(57)【要約】【課題】ステアリング装置において、ベルトのクラックを抑制することにある。【解決手段】制御装置４３は、温度検出部４３ａを通じて検出された外気温から推定されるベルト温度がしきい値以下であるときモータ４１の出力軸４１ａを回転させずにモータ４１に通電する。したがって、モータ４１が発熱してタイミングベルトが暖められる。これにより、タイミングベルトが低温度（特にガラス転移点より低い温度）で両プーリ間を駆動することによりタイミングベルトにクラックが生じることが抑制される。【選択図】図３
2015003704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転舵輪を転舵すべく軸方向に移動する転舵軸と、
前記転舵軸と平行に自身の出力軸が延出し、その出力軸を軸回転させるモータと、
前記出力軸と一体回転する駆動プーリと、
前記転舵軸に複数のボールを介して螺合されるとともに、回転すると前記転舵軸を軸方向に移動させるボールねじナットと、
前記ボールねじナットと一体で回転する、前記駆動プーリより大径の従動プーリと、
前記両プーリ間に掛け渡されるベルトと、
前記ベルトの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部を通じて検出された温度が、しきい値以下であるとき、前記モータの前記出力軸を回転させずに前記モータに通電する制御装置と、を備えたステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステアリング装置において、
前記制御装置は、車速がゼロのときにのみ、前記モータの前記出力軸を回転させずに前記モータに通電するステアリング装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のステアリング装置において、
前記ベルトは合成樹脂で形成され、
前記しきい値は、前記ベルトのガラス転移点より高く設定される
ステアリング装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のステアリング装置において、
前記制御装置は、前記温度検出部を通じて検出された前記ベルトの温度が、しきい値を超えるまで前記モータの前記出力軸を回転させずに前記モータに通電するステアリング装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のステアリング装置において、
前記制御装置は、一定時間に亘って前記モータの前記出力軸を回転させずに前記モータに通電した後に、前記ベルトにおける前記駆動プーリとの接触範囲が変わるように前記モータの前記出力軸を回転させ、再び一定時間に亘って前記モータの前記出力軸を回転させずに前記モータに通電するステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の操舵機構にモータの動力を付与することにより運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、ＥＰＳは、ラック軸に対してボールねじナットが螺合されて構成される。また、ボールねじナットの外周には、従動プーリが固定されている。また、モータのシャフトは、ラック軸と平行方向に延出する。モータのシャフトには駆動プーリが固定されている。そして、駆動プーリ及び従動プーリ間には、ベルトが掛けまわされている。このベルトは、一般的にゴム材で形成されている。このベルトを通じて、駆動プーリから従動プーリへの力の伝達が可能となる。従動プーリとともにボールねじナットが回転することで、ラック軸が軸方向に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２４９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的にＥＰＳにおけるベルトは外気温の影響を受け易い位置に設けられている。また、ベルトはゴム材で形成されているため、このゴム材等の樹脂には、ガラス転移点が存在することが知られている。すなわち、ゴム材は、ガラス転移点より低温となると硬化する。このため、ベルトが硬化した状態で両プーリ間を駆動すると、ベルトは上記各プーリの周面に沿って曲げられるため、クラック（ひび割れ）が生じるおそれがある。
