JP2006044382A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操舵補助用の電動モータの出力回転を、ウォーム軸およびこのウォーム軸に噛み合うウォームホイールを介して操舵機構に伝達する電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering device that transmits output rotation of an electric motor for assisting steering to a steering mechanism via a worm shaft and a worm wheel meshing with the worm shaft.
通例、この種の装置において、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合いには、フリクション(摩擦抵抗)を低減するために適度なバックラッシが必要である。しかしながら、例えば悪路を走行してタイヤからの反力(逆入力)を受けた場合、このバックラッシに起因する歯打ち音(ラトル音)が発生することがある。
そこで、フリクションおよび歯打ち音の発生を最小限にするため、加工精度の範囲内で上記バックラッシ量を厳密に調整しておく必要があった。すなわち、ウォーム軸およびウォームホイールを組付けるときに、各部品を寸法精度のばらつき度合に応じて選別し、互いの組合せ精度が適正になるもの同士を組み合わせていた(いわゆるマッチング作業)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。
Usually, in this type of device, the meshing between the worm shaft and the worm wheel requires an appropriate backlash in order to reduce the friction (friction resistance). However, for example, when driving on a rough road and receiving a reaction force (reverse input) from the tire, a rattling sound (rattle sound) may be generated due to the backlash.
Therefore, in order to minimize the generation of friction and rattling noise, it is necessary to strictly adjust the backlash amount within the range of processing accuracy. In other words, when assembling the worm shaft and worm wheel, each part was selected according to the degree of variation in dimensional accuracy, and the components with the appropriate combination accuracy were combined (so-called matching operation). It took a lot of work and the manufacturing cost was high.
さらに、上記ウォームホイールは合成樹脂により形成されるのが通例であるが、この場合、ウォームホイールの歯の磨耗、温度変化および吸湿等に伴う膨張や収縮によって上記バックラッシ量が変動してしまう。
そこで、ウォーム軸の一端をウォームホイール側へ偏倚可能に支持すると共に、ウォーム軸の一端をウォームホイール側へ弾性的に付勢する付勢手段を設けることで、フリクションを抑制しつつバックラッシを無くすことが提案されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、ウォーム軸を収容するハウジングに孔を設け、この孔内に押圧部材とばねを収容している。そして、ばねは、押圧部材を介してウォーム軸の一端をウォームホイール側に付勢している。
Therefore, while supporting one end of the worm shaft to the worm wheel side so as to be able to be biased, and providing an urging means for elastically urging one end of the worm shaft to the worm wheel side, it eliminates backlash while suppressing friction. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Specifically, a hole is provided in the housing that accommodates the worm shaft, and the pressing member and the spring are accommodated in the hole. The spring biases one end of the worm shaft toward the worm wheel via the pressing member.
しかしながら、付勢手段を設けることで、部品点数が増加すると共に、装置の大型化を招いてしまう。本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、フリクションを抑制しつつバックラッシを可及的に小さくすることができ、しかも、部品点数の増大および装置の大型化を招くことの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, providing the urging means increases the number of parts and increases the size of the apparatus. The present invention has been made under such a background, and it is possible to reduce the backlash as much as possible while suppressing the friction. Further, the electric power that does not increase the number of parts and increase the size of the apparatus. An object is to provide a steering device.
上記目的を達成するため、本発明は、電動モータの出力を操舵機構に伝達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ウォーム軸と、ウォーム軸に噛み合い操舵機構に連なるウォームホイールとを備え、上記ウォームホイールは、複数の歯と、互いに隣り合う歯間にそれぞれ区画形成される複数の歯溝とを含み、上記複数の歯溝の幅中心は、ウォームホイールの周方向に等ピッチで配置され、上記複数の歯溝は、ウォームホイールの周方向に交互に配置される第1および第2の歯溝を含み、第1の歯溝の幅は第2の歯溝の幅よりも広いことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides an electric power steering apparatus for assisting steering by transmitting an output of an electric motor to a steering mechanism, a worm shaft coupled to an output shaft of the electric motor, and a steering mechanism meshing with the worm shaft. The worm wheel includes a plurality of teeth, and a plurality of tooth spaces defined between adjacent teeth, and the center of the width of the plurality of tooth spaces is the width of the worm wheel. The plurality of tooth spaces are arranged at an equal pitch in the circumferential direction, and the plurality of tooth spaces include first and second tooth spaces alternately arranged in the circumferential direction of the worm wheel, and the width of the first tooth space is the second tooth It is characterized by being wider than the width of the groove.
ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合い領域には、通例、ウォーム軸の3枚の歯が配置される。本発明では、広幅の第1の歯溝と狭幅の第2の歯溝とをウォームホイールの周方向に交互に設けることにより、直進走行時において、ウォームホイールに噛み合うウォーム軸の歯の枚数を例えば1枚に減らすことができる。したがって、バックラッシを小さく設定しても、フリクションの増加を抑制することができる。可及的にバックラッシを小さく設定することが可能となり、歯打ち音による騒音の発生を抑制することができる。 Usually, three teeth of the worm shaft are arranged in the meshing region between the worm shaft and the worm wheel. In the present invention, by providing the wide first tooth gap and the narrow second tooth groove alternately in the circumferential direction of the worm wheel, the number of teeth of the worm shaft meshed with the worm wheel during straight running can be reduced. For example, it can be reduced to one. Therefore, even if the backlash is set small, an increase in friction can be suppressed. The backlash can be set as small as possible, and the generation of noise due to the rattling noise can be suppressed.
一方、操舵時には、電動モータの動力によって上記噛み合い領域に予圧が与えられるので、ウォーム軸の3枚の歯がウォームホイールの歯と噛み合うこととなり、耐久性に問題はない。しかも、これらの効果をウォームホイールの歯溝の幅を変更するのみの簡単な構成で達成することができ、部品点数の増大および装置の大型化を招くことがない。
上記ウォームホイールの複数の歯は、それぞれ合成樹脂により形成されていることが好ましい。この場合、ウォームホイールの各歯の歯面の摩擦抵抗を十分に低くすることができ、フリクションをより低減することができる。また、ウォーム軸の歯と弾性的に良好に噛み合うことができ、歯打ち音の発生をより確実に抑制することができる。
On the other hand, since the preload is applied to the meshing region by the power of the electric motor during steering, the three teeth of the worm shaft mesh with the teeth of the worm wheel, and there is no problem in durability. In addition, these effects can be achieved with a simple configuration by simply changing the width of the tooth space of the worm wheel, without increasing the number of parts and increasing the size of the apparatus.
The plurality of teeth of the worm wheel are preferably formed of a synthetic resin. In this case, the frictional resistance of the tooth surface of each tooth of the worm wheel can be sufficiently reduced, and the friction can be further reduced. Further, it can mesh with the teeth of the worm shaft elastically well, and the generation of rattling noise can be more reliably suppressed.
上記ウォーム軸は、複数条の歯を有することが好ましい。この場合、ウォーム軸のリードをより多くしてウォームホイールの回転速度を十分に確保でき、優れた応答性を確保することができる。 The worm shaft preferably has a plurality of teeth. In this case, the number of worm shaft leads can be increased to sufficiently ensure the rotational speed of the worm wheel, and excellent responsiveness can be ensured.
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1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に連結され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を介して連結されている中間軸5と、この中間軸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の先端部に設けられたピニオン8に噛み合うラック9を形成して車両の左右方向に延びるラック軸10とを有している。
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 1 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 steering member 2 such as a steering wheel, an intermediate shaft 5 connected to the steering shaft 3 via a universal joint 4, A
