JP2012046170A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールの操舵が最大量に達し、端当て状態になっても、モータの慣性力により生じるウォームとウォームホイールとの衝突によるステアリング装置全体への影響を低減する。
【解決手段】モータ８と、モータ８の出力軸２４に設けられる小径歯車２１と、小径歯車２１に歯合し操舵軸に取付けられる大径歯車２２とを備え、モータ８の回転によってステアリングホイールによる操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、モータ８の出力軸２４に回転規制機構３０を設け、モータ８により回転される出力軸２４の回転をステアリングホイールの操舵の最大量と対応する回転量で規制する。
【選択図】図２

Description

本発明は操舵補助力の発生源としてモータを用いる電動パワーステアリング装置に関する。

ステアリングホイールの操舵をアシストする電動パワーステアリング装置として、例えば、特許文献１に開示されるような、トルクセンサ、モータ、ウォームとウォームホイールからなる減速機構を備えた電動パワーステアリング装置がある。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに加わるトルクをトルクセンサにより検出し、この検出結果に基づいてモータを制御しアシストトルクを発生させることで、ステアリングホイールの操舵をアシストするように構成されている。
ステアリングホイールに加わるトルクが検出され、モータによる操舵がアシストされると、ステアリングホイールの回転がステアリングシャフト及び中間シャフトを介しピニオンシャフトへ伝達され、ラック・ピニオン式操舵機構によりラック軸の軸長方向の移動へと変換される。これにより、ラック軸の軸長方向の移動量に応じて自動車の前輪が左右に操舵される。

特開２００１−２１９８５５号公報

上記の電動パワーステアリング装置は、ラック軸の軸長方向の移動量が、ラックハウジング両端に設けられたラックストッパにより、ラック軸の軸長方向の最大移動量が規制される構造になっている。

この電動パワーステアリング装置においては、ステアリングホイールを中立位置から左または右のいずれかの方向に操舵を続け、ラック軸が最大移動量に達すると、ラックストッパによりラック軸の最大移動量が規制され、いわゆる「端当て」状態となり、これ以上ステアリングホイールを操舵できない状態となる（以下、ステアリングホイールを中立位置から右または左に操舵し、その操舵を規制されるまでの操舵量を「操舵の最大量」と定義する）。

このような端当て状態になった直後、ラック軸からウォームホイールまでの伝達経路の動作が規制され、モータの回転を規制しようとする力がウォームホイールからウォームに対して働き、一方、モータは、アシストトルクを発生させるために回転するため、端当て状態になった後も引き続きその回転を続けようとする慣性力が働く。

そのため、モータの回転を規制する力と、引き続き回転を続けようと働くモータの慣性力が発生することにより、ウォームとウォームホイールとの間で衝突が生じる。この衝突による衝撃やねじれの影響がステアリングシステム全体（ステアリングシャフト、中間シャフト、ピニオンシャフト、ラック軸）に伝達される。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ステアリングホイールが操舵の最大量に達し、端当て状態になった時、モータの慣性力により生じるウォームとウォームホイールとの衝突によるステアリング装置全体への影響を低減した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。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、モータと、前記モータの出力軸に設けられる小径歯車と、前記小径歯車に歯合し操舵軸に取付けられる大径歯車とを備え、前記モータの回転によってステアリングホイールによる操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、前記出力軸に回転規制機構を設け、前記回転規制機構は、前記出力軸の回転量を前記ステアリングホイールの操舵の最大量と対応する量で規制することである。
すなわち、前記回転規制機構は、前記モータにより回転される前記出力軸の回転をステアリングホイールの操舵の最大量と対応する回転量で規制することにより、モータの慣性力による出力軸の回転トルクの発生を無くすことができ、小径歯車と大径歯車との衝突を防止できる。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、前記回転規制機構は、前記出力軸の回転に連動し回転する軸部と、前記軸部と接続し前記出力軸の回転に連動し軸部上を軸長方向へ移動する可動部材と、前記可動部材の軸長方向の移動量を前記ステアリングホイールの操舵の最大量と対応する量で規制する規制部材とにより構成したことである。
すなわち、可動部材の移動量を規制部材により規制するので、モータの慣性力による出力軸の回転トルクの発生を確実に防止できる。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、前記回転規制機構に、前記可動部材の軸長方向への移動と前記出力軸の回転方向の回転を規制するガイド部材を設けたことである。
すなわち、ガイド部材により、可動部材の軸長方向への移動が円滑に行なえ、可動部材を確実に規制部材に導くことができる。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、前記規制部材は、前記可動部材の一方向への移動を規制する第１規制部材と、前記可動部材の他方向への移動を規制する第２規制部材と、前記可動部材を前記第１規制部材と前記第２規制部材との間に配置したことである。
すなわち、第１規制部材と第２規制部材により、ステアリングホイールが左右に回転され左右いずれの操舵の最大量に達しても、モータの慣性力による出力軸の回転トルクの発生を確実に防止できる。

