JP2005297647A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータにより操舵補助力を得る電動パワーステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering apparatus that obtains a steering assist force by an electric motor.
自動車用の電動パワーステアリング装置には減速機が用いられている。例えばコラム型EPSでは、モータの出力軸の回転をウォーム軸およびウォームホイールを介して減速することで、モータの出力を増幅して舵取り機構に伝達し、ステアリング操作をトルクアシストするようにしている。
減速機に含まれるウォーム軸及びウォームホイールの噛み合いには適度なバックラッシが必要であるが、例えば悪路を走行した場合、路面からの逆入力によりバックラッシに起因した歯打ち音(ラトル音)が発生することがある。
A reduction gear is used in an electric power steering device for an automobile. For example, in the column type EPS, the rotation of the output shaft of the motor is decelerated via the worm shaft and the worm wheel, so that the output of the motor is amplified and transmitted to the steering mechanism to assist the steering operation with torque.
Moderate backlash is required for meshing of the worm shaft and worm wheel included in the reducer. For example, when driving on rough roads, rattling noise caused by backlash occurs due to reverse input from the road surface. There are things to do.
歯打ち音が発生しないようにするためには、各部品の加工精度の範囲内でウォーム軸とウォームホイールとの間に生ずるバックラッシ量を厳密に調整しておく必要がある。従来、ウォーム軸およびウォームホイールを組み付けるときに、各部品を寸法精度のばらつき度合いに応じて選別し、互いの組合せ精度が適正になるもの同士を組み合わせるようにしている(いわゆるマッチング組立)が、この作業に非常に手間がかかり、製造コストが高くなっていた。 In order to prevent the occurrence of rattling noise, it is necessary to strictly adjust the amount of backlash generated between the worm shaft and the worm wheel within the range of machining accuracy of each component. Conventionally, when assembling the worm shaft and the worm wheel, each part is selected according to the degree of variation in dimensional accuracy, and the components with the appropriate combination accuracy are combined (so-called matching assembly). The work was very laborious and the manufacturing cost was high.
また、マッチング組立により初期にはバックラッシが適切な範囲に設定されていたとしても、経時変化による歯部の摩耗等によりバックラッシが増大し、異音を発生するおそれがある。
また、ウォームホイールが合成樹脂を含む場合、使用時の温度膨張や膨潤により、バックラッシが詰まり、減速機の抵抗トルクが大きくなるおそれがある。
Even if the backlash is initially set to an appropriate range by matching assembly, the backlash may increase due to wear of the tooth portion due to a change over time, and noise may be generated.
Further, when the worm wheel contains a synthetic resin, the backlash is clogged due to temperature expansion or swelling during use, and the resistance torque of the speed reducer may increase.
そこで、ウォームホイールの外周側のウォームの回転域に臨む位置に弾性体を設けることが提案されている(例えば特許文献1)。
また、無負荷状態時にウォームおよびウォームホイールとの間を相対的に一方の回転方向にねじりコイルばねによって常時付勢することが提案されている(例えば特許文献2)。
Therefore, it has been proposed to provide an elastic body at a position facing the rotation area of the worm on the outer peripheral side of the worm wheel (for example, Patent Document 1).
Further, it has been proposed that the worm and the worm wheel are always urged by a torsion coil spring relatively in one rotational direction in a no-load state (for example, Patent Document 2).
この場合、マッチング組立等の面倒な組立作業を廃止できるという利点はある。
しかしながら、特許文献1では、弾性体の付勢力がウォームやウォームホイールに常時及ぶ。
また、特許文献2では、ウォーム軸の回転方向がねじりコイルばねの付勢方向と同方向か反対方向かで騒音防止効果に差がでる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、抵抗トルク変化および騒音の少ない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。
However, in Patent Document 1, the urging force of the elastic body always reaches the worm and the worm wheel.
Further, in
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electric power steering device with little resistance torque change and noise.
上記課題を解決するため、本発明は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、電動モータの出力軸に連結される駆動ギヤおよび駆動ギヤに噛み合う従動ギヤを含み、電動モータの出力回転を減速して舵取り機構に伝達する減速機と、上記駆動ギヤおよび従動ギヤの相対変位を操舵角中点を含む所定の範囲で規制可能な規制機構とを備えることを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a drive gear coupled to an output shaft of an electric motor and a driven gear meshing with the drive gear in an electric power steering apparatus that assists steering by driving an electric motor according to an operation of a steering member. A reduction gear that includes a gear and decelerates the output rotation of the electric motor and transmits it to the steering mechanism, and a restriction mechanism that can restrict the relative displacement of the drive gear and the driven gear within a predetermined range including the steering angle midpoint. It is characterized by this.
