(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルに連結しているスタブシャフトと、ラックとかみ合うピニオンが形成されたピニオンシャフトとを、ハウジング内に臨ませるとともに、このハウジング内には、駆動かさ歯車と、この駆動かさ歯車とは軸線の向きを９０度ずらしてかみ合いつつ、互いに対向している一対の従動かさ歯車とを備え、上記スタブシャフトおよびピニオンシャフトのそれぞれを、この一対の従動かさ歯車の対向部間に突出させ、それら両シャフトをトーションバーを介して連結し、かつ、一対の従動かさ歯車に対して、両シャフトを回転自在にし、しかも、この一対の従動かさ歯車間に、スタブシャフトとピニオンシャフトとをまたがせた可動体を設け、この可動体は一方のシャフトとはストレートスプライン結合を、他方のシャフトとはヘリカルスプライン結合をさせる一方、可動体と一方の従動かさ歯車との間に第１クラッチ機構を、可動体と他方の従動かさ歯車との間に第２クラッチ機構を設け、上記駆動かさ歯車は、減速機を介して電動モータと接続し、この電動モータは電力供給源と接続した電動パワーステアリング装置において、ハウジングあるいは可動体のいずれか一方に、モータスイッチを組み込み、いずれか他方にモータスイッチをオン・オフするためのスイッチング部材を設け、可動体が移動したときモータスイッチが入力してモータを駆動させる構成にし、さらに、上記スタブシャフトおよびピニオンシャフトをハウジング内に設けたベアリングで支持するとともに、少なくとも一方のベアリングとハウジングとの間に弾性部材を介在させ、弾性部材の弾性力を軸方向に作用させることで、軸方向の寸法誤差を吸収す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２】
一対の従動かさ歯車の軸部に形成した溝に、２つの半円筒部材をはめ合わせることで軸受が構成され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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ラックアンドピニオン式の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は先に、図７、８に示す構造を備えた電動パワーステアリング装置を提案している。この電動パワーステアリング装置は、ハンドルＨにスタブシャフト１を連係し、ピニオンシャフト３にピニオン３ａを形成するとともに、このピニオン３ａをラック軸４に形成したラック４ａにかみ合わせている。
上記スタブシャフト１とピニオンシャフト３とは、トーションバー８を介して連結し、それら両シャフト１、３が、トーションバー８をねじりながら相対回転できるようにしている。
また、上記スタブシャフト１とピニオンシャフト３のそれぞれには、従動かさ歯車９、１０を回転自在に設けるとともに、これら一対の従動かさ歯車９、１０には、その軸線に対して９０度ずらした駆動かさ歯車１１をかみ合わせている。
したがって、駆動かさ歯車１１が回転すると、両従動かさ歯車９、１０は、互いに反対方向に回転することになる。
上記駆動かさ歯車１１は、減速機６を介して電動モータ７と連係するとともに、この電動モータ７は電力供給源であるバッテリー５と接続している。
【０００３】
さらに、上記一対の従動かさ歯車９、１０間において、スタブシャフト１とピニオンシャフト３の両者をまたぐようにして、可動体１２を嵌合している。
この可動体１２は、スタブシャフト１に対してはストレートスプライン結合させ、ピニオンシャフト３に対してはヘリカルスプライン結合させている。
すなわち、上記スタブシャフト１の先端部分をストレートスプライン軸部１７とし、このストレートスプライン軸部１７に、可動体１２の一方の側に形成したストレートスプライン部１８をかみ合わせている。
また、ピニオンシャフト３の先端部分をヘリカルスプライン軸部１９とし、このヘリカルスプライン軸部１９に、可動体１２の他方の側に形成したヘリカルスプライン部２０をかみ合わせている。
【０００４】
なお、可動体１２は、スタブシャフト１に対してヘリカルスプライン結合を、ピニオンシャフト３に対してはストレートスプライン結合させてもよい。
このようにした可動体１２と一方の従動かさ歯車９とに第１クラッチ機構１３を設け、可動体１２と他方の従動かさ歯車１０との間に第２クラッチ機構１４を設けている。
【０００５】
次に、この従来例の作用を説明する。
いま、ハンドルＨを回してスタブシャフト１を回転すると、その回転力がトーションバー８を介して、ピニオンシャフト３に伝達される。しかし、タイヤ側の抵抗により、ピニオンシャフト３は回転しにくいため、スタブシャフト１はトーションバー８をねじりながらピニオンシャフト３と相対回転する。
