(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機にギヤ機構を介して連結した入力部材と、操舵輪に連結した出力部材付き出力軸とを、摩擦係合式クラッチ機構を介して連結し、このクラッチ機構を、前記入力・出力部材を係合するべくこれら入力・出力部材間に介在した係合部材と、この係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材と、この位置制御部材に向って係合部材を付勢した付勢部材とで構成し、前記位置制御部材の回動にともなって係合部材が入力・出力部材を係合・非係合に切換えるものである電動パワーステアリング装置において、前記ギヤ機構は、前記電動機の出力軸に結合されたウォームに噛み合うギヤ部と前記入力部材とを軸方向に順に形成してなる円筒状のホイールを有し、このホイールの内周面を軸方向に十分に延し、この内周面を前記出力軸にのみ直接的に回転自在に取付け、前記入力部材を介して摩擦係合式クラッチ機構側へ補助トルクを伝達するようにした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】
前記出力軸又はホイールの少なくとも一方は、自己潤滑性を有する材料からなることを特徴とした請求項１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】
本発明は電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングハンドルの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクを機械式クラッチを介してステアリング系に伝達するものであって、例えば特開平１−２１８９７３号「電動パワーステアリング装置」の技術がある。
この技術は、その公報の第２図によれば、電動モータ２４（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）にギヤ機構を介して連結した円筒状のアウタースリーブ２３と、操舵輪に連結した６角部１２ｂ付き出力軸１２とを、摩擦係合式クラッチを介して連結したものである。
アウタースリーブ２３は、コロ２２と摩擦係合する内周面と、ギヤ２３ａとを一体に備え、しかも、アッパーハウジング１４ａに軸受３１，３５で回転自在に支承されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、摩擦係合式クラッチにおいて、安定した摩擦係合機能を発揮するためには、クラッチ構成部品及び関連部品は少ないほど良い。これは、単品部品に要求される精度を低くすることができ、なおかつ、組立精度を高めることができるからである。更に、クラッチ構成部品の支持剛性が高いほど良い。これは、偏荷重が作用した際に、がたつきが小さくなるからである。しかし、上記従来の技術はアウタースリーブ２３を軸受３１，３５を介してアッパーハウジング１４ａに支承するので、高い精度が必要な関連部品が多い。このため、組立精度を高めることは容易でない。
【０００４】
そこで本発明の目的は、次の（１）及び（２）にある。
（１）安定した摩擦係合機能を発揮する摩擦係合式クラッチ機構を備えた、電動パワーステアリング装置を提供すること。
（２）関連部品の部品数を少なくし、高精度を要求される箇所を減らしても組立精度が高く、しかも、組立効率を向上した摩擦係合式クラッチ機構を備えた、電動パワーステアリング装置を提供すること。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、電動機にギヤ機構を介して連結した入力部材と、操舵輪に連結した出力部材付き出力軸とを、摩擦係合式クラッチ機構を介して連結し、このクラッチ機構を、前記入力・出力部材を係合するべくこれら入力・出力部材間に介在した係合部材と、この係合部材の位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した位置制御部材と、この位置制御部材に向って係合部材を付勢した付勢部材とで構成し、前記位置制御部材の回動にともなって係合部材が入力・出力部材を係合・非係合に切換えるものである電動パワーステアリング装置において、前記ギヤ機構は、前記電動機の出力軸に結合されたウォームに噛み合うギヤ部と前記入力部材とを軸方向に順に形成してなる円筒状のホイールを有し、このホイールの内周面を軸方向に十分に延し、この内周面を前記出力軸にのみ直接的に回転自在に取付け、前記入力部材を介して摩擦係合式クラッチ機構側へ補助トルクを伝達するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
