JP2008056144A - コラム式電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コラム部と操舵補助機構部とを円周方向の滑りを確実に防止しながら締結を容易に行う。
【解決手段】ステアリングシャフト２を回転自在に支持するコラム部４と、該コラム部４にその軸方向に連結されて操舵補助力を伝達する操舵補助機構部５とを備えたコラム式電動パワーステアリング装置であって、前記コラム部４と前記操舵補助機構部５とが、当該コラム部４の軸方向に対して所定の傾角を持つ方向で締結部材２１によって連結されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステアリングシャフトを回転自在に支持するコラム部と、該コラム部にその軸方向に連結されて操舵補助力を伝達する操舵補助機構部とを備えたコラム式電動パワーステアリング装置に関する。

この種のコラム式電動パワーステアリング装置としては、例えば舵輪に連動する舵軸及びこれを回転可能に収納するハウジングを有するコラム部を、前記舵輪に加わる操舵トルクに基づいて駆動制御される操舵補助用の電動モータに連動する動力側の軸を有する操舵補助部に緊締具で緊締することにより離脱／再結合することが可能に結合した電動式舵取装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、トルクセンサを内蔵するセンサハウジングと、その両側に連結されたコラムハウジング及び伝動ハウジングとを有し、センサハウジングとコラムハウジングとをコラムハウジングの軸方向と平行な締結ボルトで締結するようにした電動パワーステアリング装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−８５５９６号公報（第２頁、図１、図２） 特開２００４−１１４７０７号公報（第１頁、図１、図２）

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、コラム部と操舵補助部とを緊締具で緊締するようにしているが、近年電動モータから出力される操舵補助力が大きくなっている関係で、コラム部と操舵補助部とを単に緊締しただけでは両者間に円周方向の滑りを生じるおそれがあるという未解決の課題がある。

また、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、コラム部に相当するコラムハウジングと操舵補助部の一部を構成するセンサハウジングとがコラム部の軸方向と平行な締結ボルトで締結されているので、上述した特許文献１に記載の従来例に比較して、コラム部と操舵補助部との間の滑りを抑制することができるものであるが、ボルト締めする関係で、コラム部及び操舵補助部の何れか一方にボルトを挿通する挿通孔を設ける必要があることからコラム部と操舵補助部との円周方向の滑りを完全に無くすことはできないという未解決の課題がある。さらに、この特許文献２に記載の従来例にあっては、締結ボルトをコラム部の軸方向と平行に挿通するようにしているので、近年のコラム部を高機能化する要求によってコラム部に多種多様の部品が装着されているため、ボルトを締結する工具の挿入スペースを確保することが困難であるという未解決の課題もある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、コラム部と操舵補助機構部とを円周方向の滑りを確実に防止しながら締結を容易に行うことができるコラム式電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトを回転自在に支持するコラム部と、該コラム部にその軸方向に連結されて操舵補助力を伝達する操舵補助機構部とを備えたコラム式電動パワーステアリング装置であって、前記コラム部と前記操舵補助機構部とが、当該コラム部の軸方向に対して所定の傾角を持つ方向で締結部材によって連結されていることを特徴としている。
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記コラム部と前記操舵補助機構部との連結部に両者の相対回転を止める回転止め部が形成されていることを特徴としている。

さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項２に係る発明において、前記回転止め部は、前記コラム部と前記操舵補助機構部との夫々に、前記コラム部の軸方向に対して所定の傾角を持つ方向に対して直交する平面を有して互いに当接する連結面が前記コラム部の円周方向に形成され、当該連結面において前記傾角方向からボルト締めするように構成されていることを特徴としている。
さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記操舵補助機構部は、前記コラム部材にその軸方向に連結される減速ギヤハウジングと、該減速ギヤハウジングに連結された軸方向が前記コラム部の軸方向に対して交差する方向とされた電動モータとで構成されていることを特徴としている。

