JP4010931B2

JP4010931B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4010931B2
Application number: JP2002342997A
Authority: JP
Inventors: 純也武川; 芳信山田
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP2004175201A

Description

【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置では、車輪の縁石での乗り上げ等に基づき、タイヤ側から操舵装置に過大なトルクが作用すると、電動モータや操舵装置のトルク伝達ギヤ等の破損を生ずる。そこで、特許文献１に記載の如く、電動モータの回転軸と操舵装置のアシスト軸の間に電動モータの回転軸に作用するトルクがリミットトルク（滑りトルク）を越えるとき、回転軸とアシスト軸の摺動面で相対滑りを生じさせ、その回転軸を空転させる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平9-221045（［０００７］、図３、図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の電動パワーステアリング装置では、電動モータの回転軸とアシスト軸の何れか一方の内周と、何れか他方の外周との間に、トルクリミッタを介装するに際し、トルクリミッタの内周側と外周側の摩擦係数が同じであれば、トルクリミッタの小径の内周側で滑るはずになる。ところが、トルクリミッタは回転軸とアシスト軸の接続部の、極力半径方向サイズの狭い領域に設けられているため、トルク伝達時にトルクリミッタと回転軸の接触面で作用する荷重と、トルクリミッタとアシスト軸の接触面で作用する荷重は略同じになり、上述の両方の接触面で滑りを生じてしまう。これは、トルクリミッタのリミットトルクを管理する上で、不安定要素であり、リミットトルクの安定化を望まれる。
【０００５】
本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、電動モータの回転軸とアシスト軸の接続部にトルクリミッタを介装するとき、リミットトルクの安定化を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電動モータをハウジングに固定し、該ハウジングに操舵装置のアシスト軸を支持し、電動モータの回転軸とアシスト軸の一方に歯付嵌合部を介して回転方向に一体結合した接続環を設け、接続環の内周と、回転軸とアシスト軸の他方の外周との間に、トルクリミッタを介装してなる電動パワーステアリング装置において、前記トルクリミッタが、該トルクリミッタの外周側に位置する接続環とそれらの回転方向で係合する係合部を備え、トルクリミッタの係合部が接続環の歯付嵌合部の歯溝により形成された凹部と係合し、トルクリミッタは回転軸とアシスト軸の他方との接触面においてのみ相対滑りを生ずるようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は電動パワーステアリング装置を一部破断して示す正面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図、図４は図３の要部拡大図、図５はトルクリミッタを示す斜視図、図６は図４のVI−VI線に沿う矢視図、図７は本発明の変形例を示す要部拡大図である。
【００１２】
電動パワーステアリング装置１０は、図１、図２に示す如く、不図示のブラケットにより車体フレーム等に固定されるアルミ合金製のギヤハウジング１１（第１〜第３のギヤハウジング１１Ａ〜１１Ｃ）を有する。そして、ステアリングホイールが結合されるステアリング軸１２にトーションバー１３を介してピニオン軸１４を連結し、このピニオン軸１４にピニオン１５を設け、このピニオン１５に噛合うラック１６Ａを備えたラック軸１６を第１ギヤハウジング１１Ａに左右動可能に支持している。ステアリング軸１２とピニオン軸１４の間には、操舵トルク検出装置１７を設けてある。尚、ステアリング軸１２とピニオン軸１４は軸受１２Ａ、１４Ａ、１４Ｂを介してギヤハウジング１１に支持される。
【００１３】
