JP2007255524A - ウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重量を増加させることなく、剛性を高めて、振動および振動により発生する音を抑制すること。
【解決手段】ウォーム減速機のウォームホイールは、出力軸に固定される金属製の芯金１０と、芯金１０の外周部に固定され、ギヤ歯面を有する合成樹脂製のギヤ部２０と、からなる。芯金１０は、ボス部１１と、リム部１２と、からなり、例えば、冷間鍛造にて成形してある。芯金１０のリム部１２に、ボス部１１から外周に向かう放射状のリブ１３が設けてある。このリブ１３は、芯金１０を成形する冷間鍛造工程にて成形される。重量を増加させること無く、芯金１０の剛性を高めることができ、振動や騒音を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウォーム減速機、及び、ステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサーにより検知してこの検知した操舵トルクに対応して電動モータから補助操舵トルクを発生してウォーム減速機により減速し操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に関し、特に、ウォーム減速機の振動や騒音を抑制することができるものに関する。

自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。

そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。

ＥＰＳでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構（減速機）により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。

この動力伝達機構（減速機）として、ウォーム減速機を用いたＥＰＳでは、電動モータの駆動軸側のウォームに、ウォームホイールが噛合してあり、このウォームホイールは、操舵機構の出力軸（例えば、ピニオン軸、コラム軸）に嵌合してある。

ところで、ウォーム減速機のウォームホイールは、特許文献１（第１〜４頁、図２、及び図３）、及び、特許文献２（第４頁、図４、図６、及び図８）に示されるように、比較的薄肉の鋼板等をプレス成形してなる芯金の外周に、合成樹脂製のギヤ部を固着させたものがある。

すなわち、特許文献１では、操舵機構にモータによる補助力を与える電動式パワーステアリング装置に使用されるウォームホィールにおいて、ウォームホィールを、電動式パワーステアリング装置の出力軸に固定される芯金部材と、モータにより回転するウォームと噛合する樹脂製の歯付き部材とから構成してあり、芯金部材を、その断面形状がほぼコの字型になるように形成し、芯金部材の外周上に、歯付き部材を構成する樹脂が載せられる肩部と該樹脂が入り込む複数の溝とが設けてある。

また、特許文献２では、操舵軸に嵌合された金属製の嵌合部と、該嵌合部の外周部に一体化され、ウォームと噛合する合成樹脂製の歯部とを有するウォームホイールを備え、嵌合部は、金属材料のプレス成形により形成してある。また、嵌合部は、歯部の合成樹脂の一部を充填する為の複数の穴を備えている。さらに、嵌合部は、その外周部にその回転軸と略平行方向の複数の溝を備え、嵌合部及び歯部の回転方向の摺動を防止すべくなしてある。
特開平１１−３０１５０１号公報 特開２００１−２０６２３０（Ｐ２００１−２０６２３０Ａ）号公報

しかしながら、軽量化、低コスト化を目的として、芯金のリム部の軸方向の肉厚を薄くすると、剛性の低下により、減速ギヤ部の歯打ちまたは摺動により、芯金が振勤し易くなり(固有値の低下)、振動による音が発生するといったことがある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、重量を増加させることなく剛性を高めることができ、振動および振動により発生する音を抑制することができる、ウォーム減速機及び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。

上記の目的を達成するため、本発明に係るウォーム減速機は、ウォームに、ウォームホイールが噛合してあり、
前記ウォームホイールは、
出力軸に固定される金属製の芯金と、
当該芯金の外周部に固定され、ギヤ歯面を有する合成樹脂製のギヤ部と、からなり、
前記金属製の芯金のリム部に、放射状のリブが設けてあることを特徴とする。

好適には、前記リブは、前記合成樹脂製のギヤ部の内部まで延在してある。

また、好適には、前記リブにより、前記ウォームホイールの振動剛性を高め、前記ウォームホイールの固有振動数は、約８ｋＨｚ以上である。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサーにより検知してこの検知した操舵トルクに対応して電動モータから補助操舵トルクを発生し、請求項１乃至３の何れか１項に記載のウォーム減速機により減速して、操舵機構の出力軸に伝達することを特徴とする。

本発明によれば、重量を増加させることなく剛性を高めることができ、振動および振動により発生する音を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。