【０００６】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベルトのクラックを抑制したステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決するステアリング装置は、転舵輪を転舵すべく軸方向に移動する転舵軸と、前記転舵軸と平行に自身の出力軸が延出し、その出力軸を軸回転させるモータと、前記出力軸と一体回転する駆動プーリと、前記転舵軸に複数のボールを介して螺合されるとともに、回転すると前記転舵軸を軸方向に移動させるボールねじナットと、前記ボールねじナットと一体で回転する、前記駆動プーリより大径の従動プーリと、前記両プーリ間に掛け渡されるベルトと、前記ベルトの温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部を通じて検出された温度が、しきい値以下であるとき、前記モータの前記出力軸を回転させずに前記モータに通電する制御装置と、を備えている。
【０００８】
この構成によれば、制御装置は、温度検出部を通じて検出された温度がしきい値以下であるときモータの出力軸を回転させずにモータに通電する。したがって、モータが発熱してベルトが暖められる。これにより、ベルトが低温度で両プーリ間を駆動することによりベルトにクラックが生じることが抑制される。
【０００９】
また、特に、駆動プーリは従動プーリより小径であるため、駆動プーリ付近では、駆動プーリの周面に沿ってベルトが比較的に大きく曲げられる。このため、一般的には、駆動プーリ付近でベルトにクラックが生じ易いものの、モータの発熱によって、出力軸、駆動プーリを介して駆動プーリ周辺のベルトが先に温まる。よって、特に、駆動プーリ付近でのベルトのクラックを抑制できる。
【００１０】
上記ステアリング装置について、前記制御装置は、車速がゼロのときにのみ、前記モータの前記出力軸を回転させずに前記モータに通電することが好ましい。
この構成によれば、制御装置は、車速がゼロのときにのみ、モータの出力軸を回転させずにモータに通電することで、モータを発熱させる。よって、必要な状況でのみ上記モータの発熱が行われる。
【００１１】
上記ステアリング装置について、前記ベルトは合成樹脂で形成され、前記しきい値は、前記ベルトのガラス転移点より高く設定されることが好ましい。
ベルトの温度がガラス転移点以下となると、ベルトは硬化する。上記構成によれば、ベルトの温度が、ベルトのガラス転移点以下となるときにモータの発熱を通じて、ベルトの温度がガラス転移点より高温となるように暖められる。これにより、ベルトにクラックが生じることが抑制される。
【００１２】
上記ステアリング装置について、前記制御装置は、前記温度検出部を通じて検出された前記ベルトの温度が、しきい値を超えるまで前記モータの前記出力軸を回転させずに前記モータに通電することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、制御装置はベルトの温度がしきい値を超えるまでモータへの通電を通じてモータの発熱を続ける。これにより、より確実にベルトの温度がしきい値を超えた状態で、ベルトを両プーリ間で駆動させることができる。
【００１４】
上記ステアリング装置について、前記制御装置は、一定時間に亘って前記モータの前記出力軸を回転させずに前記モータに通電した後に、前記ベルトにおける前記駆動プーリとの接触範囲が変わるように前記モータの前記出力軸を回転させ、再び一定時間に亘って前記モータの前記出力軸を回転させずに前記モータに通電することが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、駆動プーリ周辺のベルトが暖められた後に、両プーリ間でベルトが僅かに駆動されることでベルトにおける駆動プーリとの接触範囲が変更される。この状態で、再び、駆動プーリ周辺のベルトが暖められる。よって、ベルトを満遍なく暖めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ベルトのクラックを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態における電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図。
【図２】本発明の一実施形態における電動パワーステアリング装置の部分断面図。
【図３】本発明の一実施形態における電動パワーステアリング装置のブロック図。
【図４】本発明の一実施形態における駆動プーリ、従動プーリ及びタイミングベルトの断面図。
【図５】本発明の一実施形態における制御装置の動作手順を示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、ステアリング装置の一実施形態について図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸２１と、ハウジング３０と、ピニオンギア１３Ａと、を備えている。
【００１９】
