(57)【要約】    【課題】いわゆるラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置において、転舵軸の製造工程をより簡素にしてコストを低減すると共に加工精度をより向上し、さらには装置の小型化および自動的なカウンタステア操作・自動操舵を可能にする。    【解決手段】車両の幅方向に延びる転舵軸４にねじ軸１６が設けられている。操舵部材２の操作に応じて回転するピニオン３がねじ軸１６に噛み合っている。第１の電動モータ８の操舵捕助力が、第１の減速機構９、回転筒１４および回転筒１４に螺合するねじ軸１４を介して転舵軸４に伝達され、転舵軸４を軸方向に移動させる。また、操舵制御用の第２の電動モータ２０の出力が、環状部材２２等を介して転舵軸４に伝達されることにより、転舵軸４が回転して軸方向に移動する。    【選択図】            図１
2005178559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の幅方向に延びる転舵軸に設けられたねじ軸と、
操舵部材の操作に応じて回転し、ねじ軸に噛み合うピニオンと、
ねじ軸を取り囲んでねじ軸に螺合する軸方向移動不能な回転筒と、
回転筒を回転駆動可能な操舵補助用の第１の電動モータと、
転舵軸の軸方向移動を許容する伝達部材を介して転舵軸を回転駆動可能な操舵制御用の第２の電動モータ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。
【請求項２】
請求項１において、上記伝達部材は転舵軸にスプライン嵌合する環状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】
請求項２において、上記環状部材は、第２の電動モータにより駆動される駆動歯車に噛み合う減速用の従動歯車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４】
請求項３において、上記駆動歯車はウォーム軸を含み、従動歯車はウォームホイール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５】
請求項１，２，３または４において、上記ねじ軸はボール循環用のねじ溝を含み、上記ピニオンはねじ溝に噛み合い可能な鼓形形状の歯を含む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】
【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ものである。
【背景技術】
【０００２】
ラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイールの回転に応じて回転するピニオンと、ピニオンに噛み合うラックが設けられた転舵軸とを有しており、ステアリングホイールの回転に伴い転舵軸が軸方向に移動して、舵取りを行うようになっている。
この種のステアリング装置のうち、いわゆるラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置として、操舵補助用の電動モータの出力回転を、ボールねじ機構等の運動変換機構を介して転舵軸（ラック軸）に与えるものがある。具体的には、上記転舵軸にねじ軸が設けられており、このねじ軸にボールナットが転動体を介して螺合している。また、このボールナットに上記電動モータの出力軸が連結されている。
【０００３】
一方、転舵軸のねじ溝にボールを介して螺合するボールナットを電動モータにより回転駆動する電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールに機械的に連結されたピニオンをねじ溝に噛み合わせる装置がある（例えば、特許文献１，２参照）。
他方、転舵軸のねじ溝にボールを介して螺合するボールナットをステアリングホイールに機械的に連結された傘歯車機構を介して駆動するマニュアルステアリング装置において、ステアリングホイールのマニュアル操作によるギヤ比を変更するためのギヤ比可変機構を有する装置がある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特公平５−３０６６６号公報。
【特許文献２】特開平１１−７８９１７号公報。
【特許文献３】特許第２６９０２３０号明細書。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
転舵軸にラックとねじ軸とを設ける場合には、転舵軸の全長が長くなると共に製造工程が多くて煩雑となり、製造コストが高くついてしまう。さらに、製造時にラックとねじ軸の間に相対位置の誤差が生じる等して精度にも悪影響が生じてしまう。
