JP3579509B2 - トルクリミッタおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents
トルクリミッタおよび電動パワーステアリング装置 Download PDFInfo
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、トルクリミッタ、及び、そのトルクリミッタを利用した電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
ステアリングシャフトと、このステアリングシャフトの外周に嵌め合わされたギアと、そのギアを介してステアリングシャフトに操舵補助用の回転力を伝達するモータとを備える電動パワーステアリング装置において、車輪の縁石への乗り上げ等に基づきステアリングシャフトに過大なトルクが作用すると、モータ等の破損が生じる。そこで、そのモータとステアリングシャフトとの間にトルクリミッタを設けることが行われている。
【0003】
従来、そのトルクリミッタはモータに内蔵され、モータの出力軸に作用するトルクがリミットトルクになると、その出力軸を空転させていた。
【0004】
しかし、モータにトルクリミッタを内蔵した場合、モータの出力軸の回転が事故等によりロックされてしまうと、トルクリミッタは機能しないため、ステアリングホイールを操舵できなくなる。また、そのモータの回転力をステアリングシャフトに伝達するギアの歯部を、騒音対策のために合成樹脂製にしたような場合、その歯部の過大トルクによる破損によりギアの回転がロックされる可能性があり、この場合もモータに内蔵されたトルクリミッタは機能しないためステアリングホイールを操舵できなくなる。また、モータの回転力をギアを介してステアリングシャフトに伝達する場合、そのギアにおける伝達効率は製品によりばらつくので、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困難であった。さらに、そのギアを介する回転力の伝達比は、例えばウォームホイールとウォームとを用いるような場合は大きくなるため、リミットトルクを精度よく設定する必要があり、トルクリミッタに高精度を必要とされる。
【0005】
そこで、そのギアとステアリングシャフトとの間にトルクリミッタを設けることが考えられる。例えば、特開平2‐120178号公報において開示されたトルクリミッタは、そのギアと同行回転する複数の摩擦板と、そのステアリングシャフトと同行回転する複数の摩擦板とを、軸方向から挟み込み、それら摩擦板相互間の摩擦抵抗に対応してリミットトルクを設定するものである。
【0006】
しかし、軸方向から複数の摩擦板を挟み込む場合、部品点数が多く、組み立てが面倒なものである。
【0007】
また、実公昭47‐15875号公報において開示されたトルクリミッタは、一対のトルク伝達部材の内外周間に配置される環状の弾性部材と、一方のトルク伝達部材にねじ合わさせたナットとを備え、そのナットにより弾性部材を軸方向から押して一方のトルク伝達部材の外周と他方のトルク伝達部材の内周とに押し付け、各トルク伝達部材と弾性部材との間の摩擦抵抗に対応してリミットトルクを設定するものである。
【0008】
しかし、弾性部材を押し付けるためのナットや、そのナットをねじ合わせるためのネジ加工が必要で、部品点数が多く、組み立てが面倒なものである。
【0009】
また、実開昭63‐62632号公報において開示されたトルクリミッタは、一対のトルク伝達部材の一方に嵌め合わされる環状の弾性部材と、他方のトルク伝達部材にねじ込まれるボルトからなる押圧手段とを備え、その押圧手段により弾性部材を一方のトルク伝達部材に押し付け、一方のトルク伝達部材と弾性部材との間の摩擦抵抗に対応してリミットトルクを設定するものである。
【0010】
しかし、弾性部材を押し付けるためのボルトや、そのボルトをねじ合わせるためのネジ加工が必要で、部品点数が多く、組み立てが面倒なものである。
【0011】
本発明は、上記課題を解決することのできるトルクリミッタ、及び、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。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のトルクリミッタは、金属製のインナーリングと、そのインナーリングの外周に加硫接着された弾性変形可能な環状部材と、その環状部材の外周に加硫接着されると共に軸方向に沿う割り溝を有する金属製のアウターリングとを備え、その環状部材の内周側に第1トルク伝達部材がトルク伝達可能に接続され、その環状部材の外周側に第2トルク伝達部材が、その環状部材の弾性変形による弾力に基づく摩擦抵抗を介してトルク伝達可能に接続され、その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクにより、外径が小さくなるように捩れ変形可能とされ、その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクによる捩れ変形により容積の小さくなる空洞部を有することを特徴とする。
【0013】
その空洞部は複数とされ、環状部材の周方向に沿って並列するのが好ましい。
【0014】
