(57)【要約】【課題】バリアブルギアレシオ機構を備えたラック・ピニオン式運動変換機構のラック移動端において発生する衝撃を吸収し、電動モータや動力伝達系の各機構に損傷を与えることがない電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】操舵によるピニオン軸２２の回転によりピニオン軸２２の歯部に噛合する歯部を備えたラック軸２１が矢印ａ方向に移動すると、ラック軸２１の両端部に結合されたタイロッド２４、２５も矢印ａ方向に移動し、車輪の向きを変更する。車輪が縁石に乗り上げたり車両整備中等で外部から車輪が回転され、ラック軸２１が矢印ａ方向に高速移動し、衝撃吸収部材３５が当接部材３３に衝突しても、衝撃吸収機構３８を構成する衝撃吸収部材が弾性変形して衝撃を吸収するから電動モータや動力伝達系の各機構に損傷を与えることがない。ブラシレスモータを使用すると慣性力が小さいから更に衝撃を緩和できる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
舵輪と、前記舵輪が装着される舵輪軸と、操舵補助力を供給する電動モータを備え、前記舵輪軸の回転をラック・ピニオン式運動変換機構を介してステアリングギアに伝達して車輪の舵角を変更する電動パワーステアリング装置において、
前記ラック・ピニオン式運動変換機構は、ピニオンとラックとの間のギア比が操舵角の増加に応じて大きくなるバリアブルギアレシオ機構を備え、ラックの移動端に衝撃吸収機構が配置されていること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記電動モータは、ブラシレスモータであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を供給する電動モータを含む減速機構が、前記舵輪軸と前記ラック・ピニオン式運動変換機構のピニオン軸とを連結する連結部材よりも舵輪側に配置されているコラムタイプの電動パワーステアリング装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を供給する電動モータを含む減速機構が、前記舵輪軸と前記ラック・ピニオン式運動変換機構のピニオン軸とを連結する連結部材よりもラック・ピニオン式運動変換機構側に配置されているピニオンタイプの電動パワーステアリング装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記衝撃吸収機構は、ラックの端部に固定された弾性変形可能な衝撃吸収部材とラックハウジングに固定された当接部材とから構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記衝撃吸収機構は、ラックの端部に固定された当接部材とラックハウジングに固定された弾性変形可能な衝撃吸収部材とから構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか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】
【発明が属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の電動パワーステアリング装置は、舵輪の操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクその他を検出し、その検出信号に基づいて電動モータを駆動してステアリングシャフトを回転させ、操舵力を補助するものである。
【０００３】
車輪の舵角を変更する操舵機構は、ラック・ピニオン式運動変換機構を使用する構成では、車両の進行方向に対して左右方向に移動するラック軸と、このラック軸に噛合するピニオンギアを備え、ステアリングシャフトの回転をピニオンギアに伝達し、ピニオンギアに噛合するラック軸をその軸方向、即ち車両の進行方向に対して左右方向に移動させて車輪の舵角を変更する構成を備えている。
【０００４】
ラック・ピニオン式運動変換機構のラック軸の軸方向の移動可能な長さは、その構造から規定されており、ラック軸のストロークエンドには停止部材が配置され、ラック軸が移動限界を越えて移動することを停止させるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
通常のステアリング操作では、ラック軸が停止部材に当接しても、ラック軸の移動速度が低いために当接時の衝撃荷重は小さいから、モータや動力伝達系の各機構に障害を与えることはない。
【０００６】
また、ラック・ピニオン式運動変換機構には、ステアリングシャフトに連結されているピニオンギアとラックギアとのギア比を操舵角の増加に応じて大きくなるように可変に構成した、バリアブルギアレシオを備えたラック・ピニオン式運動変換機構がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
これは、例えば車庫入れの場合のように、車が殆ど停止している状態で舵輪を大きく操作する「据え切り」時には舵輪操作が重くなるが、バリアブルギアレシオを備えたラック・ピニオン式運動変換機構によれば、操舵角の増加に応じてギア比が大きくなるから、舵輪を軽く操作することができるものである。
【０００８】
【特許文献１】
