(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵により回転するピニオンと、
このピニオンに噛み合うラックと、
このラックに対してねじ合わされる回転部材と、
この回転部材を駆動するモータとを備え、
そのピニオンの回転によるラックの長手方向移動により車両の転舵を行い、その回転部材の回転によりラックの長手方向に沿う操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置において、
その回転部材とモータの出力部材との間にトルクリミッターが設けられ、
そのトルクリミッターは、その回転部材と出力部材との間に挟まれることで径方向に変形しているトルク設定部材を有し、
そのトルク設定部材は、径方向変形量に対応する径方向力を、その回転部材と出力部材とに作用させ、
その回転部材は、その出力部材に圧入され、
そのトルクリミッターのリミットトルクは、そのトルク設定部材の径方向変形量に対応する第１の摩擦抵抗と、その回転部材の出力部材への圧入力に対応する第２の摩擦抵抗との和に対応し、
そのトルク設定部材は、径方向変形量が一定値以下では径方向変形量に比例して径方向力が増加するものとされ、且つ、径方向変形量がその一定値を超える場合は、径方向変形量に対する径方向力の増加割合がその一定値未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域を有し、
その一定値を超える領域内の値にトルク設定部材の径方向変形量が設定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】
その第１の摩擦抵抗は第２の摩擦抵抗よりも大きくされている請求項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックに対してねじ合わされる回転部材をモータによって駆動することで操舵補助力を発生するラックピニオン式電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵により回転するピニオンと、このピニオンに噛み合うラックと、このラックに対してねじ合わされる回転部材と、この回転部材を駆動するモータとを備え、そのピニオンの回転によるラックの長手方向移動によって車両の転舵を行い、その回転部材の回転によりラックの長手方向に沿う操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置がある（特開昭５９‐５０８６４号公報参照）。
【０００３】
従来、そのモータの出力部材の回転は、セレーションやスプラインを介して上記回転部材に伝達されていた。あるいは、その出力部材と回転部材との間に、そのモータが励磁されている時に回転を伝達できるように電磁クラッチが設けられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
その出力部材と回転部材とをセレーションあるいはスプラインを介して連結すると、その連結部にガタが発生する。そのため、ドライバーにとって耳障りな音が発生したり、耐久性が低下するという問題があった。
【０００５】
その出力部材と回転部材との間に電磁クラッチを設けると構造が複雑になり、製造コストを増大させる。また、従来の電磁クラッチは、モータが励磁されている時に出力部材と回転部材とを接続するので、そのモータが励磁状態でロックされた場合は操舵不能になり、フェイルセーフ機能を奏することができない。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決することのでき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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵により回転するピニオンと、このピニオンに噛み合うラックと、このラックに対してねじ合わされる回転部材と、この回転部材を駆動するモータとを備え、そのピニオンの回転によるラックの長手方向移動により車両の転舵を行い、その回転部材の回転によりラックの長手方向に沿う操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置において、その回転部材とモータの出力部材との間にトルクリミッターが設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、トルクリミッターを介して出力部材から回転部材にモータの回転を伝達できるので、その回転伝達の際にガタが発生するのを防止できる。また、モータがロックした場合はトルクリミッターにより出力部材と回転部材とを相対回転させることができる。
【０００９】
