(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルに連結した入力軸と転舵輪に連結した出力軸とを弾性部材により連結し入・出力軸間の相対ねじれ角を検出することによりステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、この操舵トルク検出手段の検出信号に基づいて制御信号を発生する制御手段と、この制御手段の制御信号に基づいて前記操舵トルクに応じた補助トルクを発生する電動機と、この電動機の補助トルクをステアリング系に伝達するトルク伝達手段とを備え、ステアリング系の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルク検出手段をポテンショメータで構成し、このポテンショメータをメータ本体部及びこのメータ本体部を作動する作動子で構成し、この作動子を前記出力軸又は前記入力軸に係合させるとともに前記メータ本体部を前記入力軸の外周面又は前記出力軸の外周面に位置調整可能に取付け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】
前記ポテンショメータはケーブルを介して固定側と電気的に接続され、前記ケーブルは前記入力軸又は前記出力軸のうちの、前記メータ本体部を取付けた軸に複数巻回されていることを特徴とした請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記入力軸又は前記出力軸のうちの、前記メータ本体部を取付けた軸にガイド部材を備え、このガイド部材にて、前記入・出力軸の軸方向への前記ケーブルの位置ずれを規制するものであることを特徴とした請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングハンドルの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをトルク伝達手段を介してステアリング系に伝達するものであって、例えば特開平１−２１８９７３号「電動パワーステアリング装置」の技術がある。
この技術は、その公報の第１図によれば、ステアリング系の操舵トルクを操舵トルク検出器で検出し、その検出信号に基づいた補助トルクを電動モータ２４（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）で発生するものである。
【０００３】
上記操舵トルク検出器は次の▲１▼，▲２▼の形式である。
▲１▼公報の第２図によれば、操舵トルク検出器は、入力軸１１と出力軸１２との相対ねじり変位に応じてリング２０が入力軸１１の軸方向に移動し、その移動量を歪ゲージが検出する形式である。リング２０は入力軸１１に挿通される。
▲２▼公報の第６図によれば、操舵トルク検出器は、入力軸１１１のフランジ部１１１ｅと出力軸１１２のフランジ部１１２ｃとの間にブラシ１３４を挟んだスリップリングにて、入力軸１１１と出力軸１１２との相対回転角を検出する形式である。フランジ部１１１ｅは入力軸１１１に一体形成され、フランジ部１１２ｃは出力軸１１２に一体形成され、互いに同軸上に配置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記▲１▼の操舵トルク検出器は構造が複雑であり、また、電動パワーステアリング装置の組立途中で入力軸１１へ取付ける必要があり、交換も簡単にはできない。更に、リング２０が入力軸１１の軸方向に移動する構成なので、操舵トルク検出器の中立位置の調整作業が面倒である。
一方、上記▲２▼の操舵トルク検出器は、入・出力軸１１１，１１２に各フランジ部１１１ｅ，１１２ｃを一体形成したものであり、簡単に交換することができず、また、中立位置の調整作業も面倒である。
【０００５】
