JPH10147248A - 動力舵取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波モータの非動作時にはモータロック状
態となるため、超音波モータと操舵軸との連結には電磁
クラッチを介在させており、その分、装置の小型化を進
める上で支障となっていた。 【解決手段】 超音波モータ３０のロータ３２を、サン
ギヤ４１の支持部４１ｂによって支持して、ロータ３２
とステータ３１とを離間させる。ねじりトルクが加わり
操舵入力軸１１が相対的に回転すると、カム面１４ａ又
は１４ｂがボール７を押し下げる。これにより、サンギ
ヤ４１がバネ４４の反発力に抗して押し下げられ、ロー
タ３２がステータ３１に対して圧接される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータの駆
動力によって操舵補助力を発生させ、操舵操作を助勢す
る動力舵取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータを用いた動力舵取り装置の
一例を図４に示す（特開平４−３５３０７５）。超音波
モータ１０１の出力軸１０２には、一端が開口した円筒
状の出力部材１１１が固定されており、この開口部に
は、ケーシング１１３に固定した磁石１１４を配置して
いる。また、この磁石１１４に相対するように、出力部
材１１１内には、操舵軸１００から張り出したクラッチ
プレート１１２を配設しており、磁石１１４によってク
ラッチプレート１１２を引き付けることで、出力部材１
１１とクラッチプレート１１２が一体的に回転する。こ
のような機構によって、超音波モータ１０１の出力トル
クが操舵軸１００に与えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】超音波モータは、その
構造上、ロータとステータとが圧接された状態となって
おり、モータ非回転時には、ロータとステータとが接触
して一体状態となるため、いわゆるモータロック状態と
なる。従って、車両直進時に微少操舵を行う場合など、
超音波モータ１０１によるアシストが不要な状況では、
操舵軸１００がロックされてしまうため、このような状
況を回避すべく、従来では図４に示したように操舵軸１
００との間に電磁クラッチ１１０を介在させることで、
超音波モータ１０１と操舵軸１００との連結及び連結解
除を行っていた。

【０００４】このため、電磁クラッチ１１０を設けるス
ペースが必要となるばかりでなく、電磁クラッチを制御
する制御装置やその制御装置を設けるスペースも必要と
なり、装置の小型化をより一層進める上で支障となって
いた。

【０００５】本発明は、このような課題を解決すべくな
されたものであり、その目的は、動力源として超音波モ
ータを用いた場合にも、電磁クラッチのような装置を別
途必要とせず、より簡易な構成で超音波モータと操舵軸
との連結及び連結解除を行い得る動力舵取り装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１にかか
る動力舵取り装置は、超音波モータによって操舵軸に操
舵補助力を与える動力舵取り装置において、超音波モー
タを構成すると共に操舵軸と連動するロータと、超音波
モータを構成すると共にこのロータと圧接されるステー
タと、操舵軸に加わるねじりトルクに応じて変位しロー
タとステータとを接離させる変位手段とを備えることを
特徴とする。

【０００７】操舵軸にねじりトルクが加えられた場合、
このねじりトルクに応じて変位手段が変位して、超音波
モータを構成するロータとステータとを圧接させる。こ
れにより、ロータが回転駆動され得る状態となり、操舵
軸に対して操舵補助力が付与され得る。また、操舵軸に
加わるねじりトルクが減少してゼロに近くなった場合な
どには、この際のねじりトルクに応じて変位手段が変位
し、超音波モータを構成するロータとステータとを互い
に離間させる。このため、ステータとの圧接によって、
ロータの動きが拘束されることがなく、超音波モータの
非動作時にも、ロータを操舵軸の回転と連動させること
ができる。さらに、変位手段はねじりトルクに応じて変
位するため、ねじりトルクの増減に連れてロータとステ
ータとの圧接力も増減する。これに対し、超音波モータ
の出力トルクはロータとステータとの圧接力に応じて変
化するため、超音波モータの出力トルクは操舵軸に加わ
るねじりトルクに応じて変化することになる。

【０００８】請求項２にかかる動力舵取り装置は、請求
項１にかかる動力舵取り装置において、変位手段が、ロ
ータとステータとが互いに離間するように弾性的に支持
する支持手段と、ねじりトルクに応じて変位し、支持手
段の弾性力に抗して、ロータとステータとを圧接させる
カム手段とを備えることを特徴とする。

