JP2010030397A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面からの反力が操舵部材に伝達されることを抑制できる電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】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２に連結された操舵軸５と、操舵補助用の電動モータ４とを備えている。操舵軸５は、トーションバー１７を介して相対回動可能に連結された入力軸１８および出力軸１９とを含み、電動モータ４は、操舵軸５とは同軸に配置された中空のロータ６を含む。また、ロータ６は、第１および第２の端部１０，１１を有し、出力軸１９は、ロータ６の第１の端部１０の内周に嵌合された第１の出力軸２８と、第２の端部１１の内周に嵌合された第２の出力軸２９とを含む。ロータ６の第１の端部１０および第１の出力軸２８は、弾性部材を介して互いに連結されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

自動車等の車両には、ステアリング装置が備えられている。例えば下記特許文献１では、操舵補助用の電動モータを備える電動パワーステアリング装置が開示されている。
この特許文献１に係る電動パワーステアリング装置では、電動モータが、操舵軸に対して同軸となるように配置されている。操舵部材と転舵機構とは、操舵軸を介して機械的に連結されている。
特開２００６−１０３６４２号公報

例えば車両が悪路を走行しているとき、転舵輪を介して転舵機構に伝わる路面入力（いわゆる逆入力）が、操舵軸を介して操舵部材に伝達されるため、操舵フィーリングが損なわれるおそれがある。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、路面からの反力が操舵部材に伝達されることを抑制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。

上記目的を達成するための本発明は、操舵部材（２）に連結された操舵軸（５）と、操舵補助用の電動モータ（４）と、を備え、上記操舵軸は、トーションバー（１７）を介して相対回動可能に連結された入力軸（１８）および出力軸（１９）とを含み、上記電動モータは、上記操舵軸とは同軸に配置された中空のロータ（６）を含み、上記ロータは、第１および第２の端部（１０，１１）を有し、上記出力軸は、上記ロータの上記第１の端部の内周に嵌合された第１の出力軸（２８，１２８）と、上記ロータの上記第２の端部の内周に嵌合された第２の出力軸（２９）とを含み、上記ロータの上記第１の端部および上記第１の出力軸は、弾性部材（３５，４６）を介して互いに連結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（１）である。

本発明によれば、ロータに伝達された路面入力が第１の出力軸に伝達されることを抑制することができる。これにより、路面入力が操舵部材に伝達されることを抑制でき、ひいては、操舵フィーリングの低下を抑制することができる。
また、上記ロータの上記第１の端部の上記内周および上記第１の出力軸の外周の少なくとも一方に設けられた凸部（３７）が、他方に設けられた凹部（４０）に嵌合している場合がある（請求項２）。この場合、凸部と凹部との嵌合により、凸部と凹部との間で確実にトルクを伝達することができる。したがって、ロータの第１の端部と第１の出力軸との間で確実に力を伝達することができる。

また、上記操舵部材に上記操舵軸の軸方向（Ｘ１）の力が負荷されたときに、上記ロータの上記第１の端部および上記第１の出力軸が、軸方向に相対移動可能である場合がある（請求項３）。この場合、操舵部材に運転者が衝突するいわゆる二次衝突のときに、ロータの第１の端部と第１の出力軸とが軸方向へ相対移動するので、操舵部材から運転者に加わる衝撃を低減することができる。

また、上記入力軸は、連結軸（２１）を介してトルク伝達可能に連結された第１および第２の入力軸（２２，２３）を含み、上記連結軸は、第１および第２の入力軸の相対回動を抑制する減衰力を発生する減衰部材（２１）を含む場合がある（請求項４）。この場合、路面入力が、減衰部材を含む連結軸を介して連結された第１および第２の入力軸に伝達されるときに減衰される。これにより、路面入力が操舵部材に伝達されることを一層抑制することができる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す縦断面図である。また、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う電動パワーステアリング装置１の図解的な横断面図である。本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、いわゆるコラムダイレクト式の電動パワーステアリング装置である。

図１および図２を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して図示しない転舵輪を転舵する転舵機構としてのステアリング機構３と、操舵補助用の電動モータ４とを備えている。
ステアリングホイール２とステアリング機構３は、操舵軸５等を介して機械的に連結されており、ステアリングホイール２の回転は、操舵軸５を介してステアリング機構３に伝達される。ステアリング機構３に回転が伝達されることで、転舵輪が転舵される。ステアリング機構３としては、例えばラックアンドピニオン機構が挙げられる。

