(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
そのステアリングシャフトの外周とギアの内周とに挟まれることで径方向に変形している第１回転規制部材と、
そのステアリングシャフトとギアとに、両者の相対回転を規制可能に隙間を介して嵌め合わされる第２回転規制部材とを備え、
その第１回転規制部材は、径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフトとギアとに作用させることで、両者の相対回転の規制トルクを摩擦に基づき発生し、
その第１回転規制部材が発生する規制トルクは、その第２回転規制部材の破壊トルクよりも小さくされている電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
その第１回転規制部材は、径方向変形量が一定値以下では径方向変形量に比例する径方向力を発生可能であり、その一定値を超える領域において、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が一定値未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域を有し、その一定値を超える領域内の値に前記径方向変形量が設定されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
そのギアのステアリングシャフトに対する軸方向移動と径方向移動とを規制する手段が設けられている請求項１または２に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、モータが発生する操舵補助トルクをステアリングシャフトにギアを介して伝達する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵補助トルクをステアリングシャフトにギアを介して伝達する電動パワーステアリング装置においては、そのステアリングシャフトとギアとにキーやピン等を嵌め合わせることで、そのステアリングシャフトとギアとの相対回転を規制している。
【０００３】
また、過大なトルクがステアリングシャフトに作用した場合、そのキーやピン等を破壊してステアリングシャフトとギアとの相対回転を許容することで、モータロック時のフェイルセーフのためにマニュアル操舵を可能としたり、操舵限界まで操舵した時のモータイナーシャによるギアの破損を防止している。すなわち、そのキーやピン等をメカニカルヒューズとして機能させている（特開平７‐１１７６９０号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記キーやピン等は、ステアリングシャフトとギアとに組み付け上の必要性から隙間を介して嵌め合わされる。そのため、操舵補助トルクをギアからステアリングシャフトに伝達する際、その隙間分だけステアリングシャフトとギアとが相対回転し、操舵フィーリングが低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決することのできる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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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、そのステアリングシャフトの外周とギアの内周とに挟まれることで径方向に変形している第１回転規制部材と、そのステアリングシャフトとギアとに、両者の相対回転を規制可能に隙間を介して嵌め合わされる第２回転規制部材とを備え、その第１回転規制部材は、径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフトとギアとに作用させることで、両者の相対回転の規制トルクを摩擦に基づき発生し、その第１回転規制部材が発生する規制トルクは、その第２回転規制部材の破壊トルクよりも小さくされていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、第１回転規制部材の径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフトとギアとに作用させることで、その第１回転規制部材とステアリングシャフトとの間の摩擦抵抗および第１回転規制部材とギアとの間の摩擦抵抗により、ステアリングシャフトとギアとの相対回転の規制トルクを発生することができる。
その規制トルクをモータが発生する操舵補助トルクよりも大きくすることで、操舵補助トルクをギアからステアリングシャフトに伝達する際にステアリングシャフトとギアとが相対回転するのを規制し、操舵フィーリングの低下を防止できる。
【０００８】
また、その第１回転規制部材が発生する規制トルクを超えて、過大なトルクがステアリングシャフトに作用した場合、第２回転規制部材を破壊してステアリングシャフトとギアとの相対回転を許容することで、モータロック時のフェイルセーフのためにマニュアル操舵を可能としたり、操舵限界まで操舵した時のモータイナーシャによるギアの破損を防止したりできる。すなわち、その第２回転規制部材をメカニカルヒューズとして機能させることができる。
【０００９】
また、その第１回転規制部材が発生する規制トルクは、その第２回転規制部材の破壊トルクよりも小さいので、第１回転規制部材をコンパクトにできる。これにより、電動パワーステアリング装置が大型化することはない。
【００１０】
その第１回転規制部材は、径方向変形量が一定値以下では径方向変形量に比例する径方向力を発生可能であり、その一定値を超える領域において、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が一定値未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域を有し、その一定値を超える領域内の値に前記径方向変形量が設定されているのが好ましい。