本発明の目的は、入・出力軸への取付けや交換が容易で、しかも、中立位置の調整作業が容易な操舵トルク検出手段を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ハンドルに連結した入力軸と転舵輪に連結した出力軸とを弾性部材により連結し入・出力軸間の相対ねじれ角を検出することによりステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、この操舵トルク検出手段の検出信号に基づいて制御信号を発生する制御手段と、この制御手段の制御信号に基づいて前記操舵トルクに応じた補助トルクを発生する電動機と、この電動機の補助トルクをステアリング系に伝達するトルク伝達手段とを備え、ステアリング系の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルク検出手段をポテンショメータで構成し、このポテンショメータをメータ本体部及びこのメータ本体部を作動する作動子で構成し、この作動子を前記出力軸又は前記入力軸に係合させるとともに前記メータ本体部を前記入力軸の外周面又は前記出力軸の外周面に位置調整可能に取付けたことを特徴とする。
ポテンショメータは軸への着脱が容易であり、交換も簡単であって、しかも、入・出力軸を組立てた後に中立位置を調整できるので、調整作業が容易である。
更に、ポテンショメータを軸の外周面に取付けるので、軸に挿通した場合に比べてメータ本体部が小型になる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記ポテンショメータを、ケーブルを介して固定側と電気的に接続し、前記ケーブルを、前記入力軸又は前記出力軸のうちの、前記メータ本体部を取付けた軸に複数巻回したことを特徴とする。
入・出力軸が回動するのもかかわらず、ポテンショメータと固定側との電気的な接続構成は小型になる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記入力軸又は前記出力軸のうちの、前記メータ本体部を取付けた軸にガイド部材を備え、このガイド部材にて、前記入・出力軸の軸方向への前記ケーブルの位置ずれを規制するものであることを特徴とする。
ケーブルは軸方向への位置ずれがないので、他の部材へのからまり、巻回長さの減少などの不具合がない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングハンドル２で発生したステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段３と、この操舵トルク検出手段３の検出信号に基づいて制御信号を発生する制御手段４と、この制御手段４の制御信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを発生する電動機５と、この電動機５の補助トルクをステアリング系に伝達するトルク伝達手段３０及び機械式クラッチ４０とを有し、ピニオン６，ラック７を介して車輪（転舵輪）８，８を転舵するものである。
【００１０】
図２は本発明に係る電動パワーステアリング装置の拡大断面図であり、上記ステアリングハンドル２（図１参照）で回動する入力軸１１と、この入力軸１１に後述する圧縮ばね（弾性部材）を介して連結した出力軸１３とで、主たるステアリング系を構成したものである。
なお、入力軸１１と出力軸１３とは同軸上に配置し、出力軸１３は下部に上記ピニオン６を備える。図中、１５，１６は軸受である。
【００１１】
操舵トルク検出手段３は、入・出力軸１１，１３間の相対ねじれ角を検出することによりステアリング系の操舵トルクを検出するものであり、ポテンショメータが好適である。このポテンショメータは、図示せぬ抵抗素子及び抵抗素子に沿って移動する摺動接点を内蔵したメータ本体部２１と、このメータ本体部２１内の摺動接点を作動するべく回動する棒状の作動子２２とからなる。
メータ本体部２１は入力軸１１の外周面に取付き、作動子２２の先端部は出力軸１３の外周面に設けた係合溝１３ａに係合する。
なお、操舵トルク検出手段３は、作動子２２を係合溝１３ａの一方の側壁側に付勢するための、ねじりばね２３を備える。このため、作動子２２は回動方向への遊びがない。
【００１２】
上記トルク伝達手段３０は、電動機５の軸５ａに取付けた小ハイポイドギヤ３１と出力軸１３に取付けた大ハイポイドギヤ３２とからなるギヤ機構で構成する。従って、ステアリング系（入力軸１１→出力軸１３）の操舵トルクに、電動機５からの補助トルクが付加されたところの複合トルクでピニオン６を介してラック７を駆動する。
なお、大ハイポイドギヤ３２は、軸受３３を介して出力軸１３の基部に回転自在に取付くものであり、しかも、上記機械式クラッチ４０の入力部材の役割を兼ねる。
機械式クラッチ４０は、出力軸１３と同軸上に且つ出力軸１３の基部外周に配置する。
