JP2013056578A - Electric power steering device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置およびその製造方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、電動パワーステアリング装置における継手構造の改良に関する。 The present invention relates to an electric power steering device and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to an improved joint structure in an electric power steering device.
従来、自動車用操舵系において、電動式のパワーステアリング装置(EPS:Electric Power Steering)が提案され、実用化されている。現在においては、ステアリングホイールに付加された操舵トルクに応じて、電動モータで補助操舵トルクを発生し、この補助操舵トルクをステアリング軸に伝達する電動パワーステアリング装置の開発が進められている。このような電動パワーステアリング装置では、電動モータが減速機構を介してステアリング軸に接続され、電動モータの回転は、減速機構により減速された後、ステアリング軸に伝達される。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electric power steering device (EPS) has been proposed and put into practical use in an automobile steering system. At present, the development of an electric power steering device that generates an auxiliary steering torque by an electric motor in accordance with the steering torque applied to the steering wheel and transmits the auxiliary steering torque to the steering shaft has been underway. In such an electric power steering apparatus, the electric motor is connected to the steering shaft via a speed reduction mechanism, and the rotation of the electric motor is transmitted to the steering shaft after being decelerated by the speed reduction mechanism.
このような電動パワーステアリング装置であって、モータのアクチュエーター出力シャフト(以下、モータシャフトという)と、ウォームシャフトが一直線上に配置されたタイプの装置においては、従来、その軸力の伝達および結合にはインボリュートスプラインが用いられてきた。インボリュートスプラインを用いた機構はギア側とモータ側の組立が容易であるため、大変有用である。 In such an electric power steering device, in which the actuator output shaft (hereinafter referred to as the motor shaft) of the motor and the worm shaft are arranged in a straight line, conventionally, the transmission and coupling of the axial force has been conventionally performed. Involute splines have been used. A mechanism using an involute spline is very useful because it can be easily assembled on the gear side and the motor side.
図10の電動パワーステアリング装置はモータ1’のシャフト(モータシャフト)6’とウォームシャフト5’とが別体式の装置の一例である。モータシャフト6’はインボリュートスプライン7’等でウォームシャフト5’と勘合されており、モータ1’の回転およびトルクの伝達を行っている。なお、符号4’はウォームホイールである。
The electric power steering apparatus of FIG. 10 is an example of an apparatus in which a shaft (motor shaft) 6 ′ and a
また、モータのモータシャフトとウォームシャフトが一直線上に配置されたタイプの電動パワーステアリング装置としては、モータシャフトとウォームシャフトを一体化したものもある(例えば特許文献1参照)。 In addition, as an electric power steering device of a type in which a motor shaft and a worm shaft of a motor are arranged in a straight line, there is one in which a motor shaft and a worm shaft are integrated (for example, see Patent Document 1).
図11の電動パワーステアリング装置はモータシャフト6’とウォームシャフト5’とが一体式の装置の一例である。この形式はインボリュートスプラインが存在しないので、スプラインに起因する異音の発生やガタツキが抑制できる。 The electric power steering apparatus of FIG. 11 is an example of an apparatus in which a motor shaft 6 'and a worm shaft 5' are integrated. Since this form does not have an involute spline, the generation of noise and rattling caused by the spline can be suppressed.
しかしながら、インボリュートスプラインでは軸方向の動きを規制することができない。また、スプラインの製造公差によって回転方向のガタツキが発生することがある。このようなガタツキは制御や出力のムラを生み、異音発生の原因ともなる。 However, involute splines cannot regulate axial movement. In addition, the play in the rotational direction may occur due to manufacturing tolerances of the spline. Such rattling causes unevenness in control and output, and causes abnormal noise.
