JP2010071375A - Gear speed reducer and electric power steering device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歯車減速装置およびそれを備えた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 a gear reduction device and an electric power steering device including the gear reduction device.
電動パワーステアリング装置には、例えば、特許文献1に記載されているように、ラック軸に形成したボールねじ軸にボールを介して螺合する回転可能なボールナットと平行に電動モータを配置し、電動モータのモータシャフトに駆動歯車を連結するとともに、ボールナットに被動歯車を設け、これら駆動歯車と被動歯車とを中間歯車を介して噛合させた歯車減速装置を備えたモータ平行タイプの電動パワーステアリング装置がある。 In the electric power steering device, for example, as described in Patent Document 1, an electric motor is arranged in parallel with a rotatable ball nut that is screwed through a ball to a ball screw shaft formed on a rack shaft, A motor parallel type electric power steering system having a gear reduction device in which a driving gear is connected to a motor shaft of an electric motor, a driven gear is provided on a ball nut, and the driving gear and the driven gear are engaged via an intermediate gear. There is a device.
この種の電動パワーステアリング装置においては、一般的に、歯車減速装置を収容するハウジングは、アルミニウム合金にて構成され、歯車減速装置を構成する駆動歯車、被動歯車および中間歯車は、耐摩耗性を向上させるために鉄鋼にて構成されている。
このために、電動パワーステアリング装置が熱膨張すると、ハウジングと歯車減速装置の各歯車との線膨張係数の差異により、駆動歯車と中間歯車との心間距離および中間歯車と被動歯車との心間距離が増大する。そして、これら心間距離の増大に伴って、駆動歯車と中間歯車とのバックラッシュおよび中間歯車と被動歯車とのバックラッシュが増大し、歯打ち音が発生したり、操舵フィーリングが変化する等の恐れがある。 For this reason, when the electric power steering device is thermally expanded, the distance between the center of the drive gear and the intermediate gear and the distance between the center of the intermediate gear and the driven gear are caused by the difference in the linear expansion coefficient between the housing and each gear of the gear reduction device. The distance increases. As the distance between the centers increases, the backlash between the drive gear and the intermediate gear and the backlash between the intermediate gear and the driven gear increase, generating rattling noise, changing the steering feeling, etc. There is a fear.
本発明は、上記した従来の問題を解消するためになされたもので、歯車軸の心間距離の増大に伴う歯車相互のバックラッシュを抑制できる歯車減速装置およびそれを備えた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ものである。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides a gear reduction device capable of suppressing backlash between gears accompanying an increase in the distance between the centers of gear shafts and an electric power steering device including the gear reduction device. It is intended to provide.
上記の課題を解決するため、請求項1に係る歯車減速装置の発明の特徴は、アルミ合金製のハウジング内に収容され、少なくとも駆動歯車および被動歯車を有する歯車減速装置であって、前記駆動歯車は、アルミ合金製の駆動歯車本体と、該駆動歯車本体の外周に焼きばめもしくは冷しばめによって固定される鋼製の駆動歯部とを備え、前記被動歯車は、アルミ合金製の被動歯車本体と、該被動歯車本体の外周に焼きばめもしくは冷しばめによって固定される鋼製の被動歯部とを備えていることである。 In order to solve the above-mentioned problems, a feature of the gear reduction device according to claim 1 is a gear reduction device that is housed in an aluminum alloy housing and includes at least a drive gear and a driven gear, and the drive gear. Comprises a drive gear body made of aluminum alloy and a steel drive tooth portion fixed to the outer periphery of the drive gear body by shrink fitting or cold fitting, and the driven gear is driven by aluminum alloy. A gear main body and a driven tooth portion made of steel which is fixed to the outer periphery of the driven gear main body by shrink fitting or cold fitting.
