JPH08216899A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡素な構成でありながら操舵トルク検出の精
度を向上させ、かつ製造コストを低減することのできる
電動式パワーステアリング装置を提供する。 【構成】 スライダ１０４を軸線方向に移動させる際
に、ボール１０７が内側螺旋溝１０１ａ及び外側螺旋溝
１０４ａを転動するようになっているので、部材間に滑
りが生じることがなくフリクションが大幅に低減され
る。また、前記内側螺旋溝１０１ａ及び前記外側螺旋溝
１０４ａは、冷間鍛造等により非切削で容易に成形でき
るため、それにより製造コストが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、操舵トルクを検出する
電動式パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来技術】車両の電動式パワーステアリング装置とし
て、例えば特開平３−２５３４６４号に示すように、車
輪の操舵を行なう場合、操舵トルクを検出してステアリ
ングホィールの手動力を補助するように構成したものが
知られている。このような構成においては、操舵トルク
に対応するトーションバーのねじれによる入力軸と出力
軸との相対角度変位を、軸線方向移動量に変換して検出
し、受けた操舵トルクを測定するという手法が取られて
いる。

【０００３】このような変換機構を行なうため、上記従
来技術においては、軸線方向及び螺旋方向に２つのスリ
ットを有するスライダを設けている。スライダの各スリ
ットには入力軸及び出力軸に植設されたピンが係合して
おり、入力軸と出力軸との間に相対角度変位が生じた場
合、ピンから力を受けてスライダが軸線方向に移動する
ようになっている。この軸線方向移動量は、相対変位角
度と螺旋スリットのリード角によって決定されるため、
軸線方向移動量を検出できれば、トーションバーのねじ
れ量すなわち操舵トルクを検出できることとなる。

【０００４】

【解決すべき課題】このような従来技術の装置において
は、以下のような問題点がある。すなわち、相対変位角
度を軸線方向移動量に変換する際に、ピンとスライダの
スリットの間、及び入力軸外周とスライダ内周との滑り
によりフリクションが発生する。このフリクションは、
操舵トルクがゼロに戻っても測定値はゼロに戻らないと
いう、いわゆるトルクヒステリシスを生じさせていた。

【０００５】一方、スライダ等の主要部品については、
スリットが螺旋方向に向いている等のためその形状が複
雑であることから、設計上の要求精度を満たすためには
切削加工を多用せざるを得ず、このことが製造コストを
増大させる要因となっていた。

【０００６】本願発明は、簡素な構成でありながら操舵
トルク検出の精度を向上させ、かつ製造コストを低減す
ることのできる電動式パワーステアリング装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する手段】上記目的を達成すべく、本願発
明の電動式パワーステアリング装置は、車輪を操舵する
為に操舵力を伝達する出力軸と、ステアリングホィール
と該出力軸とを連結する入力軸と、モータの回転軸と該
出力軸とを動力伝達可能に連結する動力伝達機構とを備
えた電動式パワーステアリング装置において、該入力軸
に印加された操舵トルクを検出する検出手段が設けら
れ、該検出手段は、該出力軸と該入力軸とを連結し、該
入力軸が受けた操舵トルクに応じて弾性変形するように
なっている弾性体と、移動部材と、該弾性体の弾性変形
に応じて、移動部材を軸線方向に移動させる変換機構
と、該移動部材の軸線方向移動量を測定する検出器とか
らなり、該変換機構が、該出力軸及び該入力軸の一方の
外周に形成された少なくとも複数の内側螺旋溝と、該出
力軸及び該入力軸の他方に対する該移動部材の軸線方向
移動を可能とするが、相対回転移動を禁止する制限手段
と、複数のボールとからなり、前記移動部材の内周に
は、前記内側螺旋溝に対応して、外側螺旋溝が形成され
てなり、前記ボールは、前記内側螺旋溝と前記外側螺旋
溝との間に形成された空間内を転動自在となっている。

【０００８】

【作用】本願発明の電動式パワーステアリング装置によ
れば、前記移動部材を軸線方向に移動させる際に、前記
ボールが前記内側螺旋溝及び前記外側螺旋溝を転動する
ようになっているので、部材間に滑りが生じることがな
くフリクションが大幅に低減される。また、前記内側螺
旋溝及び前記外側螺旋溝は、冷間鍛造等により非切削で
容易に成形できるため、それにより製造コストが低減さ
れる。