実開昭６３−２３１８４号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平０８−１１７２８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような、操舵角の増加に応じてギア比が大きくなるバリアブルギアレシオを備えたラック・ピニオン式運動変換機構は、操舵角が大きいとき、即ちラック軸が移動するときの移動端（以下、ストロークエンドという）の付近ではピニオンギアとラックギアとのギア比が大きくなる。
【００１１】
このため、車輪が縁石に乗り上げたり、車両整備中等で、外部から車輪が回転させられたような場合には、車輪の回転によりラック軸が軸方向に移動してこれに噛み合うピニオン軸が回転し、操舵補助力を供給する電動モータを回転させることになるが、バリアブルギアレシオを備えたラック・ピニオン式運動変換機構では、ラック軸がストロークエンド付近にあるときは、車輪からの回転によるラック軸の移動量が一定であっても、ピニオン軸の回転角が相対的に大きくなり、ピニオンギアとラックギアとのギア比が大きい程大きくなる。
【００１２】
即ち、ラック軸の移動速度が一定であってもギア比が大きくなるストロークエンド付近では、モータがより高速で回転し、モータ慣性力もより大きくなる。このため、ラック軸がストロークエンド付近にあるときに、前記したように、車輪が縁石に乗り上げたり車両整備中等で、外部から車輪が高速で回転させられてラック軸が停止部材に衝突したときに発生する衝撃荷重は、ピニオンギアとラックギアとのギア比が大きい程大きく、衝撃荷重によりモータや動力伝達系の各機構が損傷してしまう可能性が高い。
【００１３】
この発明は、上記課題を解決し、バリアブルギアレシオを備えたラック・ピニオン式運動変換機構を備えた電動パワーステアリング装置において、車輪からの回転によりラック軸が移動して停止部材に衝突したときに発生する衝撃荷重を緩和し、モータや動力伝達系の各機構に損傷を与えることがない電動パワーステアリング装置の提供を目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、舵輪と、前記舵輪が装着される舵輪軸と、操舵補助力を供給する電動モータを備え、前記舵輪軸の回転をラック・ピニオン式運動変換機構を介してステアリングギアに伝達して車輪の舵角を変更する電動パワーステアリング装置において、前記ラック・ピニオン式運動変換機構は、ピニオンとラックとの間のギア比が操舵角の増加に応じて大きくなるバリアブルギアレシオ機構を備え、ラックの移動端に衝撃吸収機構を備えた停止部材が配置されていることを特徴とする。
【００１５】
そして、前記電動モータは、ブラシレスモータを使用する。
【００１６】
そして、前記電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を供給する電動モータを含む減速機構が、前記舵輪軸と前記ラック・ピニオン式運動変換機構のピニオン軸とを連結する連結部材よりも舵輪側に配置されているコラムタイプの電動パワーステアリング装置とすることができる。
【００１７】
また、前記電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を供給する電動モータを含む減速機構が、前記舵輪軸と前記ラック・ピニオン式運動変換機構のピニオン軸とを連結する連結部材よりもラック・ピニオン式運動変換機構側に配置されているピニオンタイプの電動パワーステアリング装置とすることもできる。
【００１８】
前記衝撃吸収機構を備えた停止部材は、ラックの端部に固定された弾性変形可能な衝撃吸収部材とラックハウジング側に固定された当接部材とから構成するとよい。
【００１９】
また、前記衝撃吸収機構を備えた停止部材は、ラックの端部に固定された当接部材とラックハウジング側に固定された弾性変形可能な衝撃吸収部材とから構成してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、この発明を実施するに適したコラムタイプの電動パワーステアリング装置１０の構成の一例を示す斜視図で、１１は舵輪、１２は上部舵輪軸１２ａと下部舵輪軸１２ｂとが同軸に配置された舵輪軸、１３は舵輪軸ハウジング、１４は電動モータ、１５は電動モータ１４の回転を下部舵輪軸１２ｂに伝達する減速機構、２０はラック・ピニオン式運動変換機構を示す。
【００２２】
上部舵輪軸１２ａと下部舵輪軸１２ｂとは、図示されていないトーションバーにより結合されており、舵輪１１から上部舵輪軸１２ａを経て下部舵輪軸１２ｂに伝達される操舵トルクがトーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１４の出力が制御される。
【００２３】
上部舵輪軸１２ａと下部舵輪軸１２ｂとから構成される舵輪軸１２は、舵輪軸ハウジング１３の内部に回転自在に支承されており、舵輪軸ハウジング１３は、車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されている。
【００２４】
ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸２１と、ラック軸２１の軸心に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯部に噛合する歯部を備えたピニオン軸２２、及びラック軸２１とピニオン軸２２を支承するハウジング２６から構成される。
