JP2008260471A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
【課題】出力軸10の先端部とウォーム8の基端部との間に設けたトルク継手部20に組み込んだ弾性部材25、26の剛性が、このトルク継手部20で伝達されるトルクの大きさに応じて変化する構造を実現する。
【解決手段】スプライン孔11aとスプライン軸部12aとの係合に基づくトルク継手部20は、上記トルクの伝達方向に関する剛性が低い低剛性伝達部29と、同じくこの剛性が中間である中剛性伝達部28と、同じくこの剛性が高い高剛性伝達部27とを、軸方向に関して互いに直列に配置して成る。このうちの低剛性伝達部29の、トルクの伝達方向に関する隙間の大きさを、上記高剛性伝達部27の同方向の隙間よりも小さく、上記中剛性伝達部の同方向の隙間の大きさをその中間とする。
【選択図】図2The rigidity of an elastic member (25, 26) incorporated in a torque joint portion (20) provided between the tip end portion of an output shaft (10) and the base end portion of a worm (8) is the magnitude of torque transmitted by the torque joint portion (20). A structure that changes according to the height is realized.
A torque coupling portion 20 based on engagement between a spline hole 11a and a spline shaft portion 12a has a low-rigidity transmission portion 29 having a low rigidity in the torque transmission direction, and a medium-rigidity transmission in which this rigidity is intermediate. The portion 28 and the high-rigidity transmission portion 27, which is also highly rigid, are arranged in series with each other in the axial direction. Of these, the size of the gap in the direction of torque transmission of the low-rigidity transmission portion 29 is smaller than the gap in the same direction of the high-rigidity transmission portion 27, and the size of the gap in the same direction of the medium-rigidity transmission portion. The middle.
[Selection] Figure 2
Description
この発明に係る電動式パワーステアリング装置は、自動車の操舵装置として利用するもので、電動モータを補助動力として利用する事により、運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図るものである。本発明は、この様な電動式パワーステアリング装置を構成する減速機のウォーム軸の基端部と、上記電動モータの出力軸の先端部との接続部に設けるトルク継手部の特性を改良して、上記ステアリングホイールの操作感の向上を図るべく発明したものである。 The electric power steering apparatus according to the present invention is used as a steering apparatus for an automobile, and uses an electric motor as auxiliary power to reduce the force required for the driver to operate the steering wheel. is there. The present invention improves the characteristics of the torque joint provided at the connection between the base end of the worm shaft of the reduction gear constituting the electric power steering device and the tip of the output shaft of the electric motor. Invented to improve the operational feeling of the steering wheel.
操舵輪(フォークリフト等の特殊車両を除き、通常は前輪)に舵角を付与する際に運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図る為の装置として、パワーステアリング装置が広く使用されている。又、この様なパワーステアリング装置で、補助動力源として電動モータを使用する電動式パワーステアリング装置も、近年普及し始めている。電動式パワーステアリング装置は、油圧式のパワーステアリング装置に比べて小型・軽量にでき、補助動力の大きさ(トルク)の制御が容易で、しかもエンジンの動力損失が少ない等の利点がある。 A power steering device is widely used as a device to reduce the force required for the driver to operate the steering wheel when giving a steering angle to the steered wheels (usually the front wheels except for special vehicles such as forklifts) Has been. In addition, an electric power steering apparatus that uses an electric motor as an auxiliary power source in such a power steering apparatus has begun to spread in recent years. The electric power steering device can be made smaller and lighter than the hydraulic power steering device, has advantages such as easy control of the magnitude (torque) of auxiliary power and less power loss of the engine.
電動式パワーステアリング装置の構造は、各種知られているが、何れの構造の場合でも、ステアリングホイールの操作によって回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する回転軸に電動モータの補助動力を、減速機を介して付与する。この減速機として一般的には、ウォーム減速機が使用されている。ウォーム減速機を使用した電動式パワーステアリング装置の場合、上記電動モータにより回転駆動されるウォームと、上記回転軸と共に回転するウォームホイールとを噛合させて、上記電動モータの補助動力をこの回転軸に伝達自在とする。 Various structures of the electric power steering apparatus are known. In any structure, the electric motor is attached to the rotating shaft that is rotated by the operation of the steering wheel and gives a steering angle to the steered wheel as the wheel rotates. Auxiliary power is applied through a speed reducer. In general, a worm reducer is used as the reducer. In the case of an electric power steering device using a worm speed reducer, a worm that is rotationally driven by the electric motor and a worm wheel that rotates together with the rotating shaft are engaged with each other, and auxiliary power of the electric motor is applied to the rotating shaft. Communicate freely.
