JP4039313B2

JP4039313B2 - Electric power steering device

Info

Publication number: JP4039313B2
Application number: JP2003146900A
Authority: JP
Inventors: 貴則黒川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP2004345573A

Description

【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、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み、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み、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。
【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】
また、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】
さらに、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。
また、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２発明は第１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、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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus.
[0002]
[Prior art]
Some electric power steering apparatuses (EPS) for automobiles transmit the output of a steering assist motor to a steering mechanism via a drive gear and a driven gear.
In this type of EPS, the drive gear is made of, for example, a worm, and the driven gear is made of a synthetic resin annular tooth that meshes with the drive gear and a metal annular holding member that is coupled to the inner periphery of the annular tooth body. For example, a worm wheel is provided. This type of driven gear is configured to reduce noise caused by meshing with the drive gear by making the annular tooth body made of synthetic resin.
[0003]
With respect to the one provided with the driven gear, a groove is provided on the outer periphery of the annular holding body, and a synthetic resin is filled in the groove to form an annular tooth body. An electric power steering device that restricts relative rotation and relative movement in the axial direction has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
Further, there has been proposed an electric power steering device in which the coupling force is further increased by increasing the axial length of the outer periphery of the annular holder so as to increase the coupling area with the annular tooth body (for example, Patent Document 2).
[0004]
Furthermore, an electric power that combines the annular holder and the annular tooth body by interposing an elastomer resin material lower in hardness than the synthetic resin material forming the annular tooth body between the annular holder and the annular tooth body. A steering device has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-301501.
[Patent Document 2]
JP 2002-145086 A.
[Patent Document 3]
JP 2002-333059 A.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to extend the life of the driven gear, it is important to keep the meshing between the drive gear and the driven gear in an appropriate state.
The present invention has been made under such a background, and an object thereof is to provide an electric power steering device capable of extending the life of a driven gear.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus for transmitting an output of a steering assist motor to a steering mechanism via a drive gear and a driven gear, wherein the driven gear is an annular made of synthetic resin. Including a tooth body and a metal annular holder inserted integrally with the annular tooth body during injection molding of the annular tooth body, and one of the inner periphery of the annular tooth body and the outer periphery of the annular holder body One includes a convex portion and the other includes a concave portion that fits into the convex portion, and the joint surface between the convex portion and the concave portion is provided with a fall prevention means for preventing the annular tooth body from collapsing with respect to the annular holder , The fall prevention means is provided on the pair of end faces of the convex portion facing in the axial direction of the driven gear and the pair of inner surfaces corresponding to the concave portion so as to undulate in the axial direction of the driven gear and engages with each other. Including the above-mentioned unevenness Engaging portion includes a ridge and concave extending in a direction intersecting with the radial direction of the driven gear, the ridges and concave is characterized by forming a cross-sectional curved shape.
[0008]
For example, when a motor is driven using a worm as a driving gear and a worm wheel as a driven gear, the annular tooth body of the driven gear is connected to the annular holder at the meshing portion with the driving gear. A moment (hereinafter referred to as “defeating force”) that attempts to defeat is applied.
According to the present invention, the fall prevention means resists the above-described fall force, and thus the fall of the annular tooth body with respect to the annular holding body can be prevented. Therefore, it is possible to prevent the meshing position of the annular tooth body and the drive gear from shifting, i.e., the meshing position of the drive gear and the driven gear from being shifted, and maintain the proper meshing state so that the life of the driven gear is remarkably increased. Can be long.
[0009]
In addition , the engagement of the concavo-convex engaging portions can resist an extremely large tilting force, and can reliably prevent the annular tooth body from collapsing with respect to the annular holding body.
[0010]
Furthermore , since the engaging force between the ridges and the ridges can be increased, it is possible to resist a greater tilting force and to more reliably prevent the annular tooth body from falling over the annular holder.
In addition , the synthetic resin material can be satisfactorily wound around the ridges and dents during injection molding and filled without any gaps, and molding defects can be prevented.
