JP2017040344A - Rotation-linear motion converting device, and electric power steering device, vehicle and machine device equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転運動と直動運動とを相互に変換する回転直動変換装置に係り、産業用直動テーブルやラックアシスト式の電動パワーステアリング装置等の機械装置に好適に採用し得る回転直動変換装置に関する。 The present invention relates to a rotation / linear motion conversion device that mutually converts a rotation motion and a linear motion, and is suitable for a mechanical device such as an industrial linear motion table or a rack assist type electric power steering device. The present invention relates to a dynamic conversion device.
この種の回転直動変換装置として、例えば電動パワーステアリング装置を備える車両等の各種機械装置の多くにボールねじが用いられている(例えば特許文献1参照)。 As this type of rotation / linear motion conversion device, for example, a ball screw is used in many of various mechanical devices such as a vehicle including an electric power steering device (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、ボールねじは、転動体としてボールを循環させる循環構造が必要なので静粛性を得難いという問題がある。また、ボールねじは、ねじ軸とナットとの間にボールが介在するため、小さなリードには対応し難いという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、比較的に高い静粛性を得られる回転直動変換装置、これを備える電動パワーステアリング装置および車両並びに機械装置を提供することを課題とする。
However, the ball screw has a problem that it is difficult to obtain quietness because it requires a circulation structure for circulating the ball as a rolling element. In addition, since the ball screw is interposed between the screw shaft and the nut, there is a problem that it is difficult to handle a small lead.
Therefore, the present invention has been made paying attention to such problems, and provides a rotation / linear motion conversion device that can obtain relatively high quietness, an electric power steering device including the same, a vehicle, and a mechanical device. The issue is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る回転直動変換装置は、外周面が円筒状の軸部を有するシャフトと、該シャフトに隙間を隔てて外嵌するハウジングと、該ハウジングに支軸を介して回転自在に支持された複数のローラと、前記軸部に設けられた磁気エンコーダ部および該磁気エンコーダ部に感磁面が対向配置されるとともに素子相互が前記軸部の直動方向に所定距離だけ離隔配置された二つのホール素子とを有するリニアエンコーダとを備え、前記複数のローラは、以下の条件1〜3を満たす。 In order to solve the above-described problem, a rotation / linear motion conversion device according to an aspect of the present invention includes a shaft having a cylindrical shaft portion on an outer peripheral surface, a housing that is fitted on the shaft with a gap therebetween, and the housing A plurality of rollers rotatably supported via a support shaft, a magnetic encoder portion provided on the shaft portion, a magnetically sensitive surface opposed to the magnetic encoder portion, and elements being directly connected to the shaft portion. A linear encoder having two Hall elements spaced apart from each other by a predetermined distance in the moving direction, and the plurality of rollers satisfy the following conditions 1 to 3.
条件1:前記複数のローラは、前記シャフトに対して周方向に離隔して等配されている。
条件2:前記複数のローラは、前記シャフトの軸線に対して捩じれの方向に同一の傾き角度をもって支持されている。
条件3:前記複数のローラは、前記シャフトの前記軸部に対してトラクション駆動力(転がり接触による摩擦駆動力)を伝達可能なように予圧荷重をかけた状態で摺接されている。
Condition 1: The plurality of rollers are equally spaced apart from the shaft in the circumferential direction.
Condition 2: The plurality of rollers are supported with the same inclination angle in the direction of twist with respect to the axis of the shaft.
Condition 3: The plurality of rollers are in sliding contact with a preload applied so that traction driving force (friction driving force by rolling contact) can be transmitted to the shaft portion of the shaft.
本発明の一態様に係る回転直動変換装置によれば、外周面が円筒状の軸部を有するシャフトに対し、シャフト周方向に離隔して等配される複数のローラを軸線に対して捩じれの方向に同一の傾き角度をもって回転自在にハウジングに支持し、それら複数のローラが、シャフトの軸部に対してトラクション駆動力を伝達可能なように予圧荷重をかけた状態で摺接されているので、シャフトを回転させれば、複数のローラとそれを固定するハウジングがトラクション駆動によってシャフトに沿って傾き角度に応じた量だけ直動運動させることができる。また、シャフトを外部で回り止めしてハウジングを回転させれば、シャフトを直動運動させることもできる。 According to the rotation / linear motion conversion device according to one aspect of the present invention, a plurality of rollers equally spaced apart in the circumferential direction of the shaft are twisted with respect to the axis with respect to a shaft having an outer peripheral surface having a cylindrical shaft portion. A plurality of rollers are slidably contacted with a preload applied so that a traction driving force can be transmitted to the shaft portion of the shaft. Therefore, if the shaft is rotated, the plurality of rollers and the housing for fixing the rollers can be linearly moved along the shaft by an amount corresponding to the inclination angle by traction drive. Further, if the shaft is prevented from rotating outside and the housing is rotated, the shaft can be moved linearly.