また、上述のようにモータシャフトとウォームシャフトを一体化した電動パワーステアリング装置においてはこのようなガタツキを解消することが可能ではあるが、ウォームギアの組み込みとモータの取り付けを同時に行う為に組立の困難さが伴う。すなわち、特許文献1のように、モータシャフトとウォームシャフトが一体化している場合、一体化してウォームシャフトの取扱いが難しくなるため、ウォームホイールへのウォームシャフトの組み付けが困難になる。このため、ウォームホイール、ウォームシャフトからなるウォームギアに傷が付く可能性が高くなってしまう。また、ウォームギア内への汚れが混入する(コンタミが生じる)可能性が高くなる。
In addition, in the electric power steering device in which the motor shaft and the worm shaft are integrated as described above, it is possible to eliminate such rattling, but it is difficult to assemble because the worm gear and the motor are attached at the same time. Is accompanied. That is, as in
さらに、モータシャフトとウォームシャフトを一体化した電動パワーステアリング装置においては、モータ単体においてウォームシャフトの表面が剥き出しになるが、ウォームシャフトのギア表面は異音などといった電動パワーステアリング装置の性能に影響を与えることから、傷や埃に関し、さらには輸送時の取り扱いに関して慎重さを要する。 Furthermore, in an electric power steering device in which the motor shaft and worm shaft are integrated, the surface of the worm shaft is exposed in the motor alone, but the gear surface of the worm shaft affects the performance of the electric power steering device such as abnormal noise. Therefore, it is necessary to be careful with respect to scratches and dust, as well as handling during transportation.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、モータシャフトとウォームシャフトを一体化させてガタツキを抑制しつつ、組立工程の簡略化を可能とした電動パワーステアリング装置およびその製造方法を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides an electric power steering device and a manufacturing method thereof that can simplify an assembly process while suppressing backlash by integrating a motor shaft and a worm shaft. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、本発明者は種々の検討を行い、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。本発明の電動パワーステアリング装置はかかる知見に基づくものであり、ステアリングに対して減速機構を介して操舵アシスト力を付与する電動モータを有する電動パワーステアリング装置において、モータシャフトとウォームシャフト間にジョイントを設け、モータシャフトとウォームシャフトとを一体締結した構造であり、ジョイントに形状記憶合金を用いたというものである。 In order to achieve the above object, the present inventor has made various studies and has obtained new knowledge that leads to the solution of such problems. The electric power steering apparatus of the present invention is based on such knowledge, and in an electric power steering apparatus having an electric motor that applies a steering assist force to the steering through a speed reduction mechanism, a joint is provided between the motor shaft and the worm shaft. This is a structure in which the motor shaft and the worm shaft are integrally fastened, and a shape memory alloy is used for the joint.
このように、本発明においてはモータシャフトとウォームシャフトの結合に形状記憶合金(Shape Memory Alloy、以下SMAともいう)でできたジョイント(継ぎ手)を用い、当該SMA製ジョイントをインボリュートスプラインの代替として配置している。外部からの加熱によってこのSMA製ジョイントを形状回復させ、その際発生する締結力を利用することによって、モータシャフトとウォームシャフトを一体化させることができる。 Thus, in the present invention, a joint made of a shape memory alloy (hereinafter also referred to as SMA) is used for coupling the motor shaft and the worm shaft, and the SMA joint is arranged as an alternative to the involute spline. doing. The motor shaft and the worm shaft can be integrated by recovering the shape of the SMA joint by heating from the outside and utilizing the fastening force generated at that time.
かかる電動パワーステアリング装置において、ジョイントが形状記憶合金製のパイプ状継手であってもよい。この場合、パイプ状継手は、スプラインが嵌入される継手であってもよい。パイプ状継手は、形状記憶合金の母相時、当該パイプ状継手の内径がモータシャフトの外径およびウォームシャフトの外径より細く形成されたものであることが好ましい。 In such an electric power steering apparatus, the joint may be a pipe-shaped joint made of a shape memory alloy. In this case, the pipe-like joint may be a joint into which a spline is inserted. The pipe-shaped joint is preferably formed so that the inner diameter of the pipe-shaped joint is smaller than the outer diameter of the motor shaft and the outer diameter of the worm shaft during the parent phase of the shape memory alloy.
