JPH08175403A - ユニット式電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マニュアルステアリング機構を含めた広い範
囲に適用が可能な互換性に優れたコンパクトなユニット
式電動パワーステアリング装置を提供する。 【構成】 パワーステアリング装置１は、電動機２を一
体に支えるハウジング３の上下にピニオン軸４を突出し
たユニットをなす。このピニオン軸４にはトルク検出部
５と動力伝達部６を備える。ピニオン軸４は入力軸８、
出力軸１１およびトーションバー１２とからなる。ピニ
オン軸４の入力軸８部は、ハウジング３に対して軸受１
７とオイルシール１８を介し、また、同出力軸１１部は
別なる軸受１９を介してを支えられる。トルク検出部５
は差動変圧器２０をなしてスライド部材２１を備え、動
力伝達部６はリング部材２５と進退部材２６とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ユニット式電動パワー
ステアリング装置に関し、特に、マニュアルステアリン
グ機構を含めた広い範囲に適用が可能な互換性に優れた
ユニット式電動パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トルクセンサーの出力により操舵トルク
に応じて制御される電動機と、この電動機の出力を動力
伝達部を介してラック＆ピニオン式ステアリング系の転
舵輪側に供給するようにした電動パワーステアリング装
置が知られている。図６は従来の電動パワーステアリン
グ装置を備えた操舵機構の機能構成図であり、具体的に
は、操舵輪101の操舵トルクを検出するトルク検出部102
を設け、このトルク検出部102の出力を受ける制御部103
により電動機104を制御するとともに電磁クラッチ105を
断接制御し、動力伝達部106によってアシスト力をラッ
ク＆ピニオン機構107に供給し、転舵動作させる。

【０００３】上記電動パワーステアリング装置は、軸方
向に長いラック軸をなす操舵系と密接な関係をなすこと
から、車両に組込む前のパワーステアリング装置として
の性能検査においては上記操舵系を含む大きなスペース
を要し、そのうえ、上記ラック軸に大きな負荷を加えて
行う必要から性能検査装置の大型化が避けられない。そ
して、パワーステアリング装置としての互換性の面から
も、パワーステアリング装置を操舵系から分離可能なユ
ニットとして構成する提案がなされている（例えば、特
開昭６０−２３４０６９号公報）。

【０００４】図７は従来のユニット式のパワーステアリ
ング装置を用いた操舵系の構成図、図８は従来のユニッ
ト式のパワーステアリング装置の断面図である。このパ
ワーステアリング装置110は操舵輪101によって回動され
る操舵軸111の中間部に設けられ、自在継手軸112側にア
シスト力を供給してラック＆ピニオン機構107を転舵動
作させる。

【０００５】このユニット式のパワーステアリング装置
は、上記操舵軸111に連結する中間軸111aにトルク検出
部113を設けるとともに、制御部114、電動機115、クラ
ッチ116、動力伝達部117等を保持枠118に一体的に収容
したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記パ
ワーステアリング装置は、ステアリングコラムに位置す
ることから操舵軸の中間部の径方向に突出して運転者の
膝元のスペースを圧迫するとともに、インストルメント
パネルと近く、カーラジオ等に影響しないようにノイズ
対策が必要となり、また、車両の電源部から距離をおい
て配置されていることから電流容量の大きな長いワイヤ
ーハーネスが必要となる他、操舵軸の中間部に構成され
ることから、一体の大物部品をなすマニュアルステアリ
ング用のステアリングシャフトコラムと共用することが
できず、その互換性の範囲が同型のパワーステアリング
装置に限定されることとなる。一方、ラック部にパワー
ステアリング装置をユニット構成することも考えられる
が、ラック軸ハウジングまでを一体のユニットとせざる
を得ないので、同様に互換性の範囲が限定されることと
なる。