ラック軸２１は円柱状に形成される。ここで、図１中の左右方向がラック軸２１の軸方向ＺＡとして規定され、軸方向ＺＡに直交する方向がラック軸２１の径方向ＺＢとして規定されている。
【００２０】
ハウジング３０は、ラック軸２１の軸方向ＺＡに貫通した貫通孔３０ａを有する。ラック軸２１は、軸方向ＺＡに移動可能に、ハウジング３０の貫通孔３０ａに挿通されている。ラック軸２１の図中の中央右寄り外周には、一定範囲に亘ってラックギア２１Ｂが形成されている。
【００２１】
ピニオンギア１３Ａはラック軸２１におけるラックギア２１Ｂと噛合した状態に設置される。ステアリング２の回動操作に応じて、コラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、及びピニオンシャフト１３を通じて、ピニオンギア１３Ａが回転する。ピニオンギア１３Ａが回転することでラック軸２１の軸方向への移動が可能となる。
【００２２】
ラック軸２１の左右端面には、それぞれボールジョイント２２が連結され、さらにその各ボールジョイント２２にはタイロッド２３が連結されている。さらに、各タイロッド２３の先端には、ナックル４が連結されている。ラック軸２１が軸方向ＺＡに移動することで、タイロッド２３及びナックル４を通じて転舵輪３に力が伝達されて、その転舵輪３の転舵角を変化させることができる。
【００２３】
ラック軸２１の外周には、左端から一定範囲に亘ってねじ部２１Ａが形成されている。このねじ部２１Ａの外周には、ボールねじ機構４２が設けられている。
詳しくは、図２に示すように、ボールねじ機構４２は、ボールねじナット３５、多数のボール４４を有している。ボールねじナット３５は、ねじ部２１Ａに沿って配列される多数のボール４４を介してラック軸２１に螺合されている。
【００２４】
ボールねじナット３５におけるラック軸２１の中央側と反対側（図中の左側）の外周には軸受５０が嵌合されている。この軸受５０は、ハウジング３０に対してボールねじナット３５を回転可能に支持する。
【００２５】
また、ボールねじナット３５におけるラック軸２１の中央側（図中の右側）の外周には、従動プーリ４７が螺合されている。これにより、ボールねじナット３５及び従動プーリ４７は一体回転可能となる。従動プーリ４７は直径Ｄ１の略円環状に形成される。
【００２６】
ハウジング３０の下側には、駆動源としてモータ４１が設置されている。モータ４１は、出力軸４１ａを有する。この出力軸４１ａは、ラック軸２１と平行方向に延出する。そのモータ４１の出力軸４１ａには、駆動プーリ４６が固定されている。したがって、駆動プーリ４６は出力軸４１ａと一体回転する。この駆動プーリ４６は直径Ｄ２の略円柱状に形成され、自身の回転中心に出力軸４１ａが挿通されている。この駆動プーリ４６の直径Ｄ２は、従動プーリ４７の直径Ｄ１より小さい。
【００２７】
従動プーリ４７と駆動プーリ４６とは、径方向ＺＢにおいて同一位置に設けられている。そして、図４に示すように、従動プーリ４７と駆動プーリ４６との間には円環状のタイミングベルト３３が掛け渡されている。このタイミングベルト３３は、Ｈ−ＮＢＲ(水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム)にて形成されている。このＨ−ＮＢＲは耐油性に優れるとともに、ガラス転移点が−４０℃程度である。
【００２８】
図２に示すように、モータ４１における出力軸４１ａの回転は、駆動プーリ４６から、タイミングベルト３３を介して従動プーリ４７、ひいてはボールねじナット３５に伝達される。これにより、ボールねじナット３５が回転し、それに伴いラック軸２１が軸方向に移動する。
【００２９】
次に、電動パワーステアリング装置１０の電気的構成について説明する。
図３に示すように、電動パワーステアリング装置１０は、制御装置４３と、駆動回路４５と、モータ４１とを備える。また、制御装置４３は、外気温Ｔｏを検出する温度検出部４３ａと、しきい値Ｔｔｈ等が記憶されるメモリ４３ｂとを有する。
【００３０】
制御装置４３は温度検出部４３ａを通じて検出した外気温Ｔｏに応じてベルト温度Ｔｂを推定する。制御装置４３はベルト温度Ｔｂがしきい値Ｔｔｈ以下であるか否かを判断する。このしきい値Ｔｔｈは、タイミングベルト３３のガラス転移点より高く設定されている。
【００３１】
さらに、モータ４１は、磁石からなるロータ４１ｂと、Ｕ相コイル４１ｕ、Ｖ相コイル４１ｖ及びＷ相のコイル４１ｗとを備える。
制御装置４３には、トルクセンサ４８及び車速センサ４９が接続されている。トルクセンサ４８は操舵トルクＶｔを検出し、その検出結果を制御装置４３に出力する。車速センサ４９は車速Ｖｓを検出し、その検出結果を制御装置４３に出力する。
【００３２】
制御装置４３は、通常制御モードと、暖気制御モードとの何れかのモードでモータ４１を制御する。
