JPH092297A - 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

Abstract

(57)【要約】 【構成】 弾性変形可能な環状部材１１ｂの内周側に第
１トルク伝達部材３ｃがトルク伝達可能に接続される。
その環状部材１１ｂの外周側に第２トルク伝達部材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る。その環
状部材１１ｂは、両トルク伝達部材３ｃ、１０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
されている。 【効果】 両トルク伝達部材の間の伝達トルクがリミッ
トトルクに達すると、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で滑りが生じる。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する。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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、弾性変形可能な環状部材を備え、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ていることを特徴とする。

【００１３】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
を有するのが好ましい。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弾性変形可能な環状
部材が設けられ、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
変形可能とされてい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２
１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１１
ｂ′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１１
ｃ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１１
ｂ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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性変形可能な環状部材を備え、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ているトルクリミッ
   タ。
2. 【請求項２】 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
   部を有する請求項１に記載のトルクリミッタ。
3. 【請求項３】 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２に記載のトルクリミッ
   タ。
4. 【請求項４】 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弾性
   変形可能な環状部材が設けられ、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ている電動パワーステア
   リング装置。