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JP2004284407A - Electric power steering device - Google Patents

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Publication number
JP2004284407A
JP2004284407A JP2003076158A JP2003076158A JP2004284407A JP 2004284407 A JP2004284407 A JP 2004284407A JP 2003076158 A JP2003076158 A JP 2003076158A JP 2003076158 A JP2003076158 A JP 2003076158A JP 2004284407 A JP2004284407 A JP 2004284407A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electric power
power steering
steering device
bevel gear
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003076158A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Matsuda
靖之 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2003076158A priority Critical patent/JP2004284407A/en
Publication of JP2004284407A publication Critical patent/JP2004284407A/en
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Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置において、ラック歯とピニオンとの噛み合いを排し、打音(騒音/振動)が発生しないようにするとともに、サーボ制御系内のガタ発生部を少なくし、もって安定したサーボ制御系を構成することが可能とし、使用されるボールジョイントに不必要に負荷がかからないステアリング装置を提供することを課題とする。
【解決手段】電動パワーステアリング装置1は、ねじ軸2、支持部材3、ケーシング4、回転部材5、及び、電気アシストモータ6を備えている。電気アシストモータ6によって、駆動傘歯車部62、従動傘歯車部52、雌ねじ部51へと回転が伝達され、ねじ軸2を左右に移動させる。このときねじ軸2自体は回転しないため、タイロッド91とのリンク結合部21には、ねじ軸2の左右移動のための負荷のみがかかる。
【選択図】 図1
In an electric power steering device, engagement between rack teeth and a pinion is eliminated to prevent a hitting sound (noise / vibration), and a play generating portion in a servo control system is reduced, thereby achieving a stable operation. It is an object of the present invention to provide a steering device capable of forming a servo control system, and in which a load is not unnecessarily applied to a ball joint to be used.
An electric power steering device includes a screw shaft, a support member, a casing, a rotating member, and an electric assist motor. The rotation is transmitted to the drive bevel gear portion 62, the driven bevel gear portion 52, and the female screw portion 51 by the electric assist motor 6, and moves the screw shaft 2 right and left. At this time, since the screw shaft 2 itself does not rotate, only the load for the lateral movement of the screw shaft 2 is applied to the link connecting portion 21 with the tie rod 91.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の操舵装置に使用されるアッカーマン式のリンク機構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】
ラック&ピニオン式歯車装置を利用したパワーステアリング装置が、今日の自動車の操舵装置に広く用いられている。特に近年では、「機械効率が高い」、「軽量化できる」、「レイアウト的に有利」、「電子制御が容易」、などの理由から、従来油圧で駆動されていたパワーステアリング機構が電動化される傾向にある。
【0003】
上記の電動パワーステアリング装置には、操舵力を補助する形式によって、コラムアシスト型、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型など幾つかの形式が知られている。いずれの形式においても、運転者のステアリング操作力をラック&ピニオン式歯車装置を介してタイロッドに伝達する点では共通している。
【0004】
このようなラック&ピニオン式ステアリング装置では、例えばタイヤが路面の凹凸を乗り越えた場合など、衝撃的荷重によって、ラック軸方向に大きな荷重が作用するのはもちろん、ラックに曲げモーメントが作用する。また、衝撃的荷重でなくても、ラックは、タイヤの回転によって常に振動的に軸方向荷重と曲げモーメントを受けながら使用されている。
【0005】
従って、従来の電動パワーステアリング装置のようにラック&ピニオン式歯車装置を用いている場合、ラック歯とピニオンの噛み合い部は、走行中路面から絶えず振動的荷重を受けながら使用されることになる。
【0006】
上記のような振動的な路面入力による影響は、滑らかな舗装道路上を走行する場合に比べて、石畳などの路面凹凸の大きな道路上を走行する際には、特に顕著に表れやすく、特にその影響が大きいときは、ラック歯とピニオンの噛み合い部から打音(ラトルノイズ)と呼ばれる不快な騒音や振動が発生する場合がある。
