JP2010014253A - Steering auxiliary gear for electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電動パワーステアリング装置、特に、操舵補助モータの回転軸とステアリングシャフトの出力軸との間に設けられた電動パワーステアリング装置における減速歯車機構の操舵補助歯車に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus, and more particularly to a steering auxiliary gear of a reduction gear mechanism in an electric power steering apparatus provided between a rotating shaft of a steering auxiliary motor and an output shaft of a steering shaft.
車両の電動パワーステアリング装置の操舵補助機構は、ステアリングシャフトが入力軸側と出力軸側とに分割され、これらの間をトーションバーを介して連結し、ギヤハウジング内にトルクセンサー機構を設け、ギヤハウジングに取り付けた電動機の回転軸とステアリングシャフトの出力軸との間をウォームおよびウォームホイールの減速歯車装置によって連結した構造を有し、トルクセンサー機構からのトルク検出信号によって電動機の出力および回転方向を制御することにより、ステアリングホイールの操舵補助を行う。 A steering assist mechanism of an electric power steering device for a vehicle has a steering shaft that is divided into an input shaft side and an output shaft side, which are connected via a torsion bar, and provided with a torque sensor mechanism in a gear housing. It has a structure in which the rotating shaft of the motor mounted on the housing and the output shaft of the steering shaft are connected by a reduction gear device of the worm and worm wheel, and the output and rotating direction of the motor are controlled by the torque detection signal from the torque sensor mechanism. By controlling, steering assist of the steering wheel is performed.
この電動パワーステアリング装置の減速歯車装置に用いられるウォームホイールを軽量化して操舵慣性力を小さくし、かつ歯車の噛合による騒音の発生を抑えるために、ウォームホイールを合成樹脂製としたものが知られている(特許文献1,2)。
In order to reduce the weight of the worm wheel used in the reduction gear device of this electric power steering device to reduce the steering inertia force and to suppress the generation of noise due to the meshing of the gear, a worm wheel made of a synthetic resin is known. (
特許文献1には、電動式舵取装置における操舵補助歯車として、軸部との嵌合体の外周に輪形アラミド繊維が充填された熱硬化性合成樹脂による環状歯体を成形加工によって固着したウォームホイールが記載されている。また、特許文献2には、同様に軸体に嵌合する金属製の嵌合部の外周に合成樹脂製の歯部を固着したウォームホイールが記載され、嵌合部と歯部との固着を強固にするために、嵌合部の片端を半径方向外周側へ伸長させるとともに、この伸長端部をさらにL状に複数に折り曲げ、この折曲部の外周部に合成樹脂材を固着して歯部としている。
この種の電動パワーステアリング装置では、出力軸に固着されるウォームホイールは操舵時の慣性力をできるだけ小さくして操舵性を高めるために軽量化する必要があり、同時に十分な強度を確保しなければならない。このため、特許文献1,2に記載のように芯金部のみを金属製とし、その外周を歯部まで合成樹脂材で形成することが行われているが、特許文献1では芯金部に直接合成樹脂材の歯部を射出成形で形成する構成のため、駄肉を少なくして精度よく成形しようとすると、芯金部を歯部の歯底近くまで延在させる必要があり、駄肉をなくしても基本的に金属製の芯金部を小形にして軽量化を図ることにはならない。
In this type of electric power steering device, the worm wheel fixed to the output shaft needs to be reduced in weight in order to reduce the inertial force during steering as much as possible to improve the steering performance, and at the same time sufficient strength must be ensured. Don't be. For this reason, as described in
特許文献2では、ウォームホイールの強度を確保するために芯金部の一部を外周側へ長く伸長させ、その先端に熱硬化性の樹脂材を固着して歯部を形成しているので、耐熱性および強度性の点では満足できるものの、熱硬化性樹脂部に歯部を形成するために加工性が悪く、精度のよい歯部が得られにくく、また軽量化の点でも十分でないという問題がある。
In
本発明は、このような事情に鑑みて、芯金部の体積をできるだけ小さくして軽量化を図り、かつ、歯部のみを加工性のよい熱可塑性樹脂で形成するとともに、この熱可塑性樹脂の体積を小さくして駄肉を排除し、また全体の強度も確保した電動パワーステアリング装置の操舵補助歯車を提供するものである。 In view of such circumstances, the present invention aims to reduce the volume of the cored bar as much as possible to reduce the weight, and to form only the tooth part with a thermoplastic resin having good workability. The present invention provides a steering assist gear of an electric power steering apparatus that has a reduced volume to eliminate waste and that has ensured the overall strength.