本実施の形態では、大略的に、芯金のリム部に、放射状のリブを設ける形状を採用している。このリブにより、重量を増加させることなく芯金の剛性を高めることができる。またこのリブは、芯金を成形する冷間鍛造工程またはプレスエ程において成形するこができる。したがって、芯金のリム部にリブを設けることで、重量を増加させることなく剛性を高めることができ、振動および振動により発生する音を抑制することができる。このリブにより、ウォームホイールの固有振動数を人間の聴感では感じにくい８ｋＨｚ以上まで高めることも可能である。さらに、リブを合成樹脂製のギヤ部の内部まで延在することで、芯金と合成樹脂製のギヤ部との間の円周方向の回り止め機能を特たせることも可能である。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

コラムアシスト式電動パワーステアリング装置では、例えば、ステアリングコラムのロアーコラム２（コラムチューブ）に、アッパーコラム（図示略）がテレスコピック摺動自在に嵌合してある。ロアーコラム２（コラムチューブ）内に、中実のロアーシャフト４（入力軸）が回転自在に支持してある。

ロアーシャフト４（入力軸）の車両前方側には、出力軸５が連結してある。この出力軸５の車両前方側には、例えば、自在継手（図示略）を介して中間シャフト（図示略）が連結してある。

ロアーシャフト４（入力軸）の車両前方側には、トーションバー６の基端が圧入固定してあり、このトーションバー６は、中空に形成した出力軸５の内部を延在して、その先端が出力軸５の端部に固定ピン５ａにより固定してある。

出力軸５の車両後方側には、トルクセンサー部ＴＳが設けてある。即ち、出力軸５の車両後方側には、トルクセンサー部ＴＳの検出用溝７が形成してあり、これらの溝７の径方向外方には、トルクセンサー部ＴＳのスリーブ８が配置してある。このスリーブ８は、その車両後方側端部がロアーシャフト４（入力軸）の車両前方側端部に加締め等により固定してある。スリーブ８の径方向外方には、コイル９や基板等が設けてある。

出力軸５には、電動モータ（図示略）の駆動軸に連結したウォーム減速機のウォーム２１に噛合したウォームホイール２２が取付けてある。

これらウォーム２１及びウォームホイール２２は、後方側ハウジング２３（ギヤハウジング）と、前方側ハウジング２４（カバー）とに収納してある。

また、出力軸５は、軸受２５，２６により、後方側ハウジング２３（ギヤハウジング）と前方側ハウジング２４（カバー）とに回転自在に支持してある。さらに、ロアーシャフト４（入力軸）は、後方側ハウジング２３（ギヤハウジング）内に設けたシール部材１７によりシールしてある。

従って、運転者がステアリングホイール（図示略）を操舵することにより発生した操舵力は、入力軸４、トーションバー６、出力軸５、及びラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達される。また、電動モータ（図示略）の回転力は、そのウォーム２１及びウォームホイール２２を介して出力軸５に伝達されるようになっており、電動モータ（図示略）の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸５に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。

図２（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係るウォーム減速機のウォームホイールの側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図であり、（ｄ）は、ウォームホイールの芯金の側面図であり、（ｅ）は、（ｄ）のｅ−ｅ線に沿った断面図である。

ウォーム減速機のウォームホイール２２は、出力軸に固定される金属製の芯金１０と、芯金１０の外周部に固定され、ギヤ歯面を有する合成樹脂製のギヤ部２０と、からなる。

芯金１０は、ボス部１１と、リム部１２と、からなり、本実施の形態では、冷間鍛造にて成形してある。

さて、本実施の形態では、芯金１０のリム部１２に、ボス部１１から外周に向かう放射状のリブ１３が設けてある。

このリブ１３は、芯金１０を成形する冷間鍛造工程にて成形される。重量を増加させること無く、芯金１０の剛性を高めることができ、振動や騒音を抑制することができる。このリブ１３により、ウォームホイール２２の固有振動数を人間の聴感では感じにくい８ｋＨｚ以上まで高めることも可能である。

（第２実施の形態）
図３（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係るウォーム減速機のウォームホイールの側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図であり、（ｄ）は、ウォームホイールの芯金の側面図であり、（ｅ）は、（ｄ）のｅ−ｅ線に沿った断面図である。

本実施の形態は、上述した第１実施の形態と、その構成、作用、及び効果が略同様であり、その相違する点について説明する。

芯金１０は、ボス部１１と、リム部１２と、からなり、本実施の形態に於いても、冷間鍛造にて成形してある。

さて、本実施の形態では、芯金１０のリム部１２に、ボス部１１から外周に向かう放射状のリブ１３が設けてあり、リブ１３は、芯金１０を成形する冷間鍛造工程にて成形されるが、このリブ１３は、合成樹脂製のギヤ部２０の内部まで延在してある（即ち、リブ１３は、芯金１０の外周まで延在してある）。これにより、芯金１０と合成樹脂製のギヤ部２０との間の円周方向の回り止め機能を特たせることも可能である。その他の作用、及び効果は、上述した実施の形態と同様である。

