(57)【要約】【課題】出力軸とウォームホイールとの嵌合部分において、小型で必要とされる操舵補助トルクを伝達でき、強度低下や異音の発生を招くことがない、電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を提供すること。【解決手段】互いに噛合して相対回転を防止する、出力軸２７の環状拡径段部５１端面に成形された出力軸側凹凸部９１と、ウォームホイール７７のボス部７９端面に成形されたホイール側凹凸部９５の、凹凸の山の頂角を、共に９０度以下に成形した。【選択図】図６
2009166684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの回動により発生した操舵トルクを、トルク検知機構により検知し、検知した操舵トルクに応じて電動モータから発生させる操舵補助トルクを、ウォームギヤ減速機構を介して出力軸に伝達するために、前記ウォームギヤ減速機構のウォームホイールの中央に形成されたボス部に前記出力軸が圧入されて、前記出力軸に形成された環状拡径段部の端面に、前記ボス部の一方の軸方向端面が当接している電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構において、
前記環状拡径段部の前記端面には、放射状に延びる突条からなる出力軸側凹凸部が成形され、
前記ボス部の前記一方の軸方向端面には、前記出力軸側凹凸部に噛合していて前記ウォームホイールと前記出力軸との相対回転を防止するホイール側凹凸部が成形され、
前記出力軸側凹凸部と前記ホイール側凹凸部の凹凸の山の頂角は、共に９０度以下に成形されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構。
【請求項２】
前記凹凸の山の頂角は、出力軸側とホイール側で異なっていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知した操舵トルクに応じて操舵補助トルクを出力軸に付与する電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構に関し、詳しくは、出力軸とウォームホイールとの嵌合部分の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構において、運転者がステアリングホイールを回動することにより発生した操舵トルクを、トルク検知機構により検知し、検知した操舵トルクに応じて制御装置により電動モータを駆動させて操舵補助トルクを発生させ、ウォームギヤ減速機構を介して出力軸に伝達するようにしたものがある。このような電動アシスト機構を組み込んだ電動パワーステアリング装置では、運転者がステアリングホイールを回動すると、発生した操舵トルクは、ステアリングシャフト、ステアリングシャフトとトーションバーを介して連結された出力軸、出力軸と自在継手を介して連結されたロアステアリングシャフト、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤへと伝達され、走行輪を転舵する。
【０００３】
ここで、ウォームギヤ減速機構のウォームホイールは、出力軸に外嵌した芯金部とこの芯金部に固着した樹脂ギヤ部とから成るが、大きなトルクを受けるため、出力軸とウォームホイールの芯金部との嵌合部分には様々な工夫がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１（同文献中図２参照）には、芯金部の中央に出力軸を圧入するための軸方向に延在するボス部を形成し、このボス部の外周面部が軸受を介してハウジングに固定されており、十分な圧入代を備えたまま小型化が可能な装置が示されている。
【０００５】
特許文献２には、ウォームホイールのボス部の内周面と出力軸の外周面の何れか一方にセレーションが形成してあり、他方に形成されたいんろうとの嵌め合いによりウォームホイールと出力軸が嵌合固定している、より大きなトルク伝達が可能な装置が示されている。
【特許文献１】特開２００４−２０３２１２号公報
【特許文献２】特開２０００−９５１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、電動パワーステアリング装置が大型車へ搭載されるようになり、それに伴い必要とされる操舵補助トルクも大きくなってきている。
【０００７】
従来の上記特許文献１の電動パワーステアリング装置のように、小型化を可能にした発明でも、ウォームホイールと出力軸の円筒圧入のみで操舵補助トルクを伝達しようとすると、圧入長さを長くしたり、圧入径を大きくしたりする必要に迫られている。そのため、圧入長さや圧入径がレイアウト上制限された場合には、必要とする操舵補助トルクが確保できないという問題がある。また、芯金部が軸受を介してハウジングに固定してある場合、出力軸に加わる軸方向の荷重に対しては、芯金部と出力軸の圧入荷重を管理することのみで嵌合状態を保証しなければならず、圧入長さが短い場合には、その管理が非常に難しいという問題がある。
