(57)【要約】【課題】ステアリングホイールの切り始めに、操舵補助によって手応え感が急激に減少する現象を無くし、ステアリングホイールを大きく切ったときに、手応え感が大きく上昇する電動パワーステアリング装置。【解決手段】ステアリングシャフト８に連結される入力軸１４と、入力軸１４に一端が連結され捩り弾性変形する第１トーションバー１２と、第１トーションバー１２の他端に連結される出力軸１３と、入力軸１４および出力軸１３の相対回転からトルクを検出するトルクセンサ２０と、トルクセンサ２０の出力に応じた電流が印加される電動モータとを有し、ステアリングシャフト８および入力軸１４間に回転方向に弾性変形する弾性機構１７を設け、弾性機構１７の弾性変形を第１トーションバー１２の所定の角度範囲よりも小さい角度範囲に制限する角度制限機構１８を設け、ステアリングシャフト８および入力軸１４間の相対回転からもトルクを検出する。【選択図】図２
2015229360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、ステアリングホイールが取り付けられるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトに連結され前記ハウジングに回転可能に支持される入力軸と、前記入力軸に一端が連結され所定の角度範囲内で捩り弾性変形する第１トーションバーと、前記第１トーションバーの他端に連結される出力軸と、前記入力軸および前記出力軸の相対回転からトルクを検出するトルクセンサと、前記ハウジングに固定され、前記トルクセンサの出力に応じた電流が印加される電動モータと、前記電動モータの回転を減速して前記出力軸に補助力を伝達するウォーム減速機構とを有する電動パワーステアリング装置において、前記ステアリングシャフトおよび前記入力軸間に回転方向に弾性変形する弾性機構を設け、前記弾性機構の弾性変形を前記第１トーションバーの所定の角度範囲よりも小さい角度範囲に制限する角度制限機構を設け、前記トルクセンサによって、前記ステアリングシャフトおよび前記入力軸間の相対回転からもトルクを検出するように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】
前記弾性機構は、前記ステアリングシャフトに一端が連結され他端が入力軸に連結され、捩り弾性変形する第２トーションバーであることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記角度制限機構は、前記ステアリングシャフトおよび前記入力軸間に設けられ回転方向に隙間を有する雄スプラインおよび雌スプラインであり、前記弾性機構は、前記雄スプラインおよび前記雌スプライン間の前記隙間に設けられ、回転方向に圧縮される弾性ゴムであることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記弾性機構は、外周がステアリングシャフトの内周に、内周が入力軸の外周に結合された円筒状弾性体であることを特徴とする請求項１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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、一端にステアリングホイールを連結したステアリングシャフトと、一端をステアリングシャフトの他端に連結した入力軸と、一端を入力軸の他端に連結したトーションバーと、一端をトーションバーの他端に連結した出力軸と、入力軸および出力軸の相対回転から操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサで検出された操舵トルクに応じて操舵補助用の回転力を出力する電動モータと、電動モータによる操舵補助用の回転力を減速して出力軸に伝達するための減速機構としてのウォーム減速機構と、ステアリングシャフト及び電動モータを支持したハウジングとを備えている。
【０００３】
電動モータとウォーム減速機構の働きにより、出力軸にユニバーサルジョイントを介して連結されているラックピニオン式の操舵装置に繋がる左右の転舵輪の転舵を軽減させている。
【０００４】