（第３実施の形態）
図４（ａ）は、本発明の第３実施の形態に係るウォーム減速機のウォームホイールの側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図であり、（ｄ）は、ウォームホイールの芯金の側面図であり、（ｅ）は、（ｄ）のｅ−ｅ線に沿った断面図である。

本実施の形態は、上述した第１及び第２実施の形態と、その構成、作用、及び効果が略同様であり、その相違する点について説明する。

芯金１０は、ボス部１１と、リム部１２と、からなり、本実施の形態に於いては、プレス成型にて成形してある。

本実施の形態に於いても、芯金１０のリム部１２に、ボス部１１から外周に向かう放射状のリブ１３が設けてある。このリブ１３は、芯金１０を成形するプレス工程にて成形される。その他の作用、及び効果は、上述した実施の形態と同様である。

（第４実施の形態）
図５（ａ）は、本発明の第４実施の形態に係るウォーム減速機のウォームホイールの側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図であり、（ｄ）は、ウォームホイールの芯金の側面図であり、（ｅ）は、（ｄ）のｅ−ｅ線に沿った断面図である。

本実施の形態は、上述した第１、第２、及び第３実施の形態と、その構成、作用、及び効果が略同様であり、その相違する点について説明する。

芯金１０は、ボス部１１と、リム部１２と、からなり、本実施の形態に於いては、プレス成型にて成形してある。

本実施の形態に於いても、芯金１０のリム部１２に、ボス部１１から外周に向かう放射状のリブ１３が設けてある。このリブ１３は、芯金１０を成形するプレス工程にて成形される。

このリブ１３は、合成樹脂製のギヤ部２０の内部まで延在してある（即ち、リブ１３は、芯金１０の外周まで延在してある）。これにより、芯金１０と合成樹脂製のギヤ部２０との間の円周方向の回り止め機能を特たせることも可能である。その他の作用、及び効果は、上述した実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 （ａ）は、本発明の第１実施の形態に係るウォーム減速機のウォームホイールの側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図であり、（ｄ）は、ウォームホイールの芯金の側面図であり、（ｅ）は、（ｄ）のｅ−ｅ線に沿った断面図である。 （ａ）は、本発明の第２実施の形態に係るウォーム減速機のウォームホイールの側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図であり、（ｄ）は、ウォームホイールの芯金の側面図であり、（ｅ）は、（ｄ）のｅ−ｅ線に沿った断面図である。 （ａ）は、本発明の第３実施の形態に係るウォーム減速機のウォームホイールの側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図であり、（ｄ）は、ウォームホイールの芯金の側面図であり、（ｅ）は、（ｄ）のｅ−ｅ線に沿った断面図である。 （ａ）は、本発明の第４実施の形態に係るウォーム減速機のウォームホイールの側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図であり、（ｄ）は、ウォームホイールの芯金の側面図であり、（ｅ）は、（ｄ）のｅ−ｅ線に沿った断面図である。

符号の説明

２ ロアーコラム（コラムチューブ）
４ ロアーシャフト（入力軸）
５ 出力軸
５ａ 固定ピン
６ トーションバー
７ 検出用溝
８ スリーブ
９ コイル
１０ 金属製の芯金
１１ ボス部
１２ リム部
１３ 放射状のリブ
２０ 合成樹脂製のギヤ部
２１ ウォーム
２２ ウォームホイール
２３ 後方側ハウジング（ギヤハウジング）
２４ 前方側ハウジング（カバー）
２５，２６ 軸受
２７ シール部材
ＴＳ トルクセンサー部

Claims (4)

1. ウォームに、ウォームホイールが噛合してあるウォーム減速機に於いて、
   前記ウォームホイールは、
   出力軸に固定される金属製の芯金と、
   当該芯金の外周部に固定され、ギヤ歯面を有する合成樹脂製のギヤ部と、からなり、
   前記金属製の芯金のリム部に、放射状のリブが設けてあることを特徴とするウォーム減速機。
2. 前記リブは、前記合成樹脂製のギヤ部の内部まで延在してあることを特徴とする請求項１に記載のウォーム減速機。
3. 前記リブにより、前記ウォームホイールの振動剛性を高め、前記ウォームホイールの固有振動数は、約８ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のウォーム減速機。
4. ステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサーにより検知してこの検知した操舵トルクに対応して電動モータから補助操舵トルクを発生し、請求項１乃至３の何れか１項に記載のウォーム減速機により減速して、操舵機構の出力軸に伝達することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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