【００２５】
ピニオン軸２２と下部舵輪軸１２ｂの下部とは、２個の自在継手１６、１７、及び連結軸１８から構成される連結部材１９で連結されている。また、ラック軸２１の端部にはタイロッド２４及び２５が結合され、図示しない公知のステアリングギアを介して車輪の舵角を変更するように構成されている。
【００２６】
上記したコラムタイプの電動パワーステアリング装置１０の特徴点は、電動モータ１４及び減速機構１５が、連結部材１９よりも舵輪１１側にある舵輪軸１２に配置されている点にある。
【００２７】
図２は、この発明を実施するに適したピニオンタイプの電動パワーステアリング装置４０の構成の一例を示す斜視図である。図１に示すコラムタイプの電動パワーステアリング装置１０との構成上の相違点、即ち特徴点は、電動モータ１４を含む減速機構１５が、連結部材１９よりもラック・ピニオン式運動変換機構２０側に配置されている点にある。
【００２８】
図１に示すコラムタイプの電動パワーステアリング装置と対応する構成部材には同一符号を付して詳細な説明は省略するが、上部舵輪軸１２ａと下部舵輪軸１２ｂとから構成される舵輪軸１２は、舵輪軸ハウジング１３の内部に回転自在に支承されており、舵輪軸ハウジング１３は、車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されている。
【００２９】
そして、ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸２１と、ラック軸２１の軸心に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯部に噛合する歯部を備えたピニオン軸２２、及びラック軸２１とピニオン軸２２を支承するハウジング２６から構成されている。
【００３０】
ピニオン軸２２と下部舵輪軸１２ｂの下部とは、２個の自在継手１６、１７、及び連結軸１８から構成される連結部材１９で連結され、連結部材１９とピニオン軸２２との間に電動モータ１４及び減速機構１５が配置されている。
【００３１】
図３は、ハウジングの一部を切欠いて内部構成を示したラック・ピニオン式運動変換機構２０の構成を示す正面図、図４はその端部に配置された衝撃吸収機構３８の構成を示す断面図、図５はラック軸のラック歯のピッチ構成を説明する正面図である。
【００３２】
このラック・ピニオン式運動変換機構は、図１により説明したコラムタイプの電動パワーステアリング装置１０、及び図２により説明したピニオンタイプの電動パワーステアリング装置４０のいずれにも適用されるものである。
【００３３】
ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、バリアブルギアレシオを備えたラック・ピニオン式運動変換機構であり、図６の特性図に示すように、操舵角θに対するギア比εが操舵角θの増加に応じて大きくなるように構成されている。
【００３４】
この構成により、通常の車両走行中の操舵領域では、ギア比εが小さく通常のステアリング操作を維持することができる。そして、車庫入れの場合のように車が殆ど停止している状態で操向ハンドルを大きく操作する「据え切り」時のような操舵領域（ストロークエンド付近）では、ギア比εが大きいから電動モータの出力が小さく十分な補助トルクが供給されていなくとも、操向ハンドルを軽く操作することができる。
【００３５】
以下、図３及び図４を参照してラック・ピニオン式運動変換機構２０の構成、衝撃吸収機構３８の構成、及びその動作を説明する。
【００３６】
ハウジング２６は、ギアケース部２６ａとラックコラム部２６ｂとから構成される。ギアケース部２６ａはピニオン軸２２を回転自在に支承するもので、また、ラックコラム部２６ｂはラック軸２１を軸方向に移動自在に支承するもので、軸方向両端部にはそれぞれ滑り軸受であるラックブッシュ３１（３２）が配置されており、ラック軸２１を軸方向に移動自在に支承する。
【００３７】
ラック軸２１は、中空の円筒部材で構成され、軸方向に添ってピニオン軸２２の歯部に噛合するラック歯２１ａが形成される。具体的には、図５に示すようにラック軸２１のラック歯２１ａは、中央部分２１ａ１では通常のピッチに形成され、ストロークエンド付近２１ａ２ではピッチが細かくなるように形成されている。
【００３８】
ラック軸２１の軸方向両端部には、ボールジョイント２７、２８が取付けられ、ボールジョイント２７、２８にはそれぞれタイロッド２４及び２５の端部が回動自在に結合されている。また、ボールジョイント２７、２８の周囲には防塵用のブーツ２９、３０が配置され、ラックコラム部２６ｂに取付けられている。
【００３９】
ラックコラム部２６ｂの軸方向両端部には、ラックブッシュ３１（３２）の外側に金属製のリングからなる当接部材３３、３４が焼き嵌め等の適宜の手段で固定されている。
【００４０】
また、ボールジョイント２７、２８のラック軸２１側の端部には、前記当接部材３３、３４に対向してリング状の衝撃吸収部材３５、３６が固定されている。衝撃吸収部材３５、３６は、例えばゴムリングのような弾性変形可能な衝撃吸収部材、或いは皿ばねとゴムリングを組み合わせて構成された弾性変形可能な衝撃吸収部材から構成されており、当接部材３３、３４と衝撃吸収部材３５、３６とで衝撃吸収機構３８が構成される。
【００４１】
