(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のインナーリングと、
そのインナーリングの外周に加硫接着された弾性変形可能な環状部材と、
その環状部材の外周に加硫接着されると共に軸方向に沿う割り溝を有する金属製のアウターリングとを備え、
その環状部材の内周側に第１トルク伝達部材がトルク伝達可能に接続され、
その環状部材の外周側に第２トルク伝達部材が、その環状部材の弾性変形による弾力に基づく摩擦抵抗を介してトルク伝達可能に接続され、
その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクにより、外径が小さくなるように捩れ変形可能とされ、
その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクによる捩れ変形により容積の小さくなる空洞部を有するトルクリミッタ。
【請求項２】
その空洞部は複数とされ、環状部材の周方向に沿って並列する請求項１に記載のトルクリミッタ。
【請求項３】
ステアリングシャフトと、このステアリングシャフトの外周に嵌め合わされたギアと、そのギアを介してステアリングシャフトに回転力を伝達する操舵補助用モータとを備える電動パワーステアリング装置において、
そのステアリングシャフトとギアとの間に金属製のインナーリングと、そのインナーリングの外周に加硫接着された弾性変形可能な環状部材と、その環状部材の外周に加硫接着されると共に軸方向に沿う割り溝を有する金属製のアウターリングとが設けられ、
その環状部材の内周側に前記ステアリングシャフトがトルク伝達可能に接続され、
その環状部材の外周側に前記ギアが、その環状部材の弾性変形による弾力に基づく摩擦抵抗を介してトルク伝達可能に接続され、
その環状部材は、ステアリングシャフトとギアとの間の伝達トルクにより、外径が小さくなるように捩れ変形可能とされ、
その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクによる捩れ変形により容積の小さくなる空洞部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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、トルクリミッタ、及び、そのトルクリミッタを利用した電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
ステアリングシャフトと、このステアリングシャフトの外周に嵌め合わされたギアと、そのギアを介してステアリングシャフトに操舵補助用の回転力を伝達するモータとを備える電動パワーステアリング装置において、車輪の縁石への乗り上げ等に基づきステアリングシャフトに過大なトルクが作用すると、モータ等の破損が生じる。そこで、そのモータとステアリングシャフトとの間にトルクリミッタを設けることが行われている。
【０００３】
従来、そのトルクリミッタはモータに内蔵され、モータの出力軸に作用するトルクがリミットトルクになると、その出力軸を空転させていた。
【０００４】
しかし、モータにトルクリミッタを内蔵した場合、モータの出力軸の回転が事故等によりロックされてしまうと、トルクリミッタは機能しないため、ステアリングホイールを操舵できなくなる。また、そのモータの回転力をステアリングシャフトに伝達するギアの歯部を、騒音対策のために合成樹脂製にしたような場合、その歯部の過大トルクによる破損によりギアの回転がロックされる可能性があり、この場合もモータに内蔵されたトルクリミッタは機能しないためステアリングホイールを操舵できなくなる。また、モータの回転力をギアを介してステアリングシャフトに伝達する場合、そのギアにおける伝達効率は製品によりばらつくので、リミットトルクを正確に所期設定範囲内に設定することが困難であった。さらに、そのギアを介する回転力の伝達比は、例えばウォームホイールとウォームとを用いるような場合は大きくなるため、リミットトルクを精度よく設定する必要があり、トルクリミッタに高精度を必要とされる。
【０００５】
そこで、そのギアとステアリングシャフトとの間にトルクリミッタを設けることが考えられる。例えば、特開平２‐１２０１７８号公報において開示されたトルクリミッタは、そのギアと同行回転する複数の摩擦板と、そのステアリングシャフトと同行回転する複数の摩擦板とを、軸方向から挟み込み、それら摩擦板相互間の摩擦抵抗に対応してリミットトルクを設定するものである。
【０００６】
しかし、軸方向から複数の摩擦板を挟み込む場合、部品点数が多く、組み立てが面倒なものである。
【０００７】
また、実公昭４７‐１５８７５号公報において開示されたトルクリミッタは、一対のトルク伝達部材の内外周間に配置される環状の弾性部材と、一方のトルク伝達部材にねじ合わさせたナットとを備え、そのナットにより弾性部材を軸方向から押して一方のトルク伝達部材の外周と他方のトルク伝達部材の内周とに押し付け、各トルク伝達部材と弾性部材との間の摩擦抵抗に対応してリミットトルクを設定するものである。
【０００８】
しかし、弾性部材を押し付けるためのナットや、そのナットをねじ合わせるためのネジ加工が必要で、部品点数が多く、組み立てが面倒なものである。
【０００９】
また、実開昭６３‐６２６３２号公報において開示されたトルクリミッタは、一対のトルク伝達部材の一方に嵌め合わされる環状の弾性部材と、他方のトルク伝達部材にねじ込まれるボルトからなる押圧手段とを備え、その押圧手段により弾性部材を一方のトルク伝達部材に押し付け、一方のトルク伝達部材と弾性部材との間の摩擦抵抗に対応してリミットトルクを設定するものである。
【００１０】
