(57)【要約】【課題】出力軸に対するトーションバーの挿入を容易にするとともに、トルクセンサ不良が少ない電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】入力軸３０と、入力軸３０に一端が回転連結されたトーションバー３１と、トーションバー３１の他端に回転連結された出力軸３２と、入力軸３０および出力軸３２間の相対回転から操舵トルクを検出するトルクセンサ５０と、入力軸３０および出力軸３２を回転可能に支持するハウジング１０とを備えた電動パワーステアリング装置において、出力軸３２の内周にトーションバー３１の他端外周を隙間嵌合させ、隙間嵌合した部分の隙間を埋めるべく、出力軸３２の内周およびトーションバー３１の外周間にリング状の弾性部材３９を介挿し、出力軸３２およびトーションバー３１は、出力軸３２の径方向に配置された連結ピンを介して回転連結した。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの他端に一端が回転連結された入力軸と、前記入力軸に一端が回転連結されたトーションバーと、前記トーションバーの他端に回転連結された出力軸と、前記入力軸および前記出力軸間の相対回転から操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングシャフトを回転可能に支持するステアリングチューブと、前記ステアリングチューブの他端に固定され、前記入力軸および前記出力軸を回転可能に支持するハウジングとを備えた電動パワーステアリング装置において、前記出力軸の内周に前記トーションバーの他端外周を隙間嵌合させ、前記隙間嵌合した部分の隙間を埋めるべく、前記出力軸の内周および前記トーションバーの外周間にリング状の弾性部材を介挿し、前記出力軸および前記トーションバーは、前記出力軸の径方向に配置された連結ピンを介して回転連結したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸および出力軸をトーションバーを介して回転連結した電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置として、例えば特許文献１に示すようなものがあり、ステアリングシャフトが回転連結された入力軸と、入力軸に一端が回転連結されたトーションバーと、トーションバーの他端に回転連結された出力軸と、入力軸および出力軸間の相対回転から操舵トルクを検出するトルクセンサと、入力軸および出力軸を回転可能に支持するハウジングとを備え、出力軸の内周にトーションバーの他端外周を嵌合させ、出力軸およびトーションバーは、出力軸の径方向に配置された連結ピンを介して回転連結していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−８０９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
出力軸およびトーションバーを同軸に配置するために、出力軸およびトーションバー間の隙間が余り無く、これによって出力軸にトーションバーを挿入するのに難儀していた。しかも、出力軸に対するトーションバーの軸方向の位置を合わせるのが難しく、トルクセンサの部品間でずれが発生し、トルクセンサ不良が発生しやすかった。本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、出力軸に対するトーションバーの挿入を容易にするとともに、トルクセンサ不良が少ない電動パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、ステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの他端に一端が回転連結された入力軸と、前記入力軸に一端が回転連結されたトーションバーと、前記トーションバーの他端に回転連結された出力軸と、前記入力軸および前記出力軸間の相対回転から操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングシャフトを回転可能に支持するステアリングチューブと、前記ステアリングチューブの他端に固定され、前記入力軸および前記出力軸を回転可能に支持するハウジングとを備えた電動パワーステアリング装置において、前記出力軸の内周に前記トーションバーの他端外周を隙間嵌合させ、前記隙間嵌合した部分の隙間を埋めるべく、前記出力軸の内周および前記トーションバーの外周間にリング状の弾性部材を介挿し、前記出力軸および前記トーションバーは、前記出力軸の径方向に配置された連結ピンを介して回転連結したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、出力軸の内周およびトーションバーの他端外周間の隙間を大きくし、出力軸の内周に弾性部材のみを接触させたので、出力軸にトーションバーを挿入しやすくなり、トルクセンサの部品間でずれが発生しにくくなったので、トルクセンサ不良の少ない電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態における電動パワーステアリング装置の出力軸の軸線を含む断面図。
【図２】本発明の一実施形態における図１の要部拡大断面図。
【図３】本発明の一実施形態における図１のＡ−Ａ線断面図。
【図４】本発明の一実施形態における図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】本発明の一実施形態における図１のＣ−Ｃ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の一実施形態を、図１乃至図５にもとづいて説明する。
【０００９】
図１に示すように電動パワーステアリング装置は、ステアリングチューブと、ステアリングチューブに回転可能に支持されたステアリングシャフトと、ステアリングチューブの他端に嵌合固定されたハウジング１０と、ハウジング１０に回転可能に軸承された入力軸３０と、ハウジング１０に回転可能に軸承された出力軸３２と、一端が入力軸３０に回転連結され、他端が出力軸３２に回転連結されたトーションバー３１と、入力軸３０および出力軸３２の相対回転から操舵トルクを検出するトルクセンサ５０と、出力軸３２の外周に嵌合固定されたウォームホイール４０と、ウォームホイール４０と噛合するウォーム４３と、ウォーム４３を回転駆動する駆動モータ１５とを有する。
【００１０】
ステアリングシャフトの一端には図略のハンドルが回転連結され、出力軸３２の他端には図略のインターミディエイトシャフトが回転連結されている。電動パワーステアリング装置は、ハンドルの回転をインターミディエイトシャフトに伝える機能を有するとともに、駆動モータ１５でパワーアシストする機能を有する。
【００１１】
ステアリングチューブは、円筒形状のアッパーチューブ２０と、円筒形状のロアチューブ２１と、アッパーチューブ２０の内周に設けられた樹脂シート２２からなっている。アッパーチューブ２０は、ロアチューブ２１より大径で、アッパーチューブ２０は、樹脂シート２２を介してロアチューブ２１に対し軸方向に進退可能に嵌合されている。ロアチューブ２１の他端は、ハウジング１０に嵌合固定されている。アッパーチューブ２０はアッパー側支持機構を介して図略の車両にテレスコ及びチルト可能に支持されている。
【００１２】
アッパー側支持機構は、車両に固定される取り付けブラケット２３と、取り付けブラケット２３に固定された断面コの字形状の上側ブラケット２４と、アッパーチューブ２０に固定された断面コの字形状の下側ブラケット２７と、下側ブラケット２７に回転支持された回転軸２８と、回転軸２８に取り付けられた偏心カム２９とを備えている。回転軸２８は、上側ブラケット２４を下側ブラケット２７に圧接する図略の一対の挟持部材を備えている。上側ブラケット２４に対して下側ブラケット２７をチルトさせた後、一対の挟持部材によってロックすることができるようになっている。ロアチューブ２１に対してアッパーチューブ２０をテレスコさせた後、偏心カム２９によってロックすることができるようになっている。
【００１３】
ステアリングチューブには、図略の第１転がり軸受およびニードル軸受６５を介してステアリングシャフトが回転可能に軸承されている。ステアリングシャフトは、アッパーチューブ２０に第１転がり軸受を介して回転可能に軸承されるアッパーシャフト２５と、ロアチューブ２１に遊嵌されるロアシャフト２６とからなっている。ロアシャフト２６の一端外周はアッパーシャフト２５の他端内周にスプライン嵌合され、ロアシャフト２６は、アッパーシャフト２５に対し軸方向に進退可能にかつ回転伝達可能になっている。アッパーシャフト２５の一端には運転手が操作する図略のハンドルが連結され、ロアシャフト２６の他端は入力軸３０に嵌合固定されている。
【００１４】