次に、ラック・ピニオン式運動変換機構２０の動作を説明する。ピニオン軸２２の回転により、ピニオン軸２２の歯部に噛合するラック歯２１ａを備えたラック軸２１が、図３で矢印ａ方向に移動すると、ラック軸２１の両端部にボールジョイント２７、２８を介して結合されたタイロッド２４及び２５も矢印ａ方向に移動し、図示しない車輪転向機構を介して車輪の向きを変更する。
【００４２】
ラック軸２１が、矢印ａ方向にストロークエンドまで移動すると、ボールジョイント２７の端部に固定されている衝撃吸収部材３５が、ラックコラム部２６ｂの端部に固定されている当接部材３３に当接し、ラック軸２１の矢印ａ方向移動は停止される。
【００４３】
ラック軸２１がストロークエンド付近にあるとき、車輪が縁石に乗り上げたり、車両整備中等で外部から車輪が高速回転させられたような場合は、車輪からの回転によりラック軸２１が矢印ａ方向に高速移動して衝撃吸収部材３５が当接部材３３に激しく衝突するが、当接部材３３の衝突により衝撃吸収部材３５が弾性変形して衝撃を吸収するので、電動モータや動力伝達系の各機構に損傷を与えることがない。
【００４４】
ラック軸２１が、矢印ａと反対方向にストロークエンドまで移動するときは、ボールジョイント２８の端部に固定されている衝撃吸収部材３６が、ラックコラム部２６ｂの端部に固定されている当接部材３４に当接し、ラック軸２１の矢印ａと反対方向の移動は停止される。
【００４５】
車両整備中等で外部から車輪が高速回転させられたような場合は、車輪からの回転によりラック軸２１が矢印ａと反対方向に高速移動して衝撃吸収部材３６が当接部材３４に激しく衝突するが、此の場合も、当接部材３４と衝撃吸収部材３６とで衝撃吸収機構３８が構成されているので、電動モータや動力伝達系の各機構に与える衝撃が吸収され、損傷を与えることがない。
【００４６】
上記した衝撃吸収機構は、ラック軸２１の端部にボールジョイントを介して衝撃吸収部材が固定され、ラックコラム部の端部に当接部材が固定されるものとして説明したが、これと反対にラック軸の端部にボールジョイントを介して当接部材が固定され、ラックコラム部の端部に衝撃吸収部材が固定される構成であってもよい。
【００４７】
以上説明したラック・ピニオン式運動変換機構は、電動モータにロータコイル給電用のブラシを備えたブラシモータを使用する電動パワーステアリング装置のほか、ブラシを備えていないブラシレスモータを使用する電動パワーステアリング装置にも適用することができる。
【００４８】
ブラシレスモータは、同一出力のブラシモータに比較して小型で、慣性力を小さくすることができるから、ブラシレスモータを使用することで衝撃吸収機構と当接部材との衝突時の衝撃を一層軽減でき、電動モータや動力伝達系の各機構に与える衝撃を更に緩和することができるばかりでなく、衝撃吸収機構を小さく構成することが可能になる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の電動パワーステアリング装置は、バリアブルギアレシオ機構を備えたラック・ピニオン式運動変換機構を備えたものであり、そのラックの移動端に衝撃吸収機構を配置したものであるから、ラックがその移動端において衝撃吸収機構に衝突して停止するときの衝撃荷重が吸収されるから電動モータや動力伝達系の各機構に損傷を与えることがない。
【００５０】
また、操舵補助力を供給する電動モータとして、同一出力のブラシ付モータよりも小型のブラシレスモータを使用するときは、モータの慣性力が小さいからラックが移動端で衝撃吸収機構に衝突して停止するときの衝撃荷重を更に軽減することができる。これにより電動モータや動力伝達系の各機構に損傷を与えることがないばかりでなく、衝撃吸収機構を小さくできるから、電動パワーステアリング装置全体をコンパクトに構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を実施するに適したコラムタイプの電動パワーステアリング装置の構成の一例を示す斜視図。
【図２】この発明を実施するに適したピニオンタイプの電動パワーステアリング装置の構成の一例を示す斜視図。
【図３】ラック・ピニオン式運動変換機構のハウジングの一部を切欠いて内部を示した正面図。
【図４】ラック・ピニオン式運動変換機構の衝撃吸収装置の構成を示す断面図。
【図５】ラック軸の構成を示す正面図。
【図６】バリアブルギアレシオを備えたラック・ピニオン式運動変換機構の操舵角θに対するギア比εの関係を説明する特性図。
【符号の説明】
１０  コラムタイプの電動パワーステアリング装置
１１  舵輪
１２  舵輪軸
１２ａ  上部舵輪軸
１２ｂ  下部舵輪軸
１３  舵輪軸ハウジング
１４  電動モータ
１５  減速機構
１６、１７  自在継手
１８  連結軸
２０  ラック・ピニオン式運動変換機構
２１  ラック軸
２１ａ  ラック歯
２２  ピニオン軸
２４、２５  タイロッド
２６  ハウジング
２６ａ  ギアケース部
２６ｂ  ラックコラム部
２７、２８  ボールジョイント
２９、３０  防塵用のブーツ
３１、３２  ラックブッシュ
３３、３４  当接部材
３５、３６  衝撃吸収部材
３８  衝撃吸収機構
４０  ピニオンタイプの電動パワーステアリング装置
【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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