JP4400381B2

JP4400381B2 - Electric power steering device

Info

Publication number: JP4400381B2
Application number: JP2004264211A
Authority: JP
Inventors: 暢浩石井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP2006076500A

Description

本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置に関し、特に、その小型化や車両搭載性の向上、及び操舵フィーリングの改良に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering apparatus for an automobile, and more particularly, to miniaturization thereof, improvement of vehicle mountability, and improvement of steering feeling.

従来のピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置は、特許文献１に示すように、電動モータからのアシストトルクを減速して出力軸であるピニオン軸に伝達するウォームとウォームホイールから成る減速機構部と、出力軸上、この減速機構部の下側に設けられたもので、軸の回転トルクを操舵力に変換するピニオンとラックの噛み合い部とを備えている。それぞれのギヤ噛み合い部には、伝達効率向上や耐磨耗性向上のために、ギヤ材質に応じて最適な配合成分を含んだ別々のグリースが用いられる。 A conventional pinion assist type electric power steering device, as shown in Patent Document 1, reduces the assist torque from the electric motor and transmits it to the pinion shaft, which is the output shaft, and a speed reduction mechanism portion comprising a worm wheel, It is provided on the output shaft below the speed reduction mechanism, and includes a pinion for converting the rotational torque of the shaft into a steering force and a meshing portion of the rack. For each gear meshing portion, different greases containing optimum blending components according to the gear material are used in order to improve transmission efficiency and wear resistance.

また、最近は、車両への搭載性の関係から、図２に示すように、上記減速機構部と、ラック３ａとピニオン２との噛み合い部との位置関係を逆にした構造を採用する場合もある。
特開２０００―９５１２０号公報 Further, recently, due to the mountability to the vehicle, as shown in FIG. 2, a structure in which the positional relationship between the speed reduction mechanism portion and the meshing portion of the rack 3a and the pinion 2 is reversed may be adopted. is there.
JP 2000-95120 A

しかしながら、従来の上記電動パワーステアリング装置の内、図２に示したもの、即ち、ウォーム５やウォームホイール４を含む減速機構部を、出力軸７上、ラック軸３の下方に配置した装置においては、特許文献１のように、減速機構部をピニオン２とラック３ａの噛み合い部より上側に設けたものに比較すると、ピニオン２とラック３ａの噛み合い中心から減速機構部より下側の軸受９までの出力軸７上の距離Ｌが長くなる。このため、ピニオン２とラック３ａの噛み合い部に作用する荷重に対して曲げ強度を確保するために、出力軸径をより大きくする必要があり、重量増及びコスト増になるという問題点があった。 However, in the conventional electric power steering apparatus shown in FIG. 2, that is, in the apparatus in which the speed reduction mechanism including the worm 5 and the worm wheel 4 is arranged on the output shaft 7 and below the rack shaft 3. Compared with the one in which the speed reduction mechanism portion is provided above the meshing portion of the pinion 2 and the rack 3a as in Patent Document 1, the center of meshing between the pinion 2 and the rack 3a is connected to the bearing 9 below the speed reduction mechanism portion. The distance L on the output shaft 7 becomes longer. For this reason, in order to ensure bending strength with respect to the load acting on the meshing portion of the pinion 2 and the rack 3a, it is necessary to increase the output shaft diameter, resulting in an increase in weight and cost. .

また、出力軸７のラック軸３位置から下端までの長さが長くなるので、これに伴い、装置の車両搭載時の最低地上高さが小さくなってしまう。 Further, since the length from the position of the rack shaft 3 to the lower end of the output shaft 7 is increased, the minimum ground height when the device is mounted on the vehicle is reduced accordingly.

さらに、出力軸７は、下端側の軸受９により軸方向及び径方向に位置決めされた状態で支持されているが、この軸受９とウォーム５が、それぞれ別のギヤボックス１０ａと１０ｂ(ハウジング１０の一部)に組み込まれているため、ウォーム５とウォームホイール４の軸間距離は、それぞれのギヤボックス１０ａ,１０ｂの接合部１０ｆにおける内外径の加工精度及びその組立精度の影響を受けてしまう。これがラトル音(歯打ち音)発生の原因となったり、逆に、バックラッシュが小さくなる影響を受ける場合には、フリクションが大きくなって操舵フィーリングが悪化してしまうので、バックラッシュが組立後、規格値以内におさまらない場合には、分解、再組立等が必要となり、組立作業性が悪いという問題点があった。 Further, the output shaft 7 is supported in a state of being positioned in the axial direction and the radial direction by a bearing 9 on the lower end side. The bearing 9 and the worm 5 are respectively connected to separate gear boxes 10a and 10b (housing 10). Therefore, the inter-axis distance between the worm 5 and the worm wheel 4 is affected by the processing accuracy of the inner and outer diameters and the assembly accuracy of the joint portions 10f of the gear boxes 10a and 10b. If this causes rattle noise (or rattling noise) or adversely affects backlash, the friction will increase and the steering feeling will deteriorate. If it does not fall within the standard value, disassembly, reassembly, etc. are required, and there is a problem that the assembly workability is poor.