上記の目的を達成するため、本発明の請求項1に係る電動パワーステアリング装置の操舵補助歯車は、操舵補助電動機から操舵補助力を発生させて出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、前記出力軸に嵌合される芯金部と、前記芯金部の外周に固着された熱硬化性樹脂材の円環部と、前記円環部の外周に固着された熱可塑性樹脂材の歯部とを有し、前記歯部が前記操舵補助電動機に駆動される回転軸に設けられた駆動歯車と噛合することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a steering auxiliary gear of an electric power steering apparatus according to
また、本発明の請求項2に係る電動パワーステアリング装置の操舵補助歯車は、前記芯金部は凹凸溝を備えた張出部を有し、前記円環部は凹凸溝を備えた外周縁を有し、前記円環部が前記芯金部の張出部を埋め込むようにインサート成形で前記芯金部に固着され、前記歯部が前記円環部の外周縁を埋め込むように射出成形で該円環部の外周縁部に固着されることを特徴とする。
Further, in the steering assist gear of the electric power steering apparatus according to
また、本発明の請求項3に係る電動パワーステアリング装置の操舵補助歯車は、前記操舵補助歯車は、前記出力軸に嵌合され、かつ、前記操舵補助電動機の前記回転軸に設けられたウォームと噛み合うウォームホイールであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a steering assist gear of the electric power steering apparatus according to the present invention, wherein the steering assist gear is fitted to the output shaft and provided on the rotating shaft of the steering assist motor. A worm wheel that meshes with each other.
また、本発明の請求項4に係る電動パワーステアリング装置は、前記操舵補助歯車を有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus having the steering assist gear.
本発明によれば、歯部のみを体積の小さい熱可塑性樹脂で形成し、かつ、芯金部の体積も小形にするとともに、前記歯部と前記芯金部の間を高強度の熱硬化性樹脂材で連結したので、軽量化に優れ、加工性および強度信頼性の高い操舵補助歯車が得られる。 According to the present invention, only the tooth part is formed of a thermoplastic resin having a small volume, the volume of the cored bar part is also reduced, and a high-strength thermosetting property is provided between the toothed part and the cored bar part. Since they are connected by a resin material, a steering assist gear excellent in weight reduction, high workability and high strength reliability can be obtained.
以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の操舵補助歯車を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a steering assist gear of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1は本発明の第1の実施形態による電動パワーステアリング装置の操舵補助歯車となるウォームホイールを一部分裁断した状態で示した斜視図であり、図2は図1に示すウォームホイールの縦断面図である。このウォームホイール1は、後述する電動パワーステアリング装置の出力軸に嵌合する芯金部2と、芯金部2の外周に固着される円環部3と、円環部3の外周に固着される歯部4とで構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a worm wheel which is a steering assist gear of the electric power steering apparatus according to the first embodiment of the present invention in a partially cut state, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the worm wheel shown in FIG. It is. The
まず、芯金部2は金属製で構成され、出力軸に対する所定の嵌合公差で形成された内径部5と、軸方向一端部の外周面からやや軸方向内側へ向けて斜め径方向外方へのびたフランジ状の張出部6とを有し、この張出部6の外周部には、図1に明示されるような凹凸部7が形成されている。なお、この実施形態では、図2に示されるように、張出部6の先端部6aは径方向に屈曲して径方向外方へ僅かに伸長している。図2に示す実施形態においては、芯金部2の内径部から外周部(張出部を含む)までの長さはウォームホイール全体の内径部から外周部までの距離の3割程度であり、また、円環部3の径方向長さはウォームホイール1の内径部から外周部までの長さに対し6割程度であり、したがって、芯金部2の体積はウォームホイール全体に占める体積に比較してごく少ない体積となっている。
First, the
円環部3は熱硬化性樹脂材で形成され、芯金部2の外周部に固着される。円環部3の形成は芯金部2の外周面から張出部6全体が該円環部3の樹脂内に埋め込まれるようにインサート成形することにより芯金部2の外周に形成される。熱硬化性樹脂としては高強度で、かつ成形時の発生ガスの少ないものが選定され、一例としては、フェーノール樹脂、メラミン樹脂、架橋ポリエステルアミド、エポキシ樹脂などが挙げられる。また、これらの樹脂は繊維強化(例えばアラミド、カーボン、ガラスなどによる強化)した形態で用いられる。