しかし、弾性部材を押し付けるためのボルトや、そのボルトをねじ合わせるためのネジ加工が必要で、部品点数が多く、組み立てが面倒なものである。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決することのできるトルクリミッタ、及び、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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のトルクリミッタは、金属製のインナーリングと、そのインナーリングの外周に加硫接着された弾性変形可能な環状部材と、その環状部材の外周に加硫接着されると共に軸方向に沿う割り溝を有する金属製のアウターリングとを備え、その環状部材の内周側に第１トルク伝達部材がトルク伝達可能に接続され、その環状部材の外周側に第２トルク伝達部材が、その環状部材の弾性変形による弾力に基づく摩擦抵抗を介してトルク伝達可能に接続され、その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクにより、外径が小さくなるように捩れ変形可能とされ、その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクによる捩れ変形により容積の小さくなる空洞部を有することを特徴とする。
【００１３】
その空洞部は複数とされ、環状部材の周方向に沿って並列するのが好ましい。
【００１４】
本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトと、このステアリングシャフトの外周に嵌め合わされたギアと、そのギアを介してステアリングシャフトに回転力を伝達する操舵補助用モータとを備える電動パワーステアリング装置において、そのステアリングシャフトとギアとの間に金属製のインナーリングと、そのインナーリングの外周に加硫接着された弾性変形可能な環状部材と、その環状部材の外周に加硫接着されると共に軸方向に沿う割り溝を有する金属製のアウターリングとが設けられ、その環状部材の内周側に前記ステアリングシャフトがトルク伝達可能に接続され、その環状部材の外周側に前記ギアが、その環状部材の弾性変形による弾力に基づく摩擦抵抗を介してトルク伝達可能に接続され、その環状部材は、ステアリングシャフトとギアとの間の伝達トルクにより、外径が小さくなるように捩れ変形可能とされ、その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクによる捩れ変形により容積の小さくなる空洞部を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の作用および効果】
本発明のトルクリミッタによれば、環状部材を介して第１トルク伝達部材と第２トルク伝達部材との間でトルクが伝達される。その伝達トルクがリミットトルクに達すると、その伝達トルクによる捩れ変形により環状部材の外径が小さくなる。その外径の減少により、環状部材の外周側と第２トルク伝達部材との接続を可能とする摩擦抵抗が小さくなるので、環状部材の外周側と第２トルク伝達部材との間の接続部において滑りが生じる。また、両トルク伝達部材間におけるトルク伝達が解除されると、その環状部材は弾性的に復元変形し、環状部材を介する両トルク伝達部材間のトルク伝達が可能になる。すなわち、トルクリミッタは環状部材のみで主構成されるので、部品点数が少なく、構造が簡単で、組み立てが容易で、安価なものになる。
【００１６】
その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクによる捩れ変形により容積が小さくなる空洞部を有することで、その容積減少分に対応して外径が小さくなる。その空洞部が複数とされ、環状部材の周方向に沿って並列することで、環状部材の捩れ変形による外径の減少を周方向に関し均一化でき、リミットトルクでのトルク伝達の遮断を確実に行うことができる。
【００１７】
本件発明の電動パワーステアリング装置によれば、ステアリングシャフトとギアとの間にトルクリミッタを設けているので、車輪の縁石への乗り上げ等によりステアリングシャフトに過大なトルクが作用すると、環状部材の外周側とギアとの接続部における滑りによりステアリングシャフトとギアとが相対回転し、モータの破損が防止される。また、ステアリングシャフトとギアとの間にトルクリミッタを設けているので、モータの出力軸の回転やギアの回転がロックされた場合でもトルクリミッタは機能し、ステアリングホイールを操舵できる。また、そのギアにおける回転力の伝達比に無関係にリミットトルクを設定できるので、正確に所期設定範囲内に設定でき、また、トルクリミッタをモータに内蔵する場合に比べリミットトルクを高精度に設定する必要がない。さらに、そのギアにおける減速比が異なってもリミットトルクを異なる値に設定する必要がない。また、そのギアを、このギアに噛み合うギアに環状部材の弾力により押し付けることで、両ギアの間のバックラッシをなくすことができ、操舵フィーリングを向上できる。
【００１８】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１９】
図１に示す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２の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト（第１トルク伝達部材）３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオン４に噛み合うラック５を移動させ、そのラック５にタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介し連結される車輪６の舵角を変化させる。
【００２０】
そのステアリングシャフト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駆動される操舵補助用モータ８と、そのモータ８の回転力をステアリングシャフト３に伝達するためのウォーム９とウォームホイール（第２トルク伝達部材）１０とが設けられている。そのウォームホイール１０は、外周側の合成樹脂製歯部１０ａと、内周側の金属製スリーブ１０ｂとを一体化することで構成されている。