ハウジング１０は、鋳物で作られ、センサハウジング１１と、センサハウジング１１にねじ部品１７を介して連結されたギヤハウジング１２とからなっている。ギヤハウジング１２は、二股形状の支持ブラケット１３と、円盤形状のモータブラケット１４と、円周２箇所で外径方向に突出した第１取り付けブラケットとを有する。支持ブラケット１３は図略のロア側支持機構を介して図略の車両に旋回可能に支持される。モータブラケット１４には、取り付けボルト１６を介して駆動モータ１５が取り付けられ、円周２箇所で外径方向に突出した第２取り付けブラケットを有する（図３）。ねじ部品１７を第１取り付けブラケットに挿通し、第２取り付けブラケットのねじ穴にねじ部品１７を螺合させることによってギヤハウジング１２にセンサハウジング１１が固定されている。
【００１５】
ハウジング１０には、ウォームホイール４０およびウォーム４３を回転可能に収容する内部空間１０ａが形成されている。
【００１６】
ハウジング１０に入力軸３０と出力軸３２が、互いに軸方向にずらして同軸回りに回転可能に軸承されている。入力軸３０は、ニードル軸受６５を介してセンサハウジング１１に回転可能に軸承され、樹脂製滑り軸受３６を介して出力軸３２に回転可能に軸承されている。出力軸３２は、第２転がり軸受７０を介してセンサハウジング１１に回転可能に軸承され、第３転がり軸受７５を介してギヤハウジング１２に回転可能に軸承されている。
【００１７】
第２転がり軸受７０は、転動体として玉を用いた玉軸受である。センサハウジング１１の内周には、第２転がり軸受７０の第２外輪が隙間嵌めで嵌合されている。出力軸３２の一端外周には、第２転がり軸受７０の第２内輪が締まり嵌めで嵌合されている。出力軸３２の第１段面には、第２内輪７２の他端面が当接している。
【００１８】
第３転がり軸受７５は、転動体として玉を用いた玉軸受である。ギヤハウジング１２の内周には、円筒形状の第３嵌合面が形成され、第３嵌合面の他端側で内径方向に延びる第２段面が形成されている。第３嵌合面には、第３転がり軸受７５の第３外輪が締まり嵌めで嵌合されている。第２段面には、第３外輪の他端面が当接している。第３外輪の一端面に当接する止め輪３７は、ギヤハウジング１２に形成された環状溝に嵌め込まれている。第２段面および止め輪３７によって、ギヤハウジング１２に対する第３外輪の軸方向の抜けを防止できる。
【００１９】
出力軸３２の中央外周には、円筒形状の第４嵌合面が形成され、第４嵌合面の一端側で外径方向に延びる第３段面が形成されている。第４嵌合面には、第３内輪７７が締まり嵌めで嵌合されている。第４段面には、第３内輪の一端面が当接している。第３内輪の他端面に当接する止めナット３８は、出力軸３２の外周に螺合されている。第４段面および止めナット３８によって、出力軸３２に対する第３内輪の軸方向の抜けを防止できる。
【００２０】
トーションバー３１は、一端に大径の第１大径部３１ｅが形成され、他端に大径の第２大径部３１ｃが形成され、中間に小径の小径部３１ｄが形成されている。第１大径部３１ｅは、第２大径部３１ｃと比べて数百ミクロン程度外径が大きい（図２）。小径部３１ｄは、第１大径部３１ｅおよび第２大径部３１ｃに比べて外径が小さい。第２大径部３１ｃの外周には、断面四角形状の環状溝３１ｂが形成され、環状溝３１ｂにＯリング３９が嵌め込まれている。環状溝３１ｂにＯリング３９が嵌め込まれた状態では、Ｏリング３９の最大外径は第２嵌合面３２ｂより数百ミクロン程度大きい。Ｏリング３９は、ゴムからなり、内径方向に圧縮変形可能な弾性部材である。
【００２１】
入力軸３０の一端内周には、トーションバー３１の第１大径部３１ｅに比べて約１００ミクロン小径の第１嵌合面３０ａが形成されている。よって、第１嵌合面３０ａには第１大径部３１ｅが約５０ミクロンのシメシロでもって圧入嵌合されている。
【００２２】
出力軸３２の内周には、一端から順に、挿通面３２ｅ、摺動面３２ｄ、段面、第２嵌合面３２ｂが形成され、挿通面３２ｅ、摺動面３２ｄ、第２嵌合面３２ｂの順に内径が小さくなっている（図４）。第２嵌合面３２ｂは、トーションバー３１の第２大径部３１ｃと比べて約１００ミクロン内径が大きい。よって、第２嵌合面３２ｂには第２大径部３１ｃが約５０ミクロンの隙間でもって隙間嵌合され、第２嵌合面３２ｂにはＯリング３９が数百ミクロンの半分程度のシメシロでもって圧入嵌合されている。Ｏリング３９を数百ミクロンの半分程度のシメシロでもって圧縮すると、Ｏリング３９は剛体に近い状態となり、数ミクロン程度弾性変形しない。段面の挿通面３２ｅ側で内径側に面取り３２ｃが形成され、面取り３２ｃの最大径は、Ｏリング３９の最大外径より大きい。
