(57)【要約】【課題】一時的に操舵トルクを高める必要が生じた場合に対応可能な電動式パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】電動モータ３には第１減速機構１０が、ピニオン軸に接続される出力軸２２には第２減速機構３０がそれぞれ設けられ、両減速機構１０，３０の間には操舵トルクの低出力時と高出力時とで両減速機構１０，３０を選択的に離接する離接切換機構４０およびこの離接切換機構４０により両減速機構１０，３０が切り離された場合にはこれに応じて第１減速機構１０の力を第２減速機構３０よりも高い減速比で出力軸２２に伝達する中継伝達機構５０が設けられている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラックピニオン式のステアリングギアボックス内のピニオン軸を駆動してステアリングホイールの操舵力をアシストするものであって、
上記ステアリングホイールの操舵に応じて駆動される電動モータを有し、この電動モータには第１減速機構が、上記ピニオン軸に接続される出力軸には第２減速機構がそれぞれ設けられるとともに、両減速機構の間には、操舵トルクの低出力時と高出力時とで両減速機構を選択的に離接する離接切換機構、およびこの離接切換機構により両減速機構が切り離された場合にはこれに応じて第１減速機構の力を第２減速機構よりも高い減速比で出力軸に伝達する中継伝達機構が設けられてなることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】
上記第１減速機構は、上記電動モータの支軸に第１遊星歯車機構を介して第１内接歯車が接続されてなり、上記第２減速機構は、上記出力軸に第２遊星歯車機構および第２内接歯車を介してリングホイールが連結されてなり、上記離接切換機構は、上記第１内接歯車とリングホイールとを互いに連結する連結部を備えるとともに、上記第１内接歯車を軸方向に沿って吸引して上記連結部の連結を切り離す電磁クラッチが設けられてなり、上記中継伝達機構は、上記リングホイールと出力軸との間に回転自在に設けられキャリアを有し、このキャリアは上記第１内接歯車の摺動に連動して回転が拘束解放されるとともに、前記第１遊星歯車の支軸が取り付けられ、さらに、このキャリアと上記出力軸との間には、出力軸の回転力をキャリアに伝達できずキャリアの回転力のみを出力軸に伝達できるクラッチ機構が設けられてなる、ことを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項３】
上記クラッチ機構は、上記キャリアの内壁に周方向に沿って延びる凹所が形成され、この凹所内に一対のコロが、またコロ間およびコロと凹所内壁との間に圧縮ばねが介在されるとともに、凹所の出力軸との隙間は中央では上記コロの直径よりも小さく、両端ではコロの直径よりも大きくなるように設定されてなることを特徴とする請求項２記載の電動式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、電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動式パワーステアリング装置としては、たとえば、ステアリングリンケージに連結された水平な操向軸に対して同軸に電動モータを配置し、この電動モータによってステアリングホイールの操舵トルクをアシストする構成のもの（たとえば、特許文献１参照）や、ステアリングホイールに直結されたステアリングシャフトに対して同軸に電動モータを配置し、この電動モータによりステアリングホイールの操舵トルクをアシストする構成のもの（たとえば、特許文献２参照）が既に提案されている。
【０００３】
しかし、上記のいずれの構造のものも、操向軸やステアリングシャフトを通す中空構造の特殊なモータを使用する必要が生じたり、一般的な中実構造のモータを使用したりする場合には構造全体が複雑になるなど、製造コストが高くつく不具合がある。
【０００４】
そのため、従来技術では、ラックピニオン式のステアリングギアボックス内のピニオン軸に電動モータを直結し、この電動モータによりステアリングホイールの操舵トルクをアシストする構成のものも提案されている。
【０００５】
その場合、電動モータ自体の駆動力だけではピニオン軸を駆動する場合にトルク不足になるため、電動モータとピニオン軸との間に歯車機構を設けて操舵トルクを増加させるようにした構成のものも考えられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３０２０５１号公報（第２−４頁、図１）