例えば特許文献1には、図6〜7に示す様な電動式パワーステアリング装置が記載されている。ステアリングホイール1により所定方向に回転させられる、回転軸であるステアリングシャフト2の前端部は、ハウジング3の内側に回転自在に支持しており、この部分にウォームホイール4を固定している。又、このウォームホイール4と噛合するウォーム歯5をウォーム軸6の軸方向中間部に設け、電動モータ7により回転駆動されるウォーム8の両端部を、深溝型玉軸受等の1対の転がり軸受9a、9bにより、上記ハウジング3内に回転自在に支持している。
For example,
上記ウォーム8を上記電動モータ7の出力軸10により回転駆動する為に、上記ウォーム軸6の基端部にスプライン孔11を、このウォーム軸6の基端面に開口する状態で形成している。又、上記出力軸10の先端部にスプライン軸部12を形成している。そして、このスプライン軸部12と上記スプライン孔11とをスプライン係合させる事で、上記出力軸10と上記ウォーム軸6とを、回転力の伝達を自在に結合している。
In order to rotationally drive the
更に、図7に示した従来構造の場合、上記ウォームホイール4と上記ウォーム歯5との噛合部のバックラッシュをなくす為に、上記ウォーム軸6の先端部(図7の右端部)を上記ウォームホイール4に向け弾性的に押圧する様にしている。即ち、上記ウォーム軸6の先端部で先端側の転がり軸受9aよりも突出した部分に押圧駒13を外嵌し、この押圧駒13と上記ハウジング3との間にコイルばね14等の弾性部材を設けている。そして、このコイルばね14により、上記押圧駒13を介して、上記ウォーム歯5を上記ウォームホイール4に向け押圧している。この様な構成により、これらウォーム歯5とウォームホイール4との間のバックラッシュを抑え、上記電動モータ7の起動時や回転方向の変換時に、上記ウォームホイール4と上記ウォーム歯5との噛合部での歯打ち音の発生を抑えている。
Further, in the case of the conventional structure shown in FIG. 7, in order to eliminate backlash at the meshing portion between the
上述の様な電動式パワーステアリング装置では、上記ウォームホイール4と上記ウォーム歯5との噛合部での歯打ち音の発生を抑えられるが、上記スプライン軸部12と上記スプライン孔11とのスプライン係合部での歯打ち音の発生は抑えられない。特に、このスプライン係合部には、或る程度隙間を設ける必要がある。この理由は、上記スプライン孔11と上記スプライン軸部12とをスプライン係合させる作業を容易に行なえる様にする必要上、更には上記ウォームホイール4と上記ウォーム歯5との間のバックラッシュを抑えるべく、上記ウォーム軸6の先端部を上記ウォームホイール4に向け揺動変位させる必要上である。この様な必要上設けられる、上記スプライン係合部の隙間に基づいて、上記電動モータ7の起動時や回転方向の変換時に、このスプライン係合部で、雄スプライン歯の側面と雌スプライン歯の側面との衝突に基づく、騒音や振動が発生する。
In the electric power steering apparatus as described above, it is possible to suppress the occurrence of rattling noise at the meshing portion between the
電動モータの出力軸とウォーム減速機のウォーム軸との間でトルクを伝達する為のトルク継手部で、歯打ち音と呼ばれる騒音や振動が発生する事を防止する為の構造として従来から、特許文献2〜5に記載された構造が知られている。図8は、このうちの特許文献2〜4に記載された、電動モータの出力軸とウォーム減速機のウォーム軸との間に設置するトルク継手部の構造を示している。この従来構造の場合には、互いの間でトルクを伝達すべき1対の回転軸15a、15bの互いに対向する端面に凹凸部16a、16bを形成し、これら両凹凸部16a、16bを、弾性部材17を介して凹凸係合させる。金属材料製の上記両回転軸15a、15bに設けた、上記両凹凸部16a、16bの円周方向側面同士は、上記弾性部材17を介して噛合するので、噛合部で歯打ち音の如き騒音や振動が発生する事はなくなる。尚、特許文献3には、上記弾性部材17の形状を工夫する事により、この弾性部材17の耐久性向上を図る為の構造が記載されている。又、特許文献4には、上記両凹凸部16a、16b同士の間での上記弾性部材17の締め代を、一部で残部よりも大きくする事で、この弾性部材17の組み付け性を向上させる為の構造が記載されている。更に、特許文献5には、電動モータの出力軸とステアリングシャフトとを、1対の回転軸の端部同士を、1対の回転伝達部材及び中間介在部材を介して凹凸係合させる事で、上記出力軸から上記ステアリングシャフトに振動や衝撃が加わらない様にする構造が記載されている。
A torque joint for transmitting torque between the output shaft of the electric motor and the worm shaft of the worm speed reducer, and has been patented as a structure to prevent the generation of noise and vibration called rattling noise. The structures described in
上述の様な特許文献2〜5に記載された従来構造の場合、上記両回転軸15a、15b同士の間で伝達するトルクの大きさと、上記弾性部材17の弾性変形量との関係が、ほぼ直線的になる。言い換えれば、この弾性部材17の剛性(弾性)が、上記両回転軸15a、15b同士の間で伝達するトルクの大きさに応じて変化する事はない。この為、上記弾性部材17の剛性は、上記両回転軸15a、15b同士の間で伝達するトルクの最大値に応じて規制する必要があり、上記剛性の値が相当に大きくならざるを得ない。この為、上記図8に示した様なトルク継手部の構造を、前述の図7に示した電動モータ7の出力軸10の先端部とウォーム軸6の基端部とに組み込んだ場合に、トルク伝達に関する特性が、ステアリングホイールの操作感を良好にする面から好ましくないものになる。上記特許文献5に記載された発明の構造も、ほぼ同様の問題を生じる。この点に就いて、以下に説明する。
