(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操作により回転するステアリングシャフトと、
そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクを検出するトルクセンサと、
その検出トルクに応じて駆動される操舵補助力発生用電動アクチュエータと、
そのアクチュエータの回転を前記ステアリングシャフトに伝達する減速ギヤ機構とを備え、
その減速ギヤ機構は、そのステアリングシャフト側に取り付けられる従動側ギヤと、この従動側ギヤに噛み合う原動側ギヤとを有し、
前記トルクセンサは、前記ステアリングホイールと前記従動側ギヤとの間に配置される電動パワーステアリング装置において、
前記ステアリングホイールと前記トルクセンサとの間において前記ステアリングシャフトを覆う部分と、そのトルクセンサを覆う部分とを有するハウジングが設けられ、
そのハウジングは、単一のスチール製パイプを塑性変形させることで成形され、
前記ハウジングにより前記従動側ギヤが覆われ、
その従動側ギヤよりも反ステアリングホイール側において前記ステアリングシャフトを覆うと共に、前記原動側ギヤを覆う第２ハウジングが設けられ、
その第２ハウジングは前記ハウジングの反ステアリングホイール側に一体化されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記ハウジングの内径は、反ステアリングホイール側端部ではステアリングホイール側端部よりも大きくされ、
前記ステアリングシャフトは、前記ハウジングによりベアリングを介して支持され、そのベアリング、前記従動ギヤが取り付けられた前記ステアリングシャフト、および前記トルクセンサは、そのハウジングに反ステアリングホイール側から挿入可能とされている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記ハウジングに溶接されると共に車体側に連結されるスチール製連結部材が設けられている請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングシャフトにより伝達される操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクに応じた操舵補助力を電動アクチュエータにより付与する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールの操作により回転するステアリングシャフトと、そのステアリングシャフトの外周を囲むように配置されると共に、そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクを検出するトルクセンサと、その検出トルクに応じた操舵補助力の発生用電動アクチュエータと、そのアクチュエータの回転をステアリングシャフトに伝達する減速ギヤ機構とを備える電動パワーステアリング装置が従来から用いられている。その減速ギヤ機構は、ステアリングシャフト側に取り付けられる従動側ギヤと、この従動側ギヤに噛み合う原動側ギヤとを有し、そのトルクセンサはステアリングホイールと従動側ギヤとの間に配置されている。
【０００３】
従来、ステアリングホイールとトルクセンサとの間においてステアリングシャフトを覆うコラムと、そのトルクセンサを覆うセンサハウジングと、その減速ギヤ機構を覆うギヤハウジングと、従動側ギヤよりも反ステアリングホイール側においてステアリングシャフトを覆うエンドカバーとが設けられている。そのコラムはセンサハウジングに形成された開口部に圧入されている。そのセンサハウジング、ギヤハウジング、エンドカバーは軽量化のためにアルミ鋳物製とされ、ギヤハウジングはセンサハウジングの反ステアリングホイール側にボルトによって連結され、そのエンドカバーはギヤハウジングの反ステアリングホイール側にボルトによって連結されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では部品点数が多く、コラムのセンサハウジングへの圧入工程が必要であるため製造工程が複雑化し、その圧入部におけるセンサハウジングの肉厚増加により装置が大型化するという問題がある。また、センサハウジング、ギヤハウジング、エンドカバーを互いにボルトにより連結する場合、ボルト等の部品やタップ加工、ボルト締め付け工程が必要になるため、部品点数が多く、製造工程が複雑化する。さらに、センサハウジング、ギヤハウジング、エンドカバーをアルミ鋳物製とする場合、寸法公差が大きいために鋳造成形後の後加工が多く、また、車体との連結用ブラケットを固定するのにボルト等が必要となる。