【特許文献２】
特開平５−１４７５４３号公報（第１−４頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車輪が車道の縁石に当たったり、乗り上げたりしたような場合には、車輪に重荷重が加わるようになる。そのような状況から逃げ出すためには、通常のハンドル操作により得られる操舵トルクよりも大きなトルクが必要となる。
【０００８】
ところが、従来装置では、電動モータの駆動力と歯車機構の減速比分で決まる一定の操舵トルクしか出力することができないため、車輪に重荷重が加わった場合に、その状況から速やかに逃げ出せないといった不都合を生じる。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、一時的に重荷重の操舵状態になった場合にはこれに応じて操舵トルクを通常時よりも高めることができて、ステアリング操作を常に円滑な行うことが可能な電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、ラックピニオン式のステアリングギアボックス内のピニオン軸を駆動してステアリングホイールの操舵力をアシストする電動式パワーステアリング装置において、次の構成を採用している。
【００１１】
すなわち、請求項１記載の発明では、上記ステアリングホイールの操舵に応じて駆動される電動モータを有し、この電動モータには第１減速機構が、上記ピニオン軸に接続される出力軸には第２減速機構がそれぞれ設けられるとともに、両減速機構の間には、操舵トルクの低出力時と高出力時とで両減速機構を選択的に離接する離接切換機構、およびこの離接切換機構により両減速機構が切り離された場合にはこれに応じて第１減速機構の力を第２減速機構よりも高い減速比で出力軸に伝達する中継伝達機構が設けられてなることを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、上記第１減速機構は、上記電動モータの支軸に第１遊星歯車機構を介して第１内接歯車が接続されてなり、上記第２減速機構は、上記出力軸に第２遊星歯車機構および第２内接歯車を介してリングホイールが連結されてなり、上記離接切換機構は、上記第１内接歯車とリングホイールとを互いに連結する連結部を備えるとともに、上記第１内接歯車を軸方向に沿って吸引して上記連結部の連結を切り離す電磁クラッチが設けられてなり、上記中継伝達機構は、上記リングホイールと出力軸との間に回転自在に設けられキャリアを有し、このキャリアは上記第１内接歯車の摺動に連動して回転が拘束解放されるとともに、前記第１遊星歯車の支軸が取り付けられ、さらに、このキャリアと上記出力軸との間には、出力軸の回転力をキャリアに伝達できずキャリアの回転力のみを出力軸に伝達できるクラッチ機構が設けられてなる、ことを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の構成において、上記クラッチ機構は、上記キャリアの内壁に周方向に沿って延びる凹所が形成され、この凹所内に一対のコロが、またコロ間およびコロと凹所内壁との間に圧縮ばねが介在されるとともに、凹所の出力軸との隙間は中央では上記コロの直径よりも小さく、両端ではコロの直径よりも大きくなるように設定されてなることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置の全体的なシステム構成を示すブロック図、図２は電動式パワーステアリング装置の要部の縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００１５】
この実施の形態の電動式パワーステアリング装置１は、ラックピニオン式のステアリングギアボックス内のピニオン軸（図示省略）を駆動してステアリングホイールの操舵力をアシストするものであって、ステアリングホイール２の操舵に応じて駆動される電動モータ３を有する。
【００１６】
すなわち、ステアリングホイール２が操作されると、操舵トルク検出部４でその際の操舵トルクが検出されて検出信号が制御部５に入力される。制御部５は、この操舵トルク検出部４からの検出信号に基づいてモータ駆動信号をモータドライブ回路６に与えるので、これに応じて電動モータ３が回転駆動される。また、制御部５は、操舵トルク検出部４からの検出信号の電流量が予め設定されたしきい値以上となった場合には、車輪に重荷重が加わる状況が生じたものと判断して、後に詳述する電磁クラッチ７を作動させるようになっている。
【００１７】
