JP2003048549A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】組み付け時の作業性を向上でき、音の発生を低
減し、適正な操舵補助力を付与でき、コストを低減でき
る電動パワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】軸中心に弾性的に相対回転可能な第１シャ
フト３と第２シャフト４により構成されるステアリング
シャフトによって伝達される操舵トルクを、その相対回
転に基づきトルクセンサ１により検出する。検出された
操舵トルクに応じた操舵補助力を発生する。第２シャフ
ト４の中心孔に挿入されるブッシュ２５の内周面の少な
くとも一部は、第１シャフト３の一端に向かうに従い径
が小さくなるテーパ面２５ｂとされ、第１シャフト３の
外周面はブッシュ２５のテーパ面２５ｂに沿うテーパ面
３ｂを有する。ブッシュ２５のテーパ面２５ｂと第１シ
ャフト３のテーパ面３ｂとを介して第１シャフト３はブ
ッシュ２５により相対回転可能に支持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トルクセンサによ
り検出された操舵トルクに応じた操舵補助力を付与する
パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に示す電動パワーステアリング装置
１００は、筒状の第１、第２シャフト１０１、１０２に
より構成されるステアリングシャフトによって伝達され
る操舵トルクをトルクセンサ１０４により検出し、その
検出した操舵トルクに応じた操舵補助力を電動アクチュ
エータ１０５により発生する。その電動アクチュエータ
１０５により駆動されるウォーム１０６の回転はウォー
ムホイール１０７を介して第２シャフト１０２に伝達さ
れ、これにより操舵補助力が付与される。

【０００３】そのトルクセンサ１０４は、第１シャフト
１０１と第２シャフト１０２の操舵トルクに応じた弾性
的な相対回転に基づき操舵トルクを検出する。その第１
シャフト１０１と第２シャフト１０２は、それぞれの中
心孔１０１ａ、１０２ａに挿入されたトーションバー１
０８を介して互いに連結される。その第２シャフト１０
２の中心孔１０２ａに挿入される金属製ブッシュ１０９
により第１シャフト１０１は相対回転可能に支持され
る。これにより両シャフト１０１、１０２は軸中心に弾
性的に相対回転可能とされている。

【０００４】その第２シャフト１０２は、ハウジング１
１２により保持される軸受１１１により支持され、ま
た、その軸受１１１と上記ウォームホイール１０７とに
圧入されている。上記ブッシュ１０９は、その第２シャ
フト１０２の中心孔１０２ａに圧入され、また、その第
２シャフト１０２における軸受１１１とウォームホイー
ル１０７とに圧入されている部位により囲まれている。

【０００５】従来、そのブッシュ１０９の内周と、その
ブッシュ１０９に挿入される第１シャフト１０１の外周
とは円筒面に沿うものとされている。また、そのブッシ
ュ１０９への第１シャフト１０１の挿入作業を容易に行
えるように、そのブッシュ１０９の内周と第１シャフト
１０１の外周との間には隙間が設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そのブッシュ１０９の
内周と第１シャフト１０１の外周との間の隙間を大きく
すると、ブッシュ１０９と第１シャフト１０１との衝突
により発生する音が大きくなり、また、第１シャフト１
０１と第２シャフト１０２とが相対的に振れ回るために
トルクセンサ１０４による操舵トルクの検出精度が低下
して適正な操舵補助力を付与することができなくなる。
一方、その隙間を小さくすると、ブッシュ１０９への第
１シャフト１０１の挿入作業が困難になり、組み付け時
の作業性が低下する。

【０００７】その第２シャフト１０２におけるブッシュ
１０９を囲む部位は、軸受１１１やウォームホイール１
０７に圧入される際に圧縮変形する。その圧縮変形によ
りブッシュ１０９の内径が変化する。そのため、第１、
第２シャフト１０１、１０２の径方向寸法は、そのブッ
シュ１０９の内径の変化を見込んだ上で、そのブッシュ
１０９の内周と第１シャフト１０１の外周との間の隙間
が適正な値になるように設計されている。ところが、そ
の圧入による第２シャフト１０２の径方向における圧縮
量は、車種の相違による第２シャフト１０２に対する軸
受１１１やウォームホイール１０７の相対位置の相違に
よって変動する。そのため、第１、第２シャフト１０
１、１０２の径方向寸法を車種毎に設計変更しなければ
ならず、また、第２シャフト１０２の径方向寸法の相違
に応じて軸受１１１やウォームホイール１０７も内径の
相違するものを用いる必要がある。これにより設計工数
が増大し、軸受１１１やウォームホイール１０７は複数
の車種間での互換性がないために種類が多くなってコス
トが増大する。

