JP2005096649A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動パワーステアリング装置において、ハウジング内に設けてあるトルクセンサの異物によるトラブルを防ぐこと。
【解決手段】 ステアリング軸１４のための軸受１７をハウジング１２に隙間なく固定し、この軸受１７によるステアリング軸１４の被支持部１４Ａより反動力伝達軸１５側にステアリング軸１４とトーションバー１６のピン結合部６０を設け、該ステアリング軸１４の被支持部１４Ａより動力伝達軸１５側のハウジング１２内にトルクセンサ３０を設けた電動パワーステアリング１０において、ステアリング軸１４の被支持部１４Ａが軸受１７を貫通している部分をシールするシール手段７０を有するもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、特許文献１に記載の如く、ステアリングホイールが結合されるステアリング軸と、動力伝達軸をトーションバーを介して連結し、ステアリング軸と動力伝達軸のそれぞれを軸受を介してハウジングに支持し、ステアリング軸のための軸受をハウジングに隙間なく固定し、この軸受によるステアリング軸の被支持部より反動力伝達軸側にステアリング軸とトーションバーのピン結合部を設け、該ステアリング軸の被支持部より動力伝達軸側のハウジング内にトルクセンサを設け、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクを動力伝達軸に伝え、結果として電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。

電動パワーステアリング装置の組立過程では、動力伝達軸に圧入したトーションバーにステアリング軸を嵌合し、ステアリング軸をトーションバーに相対回転させたときに、ステアリング軸と動力伝達軸の間に設けてあるトルクセンサの出力が中立状態を示すそれら両者の相対回転位置で、ステアリング軸とトーションバーのピン結合部となる部分にピン孔を加工し、それら両者をピン結合する。
特開平6-40344

従来技術では、ハウジングに隙間なく固定した軸受による、ステアリング軸の被支持部より反動力伝達軸側に設けられるピン結合部で、ステアリング軸とトーションバーにピン孔を加工するための切粉油が発生し、この切粉油が上述の軸受にふりかかる。軸受は、外輪をハウジングに隙間なく圧入し、外輪と内輪の間の転動体の周辺の間隙にはシール機構を設けているものの、内輪とステアリング軸の被支持部との間には隙間がある。このため、軸受の内輪とステアリング軸の被支持部との間の隙間から動力伝達軸側のハウジング内に切粉油等の異物が入り、この異物がハウジング内のトルクセンサにトラブルを発生させるおそれがある。

本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、ハウジング内に設けてあるトルクセンサの異物によるトラブルを防ぐことにある。

請求項１の発明は、ステアリングホイールが結合されるステアリング軸と、動力伝達軸をトーションバーを介して連結し、ステアリング軸と動力伝達軸のそれぞれを軸受を介してハウジングに支持し、ステアリング軸のための軸受をハウジングに隙間なく固定し、この軸受によるステアリング軸の被支持部より反動力伝達軸側にステアリング軸とトーションバーのピン結合部を設け、該ステアリング軸の被支持部より動力伝達軸側のハウジング内にトルクセンサを設け、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクを動力伝達軸に伝える電動パワーステアリング装置において、前記ステアリング軸の被支持部が前記軸受を貫通している部分をシールするシール手段を有するようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記軸受がハウジングに隙間なく固定される外輪と、ステアリング軸の被支持部を支持する内輪と、外輪と内輪の間に設けられる転動体とからなり、外輪と内輪が転動体の周辺に形成する間隙にシール機構を設けてなり、前記シール手段はステアリング軸の被支持部が軸受の内輪を貫通している部分をシールするようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記シール手段が、ステアリング軸の被支持部に対する反動力伝達軸側に設けられ、ステアリング軸と軸受を覆うシール材であるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項３の発明において更に、前記シール材がステアリング軸の外周溝に隙間なく嵌着する嵌着部と、軸受の端面に密着するリップ部とを有してなるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記シール手段が、ステアリング軸の被支持部と軸受との間に介装されるシール材であるようにしたものである。

請求項６の発明は、請求項５の発明において更に、前記シール材がＯリングであるようにしたものである。

（請求項１）
ａ ステアリング軸とトーションバーのピン結合部となる部分にピン孔を加工し、それら両者をピン結合するときに発生する切粉油等の異物が軸受にふりかかっても、軸受はハウジングに隙間なく固定されているし、軸受とステアリング軸の被支持部の間の隙間はシール手段によってシールされている。このため、切粉油等の異物がハウジング内に入ることがなく、ハウジング内のトルクセンサにトラブルを生じない。

