JP2003081103A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操舵トルクの検出精度を向上して適正な操舵補
助力を付与でき、音の発生を低減でき、また、容易に組
み立て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。 【解決手段】入力シャフト３と出力シャフト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トル
クを、両シャフト３、４の同軸心かつ弾性的な相対回転
量に応じて検出するトルクセンサを備える。両シャフト
３、４の中の一方における相対回転軸を中心とする円周
の少なくとも一部に沿うガイド溝５１ガイドガイド溝の
内面と、他方における凹部５２の内面とにより、球体５
３が軸方向から転動可能に挟まれる。その球体５３の外
面がガイド溝５１の内面と凹部５２の内面とに接するこ
とで、両シャフト３、４の軸心が径方向に互いにずれる
のが規制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操舵トルクを検出
するトルクセンサを備え、その操舵トルクに応じた操舵
補助力を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】入力シャフトと、その入力シャフトに同
軸心かつ弾性的に相対回転可能に連結される出力シャフ
トと、両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トルクを両シャフトの弾性的な相
対回転量に応じて検出するトルクセンサとを備える電動
パワーステアリング装置が汎用されている。従来、その
入力シャフトの外周は、出力シャフトの中心孔の内周に
より軸受を介して支持され、さらに、そのトルクセンサ
のセンサハウジングにより軸受を介して支持されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成では、入力
シャフトの外周を出力シャフトの中心孔の内周により軸
受を介して支持するため、組み立て時に入力シャフトの
出力シャフトへの軸受を介する挿入を円滑に行えるよう
に、その入力シャフトの外周と軸受の内周との間、ある
いは出力シャフトの内周と軸受の外周との間に径方向の
クリアランスが必要であった。そのようなクリアランス
により、入力シャフトの軸心と出力シャフトの軸心との
間の同心度が低下してトルク検出精度が低下するという
問題があった。さらに、路面からタイヤを介して作用す
る外力により、そのクリアランスを介して対向する面が
互いに衝突し、ドライバーが異常と感じる音が発生する
という問題がある。

【０００４】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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力シャフト
と、その入力シャフトに同軸心かつ弾性的に相対回転可
能に連結される出力シャフトと、両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トルク
を、両シャフトの弾性的な相対回転量に応じて検出する
トルクセンサとを備える電動パワーステアリング装置に
おいて、両シャフトの中の一方に、両シャフトの相対回
転軸を中心とする円周の少なくとも一部に沿うガイド溝
が設けられ、そのガイド溝の開口はシャフト軸方向を向
くものとされ、両シャフトの中の他方に、そのガイド溝
に対向する凹部が設けられ、その凹部の開口はシャフト
軸方向を向くものとされ、そのガイド溝の内面と凹部の
内面とにより軸方向から転動可能に挟まれる球体が設け
られ、その球体の外面がガイドガイド溝の内面と凹部の
内面とに接することにより、両シャフトの軸心が径方向
に互いにずれるのが規制されることを特徴とする。本発
明の構成によれば、両シャフトの中の一方に設けられる
ガイド溝の内面と他方に設けられる凹部の内面とによ
り、球体を軸方向から挟むことで、両シャフトの軸心が
径方向に互いにずれるのを規制できる。すなわち、その
軸心のずれを両シャフトの外周と内周との間に軸受を介
在させることなく規制できる。

【０００６】各シャフトに中心孔が形成され、両シャフ
トの中の一方は両シャフトの中の他方の中心孔に挿入さ
れ、両シャフトの中心孔に挿入されるトーションバーを
介して両シャフトは互いに連結され、両シャフトの中の
他方の中心孔の内周に段差面が形成され、その段差面に
前記凹部が形成され、その凹部に前記球体が相対移動を
規制されるように挿入され、両シャフトの中の他方の中
心孔内に位置する両シャフトの中の一方の端面に、前記
ガイド溝が前記円周の一部に沿うように設けられ、その
ガイド溝に前記球体がシャフト周方向に案内されるよう
に挿入されているのが好ましい。これにより、他方のシ
ャフトの凹部に球体を挿入し、一方のシャフトを他方の
シャフトの中心孔に挿入し、両シャフトをそれぞの中心
孔に挿入されたトーションバーを介して連結すること
で、その球体を凹部の内面とガイド溝の内面とで軸方向
から挟むことができる。この入力シャフトと出力シャフ
トの組み立てに際して、球体はトーションバーの外周と
他方のシャフトの中心孔の内周との間に位置するので脱
落することはない。また、その球体は他方のシャフトの
凹部に相対移動を規制されるように挿入され、一方のシ
ャフトのガイド溝にシャフト周方向に案内されるように
挿入されるので、そのガイド溝が円周の一部に沿うもの
であっても、その球体のガイド溝に対するシャフト周方
向における位置決めを容易に行うことができる。両シャ
フトの中の一方の外周と他方の中心孔の内周とが接する
ことで両シャフトの相対回転が一定範囲に規制され、前
記ガイド溝はシャフト軸方向視形状が円弧状とされてい
るのが好ましい。