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決することのできる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ステアリングホイールの操作により回転するステアリングシャフトと、そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクを検出するトルクセンサと、その検出トルクに応じて駆動される操舵補助力発生用電動アクチュエータと、そのアクチュエータの回転を前記ステアリングシャフトに伝達する減速ギヤ機構とを備え、その減速ギヤ機構は、そのステアリングシャフト側に取り付けられる従動側ギヤと、この従動側ギヤに噛み合う原動側ギヤとを有し、前記トルクセンサは、前記ステアリングホイールと前記従動側ギヤとの間に配置される電動パワーステアリング装置において、前記ステアリングホイールと前記トルクセンサとの間において前記ステアリングシャフトを覆う部分と、そのトルクセンサを覆う部分とを有するハウジングが設けられ、そのハウジングは、単一のスチール製パイプを塑性変形させることで成形されている構成を備える。
本発明の構成によれば、単一のスチール製パイプを塑性変形させることで成形されるハウジングにより、ステアリングシャフトだけでなくトルクセンサを覆うので、部品点数を低減でき、従来のようなコラムのセンサハウジングへの圧入工程が不要になるため製造工程が簡単化され、圧入のための肉厚増加がないので装置を小型化して省スペース化を図ることができる。また、スチール製パイプを塑性変形させることで成形されるハウジングは鋳物に比べて寸法公差を小さくできるため、塑性変形による成形後の後加工の必要性を小さくでき、例えば後加工領域をベアリングとの嵌合部のみにできる。
【０００７】
本発明においては、より部品点数を低減し、製造工程を簡単化するため、前記ハウジングにより前記従動側ギヤが覆われ、その従動側ギヤよりも反ステアリングホイール側において前記ステアリングシャフトを覆うと共に、前記原動側ギヤを覆う第２ハウジングが設けられ、その第２ハウジングは前記ハウジングの反ステアリングホイール側に一体化されている構成を備える。
【０００８】
本発明において、前記ハウジングの内径は、反ステアリングホイール側端部ではステアリングホイール側端部よりも大きくされ、前記ステアリングシャフトは、前記ハウジングによりベアリングを介して支持され、そのベアリング、前記従動ギヤが取り付けられた前記ステアリングシャフト、および前記トルクセンサは、そのハウジングに反ステアリングホイール側から挿入可能とされているのが好ましい。
これにより、組み立て工程においてハウジングに対するベアリング、従動ギヤ、ステアリングシャフト、トルクセンサの組み付けを、そのハウジングの反ステアリングホイール側から行える。すなわち、組み立て作業をハウジングの一方向側からのみ行えるので、作業能率を向上できる。
【０００９】
本発明において、前記ハウジングに溶接されると共に車体側に連結されるスチール製連結部材が設けられているのが好ましい。
これにより、連結部材をハウジングに固定するためのボルト等が不要になるので部品点数を低減し、製造工程を簡単化することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図６に示す第１実施形態の衝撃吸収式電動パワーステアリング装置１は、筒状のコラム２と、ハウジング３と、そのコラム２とハウジング３とに挿入されるステアリングシャフト５とを備える。そのハウジング３のステアリングホイール（図示省略）側部分は筒状部３ａとされ、その筒状部３ａにコラム２が嵌め合わされている。そのコラム２と筒状部３ａ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。
【００１１】
その筒状部３ａはコラム２に、車両のドライバーとステアリングホイールとの衝突による衝撃の作用時に、そのコラム２に対して軸方向相対移動するように嵌め合わされ、その筒状部３ａとコラム２とが互いとの間の摩擦に抗して軸方向相対移動することで衝撃エネルギーが吸収される。本実施形態では、コラム２の外周の一部がかしめ部２ａとされ、そのかしめ部２ａが筒状部３ａの外周に押し付けられることで、その軸方向相対移動を阻止する摩擦力が作用するものとされている。
【００１２】
そのステアリングシャフト５の一端側（図４、図５の上端側）にステアリングホイールが接続され、他端側（図１、図２の下端側）にラックピニオン式等の図外ステアリングギヤを介して車輪（図示省略）が接続される。そのステアリングホイールの操作によりステアリングシャフト５が回転し、その回転がステアリングギヤを介して車輪に伝達されることで舵角が変化する。
【００１３】