【０００７】本発明の目的は、マニュアルステアリング
機構を含めた広い範囲に適用が可能な互換性に優れたユ
ニット式のパワーステアリング装置をコンパクトに構成
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、ラック＆ピニオン式ステアリング機構の操舵トルク
を検出するトルク検出部と、その検出トルクに基づいて
操舵アシスト力を決定する制御部と、この制御部にした
がって操舵アシスト力を出力する電動機と、この電動機
の出力を転舵輪側に伝達する動力伝達部とを備えた電動
パワーステアリング装置において、前記トルク検出部、
電動機、および動力伝達部を前記ステアリング機構のピ
ニオン軸まわりに一体に構成するとともに、前記ラック
軸を保持するラック軸ケースに着脱可能に取付けた。更
に、制御部を一体に構成してもよい。

【０００９】前記動力伝達部は電動機出力を減速する減
速機構をなし、この減速機構に前記電動機出力を断接す
る機械式クラッチを設ける。例えば、動力伝達部はピニ
オン軸に対して回動可能に外嵌するとともに、電動機出
力を減速する減速機構をなすリング部材とし、このリン
グ部材と前記ピニオン軸との間に伝達トルクを断接する
クラッチ機構を設けることが好ましい。

【００１０】

【作用】トルク検出部等のパワーステアリングの構成部
分をピニオン軸まわりに一体に構成したことから、ピニ
オン軸と置換可能なユニット部材として取扱うことが可
能となり、また、ラック軸ケースに対して着脱可能なユ
ニットとしたことから、操舵軸側の自在継手軸と転舵輪
側のラック軸との間で互換性が確保され、マニュアルス
テアリング機構を含めた広い範囲で適用が可能となる。

【００１１】動力伝達部をリング部材によって構成し、
このリング部材に減速機構とクラッチ機構を構成した場
合は、コンパクトで大減速比の減速機構によって電動機
が小型化され、また、万が一、過大トルクが発生しても
伝達トルクの機械的制限により動力伝達部が保護される
ので、センサーを用いて過大トルク時の負荷抑制制御等
のための電動機の複雑な制御負担が回避されるのでユニ
ットを小型化することができ、その取扱い性を向上する
ことができる。

【００１２】

【実施例】発明の実施例を添付図面に基づいて以下に説
明する。図１は本発明の第１実施例に係るユニット式電
動パワーステアリング装置の構成を示す断面図、図２は
その要部を示す断面図、図３は取付を示す分解斜視図で
ある。

【００１３】パワーステアリング装置１は、電動機２を
一体に支えるハウジング３の上下にピニオン軸４を突出
したユニットをなす。このピニオン軸４にはその作用ト
ルク（操舵トルク）を検出するトルク検出部５と電動機
２のアシスト力をピニオン軸４に供給する動力伝達部６
を備える。

【００１４】上記ピニオン軸４は、操舵軸側に固定する
ためのセレーション７を形成した入力軸８と、ラック軸
９に噛合するピニオン１０を形成した出力軸１１と、そ
れらの相対回転動作を許容する弾性連結部をなすトーシ
ョンバー１２とからなる。

【００１５】入力軸８は図２の嵌合部１３を介して出力
軸１１に回動可能に連結するとともに、入力軸８の中空
部１４を貫通してその端部にトーションバー１２の一端
をピン１５によって固定し、他端のセレーション１６を
出力軸１１に固定する。このように構成されるピニオン
軸４の入力軸８部はハウジング３に対して軸受１７とオ
イルシール１８を介し、また、同出力軸１１部が別なる
軸受１９を介して支えられる。

【００１６】トルク検出部５は差動変圧器２０によって
構成され、入力軸８の外周に摺動可能に取付けた円筒状
のスライド部材２１と、その外周に設けたリング状の非
磁性導体部材２１ａを備える。上記スライド部材２１
は、入力軸８との間に周方向に対して４５度の角度方向
に案内する溝とピンとでなる斜行案内部２２を、そし
て、出力軸８との間に軸線方向の溝とピンでなる縦方向
案内部２３を備え、スライド部材２１の出力軸側の端部
には入力軸方向に付勢するスプリング２４を備えて上記
軸線方向動作の遊びを抑える。