上記の電動モータ３は、ハウジング９の一方側の側壁に取り付けられており、この電動モータ３の回転軸に第１減速機構１０が連結されている。また、ステアリングギアボックス内の図示しないピニオン軸にボス２１を介して出力軸２２に連結されており、この出力軸２２に第２減速機構３０がそれぞれ連結されている。また、両減速機構１０，３０の間には、操舵トルクの低出力時と高出力時とで両減速機構１０，３０を選択的に離接する離接切換機構４０、およびこの離接切換機構４０により両減速機構１０，３０が切り離された場合にはこれに応じて第１減速機構１０の力を第２減速機構３０よりも高い減速比で出力軸に伝達する中継伝達機構５０が設けられている。
【００１８】
上記の第１減速機構１０は、電動モータ３の回転軸３ａに第１遊星歯車機構１１を介して第１内接歯車１２が連結されて構成されている。そして、第１遊星歯車機構１１は、電動モータ３の回転軸３ａに設けられた第１太陽歯車１３と、後述のキャリア５１に第１支軸１４が固定された一対の第１遊星歯車１５とからなる。また、第１内接歯車１２は、ハウジング８との間に介在された軸受１６，１７により回転自在に支持されている。
【００１９】
第２減速機構３０は、上記の出力軸２２に第２遊星歯車機構３１を介して第２内接歯車３２が連結され、この第２内接歯車３２の外周部にリングホイール３６が取り付けられて構成されている。そして、第２遊星歯車機構３１は、出力軸２２に設けられた第２太陽歯車３３と、ハウジング８の側壁に第２支軸３４が固定された単一の第２遊星歯車３５とからなる。また、リングホイール３６は、ハウジング８との間に介在された軸受３７，３８により回転自在に支持されている。
【００２０】
上記の離接切換機構４０は、第１内接歯車１２とリングホイール３６とを互いに連結する連結部４１を備えるとともに、第１内接歯車１２を軸方向に沿って吸引して連結部４１の連結を切り離す電磁クラッチ７を有する。そして、第１内接歯車１２と電磁クラッチ７との間には復帰ばね４２が設けられ、また、第１内接歯車１２の内周部には、第１遊星歯車１５を両側から挟むように一対の当接片４３ａ，４３ｂが取り付けられている。
【００２１】
中継伝達機構５０は、リングホイール３６と出力軸２２との間に軸受５２〜５５を介して回転自在に支持された中空状のキャリア５１を有する。このキャリア５１には、第２遊星歯車３５の第２支軸３４に嵌合する係止部５１ａが設けられており、第１内接歯車１２の摺動に連動して係止部５１ａに第２支軸３４が着脱されることによりキャリア５１の回転が拘束／解放されるようになっている。また、キャリア５１には、第１遊星歯車１５の第１支軸１５が取り付けられ、さらに、このキャリア５１と出力軸２２との間には、出力軸２２の回転力はキャリア５１に伝達できず、キャリア５１の回転力のみを出力軸２２に伝達できるクラッチ機構６０が設けられている。
【００２２】
このクラッチ機構６０は、図５に示すように、キャリア５１の内周壁の互いに対向する２箇所にそれぞれ周方向に沿って延びる凹所６１が形成されている。そして、これらの各凹所６１内に一対のコロ６２が、またコロ６２同士の間、およびコロ６２と凹所６１内壁との間に圧縮コイルばね６３，６４がそれぞれ介在されている。
【００２３】
そして、凹所６２は左右対称形をしていて、出力軸２２に対する隙間は、中央では上記コロ６２の直径よりも小さく、両端ではコロ６２の直径よりも大きくなるように、中央に向かって次第に漸減するように形成されている。また、圧縮コイルばね６３，６４は、コロ６２間に位置する圧縮コイルばね６３のばね力がコロ６２と凹所６１内壁との間に位置する圧縮コイルばね６４のばね力よりも大きくなるように設定されている。
【００２４】
したがって、出力軸２２とキャリア５１が共に停止した状態にあるときには、中央の圧縮コイルばね６３のばね力によって各コロ６２が互いが離れる方向に押し広げられる結果、コロ６２と凹所６１底面との間にわずかな隙間が生じている。
【００２５】
次に、上記構成において、ステアリングホイール２を通常の操作トルクでもって操作する場合と、一時的に操作トルクを高く設定する必要が生じた場合の各動作についてそれぞれ説明する。
【００２６】
（１）通常の操作トルクでもって操作する場合
ステアリングホイール２の操作に応じて操舵トルク検出部４で操舵トルクが検出され、その検出信号が制御部５に入力されると、制御部５は、この検出信号に基づいてモータ駆動信号をモータドライブ回路６に与えるので、これに応じて電動モータ３が回転駆動される。その際、制御部５は、操舵トルク検出部４からの検出信号の電流量が予め設定されたしきい値未満の場合、車輪に加わる荷重は軽いと判断し、電磁クラッチ７への通電は行わない。
