(57)【要約】【課題】電動パワーステアリング装置において、トルクリミッタ機構の制限トルクを精度良く設定でき、信頼性が高いこと。【解決手段】操舵中に車輪が縁石に衝突する等の原因で、路面からの過大なキックバックを受けて被動軸としての出力軸１４が急停止するようなときには、ばね部材３１を撓ませながら環状段部２８およびウォームホイール２２の波形係合部３３，３４の頂部同士が互いに他を順次に乗り越える。出力軸１４に対してウォームホイール２２が軸方向に往復運動しながら相対回転する。電動モータ１９や、ウォーム軸２１とウォームホイール２２の噛み合い部分等を保護することができる。波形係合部３３，３４の形状の設定や、ばね部材３１の付勢荷重の設定により、トルクリミッタ機構２３の制限トルクを精度良く設定できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助用の電動モータの出力回転を小歯車および大歯車を含む減速機構、並びにトルクリミッタ機構を介して被動軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
上記被動軸は大歯車の挿通孔に挿通される挿通部を含み、
上記トルクリミッタ機構は、被動軸に設けられ大歯車の一端面を軸方向に受ける環状段部と、大歯車を環状段部側に付勢する付勢部材とを含み、
環状段部および大歯車の上記一端面に、軸方向に起伏して互いに係合する波形係合部がそれぞれ周方向に設けられ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】
請求項１において、上記トルクリミッタ機構は、上記被動軸に設けられるねじ部に位置調整可能に螺合する螺合部材と、この螺合部材をねじ部に止定するロック部材とをさらに含み、上記付勢部材は螺合部材と大歯車の他端面との間に介在するばね部材を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
操舵補助用の電動モータの出力回転を小歯車および大歯車を含む減速機構、並びにトルクリミッタ機構を介して被動軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
上記被動軸は大歯車の挿通孔に挿通される挿通部を含み、
上記トルクリミッタ機構は、上記被動軸の挿通部の外周面および大歯車の挿通孔の内周面の何れか一方に設けられる係合凹部と、他方に設けられる収容部と、この収容部に進退自在に収容され円錐状又は球状をなす頂部を係合凹部に係合可能な係合体と、収容部に収容され係合体を係合凹部側へ付勢する付勢部材とを備えることを特徴とする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】
本発明は操舵補助力の発生源として電動モータを用いてなる電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、ステアリング軸に接続されたピニオン軸をラック軸に噛合いさせるとともに、モータの出力軸に連結されたウォームギヤをウォームホイールに噛合いさせ、このウォームホイールをピニオン軸に接続し、モータのトルクをラック軸に伝えることにて操舵アシストする。
このような電動パワーステアリング装置では、操舵中にタイヤが縁石に乗り上げる等により、ラック軸のストロークが急停止させられると、モータ、ギヤ等に過大な負荷がかかるおそれがある。
【０００３】
そこで、モータからラック軸へのトルク伝達経路に摩擦式のトルクリミッタ機構を設け、制限トルクを超えるトルクを伝達しないようにしてモータやギヤ等を保護する電動パワーステアリング装置が種々提供されている（例えば、特許文献１，２，３，４）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−４３０５６号公報
【特許文献２】
特開平８−３３２９６３号公報
【特許文献３】
特開２００２−４６６３３号公報
【特許文献４】
実開平２−１５５７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表面性状の影響を受ける摩擦力はばらつき易く、したがって、制限トルクが摩擦力に依存する上記摩擦式のトルクリミッタ機構では、制限トルクを精度良く設定することが非常に困難である。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電動パワーステアリング装置において、トルクリミッタ機構の制限トルクを精度良く設定でき、信頼性の高い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及び発明の効果】
上記目的を達成するため、第１発明は、操舵補助用の電動モータの出力回転を小歯車および大歯車を含む減速機構、並びにトルクリミッタ機構を介して被動軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記被動軸は大歯車の挿通孔に挿通される挿通部を含み、上記トルクリミッタ機構は、被動軸に設けられ大歯車の一端面を軸方向に受ける環状段部と、大歯車を環状段部側に付勢する付勢部材とを含み、環状段部および大歯車の上記一端面に、軸方向に起伏して互いに係合する波形係合部がそれぞれ周方向に設けられることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明では、操舵中に路面から過大なキックバックを受けて被動軸が急停止するようなときに、環状段部および大歯車の波形係合部の頂部同士が互いに他を乗り越えることで、被動軸に対して大歯車が相対回転し、これにより、電動モータ等を保護することができる。また、波形係合部の形状の設定や付勢部材の付勢荷重の設定により、トルクリミッタ機構の制限トルクを精度良く設定することができる。