【０００９】

【実施例】図１は、電動式パワーステアリング装置の要
部断面図である。図１において、中空の入力軸１０１
は、その右端が不図示のステアリングシャフトを介し
て、入力軸の一部となる不図示のステアリングホィール
に連結されている。入力軸１０１の内方を、弾性体であ
るトーションバー１０２が延在しており、トーションバ
ー１０２は、その右端が入力軸１０１に固定され、その
左端が出力軸１０３に固定されている。出力軸１０３の
左端は不図示の操舵機構に連結されている。入力軸１０
１の周囲には、円管状のリテーナ１０５を介して、移動
部材であるスライダ１０４が設けられている。出力軸１
０３の右端近傍において、ウォームホィール１１０が同
軸に取り付けられている。ウォームホィール１１０は、
不図示のモータの回転軸に取り付けられたウォームギヤ
に噛合している。なおこのウォームホィールとウォーム
ギヤとで動力伝達手段を構成する。

【００１０】図２は、入力軸１０１の正面図であり、図
３は図２の入力軸をIII矢印方向に見たときの側面図で
ある。同様に図４は、出力軸１０３の部分断面正面図で
あり、図５は図４の出力軸をV矢印方向に見たときの側
面図である。同様に図６は、スライダ１０４の部分断面
正面図であり、図７は図６のスライダをXII矢印方向に
見たときの側面図である。同様に図８は、リテーナ１０
５の正面図であり、図９は図４のリテーナのIX部の拡大
図である。また、図１０は図８のリテーナをX-X線で切
断して矢印方向に見たときの断面図であり、図１１は図
１０のリテーナのXI部の拡大図である。

【００１１】図２、３を参照すると、入力軸１０１は、
その左端近傍に８条の内側螺旋溝１０１ａを形成してい
る。この内側螺旋溝１０１ａは冷間鍛造で成形されてな
る。また、入力軸１０１は、その左端に十字凸部１０１
ｂを形成してなる。十字凸部１０１ｂは、図３で明らか
なように、断面が十字形状となっており、内側螺旋溝１
０１ａと同様に冷間鍛造で成形されてなる。なお、１０
１ｃはトーションバー１０２挿通用の内孔である。

【００１２】図４、５を参照すると、出力軸１０３は、
その右端には十字凹部１０３ａが形成されている。十字
凹部１０３ａは、入力軸１０１の十字凸部１０１ｂと対
応した形状となっているが、若干それより大きい寸法を
有する。十字凹部１０３ａの壁にはピン植設用の孔１０
３ｂが形成されており、十字凹部１０３ａの奥にはトー
ションバー１０２を受け入れて固定する袋孔部１０３ｃ
が形成されている。

【００１３】図６、７を参照すると、スライダ１０４は
略円管状をなしており、その内周には、入力軸１０１の
内側螺旋溝と同じリード角を有する８条の外側螺旋溝１
０４ａが形成されている。スライダ１０４の外周には、
円周方向に延在する一対の壁１０４ｂ、１０４ｃが形成
されており、その壁の間に外周溝１０４ｄが形成されて
なる。更にスライダ１０４の左端には、軸線方向に延在
するスリット１０４ｅが形成されている。

【００１４】図８ないし１０を参照すると、樹脂性のリ
テーナ１０５は、軸線方向に整列した矩形の窓部を円周
方向に等間隔に４対設けており、うち１対の窓部１０５
ａ、１０５ｂのみを図８に示している。組付後に後述す
るボールを受けるようになっている窓部１０５ａ、１０
５ｂは、その左端及び右端から斜めに互い違いの方向に
延在するヒゲ部１０５ｃ、１０５ｄ及び１０５ｅ、１０
５ｆを、リテーナと一体成形するようにしてそれぞれ設
けている（図９に一部図示）。図１０、１１を参照する
と、窓部１０５ａ、１０５ｂの側部における半径方向外
方縁には、対向する突起１０５ｇが形成されている。図
１１において、窓部１０５ｂに嵌合されるボールの外形
を仮想線で描いているが、ボールの外径をＤとし、一つ
の窓部内で対向する突起１０５ｇ間の距離をｄとする
と、Ｄ＞ｄの関係が成立するようになっている。これに
より、突起１０５ｇは、組付時等にリテーナ１０５より
ボールの落下を防止するよう機能する。

