JP6519328B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合しているラック軸がボールねじ機構のねじ軸に連結し、ボールねじ機構のナットにモータの回転が減速機構を介して伝達される電動パワーステアリング装置に関する。 According to the present invention, an electric power is transmitted by connecting a rack shaft screwed to a pinion shaft constituting a steering mechanism to a screw shaft of a ball screw mechanism and transmitting rotation of a motor to a nut of the ball screw mechanism via a reduction gear mechanism. It relates to a steering device.
車両のラックピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイールを操舵したときの操舵回転力がステアリング機構のピニオン軸に伝達され、このピニオン軸に螺合するラック軸で直線運動に変換されて、ラック軸の両端に連結されたタイロッドを介して転舵輪に伝達され、この転舵輪が転舵される。
このラック軸を電動モータで駆動するボールねじ機構に連結することにより、電動パワーステアリング装置を構成することができる(例えば、特許文献1参照)。
In a rack and pinion type steering apparatus of a vehicle, a steering rotational force when steering a steering wheel is transmitted to a pinion shaft of the steering mechanism, converted into linear motion by a rack shaft screwed with the pinion shaft, and both ends of the rack shaft The steering wheel is transmitted to the turning wheel via a tie rod connected to the steering wheel, and the turning wheel is turned.
By connecting the rack shaft to a ball screw mechanism driven by an electric motor, an electric power steering apparatus can be configured (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1の電動パワーステアリング装置は、モータの出力軸に同軸に固定した駆動プーリと、ボールねじ機構のナットに同軸にされた従動プーリと、これら駆動プーリ及び従動プーリに巻き掛けられた無端状のベルトを有する減速機構を備え、モータの出力軸の回転を駆動プーリ、ベルト、従動プーリを介して減速して前記ナットに伝達するようにしている。
The electric power steering apparatus of
ところで、この特許文献1の電動パワーステアリング装置は、ナットのイナーシャ、駆動プーリ及び従動プーリのイナーシャが大きいので、ステアリングホイールをエンドまで切ってラック軸がステアリングハウジングに衝突させたときに、大きな衝撃荷重が発生し、ラック軸に連結しているねじ軸に影響を与えるおそれがある。
また、特許文献1のボールねじ機構は、ナットの内部に、ボールねじ機構のねじ軸及びナットのねじ溝間の転動体を循環させる転動体戻し通路を形成しているので、ナットの肉厚が大きくなるので、ナットのイナーシャが増大しやすい。
By the way, since the inertia of the nut, the drive pulley and the inertia of the driven pulley are large in this electric power steering apparatus of
Further, in the ball screw mechanism of
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、イナーシャの低減が可能な電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made focusing on the unsolved problems of the above-described conventional example, and it is an object of the present invention to provide an electric power steering apparatus capable of reducing inertia.
上記目的を達成するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、外周面にねじ溝を形成したねじ軸、このねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に形成したナット、並びにねじ軸のねじ溝及びナットのねじ溝で形成される螺旋軌道に介装された多数の転動体を有するボールねじ機構と、螺旋軌道の一端まで転動してきた転動体を螺旋軌道の他端まで循環させる転動体戻し通路を有する転動体循環路と、モータの出力軸に同軸に固定された駆動プーリ、ナットの外周に同軸に固定された駆動プーリと比較して大径の従動プーリ、並びに駆動プーリ及び従動プーリに巻き掛けられた無端状のベルトを有し、モータの出力軸の回転を駆動プーリ、ベルト及び従動プーリを介して減速してナットに伝達する減速機構と、ボールねじ機構のねじ軸が連結しており、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合するラック軸と、を備え、従動プーリはナットの外周に、環状の芯金が同軸に固定され、この芯金の外周に合成樹脂製の従動プーリが一体に形成されているとともに、芯金の内周側に転動体循環部材が一体に形成されており、転動体循環部材は、転動体循環路の螺旋軌道及び転動体戻し通路の間に転動体を案内するためにナットの軸方向の一端部に配置されるようにした。 In order to achieve the above object, an electric power steering apparatus according to the present invention comprises a screw shaft having a screw groove formed on the outer peripheral surface, a nut having an inner peripheral surface and a screw groove corresponding to the screw groove of the screw shaft, A ball screw mechanism having a large number of rolling elements interposed in a helical track formed by a thread groove of a screw shaft and a thread groove of a nut, and a rolling element rolled to one end of the helical track to the other end of the helical track A rolling element circulation passage having a rolling element return passage to be circulated, a drive pulley coaxially fixed to the output shaft of the motor, a driven pulley having a larger diameter compared with the drive pulley coaxially fixed to the outer periphery of the nut A reduction mechanism for reducing rotation of an output shaft of a motor via a driving pulley, a belt and a driven pulley and transmitting the rotation to a nut, and an endless belt wound around a pulley and a driven pulley; The same shaft is connected, and the rack shaft is engaged with the pinion shaft that constitutes the steering mechanism. The driven pulley has an annular core metal coaxially fixed to the outer periphery of the nut. The driven pulley made of synthetic resin is integrally formed, and the rolling element circulating member is integrally formed on the inner circumferential side of the core metal, and the rolling element circulating member is a helical track of the rolling element circulating passage and rolling elements It was arranged at one axial end of the nut to guide the rolling elements between the return passages.