そこで、本発明は、上述した従来例の有する不都合を改善して、車両搭載性を維持しながら出力軸の曲げ強度を確保することができ、且つ、ウォームとウォームホイールの軸間距離がギヤボックス(ハウジング)の加工精度及び組立精度の影響を受けるのを極力抑えることができる、簡単な構成の電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。 Accordingly, the present invention improves the disadvantages of the conventional example described above, can ensure the bending strength of the output shaft while maintaining vehicle mounting properties, and the distance between the shafts of the worm and the worm wheel is a gear box. It is an object of the present invention to provide an electric power steering device with a simple configuration that can suppress the influence of the processing accuracy and assembly accuracy of (housing) as much as possible.

上記課題を達成するために、本発明では、ハンドルからの回転を入力する入力軸と、動力補助用モータの回転出力用ウォームと、該ウォームに噛み合い、該ウォームと共に減速機構部を構成するウォームホイールを外嵌固定し、前記入力軸と同心の出力軸と、該出力軸上前記ウォームホイールと同心に形成されたピニオンと、該ピニオンに噛み合うラックを備え、往復動により車輪を操舵するラック軸と、これら各構成部品の全部又は一部を収納保持するハウジングと、前記減速機構部が、前記ピニオンと前記ラックとの噛み合い部に対し、前記入力軸とは反対側に設けられており、前記出力軸の一方の端部を前記ウォームホイールに関し前記ピニオンとは反対側で前記ハウジングに軸支する軸受とから成る電動パワーステアリング装置において、前記ウォームホイールはその外周のギヤ歯部よりも前記ピニオン側に軸方向に凹んだ内径部で前記出力軸に外嵌固定されており、これら外周ギヤ歯部と該凹んだ内径部で形成された空間内で前記軸受が前記出力軸を軸支していることを特徴としている。 To achieve the above object, according to the present invention, an input shaft for inputting rotation from a handle, a rotation output worm of a power assist motor, a worm wheel that meshes with the worm and constitutes a speed reduction mechanism unit together with the worm. An output shaft concentric with the input shaft, a pinion formed on the output shaft concentrically with the worm wheel, and a rack shaft that meshes with the pinion and steers the wheel by reciprocating motion; The housing for storing and holding all or a part of each of these components and the speed reduction mechanism portion are provided on the side opposite to the input shaft with respect to the meshing portion of the pinion and the rack, and the output In an electric power steering apparatus, one end of a shaft is composed of a bearing that is pivotally supported by the housing on the side opposite to the pinion with respect to the worm wheel. The worm wheel is externally fitted and fixed to the output shaft with an inner diameter portion that is recessed in the axial direction on the pinion side of the outer peripheral gear tooth portion, and is formed by the outer peripheral gear tooth portion and the recessed inner diameter portion. It is characterized in that the bearing supports the output shaft in a defined space.

また、前記下側軸受と前記ウォームは、同一のハウジング内に組み込まれていることが好ましい。 The lower bearing and the worm are preferably incorporated in the same housing.

本発明によれば、ウォームホイールの凹んだ内径部に形成された空間内に、軸受を潜り込ませた形で配置したことから、出力軸を従来より短くすることができるので、車両搭載性を維持しながら出力軸の曲げ強度を保持することができ、出力軸の軽量化、及び低コスト化をも図ることができる。それと共に、車両搭載時の最低地上高さを大きくすることができる。 According to the present invention, since the bearing is disposed in the space formed in the recessed inner diameter portion of the worm wheel, the output shaft can be made shorter than before, so that the vehicle mountability is maintained. In addition, the bending strength of the output shaft can be maintained, and the output shaft can be reduced in weight and cost. At the same time, the minimum ground height when mounted on a vehicle can be increased.

