(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転舵輪を転舵させる出力軸に電動機の動力を減速供給する減速機構を備え、この減速機構を介して操舵補助力をステアリング系に供給する電動パワーステアリング装置において、
前記電動機と減速機構との間のトルク伝達軸に電動機トルクを断接するクラッチを備え、
このクラッチは、機械的に断接動作するための制御部材を備えたワンウェイクラッチをなし、かつ、操舵軸によって回動される入力軸と前記出力軸との間には両者の相対回転動作を許容する弾性部材を介接し、その相対回転動作に応じて上記制御部材を動作させる連係機構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。
【請求項２】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記ワンウェイクラッチは前記トルク伝達軸と同心の円周面を形成した供給側係合部材とその円周面に対向して楔状空間をなすカム面を形成した出力側係合部材と、これら両面の間で前記制御部材により係脱される中間部材と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。
【請求項３】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記ワンウェイクラッチは前記トルク伝達軸と直交する平面を形成した供給側係合部材と上記平面に対向してトルク供給軸と同心の円周上で楔状空間をなすカム面を形成した出力側係合部材と、それら両面間に介在して前記制御部材によって係脱される中間部材と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。
【請求項４】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記連係機構は、入出力軸間の相対回転動作に応じてその軸線方向に移動するスライド部材と、このスライド部材のスライド動作を前記トルク伝達軸の軸線方向動作に変換する揺動可能なリンク部材と、このリンク部材の動作に応じて前記制御部材に連結し、トルク伝達軸と同心に設けた回動部材とからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記連係機構は、入出力軸間の相対回転動作に応じてその軸線方向に移動するスライド部材と、このスライド部材の外周に形成した周回溝状をなすラックに噛合してそのスライド動作によって回転動作される回動部材と、その回動動作に応じて前記制御部材に連結し、トルク伝達軸と同心に構成された遊星歯車差動機構とからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、制御系の負担を軽減し、かつ、小型軽量化が可能な上に、操作性を向上することができる電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トルクセンサーの出力により操舵トルクに応じて制御される電動機とこの電動機の出力を電磁クラッチを介して転舵輪側に補うようにした電動パワーステアリング装置が知られている。図７は従来の電動パワーステアリング装置の機能構成図であり、具体的には、操舵輪５１に作用するトルクを検出するトルクセンサー５２の出力を受ける制御部５３によって電動機５４を制御するとともに電磁クラッチ５５を断接制御し、トルク供給軸５６によって出力軸５７を駆動し、ラック＆ピニオン機構５８による転舵動作の軽減を図る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記装置の電磁クラッチ５５の制御は、電磁クラッチ５５の断接時に操舵トルクに急激な変化を与えないように複雑なタイミング制御を要すること、および、電磁クラッチ５５の接続時において、電動機５４などの慣性、減衰、フリクションを補正する高度の制御を必要とすることなどから、制御部５３の処理速度と伝達力制御精度の面で負担が大きく、そのための高性能演算部による大きなコスト負担と、電磁クラッチ５５の駆動のためバッテリの大きな電力負担等が避けられず、電動パワーステアリング装置の高性能化に伴う大型高コスト化とエネルギー消費の問題を解決する必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、転舵輪を転舵させる出力軸に電動機の動力を減速供給する減速機構を備え、この減速機構を介して操舵補助力をステアリング系に供給する電動パワーステアリング装置において、前記電動機と減速機構との間のトルク伝達軸に電動機トルクを断接するクラッチを備えた。
