JP6531882B1 - 電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング - Google Patents
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Abstract
Description
なお、本発明に関連するその他の先行技術文献として、特開2013−144497号公報、及び、特開2015−94375号公報がある。これらの公報には、合成樹脂製のギヤハウジングの一部に金属製部品を組み込む技術が記載されている。ただし、いずれの公報にも、ウォームホイール収容部と支持部との連続部の強度を向上することは、一切記載されていない。
前記ウォームホイール収容部は、内側にウォームホイールを収容するためのもので、前記ウォームホイールの周囲に配置される収容筒部と、前記収容筒部の前端開口を塞ぐ円輪状の収容前板部と、前記収容筒部の後端開口を塞ぐ円輪状の収容後板部とを有している。
前記ウォーム収容部は、内側にウォーム軸を収容するためのもので、前記ウォームホイール収容部の外径側部分の周方向一部に設けられている。
前記支持部は、車体に対し支持するためのもので、前記収容前板部の前面から前方に向けて突出するように設けられている。なお、前記支持部は、電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジングを前記車体に対し揺動可能に支持することもできるし、揺動しないように支持することもできる。電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジングを前記車体に対し揺動可能に支持する場合には、前記支持部を特にピボット部と呼ぶこともできる。
特に本発明では、少なくとも前記収容前板部と前記支持部とを、合成樹脂により一体に成形したものとし、前記収容前板部と前記支持部との連続部に、金属製の補強部材を設けている。
この場合には、前記補強部材を、略直角に屈曲した形状を有するものとすることができる。
また、前記補強部材を、前記前板補強部の上端部と前記支持部補強部の後端部とをつないだ、円弧状に湾曲した湾曲部をさらに備えたものとすることができる。
この場合には、前記補強部材を、前記隅角部に沿って折れ曲がった、前記前板補強部と前記支持部補強部とを備えた本体板部と、前記本体板部の幅方向両側から同方向に折れ曲がった1対の折れ曲がり部とを有するものとすることができる。
あるいは、前記補強部材を、前記連続部に沿って折れ曲がった金属線材とすることもできる。
あるいは、前記前板補強部の長さ寸法と前記支持部補強部の長さ寸法とを同じにすることもできる。
あるいは、前記補強部材を、前記連続部に対し接着剤により接着固定することもできる。
この場合に、前記前側ハウジングを、合成樹脂製で、前記収容筒部と、前記収容前板部と、前記ウォーム収容部と、前記支持部とを有するものとし、前記後側ハウジングを、前記収容後板部を有するものとすることができる。
あるいは、前記前側ハウジングを、合成樹脂製で、前記収容前板部と、前記支持部とを有するものとし、前記後側ハウジングを、前記収容筒部と、前記収容後板部と、前記ウォーム収容部とを有するものとすることができる。
実施の形態の第1例について、図1〜図10を用いて説明する。なお、各図面同士の間で、細部の形状が一部異なる部分があるが、同一符号を付した部分に関しては、内容及び機能について差異はない。
本例の電動式パワーステアリング装置は、運転者の体格や運転姿勢に合わせて、ステアリングホイール1(図39参照)の上下位置及び前後位置を調節可能とするチルト・テレスコピック機構を備えるとともに、ステアリングホイール1の操作に要する力を軽減可能な電動アシスト装置4bを備えている。
なお、本例では、後側ハウジング16aについても、合成樹脂製としているが、ギヤハウジング14a全体として十分な軽量化が図れる場合には、後側ハウジング16aについては、鉄系合金やアルミニウム合金などの金属製としても良い。
すなわち、本例では、ギヤハウジング14aを構成する前側ハウジング15a及び後側ハウジング16aをそれぞれ、金属に比べて密度の低い合成樹脂から造っているため、ギヤハウジング14aの軽量化を十分に図れる。
[前側ハウジング15a及び後側ハウジング16aに使用できる材料]
