(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コラムと、その第１コラムに衝撃作用時に軸方向相対移動するように挿入される第２コラムと、両コラムに挿入されるハンドルシャフトと、そのハンドルシャフトによる伝達トルクを検出するトルクセンサとを備え、その検出トルクに対応する操舵補助力を付与する衝撃吸収式パワーステアリング装置において、そのトルクセンサのハウジングの内周により、その第２コラムの外周が支持され、その第２コラムの内周により、そのハンドルシャフトの外周が支持部材を介し支持されることを特徴とする衝撃吸収式パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記トルクセンサは前記ハンドルシャフトに嵌合される検出リングを有し、前記支持部材は割り溝を有すると共に径方向に弾性的に拡大縮小可能なブッシュとされ、そのブッシュは前記ハンドルシャフトの外周に形成された周溝に嵌合され、そのブッシュの一端に軸方向に延びる突出部が形成され、その突出部が前記検出リングの内周に挿入されることで、そのブッシュは径方向に縮小された状態に保持され、その検出リングの軸方向一方への移動は、そのブッシュを介し前記周溝の一端面により阻止される請求項１に記載の衝撃吸収式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両の衝突時に運転者に作用する衝撃を吸収できるパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に示す従来の衝撃吸収式パワーステアリング装置１０１は、第１コラム１０２と、その第１コラム１０２に衝撃作用時に軸方向相対移動するようにボール１０６を介し圧入される第２コラム１０３と、そのコラム１０２、１０３に挿入されるハンドルシャフト１０４と、そのハンドルシャフト１０４による伝達トルクを検出するトルクセンサ１０５とを備える。そのトルクセンサ１０５のハウジング１０５ａの外周は第２コラム１０３の一端に圧入され、これにより、そのハウジング１０５ａの外周により第２コラム１０３の内周が支持される。
【０００３】
そのハンドルシャフト１０４は、ステアリングホイール（図示省略）に連結される第１ハンドルシャフト１０４ａと、この第１ハンドルシャフト１０４ａに回転伝達可能かつ衝撃作用時に軸方向相対移動するように樹脂１０７を介し連結される第２ハンドルシャフト１０４ｂと、その第２ハンドルシャフト１０４ｂにピン１０９を介し連結される第３ハンドルシャフト１０４ｃと、この第３ハンドルシャフト１０４ｃにトーションバー１０８を介し操舵抵抗に応じ相対回転可能に連結される第４ハンドルシャフト１０４ｄとを有する。その第４ハンドルシャフト１０４ｄは操舵用車輪（図示省略）に連結される。その第３ハンドルシャフト１０４ｃはトルクセンサ１０５のハウジング１０５ａにベアリング１１０を介し支持され、その第４ハンドルシャフト１０４ｄはトルクセンサ１０５のハウジング１０５ａにベアリング１１１、１１２を介し支持される。
【０００４】
そのトルクセンサ１０５は、その第３ハンドルシャフト１０４ｃに嵌合される磁性材製の第１検出リング１１５と第４ハンドルシャフト１０４ｄに嵌合される磁性材製の第２検出リング１１６とを通過する磁束を発生する第１検出コイル１１７と、その第１検出リング１１５と第３ハンドルシャフト１０４ｃに嵌合する磁性材製の第３検出リング１１８とを通過する磁束を発生する第２検出コイル１１９とを有する。その第１、第２検出リング１１５、１１６は周方向等間隔に形成された歯を有し、その歯の対向部分の面積は操舵抵抗によるトーションバー１０８の捩れに基づく両検出リング１１５、１１６の相対回転に応じて変化する。この変化により、その歯の対向間の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１１７の出力が変化し、その出力に対応して伝達トルクが検出される。その検出されたトルクに応じ駆動されるモータ１２０の出力がギヤ１３１、１３２を介し第４ハンドルシャフト１０４ｄに伝達されることで操舵補助力が付与される。
【０００５】