また、運転者による舵取り操作の際に自動的にカウンタステア操作を行ったり、運転者によるステアリングホイールの操作無しに自動的に舵取り操作（自動操舵）を行うことのできるステアリング装置の登場が望まれている。
【０００５】
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、転舵軸の製造工程をより簡素にしてコストを低減すると共に加工精度をより向上でき、さらには装置の小型化および自動的なカウンタステア操作・自動操舵を可能にする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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、車両の幅方向に延びる転舵軸に設けられたねじ軸と、操舵部材の操作に応じて回転し、ねじ軸に噛み合うピニオンと、ねじ軸を取り囲んでねじ軸に螺合する軸方向移動不能な回転筒と、回転筒を回転駆動可能な操舵補助用の第１の電動モータと、転舵軸の軸方向移動を許容する伝達部材を介して転舵軸を回転駆動可能な操舵制御用の第２の電動モータとを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、ピニオンをねじ軸に噛み合わせるので、従来転舵軸に設けられていたラックを廃止できる。その結果、転舵軸の製造工程を低減して簡素化でき、製造コストを低減できると共に加工精度をより向上できる。また、ラックを廃止した分、転舵軸の全長を短くできるので、装置を小型化して車両への搭載性を向上させることができ、且つ転舵軸の移動量（ストローク）をより多く確保することができる。さらに、操舵部材が操作されないでピニオンが停止しているか、または第１の電動モータが駆動されずに回転筒の回転を拘束している状態において、第２の電動モータによって転舵軸を回転させて軸方向に移動させ、転舵を達成することができる。その結果、運転者による舵取り操作の際に自動的にカウンタステア操作を行ったり、操舵部材を操作することなく転舵軸を自動的に移動させる自動操舵を達成することが可能となった。
【０００８】
また、本発明において、上記伝達部材は転舵軸にスプライン嵌合する環状部材を含む場合がある。この場合、転舵軸を軸方向にスムーズに移動できる。さらに、環状部材から転舵軸に伝達可能なトルクの値を十分に大きくできるので、第２の電動モータの出力（トルク）を十分に大きくして転舵軸の回転駆動力を十分に確保できる。
さらに、本発明において、上記環状部材は、第２の電動モータにより駆動される駆動歯車に噛み合う減速用の従動歯車を含む場合がある。この場合、第２の電動モータの出力を増幅して転舵軸に与えることができる。
【０００９】
また、本発明において、上記駆動歯車はウォーム軸を含み、従動歯車はウォームホイールを含む場合がある。この場合、ウォームホイールからウォーム軸への動力の伝達効率（逆効率）が極めて低い。したがって、第２の電動モータを駆動していないときには、両歯車の噛み合いによって転舵軸の回転を確実に規制することができる。その結果、第１の電動モータによって回転筒が回転駆動された際、転舵軸が連れ回りすることを防止でき、操舵捕助力を転舵軸へ効率良く伝達できる。
【００１０】
さらに、本発明において、上記ねじ軸はボール循環用のねじ溝を含み、上記ピニオンはねじ溝に噛み合い可能な鼓形形状の歯を含む場合がある。この場合、従来より用いられている通常のボールねじをねじ軸として採用でき、よりコスト安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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１の概略構成を示す模式的な一部断面正面図である。図１を参照して、本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と、操舵部材２の回転操作に応じて回転するピニオン３と、図示しない車両の幅方向に延び、ピニオン３の回転に伴い軸方向に移動する転舵軸４とを備えている。
【００１２】
操舵部材２は、ステアリングシャフト５や中間軸６等を介してピニオン３に連動回転可能に連結されている。転舵軸４は、ハウジング７に軸方向に移動可能に収容されるようになっている。転舵軸４の両端部にはそれぞれ、図示しないタイロッドやナックルアームを介して転舵輪が連結されており、転舵軸４が軸方向に移動することで上記転舵輪を転舵（操向）できるようになっている。
【００１３】
