JP2006143186A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トーションバーを用いた電動パワーステアリング用トルクセンサの組み立てにおいて電気的中立位置調整の工数を短縮する。
【解決手段】トーションバー５の両端部に形成した雄スプライン２１、２３を入力軸２と出力軸３に形成した雌スプライン２２，２４に嵌合・固定し、入力軸２と出力軸３に形成した凹凸状のストッパー１８，１９の凹凸の個数と、トーションバー５に形成した雄スプライン２１，２３の凹凸の個数とを同一とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力軸と、トーションバーと、出力軸との結合構造を改良した電動パワーステアリング装置に関する。

自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。

そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。

ＥＰＳでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構（減速機）により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。

図５は、従来例に係るコラムアシスト式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

コラムアシスト式電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラム１内に回転自在に装着したステアリングシャフト２（入力軸）の車両前方側には、出力軸３が連結してある。

出力軸３の車両前方側には、自在継手（図示略）等を介してラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置（図示略）等が連結してある。

ステアリングシャフト２（入力軸）の車両前方側には、トーションバー５の基端が圧入固定している。このトーションバー５は、中空に形成した出力軸３の内部を延在して、その先端が出力軸３とトーションバー５の端部の貫通孔３ａ，５ａに固定ピン６により固定してある。

出力軸３の車両後方側には、トルクセンサー部ＴＳが設けてある。即ち、出力軸３の車両後方側には、トルクセンサー部ＴＳの検出用溝７が形成してあり、これらの溝７の径方向外方には、トルクセンサー部ＴＳのスリーブ８が配置してある。このスリーブ８は、その車両後方側端部がステアリングシャフト２（入力軸）の車両前方側端部に加締め等により固定してある。スリーブ８には、窓が開けられている。操舵トルクにより入力軸２と出力軸３との間に捩りが生じると、スリーブ８の窓と出力軸３の検出用溝７の位置が変化する。この位置の変化に伴い、スリーブ８の外周に設けたヨーク９によりインピーダンスが検出され、センサ回路１０によってそれに応じた電圧が発生する。

出力軸３には、電動モータ（図示略）の駆動軸に連結したウォーム減速機構のウォーム（図示略）に噛合したウォームホイール１２が取付けてある。

これらウォーム（図示略）及びウォームホイール１２は、後方側ハウジング１３と、前方側ハウジング１４（カバー）とに収納してある。即ち、後方側ハウジング１３と、前方側ハウジング１４（カバー）とは、ボルト１５により結合してある。

なお、出力軸３は、ウォームホイール１２の車両後方側の軸受１６と、ウォームホイール１２の車両前方側の軸受１７とにより、回転自在に支持してある。

また、入力軸２と出力軸３には、夫々、両軸２，３を規定の捩り角度以下に規制する凹凸状のストッパー１８，１９が形成してある。ストッパー１８，１９は、相対的に所定角度捩れると、互いに当接するように構成してあり、その凹凸の個数は、例えば、８個ずつである。

従って、運転者がステアリングホイール（図示略）を操舵することにより発生した操舵力は、ステアリングシャフト２（入力軸）、トーションバー５、出力軸３、及びラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達される。

また、電動モータ（図示略）の回転力は、そのウォーム（図示略）及びウォームホイール１２を介して出力軸３に伝達されるようになっており、電動モータ（図示略）の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸３に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。

ところで、従来、電動パワーステアリング装置のトルク検出手段は、上述したように、入力軸２と出力軸３をトーションバー５で連結し、操舵による捩りトルクによって生じる相対捩り角度を検出している。

このトーションバー５は、入力軸側の端部は入力軸２に圧入固定され、出力軸側の端部は固定ピン６により出力軸３にピン打ちされて固定されている。

また、入力軸２と出力軸３の位相は、電動パワーステアリング装置をサブアッセンブリ状態まで組み立てた時に、入力軸２と出力軸３とを電気的中立状態に調整して決められる。この電気的中立状態で、出力軸３とトーションバー５の端部に、貫通孔３ａ，５ａが穿孔され、かつ、この貫通孔３ａ，５ａに固定ピン６が挿入されて主力軸３はトーションバー５に対して固定されている。

なお、最終的なコラムアッセンブリ状態に於いては、電気的中立位置の微調整及び増幅率の調整が行われている。
特開平１１−３１０１４２号公報

しかしながら、入力軸２と出力軸３の位相は、電動パワーステアリング装置をサブアッセンブリ状態まで組み立てた後、更に、入力軸２と出力軸３とを電気的中立状態に調整して定める。更にその後、この中立状態における両軸２，３の位相を維持しながら、貫通孔３ａ，５ａを穿孔加工しなければならなかった。したがってその加工作業が煩雑であり、製造コストがかかるといったことがある。

