JP4043138B2

JP4043138B2 - Electric power steering device

Info

Publication number: JP4043138B2
Application number: JP09501399A
Authority: JP
Inventors: 洋平 ▲はま▼; 晃藤崎
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2019-04-01
Also published as: JP2000280922A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願発明は、車両の操舵力を軽減するための操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関し、さらに詳細には、電動モータが発生するトルクをラック軸に伝達するトルク伝達系に破断部を設けたフェールセーフ機能を有する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のステアリングホイールによる操舵力を軽減するための電動パワーステアリング装置にフェールセーフ機能を持たせたものが、例えば特開平８−９９６４４号公報に記載されている。
【０００３】
この公報に記載された電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラム内に、ステアリングギヤボックスに回転力を伝達する出力軸に取り付けられたウォームホイール、および操舵補助力を付与する直流モータに連結される駆動軸に取り付けられたウォームが配置されている。ウォームホイールと出力軸とは、１個または複数個のトルクリミッタピンを介して連結されており、このトルクリミッタピンは、正常な作動により生じるトルクより大きな破断トルクが作用したとき破断されるようになっている。
【０００４】
そして、直流モータとともにウォームホイールが機械的にロックした異常時に、ステアリングホイールが操舵されて操舵力によるトルクが出力軸に作用すると、ウォームホイールはロックしているため、トルクリミッタピンに破断トルクが作用して、トルクリミッタピンが破断される。そのため、出力軸とウォームホイールとの連結が切り離されて、出力軸が自由に回転できる状態となり、マニュアルステアリングとしてステアリングホイールによる操舵が確保できる。
【０００５】
さらに、前記公報には、トルクリミッタピンで出力軸とウォームホイールとを連結する代わりに、駆動軸とウォームとをトルクリミッタピンで連結すること、また駆動軸にくびれ状の破断部を形成することも記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の電動パワーステアリング装置では、トルクリミッタピンを使用する場合、部品点数が多くなり、特に所望の破断トルクを設定するために、複数のトルクリミッタピンを使用する場合は、一層部品点数が多くなった。また、トルクリミッタピンを取り付ける工程、さらには破断されたトルクリミッタピンの脱落防止のための工程など、工数が多くなり、組み付け性が良好でなかった。また、駆動軸に破断部を形成する場合は、駆動軸の脱落を防止するための部材が必要となり、やはり部品点数が多くなった。
【０００７】
本出願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電動パワーステアリング装置において、部品点数の削減を図るとともに、フェールセーフ機能を実現するための機構の組み付け性の向上を図ること、フェールセーフ機能を実現するための機構が、トルクリミッタ機能をも有する電動パワーステアリング装置を提供すること、さらにフェールセーフ機能を実現するための機構を構成する部材自体の組み付け性の向上を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および効果】
本出願の請求項１記載の発明は、入力された操舵力に応じて車両の転舵輪を転舵すべく軸方向に移動自在なラック軸と、該ラック軸の径方向外方に同軸に配置された円筒状の回転部材を有するとともに該回転部材の回転を前記ラック軸の前記軸方向の移動に変換する変換機構と、前記ラック軸の径方向外方に同軸に配置された円筒状の出力軸を有するとともに前記操舵力を補助する補助力を発生する電動モータとを備え、前記回転部材は前記出力軸と嵌合されて該出力軸により回転駆動される電動パワーステアリング装置において、前記回転部材および前記出力軸のいずれか一方の嵌合部の外周には、所定値以上の大きさのトルクにより破断される突起が一体成形され、他方の嵌合部の内周には該突起と係合する溝が設けられ、前記一方の嵌合部の前記外周は、前記他方の嵌合部の前記内周に嵌合し、前記一方の嵌合部の前記外周には、前記突起が形成されていない前記軸方向での端面寄りに、外周部分が形成されており、前記他方の嵌合部の前記内周には、前記外周部分と全周で接する内周部分が形成されている電動パワーステアリング装置である。
【００１３】
このような請求項１記載の発明によれば、破断トルクにより破断される突起は、電動モータのラック軸と同軸に配置された円筒状の出力軸または入力された操舵力に応じて車両の転舵輪を転舵すべく軸方向に移動自在なラック軸に電動モータの発生する操舵補助力を伝達する変換機構の構成要素であってラック軸と同軸に配置された円筒状の回転部材に一体成形されているので、部品点数を削減できる。また、出力軸と回転部材とを嵌合させるのみで、フェールセーフ機能を実現するための機構の組み付けが完了すること、さらにラック軸、出力軸および回転部材が同軸に形成されていて、ラック軸、出力軸を有する電動モータおよび回転部材の組み付けも嵌合方向からの組み付けでできることから、フェールセーフ機能を実現するための機構を構成する部材自体を含めた組み付け性が向上する。さらに、電動モータの出力軸に突起または回転部材の突起と係合する溝が形成されているので、電動モータの挙動により破断トルクが発生した場合、変換機構には大きなトルクが伝達されないようにするトルクリミット機能がなされ、変換機構を構成する部材に過大な力が作用することはなく、それら部材の保護ができる。