操舵トルク検出装置１７は、図２に示す如く、ステアリング軸１２、ピニオン軸１４に係合している円筒状のコア１７Ｃを囲む２個の検出コイル１７Ａ、１７Ｂを第３ギヤハウジング１１Ｃに設けている。コア１７Ｃは、ピニオン軸１４のガイドピン１７Ｄに係合する縦溝１７Ｅを備えて軸方向にのみ移動可能とされるとともに、ステアリング軸１２のスライダピン１７Ｆに係合するスパイラル溝１７Ｇを備える。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクがステアリング軸１２に付与され、トーションバー１３の弾性ねじり変形により、ステアリング軸１２とピニオン軸１４の間に回転方向の相対変位を生ずると、ステアリング軸１２とピニオン軸１４の回転方向の変位がコア１７Ｃを軸方向に変位させるものとなり、このコア１７Ｃの変位による検出コイル１７Ａ、１７Ｂの周辺の磁気的変化に起因する検出コイル１７Ａ、１７Ｂのインダクタンスが変化する。即ち、コア１７Ｃがステアリング軸１２側へ移動すると、コア１７Ｃが近づく方の検出コイル１７Ａのインダクタンスが増加し、コア１７Ｃが遠ざかる方の検出コイル１７Ｂのインダクタンスが減少し、このインダクタンスの変化により操舵トルクを検出できる。
【００１４】
第１ギヤハウジング１１Ａ内でラック軸１６の一端を挟んでピニオン１５と相対する部分に設けられているシリンダ部１８には、図２に示す如く、ラックガイド１９が内蔵され、ラックガイド１９（ブッシュ１９Ａ）はシリンダ部１８に被着されるキャップ２０により背面支持されるばね２１によりラック軸１６の側に弾発され、ラック軸１６のラック１６Ａをピニオン１５に押し付けるとともに、ラック軸１６の一端を摺動自在に支持する。尚、ラック軸１６の他端側は軸受２２により支持される。また、ラック軸１６の中間部には連結ボルト２２Ａ、２２Ｂにより左右のタイロッド２３Ａ、２３Ｂが連結される。
【００１５】
第２ギヤハウジング１１Ｂには、図３に示す如く、中間壁２４を介して、ボルト２５により、電動モータ３０のモータケース３１が固定される。中間壁２４は、短柱状をなし、両端部のそれぞれをハウジング１１Ｂとモータケース３１に液密に嵌合される。電動モータ３０の回転軸３２には接続環８０を介してアシスト軸３３が結合され、アシスト軸３３はボールベアリング等の軸受７３、７４により第２ギヤハウジング１１Ｂに両端支持されている。そして、アシスト軸３３の中間部にウォームギヤ３７を一体に備え、このウォームギヤ３７に噛合うウォームホイール３８をピニオン軸１４の中間部に固定してある。電動モータ３０の発生トルクは、ウォームギヤ３７とウォームホイール３８の噛合い、ピニオン１５とラック１６Ａの噛合いを介してラック軸１６に操舵アシスト力となって付与され、運転者がステアリング軸１２に付与する操舵力をアシストする。
【００１６】
ここで、電動モータ３０は固定子５１を有する。固定子５１は、図３に示す如く、鉄等の磁性材料により形成される筒状のヨーク５２（モータケース３１と同じ）と、ヨーク５２の内周の周方向複数位置にマグネット収容区画を形成する絶縁性樹脂材料により形成されたマグネットホルダ５３と、マグネットホルダ５３のマグネット収容区画に収容されて位置決め保持されるマグネット５４と、マグネットホルダ５３に位置決め保持されたマグネット５４の内側に圧入される非磁性材料の極薄板により成形されたマグネットカバー５５（不図示）とからなる。
【００１７】
また、電動モータ３０は、固定子５１の内側に挿入されて回転軸３２に固定される回転子５６を有する。回転子５６は、回転軸３２の外周に設けられるアマチュアコア５７とコンミテータ５８とからなる。
【００１８】
また、電動モータ３０は、回転子５６のコンミテータ５８に接触せしめられるブラシ６１と、ブラシ６１を位置決め保持するブラシホルダ６２を有する。また、電動モータ３０は、ブラシホルダ６２に位置決め保持されたブラシ６１にピグテールを介して接続される給電コネクタ６３を有する。
【００１９】
電動モータ３０は、ブラシ６１から回転子５６のコンミテータ５８を経てアマチュアコア５７に給電されると、アマチュアコア５７の磁力線が固定子５１のマグネット５４で発生している磁界を切ることにより、回転子５６が回転する。
【００２０】
尚、電動モータ３０の回転軸３２は、一端部をモータケース３１の一端閉塞部の中心部に設けた軸受７１に支持され、他端部を中間壁２４に埋設した軸受７２に支持され、ハウジング１１Ｂの側に突設している。
【００２１】
また、アシスト軸３３は、ウォームギヤ３７の両側の軸受７３、７４によりハウジング１１Ｂに両端支持され、かつ軸受７３の内輪と軸受７４の内輪に対して軸方向に相対移動可能にされている。そして、アシスト軸３３は、軸受７３に対するウォームギヤ３７の側に設けたつば状内輪係止部と該軸受７３の内輪の間に弾性変形具７５を介装し、かつ軸受７４に対するウォームギヤ３７の側に設けたつば状内輪係止部と該軸受７４の内輪の間に弾性変形具７６を介装してある。弾性変形具７５と弾性変形具７６は、四角断面円環状のゴムからなる弾性体と、弾性体の両側面に焼付きにて結合した平板円板状座金とからなり、アシスト軸３３への上述の装填状態下で、弾性体に一定の予圧縮量（一定の衝撃緩和性能）を付与して組込まれ、結果として、アシスト軸３３を軸方向の双方向に弾性支持する。