【0007】
ラック歯とピニオンとの噛み合い部から発生する打音や振動を抑制するための従来の技術としては、例えば特許文献1(特開平10−217985号公報)や特許文献2(特開2002−037090号公報)などが知られている。
【0008】
このようなラックを用いない技術としては、例えば、特許文献3(特開平5−124524号)などに見られるような、ボールねじ機構によって駆動されるステアリング機構が知られている。このステアリング機構では、ステアリングホィールからくる操舵の回転力は、駆動傘歯車、従動傘歯車を介して、従動傘歯車と一体の雌ねじ(ボールナット)、雄ねじへと伝達されて出力軸の直線運動に変換される。他方、アシストモータの回転出力は、ウォーム、ウォームホィール、雌スプライン、これに嵌合し出力軸と一体の雄スプラインへと伝達・回転させる。
【0009】
この結果、差動機構が形成され、駆動傘歯車の回転とウォームの回転とが出力軸の軸方向運動という形となって現れるようになっている。ところが、この構造では、出力軸は本来必要な軸方向の直線運動を行うだけでなく、それ自体が回転することになる。このため、左右の車輪の方向を変更するために備えられているタイロッドには、出力軸の直線運動だけは伝達するが、この回転運動は伝達しないようにする必要がある。タイロッドには通常ボールジョイントが使用され、このボールジョイントによってこの機能を一応は果たしうるが、ジョイント部分には、操舵のリンク運動のための回転と上述の出力軸自体の回転との負荷の両方を受け持つことになるため、耐久性及び保守性の上から好ましいとはいえない。
【0010】
アシスト形のステアリング装置(いわゆるパワーステアリング装置)では、サーボ制御系が構成されており、ステアリングホィールにかかるトルクが検出され、この検出結果によって操舵に必要なトルクをモータによってアシストするようになっている。サーボ制御系、特に機械伝動部にガタ発生部が含まれるとき、このガタによって制御は非常に不安定になる。そのため、このガタの量及びこれが発生する箇所を極力少なくしなければならない。
【0011】
上述した特許文献3の構造のステアリング装置には、駆動傘歯車、従動傘歯車、雌ねじウォーム、ウォームホィール、雌スプライン、雄スプラインが使用されているため、力の伝達に際し機械損失が発生する箇所が多く、これらの伝達系には多くのガタが含まれることになるので、サーボ制御系の安定性の観点から好ましいものではない。
【0012】
【特許文献1】
特開平10−217985号公報
【特許文献2】
特開2002−037090号公報
【特許文献3】
特開平05−124524号公報(特許第2690230号公報)
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような問題に鑑みてなされたものであり、電動パワーステアリング装置において、ラック歯とピニオンとの噛み合いを排し、打音(騒音/振動)が発生しないようにするとともに、サーボ制御系内のガタ発生部を少なくし、もって安定したサーボ制御系を構成することが可能とし、使用されるボールジョイントに不必要に負荷がかからないステアリング装置を提供することを課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第1番目の発明の解決手段は、タイロッドにリンク結合するためのリンク結合部をその両端に有し、雄ねじ部を有するねじ軸、上記ねじ軸を軸方向に摺動自在に且つ回転不能に支持する支持部材、上記支持部材に固定されたケーシング、上記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有し、上記ケーシングに軸方向移動不能且つ回転可能に支持された回転部材、及び、上記ケーシングに設けられ、上記回転部材を回転駆動するための電気アシストモータを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0015】
第2番目の発明の解決手段は、第1番目の発明の電動パワーステアリング装置において、上記雄ねじ部と上記雌ねじ部は、転動可能なボールを介してねじ結合されることによりボールねじ機構を構成していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0016】
第3番目の発明の解決手段は、第1番目又は第2番目の発明の電動パワーステアリング装置において、上記回転部材は上記雌ねじ部と弾性部材を介して結合されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0017】
第4番目の発明の解決手段は、第1番目から第3番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記雌ねじ部は、自動調芯ころ軸受を介して上記ケーシングに支持されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0018】
第5番目の発明の解決手段は、第1番目から第4番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記ボールねじ機構は、3条以上6条以下の条数を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0019】
第6番目の発明の解決手段は、第1番目から第5番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記支持部材は、上記ねじ軸が備える非円形柱状部が摺動自在且つ回転不能に嵌合するために、これと相補的な内面を有するポリテトラフルオロエチレン製の滑り部材を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0020】
第7番目の発明の解決手段は、第1番目から第6番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記電気アシストモータの出力軸はスタブシャフトを構成するとともに駆動傘歯車部が固定されており、上記回転部材が備える従動傘歯車部に噛合していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0021】
第8番目の発明の解決手段は、第1番目から第6番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記電気アシストモータの出力軸は減速機構を介して独立のスタブシャフトに結合されているとともに、このスタブシャフトが有する駆動傘歯車部は上記回転部材が備える従動傘歯車部に噛合していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0022】
第9番目の発明の解決手段は、第7番目又は第8番目の発明の電動パワーステアリング装置において、上記従動傘歯車部及び上記駆動傘歯車部は、互いに噛合可能な曲がり歯傘歯車機構を構成していることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0023】