請求項５に係る発明の構成上の特徴は、前記回転規制機構は、前記モータより伸びる出力軸の軸長方向延長上の軸部に設けたことである。
すなわち、モータの出力軸の延長上である軸部に設けることにより、小径歯車と大径歯車が噛合う前で、モータの慣性力による出力軸の回転トルクの伝達を防ぐことができる。

本発明によれば、ステアリングホイールが操舵の最大量に達し、端当て状態になったとき、モータの慣性力により生じるウォームとウォームホイールとの衝突による影響を低減できる。

図１は本発明の実形態における電動パワーステアリング装置の全体構成を示す全体図である。 図２本発明の実施形態における減速機構の断面図である。 図３は、回転規制機構（図２のＡ−Ａ断面）の拡大図である。 図４は、回転規制機構の可動部材と規制部材の位置関係を説明する説明図である。 図５は、規制部材の他の実施形態を示す図である。 図６は、規制部材の別の実施形態を示す図である。 図７は、ガイド部材の他の実施形態を示す図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は本発明における電動パワーステアリング装置１００の全体構成を全体図である。電動パワーステアリング装置１００は、主にステアリングシャフト２、中間シャフト１０、及びラック・ピニオン式操舵機構１７からなる。
ステアリングシャフト２は、車室内部の適宜位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定され筒状をなすハウジング６内に、軸心回りに回動自在に支承されている。ハウジング６の上部から突出したステアリングシャフト２の上端部には、これと同軸にステアリングホイール１が固着されている。

ステアリングシャフト２下部の外周に、トルクセンサ７が設けられ、更にハウジング６下部には、軸心をこれに略直交させた態様にて操舵補助用のモータ８が装着されている。このモータ８の回転は、図２に示す減速機構２０を介しステアリングシャフト２に伝達される。

ラック・ピニオン式操舵機構１７はラック軸ハウジング１５、ラック軸１６及びピニオンシャフト１１を備えている。前記ラック軸ハウジング１５は、長手方向を車体の左右方向とし、車体前部のエンジンルーム内に略水平に設けられている。前記ラック軸１６は、筒状をなすラック軸ハウジング１５にこれと軸心を略一致させ軸長方向に移動自在に内挿されている。そして、ラック軸１６には、ラック歯（図示せず）が設けられており、このラック歯（図示せず）は、ピニオンシャフト１１に設けられたピニオン歯（図示せず）と噛合うよう設けられている。

ピニオンシャフト１１は、前記ラック軸ハウジング１５の上方に突出した上端部を有している。このピニオンシャフト１１の上端部は、前記ハウジング６の下部から突出したステアリングシャフト２の下部端に、両端部に一対にユニバーサルジョイント９、９を備えた中間シャフト１０を介して連結されている。上記ピニオンシャフト１１は、前記ステアリングシャフト２の回転に伴って回動し、この回動は、前記ピニオンシャフト１１に設けられたピニオン歯（図示せず）と、前記ラック軸１６に設けられたラック歯（図示せず）との噛合によりラック軸１６の軸方向への移動に変換されるようになっている。

また、ラック軸１６の両端部は、ラック軸ハウジング１５の両側にそれぞれ突出されている。このラック軸１６の両端部は、各別の玉継手１３，１３とタイロッド１４，１４及びナックルアーム（図示せず）を介して、左右の各前輪（図示せず）と連結されている。この各前輪（図示せず）は、ラック軸１６の軸方向の移動、すなわち車体の左右方向の移動に応じて、左右に舵取り可能になっている。