制御装置４３は、通常制御モードでは、操舵トルクＶｔ及び車速Ｖｓに応じて駆動回路４５を通じて各コイル４１ｕ，４１ｖ，４１ｗに１２０°ずつずれた交流電流（３相交流）を供給する。これにより、ロータ４１ｂが上記出力軸４１ａとともに回転し、その回転力が駆動プーリ４６、タイミングベルト３３、従動プーリ４７、ひいてはボールねじナット３５に伝達される。
【００３３】
また、制御装置４３は、暖気制御モードでは、駆動回路４５を通じて各コイル４１ｕ，４１ｖ，４１ｗに同位相の電流を供給する。このとき、ロータ４１ｂは回転しないが、各コイル４１ｕ，４１ｖ，４１ｗが抵抗として機能するため発熱する。この熱は、モータ４１の本体から出力軸４１ａを通じて、駆動プーリ４６、ひいてはタイミングベルト３３に伝達していく。これにより、図４に示すように、タイミングベルト３３における駆動プーリ４６に接している範囲Ｌから、除々にタイミングベルト３３全体が暖まっていく。また、モータ４１の本体から空気を介してタイミングベルト３３の周辺温度が暖まっていく。
【００３４】
次に、図５のフローチャートに沿って、制御装置４３の動作手順について説明する。なお、本フローチャートは、車両のイグニッションがオフ状態からオン状態に切り替えられたときであって、車速Ｖｓがゼロのときにのみ実行される。
【００３５】
まず、制御装置４３は、温度検出部４３ａを通じて検出した外気温Ｔｏから推定したベルト温度Ｔｂがしきい値Ｔｔｈ以下であるか否かを判断する（Ｓ１０１）。制御装置４３は、ベルト温度Ｔｂがしきい値Ｔｔｈを超える旨判断すると（Ｓ１０１でＮＯ）、通常制御モードでモータ４１を制御する（Ｓ１０２）。以上で、制御装置４３は処理を終了する。
【００３６】
一方、制御装置４３は、ベルト温度Ｔｂがしきい値Ｔｔｈ以下である旨判断すると（Ｓ１０１でＹＥＳ）、暖気制御モードでモータ４１を制御する（Ｓ１０３）。そして、制御装置４３は、再びベルト温度Ｔｂがしきい値Ｔｔｈ以下であるか否かを判断する（Ｓ１０１）。すなわち、暖気制御モードは、モータ４１の発熱を通じて、タイミングベルト３３の温度Ｔｂがガラス転移点（しきい値Ｔｔｈ）より高くなるまで継続される。
【００３７】
なお、車速Ｖｓがゼロでない場合には、制御装置４３は通常制御モードを実行する。
以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）制御装置４３は、温度検出部４３ａを通じて検出された外気温Ｔｏから推定されるベルト温度Ｔｂがしきい値Ｔｔｈ以下であるときモータ４１の出力軸４１ａを回転させずにモータ４１に通電する。したがって、モータ４１が発熱してタイミングベルト３３が暖められる。これにより、タイミングベルト３３が低温度（特にガラス転移点より低い温度）で両プーリ４６，４７間を駆動することによりタイミングベルト３３にクラックが生じることが抑制される。
【００３８】
また、特に、駆動プーリ４６は従動プーリ４７より小径であるため、駆動プーリ４６付近では、駆動プーリ４６の周面に沿ってタイミングベルト３３が比較的に大きく曲げられる。このため、一般的には、駆動プーリ４６付近でタイミングベルト３３にクラックが生じ易いものの、モータ４１の発熱によって、出力軸４１ａ、駆動プーリ４６を介して駆動プーリ４６周辺のタイミングベルト３３（図４の範囲Ｌ）が先に温まる。よって、特に、駆動プーリ４６付近でのタイミングベルト３３のクラックを抑制できる。
【００３９】
（２）制御装置４３は、車速がゼロのときにのみ、モータ４１の出力軸４１ａを回転させずにモータ４１に通電することで、モータ４１を発熱させる。よって、車両の走行中に、誤って暖気制御モードに移行し、モータ４１の駆動を通じたステアリング操作のアシストが不能となることが抑制される。
【００４０】
（３）制御装置４３はタイミングベルト３３の温度Ｔｂがしきい値Ｔｔｈを超えるまでモータ４１への通電を通じてモータ４１の発熱を続ける。これにより、より確実にタイミングベルト３３の温度Ｔｂがしきい値Ｔｔｈを超えた状態で、タイミングベルト３３を両プーリ４６，４７間で駆動させること、ひいてはタイミングベルト３３のクラックを抑制することができる。
【００４１】
（４）一般的に、タイミングベルト３３の温度Ｔｂが最も低いのは、車両のイグニッションがオン状態に切り替えられた直後である。なぜなら、エンジン始動後は、エンジンからの熱でタイミングベルト３３の温度Ｔｂも高まる。また、両プーリ４６，４７間でタイミングベルト３３が駆動することで、タイミングベルト３３の屈曲による発熱もあるからである。
【００４２】
その点に着目して、制御装置４３は、図５のフローチャートに係る処理を車両のイグニッションがオン状態に切り替えられたときにのみ行っている。これにより、タイミングベルト３３を暖める必要がある状況でのみ図５のフローチャートに係る処理、ひいては暖気制御モードが実行可能となる。このため、図５のフローチャートに係る処理回数を少なくすることができる。