第10番目の発明の解決手段は、第9番目の発明の電動パワーステアリング装置において、上記従動傘歯車部及び上記駆動傘歯車部の一方又は両方は合成樹脂歯面を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0024】
第11番目の発明の解決手段は、第1番目から第10番目までの発明の電動パワーステアリング装置において、上記電気アシストモータの出力軸によって構成されるスタブシャフトにかかるトルク、又は、独立のスタブシャフトにかかるトルクを検出するためのトルクセンサが更に備えられていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0025】
【発明の実施の形態】
第1実施形態
図1は第1実施形態の電動パワーステアリング装置の概要を示す概要図である。電動パワーステアリング装置1は、ねじ軸2、支持部材3、ケーシング4、回転部材5、及び、電気アシストモータ6を備えている。ねじ軸2は、タイロッド91とリンク結合するためのリンク結合部21を両端に備えており、その両端内方側には非円形柱状部22と雄ねじ部23が形成されている。リンク結合部21はボールジョイントの雌部が形成されており、タイロッド91の雄部と係合する。
【0026】
支持部材3は電動パワーステアリング装置1全体を不図示の車体に固定するためのものであり、この支持部材3には円筒部41を介してケーシング4が固定されている。支持部材3、円筒部41、ケーシング4には上記ねじ軸2が貫通している。
【0027】
回転部材5は雌ねじ部51及び従動傘歯車部52を備えており、ケーシング4内に回転可能且つその軸方向には移動不能に支持されている。電気アシストモータ6はケーシング4の外部に固定されており、ケーシング4内でその出力軸61には駆動傘歯車部62が固定されている。駆動傘歯車部62は従動傘歯車部52と噛合しているため、電気アシストモータ6によって回転部材5を回転駆動することができるようになっている。この第1実施形態では出力軸61がスタブシャフトと同一のもの、つまりスタブシャフトが電気アシストモータ6のロータ63の軸自体を構成している。
【0028】
出力軸61の駆動傘歯車部62とは反対側にはトルクセンサ64が設けられており、ステアリングホィール92からスタブシャフト(この場合は出力軸61)に加えられるトルクを検出する。制御装置8はトルクセンサ64の出力に基づいて電気アシストモータ6に与える駆動電力の大きさと極性を計算し、これを制御し、もって運転者のステアリング操作が補助される。
【0029】
制御装置8は、電気アシストモータ6とトルクセンサ64とに電力及び信号の授受ができればよいので、この電動パワーステアリング装置1上に取り付けられていても、他の離れた場所、例えば車体、に固定されていてもかまわない。また、トルクセンサ64はステアリングホィール92と電気アシストモータ6との間に介在し、ステアリングホィール92に加えられたトルクを検出できればよいので、電動パワーステアリング装置1本体だけでなく、ステアリングホィール92からこれに至る適宜の回転伝達経路に設けるように変更することも可能である。
【0030】
図2は、回転部材5、雌ねじ部51、雄ねじ部23の近傍を示す拡大一部断面図である。雄ねじ部23と雌ねじ部51は、転動可能なボール511を介してねじ結合されることによりボールねじ機構が構成されており、更に、回転部材5は雌ねじ部51と弾性部材513を介して結合されている。回転部材5本体は、一対の玉軸受514によってケーシング4に支持されているとともに、雌ねじ部51は自動調芯ころ軸受512を介してケーシング4に支持されている。
【0031】
ねじ軸2にはタイロッド91からの力が加わって、曲げモーメントが作用する。この曲がり変形によって雄ねじ部23と雌ねじ部51の平行度が僅かながら失われる。このような現象が生じると、偏ったボール511に過大な荷重がかかるので、ボールねじ機構の耐久性が低下する。自動調芯ころ軸受512は、雌ねじ部51の軸心がある程度傾斜できるようにし、このようなある程度の曲がりが生じた場合でも、ボール511を介し行われる雄ねじ部23と雌ねじ部51との噛み合いが損なわれないようにするためのものである。
【0032】
また、回転部材5本体と雌ねじ部51を結合している弾性部材513は、可撓性のブッシュ継手であって、それ自体が変形することによって上記ねじ軸2から雌ねじ部51が受ける小さな傾きの変位を吸収し、これが回転部材5本体に伝達されることを防止している。この弾性部材513は、更には、路面が受けるタイヤの振動を吸収することにより、回転部材5に固定されている従動傘歯車部52(後述)への振動伝達を防止し、もって、曲がり歯傘歯車機構の寿命を損なうことを防止している。
【0033】
一般にステアリング機構では、タイロッド軸方向に作用する荷重が極めて大きい上、ステアリングホィールの回転量と操舵角との関係からねじ軸を使用したときにはリードを大きくする必要がある。一方、ねじ軸を太くすることは、車体重量の軽量化の方向とそぐわないため、制限を受ける。更にリードが大きいねじではボールと軌道面の面圧が大きいため、ボールへかかる負荷が大きくなる。このため、本電動パワーステアリング装置1で使用されるボールねじ機構では、多条ねじが採用されている。
【0034】
すなわち、一般的なタイロッド径は、20mmから35mmの範囲である。このタイロッドの寸法範囲において、ステアリングホィールの操作3.5回転以下で十分なタイロッドのストローク(150mm以上)を確保すると、ボールねじ機構のリードが大きくなる。ボールねじ機構が3条未満では一つの断面内で同時に接触するボール数が少なくなるため、十分な負荷容量を確保することができない。一方、ボールねじ機構が6条を超えると、上記意味のボール数は増えるものの、ボール直径が小さくなりすぎるため、この点から十分な負荷容量を確保できなくなる。したがって、本発明では、雄ねじ部23、雌ねじ部51及びボール511から構成されるボールねじ機構には3条以上6条以下のものが採用されている。
【0035】
ねじ軸2を駆動させた際に、ボールねじ機構の動摩擦トルクによって、ねじ軸2が回転しないようにする必要がある。このため、支持部材3には滑り部材31が固定され、また、ねじ軸2には非円形柱状部22が備えられている。図3に示すように、滑り部材31は非円形の内面311を備え、この内面311に非円形柱状部22が摺動自在に嵌合し、この非円形形状によってねじ軸2の回転が拘束されている。内面311及び非円形柱状部22の非円形形状は、例えば4角とすることができる。滑り部材31の内面311の材料は非円形柱状部22(鋼)との摩擦係数が少なくしかも充分な強度が得られるPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)とすることが好ましい。
【0036】