【００１５】再び図１に戻って、入力軸１０１と出力軸
１０３とは、十字凸部１０１ｂと十字凹部１０３ａとを
わずかな隙間を持って嵌合するようにして整列してい
る。十字と粒１０１ｂと十字凹部１０３ａとは、トーシ
ョンバー１０２が所定値以上ねじれた場合、それ以上入
出力軸の相対回転を防止するストッパの役目を果たすも
のである。出力軸１０３の孔１０３ｂにはピン１０６が
植設されている。ピン１０６は、スライダ１０４のスリ
ット１０４ｅにはめ込まれて、スリットと共に制限手段
を構成している。この構成により、出力軸１０３とスラ
イダ１０４とは軸線方向に相対移動可能だが、回転方向
には相対移動不能となっている。

【００１６】入力軸の内側螺旋溝１０１ａと、スライダ
１０４の外側螺旋溝１０４ａとの間に形成された空間内
には、８個のボール１０７が配置されている。ボール１
０７は、上述したように、リテーナ１０５の窓部１０５
ａ、１０５ｂ内に配置されてその位置を規制されてい
る。スライダ１０４の外周溝１０４ｄには、検出器であ
るポテンシオメータ１０８の測定子１０８ａが係合して
いる。測定子１０８ａは、ポテンシオメータの測定軸に
連結された不図示のアーム先端に設けられたシャフトで
あり、軸受を介して外周溝１０４ｄに係合するようにな
っている。ウォームホィール１１０とスライダ１０４の
壁１０４ｂとの間には、コイルばね１０９が設けられ、
螺旋溝とボールとの間及びピンとスライダのスリットと
の間のガタ取りのため、ウォームホィール１１０に対し
てスライダ１０４を常に右方に付勢している。

【００１７】次に本実施例の動作について、図面を参照
して説明する。図１において、ステアリングホィール
（不図示）が操作され、その回転がステアリングシャフ
ト（不図示）を介して入力軸１０１に伝達されると、入
力軸１０１の回転は、トーションバー１０２を介して出
力軸１０３に伝達され、その結果不図示の操舵機構が動
作して車輪の操舵がなされるようになっている。

【００１８】例えば、車両の高速走行時等、車輪を操舵
してもほとんど抵抗が加わらないような場合、トーショ
ンバー１０２はほとんどねじれず、よってポテンシオメ
ータ１０８は実質的な操舵トルクを検出しない。

【００１９】これに対し、車両の車庫入れ等、車輪に大
きな操舵抵抗が加わった場合、入力軸１０１と出力軸１
０３との間に大きなトルクが加わり、それによりトーシ
ョンバー１０２がねじれることとなる。かかる場合、ス
ライダ１０４は、ピン１０６を介して出力軸１０３に連
結されているため、それと一体的に回動することとな
る。一方、内側螺旋溝１０１ａにはめ込まれたボール１
０７は、入力軸１０１と共に回動しようとする。しかし
ながら、スライダ１０４は出力軸１０３と一体的に回転
するため、ボール１０７は、スライダ１０４の外側螺旋
溝１０４ａより力を受けて、螺旋溝に沿って転動する。
それによりスライダ１０４は、軸線方向に力を受けて移
動するようになっている。すなわち、トーションバー１
０２のねじれ量が、スライダ１０４の軸線方向移動量に
変換されることとなる。

【００２０】このスライダ１０４の軸線方向変換量を、
ポテンシオメータ１０８の測定子１０８ａで測定し、電
気的信号に変換する。この信号は不図示の制御装置に送
られ、制御装置は不図示のモータの出力を制御して、適
切な補助操舵力を出力するようになっている。

【００２１】ところで、本実施例においては、トーショ
ンバー１０２のねじれをスライダ１０４の軸線方向移動
量に変換を、螺旋溝１０１ａ、１０３ａとボール１０７
の転動を用いて達成しており、そのためフリクションに
起因する問題が改善され、その作動特性が飛躍的に向上
している。

【００２２】図１２は、従来技術による手法で検出した
入力トルクに対するポテンシオメータの出力電圧の作動
特性（ヒステリシス）をグラフにしたものである。一
方、図１３は、本実施例による手法で検出した入力トル
クに対するポテンシオメータの出力電圧の作動特性（ヒ
ステリシス）をグラフにしたものである。図から明らか
なように、本実施例によれば、ヒステリシスが３０ない
し４０％改善されるという効果が得られる。

【００２３】また、本実施例によれば、入力軸１０１の
内側螺旋溝１０１ａと十字凸部１０１ｂ、出力軸１０３
の十字凹部１０３ａ、スライダ１０４の外側螺旋溝１０
４ａはいずれも冷間鍛造で成形することができ、従って
切削加工を必要としないため、製造コストが低減される
こととなる。