電動機の出力軸に結合されたウォームに噛み合うギヤ部と入力部材とを軸方向に順に形成してなる円筒状のホイールの、内周面を軸方向に十分に延し、この内周面を出力軸に直接的に回転自在に取付けたので、ホイールをハウジングに支承した場合に比べて関連部品が少なくてすみ、このため、摩擦係合式クラッチ機構の組立精度が高まる。従って、クラッチ機構は安定した摩擦係合機能を発揮し、しかも、その機能を常に維持できる。
また、入力部材を備えたホイールの、内周面を軸方向に十分に延し、この内周面を出力軸にのみ直接的に回転自在に取付けたので、支持剛性を高くでき、ホイールに偏荷重が作用しても変位しにくいので、クラッチ機構は安定した摩擦係合機能を発揮することができる。
更に、ギヤ部を備えたホイールの、内周面を軸方向に十分に延し、この内周面を出力軸にのみ直接的に回転自在に取付けたので、ギヤ部の支持剛性が高まる。従って、ギヤ機構は電動機からの補助トルク作用時におけるギヤ間の心ずれが少ないので、噛み合わせが良くなり、伝達効率が高まるとともに、噛み合い音を低減できる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、出力軸又はホイールの少なくとも一方を、自己潤滑性を有する材料で構成したことを特徴とする。
ホイールを直接的に出力軸に支承しても良好な潤滑性が得られるので、給油の必要がなく、しかも、クラッチフリクションの少ない良好な操舵感（ステアリング操作フィーリング）の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングハンドル２で発生したステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段３と、この操舵トルク検出手段３の検出信号に基づいて制御信号を発生する制御手段４と、この制御手段４の制御信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを発生する電動機５と、この電動機５の補助トルクをステアリング系に伝達するトルク伝達手段６及び機械式クラッチ４０とからなり、ピニオン７、ラック８ａを介して車輪（操舵輪）９，９を転舵するものである。
【０００９】
図２は本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部拡大断面図であり、上記ステアリングハンドル２（図１参照）に連結した管状の入力軸１１と、この入力軸１１内に挿通し且つ入力軸１１に上部をピン１２で結合したトーションバー（弾性部材）１３と、このトーションバー１３の下部にピン１４で結合し下部に上記ピニオン７を刻設した出力軸１５とで、主たるステアリング系を構成したものである。
トーションバー１３は、文字通りトルクに対して正確にねじれ角が発生するメンバーであって、入力軸１１と出力軸１５との間での相対ねじり変位を発生する。なお、ラック８ａは、この図の表裏方向に延びたラック軸８に刻設したものである。また、入力軸１１とトーションバー１３と出力軸１５とは同心上にある。
【００１０】
操舵トルク検出手段３は、入・出力軸１１，１５間の相対ねじれ角を検出することによりステアリング系の操舵トルクを検出するものであり、本実施の形態では、ポテンショメータを用いた。操舵トルク検出手段（ポテンショメータ）３は、図示せぬ抵抗素子及び抵抗素子に沿って移動する摺動接点を内蔵した検出本体部２１と、この検出本体部２１内の摺動接点を作動するべく回動する棒状の作動子２２とからなる。
そして、操舵トルク検出手段３は、入力軸１１の下部の外周面に検出本体部２１をボルトで取付け、出力軸１５の上部の外周面に設けた係合溝１５ａに作動子２２の先端部を係合することで、入・出力軸１１，１５間の相対ねじれ角を検出するものである。
【００１１】
なお、操舵トルク検出手段３は、作動子２２を係合溝１５ａの一方の側壁側に付勢するための、ねじりばね２３を備える。このため、作動子２２は回動方向への遊びがない。
入力軸１１はケーブルリール２４に複数巻回した（例えば、３巻き程度）電気ケーブル２５を備え、この電気ケーブル２５の一端を操舵トルク検出手段３の検出本体部２１に接続し、他端をハウジング２６側のコネクタ２７に接続したものである。
【００１２】
後述するトルク伝達手段６のホイール３２は、出力軸１５の上部に直接的に回転自在に支承した厚肉の円筒部材であり、この円筒部材に、ギヤ部３２ａと入力部材３２ｂとを軸方向に下から順に形成したものである。すなわち、ホイール３２は、軸方向に十分に延した内周面３２ｃを有し、この内周面３２ｃを出力軸１５に回転自在に支承した（取付けた）ものである。
ホイール３２は、例えば、焼結含油合金材料等の自己潤滑性を有する材料からなる。このため、ホイール３２を見かけ上、メタルタッチにて出力軸１５に支承したにもかかわらず、良好な潤滑性が得られ、給油の必要がなく、しかも、クラッチフリクションが少なく、良好な操舵感（ステアリング操作フィーリング）を有した電動パワーステアリング装置を提供することができる。