そして、本発明の一態様に係る回転直動変換装置によれば、ボールねじと比べて小リードに対応することができる。また、シャフトにボールねじのようなねじ溝を形成不要なので、メンテナンス性にも比較的に優れている。また、ボールねじとは異なり、回転系のローラのみを使用してトラクション駆動機構を構成するため、比較的に高い静粛性が得られる。 In addition, according to the rotation / linear motion conversion device according to one aspect of the present invention, it is possible to cope with a small lead as compared with a ball screw. Further, since it is not necessary to form a screw groove like a ball screw on the shaft, it is relatively easy to maintain. Further, unlike the ball screw, the traction drive mechanism is configured by using only the rotating system roller, so that relatively high silence can be obtained.
なお、本発明の一態様に係る回転直動変換装置において、シャフトに隙間を隔てて外嵌するとともにハウジングの軸方向前後を覆うカバー部材と、カバー部材と軸部との間に介装されるパッキンとを備える構成とすれば、カバー部材により静粛性をより向上させるとともに、グリースやオイルの漏れ出しを防止し、また、外部からの異物の侵入を防止する上で好適である。 In the rotation / linear motion conversion device according to one aspect of the present invention, the cover member is fitted between the cover member and the shaft portion, the cover member being fitted on the shaft with a gap and covering the front and rear in the axial direction of the housing. The structure including the packing is suitable for improving quietness by the cover member, preventing leakage of grease and oil, and preventing entry of foreign matter from the outside.
特に、本発明の一態様に係る回転直動変換装置によれば、軸部に設けられた磁気エンコーダ部と、この磁気エンコーダ部に感磁面が対向配置されるとともに素子相互が軸部の直動方向に所定距離だけ離隔配置された二つのホール素子とを有するリニアエンコーダを備えているので、このリニアエンコーダで取得した、軸部の直動状態を示す直動情報を、シャフトを回転駆動させるドライバ等の制御装置にフィードバックすれば、軸部の直動状態を高精度に制御することができる。 In particular, according to the rotation / linear motion conversion device according to one aspect of the present invention, the magnetic encoder portion provided in the shaft portion, the magnetic sensitive surface is disposed opposite to the magnetic encoder portion, and the elements are directly connected to the shaft portion. Since the linear encoder having two Hall elements spaced apart by a predetermined distance in the moving direction is provided, the linear motion information indicating the linear motion state of the shaft portion obtained by the linear encoder is rotationally driven. By feeding back to a control device such as a driver, the linear motion state of the shaft portion can be controlled with high accuracy.
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、本発明の一態様に係る回転直動変換装置を備える。本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置によれば、本発明の一態様に係る回転直動変換装置を備えるので、本発明の一態様に係る回転直動変換装置の作用効果により、比較的に高い静粛性が得られる。
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る車両は、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置を備える。本発明の一態様に係る車両によれば、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置を備えるので、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置の作用効果により、比較的に高い静粛性が得られる。
Moreover, in order to solve the said subject, the electric power steering apparatus which concerns on 1 aspect of this invention is provided with the rotation / linear motion conversion apparatus which concerns on 1 aspect of this invention. According to the electric power steering device according to one aspect of the present invention, since the rotation / linear motion conversion device according to one aspect of the present invention is provided, the operation effect of the rotation / linear motion conversion device according to one aspect of the present invention is relatively high. High quietness can be obtained.
In order to solve the above problem, a vehicle according to an aspect of the present invention includes the electric power steering device according to an aspect of the present invention. According to the vehicle according to one aspect of the present invention, since the electric power steering device according to one aspect of the present invention is provided, a relatively high quietness is achieved by the operational effect of the electric power steering device according to one aspect of the present invention. can get.
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る機械装置は、本発明の一態様に係る回転直動変換装置を備える。本発明の一態様に係る機械装置によれば、本発明の一態様に係る回転直動変換装置を備えるので、本発明の一態様に係る回転直動変換装置の作用効果により、比較的に高い静粛性が得られる。 In order to solve the above-described problem, a mechanical device according to one aspect of the present invention includes the rotation-linear motion conversion device according to one aspect of the present invention. According to the mechanical device according to one aspect of the present invention, the rotation / linear motion conversion device according to one aspect of the present invention is provided. Silence can be obtained.
上述のように、本発明によれば、比較的に高い静粛性を得られる。 As described above, according to the present invention, relatively high silence can be obtained.
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The drawings are schematic. For this reason, it should be noted that the relationship between the thickness and the planar dimension, the ratio, and the like are different from the actual ones, and the dimensional relationship and the ratio are different between the drawings. Further, the following embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material, shape, structure, and arrangement of components. Etc. are not specified in the following embodiments.