【０００８】
第２発明は、第１発明において、上記トルクリミッタ機構は、上記被動軸に設けられるねじ部に位置調整可能に螺合する螺合部材と、この螺合部材をねじ部に止定するロック部材とをさらに含み、上記付勢部材は螺合部材と大歯車の他端面との間に介在するばね部材を含むことを特徴とするものである。本発明では、ねじ部に対する螺合部材の結合位置を自在に調整してこれをロックすることで、付勢部材のセット荷重を自在に調整できる結果、トルクリミッタ機構の制限トルクを一層精度良く設定することができる。
【０００９】
第３発明は、操舵補助用の電動モータの出力回転を小歯車および大歯車を含む減速機構、並びにトルクリミッタ機構を介して被動軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記被動軸は大歯車の挿通孔に挿通される挿通部を含み、上記トルクリミッタ機構は、上記被動軸の挿通部の外周面および大歯車の挿通孔の内周面の何れか一方に設けられる係合凹部と、他方に設けられる収容部と、この収容部に進退自在に収容され円錐状又は球状をなす頂部を係合凹部に係合可能な係合体と、収容部に収容され係合体を係合凹部側へ付勢する付勢部材とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、操舵中に路面から過大なキックバックを受けて被動軸が急停止するようなときに、弾性部材に抗して係合体が係合凹部から退避することで、被動軸に対して大歯車が相対回転し、これにより、電動モータ等を保護することができる。係合体の頂部の形状の設定や付勢部材の付勢荷重の設定により、トルクリミッタ機構の制限トルクを精度良く設定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、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等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、この中間軸５に自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、このピニオン軸７の先端部に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を有して車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸１０とを有している。
【００１２】
ラック軸１０の両端部にはそれぞれタイロッド１１が結合されており、各タイロッド１１は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する車輪１２に連結されている。操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン８およびラック９によって、車両の左右方向に沿ってのラック軸１０の直線運動に変換される。これにより、車輪１２の転舵が達成される。
【００１３】
ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸１３と、ピニオン８に連なる被動軸としての出力軸１４とに分割されており、これら入力軸１３および出力軸１４はトーションバー１５を介して同一の軸線上で互いに連結されている。
トーションバー１５を介する入力軸１３と出力軸１４との相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ１６が設けられており、このトルクセンサ１６のトルク検出結果や図示しない車速センサからの車速検出結果は制御部１７に与えられる。
【００１４】
制御部１７では、トルク検出結果や車速検出結果等に基づいて、ドライバ１８を介して操舵補助用の電動モータ１９への印加電圧を制御する。電動モータ１９の出力回転が、例えばウォームギヤ機構からなる減速機構２０を介して被動軸としての出力軸１４に伝達され、操舵が補助される。
図２を参照して、減速機構２０は、電動モータ１９のモータ軸の同軸上に継手を介して一体回転可能に連結される小歯車としてのウォーム軸２１と、このウォーム軸２１に噛み合う大歯車としてのウォームホイール２２とを備える。
【００１５】
ウォームホイール２２はトルクリミッタ機構２３を介して被動軸としての出力軸１４にトルク伝達可能に連結されている。
具体的には、出力軸１４は、小径部としてのねじ部２４と大径部２５とを有し、これらねじ部２４と大径部２５との間に中径部としての挿通部２６を有している。この挿通部２６をウォームホイール２２の中心の挿通孔２７に挿通している。出力軸１４の挿通部２６とウォームホイール２２の挿通孔２７との嵌め合いは、相対回転可能で且つ軸方向相対移動可能なルーズフィットとされている。
【００１６】
出力軸１４の大径部２５と中径部としての挿通部２６との間には、ウォームホイール２２の一端面としての第１の端面２２ａを受ける環状段部２８が設けられている。
また、小径部としてのねじ部２４には、螺合部材としてのナット２９が位置調整可能に螺合されており、さらにこのナット２９をねじ部２４に止定するためのロック部材としてのロックナット３０がねじ部２４に螺合されている。
【００１７】
上記のナット２９とウォームホイール２２の他端面としての第２の端面２２ｂとの間に、付勢部材としての例えば皿ばねからなるばね部材３１が介在しており、このばね部材３１は、ウォームホイール２２を環状段部２８側へ弾性的に付勢する。