本発明におけるトルクリミッターは、その回転部材と出力部材との間に挟まれることで径方向に変形しているトルク設定部材を有し、そのトルク設定部材は、径方向変形量に対応する径方向力を、その回転部材と出力部材とに作用させ、その回転部材は、その出力部材に圧入され、そのトルクリミッターのリミットトルクは、そのトルク設定部材の径方向変形量に対応する第１の摩擦抵抗と、その回転部材の出力部材への圧入力に対応する第２の摩擦抵抗との和に対応するのが好ましい。
この構成によれば、トルク設定部材の径方向変形量に対応する径方向力を、出力部材と回転部材とに作用させることで、そのトルク設定部材と出力部材との間の摩擦抵抗、およびトルク設定部材と回転部材との間の摩擦抵抗を発生させる。両摩擦抵抗の中の小さい方が第１の摩擦抵抗となる。また、その回転部材を出力部材に圧入することで、その出力部材と回転部材との間に第２の摩擦抵抗を発生させる。その第１の摩擦抵抗はトルク設定部材の径方向変形量に対応する。その第２の摩擦抵抗は回転部材の出力部材への圧入力に対応する。その第１の摩擦抵抗と第２の摩擦抵抗との和により、出力部材と回転部材との間でトルクを伝達することができる。その第１の摩擦抵抗と第２の摩擦抵抗との和に応じてリミットトルクが定まる。すなわち、その出力部材と回転部材との間の伝達トルクが、リミットトルクを超えた場合、そのトルク設定部材と出力部材との間、あるいは、トルク設定部材と回転部材との間の中で、何れか摩擦抵抗の小さい方において、相対的な滑りが生じる。同時に、出力部材と回転部材との間において、相対的な滑りが生じる。両滑りにより、出力部材と回転部材とが相対回転するので、トルクリミッターとして機能する。
これにより、そのトルクリミッターをトルク設定部材を付加するのみで構成できるので、構造を簡単化し、部品点数や加工工数を低減し、製造コストを低減できる。また、第１の摩擦抵抗のみに対応してリミットトルクを設定する場合に比べ、トルク設定部材を小型化できるので、装置全体を小型化できる。
【００１０】
その第１の摩擦抵抗を第２の摩擦抵抗よりも大きくするのが好ましい。
これにより、リミットトルクを所望の設定範囲内に設定する上で、その回転部材の出力部材への圧入力をラフに設定でき、出力部材と回転部材の径方向の寸法精度をそれ程高くする必要性をなくせる。
【００１１】
上記トルク設定部材は、径方向変形量が一定値以下では径方向変形量に比例して径方向力が増加するものとされ、且つ、径方向変形量がその一定値を超える場合は、径方向変形量に対する径方向力の増加割合がその一定値未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域を有し、その一定値を超える領域内の値にトルク設定部材の径方向変形量が設定されているのが好ましい。
そのトルク設定部材の径方向変形量に対する径方向力の増加割合は、その径方向変形量に対して径方向力が比例して増加する場合の増加割合よりも、小さくなる。よって、出力部材と回転部材の各径寸法の加工公差により、トルク設定部材の径方向変形量が変動した場合でも、その径方向力の変動を小さくできる。これにより、その径方向力に応じて定まるリミットトルクを所望の設定範囲内に設定するのが容易になる。よって、リミットトルクの調節機構が不要になり、リミットトルクを調節する手間がなくなり、より部品点数を少なくして構成を簡単化できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図８を参照して本発明の比較例を説明する。
【００１３】
図１、図２に示すラックピニオン式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（図示省略）の操舵により回転する操舵トルク伝達シャフト３と、この操舵トルク伝達シャフト３の一端に形成されたピニオン３ａと、このピニオン３ａに噛み合うラック４とを備え、そのラック４の両端が操舵用車輪（図示省略）に連結される。そのピニオン３ａが操舵により回転することで、そのラック４が車両幅方向に沿う長手方向に移動する。このラック４の移動により車両が転舵される。
【００１４】
その操舵トルク伝達シャフト３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するため、その操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、その検出された操舵トルクに応じて駆動されるモータ８と、そのモータ８の回転力をラック４に伝達するためのネジ機構１０が設けられている。
【００１５】
