JP2001146171A - Electric power steering system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は電動パワーステアリ
ング装置の改良に関する。The present invention relates to an improvement of an electric power steering device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ステアリングハンドルの操舵力を
軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステ
アリング装置が多用されてきた。この種の電動パワース
テアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助ト
ルクを発生し、この補助トルクをステアリング系のラッ
クアンドピニオン機構に伝達するものであって、例えば
特開平９−１９３８１５号「電動パワーステアリング装
置」（以下、「従来の技術」と言う。）が知られてい
る。2. Description of the Related Art In recent years, electric power steering devices have been frequently used in order to reduce the steering force of a steering wheel to provide a comfortable steering feeling. This type of electric power steering apparatus generates an auxiliary torque corresponding to a steering torque by an electric motor and transmits the auxiliary torque to a rack and pinion mechanism of a steering system. 2. Description of the Related Art A power steering device (hereinafter referred to as "conventional technology") is known.
【０００３】上記従来の技術は、同公報の図４に示され
る通り、モータ１１（番号は公報に記載されたものを引
用した。以下同じ。）で操舵トルクに応じた補助トルク
を発生し、この補助トルクを小傘歯車７ｂと大傘歯車７
ａを介して、ピニオン２ａとラック軸５の組合せからな
るラックアンドピニオン機構に伝達し、このラックアン
ドピニオン機構によって操舵輪を操舵するというもので
ある。ラック軸５は丸棒状の軸であり、この軸のうち、
ピニオン２ａと対向する面にラックを形成したものであ
る。In the above prior art, as shown in FIG. 4 of the publication, an auxiliary torque corresponding to a steering torque is generated by a motor 11 (numbers quoted in the publication; the same applies hereinafter). This auxiliary torque is transmitted to the small bevel gear 7b and the large bevel gear 7
Through a, the power is transmitted to a rack and pinion mechanism composed of a combination of a pinion 2a and a rack shaft 5, and the steered wheels are steered by the rack and pinion mechanism. The rack shaft 5 is a round bar-shaped shaft.
The rack is formed on the surface facing the pinion 2a.
【０００４】ところで、自動車のステアリング装置は、
一般に操舵輪の最大操舵角を制限するためのストッパ機
構を備えている。具体的には、ストッパ機構は、ラック
軸５をスライド可能に収容したハウジング４の長手方向
両端部にラックエンドストッパ（図示せず）を取付け、
また、ラック軸５の両端部にボールジョイント（図示せ
ず）を取付けたものである。ラック軸５が所定量だけス
ライドすると、ボールジョイントがラックエンドストッ
パに当る。このようにラック軸５の移動量を規制するこ
とで、操舵輪の最大操舵角を制限することができる。[0004] By the way, the steering device of an automobile is
Generally, a stopper mechanism for limiting the maximum steering angle of a steered wheel is provided. Specifically, the stopper mechanism attaches a rack end stopper (not shown) to both ends in the longitudinal direction of the housing 4 in which the rack shaft 5 is slidably accommodated.
Further, ball joints (not shown) are attached to both ends of the rack shaft 5. When the rack shaft 5 slides by a predetermined amount, the ball joint hits the rack end stopper. By regulating the amount of movement of the rack shaft 5, the maximum steering angle of the steered wheels can be limited.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】通常の操作時におい
て、ピニオン２ａには、運転者の操舵トルクにモータ１
１の補助トルクを加えた複合トルクが作用する。一方、
ラック軸５は所定量だけスライドしたときに、ストッパ
機構によって移動が規制される。ラック軸５が停止する
ので、ピニオン２ａには、通常の操作時に比べて、モー
タ１１の慣性トルクが付加された大きな複合トルクが作
用する。従って、ラックアンドピニオン機構は、モータ
１１の慣性トルクを勘案した大きな強度を要する。強度
を高めるには、ピニオン２ａ並びにラック軸５を大型に
することが考えられる。しかし、ラックアンドピニオン
機構が大型で大重量になるので、改良の余地がある。During normal operation, the pinion 2a is supplied with the motor torque by the driver's steering torque.
A composite torque obtained by adding one auxiliary torque acts. on the other hand,
When the rack shaft 5 slides by a predetermined amount, the movement is regulated by the stopper mechanism. Since the rack shaft 5 stops, a large combined torque to which the inertia torque of the motor 11 is added acts on the pinion 2a as compared with the normal operation. Therefore, the rack and pinion mechanism requires a large strength in consideration of the inertia torque of the motor 11. To increase the strength, it is conceivable to increase the size of the pinion 2a and the rack shaft 5. However, since the rack-and-pinion mechanism is large and heavy, there is room for improvement.
【０００６】そこで本発明の目的は、電動パワーステア
リング装置において、電動機の慣性による負荷トルクに
対して十分な強度を有するラックアンドピニオン機構を
小型で軽量にできる技術を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a technique for an electric power steering apparatus capable of reducing the size and weight of a rack and pinion mechanism having sufficient strength against a load torque due to the inertia of an electric motor.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルク
を発生し、この補助トルクをラックアンドピニオン機構
に伝達し、このラックアンドピニオン機構のラック軸に
よって操舵輪を操舵するようにした電動パワーステアリ
ング装置において、ラック軸に軸受を介してハウジング
に支承される支承部とラックを形成するラック形成部と
を設け、このラック形成部の軸直角断面を支承部と同径
の円形断面と仮定し、この円形断面の中心からラックの
基準ピッチ線までの距離を所定寸法に設定したときに、
この所定寸法によって定まるラックの歯幅よりも実際の
ラックの歯幅が大きくなるように、ラック形成部を形成
したことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, an electric motor generates an auxiliary torque according to a steering torque, and transmits the auxiliary torque to a rack and pinion mechanism. In an electric power steering apparatus in which a steered wheel is steered by a rack shaft of a mechanism, a support portion supported by a housing via a bearing and a rack forming portion forming a rack are provided on the rack shaft, and the rack forming portion is Assuming that the cross section perpendicular to the axis is a circular cross section with the same diameter as the bearing, and when the distance from the center of this circular cross section to the reference pitch line of the rack is set to a predetermined dimension,
The rack forming portion is formed so that the actual tooth width of the rack is larger than the tooth width of the rack determined by the predetermined dimension.
【０００８】これにより、従来のラックに比べて実質的
な歯幅を大きくし、ラックの曲げ強さや面圧強さを高め
る。一方、ラック軸のうちラックが無い部分は、操舵輪
を操舵するべくスライドする機構が必要であることに着
目して、従来と同様の剛性を確保した。従って、ラック
軸のうちラックの歯幅だけを大きくすればよいので、ラ
ック軸の重量を抑制することができる。As a result, the substantial tooth width is increased as compared with the conventional rack, and the bending strength and the surface pressure strength of the rack are increased. On the other hand, the same rigidity as in the related art was ensured in a portion of the rack shaft where there is no rack, focusing on the necessity of a mechanism that slides to steer the steered wheels. Therefore, only the tooth width of the rack of the rack shaft needs to be increased, so that the weight of the rack shaft can be reduced.
【０００９】請求項２は、前記ラックアンドピニオン機
構のピニオン並びにラックをはすば歯車とし、はすば歯
車の歯形を、１組の歯車のうち、少なくとも一方の歯車
の歯末の面が、基準ピッチ線上をほぼ中心とする円弧面
であり、少なくとも他方の歯車の歯元の面が、基準ピッ
チ線上をほぼ中心とする円弧面である、円弧歯形とした
ことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, the pinion and the rack of the rack and pinion mechanism are helical gears, and the tooth profile of the helical gear is such that at least one of a pair of gears has a tooth flank face. It is characterized in that it is an arcuate surface having a center substantially on the reference pitch line, and at least the tooth root surface of the other gear is an arcuate surface having an arc surface having a center approximately on the reference pitch line.
【００１０】補助トルクを伝達するラックアンドピニオ
ン機構のピニオン並びにラックを、特に、すぐば歯車に
且つ円弧歯形にして強度を高めた。ラックアンドピニオ
ン機構のピニオン並びにラックは、はすば歯車であるか
ら、すぐば歯車（平歯車）よりも大きい補助トルクを伝
達することができる。さらに、ラックアンドピニオン機
構のピニオン並びにラックは、円弧歯形であるから、イ
ンボリュート歯形よりも表面の面圧が減少するので表面
疲れ強さ、曲げ強さ、曲げ疲れ強さが大きい。このた
め、電動機の補助トルクが通常の操作時より大きい場合
であっても、十分に伝達することができる。The strength of the pinion and the rack of the rack and pinion mechanism for transmitting the auxiliary torque is increased, particularly, by using a gear and an arcuate tooth profile. Since the pinion and the rack of the rack and pinion mechanism are helical gears, the pinion and the rack can transmit an auxiliary torque larger than that of the immediate gear (spur gear). Furthermore, since the pinion and the rack of the rack and pinion mechanism are arc-shaped, the surface contact pressure on the surface is smaller than that of the involute tooth, so that the surface fatigue strength, bending strength, and bending fatigue strength are large. Therefore, even when the auxiliary torque of the electric motor is larger than that during normal operation, it is possible to sufficiently transmit the torque.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面に
基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見
るものとする。図１は本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の模式図である。電動パワーステアリング装置
１０は、車両のステアリングハンドル１１から操舵輪
（車輪）２１，２１に至るステアリング系２２に介在し
た操舵機構２３と、この操舵機構２３に補助トルクを加
える補助トルク機構２４とからなる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings should be viewed in the direction of reference numerals. FIG. 1 is a schematic diagram of an electric power steering device according to the present invention. The electric power steering device 10 includes a steering mechanism 23 interposed in a steering system 22 from a steering handle 11 of a vehicle to steered wheels (wheels) 21, and an auxiliary torque mechanism 24 for applying an auxiliary torque to the steering mechanism 23. .
【００１２】操舵機構２３は、ステアリングハンドル１
１にステアリングシャフト１２及び自在軸継手１３，１
３を介して連結した入力軸３１と、入力軸３１に連結し
たラックアンドピニオン機構３２とからなる。ラックア
ンドピニオン機構３２は、入力軸３１に設けたピニオン
３３と、ピニオン３３に噛み合うためのラック３４を設
けたラック軸３５とからなり、このラック軸３５の両端
に、左右のタイロッド３７，３７を介して左右の操舵輪
２１，２１を連結したものである。The steering mechanism 23 includes a steering wheel 1
1 is a steering shaft 12 and a universal joint 13, 13.
3 and an input shaft 31 connected to the input shaft 31 and a rack and pinion mechanism 32 connected to the input shaft 31. The rack and pinion mechanism 32 includes a pinion 33 provided on the input shaft 31 and a rack shaft 35 provided with a rack 34 for meshing with the pinion 33. Left and right tie rods 37, 37 are provided at both ends of the rack shaft 35. The left and right steered wheels 21 and 21 are connected to each other.
【００１３】補助トルク機構２４は、ステアリングハン
ドル１１で発生したステアリング系２２の操舵トルクを
検出する操舵トルクセンサ７０と、操舵トルクセンサ７
０の検出信号に基づき制御信号を発生する制御手段８１
と、制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを
発生する電動機８２と、電動機８２にトルクリミッタ９
０及び歯車式減速機構１１０を介して連結した上記入力
軸３１並びにラックアンドピニオン機構３２とからな
る。すなわち、操舵機構２３に補助トルク機構２４の補
助トルクを付加するために、操舵機構２３と補助トルク
機構２４とで、入力軸３１並びにラックアンドピニオン
機構３２を共用するようにした。操舵トルクセンサ７０
は、操舵機構２３に取付けたものである。The auxiliary torque mechanism 24 includes a steering torque sensor 70 for detecting a steering torque of the steering system 22 generated by the steering handle 11, and a steering torque sensor 7
Control means 81 for generating a control signal based on the 0 detection signal
A motor 82 for generating an auxiliary torque corresponding to the steering torque based on the control signal; and a torque limiter 9
0 and the input shaft 31 and a rack and pinion mechanism 32 connected via a gear type reduction mechanism 110. That is, the input shaft 31 and the rack-and-pinion mechanism 32 are shared by the steering mechanism 23 and the auxiliary torque mechanism 24 in order to add the auxiliary torque of the auxiliary torque mechanism 24 to the steering mechanism 23. Steering torque sensor 70
Is attached to the steering mechanism 23.