また、その第３検出リング１１８の第１検出リング１１５との対向端面には周方向等間隔に歯が形成されるが、第１検出リング１１５の第３検出リング１１８との対向端面には歯は形成されない。その第１検出リング１１５と第３検出リング１１８との対向間隔に対応する磁気抵抗は、操舵抵抗の作用していない状態での第１検出リング１１５と第２検出リング１１６との対向間隔に対応する磁気抵抗に等しくされている。これにより、温度変動による第１検出コイル１１７の出力変動は、温度変動による第２検出コイル１１９の出力変動に等しくされている。図１１に示すように、第１検出コイル１１７は抵抗１２０を介して発振器１２１に接続され、第２検出コイル１１９は抵抗１２３を介して発振器１２１に接続されている。また、各コイル１１７、１１９は差動増幅回路１２５に接続されている。これにより、温度変動による第１検出コイル１１７の出力変動が補償されている。その第３検出リング１１８の第３ハンドルシャフト１０４ｃに対する軸方向位置を定めるため、その第３ハンドルシャフト１０４ｃの外周に突部１０４ｃ′が形成され、その突部１０４ｃ′に第３検出リング１１８が当接する。
【０００６】
上記構成によれば、衝撃による両コラム１０２、１０３の軸方向相対移動時にボール１０６により各コラム１０２、１０３を塑性変形させることで衝撃エネルギーを吸収できる。その軸方向相対移動量は、第１コラム１０２がトルクセンサ１０５のハウジング１０５ａに衝突するまでの距離Ｌにより定まる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
衝撃エネルギーを充分に吸収するために、第１コラム１０２と第２コラム１０３との軸方向相対移動量を多くすることが望まれる。しかし、車体の寸法は制限され、特に軽自動車の場合は寸法制限が厳しいため、従来の構造では両コラム１０２、１０３の軸方向相対移動量を充分に確保できなかった。そのため、第２コラム１０３の外周にテーパ部１０３ａを形成して塑性変形量を多くしたり、コラム内部に衝撃吸収用のバネ１３０を設ける等していたが、加工や組み立てが面倒でコスト増大の原因となっていた。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決することのできる衝撃吸収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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１コラムと、その第１コラムに衝撃作用時に軸方向相対移動するように挿入される第２コラムと、両コラムに挿入されるハンドルシャフトと、そのハンドルシャフトによる伝達トルクを検出するトルクセンサとを備え、その検出トルクに対応する操舵補助力を付与する衝撃吸収式パワーステアリング装置において、そのトルクセンサのハウジングの内周により、その第２コラムの外周が支持され、その第２コラムの内周により、そのハンドルシャフトの外周が支持部材を介し支持されることを特徴とする。
【００１０】
前記トルクセンサは前記ハンドルシャフトに嵌合される検出リングを有し、前記支持部材は割り溝を有すると共に径方向に弾性的に拡大縮小可能なブッシュとされ、そのブッシュは前記ハンドルシャフトの外周に形成された周溝に嵌合され、そのブッシュの一端に軸方向に延びる突出部が形成され、その突出部が前記検出リングの内周に挿入されることで、そのブッシュは径方向に縮小された状態に保持され、その検出リングの軸方向一方への移動は、そのブッシュを介し前記周溝の一端面により阻止されるのが好ましい。
【００１１】
【発明の作用および効果】
本件発明の構成によれば、トルクセンサのハウジングの内周により第２コラムの外周が支持され、その第２コラムの内周によりハンドルシャフトの外周が支持部材を介し支持されるので、その第２コラムは支持部材と重なる位置までハウジングに挿入できる。これにより、その第２コラムと支持部材とを個別にハウジングにより支持するのに比べ、そのハウジングの軸方向寸法を短くできるので、車体の寸法が制限されいてもハウジングに第１コラムが衝突するまでの距離を長くし、第１コラムと第２コラムとの軸方向相対移動量を充分に確保して衝撃エネルギーの吸収量を多くし、しかも組み立てや加工が簡単になりコストを低減できる。
【００１２】
その支持部材が割り溝を有すると共に径方向に弾性的に拡大縮小可能なブッシュとされることで、そのブッシュをハンドルシャフトの外周に形成された周溝に容易に嵌合できる。そのブッシュの一端の突出部を検出リングの内周に挿入するだけで、そのブッシュを径方向に縮小した状態に保持できるので、組み立て作業が容易になる。その検出リングの軸方向一方への移動を、そのブッシュを介し前記周溝の一端面により阻止することで、その検出リングのハンドルシャフトに対する軸方向に関する位置決めを行なえ、これによっても組み立て作業が容易になる。さらに、そのハンドルシャフトをベアリングに代えてブッシュにより支持することで、コストを低減できる。