その操舵トルク伝達シャフト３は、そのトルクセンサ７のハウジング２１と、上記ピニオン３ａを覆うピニオンハウジング３０とにより、ベアリング２６、２７、２８を介して支持される。両ハウジング２１、３０内において、その操舵トルク伝達シャフト３は、ステアリングホイール側の第１シャフト３ｂと、この第１シャフト３ｂの外周にブッシュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる第２シャフト３ｃとに分割され、その第２シャフト３ｃに上記ピニオン３ａが形成される。各シャフト３ｂ、３ｃの中心に沿って、弾性部材としてトーションバー２３が挿入されている。そのトーションバー２３の一端は第１シャフト３ｂにピン２２により連結され、他端はピン２４により第２シャフト３ｃに連結される。これにより、その第１シャフト３ｂと第２シャフト３ｃとは、操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能である。
【００１６】
図３に示すように、その第１シャフト３ｂの外周の一部と、第２シャフト３ｃの内周の一部とは、互いに対向する非円形部３ｂ′、３ｃ′とされている。その第１シャフト３ｂの非円形部３ｂ′と、第２シャフト３ｃの非円形部３ｃ′とが当接することで、両シャフト３ｂ、３ｃの相対回転は一定範囲に規制される。その規制により、過大なトルクが操舵トルク伝達シャフト３に作用した場合にトーションバー２３の破損が防止される。
【００１７】
そのトルクセンサ７は、センサハウジング２１により保持される第１、第２検出コイル３３、３４と、その第１シャフト３ｂに嵌め合わされる磁性材製の第１検出リング３６と、その第２シャフト３ｃに嵌め合わされる磁性材製の第２検出リング３７とを有する。その第１検出リング３６の一端面と、第２検出リング３７の一端面とは、互いに対向するように配置される。各検出リング３６、３７の対向端面に、それぞれ歯３６ａ、３７ａが周方向に沿って複数設けられている。その第１検出リング３６の他端側は、一端側よりも外径の小さな小径部３６ｂとされている。その第１検出コイル３３は、第１検出リング３６と第２検出リング３７との対向間を覆うように配置される。その第２検出コイル３４は、第１検出リング３６を覆うように配置される。各検出コイル３３、３４は、センサハウジング２１に取り付けられるプリント基板４１に、配線によって接続される。
【００１８】
そのプリント基板４１に、図４に示す信号処理回路が形成されている。すなわち、第１検出コイル３３は抵抗４５を介して発振器４６に接続される。第２検出コイル３４は抵抗４７を介して発振器４６に接続される。各検出コイル３３、３４は差動増幅回路４８に接続される。これにより、トルク伝達によりトーションバー２３が捩れると、第１検出リング３６と第２検出リング３７とが相対的に回転する。この相対回転により、第１検出リング３６の歯３６ａと第２検出リング３７の歯３７ａとの対向面積が変化する。その面積変化により、両歯３６ａ、３７ａの対向間において、第１検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化する。その磁気抵抗の変化に応じて、第１検出コイル３３の出力が変化する。この出力に応じて伝達トルクが検出される。また、第２検出コイル３４は、第１検出リング３６の小径部３６ｂに対向する。操舵抵抗の作用していない状態で、第２検出コイル３４の発生磁束に対する磁気抵抗と、第１検出コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗とが相等しくなるように、その小径部３６ｂの外径が定められている。これにより、温度変動による第１検出コイル３３の出力変動は、温度変動による第２検出コイル３４の出力変動に等しくなるので、差動増幅回路４８により互いに打ち消される。すなわち、伝達トルクの検出値の温度変動は補償される。その差動増幅回路４８から出力される伝達トルクに対応した信号に応じて上記モータ８が駆動される。
【００１９】
そのモータ８は、上記ピニオンハウジング３０から突出するラック４を覆うように設けられる。すなわち、そのモータ８は、そのピニオンハウジング３０に取り付けられるモータハウジング８ａと、このモータハウジング８ａに固定されるステータ８ｂと、そのモータハウジング８ａにベアリング８ｃ、８ｄを介して回転可能に支持される筒状のロータ（出力部材）８ｅと、このロータ８ｅに取り付けられるマグネット８ｆとを有し、そのロータ８ｅによってラック４が囲まれる。
【００２０】
図５に示すように、そのモータ８の回転力をラック４に伝達するネジ機構１０は、そのラック４の外周に一体的に形成されたボールスクリューシャフト６１と、このボールスクリューシャフト６１にボール６２を介してねじ合わされるボールナット（回転部材）６３とを有する。そのボールナット６３の一端は、ボールベアリング６５の内輪６５ａを構成し、このボールベアリング６５を介して筒状のラックカバー６６により支持される。そのラックカバー６６は、上記モータハウジング８ａにボルト６７により取り付けられる。そのボールナット６３の他端と、上記ロータ８ｅとの間にトルクリミッター５０が設けられている。これにより、そのボールナット６３がモータ８により駆動されることで、ラック４の長手方向に沿う操舵補助力が発生する。