なお、円環部3の片側の面3aは、中心側の基部3bおよび外周縁3c部分を除いて、後述する出力軸への取付けスペースの関係から或る程度凹状の面になるように形成されている。また、円環部3の外周縁3c部分には複数の凹凸部8が形成されている。
The
In addition, the
円環部3の外周に固着されるウォームホイールの歯部4は熱可塑性樹脂材で形成されている。この場合、円環部3の外周縁部分の凹凸部8が歯部樹脂内に埋め込まれるように射出成形によって円環部3と一体になるように形成される。この歯部4の体積は該歯部4の強度を確保し、かつ外周にギヤの歯面4aを形成し得る範囲の体積でよく、ウォームホイール全体の大きさ等は主として円環部3の大きさで定められる。熱可塑性樹脂としては切削加工性のよいものが選定される。
The tooth part 4 of the worm wheel fixed to the outer periphery of the
上述のようにして芯金部2、円環部3および歯部4を一体化した後、歯部4の外周にウォームホイール1として必要なギヤ歯面4aが切削加工により形成される。円環部3の熱硬化性樹脂は歯部4の熱可塑性樹脂よりも強度が高く、ウォームホイール1の芯金構造物としての機能を十分に発揮する。また、耐熱性にも優れるため、歯部4の熱可塑性樹脂を射出成形する場合にも、熱の影響等の支障を受けない。
After the
このように、本発明では軸体と嵌合する部分のみを金属製の芯金部2とし、ウォームホイール1の体積の大部分を合成樹脂製とすることで軽量化ができる。さらに、芯金部2の外周部分を高強度で成形時のガス発生の少ない熱硬化性樹脂を用いることにより、不要な駄肉を抑えることができる。歯部4の歯切り加工も熱可塑性樹脂製とすることで良好な加工性が得られ、また、歯部4のみを熱可塑性樹脂とすることで熱可塑性樹脂の体積を少なくしてギヤ部のボイドの発生を抑えることができる。上述のような構成とすることで、軽量化、加工性および強度信頼性を高めたウォームホイールを得ることができる。
As described above, in the present invention, only the portion that fits with the shaft body is made of the
[第2の実施形態]
次に、本発明に係るウォームホイールを採用した電動パワーステアリング装置の要部構造を図3を参照して説明する。図3において、ギヤハウジング10の内周部にトルク検出装置のセンサーヨーク11、センサーコイル12その他センサー基板、スリーブ等が装着され、この内径部に中空の出力軸13が軸受14,15を介して回転可能かつ軸方向移動不能に挿入されている。前記センサーヨーク11に対峙する箇所で出力軸13の外周にはトルク検出用溝16が形成されている。ステアリングホイールにつながるステアリングシャフト(いずれも図示省略)の車両前方側端部にセンサー側シャフト17が連結されている。センサー側シャフト17の車両前方側基部17aはギヤハウジング10内に収容され、その基部の端面凹部に出力軸13が相対回転可能に接合されるとともに、トーションバー18の車両後方側端部(ステアリングホイール側)がスプライン圧入によって固着されている。
[Second Embodiment]
Next, the main structure of the electric power steering apparatus employing the worm wheel according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, a
トーションバー18は出力軸13の中空部に挿入され、その車両前方側端部が出力軸13の車両前方側端部に固定ピン19によって固着されている。出力軸13の先端は図示しない転舵装置に連結される。ギヤハウジング10の車両後方側端部にはセンサー側シャフト17および前記ステアリングシャフトを覆うコラム20の一端部が固着されている。また、ギヤハウジング10には図示しない操舵補助モータが装着され、そのモータ回転軸21にはギヤハウジング10内でウォーム22が固着されている。出力軸13にはこのウォーム22と噛合するように図1、図2に記載した本発明に係るウォームホイール(操舵補助歯車)1が固着されている。
The
電動パワーステアリング装置のステアリングホイールの操舵動作は、ステアリングシャフトのセンサー側シャフト17からトーションバー18、出力軸13を経て前記転舵装置に伝達され、この転舵装置の作動によって車輪の転向動作がなされる。
車両の操舵操作において、車輪側からの過大な転向負荷が出力軸13に加わった場合、トーションバー18の捩り変位に基づいて前記トルクセンサー機構により操舵トルクが検出され、センサーコイル12による検出信号がモータ制御装置(図示省略)に入力され、これに基づいてトーションバー18の捩れ変位をなくするように電動モータの回転量および回転方向が制御され、モータ回転軸のウォーム22および出力軸側のウォームホイール1を介して出力軸13に適切な操舵補助力が付与される。
The steering operation of the steering wheel of the electric power steering device is transmitted from the
In the steering operation of the vehicle, when an excessive turning load from the wheel side is applied to the
図1および図2に関して説明したように、出力軸13に固着されるウォームホイール1は、出力軸13への嵌合部のみが金属製で、ウォームホイール全体の大部分が合成樹脂製で形成されるので、きわめて軽量であり、その分操舵補助モータの負荷が軽減されるとともに、操舵時のウォームホイール1の慣性力が小さくなり、良好な操舵感覚が得られる。また、出力軸13との嵌合部以外の合成樹脂製部分の体積の大半が強度の高い熱硬化性樹脂で形成されるので、従来の金属製ウォームホイールと変わらない強度が確保され、さらに、芯金部2と円環部3との結合、円環部3と歯部4との結合も相手方部材の凹凸溝に樹脂材が埋め込まれるようにして結合されるので、動作中にこれらの部分で回転方向にずれが生じるおそれはなく、信頼性の高い操舵補助歯車となる効果がある。
As described with reference to FIGS. 1 and 2, the
1 ウォームホイール
2 芯金部
3 円環部
4 歯部
6 張出部
7,8 凹凸部
10 ギヤハウジング
13 出力軸
17 センサー側シャフト
18 トーションバー
21 モータ回転軸
22 ウォーム
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