【００１３】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１４】
図１に示す衝撃吸収式電動パワーステアリング装置１は、筒状の第１コラム２ａと第２コラム２ｂとを備え、各コラム２ａ、２ｂの軸心は車体前方に向かうに従い下方に向かうよう車体に取り付けられる。図５に示すように、その第１コラム２ａは筒状部材３を介し第２コラム２ｂに圧入され、その圧入荷重は適正に衝撃エネルギーを吸収できるように設定される。
【００１５】
その第１コラム２ａはベアリング（図示省略）を介し筒状の第１ハンドルシャフト５を支持する。その第１ハンドルシャフト５と第１コラム２ａとは衝撃作用時に軸方向に同行移動可能なように図外位置で係合される。その第１ハンドルシャフト５の一端にステアリングホイール（図示省略）が連結され、他端に第２ハンドルシャフト７の一端が挿入される。その第２ハンドルシャフト７の外周に一対の周溝８が形成され、その周溝８に連通する通孔９が第１ハンドルシャフト５に形成され、その通孔９と周溝８とに樹脂６０が充填される。衝撃が作用すると、その樹脂６０が破断され、第１ハンドルシャフト５と第２ハンドルシャフト７とは軸方向相対移動する。図７に示すように、第１ハンドルシャフト５の内周形状と第２ハンドルシャフト７の外周形状とが非円形とされることで、第１ハンドルシャフト５と第２ハンドルシャフト７とは回転伝達可能に連結されている。
【００１６】
図１、図２に示すように、その第２コラム２ｂの一端はトルクセンサ７０のセンサハウジング７１の内周孔７１ａに圧入され、これにより、そのセンサハウジング７１の内周により第２コラム２ｂの外周が支持されている。その第２コラム２ｂのセンサハウジング７１に対する軸方向位置を定めるため、そのセンサハウジング７１の内周に突部７１ｂが形成され、その突部７１ｂに第２コラム２ｂの端面が当接する。
【００１７】
その第２ハンドルシャフト７の他端にピン９１を介して第３ハンドルシャフト７３とトーションバー７８とが連結され、そのトーションバー７８にピン９２を介して第４ハンドルシャフト７４が連結され、これにより、その第３ハンドルシャフト７３と第４ハンドルシャフト７４とは操舵抵抗に応じ相対回転可能とされている。その第３ハンドルシャフト７３の外周は、その第２コラム２ｂの内周によりブッシュ（支持部材）９４を介し支持される。その第４ハンドルシャフト７４の外周は、センサハウジング７１の内周により軸受８０ａ、８０ｂを介し支持される。その第４ハンドルシャフト７４は操舵用車輪（図示省略）に連結される。
【００１８】
そのトルクセンサ７０は、第３ハンドルシャフト７３から第４ハンドルシャフト７４に伝達される操舵トルクを検知する。すなわち、その第３ハンドルシャフト７３の外周に磁性材製の第１検出リング８１が嵌合され、第４ハンドルシャフト７４の外周に磁性材製の第２検出リング８２が嵌合され、そのセンサハウジング７１の内周に第１検出コイル８３を保持する磁性材製の第１コイルホルダー８８と第２検出コイル８４を保持する磁性材製の第２コイルホルダー８９とが取り付けられている。
図２に示すように、その第１検出リング８１の一端と第２検出リング８２の一端とは相対向し、その相対向する端面それぞれに周方向等間隔に歯８１ａ、８２ａが形成される。その第２検出コイル８４は、両検出リング８１、８２の対向間を覆うように配置されると共に両検出リング８１、８２を通過する磁束を発生する。