本発明によれば、コラム部と操舵補助機構部とが、当該コラム部材の軸方向に対して所定の傾角を持つ方向で締結部材によって連結されているので、締結部材を挿通する連結面を所定の傾角を持つ方向に対して直交する平面とすることにより、連結面同士を当接させたときに円周方向の滑りを生じることを確実に防止することができ、しかも締結部材の挿通方向がコラム部の軸方向に対して所定の傾角を持った方向とされているので、コラム部に装着される多種多様な部品に干渉することなく装着工具を挿入することができ、コラム部と操舵補助機構部との組付作業を容易に行うことができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図、図２は図１のコラム部及び操舵補助機構部の連結状態を示す斜視図、図３は図２の電動モータ及びコントロールユニットを取り外した斜視図、図４は図２の締結ボルト位置での縦断面図、図５はコントロールユニットを示すブロック図である。

図１において、後端（図１において右端）にステアリングホイール１を装着したステアリングシャフト２がステアリングコラム３に回転自在に保持されてコラム部４が構成されている。このコラム部４の前端（図１において左端）には、ステアリングシャフト２に操舵補助トルクを付与するウォーム減速機１１と、このウォーム減速機１１に操舵補助トルクを発生する電動モータ１２とで構成される操舵補助機構部５が連結されている。

ウォーム減速機１１の出力軸２５には、自在継手１７Ａを介して中間シャフト１８が連結され、この中間シャフト１８が自在継手１７Ｂを介して例えばラックピニオン式のステアリングギヤ機構６のピニオン軸１９に連結されている。
ステアリングギヤ機構６のラック軸（図示せず）は、タイロッド７を介して図示しない転舵輪に連結されている。

ここで、ステアリングシャフト２は、アウターシャフト２ａとインナーシャフト２ｂとを有し、アウターシャフト２ａの前端部とインナーシャフト２ｂの後端部とをスプライン結合させると共に、合成樹脂を介して結合されている。したがって、アウターシャフト２ａとインナーシャフト２ｂとは、衝突時にステアリングホイール１に所定値以上の衝撃荷重が負荷された場合に上記合成樹脂を破断させて、全長を縮めることができる。
また、ステアリングシャフト２を挿通した筒状のステアリングコラム３は、アウターコラム９とインナーコラム１０とをテレスコープ状に組み合わせてなり、軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる所謂コラプシブル構造としている。

そして、アウターコラム９の前端部を、ウォーム減速機１１のギヤハウジング１１ａの後端面に固定し、インナーシャフト２ｂが後述するウォーム減速機１１のギヤハウジング１１ａ内に回転自在に支持された入力軸２３に連結されている。ここで、アウターコラム９及びインナーコラム１０はアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、スチール等の金属材料で形成され、ギヤハウジング１１ａは、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の金属材料をダイキャスト成形して形成されている。

そして、ステアリングコラム３のインナーコラム１０がアッパブラケット１５Ｕによって車体側部材１６にチルト及びテレスコ位置調整可能に支持されていると共に、操舵補助機構部５におけるウォーム減速機１１のギヤハウジング１１ａが車体側部材１６に取付けられたロアブラケット１５Ｌに回動自在に支持されたピボットピン１５ｐを中心として上下方向に揺動可能に支持されている。

そして、コラム部４と操舵補助機構部５のギヤハウジング１１ａとが以下に述べるように連結されている。
先ず、コラム部４のアウターコラム９の前端側には、図４に示すように、その前端から後方寄りに所定長さの嵌入部９ａが形成され、この嵌入部９ａの後端側の外周面における円周方向を３等分した３個所に夫々連結板部９ｂが形成されている。

これら連結板部９ｂの夫々は、図４に示すように、前後端面がコラム部４の中心軸に対して所定の傾角θ（例えば約２５°）を持って延長する線Ｌ１に対して直交する平面即ちコラム部４の中心軸と直交する平面に対して前方側に傾角θだけ傾斜して延長されている。そして、連結板部９ｂに、それらの前後面に対して直交する方向即ち前述した所定の傾角θを持って延長する線Ｌ１に中心軸が一致するボルト挿通孔９ｃが形成されている。