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、芯金に合成樹脂製の従動プーリが、インジェクション成形等で一体に形成されているので、イナーシャの低減化を図ることができる。また、芯金には転動体循環部材が一体に形成されており、芯金をナットの外周に固定することで転動体循環部材がナットの軸方向の一端部に配置されるので、転動体循環部材を固定する部材が不要となる。 According to the electric power steering apparatus according to the present invention, since the driven pulley made of synthetic resin is integrally formed on the core metal by injection molding or the like, the inertia can be reduced. In addition, the rolling element circulating member is integrally formed on the core metal, and the rolling element circulating member is disposed at one end of the nut in the axial direction by fixing the core metal to the outer periphery of the nut. The member for fixing the member becomes unnecessary.
次に、図面を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、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ことはもちろんである。 Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that parts having different dimensional relationships and ratios among the drawings are included.
また、以下に示す第1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、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明の一態様に係る第1実施形態の電動パワーステアリング装置の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
In addition, the first embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention includes materials, shapes, and structures of component parts. , Arrangement, etc. are not specified to the following. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.
Hereinafter, an embodiment of an electric power steering apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要部を示す正面図であり、図2は、ラック軸を示す正面図である。
図中、1は操舵ギヤ機構であって、この操舵ギヤ機構1は、ピニオン機構2とラック機構3とを備えている。
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を備えている。このピニオン軸5は、図示しない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。ラック機構3はラックハウジング6に摺動可能に支持されたラック軸7を備えている。ピニオン軸5とラック軸7は噛合しており、ピニオン軸5に伝達される回転力がラック軸7によって直動力に変換される。
FIG. 1 is a front view showing the main part of the electric power steering apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a front view showing a rack shaft.
In the figure,
The pinion mechanism 2 includes a
ラック軸7は、図2に示すように、ピニオン軸5が噛合するラック部8と、このラック部8の右方に形成された螺旋状のゴシックアーク断面形状のボールねじ溝9aを有するボールねじ軸9とを備えている。
ラック軸7の右端側に、電動パワーステアリング装置10が配置されている。この電動パワーステアリング装置10は、ボールねじ機構11と、操舵補助用電動モータ12と、ボールねじ機構11と操舵補助用電動モータ12との間を連結する減速機構13とで構成されている。
As shown in FIG. 2, the rack shaft 7 is a ball screw having a rack portion 8 with which the pinion shaft 5 meshes and a
The electric
ボールねじ機構11は、図3に示すように、ラック軸7のボールねじ軸9のボールねじ溝9aにボール14を介して螺合するボールねじナット15を備えている。
このボールねじナット15は、ラックハウジング6における図1の右端部に形成された軸受収容部16に収容された転がり軸受17によって回転自在に支持されている。