その第１検出コイル８３は、その第１検出リング８１の他端側の外周を覆うように配置されると共に第１検出リング８１を通過する磁束を発生する。その歯８１ａ、８２ａの対向部分の面積は操舵抵抗によるトーションバー７８の捩れに基づく両検出リング８１、８２の相対回転に応じて変化する。この変化により、その歯８１ａ、８２ａの対向間の磁気抵抗が変化することから、その変化に応じ第２検出コイル８４の出力が変化し、その出力に対応して伝達トルクが検出される。その第１検出リング８１の他端側は、一端側よりも外径の小さな小径部８１ｂとされる。その第１コイルホルダー８８の側壁部８８ａは、第１検出リング８１の他端側の小径部８１ｂに対向するように配置され、その第１コイルホルダー８８の側壁部８８ｂは、第１検出リング８１の一端側に対向するように配置される。その第１検出リング８１及び第１コイルホルダー８８により構成される磁気回路の磁気抵抗は、操舵トルクの作用していない状態での第１検出リング８１、第２検出リング８２及び第２コイルホルダー８９により構成される磁気回路の磁気抵抗と等しくなるようにその小径部８１ｂの外径は設定される。これにより、温度変動による第１検出コイル８３の出力変動は、温度変動による第２検出コイル８４の出力変動に等しくされ、温度変動による第２検出コイル８４の出力変動が補償可能とされている。その温度補償は、例えば図１１に示す従来と同様の回路構成により行なうことができる。
【００１９】
その第４ハンドルシャフト７４の外周にウォームホイール８５が嵌合され、このウォームホイール８５は、センサハウジング７１に取り付けられた操舵補助用モータ８６の出力軸に嵌合されたウォームギヤ８７に噛み合わされ、そのモータ８６がトルクセンサ７０により検出されたトルクに応じて駆動されることで、検出トルクに応じた操舵補助力が付与される。
【００２０】
図４に示すように、前記ブッシュ９４は割り溝９４ａを有すると共に径方向に弾性的に拡大縮小可能とされ、その一端に軸方向に延びる突出部９４ｂを有し、例えば含油ポリアセタール等の樹脂により構成できる。図３に示すように、そのブッシュ９４は第３ハンドルシャフト７３の外周に形成された周溝７３ａに嵌合され、前記突出部９４ｂが第１検出リング８１の内周に挿入されることで、径方向に縮小された状態に保持される。その第１検出リング８１の軸方向一方への移動は、そのブッシュ９４を介し前記周溝周溝７３ａの一端面７３ａ′により阻止される。これにより、第１検出リング８１の軸方向の位置決めがなされる。
【００２１】
図５〜図８に示すように、その第１コラム２ａはアッパーブラケット１１を介し車体側部材４５に取り付けられている。そのアッパーブラケット１１は、第１コラム２ａに溶接され、一対の側壁１１ａ、１１ｂと、各側壁１１ａ、１１ｂの一端を連結する連結壁１１ｃと、各側壁１１ａ、１１ｂの他端から第１コラム２ａの径方向外方に延出する支持部１１ｄ、１１ｅとを有する。
各支持部１１ｄ、１１ｅに、ステアリングホイール側において開口する切欠１１ｄ′、１１ｅ′が形成され、各切欠１１ｄ′、１１ｅ′に連結部材２０、２１が挿入されている。すなわち、各連結部材２０、２１に、コラム軸方向に沿う一対の溝２０ａ′、２０ｂ′、２１ａ′、２１ｂ′が形成され、各溝２０ａ′、２０ｂ′、２１ａ′、２１ｂ′に、支持部１１ｄ、１１ｅの切欠１１ｄ′、１１ｅ′の周縁に沿う部分がコラムの長手方向に沿って相対移動可能に挿入されている。
その支持部１１ｄ、１１ｅの切欠１１ｄ′、１１ｅ′の周縁に沿う部分に複数の通孔が形成され、この通孔に連通する通孔が連結部材２０、２１に形成され、両通孔に樹脂６１が充填されている。また、車体側部材４５に植え込まれたネジ軸４０が、連結部材２０、２１のボルト通孔３５に挿通され、そのネジ軸４０にねじ合わされるナット４１と車体側部材４５とで連結部材２０、２１が挟み込まれる。なお、ボルト通孔３５はコラム軸方向が長手方向の長孔とされ、製作誤差による各部材相互の位置ずれに対応可能とされている。
これにより、衝撃の作用時に樹脂６１が剪断されると、アッパーブラケット１１と連結部材２０、２１とはコラムの長手方向に沿い相対移動する。また、その相対移動距離が大きくなるとアッパーブラケット１１は連結部材２０、２１から抜け出し、アッパーブラケット１１を介する第１コラム２ａと車体側部材４５との連結は解除される。
【００２２】
図１、図６に示すように、その第２コラム２ｂ側はロアブラケット４６を介し車体側部材４５に取り付けられている。そのロアブラケット４６は一枚の鋼板から形成され、コラム軸方向に対し直角に配置される第１板状部４６ａと、コラム軸方向に対し傾斜して配置される第２板状部４６ｂと、コラム軸方向に対し平行に配置される第３板状部４６ｃおよび第４板状部４６ｄを有する。その第１板状部４６ａはセンサハウジング７１にボルトによって連結される。
その第３板状部４６ｃと第４板状部４６ｄとに反ステアリングホイール側が開放された切欠４７ｃ、４７ｄが形成され、各切欠４７ｃ、４７ｄに車体側部材４５に植え込まれたネジ軸５５が挿通される。このネジ軸５５にねじ合わされるナット５６と車体側部材４５とによって第３板状部４６ｃと第４板状部４６ｄとが挟み込まれる。