このようにスタブシャフト１が回転すると、可動体１２もそれと一体に回転する。しかし、上記のように両シャフト１、３は相対回転するので、可動体１２がヘリカルスプライン軸部１９のリードに応じて軸方向に移動する。このとき、タイヤ側の抵抗が大きいほど、両シャフト１、３の相対回転量が大きくなり、可動体１２の軸方向への移動量も大きくなる。
ただし、この可動体１２の移動方向は、スタブシャフト１の回転方向に応じて異なる。例えば、ハンドルＨを右にきると、スタブシャフト１は矢印Ａ１  方向に回転するとともに、可動体１２が図８上側に移動し、第１クラッチ機構１３を接続する。逆に、ハンドルＨを左にきると、スタブシャフト１は矢印Ａ２  方向に回転するとともに、可動体１２が図８下側に移動し、第２クラッチ機構１４を接続する。
【０００６】
第１クラッチ機構１３が接続しているときに、電動モータ７に連係した駆動かさ歯車１１が矢印Ａ方向に回転していれば、可動体１２が従動かさ歯車９とともにＡ１  方向に回転する。このように第１クラッチ機構１３が接続した状態で、可動体１２が矢印Ａ１  方向に回転すると、スタブシャフト１とピニオンシャフト３とが、可動体１２を介して矢印Ａ１  方向に一体回転する。つまり、電動モータ７の駆動力によってピニオンシャフト３が回転し、ラック軸４を移動させ、操舵力をパワーアシストするものである。
また、上記とは反対に、第２クラッチ機構１４が接続しているときには、可動体１２が従動かさ歯車１０とともに矢印Ａ２  方向に回転する。このように第２クラッチ機構１４が接続した状態で、可動体１２が矢印Ａ２  方向に回転すると、スタブシャフト１とピニオンシャフト３とが、可動体１２を介して矢印Ａ２  方向に一体回転する。この場合にも、電動モータ７の駆動力によってピニオンシャフト３が回転し、ラック軸４を移動させ操舵力をアシストするものである。
【０００７】
かかる構成の電動パワーステアリング装置においては、電動モータ７は操舵アシスト力に必要とされる最大出力トルクＴを基準にして選ばれる。
ここで、電力供給源として印加電圧一定のバッテリ５を用いると、電動モータ７の出力はそれに作用する負荷に応じて変化する。
ここで、電動モータ７の出力トルクと回転数との間には、図６に示すような特性がある。つまり、ハンドルへの入力トルクによって、クラッチ機構の押付力が決まると同時に、電動モータ７に作用する負荷も変化する。この負荷に応じて電動モータ７の出力トルクが変化するとともに、回転数も図６のように変化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように電動モータを選択すると、それに作用する負荷が小さいときに、言い換えれば電動モータの出力トルクが小さいときに、その回転数は高くなってしまう。つまり、操舵アシストを必要としないときにも、電動モータは常に高回転していることになる。
このように、電動モータが常に回転していれば、当然のこととして減速機も常に回転していることになるので、騒音が大きくなってしまうという問題が発生する。
また、電動モータが常に回転していると、モータブラシなどの消耗が早くなり、電動モータや減速機の寿命が短くなってしまうといった問題があった。
この発明の目的は、操舵アシストが必要でないときには電動モータを停止させて、電動モータや減速機の寿命を延ばすことを可能とする電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ハンドルに連結しているスタブシャフトと、ラックとかみ合うピニオンが形成されたピニオンシャフトとを、ハウジング内に臨ませるとともに、このハウジング内には、駆動かさ歯車と、この駆動かさ歯車とは軸線の向きを９０度ずらしてかみ合いつつ、互いに対向している一対の従動かさ歯車とを備え、上記スタブシャフトおよびピニオンシャフトのそれぞれを、この一対の従動かさ歯車の対向部間に突出させ、それら両シャフトをトーションバーを介して連結し、かつ、一対の従動かさ歯車に対して、両シャフトを回転自在にし、しかも、この一対の従動かさ歯車間に、スタブシャフトとピニオンシャフトとをまたがせた可動体を設け、この可動体は一方のシャフトとはストレートスプライン結合を、他方のシャフトとはヘリカルスプライン結合をさせる一方、可動体と一方の従動かさ歯車との間に第１クラッチ機構を、可動体と他方の従動かさ歯車との間に第２クラッチ機構を設け、上記駆動かさ歯車は、減速機を介して電動モータと接続し、この電動モータは電力供給源と接続した電動パワーステアリング装置を前提にするものである。
