JPH07237550A - 電動パワーステアリングのトルク伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁歪式トルクセンサとメカニカルクラッチと
を組み合わせることができる入力軸と出力軸との連結構
造を提供する。 【構成】 出力軸１の端部に軸方向に沿って延びる嵌合
孔２を形成しこの嵌合孔２に入力軸４の挿入部５が嵌挿
されている。入力軸４と出力軸１との継目部分には両者
にわたって磁歪リング８が取り付けられ、磁歪リング８
とこれに対向するコイル１２を主たる構成とするトルク
センサＴが設けられている。出力軸１の外周であって入
力軸４の挿入部５の先端を囲む部位には、入力軸４と出
力軸１とを、入力軸４から延びるストッパピン２１、ス
プラグ２２、内側保持器１９、外側保持器１８によって
接続、解除するメカニカルクラッチＣが設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電動パワーステアリ
ングのトルク伝達装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動パワーステアリングのトルク伝達装
置としては、例えば、特開平５−２５４４１号公報に示
されているものがある。このトルク伝達装置は、磁歪式
のトルクセンサと電磁クラッチとを組み合わせたもので
あって、ステアリングハンドルが一定以上のトルクで操
作されると、これをトルクセンサによって検出し、電磁
クラッチを作動させ、電動モータの駆動力によって出力
軸をアシストしてステアリングハンドルの操舵力を軽減
するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電動パワーステアリングのトルク伝達装置にあって
は、電磁クラッチを用いているため、マグネット等の配
置スペースが大きくなるという問題がある。また、電磁
クラッチを作動させるために、各種のセンサを必要とす
るため製品コストが高く、精度管理のため製造コストも
増加するという問題がある。

【０００４】そこで、この発明は、磁歪式のトルクセン
サにメカニカルクラッチを取り付けることを可能とし、
占有スペースが小さく低コストで製造することができる
電動パワーステアリングのトルク伝達装置を提供するも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】車輪に連係される出力軸
とステアリングハンドルに連係される入力軸との連結部
分に設けたパワーステアリングのトルク伝達装置におい
て、出力軸の端部に軸方向に沿って延びる嵌合孔が形成
され、この嵌合孔に入力軸の端部が挿入され、入力軸と
出力軸とがこれら入力軸と出力軸にわたって取り付けら
れた磁歪部材によって連結され、磁歪部材の周囲には所
定間隔を隔てて検出部が設けられ、これら磁歪部材と検
出部とでトルクセンサが構成され、出力軸のうち入力軸
が挿入された部位の外周に、トルクセンサと連なるメカ
ニカルクラッチが設けられている。

【０００６】また、上記メカニカルクラッチが、出力軸
の外周に回転可能に取り付けられ、かつ前記トルクセン
サの出力信号によって作動する駆動装置に連係された円
筒状の外輪と、外輪の内径面と出力軸の外径面とを円筒
面としその両円筒面間に組み込まれた複数組の右側用と
左側用スプラグと、スプラグの外径面と内径面とに各々
設けられスプラグが両円筒面の周方向に傾いたとき両円
筒面に係合する円弧面と、スプラグの外形側端部を受容
するポケットを有し外輪の円筒面に沿って回転可能なリ
ング状の外側保持器と、スプラグの内径側端部を受容す
るポケットを有し出力軸に固定される内側保持器と、入
力軸に一端が固定され出力軸と内側保持器とを貫いて外
側保持器に他端が取り付けられたストッパピンとを有し
ているものであっても良い。

【０００７】

【作用】請求項１に記載した発明によれば出力軸に設け
た嵌合孔に入力軸の端部を挿入する構成を採用すること
で、出力軸と入力軸とを磁歪部材によって連結して磁歪
式のトルクセンサを配置可能とすると共に出力軸のうち
入力軸が挿入された部位の外周に前記トルクセンサと連
なるメカニカルクラッチを配置できるようにする。トル
クセンサによって一定以上のトルクを検出した場合に
は、メカニカルクラッチを介して駆動装置により出力軸
をアシストしてステアリングハンドルの操舵力を軽減す
る。