また、当該軸受とウォームホイールは、同一のハウジング内に組み込む構成にすれば、ハウジングの加工誤差や組立誤差の影響を最小限にすることができて、組み立て後のバックラッシュ値のバラツキが抑えられる。このため規格値内のバックラッシュ値となるよう組立てることが容易となり、組立作業性が向上する。 Also, if the bearing and the worm wheel are configured to be incorporated in the same housing, the influence of processing errors and assembly errors of the housing can be minimized, and variations in backlash values after assembly can be suppressed. . For this reason, it becomes easy to assemble so that the backlash value is within the standard value, and the assembling workability is improved.

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施形態を示す電動パワーステアリング装置の軸方向部分断面図である。 FIG. 1 is a partial axial sectional view of an electric power steering apparatus showing an embodiment of the present invention.

図１において、本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置１の構成について説明する。第１ハウジング１０ａと第２ハウジング１０ｂから成るハウジング１０内に入力軸８、及び出力軸７が回転自在に支持されている。入力軸８は中空で、その上端８ａは図示しないステアリングシャフトに連結され、ステアリングシャフトは図示しないステアリングホイールに連結されている。入力軸８と出力軸７との間にはトーションバー（図示なし）が同軸的に連結されていて、弾性的に相対回転可能となっている。第１ハウジング１０ａの図１上方部における入力軸８を支持し、包囲する部分にはトルク検出機構部が収納されている。 In FIG. 1, the configuration of an electric power steering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention will be described. An input shaft 8 and an output shaft 7 are rotatably supported in a housing 10 composed of a first housing 10a and a second housing 10b. The input shaft 8 is hollow, its upper end 8a is connected to a steering shaft (not shown), and the steering shaft is connected to a steering wheel (not shown). A torsion bar (not shown) is coaxially connected between the input shaft 8 and the output shaft 7, and can be relatively rotated elastically. A torque detection mechanism is housed in the portion of the first housing 10a that supports and surrounds the input shaft 8 in the upper part of FIG.

出力軸７にはピニオン２が形成されており、このピニオン２に、所定角傾いて配置されたラック軸３に形成されたラック３ａが噛み合っている。ラック軸３は出力軸７の回転により往復動して、車輪を操舵する。 A pinion 2 is formed on the output shaft 7, and a rack 3 a formed on a rack shaft 3 arranged at a predetermined angle is engaged with the pinion 2. The rack shaft 3 reciprocates as the output shaft 7 rotates to steer the wheels.

ラック軸３は、プレッシャパッド１３ａ、弾性部材１３ｂ、プラグ１３ｃ等から成るラックサポート装置１３により背面から支持され、これによりピニオン２に対して弾性的に押圧するようになっている。プラグ１３ｃはナット１５により第１ハウジング１０ａに固定されている。このように、ラック３ａとピニオン２の噛み合い部、及びラックサポート装置１３は第１ハウジング１０ａ内に組み込まれている。 The rack shaft 3 is supported from the back by a rack support device 13 including a pressure pad 13a, an elastic member 13b, a plug 13c, and the like, and thereby elastically presses against the pinion 2. The plug 13c is fixed to the first housing 10a by a nut 15. As described above, the meshing portion between the rack 3a and the pinion 2 and the rack support device 13 are incorporated in the first housing 10a.

出力軸７のピニオン２の下方には、ウォームホイール４が圧入等により外嵌・固定されている。ウォームホイール４は樹脂製のギヤ歯４ａを有しており、電動モータ６の軸６ａに固定されたウォーム５と噛み合っている。このウォームホイール４は、その出力軸７に外嵌する軸嵌合部４ｂを、ギヤ歯４ａを外嵌するギヤ外嵌部４ｃよりも軸方向上側(ラック３ａ側)に所定距離ずらすことにより円筒状の空間Ｓを配した形状、即ち、その軸方向断面が上に凹んだ形状であって、軸嵌合部４ｂがギヤ歯４ａに対して上側に凹んだ形に成形されている。このウォームホイール４とウォーム５により減速機構部が構成されている。 Below the pinion 2 of the output shaft 7, a worm wheel 4 is fitted and fixed by press fitting or the like. The worm wheel 4 has resin gear teeth 4 a and meshes with the worm 5 fixed to the shaft 6 a of the electric motor 6. The worm wheel 4 has a cylindrical shape by shifting a shaft fitting portion 4b fitted to the output shaft 7 by a predetermined distance on the upper side in the axial direction (rack 3a side) than the gear outer fitting portion 4c fitting the gear teeth 4a. The shape in which the space S is arranged, that is, the shape in which the axial cross section is recessed upward, and the shaft fitting portion 4b is formed in a shape recessed upward with respect to the gear teeth 4a. The worm wheel 4 and the worm 5 constitute a speed reduction mechanism.