【００１７】スライド部材２１はその両案内部２２、２
３により入力軸８と出力軸１１との間の相対回転動作に
比例して軸線方向に移動する。差動変圧器２０はそのス
ライド位置を検出することにより、入力軸８に作用する
トルクの大きさとその作用方向に対応した信号を出力す
るトルク検出部をなす。

【００１８】動力伝達部６は、出力軸１１の外周に回動
可能に取付けられたリング部材２５と進退部材２６とか
らなり、上記リング部材２５は大径のウォームホイール
をなして図示せぬ背面側のウォームが噛合することによ
り電動機２の出力を受ける減速機構を構成する。また、
リング部材２５と進退部材２６の間には、楔効果により
小さいスプリング力にてトルク伝達を可能とするテーパ
状の摩擦面２７を形成して進退部材２６をスプリング２
８によって押圧し、過大なトルクを制限しつつ出力軸１
１のキー２９を介してピニオン１０にトルクを伝達する
トルクリミッタを構成する。

【００１９】上記動力伝達部６はリング部材２５によっ
てコンパクトに減速機構を構成することができ、また、
電動機の小型化が可能となる。そして、テーパ状の摩擦
面２７を有するクラッチ機構により伝達トルクを制限す
るトルクリミッタを設けたことによるクラッチの小型化
と制御部の簡易化と合せ、装置全体が小型化され、ユニ
ットの取扱い性を向上することができる。

【００２０】ハウジング３の下半部３０はラック軸ケー
ス３１に対する接続部をなす図３のフランジ３２を備
え、このフランジ３２にはボルト孔３３と液密嵌合部３
４とを備える。これにより、ハウジング３はラック軸ケ
ース３１の開口部３５に対して着脱可能に液密固定さ
れ、この時、出力軸１１の先端の嵌合部３６がラック軸
ケース３１側の軸受３７に支持される。

【００２１】ハウジング３の上半部３８にはトルク検出
部５の出力に基づいて操舵アシスト力を決定する制御部
３９を合成樹脂部材によって一体に形成し、ハウジング
３の下半部３０と対向する接続部４０によって液密嵌合
し、また、上記制御部３９と電動機２は防水接栓４１を
介して接続する。

【００２２】上記構成をなすパワーステアリング装置の
作用を以下に説明する。操舵軸側から入力軸８が回動さ
れた場合には、トーションバー１２が捩られ、出力軸１
１に対する相対回転動作によって生じる非磁性導体部材
２１ａの軸方向変位を差動変圧器２０が感知してトルク
の大きさと作用方向に応じた信号を出力し、制御部３９
によってこのトルクの作用方向と大きさに応じた電動機
２の回転方向とトルクの大きさが決定され、その出力は
リング部材２５の減速機構によって倍力され、過大なト
ルクはトルクリミッター２６で制限されつつ出力軸１１
にトルクが伝達される。

【００２３】このように構成されるパワーステアリング
装置は、トルク検出部が操舵トルクを検出するとともに
動力伝達部のリング部材によってその出力軸側にアシス
トトルクが供給されるので、トルク検出部のみにて電動
パワーステアリングとしての機能を有することになる。
よってこの検出部の特性管理によってパワーステアリン
グ装置の性能を管理することができる。

【００２４】パワーステアリング装置の性能検査におい
ては、従来は、高負荷、大ストロークの試験機によって
ステアリング系のラック軸上でその出力を計測する必要
があったが、本発明のパワーステアリング装置はピニオ
ン軸をなす入出力軸間に主要部品が一体的に集約されて
いることから、長大なラック軸およびステアリングシャ
フトを要することがなくなって試験機の小型化が可能と
なり、試験スペースを抑えることができ、また、小型の
ユニットをなすことからパワーステアリング装置の保管
のスペースを大幅に削減することができる。

