JP2009040388A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造を有し、組み付け容易性に優れた電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】カバー１０１Ｂは、板材を折り曲げて形成され、本体１０１Ａの内周に対して嵌合したときに拡大するように変形し、これにより本体１０１Ａに取り付けられるようになっているので、従来のアルミダイキャスト製のカバーに比べて、板金をプレスすることで形成できるのでコストが低くなり、またボルトを用いずとも単純な圧入等により本体１０１Ａに固定できるので、作業工数を有効に低減でき，重量やコストの削減を図れる。加えて、高価な４点接触式玉軸受等をステアリングシャフトに止め輪で固定し，シャフトのガタを抑制していた従来構造に比べ，カバー１０１Ｂの突っ張り力などで軸受に予圧を付勢することができるため，安価な深溝玉軸受１１４，１１５を用いても出力軸１１３のガタを抑制できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車用等の転舵装置を構成するステアリング系に用いられる電動式パワーステアリング装置に関する。

近年においては、省エネ等の観点から油圧式パワーステアリング装置から電動式パワーステアリング装置を採用する車両が増えている。例えば、特許文献１に示すごとき電動式パワーステアリング装置では，ギヤボックスハウジング内に減速機が収納されており，これをカバーを用いて密閉している。このような電動式パワーステアリング装置においては、ステアリングシャフトに付与される荷重をカバーに設けた軸受で支持することが行われるため、比較的剛性が高いアルミダイキャストで成形されたカバーを隙間関係でギヤボックスハウジングに嵌め，複数のボルトにてギヤボックスハウジングに締結し固定するのが一般的である。
特開２００７−１３１１４４号公報

このように、従来のステアリングコラム装置で用いられる，ギヤボックスハウジングのカバーは、鋳造品に対して切削加工を施すことで必要寸法を得ていることが多く、従って手間及びコストがかかる傾向がある。加えて、操舵時のステアリングシャフトの軸線方向ガタをなくすために，カバーに組付ける軸受をガタのない４点接触式玉軸受等の軸受とし，その軸受にシャフトを固定等する場合には、シャフト及びカバーに対する固定用の止め輪を２つ組付ける必要があり、更に手間がかかる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構造を有し、組み付け容易性に優れた電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、
中空の本体とカバーとからなるハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ回転軸を回転させるモータと、
車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
前記カバーに対して前記出力軸を回転自在に支持する軸受と、
ステアリングホイールから前記出力軸へと操舵力を伝達する入力軸と、
前記ハウジング内に配置され、前記モータの前記回転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結する減速ギヤ機構と、を有し、
前記カバーは、板材を折り曲げて形成され、前記本体の内周に対して嵌合したときに拡大するように変形し、これにより前記本体に取り付けられることを特徴とする。

本発明によれば、前記カバーは、板材を折り曲げて形成され、前記本体の内周に対して嵌合したときに拡大するように変形し、これにより前記本体に取り付けられるようになっているので、従来のアルミダイキャスト製のカバーに比べて、板金をプレスすることで形成できるのでコストが低くなり、またボルトを用いずとも単純な圧入等により前記本体に固定できるので、作業工数を有効に低減でき，重量やコストの削減を図れる。

前記カバーの弾性変形力を用いて、前記軸受に軸線方向の予圧を付与すると好ましい。高価な４点接触式玉軸受等をステアリングシャフト及びカバーに２つの止め輪で固定し，シャフトのガタを抑制していた従来構造に比べ，本発明では，カバーの突っ張り力などで前記軸受に予圧を付勢することができるため，安価な深溝玉軸受を用いてもステアリングシャフトのガタを抑制できると共に、前記カバーに対しては前記軸受を止め輪等を用いて固定する必要がなくなるので、その分、作業工数を有効に低減でき，部品点数やコストの削減を図れる。

前記カバーは、前記本体の内周に直交する直交仮想面に対して傾いたベース面と、前記ベース面に交差する方向に延在し、前記本体の内周に係合する外周面とを有し、前記外周面を前記本体の内周に嵌合させた後における前記ベース面の前記直交仮想面に対する傾き角は、嵌合する前における前記ベース面の前記直交仮想面に対する傾き角より小さいと好ましい。例えば前記カバーのベース面を、ステアリングシャフトの軸線に対して一定角度を持ったゆるやかな円錐形とし，前記本体への前記カバー圧入時に、このゆるやかな円錐形状を平面に近づけるように変形させることで，圧入時に前記カバーの外縁が膨張するため，圧入荷重が上昇し，より強固に前記カバーを前記本体に固定できる。

