JP2006182144A - 電動パワーステアリング装置用アングルセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 電動パワーステアリング装置側の内接ギヤと該内接ギヤに噛合するアングルセンサ側のセンサギヤとの間の歯打ち音を抑制すると共に、組立性の向上を図ることができる電動パワーステアリング装置用アングルセンサを提供する。
【解決手段】 電動パワーステアリング装置１０側に設けられた内接ギヤ３８に噛合して増速回転させられるセンサギヤ４１と、該センサギヤ４１の回転軸４２を回転自在に支持すべく軸方向に互いに離間配置された少なくと一対の軸受４３，４４と、該一対の軸受４３，４４間に配置された減速ギヤ機構４５とを備えたアングルセンサ４０であって、一対の軸受４３，４４の内のセンサギヤ４１側の軸受４３の軸方向中心位置から該センサギヤ４１の軸方向中心位置までの長さＬ１と、前記軸受４３から減速ギヤ機構４５の噛合部の軸方向中心位置までの長さＬ２との関係を、Ｌ１≧Ｌ２とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置のステアリング軸の回転角度を検出する電動パワーステアリング装置用アングルセンサに関する。

図９は、従来のアングルセンサを備えた電動パワーステアリング装置の一例を示す。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１０１の中心に固定されたステアリング軸１０２が車内のダッシスホード内に設けられた支持体１０６に回転自在に支持されている。

ステアリング軸１０２は、ステアリング入力部１０２ａと、ステアリング入力部１０２ａの先端に設けられた検出軸部１０３と、検出軸部１０３の先端に設けられたステアリング出力部１０４とを備えており、ステアリング出力部１０４の先端には、自在継手等を介してラック・ピニオン式運動変換機構（図示せず）が連結されている。ラック・ピニオン式運動変換機構のラック両端に設けられたホイールには、前輪のタイヤが取り付けられる。

ステアリング出力部１０４には、ウォーム歯車減速機構を構成するウォームホイール１０５が固定されている。ウォームホイール１０５の近傍には、電動式のパワーアシストモータ１０７が設けられている。パワーアシストモータ１０７の出力軸１０７ａにはウォーム１０８が固定されており、このウォーム１０８がウォームホイール１０５の外周の歯部１０５ａに噛み合っている。

検出軸部１０３には、トルクセンサ１０９ａとアングルセンサ１０９ｂが設けられている。トルクセンサ１０９ａで検出軸部１０３に加わるトルクが電圧などに変換され、その出力がマイクロコンピュータなどのトルク検出制御部へ与えられる。

トルク検出制御部では、トルク出力および車速度信号やイグニション・オン信号などに基づいてアシスト量が演算され、この演算値に基づいてパワーアシストモータ１０７が制御されて、パワーアシストモータ１０７の動力がステアリング軸１０２に与えられ、ステアリングホイール１０１に補助操舵力が付与される。

また、アングルセンサ１０９ｂはステアリング軸１０２の回転角度を検出するもので、例えば運転中の車にオーバーステアやアンダーステアなどが生じた場合には、アングルセンサ１０９ｂにより検出されたステアリング角度と車速信号に基づいてマイクロコンピュータがより最適な操舵角度などを割り出してパワーアシストモータ１０７を制御する。これにより、前輪の操舵角度が調整され、またはブレーキ力が調整されるなどして、自動車が最適な状態で操舵される。

しかし、この方式では、電動パワーステアリング装置のステアリング軸１０２上にアングルセンサ１０９ｂが直列に連結してステアリング出力部１０４の回転角を直接検出するようにしているため、ステアリング軸１０２の長さが長くなる問題がある。

そこで、ステアリング軸１０２の長さを短くすべく、電動パワーステアリング装置のウォーム歯車減速機構にアングルセンサをステアリング軸１０２に対して平行に配置したものが提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

このアングルセンサは、電動パワーステアリング装置側のウォーム歯車減速機構を構成するウォームホイールに形成された歯車（第１の歯車）に噛合して増速回転される入力歯車（第２の歯車）と、入力歯車が取り付けられた回転軸に設けられたウォームとこのウォームと噛合するウォームホイールとで構成される減速ギヤ機構とを備え、減速ギヤ機構のウォームホイールの回転角に基づいて、ステアリング軸の回転角を検出している。
特開２００４−１６１１５０号公報 特開２００３−３２９４３６号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２記載のアングルセンサにおいては、電動パワーステアリング装置側のウォームホイールに設けられた歯車とアングルセンサ側の入力歯車との間が増速ギヤ機構となることから、がたつきによる歯打ち音が発生し易く、このため、組立時のがたつきの管理寸法幅が狭くなって組立性に劣るという問題がある。