【００１３】
図３は図２の３−３線断面図であり、入力軸１１にはケーブル２５を複数巻回し（例えば、３巻き程度）、ケーブル２５の一端を操舵トルク検出手段３のメータ本体部２１に接続し、ケーブル２５の他端をハウジング２６の端子２７に接続した構成を示す。このため、回動側の操舵トルク検出手段３と固定側の端子２７とは、ケーブル２５を介して電気的に接続される。
また、入力軸１１はガイド部材２８を備えており、このガイド部材２８は、入・出力軸１１，１３の軸方向へのケーブル２５の位置ずれを規制するものである。
【００１４】
図４は本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部分解斜視図であり、メータ本体部２１は一体に備えた取付け用長孔２１ａ，２１ａを介して、入力軸１１の外周に備えた取付面１１ａに、ボルト２４（図２参照）で取付けられるものである。そして、メータ本体部２１は長孔２１ａ，２１ａの長さ分だけ位置調整（取付角の調整）が可能である。
入力軸１１は、下端中央に係合凸部１１ｂを備え、更に上方には、環状の位置制御部４５を取付けてなる。位置制御部４５は、機械式クラッチ４０の一構成部品であり、下部に３つの位置制御部材４６…（…は複数を示す。以下同じ。）を備える。
一方、出力軸１３は、それの基部上端に出力部材４２を一体に備え、この出力部材４２の上端面に、上記係合凸部１１ｂと係合するための係合孔１３ｂを備える。
【００１５】
図５は図２の５−５線断面図であり、入力軸１１と出力軸１３との連結構成、及び機械式クラッチ４０の断面構成を示す。
上記係合凸部１１ｂ及び係合孔１３ｂは断面視略矩形状を呈し、互いに係合する。但し、係合凸部１１ｂと係合孔１３ｂとの間には所定寸法の隙間Ｓを有し、この隙間Ｓが無くなるまでは、係合凸部１１ｂは係合孔１３ｂに対して自由に回転し得る。
【００１６】
ところで、係合凸部１１ｂと係合孔１３ｂとは、互いに反発し合う左右１対の圧縮ばね（弾性部材）１２，１２を介して連結する構成である。圧縮ばね１２，１２は、トルクに比例して入力軸１１と出力軸１３との間での相対ねじり変位を発生させるものである。
入力軸１１と出力軸１３との間に過大トルクが発生して、前記隙間Ｓが無くなったときに、係合凸部１１ｂと係合孔１３ｂとは共回りする（入力軸１１と出力軸１３とは共回りする）。
【００１７】
機械式クラッチ４０は、上記電動機５（図２参照）の補助トルクの作用方向がステアリング系の操舵方向と一致した場合のみ、電動機５の補助トルクをステアリング系に伝達するものである（ワンウエイクラッチの集合体）。
そして、機械式クラッチ４０は摩擦係合式クラッチ機構であり、この摩擦係合式クラッチ機構は、大ハイポイドギヤ３２からなる入力部材に対して矢印Ｘ方向に係合する３組の第１クラッチ機構４１Ａ…と、矢印Ｘと反対方向に係合する３組の第２クラッチ機構４１Ｂ…とからなる。第１クラッチ機構４１Ａ…と第２クラッチ機構４１Ｂ…とは、同一円上に互いに１組飛びに配置する。
なお、大ハイポイドギヤ３２のことを、特に、機械式クラッチ４０の一構成部品である「入力部材」として説明するときには、これを便宜的に「入力部材３２Ａ」と称する。
【００１８】
詳しくは、第１・第２クラッチ機構４１Ａ…，４１Ｂ…は、上記入力部材３２Ａと、上記出力部材４２と、これら入力・出力部材３２Ａ，４２間で形成したテーパ状空間部４３…と、これらのテーパ状空間部４３…に介在した円柱状の係合部材４４…と、これらの係合部材４４…の位置決めをなす位置制御部材４６…と、これらの位置制御部材４６…に向って係合部材４４…を付勢する付勢部材としての圧縮ばね４７…とからなる。
そして、機械式クラッチ４０は位置制御部材４６…の移動にともなって、係合部材４４…で入力部材３２Ａと出力部材４２とを係合・非係合に選択的に切換えるものである。
【００１９】
なお、テーパ状空間部４３…は、円筒断面の入力部材３２Ａと、概ねおむすび形断面（略正三角形断面の３つの辺を円弧状とした形状）の出力部材４２との間に設けられ、周方向端部がテーパ形状でなる空間部である。
また、位置制御部材４６…は、入力部材３２Ａと出力部材４２との間に、回動可能に介在した部材であり、同一円上に配列するものである。
【００２０】
次に、上記構成の操舵トルク検出手段３の組付手順を、図２に基づき説明する。なお、次の組付手順は、上記構成の理解を容易にするために説明するものであり、この組付手順に限定するものではない。