また、本発明は、ステアリングに対して減速機構を介して操舵アシスト力を付与する電動モータを有する電動パワーステアリング装置の製造方法において、モータシャフトとウォームシャフト間に設けられるジョイントに形状記憶合金を用い、ジョイントとして当該形状記憶合金製のパイプ状継手を形成する際、形状記憶合金の母相時の当該ジョイントの内径がモータシャフトの外径およびウォームシャフトの外径よりも細くなるように形成し、ジョイントの内径をウォームシャフトとモータシャフトの外径よりも拡大させる加工をし、芯出しして組み付けたウォームシャフトとモータシャフトの継ぎ目にジョイントをセットし、形状記憶合金に外部から熱を加えてジョイントを収縮させ、モータシャフトとウォームシャフトとを一体締結した構造とするものである。 The present invention also relates to a method for manufacturing an electric power steering apparatus having an electric motor that applies a steering assist force to a steering via a speed reduction mechanism, and a shape memory alloy is used for a joint provided between the motor shaft and the worm shaft. When forming a pipe-shaped joint made of the shape memory alloy as a joint, the inner diameter of the joint at the parent phase of the shape memory alloy is formed to be smaller than the outer diameter of the motor shaft and the outer diameter of the worm shaft, The inner diameter of the joint is processed to be larger than the outer diameter of the worm shaft and the motor shaft, the joint is set at the joint between the centered and assembled worm shaft and the motor shaft, and heat is applied to the shape memory alloy from the outside. The motor shaft and the worm shaft are fastened together. It is an structure.
本発明によれば、モータシャフトとウォームシャフトを一体化させてガタツキを抑制しつつ、組立工程の簡略化が可能となる。 According to the present invention, it is possible to simplify the assembling process while suppressing backlash by integrating the motor shaft and the worm shaft.
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態にかかる電動パワーステアリング装置100の構成の概略を示す説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of an electric
電動パワーステアリング装置100は、例えばコラムタイプのものであり、車両のステアリングホイールHが固定されるステアリングシャフト30と、ラック・ピニオン運動変換機構11と、ステアリングホイールHに付加された操舵トルクに応じて補助操舵トルクを発生させる電動モータ1と、電動モータ1とステアリングシャフト30との間に介在され、電動モータ1の回転を減速させるウォーム減速機構13等を有している。
The electric
ステアリングシャフト30は、ステアリング入力軸10aとステアリング出力軸10bを有し、ハウジング20に覆われている。ステアリング入力軸10aの上端にステアリングホイールHが固定されている。ステアリング入力軸10aとステアリング出力軸10bは、トルクセンサ21のトーションバーを介して接続されている。ステアリングホイールHの操作により生じる操舵トルクは、ステアリング入力軸10aを通じてトルクセンサ21により検出され、その検出された操舵トルクに基づいて電動モータ1の出力が制御される。
The
ウォーム減速機構13は、ステアリング出力軸10bに取り付けられたウォームホイール4と、ウォームホイール4の外周歯車に噛み合うウォーム31を有している(図2参照)。ウォーム31は、ハウジング32に対して固定されている2つのベアリング(軸受)33、34により支持されている。ウォーム31の一端は、電動モータ1の後述するスプラインシャフト(モータ出力シャフト)52に対して同軸上にスプライン構造で結合されている。これにより、例えばステアリング出力軸10b及びウォームホイール4の駆動によりウォーム31が受けたスプラインシャフト52の軸方向Xの反力を、ウォーム減速機構13において吸収できる。