機械式クラッチ４０は、入力部材３２ｂの内部に配置したものであり、その断面構成は図５にて詳述する。
図中、３６，３７，３８は軸受、３９はダストカバーである。
【００１３】
図３は図２の３−３線断面図であり、トルク伝達手段６の断面構造を示す。
トルク伝達手段６は、電動機５の出力軸５ａに結合したウォーム３１と、出力軸１５に回転自在に支承したホイール３２とからなるウォームギヤ機構である。なお、電動機５はハウジング２６にボルト止めした。
従って、図２においてステアリング系（入力軸１１→トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トルクに、電動機５からの補助トルクを付加した複合トルクで、ピニオン７を介してラック８を駆動する。
【００１４】
図４は本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部分解斜視図である。
入力軸１１の下端に、機械式クラッチ４０の一構成部品である三脚付き環状の位置制御手段６３をセレーション嵌合し、この位置制御手段６３の下部に３つの位置制御部材６４…（…は複数を示す。以下同じ。）を備える。このため、位置制御部材６４…は図１に示すステアリングハンドル２に連結したことになる。
一方、出力軸１５は基部上端に出力部材３４を備える。
【００１５】
図５は図２の５−５線断面図であり、本発明に係る機械式クラッチ４０の断面構成を示す。なお、ハウジング２６は省略した。
機械式クラッチ４０は、上記電動機５の補助トルクの作用方向がステアリング系の操舵方向と一致した場合のみ、電動機５の補助トルクをステアリング系に伝達するものであり（ワンウエイクラッチの集合体）、すなわち、複数組の摩擦係合式クラッチ機構の集合体である。
これらの摩擦係合式クラッチ機構は、入力部材３２ｂの矢印Ｘ方向（図反時計回り方向）に係合する３組の第１クラッチ機構４１…と、矢印Ｘと逆廻り方向に係合する３組の第２クラッチ機構５１…である。第１クラッチ機構４１…と第２クラッチ機構５１…とは、同一円上に交互に並べる。
【００１６】
詳しくは、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…は、上記入力・出力部材３２ｂ，３４間に形成したテーパ状空間部６１…と、これらのテーパ状空間部６１…に介在して入力部材３２ｂと出力部材３４とを係合する円柱状の係合部材６２…と、これらの係合部材６２…の位置決めをなす位置制御部材６４…と、これらの位置制御部材６４…に向って係合部材６２…を付勢する付勢部材としての圧縮ばね６５…とからなる。
【００１７】
出力部材３４は、概ねおむすび形断面形状（角部を切り落とした２等辺三角形断面の３つの辺を円弧状とした形状）を呈する。
テーパ状空間部６１…は、入力部材３２ｂの円形内周面と出力部材３４の係合面（多角形外周面）との間に形成した、周方向端部がテーパ形状を呈する空間部である。位置制御部材６４…は、互いに離間しつつ、入力部材３２ｂと出力部材３４との間の同一円上に等ピッチで、回動可能に配置された部材である。
このような構成の機械式クラッチ４０は、位置制御部材６４…の移動にともなって、入力部材３２ｂと出力部材３４とを係合・非係合に選択的に切換えるものである。
【００１８】
ところで、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…のうち、特定の各１組（以下、「特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａ」と称する。）は、他の組よりも早いタイミングで非係合状態になるものである。
具体的には、特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａの係合部材６２…の位置決めをなす位置制御部材６４（以下、「特定位置制御部材６４Ａ」と称する。）の円弧長Ｌ1が、他の位置制御部材６４…の円弧長Ｌ2よりも大きい。そして、断面略２等辺三角形である出力部材３４において、１つの角部に特定位置制御部材６４Ａを配置し、互いに等角度の２つの角部に他の位置制御部材６４…を配置したものである。
【００１９】
更に、上記出力部材３４を、出力軸１５に径方向移動可能に取付けたことを特徴とする。
具体的には、出力部材３４に長円若しくは楕円の貫通孔３４ａを開け、この貫通孔３４ａに円形の出力軸１５を嵌合し、且つ、貫通孔３４ａの長手軸上にピン１４を通し、このピン１４に弾性部材（皿ばね等）３５を介設して、この弾性部材３５で出力部材３４の貫通孔３４ａを出力軸１５に相対的に押圧する構成にした。