【００２３】
図１に示すように出力軸３２の他端およびトーションバー３１の他端には、出力軸３２にトーションバー３１を嵌合させた状態で第１嵌合穴３２ａおよび第２嵌合穴３１ａが共穴加工され、第１嵌合穴３２ａおよび第２嵌合穴３１ａに連結ピン３３が圧入嵌合され、出力軸３２およびトーションバー３１は、連結ピン３３を介して回転連結されている。
【００２４】
トルクセンサ５０は、入力軸３０の外周に圧入嵌合された樹脂製のカラー５５と、カラー５５に保持されたマグネット５４と、出力軸３２の外周に圧入嵌合された鉄製のカラー５３と、カラー５３に圧入嵌合された樹脂製の中継部材５２と、センサハウジング１１に設けられた集中部材５１とからなっている。中継部材５２には、一対のコアが埋設され、集中部材５１には、一対の集中リングが埋設されている。入力軸３０および出力軸３２間の相対回転量を、マグネット５４の磁力が一対のコアを介して一対の集中リングで捉えられることによって検出している。入力軸３０および出力軸３２間の相対回転量の増加につれて、トーションバー３１の捩れトルクが増加するので、トルクセンサ５０によって操舵トルクを検出することができる。
【００２５】
図１および図５に示すように出力軸３２にはウォームホイール４０が嵌合固定され、このウォームホイール４０にウォーム４３が噛合している。ウォーム４３は、一対の転がり軸受４４、４５を介してギヤハウジング１２に回転可能に軸承されている。ウォーム４３は、駆動モータ１５の駆動軸が回転連結され、駆動モータ１５の回転がウォーム４３、ウォームホイール４０を介して出力軸３２に伝えられるようになっている。ウォーム４３および駆動軸間にカップリング４６が設けられている。駆動モータ１５の回転力は、トルクセンサ５０で検出された操舵トルクの増加に応じて増加するようになっている。
【００２６】
支持ブラケット１３は図略のロア側支持機構を介して図略の車両に旋回可能に支持される。アッパーチューブ２０はアッパー側支持機構を介して図略の車両にテレスコ及びチルト可能に支持されている。
【００２７】
次に上述した構成にもとづいて、入力軸３０および出力軸３２の組付け動作を説明する。
【００２８】
図１に示すように出力軸３２の外周に、ウォームホイール４０が締まり嵌めで嵌合される。出力軸３２の第２嵌合面に第２転がり軸受７０の第２内輪が締まり嵌めで嵌合され、第１段面には第２内輪の他端面が当接する。さらに、出力軸３２の第２嵌合面に、樹脂製の中継部材５２を保持したカラー５３が圧入嵌合される。出力軸３２の一端内周に、樹脂製滑り軸受３６の外周が嵌め込まれる。こうして、ウォームホイール４０、第２転がり軸受７０、中継部材５２、樹脂製滑り軸受３６を取り付けた出力軸３２の組付け品が作られる。
【００２９】
ギヤハウジング１２の第３嵌合面に第３転がり軸受７５の第３外輪が締まり嵌めで嵌合され、第２段面に第３外輪の他端面が当接する。ギヤハウジング１２の環状溝に止め輪３７が嵌め込まれ、止め輪３７に第３外輪の一端面が当接する。第２段面および止め輪３７によって、ギヤハウジング１２に対する第３外輪の軸方向の抜けを防止できる。ギヤハウジング１２にウォーム４３を挿入し、ギヤハウジング１２の内周およびウォーム４３の両端外周間に一対の転がり軸受４４、４５を挿入し、転がり軸受４４を押さえリング４７によってギヤハウジング１２に固定する。こうして、ウォーム４３および第３転がり軸受７５を取り付けたギヤハウジング１２の組付け品が作られる。
【００３０】
ギヤハウジング１２の組付け品に、出力軸３２の組付け品を組付ける。ウォーム４３にウォームホイール４０を噛合させながら、出力軸３２の第４嵌合面に、第３転がり軸受７５の第３内輪が締まり嵌めで嵌合され、第４段面に第３内輪の一端面が当接する。出力軸３２の外周に止めナット３８が螺合され、止めナット３８に第３内輪の他端面が当接する。第４段面および止めナット３８によって、出力軸３２に対する第３内輪７７の軸方向の抜けを防止できる。こうして、出力軸３２の組付け品を取り付けたギヤハウジング１２の大組付け品が作られる。
【００３１】
入力軸３０の外周にマグネット５４を保持したカラー５５が圧入嵌合される。入力軸３０の一端よりトーションバー３１の他端を挿入し、入力軸３０の第１嵌合面３０ａにトーションバー３１の第１大径部３１ｅが約５０ミクロンのシメシロでもって圧入嵌合される。こうして、トーションバー３１、マグネット５４を取り付けた入力軸３０の組付け品が作られる。