【０００８】
上記特許文献２の構成では、短い圧入長さで大きな操舵補助トルクを伝達することができるが、セレーション側の硬度を上げる必要があるため、焼き入れ等の熱処理が必要で、コストアップの要因となる。さらに、セレーション圧入の場合、相手側を塑性変形させるため、圧入後のウォームホイールの偏心や倒れが大きくなる懸念がある。
【０００９】
また、上述した従来の不具合を解消するために、出力軸に形成された環状拡径段部の端面と、これに当接するウォームホイールのボス部の軸方向端面とに、互いに噛合する凹凸部を成形することで、出力軸とウォームホイールの相対回転を防止することが考えられる。このような構成の場合、上述の問題は解決することができるが、組み立て時の位相誤差により、凹凸の山の片側だけに接触する等の偏当たりが生じ、強度低下や異音の原因となる。また、凹凸部成形時の凹凸のピッチ誤差により、噛み合わない山ができてしまい、強度が低下するという問題もある。また、端面に凹凸を成形するには鍛造で成形するのが最も容易だが、山高さを高く成形するには非常に大きな荷重が必要である。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、出力軸とウォームホイールとの嵌合部分において、小型で必要とされる操舵補助トルクを伝達でき、強度低下や異音の発生を招くことがない、電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明では、ステアリングホイールの回動により発生した操舵トルクを、トルク検知機構により検知し、検知した操舵トルクに応じて電動モータから発生させる操舵補助トルクを、ウォームギヤ減速機構を介して出力軸に伝達するために、前記ウォームギヤ減速機構のウォームホイールの中央に形成されたボス部に前記出力軸が圧入されて、前記出力軸に形成された環状拡径段部の端面に、前記ボス部の一方の軸方向端面が当接している電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構において、前記環状拡径段部の前記端面には、放射状に延びる突条からなる出力軸側凹凸部が成形され、前記ボス部の前記一方の軸方向端面には、前記出力軸側凹凸部に噛合していて前記ウォームホイールと前記出力軸との相対回転を防止するホイール側凹凸部が成形され、前記出力軸側凹凸部と前記ホイール側凹凸部の凹凸の山の頂角は、共に９０度以下に成形されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様では、前記凹凸の山の頂角は、出力軸側とホイール側で異なっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、出力軸とウォームホイールとの嵌合部分において、小型で必要とされる操舵補助トルクを伝達でき、多少の位相誤差があったとしても、圧入荷重による位相修正方向の力が強く働き、正規の位置にセットされ、強度低下や異音の発生を招くことがない。さらに凹凸の山高さが出し易く、成形荷重を低く抑えることができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、ピッチ誤差があったとしても、全ての山で確実に噛み合うことができ、強度低下を招くことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
まず、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を組み込んだ、電動パワーステアリング装置の全体的な構成について図１を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を組み込んだ、電動パワーステアリング装置の車室側部分の一例を示す側面図である。
【００１８】
電動パワーステアリング装置１は、後端部にステアリングホイール３を取り付けたステアリングシャフト５と、内側でステアリングシャフト５を回動自在に支持する中空のステアリングコラム７と、ステアリングコラム７の前端部に設けられ、ステアリングホイール３の操舵力を補助する電動アシスト機構９等を有する。車室側において、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングコラム７を支持する公知のブラケット機構１１と、電動アシスト機構９に設けられたピボットピン１３とを介して車体側構造部材１５、１７に取り付けられている。なお、本明細書中の説明における各部材の前後方向は、車両の前後方向に対応するものとする。
【００１９】