In the case of the conventional structures described in
上記出力軸10から上記ウォーム軸6に伝達するトルクが小さい場合、即ち、ステアリングホイール1を操作する為の操舵力を補助する為、ステアリングシャフト2(図6参照)に付与する補助力が小さくて済む場合には、この出力軸10からこのウォーム軸6に、トルクが緩徐に伝達される事が好ましい。言い換えれば、この様な場合には、上記出力軸10の回転が上記ウォーム軸6に、弾性部材による十分な緩衝作用を受けた状態で伝達される事が好ましい。これに対して、上記図8に示した様なトルク継手部の構造の場合、上記弾性部材17の剛性を大きくせざるを得ない為、上記出力軸10の回転が上記ウォーム軸6に、かなり直接的に(上記弾性部材17による緩衝をあまり受けずに)伝達される。この結果、上記ステアリングホイール1を操作する運転者に違和感を与える。勿論、上記弾性部材17の剛性を低く(軟らかく)すれば、この様な違和感をなくせる。但し、大きなトルクを伝達する際の、上記弾性部材17の弾性変形量が過大になり、トルク伝達の遅れに伴う操舵感の悪化や、この弾性部材17の耐久性の低下に繋がる為、上記弾性部材17の剛性を低くする事は難しい。
When the torque transmitted from the
本発明は、上述の様な事情に鑑み、出力軸の先端部とウォームの基端部との間に設けたトルク継手部に組み込んだ弾性部材の剛性が、このトルク継手部で伝達されるトルクの大きさに応じて変化する構造を実現すべく発明したものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention provides a torque transmitted by the torque joint portion in which the rigidity of the elastic member incorporated in the torque joint portion provided between the tip end portion of the output shaft and the base end portion of the worm is transmitted. The invention was invented to realize a structure that changes in accordance with the size.
本発明の電動式パワーステアリング装置は、ハウジングと、回転軸と、ウォームホイールと、ウォームと、電動モータと、トルク継手部とを備える。
このうちのハウジングは、固定の部分に支持されて回転する事がない。
又、上記回転軸は、このハウジングに対し回転自在に設けられて、ステアリングホイールの操作により回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する。尚、この様な回転軸としては、前述の図6に示したステアリングシャフト2の他、中間シャフト18、ステアリングギヤユニット19の入力軸(ピニオン軸)等が採用可能である。勿論、上記回転軸が何れであるかにより、上記ハウジングを支持する為の固定の部分は異なる。
又、上記ウォームホイールは、上記ハウジングの内部で上記回転軸の一部に、この回転軸と同心に支持されており、この回転軸と共に回転する。
又、上記ウォームは、ウォーム軸の軸方向中間部にウォーム歯を設けて成る。そして、このウォーム歯を上記ウォームホイールと噛合させた状態で、上記ウォーム軸の軸方向端部を、軸受により、上記ハウジングに対し回転自在に支持されている。
又、上記電動モータは、上記ウォームを回転駆動する為、その出力軸をこのウォームと同心に配置している。
又、上記トルク継手部は、上記出力軸の先端部と上記ウォームの基端部との間に設けられて、この出力軸からこのウォームへのトルクの伝達を自在としている。そして、上記トルク継手部は、駆動側凹凸部と、被駆動側凹凸部と、弾性部材とから成る。
このうちの駆動側凹凸部は、上記出力軸側にこの出力軸と同心に設けられて、この出力軸と共に回転する。
又、上記被駆動側凹凸部は、上記ウォーム側にこのウォームと同心に設けられて、上記駆動側凹凸部と上記トルクの伝達方向に関して凹凸係合し、このウォームと共に回転する。
又、上記弾性部材は、上記駆動側凹凸部と上記被駆動側凹凸部との間に、上記トルクの伝達方向に関して挟持されている。
The electric power steering apparatus of the present invention includes a housing, a rotating shaft, a worm wheel, a worm, an electric motor, and a torque joint portion.
Of these, the housing is supported by a fixed portion and does not rotate.
The rotating shaft is provided so as to be rotatable with respect to the housing, and is rotated by an operation of a steering wheel, and gives a steering angle to the steered wheels as it rotates. As such a rotation shaft, in addition to the
The worm wheel is supported on a part of the rotating shaft inside the housing and concentrically with the rotating shaft, and rotates together with the rotating shaft.
The worm is provided with worm teeth at an intermediate portion in the axial direction of the worm shaft. Then, with the worm teeth meshed with the worm wheel, the axial end of the worm shaft is rotatably supported by the housing by a bearing.