【００１４】このような電動パワーステアリング装置１
０によれば、運転者がステアリングハンドル１１を操舵
することにより発生した操舵トルクを、入力軸３１及び
ラックアンドピニオン機構３２を介して、ラック軸３５
に伝達することができる。さらには、操舵トルクを操舵
トルクセンサ７０で検出し、この検出信号に基づき制御
手段８１で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操
舵トルクに応じた補助トルクを電動機８２で発生し、補
助トルクをトルクリミッタ９０、歯車式減速機構１１
０、入力軸３１及びラックアンドピニオン機構３２を介
して、ラック軸３５に伝達することができる。従って、
運転者の操舵トルクに電動機８２の補助トルクを加えた
複合トルクにより、ラック軸３５及び左右のタイロッド
３７，３７を介して、左右の操舵輪２１，２１を操舵す
ることができる。Such an electric power steering device 1
0, the steering torque generated by the driver steering the steering handle 11 is transmitted to the rack shaft 35 via the input shaft 31 and the rack and pinion mechanism 32.
Can be transmitted to Further, a steering torque is detected by a steering torque sensor 70, a control signal is generated by a control means 81 based on the detection signal, and an auxiliary torque corresponding to the steering torque is generated by an electric motor 82 based on the control signal. To the torque limiter 90, the gear type reduction mechanism 11
0, the input shaft 31 and the rack and pinion mechanism 32 can be transmitted to the rack shaft 35. Therefore,
The left and right steered wheels 21 and 21 can be steered via the rack shaft 35 and the left and right tie rods 37 and 37 by the combined torque obtained by adding the assist torque of the electric motor 82 to the steering torque of the driver.
【００１５】図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る操舵ト
ルクセンサの原理図である。操舵トルクセンサ７０は、
鉄鋼材のように磁歪特性を有する入力軸３１にトルクが
作用したときに、このトルクに応じて生じる磁歪効果を
電気コイルにて電気磁気的に検出する、磁歪式トルクセ
ンサである。このような磁歪式トルクセンサは、特開平
６−２２１９４０号公報「磁歪式トルクセンサ」に示さ
れるように、公知のセンサである。以下、操舵トルクセ
ンサ７０の概要について説明する。FIGS. 2A and 2B are principle diagrams of the steering torque sensor according to the present invention. The steering torque sensor 70 is
This is a magnetostrictive torque sensor that, when a torque acts on an input shaft 31 having a magnetostrictive characteristic such as a steel material, a magnetostrictive effect generated according to the torque is electromagnetically detected by an electric coil. Such a magnetostrictive torque sensor is a known sensor as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-221940, “Magnetostrictive Torque Sensor”. Hereinafter, the outline of the steering torque sensor 70 will be described.
【００１６】（ａ）に示す操舵トルクセンサ７０は、概
ね８の字状に形成した励磁コイル７１と、励磁コイル７
１とほぼ同様の大きさで概ね８の字状に形成した検出コ
イル７２とを、ほぼ同心上に互いに略直交させて重ね、
これらの励磁・検出コイル７１，７２を１組の磁気ヘッ
ド７３として、入力軸３１の外周面の近傍に配置したも
のである。すなわち、入力軸３１の外周面に対向して、
概ね８の字状の励磁コイル７１を配置し、この励磁コイ
ル７１に概ね８の字状の検出コイル７２を９０゜位相を
変えた状態で重ね合わせた。この場合、励磁コイル７１
をなす８の字状の直線部分を、入力軸３１の外周にほぼ
平行又は軸方向にほぼ平行にして配置する。７４は励磁
電圧供給源、７５は出力電圧増幅器である。A steering torque sensor 70 shown in FIG. 1A has an excitation coil 71 formed in an approximately figure eight shape and an excitation coil 7.
A detection coil 72 having a size substantially the same as that of 1 and formed in a figure of eight is superimposed substantially concentrically and substantially orthogonal to each other,
These excitation / detection coils 71 and 72 are arranged as a set of magnetic heads 73 near the outer peripheral surface of the input shaft 31. That is, facing the outer peripheral surface of the input shaft 31,
A substantially figure-shaped excitation coil 71 was arranged, and a substantially figure-shaped detection coil 72 was superimposed on the excitation coil 71 while changing the phase by 90 °. In this case, the exciting coil 71
Are arranged substantially parallel to the outer periphery of the input shaft 31 or substantially parallel to the axial direction. 74 is an excitation voltage supply source, and 75 is an output voltage amplifier.
【００１７】励磁電圧供給源７４から励磁コイル７１に
２０〜１００ｋＨｚ程度の高周波数の交流電圧（励磁電
圧）を供給すれば、トルクに基づく入力軸３１の磁歪効
果に対応して、検出コイル７２にて励磁電圧と同じ周波
数の交流電圧（出力電圧）を得ることができる。出力電
圧は、入力軸３１に作用するトルクの方向によって、励
磁電圧と同相又は逆相になる。このときの出力電圧の振
幅は、トルクの大きさに比例する。従って、励磁電圧の
位相を基準として、出力電圧を同期整流すれば、トルク
の大きさと方向を検出することができる。出力電圧は出
力電圧増幅器７５にて増幅され、操舵トルクセンサ７０
の検出信号として、制御手段８１に発することになる。When a high-frequency AC voltage (excitation voltage) of about 20 to 100 kHz is supplied from the excitation voltage supply source 74 to the excitation coil 71, the detection coil 72 is supplied to the detection coil 72 in response to the magnetostrictive effect of the input shaft 31 based on torque. Thus, an AC voltage (output voltage) having the same frequency as the excitation voltage can be obtained. The output voltage has the same phase or the opposite phase as the excitation voltage depending on the direction of the torque acting on the input shaft 31. The amplitude of the output voltage at this time is proportional to the magnitude of the torque. Therefore, if the output voltage is synchronously rectified with reference to the phase of the excitation voltage, the magnitude and direction of the torque can be detected. The output voltage is amplified by an output voltage amplifier 75 and a steering torque sensor 70
Will be issued to the control means 81 as the detection signal of.
【００１８】（ｂ）に示す操舵トルクセンサ７０は、励
磁・検出コイル７１，７２からなる磁気ヘッド７３を２
組準備し、これら２組の磁気ヘッド７３，７３を、入力
軸３１の外周面の近傍に且つ入力軸３１の軸線の対称位
置に配置したものである。そして、出力電圧増幅器７５
で、検出コイル７２，７２からの出力電圧の差を増幅す
ることにより、入力軸３１と磁気ヘッド７３，７３との
間の間隙の変化や環境温度の変化に対してあまり変化し
ない操舵トルク信号を得ることができる。The steering torque sensor 70 shown in FIG. 2B has a magnetic head 73 comprising excitation / detection coils 71 and 72 connected to two.
A set is prepared, and these two sets of magnetic heads 73, 73 are arranged near the outer peripheral surface of the input shaft 31 and at symmetrical positions with respect to the axis of the input shaft 31. And the output voltage amplifier 75
By amplifying the difference between the output voltages from the detection coils 72, 72, a steering torque signal that does not change much with changes in the gap between the input shaft 31 and the magnetic heads 73, 73 and changes in the environmental temperature is obtained. Obtainable.
【００１９】上記（ａ）や（ｂ）の操舵トルクセンサ７
０を採用することにより、従来の電動パワーステアリン
グ装置において操舵トルクを検出する場合のように、入
力軸３１を長手方向に二分割して、これら分割軸間をト
ーションバーにて連結する必要がない。従って、入力軸
３１を簡素な構成にすることができるとともに、入力軸
３１を十分に長く設定することができる。しかも、図１
に示す入力軸３１に設けたピニオン３３を加工する場合
に、入力軸３１を加工機械にセッテイングすることが容
易であり、加工精度を一層高めることができる。加工精
度が高まると、ピニオン３３とラック３４との噛み合い
精度も高まる。この結果、ラックアンドピニオン機構３
２の動力伝達効率を高めることができる。The steering torque sensor 7 described in the above (a) or (b)
By adopting 0, there is no need to divide the input shaft 31 in the longitudinal direction and connect these divided shafts with a torsion bar as in the case of detecting the steering torque in the conventional electric power steering device. . Therefore, the input shaft 31 can have a simple configuration, and the input shaft 31 can be set sufficiently long. Moreover, FIG.
In the case of processing the pinion 33 provided on the input shaft 31 shown in (1), it is easy to set the input shaft 31 on a processing machine, and the processing accuracy can be further improved. As the processing accuracy increases, the engagement accuracy between the pinion 33 and the rack 34 also increases. As a result, the rack and pinion mechanism 3
2 can improve the power transmission efficiency.
【００２０】図３は本発明に係る電動パワーステアリン
グ装置の全体構成図であり、左端部及び右端部を断面し
て表したものである。この図は、電動パワーステアリン
グ装置１０のラック軸３５を、車幅方向（図左右方向）
に延びるハウジング４１に軸方向へスライド可能に収容
したことを示す。ラック軸３５は、ハウジング４１から
突出した長手方向両端にボールジョイント３６，３６を
ねじ結合し、これらのボールジョイント３６，３６に左
右のタイロッド３７，３７を連結した軸である。ハウジ
ング４１は、図示せぬ車体に取付けるためのブラケット
４２，４２を備える。４３，４３はダストシール用ブー
ツである。FIG. 3 is an overall configuration diagram of the electric power steering device according to the present invention, and shows a left end portion and a right end portion in cross section. In this figure, the rack shaft 35 of the electric power steering device 10 is aligned with the vehicle width direction (right and left direction in the figure).
In the housing 41 extending in the axial direction. The rack shaft 35 is a shaft in which ball joints 36, 36 are screwed to both ends in the longitudinal direction projecting from the housing 41, and left and right tie rods 37, 37 are connected to the ball joints 36, 36. The housing 41 includes brackets 42, 42 for attaching to a vehicle body (not shown). 43, 43 are boots for dust sealing.
【００２１】図４は本発明に係るラック軸周りの平面断
面図である。ハウジング４１は、長手方向一端部の第１
軸受４４と他端部のピニオン３３及び後述するラックガ
イドを介してラック軸３５を軸長手方向へスライド可能
に収容するものである。３８Ａは、ラック軸３５のうち
第１軸受４４にて支承される支承部である。なお、ハウ
ジング４１のピニオン３３に近い側の端部（他端部）に
設けられた第２軸受４５は、ラック軸３５と若干の隙間
δを有しており、ラック軸３５を支承していない。FIG. 4 is a plan sectional view around the rack axis according to the present invention. The housing 41 includes a first end at one end in the longitudinal direction.
The rack shaft 35 is slidably accommodated in the longitudinal direction of the rack via a bearing 44, a pinion 33 at the other end, and a rack guide described later. 38A is a support portion of the rack shaft 35 that is supported by the first bearing 44. The second bearing 45 provided at the end (the other end) of the housing 41 on the side near the pinion 33 has a slight gap δ with the rack shaft 35 and does not support the rack shaft 35. .
【００２２】第１・第２軸受４４，４５は、長手方向端
部にストッパ４４ａ，４５ａを設けたものである。ラッ
ク軸３５が左へ所定量だけスライドすると、右のボール
ジョイント３６の当接端面（ラックエンド）３６ａがス
トッパ４４ａに当る。ラック軸３５が右へ所定量だけス
ライドすると、左のボールジョイント３６の当接端面
（ラックエンド）３６ａがストッパ４５ａに当る。この
ようにしてラック軸３５の移動量を規制することで、左
右の操舵輪２１，２１（図１参照）の最大操舵角を制限
することができる。すなわち、ラック軸３５が移動終端
まで移動したときに、左右の操舵輪２１，２１の操舵角
は最大になり、このとき４６，４６は緩衝材となる。The first and second bearings 44, 45 are provided with stoppers 44a, 45a at their longitudinal ends. When the rack shaft 35 slides to the left by a predetermined amount, the contact end surface (rack end) 36a of the right ball joint 36 hits the stopper 44a. When the rack shaft 35 slides to the right by a predetermined amount, the contact end surface (rack end) 36a of the left ball joint 36 contacts the stopper 45a. By regulating the amount of movement of the rack shaft 35 in this manner, the maximum steering angle of the left and right steered wheels 21 and 21 (see FIG. 1) can be limited. That is, when the rack shaft 35 has moved to the end of movement, the steering angles of the left and right steered wheels 21 and 21 become maximum, and at this time, 46 and 46 serve as cushioning materials.