転がり軸受17は、ボールねじナット15に一体に組み付けられたものであり、内輪17aがボールねじナット15と一体に形成された内輪17aと、この内輪17aにボール17bを介して連結され軸受収容部16に固定支持された外輪17cとで構成されている。
As shown in FIG. 3, the
The
The rolling
操舵補助用電動モータ12は、ラックハウジング6の軸受収容部16の半径方向外方に一体に形成されたモータ支持部18のピニオン機構2側に固定支持され、その回転軸12aがモータ支持部18に形成された貫通孔18aを通じて反対側に突出されている。この操舵補助用電動モータ12は、図1に示すように、モータ制御装置40によって回転駆動される。このモータ制御装置40は、ステアリングホイール(図示せず)に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ40aと、車速を検出する車速センサ40bとを有し、トルクセンサ40aで検出した操舵トルク及び車速センサ40bで検出した車速に基づいて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操舵補助用電動モータ12で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操舵補助用電動モータ12に出力する。
The steering assisting
減速機構13は、操舵補助用電動モータ12の回転軸12aの先端に取付けられた小径プーリ19と、前述したボールねじナット15の半径方向外方に一体に形成された大径プーリ20と、小径プーリ19及び大径プーリ20との間に巻装されたタイミングベルト21とで構成されている。そして、小径プーリ19と、大径プーリ20、及びボールねじ溝9aを覆うようにカバー22が軸受収容部16及びモータ支持部18に例えばボルト締めされている。
The
この電動パワーステアリング装置10は、操舵補助用電動モータ12の回転軸12aを図3の左方から見て時計方向に回転駆動することにより、小径プーリ19及び大径プーリ20がタイミングベルト21によってそれぞれ時計方向に回転駆動され、これに応じてボールねじナット15が時計方向に回転駆動されるので、ボールねじ軸9すなわちラック軸7が左方に移動され、逆に操舵補助用電動モータ12の回転軸12aを左方から見て反時計方向に回転駆動することによりラック軸7が右方に移動される。また、ラック軸7のラック部8の左端部及びボールねじ軸9の右端部がそれぞれタイロッド23を介して図示しない転舵輪に連結されている。
In this electric
ここで、図3に示すように、ボールねじナット15の外周を通過した円環形状の芯金25が、転がり軸受17の内輪17aの側面17a1に当接した状態で、ボールねじナット15に同軸に固定されている。
この芯金25に、合成樹脂製の大径プーリ20及び転動体循環部材26が、インジェクション成形等で一体に形成されている。
Here, as shown in FIG. 3, the ring-
A
図4(a),(b)は、合成樹脂製の大径プーリ20及び転動体循環部材26を一体に形成した芯金25を軸方向から見た図であり、図4(a)は、芯金25に対して大径プーリ20が紙面の前方向に突出しており、大径プーリ20の内側に転動体循環部材26が位置している状態を示し、図4(b)は、芯金25の裏面を示している。
円環形状の芯金25は、軸心位置に円形穴25aが形成され、その円形穴25aの周縁の一部に切欠き部25bが形成されている。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) are views of the
A
芯金25の最外周に、幅方向の一端が連続した状態で合成樹脂製の大径プーリ20が一体に形成されている。
大径プーリ20の内側に位置する芯金25の円形穴25aの周縁には、合成樹脂製の円環部27と、この円環部27の内側(円形穴25aより内側)に延在する転動体循環部材26とが一体に形成されている。
A
An
転動体循環部材26には筒状の転動体戻し部材28が一体に形成されており、図5に示すように、この転動体戻し部材28は、芯金25の軸方向に沿って延在し、切欠き部25bを通過して芯金25の裏面側に突出している。
ボールねじ機構11を構成するボールねじナット15には、図6に示すように、内周面に螺旋状にボール14が転動するゴシックアーク断面形状のボールねじ溝15aが形成されている。
A cylindrical rolling
As shown in FIG. 6, the
そして、ボールねじ軸9のボールねじ溝9aと、ボールねじナット15のボールねじ溝15aとで螺旋軌道が形成される。
ボールねじナット15の軸方向の右側端部には、軸方向最外側のボールねじ溝15aの一部を切り欠くことで転動体循環部材装着部29が形成されている。
この転動体循環部材装着部29に、芯金25に一体に形成されている転動体循環部材26が嵌まり込むことで、螺旋軌道と後述する転動体戻し通路の間にボール14を案内するようになっている。
Then, a spiral track is formed by the ball screw groove 9 a of the
A rolling element circulating
The rolling
転がり軸受17の内部には、螺旋軌道と転動体戻し通路の間にボール14を案内する循環部(不図示)が形成されている。そして、ボールねじナット15に形成した転動体循環部材装着部29の近くの内輪17aの側面17a1に、前述した循環部に連通する循環用穴30が形成されている。
転がり軸受17の側壁17a1には、ボールねじナット15の外周に沿って複数のねじ穴31が形成されている。また、芯金25の円形穴25aの周縁には、側壁17a1に形成したねじ穴31に対応する複数の箇所に通し穴32が形成されている。
Inside the rolling
A plurality of screw holes 31 are formed in the