【００１１】
これにより、ステアリングシャフトの外径寸法やギアの内径寸法の加工公差により第１回転規制部材の径方向変形量が変動しても、その径方向変形量に対する径方向力の変動を小さくできる。よって、その径方向力に対応して定まる規制トルクを正確に所望の範囲内に設定することができる。
【００１２】
そのギアのステアリングシャフトに対する軸方向移動と径方向移動とを規制する手段が設けられているのが好ましい。これにより、そのギアの噛み合い率やバックラッシが変動するのを防止でき、操舵フィーリングの変動を防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図７を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
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の舵角を変化させる。
【００１５】
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の出力軸８ａに取り付けられた駆動ベベルギア９と、この駆動ベベルギア９に噛み合う従動ベベルギア１０とが設けられている。
【００１６】
そのトルクセンサ７のハウジング２１は、ラック５を覆うラックハウジング６に一体化される。そのラックハウジング６に上記モータ８が取り付けられている。
【００１７】
そのトルクセンサ７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２シャフト３ｂとに分割されている。その第１シャフト３ａは、そのハウジング２１に軸受３１を介して支持される。その第２シャフト３ｂは、トルクセンサ７のハウジング２１とラックハウジング６に軸受２６、２７、１９を介して支持され、その外周に上記ピニオン４が一体的に設けられている。
【００１８】
各シャフト３ａ、３ｂの中心に沿ってトーションバー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にピン２２により連結され、他端はピン２４により第２シャフト３ｂに連結されている。これにより、その第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとは操舵トルクに応じて弾性的に相対回転する。
【００１９】
図２に示すように、その第１シャフト３ａの外周の一部と第２シャフト３ｂの内周の一部とは互いに対向する非円形部３ａ′、３ｂ′とされ、その第１シャフト３ａの非円形部３ａ′と第２シャフト３ｂの非円形部３ｂ′とが当接することで、両シャフト３ａ、３ｂ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。
【００２０】
そのトルクセンサ７は、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１シャフト３ａの外周に固定される磁性材製の第１検出リング３６と、その第２シャフト３ｂの外周に固定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検出リング３６の他端側内径は、対向するシャフト３ａの外径より大きくされており、両者間に隙間が設けられている。これにより、第１検出リング３６の他端側からのシャフト３ａへの磁束の漏れを防止できる。
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に接続される。
【００２１】
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。
【００２２】
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駆動される操舵補助用モータ８の回転が、その駆動ベベルギア９から従動ベベルギア１０を介してステアリングシャフト３に伝達されることで、操舵補助力が付与される。
【００２３】
上記従動ベベルギア１０は、上記第２シャフト３ｂの外周に第１回転規制部材５１と第２回転規制部材６１とを介して嵌め合わされている。
【００２４】
図４、図５に示すように、その第１回転規制部材５１は、その第２シャフト３ｂの外周と従動ベベルギア１０の内周とに挟まれることで径方向に変形している。その第１回転規制部材５１として本実施形態では、図５、図６に示すように、割り溝５１ａを有する金属製リング本体５１ｂに、周方向に沿って一定間隔で、径方向外方へ突出する複数の半円筒状突出部５１ｃを一体的に形成したものを用い、各突出部５１ｃの径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフト３と従動ベベルギア１０とに作用させている。
【００２５】
その第１回転規制部材５１として、例えばトレランスリング（レンコルトレランスリングス社製、ＳＶ型）を用いることができる。図７は、その第１回転規制部材５１の径方向変形量と径方向力との関係を示し、径方向変形量が一定値δａ以下では径方向変形量に比例して径方向力が増加するものとされ、その一定値δａを超える領域において、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が一定値δａ未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域Ａを有する。その一定値δａを超える領域Ａ内の値δｂに第１回転規制部材５１の径方向変形量が設定されている。
【００２６】