【０００５】
前記クラッチは機械的に断接動作するための制御部材を備えたワンウェイクラッチをなし、かつ、操舵軸によって回動される入力軸と前記出力軸との間には両者の相対回転動作を許容する弾性部材を介接し、その相対回転動作に応じて上記制御部材を動作させる連係機構を備える。
【０００６】
前記ワンウェイクラッチは、前記トルク伝達軸と同心の円周面を形成した供給側係合部材とその円周面に対向して楔状空間をなすカム面を形成した出力側係合部材と、これら両面の間で前記制御部材により係脱される中間部材とを備え、または、同ワンウェイクラッチは、前記トルク伝達軸と直交する平面を形成した供給側係合部材と上記平面に対向してトルク供給軸と同心の円周上で楔状空間をなすカム面を形成した出力側係合部材と、それら両面間に介在して前記制御部材によって係脱される中間部材とを備えることができる。
【０００７】
前記連係機構は、入出力軸間の相対回転動作に応じてその軸線方向に移動するスライド部材と、このスライド部材のスライド動作を前記トルク伝達軸の軸線方向動作に変換する揺動可能なリンク部材と、このリンク部材の動作に応じて前記制御部材に連結し、トルク伝達軸と同心に設けた回動部材とから構成し、または、同連係機構は、入出力軸間の相対回転動作に応じてその軸線方向に移動するスライド部材と、このスライド部材の外周に形成した周回溝状をなすラックに噛合してそのスライド動作によって回転動作される回動部材と、その回動動作に応じて前記制御部材に連結し、トルク伝達軸と同心に構成された遊星歯車差動機構とから構成することができる。
【０００８】
【作用】
電動機と減速機構との間にクラッチを備えたことにより、そのクラッチに作用トルクは減速機の減速比に反比例するので減速機の出力トルクを断接する場合と比較して伝達容量を小さく抑えることができ、その小型軽量化が可能となる。更に、クラッチ断接の際、入力軸からみた慣性モーメントやフリクションの変化を小さくすることができる。
【０００９】
制御部材を備えたワンウェイクラッチを用いてクラッチを構成し、入出力軸間に介設した弾性部材による相対回転動作によって制御部材を動作させる連係機構を設けたので、入力軸の操作による相対回転動作に応じてワンウェイクラッチが断接制御されることから、クラッチ保持電力を要することなくクラッチが動作され、また、高速大容量の電子回路による断接制御処理を要することなく断接タイミングを制御することができ、かつ、制御操作方向と供給トルクが一致する条件においてトルクが伝達され、制御操作方向に反するトルクの供給を受けることなく安定した断接制御がなされる。
【００１０】
供給側係合部材と出力側係合部材とこれらの間に介在する中間部材とからワンウェイクラッチを構成した場合には、安定動作可能なワンウェイクラッチがコンパクトに構成される。スライド部材と回動部材とその間のリンク部材とから連係機構を構成し、または、スライド部材と回動部材と差動機構とから連係機構を構成した場合には、安定動作可能な動作変換機構がコンパクトに構成される。
【００１１】
【実施例】
発明の実施例を添付図面に基づいて以下に説明する。図１は本発明の第１実施例に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図、図２はその要部詳細を示す断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００１２】
電動パワーステアリング装置１は、操舵軸によって回動される入力軸２と転舵輪を転舵させる出力軸３との間に両者間の相対回転動作を許容する弾性部材４を設け、その相対回転動作によって操舵トルクを検出するトルク検出手段５と、その検出トルクに基づいて制御される電動機６によってトルクを供給する動力供給部７と、この動力供給部７に介在して供給トルクを断接するクラッチ８とを備えて構成され、このクラッチ８とトルク検出手段５の間にクラッチ８制御用の連係機構９を備える。上記出力軸３はそのピニオン３ａを介してラック１１と噛合する。