【００２７】
したがって、図２に示すように、第１内接歯車１２は復帰ばね４２によってリングホイール３６側に押された状態となるので、第１内接歯車１２とリングホイール３６とは連結部４１で互いに一体に連結された状態になっている。また、その際、第１遊星歯車１５が第１内接歯車１２に固定された一方側の当接片４３ｂで図中左方に向けて押圧されているため、キャリア５１の係止部５１ａが第２支軸３４に嵌合しており、そのため、キャリア５１の回転は拘束された状態になっている。
【００２８】
上記のようにして電動モータ３が回転すると、これに伴い、第１太陽歯車１３が回転する。この第１太陽歯車１３の回転力は、第１遊星歯車１５に伝わるが、このとき、キャリア５１の回転は第２支軸３５で拘束されているので、第１遊星歯車１５は第１支軸１４を中心に自転する。第１遊星歯車１５の自転により、第１内接歯車１２およびこれに連結部４１を介して連結されたリングホイール３６が共に回転する。
【００２９】
リングホイール３６が回転すると、これに一体固定された第２内接歯車３２も同時に回転するので、その回転力は第２遊星歯車３５および第２太陽歯車３３を介して出力軸２２に伝達される。そして、出力軸２２の回転によりラックピニオン式のステアリングギアボックス内のピニオン軸が駆動されて、ステアリングリンケージに伝達されるので、ステアリングホイール２の操舵トルクがアシストされることになる。
【００３０】
ここで、図７（ａ）に示すように、キャリア５１は停止していてその内側の出力軸２２のみが図中矢印で示すＸ方向に回転する状態にあるとする。このとき、各コロ６２は出力軸の回転方向Ｘに移動しようとするが、左側のコロ６２と凹所６１内壁との間の圧縮コイルばね６４のばね力は、コロ６２間の圧縮コイルばね６３のばね力よりも小さいので、左側の圧縮コイルばね６４が縮んで左側のコロ６２と凹所６１底面との隙間は広がる。また、コロ６２同士の間にある中央の圧縮コイルばね６３は縮みにくいので、コロ６２と凹所６１底面との隙間を保ち続ける。したがって、出力軸２２の回転力はその外周側のキャリア５１に伝達されない。
【００３１】
（２）一時的に操作トルクを高く設定する場合
ステアリングホイール２の操作に伴って電動モータ３が回転駆動され、しかも、操舵トルク検出部４からの検出信号の電流量が予め設定されたしきい値以上となった場合には、制御部５は、車輪に重荷重が加わった状況になったものと判断して電磁クラッチ７を作動させる。
【００３２】
電磁クラッチ７が作動すると、図６に示すように、第１内接歯車１２は復帰ばね４２のばね力に抗して電磁クラッチ７側に吸引される。これに伴い、第１内接歯車１２はリングホイール３６との連結部４１が切り離されるとともに、第１遊星歯車１５が他方側の当接片４３ａで図中右方に向けて押圧されるため、キャリア５１が第１内接歯車１２とともに摺動し、その結果、キャリア５１の係止部５１ａが第２支軸３４から離間する。そのため、キャリア５１が解放されて回転自在な状態になる。
【００３３】
そして、電動モータ３の回転により第１太陽歯車１４が回転し、この第１太陽歯車１４の回転力は、第１遊星歯車１５に伝わる。このとき、キャリア５１は回転可能な状態になっているので、第１遊星歯車１５は第１支軸１４を中心に自転するとともに、第１太陽歯車１４を中心に公転する。そして、第１遊星歯車１５の公転によりキャリア５１も回転する。このとき、第１内接歯車１２は電磁クラッチ７に吸引されたままなので、第１内接歯車１２の回転は停止している。
【００３４】
ここで、図７（ｂ）に示すように、キャリア５１が図中矢印で示すＹ方向に回転する状態にあるとすると、各コロ６２の移動速度よりもキャリア５１の回転速度の方が速いために、キャリア５１の凹所６１底面とコロ６２との隙間が次第に無くなり、最終的にはキャリア５１の凹所６１底面と出力軸２２の外周面との間にコロ６２が食い込んでロックされた状態になる。その結果、キャリア５１の回転力が出力軸２２に伝達されて出力軸２２が回転する。そして、出力軸２２の回転によりラックピニオン式のステアリングギアボックス内のピニオン軸が駆動されて、ステアリングリンケージに伝達されるので、ステアリングホイール２の操舵トルクがアシストされることになる。
【００３５】
キャリア５１の回転力が出力軸２２に伝達されて出力軸２２が回転すると、第２遊星歯車機構３１を介して第２内接歯車３２およびリングホイール３６が共に回転するが、このとき、リングホイール３６から第１内接歯車１２が切り離されているので、リングホイール３６が空回りするだけとなり、第１内接歯車１２には何ら影響を及ぼさない。
【００３６】