【０００８】請求項２に記載した発明によればステアリ
ングハンドルの操舵力が一定以上のトルクである場合に
は、駆動装置が作動すると共にメカニカルクラッチのス
トッパピンにより外側保持器を介してスプラグを傾動さ
せるため外輪と出力軸とが一体化し、したがって、駆動
装置によるアシスト力が外輪から出力軸に作用する。

【０００９】また、ステアリングハンドルの操舵力が一
定以下のトルクである場合にはスプラグが傾動するには
至らず、したがって、磁歪部材によって入力軸にかかる
操舵力がそのまま出力軸に作用する。

【００１０】一方、何らかの原因で駆動装置が故障して
いた場合に、ステアリングハンドルを一定以上のトルク
で操舵すると、ストッパピンが外側保持器を介してスプ
ラグを傾動させるようとするが、外輪がロックされてい
るため更に回転するストッパピンが出力軸を回転させ
る。よって、スプラグは傾動するには至らず、外輪と出
力軸とは一体化されないため、ステアリングハンドルの
操舵力がそのまま磁歪部材を介して出力軸に伝達され
る。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面と共に説明
する。

【００１２】図１において１は出力軸であって、この出
力軸１はラック＆ピニオンＲに連係され図外の車輪を操
舵するものであり、出力軸１の端面から軸方向に沿って
比較的長い嵌合孔２が形成されている。出力軸１の端部
には互いに対向する一対の舌片３が軸方向に突出して設
けられ、図２に示すようにこの舌片３は外側壁が弧状
に、また内側壁が平坦に各々形成されている。

【００１３】一方、４は入力軸であって、この入力軸４
はステアリングハンドルＨに連係されており、入力軸４
の端部には前記出力軸１の嵌合孔２に挿入される断面円
形の挿入部５が形成されている。挿入部５の基部側に
は、出力軸１の舌片３に対応する部位に、図２に示すよ
うに係止軸６が形成されている。この係止軸６は前記出
力軸１の舌片３の弧状の外側壁と同芯の弧状の周壁を一
対備えた断面略小判型の軸部であって、舌片３の内側壁
に対向する部分にはくの字状に屈曲した当接面７を備え
ている。

【００１４】上記出力軸１の舌片３と入力軸４の係止軸
６の周囲には、出力軸１と入力軸４とにわたって両者を
連結する磁歪部材としての磁歪リング８が取り付けられ
ている。磁歪リング８の周囲には一対のベアリング９に
よって出力軸１と入力軸４に回転可能に支持された円筒
状のケーシング１０が設けられ、このケーシング１０の
内周面に磁気シールド材１１に保持された検出部として
のコイル１２が取り付けられている。これら磁歪リング
８とコイル１２とを主たる構成として磁歪式のトルクセ
ンサＴが構成されている。

【００１５】ここで、上記入力軸４の係止軸６はある一
定の角度以上に回転するとその当接面７が出力軸１の舌
片３の内側壁に係止するようになっている。よって、入
力軸４に過大なトルクが作用した場合に入力軸４の係止
軸６と出力軸１の舌片３とが係止して入力軸４と出力軸
１とを一体化させて、磁歪リング８が過大なトルクによ
り磁歪リング８が損傷するのを防止している。

【００１６】上記出力軸１のうち、入力軸４の挿入部５
の挿入端の外周には前記トルクセンサＴに連なり同軸上
にいわゆる３ウェイタイプのメカニカルクラッチＣが取
り付けられている。

