| 【発明の名称】 |
電動パワーステアリング装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】黒川 貴則
【氏名】新井 大和
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| 【要約】 |
【課題】操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を伝達する合成樹脂製ウォームホイールの強度を向上し、その電動アクチュエータの高出力化を可能にし、ウォームホイールを小径化して省スペース化を図ることができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵補助力発生用電動アクチュエータ８の回転をウォーム９とウォームホイール１０を介して車輪６に伝達する。そのウォームホイール１０は合成樹脂材製とされる。その合成樹脂材の数平均分子量は３００００以上、６００００以下とされている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、ウォームと、このウォームに噛み合うウォームホイールとを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置において、そのウォームホイールは合成樹脂材製とされ、その合成樹脂材の数平均分子量は３００００以上、６００００以下と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。
【請求項２】 前記合成樹脂材はナイロン系合成樹脂材である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】 そのウォームホイールは前記合成樹脂材から射出成形される請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】 前記合成樹脂材は無垢材である請求項１〜３の中の何れかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】 前記合成樹脂材に強化繊維が充填されている請求項１〜３の中の何れかに記載の電動パワーステアリング装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転をウォームとウォームホイールを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】軽自動車や小型自動車においては、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転をウォームとウォームホイールを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置が用いられ、そのウォームホイールを合成樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、環境問題に対処するために車両の低燃費化が要望されていることから、大型自動車に用いられる電動パワーステアリング装置においても、そのウォームホイールを合成樹脂材製とすることが要望されている。そのためには、その電動アクチュエータを軽自動車に比べて高出力化する必要があるため、その電動アクチュエータの回転を減速するウォームホイールの歯元強度を向上する必要がある。
【０００４】しかし、従来の合成樹脂材製ウォームホイールは、電動アクチュエータの高出力化に耐え得る十分な歯元強度がなかった。
【０００５】本発明は、上記問題を解決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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を、ウォームと、このウォームに噛み合うウォームホイールとを介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置において、そのウォームホイールは合成樹脂材製とされ、その合成樹脂材の数平均分子量は３００００以上、６００００以下とされていることを特徴とする。本発明の構成によれば、電動アクチュエータの回転を伝達するウォームホイールを合成樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化を図ることができ、且つ、その合成樹脂材の数平均分子量を３００００以上とすることでウォームホイールの歯元強度を向上でき、６００００以下とすることで成形性を確保できる。本発明は、以下の知見に基づくものである。金属材製ギヤに適用される一般的な理論計算式によれば、ギヤの歯元強度はギヤ材料の引っ張り強度、曲げ強度に相関する。しかし、合成樹脂材製ウォームホイールの場合、歯元強度は材料の引っ張り強度、曲げ強度に相関しない。事実、引っ張り強度や曲げ強度を向上するために合成樹脂材に強化繊維を充填した場合、充填しなかった場合よりも歯元強度は低下した。これは、合成樹脂材製ウォームホイールの歯元強度は、合成樹脂材の弾性に基づく歯に作用する面圧の緩和と、合成樹脂材の強度のバランスとによって定まるためである。そして、その合成樹脂材の粘度を増加させることにより歯元強度を向上できることを新たに見出して本発明をなすに至った。合成樹脂材の粘度は数平均分子量の増大により増加することから、従来にあってはウォームホイールの材料となる合成樹脂材の数平均分子量を１５０００〜２００００以下としていたのを、従来の１．５倍〜２倍以上の３００００以上の値とすることで従来よりも粘度を増加させ、ウォームホイールの歯元強度を増大させた。なお、合成樹脂材の固有粘度ηは、Ｍを数平均分子量、Ｋを定数、ａを定数として、η＝ＫＭa により求められる。また、その数平均分子量を６００００以下とすることで成形性を確保できる。そのウォームホイールは射出成形工程を経て成形され、その射出成形のための成形型のゲートはフィルムゲートとされるのが好ましい。これにより、その合成樹脂材の数平均分子量が大きいために成形型のキャビティ内に射出される材料の溶液粘度が大きくても、そのキャビティ内に材料を均一に充填して成形性の低下を防止できる。