前側ハウジング15a及び後側ハウジング16aに用いる樹脂材料としては、熱可塑性樹脂と繊維強化材とを含有する樹脂組成物を使用することが望ましい。使用する樹脂の種類は特に限定されないが、耐熱性の観点から、ポリアミド系樹脂、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)などを好ましく使用できる。また、これらの中でも、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)は、吸水による強度低下や寸法変化が少ない点でより好ましい。また、ポリアミド系樹脂の具体例としては、ナイロン(登録商標)6、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン46などが挙げられる。また、これら脂肪族ポリアミドと比較して吸水性や吸湿性が低い半芳香族ナイロンとしては、アジピン酸ユニットにテレフタル酸を一部共重合させた半芳香族ナイロンである、ナイロン6T/66、ナイロン6T/6I、ナイロン6T/6I/66、ナイロン6T/M−5T、ナイロン6T、ナイロン9Tなどが挙げられる。
なお、上記のような、酸化防止剤の配合量は、樹脂組成物に対して0.1〜3.0質量%程度が好ましいが、酸化防止剤の種類によっては、ブルームしない範囲あるいは樹脂の物性に悪影響を及ぼさない範囲であれば、それ以上の量を配合しても良い。
補強部材52を構成する金属材料としては、S53Cなどの機械構造用炭素鋼、SUJ2などの軸受鋼、SPCCなどの冷間圧延鋼板、SUS430などのステンレス鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金などが挙げられる。これらの中では、プレス加工性に優れ、コストの面から有利になる冷間圧延鋼板(SPCC)を好ましく使用できる。また、補強部材52には、合成樹脂製の隅角部51との接合に悪影響を及ぼさない範囲で、四三酸化鉄被膜、亜鉛めっき、ニッケルクロムめっき、無電解ニッケルめっき、防錆塗料などの、防錆用の表面処理を施しても良い。
実施の形態の第2例について、図11(A)、図11(B)及び図12を用いて説明する。
実施の形態の第1例で説明したように、合成樹脂製の前側ハウジング15aのうちで応力が集中しやすい連続部50を金属製の補強部材52で補強した場合には、連続部50の強度を高めることができる。ただし、前側ハウジング15aのうちで補強部材52と接合した境界部(以下、接合境界部という)では、補強部材52のサイズが小さすぎると、集中した応力(引張応力)を支承しきれずに、応力が上昇してしまう可能性があると考えられる。そこで、本例では、補強部材52の長さ寸法(支持部補強部65の長さ寸法)を変えることで、前側ハウジング15aの接合境界部に作用する応力を低下させることができるかについて、シミュレーション解析(FEM解析)により検討した。さらに本例では、補強部材52の湾曲部66の曲率半径と、前側ハウジング15aの接合境界部に作用する応力との関係についても併せて求めた。シミュレーションの条件は、以下の通りである。
本例では、前側ハウジング15aを、図11(A)及び図11(B)に示したように略L字板状にモデル化した。具体的には、前側ハウジング15aを、上下方向に伸長した縦板状の収容前板部39と、該収容前板部39の上端部から前後方向(図11(A)及び図11(B)の左右方向)に伸長した横板状の支持部19aとから構成されるものとした。前側ハウジング15aの寸法は、上下寸法を75mmとし、前後寸法を100mmとし、幅寸法を20mmとした。さらに、収容前板部39の前後方向の厚さ寸法を30mmとし、支持部19aの上下方向の厚さ寸法を30mmとした。また、前側ハウジング15aの材質は、ヤング率が15500MPaであり、ポアソン比が0.36である、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)にガラス繊維を40質量%含有したものとした。
補強部材52についても、インサートされる前側ハウジング15aの形状にあわせて、図11(A)及び図11(B)に示したように略L字板状にモデル化した。本例では、補強部材52の長さ寸法が、前側ハウジング15aの接合境界部に作用する応力に与える影響を調べるために、補強部材52の前後寸法Lを異ならせた。具体的には、補強部材52の前後寸法Lを、20mm、30mm、50mm、70mmに設定した。また、補強部材52の上下寸法については、前後寸法Lを20mmに設定した場合には20mmとし、その他の場合には30mmとした。補強部材52の幅寸法及び厚さ寸法については、補強部材52の前後寸法Lにかかわらず一定とし、幅寸法を20mmとし、厚さ寸法を10mmとした。また、補強部材52の材質は、ヤング率が208000MPaであり、ポアソン比が0.29である炭素鋼とした。