一方、ギヤハウジング１１ａのコラム部４の連結板部９ｂに対向する位置に、連結板部９ｂの傾斜角と同一の傾斜角の装着面を有する３つの取付部１１ｂが形成され、これら取付部１１ｂに連結板部９ｂのボルト挿通孔９ｃの中心軸と中心軸を一致させて雌ねじ部１１ｃが形成されていると共に、取付部１１ｂの内側にアウターコラム９の嵌入部９ａが内嵌する嵌合孔１１ｄが形成されている。

そして、コラム部４とギヤハウジング１１ａとが嵌入部９ａを嵌合孔１１ｄに内嵌させると共に、両者の３つの連結板部９ｂと取付部１１ｂとを夫々当接させた状態で、締結部材としての締結ボルト２１をコラム部４の連結板部９ｂの後端側からボルト挿通孔９ｃを通じて雌ねじ部１１ｃに螺合させて締付けることにより、コラム部４とギヤハウジング１１ａとを円周方向の滑りを生じることなく固定される。

すなわち、コラム部４の３つの連結板部９ｂ及びギヤハウジング１１ａにおける３つの取付部１１ｂの傾斜方向が夫々異なる方向となっているため、コラム部４の連結板部９ｂとギヤハウジング１１ａの取付部１１ｂとを当接させた状態で、コラム部４及びギヤハウジング１１ａ間の円周方向における回り止めの作用を発揮し、この状態で締結ボルト２１によってコラム部４の連結板部９ｂとギヤハウジング１１ａの取付部１１ｂをボルト締めすることにより、両者を円周方向の滑りを生じることなく確実に連結することができる。

しかも、締結ボルト２１の挿通方向が従来例のようにコラム部４の軸方向と平行ではなく、コラム部４の軸方向に対して所定の傾角θを持って傾斜した線Ｌ１上となるので、コラム部４に高機能化の要求によって多種多様の部品が装着された場合でも、これら装着された部品に締結ボルト２１及びその装着工具が干渉することなくボルト装着工具の挿通領域を容易に確保することができ、組付作業を短時間で効率良く行うことができる。

また、ギヤハウジング１１ａは、図４に示すように、嵌合孔１１ｄに連接する嵌合孔１１ｄよりは小径のトルクセンサ収納筒部１１ｅを有し、このトルクセンサ収納筒部１１ｅの軸方向中央部から半径方向に外方に延長する円板状のフランジ部１１ｆが形成され、このフランジ部１１ｆの外周縁から前方に延長するウォームホイール収納円筒部１１ｇが形成され、このウォームホイール収納円筒部１１ｇの前端に蓋部１１ｈがボルト締めされている。ここで、蓋部１１ｈには、図２〜図４に示すように、車体側部材１６に取付られたロアブラケット１５Ｌのピボットピン１５ｐを挿通する挿通孔１１ｉを有する支持部１１ｊが形成されている。

そして、コラム部４及びギヤハウジング１１ａ内には、図４に示すように、インナーシャフト２ｂの前端にカップリング部２２を介して連結された入力軸２３と、この入力軸２３にトーションバー２４を介して連結された出力軸２５とが配設されている。入力軸２３は、トルクセンサ収納筒部１１ｅの後端側に支持された玉軸受２６及び出力軸２５の後端内周面に支持されたニードル軸受２７によって回転自在に支持されている。出力軸２５は、その後端外周面に一体に固定されたウォームホイール２８がトルクセンサ収納筒部１１ｅの外周面に支持された玉軸受２９及び蓋部１１ｈの内周面に支持されたシール付き玉軸受３０によって回転自在に支持されることにより、ギヤハウジング１１ａに回転自在に保持されている。