また、サブアッセンブリ後、最終的なコラムアッセンブリ状態に於いて、電気的中立位置を、再度、調整する必要があることから、その工数がかかるという問題点がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、サブアッセンブリ状態では、入力軸と出力軸の電気的中立状態を調整する必要がなく、最終的なコラムアッセンブリ状態に於いて、その電気的中立位置を微調整するだけでよく、ひいては、工数を削減して製造コストを低減することができる、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。

上記の目的を達成するため、本発明の第１の側面にかかる電動パワーステアリング装置は、
ステアリングホイールに連結された入力軸と、
操舵機構に連結された出力軸と、
前記入力軸と前記出力軸とを連結するトーションバーと、
前記ステアリングホイールの操舵力に応じて前記トーションバーに生じる捩りトルクと回転角度の少なくとも一方を検出する検出部と、
前記検出部から検出された検出結果に基づいて補助操舵トルクを発生させる電動モータと、
前記電動モータにおいて発生された前記補助操舵トルクを減速して前記出力軸へ伝達する減速機構とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記トーションバーの両端部に、夫々、第１位置決め部が形成され、
前記入力軸と出力軸には、夫々、前記第１位置決め部に夫々接続されて前記入力軸と出力軸とを前記トーションバーに対して位置決めする第２位置決め部が形成され、
少なくとも前記入力軸と前記出力軸の一方に形成された第２位置決め部と、前記トーションバーの両端部に形成された第１位置決め部との接続部に、少なくともガタ防止手段と軸方向の抜け防止手段の一方が設けられることを特徴とする。

本発明の第２の側面に係る電動パワーステアリング装置は、
前記第１位置決め部は雄スプラインであり、
前記第２位置決め部は前記雄スプラインに嵌合する前記雄スプラインと同形状の雌スプラインであることを特徴とする。
本発明の第３の側面に係る電動パワーステアリング装置は、
前記入力軸と出力軸には、夫々、前記両軸を規定の捩り角度以下に規制する凹凸状のストッパーが形成され、
前記凹凸状のストッパーの凹凸の個数と、前記トーションバーに形成した雄スプラインの凹凸の個数とが同一であり、
前記入力軸と出力軸の雌スプラインの位相は、前記両軸の捩り時に前記両軸が前記ストッパーにより規制される角度を、前記両軸の中立位置に対して左右ほぼ同一角度となるように、規定してあり、
前記トーションバーの両端部の雄スプラインは、互いに同位相であることを特徴とする。

本発明によれば、トーションバーの両端部に形成した雄スプラインを、入力軸と出力軸に形成した雌スプラインに嵌合・固定するので、貫通孔の穿孔加工及びピンで固定する必要がなく、工数を短縮できる。

また、本発明によれば、凹凸状のストッパーの凹凸の個数と、トーションバーに形成した雄スプラインの凹凸の個数とが同一であり、トーションバーの両端部の雄スプラインは、同位相である。したがって、どの位相にトーションバーと両軸を組みつけても、両軸の捩り時にストッパーにより規制される角度が中立位置に対して左右ほぼ同一角度となる。

よって、サブアッセンブリ状態では、入力軸と出力軸の電気的中立状態を調整する必要がない。したがって、最終的なコラムアッセンブリ状態に於いて、その電気的中立位置を微調整するだけでよく、ひいては、工数を削減して製造コストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係るコラムアシスト式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

図２Ａは、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図２Ｂは、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図２Ｃは、図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

図３Ａは、トーションバーの斜視図であり、図３Ｂは、本発明の変形例に係り、出力軸とトーションバーの結合状態を示す断面図である。

コラムアシスト式電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラム１内に回転自在に装着したステアリングシャフト２（入力軸）の車両前方側には、出力軸３が連結してある。

出力軸３の車両前方側には、自在継手（図示略）等を介してラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置（図示略）等が連結してある。

ステアリングシャフト２（入力軸）の車両前方側には、トーションバー５の基端が圧入固定してある。このトーションバー５は、中空に形成した出力軸３の内部を延在している。また、トーションバー５の先端は、出力軸３とトーションバー５の端部の貫通孔３ａ，５ａにおいて固定ピン６により固定してある。