The electric motor has its output shaft arranged concentrically with the worm for rotationally driving the worm.
The torque joint portion is provided between the distal end portion of the output shaft and the proximal end portion of the worm so that torque can be transmitted from the output shaft to the worm. The torque joint portion includes a driving side uneven portion, a driven side uneven portion, and an elastic member.
Of these, the drive-side uneven portion is provided concentrically with the output shaft on the output shaft side, and rotates together with the output shaft.
The driven-side uneven portion is provided concentrically with the worm on the worm side, engages with the drive-side uneven portion in the torque transmission direction, and rotates together with the worm.
The elastic member is sandwiched between the driving-side uneven portion and the driven-side uneven portion with respect to the torque transmission direction.
特に、本発明の電動式パワーステアリング装置に於いては、上記駆動側凹凸部と上記被駆動側凹凸部との係合に基づく上記トルク継手部は、上記トルクの伝達方向に関する剛性が低い低剛性伝達部と、同じくこの剛性が高い高剛性伝達部とを、軸方向に関して互いに直列に配置して成る。又、このうちの低剛性伝達部の、上記トルクの伝達方向に関する隙間の大きさを、上記高剛性伝達部の同方向の隙間の大きさよりも小さくしている。 In particular, in the electric power steering apparatus according to the present invention, the torque joint portion based on the engagement between the driving-side uneven portion and the driven-side uneven portion has a low rigidity with low rigidity in the torque transmission direction. The transmission unit and the high-rigidity transmission unit having the same high rigidity are arranged in series with each other in the axial direction. In addition, the size of the gap in the torque transmission direction of the low-rigidity transmission portion is made smaller than the size of the gap in the same direction of the high-rigidity transmission portion.
上述の様な本発明の電動式パワーステアリング装置を実施する場合に好ましくは、請求項2に記載した様に、トルクの伝達方向に関する剛性が、低剛性伝達部と高剛性伝達部との中間である、中剛性伝達部を、軸方向に関してこれら低剛性伝達部及び高剛性伝達部と直列に配置する。そして、この中剛性伝達部の、上記トルクの伝達方向に関する隙間の大きさを、これら低剛性伝達部及び高剛性伝達部の同方向の隙間の中間の値とする。
尚、トルクの伝達方向に関する低剛性伝達部の隙間の大きさは、請求項3に記載した様に零にする事もできるし、或いは、請求項4に記載した様に、前記出力軸と上記ウォームとの間に存在する可能性のあるミスアライメントを補償できる(製造現場で許容できる最大のミスアライメントが発生した場合にも、円周方向の一部で隙間が消失せず、上記低剛性伝達部に存在する弾性部材が弾性的に圧縮されない)だけの小さな値とする事もできる。
When the electric power steering apparatus of the present invention as described above is implemented, preferably, the rigidity in the torque transmission direction is intermediate between the low rigidity transmission section and the high rigidity transmission section. A certain middle rigidity transmission section is arranged in series with the low rigidity transmission section and the high rigidity transmission section in the axial direction. And the magnitude | size of the clearance gap regarding the transmission direction of the said torque of this middle rigidity transmission part is made into the intermediate value of the clearance gap of the same direction of these low rigidity transmission parts and high rigidity transmission parts.
In addition, the size of the gap of the low-rigidity transmission portion with respect to the torque transmission direction can be zero as described in
上述の様な構成を有する本発明の電動式パワーステアリング装置によれば、出力軸の先端部とウォームの基端部との間に設けたトルク継手部の剛性を、このトルク継手部で伝達されるトルクの大きさに応じて変化させられる。具体的には、このトルクが小さい場合に上記剛性を低く抑えつつ、このトルクが大きい場合にこの剛性を高くできる。
即ち、本発明の構造によれば、このトルクが小さい場合には、低剛性伝達部及び高剛性伝達部のうちの低剛性伝達部のみが、このトルクを伝達する。この状態では、残りの高剛性伝達部には、未だ、トルクの伝達方向に関する隙間が存在する為、この高剛性伝達部がトルク伝達に供される事はない。この状態では、上記トルク継手部の剛性を低くできて、十分な緩衝作用を受けられる。この結果、出力軸からウォームに、トルクが緩徐に伝達される為、この出力軸の回転がこのウォーム軸に、直接的に伝達される事がなくなり、ステアリングホイールを操作する運転者に違和感を与える事がなくなる。
According to the electric power steering apparatus of the present invention having the above-described configuration, the rigidity of the torque joint portion provided between the distal end portion of the output shaft and the base end portion of the worm is transmitted by this torque joint portion. It is changed according to the magnitude of torque. Specifically, the rigidity can be increased when the torque is large while the rigidity is kept low when the torque is small.