ブラケット機構１１は、車体側構造部材１５に固定された車体側ブラケット１９とステアリングコラム７に固設された図示しないコラム側ブラケットとから成る。ブラケット機構１１には、調整用レバー２１を操作してコラム側ブラケットを車体側ブラケット１９に対してロックまたはアンロックすることで、ステアリングホイール３のチルト位置を調整可能とする図示しない公知の機構が設けられている。またピボットピン１３は、ステアリングホイール３のチルト位置調整の際に揺動支点となるチルトピボットを形成するものである。チルト位置調整の際には、調整用レバー２１をアンロック操作してから、ステアリングホイール３をステアリングコラム７等と共に揺動させ、所望の位置で調整用レバー２１をロック操作してステアリングホイール３のチルト位置を固定する。
【００２０】
電動アシスト機構９は電動モータ２３やハウジング２５、ハウジング２５内部を貫いて延びる出力軸２７等を有し、詳細な構成については後述するが、ハウジング２５内で入力軸であるステアリングシャフト５と出力軸２７とがトーションバーを介して連結され、両軸の周りにトルク検知機構やウォームギヤ減速機構が設けられている。出力軸２７は前端部で自在継手２９を介してロアステアリングシャフト３１に連結され、さらにロアステアリングシャフト３１は図示しない車両前方のラックアンドピニオン式のステアリングギヤに連結されている。また、符号３３は電動パワーステアリング装置１を覆うコラムカバー、符号３５は車室とエンジンルームとを区画するダッシュボードをそれぞれ示す。
【００２１】
運転者がステアリングホイール３を回動することにより発生した操舵トルクは、ステアリングシャフト５から電動アシスト機構９に入力され、電動アシスト機構９内部で増大されて操舵補助トルクとして出力軸２７に伝達され、さらに出力軸２７から自在継手２９、ロアステアリングシャフト３１を介してステアリングギヤに伝達される。このようにして運転者は走行輪を転舵することができる。
【００２２】
次に、電動アシスト機構の構成について図２を参照して説明する。
【００２３】
図２は、図１の電動パワーステアリング装置の電動アシスト機構を拡大して示す断面図である。なお、電動モータの図示は省略している。
【００２４】
電動アシスト機構９のハウジング２５は、ギヤハウジング３７とその前側に固設されたカバー３９とから成る。ギヤハウジング３７は、前側でカバー３９と共に画成する空間に後述するウォームギヤ減速機構４１を格納し、後側には後述するトルク検知機構４３を格納している。ギヤハウジング３７の後端部には、ステアリングコラム７の前端を折り曲げて形成したコラム径方向外向きのフランジ部４５をボルト４７により固定している。また、ギヤハウジング３７の後端部付近には、ステアリングコラム７内部を延在するステアリングシャフト５の前端部があり、ステアリングシャフト５は操舵トルクを電動アシスト機構９に入力する入力軸となっている（以下、ステアリングシャフト５を入力軸と呼ぶ）。
【００２５】
ギヤハウジング３７内部を中空の出力軸２７が延在しており、出力軸２７の前端部はハウジング２５の外に出ている。出力軸２７の前後端間の略中央部分には、出力軸外周面部を径方向に若干拡径した環状拡径段部５１が形成されており、軸方向に幅を持つ環状拡径段部５１の外周面とギヤハウジング３７との間には転がり軸受５３が介装されている。また、環状拡径段部５１よりも前方の出力軸２７の外周面とカバー３９との間には転がり軸受５５が介装されている。これら一対の転がり軸受５３、５５を介して、出力軸２７がハウジング２５に対して回動自在に、かつ入力軸５と同軸に支持されている。
【００２６】
入力軸５の前端部は、前端面側が開放された内部空間を有する拡径された端部（以下、拡径端部と呼ぶ）５７と、この内部空間に連続して軸線方向後方に穿設された有底孔５９を有している。拡径端部５７の内部空間には出力軸２７の後端部が遊嵌している。有底孔５９にはトーションバー６１の基端部が圧入固定してあり、トーションバー６１は、中空に形成された出力軸２７の内部空間を前方へ延在して、その先端部が出力軸の前端部に固定ピン６３により固定してある。
【００２７】
入力軸５の前端部外周面とステアリングコラム７内周面とが対向する位置には、シール部材６５が取り付けてあり、電動アシスト機構９内部に塵埃等が入り込むことを防止している。
【００２８】
転がり軸受５３よりも後方側においてギヤハウジング３７内に設けられたトルク検知機構４３は、環状拡径段部５１よりも後方側において出力軸２７の外周面部に等間隔で形成された軸方向に延びるトルク検知用溝６７と、これらトルク検知用溝６７の径方向外方に配置されたスリーブ６９と、スリーブ６９の径方向外方に配置されたトルク検知用のコイル７１と、このコイル７１に接続されたトルク検知用の回路基板７３及び外部との電気的接続用の図示しないハーネス等から構成されている。
【００２９】
スリーブ６９は後端側で入力軸５の拡径端部５７外周に加締め等により外嵌固設されており、スリーブ６９にはトルク検知用溝６７に径方向に対向して複数の長方形の窓７５が形成されている。トルク検知用のコイル７１はこれらの窓７５に径方向に対向しており、回路基板７３等と共にギヤハウジング３７に取り付けられている。