【００１３】
入力軸２は円筒状をなしてその内部に弾性部材４をなすトーションバーを貫通し、一端部４ａをピン２ａによって入力軸２に固定し、他端部４ｂをセレーションにより出力軸３に固定する。入力軸２および出力軸３は軸受２ｂ，１２，１３，１４によって支えられ、また、出力軸３の外周にリング状をなす動力供給部７を固定する。
【００１４】
トルク検出手段５は、入力軸２の外周に摺動可能に設けた円筒状のスライド部材１５をその内部に備え、その移動位置に対応した信号を出力する差動変圧器をなす。上記スライド部材１５は、その外周部にアルミや銅材のような非磁性の良導体製のリング１６が差動変圧器の内周面に適当な隙間をもって一体的に設けられる。
【００１５】
スライド部材１５と入力軸２の間には長穴と係合ピンとによって周方向と４５度の角度方向に案内する斜行案内部１７を備え、また、スライド部材１５と出力軸との間に長穴と係合ピンとによって軸線方向に案内する軸方向案内部１８とを備える。スライド部材１５の入力軸２側端部には出力軸側に付勢するスプリング１９を備えてその軸線方向の遊びを抑え、また、出力軸３側の外周にはＬ字状リンクをなす連係機構９の一端が係合する周回溝１５ａを形成する。
【００１６】
上記トルク検出手段５は、入力軸２に作用するトルクによってトーションバー４が捩られ、入力軸２と出力軸３との間に角度差が生じた場合には、スライド部材１５が出力軸３とともに回動されるとともに軸線方向に移動され、その移動位置に応じた信号を出力する。
【００１７】
動力供給部７はウォームホイール２０を外周側に形成したリング状をなし、このウォームホイール２０には電動機６から動力供給を受けるウォーム２１が噛合し、ウォーム軸２１ａの外周にはクラッチ８との間に円筒部材２２を回動可能に外嵌する。この円筒部材２２はウォーム軸２１ａとの間に長穴と係合ピンでなる斜行案内部２２ａを備え、その外周には連係機構９のクラッチ８側端部が係合する周回溝２２ｂを形成する。円筒部材２２は、屈曲部９ａで支えられた連係機構９の揺動に応じてウォーム軸２１ａ上を進退され、その時に上記斜行案内部２２ａによりウォーム軸２１に対し相対的に回転動作する。
【００１８】
ウォーム軸２１ａは円筒部材２２を貫通し、その端部をモータ軸２３に対して回動可能に連結する。このモータ軸２３は軸受２３ａによって支えられ、ウォーム軸２１ａとの間に図３のクラッチ８を構成する。
【００１９】
クラッチ８のウォーム軸２１ａ側は略三角形断面のカムをなす出力側係合面２５をなし、この出力側係合面２５に対向するモータ軸２３側の内周に形成した円周面をなす供給側係合面２７との間に楔状空間を形成し、この楔状空間には、その内外両面間に係脱可能に介在するローラ状の中間部材２８，２８とこれらの中間部材２８，２８を内外両面間に係合する方向に付勢するばね２９をそれぞれ設け、隣接の楔状空間との間に中間部材２８…の係脱を制御する断接制御部材３０…を設ける。この断接制御部材３０…は上記円筒部材２２の端部に一体的に形成される。
【００２０】
断接制御部材３０…が円筒部材２２によって回動されて一方の楔状空間から退避した場合には、ばね２９の押圧力によって中間部材２８が楔状空間のコーナー部に進入する。この時、モータ軸２３が同じ方向に駆動されていれば、中間部材２８が同コーナー部の供給側係合面２７と出力側係合面２５との間に係合され、ワンウェイクラッチが形成されてトルクが伝達される。
【００２１】
この場合に、モータ軸２３が停止または逆転している時は、中間部材２８が楔状空間の拡大する方向に作用し、その両面間に係合されないのでトルク伝達が遮断される。
【００２２】
一方、トルク伝達中に断接制御部材３０が中間部材２８の係合を解除する方向に回動された場合は、モータ軸２３がトルク供給方向に駆動中であっても、断接制御部材２４が楔状空間のコーナー部から中間部材２８を排除することによってトルク伝達が遮断され、ウォーム軸２１ａは伝達トルクを受けることなくリング部材２２の動作に追随して動作する。
【００２３】
