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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkvorrichtung, die einen
Motor als Quelle zum Erzeugen einer Lenkunterstützungskraft verwendet.
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Eine
Servolenkvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist zum
Beispiel in EP-A-0 666 210 beschrieben.
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Das
Lenken eines Automobils erfolgt durch die Übertragung einer Drehbetätigung eines
in einer Fahrgastzelle vorgesehenen Lenkrades an einen außerhalb
der Fahrgastzelle angeordneten Lenkmechanismus, um die Fahrzeugräder (üblicherweise
die Vorderräder)
zum Lenken auszurichten.
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1 ist
eine Querschnittsdarstellung des Aufbaus einer herkömmlichen
elektrischen Servolenkvorrichtung. Die elektrische Servolenkvorrichtung
umfasst eine erste Lenkwelle 2, die mit einem Lenkrad 1 verbunden
ist, einen Drehmomentsensor 5, der ein Drehmoment anhand
des Betrags der relativen Verschiebung der ersten Lenkwelle 2 zu
einer zweiten Lenkwelle 4 in Drehrichtung erkennt, wobei die
zweite Lenkwelle mit der ersten Lenkwelle 2 über eine
Torsionsstange 3 verbunden ist, und einen Untersetzungsmechanismus 9 mit
einer Schnecke 7 und einem Schneckenrad 8 zum
Verringern der Drehzahl des Ausgangs eines Lenkunterstützungsmotors 6,
der auf der Basis des Erkennungsergebnisses des Drehmomentsensors 5 angetrieben
wird, und zum Übertragen
des ausgangs an die zweite Lenkwelle 4. Die Servolenkvorrichtung
ist derart aufgebaut, dass sie die Betätigung des Lenkmechanismus
entsprechend der Drehung des Lenkrads durch die Drehung des Motors 6 unterstützt, um
so die für
das Lenken erforderliche Belastung des Fahrers zu verringern. Die
Schnecke 7 ist einstückig
in einem axialen Mittelteil der Schneckenwelle 10 ausgebildet,
welche mit einer Ausgangswelle des Motors 6 verbunden und derart
angeordnet ist, dass sie einen Wellenkern der zweiten Lenkwelle 4 kreuzt. 2 ist
ein vergrößerter Querschnitt
eines Schneckenrades in einer herkömmlichen Servolenkvorrichtung
gemäß der Japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichung
2556890. Das Schneckenrad 8 weist ein ringförmiges Zahnteil 81 aus
Kunstharz und ein Nabenteil 82 aus Metall auf. Das ringförmige Zahnteil 81 weist
Zähne auf,
die mit der Schnecke 7 zusammengreifen, und das Nabenteil 82 ist
in die Innenumfangsfläche
des ringförmigen
Zahnteils 81 eingesetzt, um die durch das Kämmen mit
der Schnecke 7 erzeugte Geräusch zu reduzieren und die
Verarbeitbarkeit der Zähne
zu verbessern. Ferner weist die Außenumfangsfläche des Nabenteils 82 eine
an einem seiner axialen Enden vorgesehene konkave Ausnehmung 83 auf,
und die Innenumfangsfläche
des ringförmigen
Zahnteils 81 weist eine konvexe Wölbung 84 auf, die
an einem seiner axialen Enden ausgebildet ist. Die konvexe Wölbung 84 ist
in die konkave Ausnehmung 83 eingesetzt.
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Wenn
der Motor 6 die Lenkung unterstützt, dreht das Schneckenrad 8 rechts
oder links herum, und da das Schneckenrad 8 eine gegenüber der Drehmittellinie
in Drehrichtung verdrehte Zahnreihe aufweist, wirkt eine von der
Schnecke 7 übertragene Komponente
des Drehmoments in axialer Richtung auf das Schneckenrad 8.
Da das herkömmliche Schneckenrad 8 derart
aufgebaut ist, dass die Außenumfangsfläche des
Nabenteils 82 die konkave Ausnehmung 83 lediglich
an einem axialen Ende desselben angeordnet aufweist, und die Innenumfangsfläche des
ringförmigen
Zahnteils 81 die konvexe Wölbung 84 lediglich
an einem Ende desselben zum Einsetzen in die konkave Ausnehmung 83 aufweist,
ist eine weitere Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit des Eingriffsbereichs
erstrebenswert. Zwar kann das Schneckenrad 8, welches das
ringförmige Zahnteil 81 aus
Kunstharz aufweist, eine zufriedenstellende Wärmebeständigkeit, Abriebfestigkeit
und Maßhaltigkeit
durch die Auswahl des Kunstharzmaterials erhalten, dennoch ist eine
weitere Verbesserung der Festigkeit des Fußes des ringförmigen Zahnteils 81 erstrebenswert.
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Anders
ausgedrückt:
da das ringförmige Zahnteil 81 des
Schneckenrads 8 durch Reibungswärme, welche aufgrund des Kämmens mit
der Schnecke 7 entsteht, thermisch beeinträchtigt wird, so
dass die Festigkeit des Fußes
abnimmt, und in der Umgebungsluft enthaltene Feuchtigkeit absorbiert, um
die Festigkeit des Fußes
zu verringern, ist eine Beständigkeit
gegen einen derartigen Verlust an Festigkeit des Fußes, verursacht
durch thermische Degradation und Feuchtigkeitsabsorption, erforderlich.
