(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトに連動連結され、ステアリングホイールの操舵に応じて回転駆動される操舵側ピニオンギヤと、
該操舵側ピニオンギヤが噛合する操舵側ラック歯を有すると共に車体側のギヤボックスに支持され、且つ車輪を転向させ得るラックと、
該ラックに設けた補助側ラック歯に噛合する補助側ピニオンギヤと、
該補助側ピニオンギヤに減速機を介して連動連結され、操舵力補助を行なうために正逆回転可能な電動モータとを備え、
前記補助側ピニオンギヤの半径を操舵側ピニオンギヤの半径よりも小さくし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記載の電動パワーステアリング装置であって、
前記操舵側ラック歯と補助側ラック歯との歯車諸元が異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３】
請求項１記載の電動パワーステアリング装置であって、
前記操舵側ラック歯と補助側ラック歯との歯車諸元が同一であ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】
この発明は、車両等の操舵力を低減するための電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば図６，図７に示すものがある（特公昭６３−２８３０号公報、特開昭５５−４４０１３号公報参照）。
【０００３】
まず、図６，図７のようにこの電動パワーステアリング装置は、操舵側ピニオンギヤ１とラック３と補助側ピニオンギヤ５と電動モータ７とを備えている。
【０００４】
前記操舵側ピニオンギヤ１、ラック３、及び補助側ピニオンギヤ５は、車体側に支持されたギヤボックス９内に収納支持されている。前記操舵側ピニオンギヤ１は、ステアリングシャフト１１に連動連結されている。従って、操舵側ピニオンギヤ１はステアリングホイール１３の操舵に応じて回転駆動される構成となっている。
【０００５】
前記操舵側ピニオンギヤ１は、ラック３に設けた操舵側ラック歯１５に噛合している。前記補助側ピニオンギヤ５は、前記ラック３の補助側ラック歯１７に噛合している。前記補助側ピニオンギヤ５は、連動シャフト１９、及び減速機２１を介して前記電動モータ７に連動連結されている。尚、前記ラック３の両端部にはサイドロッド２３が連結され、このサイドロッド２３は、左右の車輪２５のナックルアーム２７に連結されている。
【０００６】
従って、ステアリングホイール１３を操作すると、ステアリングシャフト１１を介して操舵側ピニオンギヤ１が回転駆動される。又、ステアリングホイール１３の操舵角検出に応じて電動モータ７が回転し、減速機２１、連動シャフト１９を介して補助側ピニオンギヤ５が回転駆動される。そして、両ピニオンギヤ１，５の回転に応じてラック３が移動し、サイドロッド２３、ナックルアーム２７を介して車輪２５が操舵方向へ転向されることになる。こうして、電動モータ７による操舵力補助を得ながらステアリングホイール１３を操舵することができ、操舵力軽減を図ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記電動モータ７や減速機２１は、自動車のエンジンルーム内下部に収納されるが、その周辺には多数の他部品が密集しており、減速機２１自体はできるだけ小型化するのが肝要である。しかしながら、従来の電動パワーステアリング装置では、操舵側ピニオンギヤ１及び補助側ピニオンギヤ５の歯車諸元及び歯車半径を同一としており、しかも操舵側ピニオンギヤ１の半径はステアリングギヤ比などの車両要件から決定されるため、減速機２１の減速比は電動モータ７の諸元によって決まるものとなっていた。このため、減速機２１を小型化するには、電動モータ７を大型化しなければならず、電動モータ７の大きさを変えずに減速機２１のみを小型化することには限界があった。
【０００８】
