JP3810940B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックに対してねじ合わされるナットをモータによって駆動することで、操舵補助力を発生するラックピニオン式電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵により回転するピニオンと、このピニオンに噛み合うラックと、このラックにねじ合わされるナットと、このナットを駆動するモータとを備え、そのモータはラックを囲む筒状の出力部材を有し、そのピニオンの回転によるラックの長手方向移動により車両の転舵を行い、そのナットの駆動によりラックの長手方向に沿う操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置が従来から用いられている。
【０００３】
そのモータがロックされた場合に操舵不能になることがないように、そのナットとモータの出力部材との間にトルクリミッターが設けられている。そのトルクリミッターは、その出力部材とナットとに挟まれることで径方向に変形するトルク設定部材を有する。そのトルク設定部材と出力部材およびナットとの間の摩擦に基づき、出力部材とナットとの間でトルクを伝達する。設定値以上のトルクが作用した場合、そのトルク設定部材と出力部材またはナットとの間に滑りが生じることで、トルクリミッターとして機能する（特開平１０‐７００５号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成では、モータの出力部材からナットへ伝達するトルクの設定値を高くすると、トルク設定部材と出力部材またはナットとの間の滑りを確実に阻止できないため、そのモータの高トルク化を図ることができない。また、その出力部材とナットに挟まれるトルク設定部材を径方向に変形させる必要があるため、組み立てが困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決することのできる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵により回転するピニオンと、このピニオンに噛み合うラックと、このラックにねじ合わされるナットと、このナットを駆動するモータとを備え、そのピニオンの回転によるラックの長手方向移動により車両の転舵を行い、そのナットの駆動によりラックの長手方向に沿う操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に適用される。そのモータの出力部材とナットの中の一方は第１筒状部を有し、他方は第２筒状部を有し、その第１筒状部は第２筒状部に同軸心に挿入される。その第１筒状部と第２筒状部の中の一方の周面に、他方の周面に対向する凹部が形成される。その凹部に嵌め合わされる嵌合部材が、その第１筒状部と第２筒状部の中の他方に形成された孔内において、その第１筒状部と第２筒状部の中の他方により、その嵌合部材を凹部の内側面に押し付ける弾力を作用させる弾性部材を介して支持される。その嵌合部材が凹部の内側面に押し付けられることにより、その出力部材とナットとの相対回転が阻止可能とされる。その嵌合部材と凹部の内側面との接触部への設定値以上のトルクの作用により、その嵌合部材は凹部の周囲部に乗り上げ可能とされている。その第１筒状部と第２筒状部の中の他方に形成された前記孔の前記凹部側の開口径は、前記嵌合部材の径よりも小さくされている。前記凹部は、その第１筒状部と第２筒状部の中の一方の端面において開口を有し、その第１筒状部の第２筒状部への挿入時に、その第１筒状部と第２筒状部の中の他方により前記弾性部材を介して支持された前記嵌合部材は、その端面における開口から凹部に嵌め合わせ可能とされている。
本発明の構成によれば、嵌合部材が凹部の内側面に押し付けられることで出力部材とナットとの相対回転が阻止されるので、モータの出力部材からナットに高トルクを確実に伝達できる。
また、その嵌合部材と凹部の内側面との接触部への設定値以上のトルクの作用により、その嵌合部材は凹部の周囲部に乗り上げるので、その出力部材とナットとを相対回転させることができる。すなわち、トルクリミッターの機能を奏することができる。
さらに、その第１筒状部の第２筒状部への挿入時に、その嵌合部材を弾性部材の弾力に抗して凹部の深さだけ変位させる必要がない。よって、その第１筒状部の第２筒状部への挿入に大きな力を必要とせず、組み立てを容易に行うことができる。
【０００７】
両筒状部の軸心に直交する断面において、前記凹部における相対向する内側面は、互いから離れるように両筒状部の径方向に対して傾斜され、前記嵌合部材は、その凹部の内側面に球面を介して接触するのが好ましい。