[0011]
In the second invention first shot Akira, characterized in that the bottom surface of the top surface and the recessed portion of the convex portion to bind to each other, provided the restriction means for restricting the relative rotation between the annular tooth body and the annular holding member And According to the present invention, it is possible to sufficiently secure the mutual coupling force between the annular tooth body and the annular holder in the circumferential direction, and to transmit a larger torque (steering assisting force).
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electric power steering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. Referring to FIG. 1, an electric power steering apparatus 1 includes a first steering shaft 3 as a cylindrical input shaft connected to a steering member 2 such as a steering wheel, an intermediate shaft (not shown), and the like. And a second steering shaft 4 as a cylindrical output shaft connected to a steering mechanism (not shown) such as a rack and pinion mechanism via the first and second steering shafts 3, 3. 4 are connected to each other coaxially via a torsion bar 5.
[0013]
When the steering member 2 is operated and the first and second steering shafts 3 and 4 are rotated, this rotation is transmitted to the steering mechanism, and the turning of the steered wheels (not shown) is achieved. It is like that.
The housing 6 that accommodates the first and second steering shafts 3 and 4 is made of, for example, an aluminum alloy. The housing 6 includes a sensor housing 7 and a gear housing 8 that are fitted together. Specifically, the gear housing 8 has a cylindrical shape, and the annular edge portion 9 at the upper end thereof is fitted into the annular step portion 10 on the outer periphery of the lower end of the sensor housing 7. The gear housing 8 houses a worm gear mechanism 11 as a speed reduction mechanism, and the sensor housing 7 houses a torque sensor 12 and the like.
[0014]
The torque sensor 12 detects the amount of relative rotational displacement between the first steering shaft 3 and the second steering shaft 4 via the torsion bar 5 and gives a detection signal to the control unit 13. The control unit 13 calculates the value of the steering torque applied to the steering member 2 based on the detection signal from the torque sensor 12, the vehicle speed detection signal given from the vehicle speed sensor 14, and the like. The control unit 13 further controls the voltage applied to the steering assist motor 16 (see FIG. 2) via the driver 15 based on the calculated steering torque value and the like.
[0015]
As a result, the motor 16 is driven, and the output of the motor 16 is transmitted to the second steering shaft 4 via the worm gear mechanism 11. The output of the motor transmitted to the second steering shaft 4 is further transmitted to the steering mechanism via an intermediate shaft or the like to assist the driver's steering.
As shown in FIGS. 1 and 2, the worm gear mechanism 11 is connected to a motor shaft 18 of a motor 16 fixed to an annular flange portion 17 of the gear housing 8 so as to be integrally rotatable via a joint 19 using, for example, a spline. Worm 20 as a drive gear to be driven, and meshed with worm 20 so as to be able to transmit power, and as a driven gear that can rotate integrally with the intermediate portion of the second steering shaft 4 and whose axial movement is restricted. A worm wheel 21.
[0016]
The worm 20 includes a worm tooth portion 22, small-diameter shafts 23 and 24 that protrude from both axial ends of the worm tooth portion 22, and an extended shaft 25 that extends from one small-diameter shaft 24 and is connected to the joint 19. And. The small diameter shafts 23 and 24 are rotatably supported in corresponding support holes 28 and 29 of the gear housing 8 via corresponding bearings 26 and 27, respectively.
The worm wheel 21 includes a synthetic resin annular tooth body 31 having a tooth portion 30 meshing with the worm tooth portion 22 of the worm 20 on the outer periphery, and is inserted into the annular tooth body 31 so as to be integrated with the annular tooth body 31. And an annular holding body 32 made of metal. Examples of the synthetic resin material constituting the annular tooth body 31 include polyoxymethylene (POM), polyamide resin (PA) such as PA66, PA6, PA46, PA12, PA11, PA612, polyphenylene sulfide (PPS), and the like. it can.