【００１４】
【発明の実施形態】
以下、本出願発明の一実施形態を図１ないし図３を参照して説明する。
図１は、本出願発明の実施形態である電動パワーステアリング装置の概略全体図、図２は、出力軸およびボールナットとの結合部の断面図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００１５】
図１に図示されるように、電動パワーステアリング装置１は、車両の左右方向に水平に延びるハウジング２を備えており、ハウジング２内には、作動部材であるラック軸３が、水平に延びてかつ軸方向に移動自在に配置されている。ハウジング２は、ステアリングギヤボックス２ａ、モータハウジング２ｂおよびボールねじ機構ハウジング２ｃを有している。また、ラック軸３の両端部は、図示されないボールジョイントを介してタイロッドに連結され、さらにタイロッドは、転舵機構を介して車両の転舵輪に連結されている。
【００１６】
ハウジング２の一端部に設けられたステアリングギヤボックス２ａには、ステアリングホイールが一体的に取り付けられたステアリング軸にジョイントを介して連結されている入力軸４が、軸受を介して回動自在に支持されている。ステアリングギヤボックス２ａ内では、出力軸が軸受を介して該ギヤボックス２ａに回動自在に支持されており、さらに入力軸４が、トーションバーを介して、所定回動範囲で相対的に回動可能に出力軸と連結されている。
【００１７】
出力軸の下端部にはピニオンが形成されていて、ラック軸３に形成されたラック部と噛み合っている。そのため、ステアリングホイールからの操舵力の入力により、ステアリング軸、入力軸４、捩れを伴ったトーションバーそして出力軸が回動し、その出力軸の回動に応じて、ピニオンとラック部の噛み合いにより、ラック軸３が軸方向に移動できるようになっている。
【００１８】
一方、モータハウジング２ｂ内には、ラック軸３と同軸に配置されるとともに操舵力を補助する補助力を発生する電動モータ５が収容されている。電動モータ５は、円筒状に形成されたステータの内側において回転自在に支持された円筒状のロータ６を有していて、該ロータ６は、ラック軸３の径方向外方に間隔を置いてラック軸３と同軸となるようにされている。そして、ロータ６の内周には、電動モータ５の円筒状の出力軸７がロータ６と一体的に回転するように挿入されて固定されている。この出力軸７は、その内周とラック軸３との間に径方向の間隙が形成されるようにラック軸３の径方向外方に位置しており、しかもラック軸３と同軸となっている。さらに、出力軸７の一部は、ロータ６の一端部から後述するボールねじ機構２０に向けて軸方向に突出して延びている。
【００１９】
モータハウジング２ｂのステアリングギヤボックス２ａ側とは反対側に隣接して形成されたボールねじ機構ハウジング２ｃ内には、ラック軸３の径方向外方に配置された回転部材であるボールナット２１が、ラック軸３と同軸に設けられている。ボールナット２１は、アンギュラ玉軸受２２を介して該ハウジング２ｃに回転自在にかつ軸方向に移動不能に支持されている。また、ラック軸３は、その中央位置近傍からボールねじ機構２０が設けられた側の端部に至る範囲の外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ溝部２３を有していて、該ねじ溝とボールナット２１の内周に形成された螺旋状のねじ溝との間に形成された空間には、多数のボール２４が転動自在に介在している。なお、ボールナット２１には、ボールナット２１の回転につれて軸方向に進行したボール２４を後方に戻す通路が設けられている。
【００２０】
それゆえ、これらボールナット２１、ラック軸３のねじ溝部２３およびボール２４が構成要素となってボールねじ機構２０が形成され、ボールねじ機構ハウジング２ｃ内に収容されている。そして、このボールねじ機構２０は、ボールナット２１の回転によりラック軸３の軸方向の移動を生じさせることから、ボールナット２１の回転をラック軸３の軸方向の移動に変換する変換機構を構成している。
【００２１】
図２および図３に図示されるように、出力軸７のロータ６から突出した部分の先端部は、ボールナット２１の内周の電動モータ５側に嵌合される嵌合部となっている。該嵌合部の外周には、周方向に相互に等間隔にかつ軸方向に延びて形成された４個の突起７ａが、例えばプレス加工により一体成形されている。そして、この嵌合により出力軸７とボールナット２１とが結合され、電動モータ５の出力軸７によりボールナット２１が駆動され、ボールナット２１の回転がラック軸３のねじ溝部２３に伝達されラック軸３が移動される。この点で、ボールナット２１は、電動モータ５の出力軸７により駆動される従動部材であり、またボールねじ機構２０は、電動モータ５の出力軸７により駆動される従動部材であるボールナット２１の動きをラック軸３に伝達する伝達機構であるともいえる。
【００２２】
出力軸７の嵌合部において、突起７ａが形成されている軸方向範囲は、出力軸７の先端面（すなわち、軸方向での端面である。）から所定距離を置いた地点から、出力軸７の嵌合部が嵌合された状態で、ボールナット２１の端面位置より出力軸７の先端面に向けて所定距離を置いた地点までである。これら所定距離は、必要に応じて適宜設定されるが、後述する破断された突起７ａの溝２１ａからの脱落をより確実に防止するためには、ボールナット２１端面位置側の距離は、大きい方が好ましい。
【００２３】
一方、ボールナット２１の内周において、出力軸７の嵌合部が嵌合される部分であるボールナット２１の嵌合部には、ボールナット２１の端面（すなわち、軸方向での端面である。）から軸方向に延びる４個の溝２１ａが形成されている。溝２１ａは、出力軸７の突起７ａに対応する位置に、すなわち周方向に相互に等間隔に形成されている。