湾曲部66の曲率半径が、前側ハウジング15aの接合境界部に作用する応力に与える影響を調べるために、湾曲部66の曲率半径Rを、5mm、10mm、20mmに設定した。
本例のシミュレーションでは、収容前板部39の後端面(図11(A)及び図11(B)の左端面)を固定面とし、支持部19aの前端面の下部を、上向きの荷重(10000N)が加わる作用点Pに設定した。そして、このような作用点Pに荷重を加えた場合に、樹脂製部品である前側ハウジング15aの接合境界部に作用する応力の値を求めることとした。具体的には、前側ハウジング15aのうちで支持部補強部65の前端部と接合した接合境界部Xの応力を求めることとした。なお、作用点Pは、支持部19aに設けられた支持孔62(図3参照)のうちで、揺動中心となるチルト軸31(図3参照)との当接部に相当する位置である。
補強部材52の前後寸法Lには、前後寸法Lを変化させた場合にも変化しない、補強部材52の厚さ寸法(10mm)分が含まれている。このため、補強部材52の前後寸法Lの変化を正しく評価するために、補強部材52を構成する前板補強部64の前面の延長線Z1と支持部補強部65の下面の延長線Z2との交点を基準点Sとして、該基準点Sから支持部補強部65の前端部までの長さ寸法をLinsertとした。また、基準点Sから荷重の作用点Pまでの長さ寸法をLload(70mm)とした。
第1試料(A1):Linsert:10mm、R:10mm
第2試料(A2):Linsert:20mm、R:10mm
第3試料(A3):Linsert:40mm、R:10mm
第4試料(A4):Linsert:60mm、R:10mm
第5試料(A5):Linsert:20mm、R:5mm
第6試料(A6):Linsert:40mm、R:5mm
第7試料(A7):Linsert:20mm、R:20mm
第8試料(A8):Linsert:40mm、R:20mm
また、本例では、補強部材52をインサートした上記8つの試料の他に、補強部材52をインサートしていない、樹脂製部品である前側ハウジング15aのみからなる比較試料(B)についても、シミュレーション解析を行った。なお、比較試料(B)については、隅角部51の曲率半径の大きさを10mmに設定した。
以上のような条件によりシミュレーション解析を実施した結果、前側ハウジング15aの接合境界部Xでの最大主応力は、補強部材52の前後寸法L(Linsert)が大きくなるほど小さくなることが確認された。
なお、本例では、補強部材52の前後寸法(支持部補強部65の長さ寸法)を大きくするほど、前側ハウジング15aの接合境界部Xに作用する最大主応力の値が小さくなることを確認できたが、同様に、補強部材52の上下寸法(前板補強部64の長さ寸法)を大きくするほど、前側ハウジング15aのうちで、前板補強部64の下端部と接合する接合境界部に作用する最大主応力の値は小さくなると推測される。
実施の形態の第3例について、図13〜図15を用いて説明する。
本例では、補強部材52aの構造を、実施の形態の第1例の場合とは異ならせている。すなわち、本例の補強部材52aは、実施の形態の第1例の構造よりも、前板補強部64aを下方に伸長した構成を有している。前板補強部64aは、幅方向中間部が上側に向けて凹んだ略C字形状を有しており、張出部44の前面の上端部分を覆うだけでなく、張出部44の前面のうちで、軸受保持孔43の上半部の幅方向両側に存在する部分も覆っている。また、補強部材52aを構成する1対の折れ曲がり部54aは、支持部19aの基半部(後半部)の下端部、及び、張出部44の上半部を幅方向両側から覆っている。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第1例と同じである。
実施の形態の第4例について、図16〜図19を用いて説明する。
本例では、補強部材52bの構造を、実施の形態の第1例及び第3例の場合とは異ならせている。すなわち、本例の補強部材52bは、実施の形態の第3例の構造よりも、前板補強部64bを下方に伸長した構成としている。前板補強部64bは、中央部に円孔67を有する略O字形状を有しており、張出部44の前面全体を覆っている。すなわち、張出部44の前面のうち、軸受保持孔43の周囲を全周にわたり覆っている。また、補強部材52bを構成する1対の折れ曲がり部54bは、前板補強部64bの下端部で互いにつながっており、支持部19aの基半部(後半部)の下端部を幅方向両側から覆うとともに、張出部44の周囲(上辺を除く)を覆っている。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第1例及び第3例と同じである。