請求項2に係る歯車減速装置の発明の特徴は、アルミ合金製のハウジング内に収容され、少なくとも駆動歯車および被動歯車を備えた歯車減速装置であって、前記駆動歯車は、外周に硬化処理された歯部を有するアルミ合金製の駆動歯車本体を備え、前記被動歯車は、外周に硬化処理された歯部を有するアルミ合金製の被動歯車本体を備えたことである。 A gear reduction device according to a second aspect of the invention is a gear reduction device that is housed in an aluminum alloy housing and includes at least a drive gear and a driven gear, and the drive gear is hardened on the outer periphery. And a driven gear body made of an aluminum alloy having a tooth portion hardened on the outer periphery thereof.
請求項3に係る歯車減速装置の発明の特徴は、請求項1または請求項2において、前記駆動歯車および前記被動歯車の少なくとも一方は、内側に歯車軸に圧入される鋼製の内側ボスを有し、該内側ボスと前記歯部との間に前記歯車本体が焼きばめもしくは冷しばめによって固定されているである。 According to a third aspect of the present invention, in the gear reduction device according to the first or second aspect, at least one of the driving gear and the driven gear has a steel inner boss that is press-fitted into the gear shaft. The gear body is fixed between the inner boss and the tooth portion by shrink fitting or cold fitting.
請求項4に係る歯車減速装置の発明の特徴は、請求項2において、前記硬化処理は、アルマイト処理からなることである。 According to a fourth aspect of the present invention, the gear reduction device according to the second aspect is characterized in that, in the second aspect, the curing process comprises an alumite process.
請求項5に係る電動パワーステアリング装置の発明の特徴は、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の歯車減速装置を備えたことである。 A feature of the electric power steering device according to claim 5 is that the gear reduction device according to any one of claims 1 to 4 is provided.
請求項1に係る歯車減速装置の発明によれば、アルミ合金製のハウジング内に収容された歯車減速装置の駆動歯車および被動歯車が、アルミ合金製の歯車本体と、駆動歯車本体の外周に焼きばめもしくは冷しばめによって固定される鋼製の歯部とをそれぞれ備えているので、ハウジングの熱膨張によって、歯車相互の心間距離が大きくなっても、駆動歯車および被動歯車もハウジングと同じように熱膨張する。これにより、歯車相互の心間距離の増大に伴う歯車相互のバックラッシュを抑制することができる。しかも、歯部を鋼製にて構成したので、歯部の摩耗を抑制でき、歯車減速装置の耐久性を向上することができる。 According to the invention of the gear reduction device according to claim 1, the drive gear and the driven gear of the gear reduction device housed in the aluminum alloy housing are baked on the outer circumference of the aluminum alloy gear main body and the drive gear main body. Steel teeth fixed by a fit or a cold fit, so even if the distance between the gears increases due to thermal expansion of the housing, the drive gear and the driven gear are It expands in the same way. Thereby, the backlash of gears accompanying the increase in the distance between gears can be suppressed. And since the tooth | gear part was comprised with steel, the abrasion of a tooth | gear part can be suppressed and durability of a gear reduction gear can be improved.
請求項2に係る歯車減速装置の発明によれば、アルミ合金製のハウジング内に収容された歯車減速装置の駆動歯車および被動歯車が、外周に硬化処理された歯部を有するアルミ合金製の歯車本体をそれぞれ備えているので、請求項1と同様に、ハウジングの熱膨張によって、歯車相互の心間距離が大きくなっても、歯車相互のバックラッシュを抑制することができる。しかも、歯部を硬化処理しているので、歯部の摩耗を抑制でき、歯車減速装置の耐久性を向上することができる。 According to the invention of the gear reduction device according to claim 2, the drive gear and the driven gear of the gear reduction device housed in the aluminum alloy housing have gear teeth made of a hardened outer periphery. Since each of the main bodies is provided, the backlash between the gears can be suppressed even if the distance between the gears is increased due to the thermal expansion of the housing. In addition, since the teeth are hardened, wear of the teeth can be suppressed and the durability of the gear reduction device can be improved.