これにより、その凹部の内側面の傾斜に応じてトルクの設定値を変更でき、また、設定値以上のトルクが作用した時は円滑に出力部材とナットとを相対回転させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１、図２に示すラックピニオン式電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール（図示省略）の操舵により回転する操舵トルク伝達シャフト３と、この操舵トルク伝達シャフト３の一端に形成されたピニオン３ａと、このピニオン３ａに噛み合うラック４とを備え、そのラック４の両端が操舵用車輪（図示省略）に連結される。そのピニオン３ａが操舵により回転することで、そのラック４が車両幅方向に沿う長手方向に移動する。このラック４の移動により車両が転舵される。
【００１０】
その操舵トルク伝達シャフト３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、その検出された操舵トルクに応じて駆動されるモータ８と、そのモータ８の回転力をラック４に伝達するためのネジ機構１０が設けられている。
【００１１】
その操舵トルク伝達シャフト３は、そのトルクセンサ７のハウジング２１と、上記ピニオン３ａを覆うピニオンハウジング３０とにより、ベアリング２６、２７、２８を介して支持される。両ハウジング２１、３０内において、その操舵トルク伝達シャフト３は、ステアリングホイール側の第１シャフト３ｂと、この第１シャフト３ｂの外周にブッシュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる第２シャフト３ｃとに分割され、その第２シャフト３ｃに上記ピニオン３ａが形成される。各シャフト３ｂ、３ｃの中心に沿って、弾性部材としてトーションバー２３が挿入されている。そのトーションバー２３の一端は第１シャフト３ｂにピン２２により連結され、他端はピン２４により第２シャフト３ｃに連結される。これにより、その第１シャフト３ｂと第２シャフト３ｃとは、操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能である。
【００１２】
図３に示すように、その第１シャフト３ｂの外周の一部と、第２シャフト３ｃの内周の一部とは、互いに対向する非円形部３ｂ′、３ｃ′とされている。その第１シャフト３ｂの非円形部３ｂ′と、第２シャフト３ｃの非円形部３ｃ′とが当接することで、両シャフト３ｂ、３ｃの相対回転は一定範囲に規制される。その規制により、過大なトルクが操舵トルク伝達シャフト３に作用した場合にトーションバー２３の破損が防止される。
【００１３】
そのトルクセンサ７は、センサハウジング２１により保持される第１、第２検出コイル３３、３４と、その第１シャフト３ｂに嵌め合わされる磁性材製の第１検出リング３６と、その第２シャフト３ｃに嵌め合わされる磁性材製の第２検出リング３７とを有する。その第１検出リング３６の一端面と、第２検出リング３７の一端面とは、互いに対向するように配置される。各検出リング３６、３７の対向端面に、それぞれ歯３６ａ、３７ａが周方向に沿って複数設けられている。その第１検出リング３６の他端側は、一端側よりも外径の小さな小径部３６ｂとされている。その第１検出コイル３３は、第１検出リング３６と第２検出リング３７との対向間を覆うように配置される。その第２検出コイル３４は、第１検出リング３６を覆うように配置される。各検出コイル３３、３４は、センサハウジング２１に取り付けられるプリント基板４１に、配線によって接続される。
【００１４】
そのプリント基板４１に、図４に示す信号処理回路が形成されている。すなわち、第１検出コイル３３は抵抗４５を介して発振器４６に接続される。第２検出コイル３４は抵抗４７を介して発振器４６に接続される。各検出コイル３３、３４は差動増幅回路４８に接続される。これにより、トルク伝達によりトーションバー２３が捩れると、第１検出リング３６と第２検出リング３７とが相対的に回転する。この相対回転により、第１検出リング３６の歯３６ａと第２検出リング３７の歯３７ａとの対向面積が変化する。その面積変化により、両歯３６ａ、３７ａの対向間において、第１検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化する。その磁気抵抗の変化に応じて、第１検出コイル３３の出力が変化する。この出力に応じて伝達トルクが検出される。また、第２検出コイル３４は、第１検出リング３６の小径部３６ｂに対向する。操舵抵抗の作用していない状態で、第２検出コイル３４の発生磁束に対する磁気抵抗と、第１検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗とが相等しくなるように、その小径部３６ｂの外径が定められている。これにより、温度変動による第１検出コイル３３の出力変動は、温度変動による第２検出コイル３４の出力変動に等しくなるので、差動増幅回路４８により互いに打ち消される。すなわち、伝達トルクの検出値の温度変動は補償される。その差動増幅回路４８から出力される伝達トルクに対応した信号に応じて上記モータ８が駆動される。