[回転直動変換装置]
図1および図2に示すように、この回転直動変換装置20は、ハウジング40と、外周面が円筒状の軸部30を有するシャフト7と、ハウジング40に支軸52を介して回転自在に支持された複数のローラ50と、軸部30の直動状態を示す直動情報を取得可能なリニアエンコーダ100とを備える。本実施形態では、ローラ50と支軸52とがニードルベアリング53を介して一体に構成されたカムフォロアを用いており、複数のローラ50は、シャフト7に対し、所定の配置および所定の姿勢で保持される。
[Rotary linear motion converter]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the rotation / linear
具体的には、所定の配置として、複数のローラ50は、シャフト7に対して周方向に離隔して等配されている(「課題を解決するための手段」に記載の条件1)。本実施形態では、ローラ50が4個設けられ、4個のローラ50は、周方向に90°毎に離隔して同じ姿勢で配置されている。なお、複数のローラ50の個数は4個に限定されず、2以上であれば種々の態様とすることができる。複数のローラ50の個数は3個以上が好ましい。
Specifically, as a predetermined arrangement, the plurality of
また、シャフト7の形状は、回転直動変換装置20との関係においては円筒状の軸部30を有していれば他の部分の構造は限定されない。例えば、後述するように、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置のラック軸に対してシャフト7を適用することができる。
また、本実施形態では、各ローラ50にカムフォロア(ローラフォロア)を用いた例を示したが、これに限定されず、ローラ50としては、円筒または円環状の外周面を有するローラを備える構成であれば、種々の円筒状の外輪を有する軸受を用いることができる。例えば、モーメント荷重を受けられる組合せ軸受や複列玉軸受でもよい。
In addition, the shape of the
In this embodiment, an example in which a cam follower (roller follower) is used for each
ハウジング40は、図2に示すように、軸線方向から見た形状が略正方形をなすブロック状の部材であり、その略正方形状の中央(対角線の交点の位置)に、軸線方向に沿って円形の貫通孔41が形成され、この貫通孔41に、径方向で隙間を隔ててシャフト7の軸部30が挿通されている。本実施形態では、ハウジング40の一の外側面には、例えばテーブル等の他の部材を連結するための雌ねじ44が二箇所に設けられている。
As shown in FIG. 2, the
なお、ハウジング40は、複数のローラ50を回転自在に支持しつつ、複数のローラ50をシャフト7に対して所定となる姿勢で保持可能であれば、形状は限定されない。但し、複数のローラ50をシャフト7に対して周方向に離隔して等配するように保持する上で、シャフト7に隙間を隔てて外嵌するように設けられることが好ましい。
ハウジング40には、各ローラ50に対して、傾き角度αとなる支軸52の装着孔42と、装着孔42と同軸の座繰り穴43とが加工されている。ローラ50は、装着孔42に支軸52が挿入されて、支軸52端部の雄ねじに螺合する固定ナット54を座繰り穴43に締め付けることによってハウジング40に装着されている。ここで、所定の姿勢における傾き角度αは、シャフト7の軸部30の外周面とローラ50の外周面との接点をPとするとき、接点Pを中心にしてローラ50の支軸52の軸線RLを捩じれの方向に傾けたときの軸線CLと軸線RLとのなす角である。
The shape of the
In the
なお、各ローラ50の接点Pは軸線CLに直交する同一円周上に位置し、接点Pの位置における各ローラ50の中心はP.C.D.(Pitch Circle Diameter)上になる。これにより、複数のローラ50は、所定の姿勢として、シャフト7の軸線CLに対して捩じれの方向に同一の傾き角度αをもって支持される(「課題を解決するための手段」に記載の条件2)。
The contact point P of each
さらに、各ローラ50は、ハウジング40に装着されるに際し、シャフト7の軸部30に対してトラクション駆動力を伝達可能なように予圧荷重をかけた状態で摺接される(「課題を解決するための手段」に記載の条件3)。
本実施形態では、予圧荷重は、各ローラ50の接触面圧が0.6〜3GPaの範囲となるように設定されている。また、本実施形態では、トラクション駆動力をより確実に伝達可能なように、シャフト7の軸部30及びローラ50の外周面は鏡面加工されており、鏡面加工は、表面粗さRa0.2以下とされている(条件4)。
Further, when the
In this embodiment, the preload is set so that the contact surface pressure of each
本実施形態では、トラクション駆動力をより確実に伝達可能なように、シャフト7の軸部30及び各ローラ50の外周面には、トラクショングリース又はトラクションオイルが塗布されている(条件5)。
なお、本実施形態で採用するトラクショングリース又はトラクションオイルとしては、例えば特許掲載公報に開示されている、特許第3599231号公報や特許第4044225号公報に記載のトラクションドライブ用流体を用いたり、特許第4005714号公報に記載のトラクションドライブ油用添加剤を添加剤として用いたりすることが好ましい。
In the present embodiment, traction grease or traction oil is applied to the outer peripheral surface of the
As the traction grease or traction oil employed in the present embodiment, for example, the traction drive fluid disclosed in Japanese Patent No. 3599231 and Japanese Patent No. 4044225 disclosed in the patent publication gazette is used. It is preferable to use an additive for traction drive oil described in Japanese Patent No. 4005714 as an additive.