【０００９】変位手段をこのように構成することで、支
持手段によってロータとステータとを離間させ、カム手
段によってロータとステータとを圧接させることができ
る。

【００１０】請求項３にかかる動力舵取り装置は、請求
項１又は２にかかる動力舵取り装置において、ロータ、
ステータ及び変位手段を、操舵軸に対して同軸的に配設
したことを特徴とする。

【００１１】このようにロータ、ステータ及び変位手段
を、操舵軸に対して同軸的に配置することで、装置の小
型化をより一層進めることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる動力舵取り
装置の実施形態につき添付図面を基に説明する。

【００１３】図１に、本実施形態にかかる動力舵取り装
置を示す。

【００１４】この動力舵取り装置は、操舵入力軸１１と
操舵出力軸１２とを結ぶ操舵軸に対し、超音波モータ３
０及び減速ギヤ機構４０を同軸的に配設して構成してい
る。

【００１５】操舵入力軸１１の図示しない一端側は、ス
テアリングシャフトを介してステアリングホイールに連
結されており、ハウジング１内に固定されたベアリング
２によって回転自在に支持されている。操舵出力軸１２
は、ハウジング１内に固定されたベアリング３によって
回転自在に支持されており、その一端部にピニオンギヤ
１２ｃが形成され、車両を操舵作動させるラック１３と
歯合している。この操舵入力軸１１と操舵出力軸１２と
は、カム機構を介して連結されており、この連結部の外
周部には、操舵入力軸１１と操舵出力軸１２との間に発
生するねじりトルクを検出するトルクセンサ２０を配設
している。

【００１６】図２に、操舵入力軸１１と操舵出力軸１２
とを連結するカム機構を拡大して示す。操舵入力軸１１
の外縁に沿った部位には、所定間隔で山形のカム溝１４
が形成されており、各カム溝１４内にはボール７（鋼
球）が位置している。また、操舵出力軸１２の突き合わ
せ端にはフランジ１２ａが形成されており、このフラン
ジ１２ａに形成された各保持穴１２ｂ内にそれぞれボー
ル７が配設されている。そして、各ボール７の下には、
後述するリング状のスラストベアリング６が配設されて
いる。

【００１７】ここで、ハンドル操作等により、操舵入力
軸１１と操舵出力軸１２との間にねじりトルクが発生し
て、操舵入力軸１１が操舵出力軸１２に対して相対的に
矢印（イ）方向に沿った向きに回転した場合を想定する
と、カム溝１４を構成する一方のカム面１４ａがボール
７と当接して、矢印（イ）に沿った向きにボール７を押
圧する。従って、保持穴１２ｂ内にボール７を保持した
フランジ１２ａは、矢印（イ）に沿った向きに押圧さ
れ、この方向に沿って操舵出力軸１２が回転される。ま
た反対に、操舵入力軸１１が矢印（ロ）方向に沿った向
きに相対的に回転した場合には、カム溝１４のもう一方
のカム面１４ｂがボール７と当接して矢印（ロ）に沿っ
た向きにボール７を押圧する。従って、保持穴１２ｂ内
にボール７を保持したフランジ１２ａは、矢印（ロ）に
沿った向きに押圧され、この方向に沿って操舵出力軸１
２が回転される。このような機構を介して操舵入力軸１
１と操舵出力軸１２とが連結されている。

【００１８】なお、カム面１４ａ、１４ｂは、同時に矢
印（ハ）で示す下向きにボール７を押圧するが、この作
用については後に詳述する。

【００１９】超音波モータ３０は、その中心部を操舵出
力軸１２が貫通するように配設されており、円盤状のス
テータ３１の下面には、ピエゾ素子或いはＰＺＴスタッ
クなどの圧電素子３３を固定している。この圧電素子３
３に交流電圧を印加することで、ステータ３１に超音波
振動の進行波を発生させる。また、ステータ３１の上面
には、この進行波によって回転駆動される円盤状のロー
タ３２を配しており、ロータ３２は、減速ギヤ機構４０
を構成するサンギヤ４１によって、ステータ３１と離間
するような状態で支持されている。

【００２０】減速ギヤ機構４０は、ベアリング４を介し
て操舵出力軸１２に回転自在に支持されたサンギヤ４１
を備えており、この外周部には、サンギヤ４１と歯合し
つつ、サンギヤ４１の外周を回転する複数のプラネタリ
ギヤ４２を備えている。各プラネタリギヤ４２は、その
中心部を貫通する支持軸４２ａによって回転自在に支持
されており、各支持軸４２ａは、操舵出力軸１２と一体
的に形成されている。さらに、プラネタリギヤ４２の外
周部には、ハウジング１内に固定された円環状のリング
ギヤ４３を配しており、このリングギヤ４３の内周に形
成されたギヤ歯がプラネタリギヤ４２と歯合している。