前記外周面は切欠を有すると、前記圧入時に前記カバーの外縁が膨張しやすくなり，圧入荷重が上昇しやすく，より容易に且つ強固に前記カバーを前記本体に固定できる。

前記カバーを組み付けた後、前記本体の一部を塑性変形することにより、前記カバーの抜け止めを図ると好ましい。例えば、前記カバーを圧入した前記本体の開口縁をカシメることで，圧入された前記カバーの抜け止めを図ることができる。

前記本体に溝が形成されており、前記カバーを前記本体の内周に嵌合させた後、前記溝に止め輪を係合させることにより、前記本体に対する前記カバーの相対移動を制限すると、前記本体に圧入された前記カバーの抜け止めを図ることができる。

前記カバーが嵌合する前記本体の内周の径は、それより外方における内周の径よりも小さいと、前記カバー圧入時の保持力を維持しつつ、組み付け時に必要な前記カバーに対する押圧力を低減できるので、組付性が向上する。かかる構成は、止め輪を用いてカバーの抜け止めを図る場合に特に有効である。

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、２は、本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００の斜視図であるが、視点を変えて示している。図１、２において、ハウジングであるギヤボックス１０１は、ロアブラケット１０２により不図示の車体に取り付けられている。ギヤボックス１０１には、操舵アシスト用のモータ１０３が取り付けられる。ギヤボックス１０１は、円筒状のロアコラム１０４が接合されている。ロアコラム１０４に対して、円筒状のアッパコラム１０５が軸線方向に移動可能に嵌合している。アッパコラム１０５には、アッパブラケット１０６が溶接されており、アッパブラケット１０６は離脱カプセル１６０を介して不図示の車体に取り付けられている。二次衝突時などにアッパコラム１０５がコアコラム１０４側に押された場合、アッパブラケット１０６が離脱カプセル１６０から離脱することで、アッパコラム１０５の変位を許容し、いわゆるコラプス機能を与えるようにしている。

図１で右端にステアリングホイール（不図示）を取り付けられるアッパシャフト１０７は、不図示の軸受によりアッパコラム１０５に対して回転自在に支持されている。

ロアコラム１０４内において、アッパシャフト１０７は、同軸に配置された入力軸１１２（図３参照）に対して、スプライン結合によって軸線方向に相対移動可能だが、相対回転不能に連結されている。アッパシャフト１０５と入力軸とで、ステアリングシャフトを構成する。

図３は、本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１００の主要部の断面図である。ＥＣＵ（図１）とモータ１０３を一体的に組み込んでなるギヤボックスハウジング１０１は、アルミ又はアルミ合金、マグネシウム又はマグネシウム合金から形成されている本体１０１Ａと、板材をプレスして形成されているカバー１０１Ｂとからなる。ギヤボックスハウジング１０１内に、入力軸１１２および出力軸１１３が同軸に配置されている。入力軸１１２は、不図示の軸受によりロアコラム１０４に対して回転自在に支持されている。中空の出力軸１１３は、深溝玉軸受１１４により本体１０１Ａに対して回転自在に支持されており、且つ深溝玉軸受１１５によりカバー１０１Ｂに対して回転自在に支持されている。図３で右端を入力軸１１２に圧入し、左端を出力軸１１３にピン結合させることで連結したトーションバー１１６が、出力軸１１３内を延在している。

出力軸１１３の図３で右端近傍外周に対向する位置に、受けたトルクに比例してトーションバー１１６がねじれることに基づき、操舵トルクを検出する検出装置すなわちトルクセンサ１１７が設けられている。このトルクセンサ１１７は、ロータリー式非接触トルクセンサであって、トーションバー１１６のねじれに基づく入力軸１１２と出力軸１１３との相対角度変位を、所定の磁気回路におけるインピーダンスの変化としてコイルにより検出し、電気信号として、ギヤボックスハウジング１０１に組み付けられたＥＣＵ（図１参照）へ出力するものである。