【００２３】図５は図３の５−５線断面図であり、電動
パワーステアリング装置１０の縦断面構造を示す。電動
パワーステアリング装置１０は、入力軸３１、ラックア
ンドピニオン機構３２、操舵トルクセンサ７０、トルク
リミッタ９０（図１参照）、歯車式減速機構１１０をハ
ウジング４１に収納し、このハウジング４１の上部開口
をリッド４７で塞いだものである。操舵トルクセンサ７
０は、ハウジング４１又はリッド４７に取付けたもので
ある。FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 of FIG. 3, and shows a vertical sectional structure of the electric power steering apparatus 10. As shown in FIG. The electric power steering apparatus 10 houses an input shaft 31, a rack and pinion mechanism 32, a steering torque sensor 70, a torque limiter 90 (see FIG. 1), and a gear type reduction mechanism 110 in a housing 41, and opens an upper opening of the housing 41. It is closed with lid 47. Steering torque sensor 7
Numeral 0 is attached to the housing 41 or the lid 47.
【００２４】ハウジング４１は、入力軸３１の下端部及
び長手中央部を回転可能に支承するための上下２個の軸
受５１，５２と、ラックガイド６０とを備える。５３は
リッド取付ボルト、５４は止め輪である。The housing 41 includes two upper and lower bearings 51 and 52 for rotatably supporting a lower end portion and a longitudinal center portion of the input shaft 31, and a rack guide 60. 53 is a lid mounting bolt, and 54 is a retaining ring.
【００２５】入力軸３１は、下部にピニオン３３を一体
に形成し、さらに下端部にねじ部５５を形成するととも
に、上端部をリッド４７から外方へ突出したピニオン軸
である。ねじ部５５にナット５６をねじ込み、袋ナット
５７を介して軸受５１の外輪をハウジング４１に固定す
ることにより、入力軸３１の長手方向（軸方向）の移動
を規制することができる。５８はオイルシール、５９は
スペーサである。The input shaft 31 is a pinion shaft integrally formed with a pinion 33 at a lower portion, a screw portion 55 at a lower end portion, and an upper end portion projecting outward from a lid 47. By screwing the nut 56 into the screw portion 55 and fixing the outer ring of the bearing 51 to the housing 41 via the cap nut 57, the movement of the input shaft 31 in the longitudinal direction (axial direction) can be restricted. 58 is an oil seal and 59 is a spacer.
【００２６】ラック３４は、ラック軸３５に一体に形成
したものである。ラックガイド６０は、ラック３４の反
対側からラック軸３５に当てるガイド部６１と、このガ
イド部６１を圧縮ばね６２を介して押す調整ボルト６３
とからなる。このようなラックガイド６０によれば、ハ
ウジング４１にねじ込んだ調整ボルト６３にて、圧縮ば
ね６２を介してガイド部６１を適切な押圧力で押すこと
で、ガイド部６１でラック３４に予圧を与えて、ラック
３４をピニオン３３に押し付けることができる。６４は
ラック軸３５の背面を滑らせる当て部材、６５はロック
ナットである。The rack 34 is formed integrally with a rack shaft 35. The rack guide 60 includes a guide portion 61 that contacts the rack shaft 35 from the opposite side of the rack 34, and an adjustment bolt 63 that presses the guide portion 61 via a compression spring 62.
Consists of According to such a rack guide 60, a preload is applied to the rack 34 by the guide portion 61 by pressing the guide portion 61 with an appropriate pressing force via the compression spring 62 by the adjusting bolt 63 screwed into the housing 41. Thus, the rack 34 can be pressed against the pinion 33. 64 is a contact member for sliding the back surface of the rack shaft 35, and 65 is a lock nut.
【００２７】ところで、上記操舵トルクセンサ７０につ
いては、次のような構成にすることができる。すなわ
ち、入力軸３１に、作用トルクに応じて磁歪特性が変化
する磁歪膜７７を所定幅で全周にわたって設け、この磁
歪膜７７に対向して、上記図２に示す励磁・検出コイル
７１，７２を配置する。入力軸３１を介して磁歪膜７７
にトルクが作用したときに、このトルクに応じて磁歪膜
７７に生じる磁歪効果を、検出コイル７２にて電気磁気
的に検出することができる。磁歪膜７７は、例えば、入
力軸３１に気相メッキ法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金
膜からなる、強磁性体膜である。Incidentally, the steering torque sensor 70 can be configured as follows. That is, the input shaft 31 is provided with a magnetostrictive film 77 of which the magnetostriction characteristic changes in accordance with the applied torque over the entire circumference with a predetermined width, and opposes the magnetostrictive film 77 to the excitation / detection coils 71 and 72 shown in FIG. Place. Magnetostrictive film 77 via input shaft 31
When the torque acts on the magnetostrictive film 77, the magnetostrictive effect generated in the magnetostrictive film 77 according to the torque can be electromagnetically detected by the detection coil 72. The magnetostrictive film 77 is, for example, a ferromagnetic film made of a Ni—Fe alloy film formed on the input shaft 31 by a vapor phase plating method.
【００２８】図６は図５の６−６線断面図であり、入力
軸３１と電動機８２とトルクリミッタ９０と歯車式減速
機構１１０との関係を示す。電動機８２は、回転センサ
にレゾルバを有したブラシレスモータであり、出力軸８
３を横向きにしてハウジング４１に取付け、ハウジング
４１内に出力軸８３を延したものである。FIG. 6 is a sectional view taken along the line 6-6 in FIG. 5, and shows the relationship among the input shaft 31, the electric motor 82, the torque limiter 90, and the gear type reduction mechanism 110. The electric motor 82 is a brushless motor having a rotation sensor having a resolver, and the output shaft 8
3 is attached to the housing 41 in a horizontal direction, and the output shaft 83 is extended inside the housing 41.
【００２９】歯車式減速機構１１０は、電動機８２で発
生した補助トルクを入力軸３１に伝達するトルク伝達手
段であって、駆動ギヤと従動ギヤの組合せ構造である、
ウォームギヤ機構からなる。詳述すると、歯車式減速機
構１１０は、電動機８２の出力軸８３にトルクリミッタ
９０を介して連結した伝動軸１１１と、伝動軸１１１に
形成したウォーム１１２と、ウォーム１１２に噛み合う
とともに入力軸３１に結合したウォームホイール１１３
とからなる。電動機８２の補助トルクを、大きな減速比
にて倍力して入力軸３１を介してラックアンドピニオン
機構３２（図１参照）に伝達することができる。The gear type reduction mechanism 110 is a torque transmission means for transmitting the auxiliary torque generated by the electric motor 82 to the input shaft 31 and has a combined structure of a drive gear and a driven gear.
It consists of a worm gear mechanism. More specifically, the gear-type reduction mechanism 110 includes a transmission shaft 111 connected to the output shaft 83 of the electric motor 82 via the torque limiter 90, a worm 112 formed on the transmission shaft 111, and a mesh with the worm 112 and the input shaft 31. Combined worm wheel 113
Consists of The auxiliary torque of the electric motor 82 can be boosted at a large reduction ratio and transmitted to the rack and pinion mechanism 32 (see FIG. 1) via the input shaft 31.
【００３０】伝動軸１１１は、出力軸８３と同心上に配
置し、２個の軸受１１４，１１５を介してハウジング４
１にて回転可能に支承した軸である。ハウジング４１
は、出力軸８３に近い位置にある第１軸受１１４を軸方
向移動不能に取付け、出力軸８３から遠い位置にある第
２軸受１１５を軸方向移動可能に嵌合したものである。
さらには、第２軸受１１５の外輪の端面を、板ばね１１
６を介して調整ボルト１１７で出力軸８３側に押してい
る。調整ボルト１１７と薄板円盤状の板ばね１１６の押
圧力にて、第１・第２軸受１１４，１１５に予圧を与え
ることで、伝動軸１１１の軸方向の遊びがないように調
整する、すなわち、ガタ取りすることができる。しか
も、ウォーム１１２の軸方向変位を調整して、ウォーム
１１２とウォームホイール１１３の噛み合いを、適切な
摩擦を保ちつつガタが無いように調整することができ
る。また、板ばね１１６の弾性力により、伝動軸１１１
の軸方向の熱膨張等を吸収することができる。１１８は
ロックナット、１１９は止め輪である。The transmission shaft 111 is arranged concentrically with the output shaft 83, and is connected to the housing 4 via two bearings 114 and 115.
1 is a shaft rotatably supported. Housing 41
The first bearing 114 is located near the output shaft 83 so as not to move in the axial direction, and the second bearing 115 located far from the output shaft 83 is fitted so as to move in the axial direction.
Further, the end surface of the outer ring of the second bearing 115 is
6 is pushed toward the output shaft 83 by the adjustment bolt 117. By applying a preload to the first and second bearings 114 and 115 with the pressing force of the adjusting bolt 117 and the thin disk-shaped leaf spring 116, the transmission shaft 111 is adjusted so that there is no play in the axial direction. You can play back. In addition, by adjusting the axial displacement of the worm 112, the mesh between the worm 112 and the worm wheel 113 can be adjusted so that there is no backlash while maintaining appropriate friction. Further, the transmission shaft 111 is moved by the elastic force of the leaf spring 116.
Can absorb thermal expansion in the axial direction. Reference numeral 118 denotes a lock nut, and 119 denotes a retaining ring.
【００３１】図７は本発明に係るトルクリミッタの断面
図である。本発明は、電動機８２と歯車式減速機構１１
０との間にトルクリミッタ９０を介在させたことを特徴
とする。トルクリミッタ９０は、電動機８２の出力軸８
３にセレーション結合したインナ部材９１を、伝動軸１
１１にセレーション結合した筒状のアウタ部材９３に嵌
合したトルク制限機構である。FIG. 7 is a sectional view of a torque limiter according to the present invention. The present invention relates to an electric motor 82 and a gear type reduction mechanism 11.
0, and a torque limiter 90 is interposed therebetween. The torque limiter 90 is connected to the output shaft 8 of the electric motor 82.
3, the inner member 91 serrated to the transmission shaft 1
11 is a torque limiting mechanism fitted to a cylindrical outer member 93 serrated and coupled to the outer member 93.
【００３２】インナ部材９１は外周面９２を、伝動軸１
１１の先端に向って先細りテーパとした雄部材である。
アウタ部材９３は内周面９４を、インナ部材９１の外周
面９２が嵌合するべく先広がりテーパとした雌部材であ
る。テーパ状の外周面９２をテーパ状の内周面９４に嵌
合し、インナ部材９１の後端面９５を皿ばね９６で弾発
しつつ止め輪９７で抜け止めすることで、トルクリミッ
タ９０を組立ることができる。１０１はスペーサ、１０
２はワッシャ、１０３は皿ばねである。The inner member 91 is formed on the outer peripheral surface 92 by the transmission shaft 1.
11 is a male member having a tapered shape toward the front end.
The outer member 93 is a female member having an inner peripheral surface 94 tapered forward so that the outer peripheral surface 92 of the inner member 91 fits. The torque limiter 90 is assembled by fitting the tapered outer peripheral surface 92 to the tapered inner peripheral surface 94 and retaining the rear end surface 95 of the inner member 91 with the retaining ring 97 while resiliently projecting with the disc spring 96. be able to. 101 is a spacer, 10
2 is a washer and 103 is a disc spring.
【００３３】皿ばね９６の弾発力で、外周面９２を内周
面９４に押し付けて予圧を与えることにより、外周面９
２を内周面９４に所定の摩擦力を有して、連結すること
ができる。このようなトルクリミッタ９０であるから、
所定の摩擦力を上回る大きなトルクが作用すると、外周
面９２と内周面９４との間がスリップする。この結果、
電動機８２から歯車式減速機構１１０へ伝達する補助ト
ルクを制限、すなわち、オーバートルクをカットするこ
とができる。従って、電動機８２に過大なトルクが発生
することはなく、また、負荷側に過大なトルクが伝わる
こともない。The outer peripheral surface 92 is pressed against the inner peripheral surface 94 by the elastic force of the disc spring 96 to apply a preload to the outer peripheral surface 9.