本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトと、このステアリングシャフトの外周に嵌め合わされたギアと、そのギアを介してステアリングシャフトに回転力を伝達する操舵補助用モータとを備える電動パワーステアリング装置において、そのステアリングシャフトとギアとの間に金属製のインナーリングと、そのインナーリングの外周に加硫接着された弾性変形可能な環状部材と、その環状部材の外周に加硫接着されると共に軸方向に沿う割り溝を有する金属製のアウターリングとが設けられ、その環状部材の内周側に前記ステアリングシャフトがトルク伝達可能に接続され、その環状部材の外周側に前記ギアが、その環状部材の弾性変形による弾力に基づく摩擦抵抗を介してトルク伝達可能に接続され、その環状部材は、ステアリングシャフトとギアとの間の伝達トルクにより、外径が小さくなるように捩れ変形可能とされ、その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクによる捩れ変形により容積の小さくなる空洞部を有することを特徴とする。
【0015】
【発明の作用および効果】
本発明のトルクリミッタによれば、環状部材を介して第1トルク伝達部材と第2トルク伝達部材との間でトルクが伝達される。その伝達トルクがリミットトルクに達すると、その伝達トルクによる捩れ変形により環状部材の外径が小さくなる。その外径の減少により、環状部材の外周側と第2トルク伝達部材との接続を可能とする摩擦抵抗が小さくなるので、環状部材の外周側と第2トルク伝達部材との間の接続部において滑りが生じる。また、両トルク伝達部材間におけるトルク伝達が解除されると、その環状部材は弾性的に復元変形し、環状部材を介する両トルク伝達部材間のトルク伝達が可能になる。すなわち、トルクリミッタは環状部材のみで主構成されるので、部品点数が少なく、構造が簡単で、組み立てが容易で、安価なものになる。
【0016】
その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクによる捩れ変形により容積が小さくなる空洞部を有することで、その容積減少分に対応して外径が小さくなる。その空洞部が複数とされ、環状部材の周方向に沿って並列することで、環状部材の捩れ変形による外径の減少を周方向に関し均一化でき、リミットトルクでのトルク伝達の遮断を確実に行うことができる。
【0017】
本件発明の電動パワーステアリング装置によれば、ステアリングシャフトとギアとの間にトルクリミッタを設けているので、車輪の縁石への乗り上げ等によりステアリングシャフトに過大なトルクが作用すると、環状部材の外周側とギアとの接続部における滑りによりステアリングシャフトとギアとが相対回転し、モータの破損が防止される。また、ステアリングシャフトとギアとの間にトルクリミッタを設けているので、モータの出力軸の回転やギアの回転がロックされた場合でもトルクリミッタは機能し、ステアリングホイールを操舵できる。また、そのギアにおける回転力の伝達比に無関係にリミットトルクを設定できるので、正確に所期設定範囲内に設定でき、また、トルクリミッタをモータに内蔵する場合に比べリミットトルクを高精度に設定する必要がない。さらに、そのギアにおける減速比が異なってもリミットトルクを異なる値に設定する必要がない。また、そのギアを、このギアに噛み合うギアに環状部材の弾力により押し付けることで、両ギアの間のバックラッシをなくすことができ、操舵フィーリングを向上できる。
【0018】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【0019】
図1に示す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の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト(第1トルク伝達部材)3によりピニオン4に伝達することで、そのピニオン4に噛み合うラック5を移動させ、そのラック5にタイロッドやナックルアーム等(図示省略)を介し連結される車輪6の舵角を変化させる。
【0020】
そのステアリングシャフト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駆動される操舵補助用モータ8と、そのモータ8の回転力をステアリングシャフト3に伝達するためのウォーム9とウォームホイール(第2トルク伝達部材)10とが設けられている。そのウォームホイール10は、外周側の合成樹脂製歯部10aと、内周側の金属製スリーブ10bとを一体化することで構成されている。
【0021】
そのトルクセンサ7は、前記ステアリングシャフト3を覆うハウジング21を有する。そのハウジング21は2部材21a、21bを連結することで構成されている。そのハウジング21内においてステアリングシャフト3は、ステアリングホイール2に連結される第1シャフト3aと、この第1シャフト3aにピン22により連結される筒状の第2シャフト3bと、この第2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筒状の第3シャフト3cとに分割されている。各シャフト3a、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3aと第2シャフト3bとに前記ピン22により連結され、他端はピン24により第3シャフト3cに連結されている。これにより、その第2シャフト3bと第3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とされている。
【0022】
図2に示すように、その第2シャフト3bの外周の一部と第3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、その第2シャフト3bの非円形部3b′と第3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、過大なトルクがステアリングシャフト3に作用した場合のトーションバー23の破損を防止している。
【0023】