【００２１】
そのトルクセンサ７は、前記ステアリングシャフト３を覆うハウジング２１を有する。そのハウジング２１は２部材２１ａ、２１ｂを連結することで構成されている。そのハウジング２１内においてステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連結される第１シャフト３ａと、この第１シャフト３ａにピン２２により連結される筒状の第２シャフト３ｂと、この第２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筒状の第３シャフト３ｃとに分割されている。各シャフト３ａ、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３ａと第２シャフト３ｂとに前記ピン２２により連結され、他端はピン２４により第３シャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シャフト３ｂと第３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とされている。
【００２２】
図２に示すように、その第２シャフト３ｂの外周の一部と第３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、その第２シャフト３ｂの非円形部３ｂ′と第３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、過大なトルクがステアリングシャフト３に作用した場合のトーションバー２３の破損を防止している。
【００２３】
その第２シャフト３ｂは、そのハウジング２１に圧入されたステアリングコラム３０に、ブッシュ３１を介して支持される。その第３シャフト３ｃは、ハウジング２１に軸受２６、２７を介して支持される。その第３シャフト３ｃの外周に前記ウォームホイール１０が、後述のトルクリミッタ１１を介して嵌め合わされる。そのウォームホイール１０に噛み合う前記ウォーム９が前記モータ８の出力軸に取り付けられ、そのモータ８はハウジング２１に固定される。なお、そのハウジング２１はブラケット２８を介して車体に取り付けられる。
【００２４】
そのトルクセンサ７は、そのハウジング２１により保持される第１、第２検出コイル３３、３４と、その第２シャフト３ｂの外周に嵌め合わされてピン３５により固定される磁性材製の第１検出リング３６と、その第３シャフト３ｃの外周に圧入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、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の対向間を覆うように配置され、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、各検出コイル３３、３４は、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。
【００２５】
そのプリント基板４１に、図３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、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、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、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と、各検出リング３６、３７の歯３６ａ、３７ａの対向面積が変化する。その面積変化により、その歯３６ａ、３７ａの対向間における第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ことから、その変化に応じ第１検出コイル３３の出力が変化し、その出力に対応した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。その小径部３６ｂの外径は、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等しくなるように、設定されている。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により打ち消され、伝達トルクの検出値の温度による変動が補償される。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前記モータ８が駆動され、前記ウォーム９、ウォームホイール１０を介してステアリングシャフト３に操舵補助力が付与される。
【００２６】
前記ステアリングシャフト３とウォームホイール１０との間のトルクリミッタ１１は、図４および図５に示すように、金属製のインナーリング１１ａと、そのインナーリング１１ａの外周に加硫接着されたゴム製の環状部材１１ｂと、その環状部材１１ｂの外周に加硫接着された金属製のアウターリング１１ｃとを備える。
【００２７】
そのインナーリング１１ａの内周側に前記第３シャフト３ｃの外周側が同軸心に圧入され、これにより、その環状部材１１ｂの内周側にステアリングシャフト３が、トルク伝達可能に接続されている。
【００２８】
そのアウターリング１１ｃの外周側に、ウォームホイール１０の内周側が同軸心に圧入され、これにより、その環状部材１１ｂの外周側にウォームホイール１０が、その環状部材１１ｂの弾性変形による弾力に基づく摩擦抵抗を介してトルク伝達可能に接続されている。なお、そのアウターリング１１ｃは軸方向に沿う割り溝１１ｃ′を有し、径の変化が可能とされている。また、そのアウターリング１１ｃは軸方向両端間において周方向に沿って径方向外方に突出する凸部１１ｃ″を有し、そのウォームホイール１０のスリーブ１０ｂは軸方向両端間において周方向に沿って径方向外方に窪む凹部１０ｂを有し、その凹部１０ｂ′に凸部１１ｃ″が嵌め合わされている。これにより、ウォームホイール１０とトルクリミッタ１１との軸方向相対移動が防止されている。