【００３２】
センサハウジング１１の内周に、ニードル軸受６５の外周が締まり嵌めで嵌合される。こうして、ニードル軸受６５を取り付けたセンサハウジング１１の組付け品が作られる。
【００３３】
ギヤハウジング１２の大組付け品に、入力軸３０の組付け品を組付ける。出力軸３２の一端よりトーションバー３１の他端を挿入する。この過程で、トーションバー３１の第２大径部３１ｃは、挿通面３２ｅ、摺動面３２ｄに何も抵抗なく挿通され、さらに第２大径部３１ｃの一部が出力軸３２の第２嵌合面３２ｂに約５０ミクロンの隙間でもって隙間嵌合される。約５０ミクロンの隙間をもった隙間嵌合であるので、第２大径部３１ｃを第２嵌合面３２ｂにスムーズに嵌合させることができる。出力軸３２にトーションバー３１をさらに挿入すると、面取り３２ｃにＯリング３９が当接し、Ｏリング３９が内径方向に圧縮され、第２大径部３１ｃにＯリング３９が数百ミクロンの半分程度のシメシロでもって圧入嵌合される。Ｏリング３９のみが第２嵌合面３２ｂに当接するので、傾きによるコジリが発生しにくい。出力軸３２にトーションバー３１を挿入する過程で、入力軸３０の他端外周が、樹脂製滑り軸受３６の内周に嵌合される。
【００３４】
出力軸３２の他端およびトーションバー３１の他端には、出力軸３２にトーションバー３１を嵌合させた状態で第１嵌合穴３２ａおよび第２嵌合穴３１ａが共穴加工される。第１嵌合穴３２ａおよび第２嵌合穴３１ａに連結ピン３３が圧入嵌合され、出力軸３２およびトーションバー３１は、連結ピン３３を介して回転連結される。第２大径部３１ｃにＯリング３９が数百ミクロンの半分程度のシメシロでもって圧入嵌合され、数百ミクロンの半分程度のシメシロによってＯリング３９は剛体に近い状態となるため、第２嵌合穴３１ａに連結ピン３３を圧入してもＯリング３９の数ミクロン程度弾性変形範囲でしか出力軸３２に対しトーションバー３１は径方向に変位しない。トーションバー３１の捩じりの特性を損なうことが無い。こうして、入力軸３０の組付け品を取り付けたギヤハウジング１２の大々組付け品が作られる。
【００３５】
ギヤハウジング１２の大々組付け品に、センサハウジング１１の組付け品を取付ける。第２転がり軸受７０の第２外輪の外周がセンサハウジング１１の内周に隙間嵌めで嵌合され、入力軸３０の外周がニードル軸受６５のニードルに隙間嵌めで嵌合され、ギヤハウジング１２の一部にセンサハウジング１１が隙間嵌めで嵌合された状態で、ねじ部品１７をセンサハウジング１１に挿通するとともにギヤハウジング１２のねじ穴に螺合させる。こうして、図１に示すように中継部材５２の内周側にマグネット５４が配置されるとともに、センサハウジング１１およびギヤハウジング１２が一体化され、ハウジング１０が構成される。
【００３６】
続いて、電動パワーステアリング装置の使用状況を説明する。
【００３７】
図略のハンドルが操作されると、図１に示すようにアッパーシャフト２５が回転し、アッパーシャフト２５の回転は、ロアシャフト２６、入力軸３０、トーションバー３１、出力軸３２を介して図略のインターミディエイトシャフトに伝えられる。路面抵抗は、インターミディエイトシャフトを介して出力軸３２に伝えられる。ハンドルの操作と路面抵抗によって、トーションバー３１が捩られ、入力軸３０および出力軸３２間に相対回転が発生し、相対回転量、すなわち操舵トルクがトルクセンサ５０によって検出される。
【００３８】
トルクセンサ５０の信号は図略の制御装置に入力され、操舵トルクに応じた出力信号が制御装置から駆動モータ１５に印加される。駆動モータ１５の回転は、ウォーム４３、ウォームホイール４０を介して出力軸３２に伝えられる。駆動モータ１５は、操舵トルクに応じた回転力を発生し、ハンドル操作をパワーアシストする。
【００３９】
本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４０】
１０：ハウジング、２５：アッパーシャフト（ステアリングシャフト）、２６：ロアシャフト（ステアリングシャフト）、３０：入力軸、３１：トーションバー、３１ｂ：環状溝、３１ｃ：第２大径部、３２：出力軸、３２ｂ：第２嵌合面、３３：連結ピン、３９：Ｏリング（弾性部材）、５０：トルクセンサ
【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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