実施の形態の第5例について、図20及び図21を用いて説明する。
本例の前側ハウジング15bは、収容前板部39の前面の上端部に、幅方向に離隔した状態で、1対の支持部19bを設けている。このため、1対の支持部19bは、前述した実施の形態の第1例の支持部19aを幅方向に2分割した如き構成を有している。1対の支持部19bはそれぞれ、突出板部47aと、1つの側板部48aと、支持孔62を有する支持筒部49aとを備えている。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第1例と同じである。
実施の形態の第6例について、図22及び図23を用いて説明する。
本例では、1対の補強部材52dの構造を、実施の形態の第5例の場合とは異ならせている。すなわち、本例の補強部材52dは、実施の形態の第5例の構造よりも、前板補強部64dを下方に伸長した構成としている。前板補強部64dは、張出部44の前面の上端部分を覆うだけでなく、張出部44の前面のうちで、軸受保持孔43の上半部の幅方向側方に存在する部分も覆っている。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第1例及び第5例と同じである。
実施の形態の第7例について、図24及び図25を用いて説明する。
本例で使用する補強部材52eは、実施の形態の第5例で使用した1対の補強部材52dを幅方向に連結した如き構成を有している。すなわち、本例の補強部材52eは、実施の形態の第6例の構造よりも、前板補強部64eをそれぞれ下方へと伸長し、前板補強部64eの先端部(下端部)同士を互いに連結している。これにより、1対の前板補強部64eは、全体で略C字形状を有しており、張出部44の前面の大部分(上端部の幅方向中間部を除く部分)を覆っている。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第1例及び第5例と同じである。
実施の形態の第8例について、図26及び図27を用いて説明する。
本例では、上述した実施の形態の第5例〜第7例と同じ構成を有する前側ハウジング15bに、実施の形態の第5例〜第7例とは異なる補強部材52fを組み合わせている。すなわち、本例の補強部材52fは、実施の形態の第5例で使用した1対の補強部材52cを幅方向に連結した如き構成を有しており、1対の本体板部53cと、連結板部59とを有している。それぞれの本体板部53cは、隅角部51aに沿って略直角に折れ曲がっており、張出部44の前面の上端部分の幅方向両側部分をそれぞれ覆った前板補強部64fと、突出板部47aの下面の基端部を全幅にわたり覆った支持部補強部65bと、前板補強部64fの上端部と支持部補強部65bの後端部とをつないだ湾曲部66bとを有している。連結板部59は、1対の本体板部53cの間部分に設けられ、これら1対の本体板部53aを幅方向につないでいる。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第1例及び第5例と同じである。
実施の形態の第9例について、図28及び図29を用いて説明する。
本例では、補強部材52gの構造を、実施の形態の第8例の場合とは異ならせている。すなわち、本例の補強部材52gは、実施の形態の第8例の構造よりも、前板補強部64gを下方に伸長した構成としている。前板補強部64gは、張出部44の前面の上端部分の幅方向両側部を覆うだけでなく、張出部44の前面のうちで、軸受保持孔43の上半部の幅方向両側に存在する部分も覆っている。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第1例及び第8例と同じである。
実施の形態の第10例について、図30及び図31を用いて説明する。
本例で使用する補強部材52hは、実施の形態の第9例の構造よりも、前板補強部64hを下方へと伸長し、前板補強部64hの先端部(下端部)同士を互いに連結している。これにより、1対の前板補強部64hは、全体で略C字形状となっており、中央部に円孔67を有している。また、1対の前板補強部64hは、張出部44の前面の大部分(上端部の幅方向中間部を除く部分)を覆っている。なお、本例では、張出部44の前面のうちの上端部の幅方向中間部は、連結板部59により覆われている。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第1例及び第8例と同じである。