That is, according to the structure of the present invention, when this torque is small, only the low-rigidity transmission part of the low-rigidity transmission part and the high-rigidity transmission part transmits this torque. In this state, since the remaining high-rigidity transmission parts still have a gap in the torque transmission direction, the high-rigidity transmission parts are not used for torque transmission. In this state, the rigidity of the torque joint portion can be lowered and a sufficient buffering action can be received. As a result, since torque is slowly transmitted from the output shaft to the worm, the rotation of the output shaft is not directly transmitted to the worm shaft, which makes the driver operating the steering wheel feel uncomfortable. Things disappear.
これに対して、上記トルクが大きくなると、このトルクの伝達方向に関する、上記低剛性伝達部の弾性変形量が増大し、上記高剛性伝達部の隙間が消失する。そして、それ以上のトルクを伝達する場合には、上記低剛性伝達部だけでなく、上記高剛性伝達部も、このトルクの伝達に供される。この為、上記トルク伝達に関する、上記トルク継手部の剛性を高くできる。この結果、トルク伝達の遅れに伴う操舵感の悪化を防止できる。又、この状態では、上記低剛性伝達部で伝達されるトルクの大きさは一定となり、この低剛性伝達部の弾性変形量がそれ以上大きくなる事はない為、この低剛性伝達部を構成する弾性部材の耐久性が低下する事を防止できる。
要するに、本発明によれば、トルク継手部で伝達するトルクが小さい場合にこのトルク継手部の剛性を低く抑えつつ、このトルクが大きい場合にこのトルク継手部の剛性を高くできる。この為、このトルク継手部の耐久性を確保しつつ、ステアリングホイールを操作する運転者に違和感を与える事を防止できる。
On the other hand, when the torque increases, the amount of elastic deformation of the low-rigidity transmission portion in the torque transmission direction increases, and the gap of the high-rigidity transmission portion disappears. And when transmitting the torque beyond it, not only the said low-rigidity transmission part but the said high-rigidity transmission part is provided for transmission of this torque. For this reason, the rigidity of the torque joint portion relating to the torque transmission can be increased. As a result, it is possible to prevent a deterioration in steering feeling due to a delay in torque transmission. In this state, the magnitude of the torque transmitted by the low-rigidity transmission unit is constant, and the amount of elastic deformation of the low-rigidity transmission unit does not increase any more. It can prevent that durability of an elastic member falls.
In short, according to the present invention, the rigidity of the torque joint portion can be increased when the torque is large while the rigidity of the torque joint portion is kept low when the torque transmitted by the torque joint portion is small. For this reason, it is possible to prevent the driver operating the steering wheel from feeling uncomfortable while ensuring the durability of the torque joint portion.
更に、請求項2に記載した発明の様に、低剛性伝達部及び高剛性伝達部に加えて中剛性伝達部を設ければ、上記出力軸と上記ウォームとの間で伝達されるトルクの変動に応じて、上記トルク継手部の剛性を3段階に変化させられる。この為、上記低剛性伝達部と上記高剛性伝達部とだけを設けて、上記トルク継手部の剛性を2段階だけ変化させる場合に比べて、トルク継手部の耐久性確保と、ステアリングホイールの操作感向上とを、より高次元で両立させられる。