その第１回転規制部材５１が、径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフト３と従動ベベルギア１０とに作用させることで、その第１回転規制部材５１とステアリングシャフト３との間の摩擦抵抗および第１回転規制部材５１と従動ベベルギア１０との間の摩擦抵抗により、ステアリングシャフト３と従動ベベルギア１０との相対回転の規制トルクを発生する。その規制トルクはモータ８の発生する操舵補助トルクよりも大きくされている。これにより、操舵補助トルクを駆動ベベルギア９を経て従動ベベルギア１０からステアリングシャフト３に伝達する際に、その従動ベベルギア１０とステアリングシャフト３が相対回転するのを規制し、操舵フィーリングの低下を防止している。
【００２７】
その第２回転規制部材６１として本実施形態では、図４、図５に示すように、そのステアリングシャフト３と従動ベベルギア１０とに、両者３、１０の相対回転を規制可能に隙間を介して嵌め合わされる半月キーが用いられている。すなわち、その第２回転規制部材６１は、上記第１回転規制部材５１の割り溝５１ａの内部において、ステアリングシャフト３と従動ベベルギア１０とに形成されたキー溝３ｓ、１０ｓに嵌め合わされている。
【００２８】
第１回転規制部材５１が発生するステアリングシャフト３と従動ベベルギア１０との相対回転の規制トルクを超えて、過大な所定のトルクがステアリングシャフト３に作用した場合、その第２回転規制部材６１は破壊されるように強度設定されている。その破壊により、ステアリングシャフト３と従動ベベルギア１０との相対回転を許容し、モータロック時のフェイルセーフのためにマニュアル操舵を可能としたり、操舵限界まで操舵した時のモータイナーシャによる従動ベベルギア１０の破損を防止できる。すなわち、その第２回転規制部材６１をメカニカルヒューズとして機能させている。
【００２９】
また、その第１回転規制部材５１が発生する規制トルクは、その第２回転規制部材６１の破壊トルクよりも小さいので、第１回転規制部材５１をコンパクトにできる。これにより電動パワーステアリング装置１が大型化することはない。
【００３０】
なお、その駆動ベベルギア９と従動ベベルギア１０は、すぐば、まがりばの何れであってもよい。まがりばの場合、従動ベベルギア１０は駆動ベベルギア９の回転をステアリングシャフト３に伝達する際に軸方向力を受ける。その軸方向力により従動ベベルギア１０がステアリングシャフト３に対し軸方向移動するのを規制する規制部として、図４に示すように、その第２シャフト３ｂをトルクセンサ７のハウジング２１により支持するための軸受２６と、第２シャフト３ｂの外周の雄ねじ部３ｂ′に雌ねじ部５２″を介してねじ合わされるナット５２とが、軸方向に間隔をおいて配置される。その軸受２６とナット５２との間に従動ベベルギア１０が配置される。その従動ベベルギア１０の軸方向寸法Ｌ１は、その軸受２６とナット５２との間の軸方向寸法Ｌ２よりも僅かに小さくされる。なお、ナット５２は組み立て後にかしめられることでステアリングシャフト３に固定される。
また、その第１回転規制部材５１は、第２シャフト３ｂの外周に形成された周溝３ｅ内に配置される。その周溝３ｅの軸方向寸法Ｌ３は従動ベベルギア１０の軸方向寸法Ｌ１よりも小さくされ、その周溝３ｅは従動ベベルギア１０の軸方向両端間に配置される。これにより、その従動ベベルギア１０の軸方向両端内周に対向する第２シャフト３ｂの外周は、その従動ベベルギア１０が径方向移動するのを規制する規制部３ｂ″となる。その規制部３ｂ″の外周径Ｄ１は、その従動ベベルギア１０の内径Ｄ２よりも僅かに小さくされる。
これにより、従動ベベルギア１０はステアリングシャフト３に対する軸方向移動と径方向移動とが規制され、駆動ベベルギア９との噛み合い率やバックラッシが変動するのを防止でき、操舵フィーリングの変動を防止できる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではラックピニオン式の電動パワーステアリング装置に本発明を適用したが、電動パワーステアリング装置の型式は特に限定されず、例えばボールスクリュー式にも適用できる。また、ステアリングシャフトに嵌め合わされるギアはベベルギアに限定されず、例えばウォームホイールを嵌め合わせ、モータの出力軸にウォームを取り付けてもよい。また、第１回転規制部材はトレランスリングに限定されず、径方向変形量に対応する径方向力をステアリングシャフトとギアとに作用させることができるものであればよい。また、第２回転規制部材も半月キーに限定されず、ステアリングシャフトとギアとに、両者の相対回転を規制可能に隙間を介して嵌め合わされる例えばピンであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、電動パワーステアリング装置を大型化することなく、操舵フィーリングの低下を防止でき、且つ、モータロック時のフェイルセーフのためにマニュアル操舵を可能としたり、操舵限界まで操舵した時のモータイナーシャによるギアの破損を防止したりできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態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】本発明の実施形態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】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図５】図４のＶ‐Ｖ線断面図
【図６】本発明の実施形態における第１回転規制部材の断面図
【図７】本発明の実施形態における第１回転規制部材の径方向変形量と径方向力との関係を示す図
【符号の説明】
３  ステアリングシャフト
８  モータ
１０  従動ベベルギア
５１  第１回転規制部材
６１  第２回転規制部材
【図１】
0003543041.tif 000002
【図２】
0003543041.tif 000003
【図３】
0003543041.tif 000004
【図４】
0003543041.tif 000005
【図５】
0003543041.tif 000006
【図６】
0003543041.tif 000007
【図７】
0003543041.tif 000008