高速時は、ばね定数の高いトーションバーを使用することによって、操舵角に応じてステアリングホイールの手応え感の上昇を大きくすることができ、低速時は、電動モータで操舵補助することにより、操舵角に応じてステアリングホイールの手応え感の上昇を抑えることができる。そのようにすることで、最適な操舵感を設定することができる。（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１６６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ステアリングホイールのごく僅かな切り始めには、トルクセンサが感知しないため、電動モータの操舵補助が無く強い手応え感があり、さらにステアリングホイールを切ると、トルクセンサが感知して電動モータの操舵補助によって手応え感が急激に減少する違和感があった。これを解決するために、トーションバーのばね定数を下げると、高速時に操舵角に応じてステアリングホイールの手応え感の上昇を大きくすることができず、満足のいく操舵感を設定できない。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ステアリングホイールの切り始めに、手応え感が急激に減少する現象を無くすとともに、ステアリングホイールを大きく切るにつれて、手応え感が大きく上昇する電動パワー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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ハウジングと、ステアリングホイールが取り付けられるステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトに連結され前記ハウジングに回転可能に支持される入力軸と、前記入力軸に一端が連結され所定の角度範囲内で捩り弾性変形する第１トーションバーと、前記第１トーションバーの他端に連結される出力軸と、前記入力軸および前記出力軸の相対回転からトルクを検出するトルクセンサと、前記ハウジングに固定され、前記トルクセンサの出力に応じた電流が印加される電動モータと、前記電動モータの回転を減速して前記出力軸に補助力を伝達するウォーム減速機構とを有する電動パワーステアリング装置において、前記ステアリングシャフトおよび前記入力軸間に回転方向に弾性変形する弾性機構を設け、前記弾性機構の弾性変形を前記第１トーションバーの所定の角度範囲よりも小さい角度範囲に制限する角度制限機構を設け、前記トルクセンサによって、前記ステアリングシャフトおよび前記入力軸間の相対回転からもトルクを検出するようにしたことを要旨としている。
【０００８】
上記構成によれば、ステアリングホイールの切り始めは、弾性機構によってステアリングシャフトおよび入力軸間の相対回転を生じさせ、その相対回転をトルクセンサで感知し、電動モータによる操舵補助力が発生し、手応え感が上昇するのを防ぐとともに、手応え感が急激に減少する現象を無くすことができる。さらに、ステアリングホイールを大きく切っていくときは、弾性機構の角度を角度制限機構によって制限し、第１トーションバーによる操舵角に応じたステアリングホイールの手応え感の上昇を大きくすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記弾性機構は、前記ステアリングシャフトに一端が連結され他端が入力軸に連結され、捩り弾性変形する第２トーションバーであることを要旨としている。
【００１０】
上記構成によれば、第２トーションバーの軸径や長さを変えて弾性係数を自由に設定できるため、ステアリングホイールの切り始めの、電動モータの操舵補助によって手応え感が急激に減少する現象を無くす調整が容易になる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記角度制限機構は、前記ステアリングシャフトおよび前記入力軸間に設けられ回転方向に隙間を有する雄スプラインおよび雌スプラインであり、前記弾性機構は、前記雄スプラインおよび前記雌スプライン間の前記隙間に設けられ、回転方向に圧縮される弾性ゴムであることを要旨としている。
【００１２】
上記構成によれば、前記角度制限機構を雄スプラインおよび雌スプラインにして弾性機構を弾性ゴムで構成することで、角度制限機構と弾性機構を一体化することでスペースが削減できるとともに安価に作製でき、ステアリングホイールの切り始めに、電動モータの操舵補助によって手応え感が急激に減少する現象を無くすとともに、ステアリングホイールを大きく切ったときに、手応え感が大きく上昇するように調整することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記弾性機構は、外周がステアリングシャフトの内周に、内周が入力軸の外周に結合された円筒状弾性体であることを要旨としている。
【００１４】