本電動パワーステアリング装置１は、運転者による操舵部材２の操作時に、転舵軸４に操舵捕助力を与えるようになっている。具体的には、図示しないトルクセンサによって運転者から操舵部材２に与えられる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクの値等に応じて操舵補助用の第１の電動モータ８に所定のトルク（操舵捕助力）を発生させ、この操舵捕助力を、第１の減速機構９および運動変換機構１０を介して転舵軸４に与える。
【００１４】
第１の電動モータ８のモータハウジング１１は、ハウジング７に固定されるようになっている。第１の減速機構９は、第１の電動モータ８の出力回転を減速するためのものであり、第１の電動モータ８の出力軸に一体回転可能に連結される小歯車１２と、小歯車１２に噛み合い転舵軸４を包囲する大歯車１３とを備えている。小歯車１２および大歯車１３はそれぞれ例えば傘歯車からなり、傘歯車機構を形成している。
【００１５】
運動変換機構１０は例えばボールねじ機構を含んでおり、第１の電動モータ８の出力回転を転舵軸４の軸方向移動に変換するようになっている。この運動変換機構１０は、第１の減速機構９の大歯車１３に一体回転可能に連結される回転筒１４と、複数の転動体としてのボール１５と、転舵軸４の一部に設けられたねじ軸１６とを備えている。回転筒１４はボールナットを含み、ハウジング７に軸受を介して回転可能且つ軸方向移動不能に支持され、ねじ軸１６を取り囲んでいる。回転筒１４の外周に大歯車１３が固定されている。上記の構成により、第１の電動モータ８は回転筒１４を回転駆動できるようになっている。
【００１６】
回転筒１４は、ボール１５を介してねじ軸１６に螺合している。具体的には、回転筒１４の内周面およびねじ軸１６の外周面にそれぞれ、ボール循環用のねじ溝１７，１８が形成されている。複数のボール１５は、図示しないチューブ等の公知の構成によって、各ねじ溝１７，１８間を循環されるようになっている。
前述のピニオン３は、ねじ軸１６に噛み合っている。具体的には、ピニオン３はねじ軸１６のねじ溝１８に噛み合い可能な鼓形形状の歯１９を含んでいる。ピニオン３の歯数は、例えば５に設定される。図２に示すように、歯１９はそれぞれ、その歯先の形状が断面円弧状をなしている（図２において、１つの歯１９のみを図示）。
【００１７】
再び図１を参照して、本電動パワーステアリング装置１は、運転者による舵取り操作の際に自動的にカウンタステア操作を行ったり、運転者による操舵部材２の操作無しに操舵を行ういわゆる自動操舵が可能となっている。具体的には、操舵制御用の第２の電動モータ２０が備えられており、この第２の電動モータ２０の出力回転が、伝達部材としての環状部材２２等を介して転舵軸４に与えられ、これにより転舵軸４が回転駆動されて軸方向に移動し、転舵が達成されるようになっている。
【００１８】
環状部材２２は、ハウジング７に軸受を介して回転可能且つ軸方向移動不能に支持されている。この環状部材２２は、転舵軸４の外周面の一部に形成されたスプライン２６に嵌合しており、転舵軸４の軸方向移動を許容しつつ当該転舵軸４と一体回転できるようになっている。環状部材２２は、転舵軸４を取り囲むウォームホイール２５を含んでいる。
第２の電動モータ２０は、そのモータハウジング２３がハウジング７に固定されるようになっている。第２の電動モータ２０の出力回転を減速するための、例えばウォームギヤ機構からなる第２の減速機構２１が設けられている。第２の減速機構２１は、第２の電動モータ２０の図示しない出力軸に一体回転可能に連結される駆動歯車としてのウォーム軸２４と、ウォーム軸２４に噛み合う減速用の従動歯車としての前述のウォームホイール２５とを含んでいる。
【００１９】
以上が本電動パワーステアリング装置１の構成である。次に、本電動パワーステアリング装置１の動作について説明する。
通常時、すなわち運転者が操舵部材２を操作して転舵を行う場合には、第２の電動モータ２０は駆動されないようになっている。すなわち、第２の電動モータ２０は、ウォーム軸２４および環状部材２２を介して転舵軸４の回転を規制している。これにより、運転者が操舵部材２を回転操作することで、ピニオン３が回転して転舵軸４が軸方向に移動され、転舵が達成される。この際、第１の電動モータ８は、操舵部材２に与えられた操舵トルクに応じた操舵捕助力を発生し、運転者の操舵を補助する。
【００２０】
一方、自動操舵は以下のようにして行われる。すなわち、運転者が操舵部材２を保持していない場合には、操舵部材２に操舵トルクが作用しないので、第１の電動モータ８は駆動されない。すなわち、第１の電動モータ８は、小歯車１２および大歯車１３を介して回転筒１４の回転を規制している。このとき、第２の電動モータ２０の駆動により転舵軸４が回転すると、当該転舵軸４は、ボール１５を介するねじ軸１６と回転筒１４との螺合により軸方向に移動され、転舵が達成される。