【００２１】サンギヤ４１は、円筒状のギヤ部４１ａの
上端から円錐状に広がった支持部４１ｂを備えており、
この支持部４１ｂの先端部において、超音波モータ３０
のロータ３２を一体的に支持している。

【００２２】ギヤ部４１ａの下端部にはリング状のバネ
４４を設けており、このバネ４４は、その下面に位置す
るスラストベアリング５に反力をとってサンギヤ４１を
上方に押し上げている。従って、ロータ３２は、このバ
ネ４４の押圧力によって弾性的に支持されており、この
弾性力の作用によってステータ３１との間に間隙が形成
され、前述したようにステータ３１から離間した状態に
支持されている。

【００２３】ここで、このように構成する動力舵取り装
置の動作について説明する。

【００２４】ハンドル操作等により、操舵入力軸１１と
操舵出力軸１２との間にねじりトルクが与えられると、
このねじれの向き等がトルクセンサ２０によって検出さ
れ、この検出信号に基づいて、超音波モータ３０の圧電
素子３３に交流電圧が印加される。これにより、ステー
タ３１にはロータ３２を回転駆動させ得る進行波が発生
する。この際、操舵トルクに応じて操舵入力軸１１が操
舵出力軸１２に対して相対的に回転し、カム溝１４のカ
ム面１４ａ（又は１４ｂ）がボール７を押圧する。この
結果、前述したように、ボール７を介して操舵入力軸１
１の回転が操舵出力軸１２に伝達され、同時に、ボール
７には、矢印（ハ）で示すように下向きの押圧力が加わ
る。この作用は、各カム溝１４内のボール７でも同じよ
うに起こり、リング状のスラストベアリング６は、各カ
ム溝１４内のボール７によって、矢印（ハ）方向に向か
って押圧される。この押圧力を受けたスラストベアリン
グ６は、バネ４４の反発力に抗して、サンギヤ４１のギ
ヤ部４１ａを矢印（ハ）方向に押し下げ、支持部４１ｂ
を介してロータ３２を変位させる。これにより、ロータ
３２とステータ３１との接触が始まり、超音波モータと
して機能し得る状態となる。なお、カム溝１４のカム面
１４ａ、１４ｂがボール７を押圧する力は、与えられる
ねじりトルクに応じて増減するため、ねじりトルクが増
加すると、ステータ３１に対するロータ３２の圧接力も
増加することになる。

【００２５】ステータ３１に生じた進行波によってロー
タ３２が回転駆動されると、支持部４１ｂを介して一体
的に連結されたサンギヤ４１も回転する。これにより、
プラネタリギヤ４２が自転しながらサンギヤ４１の外周
を回転し、この回転が支持軸４２ａを介して操舵出力軸
１２に与えられ、操舵出力軸１２に対して操舵補助力が
付与される。

【００２６】一方、ねじりトルクが弱まると、カム溝１
４のカム面１４ａ（又は１４ｂ）がボール７を介してス
ラストベアリング６を押圧する力が弱まり、バネ４４の
反発力の作用によって、矢印（ハ）方向と反対の上向き
にサンギヤ４１のギヤ部４１ａが押し上げられる。この
結果、ロータ３２が変位して、図１で示したようにステ
ータ３１と離間する状態となる。ロータ３２とステータ
３１が離間した状態では、ステータ３１との圧接力によ
るロータ３２の拘束が解除されるため、モータの非動作
状態でもいわゆるモータロック状態となることはない。
この際、ロータ３２は操舵出力軸１２と連動して回転
し、操舵の妨げとなることはない。

【００２７】このように、超音波モータを構成するロー
タ３２とステータ３１は、操舵入力軸１１と操舵出力軸
１２との間にねじりトルクが加わることで互いに圧接さ
れる機構となっているため、ねじりトルクがある程度加
えられた場合に超音波モータとして機能させることがで
きる。また、与えられるねじりトルクが微少な状況で
は、超音波モータ３０は非動作状態となるが、操舵入力
軸１１によって操舵出力軸１２が直接回転駆動されるた
め、微少操舵を行うことも可能である。