以上のように構成される電動パワーステアリング装置の作用について以下に説明する。ステアリングハンドルの操作によって操舵軸を介して入力軸２が回動されると、負荷側をなす出力軸３に対してトーションバー４が捩られ、入力軸２が相対的に回転動作することにより、トルク検出手段５がそのスライド部材の動作により相対回転動作に対応した信号を出力し、図示せぬ電動機制御部によって電動機６の回転の方向と大きさが制御されるとともに、トルク検出手段５のスライド部材１５の周回溝１５ａに係合するＬ字状リンクが揺動され、円筒部材２２の進退動作が回転動作に変換され、断接制御部材３０…の回動によってクラッチ８が断接制御される。
【００２４】
上記クラッチ８はトルク伝達軸の電動機６と減速機構２０，２１との間に介在することにより、減速機によって減速された後のトルクを断接する場合と比較して伝達容量を小さく抑えることができ、その小型軽量化が可能となる。更に、クラッチ断接の際、入力軸からみた慣性モーメントやフリクションの変化を小さくすることができる。
【００２５】
また、制御部材の動作に応じてワンウェイクラッチが断接制御されることから、クラッチ保持電力を要することなくクラッチが保持動作され、また、高速大容量の電子回路による断接制御処理を要することなく断接タイミングを制御することができ、かつ、制御操作方向と供給トルクが一致する条件においてトルクが伝達され、制御操作方向に反するトルクの供給を受けることなく安定した断接制御がなされる。
【００２６】
次に、第２の実施例に係る電動パワーステアリング装置について説明する。図４は本発明の第２実施例に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図であり、図５はその要部詳細を示す断面図、図６は同要部の展開説明図である。前記実施例と同様の部材は同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
電動パワーステアリング装置３１はその出力軸３には動力供給部３２を備え、この動力供給部３２と電動機６との間に供給トルクを断接するクラッチ３３を備えて構成され、このクラッチ３３とトルク検出手段５の間にクラッチ制御用の連係機構３４を備える。
【００２８】
図５に示す動力供給部３２は出力軸３の外周に固定された大径ハイポイドギヤ３５をなし、このハイポイドギヤ３５にはクラッチ３３側の小径ハイポイドギヤ３６が噛合して減速機構を構成する。小径ハイポイドギヤ３６はその中空部をクラッチ出力軸３７によって摺動可能に支承されるとともに、クラッチ出力軸３７を支えつつ遊星減速機をなす軸受３８のキャリヤ３８ａに連結する。この遊星減速機は内外輪間を転動する複数のボールを介して動力伝達するので過大トルクに対するトルクリミッター作用をもなす。
【００２９】
クラッチ３３は、電動機出力を受ける供給側係合部材３９を軸受３９ａによって支え、供給側係合部材３９と上記クラッチ出力軸３７の互いの端部を突き合せて配置し、供給側係合部材３９にはその軸線と直交する平面をなす供給側係合面４０を形成し、出力側係合部材をなすクラッチ出力軸３７には上記供給側係合面４０との間に楔状空間を形成するカム面をなす出力側係合面４１を形成し、これら両面間に係合可能なボール状をなす中間部材４２…と、これら中間部材４２を上記両面間に係合させる方向に付勢するばね４２ａと、中間部材４２の係合を解除する制御部材４３…とから構成される。
【００３０】
このクラッチ３３は前記クラッチ８における供給側係合面２７と出力側係合面２５を軸線方向に形成して同様の作用効果をなし、供給側係合面４０、出力側係合面４１は前記供給側係合面２７、出力側係合面２５にそれぞれ対応し、中間部材４２、ばね４２ａ、断接制御部材４３は、前記中間部材２８、ばね２９、断接制御部材３０に対応し、断接制御部材４３によって制御されるワンウェイクラッチをなす。
【００３１】
上記断接制御部材４３…はクラッチ出力軸３７の外周部に構成された２組の遊星歯車機構を対称配置した差動機構に連結する。この差動機構は、クラッチ出力軸３７の外周部に回動可能に設けられた２つ一体の太陽歯車４４と、クラッチ出力軸３７または断接制御部材４３にそれぞれ支承された衛星歯車４５ａ…，４５ｂ…と、それぞれに噛合する可動環状歯車４６ａと固定環状歯車４６ｂとからなる。
【００３２】
可動環状歯車４６ａの外周は前記連係機構３４の回動を受ける歯車をなし、固定環状歯車４６ｂに対して回動可能に設けられ、可動環状歯車４６ａの回動によって固定環状歯車４６ｂ側の衛星歯車４５ｂ…は衛星歯車４５ａ…に対して相対的に回動され、断接制御部材４３がクラッチ出力軸３７に対して相対回動される。
【００３３】