図３および図４を参照して、環状段部２８およびウォームホイール２２の第１の端面２２ａの挿通孔２７の周縁部３２には、軸方向に起伏して互いに係合する波形係合部３３，３４がそれぞれ周方向に設けられる。
【００１８】
本実施の形態によれば、操舵中に車輪１２が縁石に衝突する等の原因で、路面からの過大なキックバックを受けて被動軸としての出力軸１４が急停止するようなときには、環状段部２８およびウォームホイール２２の波形係合部３３，３４の頂部３３ａ，３４ａ同士が互いに他を順次に乗り越える（図５Ａおよび図５Ｂ参照）ことで、出力軸１４に対してウォームホイール２２が軸方向に往復運動しながら相対回転する。その結果、電動モータ１９や、ウォーム軸２１とウォームホイール２２の噛み合い部分等を保護することができる。
【００１９】
また、波形係合部３３，３４の形状の設定や、ばね部材３１の付勢荷重の設定により、トルクリミッタ機構２３の制限トルクを精度良く設定することができる。
特に、ばね部材３１による付勢荷重の調整は、ねじ部２４へのナット２９のねじ込み位置の調整により容易に調整でき、より精度良く設定することができる。また、ロックナット３０によってナット２９を調整後の位置にロックできるので、付勢荷重を長期に維持することができる。
【００２０】
さらに、トルクリミッタ機構２３がトルクを制限するときに、すなわち、ウォームホイール２２が出力軸１４に対して空転するときに、波形係合部３３，３４間でカチカチという音を発生し、空転していることを車両の運転者に報知することができる。
なお、上記の実施の形態において、ばね部材３１に代えて電磁クラッチを用いて、付勢力を発生させるようにしても良い。
【００２１】
次いで、図６および図７は本発明の別の実施の形態を示している。図６および図７を参照して、本実施の形態では、トルクリミッタ機構２３Ａを用いる。このトルクリミッタ機構２３Ａでは、出力軸１４の挿通部２６の外周面２６ａおよびウォームホイール２２の挿通孔２７の内周面２７ａの何れか一方に、例えば挿通孔２７の内周面２７ａに係合凹部３５を設ける。係合凹部３５は単数或いは内周面２７ａの周方向に等間隔で複数設けられる。
【００２２】
また、出力軸１４の挿通部２６の外周面２６ａおよびウォームホイール２２の挿通孔２７の内周面２７ａの他方に、例えば挿通部２６の外周面２６ａに収容部としての収容凹部３６が設けられる。
この収容凹部３６に、上記係合凹部３５に係合可能な円錐状又は球状をなす頂部３７を有する係合体３８を進退自在に収容すると共に、この係合体３８を係合凹部３５側へ付勢する付勢部材としての例えば圧縮コイルばねからなるばね部材３９を収容する。
【００２３】
本実施の形態では、操舵中に車輪１２が縁石に衝突する等の原因で、路面からの過大なキックバックを受けて被動軸としての出力軸１４が急停止するようなときには、ばね部材３９に抗して係合体３８の頂部３７が係合凹部３５から収容凹部３６内に退避することで、出力軸１４に対してウォームホイール２２が相対回転し、これにより、電動モータ１９等を保護することができる。
また、係合体３８の頂部３７の形状の設定やばね部材３９の付勢荷重の設定により、トルクリミッタ機構２３Ａの制限トルクを精度良く設定することができる。
【００２４】
さらに、トルクリミッタ機構２３Ａがトルクを制限するときに、すなわち、ウォームホイール２２が出力軸１４に対して空転するときに、係合体３８の頂部３７が複数の係合凹部３５に出入りするときにカチカチといういわゆるクリック音を発生し、空転していることを車両の運転者に報知することができる。
なお、本実施の形態において、係合体３８、収容凹部３６およびばね部材３９を複数組設けるようにしても良い。また、係合凹部３５を挿通部２６の外周面２６ａに設け、収容凹部３６を挿通部２６の外周面２６ａに設けるようにしても良い。
【００２５】
また、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、減速機構として、ウォームギヤ機構に代えて傘歯車機構等の他の公知の減速ギヤ機構を用いる等、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】減速機構およびトルクリミッタ機構の概略断面図である。
【図３】被動軸としの出力軸の要部の斜視図である。
【図４】大歯車としてのウォームホイールの概略平面図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは波形係合部の動作を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の概略断面図である。
【図７】図６の電動パワーステアリング装置の要部の拡大図である。
【符号の説明】
１    電動パワーステアリング装置
２    操舵部材
３    ステアリングシャフト
８    ピニオン
１０  ラック軸
１３  入力軸
１４  出力軸（被動軸）
１５  トーションバー
１９  電動モータ
２０  減速機構
２１  ウォーム軸（小歯車）
２２  ウォームホイール（大歯車）
２３，２３Ａ  トルクリミッタ機構
２４  ねじ部
２５  大径部
２６  挿通部
２７  挿通孔
２８  環状段部
２９  ナット（螺合部材）
３０  ロックナット（ロック部材）
３１  ばね部材（付勢部材。皿ばね）
３３，３４  波形係合部
３５  係合凹部
３６  収容凹部（収容部）
３７  頂部
３８  係合体
３９  ばね部材（付勢部材。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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