【００１５】
そのモータ８は、上記ピニオンハウジング３０から突出するラック４を覆うように設けられる。すなわち、そのモータ８は、そのピニオンハウジング３０に取り付けられるモータハウジング８ａと、このモータハウジング８ａに固定されるステータ８ｂと、そのモータハウジング８ａにベアリング８ｃ、８ｄを介して回転可能に支持される筒状のロータ（出力部材）８ｅと、このロータ８ｅに取り付けられるマグネット８ｆとを有する。そのロータ８ｅはラック４を囲む。
【００１６】
図５、図６に示すように、そのモータ８の回転力をラック４に伝達するネジ機構１０は、そのラック４の外周に一体的に形成されたボールスクリューシャフト６１と、このボールスクリューシャフト６１にボール６２を介してねじ合わされるボールナット６３とを有する。そのボールナット６３の一端は、ボールベアリング６５の内輪６５ａを構成し、そのボールベアリング６５を介して筒状のラックカバー６６により支持される。そのラックカバー６６は、上記モータハウジング８ａにボルト６７により取り付けられる。
【００１７】
そのボールナット６３の他端側は円筒状の第１筒状部７１とされている。この第１筒状部７１はボールナット６３の一端側と一体成形された外筒７１ａと、この外筒７１ａの内周にねじ合わされる内筒７１ｂとから構成される。上記ロータ８ｅの一端側は円筒状の第２筒状部７２とされている。この第２筒状部７２は、ロータ８ｅの他端側に円板部７３を介して連なる。その第１筒状部７１は第２筒状部７２に同軸心に挿入される。
【００１８】
その第２筒状部７２の内周面に、第１筒状部７１の外周面に対向する凹部７４が形成されている。本実施形態では、その凹部７４は周方向に等間隔をおいた４位置に形成されているが、その間隔は不等間隔でもよく、また、１位置にのみ形成されるものでもよい。図７の（１）に示すように、両筒状部７１、７２の軸心に直交する断面において、各凹部７４における相対向する内側面７４ａ、７４ｂは、円弧に沿うことで互いから離れるように両筒状部７１、７２の径方向に対して傾斜される。また、図７の（２）、図８に示すように、各凹部７４は、両筒状部７１、７２の軸方向に沿って延びる溝形状を有し、その第２筒状部７２の一端面７２′において開口７４′を有する。
【００１９】
各凹部７４にボール状の嵌合部材７５が嵌め合わされている。各嵌合部材７５は、第１筒状部７１により圧縮バネ（弾性部材）７６を介して支持される。各バネ７６は、各嵌合部材７５を凹部７４の内側面７４ａ、７４ｂに押し付ける弾力を作用させる。その嵌合部材７５はボール状であるので凹部７４の内側面７４ａ、７４ｂに球面を介して接触する。すなわち、その第１筒状部７１の外筒７１ａに、周方向に等間隔をおいた４位置において径方向に沿う通孔７１ｃが形成される。各通孔７１ｃに嵌合部材７５とバネ７６とが内蔵される。各バネ７６は嵌合部材７５と内筒７１ｂとにより挟み込まれる。その第１筒状部７１の第２筒状部７２への挿入前において各嵌合部材７５が凹部７４から脱落しないように、各通孔７１ｃの凹部７４側の開口径は嵌合部材７５の径よりも小さくされている。その第１筒状部７１の第２筒状部７２への挿入時に、その第１筒状部７１によりバネ７６を介して支持された各嵌合部材７５は、上記凹部７４に第２筒状部７２の端面７２′における開口７４′から嵌め合わされる。
【００２０】
各嵌合部材７５が凹部７４の内側面７４ａ、７４ｂに押し付けられることにより、上記ロータ８ｅとボールナット６３との相対回転が阻止される。これにより、そのボールナット６３がモータ８により回転駆動されることで、ラック４の長手方向に沿う操舵補助力が発生する。その嵌合部材７５と凹部７４の内側面７４ａ、７４ｂとの接触部へ設定値以上のトルクが作用すると、図６において２点鎖線で示すように嵌合部材７５は凹部７４の周囲部に乗り上げ可能とされている。そのトルクの設定値は、モータ８がロックした場合に操舵不能になることがないように予め定められ、その設定値に応じてバネ７６の弾力や凹部７４の内側面７４ａ、７４ｂの傾斜が定められる。
【００２１】
上記構成によれば、嵌合部材７５が凹部７４の内側面７４ａ、７４ｂに押し付けられることでロータ８ｅとボールナット６３との相対回転が阻止されるので、ロータ８ｅからボールナット６３に高トルクを確実に伝達できる。また、その嵌合部材７５と凹部７４の内側面７４ａ、７４ｂとの接触部への設定値以上のトルクの作用により、その嵌合部材７５は凹部７４の周囲部に乗り上げるので、そのロータ８ｅとボールナット６３とを相対回転させることができる。すなわち、トルクリミッターの機能を奏することができる。そのトルクの設定値は凹部７４の内側面７４ａ、７４ｂの傾斜に応じて定めることができ、また、設定値以上のトルクが作用した時は円滑にロータ８ｅとボールナット６３とを相対回転させることができる。さらに、その第１筒状部７１の第２筒状部７２への挿入時に、嵌合部材７５は凹部７４に第２筒状部７２の端面７２′における開口７４′から嵌め合わされるので、その嵌合部材７５をバネ７６の弾力に抗して凹部７４の深さだけ変位させる必要がない。もし、その端面７２′における開口７４′がなければ、その挿入時に嵌合部材７５をバネ７６の弾力に抗して凹部７４の深さだけ変位させる必要がある。よって、上記構成によれば第１筒状部７１の第２筒状部７２への挿入に大きな力を必要とせず、組み立てを容易に行うことができる。