The
図1に示すようにステアリング出力軸10bとラック・ピニオン運動変換機構11とは、2つの自在継手40、41と連結部材42により連結されている。また、ラック・ピニオン運動変換機構11は、ラック・ピニオンギアによりステアリング出力軸10bと操作車輪のタイロッドを接続している。
As shown in FIG. 1, the
電動モータ1とウォーム減速機構13は一直線上に配置され、電動モータ1で発生した回転をウォーム減速機構13で調整している。電動モータ1により出力された回転力は、ウォーム減速機構13を介して、補助操舵トルクとしてステアリング出力軸10bに伝達され、当該補助操舵トルクは、ステアリング出力軸10bからラック・ピニオン運動変換機構11を介して操作車輪のタイロッドに伝達される。
The
次に、電動パワーステアリング装置100におけるジョイント9の構成について説明する。
Next, the configuration of the joint 9 in the electric
図5〜図7に、ジョイント9の概念図を示す。本実施形態では、モータシャフト6aとウォームシャフト6b間にジョイント9を設け、モータシャフト6aとウォームシャフト6bとを一体締結した構造としている。ジョイント9には、形状記憶合金(SMA)を用いている。また、本実施形態では、例えばパイプ状のSMA製継手からなるジョイント(以下、単にパイプ状継手ともいう)9を用い、モータシャフト6aとウォームシャフト6bを締結する(図2参照)。
The conceptual diagram of the joint 9 is shown in FIGS. In this embodiment, a joint 9 is provided between the
SMAとは、常温ではマルテンサイト相だが、加熱により安定な母相に相変態し、相変態に伴い形状が回復することを特徴とする概知の金属である。このとき、母相での形状(つまり熱を掛けて元に戻ったときの形状)は、合金製造段階の焼入れ時の形状である。 SMA is a well-known metal characterized by a martensite phase at room temperature but a phase transformation to a stable parent phase upon heating and recovery of the shape following the phase transformation. At this time, the shape in the parent phase (that is, the shape when it is returned to the original state by applying heat) is the shape at the time of quenching in the alloy manufacturing stage.
ここで、図3に一般的な鋼材の応力−歪み曲線、図4にSMAの応力−歪み曲線を示す。一般的な鋼材は、弾性変形領域ではバネ性(弾性)によって形状回復するが、塑性変形後は形状が回復しない。これに対して、SMAは塑性変形しても母相変態終了点(Af)以上の温度に加熱することにより母相時の形状まで回復することができる。 Here, FIG. 3 shows a stress-strain curve of a general steel material, and FIG. 4 shows a stress-strain curve of SMA. A general steel material recovers its shape by elasticity (elasticity) in an elastic deformation region, but does not recover its shape after plastic deformation. On the other hand, SMA can be recovered to the shape of the parent phase by heating to a temperature equal to or higher than the parent phase transformation end point (Af) even if it is plastically deformed.
図8にジョイント(パイプ状継手)9の加工例を示す。符号9aは熱処理後(母相形状)のSMA継ぎ手形状であり、このとき「パイプ状継手の内径<シャフト(モータシャフト6a、ウォームシャフト6b)の径」とすることで、加熱による相変体後、シャフトを締め付けられるようにしておく。この後、符号9bで示すようにジョイント9の内径を拡大して「パイプ状継手の内径>シャフト(モータシャフト6a、ウォームシャフト6b)の径」とし、ウォームシャフト6b〜モータシャフト6aの組立を行えるよう、部品の加工を行う(拡大加工)。
FIG. 8 shows a processing example of the joint (pipe-shaped joint) 9.