本発明によれば、直進走行時に、駆動ギヤおよび従動ギヤ間のバックラッシを極力小さくすることができ、バックラッシに起因した歯打ち音の発生を抑制することができる。必要時のみにバックラッシが規制されるようにしてあるので、ギヤ間のバックラッシの上限を高くすることができる。その結果、従来のマッチング組立を廃止できる。また、熱膨張や膨潤等の影響を受け難く、抵抗トルクや騒音を低減することができる。 According to the present invention, the backlash between the drive gear and the driven gear can be reduced as much as possible during straight traveling, and the occurrence of rattling noise due to the backlash can be suppressed. Since the backlash is restricted only when necessary, the upper limit of the backlash between the gears can be increased. As a result, the conventional matching assembly can be abolished. Further, it is difficult to be affected by thermal expansion and swelling, and resistance torque and noise can be reduced.
また、本発明において、上記駆動ギヤはウォーム軸を含むと共に、上記従動ギヤはウォームホイールを含み、上記規制機構は、ウォームホイールの側面およびウォーム軸の周面に摺接する摺接位置とこれらから離れる離隔位置との間に変位自在であって摺接位置にてウォームホイールおよびウォーム軸を相互にリンクさせるリンク部材と、上記リンク部材を上記摺接位置に付勢する付勢部材と、ウォームホイールの側面に環状に設けられリンク部材を上記摺接位置および離隔位置に切り換えるための切り換え部とを備える場合がある。 Further, in the present invention, the drive gear includes a worm shaft, the driven gear includes a worm wheel, and the restriction mechanism is separated from a sliding contact position in sliding contact with a side surface of the worm wheel and a peripheral surface of the worm shaft. A link member that is displaceable between the separation position and links the worm wheel and the worm shaft at the sliding contact position; an urging member that biases the link member toward the sliding contact position; There may be provided a switching portion provided in a ring shape on the side surface for switching the link member to the sliding contact position and the separation position.
この場合、付勢部材によって付勢された摺接位置のリンク部材がウォームホイールおよびウォーム軸に摺接することで、ウォームホイールおよびウォーム軸がリンク部材を介してリンクされ、ウォームホイールおよびウォーム軸の微振動を相互に抑制させて、騒音の発生を低減することができる。
また、本発明において、上記切り換え部は、付勢部材に抗してリンク部材を上記離隔位置に駆動するための第1の部分と、付勢部材によるリンク部材の上記摺接位置への変位を許容するための第2の部分と含み、第2の部分は操舵角中点を含む所定の範囲に対応する領域に設けられる場合がある。この場合、ウォーム軸の回転位置に応じて第1および第2の部分によって、リンク部材を離隔位置又は摺接位置に容易に切り換えることができる。第1および第2の部分として相対的に突出する凸部および相対的に凹む凹部をそれぞれ用いることができる。
In this case, the link member at the sliding contact position biased by the biasing member is in sliding contact with the worm wheel and the worm shaft, so that the worm wheel and the worm shaft are linked via the link member. Generation of noise can be reduced by mutually suppressing vibration.
Further, in the present invention, the switching portion includes a first portion for driving the link member to the separated position against the biasing member, and displacement of the link member to the sliding contact position by the biasing member. In some cases, the second portion is provided in a region corresponding to a predetermined range including the steering angle midpoint. In this case, the link member can be easily switched to the separation position or the sliding contact position by the first and second portions according to the rotational position of the worm shaft. As the first and second portions, a relatively projecting protrusion and a relatively recessed recess can be used, respectively.
また、本発明において、上記切り換え部の少なくとも第1の部分はウォームホイールの側面に取り付けられたゴム又は発泡樹脂を含む場合がある。この場合、直進走行から操舵に切り換わったときに、発泡樹脂等が徐々に弾性変形することで、ダンピング効果を得ることができる。 In the present invention, at least the first portion of the switching portion may include rubber or foamed resin attached to the side surface of the worm wheel. In this case, when switching from straight running to steering, the foaming resin or the like gradually elastically deforms, so that a damping effect can be obtained.