2 can be connected to the inner peripheral surface 94 with a predetermined frictional force. Since such a torque limiter 90 is used,
When a large torque exceeding a predetermined frictional force acts, the outer peripheral surface 92 and the inner peripheral surface 94 slip. As a result,
The auxiliary torque transmitted from the electric motor 82 to the gear-type reduction mechanism 110 can be limited, that is, the overtorque can be cut. Therefore, no excessive torque is generated in the electric motor 82, and no excessive torque is transmitted to the load side.
【００３４】さらには、インナ部材９１をアウタ部材９
３にテーパにて嵌合したので、両者の組立精度は高く、
心合せも容易である。従って、出力軸８３に対する伝動
軸１１１の組立精度は高く、心合せも容易である。ま
た、比較的高速回転する電動機８２と歯車式減速機構１
１０との間に、トルクリミッタ９０を介在させたので、
トルクリミッタ９０が小さくてすみ、トルクリミッタ９
０の小型化、低コスト化を図ることができる。小型のト
ルクリミッタ９０であるから配置スペースが少なくてす
むので、ハウジング４１に収納することが容易である。Further, the inner member 91 is connected to the outer member 9.
3 is fitted with a taper, the assembly accuracy of both is high,
Alignment is also easy. Accordingly, the assembly accuracy of the transmission shaft 111 with respect to the output shaft 83 is high, and the alignment is easy. In addition, the motor 82 and the gear type reduction mechanism 1
10 and the torque limiter 90 is interposed between
The torque limiter 90 can be small, and the torque limiter 9 can be used.
0 can be reduced in size and cost. Since the small torque limiter 90 requires a small space for arrangement, it can be easily housed in the housing 41.
【００３５】図８（ａ），（ｂ）は本発明に係るラック
軸の構成図であって、（ａ）はラック軸３５の斜視図、
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。（ａ）に示す
ように、ラック軸３５は直径Ｄ１の丸棒であって、長手
途中にラック３４を形成したものである。より具体的に
はラック軸３５に、図４に示す第１軸受４４を介してハ
ウジング４１に支承される支承部３８Ａと、ラック３４
を形成するラック形成部３９とを設けた。ラック形成部
３９の長さＭは、操舵輪２１，２１（図１参照）を左右
に最大操舵角だけ操舵するために所定量だけスライド可
能な長さである。Ｒ１はラック軸３５の支承部３８Ａに
おける中心である。FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the configuration of a rack shaft according to the present invention, wherein FIG.
(B) is a sectional view taken along line bb of (a). As shown in (a), the rack shaft 35 is a round bar having a diameter D1 and the rack 34 is formed in the middle of the longitudinal direction. More specifically, a support part 38A supported on the housing 41 via the first bearing 44 shown in FIG.
Is formed. The length M of the rack forming portion 39 is a length that can be slid by a predetermined amount in order to steer the steered wheels 21 and 21 (see FIG. 1) right and left by the maximum steering angle. R1 is the center of the support portion 38A of the rack shaft 35.
【００３６】本発明は（ｂ）に示すように、ラック軸３
５に形成したラック３４の歯幅Ｗ１を、支承部３８Ａの
径Ｄ１よりも大きく設定したことを特徴とする（Ｗ１＞
Ｄ１）。ラック形成部３９は、ラック形成面を平坦にし
た略半円状断面を呈するとともに、歯幅Ｗ１を大きくし
た分に見合うだけ肉厚Ｔ１を小さくしたものである。肉
厚Ｔ１は、ラック３４の歯先からラック軸３５の背面ま
での厚みであり、当然のことながら、径Ｄ１よりも小さ
い（Ｔ１＜Ｄ１）。このように、ラック軸３５のうちラ
ック３４の歯幅Ｗ１だけを大きくしたので、ラック軸３
５の重量を抑制することができる。ラック軸３５の製造
方法は、例えば鍛造による。According to the present invention, as shown in FIG.
5, the tooth width W1 of the rack 34 is set to be larger than the diameter D1 of the support portion 38A (W1>).
D1). The rack forming portion 39 has a substantially semicircular cross section in which the rack forming surface is flat, and the thickness T1 is reduced as much as the increased tooth width W1. The thickness T1 is a thickness from the tooth tip of the rack 34 to the back surface of the rack shaft 35, and is naturally smaller than the diameter D1 (T1 <D1). Since only the tooth width W1 of the rack 34 of the rack shaft 35 is increased in this manner, the rack shaft 3
5 can be reduced. The method of manufacturing the rack shaft 35 is, for example, by forging.
【００３７】図９（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るラック
軸の製造手順図であり、ラック軸３５を鍛造にて製造し
た場合の軸断面を示す。ラック軸３５を製造するには、
先ず（ａ）において、鉄鋼材からなる丸棒３５Ａのう
ち、ラックを形成する部分３９のみを想像線にて示す略
半円断面形状になるまで鍛造で成形する。丸棒３５Ａの
うち、ラックを形成する部分３９の背面３９ａから後部
までの断面積Ａ１は、ラックを形成する部分３９の突出
した下部３９ｂ又は上部３９ｃの断面積Ａ２に概ね相当
する。すなわち、ラックを形成する部分３９を幅Ｗ０に
鍛造することによって、断面積Ａ１と断面積Ａ２とが概
ね同一になり、その結果、厚みＴ２が定まる。従って、
実線にて示す丸棒３５Ａの断面積に対して、想像線にて
示すラックを形成する部分３９の断面積はほとんど同一
であり、ラックを形成する部分３９の幅Ｗ０が丸棒３５
Ａの径より大きいにもかかわらず、ラック軸３５の重量
はほとんど変わらない。FIGS. 9A to 9C are manufacturing procedure diagrams of the rack shaft according to the present invention, and show the shaft cross section when the rack shaft 35 is manufactured by forging. To manufacture the rack shaft 35,
First, in (a), of the round bar 35A made of a steel material, only the portion 39 forming the rack is formed by forging until it has a substantially semicircular cross-sectional shape indicated by an imaginary line. Of the round bar 35A, the cross-sectional area A1 from the rear surface 39a of the portion 39 forming the rack to the rear portion substantially corresponds to the cross-sectional area A2 of the lower portion 39b or the upper portion 39c of the portion 39 forming the rack. That is, by forging the portion 39 forming the rack to the width W0, the cross-sectional area A1 and the cross-sectional area A2 become substantially the same, and as a result, the thickness T2 is determined. Therefore,
The cross-sectional area of the part 39 forming the rack shown by the imaginary line is almost the same as the cross-sectional area of the round bar 35A shown by the solid line, and the width W0 of the part 39 forming the rack is equal to the round bar 35A.
Despite being larger than the diameter of A, the weight of the rack shaft 35 hardly changes.
【００３８】鍛造によって得られた、ラックを形成する
部分３９の断面形状を（ｂ）に示す。その後、（ｃ）に
おいて、ラックを形成する部分３９の全表面を切削加工
により滑らかにするとともに、平坦面（ラック形成面）
３９ｄに歯切盤による切削加工や転造加工等でラック３
４を形成して、作業を完了する。The cross-sectional shape of the portion 39 forming the rack obtained by forging is shown in FIG. Thereafter, in (c), the entire surface of the portion 39 forming the rack is smoothed by cutting, and a flat surface (rack forming surface) is formed.
39d rack 3 by cutting or rolling with a gear cutting machine
Form 4 to complete the operation.
【００３９】図１０（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るラッ
クアンドピニオン機構の構成図である。なお、理解を容
易にするために、ラック３４よりも図手前側にピニオン
３３を配置して表した。Ｌ１はピニオンの中心、Ｒ２は
ラックの歯面に直角な線である。FIGS. 10A to 10D are configuration diagrams of a rack and pinion mechanism according to the present invention. In addition, in order to facilitate understanding, the pinion 33 is arranged on the front side of the figure relative to the rack 34. L1 is the center of the pinion, and R2 is a line perpendicular to the tooth surface of the rack.
【００４０】（ａ）は、ラックアンドピニオン機構３２
のピニオン３３並びにラック３４を「はすば歯車（ヘリ
カルギヤ）」としたことを示す。すなわち、ピニオン３
３は、はすばピニオンであり、ラック３４は、はすばラ
ックである。例えば、ピニオン３３をなす「はすば歯
車」とは、（ｂ）に示すように、基準ピッチ面となる円
筒３３ａの周面と歯面３３ｂとの交線である、歯すじ３
３ｃが、所定のねじれ角θを有したつる巻線である、円
筒歯車を言う。「ねじれ角θ」とは、つる巻線３３ｄと
つる巻線３３ｄを考える円筒３３ａの母線３３ｅとのな
す、鋭角θを言う。(A) shows the rack and pinion mechanism 32
The pinion 33 and the rack 34 are "helical gears" (helical gears). That is, the pinion 3
Numeral 3 is a helical pinion, and rack 34 is a helical rack. For example, the “helical gear” forming the pinion 33 is, as shown in (b), a tooth line 3 which is an intersection line between the peripheral surface of the cylinder 33a serving as a reference pitch surface and the tooth surface 33b.
3c is a cylindrical gear having a helical winding having a predetermined twist angle θ. The “torsion angle θ” is an acute angle θ formed between the helical winding 33d and the bus 33e of the cylinder 33a considering the helical winding 33d.
【００４１】（ｃ）は、ラック３４をなす「はすば歯
車」の部分拡大斜視図であり、はすば歯車のねじれ角
が、ピニオン３３をなす「はすば歯車」のねじれ角θと
同一であることを示す。本発明は、ピニオン３３並びに
ラック３４をなす、はすば歯車のねじれ角θを、はすば
歯車の摩擦角を越えない範囲に設定したことを特徴とす
る。その理由については後述する。FIG. 3C is a partially enlarged perspective view of the "helical gear" forming the rack 34. The torsion angle of the "helical gear" forming the pinion 33 is different from that of the "helical gear". Indicates that they are the same. The present invention is characterized in that the torsion angle θ of the helical gear forming the pinion 33 and the rack 34 is set so as not to exceed the friction angle of the helical gear. The reason will be described later.
【００４２】（ｄ）は、ピニオン３３並びにラック３４
をなす「はすば歯車」の歯形の拡大断面図であり、はす
ば歯車の歯形が円弧歯形であることを示す。円弧歯形の
歯車については、「［新しい歯車とその応用］円弧歯形
歯車」（機械設計・第２６巻第３号（１９８２年３月
号）第４７頁〜第５１頁、日刊工業新聞社発行）の文献
等によって知られている。以下、円弧歯形の概要につい
て説明する。(D) shows the pinion 33 and the rack 34
2 is an enlarged cross-sectional view of the tooth profile of the “helical gear”, which shows that the tooth profile of the helical gear is an arc tooth profile. For details on the arc gear, see "[New Gears and Their Applications] Arc Gear" (Mechanical Design, Vol. 26, No. 3, March 1982, pp. 47-51, published by Nikkan Kogyo Shimbun). Are known from the literature. Hereinafter, the outline of the arc tooth profile will be described.
【００４３】円弧歯形の歯車とは、１組の歯車のうち、
少なくとも一方の歯車の歯末の面を、基準ピッチ線Ｐｉ
上をほぼ中心とする円弧面に形成し、少なくとも他方の
歯車の歯元の面を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とす
る円弧面に形成した、円弧歯形を有する歯車であって、
Ｗ／Ｎ歯車とも言う。円弧歯形の歯車には、対称形の円
弧歯形と非対称形の円弧歯形がある。ここで、歯元の面
とは、歯底曲面と基準ピッチ線Ｐｉとの間にある歯面の
部分であり、歯末の面とは、歯先曲面と基準ピッチ線Ｐ
ｉとの間にある歯面の部分である。An arcuate gear is defined as one of a pair of gears.
At least one of the gear tooth flank surfaces is referred to as a reference pitch line Pi.