【００２４】
溝２１ａの軸方向長さは、出力軸７が嵌合された状態で、出力軸７の嵌合部の軸方向長さより短くされていて、ボールナット２１の嵌合部の内周に、出力軸７の突起７ａが形成されていない先端面寄りの外周部分７ｂと全周で接する内周部分21 ｂが形成されるような長さに設定される。これにより、嵌合部での軸心合わせが容易となる。溝２１ａの深さは、突起７ａの高さと同じか、突起７ａの高さより僅かに大きくされていて、破断された突起７ａが溝２１ａに収容されて保持されるようになっている。
【００２５】
なお、突起７ａおよび溝２１ａの個数は、この実施形態ではそれぞれ４個であるが、この個数に限られるものではなく、設定すべき破断トルクの大きさに応じて１個または複数とすることができる。また、突起７ａの軸方向の長さを変更することにより、破断トルクの大きさを変更できる。
【００２６】
こうして、電動パワーステアリング装置１の正常な作動状態での電動モータ５による操舵補助力の伝達では、ボールナット２１と出力軸７との間に生じるトルクは破断トルクより小さいので、突起７ａはボールナット２１の嵌合部の溝２１ａとの係合により、出力軸７のトルクをボールナット２１に伝達する。そして、出力軸７とボールナット２１との間に破断トルクが作用すると、突起７ａは破断され、出力軸７およびボールナット２１は、それぞれ独立して回転することができるようになる。
【００２７】
ここで、出力軸７とボールナット２１との間には、次のような場合に破断トルクが作用する。
【００２８】
すなわち、電動モータ５のロータ６が何らかの原因により機械的にロックしたとき、ステアリングホイールの操作に基づく操舵トルク（操舵力）は、入力軸４を経て出力軸からラック軸３に伝達され、さらにラック軸３を介してボールねじ機構２０のボールナット２１に伝達される。しかしながら、出力軸７はロックしているため、ボールナット２１と出力軸７との間に、突起７ａを剪断力により破断する破断トルクが生じる。
【００２９】
また、例えば、ラック軸３がストロークエンド付近にある状態で、転舵輪の縁石への乗り上げや、ラック軸３が高速でラック軸ストッパに突き当たったとき、ラック軸３の移動は直ちに停止するにも拘わらず、電動モータ５のロータ６はその慣性により回転し続ける。そのため、ロータ６のその慣性回転により出力軸７も回転されて、出力軸７とボールナット２１との間に、突起７ａを剪断力により破断する破断トルクが生じる。
【００３０】
そして、組み付けにあたっては、突起７ａが形成された電動モータ５の出力軸７を、ボールねじ機構２０のボールナット２１の内周に嵌合させるだけでよいため、その組み付けは容易である。さらにラック軸３、出力軸７およびボールナット２１が同軸に形成されていて、ラック軸３、出力軸７を有する電動モータ５およびボールナット２１を有するボールねじ機構２０の組み付けも、出力軸７とボールナット２１との嵌合方向からの組み付けによりなされることから、フェールセーフ機能を実現するための機構を構成する部材自体の組み付け性が向上する。
【００３１】
このように構成された実施形態の作動を説明する。
運転者が操舵すべくステアリングホイールを回動させると、ステアリングホイールと一体のステアリング軸が回動し、その回動がジョイントを介して入力軸４に伝達される。入力軸４は、トーションバーに捩れを生じさせつつ出力軸を回動させて、その回動が、ピニオンとラック軸３のラック部との噛み合いにより、ラック軸３に軸方向の移動を生じさせる。そして、その移動がタイロッド、さらには転舵機構を介して転舵輪に伝達され、操舵力に応じた転舵輪の転舵が行われる。
【００３２】
一方、トーションバーの捩れの大きさから操舵力が検出されて、その検出された操舵力に応じた制御信号に基づいて電動モータ５が駆動される。そして、駆動された電動モータ５により回転駆動される出力軸７から突起７ａを介して伝達されるトルクにより、ボールナット２１がラック軸３のねじ溝部２３の周りで回転駆動される。ボールナット２１の回転により、ボールと噛み合うねじ溝部２３を有するラック軸３がその軸方向に移動してタイロッドが移動し、さらに転舵機構を介して転舵輪が転舵されて、ステアリングホイールからの操作力の補助を行う。
【００３３】
そして、電動モータ５のロータ６に機械的なロックが生じたときは、ステアリングホイールからの操舵トルクにより、ボールナット２１と出力軸７との間に破断トルクが生じ、突起７ａが破断される。すると、ボールナット２１は出力軸７に拘束されることなく自由に回転できるようになるため、ステアリングホイールの操舵トルクのみによりラック軸３が移動されて、転舵輪が転舵され、フェールセーフ機能がなされる。このことから、破断トルクにより破断される突起７ａが形成された出力軸７と、該突起７ａが係合する溝２１ａが形成されたボールナット２１とは、フェールセーフ機能を実現するための機構を構成する。
【００３４】
また、ラック軸３がストロークエンド付近にある状態での転舵輪の縁石への乗り上げ時には、電動モータ５のロータ６の慣性回転に基づいて、出力軸７とボールナット２１との間に、突起７ａを剪断力により破断する破断トルクが生じ、突起７ａが破断される。すると、出力軸７からボールナット２１へのトルク伝達機能は殆ど失われるので、ボールナット２１が大きなトルクで回転されることはなく、トルクリミット機能がなされる。その結果、ボールねじ機構２０の構成要素であるラック軸３のねじ溝、ボールナット２１のねじ溝およびボールに過大な力が作用することはない。
【００３５】