【０００７】

【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。

【０００８】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３と、この入力シャフト３に同軸心かつ弾
性的に相対回転可能に連結される出力シャフト４とを備
え、両シャフト３、４の弾性的な相対回転量に応じて操
舵トルクを検出する。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の他端に入力シャフト３がセレーションを
介して圧入されることで連結される。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３
２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Ｍが取り付けられる。

【０００９】図２に示すように、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、また、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３ａ、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に入力シャ
フト３の一端側が挿入される。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にセレーションを介して圧入
されることで連結され、他端がピン２４により出力シャ
フト４に連結されている。これにより、両シャフト３、
４は操舵トルクに応じて同軸中心に弾性的に相対回転可
能に連結されている。その出力シャフト４はウォームホ
イール１０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の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、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。

【００１０】図３の（１）に示すように、その入力シャ
フト３の外周の一部と出力シャフト４の内周の一部とは
互いに対向する非円形部３′、４′とされ、その両非円
形部３′、４′が互いに当接することで、両シャフト
３、４の相対回転は一定範囲に規制される。その規制に
より、過大なトルクがステアリングシャフト３に作用し
た場合のトーションバー８の破損を防止している。

【００１１】上記トルクセンサ１は、入力シャフト３の
外周に嵌め合わされている非磁性材製のスリーブ１２を
有する。そのスリーブ１２の一端を入力シャフト３に押
し付けるようにかしめることでかしめ部１２′が形成さ
れ、そのかしめ部１２′を介してスリーブ１２は入力シ
ャフト３に固定されている。そのスリーブ１２の外周に
磁性材製の第１検出筒１３と磁性材製の第３検出筒１５
が固定されている。その出力シャフト４の外周に磁性材
製の第２検出筒１４が固定されている。その第１検出筒
１３の一端は第２検出筒１４の一端に隙間δａ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。その第１検出筒１３の一端と第２検出筒１４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
構成する第１コイル１６がホルダ１７を介してハウジン
グ２により保持されている。その第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第２コイル１８がホルダ１
９を介してハウジング２により保持されている。ハウジ
ング２に取り付けられる回路基板（図示省略）に検出回
路が設けられる。図４は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、第２コイル１８は抵抗４４を介して発振器４３に接
続される。また第１コイル１６は演算増幅器４５の反転
入力端子に接続され、第２コイル１８は演算増幅器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１
４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との軸方向において重合する部分の面積が変
化することから、その第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。すなわ
ち、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の
で、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
される。これにより、両シャフト３、４による伝達トル
クを第１磁気回路における磁気抵抗の変化に基づき検出
する。また、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、
温度変動による検出トルクの変動を補償する。その検出
トルクに応じて上記操舵補助力発生用モータＭが駆動さ
れ、操舵補助力が付与される。なお、スリーブ１２を入
力シャフト３にかしめ部１２′を介して固定する前に入
力シャフト３に対して軸方向相対移動させることで、第
１検出筒１３と第２検出筒１４との間の隙間δａを調節
し、トルク検出値を適正値になるように調節することが
可能とされている。

【００１２】図３の（１）、（２）、図５の（１）に示
すように、その出力シャフト４の中心孔４ａ内に位置す
る入力シャフト３の端面に、一対のガイド溝５１が設け
られている。各ガイド溝５１の開口はシャフト軸方向を
向く。各ガイド溝５１は、両シャフト３、４の相対回転
軸を中心とする円周の一部に沿うことで軸方向視形状が
円弧状とされている。その出力シャフト４の中心孔４ａ
の内周に段差面４ａ′が形成され、その段差面４ａ′に
一対の凹部５２が設けられている。各凹部５２の開口は
シャフト軸方向を向く。一方のガイド溝５１は一方の凹
部５２に対向し、そのガイド溝５１の内面と凹部５２の
内面とにより球体５３が軸方向から転動可能に挟まれて
いる。また、他方のガイド溝５１は他方の凹部５２に対
向し、そのガイド溝５１の内面と凹部５２の内面とによ
り球体５３が軸方向から転動可能に挟まれている。各ガ
イド溝５１の出力シャフト径方向に沿う断面形状は球体
５３の外周に沿う円弧とされ、各ガイド溝５１に球体５
３がシャフト周方向に案内されるように挿入されてい
る。各凹部５２の内面は球体５３の外面に沿う曲面とさ
れ、各凹部５２に球体５３が相対移動を規制されるよう
に挿入されている。