ラック軸10の両端部にはそれぞれタイロッド11が連結されており、各タイロッド11は、対応するナックルアーム(図示せず)を介して対応する車輪12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、この回転は中間軸5等を介してピニオン8に伝達され、ピニオン8およびラック9によって、車両の左右方向に沿うラック軸10の直線運動に変換される。これにより車輪12の転舵が達成される。
Tie rods 11 are connected to both ends of the
ステアリングシャフト3は、操舵部材2に連なる入力軸としての第1の操舵軸13と、自在継手4に連なる出力軸としての第2の操舵軸14とを有している。これら第1および第2の操舵軸13,14は、トーションバー15を介して同軸上に互いに連結されている。
トーションバー15を介する第1の操舵軸13と第2の操舵軸14との相対回転変位量を検出するトルクセンサ16が設けられている。このトルクセンサ16の検出信号は、制御部17に与えられる。制御部17は、トルクセンサ16からの検出信号に基づいて操舵部材2に加えられた操舵トルクを算出する。そして、算出した操舵トルクや車速センサ22からの車速検出信号等に基づいて、ドライバ18を介して操舵補助用の電動モータ19を駆動制御する。これにより、電動モータ19が駆動し、その出力回転(動力)が、ウォームギヤ機構20を介して第2の操舵軸14へ伝達される。第2の操舵軸14に伝えられた動力は、さらに中間軸5等を介して、上記ラック軸10、タイロッド11およびナックルアーム等を含む操舵機構21に伝えられ、運転者の操舵が補助される。
The steering shaft 3 has a
A
図2は、電動パワーステアリング装置1の要部の一部断面図である。図2を参照して、本電動パワーステアリング装置1には、ハウジング23が設けられている。このハウジング23は、電動モータ19を取り付けると共に、ウォームギヤ機構20を収容している。
電動モータ19は、モータハウジング24と、モータハウジング24から突出する出力軸25とを有している。モータハウジング24は、ハウジング23の環状フランジ部26に固定されている。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a main part of the electric power steering apparatus 1. With reference to FIG. 2, the electric power steering apparatus 1 is provided with a
The
ウォームギヤ機構20は、ウォーム軸27と、ウォームホイール28とを備えている。
ウォーム軸27は、スプライン継手等の継手29を介して電動モータ19の出力軸25に一体回転可能に連結されている。ウォーム軸27は、歯部30と、歯部30の一対の端部のそれぞれに設けられる第1および第2の被支持部31,32と、第1の被支持部31に連なる一端部33とを備えている。
The
The
歯部30は、複数条(例えば、3条)の歯からなる歯34を備えている。第1および第2の被支持部31,32はそれぞれ、対応する軸受35,36を介して、ハウジング23の対応する支持孔37,38に回転自在に支持されている。一端部33は、継手29に連結されている。
ウォームホイール28は、第2の操舵軸14等を介して操舵機構に連結されているものであり、合成樹脂製の環状歯体39と、環状歯体39の径方向内方に配置される金属製の環状保持体40とを含んでいる。
The
The
環状歯体39は、外周に複数の歯41を有している。これらの歯41は、環状歯体39の全周に亘って形成されており、噛み合い領域Aにおいてウォーム軸27の歯34と噛み合っている。各歯41は、例えばはすばに形成されている。
環状保持体40は、環状歯体39の成形時にインサートされるものであり、環状歯体39と一体に形成されている。環状保持体40には、挿通孔42が形成されており、この挿通孔42に挿通された第2の操舵軸14と、キー43を介して一体回転可能に連結されている。具体的には、第2の操舵軸14の外周面と環状保持体40の挿通孔42の内周面のそれぞれに、凹溝44,45が設けられている。凹溝44,45は、第2の操舵軸14の軸方向(図2において、紙面に垂直な方向)に延びると共に、ウォームホイール28の径方向R(以下、単に「径方向R」という)に相対向している。
The
The
キー43は、上記凹溝44,45間に介在しており、第2の操舵軸14の凹溝44に嵌め込まれて保持されている。環状保持体40の凹溝45とキー43との間には、ウォームホイール28の周方向C(以下、単に「周方向C」という。)および径方向Rに隙間が設けられている。
また、第2の操舵軸14の外周面と環状保持体40の内周面との間には、隙間が設けられており、この隙間には弾性部材46が介装されている。弾性部材46は、例えば、ゴム等により形成された有端環状の部材であり、キー43を周方向Cの両側から挟んでいる。弾性部材46の外周面および内周面が、対応する環状保持体40の内周面および第2の操舵軸14の外周面のそれぞれに加硫接着されている。このように、ウォームホイール28は、弾性部材46を介して第2の操舵軸14に支持されている。これにより、ウォームホイール28は、第2の操舵軸14およびウォーム軸27に対して、周方向Cおよび径方向Rに弾性的に僅かに相対移動可能となっている。したがって、ウォームホイール28は、ウォーム軸27から離れる方向に移動することができる。その結果、例えば、組み付け誤差に起因して第2の操舵軸14とウォーム軸27との軸間距離が近くなりすぎても、ウォームホイール28が移動することで、ウォーム軸27とウォームホイール28との間のバックラッシが過度に詰まることを防止でき、フリクションの増大を抑制することができる。
The key 43 is interposed between the
Further, a gap is provided between the outer peripheral surface of the
また、ウォームギヤ機構20の組み付け時において、第2の操舵軸14の凹溝44と環状保持体40の凹溝45とは、噛み合い方向Vに相対向して配置されており、噛み合い領域Aとウォームホイール28(第2の操舵軸14)の中心との間にキー43が介在している。なお、噛み合い方向Vとは、ウォーム軸27の軸線L1とウォームホイール28の軸線L2(紙面に垂直な方向に延びている)との間の距離Xが変化する方向のことをいう。