実施の形態の第11例について、図32〜図33を用いて説明する。
本例で使用する補強部材52jは、実施の形態の第4例の構造よりも、支持部補強部65dを前方に伸長させた構成を有している。また、支持部補強部65dの前側部の幅方向両側には、それぞれ上側に向けて伸長した1対の耳状の側部補強部68を設けている。側部補強部68は、支持部18aを構成する側板部48の前側部分を幅方向両側から覆っている。それぞれの側部補強部68には、支持孔62と整合する部分に、支持孔62と同じ内径を有する貫通孔69が形成されている。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第1例及び第4例と同じである。
実施の形態の第12例について、図34〜図36を用いて説明する。
本例のギヤハウジング14bは、前側ハウジング15cと後側ハウジング16bの構成が、実施の形態の第1例〜第11例の構造とは異なっている。すなわち本例では、前側ハウジング15cを、後側ハウジング16bの前端開口を塞ぐカバーとして機能させ、収容前板部39aと、支持部19cのみを設けている。これに対し、後側ハウジング16bには、収容筒部38と、収容後板部40と、ウォーム収容部18aとを設けている。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第1例と同じである。
2、2a ステアリングシャフト
3、3a ステアリングコラム
4、4a、4b 電動アシスト装置
5a、5b 自在継手
6 中間シャフト
7 ステアリングギヤユニット
8 ピニオン軸
9 タイロッド
10、10a トルクセンサ
11、11a 電動モータ
12、12a ウォーム減速機
13、13a 出力軸
14、14a、14b ギヤハウジング
15、15a、15b、15c 前側ハウジング
16、16a、16b 後側ハウジング
17、17a ウォームホイール収容部
18、18a ウォーム収容部
19、19a、19b、19c 支持部
20、20a ウォームホイール
21、21a ウォーム軸
22、22a ウォーム
23a〜23d 転がり軸受
24 入力軸
25、25a トーションバー
26 インナシャフト
27 アウタシャフト
28 インナコラム
29 アウタコラム
30 ロアブラケット
31 チルト軸
32 アッパブラケット
33 被挟持部
34 テレスコ調節用長孔
35 支持板部
36 チルト調節用長孔
37 調節ロッド
38 収容筒部
39、39a 収容前板部
40 収容後板部
41 トルクセンサ収容部
42 内径側筒部
43 軸受保持孔
44 張出部
45 モータ取付フランジ
46 制御装置
47、47a 突出板部
48、48a 側板部
49、49a 支持筒部
50 連続部
51、51a、51b 隅角部
52、52a〜52j 補強部材
53、53a〜53f 本体板部
54、54a、54b、54c 折れ曲がり部
55 ボルト
56 微小凹凸部
57 前側結合フランジ
58 後側結合フランジ
59 連結板部
60 金属製環状部品
61 ボルト締結部品
62 支持孔
63 角部
64、64a〜64i 前板補強部
65、65a〜65d 支持部補強部
66、66a、66b、66c 湾曲部
67 円孔
68 側部補強部
69 貫通孔
Claims (12)
- ウォームホイール収容部と、ウォーム収容部と、支持部とを備えた電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジングであって、
前記ウォームホイール収容部は、ウォームホイールを収容するためのもので、前記ウォームホイールの周囲に配置される収容筒部と、前記収容筒部の前端開口を塞ぐ円輪状の収容前板部と、前記収容筒部の後端開口を塞ぐ円輪状の収容後板部とを有しており、
前記ウォーム収容部は、ウォーム軸を収容するためのもので、前記ウォームホイール収容部の外径側部分の周方向一部に設けられており、
前記支持部は、車体に対し支持するためのもので、前記収容前板部の前面から前方に向けて突出するように設けられており、
少なくとも前記収容前板部と前記支持部とが、合成樹脂により一体に成形されたものであり、前記収容前板部と前記支持部との連続部に、金属製の補強部材が設けられている、