上記構成によれば、弾性機構が円筒状弾性体のため、軸方向のスペースが削減できるとともに、弾性体のばね定数を自由に設定できるため、簡単な構造となり、ステアリングホイールの切り始めに、電動モータの操舵補助によって手応え感が急激に減少する現象を無くすとともに、ステアリングホイールを大きく切ったときに、手応え感が大きく上昇するように調整することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、ステアリングホイールの切り始めに、手応え感が急激に減少する現象を無くすとともに、ステアリングホイールを大きく切るにつれて、手応え感が大きく上昇する電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】本発明の第一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の一部拡大図
【図３】本発明の第一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の図２のＡ−Ａ断面図
【図４】捩じれ角とトルクの説明図
【図５】本発明の第二実施形態に係る電動パワーステアリング装置の一部拡大図
【図６】本発明の第二実施形態に係る電動パワーステアリング装置の図５のＣ−Ｃ断面図
【図７】本発明の第三実施形態に係る電動パワーステアリング装置の一部拡大図
【図８】本発明の第三実施形態に係る電動パワーステアリング装置の図７のＢ−Ｂ断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明の第一実施形態を図面に基づいて詳述する。図１は本発明の第一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の断面図である。
図２は本発明の第一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の一部を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１を一端に連結したステアリングシャフト８と、ステアリングシャフト８を回転可能に支持するステアリングチューブ３と、ステアリングシャフト８の一端に連結され捩れ弾性変形する弾性機構としての第２トーションバー１７と、第２トーションバー１７の一端に連結される入力軸１４と、ステアリングシャフト８および入力軸１４間のトルクを検出する第２トルクセンサ１９と、ステアリングシャフト８および入力軸１４間の相対回転を所定の角度範囲に制限する角度制限機構１８と、入力軸１４の一端に連結され捩れ弾性変形する第１トーションバー１２と、第１トーションバー１２の他端に連結された出力軸１３と、入力軸１４および出力軸１３間のトルクを検出する第１トルクセンサ２０と、第１トルクセンサ２０および第２トルクセンサ１９を支持するアッパーハウジング６と 、第１トルクセンサ２０および第２トルクセンサ１９の信号に応じて出力軸１３に操舵補助用の回転力を出力する電動モータ２と、電動モータ２を支持したロアーハウジング７と、電動モータ２の回転を減速するウォーム減速機構９とを備える。そして、電動パワーステアリング装置は、該出力軸１３でユニバーサルジョイント３１ａ、中間軸３１及びユニバーサルジョイント３１ａを介して例えばラックピニオン式操舵装置３０に回転可能に連結されている。ラックピニオン式操舵装置３０のラック軸の両端に、タイロッド、図略のナックルアームを介して転舵輪３４が連結されている。
【００１９】
第１トルクセンサ２０のトルク信号、第２トルクセンサ１９のトルク信号、図示しない車速センサの車速信号、図示しない操舵角センサの操舵角信号は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）１６に送信されるようになっている。ＥＣＵ１６は、操舵角に応じて操舵トルクが上昇し、しかも車速に応じて操舵トルクが上昇するように、電動モータ２を駆動制御する機能を持っている。
【００２０】
ステアリングチューブ３は、第１トルクセンサ２０および第２トルクセンサ１９を支持するアッパーハウジング６と嵌合されている。
【００２１】
ステアリングシャフト８は、ステアリングホイール１を連結し、ステアリングチューブ３内に軸受４ａにより支持されたアッパーステアリングシャフト１０と、該アッパーステアリングシャフト１０に相対移動可能にスプライン嵌合されたロアーステアリングシャフト１１とを備えている。
【００２２】
ロアーステアリングシャフト１１は、断面円形の棒状の部材であり、下端部内周部に角度制限機構１８を設け、内周部に第２トーションバー１７が嵌合されている。
【００２３】