図9に、電動パワーステアリング装置1におけるシャフト(モータシャフト6a、ウォームシャフト6b)とジョイント9との組立例を示す。図8に示したように内径を拡大したジョイント9(9b)を、芯出しして組み付けたモータシャフト6aとウォームシャフト6bの継ぎ目に組み込んでセットする。
FIG. 9 shows an assembly example of the shaft (
この後、加熱用坑10(図2参照)を用いて熱源により当該ジョイント9をAf点以上に加熱し、熱処理後の継ぎ手形状9cに相変形させる。なお、当然ながら、ウォームシャフト6bとモータシャフト6aの芯出しは、電動パワーステアリング装置100本体と電動モータ1が組み合わされた後に行われるため、ジョイント9の加熱は電動パワーステアリング装置100本体と電動モータが1組み合わされた後に行う必要がある。ただし、従来構造の電動パワーステアリング装置であれば、ハウジングが邪魔をしてジョイント9を加熱する手立てがない。そこで本実施形態では、例えばモータフランジに設けられた加熱用坑10など、ハウジングの一部に設けた坑を利用して加熱経路を形成している。
Thereafter, the joint 9 is heated to a point Af or higher by a heat source using the heating well 10 (see FIG. 2), and phase-deformed into the
上記加熱後、室温まで冷却しても、「パイプ状継手の内径<シャフト(モータシャフト6a、ウォームシャフト6b)の径」である母相形状は維持されるので、冷却後のジョイント9(9d)はバネ性を有するが如く、モータシャフト6aとウォームシャフト6bを締め付けて一体的に締結し、固定する。
Even after cooling to room temperature after the above heating, the parent phase shape of “inner diameter of pipe joint <diameter of shaft (
上記説明のように、本実施形態における電動パワーステアリング装置100においては、従来であればインボリュートスプライン部などで構成されていた部分が一体化されることより、異音の発生やガタツキが抑制できる。また、組立時は電動パワーステアリング装置100本体とモータ部を別体とし、組付け後にSMAの締結力を用いて一体化することから、製造ラインや組立の困難さや管理の複雑さが無い。しかも、SMAは母相形状が安定状態のため、加熱による形状回復後は常に締結力を発揮しつづける。
As described above, in the electric
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述したジョイント(パイプ状継手)の内周側、およびモータシャフト6aとウォームシャフト6bの外周側に、空転対策としてリブ等の凹凸を施してもよい。あるいは、ジョイント9を、スプラインが嵌入される継手としてもよい。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, irregularities such as ribs may be provided on the inner peripheral side of the above-described joint (pipe-shaped joint) and the outer peripheral side of the
1 電動モータ(モータ)
4 ウォームホイール
6a モータシャフト
6b ウォームシャフト
9 パイプ状継手(ジョイント)
13 ウォーム減速機構(減速機構)
100 電動パワーステアリング装置
1 Electric motor (motor)
4
13 Worm deceleration mechanism (deceleration mechanism)
100 Electric power steering device
Claims (5)
モータシャフトとウォームシャフト間にジョイントを設け、前記モータシャフトとウォームシャフトとを一体締結した構造であり、
前記ジョイントに形状記憶合金を用いた、電動パワーステアリング装置。 In an electric power steering apparatus having an electric motor that applies a steering assist force to a steering via a deceleration mechanism,
A joint is provided between the motor shaft and the worm shaft, and the motor shaft and the worm shaft are integrally fastened,
An electric power steering device using a shape memory alloy for the joint.
モータシャフトとウォームシャフト間に設けられるジョイントに形状記憶合金を用い、
前記ジョイントとして当該形状記憶合金製のパイプ状継手を形成する際、前記形状記憶合金の母相時の当該ジョイントの内径が前記モータシャフトの外径および前記ウォームシャフトの外径よりも細くなるように形成し、
前記ジョイントの内径を前記ウォームシャフトと前記モータシャフトの外径よりも拡大させる加工をし、
芯出しして組み付けた前記ウォームシャフトと前記モータシャフトの継ぎ目に前記ジョイントをセットし、
前記形状記憶合金に外部から熱を加えて前記ジョイントを収縮させ、
前記モータシャフトとウォームシャフトとを一体締結した構造とする、
電動パワーステアリング装置の製造方法。 In a method for manufacturing an electric power steering apparatus having an electric motor that applies a steering assist force to a steering via a deceleration mechanism,
Using a shape memory alloy for the joint provided between the motor shaft and the worm shaft,
When forming the shape memory alloy pipe-shaped joint as the joint, the inner diameter of the joint during the parent phase of the shape memory alloy is smaller than the outer diameter of the motor shaft and the outer diameter of the worm shaft. Forming,
Processing to increase the inner diameter of the joint larger than the outer diameter of the worm shaft and the motor shaft,
Set the joint at the joint of the worm shaft and the motor shaft assembled by centering,
The joint is contracted by applying heat to the shape memory alloy from the outside,
A structure in which the motor shaft and the worm shaft are integrally fastened,
A method for manufacturing an electric power steering apparatus.
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