出力軸７は、４点接触式の下側軸受９(以後、軸受９と言う)により、回転自在に支持されると共に軸方向及び径方向に位置決めされている。この軸受９は、上記の如く、ウォームホイール４の軸嵌合部４ｂを上側にずらして形成された空間Ｓ内に潜り込ませた形で配置されている。 The output shaft 7 is rotatably supported and positioned in the axial direction and the radial direction by a four-point contact type lower bearing 9 (hereinafter referred to as a bearing 9). As described above, the bearing 9 is arranged so as to be embedded in the space S formed by shifting the shaft fitting portion 4b of the worm wheel 4 upward.

具体的には、軸受９の外輪９ａは、この空間Ｓ内に下側から突き出すように入り込んだ円筒形状の軸受支持部１０ｃ(第２ハウジング１０ｂの一部)に設けた段部１０ｄに、ねじカバー１１を第２ハウジング１０ｂに対してねじ込むことにより固定されている。一方、軸受９の内輪９ｂは、ナット１２を出力軸７に対してねじ込むことにより出力軸７に取り付けられている。このように、軸受９と上記減速機構部は、第１ハウジング１０ａと一体的に接合されている単体の第２ハウジング１０ｂ内に組み込まれている。 Specifically, the outer ring 9a of the bearing 9 is screwed into a stepped portion 10d provided on a cylindrical bearing support portion 10c (a part of the second housing 10b) that protrudes into the space S from below. The cover 11 is fixed by screwing into the second housing 10b. On the other hand, the inner ring 9 b of the bearing 9 is attached to the output shaft 7 by screwing a nut 12 into the output shaft 7. Thus, the bearing 9 and the speed reduction mechanism are incorporated in the single second housing 10b that is integrally joined to the first housing 10a.

出力軸７は、この軸受９と、ラック３ａとピニオン２の噛み合い部近傍の上側に配置された、図示しないもう一方の軸受とにより軸支されている。 The output shaft 7 is pivotally supported by the bearing 9 and another bearing (not shown) disposed on the upper side in the vicinity of the meshing portion between the rack 3a and the pinion 2.

出力軸７上の、ピニオン２とウォームホイール４の中間位置には、オイルシール等に用いる弾性体から成るリング状のシール部材１４が、第１ハウジング１０ａの内周面に設けた段部１０ｅに圧入等で内嵌・固定されると共に、出力軸７に外嵌した形で配設されている。このシール部材１４の内径は、出力軸７の外径より微小量大きく設定されており、出力軸７はシール部材１４に対して回転自在とされている。このシール部材１４はグリースの減速機構部への侵入を封じる機能を有している。 A ring-shaped seal member 14 made of an elastic material used for an oil seal or the like is provided at an intermediate position between the pinion 2 and the worm wheel 4 on the output shaft 7 on a step portion 10e provided on the inner peripheral surface of the first housing 10a. While being fitted and fixed by press-fitting or the like, it is arranged in a form of being fitted on the output shaft 7. The inner diameter of the seal member 14 is set to be a minute amount larger than the outer diameter of the output shaft 7, and the output shaft 7 is rotatable with respect to the seal member 14. This sealing member 14 has a function of sealing the penetration of grease into the speed reduction mechanism.

上記の構成において、軸受９は、ウォームホイール４の軸嵌合部４ｂを上側にずらして形成された空間Ｓ内に潜り込ませた形で配置したことから、軸受９を所定量上側(ラック３ａ側)へ移動することができるので、ラック３ａとピニオン２の噛み合い中心と軸受９のとの距離Ｌが短くなるのに伴って、出力軸７も短くすることができる。 In the above-described configuration, the bearing 9 is arranged so as to be embedded in the space S formed by shifting the shaft fitting portion 4b of the worm wheel 4 upward, so that the bearing 9 is placed on the upper side by a predetermined amount (on the rack 3a side). ), The output shaft 7 can be shortened as the distance L between the meshing center of the rack 3a and the pinion 2 and the bearing 9 is shortened.

したがって、車両搭載性を維持しながら出力軸７の曲げ強度を保持することができ、しかも、出力軸の軽量化、及び低コスト化が可能となる。それと共に、出力軸７の下端部が従来より上側に位置するようになるので、車両搭載時の最低地上高さをより大きく採ることができる。 Therefore, it is possible to maintain the bending strength of the output shaft 7 while maintaining the vehicle mountability, and to reduce the weight and cost of the output shaft. At the same time, since the lower end portion of the output shaft 7 is positioned on the upper side of the conventional art, the minimum ground height when the vehicle is mounted can be increased.