また、電動モータ４は、操舵軸５とは同軸に配置されている。電動モータ４は、例えばインナーロータ型のブラシレスモータであり、操舵軸５とは同軸に配置された筒状をなす中空のロータ６と、ロータ６を同軸的に取り囲む環状のステータ７とを含む。ロータ６は、操舵軸５とは同軸に配置された筒状のロータコア８と、このロータコア８の外周に取り付けられたマグネット９からなるものである。ロータ６は、第１の端部１０（図１では、上端部）および第２の端部１１（図１では、下端部）を有しており、操舵軸５にトルク伝達可能に連結されている。電動モータ４のトルクは、ロータ６から操舵軸５に伝達され、操舵軸５からステアリング機構３に伝達される。これにより、操舵が補助される。

また、図１に示すように、操舵軸５は、筒状のジャケット１２およびハウジング１３からなる筒状のステアリングコラム１４を挿通している。操舵軸５は、複数の軸受１５を介して、ステアリングコラム１４に回転可能に保持されている。図示はしないが、操舵軸５は、ステアリングコラム１４を介して車体側部材に取り付けられている。
ジャケット１２は、その軸方向に相対摺動可能に嵌合された複数の筒状体からなるものであり、軸方向に収縮可能となっている。また、ハウジング１３は、ロータ６およびステータ７を収容する筒状のモータハウジング１６を含む。電動モータ４の一部は、モータハウジング１６により構成されている。電動モータ４は、モータハウジング１６の軸長Ｌ１（軸方向長さ）に対してモータハウジング１６の外径Ｄ１が相対的に大きい扁平型のモータである。

また、操舵軸５は、トーションバー１７を介して相対回動可能に連結された入力軸１８および出力軸１９を含む。ステアリングホイール２に一定値以上の操舵トルクが入力されると、入力軸１８および出力軸１９は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転する。このときステアリングホイール２に入力された操舵トルクは、入力軸１８および出力軸１９の相対回転変位量に基づいてトルクセンサ２０によって検出される。トルクセンサ２０のトルク検出結果は、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に入力される。

また、入力軸１８は、減衰部材としての連結軸２１を介してトルク伝達可能に連結された第１の入力軸２２および第２の入力軸２３を含む。第１および第２の入力軸２２，２３間でのトルクの伝達は、連結軸２１を介して行われる。連結軸２１は、ダンパーとして機能するものであり、第１および第２の入力軸２２，２３の相対回動を抑制する減衰力を発生する。入力軸１８に入力された荷重は、この連結軸２１によって減衰される。連結軸２１は、例えば合成ゴムや合成樹脂などにより形成された弾性を有する部材である。

図１に示すように、第１および第２の入力軸２２，２３は、それぞれ筒状をなしている。第１の入力軸２２は、第２の入力軸２３よりも大径にされている。第１および第２の入力軸２２，２３は、操舵軸５の軸方向Ｘ１に収縮可能となっている。トーションバー１７の一端部(図１では、上端部)は、第２の入力軸２３内に挿入されており、第２の入力軸２３と同行回転可能に連結されている。

また、連結軸２１は、同軸的に連結された円柱状の第１の嵌合部２４および第２の嵌合部２５を含む。連結軸２１の第１の嵌合部２４は、第１の入力軸２２の一端部（図１では下端部）に内嵌されており、第２の嵌合部２５は、第２の入力軸２３の一端部（図１では上端部）に内嵌されている。
図２に示すように、第１の嵌合部２４の外周には、雄セレーション２６が形成されており、第１の入力軸２２の一端部の内周には、雄セレーション２６に対応する雌セレーション２７が形成されている。雄セレーション２６および雌セレーション２７は互いに噛み合わされている。第１の嵌合部２４および第１の入力軸２２の一端部は、セレーション嵌合されている。これにより、第１の嵌合部２４および第１の入力軸２２の一端部間で力が確実に伝達される。

図示はしないが、第２の嵌合部２５の外周および第２の入力軸２３の一端部の内周にも、それぞれ、雄セレーションおよび雌セレーションが形成されており、第２の嵌合部２５および第２の入力軸２３の一端部は、セレーション嵌合によりトルク伝達可能に連結されている。
なお、第１の嵌合部２４と第１の入力軸２２との連結方法、および第２の嵌合部２５と第２の入力軸２３との連結方法は、セレーション嵌合に限らず、凹部に凸部を嵌合させて凸部と凹部との間で力を確実に伝達できるその他の方法（例えばスプライン嵌合）であってもよい。