請求項3に係る歯車減速装置の発明によれば、駆動歯車および被動歯車の少なくとも一方は、内側に歯車軸に圧入される鋼製の内側ボスを有しているので、歯車本体を内側ボスを介して歯車軸に確実かつ容易に圧入固定することができる。 According to the invention of the gear reduction device according to the third aspect, at least one of the drive gear and the driven gear has the steel inner boss that is press-fitted into the gear shaft on the inner side. And can be press-fitted and fixed to the gear shaft reliably and easily.
請求項4に係る歯車減速装置の発明によれば、硬化処理は、アルマイト処理からなっているので、アルミ合金製の駆動歯車本体および被動歯車本体の各歯部を容易に硬化処理することができる。 According to the invention of the gear reduction device according to claim 4, since the hardening process is an alumite process, each tooth part of the drive gear main body and the driven gear main body made of aluminum alloy can be easily hardened. .
請求項5に係る電動パワーステアリング装置の発明によれば、上記した構成の歯車減速装置を備えているので、アルミ合金製のハウジングの熱膨張に拘らず、歯車減速装置の歯車相互のバックラッシュを的確に抑制することができる電動パワーステアリング装置を実現することができ、操舵フィーリングを向上することができる。 According to the invention of the electric power steering device according to claim 5, since the gear reduction device having the above-described configuration is provided, the backlash between the gears of the gear reduction device can be prevented regardless of the thermal expansion of the aluminum alloy housing. An electric power steering device that can be accurately suppressed can be realized, and the steering feeling can be improved.
以下本発明の第1の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置10の模式図を示し、図2は電動パワーステアリング装置10に内蔵された歯車減速装置11部分の断面図を示す。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of an electric
図1において、電動パワーステアリング装置10は、転舵輪12を転舵するためにステアリングホイール13に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト14と、ステアリングシャフト14からの操舵トルクにより転舵輪12を転舵する、例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構15と、ステアリングシャフト14と操舵機構15とを連結する軸継手としての中間軸16とを備えている。
In FIG. 1, an electric
操舵機構15は、入力軸としてのピニオン軸17と、自動車の横方向(直進方向と直交する方向)に延びる転舵軸としてのラック軸18と、ピニオン軸17およびラック軸18を支持するハウジング20とを有している。ピニオン軸17は、ハウジング20に回動可能に支持され、ラック軸18は、ハウジング20に直線往復移動可能に支持されている。ピニオン軸17のピニオン歯17aは、ラック軸18のラック歯18aに噛合されている。ラック軸18の両端部は、タイロッドおよびナックルアームを介して転舵輪12に連結されている。
The
これにより、ステアリングホイール13が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト14等を介して操舵機構15に伝達され、ピニオン軸17が回転される。ピニオン軸17の回転は、ピニオン歯17aおよびラック歯18aによって、ラック軸18の直線移動に変換され、これによって転舵輪12が転舵される。
Thereby, when the
ラック軸18には、図2にも示すように、ボールねじ軸21が一体的に形成され、ボールねじ軸21にボール22を介して螺合するボールナット23が、ラック軸18と同心的にハウジング20に軸受24によって回転のみ可能に支持されている。
As shown in FIG. 2, a