また、軸受９とウォームホイール４は、繋ぎ目のない単体の第２ハウジング１０ｂ内に組み込まれているので、従来のように、２つのハウジングの接合部における加工誤差や組立誤差の累積がウォーム５とウォームホイール４の軸間距離に影響を与えるのを防止することができる、若しくは最小限にすることができることから、組み立て後のバックラッシュのバラツキが抑えられる。これにより、バックラッシュの値を規格値以内に組立てることが容易となるので、再組立等により、バックラッシュ値を調整する必要がなくなり、組立作業性が向上する。 Further, since the bearing 9 and the worm wheel 4 are incorporated in a single second housing 10b without joints, the accumulation of processing errors and assembly errors at the joint portion of the two housings as in the conventional case is the worm 5. The influence of the distance between the shafts of the worm wheel 4 can be prevented or minimized, so that variations in backlash after assembly can be suppressed. As a result, it becomes easy to assemble the backlash value within the standard value, so that it is not necessary to adjust the backlash value by reassembly or the like, and the assembly workability is improved.

本発明の実施形態を示す電動パワーステアリング装置の軸方向部分断面図である。It is an axial direction fragmentary sectional view of the electric power steering device which shows the embodiment of the present invention. 従来の電動パワーステアリング装置を示す軸方向部分断面図である。It is an axial direction fragmentary sectional view which shows the conventional electric power steering apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１：電動パワーステアリング装置
２：ピニオン
３：ラック軸
３ａ：ラック
４：ウォームホイール
４ａ：ギヤ歯
４ｂ：軸外嵌部
４ｃ：ギヤ外嵌部
５：ウォーム
６：電動モータ
６ａ：モータ軸
７：出力軸
８：入力軸
９：軸受(下側軸受)
１０：ハウジング
１０ａ：第１ハウジング
１０ｂ：第２ハウジング
１１：ねじカバー
１２：ナット 1: Electric power steering device 2: Pinion 3: Rack shaft 3a: Rack 4: Worm wheel 4a: Gear tooth 4b: Outer shaft fitting portion 4c: Outer gear fitting portion 5: Worm 6: Electric motor 6a: Motor shaft 7: Output Shaft 8: Input shaft 9: Bearing (lower bearing)
10: housing 10a: first housing 10b: second housing 11: screw cover 12: nut

Claims

ハンドルからの回転を入力する入力軸と、
動力補助用モータの回転出力用ウォームと、
該ウォームに噛み合い、該ウォームと共に減速機構部を構成するウォームホイールを外嵌固定し、前記入力軸と同心の出力軸と、
該出力軸上前記ウォームホイールと同心に形成されたピニオンと、
該ピニオンに噛み合うラックを備え、往復動により車輪を操舵するラック軸と、
これら各構成部品の全部又は一部を収納保持するハウジングと、
前記減速機構部が、前記ピニオンと前記ラックとの噛み合い部に対し、前記入力軸とは反対側に設けられており、前記出力軸の一方の端部を前記ウォームホイールに関し前記ピニオンとは反対側で前記ハウジングに軸支する軸受とから成る電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームホイールはその外周のギヤ歯部よりも前記ピニオン側に軸方向に凹んだ内径部で前記出力軸に外嵌固定されており、これら外周ギヤ歯部と該凹んだ内径部で形成された空間内で前記軸受が前記出力軸を軸支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。 An input shaft for inputting rotation from the handle;
A worm for rotation output of a motor for power assist,
A worm wheel that meshes with the worm and forms a speed reduction mechanism together with the worm, and an output shaft that is concentric with the input shaft;
A pinion formed concentrically with the worm wheel on the output shaft;
A rack shaft that includes a rack that meshes with the pinion and that steers the wheel by reciprocation;
A housing for storing and holding all or a part of each of these components;
The speed reduction mechanism portion is provided on the opposite side to the input shaft with respect to the meshing portion of the pinion and the rack, and one end portion of the output shaft is opposite to the pinion with respect to the worm wheel. In the electric power steering device comprising a bearing pivotally supported by the housing,
The worm wheel is fitted and fixed to the output shaft with an inner diameter portion that is recessed in the axial direction on the pinion side with respect to the gear tooth portion on the outer periphery, and is formed by the outer peripheral gear tooth portion and the recessed inner diameter portion. An electric power steering apparatus, wherein the bearing supports the output shaft in a space.

前記下側軸受と前記ウォームは、同一のハウジング内に組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。 The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the lower bearing and the worm are incorporated in the same housing.