、タイロッド９に転舵輪としての前輪１０が連係されている。この構成により、ステアリングホイール２の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪１０，１０を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸８、タイロッド９は転舵機構を構成する。
【００１３】
また、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール２による操舵力を軽減するためのアシストトルクを発生させる動力源としてのブラシレスモータ（以下、モータと略す）１１を備えており、モータ１１で発生した駆動トルクは、ウォームギヤ減速機４０によって倍力されてピニオン軸５に伝達される。
【００１４】
ピニオン軸５において中間部の軸受６ｂと上部の軸受６ｃとの間には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいて操舵トルク（操舵入力）を検出する磁歪式の操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段、操舵入力検出手段）３０が配置されている。操舵トルクセンサ３０は、ピニオン軸５の外周面に設けられた２つの磁歪膜３１，３２と、各磁歪膜３１，３２に対向配置された２つの検出コイル３３，３４などから構成されており、磁歪に起因して生じる各検出コイル３３，３４のインダクタンスの変化に基づいて、ステアリングホイール２から入力された操舵トルクを算出する。なお、操舵トルクセンサ３０はトーションバー式トルクセンサでもよい。
【００１５】
ピニオン軸５、ラック８、ウォームギヤ減速機４０はステアリングギヤボックス２０に収容されており、図２に示すように、ステアリングギヤボックス２０のモータ取付部２１に、出力軸１２をステアリングギヤボックス２０内に臨ませたモータ１１が設置されている。
【００１６】
図２に示すように、ウォームギヤ減速機４０は、ステアリングギヤボックス２０に軸受４１，４２を介して回転自在に支持され軸方向の中間部にウォーム４３が形成された金属製のウォームシャフト４４と、ピニオン軸５において中間部の軸受６ｂとピニオン７との間に固定されウォーム４３に噛合する樹脂製のウォームホイール４５と、から構成されている。
ウォームシャフト４４は、その一端がモータ１１の出力軸１２の先端に連結されており、モータ１１によって回転駆動される。
【００１７】
図３に示すように、ウォームシャフト４４は、軸受４１，４２が装着される軸受支持部４６，４７を両端部に有し、軸受支持部４７の端面からスプライン軸部４８が突出している。このスプライン軸部４８が図２に示すようにモータ１１の出力軸１２に固定されたボス１３にスプライン結合される。
そして、軸受支持部４６に隣接してウォーム始端形成部４９が設けられ、軸受支持部４７に隣接してウォーム終端形成部５０が設けられていて、ウォーム始端形成部４９とウォーム終端形成部５０との間にウォーム４３が形成されている。この実施例では、ウォーム始端形成部４９はウォーム４３とほぼ同径に形成され、ウォーム終端形成部５０はウォーム４３よりも大径に形成されている。
【００１８】
また、ウォームシャフト４４の内部には、その中心に軸方向に沿って直線的に延びる冷却孔５１が形成されており、冷却孔５１の一端は軸受支持部４６の端面、すなわちウォームシャフト４４の端面（外面）に開口し、他端は径方向外側へＬ字状に屈曲してウォーム終端形成部５０の外周面（外面）に開口している。つまり、ウォームシャフト４４の端面に設けられた開口５２はウォームシャフト４４の回転中心上に位置し、ウォーム終端形成部５０の外周面に設けられた開口５３はウォームシャフト４４の回転中心から離間した位置に配置されており、開口５３は開口５２に対して前記回転中心からの径方向位置をずらして配置されている。
この冷却孔５１内には開口５２または５３から空気が出入り可能となり、ウォームシャフト４４は空気と接触する表面積が増大し、放熱面積が増えるので、ウォームシャフト４４の温度上昇を抑制する効果がある。
【００１９】
そして、図示しない電子制御装置が、操舵トルクセンサ３０や図示しない車速センサなどからの入力信号を処理して得られる制御信号によりモータ１１に供給すべき目標電流を決定し、モータ１１に流れる電流が目標電流と一致するようにフィードバック制御（例えば、ＰＩＤ制御）を行うことにより、モータ１１の出力トルクを制御し、アシストトルクを制御する。
【００２０】