さらに、破断された突起７ａは溝２１ａに収容されて保持される。万が一、破断した突起７ａが溝２１ａから脱落したとしても、ねじ溝部２３が形成されたラック軸３は出力軸７の内側に配置され、しかも出力軸７の嵌合部の先端面寄りの外周部分７ｂは、ボールナット２１の嵌合部の内周部分21 ｂと全周で接しており、さらにボールナット２１を支持するアンギュラ玉軸受２２が、ボールねじ機構ハウジング２ｃ内で、径方向に延びる隔壁となっているので、脱落した突起７ａがボールねじ機構２０のねじ溝などに噛み込まれることはない。
【００３６】
この実施形態は、前記のように構成されているので、以下の効果を奏する。
破断トルクにより破断される突起７ａは、電動モータ５の出力軸７に一体成形されているので、部品点数を削減できる。また、出力軸７とボールナット２１とを嵌合させて、出力軸７の突起７ａとボールナット２１の溝２１ａとを係合させるのみで、フェールセーフ機能を実現するための機構を構成する部材同士の組み付けが完了するので、組み付け性が向上する。
【００３７】
さらに、ラック軸３、出力軸７およびボールナット２１が同軸に形成されていて、ラック軸３、出力軸７を有する電動モータ５およびボールナット２１を有するボールねじ機構２０の組み付けも、出力軸７とボールナット２１との嵌合方向からの組み付けによりなされることから、フェールセーフ機能を実現するための機構を構成する部材自体の組み付け性が向上する。
【００３８】
さらに、ボールナット２１に出力軸７の突起７ａと係合する溝２１ａが形成されているので、電動モータ５の挙動により破断トルクが発生した場合、ボールねじ機構２０には大きなトルクが伝達されないようにするトルクリミット機能がなされ、ボールねじ機構２０を構成する部材に過大な力が作用することはなく、それら部材の保護ができる。
【００３９】
出力軸７およびボールナット２１は、ラック軸３と同様に水平方向に配置されて、突起７ａおよび突起７ａが係合する溝２１ａは水平方向に沿って形成されることになるため、破断された突起７ａは、溝２１ａに収容されて、脱落することがない。そのため、破断した突起７ａの脱落防止のための工程または部材を付加する必要はないので、この点でも、組み付け性の向上または部品点数の削減ができる。また、万が一、破断した突起７ａが脱落したとしても、ねじ溝部２３が形成されたラック軸３は出力軸７の内側に配置され、しかも出力軸７の嵌合部の先端面寄りの外周部分７ｂは、ボールナット２１の嵌合部の内周部分21 ｂと全周で接しており、さらにボールナット２１が軸受２２を介してボールねじ機構ハウジング２ｃに収容されているため、脱落した突起７ａがボールねじ機構２０のねじ溝などに噛み込まれることはない。
【００４０】
突起７ａの長さを変更することにより破断トルクの大きさを調整することが可能であることから、破断トルクの調整が簡単にできる。
【００４１】
なお、前記実施形態では、出力軸７は一つの部材で形成されていたが、出力軸７は、出力軸７の少なくとも嵌合部となる部分が、残りの部分とは別の部材で形成され、固着手段により両者が一体にされたものであってもよい。
【００４２】
前記実施形態では、突起７ａは電動モータ５の出力軸７の外周に形成され、突起７ａに係合する溝２１ａがボールナット２１の内周に形成されていたが、突起をボールナット２１の内周に形成し、該突起に係合する溝を出力軸７の外周に形成してもよい。また、前記実施形態では、出力軸７の外周がボールナット２１の内周に嵌合されたが、出力軸７の内周にボールナット２１の外周が嵌合されるようして、各嵌合部に突起または溝を形成するようにしてもよい。いずれの場合にも、前記実施形態と同じ効果が奏される。
【００４３】
前記実施形態では、突起７ａは軸方向に延びて形成されたものであったが、径方向に突出するものであればどのようなものでよく、例えば径方向に延びる円柱状の突起であってもよい。
【００４４】
前記実施形態では、電動モータ５の出力軸７がボールねじ機構２０のボールナット２１に嵌合されたが、ボールナットに嵌合されるのは、電動モータの出力軸に取り付けられた歯車と噛み合う歯車であってもよい。この場合は、出力軸に取り付けられた歯車と噛み合う歯車が、ボールナットを駆動する駆動部材となる。また、電動モータの出力軸または電動モータにより駆動される駆動部材が嵌合する部材は、ボールねじ機構２０のボールナット２１ではなく、出力軸または駆動部材により駆動される従動部材であって、入力された操舵力に応じて車両の転舵輪を転舵すべく移動自在なラック軸等の作動部材に電動モータの発生する操舵補助力を伝達する任意の構造を有する伝達機構に設けられた従動部材であってよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願発明の一実施形態である電動パワーステアリング装置の概略全体図である。
【図２】図１の出力軸およびボールナットの結合部の断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
１…電動パワーステアリング装置、２…ハウジング、３…ラック軸、４…入力軸、５…電動モータ、６…ロータ、７…出力軸、７ａ…突起、
２０…ボールねじ機構、２１…ボールナット、２１ａ…溝、２２…軸受、２３…ねじ溝部、２４…ボール。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus that generates a steering assist force for reducing the steering force of a vehicle, and more specifically, a break portion is provided in a torque transmission system that transmits torque generated by an electric motor to a rack shaft. The present invention relates to an electric power steering apparatus having a provided fail-safe function.