本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、電動パワーステアリング装置側の第１の歯車と該第１の歯車に噛合するアングルセンサ側の第２の歯車との間の歯打ち音を抑制することができると共に、組立性の向上を図ることができる電動パワーステアリング装置用アングルセンサを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１） 電動パワーステアリング装置側に設けられた第１の歯車と噛合可能な第２の歯車と、
該第２の歯車がセンサケースの外側に突出する先端部に取り付けられる回転軸と、
該回転軸を前記センサケースに対して回転自在に支持すべく軸方向に互いに離間して配置された一対の軸受と、
前記センサケース内に設けられ、前記回転軸の回転を減速する減速ギヤ機構と、
を備えた電動パワーステアリング装置用アングルセンサであって、
前記第１の歯車と前記第２の歯車は、相対的に弾性変位可能であるように噛合されることを特徴とする電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。
（２） 前記一対の軸受のうち、第２の歯車側に配置された軸受の軸方向中心位置から前記第２の歯車の軸方向中心位置までの長さをＬ１、前記第２の歯車側の軸受の軸方向中心位置から前記減速ギヤ機構の噛合部の軸方向中心位置までの長さをＬ２とすると、Ｌ１≧Ｌ２となることを特徴とする（１）に記載の電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。
（３） 前記第２の歯車側に配置された軸受は、前記第２の歯車が弾性変位可能であるように、前記回転軸を弾性的に支持することを特徴とする（１）または（２）に記載の電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。
（４） 前記回転軸は、前記第２の歯車側に配置された軸受と前記第２の歯車との間に弾性部を有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。
（５） 前記第１の歯車は弾性体を介して取り付けられることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。
（６） 前記センサケースは、弾性体を介して電動パワーステアリング装置側に取り付けられることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。

本発明によれば、電動パワーステアリング装置側の第１の歯車に対してアングルセンサ側の第２の歯車を相対的に寄せて一方の歯が他方の歯の斜面に当たるように噛合させても、第１の歯車と第２の歯車とが相対的に弾性変位可能に噛合されるので、第１の歯車と第２の歯車との間の作動トルクの増加を抑えることができ、これにより、アングルセンサの組立性の向上を図ることができると共に、第１の歯車と第２の歯車との間の歯打ち音の発生を抑えることができる。

以下、本発明の各実施形態に係る電動パワーステアリング装置用アングルセンサについて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るコラム式の電動パワーステアリング装置１０の一例を示したものであり、符号１１はステアリング軸、１２は該ステアリング軸１１のハウジング、１３はパワーアシストモータ、２０はラック・ピニオン式運動変換機構、３０はウォーム歯車減速機構、４０はアングルセンサである。

ステアリング軸１１は、ステアリング入力部１１ａとステアリング出力部１１ｂとを備えており、ハウジング１２の内部に軸心回りに回転自在に支持されている。ハウジング１２は車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されており、また、ステアリング入力部１１ａの上端にはステアリングホイール（図示せず）が固定されている。

さらに、ステアリング入力部１１ａとステアリング出力部１１ｂとはトルクセンサ１１ｃ（図２参照）のトーションバー１４を介して連結されており、ステアリングホイールからステアリング入力部１１ａを経てステアリング出力部１１ｂに伝達される操舵トルクがトルクセンサ１１ｃにより検出され、検出された操舵トルクに基づいてアシストパワーモータ１３の出力が制御される。

ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸２１と、ラック軸２１の軸心に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯部に噛合する歯部を有するピニオン軸２２と、ラック軸２１及びピニオン軸２２を支承する筒状のケース２３とを備えている。ラック・ピニオン式運動変換機構２０のラック軸２１の両端に設けられたホイールには、前輪のタイヤが取り付けられる。

ピニオン軸２２とステアリング出力部１１ｂの下端とは、２個の自在継手１５、１６及び連結部材１７で連結されている。また、ステアリング出力部１１ｂの軸方向の中間位置にはウォーム歯車減速機構３０が配置され、このウォーム歯車減速機構３０を介してアシストパワーモータ１３からステアリング出力部１１ｂに対して操舵補助力が付与される。