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図1を参照して、電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール等の操舵部材2に連結しているステアリングシャフト3と、ステアリングシャフト3に自在継手4を介して連結される中間軸5と、中間軸5に自在継手6を介して連結されるピニオン軸7と、ピニオン軸7の端部近傍に設けられたピニオン歯7aに噛み合うラック歯8aを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー8とを有している。ピニオン軸7およびラックバー8により舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構Aが構成されている。
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an electric power steering device 1 includes a steering shaft 3 connected to a
ラックバー8は車体に固定されるハウジング9内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー8の両端部はハウジング9の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド10が結合されている。各タイロッド10は対応するナックルアーム(図示せず)を介して対応する操向輪11に連結されている。
操舵部材2が操作されてステアリングシャフト3が回転されると、この回転がピニオン歯7aおよびラック歯8aによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー8の直線運動に変換される。これにより、操向輪11の転舵が達成される。
The rack bar 8 is supported in a housing 9 fixed to the vehicle body so as to be capable of linear reciprocation through a plurality of bearings (not shown). Both end portions of the rack bar 8 protrude to both sides of the housing 9, and
When the
ステアリングシャフト3は、操舵部材2に連なる入力軸3aと、ピニオン軸7に連なる出力軸3bとに分割されており、これら入、出力軸3a,3bはトーションバー12を介して同一の軸線上で相対回転可能に互いに連結されている。
トーションバー12を介する入、出力軸3a,3b間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ13が設けられており、このトルクセンサ13のトルク検出結果は、ECU(Electric Control Unit :電子制御ユニット)14に与えられる。ECU14では、トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路15を介して操舵補助用の電動モータ16を駆動制御する。電動モータ16の出力回転が減速機17を介して減速されてステアリングシャフト3の出力軸3bに伝達され、さらにピニオン軸7を介してラックバー8の直線運動に変換されて、操舵が補助される。
The steering shaft 3 is divided into an
A
減速機17は、電動モータ16により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸18と、このウォーム軸18に噛み合うと共にステアリングシャフト3の出力軸3bに一体回転可能に連結される従動ギヤとしてのウォームホイール19を備える。
図2を参照して、ウォーム軸18は電動モータ16の出力軸20と同軸上に配置される。ウォーム軸18は、その軸長方向に離隔する第1および第2の端部18a,18bを有し、第1および第2の端部18a,18b間の中間部に歯部18cを有する。
The
Referring to FIG. 2,
ウォームホイール19は、ステアリングシャフト3の出力軸3bの軸方向中間部に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール19は、出力軸3bに一体回転可能に結合される環状の芯金19aと、芯金19aの周囲を取り囲み外周に歯部19cを形成した合成樹脂部材19bとを備える。芯金19aは、例えば合成樹脂部材19bの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
The
ウォーム軸18およびウォームホイール19の歯の噛み合い部分Bを含む領域にはグリース等の潤滑剤が充填されている。ウォーム軸18の第1の端部18aと電動モータ16の出力軸20とは筒状の継手21を介して同軸上に動力伝達可能に連結されている。
ウォーム軸18の第1および第2の端部18a,18bは、対応する第1および第2の軸受22,23をそれぞれ介して減速機17のハウジング17aに回転自在に支持されている。第1および第2の軸受22,23は例えば玉軸受からなる。
A region including the tooth meshing portion B of the
The first and
第1および第2の軸受22,23の内輪24,25が、ウォーム軸18の第1および第2の端部18a,18bに一体回転可能に嵌合されている。各内輪24,25はそれぞれウォーム軸18の対応する互いに逆向きの位置決め段部に当接している。第1の軸受22の外輪26は、減速機17のハウジング17aの軸受保持孔27に回転不能に保持されている。第2の軸受23の外輪28は、減速機17のハウジング17aの軸受保持孔29に回転不能に保持されている。
また、予圧調整用のねじ部材30が、軸受保持孔27に連なって形成されるねじ孔31にねじ込まれることにより、第1および第2の軸受22,23に一括して予圧を付与すると共に、第2の軸受23の外輪28がハウジング17aの端壁17bの環状の位置決め部32に当接することで、ウォーム軸18が軸方向に位置決めされる。調整後のねじ部材30はロック部材33により止定される。
Further, the
ウォーム軸18の一端部18aおよび電動モータ16の出力軸20が継手21の対応する端部からそれぞれ嵌め入れられて継手21に結合している。ウォーム軸18の一端部18aは例えばスプライン嵌合により継手21に結合され、電動モータ16の出力軸20は例えば圧入により継手21に結合される。