A gear having an arcuate tooth shape formed on an arc surface having a substantially center on the top, and at least a tooth root surface of the other gear formed on an arc surface having a center on a reference pitch line Pi,
Also called W / N gear. The arc-shaped gears include a symmetrical arc-shaped gear and an asymmetrical arc-shaped gear. Here, the root surface is a portion of the tooth surface between the root surface and the reference pitch line Pi, and the apical surface is the tooth tip surface and the reference pitch line P
i is the portion of the tooth surface between the i.
【００４４】ピニオン３３において、対称形の円弧歯形
とは、（ｄ）に示すように、歯末の面３３ｆを円弧面に
形成するとともに歯元の面３３ｇも円弧面に形成、すな
わち、歯末の面３３ｆと歯元の面３３ｇとを、基準ピッ
チ線Ｐｉに対してほぼ点対称形の円弧面に形成した円弧
歯形であり、例えば、ノビコフ歯車第３種やシンマーク
歯車がある。ｒは円弧面の半径である。ラック３４にお
ける、対称形の円弧歯形も、上記ピニオン３３における
対称形の円弧歯形と同一であって、歯末の面３４ａと歯
元の面３４ｂとを、基準ピッチ線Ｐｉに対してほぼ点対
称形の円弧面に形成したものである。In the pinion 33, the symmetrical arc tooth shape means that the tooth tip surface 33f is formed in an arc surface and the tooth root surface 33g is also formed in an arc surface as shown in FIG. The surface 33f and the surface 33g of the tooth root are formed in an arc surface substantially point-symmetrical with respect to the reference pitch line Pi, and examples thereof include Novikov gear type 3 and shinmark gear. r is the radius of the arc surface. The symmetrical arc tooth profile of the rack 34 is also the same as the symmetric arc tooth profile of the pinion 33, and the tip end surface 34a and the root surface 34b are substantially point-symmetric with respect to the reference pitch line Pi. It is formed on a circular arc surface of the shape.
【００４５】一方、非対称形の円弧歯形とは、１組の歯
車のうち、一方の歯車の歯を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほ
ぼ中心とする歯末円弧だけで形成し、他方の歯車の歯
を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とする歯元円弧だけ
で形成した円弧歯形であり、例えば、ノビコフ歯車第
１，２種やサーカーク歯車がある。本発明においては、
はすば歯車の歯形を、対称形の円弧歯形にすることが、
より好ましい。On the other hand, the asymmetrical arc tooth shape is defined as that one of the gears has a tooth formed by only an addendum arc substantially centered on the reference pitch line Pi and a tooth of the other gear. Is an arc tooth profile formed only by a root arc that is substantially centered on the reference pitch line Pi, and includes, for example, Novikov Gears 1 and 2 and Sirkirk Gear. In the present invention,
To make the helical gear tooth profile a symmetrical arc tooth profile,
More preferred.
【００４６】インボリュート歯形の正面歯形は、凸歯面
と凸歯面との噛み合いである。これに対して本発明は、
はすば歯車の歯形を円弧歯形にした。円弧歯形の正面歯
形は、凹歯面と凸歯面との噛み合いである。歯すじ方向
の相対曲率半径が大きいので、負荷が作用したときに
は、接触線が大きな面積を有した領域となる。一般に、
円弧歯形の強度はインボリュート歯車に比べて、表面の
面圧が減少するので表面疲れ強さが６〜７倍、また、曲
げ強さが１．５〜１．６倍、曲げ疲れ強さが１．５〜
１．６倍である。The front tooth profile of the involute tooth profile is an engagement between the convex tooth surfaces. In contrast, the present invention
The tooth profile of the helical gear is an arc tooth profile. The front tooth profile of the arc tooth profile is an engagement between the concave tooth surface and the convex tooth surface. Since the relative radius of curvature in the tooth ridge direction is large, when a load is applied, the contact line becomes a region having a large area. In general,
As compared with the involute gear, the arc tooth profile has a surface fatigue strength of 6 to 7 times as compared with the involute gear, and a surface fatigue strength of 6 to 7 times, a bending strength of 1.5 to 1.6 times, and a bending fatigue strength of 1 times. .5-
1.6 times.
【００４７】ピニオン３３並びにラック３４を上述の円
弧歯形のはすば歯車にしたことにより、これらの歯車の
強度をより一層高めることができ、例えば、次のような
ときに効果を発揮する。左右の操舵輪を最大操舵角まで
操舵したとき、すなわち、図４においてラック軸３５が
移動終端まで移動したとき、左のボールジョイント３６
がストッパ４５ａに当ったり、右のボールジョイント３
６がストッパ４４ａに当たることで、ラック３４（図１
参照）は即時に停止する。このとき、通常の操舵時より
も、モータの慣性トルクにより極めて大きなトルクが、
ピニオン３３（図１参照）とラック３４とに作用する。
このような場合であっても、強度を高めたピニオン３３
並びにラック３４は、大トルクを十分に受けることがで
きる。By forming the pinion 33 and the rack 34 as helical gears having the above-mentioned arc-tooth shape, the strength of these gears can be further increased. For example, the following effects are exhibited. When the left and right steered wheels are steered to the maximum steering angle, that is, when the rack shaft 35 moves to the end of movement in FIG.
Hits the stopper 45a and the right ball joint 3
When the rack 6 (FIG. 1)
Stop immediately). At this time, an extremely large torque due to the inertia torque of the motor than during normal steering,
It acts on the pinion 33 (see FIG. 1) and the rack 34.
Even in such a case, the pinion 33 with increased strength
In addition, the rack 34 can sufficiently receive a large torque.
【００４８】次に、上記構成のラック軸３５の作用を、
図８及び図１１に基づき説明する。図１１（ａ）〜
（ｃ）はラック軸の比較例図である。（ａ）に示す比較
例のラック軸３５ｘは、図示せぬハウジングにて支承さ
れる支承部３８ｘと、ラック３４ｘを形成するラック形
成部３９ｘとを設けた、ストレート状の丸棒である。支
承部３８ｘは直径Ｄ１の円形断面を呈する。Ｍはラック
形成部３９ｘの長さ、Ｒ１は円形断面の中心である。Next, the operation of the rack shaft 35 having the above configuration will be described.
This will be described with reference to FIGS. FIG.
(C) is a comparative example diagram of a rack shaft. The rack shaft 35x of the comparative example shown in (a) is a straight round bar provided with a support portion 38x supported by a housing (not shown) and a rack forming portion 39x forming the rack 34x. The bearing 38x has a circular cross section with a diameter D1. M is the length of the rack forming portion 39x, and R1 is the center of the circular cross section.
【００４９】（ｂ）は上記（ａ）のｂ−ｂ線断面図であ
って、更にラック３４ｘにピニオン３３ｘを噛み合わせ
た状態を示す。この図は、ラック形成部３９ｘの軸直角
断面を上記支承部３８ｘと同径の円形断面とし、この円
形断面の中心Ｒ１からラック３４ｘの基準ピッチ線Ｐｉ
までの距離Ｚを所定寸法に設定したときに、この所定寸
法によってラック３４ｘの歯幅Ｗ２が自ずから定まるこ
とを示す。当然のことながら、歯幅Ｗ２は支承部３８ｘ
の直径Ｄ１よりも小さい（Ｗ２＜Ｄ１）。ピニオン３３
ｘのピッチ円直径はｄ２、ピニオン３３ｘの中心Ｌ１か
らラック軸３５ｘの中心Ｒ１までの距離はＹ１である。(B) is a sectional view taken along the line bb of (a), showing a state in which a pinion 33x is further engaged with the rack 34x. In this figure, a cross section perpendicular to the axis of the rack forming portion 39x is a circular cross section having the same diameter as the support portion 38x, and a reference pitch line Pi of the rack 34x is measured from the center R1 of the circular cross section.
This indicates that when the distance Z up to the predetermined dimension is set to the predetermined dimension, the tooth width W2 of the rack 34x is naturally determined by the predetermined dimension. As a matter of course, the tooth width W2 is equal to the bearing 38x.
(W2 <D1). Pinion 33
The pitch circle diameter of x is d2, and the distance from the center L1 of the pinion 33x to the center R1 of the rack shaft 35x is Y1.
【００５０】ここで、（ｂ）に示すラック形成部３９ｘ
の軸直角断面において、ラック３４ｘの基準ピッチ線Ｐ
ｉを通るラック歯幅方向の両端位置を点Ｏ1及び点Ｏ2と
し、また、点Ｏ2を通り基準ピッチ線Ｐｉに直角な直線
とラック形成部３９ｘの外周面（円弧）との交点を点Ｏ
3とする。点Ｏ3は点Ｏ１と円形断面の中心Ｒ１とを通る
直線と交わる。この結果、点Ｏ1，点Ｏ2，Ｏ3からなる
△Ｏ1Ｏ2Ｏ3は直角三角形である。Ｏ1Ｏ2間の距離はＷ
２、Ｏ2Ｏ3間の距離は２×Ｚ、Ｏ1Ｏ3間の距離はＤ１で
ある。（ｃ）は上記（ｂ）に示す直角三角形△Ｏ1Ｏ2Ｏ
3を取り出して表したものである。直角三角形△Ｏ1Ｏ2
Ｏ3の各辺の寸法関係は、次の（１）式の通りであり
る。従って、Here, the rack forming portion 39x shown in FIG.
At a cross section perpendicular to the axis, the reference pitch line P of the rack 34x
The both end positions in the width direction of the rack passing through i are defined as points O 1 and O 2 , and the intersection of the straight line passing through the point O 2 and perpendicular to the reference pitch line Pi and the outer peripheral surface (arc) of the rack forming portion 39 x is defined as Point O
Assume 3 . Point O 3 intersects the straight line passing through the center R1 of the point O1 and a circular cross-section. As a result, the point O 1, consisting of the points O 2, O 3 △ O 1 O 2 O 3 is a right triangle. The distance between O 1 O 2 is W
2. The distance between O 2 O 3 is 2 × Z, and the distance between O 1 O 3 is D1. (C) is a right triangle shown in the above (b) {O 1 O 2 O
3 is taken out and represented. Right angle triangle O 1 O 2
The dimensional relationship of each side of O 3 is as shown in the following equation (1). Therefore,
【００５１】[0051]
【数１】 (Equation 1)
【００５２】これに対して、上記図８（ｂ）に示す本発
明は上述のように、ラック３４の歯幅Ｗ１が支承部３８
Ａの径Ｄ１よりも大きい（Ｗ１＞Ｄ１）。本発明の支承
部３８Ａの径Ｄ１が、上記図１０に示す比較例の支承部
３８ｘの径Ｄ１と同一であるとすれば、本発明のラック
３４の歯幅Ｗ１は上記比較例のラック３４ｘの歯幅Ｗ２
よりも大きい（Ｗ１＞Ｗ２）。On the other hand, in the present invention shown in FIG. 8B, as described above, the tooth width W1 of the rack 34 is
It is larger than the diameter D1 of A (W1> D1). Assuming that the diameter D1 of the bearing 38A of the present invention is the same as the diameter D1 of the bearing 38x of the comparative example shown in FIG. 10, the tooth width W1 of the rack 34 of the present invention is equal to that of the rack 34x of the comparative example. Tooth width W2
(W1> W2).
【００５３】以上の説明をまとめると、本発明は上記図
８（ｂ）において、ラック形成部３９の軸直角断面を、
支承部３８Ａにおける中心Ｒ１と同心で、且つ、支承部
３８Ａと同径（直径Ｄ１）の円形断面と仮定し、この円
形断面の中心Ｒ１からラック３４の基準ピッチ線Ｐｉま
での距離Ｚを所定寸法に設定したときに、この所定寸法
によって定まるラック３４の仮定の歯幅Ｗ２よりも実際
のラック３４の歯幅Ｗ１が大きくなるように、ラック形
成部３９を形成したことになる。この実施の形態におい
ては、本発明の歯幅Ｗ１を比較例の歯幅Ｗ２のほぼ１．
５倍に設定した。To summarize the above description, according to the present invention, the cross section perpendicular to the axis of the rack forming portion 39 in FIG.