[0002]
[Prior art]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-99644 discloses an electric power steering device for reducing a steering force generated by a steering wheel of a vehicle with a fail-safe function.
[0003]
In the electric power steering apparatus described in this publication, a worm wheel attached to an output shaft that transmits a rotational force to a steering gear box, and a drive shaft that is connected to a direct current motor that applies a steering assist force in the steering column. A worm attached to is arranged. The worm wheel and the output shaft are connected via one or a plurality of torque limiter pins, and the torque limiter pins are broken when a breaking torque larger than the torque generated by normal operation is applied. It has become.
[0004]
When the worm wheel is mechanically locked together with the DC motor, if the steering wheel is steered and the torque generated by the steering force acts on the output shaft, the worm wheel is locked, so the breaking torque acts on the torque limiter pin. Then, the torque limiter pin is broken. Therefore, the connection between the output shaft and the worm wheel is disconnected, so that the output shaft can freely rotate, and steering by the steering wheel can be secured as manual steering.
[0005]
Further, in the publication, instead of connecting the output shaft and the worm wheel with the torque limiter pin, the drive shaft and the worm are connected with the torque limiter pin, and a constricted fracture portion is formed on the drive shaft. Is also described.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional electric power steering apparatus, when using a torque limiter pin, the number of parts increases. Especially when a plurality of torque limiter pins are used to set a desired breaking torque, the number of parts is further increased. Increased. Further, the number of man-hours such as the step of attaching the torque limiter pin and the step of preventing the broken torque limiter pin from falling off increased, and the assemblability was not good. Further, when the fracture portion is formed on the drive shaft, a member for preventing the drive shaft from falling off is required, and the number of parts is also increased.
[0007]
This application invention was made in view of such circumstances, the electric power steering apparatus, strive to reduce the number of parts, improve the assembly of the mechanism for realizing the fail-safe function In addition, the mechanism for realizing the fail-safe function is to provide an electric power steering device having a torque limiter function , and further to improve the assembling property of the members constituting the mechanism for realizing the fail-safe function. And
[0008]
[Means for solving the problems and effects]
The invention according to claim 1 of the present application includes a rack shaft that is movable in the axial direction to steer a steered wheel of a vehicle according to an input steering force, and is coaxially disposed radially outward of the rack shaft. A conversion mechanism that converts the rotation of the rotation member into the axial movement of the rack shaft, and a cylindrical output that is coaxially disposed radially outward of the rack shaft. An electric motor having an axis and generating an assisting force for assisting the steering force, wherein the rotating member is fitted to the output shaft and is driven to rotate by the output shaft. Further, a projection that is broken by a torque greater than or equal to a predetermined value is integrally formed on the outer periphery of one of the output shafts, and is engaged with the projection on the inner periphery of the other fitting portion. A groove is provided, the one of the fittings The outer circumference of the part is fitted to the inner circumference of the other fitting part, and the outer circumference of the one fitting part is arranged closer to the end face in the axial direction where the protrusion is not formed. In the electric power steering apparatus, a portion is formed, and an inner peripheral portion that is in contact with the outer peripheral portion on the entire periphery is formed on the inner periphery of the other fitting portion .
[0013]
According to the first aspect of the present invention, the protrusion that is broken by the breaking torque is a cylindrical output shaft that is arranged coaxially with the rack shaft of the electric motor or the vehicle's rolling according to the input steering force. A component of the conversion mechanism that transmits the steering assist force generated by the electric motor to the rack shaft that is movable in the axial direction to steer the steering wheel, and is integrally formed with a cylindrical rotating member arranged coaxially with the rack shaft Therefore, the number of parts can be reduced. Further, the assembly of the mechanism for realizing the fail-safe function is completed only by fitting the output shaft and the rotating member, and the rack shaft, the output shaft and the rotating member are formed coaxially, and the rack shaft Since the electric motor having the output shaft and the rotating member can be assembled from the fitting direction, the assemblability including the member itself constituting the mechanism for realizing the fail-safe function is improved. In addition, since a protrusion or a groove that engages with the protrusion of the rotating member is formed on the output shaft of the electric motor, when breakage torque is generated due to the behavior of the electric motor, large torque is not transmitted to the conversion mechanism. A torque limit function is performed, and an excessive force does not act on the members constituting the conversion mechanism, and the members can be protected.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
1 is a schematic overall view of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a coupling portion between an output shaft and a ball nut, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. FIG.
[0015]
As shown in FIG. 1, the electric power steering apparatus 1 includes a housing 2 that extends horizontally in the left-right direction of the vehicle. A rack shaft 3 that is an operating member extends horizontally in the housing 2. And it is arranged to be movable in the axial direction. The housing 2 includes a steering gear box 2a, a motor housing 2b, and a ball screw mechanism housing 2c. Further, both ends of the rack shaft 3 are connected to a tie rod via a ball joint (not shown), and the tie rod is connected to a steered wheel of the vehicle via a steered mechanism.
[0016]
In the steering gear box 2a provided at one end of the housing 2, an input shaft 4 connected via a joint to a steering shaft to which a steering wheel is integrally attached is rotatably supported via a bearing. Has been. In the steering gear box 2a, an output shaft is rotatably supported by the gear box 2a via a bearing, and the input shaft 4 is relatively rotated within a predetermined rotation range via a torsion bar. It is connected to the output shaft as possible.