【００３０】
出力軸２７には、転がり軸受５３と５５との間の位置においてウォームホイール７７が外嵌している。ウォームホイール７７は、中央に出力軸２７を圧入するためのボス部７９を一体に有する略円板形状の芯金部８１と、芯金部８１の外周部分に固着した樹脂ギヤ部８３とから成っている。芯金部８１のボス部７９は、その外周の芯金部８１の部分より軸方向に肉厚に形成され、内側に円筒孔を有している。このボス部７９が転がり軸受５５を介してナット８５により出力軸２７の環状拡径段部５１に締め付けられることで、ウォームホイール７７は出力軸２７に固定され、出力軸２７と共に回動するようになっている。ウォームホイール７７の樹脂ギヤ部８３は、電動モータ２３の駆動軸に連結したウォーム８７に噛合している。ウォーム８７及びウォームホイール７７が、電動アシスト機構９のウォームギヤ減速機構４１を構成している。
【００３１】
電動アシスト機構９は以上のように構成されており、運転者がステアリングホイール３を回動することにより発生した操舵トルクは、入力軸５からトーションバー６１、出力軸２７へと伝達される。この際、トルク検知機構４３により操舵トルクを検知し、これに応じて図示しない制御装置により適切な駆動信号を出力して電動モータ２３を回転駆動させ、電動モータ２３の回転力をウォームギヤ減速機構４１を介して出力軸２７に操舵補助トルクとして伝達する。電動モータ２３の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、適切な操舵補助トルクを出力軸２７に付与することができる。
【００３２】
次に、電動アシスト機構の出力軸とウォームホイールとの結合方式について、図３乃至図５を参照して説明する。
【００３３】
図３（ａ）は図２の電動アシスト機構の出力軸を示す分解斜視図、図３（ｂ）はその回転止め手段の拡大図である。図４（ａ）は図２の電動アシスト機構のウォームホイールを示す分解斜視図、図４（ｂ）はその回転止め手段の拡大図である。図５は、図３の出力軸と図４のウォームホイールを互いに嵌合して組み立てた状態を示す斜視図である。
【００３４】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、出力軸２７には、その前後端間の略中央部分にウォームホイール７７を固定するための円筒部８９、この円筒部８９の後方隣接部分に上述した環状拡径段部５１、環状拡径段部５１の後方部分に上述したトルク検知用溝６７が、各々配設されている。出力軸２７とウォームホイール７７とを嵌合する際には、ウォームホイール７７の芯金部８１のボス部７９に出力軸２７の円筒部８９を圧入し、ボス部７９の軸方向後端面には、環状拡径段部５１の軸方向前端面を当接させる。この環状拡径段部５１の軸方向前端面には、放射状に延びる突条からなり、周方向に交互に凹凸を繰り返す歯状に成形された出力軸側凹凸部９１が成形されている。
【００３５】
一方、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、芯金部８１のボス部７９の軸方向後端面は軸方向後方に突出して環状突出部９３を形成している。この環状突出部９３の径方向内側には、出力軸２７の環状拡径段部５１の軸方向前端面に成形された出力軸側凹凸部９１に対向し、かつこれに噛み合うように、ホイール側凹凸部９５が成形されている。
【００３６】
出力軸２７をウォームホイール７７に圧入した際、出力軸側凹凸部９１とホイール側凹凸部９５が噛み合うことで、これらが相対回転を防止する回転止め手段を構成し、トルク伝達において出力軸２７とウォームホイール７７とが一体的に回動するようになる。
【００３７】
出力軸２７とウォームホイール７７を互いに嵌合して組み立てる際には、図５に示すように、まず出力軸側凹凸部９１とホイール側凹凸部９５が噛み合うように、治具等を用いて出力軸２７を前端側からウォームホイール７７に圧入する。圧入後、出力軸２７を支持するための転がり軸受５５を出力軸２７の前端側から嵌入し、これを出力軸２７に螺合するナット８５により締め付けて固定する。なお、出力軸２７の外周面部にはナット８５に螺合する螺子が成形されているが、図３（ａ）では図示を省略している。ここで、ウォームホイール７７も転がり軸受５５を介してナット８５により出力軸２７の環状拡径段部５１に締め付けられるため、ウォームホイール７７と出力軸２７の回動により、回転止め手段の両凹凸部９１、９５に軸方向力が発生しても、ナット８５で規制されるので噛み合いが外れることはない。
【００３８】
次に、互いに噛合する出力軸側凹凸部とホイール側凹凸部の凹凸の形状について、図６及び図７を参照して説明する。
【００３９】
図６（ａ）は、図３の出力軸側凹凸部と図４のホイール側凹凸部を噛合させた状態で、両凹凸部の周に沿った一部分を径方向内方に見た拡大図であり、凹凸の山の頂角を９０度以下にした例である。図６（ｂ）は、凹凸の山の頂角を９０度より大きくした参考例である。