（請求項２）
ｂ 軸受が外輪と内輪と転動体からなるとき、外輪はハウジングに隙間なく固定され、外輪と内輪の間の転動体の周辺に形成される間隙はシール機構によってシールされている。シール手段が内輪とステアリング軸の被支持部との間の隙間をシールする。

（請求項３）
ｃ シール手段を構成するシール材が、ステアリング軸と軸受を覆い、軸受とステアリング軸の被支持部との間の隙間をシールする。

（請求項４）
ｄ シール材がステアリング軸の外周溝に嵌着する嵌着部と、軸受の端面に密着するリップ部とからなり、軸受とステアリング軸の被支持部との間の隙間をシールする。

（請求項５）
ｅ シール手段を構成するシール材がステアリング軸の被支持部と軸受との間に介装され、軸受とステアリング軸の被支持部との間の隙間をシールする。

（請求項６）
ｆ シール材がＯリングからなる。

図１は実施例１の電動パワーステアリング装置を示す全体断面図、図２は図１の要部拡大断面図、図３はシール材を示す断面図、図４は実施例２の要部拡大断面図、図５はシール材を示す断面図である。

（実施例１）
電動パワーステアリング装置１０は、図１に示す如く、車体フレーム等に固定される第１ハウジング１１に第２ハウジング１２をボルト結合する。そして、ステアリングホイールが結合されるステアリング軸１４と、動力伝達軸１５をトーションバー１６を介して同軸結合し、ステアリング軸１４は軸受１７を介して第２ハウジング１２に支持し、動力伝達軸１５は軸受１８を介して第１ハウジング１１に支持する。

尚、ステアリング軸１４はステアリングホイールが取付けられる上部軸１０１と、トーションバー１６に後述する如くにピン結合される下部軸１０２とからなり、上部軸１０１と下部軸１０２を後述する如くに回転方向及び軸方向に一体結合して構成される。また、第２ハウジング１２に設けた軸受１７から該ハウジング１２の外方に突き出るステアリング軸１４（１０１、１０２）は、該ハウジング１２に嵌着せしめられるチューブ１１０に被覆されて保護される。

電動パワーステアリング装置１０は、動力伝達軸１５にピニオン軸を連結し、ピニオン軸のピニオンに噛み合うラックを備えたラック軸をハウジングに左右動可能に支持する。動力伝達軸１５の回転運動をピニオン軸を介してラック軸の直線運動に変換し、車輪を操舵する。

電動パワーステアリング装置１０は、第１ハウジング１１に電動モータ（不図示）を支持し、電動モータの出力軸にはウォームギヤ２１が結合され、ウォームギヤ２１（不図示）に噛み合うウォームホイール２２を第１ハウジング１１と第２ハウジング１２の中で動力伝達軸１５に固定してある。

電動パワーステアリング装置１０は、ステアリング軸１４と動力伝達軸１５の間にトルクセンサ３０を設けている。ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサ３０により検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクをウォームギヤ（不図示）、ウォームホイール２２を介して動力伝達軸１５に伝える。これにより、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。

しかるに、トルクセンサ３０は以下の如くに構成される（図２）。
ステアリング軸１４は、第２ハウジング１２の内部に位置して動力伝達軸１５に同軸的に結合されている部分の側傍に、磁性体からなる第１の円筒３１、第２の円筒３２を圧入固定的に取付けている。第２の円筒３２の下部端面には周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部３２Ａを備える。

ここで、第２の円筒３２にあっては、下部端面の周方向に矩形の多数の歯４１を形成し、歯４１の山部の平面視矩形の頂面をステアリング軸１４の中心軸に直交する平面に形成する。そして、第２の円筒３２の下部端面の一部である歯４１の谷部に、ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材５１を充填している。遮蔽材５１は歯４１の谷部に隙間なく充填され、遮蔽材５１の上面は歯４１の山部の頂面と面一をなす。第２の円筒３２の端面の周方向で、遮蔽材５１が遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽材５１、５１に挟まれる平面視矩形部分）の非遮蔽部は、歯４１の山部の頂面そのものであり、この非遮蔽部が前述の磁路形成部３２Ａになる。