第２トーションバー１７は、上端はロアーステアリングシャフト１１の内周部に嵌合され、下端は入力軸１４に嵌合結合されている。
【００２４】
第１トーションバー１２は、上端は第２トーションバー１７と直列に入力軸１４に結合されており、下端は出力軸１３に嵌合結合されている。
【００２５】
入力軸１４は、第１トーションバー１２とダウエルピン１５により連結されており、入力軸１４の上端がアッパーハウジング６内に第１軸受４ｂにより回転可能に支持されている。第２トーションバー１７のばね定数は、第１トーションバー１２のばね定数より小さい。
【００２６】
出力軸１３は、上端に入力軸１４の下端が内嵌され、下端に第１トーションバー１２が内嵌された筒形をなしており、ダウエルピンにより第１トーションバー１２の下端を連結している。また、出力軸１３はウォームホイール２２の両側に配置される第２軸受４ｃ，第３軸受４ｄを介してロアーハウジング７内に回転可能に支持されている。第２軸受４ｃは、アッパーハウジング６に隙間嵌合で取り付けられている。
【００２７】
ハウジング５は、例えば、アルミニウム合金からなり、互いに嵌め合わされるアッパーハウジング６と、ロアーハウジング７とによって構成されている。具体的には、ロアーハウジング７は、筒状をなし、その上端に、アッパーハウジング６の下端外周が圧入嵌合されている。ロアーハウジング７には、減速機構としてのウォーム２１およびウォームホイール２２が収容され、アッパーハウジング６には、第１トルクセンサ２０が収容されている。
【００２８】
第２トルクセンサ１９は、ステアリングホイール１の操作により生じる第２トーションバー１７の捩じれに応じたロアーステアリングシャフト１１および入力軸１４間の相対回転変位量によってステアリングホイール１に加わる操舵トルクを検出するものである。第２トルクセンサ１９の一部を構成する円筒磁石１９ａがロアーステアリングシャフト１１に外嵌固定されている。また、円筒磁石１９ａと対向するヨークリング１９ｂが入力軸１４の上端部に外嵌固定されている。さらに、アッパーハウジング６の内周に集中部材１９ｃが 配置されている。ヨークリング１９ｂには一対のコアが埋設され、集中部材１９ｃには一対の集中リングが埋設されている。ロアーステアリングシャフト１１および入力軸１４間の相対回転量を、円筒磁石１９ａの磁力を一対のコアを介して一対の集中リングで捉えられることによって検出している。
【００２９】
第１トルクセンサ２０は、ステアリングホイール１の操作により生じるトーションバー１２の捩じれに応じた入力軸１４および出力軸１３の相対回転変位量によってステアリングホイール１に加わる操舵トルクを検出するものである。第１トルクセンサ２０の一部を構成する円筒磁石２０ａが入力軸１４に外嵌固定されている。また、円筒磁石２０ａと対向するヨークリング２０ｂが出力軸１３の上端部に外嵌固定されている。さらに、アッパーハウジング６の内周に集中部材２０ｃが 配置されている。ヨークリング２０ｂには一対のコアが埋設され、集中部材２０ｃには一対の集中リングが埋設されている。入力軸１４および出力軸１３間の相対回転量を、円筒磁石２０ａの磁力を一対のコアを介して一対の集中リングで捉えられることによって検出している。
【００３０】
ウォーム減速機構９は、電動モータ２の駆動軸（図示なし）と連結したウォーム（図示なし）と、該ウォームに噛合するウォームホイール２２とを有している。ウォームは、ウォームホイール２２を介して出力軸１３に繋がる。
【００３１】
ウォームホイール２２は、外周部に歯を有し、中心部に嵌合孔を有しており、出力軸１３の軸方向途中に外嵌固定されている。
【００３２】
本発明の第一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の角度制限機構１８について、図３を使用して詳述する。
図３は、角度制限機構１８の断面図であり、アッパーハウジング６およびロアーステアリングシャフト１１の中心軸線と直交する方向から見たＡ−Ａ線に沿う断面を示している。
【００３３】
角度制限機構１８は、ロアーステアリングシャフト１１の他端内周および入力軸１４の一端外周間に設けられ、ロアーステアリングシャフト１１および入力軸１４間の相対回転を時計回りにｎ以下、反時計回りにｎ以下に制限する機能を有している。
【００３４】
入力軸１４の一端外周は、断面略六角形状に形成され、ロアーステアリングシャフト１１の他端内周は、断面略長方形状に形成され、ロアーステアリングシャフト１１の他端内周に入力軸１４の一端外周が相対回転可能に嵌合されている。
【００３５】