【０００８】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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電動パワーステ
アリング装置は、第１シャフトと、その第１シャフトに
対して軸中心に弾性的に相対回転可能な第２シャフト
と、その第１シャフトと第２シャフトにより構成される
ステアリングシャフトによって伝達される操舵トルク
を、その第１シャフトと第２シャフトの弾性的な相対回
転に基づき検出するトルクセンサと、その検出された操
舵トルクに応じた操舵補助力を発生する電動アクチュエ
ータと、その第２シャフトに設けられた中心孔に挿入さ
れるブッシュとを備え、そのブッシュに第１シャフトの
一端側が挿入される電動パワーステアリング装置におい
て、そのブッシュの内周面の少なくとも一部は、その第
１シャフトの一端に向かうに従い径が小さくなるテーパ
面とされ、その第１シャフトの外周面は、そのブッシュ
のテーパ面に沿うテーパ面を有し、そのブッシュのテー
パ面と第１シャフトのテーパ面とを介して、その第１シ
ャフトはブッシュにより支持されることを特徴とする。
本発明の構成によれば、第１シャフトの外周のテーパ面
と、第２シャフトに設けられた中心孔に挿入されるブッ
シュの内周のテーパ面とを介して、その第１シャフトは
ブッシュにより支持される。その各テーパ面は第１シャ
フトの一端に向かうに従い径が小さくなるので、第１シ
ャフトの一端側のブッシュへの挿入作業が容易になり、
組み付け時の作業性を向上できる。また、そのブッシュ
の内周と第１シャフトの外周との間の隙間は、第１シャ
フトと第２シャフトとの軸方向相対位置を変更すること
で調整できる。これにより、その隙間を小さくしてブッ
シュと第１シャフトとの衝突により発生する音を低減
し、また、第１シャフトと第２シャフトとの相対的な振
れ回りを小さくしてトルクセンサによる操舵トルクの検
出精度を向上できる。さらに、第１シャフトの外周とブ
ッシュの内周との接触面積は両テーパ面を介して接触す
ることで増加し、ブッシュの耐摩耗性を向上することが
できる。

【００１０】そのブッシュのテーパ面は合成樹脂材によ
り構成されているのが好ましい。これにより、ブッシュ
と第１シャフトとの衝突により発生する音をより低減で
きる。

【００１１】前記ブッシュは前記第２シャフトの中心孔
に圧入され、その第２シャフトにおける前記ブッシュを
囲む部位は環状部材に圧入されているのが好ましい。上
記のように、ブッシュの内周と第１シャフトの外周との
間の隙間は、第１シャフトと第２シャフトとの軸方向相
対位置を変更することで調整できる。これにより、第２
シャフトにおけるブッシュを囲む部位が環状部材に圧入
される際に圧縮され、ブッシュの内径が変化しても、そ
のブッシュの内周と第１シャフトの外周との間の隙間が
適正になるように調整できる。よって、車種の相違によ
る第２シャフトに対する環状部材の相対位置の相違によ
って第２シャフトの径方向における圧縮量が変動して
も、第１、第２シャフトの径方向寸法を車種毎に設計変
更する必要はなく、環状部材の内径を変化させる必要も
ない。これにより設計工数を低減し、複数の車種間での
環状部材の互換性を確保できる。

【００１２】その環状部材は、その第２シャフトを支持
する軸受、および、前記電動アクチュエータの回転を第
２シャフトに伝達するためのギヤの中の少なくとも一方
とされているのが好ましい。これにより、第２シャフト
を支持する軸受、および、電動アクチュエータの回転を
第２シャフトに伝達するためのギヤの中の少なくとも一
方の複数の車種間での互換性を確保できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に示す電動パワーステアリン
グ装置Ａは、ステアリングホイールＨの操舵により発生
する操舵トルクを、ステアリングシャフトＳから図外ユ
ニバーサルジョイント、ステアリングギヤを介して車輪
に舵角が変化するように伝達する。そのステアリングギ
ヤの形式は、操舵トルクをステアリングシャフトＳから
車輪に舵角が変化するように伝達できれば限定されず、
例えば操舵トルクにより回転するピニオンに噛み合うラ
ックの動きをタイロッドやナックルアーム等を介して車
輪に伝達するラックピニオン式ステアリングギヤを採用
できる。