先ず、作動子２２を係合溝１３ａに合せながら、メータ本体部２１を入力軸１１の取付面１１ａ（図４参照）に軽くボルト止めする。
次に、入力軸１１と出力軸１３との間の相対ねじり変位が全くない状態で、メータ本体部２１を矢印ａ方向に回動して中立位置になるように位置調整をした後、ボルト固定する。
最後に、メータ本体部２１にケーブル２５を接続して、組付け作業を完了する
。
【００２１】
このように、入・出力軸１１，１３を組立てた後に、操舵トルク検出手段３を取付け又は取外しできるとともに、それの中立位置の調整もできる。更に、入・出力軸１１，１３の組立状態で、操舵トルク検出手段３を交換できる。
【００２２】
次に、上記構成の操舵トルク検出手段３の作用を、図６及び図７に基づき説明する。
図６（ａ），（ｂ）は、本発明に係る操舵トルク検出手段の作用を説明する作用図であり、（ａ）は入・出力軸の概略構成図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図７（ａ），（ｂ）も同様に、本発明に係る操舵トルク検出手段の作用を説明する作用図であり、（ａ）は入・出力軸の概略構成図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【００２３】
図６（ｂ）に示す状態では、係合凸部１１ｂと係合孔１３ｂとの間（入力軸１１と出力軸１３との間）での相対ねじり変位は全くなく、このため図６（ａ）に示すように、操舵トルク検出手段３の作動子２２は中立状態の係合溝１３ａに係合している。
その後、図７（ｂ）に示すように、係合凸部１１ｂと係合孔１３ｂとの間で、相対ねじり角θの相対ねじり変位が発生した場合には、図７（ａ）に示すように出力軸１３に対して、入力軸１１と共にメータ本体部２１が変位する。しかし、出力軸１３の係合溝１３ａと作動子２２とは係合状態にあり、このため、作動子２２はメータ本体部２１と反対向きに変位する。このときの作動子２２の回動角はδである。相対ねじり角θは、係合凸部１１ｂと係合孔１３ｂとの間の隙間Ｓが無くなったときに最大である。また、相対ねじり角θと回動角δとは比例する。
【００２４】
次に、上記構成の機械式クラッチ４０の作用を図５及び図８に基づき説明する。
図８は本発明に係る機械式クラッチの作用図である。
ステアリングハンドル２（図１参照）が操舵されていない場合、図５に示すように第１・第２クラッチ機構４１Ａ…，４１Ｂ…は全て解除されている。
【００２５】
ステアリングハンドル２の操舵トルクが小さい場合、入力軸１１（図２参照）に連結された位置制御部材４６…と出力部材４２との間の位相は、ほとんど変化しない。この場合には、位置制御部材４６…が、例えば矢印Ｘ方向に若干移動するものの、第１クラッチ機構４１Ａ…が係合するには致らない。このため、出力部材４２は電動機５からの補助トルクを受けず、入力軸１１に作用する操舵トルクは、係合凸部１１ｂ→圧縮ばね１２→出力部材４２の経路で出力部材４２に伝達される。
【００２６】
次に、ステアリングハンドル２の操舵トルクが大きい場合、入力軸１１に連結された位置制御部材４６…と出力部材４２との間の位相が大きく変化する。この場合には図８に示すように、位置制御部材４６…が矢印Ｘ方向に大きく移動する。このため、第１クラッチ機構４１Ａ…は係合状態になる。（係合部材４４…が圧縮ばね４７…に押されて移動し、摩擦力にて入力部材３２Ａと出力部材４２とを係合する）。
【００２７】
電動機５が回転することで入力部材３２Ａが矢印Ｘ方向に回転し、電動機５からの補助トルクは、第１クラッチ機構４１Ａ…を介して出力部材４２に伝達される。従って、出力部材４２はステアリング系（入力軸１１→係合凸部１１ｂ→圧縮ばね１２→出力部材４２→出力軸１３）の操舵トルクに、電動機５からの補助トルクが付加されたところの複合トルクで、矢印Ｘ方向に駆動される。
【００２８】
一方、電動機５による補助トルクの伝達が継続している状態で、ステアリングハンドル２を逆方向に操舵すると、位置制御部材４６…は入力部材３２Ａと反対方向（矢印Ｘと反対方向）に回る。このため、第１クラッチ機構４１Ａ…は解除状態になる。（係合部材４４…が位置制御部材４６…に押されて移動し、入力部材３２Ａと出力部材４２との間の摩擦係合を解除する。）
【００２９】