駆動傘歯車部62と従動傘歯車部52とは、歯筋方向に曲がりをもつ曲がり歯傘歯車機構を構成しており、いずれか一方あるいは双方の歯面部(あるいは全体)は樹脂製とすることができる。駆動傘歯車部62と従動傘歯車部52とは直角から適度に外れた角度αだけ傾斜させてある。この傾斜角αを付けることにより、従動傘歯車52の外径を小さくすることができる。更に、出力軸61(スタブシャフト)の端部(図1下側の端部)と雌ねじ部51との距離を大きくとることが可能となり、ケーシング4には出力軸61を回転支持するための玉軸受611を余裕を持って設けることができる。これにより、電動パワーステアリング装置1の外形輪郭をコンパクトにすることができる。
【0037】
上記2つの傘歯車(駆動傘歯車部62と従動傘歯車部52)の軸を食い違い軸とし、ハイポイドベベルギアを使用することにより、図1における上下方向の外径輪郭を更にコンパクトにすることも可能である。
【0038】
第2実施形態
図4は、第2実施形態の電動パワーステアリング装置1は、第1実施形態と同様に、ねじ軸2、支持部材3、ケーシング4、回転部材5、及び、電気アシストモータ6を備えているが、電気アシストモータ6の配置とこのことに関係する構造においてのみ相違している。そのため、重複した説明は避け、第1実施形態のそれを援用する。
【0039】
この第2実施形態では、出力軸61と同一のものではない独立のスタブシャフト66が設けられている。スタブシャフト66の一端はステアリングホィール92につながる駆動経路に接続され、他端には、駆動傘歯車部62が固定されている。電気アシストモータ6の出力軸61とスタブシャフト66とは、モータ減速機構65によって結合されている。モータ減速機構65は、この例では、出力軸61に固定された平歯車651と、これに噛み合いスタブシャフト66に固定された平歯車652から構成されている。
【0040】
モータ減速機構65を介することにより、電気アシストモータ6が直結で駆動傘歯車部62を駆動しない。このため、電気アシストモータ6には比較的小さい出力トルクしか出せない小型モータも使用することができる。モータ減速機構65には、平歯車651、652に代え、ウォームとウォームホィールとの組み合わせも使用するすることができる。この場合、アシストモータ6の出力軸61にはウォームが、また、スタブシャフト66にはウォームホィールが固定される。モータ減速機構65ではできる限りガタの発生の少ない機構を使用する必要がある。
【0041】
モータ減速機構65のタイプを選択することにより、電動パワーステアリング装置1を設計する上の自由度を向上させることができ、より多様な要求に応えることができる。
【0042】
以上に示した2つの実施形態によれば、いずれにおいても、ねじ軸2はそれ自体回転しない。このため、左右の車輪の方向を変更するために備えられているタイロッドには、出力軸の直線運動だけが伝達され、タイロッドとでリンク機構を構成するボールジョイントのジョイント部分は、出力軸の直線運動から受ける負荷だけを受け持つことになる。これにより、耐久性及び保守性を向上させることができる。また、この電動パワーステアリング装置を含むサーボ制御系においてはガタ発生部及びその発生量を少なくできるため、打音の発生を抑え安定したサーボ制御を実現することが可能となる。
【0043】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明によれば、ねじ軸はそれ自体回転しないため、左右の車輪の方向を変更するために備えられているタイロッドには、出力軸の直線運動だけが伝達され、タイロッドとでリンク機構を構成するボールジョイントのジョイント部分は、出力軸の直線運動から受ける負荷だけを受け持つことになることになり、耐久性及び保守性を向上させることができるという効果を奏する。更に、この電動パワーステアリング装置を含むサーボ制御系においてはガタ発生部及びその発生量を少なくできるため、打音の発生を抑え且つ安定したサーボ制御を実現することを可能にするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の電動パワーステアリング装置の概要を示す概要図である。
【図2】回転部材5、雌ねじ部51、雄ねじ部23の近傍を示す拡大一部断面図である。
【図3】滑り部材31の斜視図である。
【図4】第2実施形態の電動パワーステアリング装置の概要を示す概要図である。
【符号の説明】
1 電動パワーステアリング装置
2 ねじ軸
21 リンク結合部
22 非円形柱状部
23 雄ねじ部
3 支持部材
31 滑り部材
311 内面
4 ケーシング
41 円筒部
5 回転部材
51 雌ねじ部
511 ボール
512 自動調芯ころ軸受
513 弾性部材
514 玉軸受
52 従動傘歯車部
6 電気アシストモータ
61 出力軸
611 玉軸受
62 駆動傘歯車部
63 ロータ
64 トルクセンサ
65 モータ減速機構
651、652 平歯車
66 スタブシャフト
8 制御装置
91 タイロッド
92 ステアリングホィール
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device having an Ackerman type link mechanism used for a steering device of an automobile.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A power steering device using a rack and pinion type gear device is widely used in a steering device of today's automobile. Particularly in recent years, power steering mechanisms, which were conventionally driven by hydraulic pressure, have been electrified for reasons such as “high mechanical efficiency”, “weight saving”, “layout advantage”, and “easy electronic control”. Tend to be.
[0003]
As the above-described electric power steering device, there are known several types, such as a column assist type, a pinion assist type, and a rack assist type, depending on the type of assisting the steering force. Both types have in common that a steering operation force of a driver is transmitted to a tie rod via a rack and pinion type gear device.