【００１４】そのステアリングシャフトＳにより伝達さ
れる操舵トルクを検出するトルクセンサ１が設けられて
いる。そのトルクセンサ１は、センサハウジング２と、
入力シャフト（第１シャフト）３と、この入力シャフト
３に連結される出力シャフト（第２シャフト）４とを備
える。その入力シャフト３と出力シャフト４は上記ステ
アリングシャフトＳを構成する。すなわち、そのステア
リングシャフトＳは、アッパーシャフト３１と入力シャ
フト３と出力シャフト４とを連結することで構成されて
いる。そのアッパーシャフト３１の一端にステアリング
ホイールＨが連結される。そのアッパーシャフト３１の
他端はピン２２を介して入力シャフト３に連結される。
その出力シャフト４の他端にユニバーサルジョイントが
連結される。そのアッパーシャフト３１は、筒状のステ
アリングコラム３２によりベアリング３３を介して回転
可能に支持される。そのステアリングコラム３２にセン
サハウジング２の一端が圧入される。そのセンサハウジ
ング２に操舵補助力発生用モータ（電動アクチュエー
タ）Ｍが取り付けられる。

【００１５】図２に示すように、その入力シャフト３
は、センサハウジング２によりベアリング５を介して回
転可能に支持される。その出力シャフト４は、センサハ
ウジング２によりベアリング６ａを介して回転可能に支
持され、そのセンサハウジング２に取り付けられたカバ
ー９によりベアリング６ｂを介して回転可能に支持され
る。その入力シャフト３と出力シャフト４は中心孔３
ａ、４ａが設けられることで筒状とされている。その出
力シャフト４の中心孔４ａにブッシュ２５が圧入され
る。そのブッシュ２５に入力シャフト３の一端側が挿入
される。これにより、そのブッシュ２５の内周面により
入力シャフト３の一端側外周面が相対回転可能に支持さ
れる。

【００１６】その入力シャフト３と出力シャフト４の中
心孔３ａ、４ａに弾性部材としてトーションバー８が挿
入されている。そのトーションバー８は、一端が入力シ
ャフト３に上記ピン２２により連結され、他端がピン２
４により出力シャフト４に連結されている。これによ
り、入力シャフト３に対して出力シャフト４は操舵トル
クに応じて軸中心に弾性的に相対回転可能とされてい
る。

【００１７】その入力シャフト３と出力シャフト４の弾
性的な相対回転に基づき、トルクセンサ１は操舵トルク
を検出する。すなわち、その入力シャフト３の外周に、
非磁性材製のスリーブ１２を介して磁性材製の第１検出
筒１３がピン２１により同行回転するように取り付けら
れ、第３検出筒１５が圧入により同行回転するように取
り付けられている。その出力シャフト４の外周に磁性材
製の第２検出筒１４が圧入により同行回転するように取
り付けられている。その第１検出筒１３の一端は第２検
出筒１４の一端に隙間をおいて対向する。その第１検出
筒１３の他端は第３検出筒１５の一端に隙間をおいて対
向する。その第１検出筒１３の一端、第２検出筒１４の
一端、および第３検出筒１５の一端は、周方向に沿って
並列する複数の歯１３ａ、１４ａ、１５ａにより構成さ
れている。その第１検出筒１３の他端は平坦面とされて
いる。そのセンサハウジング２により磁性材製の第１ホ
ルダー１７を介して第１コイル１６が保持される。その
第１コイル１６は第１検出筒１３の一端と第２検出筒１
４の一端とを通過する磁束を発生することで第１磁気回
路を構成する。そのセンサハウジング２により磁性材製
の第２ホルダー１９を介して第２コイル１８が保持され
る。その第２コイル１８は第１検出筒１３の他端と第３
検出筒１５の一端とを通過する磁束を発生することで第
２磁気回路を構成する。

【００１８】そのセンサハウジング２に取り付けられる
回路基板２０に検出回路が設けられている。図３は、そ
の検出回路の一例を示すもので、第１コイル１６は、抵
抗４２を介して発振器４３に接続され、また、演算増幅
器４５の反転入力端子に接続される。第２コイル１８
は、抵抗４４を介して発振器４３に接続され、また、演
算増幅器４５の非反転入力端子に接続される。両シャフ
ト３、４によるトルクの伝達時においては、そのトルク
に応じてトーションバー８がねじれ、第１検出筒１３と
第２検出筒１４とが同軸中心に相対回転する。この相対
回転により、第１検出筒１３の一端の歯１３ａと第２検
出筒１４の一端の歯１４ａとの軸方向における互いとの
対向面積が変化する。これにより、上記第１磁気回路に
おける通過磁束に対する磁気抵抗は、そのトルク変化に
よる両シャフト３、４の弾性的な相対回転量に応じて変
化する。その変化に応じて第１コイル１６の出力電圧が
変化する。第１検出筒１３と第３検出筒１５とは同行回
転するので、第２磁気回路における通過磁束に対する磁
気抵抗は、両シャフト３、４による伝達トルクの変化に
よっては変動することがない。その第１磁気回路におけ
る磁気抵抗は、両シャフト３、４によるトルクの非伝達
時にあっては第２磁気回路における磁気抵抗と等しくさ
れる。これにより、両シャフト３、４によるトルク伝達
時の第１磁気回路における磁気抵抗の変化と第２磁気回
路における磁気抵抗の変化との偏差に基づき、両シャフ
ト３、４により伝達されるトルクを検出する検出回路が
構成されている。さらに、その第２磁気回路における磁
気抵抗は、両シャフト３、４による伝達トルクの変化に
よっては変動しない。よって、温度変動による第１コイ
ル１６の出力変動と第２コイル１８の出力変動とが演算
増幅器４５において打ち消され、検出トルクの温度変動
を補償することができる。その検出トルクに応じて操舵
補助力発生用モータＭが駆動される。