【００１３】上記構成によれば、入力シャフト３に設け
られるガイド溝５１の内面と出力シャフト４に設けられ
る凹部５２の内面とにより球体５３を軸方向から挟むこ
とで、両シャフト３、４の軸心が径方向に互いにずれる
のを規制できる。すなわち、その軸心のずれを両シャフ
ト３、４の外周と内周との間に軸受を介在させることな
く規制できる。また、出力シャフト４の凹部５２に球体
５３を挿入し、入力シャフト３を出力シャフト４の中心
孔４ａに挿入し、両シャフト３、４をそれぞの中心孔３
ａ、４ａに挿入されたトーションバー８を介して連結す
ることで、その球体５３を凹部５２の内面とガイド溝５
１の内面とで軸方向から挟むことができる。この入力シ
ャフト３と出力シャフト４の組み立てに際して、球体５
３はトーションバー８の外周と出力シャフト４の中心孔
４ａの内周との間に位置するので脱落することはない。
また、その球体５３は出力シャフト４の凹部５２に相対
移動を規制されるように挿入され、入力シャフト３のガ
イド溝５１にシャフト周方向に案内されるように挿入さ
れるので、そのガイド溝５１が円周の一部に沿うもので
あっても、その球体５３のガイド溝５１に対するシャフ
ト周方向における位置決めを容易に行うことができる。

【００１４】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、上記実施形態では本発明における一方のシャフト
を入力シャフトとして他方のシャフトをシャフトとした
が、一方のシャフトを出力シャフトとして他方のシャフ
トを入力シャフトとしてもよい。また、本発明のガイド
溝は両シャフトの相対回転軸を中心とする円周の全部に
沿うことで軸方向視が環状であってもよい。さらに、凹
部が両シャフトの相対回転軸を中心とする円周に沿うも
ので、そこに球体がシャフト周方向に案内されるように
挿入されてもよい。また、ガイド溝、凹部、球体の数は
１つでも３つ以上でもよく、さらに、一つの凹部の内面
と一つのガイド溝の内面との間に複数の球体が挟まれて
もよい。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、操舵トルクの検出精度
を向上して適正な操舵補助力を付与でき、音の発生を低
減でき、また、容易に組み立てることができる電動パワ
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
置の縦断面図

【図２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置における要部の縦断面図

【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置における要部の（１）は横断面図、（２）は（１）の
Ａ−Ａ線断面図

【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装
置におけるトルクセンサの回路図

【図５】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（１）は入力シャフトの端面図、（２）は出
力シャフトの端面図

【符号の説明】 １ トルクセンサ ２ ハウジング ３ 入力シャフト ４ 出力シャフト ５１ ガイド溝 ５２ 凹部 ５３ 球体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力シャフトと、その入力シャフトに同軸
   心かつ弾性的に相対回転可能に連結される出力シャフト
   と、両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トルクを、両シャフトの弾性的な相
   対回転量に応じて検出するトルクセンサとを備える電動
   パワーステアリング装置において、両シャフトの中の一
   方に、両シャフトの相対回転軸を中心とする円周の少な
   くとも一部に沿うガイド溝が設けられ、そのガイド溝の
   開口はシャフト軸方向を向くものとされ、両シャフトの
   中の他方に、そのガイド溝に対向する凹部が設けられ、
   その凹部の開口はシャフト軸方向を向くものとされ、そ
   のガイド溝の内面と凹部の内面とにより軸方向から転動
   可能に挟まれる球体が設けられ、その球体の外面がガイ
   ド溝の内面と凹部の内面とに接することにより、両シャ
   フトの軸心が径方向に互いにずれるのが規制されること
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】各シャフトに中心孔が形成され、両シャフ
   トの中の一方は両シャフトの中の他方の中心孔に挿入さ
   れ、両シャフトの中心孔に挿入されるトーションバーを
   介して両シャフトは互いに連結され、両シャフトの中の
   他方の中心孔の内周に段差面が形成され、その段差面に
   前記凹部が形成され、その凹部に前記球体が相対移動を
   規制されるように挿入され、両シャフトの中の他方の中
   心孔内に位置する両シャフトの中の一方の端面に、前記
   ガイド溝が前記円周の一部に沿うように設けられ、その
   ガイド溝に前記球体がシャフト周方向に案内されるよう
   に挿入されている請求項１に記載の電動パワーステアリ
   ング装置。