トルクの伝達方向に関する低剛性伝達部の隙間に関しては、請求項3に記載した様に零にすれば、ステアリングホイールの操作感向上の面からは有利である。即ち、上記隙間を零にすれば、上記出力軸の起動直後から、この出力軸から上記ウォームへのトルク伝達が開始されるので、上記ステアリングホイールの操作開始直後から、電動モータによるアシスト力を得られ、上記操作感の向上を図れる。
これに対して、請求項4に記載した様に、上記隙間として、ミスアライメントを補償できるだけの、小さな正の値を設定すれば、出力軸とウォームとの間にミスアライメントが存在しても、上記低剛性伝達部に存在する弾性部材が弾性的に圧縮されない。この結果、上記ミスアライメントに基づいてトルク継手部で発生する伝達効率の低下(ロストルクの増大)を抑えられる。
上記隙間に関して、何れの値(零又は正の値)を採用するかは、発生し得るミスアライメントの大きさ、電動モータの出力、低剛性部に設置する弾性部材の弾力等に応じて設計的に選択する。
Further, as in the invention described in
With regard to the clearance of the low-rigidity transmission portion with respect to the torque transmission direction, if it is set to zero as described in
On the other hand, as described in
Which value (zero or positive value) to use for the gap is designed according to the size of misalignment that can occur, the output of the electric motor, the elasticity of the elastic member installed in the low-rigidity part, etc. Select
[実施の形態の第1例]
図1〜4は、請求項1、2、4に対応する、本発明の実施の形態の1例を示している。尚、本例の電動式パワーステアリング装置の特徴は、トルク継手部20で伝達するトルクが小さい場合にこのトルク継手部20の剛性を低く抑えつつ、このトルクが大きい場合にこのトルク継手部の剛性を高くすると共に、弾性部材の耐久性を確保すべく、この弾性部材が過度に押し潰される事を防止する為の構造にある。その他、電動式パワーステアリング装置全体の構造及び作用に就いては、前述した従来構造と同様であるから、この従来構造と同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。尚、前述の図6〜7と図1とで、ハウジング3に対する電動モータ7の取付方向が異なっているが、この点は、設置する自動車に応じ適宜設計的に変更するものであって、本発明の特徴部分とは関係がない。
[First example of embodiment]
1-4 show an example of an embodiment of the present invention corresponding to
本例の構造の場合には、図1〜2に示す様に、ウォーム軸6の基端部に、特許請求の範囲に記載した被駆動側凹凸部であるスプライン孔11aを、このウォーム軸6の基端面(図1〜2の左端面)に開口する状態で、このウォーム軸6と同心に形成している。又、上記電動モータ7の出力軸10の先端部に、特許請求の範囲に記載した駆動側凹凸部であるスプライン軸部12aを、この出力軸10と同心に形成している。そして、このスプライン軸部12aと上記スプライン孔11aとを、特許請求の範囲に記載した凹凸係合であるスプライン係合させる事で、上記出力軸10と上記ウォーム軸6とを、回転力の伝達を可能に結合している。但し、上記スプライン軸部12aの外周面に形成した雄スプライン歯のピッチ、並びに、上記スプライン孔11aの内周面に形成した雌スプライン歯のピッチは、通常のスプライン歯のピッチよりも粗くしている。図示の例では、これら各スプライン歯の中心角ピッチを、それぞれ60度としている。又、上記両軸12a、6の中心軸に直交する仮想平面に関する、上記各スプライン歯の断面形状は、略等脚台形としている。
In the case of the structure of this example, as shown in FIGS. 1 and 2, the
上記スプライン孔11aと上記スプライン軸部12aとのうち、スプライン孔11aの(中心軸に直交する仮想平面に関する)内周面の断面形状、及び、断面積(この断面形状により周囲を囲まれる部分の面積)に関しては、トルク継手部20の全長に亙り同じである(変化していない)。又、上記スプライン孔11aの内周面は、上記トルク継手部20の全長に亙り、上記ウォーム軸6を構成する金属材が露出している。従って、上記スプライン孔11aの内周面に関しては、上記トルク継手部20の全長に亙り、十分に大きな剛性を確保している。
Of the
これに対して、上記スプライン軸部12aの外周面に関しては、基端部(図1〜2の左端部)から先端部(図1〜2の右端部)に向けて、断面積(中心軸に直交する仮想平面に関して、外周面の断面形状により周囲を囲まれる部分の面積)を3段階に変化させると共に、材質に関しても、基端部と、中間部乃至先端部とで異ならせている。即ち、上記スプライン軸部12aの軸方向に関して、基端部に高剛性スプライン軸部21を、中間部に中剛性スプライン軸部22を、先端部に低剛性スプライン軸部23を、それぞれ設けている。これら各スプライン軸部21〜23の断面積に関しては、基端部に設けた高剛性スプライン軸部21から先端部に設けた低剛性スプライン軸部23に向かう程大きくしている(高剛性スプライン軸部21の断面積<中剛性スプライン軸部22の断面積<低剛性スプライン軸部23の断面積)。
On the other hand, with respect to the outer peripheral surface of the
尚、上記各スプライン軸部21〜23は、断面積が異なるが、外周面の形状に関しては、相似形としている。従って、上記スプライン孔11aと上記スプライン軸部12aとを中立位置にした(雄スプライン、雌スプライン各歯の山部の位相を半ピッチ分ずらせた=雄スプライン、雌スプライン各歯の山部の位相と谷部の位相とを一致させた)状態で、円周方向(トルクの伝達方向)に関して存在する隙間の大きさは、上記各スプライン軸部21〜23同士、互いに異なる。具体的には、図4に示す様に、高剛性スプライン軸部21に関する円周方向隙間の厚さδH が最も大きく、中剛性スプライン軸部22に関する円周方向隙間の厚さδM がそれに続き、低剛性スプライン軸部23の円周方向隙間の厚さδS が最も小さく(δH >δM >δS >0)なっている。