[0017]
A pinion is formed at the lower end portion of the output shaft and meshes with the rack portion formed on the rack shaft 3. Therefore, when the steering force is input from the steering wheel, the steering shaft, the input shaft 4, the torsion bar with twisting and the output shaft are rotated, and the pinion and the rack portion are engaged according to the rotation of the output shaft. The rack shaft 3 can move in the axial direction.
[0018]
On the other hand, the motor housing 2b accommodates an electric motor 5 that is arranged coaxially with the rack shaft 3 and generates an assisting force that assists the steering force. The electric motor 5 has a cylindrical rotor 6 that is rotatably supported inside a cylindrically formed stator. The rotor 6 is spaced radially outward of the rack shaft 3. It is designed to be coaxial with the rack shaft 3. A cylindrical output shaft 7 of the electric motor 5 is inserted and fixed to the inner periphery of the rotor 6 so as to rotate integrally with the rotor 6. The output shaft 7 is located radially outward of the rack shaft 3 so that a radial gap is formed between the inner periphery of the output shaft 7 and the rack shaft 3, and is coaxial with the rack shaft 3. Yes. Further, a part of the output shaft 7 extends in an axial direction from one end of the rotor 6 toward a ball screw mechanism 20 described later.
[0019]
In a ball screw mechanism housing 2c formed adjacent to the side opposite to the steering gear box 2a side of the motor housing 2b, a ball nut 21 that is a rotating member disposed radially outward of the rack shaft 3 is provided. It is provided coaxially with the rack shaft 3. The ball nut 21 is supported by the housing 2c via an angular ball bearing 22 so as to be rotatable and immovable in the axial direction. The rack shaft 3 has a screw groove portion 23 in which a spiral screw groove is formed on the outer periphery in a range from the vicinity of the center position to the end portion on the side where the ball screw mechanism 20 is provided. In a space formed between the groove and the spiral thread groove formed on the inner periphery of the ball nut 21, a large number of balls 24 are movably interposed. The ball nut 21 is provided with a passage for returning the ball 24 that has progressed in the axial direction as the ball nut 21 rotates to the rear.
[0020]
Therefore, the ball nut 21, the screw groove 23 of the rack shaft 3, and the ball 24 constitute the components to form the ball screw mechanism 20, and are accommodated in the ball screw mechanism housing 2c. Since the ball screw mechanism 20 causes the axial movement of the rack shaft 3 by the rotation of the ball nut 21, the ball screw mechanism 20 constitutes a conversion mechanism that converts the rotation of the ball nut 21 into the axial movement of the rack shaft 3. is doing.
[0021]
As shown in FIGS. 2 and 3, the tip of the portion of the output shaft 7 that protrudes from the rotor 6 is a fitting portion that is fitted to the inner periphery of the ball nut 21 on the electric motor 5 side. . On the outer periphery of the fitting portion, four protrusions 7a formed at equal intervals in the circumferential direction and extending in the axial direction are integrally formed by, for example, press working. As a result of this fitting, the output shaft 7 and the ball nut 21 are coupled, the ball nut 21 is driven by the output shaft 7 of the electric motor 5, and the rotation of the ball nut 21 is transmitted to the thread groove 23 of the rack shaft 3. The axis 3 is moved. In this respect, the ball nut 21 is a driven member driven by the output shaft 7 of the electric motor 5, and the ball screw mechanism 20 is a driven member driven by the output shaft 7 of the electric motor 5. It can be said that this is a transmission mechanism that transmits the movement of the rack to the rack shaft 3.
[0022]
In the fitting portion of the output shaft 7, the axial range in which the protrusions 7 a are formed starts from a point at a predetermined distance from the tip surface of the output shaft 7 (that is, the end surface in the axial direction). 7 to the point where a predetermined distance is placed from the end surface position of the ball nut 21 toward the front end surface of the output shaft 7 in a state where the 7 fitting portions are engaged. These predetermined distances are appropriately set as necessary, but in order to more reliably prevent the later-described fractured protrusions 7a from falling off the grooves 21a, the distance on the end face position side of the ball nut 21 is larger. Is preferred.
[0023]
On the other hand, in the inner periphery of the ball nut 21, the fitting portion of the ball nut 21, which is a portion to which the fitting portion of the output shaft 7 is fitted, is an end surface of the ball nut 21 (that is, an end surface in the axial direction). )), Four grooves 21a extending in the axial direction are formed. The grooves 21 a are formed at positions corresponding to the protrusions 7 a of the output shaft 7, that is, at regular intervals in the circumferential direction.
[0024]
The axial length of the groove 21a is shorter than the axial length of the fitting portion of the output shaft 7 in a state in which the output shaft 7 is fitted, and is output to the inner periphery of the fitting portion of the ball nut 21. the inner peripheral portion 21 b in contact with the outer peripheral portion 7b of the distal end surface toward which the projection 7a is not formed in the entire circumference of the shaft 7 is set to a length such as formed. Thereby, the axial center alignment in a fitting part becomes easy. The depth of the groove 21a is the same as the height of the protrusion 7a or slightly larger than the height of the protrusion 7a, and the broken protrusion 7a is accommodated and held in the groove 21a.
[0025]
The number of the protrusions 7a and the grooves 21a is four in this embodiment, but is not limited to this number, and may be one or more depending on the magnitude of the breaking torque to be set. it can. Moreover, the magnitude | size of fracture | rupture torque can be changed by changing the length of the axial direction of the protrusion 7a.