[0004]
In such a rack and pinion type steering device, a large load acts in the rack axial direction due to an impact load, for example, when a tire gets over unevenness of a road surface, and a bending moment acts on the rack. In addition, the rack is used while always receiving a vibrational axial load and bending moment due to the rotation of the tire, even if it is not a shock load.
[0005]
Therefore, when a rack and pinion type gear device is used as in a conventional electric power steering device, the meshing portion between the rack teeth and the pinion is used while constantly receiving an oscillating load from the road surface during traveling.
[0006]
The effect of the vibratory road surface input as described above is particularly noticeable when traveling on a road with large unevenness such as a stone pavement, especially when traveling on a smooth pavement road, When the influence is large, unpleasant noise or vibration called rattling noise may be generated from the meshing portion between the rack teeth and the pinion.
[0007]
As a conventional technique for suppressing a tapping sound and a vibration generated from a meshing portion between a rack tooth and a pinion, for example, Patent Literature 1 (JP-A-10-217985) and Patent Literature 2 (JP-A-2002-037090) Gazettes) are known.
[0008]
As a technique that does not use such a rack, for example, a steering mechanism driven by a ball screw mechanism as disclosed in Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-124524) is known. In this steering mechanism, the turning torque of the steering coming from the steering wheel is transmitted to a female screw (ball nut) integrated with the driven bevel gear and a male screw via a driving bevel gear and a driven bevel gear, and is converted into a linear motion of the output shaft. Is converted. On the other hand, the rotational output of the assist motor is transmitted and rotated to a worm, a worm wheel, a female spline, and a male spline that is fitted to the worm and integrated with the output shaft.
[0009]
As a result, a differential mechanism is formed, and the rotation of the drive bevel gear and the rotation of the worm appear in the form of axial movement of the output shaft. However, in this structure, the output shaft not only performs the originally required linear motion in the axial direction, but also rotates itself. For this reason, only the linear motion of the output shaft is transmitted to the tie rods provided for changing the directions of the left and right wheels, but it is necessary not to transmit this rotational motion. Ball joints are usually used for tie rods, and this function can be performed by the ball joints.However, the joints are used to carry both the rotation for steering link movement and the rotation of the output shaft itself. Therefore, it is not preferable from the viewpoint of durability and maintainability.
[0010]
2. Description of the Related Art In an assist type steering device (a so-called power steering device), a servo control system is configured, a torque applied to a steering wheel is detected, and a torque required for steering is assisted by a motor based on a result of the detection. . When the servo control system, particularly the mechanical transmission unit includes a play generation unit, the play makes the control extremely unstable. Therefore, the amount of this play and the place where it occurs must be minimized.
[0011]
In the steering device having the structure of Patent Document 3 described above, since a driving bevel gear, a driven bevel gear, a female screw worm, a worm wheel, a female spline, and a male spline are used, there are portions where mechanical loss occurs when transmitting force. In many cases, these transmission systems include a large amount of play, which is not preferable from the viewpoint of the stability of the servo control system.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-10-217985 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-037090 [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-124524 (Japanese Patent No. 2690230)
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problem, and in an electric power steering device, engagement between a rack tooth and a pinion is eliminated to prevent hitting noise (noise / vibration) from being generated. It is an object of the present invention to provide a steering apparatus which can reduce a backlash generating portion in a servo control system and thereby form a stable servo control system and does not unnecessarily apply a load to a ball joint to be used.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is solved by the following means. That is, a first aspect of the present invention provides a screw shaft having a link connecting portion for linking to a tie rod at both ends thereof, a screw shaft having a male screw portion, the screw shaft being slidable in the axial direction and non-rotatable. A supporting member, a casing fixed to the supporting member, a rotating member having an internal thread portion screwed to the external thread portion, the rotating member being axially immovable and rotatably supported by the casing, and the casing. An electric power steering apparatus provided with an electric assist motor for driving the rotating member to rotate.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first aspect, the male screw portion and the female screw portion are screw-connected via a rollable ball to form a ball screw mechanism. An electric power steering apparatus characterized in that:
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first or second aspect, the rotating member is coupled to the female screw portion via an elastic member. It is a steering device.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first to third aspects, the female screw portion is supported by the casing via a self-aligning roller bearing. Is an electric power steering device.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus according to the first to fourth aspects, wherein the ball screw mechanism has three or more and six or less. It is a power steering device.
[0019]
A sixth aspect of the present invention is the electric power steering apparatus according to the first to fifth aspects, wherein the non-circular columnar portion of the screw shaft is slidably and non-rotatably fitted to the support member. An electric power steering apparatus comprising: a sliding member made of polytetrafluoroethylene having an inner surface complementary to the sliding member.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first to sixth aspects, the output shaft of the electric assist motor forms a stub shaft and a drive bevel gear portion is fixed. An electric power steering apparatus, which is engaged with a driven bevel gear provided in the rotating member.
[0021]
According to an eighth aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first to sixth aspects, the output shaft of the electric assist motor is connected to an independent stub shaft via a speed reduction mechanism. The electric power steering apparatus is characterized in that a drive bevel gear portion of the stub shaft meshes with a driven bevel gear portion of the rotating member.
[0022]
A ninth aspect of the present invention is the electric power steering apparatus according to the seventh or eighth aspect, wherein the driven bevel gear portion and the drive bevel gear portion constitute a bevel gear bevel gear mechanism that can mesh with each other. An electric power steering apparatus characterized in that:
[0023]
A tenth aspect of the present invention is the electric power steering apparatus according to the ninth aspect, wherein one or both of the driven bevel gear portion and the drive bevel gear portion have a synthetic resin tooth surface. It is a power steering device.