一方、図１に示すように、出力軸１９は、ロータ６を介してトルク伝達可能に連結された第１の出力軸２８および第２の出力軸２９を含む。第１の出力軸２８は、同軸的に連結された小径部３０および大径部３１からなるものであり、トーションバー１７の他端部(図１では、下端部)と同行回転可能に連結されている。第１の出力軸２８の大径部３１の外周は、ロータ６の第１の端部１０の内周に嵌合されている。第１の出力軸２８の大径部３１とロータ６とは、弾性部材としての複数の樹脂ピン３５によってトルク伝達可能に連結されており、樹脂ピン３５が破断することにより操舵軸５の軸方向Ｘ１に相対移動可能となっている。第１の出力軸２８の大径部３１とロータ６との具体的な連結方法については、後述する。

また、第２の出力軸２９は、それぞれ同軸的に連結された軸部３２、板部３３、および筒状部３４を含む。第２の出力軸２９の筒状部３４は軸部３２の一部を取り囲んでおり、筒状部３４の外周がロータ６の第２の端部１１の内周に例えば圧入により嵌合されている。第２の出力軸２９の筒状部３４とロータ６の第２の端部１１とは、トルク伝達可能に連結されており、操舵軸５の軸方向Ｘ１に相対移動不能となっている。

ロータ６の内径（具体的には、ロータコア８の内径）は、第１の端部１０から第２の端部１１に向かう所定範囲で一定とされており、第２の端部１１において相対的に大きくされている。第１の出力軸２８の大径部３１は、ロータ６の第１の端部１０から第２の端部１１に向かって軸方向Ｘ１に移動可能となっている。例えば車両の衝突により運転者がステアリングホイール２に衝突して（いわゆる二次衝突して）、所定値以上の力（操舵軸５の軸方向Ｘ１への力）がステアリングホイール２に負荷されると、この力がステアリングホイール２から第１の出力軸２８に伝達され、樹脂ピン３５が破断してロータ６の第１の端部１０に対して第１の出力軸２８が軸方向Ｘ１へ移動するようになっている。これにより、二次衝突のときに、ステアリングホイール２から運転者に加わる衝撃を低減することができる。

図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う電動パワーステアリング装置１の図解的な横断面図である。以下では、図３を参照して、第１の出力軸２８の大径部３１とロータ６との連結方法について具体的に説明する。
第１の出力軸２８の大径部３１とロータ６とは、合成樹脂製の複数の樹脂ピン３５（弾性部材）を介して連結されている。具体的には、大径部３１の外周に、雄セレーション３６を構成する複数の凸部３７と、樹脂ピン３５を嵌合させるための複数（例えば４つ）のピン嵌合孔３８が形成されている。４つのピン嵌合孔３８は、大径部３１の外周において、周方向に等間隔を隔てて配置されている。

また、ロータ６（具体的には、ロータコア８）の第１の端部１０には、雄セレーション３６に対応する雌セレーション３９を構成する複数の凹部４０と、樹脂ピン３５をロータコア８の厚み方向に貫通させるための複数（例えばピン嵌合孔３８と同数）のピン貫通孔４１とが形成されている。複数のピン貫通孔４１は、ロータ６の周方向に等間隔を隔てて配置されている。

第１の出力軸２８の大径部３１は、雄セレーション３６と雌セレーション３９との位相が一致し、さらに、対応するピン嵌合孔３８とピン貫通孔４１との位相が一致するように、ロータ６の第１の端部１０の内周に嵌合されている。そして、対をなすピン嵌合孔３８およびピン貫通孔４１に共通の樹脂ピン３５が例えば圧入されている。これにより、第１の出力軸２８の大径部３１とロータ６の第１の端部１０とが、複数の樹脂ピン３５を介して連結されている。

第１の出力軸２８およびロータ６の一方に加わるトルクの大きさが所定値未満であれば、このトルクは、複数の樹脂ピン３５を介して第１の出力軸２８およびロータ６の第１の端部１０の一方から他方に伝達される。また、第１の出力軸２８およびロータ６の一方に入力されたトルクの少なくとも一部は、各樹脂ピン３５の弾性により吸収され、第１の出力軸２８およびロータ６の第１の端部１０の一方から他方へのトルクの伝達が抑制される。複数の樹脂ピン３５により吸収できるトルクの大きさは、樹脂ピン３５の本数や、各樹脂ピン３５の強度などを変更することにより調節することができる。