【００２３】
上記構成において、車両と車両前方の障害物とが衝突（１次衝突）し、次に、車両の運転者がステアリングホイールに衝突（２次衝突）した場合、衝撃エネルギーは以下のようにして吸収される。
まず、第１ハンドルシャフト５と第２ハンドルシャフト７とを連結する樹脂６０が剪断され、アッパーブラケット１１と連結部材２０、２１とを連結する樹脂６１が剪断され、その剪断により衝撃エネルギーが吸収される。
次に、アッパーブラケット１１が連結部材２０、２１に対し相対移動し、第１コラム２ａが第２コラム２ｂに対し相対移動し、その相対移動部材間の摩擦により衝撃エネルギーが吸収される。
次に、図９に示すように、アッパーブラケット１１と車体側部材４５との接続が解除され、ロアブラケット４６が塑性変形し、その塑性変形により衝撃エネルギーが吸収される。
【００２４】
上記構成によれば、センサハウジング７１の内周により第２コラム２ｂの外周が支持され、その第２コラム２ｂの内周により第３ハンドルシャフト７３の外周がブッシュ９４を介し支持されるので、その第２コラム２ｂはブッシュ９４と重なる位置までセンサハウジング７１内に挿入できる。これに対し、従来のように第２コラム１０３の内周がトルクセンサ１０５のハウジング１０５ａの外周により支持されていると、その第２コラム１０３とハンドルシャフト１０４ｃを支持するベアリング１１０とは軸方向に離れて配置されることになる。すなわち、従来のように軸方向に離れた第２コラム１０３とベアリング１１０とを個別にハウジング１０５ａにより支持するのに比べ、上記構成によれば第２コラム２ｂとブッシュ９４とは重なるのでセンサハウジング７１の軸方向寸法を短くできる。そのセンサハウジング７１の軸方向寸法を短くできることにより、車体の寸法が制限されていてもセンサハウジング７１に第１コラム２ａが衝突するまでの距離Ｌ′を長くし、第１コラム２ａと第２コラム２ｂとの軸方向相対移動量を大きくして衝撃エネルギーの吸収量を多くし、しかも組み立てや加工が簡単になりコストを低減できる。
【００２５】
そのブッシュ９４は割り溝９４ａを有すると共に径方向に弾性的に拡大縮小可能なので、第３ハンドルシャフト７３の外周の周溝７３ａに容易に嵌合できる。そのブッシュ９４の突出部９４ｂを第１検出リング８１の内周に挿入するだけで、そのブッシュ９４を径方向に縮小した状態に保持できるので、組み立て作業が容易になる。その第１検出リング８１の軸方向一方への移動を、そのブッシュ９４を介し前記周溝７３ａの一端面７３ａ′により阻止することで、その第１検出リング８１の第３ハンドルシャフト７３に対する軸方向に関する位置決めを行なえ、これによっても組み立て作業が容易になる。さらに、その第３ハンドルシャフト７３を従来のようなベアリング１１０でなくブッシュ９４により支持することで、コストを低減できる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施例に限定されない。例えば、上記実施例のトルクセンサに代えて従来例で示したトルクセンサ１０５を用い、その第３検出リング１１８の内周にブッシュの突出部を挿入するようにしてもよい。また、支持部材としてブッシュに代えてニードルベアリングを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のステアリング装置の断面図
【図２】そのステアリング装置の部分断面図
【図３】そのステアリング装置の主要部品の断面図
【図４】本発明の実施例のブッシュの（１）は正面図、（２）は断面図
【図５】そのステアリング装置の部分断面図
【図６】そのステアリング装置の平面図
【図７】図６のＶＩＩ‐ＶＩＩ線断面図
【図８】図５のＶＩＩＩ‐ＶＩＩＩ線断面図
【図９】そのステアリング装置の衝突後の側面図
【図１０】従来のステアリング装置の断面図
【図１１】従来のトルクセンサの回路図
【符号の説明】
２ａ  第１コラム
２ｂ  第２コラム
７０  トルクセンサ
７１  センサハウジング
７３  第３ハンドルシャフト
７３ａ  周溝
８１  第１検出リング
９４  ブッシュ（支持部材）
９４ａ  割り溝
９４ｂ  突出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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