さらに、電動パワーステアリング装置10には、操舵トルクを検出するトルクセンサ25(図1参照)と、トルクセンサ25の出力に基づいて制御され、操舵トルクをアシストする電動モータ26と、電動モータ26の回転を減速する歯車減速装置11が設けられている。歯車減速装置11は、電動モータ26によって駆動される駆動歯車31と、ボールナット23に設けられた被動歯車32と、これら駆動歯車31および被動歯車32に噛合し、駆動歯車31の回転を被動歯車32に伝達する中間歯車33とによって構成されている。なお、ボールナット23は、被動歯車軸を構成している。
Further, the electric
ハウジング20は、図2に詳細図示するように、操舵機構15を構成するラック軸18の主要部とピニオン軸17を収納する第1ハウジング20aと、歯車減速装置11を収納する第2ハウジング20bおよび第2ハウジング20bの開口部を閉塞するハウジングカバー20cとによって構成されている。これら第1ハウジング20a、第2ハウジング20bおよびハウジングカバー20cは、アルミニウム合金からなり、ボルト20d等によって互いに一体的に結合されている。第2ハウジング20bには、鋼製の被動歯車軸(ボールナット)23が軸受24を介して、ボールねじ軸21(ラック軸18)と同心的に回転可能に支持されている。被動歯車軸23の外周には、後述する構成の被動歯車32が圧入により固定されるようになっている。
As shown in detail in FIG. 2, the
第2ハウジング20bには、電動モータ26がラック軸18と平行に設置されている。電動モータ26のモータシャフトは、後述する構成の駆動歯車31を取付けた駆動歯車軸36の一端に回転連結されている。駆動歯車軸36は、第2ハウジング20aに装着された軸受37aによって軸方向の一端(右端)を支持され、ハウジングカバー20cに装着された軸受37bによって軸方向の他端(左端)を支持され、これら軸受37a、37bによってラック軸18と平行な軸線の回りに回転可能に支持されている。
An
また、第2ハウジング20bには、被動歯車軸23と駆動歯車軸36との間に、中間歯車軸38が駆動歯車軸36と平行に配置されている。中間歯車軸38は、第2ハウジング20bに装着された軸受39aによって軸方向の一端(右端)を回転可能に支持され、ハウジングカバー20cに装着された軸受39bによって軸方向の他端(左端)を回転可能に支持されている。中間歯車軸38上には、後述する構成の中間歯車33が軸受39a、39bの間に一体的に取付けられ、中間歯車33は駆動歯車31および被動歯車32にそれぞれ噛合されるようになっている。
Further, in the second housing 20 b, an
上記した駆動歯車31、中間歯車33および被動歯車32によって、電動モータ26の回転を被動歯車軸23に減速して伝達する歯車減速装置11を構成している。
The
上記した被動歯車32は、図3に示すように、ハウジング20と同じ材質のアルミニウム合金からなる円筒状の被動歯車本体32aと、この被動歯車本体32aの外周に一体的に取付けられる鋼製からなるリング状の被動歯部32bと、被動歯車本体32aの内周に一体的に取付けられる鋼製からなるリング状の内側ボス32cとによって構成されている。被動歯部32bの内周は被動歯車本体32aの外周に焼きばめによって嵌着固定され、内側ボス32cの外周は被動歯車本体32aの内周に焼きばめによって嵌着固定される。このように構成された被動歯車32は、内側ボス32cがこれと同材質(鋼製)の被動歯車軸(ボールナット)23の外周に圧入される(図2参照)ことにより、被動歯車軸23に固定される。
As shown in FIG. 3, the driven
また、駆動歯車31は、図4に示すように、アルミニウム合金からなる円筒状の駆動歯車本体31aと、この駆動歯車本体31aの外周に一体的に取付けられる鋼製からなるリング状の駆動歯部31bとによって構成されている。駆動歯部31bの内周は駆動歯車本体31aの外周に焼きばめによって嵌着固定される。このように構成された駆動歯車31は、その駆動歯車本体31aの内周が鋼製の駆動歯車軸36の外周取付部36aに焼きばめによって嵌着固定されるようになっている。
As shown in FIG. 4, the
同様に、中間歯車33は、図5に示すように、アルミニウム合金からなる円筒状の中間歯車本体33aと、この中間歯車本体33aの外周に一体的に取付けられる鋼製からなるリング状の中間歯部33bとによって構成されている。中間歯部33bの内周は中間歯車本体33aの外周に焼きばめによって嵌着固定される。このように構成された中間歯車33は、その中間歯車本体33aの内周が鋼製の中間歯車軸38の外周取付部38aに焼きばめによって嵌着固定されるようになっている。
Similarly, as shown in FIG. 5, the
上記した構成の歯車減速装置11を備えた電動パワーステアリング装置10によれば、ステアリングホイール13を操舵すると、操舵トルクがピニオン軸17に入力され、ピニオン軸17とラック軸18とによる操舵機構15を介してラック軸18が軸方向に移動される。
According to the electric