The
又、上記各スプライン軸部21〜23の外周面の材質に関しては、基端部に設けた高剛性スプライン軸部21の外周面を金属製(一般的には、炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄系合金製)としている。これに対して、中間部に設けた中剛性スプライン軸部22、及び、先端部に設けた低剛性スプライン軸部23の外周面は、弾性材製としている。これら中剛性、低剛性、両スプライン軸部22、23の外周面を覆う弾性材としては、ニトリルゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム、或いはポリウレタンの如きエラストマー、合成樹脂等を使用する。
As for the material of the outer peripheral surface of each of the
上述の様な、上記各スプライン軸部21〜23を構成する為に本例の場合には、上記高剛性スプライン軸部21に関しては、上記スプライン軸部12aと一体に形成する事で、この高剛性スプライン軸部21の(中心部から外周面に至る)全体を、金属製としている。これに対して、上記中剛性、低剛性、両スプライン軸部22、23は、上記スプライン軸部12aのうちで上記高剛性スプライン軸部21よりも先端側に突出した支持軸部24に、上述の様な弾性材を外嵌支持する事で構成している。このうち、支持軸部24の基半部には、上記中剛性スプライン軸部22を構成する為の中剛性側弾性部材25を、同じく先半部には、上記低剛性スプライン軸部23を構成する低剛性側弾性部材26を、それぞれ外嵌支持している。上記支持軸部24の外周面、及び、これら両弾性部材25、26の内周面の断面形状は、これら支持軸部24と弾性部材25、26との間でトルクの伝達が可能な様に、非円形(例えば四角形、より好ましくは、上記スプライン軸部12aの外周面と相似である六つ星形等)に形成している。上記両弾性部材25、26は、それぞれ上記支持軸部24に締り嵌めで外嵌する事で、上記スプライン軸部12aに、トルクの伝達を可能に支持している。
In the case of the present example in order to configure each of the
本例の場合、上記中剛性側弾性部材25の径方向に関する厚さ寸法T25を、上記低剛性側弾性部材26の同方向の厚さ寸法T26よりも小さく(T25<T26)している。従って、これら両弾性部材25、26の材質(硬度)を同じとしても、上記中剛性スプライン軸部22の剛性が、上記低剛性スプライン軸部23の剛性よりも高くなる。但し、上記厚さ寸法T25、T26の相違のみでは、これら両スプライン軸部22、23の剛性の差を十分に出せない場合には、上記両弾性部材25、26の材質(硬度)を異ならせても良い。何れにしても、上記高剛性スプライン軸部21と前記スプライン孔11aとのスプライン係合部が、円周方向隙間の厚さδH が最も大きい、高剛性伝達部27を構成する。又、上記中剛性スプライン軸部22と上記スプライン孔11aとのスプライン係合部が、円周方向隙間の厚さδM が中間である、中剛性伝達部28を構成する。更に、上記低剛性スプライン軸部23と上記スプライン孔11aとのスプライン係合部が、円周方向隙間の厚さδS が最も小さい低剛性伝達部29を構成する。
In the case of this example, the thickness dimension T 25 in the radial direction of the medium-rigid side
上述の様な構成を有する本例の電動式パワーステアリング装置の作動時には、電動モータ7からステアリングシャフト2(図6参照)に補助動力を付与すべく、この電動モータ7の出力軸10により、前記ウォーム軸6を回転駆動する。この際、上記補助動力の大きさに応じて、上記低剛性伝達部29と、上記中剛性伝達部28と、上記高剛性伝達部27とのうちの1以上の伝達部を介して、上記ウォーム軸6を回転駆動する。又、上記補助動力が小さい状態から大きい状態に変化する場合には、その程度に応じて、上記各伝達部29、28、27のうちの何れの部分を介して上記ウォーム軸6を回転駆動するかを異ならせる。
When the electric power steering apparatus of this example having the above-described configuration is operated, the
先ず、上記補助動力が最も小さい場合には、上記各伝達部29、28、27のうちの低剛性伝達部29のみで、上記出力軸10から上記ウォーム軸6にトルクを伝達する。即ち、この場合には、上記最も小さい、厚さがδS である円周方向隙間が消失(上記スプライン孔11aの内周面に形成した雌スプライン歯の円周方向側面と、前記低剛性側弾性部材26の外周面に形成した雄スプライン歯の円周方向側面とが当接)し、上記低剛性伝達部29が上記トルクを伝達する。この状態では、上記スプライン孔11aの内周面と、前記中剛性側弾性部材25の外周面及び前記高剛性スプライン軸部21の外周面との間には、全周に亙り(トルクの伝達方向に関して後側は勿論、前側に関しても)隙間が介在したままとなる。上記低剛性側弾性部材26の剛性は低い為、上記出力軸10から上記ウォーム軸6に、図5のa範囲に示す様に、トルクが緩徐に伝達される。即ち、ステアリングホイール1を操作する為の操舵力を補助する為、ステアリングシャフト2(図6参照)に付与する補助力が小さくて済む場合には、上記出力軸10の回転が上記ウォーム軸6に、弾性部材による十分な緩衝作用を受けた状態で伝達される。従って、前記電動モータ7への通電開始時に、上記出力軸10の起動トルクが上記ウォーム軸6に、直接的に(いきなり)伝達される事が防止される。この為、上記ステアリングホイール1を操作する運転者に違和感を与える事を防止できる。
First, when the auxiliary power is the smallest, torque is transmitted from the