連係機構３４は軸受４７ａ，４７ｄによって回動可能に支えられる回動部材をなし、両端にはピニオン４７ｂ，４７ｃを備え、一方のピニオン４７ｂはトルク検出手段５のスライド部材１５の外周に形成した周回状のラック溝１５ｂに噛合し、他方のピニオン４７ｃが上記可動環状歯車４６ａに噛合する。
【００３４】
以上のように構成される電動パワーステアリング装置３１は、操舵操作によって入力軸２が回動された時に、トルク検出手段３５のスライド部材が入力軸２と出力軸３の間の相対回転動作に対応して軸方向に進退し、回動される連係機構３４を介して可動環状歯車４６ａが回動されると衛星歯車４５ａ…と太陽歯車４４を介して固定環状歯車４６ｂ側の衛星歯車４５ｂ…が衛星歯車４５ａ…に対して相対回動され、断接制御部材４３が中間部材に作用してクラッチが断接制御される。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したごとく、電動機と減速機構との間にクラッチを備えたことにより、クラッチに作用するトルクは減速機の減速比に反比例するので減速機により減速された出力トルクを断接する場合と比較して伝達容量を小さく抑えることができ、その小型軽量化が可能となる。更に、クラッチ断接の際、入力軸からみた慣性モーメントやフリクションの変化を小さくすることができる。
【００３６】
さらには、制御部材を備えたワンウェイクラッチによってクラッチを構成し、入出力軸間に介接した弾性部材による相対回転動作を連係機構によって制御部材を動作するようにしたので、入力軸の操作による相対回転動作に応じてワンウェイクラッチが断接制御されることから、クラッチ保持電力を要することなくクラッチが保持動作され、また、高速大容量の電子回路による断接制御処理を要することなく断接タイミングを制御することができ、かつ、制御操作方向と供給トルクが一致する条件においてトルクが伝達され、制御操作方向に反するトルクの供給を受けることなく安定した断接制御がなされる。
【００３７】
供給側係合部材と出力側係合部材とこれらの間に介在する中間部材とからワンウェイクラッチを構成した場合には、安定動作可能なワンウェイクラッチがコンパクトに構成される。スライド部材と回動部材とその間のリンク部材とから連係機構を構成し、または、スライド部材と回動部材と差動機構とから連係機構を構成した場合には、安定動作可能な変換機構がコンパクトに構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図
【図２】その要部詳細を示す断面図
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図
【図４】本発明の第２実施例に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図
【図５】その要部詳細を示す断面図
【図６】同要部の展開説明図
【図７】従来の電動パワーステアリング装置の機能構成図
【符号の説明】
１…電動パワーステアリング装置、２…入力軸、３…出力軸、３ａ…ピニオン、４…弾性部材、５…トルク検出手段、６…電動機、７…動力供給部、８…クラッチ（ワンウェイクラッチ）、９…連係機構、９ａ…屈曲部、１０…電動機制御部、１１…ラック、１５…スライド部材、１５ａ…周回溝、１７…斜行案内部、１８…軸方向案内部、２０…ウォームホイール、２１…ウォーム、２１ａ…ウォーム軸、２２…円筒部材、２２ａ…斜行案内部、２２ｂ…周回溝、２３…モータ軸、２５…出力側係合面、２７…供給側係合面、２８…中間部材、２９…ばね、３０…断接制御部材、３１…電動パワーステアリング装置、３２…動力供給部、３３…クラッチ（ワンウェイクラッチ）、３４…連係機構、３５…大径ハイポイドギヤ、３６…小径ハイポイドギヤ、３７…クラッチ出力軸、３８…軸受（遊星減速機）、３９…供給側係合部材、４０…供給側係合面、４１…出力側係合面、４２…中間部材、４２ａ…ばね、４３…制御部材、４４…太陽歯車、４５ａ，４５ｂ…衛星歯車、４６ａ…可動環状歯車、４６ｂ…固定環状歯車、４７ａ…軸受、４７ｂ，４７ｃ…ピニオン、１５ｂ…ラック溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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