すなわち、出力軸１５の外周面と貫通孔３４ａの長手軸方向の面との間に弾性部材３５を介在し、この弾性部材３５の弾性方向を出力部材３４の移動方向（貫通孔３４ａの長手軸方向）に合致させ、出力部材３４を出力軸１５へ押圧する構成にした。
なお、出力部材３４を特定位置制御部材６４Ａの幅中心へ相対的に押圧する。
【００２０】
１組のクラッチ機構（特定第１クラッチ機構４１Ａ又は特定第２クラッチ機構５１Ａ）のみ解除した際に、出力部材３４を径方向移動自在となすべく、他のクラッチ機構４１…，５１…の係合部材６２…と係合する出力部材３４の係合面を抜け勾配とした。このため、１組を解除した場合に、出力部材３４は何等規制されることなく径方向に移動できる。このため、１組のクラッチ機構を解除するだけで、他のクラッチ機構をも確実に解除できる。
【００２１】
次に、上記構成の機械式クラッチ４０の作用を、図１、図５、図６に基づき説明する。
図６は本発明に係る機械式クラッチの作用図である。
図１において、ステアリングハンドル２を操舵しない場合、操舵トルク検出手段３の信号が無いので、制御装置４はアシスト命令信号を出力しない。このため、電動機５は補助トルクを発生しない状態であり、図５に示すように各第１・第２クラッチ機構４１…、５１…は、全て解除状態（中立状態）にある。
【００２２】
次に、ステアリングハンドル２の操舵トルクが小さく、電動機５が補助トルクを発生しない場合、入力軸１１（図２参照）に連結した位置制御部材６４…と出力部材３４との間の位相は、ほとんど変化しない。この場合には、各位置制御部材６４…が、例えば、この図の反時計回り方向に若干移動するものの、第１クラッチ機構４１…は係合するには至らない。このため、出力部材３４は、電動機５のフリクションやイナーシャの影響を受けず、図２に示すステアリング系（入力軸１１→トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トルクで回転し、出力軸１５を駆動する。
【００２３】
一方、ステアリングハンドル２の操舵トルクが大きく、電動機５が補助トルクを発生している場合、入力軸１１に連結した位置制御部材６４…（特定位置制御部材６４Ａを含む）と出力部材３４との間の位相が大きく変化する。例えば図５に示すように、位置制御部材６４…が矢印Ｘ方向に大きく移動すると、全ての第１クラッチ機構４１…の係合部材６２…は、図６に示すように付勢部材６５…の付勢力で、テーパ状空間部６１…の周方向端部に移動し、摩擦力にて入力・出力部材３２ｂ，３４間を係合状態に切換える。その結果、全ての第１クラッチ機構４１…は係合状態になる。
電動機５が回転することで、入力部材３２ｂは矢印Ｘ方向に回転し、第１クラッチ機構４１…を介して出力部材３４に補助トルクを伝達する。このため、出力部材３４は、ステアリング系（入力軸１１→トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トルクに、電動機５が発生した補助トルクを付加した複合トルクで矢印Ｘ方向に回転し、出力軸１５を駆動する。
【００２４】
その後、何等かの理由で電動機５による補助トルクの伝達が継続している場合に、第１クラッチ機構４１…は次のようにして解除される。
図６でステアリングハンドル２を逆方向に操舵すると、全ての位置制御部材６４…は入力部材３２ｂの回転方向と反対方向に回る。そして、特定位置制御部材６４Ａは、他の位置制御部材６４…よりも先に、右隣の係合部材６２（便宜的に「係合部材６２Ａ」と称する。）に当接し、摩擦力及び付勢力に抗して押出す。
【００２５】
このため、係合部材６２Ａは特定第１クラッチ機構４１Ａの係合を解除する。この時点で、他の位置制御部材６４…は係合部材６２…と当接していない。従って、他の係合部材６２…から出力部材３４に継続して、図中の矢印Ｚ1，Ｚ2で示すベクトルが作用しており、これらのベクトルの合力に基づき、出力部材３４に図中の矢印Ｚ3で示す偏荷重が作用する。その結果、出力部材３４は弾性部材３５の弾発力に抗し、ピン１４を案内として特定位置制御部材６４Ａ側に僅かに移動する。従って、他の係合部材６２…の係合力が弱まる。
【００２６】
その直後に、他の位置制御部材６４…も係合部材６２…と当接して、元の中立位置に戻す。その結果、他の第１クラッチ機構４１…も解除される。出力部材３４は弾性部材３５の弾発力により、中立位置に自動復帰する。
【００２７】
なお、第２クラッチ機構５１…は、上記第１クラッチ機構４１…と逆作動をするものであり、ステアリングハンドル２を逆方向に操舵した場合に、上記図５、図６にて説明した作用と同様の操作で、係合・非係合に切換えることができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態において、弾性部材１３は、操舵トルクに比例して入力軸１１と出力軸１５との間での相対ねじり変位を発生させるものであればよく、トーションバーに限定するものではない。