【００２５】パワーステアリング装置をステアリング系
に組み込む場合は、その出力軸１１のピニオン１０をラ
ック軸ケース３１の開口部３５に挿入し、ハウジング３
のフランジ３２を介してラック軸ケース３１にボルト止
めすることによりピニオン軸ユニットとして取付けら
れ、また、操舵軸側を入力軸８のセレーション７に嵌合
固定する。これにより、その自在継手軸と上記ラック軸
との間にパワーステアリング装置を備えたステアリング
系が完成され、操舵輪に作用するトルクに応じてアシス
ト力が供給され、ラック軸９が転舵動作される。

【００２６】本発明のパワーステアリング装置を車両に
組み付けた状態においては、ラック＆ピニオン機構がエ
ンジンルーム下方に位置することから車室スペースに影
響を及ぼすことがなく、エンジン前置車の電源部はピニ
オン軸の近傍に位置するので短いワイヤーハーネスによ
って電源接続が可能となり、かつ、ラック軸やタイロッ
ド等を取り外すことなくマニュアルステアリング用のピ
ニオン軸の交換と同様にユニット交換することができる
ので、交換部分の費用が抑えられ、かつ、交換作業も短
時間で終了し、補修やメンテナンスの対応が容易とな
る。

【００２７】また、入力軸８のセレーション７、出力軸
１１のピニオン１０、および、ハウジング３のフランジ
部３２を同じくする図３のマニュアルステアリング用の
ピニオン軸１ａによって交換することも可能なので、パ
ワーステアリング装置に限らず広い範囲に亘る互換性が
確保される。

【００２８】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図４は第２実施例のパワーステアリング装置の断面
図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図であり、前記と同様の
部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

【００２９】パワーステアリング装置５１のピニオン軸
５２にはその作用トルクを検出するトルク検出部５３と
電動機５４のアシスト力をピニオン軸５２に供給する動
力伝達部５５を備える。

【００３０】ピニオン軸５２は嵌合部５６を介して回動
可能に連結する入力軸５７と出力軸５８とからなり、上
記トルク検出部５３を入力軸５７に、また、動力伝達部
５５を出力軸５８に備える。

【００３１】トルク検出部５３はアーム状の回動部材５
９を備えてその回動位置に対応した信号を出力する可変
抵抗器をなし、回動部材５９の先端を出力軸５８の凹部
６０に係合するとともに、回動部材５９の回動方向の遊
びを抑えるためのスプリング６１を備え、入力軸５７と
出力軸５８の相対回転動作による回動部材５９の回動位
置に応じた信号を出力する。

【００３２】動力伝達部５５は、電動機５４の回転を減
速して伝達する遊星減速機６２と、その減速された回転
出力をさらに減速出力するリング部材６３と、このリン
グ部材６３の回動力を出力軸に伝達するローラ状の伝達
部材６４…とからなる。遊星減速機６２は、複数個のボ
ールにより電動機５４の出力を回転自在に支承するとと
もに、ボールを保持する保持器を出力とするキャリヤ部
材を有する。

【００３３】上記リング部材６３は、出力軸５８の外周
に軸受６５を介して回動可能に取付けられ、その外周側
には大径のハイポイドギヤ６６ａを形成し、遊星減速機
６２のキャリヤに一体的に設けられ、電動機５４の出力
軸５４ａに摺動自在に支承される小径のハイポイドギヤ
６６ｂと噛合して減速機構を構成する。

【００３４】リング部材６３の内周側は図５の円形の供
給側伝達面６７をなし、この供給側伝達面６７に対向し
て略三角形をなす出力軸側の伝達面６８を設け、これら
供給側伝達面６７と出力側伝達面６８との間に楔状空間
を形成する。この楔状空間には、２つ一組の上記伝達部
材６４，６４とこれらの伝達部材６４，６４を内外両面
間と係合する方向に付勢するばね６９をそれぞれ備え、
隣接の楔状空間との間に伝達部材６４を係脱させる断接
制御部材７０を設けて機械式のクラッチを構成する。断
接制御部材７０は入力軸５７と一体に構成され、同入力
軸５７と出力軸５８との相対回動に従って伝達部材６４
に作用する。