ウォーム歯車減速機構３０は、図２に示すように、ウォームホイール３１と、該ウォームホイール３１に噛合するウォーム３２と、ウォームホイール３１及びウォーム３２等を収納するギヤケース３３とを備えている。

ウォーム３２の回転軸はアシストパワーモータ１３の駆動軸にスプライン結合された状態で軸受を介してギヤケース３３に回転自在に支持されており、このギヤケース３３にはステアリング出力部１１ｂが軸受３４，３５を介して回転自在に支持されている。

ウォームホイール３１は、ステアリング出力部１１ｂに外嵌される金属製の芯金３９の外周面に適宜スプライン加工等が施され、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部３６が設けられている。

樹脂部３６の外周面にはウォーム３２に噛合するホイール歯３７が形成される。また、樹脂部３６の軸方向の端部内周面には、第１の歯車である内接ギヤ３８が形成され、アングルセンサ４０の第２の歯車であるセンサギヤ４１と噛合する。パワーアシストモータ１３の回転力はウォーム３２及びウォームホイール３１を経てステアリング出力部１１ｂに伝達される。

アングルセンサ４０は、図３及び図４に示すように、電動パワーステアリング装置１０のウォーム歯車減速機構３０を構成するウォームホイール３１に設けられた内接ギヤ３８に噛合して増速回転されるセンサギヤ４１と、センサギヤ４１がセンサケース４６の外側に突出する先端部４２ａに取り付けられる回転軸４２と、回転軸４２をセンサケース４６に対して回転自在に支持すべく軸方向に互いに離間して配置された樹脂製の一対の滑り軸受４３，４４と、センサケース４６内に設けられ、回転軸４２の回転を減速する減速ギヤ機構４５と、を備えている。センサケース４６は、ウォーム歯車減速機構３０のギヤケース３３にボルト４７を介して固定されている（図２参照）。

減速ギヤ機構４５は、一対の滑り軸受４３，４４間の回転軸４２に取り付けられたウォーム４８と、このウォーム４８に噛合するウォームホイール４９によって構成され、ウォームホイール４９の回転角に基づいて、ステアリング軸１１の回転角を検出している。

ここで、この実施形態では、図３を参照して、一対の滑り軸受４３，４４の内のセンサギヤ４１側の滑り軸受４３の軸方向中心位置から該センサギヤ４１の軸方向中心位置までの長さをＬ１、滑り軸受４３から減速ギヤ機構４５の噛合部の軸方向中心位置までの長さをＬ２とすると、Ｌ１≧Ｌ２の関係が成り立ち、且つ電動パワーステアリング装置１０側の内接ギヤ３８に対してアングルセンサ４０側のセンサギヤ４１を寄せて一方の歯が他方の歯の斜面に当たるように噛合させている。

このように本実施形態では、滑り軸受４３の軸方向中心位置（支点位置）からセンサギヤ４１の軸方向中心位置（力点位置）までの長さＬ１と滑り軸受４３の軸方向中心位置（支点位置）から減速ギヤ機構４５の噛合部の軸方向中心位置（作用点位置）までの長さＬ２との関係をＬ１≧Ｌ２としているので、電動パワーステアリング装置１０側の内接ギヤ３８にアングルセンサ４０側のセンサギヤ４１を寄せて一方の歯が他方の歯の斜面に当たるように噛合させて回転軸４２に変位荷重を与えた場合においても、センサギヤ４１の軸方向中心位置の力点に僅かな力が作用しただけで滑り軸受４３の軸方向中心位置の支点が撓むため、減速ギヤ機構４５の作動性に影響を与えることなく内接ギヤ３８とセンサギヤ４１との間の作動トルクの増加を抑えることができる。これにより、アングルセンサ４０のギヤケース３３への組立性の向上を図ることができると共に、内接ギヤ３８とセンサギヤ４１との間の歯打ち音の発生を抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態である電動パワーステアリング装置用アングルセンサについて詳細に説明する。なお、第１実施形態と同等部分には同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

電動パワーステアリング装置用アングルセンサ５０では、回転軸４２は、センサギヤ４１と滑り軸受４３との間に弾性部であるコイルばね５１を有しており、電動パワーステアリング装置１０側の内接ギヤ３８にアングルセンサ５０側のセンサギヤ４１を積極的に寄せて一方の歯が他方の歯の斜面に当たるように噛合させている。