Assuming a circular section having the same diameter (diameter D1) as that of the support section 38A and concentric with the center R1 of the support section 38A, the distance Z from the center R1 of the circular section to the reference pitch line Pi of the rack 34 is a predetermined dimension. Means that the rack forming portion 39 is formed so that the actual tooth width W1 of the rack 34 is larger than the assumed tooth width W2 of the rack 34 determined by the predetermined dimension. In this embodiment, the tooth width W1 of the present invention is set to be approximately 1.1 of the tooth width W2 of the comparative example.
It was set to 5 times.
【００５４】このように、ラック３４の歯幅Ｗ１を大き
く設定したので、ラック３４の機械的強度（曲げ強さや
面圧強さ）は大幅に高まる。一方、ラック軸３５のうち
ラック３４が無い部分は、操舵輪を操舵するべくスライ
ドする機能が必要であることに着目して、従来と同様の
剛性を有するものであればよい。このため、ラック軸３
５のうちラック３４の歯幅Ｗ１だけを大きく設定し、そ
の分だけ肉厚Ｔ１を小さくした。ピッチ円直径ｄ２及び
距離Ｙ１が一定であり、しかも、肉厚Ｔ１がラック軸３
５の径Ｄ１より小さいので、ラック３４を形成する部分
３９は、ラック軸の中心Ｒ１からピニオン３３側へ偏位
したものである。この結果、ラック軸３５の断面積に対
して、ラックを形成する部分３９の断面積はほとんど同
一であり、ラックを形成する部分３９の幅Ｗ１がラック
軸３５の径Ｄ１より大きいにもかかわらず、ラック軸３
５の重量はほとんど変わらない。このため、ラック軸３
５の重量を抑制することができる。As described above, since the tooth width W1 of the rack 34 is set to be large, the mechanical strength (bending strength and surface pressure strength) of the rack 34 is greatly increased. On the other hand, the portion of the rack shaft 35 where the rack 34 is not provided needs to have a function of sliding to steer the steered wheels, and any portion having the same rigidity as that of the related art may be used. Therefore, the rack shaft 3
5, only the tooth width W1 of the rack 34 was set large, and the thickness T1 was reduced accordingly. The pitch circle diameter d2 and the distance Y1 are constant, and the thickness T1 is
5, the portion 39 forming the rack 34 is deviated from the center R1 of the rack shaft to the pinion 33 side. As a result, the cross-sectional area of the portion 39 forming the rack is almost the same as the cross-sectional area of the rack shaft 35, and the width W1 of the portion 39 forming the rack is larger than the diameter D1 of the rack shaft 35. , Rack shaft 3
The weight of 5 is almost unchanged. Therefore, the rack shaft 3
5 can be reduced.
【００５５】以上の説明から明らかなように、ラック３
４の歯幅Ｗ１を大きく設定したことにより、ラック軸３
５の重量を抑制しつつ、ピニオン３３並びにラック３４
の機械的強度（曲げ強さや面圧強さ）を高めることがで
きる。なお、ラック３４と反対側からラックガイド６０
（図４参照）にてピニオン３３側へ押しているので、肉
厚Ｔ１が小さいことによる、ラック軸３５の曲げ剛性に
ついては実質的に影響が無い。As is clear from the above description, the rack 3
4, the tooth width W1 of the rack shaft 3 is increased.
5 while suppressing the weight of the pinion 33 and the rack 34.
Mechanical strength (bending strength and surface pressure strength) can be increased. It should be noted that the rack guide 60 is located from the side opposite to the rack 34.
Since it is pushed to the pinion 33 side (see FIG. 4), the bending rigidity of the rack shaft 35 is not substantially affected by the small thickness T1.
【００５６】次に、電動パワーステアリング装置の変形
例について、図１２〜図１７に基づき説明する。なお、
上記図１〜図１０の構成と同じ構成については同一符号
を付し、その説明を省略する。図１２（ａ），（ｂ）は
本発明に係る電動パワーステアリング装置（第１変形
例）のラック軸の構成図であり、（ａ）はラック軸３５
の斜視図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。Next, a modified example of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIGS. In addition,
The same components as those in FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. FIGS. 12A and 12B are configuration diagrams of a rack shaft of the electric power steering device (first modified example) according to the present invention, and FIG.
(B) is a sectional view taken along line bb of (a).
【００５７】第１変形例のラック軸３５は丸棒であっ
て、長手途中をラック形成部３９Ａとし、このラック形
成部３９Ａを大径に形成したことを特徴とする。より具
体的にはラック軸３５に、ハウジング４１（図４参照）
にて支承される小径の支承部３８Ａと、ラック３４を形
成する大径のラック形成部３９Ａとを設けた。支承部３
８Ａの直径Ｄ１はラック形成部３９Ａの直径Ｄ２よりも
小さい（Ｄ１＜Ｄ２）。ラック軸の中心Ｒ１は、支承部
３８Ａの中心とラック形成部３９Ａの中心を通る。The rack shaft 35 of the first modified example is a round bar, and is characterized in that a rack forming portion 39A is formed in the middle of the longitudinal direction, and the rack forming portion 39A is formed to have a large diameter. More specifically, a housing 41 (see FIG. 4) is attached to the rack shaft 35.
And a large-diameter rack forming portion 39A that forms the rack 34 are provided. Bearing 3
The diameter D1 of 8A is smaller than the diameter D2 of the rack forming portion 39A (D1 <D2). The center R1 of the rack shaft passes through the center of the support portion 38A and the center of the rack forming portion 39A.
【００５８】（ｂ）に示すように、ラック形成部３９Ａ
は一部に平坦なラック形成面３９ｅを形成し、このラッ
ク形成面３９ｅにラック３４を形成したものである。ラ
ック３４の歯幅Ｗ３は支承部３８Ａの径Ｄ１よりも小さ
い（Ｗ３＜Ｄ１）。このように、ラック軸３５のうちラ
ック形成部３９Ａだけを大きくしたので、ラック軸３５
の重量を抑制することができる。ラック軸３５の製造方
法は、例えば鍛造による。As shown in (b), the rack forming portion 39A
Has a flat rack forming surface 39e formed in a part thereof, and the rack 34 is formed on the rack forming surface 39e. The tooth width W3 of the rack 34 is smaller than the diameter D1 of the support 38A (W3 <D1). As described above, since only the rack forming portion 39A of the rack shaft 35 is enlarged, the rack shaft 35
Weight can be suppressed. The method of manufacturing the rack shaft 35 is, for example, by forging.
【００５９】以上の説明をまとめると、本発明は上記図
１２（ｂ）において、ラック形成部３９Ａの軸直角断面
を支承部３８Ａと同径（直径Ｄ１）の円形断面と仮定
し、この円形断面の中心Ｒ１からラック３４の基準ピッ
チ線Ｐｉまでの距離Ｚを所定寸法に設定したときに、こ
の所定寸法によって定まるラック３４の仮定の歯幅Ｗ２
よりも実際のラック３４の歯幅Ｗ３が大きくなるよう
に、ラック形成部３９Ａを形成したことになる（Ｗ２＜
Ｗ３）。従って、第１変形例の電動パワーステアリング
装置においても、ラック３４の歯幅Ｗ３を大きく設定し
たことにより、ラック軸３５の重量を抑制しつつ、ピニ
オン３３（図５参照）並びにラック３４の機械的強度
（曲げ強さや面圧強さ）を高めることができる。To summarize the above description, the present invention assumes that the cross section perpendicular to the axis of the rack forming portion 39A is a circular cross section having the same diameter (diameter D1) as the bearing portion 38A in FIG. When the distance Z from the center R1 of the rack 34 to the reference pitch line Pi of the rack 34 is set to a predetermined dimension, the assumed tooth width W2 of the rack 34 determined by the predetermined dimension
That is, the rack forming portion 39A is formed such that the actual tooth width W3 of the rack 34 is larger than that (W2 <
W3). Therefore, also in the electric power steering apparatus of the first modified example, by setting the tooth width W3 of the rack 34 to be large, the weight of the rack shaft 35 is suppressed, and the pinion 33 (see FIG. 5) and the mechanical Strength (bending strength and surface pressure strength) can be increased.
【００６０】図１３は本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置（第２変形例）の模式図である。第２変形例の
電動パワーステアリング装置２００は、操舵機構２３の
第１ラックアンドピニオン機構２３２と補助トルク機構
２４の第２ラックアンドピニオン機構３３２とに、分離
したことを特徴とする。第１ラックアンドピニオン機構
２３２は、入力軸３１に設けた第１ピニオン２３３と、
第１ピニオン２３３に噛み合うための第１ラック２３４
を設けたラック軸２３５とからなる。第１ピニオン２３
３並びに第１ラック２３４は、操舵トルクのみを伝達す
るものであるから伝達トルクは小さく、従来からのイン
ボリュート歯形でよい。FIG. 13 is a schematic view of an electric power steering apparatus (second modification) according to the present invention. The electric power steering device 200 of the second modification is characterized in that the first rack and pinion mechanism 232 of the steering mechanism 23 and the second rack and pinion mechanism 332 of the auxiliary torque mechanism 24 are separated. The first rack and pinion mechanism 232 includes a first pinion 233 provided on the input shaft 31,
First rack 234 for meshing with first pinion 233
And a rack shaft 235 provided with. 1st pinion 23
Since the third and first racks 234 transmit only the steering torque, the transmission torque is small and may be a conventional involute tooth profile.
【００６１】第２変形例における補助トルク機構２４
は、歯車式減速機構１１０にピニオン軸３３１を介して
第２ラックアンドピニオン機構３３２を連結したもので
ある。第２ラックアンドピニオン機構３３２は、ピニオ
ン軸３３１に設けた第２ピニオン３３３と、第２ピニオ
ン３３３に噛み合う第２ラック３３４とからなる。第２
ラック３３４は、第１ラックアンドピニオン機構２３２
のラック軸２３５に設けたものである。すなわち、第１
ラックアンドピニオン機構２３２のラック軸２３５が、
第２ラックアンドピニオン機構３３２のラック軸を兼ね
る。Auxiliary torque mechanism 24 in second modified example
The second rack and pinion mechanism 332 is connected to the gear type reduction mechanism 110 via a pinion shaft 331. The second rack and pinion mechanism 332 includes a second pinion 333 provided on the pinion shaft 331 and a second rack 334 that meshes with the second pinion 333. Second
The rack 334 includes a first rack and pinion mechanism 232.
Are provided on the rack shaft 235 of FIG. That is, the first
The rack shaft 235 of the rack and pinion mechanism 232 is
The second rack and pinion mechanism 332 also serves as a rack shaft.
【００６２】このような電動パワーステアリング装置２
００によれば、運転者がステアリングハンドル１１を操
舵することにより発生した操舵トルクを、入力軸３１及
び第１ラックアンドピニオン機構２３２を介して、ラッ
ク軸２３５に伝達することができる。さらには、操舵ト
ルクを操舵トルクセンサ７０で検出し、この検出信号に
基づき制御手段８１で制御信号を発生し、この制御信号
に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動機８２で
発生し、補助トルクをトルクリミッタ９０、歯車式減速
機構１１０、ピニオン軸３３１及び第２ラックアンドピ
ニオン機構３３２を介して、ラック軸２３５に伝達する
ことができる。従って、運転者の操舵トルクに電動機８
２の補助トルクを加えた複合トルクによって、ラック軸
２３５及び左右のタイロッド３７，３７を介して、左右
の操舵輪２１，２１を操舵することができる。Such an electric power steering device 2
According to 00, the steering torque generated by the driver steering the steering handle 11 can be transmitted to the rack shaft 235 via the input shaft 31 and the first rack and pinion mechanism 232. Further, a steering torque is detected by a steering torque sensor 70, a control signal is generated by a control means 81 based on the detection signal, and an auxiliary torque corresponding to the steering torque is generated by an electric motor 82 based on the control signal. Can be transmitted to the rack shaft 235 via the torque limiter 90, the gear-type reduction mechanism 110, the pinion shaft 331, and the second rack-and-pinion mechanism 332. Therefore, the electric motor 8 is added to the driver's steering torque.
The left and right steering wheels 21 and 21 can be steered via the rack shaft 235 and the left and right tie rods 37 and 37 by the combined torque obtained by adding the second auxiliary torque.