入力軸１４の断面略六角形状は、軸線を挟んで径方向両側に設けられた一対の円弧状部１４ｅ、１４ｆと、一方の円弧状部１４ｅから内径方向に延びる一対の被規制部１４ａ、１４ｄと、他方の円弧状部１４ｆから内径方向に延びる一対の被規制部１４ｂ、１４ｃとを繋いだものである。一対の被規制部１４ａ、１４ｄは、円周方向の幅が内径に向かって大きくなるように互いに逆方向に傾斜している。一対の被規制部１４ｂ、１４ｃは、円周方向の幅が内径に向かって大きくなるように互いに逆方向に傾斜している。
【００３６】
ロアーステアリングシャフト１１の断面略長方形状は、軸線を挟んで径方向両側に設けられた一対の円弧状部１１ａ、１１ｃと、一方の円弧状部１１ａから他方の円弧状部１１ｃまで真っ直ぐ延びる一対の平坦部１１ｂ、１１ｄと繋いだものである。一対の平坦部１１ｂ、１１ｄは互いに平行に設けられ、一対の平坦部１１ｂ、１１ｄ間の幅は、一対の被規制部１４ａ、１４ｄの最大幅より若干大きい。
【００３７】
図４に上記構成による第１トーションバー１２、第２トーションバー１７の捩じれ角とトルクの関係を示している。直線Ｊは第１トーションバー１２、直線Ｋは第２トーションバー１７、直線Ｌは、直列に互いに繋いだ第１トーションバー１２および第２トーションバー１７の捩じれ角とトルクの関係を示している。同一のトルクに対する第１トーションバー１２の捩じれ角がｍであり、第２トーションバー１７の捩じれ角がｎである場合、第１トーションバー１２および第２トーションバー１７の捩じれ角はｍ＋ｎである。角度制限機構１８によって第２トーションバー１７が捩じれ角ｎに制限されると、捩じれ角ｎの範囲では、直線Ｌに示すように、第１トーションバーおよび第２トーションバーの捩じれ角とトルクの関係の直線Ｌ１にあり、捩じれ角ｎ以上の範囲では、第１トーションバーの捩じれ角とトルクの関係の直線Ｊと同じ傾きを持つ直線Ｌ２になる。
【００３８】
次に、上記構成において第一実施形態の電動パワーステアリング装置の動作を説明する。
図１に示すように、ステアリングホイール１の操舵により、ステアリングシャフト８のアッパーステアリングシャフト１０が回転し、この回転は、ロアーステアリングシャフト１１、入力軸１４、出力軸１３、中間軸３１を介してラックピニオン式操舵装置３０のピニオン軸に伝達され、ラックピニオン式操舵装置３０で回転がラック軸の軸方向移動に変換され、タイロッド、図略のナックルアームを介して転舵輪３４の向きが変えられる。
【００３９】
転舵輪３４の向きを変えるときに抵抗があるので、第１トーションバー１２および第２トーションバー１７が捩れ、第２トーションバー１７のばね定数は、第１トーションバー１２のばね定数より小さいので、第２トーションバー１７は第１トーションバー１２より大きく捩れる。弾性機構としての第２トーションバー１７によってロアーステアリングシャフト１１および入力軸１４間の相対回転を生じ、その相対回転を第２トルクセンサ１９で感知し、電動モータ２による操舵補助力が発生する。
【００４０】
図４に示すように、角度制限機構１８によって制限されない捩じれ角ｎの範囲では、捩じれ角を第２トルクセンサ１９が検出して、トルク信号がＥＣＵ１６に送られる。この信号により、電動モータ２による小さい操舵補助力が発生する。このため、切り始めに、手応え感が大きく上昇することが無くなり、しかも、操舵補助開始とともに手応え感が大きく減少することが無くなる。角度制限機構１８によって制限されない捩じれ角ｎの範囲では、第１トーションバー１２および第２トーションバー１７の捩じれ角とトルクの関係の直線Ｌ１にある。
【００４１】
さらにトルクがかかって、第２トーションバー１７の捩じれ角がｎとなると、角度制限機構１８によって第２トーションバー１７のこれ以上の捩りが制限される。このときの、第１トーションバー１２の捩れ角はｍである。このときの第２トルクセンサ１９の信号と、第１トルクセンサ２０の信号が等しくなるように、第１トルクセンサ２０に定数を乗算する。
【００４２】
またさらにトルクがかかって、第１トーションバー１２のみが捩られると、第１トルクセンサ２０がトルクを検出して、先ほどの定数を乗算してＥＣＵ１６に送られる。このため、第１トーションバー１２のトルクに応じた電動モータ２の操舵補助力が発生することができる。第１トーションバー１２および第２トーションバー１７の捩じれ角とトルクの関係は、直線Ｌ２にある。
【００４３】
上記構成によれば、ステアリングホイール１の切り始めは、弾性機構としての第２トーションバー１７によってロアーステアリングシャフト１１および入力軸１４間の相対回転を生じさせ、その相対回転を第２トルクセンサ１９で感知し、電動モータ２による操舵補助力が発生し、手応え感が上昇するのを防ぐとともに、手応え感が急激に減少する現象を無くすことができる。さらに、ステアリングホイール１を大きく切っていくときは、弾性機構としての第２トーションバー１７の捩じれ角を角度制限機構１８によって制限し、第１トーションバー１２のみが捩れる。第２トーションバー１７よりばね定数の大きい第１トーションバー１２を使用することによる操舵角に応じたステアリングホイール１の手応え感の上昇を大きくすることができる。