ピニオン軸17に入力された操舵トルクは、トルクセンサ25により検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ26が回転制御され、補助トルクを発生させる。電動モータ26による補助トルクは、駆動歯車軸36上に取付けられた駆動歯車31および中間歯車軸38上に取付けられた中間歯車33を介して被動歯車32を圧入固定した被動歯車軸(ボールナット)23に伝達される。そして、被動歯車軸23の回転によりラック軸18が軸方向に移動され、運転者によるステアリングホイール13の操舵力が軽減される。
The steering torque input to the
ところで、電動パワーステアリング装置10のハウジング20が熱膨張すると、駆動歯車軸36と中間歯車軸38との心間距離D1および中間歯車軸38と被動歯車軸23との心間距離D2(図2参照)がそれぞれ増大するが、駆動歯車軸36、中間歯車軸38および被動歯車軸23上にそれぞれ取付けられた駆動歯車31の駆動歯車本体31a、中間歯車33の中間歯車本体33aおよび被動歯車32の被動歯車本体32aが、ハウジング20と同一材質のアルミニウム合金にて構成されているため、駆動歯車31、中間歯車33および被動歯車32もハウジング20と同じように熱膨張する。これにより、心間距離D1、D2の増大に伴う駆動歯車31と中間歯車33とのバックラッシュおよび中間歯車33と被動歯車32とのバックラッシュを抑制することができる。
By the way, when the
しかも、駆動歯車31、中間歯車33および被動歯車32の各歯部31b、33b、32bを鋼製にて構成したので、歯部31b、33b、32bの強度(硬度)を確保でき、耐摩耗性を高めることができ、歯車減速装置11の耐久性を向上することができる。また、被動歯車32の内周には鋼製の内側ボス32cが固定されているので、被動歯車32を従来と同様に被動歯車軸23に圧入固定によって容易に組付けることができる。
Moreover, since the
かかる構成の歯車減速装置11を備えた電動パワーステアリング装置10によれば、駆動歯車31と中間歯車33とのバックラッシュおよび中間歯車33と被動歯車32とのバックラッシュの抑制により、歯打ち音を抑制できるとともに、操舵フィーリングを向上することができる。
According to the electric
図6および図7は、本発明の第2の実施の形態を示すもので、第1の実施の形態と異なる点は、駆動歯車31、被動歯車32および中間歯車33の各歯部31b、32b、33bを、各歯車本体31a、32a、33aと一体にアルミニウム合金にて構成するとともに、各歯部31b、32b、33bにアルマイト処理を施して、歯部31b、32b、33bの硬度を確保し、耐摩耗性を高めたことである。
6 and 7 show a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the
すなわち、図6に示すように、被動歯車32は、アルミニウム合金からなる被動歯車本体32aが外周の歯部32bまで一体で構成され、少なくとも外周歯部32bがアルマイト処理によって硬化されている。同様に、図7に示すように、駆動歯車31は、アルミニウム合金からなる駆動歯車本体31aが外周の歯部31bまで一体で構成され、少なくとも外周歯部31bがアルマイト処理によって硬化されている。なお、第1の実施の形態と同一部品には同一の参照符号を示しており、中間歯車33については、駆動歯車31と同様な構成であるので、その図示を省略してある。
That is, as shown in FIG. 6, in the driven
かかる第2の実施の形態においても、第1の実施の形態で述べたと同様に、電動パワーステアリング装置10のハウジング20が熱膨張した場合に、駆動歯車31と中間歯車33との心間距離D1および中間歯車33と被動歯車32との心間距離D2がそれぞれ増大するが、駆動歯車31、中間歯車33および被動歯車32もハウジング20と同じように熱膨張させることができる。これによって、駆動歯車31と中間歯車33とのバックラッシュおよび中間歯車33と被動歯車32とのバックラッシュを抑制することができ、しかも、アルミニウム合金からなる各歯部31b、32b、33bをアルマイト処理することにより、歯部31b、32b、33bの硬度を確保でき、耐摩耗性を高めることができる。
Also in the second embodiment, as described in the first embodiment, when the
なお、第2の実施の形態において、アルミニウム合金からなる各歯部31b、32b、33bの硬化処理は、必ずしもアルマイト処理に限定されるものではなく、他の硬化処理によって歯部31b、32b、33bの硬度を確保するようにしてもよい。
In the second embodiment, the hardening treatment of the
上記した実施の形態においては、歯車減速装置11を電動パワーステアリング装置10に適用した例について述べたが、本発明は、アルミニウム合金製のハウジング20に収容された他の歯車減速装置にも適用でき、また、歯車減速装置11も、必ずしも、駆動歯車31、被動歯車32および中間歯車33で構成する必要はなく、中間歯車33を省略して、駆動歯車31と被動歯車32とを直接噛合させるようにしてもよく、逆に、複数の中間歯車を介して駆動歯車31と被動歯車32とを回転連結するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