そのステアリングシャフト５は、筒状の第１シャフト部５ａと、この第１シャフト部５ａに相対回転不能に嵌め合わされる第２シャフト部５ｂと、この第２シャフト部５ｂにブッシュ４を介して嵌め合わされる第３シャフト部５ｃとから構成されている。その第１シャフト部５ａの内周と第２シャフト部５ｂの外周とが例えば非円形とされることで、両シャフト部５ａ、５ｂは軸中心に相対回転不能かつ軸方向相対移動可能とされている。その第２シャフト部５ｂと第３シャフト部５ｃにトーションバー６が挿入され、そのトーションバー６の一端はピン１１ａを介して第２シャフト部５ｂに連結され、他端はセレーション１１ｂを介して第３シャフト部５ｃに連結され、これにより両シャフト部５ｂ、５ｃは軸中心に弾性的に相対回転可能とされている。
【００１４】
その第１シャフト部５ａはベアリング７を介してコラム２により支持され、第２シャフト部５ｂはベアリング８を介してハウジング３により支持され、第３シャフト部５ｃはベアリング９を介してハウジング３により支持されると共にベアリング１０を介して後述のエンドカバー６９より支持されている。その第１シャフト部５ａとコラム２とベアリング７とは、衝撃作用時に軸方向同行移動可能に連結されている。これにより、衝撃作用時にコラム２は筒状部３ａに対して軸方向相対移動し、第１シャフト部５ａは第２シャフト部５ｂに対して軸方向相対移動する。その筒状部３ａとコラム２とが互いとの間の摩擦に抗して軸方向相対移動することで衝撃エネルギーが吸収される。
【００１５】
図１に示すように、そのステアリングシャフト５により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ２０が、そのステアリングシャフト５の外周を囲むように配置されている。そのトルクセンサ２０は上記ハウジング３の反ステアリングホイール側部分３ｂにより覆われる。
【００１６】
そのトルクセンサ２０は、第３シャフト部５ｃの外周に固定される磁性材製の第１検出リング２１、第２シャフト部５ｂの外周に固定される磁性材製の第２検出リング２２および第３検出リング２３、そのハウジング３により保持される第１検出コイル２５および第２検出コイル２７を有する。その第１検出リング２１の一端部と第２検出リング２２の一端部とは第１検出コイル２５により覆われ、各端部それぞれに周方向に沿って複数の歯２１ａ、２２ａが形成される。その第２検出リング２２の他端部と第３検出リング２３の一端部とは第２検出コイル２７により覆われ、第３検出リング２３の一端部に周方向に沿って複数の歯２３ａが形成されるが、第２検出リング２２の他端部は平坦とされて歯は形成されない。その第１検出リング２１と第２検出リング２２の歯２１ａ、２２ａの対向部分の面積は、ステアリングシャフト５の伝達トルクによる上記トーションバー６の捩れに基づく両検出リング２１、２２の相対回転に応じて変化する。この変化により、その歯２１ａ、２２ａの対向間において、第１検出コイル２５の発生磁束に対する磁気抵抗が変化する。その変化に応じて第１検出コイル２５の出力が変化することから、その出力に対応するトルクを検出できる。その第２検出リング２２の他端と第３検出リング２３の歯２３ａとの対向部分の面積は一定とされ、第２検出コイル２７の発生磁束に対する磁気抵抗の変化が操舵抵抗の影響を受けることがなく、温度変動による第１検出コイル２５の出力変動と第２検出コイル２７の出力変動とは互いに等しくされる。図６に示すように、第１検出コイル２５は抵抗２８を介して発振器２９に接続され、第２検出コイル２７は抵抗３０を介して発振器２９に接続されている。各コイル２５、２７は差動増幅回路３１に接続され、その差動増幅回路３１の出力値がトルクセンサ２０による検出トルクに対応するものとされる。これにより、温度変動によるトルクセンサ２０の出力変動が補償されている。
【００１７】
図１、図２に示すように、その第３シャフト部５ｃの外周にウォームホイール（従動側ギヤ）４１が同行回転するように取り付けられ、このウォームホイール４１に噛み合うウォーム（原動側ギヤ）４２が操舵補助力発生用電動モータ（アクチュエータ）４３の出力軸に取り付けられている。上記トルクセンサ２０は、そのウォームホイール４１とステアリングホイールとの間に配置される。そのモータ４３と上記トルクセンサ２０とはコントローラ４４に接続される。そのコントローラ４４がトルクセンサ２０の検出トルクに応じてモータ４３を駆動する。そのモータ４３の回転が上記ウォーム４２とウォームホイール４１とから構成される減速ギヤ機構によりステアリングシャフト５に伝達されることで、検出トルクに応じた操舵補助力が付与される。
【００１８】
上記ハウジング３は、ステアリングホイールとトルクセンサ２０との間においてステアリングシャフト５を覆う前記筒状部３ａと、前記トルクセンサ２０を覆う部分３ｂとを含め、全体が単一のスチール製パイプを塑性変形させることで成形されている。そのハウジング３は、反ステアリングホイール側端部ではステアリングホイール側端部よりも内径が大きくされ、スチール製パイプの径を拡大することで成形されている。また、そのハウジング３においてステアリングシャフト５をベアリング８、９を介して支持する内周部分は、ベアリング８、９との嵌め合い精度を確保するために塑性変形後に機械加工されている。