【００４４】
本発明の第二実施形態に係る電動パワーステアリング装置について、図５、図６を使用して詳述する。
図５は本発明の第二実施形態に係る電動パワーステアリング装置の１部拡大図であり、図６は本発明の第二実施形態に係る電動パワーステアリング装置の図５のＣ−Ｃ断面図である。第一実施形態と同じ部分は同じ番号を付して説明は省略する。
【００４５】
図６は、第二実施形態に係る電動パワーステアリング装置の、角度制限機構４８を示している。
前記角度制限機構４８は、ロアーステアリングシャフト４２に設けられた雌スプライン４２ａと、入力軸４４に設けられた雄スプライン４４ａと、雄スプライン４４ａのスプライン歯面に加硫接着された弾性ゴム４４ｂとを有している。
【００４６】
雌スプライン４２ａは、ロアーステアリングシャフト４２の円筒部先端の内周に形成され、円周方向に複数形成された雌スプライン歯からなっている。各雌スプライン歯は、円周方向両側に雌スプライン歯面を有する。
【００４７】
雄スプライン４４ａは、入力軸４４の先端の外周部に形成され、円周方向に複数形成された雄スプライン歯からなっている。各雄スプライン歯は、円周方向両側に雄スプライン歯面を有する。
【００４８】
雄スプライン歯面の一部に凹みが形成され、この凹みに弾性ゴム４４ｂが加硫接着されている。弾性ゴム４４ｂの一部が円周方向両側へ雄スプライン歯面に対し突出している。弾性ゴム４４ｂの雌スプライン歯面側の一端は、雌スプライン歯面に接触している。
【００４９】
雄スプライン歯面と雌スプライン歯面間には、角度ｎの隙間を有し、雄スプライン歯面および雌スプライン歯面により角度ｎだけ回転が規制される角度制限機構４８を構成している。そして、弾性ゴム４４ｂによって角度ｎだけ圧縮される弾性機構を構成している。
【００５０】
図４に示す第一実施形態の捩じれ角とトルクの関係を利用して第二実施形態の捩じれ角および圧縮角とトルクの関係を説明する。第二実施形態は、弾性ゴム４４ｂが第一実施形態の第２トーションバー１７と同じ機能を有し、直線Ｋの圧縮角とトルクの関係を示している。
そして、雄スプライン歯面と雌スプライン歯面間の角度ｎの隙間が圧縮角ｎに相当し制限される。
角度制限機構４８によって弾性ゴム４４ｂが圧縮角ｎに制限されると、圧縮角ｎの範囲では、直線Ｌに示すように、第１トーションバー１２および弾性ゴム４４ｂの圧縮角とトルクの関係が直線Ｌ１にあり、圧縮角ｎ以上の範囲では、第１トーションバー１２の捩じれ角とトルクの関係の直線Ｊと同じ傾きを持つ直線Ｌ２になる。
【００５１】
次に、上記構成において第二実施形態の電動パワーステアリング装置の動作を説明する。
図１に示すように、ステアリングホイール１の操舵により、ステアリングシャフト８のアッパーステアリングシャフト１０が回転し、この回転は、ロアーステアリングシャフト１１、入力軸１４、出力軸１３、中間軸３１を介してラックピニオン式操舵装置３０のピニオン軸に伝達され、ラックピニオン式操舵装置３０で回転がラック軸の軸方向移動に変換され、タイロッド、図略のナックルアームを介して転舵輪３４の向きが変えられる。
【００５２】
転舵輪３４の向きを変えるときに抵抗があるので、第１トーションバー１２および弾性ゴム４４ｂが捩れ、弾性ゴム４４ｂのばね定数は、第１トーションバー１２のばね定数より小さいので、弾性ゴム４４ｂは第１トーションバー１２より大きく捩れる。弾性機構としての弾性ゴム４４ｂによってロアーステアリングシャフト１１および入力軸１４間の相対回転を生じ、その相対回転を第２トルクセンサ１９で感知し、電動モータ２による操舵補助力が発生する。
【００５３】
図４に示すように、角度制限機構４８によって制限されない圧縮角ｎの範囲では、圧縮角を第２トルクセンサ１９が検出して、トルク信号がＥＣＵ１６に送られる。この信号により、電動モータ２による小さい操舵補助力が発生する。このため、切り始めに、手応え感が大きく上昇することが無くなり、しかも、操舵補助開始とともに手応え感が大きく減少することが無くなる。角度制限機構４８によって制限されない圧縮角ｎの範囲では、第１トーションバー１２および弾性ゴム４４ｂの捩じれ角および圧縮角とトルクの関係の直線Ｌ１にある。
【００５４】