[0024]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first to tenth aspects, a torque applied to a stub shaft constituted by an output shaft of the electric assist motor or an independent stub shaft is provided. The electric power steering device according to claim 1, further comprising a torque sensor for detecting a torque according to (1).
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First Embodiment FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of an electric power steering device according to a first embodiment. The electric power steering device 1 includes a screw shaft 2, a support member 3, a casing 4, a rotating member 5, and an electric assist motor 6. The screw shaft 2 is provided with a link connecting portion 21 for linking with the tie rod 91 at both ends, and a non-circular columnar portion 22 and a male screw portion 23 are formed inside the both ends. The link connecting portion 21 is formed with a female portion of a ball joint, and engages with the male portion of the tie rod 91.
[0026]
The support member 3 is for fixing the entire electric power steering device 1 to a vehicle body (not shown), and a casing 4 is fixed to the support member 3 via a cylindrical portion 41. The screw shaft 2 passes through the support member 3, the cylindrical portion 41, and the casing 4.
[0027]
The rotating member 5 includes a female screw portion 51 and a driven bevel gear portion 52, and is supported in the casing 4 so as to be rotatable and immovable in the axial direction. The electric assist motor 6 is fixed to the outside of the casing 4, and a drive bevel gear unit 62 is fixed to an output shaft 61 in the casing 4. Since the drive bevel gear portion 62 is meshed with the driven bevel gear portion 52, the rotating member 5 can be driven to rotate by the electric assist motor 6. In the first embodiment, the output shaft 61 is the same as the stub shaft, that is, the stub shaft forms the shaft itself of the rotor 63 of the electric assist motor 6.
[0028]
A torque sensor 64 is provided on the output shaft 61 on the side opposite to the drive bevel gear unit 62, and detects torque applied from the steering wheel 92 to the stub shaft (in this case, the output shaft 61). The control device 8 calculates the magnitude and polarity of the driving power to be applied to the electric assist motor 6 based on the output of the torque sensor 64, and controls the calculated driving power, thereby assisting the driver's steering operation.
[0029]
Since the control device 8 only needs to be able to transmit and receive electric power and signals to and from the electric assist motor 6 and the torque sensor 64, even if it is mounted on the electric power steering device 1, it is fixed to another remote place, for example, a vehicle body. It may be done. Further, since the torque sensor 64 is interposed between the steering wheel 92 and the electric assist motor 6 and only needs to be able to detect the torque applied to the steering wheel 92, not only the electric power steering device 1 itself but also the steering wheel 92 Can be changed to be provided on an appropriate rotation transmission path leading to.
[0030]
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view showing the vicinity of the rotating member 5, the female screw portion 51, and the male screw portion 23. The male screw portion 23 and the female screw portion 51 are screw-connected via a rollable ball 511 to form a ball screw mechanism. Further, the rotating member 5 is connected to the female screw portion 51 via an elastic member 513. Have been. The main body of the rotating member 5 is supported by the casing 4 by a pair of ball bearings 514, and the female screw portion 51 is supported by the casing 4 via the self-aligning roller bearing 512.
[0031]
A force from a tie rod 91 is applied to the screw shaft 2 to apply a bending moment. Due to this bending deformation, the parallelism between the male screw portion 23 and the female screw portion 51 is slightly lost. When such a phenomenon occurs, an excessive load is applied to the biased ball 511, and the durability of the ball screw mechanism is reduced. The self-aligning roller bearing 512 allows the axial center of the female screw portion 51 to be inclined to some extent, and even when such a certain degree of bending occurs, the engagement between the male screw portion 23 and the female screw portion 51 performed via the ball 511 is maintained. This is to prevent damage.
[0032]
The elastic member 513 connecting the main body of the rotating member 5 and the female screw portion 51 is a flexible bush joint, and has a small inclination that the female screw portion 51 receives from the screw shaft 2 by deforming itself. The displacement is absorbed, and is prevented from being transmitted to the rotating member 5 main body. The elastic member 513 further prevents the transmission of vibration to the driven bevel gear portion 52 (described later) fixed to the rotating member 5 by absorbing the vibration of the tire received on the road surface, and thus has a curved bevel. It prevents the life of the gear mechanism from being impaired.
[0033]
In general, in a steering mechanism, a load acting in the axial direction of a tie rod is extremely large, and it is necessary to increase a lead when a screw shaft is used due to a relationship between a rotation amount of a steering wheel and a steering angle. On the other hand, thickening the screw shaft is limited because it is incompatible with the direction of reducing the weight of the vehicle body. Further, with a screw having a large lead, the surface pressure between the ball and the raceway surface is large, so that the load applied to the ball increases. For this reason, in the ball screw mechanism used in the present electric power steering device 1, a multi-start screw is employed.