出力軸１５又はホイール３２は、少なくとも一方を、自己潤滑性を有する材料で構成すればよい。
第１・第２クラッチ機構４１…，５１…の数量は、３組ずつに限定するものではなく、任意に設定可能である。
【００２９】
出力部材３４は、一部の係合部材６２が外れた際に、他の係合部材６２…で押圧されて、径方向移動するものであればよく、移動方向を問わない。出力部材３４を他の係合部材６２…で押圧して移動させれば、これら他の係合部材６２…と出力部材３４との摩擦係合力を低下させることができるからである。
出力部材３４の径方向移動を案内する部材は、ピン１４に限定するものではない。
出力軸１５に出力部材３４を押圧する弾性部材は、皿ばね３５に限定するものではなく、例えば、圧縮ばね（コイルばね）でもよい。
【００３０】
テーパ状空間部６１は、入力部材３２ｂの内周面と出力部材３４の外周面との間に形成するものであればよく、出力部材３４の外周面（係合面）の形状も図５に示すものに限定しない。そして、入力部材３２ｂの内周面を所定の多角形とし、出力部材３４の外周面を円形としてもよい。
係合部材６２は、テーパ状空間部６１の周方向端部と係合・非係合の切換えができるものであればよく、円柱状の他に、例えば球状でもよい。
機械式クラッチ４０の付勢部材は圧縮ばね（コイルばね）に限定せず、例えば、硬質ゴム材や板ばね等で構成してもよい。
【００３１】
更に、第１・第２クラッチ機構４１…，５１…は、摩擦係合式クラッチの構成であればよく、例えば、周知のスプラグ式クラッチでもよい。
スプラグ式クラッチとは、円筒状の内周係合面を有する外方部材（入力部材３２ｂに相当）と、円筒状の外周係合面を有する内方部材（出力部材３４に相当）とを同心に配置し、これらの両係合面を対向させ、その間の隙間に、複数のスプラグ（くさび作用をするこま）と、これらのスプラグの位置決めをなすためにステアリングハンドルに連結した部材（位置制御部材６４に相当）と、スプラグを前記両係合面に向ってくさび係合させるように付勢するばねとを介在したものである（特開平１−１８８７２７号に示すクラッチ装置など）。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１記載の発明は、電動機の出力軸に結合されたウォームに噛み合うギヤ部と入力部材とを軸方向に順に形成してなる円筒状のホイールの、内周面を軸方向に十分に延し、この内周面を出力軸に直接的に回転自在に取付けたので、ホイールをハウジングに支承した場合に比べて関連部品が少なくてすみ、このため、摩擦係合式クラッチ機構の組立精度が高まる。従って、クラッチ機構は安定した摩擦係合機能を発揮し、しかも、その機能を常に維持できる。
また、入力部材を備えたホイールの、内周面を軸方向に十分に延し、この内周面を出力軸にのみ直接的に回転自在に取付けたので、支持剛性を高くでき、ホイールに偏荷重が作用しても変位しにくいので、クラッチ機構は安定した摩擦係合機能を発揮することができる。
更に、ギヤ部を備えたホイールの、内周面を軸方向に十分に延し、この内周面を出力軸にのみ直接的に回転自在に取付けたので、ギヤ部の支持剛性が高まる。従って、ギヤ機構は電動機からの補助トルク作用時におけるギヤ間の心ずれが少ないので、噛み合わせが良くなり、伝達効率が高まるとともに、噛み合い音を低減できる。
【００３３】
請求項２記載の発明は、出力軸又はホイールの少なくとも一方を、自己潤滑性を有する材料で構成したことにより、ホイールを直接的に出力軸に支承しても良好な潤滑性が得られるので、給油の必要がなく、しかも、クラッチフリクションの少ない良好な操舵感（ステアリング操作フィーリング）の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部拡大断面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部分解斜視図
【図５】図２の５−５線断面図
【図６】本発明に係る機械式クラッチの作用図
【符号の説明】
１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングハンドル、５…電動機、６…トルク伝達手段、９…操舵輪（車輪）、１１…入力軸、１３…弾性部材（トーションバー）、１５…出力軸、３２…ホイール、３２ａ…ギヤ部、３２ｂ…入力部材、３２ｃ…内周面、３４…出力部材、４０…機械式クラッチ、４１，４１Ａ…摩擦係合式クラッチ（第１クラッチ機構）、５１，５１Ａ…摩擦係合式クラッチ（第２クラッチ機構）、６１…テーパ状空間部、６２…係合部材、６４，６４Ａ…位置制御部材、６５…付勢部材（圧縮ばね）。
【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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