そして、トルクセンサ収納筒部１１ｅにトルクセンサ３１が内装されている。このトルクセンサ３１は、入力軸２３及び出力軸２５間の捩じれ状態を磁気的に検出するように構成され、ステアリングシャフト２に伝達された操舵トルクを一対の検出コイル３２ａ及び３２ｂで検出する。これら一対の検出コイル３２ａ及び３２ｂの巻き始め及び巻き終わりから導出されるハーネスが後述するコントロールユニット３５に接続されている。

さらに、ギヤハウジング１１ａの右側面には側面から見てコラム部４の中心軸と直交し、正面から見てコラム部４の中心軸から右方に所定距離だけ離れた垂直軸を中心軸とする電動モータ１２が取付けられ、この電動モータ１２の回転軸に連結されたウォーム（図示せず）がウォームホイール２８に噛合されている。ここで、ギヤハウジング１１ａには、図３に示すように、電動モータ１２を取付けるモータ装着部１１ｋが形成され、このモータ装着部１１ｉにモータ取付板３３を介して電動モータ１２が取付けられ、このモータ取付板３３に電動モータ１２と並列にコントロールユニット３５が配設されている。

このコントロールユニット３５には、図５に示すように、トルクセンサ３１で検出した操舵トルクが入力されると共に、車速センサ３６で検出した車速が入力され、操舵トルク及び車速に基づいて操舵補助指令値を演算するマイクロコンピュータ等で構成される指令値演算部３７と、該指令値演算部３７で演算された操舵補助指令値に基づいて電動モータ１２を駆動制御するインバータ等で構成されるモータ駆動部３８とで構成され、モータ駆動部３８から出力される３相のモータ駆動電流が電動モータ１２に供給される。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
電動パワーステアリング装置を組立てるには、先ず、アウターコラム９及びインナーコラム１０内にアウターシャフト２ａ及びインナーシャフト２ｂで構成されるステアリングシャフト２を回転自在に支持してコラム部４を構成すると共に、ギヤハウジング１１ａに入力軸２３、トーションバー２４、ウォームホイール２８を組付けた出力軸２５及びトルクセンサ３１を内装する。

次いで、ギヤハウジング１１ａとコラム部４とを連結する。この場合、ギヤハウジング１１ａ内の入力軸２３に固定されたカップリング部２２にインナーシャフト２ｂをセレーション結合させると共に、コラム部４のインナーコラム１０に形成した嵌入部１０ａをギヤハウジング１１ａの嵌合孔１１ｄに内嵌させ、コラム部４の３つの連結板部１０ｂをギヤハウジング１１ａの３つの取付部１１ｂに個別に当接させる。このように、コラム部４の連結板部１０ｂをギヤハウジング１１ａの取付部１１ｂに当接させることにより、各連結板部１０ｂ及び取付部１１ｂの傾斜方向が正面から見て異なるので、ギヤハウジング１１ａに対するコラム部４の円周方向の回り止めとしての機能が発揮されると共に、位置決め機能も発揮される。

この状態で、コラム部４の連結板部１０ｂに形成されたボルト挿通孔１０ｃを通じて締結ボルト２１を直線Ｌ１に沿って挿通し、取付部１１ｂに形成された雌ねじ部１１ｃに螺合させて締付けることにより、コラム部４とギヤハウジング１１ａとを円周方向に滑りを生じることなく確実に締結することができる。
しかも、締結ボルト２１の挿通方向がコラム部４の中心軸に対して所定の傾角θを持った直線Ｌ１上となり、コラム部４の中心軸と平行ではないので、コラム部４に多種多様な部品を装着した場合でも、これら装着された部品に締結ボルト２１及びその装着工具が干渉することなくボルト装着工具の挿通領域を容易に確保することができ、組付作業を短時間で効率良く行うことができる。