[0017]
The annular holding body 32 is surrounded by the annular tooth body 31 and can rotate integrally with the annular tooth body 31. The annular holding body 32 is coupled to the second steering shaft 4 so as to be integrally rotatable, for example, by press fitting.
The second steering shaft 4 is connected to the corresponding sensor housing 7 and bearings 33 and 34 disposed on both sides of the worm wheel 21 in the axial direction (see arrow S, hereinafter referred to as “axial direction”). The gear housing 8 is rotatably supported.
[0018]
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the meshing portion A between the worm 20 and the worm wheel 21 in FIG. FIG. 4 is a partial side view of the annular tooth body 31. With reference to FIG. 3, the annular holding body 32 and the annular tooth body 31 are provided with restriction means for restricting the relative movement of the annular tooth body 31 in the axial direction with respect to the annular holding body 32.
Specifically, a convex portion 35 is formed in, for example, an intermediate portion in the axial direction of the outer periphery 50 of the annular holding body 32, and a concave portion 36 is formed in the inner periphery 51 of the annular tooth body 31. The convex portion 35 and the concave portion 36 are formed in shapes corresponding to each other, and are fitted to each other.
[0019]
Referring to FIGS. 3 and 4, the convex portion 35 and the concave portion 36 are formed, for example, over the entire circumference of the corresponding annular holding body 32 and annular tooth body 31, respectively. In addition, the convex part 35 and the recessed part 36 may be formed only in a part of the annular holding body 32 and the annular tooth body 31 corresponding to the circumferential direction C of the worm wheel 21, respectively.
The convex portion 35 has a pair of end surfaces 37 opposed to each other in the axial direction S, and each end surface 37 is coupled to a corresponding inner surface 39 of the concave portion 36.
[0020]
On the corresponding end surface 37 and inner surface 39 as the coupling surface of the convex portion 35 and the concave portion 36, there are concave and convex engaging portions 40 as a fall preventing means for preventing the annular tooth body 31 from falling with respect to the annular holding body 32, respectively. Is provided.
The concavo-convex engaging portions 40 are formed on the inner surfaces 39 of the concave portions 36 so as to undulate in the axial direction S, and are formed on the end surfaces 37 of the convex portions 35, respectively. And the concave groove 42 to be joined. The ridge 41 is formed, for example, during injection molding of the annular tooth body 31, and the ridge 42 is formed, for example, during cold forging of the annular holding body 32.
[0021]
These ridges 41 and ridges 42 extend in a direction (for example, circumferential direction C) that intersects the radial direction R of the worm wheel 21. The protrusions 41 and the recesses 42 are formed over the entire length of the corresponding end surface 37 and inner surface 39 in the circumferential direction C, respectively. Note that the ridges 41 and the ridges 42 may be formed on only part of the corresponding end surface 37 and inner surface 39 in the circumferential direction C, respectively.
The ridges 41 and the ridges 42 are curved in cross section. More specifically, the ridge 41 and the ridge 42 have a substantially D-shaped cross section, and the length A in the radial direction R is, for example, 1 to 4 mm, and the length B in the axial direction S is, for example, 1 to 4 mm. Is set.
[0022]
If the length A is less than 1 mm, when the annular tooth body 31 is formed by injection molding, the synthetic resin material cannot be satisfactorily circulated on the recess 42, and there is a risk of forming defects due to poor filling of the synthetic resin material. This is because there is a possibility that the strength for receiving the defeat force is insufficient. Moreover, if the length A exceeds 4 mm, after the annular tooth body 31 is formed by injection molding, voids may occur in the synthetic resin material, which may cause molding defects. In addition, if length A is the range of 1 mm-2.5 mm, it is more preferable. The length B is set in the above range for the same reason as the length A. In addition, if length B is the range of 1 mm-2.5 mm, it is more preferable.