【００１７】メカニカルクラッチＣは出力軸１の外周に
ベアリング１３，１４を介して回転可能な円筒状の外輪
１５を備えている。

【００１８】外輪１５は外周にギヤが刻設され、これに
噛合するギヤ１６等を介して駆動装置としてのモータ１
７に連係されている。このモータ１７は前記トルクセン
サＴが一定以上のトルクを検出したときにその出力信号
により制御装置Ｓを介して駆動して外輪１５を回転させ
るものである。

【００１９】外輪１５の内周側にはリング状の外側保持
器１８が設けられ、出力軸１の外周側にはリング状の内
側保持器１９が設けられている。

【００２０】内側保持器１９は図３に示すようにノック
ピン２０によって出力軸１に固定され、外側保持器１８
は図４に示すように出力軸１の孔１Ｂと内側保持器１９
の孔１９Ｂに余裕をもって貫通するストッパピン２１に
よって入力軸４に固定されている。

【００２１】外側保持器１８と内側保持器１９とには図
４に示すように各々後述するスプラグ２２の端部を受容
するポケット部１８Ａ，１９Ａが形成されている。尚、
上記外側保持器１８と内側保持器１９は図１に示すよう
に内側保持器１９の端部から突出する突起１９Ｃによっ
て互いに一定の間隔を保持するようになっている。

【００２２】前記外輪１５の内径面１５Ａと出力軸１の
外径面１Ａとで形成される円筒面間には上記ポケット部
１８Ａ，１９Ａに両端部が受容される断面略ひょうたん
型のワンウェイクラッチ用のスプラグ２２が組み込まれ
ている。スプラグ２２は図３に示すように、右回転用
（図３のみに（Ｒ）で示す。）と左回転用（図３のみに
（Ｌ）で示す。）が円周方向に交互に合計８個（左右一
組で４組み）配設されており、スプラグ２２の外径面と
内径面とには、図４に示すように（右側の右回転用スプ
ラグ）スプラグ２２が周方向（右回転用のスプラグ２２
なら右側）に傾動したときに外輪１５の内径面１５Ａと
出力軸１の外径面１Ａとに係合する円弧面２２Ａ（右回
転用のスプラグなら外径面には左側に内径面には右側
に）が設けられている。

【００２３】即ち、スプラグ２２は図５に示すように直
立状態においてはスプラグ高さｈが上記両円筒面間の距
離よりも小さいが（空転状態）、外輪１５と出力軸１と
が相対回転したときに傾動することによりスプラグ高さ
ｈが増加して各円弧面２２Ａが外輪１５の内径面１５Ａ
と出力軸１の外径面１Ａとに接触し、その接触点でスラ
スト角αを形成して出力軸１と外輪１５に係合し両者を
一体化（スタンバイ状態）するのである。尚、２３はス
プラグ２２の外周側端部を押圧する板バネを示す。

【００２４】次に、作用について説明するが、先ずメカ
ニカルクラッチＣの作動が理解し易いように、出力軸１
が路面からの反力を受けない場合で説明する。

【００２５】はじめに、トルクセンサＴにより入力軸４
のねじれ角が設定値以下でありステアリングハンドルＨ
の操舵トルクが磁歪リング８の設定トルクＴ₀よりも小
さいトルクＴ₁であると検出された場合には（図６に示
すケース１）、制御装置Ｓはモータ１７へ駆動信号を出
力せず、よってモータ１７は駆動しない。

【００２６】このとき、入力軸４は設定トルクＴ₀以下
のトルクＴ₁で回転するため磁歪リング８で連結された
出力軸１も同様の回転をし、外側保持器１８の内側保持
器１９に対する相対回転は小さく、スプラグ２２はスタ
ンバイ状態とはならず空転状態となる。よって、出力軸
１は入力軸４と同様のトルクＴ₁で回転する（図６及び
図９の（ａ）参照）。