【００２２】
しかるに、電動モータ３０の回転軸３２とアシスト軸３３は、接続環８０（接続部）を介して以下の如くに結合される（図４〜図６）。
【００２３】
回転軸３２の軸受７２から突設する端部と、アシスト軸３３の軸受７３から突設する端部とは、図４に示す如く、接続環８０により接続される。
【００２４】
アシスト軸３３と接続環８０は、アシスト軸３３の端部に設けた歯付嵌合軸部３３Ａを接続環８０の右端側に設けた歯付嵌合孔部８０Ａにがたなく相対回転不能に嵌合し（JIS B 1603のインボリュートスプライン大径合わせ）、一体結合される。
【００２５】
回転軸３２と接続環８０は、接続環８０の内周と回転軸３２の外周との間にトルクリミッタ８１を介装して以下の如くに結合される。即ち、トルクリミッタ８１は、接続環８０の内周と回転軸３２の外周の間に圧入等されて径方向に弾発支持されるばね、樹脂等の弾性リングからなり、電動パワーステアリング装置１０の通常使用されるトルク（リミットトルクより小なるトルク）では、弾性リングの弾発力により接続環８０と回転軸３２を滑りなく結合し続け、他方、タイヤが操舵中に縁石に乗り上げる等により、ラック軸１６のストロークが急停止せしめられたときの電動モータ３０のトルクがその弾性リングの弾発力を越える衝撃トルク（リミットトルク以上のトルク）に対しては、回転軸３２を接続環８０に対して滑らせて空転させ、電動モータ３０のトルクを接続環８０の側に伝達させないように機能する。トルクリミッタ８１は、図５に示す如く、割り溝８１Ａを有するＣ字リングをなし、軸方向の両端の拡径部８１Ｂと中央の縮径部８１Ｃを備える。トルクリミッタ８１は、回転軸３２の外周と接続環８０の内周のそれぞれにそれらの縮径部８１Ｃと拡径部８１Ｂのそれぞれを圧接して挟み込まれることにより弾性変形し、その径方向変形量に対応する荷重を接続環８０と回転軸３２に発生させる摩擦抵抗により、回転軸３２から接続環８０へトルク伝達可能にする。
【００２６】
このとき、トルクリミッタ８１は軸方向の一端側の拡径部８１Ｂの周方向の一部に軸方向に突出する突起状係合部８１Ｄを備える。そして、トルクリミッタ８１の係合部８１Ｄは、図４、図６に示す如く、トルクリミッタ８１の外周側（拡径部８１Ｂの側）に位置する接続環８０の内周の周方向の一部に設けた凹部８０Ｂと、それらの回転方向で係合している。接続環８０の凹部８０Ｂは、歯付嵌合孔部８０Ａのアシスト軸３３の歯付嵌合軸部３３Ａとの噛合い部の延長上で、歯付嵌合孔部８０Ａの１つの歯溝そのものを利用し、又は該歯溝を深く加工することにて形成できる。また、接続環８０は、焼結により歯付嵌合孔部８０Ａと同時に凹部８０Ｂを型形成することもできる。
【００２７】
尚、回転軸３２の接続環８０に挿入されている端部で、軸受７２の側は大径部３２Ａ（軸受部）、自由端側は小径部３２Ｂとし、小径部３２Ｂにトルクリミッタ８１の縮径部８１Ｃを装填している。そして、回転軸３２の大径部３２Ａは、接続環８０の左端側の内周を互いにがたなく相対滑り回転可能にインロー結合する状態で支持し、回転軸３２と接続環８０を同軸配置する。大径部３２Ａは、回転軸３２に圧入したブッシュによって構成するものでも良い。
【００２８】
本実施形態によれば以下の作用効果がある。
▲１▼トルクリミッタ８１は、電動モータ３０の回転軸３２と、アシスト軸３３と回転方向に一体結合された接続環８０のいずれか一方、本実施形態では接続環８０と回転方向で係合していて相対回転しない。従って、トルクリミッタ８１は、回転軸３２と接続環８０の他方、本実施形態では回転軸３２との接触面においてのみ相対滑りを生ずるものになる、リミットトルクの安定化を図ることができる。
【００２９】
▲２▼トルクリミッタ８１の係合部８１Ｄが、回転軸３２と接続環８０のうちで、トルクリミッタ８１の外周側に位置する接続環８０に設けた凹部８０Ｂに係合する。従って、トルクリミッタ８１との相対滑りは、トルクリミッタ８１の内周側の回転軸３２との小径接続部との間で生ずる。このとき、トルクリミッタ８１の係合部８１Ｄに作用する回転方向荷重は、その係合部８１Ｄをトルクリミッタ８１の内周側の接続部たる回転軸３２に係合させる場合に比して、回転軸３２と接続環８０の回転半径比Ｌ(I)／Ｌ(O)（内周側半径たる回転軸３２の半径をＬ(I)、外周側半径たる接続環８０の半径をＬ(O)とする）だけ小さくなり、係合部８１Ｄの耐久上有利になる。即ち、Ｐ(O)を外周側の接続環８０との大径接続部に作用する回転方向荷重、Ｐ(I)を内周側の回転軸３２との小径接続部に作用する回転方向荷重とするとき、Ｐ(O)＝Ｐ(I)×［Ｌ(I)／Ｌ(O)］になる。