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Überblick über die Erfindung
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische
Servolenkvorrichtung zu schaffen, welche die Ermüdungsbeständigkeit des Eingreifbereichs
und die Festigkeit des Fußes
des ringförmigen
Zahnteils verbessert.
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Somit
handelt es sich bei der erfindungsgemäßen elektrische Servolenkvorrichtung
um eine elektrische Servolenkvorrichtung zur Lenkunterstützung, bei
welcher die Abtriebsleistung eines Motors zur Lenkunterstützung über eine
Schnecke und ein Schneckenrad an eine Lenkwelle übertragen wird, wobei das Schneckenrad
ein ringförmiges
Zahnteil aus Kunstharz und ein Nabenteil aus Metall aufweist, wobei
das ringförmige
Zahnteil Zähne
aufweist, welche mit der Schnecke zusammenwirken, wobei das Nabenteil
an die Innenumfangsfläche
des ringförmigen
Zahnteils angesetzt ist, wobei entweder die Innenumfangsfläche des
ringförmigen
Zahnteils oder die Außenumfangsfläche des
Nabenteils konkave Ausnehmungen aufweist, die an beiden axialen
Enden desselben vorgesehen sind, und die andere Fläche konvexe
Wölbungen
aufweist, die in die konkaven Ausnehmungen eingesetzt sind, und
dass die radiale Länge
(d.h. die in radialer Richtung gesehene Länge) der konkaven Ausnehmungen
und der konvexen Wölbungen
1 bis 2,5 mal größer als
die axiale Länge
(d.h. die in axialer Richtung gesehene Länge) der konkaven Ausnehmungen
und der konvexen Wölbungen
ist.
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Wenn
die radiale Länge
der konkaven Ausnehmungen und der konvexen Wölbungen weniger als das 1-
und mehr als das 2,5-fache der axialen Länge der konkaven Ausnehmungen
und der konvexen Wölbungen
ist, ist die Ermüdungsbeständigkeit des
Eingriffsbereichs des Fußes
des ringförmigen Zahnteils
nicht sehr verbessert. Durch das Einstellen der radialen Länge der
konkaven Ausnehmungen und der konvexen Wölbungen auf das 1- bis 2,5-fache
der axialen Länge
der konkaven Ausnehmungen und der konvexen Wölbungen können die Ermüdungsbeständigkeit
des Eingriffsbereichs und die Festigkeit des Fußes des ringförmigen Zahnteils
weiter verbessert werden. Selbst wenn das ringförmige Zahnteil thermisch beeinträchtigt wird,
so dass die Festigkeit des Fußes
abnimmt, oder es Wasser aus der Umgebungsluft absorbiert, um die
Festigkeit des Fußes
zu verringern, kann hierdurch eine Festigkeit über einem bestimmten Grad gewährleistet
werden.
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Die
genannte und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben
sich deutlicher aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung der verschiedenen
Ansichten der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung;
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines Schneckenrades in der herkömmlichen
elektrischen Servolenkvorrichtung;
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3 ist
eine Querschnittsdarstellung eines Aufbaus eines Untersetzungsmechanismus
und eines Motorbereichs in einer erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung;
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines Schneckenrads in der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung;
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines Schneckenrades in einer elektrischen Servolenkvorrichtung
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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6 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines Schneckenrades in einer elektrischen Servolenkvorrichtung
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Erfindungsbeschreibung
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung in bezug auf die zugehörigen Zeichnungen,
welche bevorzugte Ausführungsbeispiele
derselben darstellen, im Detail beschrieben.
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3 ist
eine Querschnittsdarstellung des Aufbaus eines Untersetzungsmechanismus
und eines Motorbereichs in einer erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung,
und 4 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines Schneckenrads 8.
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Wie
bei einer herkömmlichen
Servolenkvorrichtung weist der erfindungsgemäße Untersetzungsmechanismus 9 eine
Schnecke 7 und ein Schneckenrad 8 auf; die Schnecke 7 ist
einstückig
in einem axialen Mittelteil einer Schneckenwelle 10 ausgebildet,
die mit einer Ausgangswelle 6a eines Motors 6 zur
Lenkunterstützung
verbunden und derart angeordnet ist, dass sie den Wellenkern einer
zweiten Lenkwelle 4 kreuzt; und das Schneckenrad 8 greift mit
der Schnecke 7 zusammen und ist mit dem Mittelteil der
zweiten Lenkwelle 4 zusammengefügt und verbunden.
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Das
Schneckenrad 8 weist ein ringförmiges Zahnteil 81 aus
Kunstharz und ein Nabenteil 82 aus Metall auf. Das ringförmige Zahnteil 81 weist
mehrere Zähne 8a auf,
die mit der Schnecke 7 zusammengreifen, und das Nabenteil 82 ist
durch Einspritzen in das ringförmige
Zahnteil 81 eingefügt.