本実施形態では、電動パワーステアリング装置１０側の内接ギヤ３８にアングルセンサ５０側のセンサギヤ４１を寄せて噛合させて回転軸４２に変位荷重を与えた場合においても、センサギヤ４１の軸方向中心位置の力点に僅かな力が作用しただけでコイルばね５１が撓むため、減速ギヤ機構４５の作動性に影響を与えることなく内接ギヤ３８とセンサギヤ４１との間の作動トルクの増加を抑えることができ、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、弾性部は、コイルばね５１に限定する必要はなく、コイルばね５１に代えて、例えば、回転軸４２自体にピアノ線等を用いることで構成し、センサギヤ４１と滑り軸受４３との間が弾性的に撓むようにしてもよい。

（第３実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態である電動パワーステアリング装置用アングルセンサについて詳細に説明する。なお、第１実施形態と同等部分には同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

電動パワーステアリング装置用アングルセンサ６０では、一対の滑り軸受６１，６２が金属材料で構成され、センサギヤ４１側の滑り軸受６１の外径部をゴム等の弾性体６３を介してセンサケース４６に支持している。そして、電動パワーステアリング装置１０側の内接ギヤ３８にアングルセンサ６０側のセンサギヤ４１を積極的に寄せて一方の歯が他方の歯の斜面に当たるように噛合させている。

本実施形態では、電動パワーステアリング装置１０側の内接ギヤ３８にアングルセンサ６０側のセンサギヤ４１を寄せて噛合させて回転軸４２に変位荷重を与えた場合においても、センサギヤ４１の軸方向中心位置の力点に僅かな力が作用しただけで滑り軸受６１が弾性体６３の弾性変形により径方向に変位するため、減速ギヤ機構４５の作動性に影響を与えることなく内接ギヤ３８とセンサギヤ４１との間の作動トルクの増加を抑えることができ、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、本実施形態では、弾性体６３を滑り軸受６１の外径部全面に配置しているが、滑り軸受６１の径方向変位を許容して回転軸４２を弾性的に支持するものであればよく、弾性体６３を滑り軸受６１の外径部の一部に配置するようにしてもよい。さらに、図１に示された樹脂製の滑り軸受４３のように、滑り軸受自体が弾性を有する構造とし、回転軸４２を弾性的に支持するようにしてもよい。

（第４実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第４実施形態である電動パワーステアリング装置用アングルセンサについて詳細に説明する。なお、第１実施形態と同等部分には同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

電動パワーステアリング装置用アングルセンサ７０は、内接ギヤ３８をウォームホイール３１の樹脂部３６と別体にして該内接ギヤ３８をゴム等の弾性体７１を介して樹脂部３６の端部内周面に取り付けられる。そして、電動パワーステアリング装置１０側の内接ギヤ３８にアングルセンサ７０側のセンサギヤ４１を積極的に寄せて一方の歯が他方の歯の斜面に当たるように噛合させている。

この実施形態では、電動パワーステアリング装置１０側の内接ギヤ３８にアングルセンサ７０側のセンサギヤ４１を寄せて噛合させて回転軸４２に変位荷重を与えた場合においても、センサギヤ４１の軸方向中心位置の力点に僅かな力が作用しただけで内接ギヤ３８が弾性体７１の弾性により径方向に弾性変位するため、減速ギヤ機構４５の作動性に影響を与えることなく内接ギヤ３８とセンサギヤ４１との間の作動トルクの増加を抑えることができ、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第５実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第５実施形態である電動パワーステアリング装置用アングルセンサについて詳細に説明する。なお、第１実施形態と同等部分には同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

電動パワーステアリング装置用アングルセンサ８０は、アングルセンサ８０側のセンサケース４６をウォーム歯車減速機構３０のギヤケース３３にボルト４７を介して固定するに際して、センサケース４６にブッシュ嵌合孔８１を形成して該ブッシュ嵌合孔８１に弾性体であるゴムブッシュ８２を嵌め込んでゴムブッシュ８２の内周部をボルト４７の挿通孔としている。また、ギヤケース３３の壁部でセンサケース４６の回転軸４２を覆う部分の円筒部８３が貫通する孔８４を大径にして該孔８４の内周部と円筒部８３の外周部との間に弾性体であるＯリング８５を介装している。そして、電動パワーステアリング装置１０側の内接ギヤ３８にアングルセンサ８０側のセンサギヤ４１を積極的に寄せて一方の歯が他方の歯の斜面に当たるように噛合させている。