動力伝達軸１５は、第２ハウジング１２の内部に位置してステアリング軸１４に同軸的に結合されている部分の外周に、磁性体からなる第３の円筒３３を圧入固定的に取付けている。第３の円筒３３の上部端面には周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部３３Ａを備える。第１の円筒３１と第２の円筒３２と第３の円筒３３は、ステアリング軸１４と動力伝達軸１５の軸方向に互いに並置されるものになる。

ここで、第３の円筒３３にあっては、上部端面の周方向に矩形の多数の歯４２を形成し、歯４２の山部の平面視矩形の頂面を動力伝達軸１５の中心軸に直交する平面に形成する。そして、第３の円筒３３の上部端面の一部である歯４２の谷部に、ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材５２を充填している。遮蔽材５２は歯４２の谷部に隙間なく充填され、遮蔽材５２の上面は歯４２の山部の頂面と面一をなす。第３の円筒３３の端面の周方向で、遮蔽材５２が遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽材５２、５２に挟まれる平面視矩形部分）の非遮蔽部は、歯４２の山部の頂面そのものであり、この非遮蔽部が前述の磁路形成部３３Ａになる。

第２ハウジング１２の内周には段差孔状のコイル格納部３４が設けられ、磁性体からなる検出コイル体３５が動力伝達軸１５の側の開口３４Ａからコイル格納部３４に挿入され、圧入固定的に取付けられる。検出コイル体３５の軸方向２位置には、第１電磁結合コイル３６、第２電磁結合コイル３７がボビン３８、３９を介して巻回されている。第１電磁結合コイル３６は第１の円筒３１を囲み、第２電磁結合コイル３７は第２の円筒３２と第３の円筒３３を囲むように配置される。これにより、第１電磁結合コイル３６は第１の円筒３１と、第２電磁結合コイル３７は第２の円筒３２及び第３の円筒３３とそれぞれ電磁結合する。第１電磁結合コイル３６は温度補償用、第２電磁結合コイル３７はトルク検出用になっている。

検出コイル体３５は第２ハウジング１２の内周のコイル格納部３４への挿入状態で、コイル格納部３４のステアリング軸１４側の段差部３４Ｂに押し込まれ状に支持されるとともに、コイル格納部３４の開口３４Ａの内周溝に係着した止め輪４０により軸方向への移動を阻止された状態に固定される。

検出コイル体３５の第１電磁結合コイル３６、第２電磁結合コイル３７は電磁結合状態に相応する電圧を誘起する。トーションバー１６にトルクが作用していない場合には、電磁結合コイル３６、３７の誘起電圧が等しくなるように、円筒３１、３２及び３３の電磁結合状態を求め、円筒３１、３２及び３３をそれぞれ位置決めしている。従って、検出コイル体３５の電磁結合コイル３６、３７の誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧を相殺し、円筒３２、３３の相対回転量に相応した電磁結合状態を検出し、トーションバー１６に作用したトルク、換言すればステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出可能にする。

尚、第２と第３の円筒３２、３３の端面に形成した歯４１、４２の山部にて磁路形成部３２Ａ、３３Ａを形成し、歯４１、４２の谷部には非磁性材料からなる遮蔽材５１、５２を鋳込む如くによって充填した。第２の円筒３２の磁路形成部３２Ａと第３の円筒３３の磁路形成部３３Ａの間で生ずる磁束の通路は、遮蔽材５１と遮蔽材５１に挟まれる歯４１の山部の頂面、遮蔽材５２と遮蔽材５２に挟まれる歯４２の山部の頂面だけに限定され、遮蔽材５１、５２に遮蔽されている山部の側面に回り込むことを抑制される。このため、ステアリング軸１４と動力伝達軸１５の間のトーションバー１６のねじれに伴なう、第２の円筒３２の磁路形成部３２Ａと第３の円筒３３の磁路形成部３３Ａの重なり面積（磁束通路面積）の変化のみに応じた透磁率の変化量となり、第２電磁結合コイル３７の検出出力幅を増大でき、ひいては検出精度及び感度を向上できる。

しかるに、電動パワーステアリング装置１０において、ハウジング１１、１２へのステアリング軸１４、動力伝達軸１５、トーションバー１６、トルクセンサ３０の組付けは以下の如くになされる。