【００１９】その出力シャフト４は上記ベアリング６ａ
とウォームホイール１０とに圧入される。そのウォーム
ホイール１０に噛み合うウォーム１１が操舵補助力発生
用モータＭにより駆動される。これにより、検出された
操舵トルクに応じてモータＭが発生する操舵補助力がウ
ォーム１１、ウォームホイール１０を介してステアリン
グシャフトＳに伝達されるので、検出された操舵トルク
に応じた操舵補助力が付与される。

【００２０】図４の（１）、（２）に示すように、出力
シャフト４の中心孔４ａに圧入されているブッシュ２５
の外周面２５ａは円筒面とされ、内周面は入力シャフト
３の一端に向かうに従い径が小さくなるテーパ面２５ｂ
とされている。本実施形態では、そのブッシュ２５の内
周面の全体がテーパ面２５ｂとされている。その入力シ
ャフト３の外周面は、そのブッシュ２５のテーパ面２５
ｂに沿うテーパ面３ｂを有する。これにより、そのブッ
シュ２５のテーパ面２５ｂと入力シャフト３のテーパ面
３ｂとを介して、入力シャフト３はブッシュ２５により
相対回転可能に支持される。そのブッシュ２５の内周と
入力シャフト３の外周との間には、組み立て状態におい
て僅かな隙間が形成される。その出力シャフト４におけ
るブッシュ２５を囲む部位が、上記ベアリング６ａとウ
ォームホイール１０とに圧入される。各テーパ面３ｂ、
２５ｂの軸方向に対する傾斜角度θは、例えば１度〜２
度程度とされる。そのブッシュ２５は、本実施形態では
ポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂材製とされて
いる。そのブッシュ２５は軸方向に沿う割り部２５′を
有し、自然状態での外径は出力シャフト４の内径よりも
大きくされる。これによりブッシュ２５は、出力シャフ
ト４の中心孔４ａに弾性的に径が縮小された状態で挿入
され、しかる後に出力シャフト４の内周に押し付けられ
ることで、その中心孔４ａに圧入状態とされる。

【００２１】上記実施形態によれば、入力シャフト３の
一端側外周のテーパ面３ｂと、出力シャフト４の一端に
設けられた中心孔４ａに挿入されるブッシュ２５のテー
パ面２５ｂとを介して、その入力シャフト３はブッシュ
２５により支持される。その各テーパ面３ｂ、２５ｂは
入力シャフト３の一端に向かうに従い径が小さくなるの
で、その入力シャフト３の一端側のブッシュ２５への挿
入作業が容易になり、組み付け時の作業性を向上でき
る。また、そのブッシュ２５の内周と入力シャフト３の
外周との間の隙間は、入力シャフト３と出力シャフト４
との軸方向相対位置を変更することで調整でき、例えば
２μｍ〜６０μｍ程度とされる。その隙間の調整後に入
力シャフト３と出力シャフト４とにトーションバー８を
ピン２２、２４により固定することで両シャフト３、４
の相対位置が固定可能とされている。なお、その両シャ
フト３、４の相対位置の固定手段は特に限定されず、例
えばトーションバー８の一端をピンでなくセレーション
を介して両シャフト３、４の中の一方あるいは両方に圧
入してもよい。これにより、その隙間を小さくしてブッ
シュ２５と入力シャフト３との衝突により発生する音を
低減し、また、入力シャフト３と出力シャフト４との相
対的な振れ回りを小さくしてトルクセンサ１による操舵
トルクの検出精度を向上できる。そのブッシュ２５のテ
ーパ面２５ｂは合成樹脂材により構成されているので、
ブッシュ２５と入力シャフト３との衝突により発生する
音をより低減できる。さらに、入力シャフト３の外周と
ブッシュ２５の内周との接触面積は両テーパ面３ｂ、２
５ｂを介して接触することで増加し、ブッシュ２５の耐
摩耗性を向上することができる。その出力シャフト４に
おけるブッシュ２５を囲む部位がベアリング６ａおよび
ウォームホイール１０に圧入される際に圧縮され、ブッ
シュ２５の内径が変化しても、そのブッシュ２５の内周
と入力シャフト３の外周との間の隙間が適正になるよう
に調整できる。よって、車種の相違による出力シャフト
４に対するベアリング６ａおよびウォームホイール１０
の相対位置の相違によって出力シャフト４の径方向にお
ける圧縮量が変動しても、入出力シャフト４の径方向寸
法を車種毎に設計変更する必要はなく、また、ベアリン
グ６ａおよびウォームホイール１０の内径を変化させる
必要もない。これにより設計工数を低減し、複数の車種
間でのベアリング６ａおよびウォームホイール１０の互
換性を確保できる。