[0034]
That is, a typical tie rod diameter is in the range of 20 mm to 35 mm. If a sufficient tie rod stroke (150 mm or more) is ensured in the range of the tie rod operation of 3.5 rotations or less of the steering wheel, the lead of the ball screw mechanism becomes large. If the number of ball screw mechanisms is less than three, the number of balls simultaneously contacting in one cross section is reduced, so that a sufficient load capacity cannot be secured. On the other hand, if the ball screw mechanism has more than six threads, the number of balls in the above sense increases, but the ball diameter becomes too small, so that sufficient load capacity cannot be secured from this point. Therefore, in the present invention, a ball screw mechanism composed of the male screw portion 23, the female screw portion 51, and the ball 511 employs three or more and six or less.
[0035]
When the screw shaft 2 is driven, it is necessary to prevent the screw shaft 2 from rotating due to the dynamic friction torque of the ball screw mechanism. For this reason, the sliding member 31 is fixed to the support member 3, and the screw shaft 2 is provided with a non-circular columnar portion 22. As shown in FIG. 3, the sliding member 31 has a non-circular inner surface 311, and the non-circular columnar portion 22 is slidably fitted to the inner surface 311, and the rotation of the screw shaft 2 is restricted by the non-circular shape. ing. The non-circular shape of the inner surface 311 and the non-circular columnar portion 22 can be, for example, a square. The material of the inner surface 311 of the sliding member 31 is preferably PTFE (polytetrafluoroethylene) which has a small coefficient of friction with the non-circular columnar portion 22 (steel) and can obtain sufficient strength.
[0036]
The drive bevel gear portion 62 and the driven bevel gear portion 52 constitute a bevel gear mechanism having a bend in the tooth trace direction, and one or both of the tooth surface portions (or the whole) are made of resin. Can be. The drive bevel gear portion 62 and the driven bevel gear portion 52 are inclined by an angle α that is appropriately deviated from a right angle. By providing the inclination angle α, the outer diameter of the driven bevel gear 52 can be reduced. Furthermore, the distance between the end (the lower end in FIG. 1) of the output shaft 61 (the stub shaft) and the female screw portion 51 can be increased, and the casing 4 has a ball for rotatingly supporting the output shaft 61. The bearing 611 can be provided with a margin. Thereby, the outer contour of the electric power steering device 1 can be made compact.
[0037]
By using the shafts of the two bevel gears (the drive bevel gear portion 62 and the driven bevel gear portion 52) as staggered shafts and using a hypoid bevel gear, the vertical outer diameter profile in FIG. 1 can be made more compact. It is.
[0038]
Second Embodiment FIG. 4 shows that an electric power steering apparatus 1 according to a second embodiment includes a screw shaft 2, a support member 3, a casing 4, a rotating member 5, and an electric assist motor 6, as in the first embodiment. However, only the arrangement of the electric assist motor 6 and the structure related thereto are different. Therefore, a duplicate description is avoided, and the description of the first embodiment is used.
[0039]
In the second embodiment, an independent stub shaft 66 that is not the same as the output shaft 61 is provided. One end of the stub shaft 66 is connected to a drive path leading to the steering wheel 92, and the other end of the stub shaft 66 is fixed to the drive bevel gear unit 62. The output shaft 61 of the electric assist motor 6 and the stub shaft 66 are connected by a motor reduction mechanism 65. In this example, the motor reduction mechanism 65 includes a spur gear 651 fixed to the output shaft 61 and a spur gear 652 meshed with the spur gear 651 and fixed to the stub shaft 66.
[0040]
Through the motor reduction mechanism 65, the electric assist motor 6 is directly connected and does not drive the drive bevel gear unit 62. Therefore, a small motor capable of producing only a relatively small output torque can be used for the electric assist motor 6. Instead of the spur gears 651 and 652, a combination of a worm and a worm wheel can be used for the motor reduction mechanism 65. In this case, a worm is fixed to the output shaft 61 of the assist motor 6, and a worm wheel is fixed to the stub shaft 66. In the motor deceleration mechanism 65, it is necessary to use a mechanism that generates as little play as possible.
[0041]
By selecting the type of the motor speed reduction mechanism 65, the degree of freedom in designing the electric power steering device 1 can be improved, and it is possible to meet more various requirements.
[0042]
According to the two embodiments described above, in any case, the screw shaft 2 does not rotate itself. For this reason, only the linear motion of the output shaft is transmitted to the tie rods provided for changing the directions of the left and right wheels, and the joint portion of the ball joint that forms the link mechanism with the tie rods is You will only be responsible for the load you receive from exercise. Thereby, durability and maintainability can be improved. Further, in the servo control system including the electric power steering device, since the play generation unit and the generation amount thereof can be reduced, it is possible to realize the stable servo control by suppressing the occurrence of the tapping sound.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the screw shaft does not rotate by itself, only the linear motion of the output shaft is transmitted to the tie rod provided for changing the direction of the left and right wheels, The joint portion of the ball joint that constitutes the link mechanism with the tie rods only bears the load received from the linear motion of the output shaft, and has the effect of improving durability and maintainability. Further, in the servo control system including the electric power steering device, since the play generation unit and the generation amount thereof can be reduced, there is an effect that it is possible to suppress occurrence of a tapping sound and realize stable servo control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of an electric power steering device according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view showing the vicinity of a rotating member 5, a female screw portion 51, and a male screw portion 23.