(1)ウォームホイール２２を備えた動力伝達軸１５が軸受１８を介して第１ハウジング１１に組込まれる。動力伝達軸１５は第３の円筒３３を備える。

(2)第２ハウジング１２に軸受１７、検出コイル体３５（第１電磁結合コイル３６、第２電磁結合コイル３７）を組込み、該ハウジング１２に組込んだ軸受１７にステアリング軸１４（下部軸１０２）を支持する。ステアリング軸１４は第２ハウジング１２内の検出コイル体３５に囲まれる第１の円筒３１と第２の円筒３２を備える。

トルクセンサ３０（円筒３１〜３３、検出コイル体３５）は、軸受１７によるステアリング軸１４の被支持部１４Ａより動力伝達軸１５側のハウジング１１、１２内に設けられるものになる。

軸受１７は外輪１７Ａ、内輪１７Ｂ、外輪１７Ａと内輪１７Ｂの間に設けられる転動体１７Ｃからなり、外輪１７Ａを第２ハウジング１２に圧入して隙間なく固定し、内輪１７Ｂにステアリング軸１４の被支持部１４Ａを支持し、外輪１７Ａと内輪１７Ｂが転動体１７Ｃの周辺に形成する間隙にシール機構（不図示）を設けてある。

(3)トーションバー１６を動力伝達軸１５の上端内径部に圧入し、同軸結合する。

(4)上述(2)の第２ハウジング１２に軸受１７を介して支持してあるステアリング軸１４をトーションバー１６の上端部側に嵌合し、第２ハウジング１２を第１ハウジング１１にボルト結合する。

(5)ステアリング軸１４をトーションバー１６に対し相対回転させ、ステアリング軸１４に固定の円筒３１、３２と、動力伝達軸１５に固定の円筒３３と、検出コイル体３５のコイル３６、３７が前述の如くに構成するトルクセンサ３０の出力を検出する。トルクセンサ３０の出力が中立状態（トーションバー１６が非ねじれ状態）を示す、ステアリング軸１４とトーションバー１６の相対回転位置で、第２ハウジング１２に設けた軸受１７により支持されているステアリング軸１４の被支持部１４Ａより反動力伝達軸１５の側に位置する該ステアリング軸１４の外周部からトーションバー１６に貫通するピン孔６１を穿設し、このピン孔６１にピン６２を打ち込み、ステアリング軸１４とトーションバー１６のピン結合部６０を形成する。

(6)ステアリング軸１４を構成する下部軸１０２の外周に上部軸１０１の内周をスプライン結合する。同時に、上部軸１０１と下部軸１０２の相対応する貫通孔１０１Ａ、１０２Ａに樹脂ピン１０３を注入固化する。上部軸１０１と下部軸１０２はスプライン結合によって回転方向に一体結合し、かつ樹脂ピン１０３により軸方に一体結合するとともに、車両衝突時の軸方向過大荷重により樹脂ピン１０３を破壊させて運転者を保護する。

しかるに、電動パワーステアリング装置１０にあっては、上述(5)のステアリング軸１４とトーションバー１６にピン結合部６０を形成する際に、ピン孔６１の加工等により生ずる切粉油等の異物が、軸受１７にふりかかり、軸受１７の内輪１７Ｂとステアリング軸１４の被支持部１４Ａとの間の隙間からハウジング１２内に入ることを防止するため、以下のシール手段７０を具備する。

シール手段７０は、図３に示す如く、ステアリング軸１４（下部軸１０２）の被支持部１４Ａが軸受１７の内輪１７Ｂを貫通している部分をシールする。このとき、シール手段７０は、ステアリング軸１４の被支持部１４Ａに対する反動力伝達軸１５側（ハウジング１２の外側）に設けられ、ステアリング１４と軸受１７の内輪１７Ｂを覆うシール材７１からなる。

シール材７１は、ステアリング軸１４の被支持部１４Ａに相隣る環状外周溝１４Ｂに隙間なく嵌着する嵌着部７１Ａと、内輪１７Ｂの端面に密着するリップ７１Ｂとを有する。シール材７１は、嵌着部７１Ａに軸方向のばね力をもたせるように該嵌着部７１Ａの縦断面形状（図３）をＵ字状にし、ステアリング軸１４の外周溝１４Ｂと、被支持部１４Ａに装填した軸受１７の内輪１７Ｂとの組付き寸法のバラツキを吸収し、リップ部７１Ｂを内輪１７Ｂの端面に必ず当接させる。シール材７１は、リップ部７１Ｂをハウジング１２の側に当接させず、ステアリング軸１４に無用な摩擦抵抗を付与しない。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(1)ステアリング軸１４とトーションバー１６のピン結合部６０となる部分にピン孔６１を加工し、それら両者をピン結合するときに発生する切粉油等の異物が軸受１７にふりかかっても、軸受１７はハウジング１２に隙間なく固定されているし、軸受１７とステアリング軸１４の被支持部１４Ａの間の隙間はシール手段７０によってシールされている。このため、切粉油等の異物がハウジング１２内に入ることがなく、ハウジング１２内のトルクセンサ３０にトラブルを生じない。