【００６３】図１４は本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置（第２変形例）の全体構成図であり、操舵機構
２３と補助トルク機構２４とをハウジング４１に並列に
して取付けたことを示す。FIG. 14 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus (second modification) according to the present invention, and shows that a steering mechanism 23 and an auxiliary torque mechanism 24 are mounted in a housing 41 in parallel.
【００６４】図１５は図１４の１５−１５線断面図であ
り、操舵機構２３の縦断面構造を示す。第２変形例の操
舵機構２３は、入力軸３１、操舵トルクセンサ７０、第
１ラックアンドピニオン機構２３２をハウジング４１に
収納し、このハウジング４１の上部開口をリッド４７で
塞いだものである。ハウジング４１は縦置きにセットし
たものであり、第１ラックガイド２６０を備える。FIG. 15 is a sectional view taken along line 15-15 of FIG. 14 and shows a longitudinal sectional structure of the steering mechanism 23. The steering mechanism 23 of the second modified example is such that an input shaft 31, a steering torque sensor 70, and a first rack and pinion mechanism 232 are housed in a housing 41, and an upper opening of the housing 41 is closed by a lid 47. The housing 41 is set vertically and has a first rack guide 260.
【００６５】第１ラックガイド２６０は、第１ラック２
３４と反対側からラック軸２３５に当てるガイド部２６
１と、このガイド部２６１を圧縮ばね２６２を介して押
す調整ボルト２６３とからなる。このような第１ラック
ガイド２６０によれば、ハウジング４１にねじ込んだ調
整ボルト２６３にて、圧縮ばね２６２を介してガイド部
２６１を適切な押圧力で押すことで、ガイド部２６１で
第１ラック２３４に予圧を与えて、第１ラック２３４を
第１ピニオン２３３に押し付けることができる。２６４
はラック軸２３５の背面を滑らせる当て部材、２６５は
ロックナットである。The first rack guide 260 is connected to the first rack 2
A guide portion 26 that contacts the rack shaft 235 from the side opposite to
1 and an adjustment bolt 263 for pushing the guide portion 261 via a compression spring 262. According to such a first rack guide 260, the guide portion 261 is pressed with an appropriate pressing force via the compression spring 262 by the adjustment bolt 263 screwed into the housing 41, so that the first rack 234 is formed by the guide portion 261. , The first rack 234 can be pressed against the first pinion 233. 264
Is a contact member for sliding the back surface of the rack shaft 235, and 265 is a lock nut.
【００６６】図１６は図１４の１６−１６線断面図であ
り、補助トルク機構２４の縦断面構造を示す。補助トル
ク機構２４は、トルクリミッタ９０（図１３参照）、歯
車式減速機構１１０、ピニオン軸３３１、第２ラックア
ンドピニオン機構３３２をハウジング４１に収納し、こ
のハウジング４１の上部開口をリッド４８で塞いだもの
である。ハウジング４１は、ピニオン軸３３１の下端部
及び長手中央部を、上下２個の軸受３５１，３５２を介
して回転可能に支承することで、縦置きにセットしたも
のであり、第２ラックガイド３６０を備える。３５３は
リッド取付ボルト、３５４は止め輪である。FIG. 16 is a sectional view taken along the line 16-16 in FIG. 14, and shows a longitudinal sectional structure of the auxiliary torque mechanism 24. The auxiliary torque mechanism 24 accommodates the torque limiter 90 (see FIG. 13), the gear type reduction mechanism 110, the pinion shaft 331, and the second rack and pinion mechanism 332 in the housing 41, and closes an upper opening of the housing 41 with the lid 48. It is. The housing 41 is set vertically by rotatably supporting a lower end portion and a longitudinal center portion of the pinion shaft 331 via upper and lower two bearings 351 and 352, and the second rack guide 360 is provided. Prepare. 353 is a lid mounting bolt, and 354 is a retaining ring.
【００６７】ピニオン軸３３１は、下部に第２ピニオン
３３３を一体に形成し、さらに下端部にねじ部３５５を
形成したものである。第２ラック３３４は、ラック軸２
３５に一体に形成したものである。このような第２ピニ
オン３３３並びに第２ラック３３４は「はすば歯車」で
あり、はすば歯車の歯形が円弧歯形である。この点は、
上記ピニオン３３並びにラック３４と同様の構成であ
り、詳細な説明を省略する。ねじ部５５にナット５６を
ねじ込み、袋ナット３５７を介して軸受３５１の外輪を
ハウジング４１に固定することにより、ピニオン軸３３
１の長手方向（軸方向）の移動を規制することができ
る。３５７は袋ナット、３５９はスペーサである。The pinion shaft 331 is formed by integrally forming a second pinion 333 at a lower portion and further forming a screw portion 355 at a lower end. The second rack 334 is a rack shaft 2
35 are integrally formed. The second pinion 333 and the second rack 334 are “helical gears”, and the tooth profile of the helical gear is an arc tooth profile. This point
The configuration is the same as that of the pinion 33 and the rack 34, and a detailed description is omitted. The nut 56 is screwed into the screw portion 55, and the outer ring of the bearing 351 is fixed to the housing 41 via the cap nut 357.
1 can be restricted from moving in the longitudinal direction (axial direction). 357 is a cap nut, and 359 is a spacer.
【００６８】第２ラックガイド３６０は、第２ラック３
３４と反対側からラック軸２３５に当てるガイド部３６
１と、このガイド部３６１を圧縮ばね３６２を介して押
す調整ボルト３６３とからなる。このような第２ラック
ガイド３６０によれば、ハウジング４１にねじ込んだ調
整ボルト３６３にて、圧縮ばね３６２を介してガイド部
３６１を適切な押圧力で押すことで、ガイド部３６１で
第２ラック３３４に予圧を与えて、第２ラック３３４を
第２ピニオン３３３に押し付けることができる。３６４
はラック軸２３５の背面を滑らせる当て部材、３６５は
ロックナットである。[0068] The second rack guide 360 is
A guide portion 36 that contacts the rack shaft 235 from the opposite side to the rack shaft 235
1 and an adjusting bolt 363 for pushing the guide portion 361 via a compression spring 362. According to such a second rack guide 360, the guide portion 361 is pressed with an appropriate pressing force via the compression spring 362 by the adjusting bolt 363 screwed into the housing 41, so that the second rack 334 is guided by the guide portion 361. , The second rack 334 can be pressed against the second pinion 333. 364
Is a contact member for sliding the rear surface of the rack shaft 235, and 365 is a lock nut.
【００６９】なお、この図のＸ−Ｘ線断面の構成は、上
記図５に示す電動機８２とトルクリミッタ９０と歯車式
減速機構１１０との関係からなる構成と同一であるので
省略する。但し変形例においては、上記図５に示す入力
軸３１がピニオン軸３３１に代る。The structure of the section taken along the line XX of FIG. 9 is the same as the structure of the electric motor 82, the torque limiter 90, and the gear type reduction mechanism 110 shown in FIG. However, in the modification, the input shaft 31 shown in FIG. 5 replaces the pinion shaft 331.
【００７０】図１７（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るラッ
ク軸（第２変形例）の構成図であって、（ａ）はラック
軸２３５の正面図、（ｂ）はラック軸２３５の平面図、
（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線断面図、（ｄ）は（ａ）のｄ
−ｄ線断面図である。（ａ），（ｂ）に示すように、第
２変形例のラック軸２３５は直径Ｄ１の丸棒であって、
長手途中に第１ラック２３４並びに第２ラック３３４を
形成したものである。より具体的にはラック軸２３５
に、図４のハウジング４１にて第１・第２軸受４４，４
５を介して支承される支承部２３８Ａと、第１ラック２
３４を形成する第１ラック形成部２３９と、第２ラック
３３４を形成する第２ラック形成部３３９とを設けた。
第１・第２ラック形成部２３９，３３９の長さＭは、操
舵輪２１，２１（図１３参照）を左右に最大操舵角だけ
操舵するために所定量だけスライド可能な長さである。
Ｒ１はラック軸の中心、Ｐ１は第１ピニオンの中心、Ｐ
２は第２ピニオンの中心である。FIGS. 17A to 17D are configuration diagrams of a rack shaft (second modified example) according to the present invention. FIG. 17A is a front view of the rack shaft 235, and FIG. Plan view of the
(C) is a cross-sectional view taken along line cc of (a), and (d) is d of (a).
FIG. 4 is a sectional view taken along line d. As shown in (a) and (b), the rack shaft 235 of the second modification is a round bar having a diameter D1.
A first rack 234 and a second rack 334 are formed in the middle of the longitudinal direction. More specifically, the rack shaft 235
First, the first and second bearings 44, 4 in the housing 41 of FIG.
5 and a first rack 2
A first rack forming section 239 for forming the first rack 34 and a second rack forming section 339 for forming the second rack 334 are provided.
The length M of the first and second rack forming portions 239 and 339 is a length that can be slid by a predetermined amount in order to steer the steered wheels 21 and 21 (see FIG. 13) left and right by the maximum steering angle.
R1 is the center of the rack axis, P1 is the center of the first pinion, P
2 is the center of the second pinion.
【００７１】（ｃ）は、丸棒からなるラック軸２３５の
うち、第１ピニオンと対向する面にラック軸の中心Ｒ１
から所定寸法Ｙ３だけ離れた平坦面２３５ａを形成し、
この平坦面２３５ａに第１ラック２３４を形成したこと
を示す。具体的には、第１ラック形成部２３９の軸直角
断面を上記支承部２３８Ａと同径（直径Ｄ１）の円形断
面とし、この円形断面の中心Ｒ１から第１ラック２３４
の基準ピッチ線Ｐｉまでの距離Ｚを所定寸法に設定し
た。この距離Ｚによって第１ラック２３４の歯幅Ｗ２が
定まる。第１ラック２３４の歯幅Ｗ２はラック軸２３５
の径Ｄ１よりも小さい（Ｗ２＜Ｄ１）。(C) shows the center R1 of the rack shaft on the surface of the rack shaft 235 made of a round bar facing the first pinion.
A flat surface 235a separated by a predetermined dimension Y3 from
This shows that the first rack 234 is formed on the flat surface 235a. Specifically, the cross section perpendicular to the axis of the first rack forming portion 239 is a circular cross section having the same diameter (diameter D1) as the support portion 238A, and the first rack 234 is positioned from the center R1 of the circular cross section.
The distance Z to the reference pitch line Pi is set to a predetermined dimension. The tooth width W2 of the first rack 234 is determined by the distance Z. The tooth width W2 of the first rack 234 is equal to the rack shaft 235.
(W2 <D1).
【００７２】（ｄ）は、第２ラック３３４の歯幅Ｗ１を
支承部２３８Ａの径Ｄ１よりも大きく設定したことを特
徴とする（Ｗ１＞Ｄ１）。（ｄ）に示す第２ラック３３
４や第２ラック形成部３３９の断面構造は、上記図８
（ｂ）に示すラック３４やラック形成部３９の断面構造
と同一である。すなわち、（ｃ）の第１ラック２３４の
歯幅Ｗ２よりも（ｄ）の第２ラック３３４の歯幅Ｗ１を
大きくした。具体的には、第２ラック形成部３３９の軸
直角断面を支承部２３８Ａと同径（直径Ｄ１）の円形断
面と仮定し、この円形断面の中心Ｒ１から第２ラック３
３４の基準ピッチ線Ｐｉまでの距離Ｚを所定寸法に設定
したときに、この所定寸法によって定まる第２ラック３
３４の仮定の歯幅Ｗ２よりも実際の第２ラック３３４の
歯幅Ｗ１が大きくなるように、第２ラック形成部３３９
を形成した。ラック軸２３５の製造方法は、例えば鍛造
による。(D) is characterized in that the tooth width W1 of the second rack 334 is set to be larger than the diameter D1 of the support portion 238A (W1> D1). The second rack 33 shown in FIG.
4 and the sectional structure of the second rack forming portion 339 are as shown in FIG.
This is the same as the cross-sectional structure of the rack 34 and the rack forming section 39 shown in FIG. That is, the tooth width W1 of the second rack 334 in (d) is larger than the tooth width W2 of the first rack 234 in (c). Specifically, it is assumed that the cross section perpendicular to the axis of the second rack forming portion 339 is a circular cross section having the same diameter (diameter D1) as the support portion 238A, and the second rack 3 is positioned from the center R1 of the circular cross section.