出力軸３の車両後方側には、トルクセンサー部ＴＳが設けてある。即ち、出力軸３の車両後方側には、トルクセンサー部ＴＳの検出用溝７が形成してある。これらの溝７の径方向外方には、トルクセンサー部ＴＳのスリーブ８が配置してある。このスリーブ８は、その車両後方側端部がステアリングシャフト２（入力軸）の車両前方側端部に加締め等により固定してある。スリーブ８には、窓が開けられている。操舵トルクにより入力軸２と出力軸３との間に捩りが生じると、スリーブ８の窓と出力軸３の検出用溝７の位置が変化する。この位置の変化に伴い、スリーブ８の外周に設けたヨーク９によりインピーダンスが検出され、センサ回路１０によってそれに応じた電圧が発生する。

出力軸３には、電動モータ（図示略）の駆動軸に連結したウォーム減速機構のウォーム（図示略）に噛合したウォームホイール１２が取付けてある。

これらウォーム（図示略）及びウォームホイール１２は、後方側ハウジング１３と、前方側ハウジング１４（カバー）とに収納してある。即ち、後方側ハウジング１３と、前方側ハウジング１４（カバー）とは、ボルト１５により結合してある。

なお、出力軸３は、ウォームホイール１２の車両後方側の軸受１６と、ウォームホイール１２の車両前方側の軸受１７とにより、回転自在に支持してある。

また、入力軸２と出力軸３には、夫々、両軸２，３を規定の捩り角度以下に規制する凹凸状のストッパー１８，１９が形成してある。ストッパー１８，１９は、相対的に所定角度捩れると、互いに当接するように構成してあり、その凹凸の個数は、例えば、８個ずつである。

従って、運転者がステアリングホイール（図示略）を操舵することにより発生した操舵力は、ステアリングシャフト２（入力軸）、トーションバー５、出力軸３、及びラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達される。

また、電動モータ（図示略）の回転力は、そのウォーム（図示略）及びウォームホイール１２を介して出力軸３に伝達されるようになっている。電動モータ（図示略）の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸３に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。

さて、本実施の形態では、トーションバー５の両端部に、夫々、雄スプライン２１，２３が形成してある。また、入力軸２と出力軸３には、夫々、雄スプライン２１，２３に夫々嵌合する同形状の雌スプライン２２，２４が形成してある。

トーションバー５の雄スプライン２１，２３は、同位相である。その凹凸の個数は、同一であり、例えば８個である。

上述した凹凸状のストッパー１８，１９の凹凸の個数と、このトーションバー５に形成した雄スプライン２１，２３の凹凸の個数とは同一であり、例えば８個である。

入力軸２と出力軸３の雌スプライン２２，２４の位相は、両軸２，３の捩り時にストッパー１８，１９により規制される角度が中立位置に対して左右ほぼ同一角度となるように、規定してある。

すなわち、入力軸２と出力軸３の雌スプライン２２，２４の位相は、一方がストッパーと同じ位相に、他方が半山ずれた角度に成形されている。このことによって、中立位置に対してストッパー１８，１９により規制される角度は、左右転舵でほぼ同一になる。

さらに、トーションバー５の端部には、孔２５が形成してある。この孔２５には、後述するように、鋼鉄製等のボール２６が圧入されるようになっている。

以上から、出力軸３とトーションバー５は、その端部のスプライン嵌合部（２３，２４）で、隙間をもって嵌合される。嵌合後、トージョンバー５の端面に設けた孔２５に、ボール２６を打ち込む（圧入する）ことによって、トーションバー５の端部拡径し、スプラインのガタを防止する。

なお、変形例として、図３Ｂに示すように、出力軸３とトーションバー５の端部の貫通孔３ａ，５ａに、固定ピン６を挿通して出力軸３とトーションバー５とを固定しても良く、または、固定ピンを前記貫通孔へ圧入して固定しても良い。

以上のように構成してあることから、本実施の形態によれば、トーションバー５の両端部に形成した雄スプライン２１、２３が入力軸２と出力軸３に形成した雌スプライン２２，２４に嵌合・固定してあり、また、凹凸状のストッパー１８，１９の凹凸の個数と、トーションバー５に形成した雄スプライン２１，２３の凹凸の個数とが同一であり、トーションバー５の両端部の雄スプライン２１，２３は、同位相であることから、どの位相にトーションバー５と両軸２，３を組みつけても、両軸２，３の捩り時にストッパー１８，１９により規制される角度が中立位置に対して左右ほぼ同一角度となる。よって、サブアッセンブリ状態では、入力軸２と出力軸３の電気的中立状態を調整する必要がなく、最終的なコラムアッセンブリ状態に於いて、その電気的中立位置を微調整するだけでよく、ひいては、工数を削減して製造コストを低減することができる。

（第２実施の形態）
図４は、本発明の第２実施の形態に係るコラムアシスト式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