【０００７】その合成樹脂材はナイロン系合成樹脂材であるのが好ましい。数平均分子量の大きな高粘度ナイロンは初期強度が高いことから、吸水や熱劣化による強度低下を防止できる。また、ナイロン系合成樹脂材は数平均分子量が高くても成形性に優れると共に長寿命化を図れる。
【０００８】そのウォームホイールは合成樹脂材から射出成形されるのが好ましい。射出成形することで成形コストを低減できる。
【０００９】その合成樹脂材は無垢材であるのが好ましい。これにより、そのウォームホイールと噛み合うウォームの摩耗を防止できる。
【００１０】その合成樹脂材に強化繊維が充填されていてもよい。強化繊維の充填により、その合成樹脂材の吸水や熱による寸法変化を防止して寸法安定性を向上できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１に示す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２の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオン４に噛み合うラック５を移動させ、そのラック５の動きをタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介して車輪６に伝達することで舵角を変化させる。
【００１２】そのステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、その検出された操舵トルクに応じ駆動されるモータ（電動アクチュエータ）８と、そのモータ８により駆動される駆動シャフト５０の外周に設けられる金属製ウォーム９と、そのウォーム９に噛み合うと共にステアリングシャフト３に取り付けられるウォームホイール１０とが設けられている。そのモータ８の回転をウォーム９およびウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３から車輪６に伝達することで操舵補助力を付与できる。図２に示すように、ハウジング２１に取り付けられるモータ８により駆動される駆動シャフト５０は、そのハウジング２１により軸受６２、６３を介して支持される。
【００１３】そのステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連結される第１シャフト３ａと、この第１シャフト３ａにピン２２により連結される筒状の第２シャフト３ｂと、この第２シャフト３ｂの外周にブッシュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の第３シャフト３ｃとに分割されている。各シャフト３ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿って弾性部材としてトーションバー２３が挿入されている。そのトーションバー２３の一端は第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとに前記ピン２２により連結され、他端はピン２４により第３シャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている。
【００１４】その第２シャフト３ｂは、そのハウジング２１に圧入されたステアリングコラム３０によりブッシュ３１を介して支持される。その第３シャフト３ｃは、ハウジング２１により軸受２６、２７を介して支持される。その第３シャフト３ｃの外周に嵌め合わされる金属製スリーブ１１の外周に、上記ウォームホイール１０が一体化されている。なお、そのスリーブ１１は第３シャフト３ｃに圧入されたり、あるいはキー等を介して固定されてもよい。また、過大なトルクが作用した場合にウォームホイール１０とステアリングシャフト３とが相対回転するように、トルクリミッター機構がスリーブ１１と第３シャフト３ｃとの間に設けられてもよい。
【００１５】そのトルクセンサ７は、第２シャフト３ｂに固定される磁性材製の第１検出リング３６と、第３シャフト３ｃに固定される磁性材製の第２検出リング３７と、両検出リング３６、３７の対向間を覆う検出コイル３３とを有する。第１検出リング３６の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３６ａと、第２検出リング３７の端面に周方向に沿って設けられる複数の歯３７ａとの対向面積が、第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃの操舵トルクに応じた弾性的な相対回転に応じて変化し、その変化に対応して検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その検出コイル３３の出力に基づき操舵トルクが検出できる。このトルクセンサ７は公知の構成のものを用いることができる。その検出された操舵トルクに対応した信号に応じて上記モータ８が駆動され、このモータ８の回転はウォーム９、ウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３に伝達される。