また、本実施形態では、上記ハウジング40の軸方向前後を覆うカバー部材として、複数のローラ50側に設けられた前部カバー46と、その反対側に設けられた後部カバー48とを有する。
前部カバー46は、複数のローラ50を径方向で囲繞するように覆う円筒部46aと、円筒部46aの端面に設けられて複数のローラ50を軸方向から覆う円環部46bとを有する。前部カバー46は、円筒部46aと円環部46bとが、シャフト7の軸部30に隙間を隔てて外嵌するとともに複数のローラ50の全体を覆うようにハウジング40のローラ50側の面に装着されている。前部カバー46の円環部46bと軸部30の間にパッキン18が介装されており、前部カバー46の内部からのグリースやオイルの漏れ出しや、外部からの異物の侵入が防止されている。
Moreover, in this embodiment, it has the
The
また、後部カバー48は、前部カバー46と同様に、円筒部48aと、円筒部48aの端面に設けられた円環部48bとを有する。後部カバー48は、シャフト40に隙間を隔てて外嵌するとともに、ハウジング40の前部カバー46とは反対側の面に、前部カバー46の装着側とは反対側のハウジング40の側面部分を覆うようにハウジング40に装着されている。円環状の後部カバー48と軸部30の間にもパッキン18が介装されている。
Similarly to the
さらに、本実施形態では、後部カバー48の円筒部48a内に、シャフト7の直動方向の移動量および移動方向を検出可能なリニアエンコーダ100が設けられている。
このリニアエンコーダ100は、図3に要部を拡大図示するように、磁気エンコーダ部101と、磁気センサ部102とを含んで構成されている。磁気エンコーダ部101は、シャフト7の軸部30の外周面に、シャフト7の直動範囲に亘って設けられ、軸部30表面が、円環状にS極とN極とが所定の間隔で軸方向に交互に磁化されることで多極磁石を構成している。
Furthermore, in the present embodiment, a
The
磁気センサ部102は、磁気エンコーダ部101に感磁面が対向配置されるとともに、素子相互が直動方向に所定距離だけ離隔配置された二つのホール素子102a,102bと、これら二つのホール素子102a,102bおよび不図示の直動情報算出器を実装する回路基板102cとを備える。回路基板102cは、略L字形の取付けアングル103の先端側の面に装着されており、取付けアングル103の基端部が、ハウジング40の円環部48bと対向する側面に固定ボルト105で固定されている。
The
磁気エンコーダ部101は、軸部30の外周面に直接形成されているので、シャフト7の直動と共に磁気エンコーダ部101も直動する。磁気センサ部102は、磁気エンコーダ部101が直動することにより、磁気エンコーダ部101に対向する二つのホール素子102a,102bとの位置関係が周期的に変化する。磁気センサ部102には、磁気エンコーダ部101からの磁束が通過するが、二つのホール素子102a,102bは、通過磁束に対応し、磁束変化に応じて位相がずれた磁極対数の2相のパルス信号を出力する。2相のパルス信号は、A相、B相とする。磁気センサ部102の回路基板102cに実装された直動情報算出器は、サンプリングタイミングになると、A相、B相の磁気検出信号についてサンプリング値を同時に取得し、相互に位相のずれた2相のパルス信号に基づき、軸部30の直動位置、直動速度、直動方向などの軸部30の直動状態を示す直動情報を周期的に算出可能になっている。直動情報は、シャフト7を回転駆動させるドライバ等の制御装置にフィードバックされる。
Since the
次に、この回転直動変換装置20の作用・効果について説明する。
上述のように、回転直動変換装置20は、シャフト7の軸部30に対して複数のローラ50をねじれの位置に配置した上でトラクション駆動機構を構成している。
すなわち、この回転直動変換装置20によれば、円筒状の軸部30を有するシャフト7に対し、複数(好ましくは3以上)のローラ50をねじれの位置に配置し、ねじれの傾き角度αは複数のローラ50全て同一で予め決められているので、シャフト7を回転させることで、傾き角度に応じた量だけハウジング40がシャフト7の軸方向に進み、複数のローラ50とそれを固定するハウジング40をトラクション駆動によってシャフト7に沿って直動運動をさせることができる。また、シャフト7が外部で回り止めされていれば、ハウジング40を回転させることで、シャフト7を直動運動させることができる。
Next, the operation and effect of the rotation / linear
As described above, the rotation / linear
That is, according to the rotation / linear
そのため、この回転直動変換装置20の構成は、ボールねじではできないような小さなリード角にも対応できる。また、シャフト7にボールねじのようなねじ溝が不要なので、シャフト7の加工性やメンテナンス性にも優れている。
また、この回転直動変換装置20によれば、ボールねじとは異なり、回転系のローラ50のみを使用するトラクション駆動によるため、ボールねじに比べて比較的に高い静粛性が得られる。特に、この回転直動変換装置20によれば、シャフト7に隙間を隔てて外嵌するとともにハウジング40の軸方向前後を覆うカバー部材である二つのカバー46、48と、これらカバー46、48と軸部30との間に介装されるパッキン18とを備えるので、二つのカバー46、48により複数のローラ50が配置された空間が密閉されるため、静粛性をより向上させることができる。さらに、グリースやオイルの漏れ出しを防止し、また、外部からの異物の侵入を防止することができる。よって、機構の寿命を延ばすことができる。