本実施の形態は、その基本的構造が上述した第１の実施の形態と同様であり、相違する点について説明する。

本実施の形態では、入力軸２は、軸受３０（シール付き）により、後方側ハウジング１３に対して軸方向の動きを規制するように構成されている。そのため、トーションバー５は、回転方向のガタのみを抑制すればよくなり、固定ピン６により固定する必要が無くなる為、部品点数・工数を削減することができる。なお、符号３１は、止め輪であり、符号３２は、Ｃリングである。

以上から、両軸２，３の加工において、各々の溝（雌スプライン２２，２４）を冷間鍛造にて成形することにより、工程が少なく、且つ溝の位相誤差を小さくすることができ、製造コストを低減することができる。

その他の構成、作用、及び効果は、上述した第１実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
例えば、上述した実施例では、雄スプライン２１，２３と雌スプライン２２，２４との嵌合によってトーションバー５と入力軸２と出力軸３とが互いに位置決めされる構成を示したが、本発明の位置決め手段は上述のスプライン嵌合に限定されない。例えば、上述の実施例では軸方向に平行で直線のスプライン溝が設けられているが、軸方向に対して斜めの溝、あるいは湾曲した溝が設けられていても良い。あるいは、上述の実施例では軸方向に沿って等幅の溝が設けられているが、軸の先端部の溝幅と軸の中間部側の溝幅とが異なっていても良い。さらには、スプライン嵌合による位置決めに代えて、多角形やセレーションを位置決め手段に用いてもよい。
なお、上述した実施例では、トーションバーの両端に同一の形状の位置決め部が形成されている例を挙げて説明したが、両端で異なる形状の位置決め部が形成されていてもよい。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本発明の第１実施の形態に係るコラムアシスト式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 本発明の第１実施例に係るトーションバーの斜視図である。 トーションバーの変形例に係り、出力軸とトーションバーの結合状態の断面図である。 本発明の第２実施の形態に係るコラムアシスト式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 従来例に係るコラムアシスト式電動パワーステアリング装置の縦断面図である。

符号の説明

１ ステアリングコラム
２ ステアリングシャフト（入力軸）
３ 出力軸
３ａ 貫通孔
５ トーションバー
５ａ 貫通孔
６ 固定ピン
７ 検出用溝
８ スリーブ
９ ヨーク
１０ センサ回路
ＴＳ トルクセンサー部
１２ ウォームホイール
１３ 後方側ハウジング
１４ 前方側ハウジング（カバー）
１５ ボルト
１６，１７ 軸受
１８，１９ ストッパー
２１ 雄スプライン
２２ 雌スプライン
２３ 雄スプライン
２４ 雌スプライン
２５ 孔
２６ ボール
３０ 軸受
３１ 止め輪
３２ Ｃリング

Claims (3)

1. ステアリングホイールに連結された入力軸と、
   操舵機構に連結された出力軸と、
   前記入力軸と前記出力軸とを連結するトーションバーと、
   前記ステアリングホイールの操舵力に応じて前記トーションバーに生じる捩りトルクと回転角度の少なくとも一方を検出する検出部と、
   前記検出部から検出された検出結果に基づいて補助操舵トルクを発生させる電動モータと、
   前記電動モータにおいて発生された前記補助操舵トルクを減速して前記出力軸へ伝達する減速機構とを備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記トーションバーの両端部に、夫々、第１位置決め部が形成され、
   前記入力軸と出力軸には、夫々、前記第１位置決め部に夫々接続されて前記入力軸と出力軸とを前記トーションバーに対して位置決めする第２位置決め部が形成され、
   少なくとも前記入力軸と前記出力軸の一方に形成された第２位置決め部と、前記トーションバーの両端部に形成された第１位置決め部との接続部に、少なくともガタ防止手段と軸方向の抜け防止手段の一方が設けられることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記第１位置決め部は雄スプラインであり、
   前記第２位置決め部は前記雄スプラインに嵌合する前記雄スプラインと同形状の雌スプラインであることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記入力軸と出力軸には、夫々、前記両軸を規定の捩り角度以下に規制する凹凸状のストッパーが形成され、
   前記凹凸状のストッパーの凹凸の個数と、前記トーションバーに形成した雄スプラインの凹凸の個数とが同一であり、
   前記入力軸と出力軸の雌スプラインの位相は、前記両軸の捩り時に前記両軸が前記ストッパーにより規制される角度を、前記両軸の中立位置に対して左右ほぼ同一角度となるように、規定してあり、
   前記トーションバーの両端部の雄スプラインは、互いに同位相であることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

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