また、歯車減速装置11の構成によっては、被動歯車32の内周に設ける内側ボス32cをなくし、被動歯車本体32aを被動歯車軸23の外周に焼きばめによって直接取付けることもでき、あるいは、駆動歯車31の駆動歯車本体31a内周に鋼製の内側ボスを焼きばめによって取付け、駆動歯車軸36の外周に圧入によって固定するようにしてもよい。
Further, depending on the configuration of the
また、上記した第1の実施の形態においては、駆動歯車31、被動歯車32および中間歯車33の各歯車本体31a、32a、33aに、各歯部31b、32b、33bを焼きばめによって嵌着固定するとともに、各歯車本体31a、32a、33aを駆動歯車軸36、内側ボス32cおよび中間歯車軸38に、焼きばめによって嵌着固定するようにした例について述べたが、焼きばめに代えて冷しばめによって嵌着固定するようにしてもよい。
In the first embodiment described above, the
以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the configurations described in the embodiments, and does not depart from the gist of the present invention described in the claims. It can take various forms.
10…電動パワーステアリング装置、11…歯車減速装置、20…ハウジング、23…被動歯車軸(ボールナット)、26…電動モータ、31…駆動歯車、31a…駆動歯車本体、31b…歯部、32…被動歯車、32a…被動歯車本体、32b…歯部、32c…内側ボス、33…中間歯車、33a…中間歯車本体、33b…歯部、36…駆動歯車軸、38…中間歯車軸。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記駆動歯車は、アルミ合金製の駆動歯車本体と、該駆動歯車本体の外周に焼きばめもしくは冷しばめによって固定される鋼製の駆動歯部とを備え、
前記被動歯車は、アルミ合金製の被動歯車本体と、該被動歯車本体の外周に焼きばめもしくは冷しばめによって固定される鋼製の被動歯部とを備えている
ことを特徴とする歯車減速装置。 A gear reduction device housed in an aluminum alloy housing and having at least a drive gear and a driven gear,
The drive gear includes a drive gear body made of aluminum alloy, and a steel drive tooth portion fixed to the outer periphery of the drive gear body by shrink fitting or cold fitting,
The driven gear includes a driven gear main body made of an aluminum alloy, and a steel driven tooth portion fixed to the outer periphery of the driven gear main body by shrink fitting or cold fitting. Reducer.
前記駆動歯車は、外周に硬化処理された歯部を有するアルミ合金製の駆動歯車本体を備え、
前記被動歯車は、外周に硬化処理された歯部を有するアルミ合金製の被動歯車本体を備えた
ことを特徴とする歯車減速装置。 A gear reduction device that is housed in an aluminum alloy housing and includes at least a drive gear and a driven gear,
The drive gear includes a drive gear body made of aluminum alloy having teeth that are hardened on the outer periphery,
The driven gear includes a driven gear main body made of an aluminum alloy having teeth hardened on the outer periphery.
An electric power steering apparatus comprising the gear reduction device according to any one of claims 1 to 4.
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WO2022137978A1 (en) * | 2020-12-22 | 2022-06-30 | クノールブレムゼステアリングシステムジャパン株式会社 | Steering device |
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