なお、ゴムブッシュ８２は軸方向の中央部が小径孔部８６とされると共に、該小径孔部８６の軸方向両側が大径孔部８７とされており、小径孔部８６がボルト４７の挿通孔とされると共に、大径孔部８７にはカラー８８が嵌め込まれて該カラー８８の内周部もボルト４７の挿通孔とされている。

本実施形態では、電動パワーステアリング装置１０側の内接ギヤ３８にアングルセンサ８０側のセンサギヤ４１を寄せて噛合させて回転軸４２に変位荷重を与えた場合においても、センサギヤ４１の軸方向中心位置の力点に僅かな力が作用しただけでアングルセンサ８０全体がゴムブッシュ８２及びＯリング８５の弾性によりギヤケース３３に対して径方向に弾性変位するため、減速ギヤ機構４５の作動性に影響を与えることなく内接ギヤ３８とセンサギヤ４１との間の作動トルクの増加を抑えることができ、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
本実施形態では、第１の歯車として、内接ギヤ３８をウォームホイール３１の樹脂部３６の内周部に設けているが、これに限定されず、樹脂部３６の外周部や側面に第１の歯車を設けるようにしてもよい。

また、各実施形態は、電動パワーステアリング装置側の第１の歯車とアングルセンサ側の第２の歯車との間の歯打ち音の発生を抑えるため、第１の歯車と第２の歯車とを相対的に寄せて噛合させる際、第１の歯車と第２の歯車とが相対的に弾性変位可能に噛合されることで、アングルセンサの組立性の向上を図ることができると共に、第１の歯車と第２の歯車との間の作動トルクの増加を抑えたものである。従って、本発明は、第１の歯車と第２の歯車とを相対的に弾性変形可能に噛合させる構成を含んでいればよい。さらに、第１の歯車と第２の歯車とを相対的に弾性変形可能に噛合させるように、各実施形態の構成は組み合わせて使用されても良い。

本発明の第１実施形態であるアングルセンサを備えた電動パワーステアリング装置を説明するための図である。 アングルセンサ側のセンサギヤと電動パワーステアリング装置側の内接ギヤとの噛合状態を説明するための断面図である。 アングルセンサの一部を破断した図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２実施形態であるアングルセンサを説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態であるアングルセンサを説明するための断面図である。 本発明の第４実施形態であるアングルセンサを説明するための断面図である。 本発明の第５実施形態であるアングルセンサを説明するための断面図である。 従来のアングルセンサを備えた電動パワーステアリング装置の一例を説明するための図である。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置
３８ 内接ギヤ（第１の歯車）
４０，５０，６０，７０，８０ アングルセンサ
４１ センサギヤ（第２の歯車）
４３，４４ 滑り軸受
４５ 減速ギヤ機構
５１ コイルばね（弾性部）
７１ 弾性体
８２ ゴムブッシュ（弾性体）
８５ Ｏリング（弾性体）

Claims (6)

1. 電動パワーステアリング装置側に設けられた第１の歯車と噛合可能な第２の歯車と、
   該第２の歯車がセンサケースの外側に突出する先端部に取り付けられる回転軸と、
   該回転軸を前記センサケースに対して回転自在に支持すべく軸方向に互いに離間して配置された一対の軸受と、
   前記センサケース内に設けられ、前記回転軸の回転を減速する減速ギヤ機構と、
   を備えた電動パワーステアリング装置用アングルセンサであって、
   前記第１の歯車と前記第２の歯車は、相対的に弾性変位可能であるように噛合されることを特徴とする電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。
2. 前記一対の軸受のうち、第２の歯車側に配置された軸受の軸方向中心位置から前記第２の歯車の軸方向中心位置までの長さをＬ１、前記第２の歯車側の軸受の軸方向中心位置から前記減速ギヤ機構の噛合部の軸方向中心位置までの長さをＬ２とすると、Ｌ１≧Ｌ２とな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用アングルセンサ。
3. 前記第２の歯車側に配置された軸受は、前記第２の歯車が弾性変位可能であるように、前記回転軸を弾性的に支持することを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。
4. 前記回転軸は、前記第２の歯車側に配置された軸受と前記第２の歯車との間に弾性部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。
5. 前記第１の歯車は弾性体を介して取り付けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。
6. 前記センサケースは、弾性体を介して電動パワーステアリング装置側に取り付けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用アングルセンサ。

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