その後又はその前に、ギヤハウジング１１ａに電動モータ１２及びコントロールユニット３５を装着し、この状態で、ギヤハウジング１１ａの蓋部１１ｈに形成された支持部１１ｊの挿通孔１１ｉ内に車体側部材１６に支持されたロアブラケット１５Ｌのピボットピン１５ｐを挿通することにより、ロアブラケット１５Ｌに上下方向に揺動自在に取付け、次いで、コラム部４のアウターコラム９を車体側部材１６に取付けたアッパブラケット１５Ｕに図示しないチルト機構を介して取付け、コラム部４から突出するステアリングシャフト２にステアリングホイール１を装着することにより、電動パワーステアリング装置を車体側部材１６に固定することができる。
この状態で、ギヤハウジング１１ａ内の出力軸２５に、自在継手１７Ａを装着した中間シャフト１８を連結し、この中間シャフト１８の自在継手１７Ｂをステアリングギヤ機構６のピニオン軸１９に連結することにより、電動パワーステアリング装置を構成することができる。

このように、電動パワーステアリング装置を構成した状態で、運転者がステアリングホイール１を操舵すると、その操舵トルクがギヤハウジング１１ａ内のトルクセンサ３１で検出され、このトルクセンサ３１で検出された操舵トルクと車速センサ３６で検出された車速とがコントロールユニット３５内の指令値演算部３７に入力されることにより、この指令値演算部３７で操舵トルクと車速とに基づいて例えば操舵補助指令値算出マップを参照して操舵補助指令値を演算し、演算した操舵補助指令値をモータ駆動部３８に出力する。このため、モータ駆動部３８から操舵補助指令値に応じた３相のモータ電流が電動モータ１２に供給され、この電動モータ１２で操舵補助指令値に応じた操舵補助力を発生し、この操舵補助力が図示しないウォームを介し、さらにギヤハウジング１１ａ内のウォームホイール２８を介して出力軸２５に伝達されてステアリングホイール１を軽い操舵力で操舵することができる。

このように、上記実施形態によると、コラム部４と操舵補助機構部５のギヤハウジング１１ａとがコラム部４の軸方向に対して所定の傾角θを持つ方向で締結ボルト２１によって連結されているので、コラム部４に多種多様の部品が装着された場合でも、これら装着された部品に締結ボルト２１及びその装着工具が干渉することなくボルト装着工具の挿通領域を容易に確保することができ、組付作業を短時間で効率良く行うことができる。

また、締結ボルト２１を挿通するコラム部４の連結板部９ｂ及びギヤハウジング１１ａの取付部１１ｂの連結面がコラム部４の軸方向に対して所定の傾角θを有する直線に直交する平面内に形成されているので、連結板部９ｂ及び取付部１１ｂを当接させた状態で、コラム部４及びギヤハウジング１１ａの相対回転を止める円周方向の回り止め機能を発揮することができ、コラム部４及びギヤハウジング１１ａ間の円周方向の滑りを確実に防止することができる。

なお、上記実施形態においては、締結ボルト２１の挿通方向をコラム部４の軸方向に対して約２５°の傾角となる直線Ｌ１に一致させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、直線Ｌ１の傾角θは３０°、４５°、６０°等の任意の角度に設定することができ、コラム部４に装着する部品に干渉することが無い任意の角度に設定すればよい。

また、上記実施形態においては、コラム部４の連結板部９ｂ及びギヤハウジング１１ａの取付部１１ｂを円周方向に３個所配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円周方向に２以上の任意数個配置することができ、さらには複数の連結板部９ｂ及び取付部１１ｂのうち少なくとも１つの連結面を傾斜面とし、残りの連結板部９ｂ及び取付板部１１ｂの連結面をコラム部４の軸方向と平行としてもよい。