【００１９】
図１、図３に示すように、上記ウォームホイール４１とウォーム４２とを覆うギヤハウジング５１が設けられている。本実施形態では、そのギヤハウジング５１はアルミ鋳物製とされ、その成形に際して鋳造型内に上記ハウジング３が挿入された状態で鋳込まれることで、そのハウジング３の反ステアリングホイール側に一体化されている。なお、ギヤハウジング５１の材質や成形方法として異なるものを採用してもよく、また、ギヤハウジング５１をハウジング３にボルト等により一体化してもよい。そのギヤハウジング５１によりウォーム４２がベアリング５２、５３を介して支持されている。そのギヤハウジング５１に上記モータ４３が連結され、そのモータ４３の出力軸にウォーム４２がカップリング５４を介して連結されている。本実施形態では、そのギヤハウジング５１は上記コントローラ４４のケーシング一部４４ａと一体的に鋳造成形され、そのケーシング一部４４ａにケーシング残部４４ｂがボルト等により連結され、そのケーシングにコントローラ４４を主構成する制御回路が内蔵される。
【００２０】
そのウォームホイール４１よりも反ステアリングホイール側においてステアリングシャフト５はエンドカバー６９により覆われている。本実施形態では、そのエンドカバー６９はアルミ鋳物製とされている。そのステアリングシャフト５をハウジング３により支持するためのベアリング８、９と、ウォームホイール４１が取り付けられたステアリングシャフト５と、トルクセンサ２０は、そのハウジング３とギヤハウジング５１とに反ステアリングホイール側から挿入され、この挿入後にエンドカバー６９がベアリング１０と共にステアリングシャフト５に嵌め合わされる。次に、ステアリングシャフト５の外周にナット５５がねじ合わされ、そのナット５５によってエンドカバー６９とベアリング１０のステアリングシャフト５からの抜け止めがなされる。しかる後に、そのエンドカバー６９はギヤハウジング５１の反ステアリングホイール側にボルト６５により一体化される。これによりギヤハウジング５１の反ステアリングホイール側がエンドカバー６９により覆われる。なお、エンドカバー６９の材質や成形方法として本実施形態とは異なるものを採用してもよい。
【００２１】
図１、図２に示すように、そのハウジング３にスチール製ロアブラケット（連結部材）６１が溶接されている。そのロアブラケット６１は板材から成形され、ステアリングシャフト５の軸心を含む平面に平行な板状部分６１′を有し、その板状部分６１′に形成される一対の切欠６１ａに車体側部材に植え込まれたネジ軸６２が挿通され、そのネジ軸６２にねじ合わされる図外ナットと車体側部材とで挟み込まれることで、ロアブラケット６１は車体側に連結される。
【００２２】
図４、図５に示すように、上記コラム２はスチール製アッパーブラケット６３を介し車体側部材に連結される。そのアッパーブラケット６３は板材から成形され、コラム２に溶接により一体化され、ステアリングシャフト５の軸心を含む平面に平行な面に対して僅かに傾斜する板状部分６３′を有する。その板状部分６３′に、ステアリングホイール側において開口する一対の切欠６３ａが形成されている。そのアッパーブラケット６３の板状部分６３′に、一対の側面視略Ｕ字状の保持部材６４が取り付けられている。各保持部材６４は板金材から形成され、間隔をおいて対向する一対の挟み込み部６４ａ、６４ｂと、両挟み込み部６４ａ、６４ｂをステアリングホイール側において接続する接続部６４ｃとを有する。各保持部材６４の挟み込み部６４ａ、６４ｂの間に、アッパーブラケット６３の板状部分６３′のステアリングホイール側部分が挿入され、各切欠６３ａが接続部６４ｃに対向するように相対配置される。各保持部材６４の挟み込み部６４ａ、６４ｂに、それぞれ切欠６３ａに対向する通孔６４′が形成される。各切欠６３ａと各通孔６４′とに、車体側部材に植え込まれたネジ軸６６が挿通される。そのネジ軸６６にねじ合わされる図外ナットと車体側部材とで挟み込まれることで、各保持部材６４は車体側部材に固定される。また、各保持部材６４がナットと車体側部材とで挟み込まれることで、アッパーブラケット６３は各保持部材６４の挟み込み部６４ａ、６４ｂにより挟み込まれる。これにより、車両のドライバーとステアリングホイールとの衝突による衝撃の作用時に、アッパーブラケット６３と各保持部材６４の挟み込み部６４ａ、６４ｂとの間の摩擦に抗して、アッパーブラケット６３とコラム２は保持部材６４が固定されている車体側に対して相対移動する。
【００２３】