【００２２】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、ブッシュ２５を金属製の本体と、本体の内周にコ
ーティングされる合成樹脂材とから構成することでテー
パ面３ｂを合成樹脂製としてもよい。また、ブッシュ２
５を金属製としてもよい。上記実施形態ではブッシュ２
５の内周面の全体がテーパ面２５ｂとされているが、少
なくとも一部がテーパ面２５ｂであればよい。また、出
力シャフト４におけるブッシュ２５を囲む部位が、ベア
リング６ａあるいはウォームホイール１０の中の一方に
のみ圧入されてもよいし、ベアリング６ａやウォームホ
イール１０以外の環状部材、例えば第２検出筒１４に圧
入される位置関係であってもよい。さらに、上記実施形
態では入力シャフト３を第１シャフト、出力シャフト４
を第２シャフトとしたが、入力シャフト３を第２シャフ
ト、出力シャフト４を第１シャフトとしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、組み付け時の作業性を
向上でき、音の発生を低減し、操舵トルクに応じた適正
な操舵補助力を付与でき、設計工数と部品の種類とを低
減してコストを低減でき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】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置の断面図

【図２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置の部分断面図

【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置におけるトルクセンサの回路構成の説明図

【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置における要部の（１）は側断面図、（２）は正断面図

【図５】従来例のトルクセンサの断面図

【符号の説明】

１ トルクセンサ ３ 入力シャフト（第１シャフト） ３ｂ テーパ面 ４ 出力シャフト（第２シャフト） ４ａ 中心孔 ６ａ ベアリング（環状部材） １０ ウォームホイール（環状部材） ２５ ブッシュ ２５ｂ テーパ面 Ｍ 操舵補助力発生用モータ（電動アクチュエータ） Ｓ ステアリングシャフト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１シャフトと、その第１シャフトに対し
   て軸中心に弾性的に相対回転可能な第２シャフトと、そ
   の第１シャフトと第２シャフトにより構成されるステア
   リングシャフトによって伝達される操舵トルクを、その
   第１シャフトと第２シャフトの弾性的な相対回転に基づ
   き検出するトルクセンサと、その検出された操舵トルク
   に応じた操舵補助力を発生する電動アクチュエータと、
   その第２シャフトに設けられた中心孔に挿入されるブッ
   シュとを備え、そのブッシュに第１シャフトの一端側が
   挿入される電動パワーステアリング装置において、その
   ブッシュの内周面の少なくとも一部は、その第１シャフ
   トの一端に向かうに従い径が小さくなるテーパ面とさ
   れ、その第１シャフトの外周面は、そのブッシュのテー
   パ面に沿うテーパ面を有し、そのブッシュのテーパ面と
   第１シャフトのテーパ面とを介して、その第１シャフト
   はブッシュにより支持されることを特徴とする電動パワ
   ーステアリング装置。
2. 【請求項２】そのブッシュのテーパ面は合成樹脂材によ
   り構成されている請求項１に記載の電動パワーステアリ
   ング装置。
3. 【請求項３】前記ブッシュは前記第２シャフトの中心孔
   に圧入され、その第２シャフトにおける前記ブッシュを
   囲む部位は環状部材に圧入されている請求項１または２
   に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 【請求項４】その環状部材は、その第２シャフトを支持
   する軸受、および、前記電動アクチュエータの回転を第
   ２シャフトに伝達するためのギヤの中の少なくとも一方
   とされている請求項３に記載の電動パワーステアリング
   装置。