【００２１】
他方、運転者が操舵部材２を保持している場合には、ピニオン３の回転が規制される。この状態で第２の電動モータ２０の駆動により転舵軸４が回転すると、当該転舵軸４は、ねじ軸１６とピニオン３との噛み合いにより軸方向に移動され、転舵が達成される。このとき、ピニオン３は転舵軸４のねじ軸１６から反力（トルク）を受け、この反力が操舵部材２に作用する。すなわち、操舵部材２にトルクが生じ、このトルクの値に応じて第１の電動モータ８が駆動し、操舵捕助力を発生する。
【００２２】
また、運転者による舵取り操作の自動カウンタステア操作は、上記運転者が操舵部材２を保持している場合の自動操舵と同様に行われる。
以上の次第で、本実施の形態によれば、ピニオン３を転舵軸４のねじ軸１６に噛み合わせるので、従来転舵軸に設けられていたラックを廃止できる。その結果、転舵軸の製造工程を低減して簡素化でき、製造コストを低減できると共に加工精度をより向上できる。また、ラックを廃止した分、転舵軸４の全長を短くできるので、装置を小型化して車両への搭載性を向上させることができ、且つ転舵軸４の移動量（ストローク）をより多く確保することができる。さらに、操舵部材２が操作されないでピニオン３が停止しているか、または第１の電動モータ８が駆動されずに回転筒１４の回転を拘束している状態において、第２の電動モータ２０によって転舵軸４を回転させて軸方向に移動させ、転舵を達成することができる。その結果、運転者による舵取り操作の際に自動的にカウンタステア操作を行ったり、操舵部材２を操作することなく転舵軸４を自動的に移動させる自動操舵を達成することが可能となった。
【００２３】
また、環状部材２２を転舵軸４にスプライン嵌合させることで、転舵軸４を軸方向にスムーズに移動できる。さらに、環状部材２２から転舵軸４に伝達可能なトルクの値を十分に大きくできるので、第２の電動モータ２０の出力（トルク）を十分に大きくして転舵軸４の回転駆動力を十分に確保できる。さらに、第２の減速機構２１を設けることで、第２の電動モータ２０の出力を増幅して転舵軸４に与えることができる。
【００２４】
また、第２の減速機構２１に関して、ウォームホイール２５からウォーム軸２４への動力の伝達効率（逆効率）が極めて低い。したがって、第２の電動モータ２０を駆動していないときには、これらウォーム軸２４およびウォームホイール２５の噛み合いによって転舵軸４の回転を確実に規制することができる。その結果、第１の電動モータ８によって運動変換機構１０の回転筒１４が回転駆動された際、転舵軸４が連れ回りすることを防止でき、操舵捕助力を転舵軸４へ効率良く伝達できる。
【００２５】
さらに、上記ピニオン３に、ボール循環用のねじ軸１６のねじ溝１８に噛み合い可能な鼓形形状の歯１９を設けることで、従来より用いられている通常のボールねじをねじ軸１６として採用でき、よりコスト安価である。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されない。例えば、環状部材２２と転舵軸４とをセレーション嵌合させても良いし、キーを介して嵌合させても良い。また、ウォーム軸２４およびウォームホイール２５に代えてねじ歯車やハイポイド歯車を用いても良い。さらに、第２の減速機構２１に代えてローラ機構やプーリ・ベルト機構を用いても良い。
【００２６】
また、第２の減速機構２１を廃止して、第２の電動モータ２０の出力回転を直接環状部材２２に伝達しても良い。さらに、第１の減速機構９を廃止すると共に、第１の電動モータ８を転舵軸４と同軸上に配置し、その出力軸を直接運動変換機構１０の回転筒１４に連結することで、いわゆるダイレクトドライブタイプの電動パワーステアリング装置を構成しても良い。
【００２７】
その他、本発明は、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】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的な一部断面正面図である。
【図２】転舵軸のねじ溝およびピニオンの歯の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  電動パワーステアリング装置
２  操舵部材
３  ピニオン
４  転舵軸
８  第１の電動モータ
１４  回転筒
１６  ねじ軸
１８  （ねじ軸の）ねじ溝
１９  歯
２０  第２の電動モータ
２２  環状部材（伝達部材）
２４  ウォーム軸（駆動歯車）
２５  ウォームホイール（従動歯車）
２６  スプライン
【図１】
2005178559.tif 000003
【図２】
2005178559.tif 000004