さらに、上記実施形態においては、３つの連結板部９ｂ及び取付部１１ｂの連結面の傾斜角が等しい場合について説明したが、これに限定されるものではなく、各組の連結板部９ｂ及び取付部１１ｂ毎に連結面を異なる傾斜角に設定するようにしてもよい。さらには、連結板部９ｂ及び取付部１１ｂの連結面を線Ｌ１に直交する面とする場合に限らず、線Ｌ１と交差する面とするようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態においては、コラム部４に連結板部９ｂを形成し、ギヤハウジング１１ａに取付部１１ｂを形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図６に示すように、ギヤハウジング１１ａにボルト挿通孔１１ｍを有する連結板部１１ｎを形成し、コラム部４のアウターコラム９に雌ねじ部９ｍを有する取付部９ｎを形成し、ボルト挿通孔１１ｍを介して締結ボルト２１を雌ねじ部９ｍに螺合させてコラム部４とギヤハウジング１１ａとを締結するようにしてもよい。

なおさらに、上記実施形態においては、取付部１１ｂに雌ねじ部１１ｃを形成して、これに締結ボルト２１を螺合させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、取付部１１ｂを連結板部９ｂと同様の板部として締結ボルト２１及びナットで取付部１１ｂ及び連結板部９ｂを締結するようにしてもよく、さらにリベット等の他の締結部材を適用するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、コラム部４のアウターコラム９をギヤハウジング１１ａに連結する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、アウターコラム９とインナーコラム１０とを入れ換えて、インナーコラム１０をギヤハウジング１１ａに連結するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、電動モータ１２が３相モータである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、直流モータを適用することもでき、この場合にはモータ駆動部３８をＨブリッジ回路で構成すればよい。

本発明の全体構成を示す全体構成図である。 図１のコラム部及び操舵補助機構部の連結状態を示す斜視図である。 図２の電動モータを取り外し、且つコラム部及び操舵補助機構部を切り離した状態の斜視図である。 コラム部及び操舵補助機構部の縦断面図である。 コントロールユニットの構成を示すブロック図である。 本発明の変形例を示す図４と同様の縦断面図である。

符号の説明

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…ステアリングコラム、４…コラム部、５…操舵補助機構部、６…ステアリングギヤ機構、９…アウターコラム、１０…インナーコラム、１０ａ…嵌入部、１０ｂ…連結板部、１０ｃ…ボルト挿通孔、１１…減速ギヤ機構、１１ａ…ギヤハウジング、１１ｂ…取付部、１１ｃ…雌ねじ部、１１ｄ…嵌合孔、１１ｅ…トルクセンサ収納筒部、１１ｆ…フランジ部、１１ｇ…ウォームホイール収納円筒部、１１ｈ…蓋部、１１ｋ…モータ装着部、１２…電動モータ、２１…締結ボルト、２３…入力軸、２４…トーションバー、２５…出力軸、２８…ウォームホイール

Claims (4)

1. ステアリングシャフトを回転自在に支持するコラム部と、該コラム部にその軸方向に連結されて操舵補助力を伝達する操舵補助機構部とを備えたコラム式電動パワーステアリング装置であって、
   前記コラム部と前記操舵補助機構部とが、当該コラム部の軸方向に対して所定の傾角を持つ方向で締結部材によって連結されていることを特徴とするコラム式電動パワーステアリング装置。
2. 前記コラム部と前記操舵補助機構部との連結部に両者の相対回転を止める回転止め部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコラム式電動パワーステアリング装置。
3. 前記回転止め部は、前記コラム部と前記操舵補助機構部との夫々に、前記コラム部の軸方向に対して所定の傾角を持つ方向に対して直交する平面を有して互いに当接する連結面が形成され、当該連結面において前記傾角方向からボルト締めするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のコラム式電動パワーステアリング装置。
4. 前記操舵補助機構部は、前記コラム部にその軸方向に連結されるギヤハウジングと、該ギヤハウジングに連結された軸方向が前記コラム部の軸方向に対して交差する方向とされた電動モータとで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のコラム式電動パワーステアリング装置。

Images