Therefore, the configuration of the rotation / linear
Further, according to the rotation / linear
さらに、この回転直動変換装置20においては、複数のローラ50は、シャフト7の軸部30に対してトラクション駆動可能な予圧荷重をかけた状態で配置されているので、転造ボールねじのようなガタの発生を防止する上で好適である。
また、この回転直動変換装置20においては、シャフト7の軸部30及びローラ50の外周面に鏡面加工がされるとともに、シャフト7の軸部30及びローラ50の外周面にトラクショングリース又はトラクションオイルが塗布されているので、すべりを一層確実に防止してより効率良くトラクション駆動を行うことができる。
Further, in the rotation / linear
Further, in the rotation / linear
特に、この回転直動変換装置20においては、軸部30の直動状態を示す直動情報を取得可能に、軸部30に設けられた磁気エンコーダ部101と、この磁気エンコーダ部101に感磁面が対向配置されるとともに素子相互が軸部の直動方向に所定距離だけ離隔配置された二つのホール素子102a,102bとを有するリニアエンコーダ100を備えているので、このリニアエンコーダ100で取得した、軸部30の直動状態を示す直動情報を、シャフト7を回転駆動させるドライバ等の制御装置にフィードバックして、軸部30の直動状態を高精度に制御することができる。
In particular, in the rotation / linear
[ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置]
次に、上記回転直動変換装置20を備える機械装置の一例として、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置を装備した自動車について説明する。
図4に示すように、自動車の操舵部1は、ピニオン機構2とラック機構3とを含んで構成されたラックピニオン式の電動パワーステアリング装置10を備える。ピニオン機構2は、ピニオンハウジング4に回転自在に支持されたピニオン軸5を有する。ピニオン軸5は、以下不図示のステアリングシャフト等を介してステアリングホイールに連結されている。
[Rack-assisted electric power steering device]
Next, a vehicle equipped with a rack-assist type electric power steering device will be described as an example of a mechanical device including the rotation / linear
As shown in FIG. 4, the steering unit 1 of the automobile includes a rack and pinion type electric
ラック機構3は、ラックハウジング6を有し、ラックハウジング6は不図示のブラケットにより車体に固定される。ラックハウジング6の内部には、操舵軸であるラック軸7が摺動可能に支持されている。ラック軸7の両端はタイロッド8にそれぞれ連結されている。このラック軸7が、上述した回転直動変換装置20のシャフト7に対応している。
ピニオン軸5とラック軸7は互いにラックアンドピニオンギアにより噛合しており、ピニオン軸5に伝達される回転力がラック軸7の直動力に変換可能になっている。ここで、このラック軸7は、上記ピニオン軸5が噛合する不図示のラック部と、同図において、このラック部の右端側に形成された円筒状の軸部30とを有し、ラック軸7の円筒状の軸部30の位置に、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置(EPS:Electric Power Steering、以下、単に「EPS」とも称する)10が配置されている。
The rack mechanism 3 has a rack housing 6, and the rack housing 6 is fixed to the vehicle body by a bracket (not shown). A
The
このEPS10は、図5に示すように、円筒状のEPSハウジング11を有し、EPSハウジング11は、軸方向の略中央に配置された円管状の本体部12と、本体部12の同図右端に同軸に連結された円管状の変換装置収容部13と、本体部12と変換装置収容部13との左右開口部をそれぞれ閉止する円環状の蓋部14、15とを互いに複数の連結ボルト16、17で固定して形成されている。左右の蓋部14、15と軸部30の外周面との間にはパッキン18がそれぞれ介装されている。ここで、このEPS10に装着された回転直動変換装置20においては、EPSハウジング11が、シャフト(ラック軸)7に隙間を隔てて外嵌するとともにハウジング40の軸方向前後を覆うカバー部材に対応している。
As shown in FIG. 5, the