上記構成において、車両と車両前方の障害物とが衝突し、次に車両のドライバーがステアリングホイールに衝突すると、衝撃によりアッパーブラケット６３が保持部材６４に対し相対移動し、コラム２が筒状部３ａに対し相対移動し、その相対移動部材間の摩擦に基づき衝撃エネルギーが吸収される。
【００２４】
上記構成によれば、単一のスチール製パイプを塑性変形させることで成形されるハウジング３により、ステアリングシャフト５だけでなくトルクセンサ２０を覆うので、部品点数を低減でき、従来のようなコラムのセンサハウジングへの圧入工程が不要になるため製造工程が簡単化され、圧入のための肉厚増加がないので装置を小型化して省スペース化を図ることができる。また、スチール製パイプを塑性変形させることで成形されるハウジング３は鋳物に比べて寸法公差を小さくできるため、塑性変形による成形後の後加工の必要性を小さくでき、後加工領域をベアリング８、９との嵌合部のみにできる。
また、組み立て工程においてハウジング３に対するベアリング８、９、ウォームホイール４１、ステアリングシャフト５、トルクセンサ２０の組み付けを、そのハウジング３の反ステアリングホイール側から行える。すなわち、組み立て作業をハウジング３の一方向側からのみ行えるので、作業能率を向上できる。
そのハウジング３を車体側に連結するためのスチール製ロアブラケット６１はハウジング３に溶接されるので、ロアブラケット６１をハウジング３に固定するためのボルト等が不要になって部品点数を低減し、製造工程を簡単化することができる。
【００２５】
図７、図８は本発明の第２実施形態を示す。上記第１実施形態との相違は、ギヤハウジング５１とエンドカバー６９とに代えて、ハウジング３がウォームホイール４１を覆うギヤ被覆部３′を有し、また、そのウォームホイール４１よりも反ステアリングホイール側においてステアリングシャフト５を覆うと共に、ウォーム４２を覆う第２ハウジング７１が設けられている。本実施形態では、その第２ハウジング７１はアルミ鋳物製とされ、ハウジング３の反ステアリングホイール側に圧入されることで一体化されている。なお、第２ハウジング７１の材質や成形方法として異なるものを採用してもよい。第２ハウジング７１により第１実施形態と同様にしてウォーム４２が支持され、その第２ハウジング７１にモータ４３が連結され、その第２ハウジング７１はコントローラ４４のケーシング一部４４ａと一体的に鋳造成形される。この第２実施形態によれば、第１実施形態のハウジング３とギヤハウジング５１とエンドカバー６９の機能をハウジング３と第２ハウジング７１とで奏することができるので、さらに部品点数を低減し、製造工程を簡単化することができる。他は第１実施形態と同様で同一部分は同一符号で示す。
【００２６】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、本発明は衝撃吸収機構を備えていない電動パワーステアリング装置にも適用できる。また、コラム２とハウジング３は、一体成形してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、部品点数を低減し、製造工程を簡単化し、組み立て作業能率を向上し、省スペース化を図れる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の縦断面図
【図２】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の平面図
【図３】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の部分断面図
【図４】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置の部分縦断面図
【図５】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置の部分平面図
【図６】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置のトルクセンサの回路図
【図７】本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の縦断面図
【図８】本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置のハウジングと第２ハウジングの側面図
【符号の説明】
３  ハウジング
５  ステアリングシャフト
８、９  ベアリング
２０  トルクセンサ
４１  ウォームホイール（従動側ギヤ）
４２  ウォーム（原動側ギヤ）
４３  モータ（電動アクチュエータ）
５１  ギヤハウジング
６９  エンドカバー
７１  第２ハウジング
【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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