さらにトルクがかかって、弾性ゴム４４ｂの圧縮角がｎとなると、角度制限機構４８によって弾性ゴム４４ｂのこれ以上の圧縮が制限される。このときの、第１トーションバー１２の捩れ角はｍである。
【００５５】
またさらにトルクがかかって、第１トーションバー１２のみが捩られると、第１トルクセンサ２０がトルクを検出して、ＥＣＵ１６に送られる。このため、第１トーションバー１２のトルクに応じた電動モータ２の操舵補助力が発生することができる。第１トーションバー１２および弾性ゴム４４ｂの捩じれ角および圧縮角とトルクの関係は、直線Ｌ２にある。
【００５６】
上記構成によれば、ステアリングホイール１の切り始めは、弾性機構としての弾性ゴム４４ｂによってロアーステアリングシャフト１１および入力軸１４間の相対回転を生じさせ、その相対回転を第２トルクセンサ１９で感知し、電動モータ２による操舵補助力が発生し、手応え感が上昇するのを防ぐとともに、手応え感が急激に減少する現象を無くすことができる。さらに、ステアリングホイール１を大きく切っていくときは、弾性機構としての弾性ゴム４４ｂの角度を角度制限機構４８によって制限し、第１トーションバー１２による操舵角に応じたステアリングホイール１の手応え感の上昇を大きくすることができる。
【００５７】
上記構成によれば、角度制限機構４８を雄スプライン４４ａおよび雌スプライン４２ａにして弾性機構を弾性ゴム４４ｂで構成することで、角度制限機構４８と弾性機構を一体化することでスペースを削減でき、ステアリングホイール１の切り始めに、電動モータ２の操舵補助によって手応え感が急激に減少する現象を無くすとともに、ステアリングホイール１を大きく切ったときに、手応え感が大きく上昇するように調整することができる。
【００５８】
本発明の第三実施形態に係る電動パワーステアリング装置について、図７、図８を使用して詳述する。図７は本発明の第三実施形態に係る電動パワーステアリング装置の１部拡大図であり、図８は本発明の第三実施形態に係る電動パワーステアリング装置の図７のＢ−Ｂ断面図である。
【００５９】
第三実施形態は、第一実施形態と比較して、第２トーションバー１７に代えて弾性機構５８を用いた点で異なる。他の部分は、第一実施形態と同じであるので、第一実施形態と同一番号を付与して説明を割愛する。
【００６０】
本発明の第三実施形態に係る電動パワーステアリング装置の角度制限機構１８については、図３に示す第一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の角度制限機構１８を使用しており、詳細説明は省略する。角度制限機構１８は、ロアーステアリングシャフト５２の他端内周および入力軸５４の一端外周間に設けられ、ロアーステアリングシャフト５２および入力軸５４間の相対回転を時計回りに捩じれ角ｎ以下、反時計回りに捩じれ角ｎ以下に制限する機能を有している。
【００６１】
図８は、第三実施形態に係る電動パワーステアリング装置の弾性機構５８を示している。弾性機構５８は、外周がロアーステアリングシャフト５２の内周に、内周が入力軸５４の外周に結合された円筒状弾性体５６を有している。
【００６２】
円筒状弾性体５６は、弾性ゴムで形成されて、円筒状弾性体５６の外周がロアーステアリングシャフト５２の円筒部先端の内周と接着結合し、円筒状弾性体５６の内周が、入力軸５４の先端の外周に接着結合している。弾性機構５８は、角度制限機構１８によってロアーステアリングシャフト５２と入力軸５４の相対回転を時計回りに捩じれ角ｎ以下、反時計回りに捩じれ角ｎ以下に制限されている。
【００６３】
図４に示す第一実施形態の捩じれ角とトルクの関係を利用して第三実施形態の捩じれ角とトルクの関係を説明する。第三実施形態は、円筒状弾性体５６が第一実施形態の第２トーションバー１７と同じ機能を有し、直線Kの捩じれ角とトルクの関係を示している。
角度制限機構１８によって円筒状弾性体５６が捩じれ角ｎに制限されると、捩じれ角ｎ以下の範囲では、直線Ｌに示すように、第１トーションバー１２および円筒状弾性体５６の捩じれ角とトルクの関係の直線Ｌ１にあり、捩じれ角ｎ以上の範囲では、第１トーションバー１２の捩じれ角とトルクの関係の直線Ｊと同じ傾きを持つ直線Ｌ２になる。
【００６４】
次に、上記構成において第三実施形態の電動パワーステアリング装置の動作を説明する。
ステアリングホイール１の操舵により、ステアリングシャフト８のアッパーステアリングシャフト５１が回転し、この回転は、ロアーステアリングシャフト１１、入力軸１４、出力軸１３、中間軸３１を介してラックピニオン式操舵装置３０のピニオン軸に伝達され、ラックピニオン式操舵装置３０で回転がラック軸の軸方向移動に変換され、タイロッド、図略のナックルアームを介して転舵輪３４の向きが変えられる。