[0023]
The top surface 43 of the convex portion 35 and the bottom surface 44 of the concave portion 36 that are coupled to each other are provided with restricting means for restricting relative rotation between the annular tooth body 31 and the annular holding body 32. Specifically, a plurality of teeth 45 having tooth surfaces along the axial direction S are formed on the top surface 43 of the convex portion 35 at intervals in the circumferential direction C and mesh with the bottom surface 44 of the concave portion 36. Yes. With respect to the circumferential direction C, the teeth 45 are arranged over the entire length of the top surface 43 of the convex portion 35. In addition, with respect to the circumferential direction C, the teeth 45 may be disposed only on a part of the top surface 43 of the convex portion 35.
[0024]
Each tooth 45 has an involute tooth profile, for example, and its module is set to 1 or more, for example.
With the above configuration, when the motor 16 (see FIG. 2) is driven and the worm 20 is rotated, for example, in the direction of the black arrow (counterclockwise direction in FIG. 3), the annular tooth body 31 of the worm wheel 21 includes In the meshed portion with the worm 20, a moment (refer to a tilting force, a white arrow) that tries to tilt the annular tooth body 31 with respect to the annular holding body 32 acts.
[0025]
Here, as shown in FIG. 5, when the worm wheel 100 having the same configuration as the worm wheel 21 and not including the uneven engagement portion is used as the driven gear, instead of the worm wheel 21, the same as the above-described tilting force. When the falling force acts on the worm wheel 100, the annular tooth body 102 tends to fall with respect to the annular holding body 101. For this reason, the meshing position of the worm 20 and the worm wheel 100 is shifted and an appropriate meshing state cannot be maintained, and the life of the worm wheel 100 becomes relatively short.
[0026]
On the other hand, according to the present embodiment, the concave and convex engaging portion 40 resists the above-described tilting force, so that it is possible to prevent the annular tooth body 31 from falling over the annular holding body 32. Therefore, it is possible to prevent the meshing position between the tooth portion 30 of the annular tooth body 31 and the worm tooth portion 22 of the worm 20, that is, the meshing position between the worm 20 and the worm wheel 21, and maintain an appropriate meshing state. The life of the worm wheel 21 can be significantly increased.
[0027]
Note that the worm wheel 21 can achieve a lifetime of, for example, 125% to 140% in the usage environment in which equivalent torque acts on the worm wheel 100.
In addition, the engagement of the ridges 41 and the ridges 42 of the concavo-convex engagement portion 40 can resist an extremely large tilting force, and can reliably prevent the annular tooth body 31 from falling over the annular holder 32.
[0028]
Furthermore, since the protruding line 41 and the recessed line 42 extend in the direction intersecting with the radial direction R of the worm wheel 21, the engaging force between each protruding line 41 and the corresponding recessed line 42 can be increased. Therefore, it is possible to resist a greater tilting force, and to more reliably prevent the annular tooth body 31 from falling over the annular holding body 32.
Further, by forming the ridges 41 and the ridges 42 in a curved cross section, the synthetic resin material can be satisfactorily filled in the ridges 42 during injection molding, and filling defects can be prevented.
[0029]
Furthermore, the teeth 45 can sufficiently secure the mutual coupling force between the annular tooth body 31 and the annular holding body 32 in the circumferential direction, and can transmit a larger torque (steering assisting force).
The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, as shown in FIG. 6, a convex line 41 may be provided on each end surface 37 of the convex part 35, and a concave line 42 may be provided on each inner surface 39 of the concave part 36. Further, as shown in FIG. 7, a concave portion 36 may be provided on the outer periphery 50 of the annular holding body 32, and a convex portion 35 may be provided on the inner surface 51 of the annular tooth body 31. In this case, the ridge 41 is formed on each inner surface 39 of the recess 36, the recess 42 is formed on each end surface 37 of the projection 35, and the teeth 45 are provided on the bottom surface 44 of the recess 36. Furthermore, instead of the ridges 41 and 42 shown in FIG. 7, the ridges 42 are formed on the inner surfaces 39 of the recesses 36 and the ridges 41 are formed on the end surfaces 37 of the projections 35, respectively, as shown in FIG. You may do it.