When the distance Z to the reference pitch line Pi is set to a predetermined size, the second rack 3 determined by the predetermined size
The second rack formation section 339 is configured such that the actual tooth width W1 of the second rack 334 is larger than the assumed tooth width W2 of the second rack 334.
Was formed. The method of manufacturing the rack shaft 235 is, for example, by forging.
【００７３】以上をまとめると、第２変形例の電動パワ
ーステアリング装置２００においても、第２ラック３３
４の歯幅Ｗ１を大きく設定したことにより、ラック軸２
３５の重量を抑制しつつ、第２ピニオン３３３（図１６
参照）並びに第２ラック３３４の機械的強度（曲げ強さ
や面圧強さ）を高めることができる。In summary, in the electric power steering apparatus 200 according to the second modification, the second rack 33
4 is set to be large, the rack shaft 2
The weight of the second pinion 333 (FIG.
) And the mechanical strength (bending strength and surface pressure strength) of the second rack 334 can be increased.
【００７４】なお、上記実施の形態並びに第１・第２変
形例において、トルクリミッタ９０は、摩擦式トルクリ
ミッタに限定されるものではない。また、歯車式減速機
構１１０は、ウォームギヤ機構に限定されるものではな
く、例えば、ベベルギヤ機構や平歯車機構であってもよ
い。さらにまた、上記変形例において、ラック軸２３５
に形成した第２ラック３３４を延長して、第１ラック２
３４を兼ねてもよい。その場合の第１ピニオン２３３並
びに第１ラック２３４は、第２ピニオン３３３並びに第
２ラック３３４と同一の、はすば歯車で且つ円弧歯形で
ある。さらには、請求項１において、ラックアンドピニ
オン機構３２のピニオン３３並びにラック３４や、第２
ラックアンドピニオン機構３３２の第２ピニオン３３３
並びに第２ラック３３４は、インボリュート歯形でもよ
い。In the above embodiment and the first and second modified examples, the torque limiter 90 is not limited to the friction type torque limiter. Further, the gear type reduction mechanism 110 is not limited to the worm gear mechanism, and may be, for example, a bevel gear mechanism or a spur gear mechanism. Furthermore, in the above modification, the rack shaft 235
The first rack 2 is extended by extending the second rack 334 formed in the first rack 2.
34 may also be used. In this case, the first pinion 233 and the first rack 234 are the same helical gears and arc tooth shapes as the second pinion 333 and the second rack 334. Further, according to claim 1, the pinion 33 and the rack 34 of the rack and pinion mechanism 32,
Second pinion 333 of rack and pinion mechanism 332
In addition, the second rack 334 may have an involute tooth profile.
【００７５】[0075]
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、ラック軸に軸受を介してハウジング
に支承される支承部とラックを形成するラック形成部と
を設け、このラック形成部の軸直角断面を支承部と同径
の円形断面と仮定し、この円形断面の中心からラックの
基準ピッチ線までの距離を所定寸法に設定したときに、
この所定寸法によって定まるラックの歯幅よりも実際の
ラックの歯幅が大きくなるように、ラック形成部を形成
したので、ラックの曲げ強さや面圧強さを高めることが
できる。ラック軸のうちラックが無い部分は、操舵輪を
操舵するべくスライドするだけであるから、従来と同様
の剛性を有するものであればよい。従って、ラック軸の
うちラックの歯幅だけを大きくすればよいので、ラック
軸の重量を抑制し且つ小型にしつつ、ピニオン並びにラ
ックの曲げ強さや面圧強さを、より一層高めることがで
きる。According to the present invention, the following effects are exhibited by the above configuration. According to a first aspect of the present invention, the rack shaft is provided with a supporting portion supported by the housing via a bearing and a rack forming portion forming the rack, and a cross section perpendicular to the axis of the rack forming portion is assumed to be a circular cross section having the same diameter as the supporting portion. Then, when the distance from the center of this circular cross section to the reference pitch line of the rack is set to a predetermined size,
Since the rack forming portion is formed such that the actual tooth width of the rack is larger than the tooth width of the rack determined by the predetermined dimensions, the bending strength and the surface pressure strength of the rack can be increased. Since the portion of the rack shaft without the rack merely slides to steer the steered wheels, it is sufficient that the portion has the same rigidity as the conventional one. Therefore, since only the tooth width of the rack of the rack shaft needs to be increased, the bending strength and the surface pressure strength of the pinion and the rack can be further increased while suppressing the weight of the rack shaft and reducing the size of the rack shaft.
【００７６】請求項２は、ラックアンドピニオン機構の
ピニオン並びにラックをはすば歯車とし、はすば歯車の
歯形を円弧歯形としたので、歯車の強度をさらに高める
ことができる。従って、運転者の操舵トルクに電動機の
補助トルクを加えた複合トルクが、通常の操作時よりも
大きい場合であっても、大きいトルクを十分に伝達する
ことができる。このようなことから、電動パワーステア
リング装置において、電動機の慣性による負荷トルクに
対して十分な強度を有するラックアンドピニオン機構を
小型で軽量にすることができる。According to a second aspect of the present invention, the pinion and the rack of the rack and pinion mechanism are helical gears, and the tooth profile of the helical gear is an arc tooth profile, so that the strength of the gear can be further increased. Therefore, even when the composite torque obtained by adding the assist torque of the electric motor to the steering torque of the driver is larger than that during the normal operation, a large torque can be sufficiently transmitted. For this reason, in the electric power steering apparatus, the rack and pinion mechanism having sufficient strength against the load torque due to the inertia of the electric motor can be reduced in size and weight.
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の模
式図FIG. 1 is a schematic view of an electric power steering device according to the present invention.
【図２】本発明に係る操舵トルクセンサの原理図FIG. 2 is a principle diagram of a steering torque sensor according to the present invention.
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全
体構成図FIG. 3 is an overall configuration diagram of an electric power steering device according to the present invention.
【図４】本発明に係るラック軸周りの平面断面図FIG. 4 is a plan sectional view around a rack axis according to the present invention.
【図５】図３の５−５線断面図FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 3;
【図６】図５の６−６線断面図FIG. 6 is a sectional view taken along line 6-6 in FIG. 5;
【図７】本発明に係るトルクリミッタの断面図FIG. 7 is a sectional view of a torque limiter according to the present invention.
【図８】本発明に係るラック軸の構成図FIG. 8 is a configuration diagram of a rack shaft according to the present invention.
【図９】本発明に係るラック軸の製造手順図FIG. 9 is a manufacturing procedure diagram of a rack shaft according to the present invention.
【図１０】本発明に係るラックアンドピニオン機構の構
成図FIG. 10 is a configuration diagram of a rack and pinion mechanism according to the present invention.
【図１１】ラック軸の比較例図FIG. 11 is a comparative example diagram of a rack shaft.
【図１２】本発明に係る電動パワーステアリング装置
（第１変形例）のラック軸の構成図FIG. 12 is a configuration diagram of a rack shaft of the electric power steering device (first modified example) according to the present invention.
【図１３】本発明に係る電動パワーステアリング装置
（第２変形例）の模式図FIG. 13 is a schematic diagram of an electric power steering device (second modification) according to the present invention.
【図１４】本発明に係る電動パワーステアリング装置
（第２変形例）の全体構成図FIG. 14 is an overall configuration diagram of an electric power steering device (second modified example) according to the present invention.
【図１５】図１４の１５−１５線断面図FIG. 15 is a sectional view taken along line 15-15 of FIG. 14;
【図１６】図１４の１６−１６線断面図FIG. 16 is a sectional view taken along line 16-16 of FIG. 14;
【図１７】本発明に係るラック軸（第２変形例）の構成
図FIG. 17 is a configuration diagram of a rack shaft (second modification) according to the present invention.
１０，２００…電動パワーステアリング装置、２１…操
舵輪（車輪）、３１…入力軸、３２…ラックアンドピニ
オン機構、３３…ピニオン、３３ｆ…歯末の面、３３ｇ
…歯元の面、３４…ラック、３４ａ…歯末の面、３４ｂ
…歯元の面、３５…ラック軸、３８Ａ，２３８Ａ…支承
部、３９，３９Ａ，２３９，３３９…ラック形成部、４
１…ハウジング、８２…電動機、２３５…ラック軸、３
３１…ピニオン軸、３３２…ラックアンドピニオン機構
（第２ラックアンドピニオン機構）、３３３…ピニオン
（第２ピニオン）、３３４…ラック（第２ラック）、Ｄ
１…ラック軸の径、Ｐｉ…基準ピッチ線、Ｒ１…ラック
軸の中心（円形断面の中心）、Ｗ１…ラックの歯幅、Ｚ
…円形断面の中心からラックの基準ピッチ線までの距
離。10, 200: electric power steering device, 21: steered wheels (wheels), 31: input shaft, 32: rack and pinion mechanism, 33: pinion, 33f: tooth tip surface, 33g
… Tooth root surface, 34… rack, 34a… tooth end surface, 34b
... Tooth root surface, 35... Rack shaft, 38A, 238A... Support portion, 39, 39A, 239, 339.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Housing, 82 ... Electric motor, 235 ... Rack axis, 3
31: Pinion shaft, 332: Rack and pinion mechanism (second rack and pinion mechanism), 333: Pinion (second pinion), 334: Rack (second rack), D
1: diameter of rack shaft, Pi: reference pitch line, R1: center of rack shaft (center of circular section), W1: tooth width of rack, Z
... Distance from the center of the circular section to the reference pitch line of the rack.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 勝治 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 山脇 茂 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 米田 篤彦 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 寺田 泰浩 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3D033 CA04 CA16 CA28 JB03 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Katsuharu Watanabe, Inventor 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Pref. Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Shigeru Yamawaki 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Atsuhiko Yoneda 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Prefecture Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Yasuhiro Terada 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Pref. F-term in Honda R & D Co., Ltd. (reference) 3D033 CA04 CA16 CA28 JB03
Claims (2)
を発生し、この補助トルクをラックアンドピニオン機構
に伝達し、このラックアンドピニオン機構のラック軸に
よって操舵輪を操舵するようにした電動パワーステアリ
ング装置において、前記ラック軸に軸受を介してハウジ
ングに支承される支承部とラックを形成するラック形成
部とを設け、このラック形成部の軸直角断面を前記支承
部と同径の円形断面と仮定し、この円形断面の中心から
ラックの基準ピッチ線までの距離を所定寸法に設定した
ときに、この所定寸法によって定まるラックの歯幅より
も実際のラックの歯幅が大きくなるように、前記ラック
形成部を形成したことを特徴とする電動パワーステアリ
ング装置。1. An electric power steering system in which an electric motor generates an auxiliary torque according to a steering torque, transmits the auxiliary torque to a rack and pinion mechanism, and steers the steered wheels by a rack shaft of the rack and pinion mechanism. In the apparatus, the rack shaft is provided with a support portion supported by a housing via a bearing and a rack forming portion forming a rack, and a cross section perpendicular to the axis of the rack forming portion is assumed to be a circular cross section having the same diameter as the support portion. Then, when the distance from the center of the circular cross section to the reference pitch line of the rack is set to a predetermined dimension, the rack is designed so that the actual tooth width of the rack is larger than the tooth width of the rack determined by the predetermined dimension. An electric power steering device, wherein a forming part is formed.
ン並びにラックは、はすば歯車であり、このはすば歯車
の歯形は、１組の歯車のうち、少なくとも一方の歯車の
歯末の面を、基準ピッチ線上をほぼ中心とする円弧面に
形成し、少なくとも他方の歯車の歯元の面を、基準ピッ
チ線上をほぼ中心とする円弧面に形成した、円弧歯形で
あることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステア
リング装置。2. The pinion and the rack of the rack-and-pinion mechanism are helical gears, and the tooth profile of the helical gear is such that at least one of a pair of gears has a tooth flank face. An arc tooth shape formed on an arc surface having a center substantially on the reference pitch line, and at least a tooth root surface of the other gear is formed on an arc surface having a center substantially on the reference pitch line. 2. The electric power steering device according to 1.
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