その第2シャフト3bは、そのハウジング21に圧入されたステアリングコラム30に、ブッシュ31を介して支持される。その第3シャフト3cは、ハウジング21に軸受26、27を介して支持される。その第3シャフト3cの外周に前記ウォームホイール10が、後述のトルクリミッタ11を介して嵌め合わされる。そのウォームホイール10に噛み合う前記ウォーム9が前記モータ8の出力軸に取り付けられ、そのモータ8はハウジング21に固定される。なお、そのハウジング21はブラケット28を介して車体に取り付けられる。
【0024】
そのトルクセンサ7は、そのハウジング21により保持される第1、第2検出コイル33、34と、その第2シャフト3bの外周に嵌め合わされてピン35により固定される磁性材製の第1検出リング36と、その第3シャフト3cの外周に圧入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、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の対向間を覆うように配置され、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、各検出コイル33、34は、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。
【0025】
そのプリント基板41に、図3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、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、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、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と、各検出リング36、37の歯36a、37aの対向面積が変化する。その面積変化により、その歯36a、37aの対向間における第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ことから、その変化に応じ第1検出コイル33の出力が変化し、その出力に対応した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。その小径部36bの外径は、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等しくなるように、設定されている。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により打ち消され、伝達トルクの検出値の温度による変動が補償される。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前記モータ8が駆動され、前記ウォーム9、ウォームホイール10を介してステアリングシャフト3に操舵補助力が付与される。
【0026】
前記ステアリングシャフト3とウォームホイール10との間のトルクリミッタ11は、図4および図5に示すように、金属製のインナーリング11aと、そのインナーリング11aの外周に加硫接着されたゴム製の環状部材11bと、その環状部材11bの外周に加硫接着された金属製のアウターリング11cとを備える。
【0027】
そのインナーリング11aの内周側に前記第3シャフト3cの外周側が同軸心に圧入され、これにより、その環状部材11bの内周側にステアリングシャフト3が、トルク伝達可能に接続されている。
【0028】
そのアウターリング11cの外周側に、ウォームホイール10の内周側が同軸心に圧入され、これにより、その環状部材11bの外周側にウォームホイール10が、その環状部材11bの弾性変形による弾力に基づく摩擦抵抗を介してトルク伝達可能に接続されている。なお、そのアウターリング11cは軸方向に沿う割り溝11c′を有し、径の変化が可能とされている。また、そのアウターリング11cは軸方向両端間において周方向に沿って径方向外方に突出する凸部11c″を有し、そのウォームホイール10のスリーブ10bは軸方向両端間において周方向に沿って径方向外方に窪む凹部10bを有し、その凹部10b′に凸部11c″が嵌め合わされている。これにより、ウォームホイール10とトルクリミッタ11との軸方向相対移動が防止されている。
【0029】
その環状部材11bに、複数の軸方向に沿う空洞部11b′が、周方向に沿って等間隔に並列するように形成されている。本実施例では、各空洞部11b′は環状部材11bの両端面において開口し、その軸方向視形状は楕円形とされている。これにより、環状部材11bは、ステアリングシャフト3とウォームホイール10との間の伝達トルクによる捩れ変形によって、外径が小さくなるものとされている。また、その環状部材11bの外径が小さくなることで、アウターリング11cの外径が小さくなる。
【0030】
なお、そのウォームホイール10の内周側をアウターリング11cの外周側に圧入する際、環状部材11bの空洞部11b′に挿入される治具を用いて環状部材11bを捩れ変形させ、外径を小さくした状態でアウターリング11cに挿入し、しかる後に捩れ変形を解除するのが好ましい。
【0031】
上記構成によれば、環状部材11bを介してステアリングシャフト3とウォームホイール10との間でトルクが伝達される。その伝達トルクがトルクリミッタ11のリミットトルクに達すると、その伝達トルクによる環状部材11bの捩れ変形により空洞部11b′の容積は小さくなり、その容積減少量に応じて環状部材11bの外径が小さくなる。その環状部材11bの外径が小さくなるのに伴い、アウターリング11cの外径が小さくなるので、アウターリング11cとウォームホイール10との間の摩擦抵抗は小さくなり、環状部材11bの外周側のアウターリング11cとウォームホイール10との間で滑りが生じる。そのリミットトルクは実験的に求めることができる。また、そのステアリングシャフト3とウォームホイール10との間におけるトルク伝達が解除されると、その環状部材11bは弾性的に復元変形し、環状部材11bを介するステアリングシャフト3とウォームホイール10との間のトルク伝達が可能になる。すなわち、トルクリミッタ11は環状部材11bのみで主構成されるので、部品点数が少なく、構造が簡単で、組み立てが容易で、安価なものになる。また、環状部材11bの空洞部11b′が複数とされ、環状部材11bの周方向に沿って並列するので、環状部材11bの捩れ変形による外径の減少を周方向に関し均一化でき、リミットトルクでのトルク伝達の遮断を確実に行うことができる。