【００３５】入力軸５７と出力軸５８の間には、略長方
形の凸部７１と凹部７２が回動方向に隙間をもって嵌合
する回動係合部を形成し、その対向面間に圧縮スプリン
グでなる弾性部材７３，７３を介設する。この弾性部材
７３，７３によって入力軸５７と出力軸５８の相対回転
動作が許容される。

【００３６】上記入力軸５７が回動された場合は、弾性
部材７３，７３が撓み、断接制御部材７０が出力軸５８
に対して相対的に回動される。この断接制御部材７０が
回動されて一方の楔状空間から退避した場合には、ばね
６９の押圧力を受ける伝達部材６４が楔状空間のコーナ
ー部に進入する。この時、リング部材６３が断接制御部
材７０と同じ方向に駆動されていれば、伝達部材６４が
同コーナー部の供給側伝達面６７と出力側伝達面６８と
の間に係合され、ワンウェイクラッチが形成されてトル
クが伝達される。

【００３７】この場合において、リング部材６３が逆転
又は停止している時は、伝達部材６３が楔状空間の拡大
する方向に作用し、その両面間に係合されないのでトル
ク伝達が遮断され、弾性部材７３を介して入力軸のトル
クを受ける出力軸は、リング部材からの逆方向のトルク
を受けることなくマニュアル回動される。

【００３８】出力軸５８側の負荷が特に大きい時は、回
動係合部の凸部７１と凹部７２が当接することによって
入力軸トルクが伝達され、出力軸５８側の過大な遅れお
よび捩れが回避されるとともに、断接制御部材７０およ
び弾性部材７３の無理な動作が防止される。

【００３９】一方、トルク伝達中に断接制御部材７０が
伝達部材６４の係合を解除する方向に回動された場合
は、リング部材６３が同断接制御部材７０と反対の方向
に回動されていたとしても、この断接制御部材７０の動
作により伝達部材６４が楔状空間のコーナー部から排除
されてトルク伝達が遮断され、出力軸５８は逆方向のト
ルクを受けることなく入力軸５７側の動作に追随して動
作する。

【００４０】以上のように構成されるユニット式電動パ
ワーステアリング装置は、その回動係合部によって出力
軸側の過大な回動遅れと断接制御部材の無理な動作をと
もに回避することができるので安定した操舵特性が確保
され、また、断接制御部材による機械式クラッチは、入
出力軸間の相対回転によって動作する断接制御部材が楔
状空間の伝達部材を係脱制御することから、トルク供給
軸の回転と断接制御部材の制御方向が一致する時に限っ
て出力軸側にトルクが伝達されるので、入力軸の動作と
対向する負荷トルクをトルク供給軸側から受けることが
なく、入力軸の動作に追随したトルク断接制御が可能と
なり、前記実施例と同様にコンパクトなユニット式電動
パワーステアリング装置を構成することができる。さら
に、遊星減速機６２は、電動機５４の過大トルクを受け
た時に内外輪間を転動するボールの滑りによって伝達力
が制限されるのでトルクリミッタ機能をなす。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したごとく、トルク検出部等
のパワーステアリングの構成部分をピニオン軸に一体に
構成したことから、単体のピニオン軸に相当するユニッ
ト部材として取扱うことが可能となり、また、ラック軸
ケースに対して着脱可能なユニットとしたことから、操
舵軸側の自在継手軸と転舵輪側のラック軸との間で互換
性が確保され、マニュアルステアリング機構を含めた広
い範囲で適用が可能となる。