Further, when the
図3は、図2のウォームホイール28の一部拡大図である。図3を参照して、ウォームホイール28の周方向Cに隣り合う歯41間のそれぞれに複数の歯溝47が区画形成されている。すなわち、複数の歯溝47は、対応する一対の歯34の周方向Cに相対向する一対の歯面と、これら一対の歯面間にある歯底面とによってそれぞれ区画形成されている。
複数の歯溝47は、周方向Cに沿って等ピッチに配置されている。すなわち、複数の歯溝47のそれぞれの幅中心Bが、周方向Cに等ピッチで配置されている。なお、幅中心Bとは、周方向Cに関する複数の歯溝47のそれぞれの中心の位置をいう。隣り合う幅中心B間の距離は、所定の値Eに設定されている。
FIG. 3 is a partially enlarged view of the
The plurality of
図4は、図2のII−II線に沿う断面図であり、周方向Cに沿って見た状態を示している。図4を参照して、噛み合い領域Aにおいて、ウォーム軸27の歯34の各条は、ウォームホイール28の対応する歯溝47を通っている。すなわち、噛み合い領域Aにおいて、ウォームホイール28の歯41は、ウォーム軸27の3枚の歯34と噛み合うことができるようになっている。
4 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 2 and shows a state viewed along the circumferential direction C. FIG. Referring to FIG. 4, in the meshing area A, each of the
複数の歯溝47は、第1および第2の歯溝48,49を含んでいる。第1および第2の歯溝48,49は、周方向Cに交互に配置されている。第1の歯溝48の幅W1は、第2の歯溝49の幅W2よりも広く(W1>W2)されている。なお、第1の歯溝48の幅W1とは、第1の歯溝48の周方向Cの幅をいい、第2の歯溝49の幅W2とは、第2の歯溝49の周方向Cの幅をいう。
The plurality of
第1の歯溝48の幅W1は、ウォーム軸27の歯34の周方向Cの歯厚W3よりも広く(W1>W3)設定されている。これにより、第1の歯溝48を通るウォーム軸27の歯34と、この歯34の周方向Cの両側にある歯41との間にバックラッシFが設けられている。
第2の歯溝49の幅W2は、ウォーム軸27の歯厚W3と概ね等しく(W2≒W3)されている。これにより、第2の歯溝49を通るウォーム軸27の歯34とこの歯34の周方向Cの両側にある歯41とは隙間無く噛み合うようになっている。
The width W1 of the
The width W2 of the
第1および第2の歯溝48,49は、歯41を形成するためのホブカッターのカッター幅を変更すること等により製造することができる。例えば、図5(A)に示すように、まず、第2の歯溝49からなる歯溝を有する製造中間体50を形成し、次に、第2の歯溝49Aの両側にある歯100の相対向する歯面をそれぞれ同量だけ切削することで、図5(B)に示すように、第1の歯溝48を形成することができる(切削前の歯面を2点鎖線で図示)。
The first and
以上が電動パワーステアリング装置1の概略構成である。次に、この装置の主な動作について説明する。
図4を参照して、車両の直進走行時(操舵部材2が操舵中立位置にあるとき)、噛み合い領域Aにおいて、ウォーム軸27は、1枚の歯34が第2の歯溝49に入って、ウォームホイール28の対応する一対の歯41とバックラッシ無しに噛み合っている。また、残りの2枚の歯34はそれぞれ、対応する第1の歯溝48に入っているが、バックラッシFがあるので、ウォームホイール28の歯41に噛み合っていない。
The above is the schematic configuration of the electric power steering apparatus 1. Next, the main operation of this apparatus will be described.
Referring to FIG. 4, when the vehicle travels straight (when the steering member 2 is in the steering neutral position), in the meshing area A, the
そして、車両の操向時、ウォーム軸27は、電動モータ19の出力によって、操舵部材2の回転方向に対応する方向に回転駆動され、ウォーム軸27からウォームホイール28に動力が伝達される。これにより、図6に示すように、ウォーム軸27の上記1枚の歯34は、ウォームホイール28の対応する歯41を、周方向Cの一方(例えば、図6の右側)に押圧して弾性的に撓ませ、その結果、噛み合い領域Aの3枚の歯34が、ウォームホイール28の対応する歯41にそれぞれ噛み合う。
When the vehicle is steered, the
また、操舵初期時(微小操舵時)において、操舵部材2からの操舵トルクが所定のしきい値以下であり、電動モータによるトルクアシストが行われないことがあるが、このとき、ウォーム軸27は、1枚の歯34のみが、ウォームホイール28の対応する歯41に噛み合っているので、フリクションが低く、軽快な操舵感を実現することができる。
しかも、図2に示すように、第2の操舵軸14とウォームホイール28とは、弾性部材46が介装されて弾性的に相対回転可能となっているので、操舵初期時(微小操舵時)において、操舵部材2の操作に伴い第2の操舵軸14が回転しても、ウォームホイール28、ウォーム軸27および電動モータ19の出力軸25が連れ回りされることを防止できる。その結果、操舵感が重くなることを防止して、より軽快な操舵感を実現することができる。
In addition, at the initial stage of steering (at the time of minute steering), the steering torque from the steering member 2 is below a predetermined threshold value, and torque assist by the electric motor may not be performed. Since only one
In addition, as shown in FIG. 2, the