【００２７】次に、トルクセンサＴにより入力軸４のね
じれ角が設定値以上であり、ステアリングハンドルＨの
操舵トルクが磁歪リング８の設定トルクセンサＴ₀より
も大きいトルクＴ₂であると検出された場合には（図７
に示すケース２）、制御装置Ｓはモータ１７へ駆動信号
を出力し、よってモータ１７及びギヤ１６を介して外輪
１５にトルクＴ₃が作用する。

【００２８】このとき、設定トルクＴ₀以上のトルクＴ₂
で入力軸４が回転するため、磁歪リング８で連結された
出力軸１に対する入力軸４の相対回転は大きくなり、入
力軸４にストッパピン２１により固定された外側保持器
１８も内側保持器１９に対して相対回転し、外側保持器
１８に取り付けられた板バネ２３によりスプラグ２２は
傾動する。スプラグ２２の傾動によってスプラグ２２は
スタンバイ状態となり、外輪１５と出力軸１は一体化す
る（図５の右側に示す状態）。

【００２９】したがって、外輪１５に作用したトルクＴ
₃はそのままスプラグ２２を介して出力軸１に伝達され
るため、出力軸１には入力軸４からのトルクＴ₂とモー
タ１７（外輪１５）からのトルクＴ₃とによってトルク
Ｔ₂＋Ｔ₃が作用し、ステアリングハンドルＨの操舵力は
軽減される（図７及び図９の（ｂ）参照）。尚、ステア
リングハンドルＨを逆方向に操舵したときはストッパピ
ン２１を挾んで配置された逆回転用のスプラグ２２が逆
方向に作動して上述と同様にステアリングハンドルＨの
操舵力を軽減する。

【００３０】次に、モータ１７が故障等により駆動せ
ず、その結果外輪１５がロックされた場合について説明
する（図８に示すケース３）。

【００３１】ステアリングハンドルＨの操舵トルクが設
定トルクＴ₀よりも小さいトルクＴ₁である場合には、ケ
ース１と同様に出力軸１も入力軸４と同様に回転し、外
側保持器１８の内側保持器１９に対する相対回転は小さ
いためスプラグ２２はスタンバイ状態とはならず空転状
態となる。よって外輪１５がロックされていることは出
力軸１に何ら影響を与えず、出力軸１は入力軸４と同様
のトルクＴ₁で回転する。

【００３２】次に、ステアリングハンドルＨの操舵トル
クが設定トルクＴ₀よりも大きいトルクＴ₂である場合に
は、入力軸４がトルクＴ₂で回転するため、磁歪リング
８で連結された出力軸１に対する入力軸４の相対回転は
大きくなる。よって、スプラグ２２は傾動してスタンバ
イ状態になり、外輪１５と出力軸１とはスプラグ２２を
介して一体化しようとする。しかし、外輪１５がロック
されているため外輪１５から何等回転力を受けないで停
止している出力軸１の孔１Ｂの壁面Ｋ（図４に示す）を
ストッパピン２１が押圧するため、出力軸１を介して内
側保持器１９が回転してスプラグ２２をスタンバイ状態
を解除する方向に傾動させる。したがって、スプラグ２
２は空転状態となり、出力軸１は入力軸４と同様のトル
クＴ₂で回転する。

【００３３】このように、外輪１５がロック状態にあっ
た場合には、入力トルクの大きさに関係なく入力軸４の
トルクが出力軸１にそのまま伝達されるのである。

【００３４】次に、車輪が接地し、出力軸１が路面から
の反力を受ける走行状態における作用を図１０〜１７に
よって説明する。尚、走行状態におけるハンドル操作は
ステアリングハンドルＨを切るコーナリング時と、ステ
アリングハンドルＨを戻すコーナリング立ち上がり時と
があるので各々分けて説明する。