そこで、この発明は、電動モータ７を大型化せずに減速機２１をより小型化することのできる電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ステアリングシャフトに連動連結され、ステアリングホイールの操舵に応じて回転駆動される操舵側ピニオンギヤと、該操舵側ピニオンギヤが噛合する操舵側ラック歯を有すると共に車体側のギヤボックスに支持され、且つ車輪を転向させ得るラックと、該ラックに設けた補助側ラック歯に噛合する補助側ピニオンギヤと、該補助側ピニオンギヤに減速機を介して連動連結され、操舵力補助を行なうために正逆回転可能な電動モータとを備え、前記補助側ピニオンギヤの半径を操舵側ピニオンギヤの半径よりも小さくしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置であって、前記操舵側ラック歯と補助側ラック歯との歯車諸元が異なることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置であって、前記操舵側ラック歯と補助側ラック歯との歯車諸元が同一であることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
上記手段の請求項１の発明によれば、補助側ピニオンギヤの半径を操舵側ピニオンギヤの半径よりも小さくすることによって、減速機のギヤ比を小さくすることができる。すなわち、ラック軸力は電動モータのモータトルクと減速機の減速比に比例し、補助側ピニオンギヤのピニオン半径に反比例する。従って、補助側ピニオンギヤのピニオン半径を小さくした分、減速機の減速比を小さくすれば、ラック軸力に影響を与えることなく減速機の減速比を小さくすることができる。又、ラック移動速度は電動モータの回転速度と補助側ピニオンギヤの半径とに比例し、減速機の減速比に反比例する。従って、この場合も補助側ピニオンギヤのピニオンギヤ半径を小さくした分、減速機の減速比を小さくすればラック移動速度に影響を与えることなく減速機の減速比を小さくすることができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の作用に加え、操舵側ラック歯と補助側ラック歯との歯車諸元が異なるため、操舵側ピニオンギヤと補助側ピニオンギヤとの歯数を同一にしながら、補助側ピニオンギヤの半径を小さくすることができる。
【００１４】
請求項３の発明では、請求項１の発明の作用に加え、操舵側ラック歯と補助側ラック歯との歯車諸元が同一であるため、歯数を少なくして補助側ピニオンギヤの半径を小さくすることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、この発明の実施例を説明する。尚、図６，図７と同一構成部分には同符号を付して説明し、また重複した説明は省略する。
【００１６】
（第１実施例）
図１は、図７と同様な模式図であり、この発明の第１実施例に係る電動パワーステアリング装置を示している。この第１実施例においても電動パワーステアリング装置としての基本的な構成は図７に示すものと略同一である。
【００１７】
一方、この発明の第１実施例では、操舵側ラック歯１５及び補助側ラック歯１７の歯車諸元を同一とし、特に補助側ピニオンギヤ５の半径を操舵側ピニオンギヤ１の半径よりも小さく設定している。又、この実施例では、前記減速機２１として遊星ギヤを用いている。前記減速機２１を含めた拡大概略構成を図２に示している。この図２のように減速機２１はリングギヤ２９、プラネタリーギヤ３１、及びサンギヤ３３から概ね構成されている。
【００１８】
前記リングギヤ２９は、減速機２１のハウジング３５側に設けられている。ハウジング３５は車体側に固定されている。前記プラネタリーギヤ３１は、リングギヤ２９及びサンギヤ３３に絡み合っており、プラネタリーキヤリヤ３７によって支持されている。プラネタリーキャリヤ３７は、前記補助側ピニオンギヤ５に連結シャフト１９を介して結合されている。前記サンギヤ３３は、前記電動モータ７の出力シャフト３９に連結されている。従って、電動モータ７が回転すると、出力シャフト３９を介してサンギヤ３３が回転し、このサンギヤ３３の回転によって固定側のリングギヤ２９に対しプラネタリーギヤ３１が自転しながら公転する。このため、プラネタリーキヤリヤ３７を介して減速した回転が連動シャフト１９を介して補助側ピニオンギヤ５へ伝達されることになる。