【００６５】
転舵輪３４の向きを変えるときに抵抗があるので、第１トーションバー１２および円筒状弾性体５６が捩れ、円筒状弾性体５６のばね定数は、第１トーションバー１２のばね定数より小さいので、筒状弾性体５６は第１トーションバー１２より大きく捩れる。弾性機構としての円筒状弾性体５６によってロアーステアリングシャフト１１および入力軸１４間の相対回転を生じ、その相対回転を第２トルクセンサ１９で感知し、電動モータ２による操舵補助力が発生する。
【００６６】
角度制限機構１８によって制限されない捩じれ角ｎ以下の範囲では、捩じれ角を第２トルクセンサ１９が検出して、トルク信号がＥＣＵ１６に送られる。この信号により、電動モータ２による小さい操舵補助力が発生する。このため、切り始めに、手応え感が大きく上昇することが無くなり、しかも、操舵補助開始とともに手応え感が大きく減少することが無くなる。角度制限機構１８によって制限されない捩じれ角ｎ以下の範囲では、第１トーションバー１２および円筒状弾性体５６の捩じれ角とトルクの関係の直線Ｌ１にある。
【００６７】
さらにトルクがかかって、円筒状弾性体５６の捩じれ角がｎとなると、角度制限機構１８によって円筒状弾性体５６のこれ以上の捩りが制限される。このときの、第１トーションバー１２の捩じれ角はｍである。
【００６８】
またさらにトルクがかかって、第１トーションバー１２のみが捩られると、第１トルクセンサ２０がトルクを検出して、ＥＣＵ１６に送られる。このため、第１トーションバー１２のトルクに応じた電動モータ２の操舵補助力が発生することができる。第１トーションバー１２および円筒状弾性体５６の捩じれ角とトルクの関係は、直線Ｌ２にある。
【００６９】
上記構成によれば、ステアリングホイール１の切り始めは、弾性機構としての円筒状弾性体５６によってロアーステアリングシャフト５２および入力軸５４間の相対回転を生じさせ、その相対回転を第２トルクセンサ１９で感知し、電動モータ２による操舵補助力が発生し、手応え感が上昇するのを防ぐとともに、手応え感が急激に減少する現象を無くすことができる。さらに、ステアリングホイール１を大きく切っていくときは、弾性機構としての円筒状弾性体５６の角度を角度制限機構１８によって制限し、第１トーションバー１２による操舵角に応じたステアリングホイール１の手応え感の上昇を大きくすることができる。
【００７０】
上記構成によれば、弾性機構５８が円筒状弾性体５６のため、軸方向のスペースが削減できるとともに、弾性体のばね定数を自由に設定できるため、簡単な構造となり、ステアリングホイール１の切り始めに、電動モータ２の操舵補助によって手応え感が急激に減少する現象を無くすとともに、ステアリングホイール１を大きく切ったときに、手応え感が大きく上昇するように調整することができる。
【００７１】
本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００７２】
上述した第一実施形態から第三実施形態は、第２トルクセンサ１９および第１トルクセンサ２０を用いた。他の実施形態として、第１トルクセンサ２０で、ロアーステアリングシャフトおよび出力軸間の相対回転を見られるようにしても良い。この場合、第２トルクセンサ１９を省略できる。第１トルクセンサ２０で、弾性機構の捩じれ角あるいは圧縮角および第１トーションバー１２の捩じれ角の両方が見られるので、弾性機構として例えば第２トーションバー１７の場合、第２トーションバー１７のばね定数を、第１トーションバー１２のばね定数より小さくする必然性は、無い。つまり、小さくしても良いし、大きくしても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１  電動パワーステアリング装置、２  電動モータ、３  ステアリングチューブ、４ｂ  第１軸受（ニードル軸受）、６  アッパーハウジング、７  ロアーハウジング、６  第２軸受（転がり軸受）、７  第３軸受（転がり軸受）、９  ウォーム減速機構、８  ステアリングシャフト、１０  アッパーステアリングシャフト、１１  ロアーステアリングシャフト、１２  第１トーションバー、１３  出力軸、１４  入力軸、１７  弾性機構（第２トーションバー）、１８  角度制限機構、  ２０  トルクセンサ、２１  ウォーム、２２  ウォームホイール、２２ａ（電動モータの）回転軸、３０  操舵装置、３４  転舵輪
【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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