[0030]
Furthermore, in each of the above embodiments, the relative rotation between the annular tooth body 31 and the annular holding body 32 may be restricted by forming a knurl instead of the tooth 45. In this case, the knurling pitch is set to, for example, 1 mm or more. Moreover, you may use a helical gear and a bevel gear as a drive gear and a driven gear.
[0031]
【Example】
(Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2)
A worm wheel 21 having the same specifications as in FIG. 3 was manufactured by making the annular tooth body 31 made of polyoxymethylene (POM) and incorporating it into an electric power steering apparatus. Further, Example 2 was created, which differs from Example 1 only in that the annular tooth body 31 was made of polyamide resin (PA).
[0032]
A worm wheel 100 having the same specifications as in FIG. 5 was manufactured by making the annular tooth body 102 made of polyoxymethylene (POM) and incorporating it in an electric power steering device. Moreover, the comparative example 2 which only differs in the cyclic tooth body 102 made from the polyamide resin (PA) with respect to the comparative example 1 was created.
(Damage life test)
For each of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, a load corresponding to turning (stationary stop) when the vehicle is stopped is applied, and the steering member (steering shaft) is moved from one end to the other end (lock-to-lock). The durability test was carried out under the test conditions of repeated rotation until), and the number of repetitions until breakage was determined.
[0033]
As a result, the results shown in FIGS. 9A and 9B were obtained. That is, as shown in FIG. 9A, Example 1 achieved a failure life of approximately 140% compared to Comparative Example 1, indicating that it had sufficient durability. Further, as shown in FIG. 9B, Example 2 achieved a failure life of approximately 126% compared to Comparative Example 2, indicating that it had sufficient durability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
3 is an enlarged cross-sectional view of a meshing portion between the worm and the worm wheel in FIG. 1 and a peripheral portion thereof.
FIG. 4 is a partial side view of an annular tooth body.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the fall of the annular tooth body with respect to the annular holding body in the case where the protrusions and the recesses as the fall prevention means are not provided.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a worm wheel according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a worm wheel according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a worm wheel according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the failure life in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, where (A) shows the relationship between the failure lives in Example 1 and Comparative Example 1, and (B) shows the examples. 2 shows the relationship between the failure lifetimes in Comparative Example 2 and Comparative Example 2.
[Explanation of symbols]
1 Electric power steering device 16 Motor 20 Worm (drive gear)
21 Worm wheel (driven gear)
31 annular tooth body 32 annular holder 35 convex part 36 concave part 37 end face (bonding face)
39 Inner surface (bonding surface)
40 Concavity and convexity engaging part (falling prevention means)
41 ridge 42 ridge 43 top surface (bonding surface)
44 Bottom (bonding surface)
45 teeth (regulation means)
50 outer circumference 51 inner circumference S axial direction R radial direction

Claims

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、
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み、
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み、
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。In the electric power steering device that transmits the output of the steering assist motor to the steering mechanism via the drive gear and the driven gear,
The driven gear includes an annular tooth body made of synthetic resin, and a metal annular holding body that is inserted at the time of injection molding of the annular tooth body and formed integrally with the annular tooth body,
Either one of the inner periphery of the annular tooth body and the outer periphery of the annular holder includes a convex portion and the other includes a concave portion that fits the convex portion,
Provided on the joint surface between the convex portion and the concave portion is a fall prevention means for preventing the fall of the annular tooth body relative to the annular holding body ,
The fall prevention means is provided on the pair of end surfaces of the convex portion facing the axial direction of the driven gear and the corresponding inner surface of the concave portion so as to undulate in the axial direction of the driven gear, and is engaged with the concave and convex portions. Including joints,
The concavo-convex engaging portion includes a ridge and a ridge extending in a direction intersecting the radial direction of the driven gear,
The electric power steering device , wherein the ridges and the ridges have a curved cross section .

請求項１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。Oite to claim 1, an electric, characterized in that the bottom surface of the top surface and the recessed portion of the convex portion to bind to each other, provided with regulating means for regulating the relative rotation between the annular tooth body and the annular holding member Power steering device.