【００１９】
ところで、図２のような遊星ギヤを用いた減速機２１の減速比は、サンギヤ３３とリングギヤ２９との歯数で決まり、減速比が小さい程リングギヤ２９の歯数は少なくて良い。サンギヤ３３の歯数は電動モータ７の出力トルク等強度的要因で決まり、電動モータ７の大きさが変わらないという前提であれば図３の（ａ），（ｂ）においてサンギヤ３３の直径はφｄ１１＝φｄ２１で良い。なお、図３は、（ａ）が減速比大の場合、（ｂ）が減速比小の場合を示している。そして、（ａ）に比べて（ｂ）の減速比が小さいという条件では、φｄ１２＞φｄ２２となり、減速比が大の（ａ）に比較して減速比が小の（ｂ）の場合はより小型化を図ることができる。
【００２０】
ここで、減速比を変えて歯車減速機２１の小型化を図るとしても、ラック軸力、及びラック移動速度に影響があってはならない。電動モータ７の出力トルクとラック３の軸力との関係は、
ＦＲ  ＝ＴＭ  ×ｎ／ｒＰ２
となる。ここに、ＦＲ  ：ラック軸力（ｋｇｆ）、ＴＭ  ：モータトルク（ｋｇｆｍ）、ｎ：減速機の減速比、ｒＰ２：補助側ピニオンギヤ５のピニオン半径（ｍ）。
【００２１】
上式より、モータを変更しない場合（ＴＭ  が同じ）で車両も同一（ＦＲ  が同じ）である場合、ピニオン半径ｒＰ２が小さくなれば減速機の減速比ｎも小さくし、ｎ／ｒＰ２を一定にする。すなわち、電動モータ７を変更しない場合、ラック軸力を変えずに減速比を小さくすることができる。
【００２２】
また、電動モータ７の回転速度とラック３の移動速度との関係は、
【数１】
ＶＲ  ＝（ＮＭ  ／ｎ）×２πｒＰ２＝ＮＭ  ×２π×ｎ／ｒＰ２
となる。ここに、ＶＲ  ：ラック移動速度（ｍ／ｓ）、ＮＭ  ：モータの回転速度（ｒｐｓ）となる。
【００２３】
上式より、ｒＰ２／ｎを同一、即ち補助側ピニオンギヤ５のピニオン半径を小さくして減速機２１の減速比を小さくしても同一の電動モータ７を使う場合、ラック移動速度に影響を与えることはない。
【００２４】
次に、具体的な数値を用いてラック軸力と減速比等との関係について述べる。
【００２５】
まず、操舵側ピニオンギヤ１の半径ｒＰ１≒７ｍｍ（歯数ｚ＝７）とする。ここで、据切りで必要になるラック軸力は４４５ｋｇｆである。又、運転者の操舵力によるラック軸力は運転者が加え得る力を３．０ｋｇｆ、ステアリングホイール１３のハンドル半径を１９０ｍｍ（０．１９ｍ）、操舵側ピニオンギヤ１のピニオン半径７ｍｍ（０．００７ｍ）とすると、３．０ｋｇｆ×０．１９／０．００７≒８０ｋｇｆとなる。従って、電動モータ７が分担するラック軸力は４４５−８０＝３６５ｋｇｆとなる。
【００２６】
ここで、従来のように補助側ピニオンギヤ５も操舵側ピニオンギヤ１と同一半径（０．００７ｍ）とした場合、電動モータ７の最大トルクを０．１５ｋｇｆｍとすると、減速機２１の減速比は
【数２】
３６５ｋｇｆ×０．００７ｍ／０．１５ｋｇｆｍ＝１７．０
となる。
【００２７】
一方、この発明の第１実施例では、例えば、操舵側ピニオンギヤ１の半径ｒＰ１＝７ｍｍに対して、補助側ピニオンギヤ５の半径ｒＰ２＝５ｍｍ（０．００５ｍ）、歯数ｚ＝５としている。従って、電動モータ７を同一とすると、減速機２１のギヤ比は
【数３】
３６５ｋｇｆ×０．００５ｍ／０．１５ｋｇｆｍ＝１２．２
となり、減速比を小さくすることができる。
【００２８】
次に、減速機２１の減速比の違いによる寸法への影響を検討してみる。
【００２９】
図３の（ｂ）を参照すると、この図のようにプラネタリーギヤが１段の場合に減速比は、減速比＝１＋φｄ２２／φｄ２１となる。従って、上記のように両ピニオンギヤ１，５の半径が同一のとき減速比１７．０の場合は、サンギヤ３３の直径φｄ２１＝８ｍｍとすると
１７．０＝１＋φｄ２２／８
φｄ２２＝１２８ｍｍ
となり、減速比１２．２の場合は、
１２．２＝１＋φｄ２２／８
φｄ２２＝８９．６ｍｍ
となり、後者の場合リングギヤ２９の直径を著しく小さくすることができ、減速機２１の小型化を図ることができるのである。
【００３０】