Eine im Mittelteil des Nabenteils 82 gebohrte Durchgangsbohrung 82a ist
mit der zweiten Lenk welle 4 zusammengefügt. Das ringförmige Zahnteil 81 ist
beispielsweise aus Nylonharz hergestellt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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5 ist
eine teilweise vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines Schneckenrades 8 nach dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Eingriffsbereich des Nabenteils 82 mit dem
ringförmigen
Zahnteil 81 ist derart aufgebaut, dass ringförmige konkave
Ausnehmungen 83, 83 an beiden axialen Enden des
Nabenteils 82 ausgebildet sind; ringförmige konvexe Wölbungen 84, 84 sind
an beiden axialen Enden des ringförmigen Zahnteils 81 ausgebildet,
um in die konkaven Ausnehmungen 83, 83 eingesetzt
zu werden; und die radiale Länge
(a) der konkaven Ausnehmungen 83, 83 und der konvexen
Wölbungen 84, 84 ist
mit dem 1- bis 2,5-fachen der axialen Länge (b) der konkaven Ausnehmungen 83, 83 und
der konvexen Wölbungen 84, 84 gewählt. Ferner
ist die axiale Länge
(c) des ringförmigen Zahnteils 81 und
des Nabenteils 82 mit dem 4,5- bis 5,5-fachen der Länge (b)
gewählt.
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Indem
die Länge
(a) somit mit dem 1- bis 2,5-fachen der Länge (b) gewählt ist, kann die Ermüdungsfestigkeit
des Eingriffsbereichs 80 und die Festigkeit des Fußes 85 im
Vergleich mit dem Fall, in dem die Länge (a) kleiner als das 1-
oder größer als das
2,5-fache der Länge
(b) ist, verbessert werden.
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Selbst
wenn das ringförmige
Zahnteil 81 durch Reibungswärme, die durch das Kämmen mit der
Schnecke 7 thermisch beeinträchtigt wird, so dass die Festigkeit
des Fußes 85 abnimmt,
oder Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft aufnimmt, so dass die Festigkeit
des Fußes 85 abnimmt,
kann eine Ermüdungsfestigkeit
von mehr als einem vorbestimmten Grad gewährleistet werden.
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Da
ferner, wie zuvor beschrieben, die Festigkeit des Fußes 85 verbessert
werden kann, indem die Länge
(a) mit dem 1- bis 2,5-fachen der Länge (b) gewählt wird, kann die Dicke vom
Zahnboden des ringförmigen
Zahnteils 81 zu der Innenfläche, ausschließlich der
konvexen Wölbungen 84, 84,
kleiner aus gebildet sein, als in dem Fall, in dem das ringförmige Zahnteil 81 die
konvexen Wölbungen 84, 84 nicht
aufweist. Daher kann die benötigte
Menge an Kunstharzmaterialien, die teurer als Metallmaterialien
sind, verringert werden, und die Zeitspanne, die für das Spritzgießen einer
Einheit erforderlich ist, kann verkürzt werden, wodurch Kosten
gesenkt werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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6 ist
eine teilweise vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines Schneckenrads 8 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
sind die konkaven Ausnehmungen 83, 83 an beiden
axialen Enden an der Außenumfangsfläche des
Nabenteils 82 vorgesehen, und die konvexen Wölbungen 84, 84 sind
an beiden axialen Enden auf der Innenumfangsfläche des ringförmigen Zahnteils 81 vorgesehen.
Im Gegensatz dazu sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie beispielsweise
in 6 dargestellt, ringförmige konkave Ausnehmungen 83, 83 an
beiden axialen Enden auf der Innenumfangsfläche des ringförmigen Zahnteils 81 ausgebildet,
und ringförmige
konvexe Wölbungen 84, 84 sind
an beiden axialen Enden auf der Außenumfangsfläche des
Nabenteils 82 vorgesehen.
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Das
Verhältnis
zwischen der radialen Länge (a)
der konkaven Ausnehmungen 83, 83 und den konvexen
Wölbungen 84, 84,
der axialen Länge
(b) der konkaven Ausnehmungen 83, 83 und der konvexen
Wölbungen 84, 84 und
der axialen Länge
(c) des ringförmigen
Zahnteils 81 und des Nabenteils 82 ist in dem
zweiten Ausführungsbeispiel
das gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass die
Ermüdungsbeständigkeit
des Eingriffsbereichs 80 und die Festigkeit des Fußes 85 erhöht werden
kann, wodurch sich der gleiche Effekt wie in dem ersten Ausführungsbeispiel
einstellt.
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Die
vorangehende Beschreibung betrifft den Fall, in dem die konkaven
Ausnehmungen 83 und die konvexen Wölbungen 84 ringförmig sind;
jedoch können
die konkaven Ausnehmungen 83 und die konvexen Wölbungen 84 eine Kreisbogenform
aufweisen, die an einer oder mehreren Stellen in Umfangsrichtung
unterbrochen ist.