(2)軸受１７が外輪１７Ａと内輪１７Ｂと転動体１７Ｃからなるとき、外輪１７Ａはハウジング１２に隙間なく固定され、外輪１７Ａと内輪１７Ｂの間の転動体１７Ｃの周辺に形成される間隙はシール機構によってシールされている。シール手段７０が内輪１７Ｂとステアリング軸１４の被支持部１４Ａとの間の隙間をシールする。

(3)シール手段７０を構成するシール材７１が、ステアリング軸１４と軸受１７を覆い、軸受１７とステアリング軸１４の被支持部１４Ａとの間の隙間をシールする。

(4)シール材７１がステアリング軸１４の外周溝に嵌着する嵌着部７１Ａと、軸受１７の端面に密着するリップ部７１Ｂとからなり、軸受１７とステアリング軸１４の被支持部１４Ａとの間の隙間をシールする。

（実施例２）
図４、図５の実施例２が実施例１と異なる点は、実施例１のシール手段７０に代わるシール手段８０を用いたことにある。

シール手段８０は、図４、図５に示す如く、ステアリング軸１４（下部軸１０２）の被支持部１４Ａの外周と軸受１７の内輪１７Ｂの内周との間に介装されるシール材８１からなる。シール材８１はＯリングにより構成できる。

シール材８１は、ステアリング軸１４の被支持部１４Ａの外周に設けた環状外周溝１４Ｃに係着され、内輪１７Ｂの内周により挟圧される。

本実施例によれば、シール手段８０を構成するシール材８１（Ｏリング）がステアリング軸１４の被支持部１４Ａと軸受１７との間に介装され、軸受１７とステアリング軸１４の被支持部１４Ａとの間の隙間をシールする。

以上、本発明の実施例を図面により記述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

図１は実施例１の電動パワーステアリング装置を示す全体断面図である。 図２は図１の要部拡大断面図である。 図３はシール材を示す断面図である。 図４は実施例２の要部拡大断面図である。 図５はシール材を示す断面図である。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置
１１、１２ ハウジング
１４ ステアリング軸
１４Ａ 被支持部
１４Ｂ 外周溝
１５ 動力伝達軸
１６ トーションバー
１７、１８ 軸受
１７Ａ 外輪
１７Ｂ 内輪
１７Ｃ 転動体
３０ トルクセンサ
６０ ピン結合部
７０、８０ シール手段
７１、８１ シール材
７１Ａ 嵌着部
７１Ｂ リップ部

Claims (6)

1. ステアリングホイールが結合されるステアリング軸と、動力伝達軸をトーションバーを介して連結し、ステアリング軸と動力伝達軸のそれぞれを軸受を介してハウジングに支持し、
   ステアリング軸のための軸受をハウジングに隙間なく固定し、この軸受によるステアリング軸の被支持部より反動力伝達軸側にステアリング軸とトーションバーのピン結合部を設け、該ステアリング軸の被支持部より動力伝達軸側のハウジング内にトルクセンサを設け、
   ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクを動力伝達軸に伝える電動パワーステアリング装置において、
   前記ステアリング軸の被支持部が前記軸受を貫通している部分をシールするシール手段を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記軸受がハウジングに隙間なく固定される外輪と、ステアリング軸の被支持部を支持する内輪と、外輪と内輪の間に設けられる転動体とからなり、外輪と内輪が転動体の周辺に形成する間隙にシール機構を設けてなり、
   前記シール手段はステアリング軸の被支持部が軸受の内輪を貫通している部分をシールする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記シール手段が、ステアリング軸の被支持部に対する反動力伝達軸側に設けられ、ステアリング軸と軸受を覆うシール材である請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記シール材がステアリング軸の外周溝に隙間なく嵌着する嵌着部と、軸受の端面に密着するリップ部とを有してなる請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記シール手段が、ステアリング軸の被支持部と軸受との間に介装されるシール材である請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記シール材がＯリングである請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
   

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