このように構成された電動ステアリング装置１００では、モータ１１に駆動されてウォームシャフト４４が回転すると、ウォーム４３とウォームホイール４５との噛み合い部で発熱する場合があり、減速比が大きいほど、およびモータ１１の回転数が速いほど発熱量が大きくなる。
また、この発熱は、ウォーム４３とウォームホイール４５の接触面で発生するが、ウォームホイール４５の同一歯面はウォームホイール４５の１回転に１回接触するのに対して、ウォーム４３の歯面はウォームホイール４５が１回転する間に減速比に応じた回数だけ接触するので、ウォーム４３側が先に高温になり易く、ウォームホイール４５も高温のウォーム４３から熱伝達されて温度上昇する。
【００２１】
しかしながら、この電動ステアリング装置１００では、ウォームシャフト４４に設けられた冷却孔５１の開口５２が回転中心上に位置し、開口５３が回転中心から遠い位置に配置されているので、ウォームシャフト４４が回転すると開口５２の周速よりも開口５３の周速の方が速くなり、周速の大きい開口５３側が周速の小さい開口５２側よりも低圧となる。この圧力差により、図３において矢印で示すように、ステアリングギヤボックス２０内の空気が開口５２から冷却孔５１内に吸い込まれ、冷却孔５１を流通して開口５３からステアリングギヤボックス２０内へ排出される。つまり、冷却孔５１に空気流れが発生する。
特に、この実施例では、開口５２を回転中心上に位置させ、開口５３を外径の大きいウォーム終端形成部５０の外周面に位置させているので、開口５２，５３の圧力差を大きくでき、冷却孔５１を流れる空気の流速（流量）を大きくすることができる。
また、ステアリングギヤボックス２０内にも、冷却孔５１を介してステアリングギヤボックス２０内を循環する空気の循環流が発生することとなる。
【００２２】
ここで、冷却孔５１内を流通する空気はウォームシャフト４４を積極的に冷却してウォーム４３の温度上昇を抑制する。その結果、ウォーム４３と噛み合っているウォームホイール４５の温度上昇も抑制することができる。前述したようにウォーム４３はウォームホイール４５よりも先に温度上昇し易いため、冷却孔５１内を流通する空気でウォームシャフト４４を冷却しウォーム４３を冷却するのは、ウォームホイール４５の温度上昇を抑制するためにも、極めて効果的である。
また、ウォームシャフト４４の回転速度が大きいほど噛み合い部での発熱量が大きくなるが、ウォームシャフト４４の回転速度が大きくなればなるほど、開口５２と開口５３の圧力差も大きくなり、冷却孔５１を流れる空気の流速（流量）が大きくなるので、ウォームシャフト４４の回転速度に応じた冷却効果を得ることができる。
【００２３】
さらに、ステアリングギヤボックス２０内の空気の循環流によって、ウォーム４３とウォームホイール４５はその外側からも冷却されるので、ウォームホイール４５の温度上昇がさらに抑制される。
【００２４】
なお、冷却孔５１内に発生する空気流の流れ方向は、開口５２，５３の周速の差によって決まるため、ウォームシャフト４４の回転方向に無関係である。したがって、ウォームシャフト４４の回転方向が違っても、ウォーム４３およびウォームホイール４５に対する冷却特性（温度上昇抑制効果）は同一である。また、ウォームシャフト４４の回転方向が反転した時に、冷却孔５１内において排出直前の高温の空気が冷却孔５１内を逆流することもないので、反転時に冷却性能が低下することもない。
【００２５】
このようにウォームホイール４５の温度上昇を抑制し、ウォームホイール４５の温度を低く保つことができるので、樹脂製のウォームホイール４５の機械的強度および耐久性が向上し、その結果、ステアリングギヤボックス２０の小型・軽量化が可能になり、車両搭載性が向上する。
【００２６】
また、ウォームホイール４５の寸法安定性が向上するので、ウォーム４３とウォームホイール４５の間のバックラッシュの低減が可能になり、その結果、バックラッシュに起因する打音の発生や操舵フィーリング低下を改善することができ、電動ステアリング装置１００の商品性が向上する。
さらに、ウォームシャフト４４に冷却孔５１を設けるだけでよく、構造が簡単であり、部品点数が増えることもない。また、既存部材の形状変更だけで対応が可能である。
【００２７】
なお、ウォームシャフト４４に設ける冷却孔５１の形態は前述した実施例に限るものではない。図４から図６の図面を参照して冷却孔５１の他の形態を説明する。