【００２１】
図６に示すように、上記トルクリミッター５０はトルク設定部材５１を有する。そのトルク設定部材５１は、ボールナット６３の他端外周と上記ロータ８ｅの一端内周とに挟まれることで、径方向に変形している。そのボールナット６３の他端外周の直径Ｄ１は、ロータ８ｅの一端内周の直径Ｄ２以下とされ、そのトルク設定部材５１は、そのボールナット６３の他端外周に形成された周溝６３ａに嵌め合わされている。
【００２２】
図７の（１）、（２）に示すように、このトルク設定部材５１は、割り溝５１ａを有する金属製リング本体５１ｂと、このリング本体に一体的に形成された複数の半円筒状突出部５１ｃとを備える。各突出部５１ｃは、リング本体５１ｂの周方向に沿って一定間隔で配置され、リング本体５１ｂから径方向外方へ突出する。このトルク設定部材５１は、各突出部５１ｃの径方向変形量に対応する径方向力を、ボールナット６３とロータ８ｅとに作用させる。このトルク設定部材５１として、例えばトレランスリング（RENCOL TOLERANCE RINGS Co.製、ＳＶ型）を用いることができる。
【００２３】
図８は、そのトルク設定部材５１の径方向変形量と径方向力との関係を示す。その径方向変形量が一定値δａ以下では、径方向変形量に比例して径方向力が増加する。その一定値δａを超える場合、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が、一定値δａ未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域Ａを有する。その一定値δａを超える領域Ａ内の値δｂに、このトルク設定部材５１の径方向変形量が設定されている。
【００２４】
上記構成によれば、トルク設定部材５１の径方向変形量に対応する径方向力を、ボールナット６３とロータ８ｅとに作用させている。これにより、そのトルク設定部材５１とボールナット６３との間の摩擦抵抗、および、トルク設定部材５１とロータ８ｅとの間の摩擦抵抗により、ボールナット６３とロータ８ｅとの間でトルクを伝達することができる。また、その摩擦抵抗に応じてリミットトルクが定まる。上記比較例では、そのトルク設定部材５１とボールナット６３との間の摩擦抵抗が、そのトルク設定部材５１とロータ８ｅとの間の摩擦抵抗よりも小さくされている。そのトルク設定部材５１とボールナット６３とが相対的に滑り始める時のトルクが、トルクリミッター５０のリミットトルクになる。そのリミットトルクは実験により求めることができる。
【００２５】
上記パワーステアリング装置１によれば、トルクリミッター５０を介してロータ８ｅからボールナット６３にモータ８の回転を伝達できるので、その回転伝達の際にガタが発生するのを防止でき、ドライバーにとって耳障りな音が発生したり耐久性が低下するのを防止できる。また、モータ８がロックした場合はトルクリミッター５０によりロータ８ｅとボールナット６３とを相対回転させることができ、操舵不能に陥ることはないので確実にフェイルセーフ機能を奏することができる。そのトルクリミッター５０をトルク設定部材５１を付加するのみで構成できるので、構造を簡単化し、部品点数や加工工数を低減し、製造コストを低減できる。また、そのトルク設定部材５１の径方向変形量に対する径方向力の増加割合が、その径方向変形量に比例して径方向力が増加する場合の増加割合よりも小さくされている。これにより、ロータ８ｅやボールナット６３の径寸法の加工公差により、トルク設定部材５１の径方向変形量が変動しても、その径方向力の変動を小さくできる。よって、その径方向力に対応して定まるリミットトルクを、正確に所期設定範囲内に設定することができる。これにより、リミットトルクの調節機構が不要になり、リミットトルクを調節する手間をなくし、より部品点数を少なくして構成を簡単化できる。
【００２６】
図９は本発明の実施形態を示し、上記比較例と同様部分は同一符号で示す。上記比較例との相違は、そのボールナット６３がロータ８ｅに圧入されることで、トルク設定部材５１の両端外方において、ボールナット６３の他端外周面６３′が、ロータ８ｅの一端内周面８ｅ′に押し付けられる。その圧入部がトルク設定部材５１と共にトルクリミッター５０′を構成する。これにより、そのトルクリミッター５０′のリミットトルクは、トルク設定部材５１の径方向変形量に対応する第１の摩擦抵抗と、そのボールナット６３のロータ８ｅへの圧入力に対応する第２の摩擦抵抗との和に対応するものとされている。