[0026]
Thus, in the transmission of the steering assist force by the electric motor 5 in the normal operation state of the electric power steering apparatus 1, the torque generated between the ball nut 21 and the output shaft 7 is smaller than the breaking torque, so that the protrusion 7a has the ball nut. The torque of the output shaft 7 is transmitted to the ball nut 21 by engagement with the groove 21 a of the fitting portion 21. When a breaking torque acts between the output shaft 7 and the ball nut 21, the protrusion 7a is broken, and the output shaft 7 and the ball nut 21 can rotate independently of each other.
[0027]
Here, a breaking torque acts between the output shaft 7 and the ball nut 21 in the following case.
[0028]
That is, when the rotor 6 of the electric motor 5 is mechanically locked for some reason, the steering torque (steering force) based on the operation of the steering wheel is transmitted from the output shaft to the rack shaft 3 via the input shaft 4, and further the rack It is transmitted to the ball nut 21 of the ball screw mechanism 20 via the shaft 3. However, since the output shaft 7 is locked, a breaking torque is generated between the ball nut 21 and the output shaft 7 to break the protrusion 7a by a shearing force.
[0029]
Further, for example, when the rack shaft 3 is in the vicinity of the stroke end, when the steered wheel rides on the curb or when the rack shaft 3 hits the rack shaft stopper at a high speed, the movement of the rack shaft 3 immediately stops. Regardless, the rotor 6 of the electric motor 5 continues to rotate due to its inertia. Therefore, the output shaft 7 is also rotated by the inertial rotation of the rotor 6, and a breaking torque is generated between the output shaft 7 and the ball nut 21 to break the protrusion 7 a by a shearing force.
[0030]
In assembly, the output shaft 7 of the electric motor 5 on which the protrusion 7a is formed only needs to be fitted to the inner periphery of the ball nut 21 of the ball screw mechanism 20, and therefore the assembly is easy. Further, the rack shaft 3, the output shaft 7 and the ball nut 21 are formed coaxially, and the assembly of the rack shaft 3, the electric motor 5 having the output shaft 7 and the ball screw mechanism 20 having the ball nut 21 is also performed with the output shaft 7. Since it is made by assembling from the fitting direction with the ball nut 21, the assembling property of the member itself constituting the mechanism for realizing the fail-safe function is improved.
[0031]
The operation of the embodiment thus configured will be described.
When the driver rotates the steering wheel to steer, the steering shaft integrated with the steering wheel rotates, and the rotation is transmitted to the input shaft 4 via the joint. The input shaft 4 rotates the output shaft while twisting the torsion bar, and the rotation causes the rack shaft 3 to move in the axial direction by meshing between the pinion and the rack portion of the rack shaft 3. . Then, the movement is transmitted to the steered wheels via the tie rod and further the steered mechanism, and the steered wheels are steered according to the steering force.
[0032]
On the other hand, the steering force is detected from the torsional magnitude of the torsion bar, and the electric motor 5 is driven based on a control signal corresponding to the detected steering force. Then, the ball nut 21 is rotationally driven around the thread groove portion 23 of the rack shaft 3 by torque transmitted from the output shaft 7 that is rotationally driven by the driven electric motor 5 via the protrusion 7 a. As the ball nut 21 rotates, the rack shaft 3 having the thread groove 23 meshing with the ball moves in the axial direction, the tie rod moves, and the steered wheels are steered via the steered mechanism. Assist the operating force.
[0033]
When a mechanical lock is generated in the rotor 6 of the electric motor 5, a breaking torque is generated between the ball nut 21 and the output shaft 7 by the steering torque from the steering wheel, and the protrusion 7a is broken. Then, since the ball nut 21 can freely rotate without being constrained by the output shaft 7, the rack shaft 3 is moved only by the steering torque of the steering wheel, the steered wheels are steered, and the fail-safe function is achieved. Made. Therefore, the output shaft 7 formed with the protrusion 7a that is broken by the breaking torque and the ball nut 21 formed with the groove 21a with which the protrusion 7a is engaged have a mechanism for realizing a fail-safe function. Constitute.
[0034]
Further, when the steered wheel rides on the curb while the rack shaft 3 is in the vicinity of the stroke end, the protrusion 7a is formed between the output shaft 7 and the ball nut 21 based on the inertial rotation of the rotor 6 of the electric motor 5. Breaking torque is generated by shearing force, and the protrusion 7a is broken. Then, since the torque transmission function from the output shaft 7 to the ball nut 21 is almost lost, the ball nut 21 is not rotated with a large torque, and a torque limit function is performed. As a result, an excessive force does not act on the thread groove of the rack shaft 3, the thread groove of the ball nut 21, and the ball, which are components of the ball screw mechanism 20.
[0035]
Further, the broken projection 7a is accommodated and held in the groove 21a. Even if the fractured protrusion 7a falls off the groove 21a, the rack shaft 3 in which the thread groove 23 is formed is arranged inside the output shaft 7 and the outer peripheral portion near the front end surface of the fitting portion of the output shaft 7 7b is in contact with the inner peripheral portion 21 b and the entire circumference of the fitting portion of the ball nut 21, the angular ball bearing 22 which further supports the ball nut 21, in the ball screw mechanism housing 2c, radially extending partition wall Therefore, the dropped projection 7a is not caught in the thread groove of the ball screw mechanism 20 or the like.
[0036]
Since this embodiment is configured as described above, the following effects can be obtained.