以上説明したように、本実施の形態によれば、広幅の第1の歯溝48と狭幅の第2の歯溝49とを周方向Cに交互に設けることにより、直進走行時において、ウォームホイール28に噛み合うウォーム軸27の歯34の枚数を1枚に減らすことができる。したがって、ウォーム軸27とウォームホイール28との間のバックラッシを小さく設定しても、フリクションの増加を抑制することができる。可及的にバックラッシを小さく設定することが可能となり、歯打ち音による騒音の発生を抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
一方、操舵時には、電動モータ19の動力によって、噛み合い領域Aに予圧が与えられるので、ウォーム軸27の3枚の歯34がウォームホイール28の歯41と噛み合うこととなり、耐久性に問題はない。しかも、これらの効果をウォームホイール28の歯溝47の幅を変更するのみの簡単な構成で達成することができ、部品点数の増大および装置の大型化を招くことがない。
On the other hand, since the preload is applied to the meshing area A by the power of the
また、ウォームホイール28の各歯41を合成樹脂により形成することで、ウォームホイール28の各歯41の歯面の摩擦抵抗を十分に低くすることができ、ウォーム軸27とのフリクションをより低減することができる。また、ウォーム軸27の歯34と弾性的に良好に噛み合うことができ、歯打ち音の発生をより確実に抑制することができる。
さらに、ウォーム軸27の歯34を複数条の歯にしているので、ウォーム軸27のリードをより多くしてウォームホイール28の回転速度を十分に確保でき、優れた応答性を確保することができる。
Further, by forming each
Further, since the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されない。例えば、ウォームホイール28の複数の歯41はそれぞれ、合成樹脂以外の(例えば、金属)材料により形成されていても良い。また、ウォーム軸27の歯34は、1条でも2条でも4条以上でも良い。
また、弾性部材46を、第2の操舵軸14とウォームホイール28との間の隙間に、加硫接着せずに嵌め合わせる構成でも良い。この場合、装置を例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、まず、第2の操舵軸14と製造中間体50を用意する。そして、これら第2の操舵軸14と製造中間体50との間に、弾性部材46と同様の形状のスペーサを取り付けて、第2の操舵軸14と製造中間体50とを仮組みする。そして、仮組みした状態で製造中間体50に歯切り加工を施してウォームホイール28を形成し、その後にスペーサを取り除いて弾性部材46を取り付ける。この場合、装置の製造時に弾性部材46に不要な負荷が作用することを防止することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, each of the plurality of
Further, the
さらに、キー43および弾性部材46を廃止して、第2の操舵軸14とウォームホイール28とを圧入嵌合させても良い。
Further, the key 43 and the
1 電動パワーステアリング装置
19 電動モータ
21 操舵機構
25 出力軸
27 ウォーム軸
28 ウォームホイール
34 (ウォーム軸の)歯
41 (ウォームホイールの)歯
47 歯溝
48 第1の歯溝
49 第2の歯溝
B 幅中心
C 周方向
W1 (第1の歯溝の)幅
W2 (第2の歯溝の)幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric
Claims (3)
電動モータの出力軸に連結されるウォーム軸と、
ウォーム軸に噛み合い操舵機構に連なるウォームホイールとを備え、
上記ウォームホイールは、複数の歯と、互いに隣り合う歯間にそれぞれ区画形成される複数の歯溝とを含み、
上記複数の歯溝の幅中心は、ウォームホイールの周方向に等ピッチで配置され、
上記複数の歯溝は、ウォームホイールの周方向に交互に配置される第1および第2の歯溝を含み、第1の歯溝の幅は第2の歯溝の幅よりも広いことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering device for assisting steering by transmitting the output of the electric motor to the steering mechanism,
A worm shaft coupled to the output shaft of the electric motor;
With a worm wheel meshing with the worm shaft and continuing to the steering mechanism,
The worm wheel includes a plurality of teeth and a plurality of tooth spaces each defined between adjacent teeth,
The width centers of the plurality of tooth spaces are arranged at an equal pitch in the circumferential direction of the worm wheel,
The plurality of tooth gaps include first and second tooth grooves alternately arranged in the circumferential direction of the worm wheel, and the width of the first tooth groove is wider than the width of the second tooth groove. Electric power steering device.
3. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the worm shaft has a plurality of teeth.
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