ラック軸ハウジング１５は、その軸方向の両端部には、ラック軸１６の軸長方向の移動を規制するラックストッパ１２ａ,１２ｂが設けられている。

この構成により、上記ラックストッパ１２ａにはラック軸１６に設けた玉継手１３の端面１３ｃが当接し、上記ラックストッパ１２ｂには同ラック軸１６に設けた玉継手１３の端面１３ｄに当接することにより、ラック軸１６の軸長方向の移動が規制されるようになっている。

次に減速機構２０の構成を図２に基づき説明する。

減速機構２０はウォーム２１及びウォームホイール２２を備えている。前記ウォーム２１は、モータ８から伸びる出力軸２４に繋がる連結軸部２６を有しており、前記ウォームホイール２２は、前記ステアリングシャフト２を構成する出力軸５の中間に勘合固定されている。前記ウォーム２１及びウォームホイール２２は、互いに噛合うように設けられている。なお、本発明の実施例では、小径歯車としてウォーム２１、大径歯車としてウォームホイール２２、出力軸として出力軸２４を示す。

上記減速機構２０は、これらウォーム２１及びウォームホイール２２の噛合により前記出力軸２４の回転を減速して前記ステアリングシャフト２を構成する出力軸５に伝達する。減速機構２０により減速され出力軸５に伝達された前記回転は、出力軸５からユニバーサルジョイント９を経て、ラック・ピニオン式舵操舵機構１７に伝達するようになっている。

回転規制機構３０は、軸部３１と可動部材３２と規制部材３３ａ、３３ｂとガイド部材３４から構成されており、本発明の実施例においては、ウォーム２１の軸長方向に延長した位置に設けられている。
このガイド部材３４には、図３に示すように可動部材３２の回転を規制する回転規制面３４Aが軸長方向の可動部材３２が移動する範囲全域に亘って設けられ、可動部材３２の回転を規制しつつ軸方向の移動を許容する。

軸部３１は、その周面の一部または全面に雄ネジを有しており、延出軸部２５を介しウォーム２１と連結するよう設けられている。延出軸部２５は、ベアリング２３により回転自在に支持されている。

可動部材３２は、その中心部に孔を有しており、この孔の内周面には軸部３１の雄ネジと螺合する図略の雌ネジが形成されている。可動部材３２は、この雄ネジと雌ネジにより軸部３１と螺合しステアリングホイール１が中立位置のとき、図４に示すように規制部材３３ａ，３３ｂの中間位置Ｘに位置するように配置されている。
より具体的には、ステアリングホイール１を中立位置から操舵の最大量まで操舵したときに、可動部材３２が軸部３１上を移動量Ｌだけ移動するように、予め実験的に求められている。

次に、本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の動作について説明する。

ステアリングホイール１を中立位置（図４において、可動部材３２がＸに位置した状態）から右方向に操舵を続け操舵の最大量に達すると、可動部材３２の当接面Ｈaが規制部材３３ａに当接する。すると、モータ８の出力軸２４は実質的に軸部３１と一体に連結されているため、モータ８の出力軸２４の回転が規制される。
同様に、ステアリングホイール１を中立位置から左方向に操舵を続け操舵の最大量に達すると、可動部材３２の当接面Ｈｂが規制部材３３ｂに当接する。すると、右方向と同様に、モータ８の出力軸２４は実質的に軸部３１と一体に連結されているため、モータ８の出力軸２４の回転が規制される。

以上、本実施の形態によれば、可動部材３２と規制部材３３ａ、または規制部材３３ｂが当接することにより、モータ８の慣性力による出力軸２４の回転トルクの発生を防止でき、モータ８の慣性力による回転トルクがウォーム２１からウォームホイール２２に伝達されるのを防ぐことができる。
これにより、ステアリング装置の耐久強度を従来に比べ向上させることができる。また、従来のステアリング装置では、端当て時の過大なトルクに耐えうるよう強度に対する要求仕様が高く設計されていたが、前述のとおり、端当て状態になっても、モータの慣性力により生じるウォームとウォームホイールとの衝突が発生しないため、強度に対する要求仕様を低く設計することが出来、各部材の軽量化及び低コスト化が可能となる。