そして、ボールねじナット15の外周を円形穴25aが通過した芯金25を、転がり軸受17の側壁17a1に当接し、ボルト33を芯金25の通し穴32に通して側壁17a1のねじ穴31にねじ込むことで、芯金25が転がり軸受17を介してボールねじナット15に固定される。なお、図6では、1本のボルト33を示しているが、対応する全てのねじ穴31及び通し穴32にボルト33を装着するものとする。
Then, the
ここで、芯金25が転がり軸受17の側壁17a1に当接した際に、芯金25に一体に形成された転動体循環部材26が、ボールねじナット15の転動体循環部材装着部29に嵌まり込む。
さらに、転動体循環部材26に一体に形成されており、切欠き部25bを通過して芯金25の裏面側に突出している転動体戻し部材28の先端が、転がり軸受17の側壁17a1に形成され、循環部に連通する循環用穴30に接続する。このように、転動体戻し部材28及び循環用穴30が接続することで転動体戻し通路が形成される。
Here, when the
Furthermore, the tip of the rolling
ここで、本発明に係るねじ軸がボールねじ軸9に対応し、本発明に係るナットがボールねじナット15に対応し、本発明に係る転動体がボール17bに対応し、本発明に係る駆動プーリが小径プーリ19に対応し、本発明に係る従動プーリが大径プーリ20に対応し、本発明に係る軸受側壁が転がり軸受17の側壁17a1に対応し、本発明に係る軸受が転がり軸受17に対応し、本発明に係るモータが操舵補助用電動モータ12に対応している。
Here, the screw shaft according to the present invention corresponds to the
次に、第1実施形態の電動パワーステアリング装置10の効果について説明する。
第1実施形態では、芯金25に合成樹脂製の大径プーリ20が一体に形成されているので、イナーシャの低減化を図ることができる。
また、芯金25には転動体循環部材26が一体に形成されており、芯金25を転がり軸受17の側壁17a1に固定することで、転動体循環部材26が、ボールねじナット15の転動体循環部材装着部29に装着されるので、転動体循環部材26を固定する部材を不要とすることができる。
Next, the effects of the electric
In the first embodiment, since the
The rolling
また、転動体循環部材26には、転動体戻し通路を構成する筒状の転動体戻し部材28が一体に形成されているので、従来、内部に転動体戻し通路を形成していたボールねじナットと比較して、ボールねじナット15の肉厚を低減することができ、装置の軽量化を図ることができる。
また、ボールねじナット15の外周を円形穴25aが通過した芯金25を、転がり軸受17の側壁17a1に当接し、ボルト33を芯金25の通し穴32に通して側壁17a1のねじ穴31にねじ込むことで、芯金25が転がり軸受17を介してボールねじナット15に固定され、大径プーリ20の配置と、ボールねじナット15の転動体循環部材装着部29への転動体循環部材26の装着が完了するので、装置の組立効率を向上させることができる。
Further, since the cylindrical rolling
Further, the
さらに、芯金25を転がり軸受17を介してボールねじナット15に固定すると、転動体循環部材26に一体に形成されている転動体戻し部材28の先端が、転がり軸受17の側壁17a1に形成されて循環用穴30に接続し、転動体戻し通路が形成されるので、さらに装置の組立効率を向上させることができる。
Furthermore, when the
1 操舵ギヤ機構
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
8 ラック部
9 ボールねじ軸
9a ボールねじ溝
10 電動パワーステアリング装置
11 ボールねじ機構
12 操舵補助用電動モータ
13 減速機構
14 ボール
15 ボールねじナット
15a ボールねじ溝
16 軸受収容部
17 転がり軸受
17a 内輪
17a1 側壁
17b ボール
17c 外輪
18 モータ支持部
18a貫通孔
19 小径プーリ
20 大径プーリ
21 タイミングベルト
22 カバー
23 タイロッド
25 芯金
26 転動体循環部材
25a 円形穴
25b 切欠き部
27 円環部
28 転動体戻し部材
29 転動体循環部材装着部
30 循環用穴
31 ねじ穴
32 通し穴
33 ボルト
40 モータ制御装置
40a トルクセンサ
40b 車速センサ
Claims (5)
前記螺旋軌道の一端まで転動してきた前記転動体を前記螺旋軌道の他端まで循環させる転動体戻し通路を有する転動体循環路と、
モータの出力軸に同軸に固定された駆動プーリ、前記ナットの外周に同軸に固定された前記駆動プーリと比較して大径の従動プーリ、並びに前記駆動プーリ及び前記従動プーリに巻き掛けられた無端状のベルトを有し、前記モータの出力軸の回転を前記駆動プーリ、前記ベルト及び前記従動プーリを介して減速して前記ナットに伝達する減速機構と、
前記ボールねじ機構の前記ねじ軸が連結しており、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合するラック軸と、を備え、
前記ナットの外周に、環状の芯金が同軸に固定され、この芯金の外周に合成樹脂製の前記従動プーリが一体に形成されているとともに、当該芯金の内周側に転動体循環部材が一体に形成されており、
前記転動体循環部材は、前記転動体循環路の前記螺旋軌道及び前記転動体戻し通路の間に前記転動体を案内するために前記ナットの軸方向の一端部に配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 A screw shaft having a screw groove formed on the outer peripheral surface, a nut having a screw groove on the inner peripheral surface corresponding to the screw groove of the screw shaft, and the screw groove of the screw shaft and the screw groove of the nut A ball screw mechanism having a number of rolling elements interposed in a helical track;