一方、第１の出力軸２８およびロータ６の一方に加わるトルクの大きさが所定値以上であれば、各樹脂ピン３５が弾性変形して、対応する凸部３７と凹部４０とが直接接触する。そして、対応する凸部３７と凹部４０との間でトルクが伝達される。また、各樹脂ピン３５が破断した場合に、第１の出力軸２８およびロータ６の一方にトルクが加わると、対応する凸部３７と凹部４０とが直接接触して、対応する凸部３７と凹部４０との間でトルクが伝達される。

すなわち、この第１の実施形態では、第１の出力軸２８の大径部３１の外周およびロータ６の第１の端部１０の内周に、それぞれ、雄セレーション３６および雌セレーション３９を形成することにより、相対的に大きなトルクが第１の出力軸２８およびロータ６の一方に入力された場合や、各樹脂ピン３５が破断した場合であっても、ロータ６の第１の端部１０と第１の出力軸２８との間でトルクを確実に伝達することができる。

なお、この第１の実施形態では、所定値以上の力（軸方向Ｘ１への力）がステアリングホイール２に負荷されロータ６の第１の端部１０と第１の出力軸２８とが軸方向Ｘ１へ相対移動するとき、上記所定値以上の力により各樹脂ピン３５が破断して、第１の出力軸２８の大径部３１とロータ６の第１の端部１０との連結が解除されるようになっている。ロータ６の第１の端部１０と第１の出力軸２８とが軸方向Ｘ１へ相対移動するときの力は、樹脂ピン３５の本数や、各樹脂ピン３５の強度などを変更することにより調節することができる。

図４は、モータハウジング１６の図解的な外観図である。
図４を参照して、モータハウジング１６は、取付部材４２と車体側部材４３との連結により車体Ｂ１に取り付けられている。取付部材４２は、例えば全体として環状または筒状をなしており、モータハウジング１６が嵌合される環状または筒状の嵌合部４４と、車体側部材４３に連結される連結部４５とを有している。取付部材４２の軸長（軸方向への長さ）は、モータハウジング１６の軸長（軸方向への長さ）よりも短くされている。

モータハウジング１６は、嵌合部４４の内周に例えば圧入されている。モータハウジング１６に対する嵌合部４４の位置は、電動パワーステアリング装置１が車体Ｂ１に組み付けられたときに、車体側部材４３における取付部材４２の取付位置と連結部４５の位置とが一致するように調節されている。
すなわち、車体側部材４３における取付部材４２の取付位置に合わせて、モータハウジング１６に対して取付部材４２をモータハウジング１６の軸方向に移動させることができるようになっており、車体Ｂ１に対する電動パワーステアリング装置１の取付の自由度が高められている。

以上のように本実施形態では、複数の樹脂ピン３５によって、第１の出力軸２８およびロータ６の第１の端部１０間でのトルクの伝達が抑制される。したがって、ロータ６に伝達された路面入力（路面からの力）が第１の出力軸２８に伝達されることを抑制することができる。これにより、路面入力がステアリングホイール２に伝達されることを抑制でき、ひいては、操舵フィーリングの低下を抑制することができる。また、路面入力が第１の出力軸２８に伝達されたとしても、この路面入力は、入力軸１８に伝達されたときに減衰部材としての連結軸２１によって減衰されるので、路面入力がステアリングホイール２に伝達されることを一層抑制することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の図解的な横断面図である。この図５において、上述の図１〜図４に示された各部と同等の構成部分については、図１〜図４と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
この第２の実施形態と上述の第１の実施形態との主要な相違点は、第１の出力軸１２８の大径部３１の外周全域に雄セレーション３６が形成されており、さらに、大径部３１の外周全域に合成樹脂によるコーティングが施されていることにある。大径部３１の外周全域は、樹脂コーティング層４６（弾性部材）により覆われている。

第１の出力軸１２８の大径部３１は、雄セレーション３６と雌セレーション３９との位相が一致するように、ロータ６の第１の端部１０の内周に嵌合されている。これにより、第１の出力軸１２８の大径部３１とロータ６の第１の端部１０とが、樹脂コーティング層４６を介して連結されている。また、第１の出力軸１２８の大径部３１がロータ６の第１の端部１０の内周に嵌合された状態で、樹脂コーティング層４６は、ロータ６の第１の端部１０の内周に例えば圧入されている。樹脂コーティング層４６をロータ６の第１の端部１０の内周に圧入することにより、第１の出力軸１２８の大径部３１とロータ６の第１の端部１０との操舵軸５の軸方向Ｘ１への相対移動を規制することができる。この規制力は、例えば樹脂コーティング層４６の厚みを変更させて、ロータ６の第１の端部１０の内周に対する樹脂コーティング層４６の圧入代を変更することにより調節することができる。