いま、たとえば、第１遊星歯車機構１１を構成する第１太陽歯車１３の歯数を１３、第１遊星歯車１５の歯数を１６、第１内接歯車１２の歯数を４６に、また、第２遊星歯車３１を構成する第２太陽歯車３３の歯数を２３、第２遊星歯車３５の歯数を１８、第２内接歯車３２の歯数を６０にそれぞれ設定したとする。
【００３７】
このとき、図１に示したように、通常の操作トルクでもって操作する場合、電動モータ３の回転力は、第１減速機構１０、リングホイール３６、および第２減速機構３０を順次経由して出力軸２２に伝達されるので、電動モータ３のトルクを１とすると、出力軸２２の操舵トルクは１．３５６になる。また、図６に示したように、一時的に操作トルクを高く設定する場合、電動モータ３の回転力は、第１減速機構１０およびキャリア５１を順次経由して出力軸２２に伝達されるので、電動モータ３のトルクを１とすると、出力軸２２の操舵トルクは４．５３８になる。したがって、操舵トルクを高くする必要があるときには、通常の操舵トルクの３．３５倍に高められる。
【００３８】
このように、この実施の形態の電動式パワーステアリング装置１は、一時的に重荷重の操舵状態になった場合には、電磁クラッチ７を作動させることで、これに応じて操舵トルクを通常時よりも高めることができるため、ステアリング操作を常に円滑な行うことが可能になる。
【００３９】
なお、上記の実施の形態で説明した電動式パワーステアリング装置１は、図１ないし図７に示したような構成のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することができる。
【００４０】
たとえば、上記の実施の形態では、第１，第２遊星歯車機構１１，３１として遊星歯車１５，３５を設けているが、このような遊星歯車１５，３５に代えて、遊星ローラを使用することもできる。また、操舵トルク検出部４による操舵トルクの検出出力に基づいて電磁クラッチ７を動作させる代わりに、車速センサの検出出力に基づいて電磁クラッチ７を動作させるようにすることもできる。たとえば、車速が低速（１０ｋｍ／ｈ）になったときには操舵トルクが不足しがちになるので、そのときには電磁クラッチ７を動作させて操舵トルクを増加させる構成とすることも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、一時的に重荷重の操舵状態になった場合にはこれに応じて操舵トルクを通常時よりも高めることができて、ステアリング操作を常に円滑に行うことが可能な電動式パワーステアリング装置を提供することができる。
【００４２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を奏しつつ、より一層具体的に実現することができる。
【００４３】
請求項３記載の発明によれば、クラッチ機構が比較的簡単な構造であるにもかかわらず、電動モータの正逆転に応じてキャリアの回転を出力軸に確実に伝達することができるため、安価に実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置における全体的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】電動式パワーステアリング装置の要部の縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、
【図４】図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】クラッチ機構の横断面図である。
【図６】本発明の電動式パワーステアリング装置において、操舵トルクの高出力時の動作説明に供する縦断面図である。
【図７】クラッチ機構の動作説明に供する説明図である。
【符号の説明】
１　電動式パワーステアリング装置、２　ステアリングホイール、３　電動モータ、７　電磁クラッチ、１０　第１減速機構、１１　第１遊星歯車機構、１２第１内接歯車、１３　第１太陽歯車、１４　第１支軸、１５　第１遊星歯車、２２　出力軸、３０　第２減速機構、３１　第２遊星歯車機構、３２　第２内接歯車、３３　第２太陽歯車、３４　第２支軸、３５　第２遊星歯車、３６　リングホイール、４０　離接切換機構、４１　連結部、５０　中継伝達機構、５１　キャリア、６０　クラッチ機構、６１　凹所、６２　コロ、６３，６４　圧縮コイルばね。
【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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