上記の装置を前提にしつつ、第１の発明は、ハウジングあるいは可動体のいずれか一方に、モータスイッチを組み込み、いずれか他方にモータスイッチをオン・オフするためのスイッチング部材を設け、可動体が移動したときモータスイッチが入力してモータを駆動させる構成にし、さらに、上記スタブシャフトおよびピニオンシャフトをハウジング内に設けたベアリングで支持するとともに、少なくとも一方のベアリングとハウジングとの間に弾性部材を介在させ、弾性部材の弾性力を軸方向に作用させることで、軸方向の寸法誤差を吸収する構成にした点に特徴を有する。
第２の発明は、一対の従動かさ歯車の軸部に形成した溝に、２つの半円筒部材をはめ合わせることで軸受が構成される点に特徴を有する。
【００１０】
第１の発明は上記のように構成したので、操舵アシストが必要でないときには電動モータを停止させていることが可能である。しかも、弾性部材の弾性力により、クラッチ機構などの部品寸法の誤差を吸収することができる。
第２の発明によれば、従動かさ歯車の軸部に形成した溝に、半円筒部材をはめ合わせて軸受を構成しているので、従動かさ歯車の軸方向の動きを規制できるとともに、一対の従動かさ歯車の位置決めを容易に行うことができる。
【００１１】
【実施例】
図１〜５にこの発明の実施例を示す。なお、従来と同一の構成要素については同一の記号を記すとともに、その詳細な説明は省略する。
図１に示すこの実施例では、ケース２６とカバー２７とからなるハウジング内に従来例で述べたような電動パワーステアリング装置を組み込んでいる。
スタブシャフト１とピニオンシャフト３とは、トーションバー８を介して連結し、それら両シャフト１、３が、トーションバー８をねじりながら相対回転できるようにしている。
これら両シャフト１、３に形成したフランジ部１ａ、３ａ間に、一対のアースプレート３１ａ、３１ｂを設ける。さらにこの一対のアースプレート３１ａ、３１ｂの間に、可動体２１を移動可能に組み込んでいる。
【００１２】
この可動体２１は、スタブシャフト１に対してはストレートスプライン結合させ、ピニオンシャフト３に対してはヘリカルスプライン結合させている。
すなわち、上記スタブシャフト１の先端部分をストレートスプライン軸部１７とし、このストレートスプライン軸部１７に、可動体２１の一方の側に形成したストレートスプライン部１８をかみ合わせている。
また、ピニオンシャフト３の先端部分をヘリカルスプライン軸部１９とし、このヘリカルスプライン軸部１９に、可動体２１の他方の側に形成したヘリカルスプライン部２０をかみ合わせている。
なお、可動体２１は、スタブシャフト１に対してヘリカルスプライン結合を、ピニオンシャフト３に対してはストレートスプライン結合させてもよい。
さらに、この可動体２１のスタブシャフト１側とピニオンシャフト３側に形成した溝には、それぞれクラッチとしての内板２２ａ、２２ｂが組み込まれている。
【００１３】
上記のようにしたスタブシャフト１とピニオンシャフト３のそれぞれには、従動かさ歯車９、１０を回転自在に設けている。また、これら従動かさ歯車９、１０の内部側に形成された溝には、それぞれ外板２３ａ、２３ｂを設けている。
そして、これらクラッチとしての内板２２ａと外板２３ａとを交互に組み込むとともに、それらの間にはすき間を形成している。これが第１クラッチ機構１３を構成する。
同様に内板２２ｂと外板２３ｂとを交互に組み込むとともに、それらの間にはすき間を形成している。これが第２クラッチ機構１４を構成する。
そして、これらクラッチ機構１３、１４の周りに、従動かさ歯車９、１０が回転自在に配置されている。
また、これら一対の従動かさ歯車９、１０には、その軸線に対して９０度ずらした駆動かさ歯車１１をかみ合わせている。
【００１４】
以上のように組み立てたものを、ケース２６内に組み込む。
このとき、上記従動かさ歯車９、１０にはすべり軸受３５を設ける。このすべり軸受３５は図２に示すように、内側へ突出するフランジ部３２ｃ、３３ｃを両端に備えた半円筒部材３２，３３からなる。つまり、従動かさ歯車９、１０の軸部に形成した溝９ａ、１０ａに、２つの半円部材３２，３３のフランジ部３２ｃ、３３ｃをはめ込んで、略円筒状のすべり軸受を構成している。なお、上記すべり軸受には、駆動かさ歯車１１が挿入される挿通孔や、後述するスイッチング部材３４が挿入される挿通孔が形成されているが、図２には図示していない。
そして、このようにすべり軸受３５を設けたものをケース２６内に組み込む際に、ピニオンシャフト３をボールベアリング２８ｂで支持させるとともに、このピニオンシャフト３をラック軸４とかみ合わせる。
このとき、上記すべり軸受３５が、その下端をケース２６に形成している段部２６ａに嵌合することで、従動かさ歯車９、１０の位置が決められる。