電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。 - 前記補強部材が、屈曲した形状を有しており、前記収容前板部に配置された前板補強部と、前記支持部に配置された支持部補強部とを有している、請求項1に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。
- 前記補強部材が、略直角に屈曲した形状を有している、請求項2に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。
- 前記補強部材が、前記前板補強部の上端部と前記支持部補強部の後端部とをつないだ、円弧状に湾曲した湾曲部をさらに有している、請求項2〜3のうちのいずれか1項に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。
- 前記補強部材が、金属板製で、前記連続部のうち前記収容前板部の前面と前記支持部の下面との隅角部に設けられており、前記前板補強部が前記収容前板部の前面を覆うように設けられており、前記支持部補強部が前記支持部の下面を覆うように設けられている、請求項2〜4のうちのいずれか1項に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。
- 前記補強部材が、前記隅角部に沿って折れ曲がった、前記前板補強部と前記支持部補強部とを備えた本体板部と、前記本体板部の幅方向両側から同方向に折れ曲がった1対の折れ曲がり部とを有している、請求項5に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。
- 前記前板補強部の前面を通る仮想線と前記支持部補強部の下面を通る仮想線との交点を基準点として、前記基準点から前記支持部補強部の先端部までの長さ寸法をLinsertとし、前記基準点から前記支持部のうちの荷重作用点までの長さ寸法をLloadとした場合に、Linsert/Lloadが0.29よりも大きい、請求項5〜6のうちのいずれか1項に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。
- 前記補強部材が略L字形状を有しており、前記前板補強部と前記支持部補強部とのうち、いずれか一方の長さ寸法がいずれか他方の長さ寸法よりも大きい、請求項2〜7のうちのいずれか1項に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。
- 前記補強部材の表面に微小凹凸部が形成されており、前記連続部を構成する合成樹脂の一部が前記微小凹凸部に入り込むことによるアンカー効果で、前記補強部材が前記連続部に接合されている、請求項1〜8のうちのいずれか1項に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。
- 前記補強部材が、前記連続部に対し接着剤により接着固定されている、請求項1〜8のうちのいずれか1項に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。
- 前記電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジングが、前側ハウジングと後側ハウジングとを前後方向に組み合わせて成るものであり、
前記前側ハウジングが、合成樹脂製で、前記収容筒部と、前記収容前板部と、前記ウォーム収容部と、前記支持部とを有しており、
前記後側ハウジングが、前記収容後板部を有している、
請求項1〜10のうちのいずれか1項に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。 - 前記電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジングが、前側ハウジングと後側ハウジングとを前後方向に組み合わせて成るものであり、
前記前側ハウジングが、合成樹脂製で、前記収容前板部と、前記支持部とを有しており、
前記後側ハウジングが、前記収容筒部と、前記収容後板部と、前記ウォーム収容部とを有している、
請求項1〜10のうちのいずれか1項に記載した電動式パワーステアリング装置用ギヤハウジング。
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