【００１６】そのモータ８の回転の減速ギアであるウォームホイール１０は合成樹脂材製とされ、射出成形工程を経て成形されている。その合成樹脂材の数平均分子量は３００００以上、６００００以下とされている。その合成樹脂材は、本実施形態ではＰＡ（ポリアミド）６、ＰＡ６６、ＰＡ４６、ＰＡ１２、ＰＡ１１、ＰＰＡ（ポリパラバン酸）１１、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ６・６Ｔ等のナイロン系合成樹脂材とされ、他の材料は何も充填されていない無垢材とされている。その合成樹脂材の数平均分子量が大きくなると、射出成形時に成形型のキャビティ内に射出される材料の溶液粘度が大きくなり、例えば数平均分子量が６００００の場合は溶液粘度（ηｒ）が６．０にもなって成形性が低下する。そのため本実施形態では、図３に示すように、ウォームホイール１０の成形型９０のゲート９０ａはフィルムゲートとされている。これにより、その合成樹脂材の数平均分子量が大きいために射出溶液粘度が大きくても、キャビティ９０ｂ内に材料を均一に充填できるようにしている。なお、材料をキャビティ９０ｂ内に均一に充填するためにゲート９０ａの肉厚ｔは２．５ｍｍ以上とするのが好ましく、ランナー９０ｃの長さＬは短い程に好ましいが金型剛性を確保する必要があることから４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とするのが好ましく、そのランナー９０ｃの入口径Ｄ１は材料の流動抵抗低減のために４ｍｍ以上とすると共に材料射出ノズルの径（通常３ｍｍ）との段差による抵抗低減のために６ｍｍ以下とするのが好ましく、そのランナー９０ｃの出口径Ｄ２は材料の流動抵抗低減のために１３ｍｍ以上として最大径はゲート９０ａの直径に等しくしてもよい。本実施形態では、その成形型９０に上記スリーブ１１を挿入した状態で射出成形を行うことでウォームホイール１０をスリーブ１１に一体化し、その成形後にゲート９０ａやランナー９０ｃに充填された材料の除去やウォームホイール１０の歯の仕上げ等を機械加工により行っている。
【００１７】上記構成によれば、モータ８の回転を伝達するウォームホイール１０を合成樹脂材製とすることで軽量化および低騒音化を図ることができ、且つ、その合成樹脂材の数平均分子量を３００００以上とすることでウォームホイールの歯元強度を向上でき、６００００以下とすることで成形性を確保できる。その合成樹脂材はナイロン系合成樹脂材であるので初期強度が高く、吸水や熱劣化による強度低下を防止でき、また、成形性に優れると共に長寿命化を図れる。そのウォームホイール１０を合成樹脂材から射出成形することで成形コストを低減できる。その合成樹脂材は無垢材であるのでウォーム９の摩耗を防止できる。
【００１８】本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ウォームホイールの材料としてナイロン系以外のＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の熱可塑性合成樹脂材を用いてもよい。また、ウォームホイールの材料である合成樹脂材に強化繊維が充填されてもよい。強化繊維の充填により、その合成樹脂材の吸水や熱による寸法変化を防止して寸法安定性を向上できる。その強化繊維としては、そのウォームホイールに噛み合うウォームの摩耗を防止する上でチタン酸カリウムウィスカーやアラミド繊維等とするのが好ましい。
【００１９】
【実施例】上記実施形態の構成の電動パワーステアリング装置においてウォームホイールを数平均分子量が略６００００のＰＡ６６の無垢材から射出成形したものを実施例とし、ウォームホイールを数平均分子量が略２００００のＰＡ６６の無垢材から射出成形した以外は実施例と同様の構成の電動パワーステアリング装置を比較例とし、ウォームホイールの歯元強度試験と耐久試験とを行った。歯元強度試験は、ウォームホイールをロックした状態でウォームにトルクを付加し、そのウォームホイールの歯が破損した時のウォームに付加したトルクをウォームホイールの歯元強度として測定した。その結果、比較例では歯元強度が１１Ｎ・ｍであったのが、実施例では２３Ｎ・ｍであった。また、耐久試験は、車輪側から一定の負荷を作用させた状態で、ステアリングホイールを一定回転角度で一定回数だけ往復回転させ、ウォームホイールの歯の磨耗量に対応するウォームの歯との間のバックラッシ量を測定した。その結果、比較例のウォームホイールの磨耗量に対する実施例のウォームホイールの磨耗量の割合は６８．３％であった。すなわち、本発明によれば合成樹脂製ウォームホイールの強度向上と高寿命化を図れることを確認できる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、操舵補助力発生用電動アクチュエータの回転を伝達する合成樹脂製ウォームホイールの強度を向上し、その電動アクチュエータの高出力化を可能にし、ウォームホイールを小径化して省スペース化を図ることができ、さらに吸水や熱劣化による強度低下を防止して高寿命化を図ることができる電動パワーステアリング装置を提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１２４７
【氏名又は名称】光洋精工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月６日（１９９９．１０．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９５４２９
【弁理士】
【氏名又は名称】根本 進
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１０８０２４（Ｐ２００１−１０８０２４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月２０日（２００１．４．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２８５４７５ |
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