【００１５】
さらに、ケース２６にはモータスイッチ２４が取り付けられており、そのスイッチング部材３４の先端が可動体２１に固定されている。このモータスイッチ２４は、可動体２１が軸方向にある量だけ移動したときにＯＮになる。このとき電動モータ７には、スイッチボックス２５を介して、電力供給源としてのバッテリ５から電圧が供給され、電動モータ７が回転するようになっている。
そして、カバー２７を被せるが、この際スタブシャフト１をボールベアリング２８ａによって支持させる。ここで、ベアリング２８ａとカバー２７との間には、弾性体としてのウェーブばね２９を介在させるとともに、このウェーブばね２９のばね力を、ベアリング２８ａを介して、スタブシャフト１に形成したフランジ部１ａに作用させている。一方、スタブシャフト１はカバー２７を貫通しているとともに、図示していないハンドルＨに連結している。
さらにまた、駆動かさ歯車１１は、減速機６を介して電動モータ７に連結させる。
なお、これらケース２６とカバー２７から構成されるハウジング内はオイルにより満たされている。
【００１６】
次に、この電動パワーステアリング装置の作用を説明する。
いま、図示していないハンドルＨを回してスタブシャフト１を回転すると、その回転力がトーションバー８を介して、ピニオンシャフト３に伝達される。しかし、タイヤ側の抵抗によりピニオンシャフト３は回転しにくいため、スタブシャフト１はトーションバー８をねじりながらピニオンシャフト３と相対回転する。
このようにスタブシャフト１が回転すると、可動体２１もそれと一体に回転する。しかし、上記のように両シャフト１、３は相対回転するので、可動体２１がヘリカルスプライン軸部１９のリードに応じて軸方向に移動する。そして、車両低速走行時などのようにタイヤ側の抵抗が大きいほど、両シャフト１、３の相対回転量は大きくなり、よって可動体２１の軸方向への移動量も大きくなる。
ただし、この可動体１２の移動方向は、スタブシャフト１の回転方向に応じて異なる。例えば、ハンドルＨを右にきると、スタブシャフト１は矢印Ａ１  方向に回転するとともに、可動体１２が図１上側に移動し、第１クラッチ機構１３を接続する。逆に、ハンドルＨを左にきると、スタブシャフト１は矢印Ａ２  方向に回転するとともに、可動体２１が図１下側に移動し、第２クラッチ機構１４を接続する。
そして、上記のように軸方向に可動体２１がある量だけ移動したときに、モータスイッチ２４がＯＮになる。
【００１７】
このとき第１クラッチ機構１３が押し付けられ、電動モータ７に連結した駆動かさ歯車１１が矢印Ａ方向に回転していれば、可動体２１が従動かさ歯車９とともにＡ１  方向に回転する。このように第１クラッチ機構１３が接続した状態で、可動体１２が矢印Ａ１  方向に回転すると、スタブシャフト１とピニオンシャフト３とが、可動体２１を介して矢印Ａ１  方向に一体回転する。つまり、電動モータ７の駆動力によってピニオンシャフト３が回転し、ラック軸４を移動させることで操舵力をパワーアシストするものである。
また、上記とは反対に、第２クラッチ機構１４が押し付けられているときには、可動体２１が従動かさ歯車１０とともに矢印Ａ２  方向に回転する。このように第２クラッチ機構１４が接続した状態で、可動体２１が矢印Ａ２  方向に回転すると、スタブシャフト１とピニオンシャフト３とが、可動体２１を介して矢印Ａ２  方向に一体回転する。この場合にも、電動モータ７の駆動力によってピニオンシャフト３が回転し、ラック軸４を移動させ操舵力をアシストするものである。
【００１８】
ハンドルＨからスタブシャフト１への入力トルクと、可動体２１の移動によるクラッチの押付力との間には、図３に示すような比例関係がある。例えば、据え切り時などタイヤ側の抵抗によりピニオンシャフト３が回転しにくいときには、入力トルクは大きくなる。このとき、スタブシャフト１とピニオンシャフト３の相対回転量が大きくなり、それに比例して可動体２１の移動量、つまりクラッチの押付力が大きくなるからである。
同時に、可動体２１の移動によるクラッチの押付力と、電動モータ７の出力トルクとの間には、図４に示すような比例関係がある。つまり、クラッチの押付力が大きいとき、電動モータ７に作用する負荷は大きくなる。ここで、電力供給源として印加電圧一定のバッテリ５を用いた場合、電動モータ７のモータ出力トルク−回転数間には、図６に示すような特性がある。よって、負荷に比例して電動モータ７の出力トルクは大きくなる。
以上から分かるように、ハンドルＨからスタブシャフト１への入力トルクと、電動モータ７の出力トルクとは比例関係にある。
【００１９】
以上のことより、モータスイッチ２４がＯＮになる可動体２１の移動量は、ハンドルに入力される入力トルクを基準としている。