【００４０】
図７（ａ）は、図３の出力軸側凹凸部と図４のホイール側凹凸部を噛合させた状態で、両凹凸部の周に沿った一部分を径方向内方に見た拡大図であり、凹凸の山の頂角を出力軸側とホイール側で変えた例である。図７（ｂ）は、凹凸の山の頂角を出力軸側とホイール側で同じにした参考例である。
【００４１】
図６（ａ）、（ｂ）において、符号Ａは山の頂角を示す。また矢印Ｆは圧入荷重を示し、矢印Ｘは圧入荷重によって出力軸側凹凸部に働く修正方向（即ち周方向）の力を示し、矢印Ｙは圧入荷重によってホイール側凹凸部に働く修正方向（即ち周方向）の力を示している。
【００４２】
本実施形態では、図６（ａ）に示すように、両凹凸部９１、９５の凹凸の山の頂角Ａを９０度以下（Ａ≦９０°）に成形しているので、組み立て時に多少の位相誤差があっても、圧入荷重Ｆにより修正方向に働く力Ｘ、Ｙが大きいため、凹凸部同士がずれて正規位置にセットされる。また、鍛造成形する際は、山の頂角が鋭角であるため成形荷重を低く抑えることができ、山の高さを高く成形することが出来る。
【００４３】
図６（ｂ）に示す参考例のように、山の頂角が９０度より大きく（Ａ＞９０°）成形されていると、修正方向に働く力Ｘ、Ｙが小さいため、正規位置に修正されづらい。また、鍛造成形の際、山の頂角が鈍角であるため、山高さを高く成形するには非常に大きな荷重が必要である。
【００４４】
また、本実施形態では、図７（ａ）に示すように、両凹凸部９１、９５の凹凸の山の頂角を出力軸側とホイール側で変えている。例えば図７（ａ）のように出力軸側の山の頂角をホイール側よりも若干小さくすることで、出力軸側の全ての山がホイール側の谷に噛み合い、強度を上げることができる。
【００４５】
図７（ｂ）に示す参考例のように、凹凸の山の頂角が出力軸側とホイール側で同じに成形されていると、図示した楕円で囲まれた部分Ｚのように、噛み合わない山が出来てしまい、強度低下が懸念される。
【００４６】
以上のように、本実施形態によれば、出力軸とウォームホイールとの嵌合部分において、小型で必要とされる操舵補助トルクを伝達でき、軸方向の荷重に対して耐性があり、圧入時の荷重管理や焼き入れ等の熱処理が不要で、ウォームホイールと出力軸の偏心や倒れを抑えることができると共に、強度低下や異音の発生を招くこともない、電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を実現することができる。
【００４７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を組み込んだ、電動パワーステアリング装置の車室側部分の一例を示す側面図である。
【図２】図１の電動パワーステアリング装置の電動アシスト機構を拡大して示す断面図である。
【図３】（ａ）は図２の電動アシスト機構の出力軸を示す分解斜視図、（ｂ）はその回転止め手段の拡大図である。
【図４】（ａ）は図２の電動アシスト機構のウォームホイールを示す分解斜視図、（ｂ）はその回転止め手段の拡大図である。
【図５】図３の出力軸と図４のウォームホイールを互いに嵌合して組み立てた状態を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は、図３の出力軸側凹凸部と図４のホイール側凹凸部を噛合させた状態で、両凹凸部の周に沿った一部分を径方向内方に見た拡大図であり、凹凸の山の頂角を９０度以下にした例である。（ｂ）は、凹凸の山の頂角を９０度より大きくした参考例である。
【図７】（ａ）は、図３の出力軸側凹凸部と図４のホイール側凹凸部を噛合させた状態で、両凹凸部の周に沿った一部分を径方向内方に見た拡大図であり、凹凸の山の頂角を出力軸側とホイール側で変えた例である。（ｂ）は、凹凸の山の頂角を出力軸側とホイール側で同じにした参考例である。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・・電動パワーステアリング装置
３・・・・ステアリングホイール
５・・・・ステアリングシャフト
７・・・・ステアリングコラム
９・・・・電動アシスト機構
２３・・・・電動モータ
２５・・・・ハウジング
２７・・・・出力軸
４１・・・・ウォームギヤ減速機構
４３・・・・トルク検知機構
５１・・・・環状拡径段部
５３，５５・・・・転がり軸受
７７・・・・ウォームホイール
７９・・・・ボス部
８７・・・・ウォーム
９１・・・・出力軸側凹凸部
９５・・・・ホイール側凹凸部
【図１】
2009166684.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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【図７】
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