【００２８】また、超音波モータの出力トルクは、ロー
タ３２−ステータ３１間の圧接力によって変化し、圧接
力の増加に伴って出力トルクも増加するが、前述したよ
うに、ロータ３２−ステータ３１間の圧接力は、与えら
れるねじりトルクに応じて変化する。従って、ねじりト
ルクが次第に増加するに連れ、操舵出力軸１２に与えら
れる操舵補助力も増大し、反対に、操舵トルクが次第に
減少するに連れて操舵補助力も減少する。このように、
超音波モータの出力トルクは、操舵入力軸１１と操舵出
力軸１２との間に発生するねじりトルクに応じて無段階
に変化するため、出力トルクの急変がなく、運転者の操
舵感を一層向上させることができる。

【００２９】さらに、ねじりトルクに応じて変位するカ
ム機構を利用して超音波モータ自体にクラッチ機能を持
たせた構造となっており、この結果、超音波モータの出
力トルクがねじりトルクに応じて機械的に制御されるた
め、従来のように電磁クラッチやその制御装置は不要と
なり、装置全体の小型化をより一層進めることができ
る。

【００３０】以上説明した実施形態では、操舵入力軸１
１と操舵出力軸１２との間に発生するねじりトルクを検
出するために、トルクセンサ２０を設けていたが、図３
に示すように、図１で例示したトルクセンサ２０に代え
て、操舵入力軸１１に対して舵角センサ２１を設けて構
成しても良い。なお、図３に示した実施形態では、この
舵角センサ２１以外の構成は図１と同一である。

【００３１】このように舵角センサ２１を設けた場合に
は、舵角センサ２１の検出信号を基に、超音波モータ３
０の回転方向の制御を実施する。すなわち、超音波モー
タ３０の出力トルクは、前述したように、ねじりトルク
に基づいて変位するカム機構によって機械的に制御され
るため、舵角センサ２１の検出信号を基に、操舵方向に
応じて、超音波モータの回転方向を変化させる制御を実
施すればよい。

【００３２】また、以上説明した各実施形態では、この
ようなカム機構を利用し、ステータ３１に対してロータ
３２を変位させる例を示したが、この例に限定するもの
ではなく、このようなカム機構を利用し、ステータ３１
を変位させてロータ３２に対して圧接させても、同様の
作用効果が発揮される。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、各請求項にかかる
動力舵取り装置によれば、超音波モータを構成するロー
タとステータを、変位手段により、ねじりトルクに応じ
て接離させる構成を採用したので、超音波モータ自体に
クラッチ機能を持たせることができる。このため、従来
のように電磁クラッチやこの電磁クラッチの動作を制御
する制御装置が不要となり、より簡易な構成で超音波モ
ータと操舵軸との連結及び連結解除を行うことができ、
装置全体の小型化をより一層進めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる動力舵取り装置を示す断面図で
ある。

【図２】操舵入力軸と操舵出力軸とを連結するカム機構
を拡大して説明図である。

【図３】他の実施形態にかかる動力舵取り装置を示す断
面図である。

【図４】従来の動力舵取り装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１…ハウジング、６…スラストベアリング、７…ボー
ル、１１…操舵入力軸、１２…操舵出力軸、１２ａ…フ
ランジ、１２ｂ…保持穴、１４…カム溝、３０…超音波
モータ、３１…ステータ、３２…ロータ、４０…減速ギ
ヤ機構、４１ａ…ギヤ部、４１ｂ…支持部、４４…バ
ネ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波モータによって操舵軸に操舵補助
   力を与える動力舵取り装置において、 前記超音波モータを構成すると共に前記操舵軸と連動す
   るロータと、 前記超音波モータを構成すると共に前記ロータと圧接さ
   れるステータと、 前記操舵軸に加わるねじりトルクに応じて変位し、前記
   ロータとステータとを接離させる変位手段とを備えるこ
   とを特徴とする動力舵取り装置。
2. 【請求項２】 前記変位手段は、 前記ロータとステータとが互いに離間するように弾性的
   に支持する支持手段と、 前記ねじりトルクに応じて変位し、前記支持手段の弾性
   力に抗して、前記ロータとステータとを圧接させるカム
   手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の動力舵
   取り装置。
3. 【請求項３】 前記ロータ、ステータ及び変位手段を、
   前記操舵軸に対して同軸的に配設したことを特徴とする
   請求項１又は２記載の動力舵取り装置。