すなわち、そのトルク設定部材５１の径方向変形量に対応する径方向力をボールナット６３とロータ８ｅとに作用させることで、そのトルク設定部材５１とボールナット６３との間の摩擦抵抗およびトルク設定部材５１とロータ８ｅとの間の摩擦抵抗を発生させ、両摩擦抵抗の中の小さい方が第１の摩擦抵抗とされる。また、そのボールナット６３をロータ８ｅに圧入することで、そのボールナット６３とロータ８ｅとの間に第２の摩擦抵抗を発生させている。その第１の摩擦抵抗は第２の摩擦抵抗よりも大きくされている。他は比較例と同様とされている。
【００２７】
上記実施形態によれば、トルク設定部材５１の径方向変形量に対応する第１の摩擦抵抗と、ボールナット６３のロータ８ｅへの圧入力に対応する第２の摩擦抵抗との和により、ボールナット６３とロータ８ｅとの間でトルクを伝達することができる。その第１の摩擦抵抗と第２の摩擦抵抗との和に対応してリミットトルクが定まる。本実施形態では、そのトルク設定部材５１とボールナット６３との間の摩擦抵抗は、そのトルク設定部材５１とロータ８ｅとの間の摩擦抵抗よりも小さくされる。そのトルク設定部材５１とボールナット６３とが相対的に滑り始め、且つ、そのボールナット６３とロータ８ｅとが相対的に滑り始める時のトルクが、トルクリミッター５０′のリミットトルクになる。そのリミットトルクは実験により求めることができる。これにより、ロータ８ｅとボールナット６３との間の伝達トルクがトルクリミッター５０′のリミットトルクを超える場合、トルク設定部材５１とボールナット６３とが相対的に滑り、ボールナット６３とロータ８ｅとが相対的に滑る。両滑りにより、ボールナット６３とロータ８ｅとが相対回転する。
【００２８】
上記実施形態によれば、比較例と同様の効果を奏することができる。さらに、リミットトルクを、トルク設定部材５１の径方向変形量に対応する第１の摩擦抵抗と、ボールナット６３のロータ８ｅへの圧入力に対応する第２の摩擦抵抗との和に対応して設定できる。これにより、第１の摩擦抵抗のみに対応してリミットトルクを設定する場合に比べ、トルク設定部材５１を小型化できるので、装置全体を小型化できる。また、リミットトルクを所期設定範囲内に設定する上で、その圧入力のみに対応してリミットトルクを設定する場合に比べ、その圧入力の設定をラフにできる。これにより、圧入部におけるボールナット６３の外周とロータ８ｅの内周の寸法精度をそれ程高くする必要がない。また、その第１の摩擦抵抗を第２の摩擦抵抗よりも大きくすることで、その圧入力をよりラフに設定できる。これにより、リミットトルクを所期設定範囲内に設定するのがより容易になる。
【００２９】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ラックに対してねじ合わされる回転部材はボールナットに限定されず、ラックの外周に形成された台形ねじにねじ合わされるナットであってもよい。また、トルク設定部材はトレランスリングに限定されず、径方向変形量に対応する径方向力を回転部材と出力部材とに作用させることができるものであればよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ドライバーにとって耳障りな音が発生したり耐久性が低下するのを防止でき、モータがロックした場合に確実にフェイルセーフ機能を奏することができ、さらに、構造を簡単化して製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の比較例の電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図
【図４】本発明の比較例の電動パワーステアリング装置のトルクセンサの回路構成の説明図
【図５】本発明の比較例の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図６】本発明の比較例の電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図
【図７】本発明の実施形態のトルク設定部材の（１）は断面図、（２）は正面図
【図８】本発明の実施形態のトルク設定部材の径方向変形量と径方向力との関係を示す図
【図９】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【符号の説明】
３ａ  ピニオン
４  ラック
８  モータ
８ｅ  ロータ（出力部材）
５０、５０′  トルクリミッター
５１  トルク設定部材
６３  ボールナット（回転部材）
【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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【図９】
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