また、従来のステアリング装置では、ステアリング装置が搭載される車種によりラック・ピニオン式操舵機構の操舵の最大量が異なっており、つまり、操舵により移動するラック軸の移動量及び該移動量を前記操舵の最大量と対応する量で規制するラックストッパの位置も車種により異なっていた。このため、車種に対応するよう長さの異なるラック軸を多種用意しなければならず、生産性が悪く、コスト増の原因となっていたが、本発明の回転規制機構を用いることで、ラック軸の移動量を操舵の最大量に規制出来る。
また、回転規制機構を設けるため、ラックストッパを設けなくても良くなり、より一層のコスト削減が可能となる。

なお、本実施の形態では、軸部３１と可動部材３２は、互いの螺合により接続されているが、その他、軸部３１の回転運動を可動部材３２の軸長方向への移動に変換可能な接続形態であれば、接続形態に限定しない。
軸部３１に雌ネジが形成され、可動部材３２に雄ネジが形成され、互いの螺合により接続されていても良いことは言うまでも無いが、例えば、軸部３１及び可動部材３２に形成されたボールネジ溝と、そのボールネジ溝に介在するボールとにより軸部３１及び可動部材３２が接続されるようにしても良い。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、規制部材３３ａ、３３ｂは、図５に示すように、軸部３１の外周面上に形成したリング形状の部材３６ａ，３６ｂであってもよく、また、図６に示すように、軸部３１の外周面上に形成した突起形状の部材３７ａ，３７ｂであっても良い。また、図７に示すように、ウォームハウジング２７の内周面にガイド部材としての回転規制面２７Ａを形成し、可動部材３２の回転規制面３２Ａを軸方向へ摺動自在に支持する構造であっても良い。また、可動部材３２の回転規制面３２Ａは、ウォームハウジング２７の内周面の少なくとも一箇所に設けられて入れば良いが、２つ以上設けても良い。

１：ステアリングホイール、２：ステアリングシャフト、３：入力軸、４：トーションバー、５：出力軸、６：ハウジング、７：トルクセンサ、８：モータ、９：ユニバーサルジョイント、１０：中間シャフト、１１：ピニオンシャフト、１２ａ，１２ｂ：ラックストッパ、１３ｃ，１３ｄ：玉継手、１４：タイロッド、１５：ラック軸ハウジング、１６：ラック軸、１７：ラック・ピニオ式操舵機構、２０：減速機構、２１：ウォーム、２２：ウォームホイール、２３：軸受、２４：モータ出力軸、２５：延出軸部、２６：連結軸部、２７：ウォームハウジング、３０：回転規制機構、３１：軸部、３２：可動部材、３２Ａ、３５Ａ：回転規制面、３３ａ，３６ａ，３７ａ：規制部材ａ、３３ｂ，３６ｂ，３７ｂ：規制部材ｂ、３４：ガイド部材

Claims (5)

1. モータと、前記モータの出力軸に設けられる小径歯車と、前記小径歯車に歯合し操舵軸に取付けられる大径歯車とを備え、前記モータの回転によってステアリングホイールによる操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、前記出力軸に回転規制機構を設け、前記回転規制機構は、前記出力軸の回転量を前記ステアリングホイールの操舵の最大量と対応する量で規制したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記回転規制機構は、前記出力軸の回転に連動し回転する軸部と、前記軸部と接続し前記出力軸の回転に連動し軸部上を軸長方向へ移動する可動部材と、前記可動部材の軸長方向の移動量を前記ステアリングホイールの操舵の最大量と対応する量で規制する規制部材とにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記回転規制機構に、前記可動部材の軸長方向への移動と前記出力軸の回転方向の回転を規制するガイド部材を設けたことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記規制部材は、前記可動部材の一方向への移動を規制する第１規制部材と、前記可動部材の他方向への移動を規制する第２規制部材と、前記可動部材を前記第１規制部材と前記第２規制部材との間に配置したことを特徴とする請求項２または３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記回転規制機構は、前記モータより伸びる出力軸の軸長方向延長上の軸部に設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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