ところで、逆回転方向に係合する第２クラッチ機構４１Ｂ…は、上記第１クラッチ機構４１Ａ…と逆作動をするものであり、ステアリングハンドル２を反対方向に操舵した場合に係合・非係合に切換えられる。
【００３０】
なお、上記実施の形態において、入力軸１１と出力軸１３とを連結するための弾性部材は、トルクに比例して入力軸１１と出力軸１３との間での相対ねじり変位を発生するものであればよく、圧縮ばね１２，１２の構成の他に、例えば、硬質ゴム材でもよく、また、入力軸１１と出力軸１３とを軸方向で連結したトーションバーで構成してもよい。
また、メータ本体部２１の取付け位置は、入力軸１１の外周面と出力軸１３の外周面の、どちらでもよい。例えば、出力軸１３の外周面にメータ本体部２１を取付けた場合には、入力軸１１に作動子２２を係合し、出力軸１３にケーブル２５を巻回する。
【００３１】
更に、機械式クラッチ４０の入力部材は、大ハイポイドギヤ３２と別部材で構成してもよい。
更にまた、第１・第２クラッチ機構４１Ａ…，４１Ｂ…の数量は、３組ずつに限定するものではなく、任意に設定可能である。
また、係合部材４４は、テーパ状空間部４３の周方向端部と係合・非係合の切換えができるものであればよく、円柱状の他に、例えば球状でもよい。
更に、機械式クラッチ４０の付勢手段は圧縮ばね４７に限定せず、例えば、硬質ゴム材等で構成してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１記載の発明は、操舵トルク検出手段をポテンショメータで構成し、ポテンショメータの作動子を出力軸又は入力軸に係合させるとともにメータ本体部を入力軸の外周面又は出力軸の外周面に位置調整可能に取付けたことにより、ポテンショメータの着脱が容易であり生産性が向上し、また、交換も簡単である。しかも、入・出力軸を組立てた後に、ポテンショメータの中立位置を調整できるので、調整作業が容易である。
更に、ポテンショメータを軸の外周面に取付けるので、軸に挿通した場合に比べてメータ本体部が小型になり、電動パワーステアリング装置を小型化できる。
【００３３】
請求項２記載の発明は、メータ本体部を取付けた軸にケーブルを複数巻回し、このケーブルを介してポテンショメータを固定側と電気的に接続したので、入・出力軸が回動するのもかかわらず、ポテンショメータと固定側との電気的な接続構成を小型にできる。
【００３４】
請求項３記載の発明は、メータ本体部を取付けた軸にガイド部材を備え、このガイド部材で入・出力軸の軸方向へのケーブルの位置ずれを規制したことにより、ケーブルが軸方向へ位置ずれしないので、他の部材へのからまり、巻回長さの減少などの不具合がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の拡大断面図
【図３】図３は図２の３−３線断面図
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部分解斜視図
【図５】図２の５−５線断面図
【図６】本発明に係る操舵トルク検出手段の作用を説明する作用図
【図７】本発明に係る操舵トルク検出手段の作用を説明する作用図
【図８】本発明に係る機械式クラッチの作用図
【符号の説明】
１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングハンドル、３…操舵トルク検出手段、４…制御部、５…電動機、１１…入力軸、１１ａ…取付面、１１ｂ…係合凸部、１２…弾性部材（圧縮ばね）、１３…出力軸、１３ａ…係合溝、１３ｂ…係合孔、２１…メータ本体部、２１ａ…取付け用長孔、２２…作動子、２５…ケーブル、２７…端子、２８…ガイド部材、３０…トルク伝達手段（ギヤ機構）、３１…小ハイポイドギヤ、３２，３２Ａ…大ハイポイドギヤ（機械式クラッチの入力部材）、４０…機械式クラッチ（摩擦係合式クラッチ）、４１Ａ…第１クラッチ機構、４１Ｂ…第２クラッチ機構、４２…出力部材、４３…テーパ状空間部、４４…係合部材、４６…位置制御部材、４７…付勢部材（圧縮ばね）。
【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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【図８】
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