本体部12内には、円管状の固定子8aが固定され、また、固定子8aの一部を巻回する複数のセグメントからなるコイル8bが設けられている。固定子8aの内側には、円管状の回転子8cが、回転子8cよりも長い円管状のスリーブ9周りに一体的に回転するように取り付けられている。上記固定子8a、コイル8b、回転子8cおよびスリーブ9により、ブラシレスタイプの電動モータ60が構成されている。
In the
スリーブ9は、その右側の途中部分の外周が、軸受22によりEPSハウジング11に対して回転自在に支持されている。軸受22は、アンギュラコンタクトタイプの玉軸受であり、軸受22の内輪は、略円環状の押圧部材21がボルト19で固定されることで所期の予圧が軸受22に付与されている。スリーブ9の左端近傍には、電動モータ60の回転状態を検出可能なモータ回転角検出部80が設けられている。
The outer periphery of the middle portion on the right side of the
モータ回転角検出部80は、環状の固定子81と、固定子81と同心に配し相対回転自在に支持された環状の回転子82とを備えている。固定子81は、先端部に複数の極片歯を有する極片を円周等分に複数有して固定支持されるとともに、各極片に相数Nの励磁と信号出力とを兼ね備えたコイルが各相毎に直列に巻回されている。回転子82は、固定子81の極片歯にギャップをもって対向して円周方向に形成された歯列を有することでレゾルバを構成している。モータ回転角検出部80は、回転子82と固定子81の間のリラクタンスの変化に応じて得られる位相の異なる複数のレゾルバ信号をA/D変換してデジタル回転角信号を出力可能になっている。
The motor rotation
そして、スリーブ9右端の円筒状の変換装置収容部13内に、回転直動変換装置20が収容されている。回転直動変換装置20のハウジング40には、ラック軸7の軸部30に対して、上述した条件1〜3(より好ましくは上述した条件1〜5)を満たす複数のローラ50が回転自在に支持されている。本実施形態では、ハウジング40がスリーブ9と一体となるように、上記押圧部材21を介してスリーブ9の右端にボルト19での固定と同時に連結され、ハウジング40がスリーブ9と一体で回転可能とされている。
The rotary / linear
さらに、EPSハウジング11内には、スリーブ9左端よりも左側の蓋部14の円筒状鍔部14aの内側に、ラック軸7を案内する案内ローラ装置90が設けられている。案内ローラ装置90は、円筒状鍔部14aの内面に固定された複数の支持ブロック93と、隣り合う支持ブロック93の間に、支軸92によって回転自在に支持された複数の案内ローラ91とを有する。
Further, a
本実施形態では、案内ローラ91が4個設けられ、4個の案内ローラ91は、周方向に90°毎に離隔して同じ姿勢で配置されている。各案内ローラ91の支軸92は、ラック軸7の軸部30の軸線と直交して配置され、各案内ローラ91がラック軸7の直動方向に沿って回転して、ラック軸7の直動作動を円滑に案内するようになっている。
さらに、このEPS10は、案内ローラ装置90とスリーブ9の左端との間の位置に、ラック軸7の直動方向の移動量および移動方向を検出可能なリニアエンコーダ100が設けられている。このリニアエンコーダ100は、上述した回転直動変換装置20とは装着位置が異なる以外は同様の構成を有し、磁気エンコーダ部101と、磁気センサ部102とを含んで構成される。本実施形態の磁気エンコーダ部101は、ラック軸7の軸部30の外周面に、ラック軸7の直動範囲に亘って設けられている。
In the present embodiment, four
Further, the
磁気センサ部102は、二つのホール素子102a,102bと、これら二つのホール素子102a,102bおよび不図示の直動情報算出器を実装する回路基板102cとを備える。回路基板102cは、略L字形の取付けアングル103の先端側の面に装着され、取付けアングル103の基端部が、EPSハウジング11の本体部12の内周面に、本体部12と同軸に固定された円環状の支持ブラケット104を介して固定されている。
The
磁気センサ部102は、磁気エンコーダ部101が直動することにより、磁気エンコーダ部101に対向する二つのホール素子102a,102bが通過磁束に対応して、磁束変化に応じて位相がずれた磁極対数のA相、B相の2相のパルス信号を出力する。磁気センサ部102の直動情報算出器は、サンプリングタイミングになると、A相、B相の磁気検出信号についてサンプリング値を同時に取得し、相互に位相のずれた2相のパルス信号に基づき、軸部30の直動位置、直動速度、直動方向などの軸部30の直動状態を示す直動情報を周期的に算出してモータ制御装置70に出力する。
In the
電動モータ60は、図4に示すように、モータ制御装置70によって駆動制御される。モータ制御装置70は、不図示のステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ71と、車速を検出する車速センサ72とを有する。モータ制御装置70は、トルクセンサ71で検出した操舵トルクと、車速センサ72で検出した車速と、上記モータ回転角検出部80で検出した回転角と、上記リニアエンコーダ100の磁気センサ部102で検出した直動情報とから操舵補助トルク指令値を算出し、算出した操舵補助トルク指令値に基づいて、必要な操舵補助トルクを発生させるモータ駆動電流を求め、このモータ駆動電流を電動モータ60に出力するように構成されている。
The
特に、本実施形態では、回転直動変換装置20にボールねじを用いないトラクション駆動機構を採用しているため、操舵補助トルク指令値の算出に際し、モータ回転角検出部80で検出した回転角情報と磁気センサ部102で検出した直動情報とをモータ制御装置70に随時にフィードバックすることで、これら回転角情報と直動情報とに基づく補正を加えて、精度の高い操舵補助トルク指令値を算出している。