【００２２】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、図９の変形例に示すように、凹部７４の内側面７４ａ、７４ｂが平坦面に沿い、その内側面７４ａ、７４ｂに嵌合部材７５が４角錐面を介して面接触するものであってもよい。図９において他は上記実施形態と同様で、同一部分は同一符号で示す。また、第１筒状部の周壁の外周面に、第２筒状部の内周面に対向する凹部が形成されてもよく、その凹部や嵌合部材の数も限定されない。さらに、ナットが第２筒状部を有し、モータの出力部材が第１筒状部を有するようにしてもよい。また、ラックに対してねじ合わされるナットはボールナットに限定されず、ラックの外周に形成された台形ねじにねじ合わされるナットであってもよい。さらに、バネ７６以外のゴム等の弾性部材を用いてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、操舵補助力発生用モータの高トルク化を図ることができ、そのモータがロックした場合に対処できるトルクリミッター機能を有し、しかも組み立てを簡単化できる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図
【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置のトルクセンサの回路構成の説明図
【図５】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図６】図５のＶＩ‐ＶＩ線断面図
【図７】本発明の実施形態の筒状部と嵌合部材とバネの（１）は横断面図、（２）は縦断面図
【図８】本発明の実施形態の凹部の平面図
【図９】本発明の変形例の電動パワーステアリング装置における要部の断面図
【符号の説明】
３ａ ピニオン
４ ラック
８ モータ
８ｅ ロータ（出力部材）
６３ ボールナット
７１ 第１筒状部
７２ 第２筒状部
７２′ 端面
７４ 凹部
７４′ 開口
７４ａ、７４ｂ 内側面
７５ 嵌合部材
７６ バネ（弾性部材）

Claims (2)

1. 操舵により回転するピニオンと、このピニオンに噛み合うラックと、このラックにねじ合わされるナットと、このナットを駆動するモータとを備え、そのピニオンの回転によるラックの長手方向移動により車両の転舵を行い、そのナットの駆動によりラックの長手方向に沿う操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置において、
   そのモータの出力部材とナットの中の一方は第１筒状部を有し、他方は第２筒状部を有し、その第１筒状部は第２筒状部に同軸心に挿入され、
   その第１筒状部と第２筒状部の中の一方の周面に、他方の周面に対向する凹部が形成され、
   その凹部に嵌め合わされる嵌合部材が、その第１筒状部と第２筒状部の中の他方に形成された孔内において、その第１筒状部と第２筒状部の中の他方により、その嵌合部材を凹部の内側面に押し付ける弾力を作用させる弾性部材を介して支持され、
   その嵌合部材が凹部の内側面に押し付けられることにより、その出力部材とナットとの相対回転が阻止可能とされ、
   その嵌合部材と凹部の内側面との接触部への設定値以上のトルクの作用により、その嵌合部材は凹部の周囲部に乗り上げ可能とされ、
   その第１筒状部と第２筒状部の中の他方に形成された前記孔の前記凹部側の開口径は、前記嵌合部材の径よりも小さくされ、
   前記凹部は、その第１筒状部と第２筒状部の中の一方の端面において開口を有し、
   その第１筒状部の第２筒状部への挿入時に、その第１筒状部と第２筒状部の中の他方により前記弾性部材を介して支持された前記嵌合部材は、その端面における開口から凹部に嵌め合わせ可能と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。
2. 両筒状部の軸心に直交する断面において、前記凹部における相対向する内側面は、互いから離れるように両筒状部の径方向に対して傾斜され、
   前記嵌合部材は、その凹部の内側面に球面を介して接触する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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