A rolling element circulation passage having a rolling element return passage for circulating the rolling element rolled to one end of the spiral track to the other end of the spiral track;
A drive pulley coaxially fixed to the output shaft of the motor, a driven pulley having a larger diameter compared to the drive pulley coaxially fixed to the outer periphery of the nut, and an endless belt wound around the drive pulley and the driven pulley A reduction mechanism for reducing the speed of rotation of the output shaft of the motor via the drive pulley, the belt and the driven pulley and transmitting the rotation to the nut;
The screw shaft of the ball screw mechanism is connected, and a rack shaft screwed to a pinion shaft constituting the steering mechanism;
An annular core metal is coaxially fixed to the outer periphery of the nut, and the driven pulley made of synthetic resin is integrally formed on the outer periphery of the core metal, and a rolling element circulating member is formed on the inner periphery side of the core metal. Are integrally formed,
The rolling element circulating member is disposed at one axial end of the nut for guiding the rolling element between the spiral track of the rolling element circulating passage and the rolling element return passage. Electric power steering device.
前記軸受の一部で開口している前記他端側循環部の循環用穴に、前記転動体戻し部材が接続していることを特徴とする請求項2記載の電動パワーステアリング装置。 At the other axial end of the nut, a bearing for rotatably supporting the nut is integrally assembled, and inside the bearing, between the spiral track of the rolling element circulation passage and the rolling element return passage The other end side circulation part for guiding the rolling element is formed,
3. The electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the rolling element return member is connected to a circulation hole of the other end side circulation portion which is open at a part of the bearing.
前記軸受側壁に形成したねじ穴に、前記芯金に形成した通し穴を通過したボルトを螺合することで、前記ナットの外周に前記芯金が固定されることを特徴とする請求項3記載の電動パワーステアリング装置。 The cored bar passing through the outer periphery of the nut abuts on a bearing side wall provided orthogonal to the axis of the bearing,
4. The cored bar according to claim 3, wherein the cored bar is fixed to the outer periphery of the nut by screwing a bolt having passed through the through hole formed in the cored bar into a screw hole formed in the bearing side wall. Electric power steering device.
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