FIG. 3 is a perspective view of a sliding member 31;
FIG. 4 is a schematic diagram showing an outline of an electric power steering device according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power steering device 2 Screw shaft 21 Link connection part 22 Non-circular columnar part 23 Male screw part 3 Support member 31 Sliding member 311 Inner surface 4 Casing 41 Cylindrical part 5 Rotating member 51 Female screw part 511 Ball 512 Self-aligning roller bearing 513 Elastic member 514 Ball bearing 52 Driven bevel gear 6 Electric assist motor 61 Output shaft 611 Ball bearing 62 Drive bevel gear 63 Rotor 64 Torque sensor 65 Motor reduction mechanisms 651, 652 Spur gear 66 Stub shaft 8 Control device 91 Tie rod 92 Steering wheel

Claims (11)

タイロッドにリンク結合するためのリンク結合部をその両端に有し、雄ねじ部を有するねじ軸、
上記ねじ軸を軸方向に摺動自在に且つ回転不能に支持する支持部材、
上記支持部材に固定されたケーシング、
上記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有し、上記ケーシングに軸方向移動不能且つ回転可能に支持された回転部材、及び、
上記ケーシングに設けられ、上記回転部材を回転駆動するための電気アシストモータを備えた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 link connection portion for link connection to the tie rod at both ends thereof and having a male screw portion,
A support member that supports the screw shaft slidably in the axial direction and non-rotatably;
A casing fixed to the support member,
A rotating member having a female screw portion to be screwed with the male screw portion, and being rotatably supported by the casing so as to be axially immovable and rotatable;
An electric power steering device, comprising: an electric assist motor provided on the casing and configured to rotationally drive the rotating member.
請求項1に記載された電動パワーステアリング装置において、
上記雄ねじ部と上記雌ねじ部は、転動可能なボールを介してねじ結合されることによりボールねじ機構を構成していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
The electric power steering device according to claim 1,
An electric power steering apparatus, wherein the male screw portion and the female screw portion are screw-coupled via a rollable ball to form a ball screw mechanism.
請求項1又は請求項2のいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記回転部材は上記雌ねじ部と弾性部材を介して結合されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
In the electric power steering device according to any one of claims 1 and 2,
The electric power steering device according to claim 1, wherein the rotating member is coupled to the female screw portion via an elastic member.
請求項1から請求項3までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記雌ねじ部は、自動調芯ころ軸受を介して上記ケーシングに支持されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
In the electric power steering device according to any one of claims 1 to 3,
The electric power steering device according to claim 1, wherein the female screw portion is supported by the casing via a self-aligning roller bearing.
請求項1から請求項4までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記ボールねじ機構は、3条以上6条以下の条数を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
In the electric power steering device according to any one of claims 1 to 4,
The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the ball screw mechanism has three or more and six or less.
請求項1から請求項5までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記支持部材は、上記ねじ軸が備える非円形柱状部が摺動自在且つ回転不能に嵌合するために、これと相補的な内面を有するポリテトラフルオロエチレン製の滑り部材を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
The electric power steering device according to any one of claims 1 to 5,
The support member includes a sliding member made of polytetrafluoroethylene having an inner surface complementary to the non-circular columnar portion of the screw shaft so that the non-circular columnar portion is slidably and non-rotatably fitted. A characteristic electric power steering device.
請求項1から請求項6までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記電気アシストモータの出力軸はスタブシャフトを構成するとともに駆動傘歯車部が固定されており、上記回転部材が備える従動傘歯車部に噛合していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
In the electric power steering device according to any one of claims 1 to 6,
An electric power steering device, wherein an output shaft of the electric assist motor forms a stub shaft, and a drive bevel gear portion is fixed, and meshes with a driven bevel gear portion provided in the rotating member.
請求項1から請求項6までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記電気アシストモータの出力軸は減速機構を介して独立のスタブシャフトに結合されているとともに、このスタブシャフトが有する駆動傘歯車部は上記回転部材が備える従動傘歯車部に噛合していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
In the electric power steering device according to any one of claims 1 to 6,
The output shaft of the electric assist motor is coupled to an independent stub shaft via a speed reduction mechanism, and the drive bevel gear portion of the stub shaft is meshed with a driven bevel gear portion of the rotating member. A characteristic electric power steering device.
請求項7又は請求項8のいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記従動傘歯車部及び上記駆動傘歯車部は、互いに噛合可能な曲がり歯傘歯車機構を構成していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
In the electric power steering device according to any one of claims 7 and 8,
The electric power steering device according to claim 1, wherein the driven bevel gear portion and the drive bevel gear portion form a bevel gear mechanism that can mesh with each other.
請求項9に記載された電動パワーステアリング装置において、
上記従動傘歯車部及び上記駆動傘歯車部の一方又は両方は合成樹脂歯面を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
The electric power steering device according to claim 9,
An electric power steering device, wherein one or both of the driven bevel gear portion and the drive bevel gear portion have a synthetic resin tooth surface.
請求項1から請求項10までのいずれかに記載された電動パワーステアリング装置において、
上記電気アシストモータの出力軸によって構成されるスタブシャフトにかかるトルク、又は、独立のスタブシャフトにかかるトルクを検出するためのトルクセンサが更に備えられていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
In the electric power steering device according to any one of claims 1 to 10,
An electric power steering device further comprising a torque sensor for detecting a torque applied to a stub shaft constituted by an output shaft of the electric assist motor or a torque applied to an independent stub shaft.
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