図４に示されるウォームシャフト４４では、冷却孔５１の一方の開口５５が、ウォーム始端形成部４９の外周面（外面）に開口し、冷却孔５１の他方の開口５６が、ウォーム４３が設けられた谷径部５４の外周面（外面）であってウォーム終端形成部５０に隣接する部位に開口している。この場合には、ウォーム始端形成部４９の外径が谷径部５４の外径よりも大きいので、開口５５は開口５６よりもウォームシャフト４４の回転中心から遠い位置に配置されている。
【００２８】
この冷却孔５１の形態では、ウォームシャフト４４が回転すると開口５６の周速よりも開口５５の周速の方が速くなり、周速の大きい開口５５側が周速の小さい開口５６側よりも低圧となって、この圧力差により図４において矢印で示すように、冷却孔５１に開口５６側から開口５５側へ向かう空気流れが発生し、図３に示す冷却孔５１の形態の場合と同様にウォーム４３およびウォームホイール４５の温度上昇を抑制することができる。
特に、この図４に示す冷却孔５１の形態の場合には、開口５６に流れ込む空気流によってウォームホイール４５を直接的に冷却することもできるので、ウォームホイール４５に対する温度上昇抑制効果が大きい。
【００２９】
図５に示されるウォームシャフト４４では、冷却孔５１の一方の開口５７が、ウォーム終端形成部５０の外周面（外面）に複数開口し、冷却孔５１の他方の開口５８が、谷径部５４の外周面（外面）であってウォーム始端形成部４９に近い軸方向過半部分に複数開口している。この場合には、ウォーム終端形成部５０の外径が谷径部５４の外径よりも大きいので、開口５７は開口５８よりもウォームシャフト４４の回転中心から遠い位置に配置されている。
【００３０】
この冷却孔５１の形態では、ウォームシャフト４４が回転すると開口５８の周速よりも開口５７の周速の方が速くなり、周速の大きい開口５７側が周速の小さい開口５８側よりも低圧となって、この圧力差により図５において矢印で示すように、冷却孔５１に開口５８側から開口５７側へ向かう空気流れが発生し、図３に示す冷却孔５１の形態の場合と同様にウォーム４３およびウォームホイール４５の温度上昇を抑制することができる。
特に、この図５に示す冷却孔５１の形態の場合には、開口５８に流れ込む空気流によってウォームホイール４５を直接的に冷却することもできるので、ウォームホイール４５に対する温度上昇抑制効果が大きい。
【００３１】
図６に示されるウォームシャフト４４では、冷却孔５１の一方の開口５９が、ウォーム始端形成部４９の外周面（外面）に開口し、冷却孔５１の他方の開口６０が、谷径部５４の外周面（外面）であってウォーム終端形成部５０に近い軸方向過半部分に複数開口している。この場合には、ウォーム始端形成部４９の外径が谷径部５４の外径よりも大きいので、開口５９は開口６０よりもウォームシャフト４４の回転中心から遠い位置に配置されている。
【００３２】
この冷却孔５１の形態では、ウォームシャフト４４が回転すると開口６０の周速よりも開口５９の周速の方が速くなり、周速の大きい開口５９側が周速の小さい開口６０側よりも低圧となって、この圧力差により図６において矢印で示すように、冷却孔５１に開口６０側から開口５９側へ向かう空気流れが発生し、図３に示す冷却孔５１の形態の場合と同様にウォーム４３およびウォームホイール４５の温度上昇を抑制することができる。
特に、この図６に示す冷却孔５１の形態の場合には、開口６０に流れ込む空気流によってウォームホイール４５を直接的に冷却することもできるので、ウォームホイール４５に対する温度上昇抑制効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明に係る電動ステアリング装置の実施例における構成図である。
【図２】前記実施例の電動ステアリング装置におけるウォームギヤ減速機の正面図である。
【図３】前記実施例のウォームギヤ減速機におけるウォームシャフトの正面図である。
【図４】ウォームシャフトに設けられた冷却孔の他の形態を示す図である。
【図５】ウォームシャフトに設けられた冷却孔の別の形態を示す図である。
【図６】ウォームシャフトに設けられた冷却孔のさらに別の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  モータ（動力源）
４３  ウォーム
４５  ウォームホイール
５１  冷却孔
５２，５３，５５，５６，５７，５８，５９，６０  開口
１００  電動ステアリング装置
【図１】
2009127767.tif 000003
【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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