【００４２】動力伝達部をリング部材によって構成し、
減速機構とクラッチ機構を備えた場合は、コンパクトで
大減速比の減速機構による電動機の小型化および、伝達
トルクの制限による電動機の複雑な制御負担の回避が可
能となり、ユニットが小型化されて取扱い性が向上され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る電動パワーステアリ
ング装置の構成を示す断面図

【図２】その要部を示す断面図

【図３】取付を示す分解斜視図

【図４】第２実施例のパワーステアリング装置の断面図

【図５】図４のＡ−Ａ線断面図

【図６】従来の電動パワーステアリング装置の機能構成
図

【図７】従来のユニット式のパワーステアリング装置を
用いた操舵系の構成図

【図８】従来のユニット式のパワーステアリング装置の
断面図

【符号の説明】

１…パワーステアリング装置、２…電動機、３…ハウジ
ング、４…ピニオン軸、５…トルク検出部、６…動力伝
達部、７…セレーション、８…入力軸、９…ラック軸、
１０…ピニオン、１１…出力軸、１２…トーションバー
（弾性連結部）、１３…嵌合部、１４…中空部、１７…
軸受、１８…オイルシール、１９…軸受、２０…差動変
圧器、２１…スライド部材、２２…斜行案内部、２３…
縦方向案内部、２５…リング部材（減速機構）、２６…
進退部材（トルクリミッタ）、２７…摩擦面、２８…ス
プリング、２９…キー、３０…下半部、３１…ラック軸
ケース、３２…フランジ、３３…ボルト孔、３４…液密
嵌合部、３５…開口部、３６…嵌合部、３７…軸受、３
８…上半部、３９…制御部、４０…接続部、４１…防水
接栓、５１…パワーステアリング装置、５２…ピニオン
軸、５３…トルク検出部、５４…電動機、５５…動力伝
達部、５６…嵌合部、５７…入力軸、５８…出力軸、５
９…回動部材、６０…凹部、６２…遊星減速機、６３…
リング部材、６４…伝達部材、６５…軸受、６６ａ，６
６ｂ…ハイポイドギヤ（減速機構）、６７…供給側伝達
面、６８…出力軸側伝達面、６９…ばね、７０…断接制
御部材、７１…凸部（回動係合部）、７２…凹部（回動
係合部）、７３…弾性部材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラック＆ピニオン式ステアリング機構の
   操舵トルクを検出するトルク検出部と、その検出トルク
   に基づいて操舵アシスト力を決定する制御部と、この制
   御部にしたがって操舵アシスト力を出力する電動機と、
   この電動機の出力を転舵輪側に伝達する動力伝達部とを
   備えた電動パワーステアリング装置において、前記トル
   ク検出部、電動機、および動力伝達部を前記ステアリン
   グ機構のピニオン軸に一体に構成するとともに、前記ラ
   ック軸を保持するラック軸ケースに着脱可能に取付けた
   ことを特徴とするユニット式電動パワーステアリング装
   置。
2. 【請求項２】 ラック＆ピニオン式ステアリング機構の
   操舵トルクを検出するトルク検出部と、その検出トルク
   に基づいて操舵アシスト力を決定する制御部と、この制
   御部にしたがって操舵アシスト力を出力する電動機と、
   この電動機の出力を転舵輪側に伝達する動力伝達部とを
   備えた電動パワーステアリング装置において、前記トル
   ク検出部、制御部、電動機、および動力伝達部を前記ス
   テアリング機構のピニオン軸に一体に構成するととも
   に、前記ラック軸を保持するラック軸ケースに着脱可能
   に取付けたことを特徴とするユニット式電動パワーステ
   アリング装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のユニット式電
   動パワーステアリング装置において、前記動力伝達部は
   電動機出力を減速する減速機構をなし、この減速機構に
   前記電動機出力を断接する機械式クラッチ機構を設けた
   ことを特徴とするユニット式電動パワーステアリング装
   置。