次いで、図3を参照して、ステアリングシャフト3の出力軸3bは、ウォームホイール19を挟んだ両側に配置される第3および第4の軸受34,35により回転自在に支持されている。第3の軸受35は、上記減速機17のハウジング17aと組み合わされるセンサハウジング36により保持され、第4の軸受35は減速機17のハウジング17aにより保持されている。
One
Next, referring to FIG. 3, the
減速機17のハウジング17a内には、上記ウォーム軸18およびウォームホイール19の相対変位を操舵角中点を含む所定の範囲内に所定の規制力で規制可能な規制機構37が収容されている。
規制機構37は、リンク部材38と、例えば圧縮コイルばねからなる付勢部材39と、ウォームホイール19の側面に設けられた切り換え部40とを備える。
In the
The
図4および図5を参照して、リンク部材38は、例えば略直方体形状をなし、ウォームホイール19の径方向に沿って配置されている。リンク部材38は、ウォーム軸18の中間部18cの周面18dおよびウォームホイール19の合成樹脂部材19bの側面19cに対向する第1の面38aとこの第1の面38aに対向する第2の面38bとを有する。リンク部材38の第1の面38aには、ウォーム軸18の中間部18cの周面に摺接可能な第1の摺接部41と、ウォームホイール19の合成樹脂部材19bの側面19cに摺接可能な第2の摺接部42と、切り換え部40に対向する被駆動部43とが設けられている。
4 and 5, the
リンク部材38は、図示しないガイド機構を介して出力軸3bと平行な方向Xに沿って移動可能に案内されるようになっている。すなわち、リンク部材38は、図6に示す摺接位置と、図4に示す離隔位置との間に上記方向Xに沿って変位できるように案内される。 図4に示すように、離隔位置のリンク部材38の第1および第2の摺接部41,42は、それぞれ対応するウォーム軸18の中間部18cの周面18dおよびウォームホイール19の合成樹脂部材19bの側面19cから離隔する。図6に示すように、摺接位置のリンク部材38の第1および第2の摺接部41,42は、それぞれ対応するウォーム軸18の中間部18cの周面18dおよびウォームホイール19の合成樹脂部材19bの側面19cに摺接する。これにより、リンク部材38は、ウォーム軸18およびウォームホイール19を相互にリンクさせ、ウォーム軸18およびウォームホイール19の微振動を相互に抑制させる。
The
図4および図6を参照して、リンク部材38の第2の面38bとこれに対向するハウジング17aの面17cとの間に、上記の付勢部材39が介在しており、この付勢部材39は、リンク部材38を上記方向Xに沿って摺接位置に付勢する。
図7を参照して、上記の切り換え部40は、ウォームホイール19の合成樹脂部材19bの側面19cに環状に設けられ、付勢部材39と共同してリンク部材38をその被駆動部43を介して摺接位置および離隔位置に切り換える働きをする。具体的には、切り換え部40は、付勢部材39に抗してリンク部材38を離隔位置に駆動するための第1の部分としての凸部44と、付勢部材39によるリンク部材38の摺接位置への変位を許容するための第2の部分としての凹部45と含む。凸部44および凹部45は合成樹脂部材19bと単一の部材(例えばポリアミド樹脂)で一体に形成されている。
4 and 6, the biasing
Referring to FIG. 7, the switching
図7および図8を参照して、凸部44と凹部45の間を接続するための傾斜部46が設けられている。この傾斜部46の働きで、リンク部材38の被駆動部43が凹部45から凸部44にスムーズに移行できるようになっている。
第2の部分としての凹部45は環状の切り換え部40において、操舵角中点を含む所定の範囲に対応する領域Zに設けられている。リンク部材38の幅Yは、領域Zの周方向長さより小さく設定されている。第2の部分としての凹部45はウォームホイール19の合成樹脂部材19bの側面19cの主たる部分19dと面一であっても良いが、本実施の形態では、凹部45は側面19cの主たる部分19dよりも突出している。
With reference to FIG. 7 and FIG. 8, an
The
本実施の形態によれば、直進走行時に、リンク部材38を介してウォーム軸18およびウォームホイール19が相互にリンクされるので、ウォーム軸18およびウォームホイール19間のバックラッシを極力小さくして、ウォーム軸18およびウォームホイール19の微振動を相互に抑制させることができる。これにより、バックラッシに起因した歯打ち音の発生を抑制することができる。
According to the present embodiment, since the
しかも、必要時のみにバックラッシが規制されるようにしてあるので、ウォーム軸18とウォームホイール19のバックラッシの上限を高く設定しておくことができる。その結果、従来のマッチング組立を廃止することができる。また、ウォームホイール19の合成樹脂部材19bの熱膨張や膨潤等の影響を受け難く、抵抗トルクや騒音を低減することができる。
In addition, since the backlash is restricted only when necessary, the upper limit of the backlash of the
また、ウォームホイール19の側面に設けられた切り換え部40を用いた簡単な構造によって、リンク部材38の位置を摺接位置および離隔位置に容易に切り換えることができる。
なお、図9に示すように、切り換え部40Aの第1の部分としての凸部44Aをウォームホイール19の側面19cの主たる部分19dと面一とし、第2の部分としての凹部45Aが主たる部分19dから凹むようにしても良い。
In addition, the position of the
As shown in FIG. 9, the
また、図10に示すように、切り換え部40Bをゴム又は発泡樹脂にて形成してウォームホイール19の側面19cに取り付けるようにしても良い。この場合、直進走行から操舵に切り換わったときに、発泡樹脂等が徐々に弾性変形することで、ダンピング効果を得ることができ、その結果、ギヤ回転時はリンク部材38が浮き上がっており、駆動トルクが低減し、ハンドル戻りの悪化を抑えることができるという利点がある。なお、切り換え部40Bの少なくとも第1の部分としての凸部44がゴム又は発泡樹脂で形成されていれば良い。
Further, as shown in FIG. 10, the switching