【００３５】コーナリング時（図１０〜１３） ステアリングハンドルＨを切ると入力軸４は回転する
が、出力軸１は車輪の接地面における抵抗により回転し
ない。したがって、ストッパピン２１により内側保持器
１９に対して外側保持器１８が相対回転し、スプラグ２
２がスタンバイ状態となる（図１０から図１１の状
態）。このとき、磁歪リング８はねじれているためこの
ねじれ（ねじれ角がγ＋ｄγ₁以上となったこと）をト
ルクセンサＴが検知し制御装置Ｓを介してモータ１７を
駆動する（図１２）。これにより外輪１５が回転するた
めスプラグ２２を介して出力軸１にモータ１７のトルク
が作用し、ステアリングハンドルＨの操舵力は軽減され
る（図１３）。尚、このとき入力軸４はねじれ角がγ＋
ｄγ₂となり、入力軸４のトルクはストッパピン２１に
よって出力軸１の孔１Ｂの壁面Ｋに直接作用する。

【００３６】コーナリング立ち上がり時（図１４〜１
７） コーナリングの立ち上がりで、それまで切っていたステ
アリングハンドルＨへの入力を減少させると、図１４に
示すように入力軸４からストッパピン２１を介して外側
保持器１８へ矢印方向の力が作用し、出力軸１には直進
状態へ戻ろうとする車輪から矢印方向の力が作用する。
この状態で、ねじれていた磁歪リング８が元に戻ろうと
してねじれ角がγ＋ｄγ₁以下となると（図１５）モー
タ１７が制御装置Ｓにより停止し、外輪１５も停止す
る。したがって、外輪１５の停止により、外輪１５は入
力軸４と出力軸１と同方向に回転し、ギヤ１６を介して
モータ１７を回転させる。その後、図１６に示すように
磁歪リング８のねじれが戻り、ねじれ角がγとなると、
スプラグ２２のスタンバイ状態は解除されスプラグ２２
は空転状態となり、外輪１５、即ちモータ１７と出力軸
４とは完全に切り離される（図１７）。

【００３７】このように、出力軸１に設けられた嵌合孔
２に入力軸４の端部の挿入部５を嵌合させるという構造
を採用することで、入力軸４から出力軸１にわたる部位
におけるねじれに着目して、このねじれを検出する磁歪
式のトルクセンサＴとこのねじれによってＯＮ−ＯＦＦ
するメカニカルクラッチＣとを軸方向でオフセットして
両者を連なるように配置することを可能とするのであ
る。

【００３８】よって、検出部が非接触であるため寿命が
長く、かつ精度の高い検出が行えるという磁歪式のトル
クセンサＴの利点と、出力軸１に沿うようにして配置で
きるため、占有スペースが少なく低コストで製造でき、
組立性が向上するというメカニカルクラッチＣの利点を
合わせ持つ電動パワーステアリングのトルク伝達装置を
得ることができる。

【００３９】ここで、上記メカニカルクラッチＣをトル
クセンサＴの周囲に配置することも可能ではあるが、こ
のような配置構造とすると、トルクセンサＴのハーネス
の配索に支障をきたし、軸まわりに大きなスペースが必
要となってしまう問題が生ずるのである。

【００４０】そして、メカニカルクラッチＣはいわゆる
３ウェイタイプであり、モータ１７の故障等により外輪
１５がロックしてもステアリングハンドルＨは支障なく
操舵できるため、安全性を高く維持することができる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、出力
軸に設けられた嵌合孔に入力軸の端部の挿入部を嵌合さ
せるという構成を採用することで、入力軸と出力軸との
結合部分に生ずるねじれを磁歪式のトルクセンサによっ
て電気的な入力とすることができると共にメカニカルク
ラッチによって機械的な入力とすることができ、磁歪式
のトルクセンサとメカニカルクラッチとを効率良く組み
合わせることができる。

【００４２】したがって、検出部が非接触なため寿命が
長く、精度が高いという磁歪型のトルクセンサの効果
と、小型化でき組立性に優れ低コスト化が図れるという
メカニカルクラッチの効果を同時に達成することができ
る。