In particular, in the present embodiment, since the traction drive mechanism that does not use a ball screw is employed in the rotation / linear
次に、このEPS10の作用・効果について説明する。
この自動車では、ステアリングホイールを操舵したときの操舵回転力がピニオン軸5に伝達され、ピニオン軸5に噛合するラック軸7の直線運動に変換され、この直線運動がラック軸7の両端に連結されたタイロッド8を介して転舵輪に伝達され、転舵輪が転舵される。
Next, functions and effects of the
In this automobile, the steering rotational force when the steering wheel is steered is transmitted to the
EPS10は、操舵回転力がピニオン軸5に伝達されると、電動モータ60を駆動することにより、これに応じてスリーブ9が回転駆動され、スリーブ9と一体に接続された回転直動変換装置20のハウジング40が回転駆動される。これにより、ハウジング40に装着されている複数のローラ50から軸部30に伝達されたトラクション駆動力によってラック軸7が直線駆動されて操舵力を補助することができる。
When the steering rotational force is transmitted to the
ここで、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置では、回転直動変換装置としてボールねじ機構が採用されることが多いところ、ボールねじ機構は、転動体としてボールを循環させる循環構造が必要なので振動や音が生じ、ボールねじ機構で生じた振動や音は、ラック軸及び操舵軸を介してステアリングホイールへと伝達されるため、ドライバーに不快感を与えるおそれがある。 Here, in the rack assist type electric power steering device, a ball screw mechanism is often adopted as the rotation / linear motion conversion device. However, since the ball screw mechanism requires a circulation structure for circulating the ball as a rolling element, vibration and Sound is generated, and vibration and sound generated by the ball screw mechanism are transmitted to the steering wheel via the rack shaft and the steering shaft, which may cause discomfort to the driver.
これに対し、本実施形態の回転直動変換装置20を備えるEPS10によれば、ボールねじとは異なり、回転系の複数のローラ50のみを使用するトラクション駆動機構を採用しているので、ボールねじ機構に比べて比較的に高い静粛性が得られ、振動や音が軽減され、また、ボールねじと比べて小リードにも対応することができる。
また、従来のボールねじ機構が採用されるラック軸では、一方側の外周にねじ溝を形成し他方側にラック部を形成しているところ、このような構成であると、大きな操舵角の確保に必要なラック軸の長さに対し、ボールねじ機構のねじ溝とラック部との干渉を防止する上で、ラック軸が長くなって操舵装置が大型化したり、ラック軸の長さを抑えようとすると有効ねじ溝の範囲が狭くなって操舵角の減少を招いたりするという問題がある。
On the other hand, according to the
Also, in a rack shaft employing a conventional ball screw mechanism, a thread groove is formed on the outer periphery on one side and a rack portion is formed on the other side. With such a configuration, a large steering angle can be secured. To prevent interference between the ball screw mechanism's thread groove and the rack part against the required rack axis length, the rack axis becomes longer, the steering device becomes larger, and the rack axis length should be reduced. Then, there is a problem that the range of the effective screw groove becomes narrow and the steering angle is reduced.