いま、操舵アシストが必要と思われるときの入力トルクＨＴを設定する。ここで上記のように、入力トルクと、クラッチ機構の押付力との間には、図３に示すような比例関係がある。よって、この設定入力トルク時の押付力Ｆが判るとともに、この押付力Ｆを発生するための可動体２１の移動量を設定移動量とすればよい。
そして、この設定移動量だけ可動体２１が移動する少し手前において、モータスイッチ２４がＯＮになるようにする。このように少し手前としたのは、急に操舵アシスト力が生じることがなく、滑らかに電動モータ７の出力トルクを伝えるためである。なお、モータスイッチ２４がＯＮになるときの入力トルクをｈｔ、クラッチ機構の押付力をｆとする。
図４より押付力ｆのときの、電動モータ７の出力トルクをｍｔとすると、出力トルクｍｔよりも小さな出力トルクは不要な出力トルクである。
【００２０】
このように入力トルクｈｔが入力されたときに、モータスイッチ２４がＯＮになるので、出力トルクｍｔよりも小さな出力トルクはカットすることができる。つまり、この領域における電動モータ７の回転をカットすることができる。
この様子を図５に示す。横軸は入力トルクであり、縦軸はマニュアル力及びアシスト力によりラック軸に出力されるトルクである。図中実線がこの発明の特性を示した線であり、破線はマニュアルのみの場合の特性を示した図である。なおｃ点は最大アシスト点を示している。
【００２１】
かかる構成の電動パワーステアリング装置においては、操舵アシストが必要でないときには電動モータ７を停止させているとともに、操舵アシストが必要なときには滑らかに操舵アシストを行うことが可能である。
よって、電動モータ７が常に回転している状態を避けることができ、電動モータ７や減速機６による騒音、また消費電力を低減できるとともに、電動モータ７や減速機６の寿命を延ばすことが可能となる。
また、上記のようにカバー２７に設けられたベアリング２８ａ端に、ウェーブばね２９を設けているので、クラッチ板２２ａ、２２ｂ及び２３ａ、２３ｂの部品寸法の誤差などを吸収することができる。つまり、クラッチ機構の押付力などの特性を正確に調整することが可能である。
さらに、半円筒部材を組みあわせた構造のすべり軸受を、従動かさ歯車９、１０の外周面に形成した溝９ａ、１０ａにはめ込んでいるので、一対の従動かさ歯車９、１０軸方向の動きを規制することができる。よって、これら一対の従動かさ歯車９、１０の位置決めを容易に、かつ、正確に行うことができるとともに、クラッチ機構の押付力などの特性を正確にすることが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
第１の発明によれば、電動モータが必要なときにのみ回転するので、電動モータや減速機による騒動、消費電力を低減できるとともに、電動モータや減速機の寿命を延ばすことが可能になる。さらに、部品寸法の誤差などを吸収することができるので、クラッチ機構の押付力などの特性を正確にすることが可能である。
また第２の発明によれば、一対の従動かさ歯車の位置決めを容易に、かつ、正確に行うことができ、よってクラッチ機構の押付力などの特性を正確にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の電動パワーステアリング装置断面図である。
【図２】すべり軸受の斜視図である。
【図３】スタブシャフトへの入力トルクと、可動体の移動によるクラッチの押付力との特性を示す図である。
【図４】可動体の移動によるクラッチの押付力と、電動モータの出力トルクとの特性を示す図である。
【図５】この発明による、マニュアル力及びアシスト力によりラック軸に出力されるトルクと、入力トルクとの関係を示した図である。
【図６】電力供給源として印可電圧一定のバッテリを用いた場合の、電動モータの出力トルクと回転数との特性を示した図である。
【図７】従来例の電動パワーステアリング装置を示した図である。
【図８】従来例の電動パワーステアリング装置の断面図である。
【符号の説明】
１    スタブシャフト
２    ピニオンシャフト
６    減速機
７    電動モータ
９ａ、１０ａ    溝
２１  可動体
２２ａ、２２ｂ  内板
２３ａ、２３ｂ  外板
２４  モータスイッチ
２６  ケース
２７  カバー
２８ａ、２８ｂ  ベアリング
２９  ウェーブばね
３２、３３  半円筒部材
３４  スイッチング部材
３５  すべり軸受
【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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