要するに、この発明の第１実施例では、操舵側ラック歯１５及び補助側ラック歯１７の歯車諸元を変えずに、補助側ピニオンギヤ５の半径を操舵側ピニオンギヤ１の半径よりも小さくすることによって減速機２１の小型化を図ることができる。また補助側ピニオンギヤ５の半径を小さくすることができるので、ギヤボックス９の補助側ピニオンギヤ５を収納している周辺を小さくすることができる。スペース上、あるいは重量軽減に際して極めて有利な構造にすることができる。
【００３１】
（第２実施例）
図４，図５は、減速機２１としてウォームギヤを用いたものである。即ち、この減速機２１は、ウォームギヤ４１及びウォームホイール４３を備えている。ウォームギヤ４１は、電動モータ７の出力シャフト３９に連結されている。ウォームホイール４３は、連動シャフト１９を介して補助側ピニオンギヤ５に連結されている。従って、電動モータ７の回転は出力シャフト３９、ウォームギヤ４１、ウォームホイール４３、連動シャフト１９を介して、補助側ピニオンギヤ５へ減速して伝達されることになる。
【００３２】
そして、この実施例においても、減速機２１の寸法への影響について検討すると、上記と同一の条件の設定により減速比１７．０と１２．２の場合について検討する。この場合、減速比１６、ウォームホイールの直径φｄ≒５０ｍｍのものをベースにして検討すると、減速比１７．０の場合は、
【数４】
ウォームホイールの直径φｄ＝５０ｍｍ×１７／１６＝５３．１ｍｍ
となるのに対し、減速比１２．２の場合は、
ウォームホイールの直径φｄ＝５０ｍｍ×１２．２／１６＝３８．１ｍｍ
となり、この場合もウォームホイール４３の直径を小さくすることによって減速機２１の小型化を図ることができる。従ってこの実施例でも、ウォームギヤを用いて上記第１実施例と同様な作用効果を奏することができる。
【００３３】
尚、上記各実施例では、操舵側ラック歯１５及び補助側ラック歯１７の歯車諸元を同じにしてピニオンギヤ１，５の半径を変えたが、両ラック歯１５，１７の歯車諸元を変えて補助側ピニオンギヤ５の半径を操舵側ピニオンギヤ１の半径よりも小さくすることができる。即ち、補助側ラック歯１７のモジュールを操舵側ラック歯１５のモジュールよりも小さくして、両ピニオンギヤ１，５の歯数を変えずに補助側ピニオンギヤ５の半径を小さくするのである。
【００３４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明によれば、減速機及び補助側ピニオンギヤ周辺を小型化することができ、スペース上、重量軽減上、極めて有利な構造にすることができる。
【００３５】
請求項２の発明では、請求項１の発明の効果に加え、操舵側ピニオンギヤと補助側ピニオンギヤとの歯数を変えずに補助側ピニオンギヤの半径を小さくすることができる。
【００３６】
請求項３の発明では、請求項１の発明の効果に加え、操舵側ラック歯と補助側ラック歯との諸元が同一であるため、ラックについては従来と同様のものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例に係る構成図である。
【図２】減速機周辺を示す拡大概略図である。
【図３】減速比を説明するもので、（ａ）は減速比が大の場合、（ｂ）は減速比が小の場合を示す概略図である。
【図４】ウォームギヤを用いた減速機周辺の一部省略概略平面図である。
【図５】ウォームギヤを用いた減速機周辺の一部省略概略側面図である。
【図６】従来例に係る電動パワーステアリング装置の概略斜視図である。
【図７】従来例に係る電動パワーステアリング装置の一部省略概略平面図である。
【符号の説明】
１  操舵側ピニオンギヤ
３  ラック
５  補助側ピニオンギヤ
７  電動モータ
９  ギヤボックス
１１  ステアリングシャフト
１３  ステアリングホイール
１５  操舵側ラック歯
１７  補助側ラック歯
２１  減速機
【図１】
0003591043.tif 000002
【図２】
0003591043.tif 000003
【図３】
0003591043.tif 000004
【図４】
0003591043.tif 000005
【図５】
0003591043.tif 000006
【図６】
0003591043.tif 000007
【図７】
0003591043.tif 000008