【００２４】更に、スライダ１０４が往復動作をする際
にボール１０７が一方向に偏ることを防止すべく、リテ
ーナ１０５が機能する。すなわち、窓部１０５ａ、１０
５ｂに設けられたヒゲ部１０５ｃ、１０５ｄ、１０５
ｅ、１０５ｆが、ボール１０７を常に窓部１０５ａ、１
０５ｂの中央部近傍に位置せしめるようにしているので
ある。なお、ヒゲ部は窓部の一方端に設けられても良
く、延在する方向もいずれでも良い。

【００２５】また、組付作業時に入力軸１０１とリテー
ナ１０５とを組み合わせた状態でボール１０７を組み付
けるが、窓部１０５ａ、１０５ｂに設けられた突起１０
５ｇは、この際にボール１０７が落下しないようにボー
ルを抑える機能するものである。

【００２６】以上、実施例を参照して本願発明を詳細に
説明してきたが、本願発明は上記実施例に限定して解釈
されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変
更、改良可能であることはもちろんである。例えば、螺
旋溝は８条としたがそれと異なる本数でも良い。また、
リテーナはボールの偏りを防止するものであり、理論的
にはリテーナが存在しなくても本願発明は成立する。更
に、本実施例においては入力軸に内側螺旋溝を設け、出
力軸にピンを植設しているが、この逆でもかまわない。

【００２７】

【発明の効果】以上述べてきたように、本願発明の電動
式パワーステアリング装置によれば、移動部材を軸線方
向に移動させる際に、ボールが内側螺旋溝及び外側螺旋
溝を転動するようになっているので、部材間に滑りが生
じることがなくフリクションが大幅に低減される。ま
た、前記内側螺旋溝及び前記外側螺旋溝は、冷間鍛造等
により非切削で容易に成形できるため、それにより製造
コストが低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である電動式パワーステアリン
グ装置の要部断面図である。

【図２】入力軸１０１の正面図である。

【図３】図２の入力軸をIII矢印方向に見たときの側面
図である。

【図４】出力軸１０３の部分断面正面図である。

【図５】図４の出力軸をV矢印方向に見たときの側面図
である。

【図６】スライダ１０４の部分断面正面図である。

【図７】図６のスライダをXII矢印方向に見たときの側
面図である。

【図８】リテーナ１０５の正面図である。

【図９】図８のリテーナのIX部の拡大図である。

【図１０】図８のリテーナをX-X線で切断して矢印方向
に見たときの断面図である。

【図１１】図１０のリテーナのXI部の拡大図である。

【図１２】従来技術による手法で検出した入力トルクに
対するポテンシオメータの出力電圧の作動特性（ヒステ
リシス）をグラフにしたものである。

【図１３】本実施例による手法で検出した入力トルクに
対するポテンシオメータの出力電圧の作動特性（ヒステ
リシス）をグラフにしたものである。

【符号の説明】

１０１・・・・・・入力軸 １０２・・・・・・トーションバー １０３・・・・・・出力軸 １０４・・・・・・スライダ １０５・・・・・・リテーナ １０７・・・・・・ボール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 直樹 群馬県前橋市総社町一丁目８番１号 日本 精工株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪を操舵する為に操舵力を伝達する出
   力軸と、 ステアリングホィールと該出力軸とを連結する入力軸
   と、 モータの回転軸と該出力軸とを動力伝達可能に連結する
   動力伝達機構とを備えた電動式パワーステアリング装置
   において、 該入力軸に印加された操舵トルクを検出する検出手段が
   設けられ、 該検出手段は、 該出力軸と該入力軸とを連結し、該入力軸が受けた操舵
   トルクに応じて弾性変形するようになっている弾性体
   と、 移動部材と、 該弾性体の弾性変形に応じて、移動部材を軸線方向に移
   動させる変換機構と、 該移動部材の軸線方向移動量を測定する検出器とからな
   り、 該変換機構が、 該出力軸及び該入力軸の一方の外周に形成された少なく
   とも複数の内側螺旋溝と、 該出力軸及び該入力軸の他方に対する該移動部材の軸線
   方向移動を可能とするが、相対回転移動を禁止する制限
   手段と、 複数のボールとからなり、 前記移動部材の内周には、前記内側螺旋溝に対応して、
   外側螺旋溝が形成されてなり、 前記ボールは、前記内側螺旋溝と前記外側螺旋溝との間
   に形成された空間内を転動自在となっている電動式パワ
   ーステアリング装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電動式パワーステアリン
   グ装置において、 前記ボールを所定位置に規制するリテーナ手段を、前記
   内側螺旋溝と前記外側螺旋溝との間に設けた電動式パワ
   ーステアリング装置。