【００３０】
図７の変形例が図４の実施形態と異なる点は、回転軸３２の小径部３２Ｂにおけるトルクリミッタ８１の装填部よりも先端部にブッシュ８３（軸受部）を圧入等により固定したことにある。これにより、回転軸３２の接続環８０に挿入されている端部で、トルクリミッタ８１を挟む軸方向の左右両側には、大径部３２Ａ（軸受部）とブッシュ８３（軸受部）が設けられ、大径部３２Ａとブッシュ８３はそれらの切削加工された外周に、接続環８０の内周をトルクリミッタ８１の軸方向の両側で互いにがたなく滑り回転可能にインロー結合する状態で支持し、回転軸３２と接続環８０を同軸配置する。
【００３１】
この変形例によれば、以下の作用効果がある。
▲１▼電動モータ３０の回転軸３２と、アシスト軸３３と回転方向に一体結合された接続環８０を互いに相対回転可能に支持する軸受部としての大径部３２Ａとブッシュ８３を、トルクリミッタ８１を挟む軸方向の両側に設け、回転軸３２と接続環８０を同軸配置するようにした。従って、電動モータ３０の回転軸３２に作用するトルクがリミットトルクを越えてその回転軸３２が空転し、回転軸３２と接続環８０が滑り始めても、回転軸３２と接続環８０がトルクリミッタ８１の両側で同軸配置されていてそれらの間に軸芯の振れや傾きがないため、それらの摺動面にかじりを生ずることなく相対滑りできる。
【００３２】
▲２▼トルクリミッタ８１の両側の軸受部を、電動モータ３０の回転軸３２に圧入したブッシュ３２Ａ、８３により構成することにより、回転軸３２と接続環８０を簡易かつ確実に同軸配置し、それらの摺動面にかじりを生ずることなく相対滑りできる。
【００３３】
本発明の実施において、電動モータ３０の回転軸３２とアシスト軸３３は、回転軸３２の端部に設けた歯付嵌合軸部に接続環８０の歯付嵌合孔部を相対回転不能に嵌合し、接続環８０の内周とアシスト軸３３の外周との間にトルクリミッタ８１を介装して結合されるものでも良い。
【００３５】
また、電動モータ３０の回転軸３２とアシスト軸３３の接続部（接続環８０を介する接続部、又は接続環８０を介さない直結の接続部）で、トルクリミッタ８１を挟む軸方向の両側に設けられる軸受部は、ブッシュに限らず、回転軸３２のむく表面又はアシスト軸３３のむく表面により形成されるものでも良い。
【００３６】
また、トルクリミッタ８１の係合部は、複数箇所に周設しても良く、トルクリミッタ８１の内周側に位置する回転軸３２（又はアシスト軸３３）の外周の周方向の一部と回転方向で係合するものでも良い。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態を図面により記述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、電動モータの回転軸とアシスト軸の接続部にトルクリミッタを介装するとき、リミットトルクの安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は電動パワーステアリング装置を一部破断して示す正面図である。
【図２】図２は図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図３は図２のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】図４は図３の要部拡大図である。
【図５】図５はトルクリミッタを示す斜視図である。
【図６】図６は図４のVI−VI線に沿う矢視図である。
【図７】図７は本発明の変形例を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
１０電動パワーステアリング装置
１１ハウジング
３０電動モータ
３２回転軸
３２Ａ大径部（軸受部）
３３アシスト軸
８０接続環（接続部）
８１トルクリミッタ
８１Ｄ係合部
８３ブッシュ（軸受部）

Claims

電動モータをハウジングに固定し、該ハウジングに操舵装置のアシスト軸を支持し、電動モータの回転軸とアシスト軸の一方に歯付嵌合部を介して回転方向に一体結合した接続環を設け、
接続環の内周と、回転軸とアシスト軸の他方の外周との間に、トルクリミッタを介装してなる電動パワーステアリング装置において、
前記トルクリミッタが、該トルクリミッタの外周側に位置する接続環とそれらの回転方向で係合する係合部を備え、
トルクリミッタの係合部が接続環の歯付嵌合部の歯溝により形成された凹部と係合し、
トルクリミッタは回転軸とアシスト軸の他方との接触面においてのみ相対滑りを生ずることを特徴とする電動パワーステアリング装置。