【0032】
上記電動パワーステアリング装置1によれば、車輪6の縁石への乗り上げ等によりステアリングシャフト3にトルクリミッタ11のリミットトルクを超えるトルクが作用すると、環状部材11bの外周側のウォームホイール10とステアリングシャフト3との滑りにより、ステアリングシャフト3とウォームホイール10とが相対回転し、モータ8の破損が防止される。
【0033】
そのトルクリミッタ11をステアリングシャフト3とウォームホイール10との間に設けているので、モータ8の出力軸の回転がロックされた場合でもトルクリミッタ11は機能し、ステアリングホイール2を操舵できる。また、ウォームホイール10の回転が歯部10aの破損によりロックされたとしても、同様にトルクリミッタ11は機能することができる。
【0034】
また、そのウォームホイール10とウォーム9との間の回転力の伝達比に無関係にリミットトルクを設定できるので、正確に所期設定範囲内に設定でき、また、トルクリミッタをモータに内蔵する場合に比べリミットトルクを高精度に設定する必要はない。さらに、そのウォーム9とウォームホイール10との減速比が異なってもリミットトルクを異なる値に設定する必要がない。また、そのウォームホイール10をウォーム9に環状部材11bの弾力により押し付けることで、ウォーム9とウォームホイール10の間のバックラッシをなくすことができ、操舵フィーリングを向上できる。
【0035】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、上記トルクリミッタ11のインナーリング11aとアウターリング11cとは必須の構成ではなく、環状部材11bをステアリングシャフト3とウォームホイール10に直接接続してもよい。また、空洞部11b′の寸法、数、形状、形成位置等は特に限定されるものではなく、例えば図6に示すように、軸方向視形状を円形としてもよく、また、環状部材11bを貫通する必要はなく、さらに、軸方向に沿う必要もなく、要は、その伝達トルクによる捩れ変形によって外径が小さくなればよい。また、本発明のトルクリミッタは電動パワーステアリング装置以外のトルク伝達機構を有する装置においても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施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】本発明の実施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4】本発明の実施例の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図5】図1のV‐V線断面図
【図6】本発明の変形例のトルクリミッタの正面図
【符号の説明】
3 ステアリングシャフト(第1トルク伝達部材)
8 操舵補助用モータ
10 ウォームホイール(第2トルク伝達部材)
11 トルクリミッタ
11b 環状部材
11b′ 空洞部
Claims (3)
- 金属製のインナーリングと、
そのインナーリングの外周に加硫接着された弾性変形可能な環状部材と、
その環状部材の外周に加硫接着されると共に軸方向に沿う割り溝を有する金属製のアウターリングとを備え、
その環状部材の内周側に第1トルク伝達部材がトルク伝達可能に接続され、
その環状部材の外周側に第2トルク伝達部材が、その環状部材の弾性変形による弾力に基づく摩擦抵抗を介してトルク伝達可能に接続され、
その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクにより、外径が小さくなるように捩れ変形可能とされ、
その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクによる捩れ変形により容積の小さくなる空洞部を有するトルクリミッタ。 - その空洞部は複数とされ、環状部材の周方向に沿って並列する請求項1に記載のトルクリミッタ。
- ステアリングシャフトと、このステアリングシャフトの外周に嵌め合わされたギアと、そのギアを介してステアリングシャフトに回転力を伝達する操舵補助用モータとを備える電動パワーステアリング装置において、
そのステアリングシャフトとギアとの間に金属製のインナーリングと、そのインナーリングの外周に加硫接着された弾性変形可能な環状部材と、その環状部材の外周に加硫接着されると共に軸方向に沿う割り溝を有する金属製のアウターリングとが設けられ、
その環状部材の内周側に前記ステアリングシャフトがトルク伝達可能に接続され、
その環状部材の外周側に前記ギアが、その環状部材の弾性変形による弾力に基づく摩擦抵抗を介してトルク伝達可能に接続され、
その環状部材は、ステアリングシャフトとギアとの間の伝達トルクにより、外径が小さくなるように捩れ変形可能とされ、
その環状部材は、両トルク伝達部材間の伝達トルクによる捩れ変形により容積の小さくなる空洞部を有する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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