Since the protrusion 7a to be broken by the breaking torque is integrally formed with the output shaft 7 of the electric motor 5, the number of parts can be reduced. Moreover, the member which comprises the mechanism for implement | achieving a fail safe function only by engaging the output shaft 7 and the ball nut 21 and engaging the protrusion 7a of the output shaft 7 and the groove | channel 21a of the ball nut 21. FIG. Since the assembly of each other is completed, the assembly is improved.
[0037]
Further, the rack shaft 3, the output shaft 7 and the ball nut 21 are formed coaxially, and the assembly of the electric motor 5 having the rack shaft 3, the output shaft 7 and the ball screw mechanism 20 having the ball nut 21 is also performed. And the ball nut 21 are assembled in the fitting direction, so that the assembling property of the member itself constituting the mechanism for realizing the fail-safe function is improved.
[0038]
Further, since the groove 21 a that engages with the protrusion 7 a of the output shaft 7 is formed in the ball nut 21, when a breaking torque is generated due to the behavior of the electric motor 5, a large torque is not transmitted to the ball screw mechanism 20. The torque limit function is performed so that excessive force does not act on the members constituting the ball screw mechanism 20, and the members can be protected.
[0039]
The output shaft 7 and the ball nut 21 are disposed in the horizontal direction in the same manner as the rack shaft 3, and the protrusions 7a and the grooves 21a with which the protrusions 7a are engaged are formed along the horizontal direction. The protrusion 7a is accommodated in the groove 21a and does not fall off. Therefore, there is no need to add a process or member for preventing the broken projection 7a from falling off, so that in this respect as well, the assembling property can be improved or the number of parts can be reduced. Even if the broken projection 7a falls off, the rack shaft 3 in which the thread groove 23 is formed is disposed inside the output shaft 7, and the outer peripheral portion 7b near the front end surface of the fitting portion of the output shaft 7. because in contact with the inner peripheral portion 21 b and the entire circumference of the fitting portion of the ball nut 21, which further ball nut 21 are accommodated in the ball screw mechanism housing 2c via a bearing 22, dropping the protrusion 7a is It is not caught in the thread groove of the ball screw mechanism 20 or the like.
[0040]
Since the magnitude of the breaking torque can be adjusted by changing the length of the protrusion 7a, the breaking torque can be easily adjusted.
[0041]
In the above-described embodiment, the output shaft 7 is formed by one member. However, the output shaft 7 is formed by a member different from the remaining portions, at least a portion that is a fitting portion of the output shaft 7. The two may be integrated by a fixing means.
[0042]
In the embodiment, the protrusion 7 a is formed on the outer periphery of the output shaft 7 of the electric motor 5, and the groove 21 a that engages with the protrusion 7 a is formed on the inner periphery of the ball nut 21. A groove that is formed on the periphery and engages with the protrusion may be formed on the outer periphery of the output shaft 7. In the above embodiment, the outer periphery of the output shaft 7 is fitted to the inner periphery of the ball nut 21, but the outer periphery of the ball nut 21 is fitted to the inner periphery of the output shaft 7. You may make it form a protrusion or a groove | channel in a part. In either case, the same effect as that of the above-described embodiment is achieved.
[0043]
In the above-described embodiment, the protrusion 7a is formed to extend in the axial direction. However, any protrusion may be used as long as it protrudes in the radial direction, for example, a cylindrical protrusion extending in the radial direction. Also good.
[0044]
In the above embodiment, the output shaft 7 of the electric motor 5 is fitted to the ball nut 21 of the ball screw mechanism 20, but the ball nut is fitted to a gear attached to the output shaft of the electric motor. It may be a gear. In this case, the gear that meshes with the gear attached to the output shaft serves as a drive member that drives the ball nut. The member to which the output shaft of the electric motor or the driving member driven by the electric motor is fitted is not the ball nut 21 of the ball screw mechanism 20 but a driven member driven by the output shaft or the driving member. Driven member provided in a transmission mechanism having an arbitrary structure for transmitting a steering assist force generated by an electric motor to an operation member such as a rack shaft movable to steer a steered wheel of a vehicle according to a steering force It may be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall view of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a coupling portion between an output shaft and a ball nut in FIG. 1;
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric power steering device, 2 ... Housing, 3 ... Rack shaft, 4 ... Input shaft, 5 ... Electric motor, 6 ... Rotor, 7 ... Output shaft, 7a ... Projection,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Ball screw mechanism, 21 ... Ball nut, 21a ... Groove, 22 ... Bearing, 23 ... Screw groove part, 24 ... Ball.

Claims

A rack shaft that is movable in the axial direction to steer the steered wheels of the vehicle in accordance with the input steering force, and a cylindrical rotating member that is coaxially disposed radially outward of the rack shaft and aid in assisting a conversion mechanism for converting the rotation of the rotating member to movement of the axial direction of the rack shaft, the steering force and having a cylindrical output shaft coaxially disposed radially outwardly of said rack shaft An electric motor for generating a force, and the rotating member is fitted to the output shaft and rotated by the output shaft.
A protrusion that is broken by a torque greater than or equal to a predetermined value is integrally formed on the outer periphery of one of the rotating member and the output shaft, and the protrusion is formed on the inner periphery of the other engaging part. Is provided with a groove to engage with ,
The outer circumference of the one fitting portion is fitted to the inner circumference of the other fitting portion,
On the outer periphery of the one fitting portion, an outer peripheral portion is formed near the end surface in the axial direction where the protrusion is not formed,
The electric power steering device according to claim 1, wherein an inner peripheral portion that is in contact with the outer peripheral portion is formed on the inner periphery of the other fitting portion .