これに対し、本実施形態の回転直動変換装置20を備えるEPS10であれば、回転系のローラ50のみを使用するトラクション駆動機構を採用しているので、ラック軸7にねじ溝が形成不要であり、円筒状の軸部30によって回転直動変換装置20の動作が可能である。そのため、コンパクトな構成でありながら比較的に大きな操舵角を確保できる。また、ラック軸7にボールねじのようなねじ溝を形成不要なので、加工性やメンテナンス性にも比較的に優れている。
In contrast, the
また、一般的に、タイロッド8はラック軸7に対して角度を持って取り付けられるため、操舵反力として、ラック軸7にアキシアル荷重の他に、ラジアル荷重、モーメント荷重が負荷される。
これに対し、従来のボールねじ機構を用いたラックピニオン式の電動パワーステアリング装置の場合、前述のラジアル荷重、モーメント荷重がボールねじ機構に負荷されるため耐久性の低下が問題となるところ、本実施形態の回転直動変換装置20を備えるEPS10であれば、ラック軸7にねじ溝が形成不要であり、回転系のローラ50のみを使用したトラクション駆動機構により比較的に高い耐久性を得ることができる。
In general, since the tie rod 8 is attached to the
On the other hand, in the case of a rack and pinion type electric power steering device using a conventional ball screw mechanism, since the radial load and moment load described above are applied to the ball screw mechanism, a decrease in durability becomes a problem. In the
さらに、本実施形態のEPS10であれば、操舵補助トルク指令値の算出に際し、モータ回転角検出部80で検出した回転角情報と磁気センサ部102で検出した直動情報とを随時にフィードバックして、これら回転角情報と直動情報とに基づく補正を加えて操舵補助トルク指令値を算出しているので、操舵反力によりラジアル荷重、モーメント荷重が負荷されても、その負荷に応じた随時の補正データにより最終的な操舵補助トルク指令値を得て、これに基づき電動モータ60を高精度に制御することができる。
Furthermore, with the
以上説明したように、上述した回転直動変換装置20、これを備える電動パワーステアリング装置10および自動車によれば、ボールねじを用いた回転直動変換装置と比べて、比較的に高い静粛性を得ることができる。なお、本発明に係る回転直動変換装置、これを備える電動パワーステアリング装置および車両は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
As described above, according to the above-described rotation / linear
例えば、上記実施形態では、本発明に係る回転直動変換装置の適用例として、これを備える電動パワーステアリング装置10および自動車を例示して説明したが、本発明に係る回転直動変換装置の適用範囲はこれに限定されず、操舵系を有する自動車以外の車両にも適用可能であり、また、本発明に係る回転直動変換装置は、ボールねじを用い得る産業用直動テーブルを備える各種機械装置に対し、ボールねじに替えて適用可能なことは勿論である。なお、産業用直動テーブルとは、例えば旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、歯切り盤、研削盤などの産業用の機械装置に用いられる、主に位置決め用途の直動装置である。
For example, in the above-described embodiment, the electric
1 操舵部
2 ピニオン機構
3 ラック機構
4 ピニオンハウジング
5 ピニオン軸
6 ラックハウジング
7 ラック軸(シャフト)
8 タイロッド
10 電動パワーステアリング装置
18 パッキン
20 回転直動変換装置
30 (シャフトの)軸部
40 ハウジング
46 前部カバー(カバー部材)
48 後部カバー(カバー部材)
50 ローラ
60 電動モータ
70 モータ制御装置
71 トルクセンサ
72 車速センサ
80 モータ回転角検出部
90 案内ローラ装置
100 リニアエンコーダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
8
48 Rear cover (cover member)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
該シャフトに隙間を隔てて外嵌するハウジングと、
該ハウジングに支軸を介して回転自在に支持された複数のローラと、
前記軸部に設けられた磁気エンコーダ部および該磁気エンコーダ部に感磁面が対向配置されるとともに素子相互が前記軸部の直動方向に所定距離だけ離隔配置された二つのホール素子とを有するリニアエンコーダとを備え、
前記複数のローラは、以下の条件1〜3を満たす回転直動変換装置。
条件1:前記複数のローラは、前記シャフトに対して周方向に離隔して等配されている。
条件2:前記複数のローラは、前記シャフトの軸線に対して捩じれの方向に同一の傾き角度をもって支持されている。
条件3:前記複数のローラは、前記シャフトの前記軸部に対してトラクション駆動力を伝達可能なように予圧荷重をかけた状態で摺接されている。 A shaft having an outer peripheral surface having a cylindrical shaft portion;
A housing externally fitted to the shaft with a gap therebetween;
A plurality of rollers rotatably supported by the housing via a support shaft;
A magnetic encoder portion provided in the shaft portion; and two Hall elements having a magnetosensitive surface opposed to the magnetic encoder portion and spaced apart from each other by a predetermined distance in the linear motion direction of the shaft portion. With a linear encoder,
The plurality of rollers are rotation / linear motion conversion devices that satisfy the following conditions 1 to 3.
Condition 1: The plurality of rollers are equally spaced apart from the shaft in the circumferential direction.
Condition 2: The plurality of rollers are supported with the same inclination angle in the direction of twist with respect to the axis of the shaft.
Condition 3: The plurality of rollers are in sliding contact with a preload applied to the shaft portion of the shaft so that a traction driving force can be transmitted.
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