この第２の実施形態では、第１の出力軸１２８およびロータ６の一方に加わるトルクが、樹脂コーティング層４６を介して第１の出力軸１２８およびロータ６の第１の端部１０の一方から他方に伝達される。また、第１の出力軸１２８およびロータ６の一方に入力されたトルクの少なくとも一部は、樹脂コーティング層４６の弾性により吸収され、第１の出力軸１２８およびロータ６の第１の端部１０の一方から他方へのトルクの伝達が抑制される。さらに、樹脂コーティング層４６が第１の出力軸１２８から剥がれたとしても、対応する凸部３７と凹部４０とが直接接触して、第１の出力軸１２８およびロータ６の第１の端部１０の一方から他方にトルクが確実に伝達される。樹脂コーティング層４６により吸収できるトルクの大きさは、合成樹脂の種類や、膜厚などを変更することにより調節することができる。

この発明の実施の形態の説明は以上であるが、この発明は、上述の第１および第２の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の第１および第２の実施形態では、ロータ６の第１の端部１０と第１の出力軸２８および第１の出力軸１２８とを連結する弾性部材として、樹脂ピン３５または樹脂コーティング層４６が用いられている場合について説明したが、弾性部材としては、樹脂ピン３５および樹脂コーティング層４６に限らず、合成ゴム製のピンや、合成ゴムのコーティング層などのその他の部材を用いてもよい。

また、上述の第１および第２の実施形態では、第１の出力軸２８および第１の出力軸１２８の大径部３１とロータ６の第１の端部１０とが、樹脂ピン３５または樹脂コーティング層４６を介してセレーション嵌合されている場合について説明したが、第１の出力軸２８および第１の出力軸１２８の大径部３１とロータ６の第１の端部１０との連結方法はこれに限られない。具体的には、例えば、第１の出力軸２８および第１の出力軸１２８の大径部３１とロータ６の第１の端部１０とが、樹脂ピン３５または樹脂コーティング層４６を介してスプライン嵌合されていてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の第１の実施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縦断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う電動パワーステアリング装置の図解的な横断面図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う電動パワーステアリング装置の図解的な横断面図である。 モータハウジングの図解的な外観図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の図解的な横断面図である。

符号の説明

１・・・電動パワーステアリング装置、２・・・ステアリングホイール（操舵部材）、４・・・電動モータ、５・・・操舵軸、６・・・ロータ、１０・・・第１の端部、１１・・・第２の端部、１７・・・トーションバー、１８・・・入力軸、１９・・・出力軸、２１・・・連結軸（減衰部材）、２２・・・第１の入力軸、２３・・・第２の入力軸、２８・・・第１の出力軸、２９・・・第２の出力軸、３５・・・樹脂ピン(弾性部材)、３７・・・凸部、４０・・・凹部、４６・・・樹脂コーティング層(弾性部材)、Ｘ１・・・（操舵軸の）軸方向

Claims (4)

1. 操舵部材に連結された操舵軸と、
   操舵補助用の電動モータと、を備え、
   上記操舵軸は、トーションバーを介して相対回動可能に連結された入力軸および出力軸とを含み、
   上記電動モータは、上記操舵軸とは同軸に配置された中空のロータを含み、
   上記ロータは、第１および第２の端部を有し、
   上記出力軸は、上記ロータの上記第１の端部の内周に嵌合された第１の出力軸と、上記ロータの上記第２の端部の内周に嵌合された第２の出力軸とを含み、
   上記ロータの上記第１の端部および上記第１の出力軸は、弾性部材を介して互いに連結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。
2. 請求項１において、上記ロータの上記第１の端部の上記内周および上記第１の出力軸の外周の少なくとも一方に設けられた凸部が、他方に設けられた凹部に嵌合していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または２において、上記操舵部材に上記操舵軸の軸方向の力が負荷されたときに、上記ロータの上記第１の端部および上記第１の出力軸が、軸方向に相対移動可能であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項において、上記入力軸は、連結軸を介してトルク伝達可能に連結された第１および第２の入力軸を含み、上記連結軸は、第１および第２の入力軸の相対回動を抑制する減衰力を発生する減衰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。

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