【００２９】
その環状部材１１ｂに、複数の軸方向に沿う空洞部１１ｂ′が、周方向に沿って等間隔に並列するように形成されている。本実施例では、各空洞部１１ｂ′は環状部材１１ｂの両端面において開口し、その軸方向視形状は楕円形とされている。これにより、環状部材１１ｂは、ステアリングシャフト３とウォームホイール１０との間の伝達トルクによる捩れ変形によって、外径が小さくなるものとされている。また、その環状部材１１ｂの外径が小さくなることで、アウターリング１１ｃの外径が小さくなる。
【００３０】
なお、そのウォームホイール１０の内周側をアウターリング１１ｃの外周側に圧入する際、環状部材１１ｂの空洞部１１ｂ′に挿入される治具を用いて環状部材１１ｂを捩れ変形させ、外径を小さくした状態でアウターリング１１ｃに挿入し、しかる後に捩れ変形を解除するのが好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、環状部材１１ｂを介してステアリングシャフト３とウォームホイール１０との間でトルクが伝達される。その伝達トルクがトルクリミッタ１１のリミットトルクに達すると、その伝達トルクによる環状部材１１ｂの捩れ変形により空洞部１１ｂ′の容積は小さくなり、その容積減少量に応じて環状部材１１ｂの外径が小さくなる。その環状部材１１ｂの外径が小さくなるのに伴い、アウターリング１１ｃの外径が小さくなるので、アウターリング１１ｃとウォームホイール１０との間の摩擦抵抗は小さくなり、環状部材１１ｂの外周側のアウターリング１１ｃとウォームホイール１０との間で滑りが生じる。そのリミットトルクは実験的に求めることができる。また、そのステアリングシャフト３とウォームホイール１０との間におけるトルク伝達が解除されると、その環状部材１１ｂは弾性的に復元変形し、環状部材１１ｂを介するステアリングシャフト３とウォームホイール１０との間のトルク伝達が可能になる。すなわち、トルクリミッタ１１は環状部材１１ｂのみで主構成されるので、部品点数が少なく、構造が簡単で、組み立てが容易で、安価なものになる。また、環状部材１１ｂの空洞部１１ｂ′が複数とされ、環状部材１１ｂの周方向に沿って並列するので、環状部材１１ｂの捩れ変形による外径の減少を周方向に関し均一化でき、リミットトルクでのトルク伝達の遮断を確実に行うことができる。
【００３２】
上記電動パワーステアリング装置１によれば、車輪６の縁石への乗り上げ等によりステアリングシャフト３にトルクリミッタ１１のリミットトルクを超えるトルクが作用すると、環状部材１１ｂの外周側のウォームホイール１０とステアリングシャフト３との滑りにより、ステアリングシャフト３とウォームホイール１０とが相対回転し、モータ８の破損が防止される。
【００３３】
そのトルクリミッタ１１をステアリングシャフト３とウォームホイール１０との間に設けているので、モータ８の出力軸の回転がロックされた場合でもトルクリミッタ１１は機能し、ステアリングホイール２を操舵できる。また、ウォームホイール１０の回転が歯部１０ａの破損によりロックされたとしても、同様にトルクリミッタ１１は機能することができる。
【００３４】
また、そのウォームホイール１０とウォーム９との間の回転力の伝達比に無関係にリミットトルクを設定できるので、正確に所期設定範囲内に設定でき、また、トルクリミッタをモータに内蔵する場合に比べリミットトルクを高精度に設定する必要はない。さらに、そのウォーム９とウォームホイール１０との減速比が異なってもリミットトルクを異なる値に設定する必要がない。また、そのウォームホイール１０をウォーム９に環状部材１１ｂの弾力により押し付けることで、ウォーム９とウォームホイール１０の間のバックラッシをなくすことができ、操舵フィーリングを向上できる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、上記トルクリミッタ１１のインナーリング１１ａとアウターリング１１ｃとは必須の構成ではなく、環状部材１１ｂをステアリングシャフト３とウォームホイール１０に直接接続してもよい。また、空洞部１１ｂ′の寸法、数、形状、形成位置等は特に限定されるものではなく、例えば図６に示すように、軸方向視形状を円形としてもよく、また、環状部材１１ｂを貫通する必要はなく、さらに、軸方向に沿う必要もなく、要は、その伝達トルクによる捩れ変形によって外径が小さくなればよい。また、本発明のトルクリミッタは電動パワーステアリング装置以外のトルク伝達機構を有する装置においても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例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】本発明の実施例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４】本発明の実施例の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図５】図１のＶ‐Ｖ線断面図
【図６】本発明の変形例のトルクリミッタの正面図
【符号の説明】
３  ステアリングシャフト（第１トルク伝達部材）
８  操舵補助用モータ
１０  ウォームホイール（第２トルク伝達部材）
１１  トルクリミッタ
１１ｂ  環状部材
１１ｂ′  空洞部
【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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