また、ウォームホイール19の側面19cにおいて全周に切り換え部としてのゴム又は発泡樹脂を取り付けると共に、ウォームホイール19の側面19cからの発泡樹脂等の突出量を全周にわたって均一としても良い。この場合、直進走行時(非操舵時)には、付勢部材39の付勢力と発泡樹脂等の弾性反発力との静的な力のバランスでリンク部材38が発泡樹脂内に沈み込み、ウォーム軸18およびウォームホイール19を相互にリンクさせる。一方、操舵が開始されると、リンク部材38に対して相対運動する発泡樹脂等の働きで付勢部材39に抗してリンク部材38が浮き上げられ、ウォーム軸18およびウォームホイール19の相互のリンクが解除される。
Further, rubber or foam resin as a switching portion may be attached to the entire circumference of the
減速機として駆動ギヤおよび従動ギヤが互いに噛み合うベベルギヤであっても良い。また、駆動ギヤおよび従動ギヤは、ヘリカルギヤ、ハイポイドギヤであっても良い。 A bevel gear in which the drive gear and the driven gear mesh with each other may be used as the reduction gear. Further, the drive gear and the driven gear may be a helical gear or a hypoid gear.
1 電動パワーステアリング装置
2 操舵部材
3 ステアリングシャフト
5 中間軸
7 ピニオン軸
8 ラックバー
10 タイロッド
11 操向輪
A 舵取り機構
16 電動モータ
17 減速機
17a ハウジング
18 ウォーム軸(駆動ギヤ)
18a 第1の端部
18b 第2の端部
18c 中間部
18d 周面
19 ウォームホイール(従動ギヤ)
19a 芯金
19b 合成樹脂部材
19c 側面
19d 主たる部分
37 規制機構
38 リンク部材
38a 第1の面
38b 第2の面
39 付勢部材
40,40A,40B 切り換え部
41 第1の摺接部
42 第2の摺接部
43 被駆動部
44,44A 凸部(第1の部分)
45,45A 凹部(第2の部分)
Z 操舵角中点を含む所定の範囲に対応する領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric
18a
45, 45A Concave part (second part)
Z Area corresponding to a predetermined range including the steering angle midpoint
Claims (4)
電動モータの出力軸に連結される駆動ギヤおよび駆動ギヤに噛み合う従動ギヤを含み、電動モータの出力回転を減速して舵取り機構に伝達する減速機と、
上記駆動ギヤおよび従動ギヤの相対変位を操舵角中点を含む所定の範囲内で規制可能な規制機構とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 In an electric power steering device that assists steering by driving an electric motor according to an operation of a steering member,
A reduction gear that includes a drive gear coupled to the output shaft of the electric motor and a driven gear that meshes with the drive gear, and that reduces the output rotation of the electric motor and transmits it to the steering mechanism;
An electric power steering apparatus comprising: a regulating mechanism capable of regulating relative displacement of the drive gear and the driven gear within a predetermined range including a steering angle midpoint.
上記規制機構は、ウォームホイールの側面およびウォーム軸の周面に摺接する摺接位置とこれらから離れる離隔位置との間に変位自在であって摺接位置にてウォームホイールおよびウォーム軸を相互にリンクさせるリンク部材と、
上記リンク部材を上記摺接位置に付勢する付勢部材と、
ウォームホイールの側面に環状に設けられリンク部材を上記摺接位置および離隔位置に切り換えるための切り換え部とを備える電動パワーステアリング装置。 The drive gear includes a worm shaft, and the driven gear includes a worm wheel.
The regulating mechanism is freely displaceable between a sliding contact position that is in sliding contact with the side surface of the worm wheel and the peripheral surface of the worm shaft, and a separation position that is away from the sliding contact position. A link member to be
A biasing member that biases the link member to the sliding contact position;
An electric power steering apparatus comprising: a switching portion provided annularly on a side surface of the worm wheel for switching the link member to the sliding contact position and the separation position.
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