【００４３】請求項２に記載した発明によれば、上記メ
カニカルクラッチがいわゆる３ウェイタイプのクラッチ
であり、ステアリングハンドルにアシスト力を付与する
駆動装置が故障して外輪がロックした場合であっても、
ストッパピンが出力軸を押圧してスプラグの両円筒面に
対する係合を解除するため、入力軸へかかるトルクが出
力軸に作用しステアリングハンドルを支障なく操舵する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の断面図。

【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図３】図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図。

【図４】図３の要部拡大断面図。

【図５】スプラグの作動説明図。

【図６】外輪がフリー状態のときのトルク伝達状況を示
す説明図。

【図７】外輪が駆動状態のときのトルク伝達状況を示す
説明図。

【図８】外輪が固定状態のときのトルク伝達状況を示す
説明図。

【図９】軸トルクと時間との関係を示すグラブ図。

【図１０】コーナリング時におけるクラッチの作動状況
説明図。

【図１１】コーナリング時におけるねじれ角γのクラッ
チの作動状況説明図。

【図１２】コーナリング時におけるねじれ角γ＋ｄγ₁
のクラッチの作動状況説明図。

【図１３】コーナリング時におけるねじれ角γ＋ｄγ₂
のクラッチの作動状況説明図。

【図１４】コーナリング立ち上がり時におけるねじれ角
γ＋ｄγ₂のクラッチの作動状況説明図。

【図１５】コーナリング立ち上がり時におけるねじれ角
γ＋ｄγ₁のクラッチの作動状況説明図。

【図１６】コーナリング立ち上がり時におけるねじれ角
γのクラッチの作動状況説明図。

【図１７】コーナリング立ち上がり時におけるクラッチ
の作動状況説明図。

【符号の説明】

１…出力軸 ２…嵌合孔 ４…入力軸 ８…磁歪リング（磁歪部材） １２…コイル（検出部） １５…外輪 １７…モータ（駆動装置） １８…外側保持器 １８Ａ…ポケット部 １９…内側保持器 １９Ａ…ポケット部 ２１…ストッパピン ２２…スプラグ ２２Ａ…円弧面 Ｃ…メカニカルクラッチ Ｈ…ステアリングハンドル Ｔ…トルクセンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪に連係される出力軸とステアリング
   ハンドルに連係される入力軸との連結部分に設けられた
   電動パワーステアリングのトルク伝達装置において、出
   力軸の端部に軸方向に沿って延びる嵌合孔が形成され、
   この嵌合孔に入力軸の端部が挿入され、入力軸と出力軸
   とがこれら入力軸と出力軸にわたって取り付けられた磁
   歪部材によって連結され、磁歪部材の周囲には所定間隔
   を隔てて検出部が設けられ、これら磁歪部材と検出部と
   でトルクセンサが構成され、出力軸のうち入力軸が挿入
   された部位の外周に、トルクセンサと連なるメカニカル
   クラッチが設けられていることを特徴とする電動パワー
   ステアリングのトルク伝達装置。
2. 【請求項２】 上記メカニカルクラッチが、出力軸の外
   周に回転可能に取り付けられ、かつ前記トルクセンサの
   出力信号によって作動する駆動装置に連係された円筒状
   の外輪と、外輪の内径面と出力軸の外径面とを円筒面と
   しその両円筒面間に組み込まれた複数組の右側用と左側
   用のスプラグと、スプラグの外径面と内径面とに各々設
   けられスプラグが両円筒面の周方向に傾いたとき両円筒
   面に係合する円弧面と、スプラグの外径側端部を受容す
   るポケットを有し外輪の内筒面に沿って回転可能なリン
   グ状の外側保持器と、スプラグの内径側端部を受容する
   ポケットを有し出力軸に固定される内側保持器と、入力
   軸に一端が固定され出力軸と内側保持器とを貫いて外側
   保持器に他端が取り付けられたストッパピンとを有して
   いることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステア
   リングのトルク伝達装置。