【００４３】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態において、温度検出部４３ａは、制御装置４３に内蔵されたものを利用していたが、温度検出部を制御装置４３とは別に設けてもよい。温度検出部をタイミングベルト３３の周辺に設けることで、温度検出部を通じてタイミングベルト３３の温度をより正確に検出することができる。また、既存の車両に設けられている車室外温度センサを温度検出部として利用してもよい。
【００４４】
・上記実施形態においては、自動で制御装置４３において暖気制御モードに切り替わっていたが、ユーザのスイッチ操作によって手動で暖気制御モードに切り替え可能であってもよい。
【００４５】
・上記実施形態においては、制御装置４３は、暖気制御モードにおいては、駆動プーリ４６を回転させることはなかったが、暖気制御モードにおいて駆動プーリ４６を回転させてもよい。すなわち、制御装置４３は、一定時間に亘って各コイル４１ｕ，４１ｖ，４１ｗを発熱させて、駆動プーリ４６に接触するタイミングベルト３３（範囲Ｌ）を暖める。その後、制御装置４３は、駆動プーリ４６を僅かに回転させ、駆動プーリ４６をまだ十分に温まっていないタイミングベルト３３の部分に接触させる。その状態で、制御装置４３は、再び一定時間に亘って各コイル４１ｕ，４１ｖ，４１ｗを発熱させる。これにより、タイミングベルト３３の全域をより満遍なく暖めることができる。
【００４６】
・上記実施形態においては、制御装置４３は、温度検出部４３ａを通じて検出された外気温Ｔｏからベルト温度Ｔｂを推定し、そのベルト温度Ｔｂとしきい値Ｔｔｈとを比較していたが、温度検出部４３ａを通じて検出された外気温Ｔｏとしきい値Ｔｔｈとを直接に比較してもよい。
【００４７】
・上記実施形態においては、制御装置４３はタイミングベルト３３の温度Ｔｂがしきい値Ｔｔｈを超えるまでモータ４１への通電を通じてモータ４１の発熱を続けていた。しかし、制御装置４３は、暖気制御モードの制限時間を規定して、暖気制御モードがその制限時間を超えたとき、暖気制御モードを終了してもよい。この場合、図５のフローチャートでは、制御装置４３は、暖気制御モードに移行した後（Ｓ１０３）、制限時間を超えたとき処理を終了する。
【００４８】
・上記実施形態においては、制御装置４３は、暖気制御モードでは、駆動回路４５を通じて各コイル４１ｕ，４１ｖ，４１ｗに同位相の電流を供給していた。しかし、出力軸４１ａが回転しない態様であれば他の方法で各コイル４１ｕ，４１ｖ，４１ｗに通電してもよい。
【００４９】
また、モータ４１は３相モータであったが、２相モータ、１相モータの場合も同様に、暖気制御モードでは、出力軸４１ａが回転しない態様で各コイルに通電する。
・上記実施形態においては、車速Ｖｓがゼロのときにのみ、制御装置４３において暖気制御モードが実行可能であったが、車速Ｖｓがゼロでないときにも制御装置４３において暖気制御モードが実行可能であってもよい。
【００５０】
・上記実施形態においては、制御装置４３は、車両のイグニッションがオフ状態からオン状態に切り替えられたときに図５のフローチャートに係る処理を行っていた。しかし、制御装置４３は、車速ゼロの条件のもと、繰り返し図５のフローチャートに係る処理を行ってもよい。この構成は、特に電気自動車においては、エンジン熱を受けてタイミングベルト３３が暖まることがないため有効である。
【００５１】
・上記実施形態においては、タイミングベルト３３は、Ｈ−ＮＢＲにて形成されていた。しかし、他のゴム、例えばエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）で形成してもよい。また、タイミングベルト３３は、ゴム以外の樹脂、さらに樹脂以外で形成されてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
２…ステアリング、１０…電動パワーステアリング装置（ステアリング装置）、２１…ラック軸（転舵軸）、２１Ａ…ねじ部、２１Ｂ…ラックギア、３０…ハウジング、３３…タイミングベルト、３５…ボールねじナット、４１…モータ、４１ａ…出力軸、４２…ボールねじ機構、４３…制御装置、４３ａ…温度検出部、４６…駆動プーリ、４７…従動プーリ、５０…軸受。
【図１】
2015003704.tif 000003
【図２】
2015003704.tif 000004
【図３】
2015003704.tif 000005
【図４】
2015003704.tif 000006
【図５】
2015003704.tif 000007