これに対して、上記補助動力が少し大きくなると、上記最も小さい、厚さがδS である円周方向隙間だけでなく、中程度の厚さδM の円周方向隙間もが消失し、上記低剛性伝達部29に加えて、上記中剛性伝達部28も上記トルクを伝達する。この状態でも、上記スプライン孔11aの内周面と、上記高剛性スプライン軸部21の外周面との間には、全周に亙り隙間が介在したままとなる。この結果、図5のb範囲に示す様に、上記少し大きめの補助動力を、上記出力軸10から上記ウォーム軸6に、確実に伝達して、上記ステアリングホイール1を回転させる為に必要となる操舵力を、適切に軽減できる。
In contrast, when the auxiliary power is slightly increased, not only the smallest circumferential gap with a thickness of δ S but also a circumferential gap with a medium thickness of δ M disappears. In addition to the low-
又、上記補助動力が更に大きくなると、上記最も小さい、厚さがδS である円周方向隙間、上記中程度の厚さδM の円周方向隙間に加えて、前記最も大きい厚さがδH である円周方向隙間迄もが消失し、前記高剛性伝達部27が、上記低剛性伝達部29及び上記中剛性伝達部28により伝達し切れないトルクを伝達する。従って上記ウォーム軸6は上記出力軸10により、図5のc範囲に示す様に、十分に大きなトルクにより回転駆動される。
Further, when the auxiliary power is further increased, the largest thickness is δ in addition to the smallest circumferential gap having a thickness δ S and the middle gap δ M having a thickness δ S. Even the circumferential clearance that is H disappears, and the high-
上記補助動力が大きくなる過程で、上記高剛性伝達部27を構成する、前記高剛性スプライン軸部21の外周面に形成した雄スプライン歯と、上記スプライン孔11aの内周面に形成した雌スプライン歯とが衝突するが、この衝突は、低剛性伝達部29を構成する低剛性側弾性部材26及び上記中剛性伝達部28を構成する中剛性側弾性部材25の弾性に抗しつつ(これら両弾性部材26、25が上記両スプライン歯同士の動きを或る程度緩衝した後に)行なわれるので、緩徐に行なわれる。従って、上記補助動力の伝達方向が逆転する様な場合、或いは悪路走行等に伴って振動が加わる様な場合にも、上記高剛性スプライン軸部21と上記スプライン孔11aとのスプライン係合部で、歯打ち音等の耳障りな騒音や振動が発生する事はない。又、大きな補助動力を伝達する場合にも、上記両弾性部材26、25を介して伝達する補助動力は限られた値である為、これら両弾性部材26、25が過度に弾性変形する事はなく、これら両弾性部材26、25の耐久性が損なわれる事はない。
In the process of increasing the auxiliary power, the male spline teeth formed on the outer peripheral surface of the high-rigidity
又、本例の構造は、上記ウォーム軸6の基端部をハウジング3に対し回転自在に支持する為の転がり軸受9bの内径側に設置できる等、小型且つ軽量に構成できる。又、上記ウォーム軸6の基端部と上記出力軸10の先端部とを結合する作業は、上記両弾性部材26、25を上記スプライン孔11a内に挿入する事で、容易に行なえる。更に、上記ウォーム軸6の基端部と上記出力軸10とは、前記トルク継手部20の内部に存在する隙間により、相対変位を可能に結合している。従って、上記ウォーム軸6と出力軸10との位置関係が、トルク伝達に基づく弾性変形、摩耗、温度変化、吸水等により多少変化した場合でも、上記トルク継手部20の内部に存在する隙間部分での変位に基づいて、この変化を吸収(補償)できる。この為、上記位置関係が多少変化しても、上記ウォーム軸6の基端部と上記出力軸10との結合部で、コジリが発生する事はなく、コジリに基づく伝達効率の低下や耐久性の低下を招く事はない。尚、上記スプライン孔11aの内周面と前記スプライン軸部12aとの係合部にグリースを介在させれば、この係合部の作動をより滑らかにして、上記コジリの防止に加えて、前記歯打ち音等の異音や振動の発生をより確実に防止できる。
尚、図示の例とは逆に、出力軸の側にスプライン孔を、ウォーム軸の側にスプライン軸を、それぞれ設ける事もできる。
Further, the structure of this example can be configured to be small and light, such as being able to be installed on the inner diameter side of the rolling
Contrary to the illustrated example, a spline hole can be provided on the output shaft side, and a spline shaft can be provided on the worm shaft side.
1 ステアリングホイール
2 ステアリングシャフト
3 ハウジング
4 ウォームホイール
5 ウォーム歯
6 ウォーム軸
7 電動モータ
8 ウォーム
9a、9b 転がり軸受
10 出力軸
11、11a スプライン孔
12、12a スプライン軸部
13 押圧駒
14 コイルばね
15a、15b 回転軸
16a、16b 凹凸部
17 弾性部材
18 中間シャフト
19 ステアリングギヤユニット
20 トルク継手部
21 高剛性スプライン軸部
22 中剛性スプライン軸部
23 低剛性スプライン軸部
24 支持軸部
25 中剛性側弾性部材
26 低剛性側弾性部材
27 高剛性伝達部
28 中剛性伝達部
29 低剛性伝達部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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-
2007
- 2007-04-13 JP JP2007106016A patent/JP2008260471A/en active Pending
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