出力軸１１３の中央部において、軸受１１４，１１５の内輪に、軸線方向両端を当接するようにして、ウォームホイール１１８が配置されている。ウォームホイール１１８は、圧入などにより出力軸１１３に一体的に回転するように取り付けられた芯金１１８ａと、その外周にインサート成形されてなる樹脂の歯部１１８ｂとからなる。ウォームホイール１１８の歯部１１８ｂは、ギヤボックスハウジング１０１に取り付けられたモータ１０３の回転軸に一体的に形成されたウォーム１１９と噛合している。ウォームホイール１１８とウォーム１１９とで減速ギヤ機構を構成する。

図４は、カバー１０１Ｂの斜視図であり、図５はカバー１０１Ｂの周辺部の断面図である。図６は、カバー１０１Ｂを本体１０１Ａに組み付ける際の力の方向を示す図である。図４、５に示すように、カバー１０１Ｂは、小円筒部１０１ａの端部と、小円筒部１０１ａを内包する大円筒部１０１ｂの端部とを、フランジ部１０１ｃで半径方向に連結した構成を有する。小円筒部１０１ａの先端は、半径方向内方に折り曲げられて折り曲げ部１０１ｄを形成している。大円筒部１０１ｂの先端から軸線方向に、スリット状の切欠１０１ｅが複数本、等間隔に並んで延在している。大円筒部１０１ｂの外周が外周面を構成し、フランジ部１０１ｃの表面がベース面を構成する。

組み付け前の自由状態では、図５の点線で示すように、カバー１０１Ｂのフランジ部１０１ｃは、本体１０１Ａ（図３参照）の内周に直交する（出力軸１１３の軸線にも直交する）仮想直交面ＶＰに対して、角度θで傾いた円錐面となっている。

組み付け時には、図６において、深溝玉軸受１１４の外輪を保持した本体１０１Ａの円筒状開口１０１ｆ内に向かって、ウォームホイール１１８を圧入した出力軸１１３を挿入し、深溝玉軸受１１４の内輪に嵌合させる。その後、カバー１０１Ｂに圧入された深溝玉軸受１１５の内輪を出力軸１１３に挿通するようにして、カバー１０１Ｂを本体１０１Ａの円筒状開口１０１ｆ内に圧入し、最後に止め輪１２０を出力軸１２０に組み付けることで、深溝玉軸受１１５を出力軸１１３に組み付ける。このとき、フランジ部１０１ｃと大円筒部１０１ｂとの間の外表面は曲面（又はテーパ面）となっているので、カバー１０１Ｂの挿入が容易である。尚、組付工程は以上に限られず、例えば本体１０１Ａの円筒状開口１０１ｆ内に向かって、ウォームホイール１１８と深溝玉軸受１１５の内輪を止め輪１２０で取り付けた出力軸１１３を挿入して深溝玉軸受１１４の内輪に嵌合させ、その後、小円筒部１０１ａ内に出力軸１１３を軸端から受け入れるようにして、カバー１０１Ｂを本体１０１Ａの円筒状開口１０１ｆ内に圧入してもよい。

このとき、図６に矢印で示すように、不図示の治具で大円筒部１０１ｂの端面を押すようにすると、折り曲げ部１０１ｄが深溝玉軸受１１５の外輪に当接することで、小円筒部１０１ａの変位が制限されるのに対し、大円筒部１０１ｂは奥側に変位することで、図５に実線で示すように、フランジ部１０１ｃが起きあがり（仮想直交面ＶＰに接近し）、それに応じて大円筒部１０１ｂは量δだけ拡径することとなる。ここでは、大円筒部１０１ｂには切欠１０１ｅを設けているので、圧入時にカバー１０１Ｂの外周縁が拡径しやすくなり，圧入荷重が上昇しやすくなっている。かかるフランジ部１０１ｃの変位に基づく突っ張り力で、大円筒部１０１ｂは、本体１０１Ａの円筒状開口１０１ｆの内周面に向かって強く押し付けられ、これによりボルト等を用いることなくカバー１０１Ｂを本体１０１Ａに固定することができる。

次に、本実施の形態の動作について説明する。車両が直進状態にあり、不図示のステアリングホイールから入力軸１１２に操舵力が入力されていないとすると、トルクセンサ１１７は出力信号を発生せず、従ってモータ１０３は補助操舵力を発生しない。

これに対し、車両がカーブを曲がろうとするときに運転者がステアリングホイール（不図示）を操作すると、アッパシャフト１０７を介して回転力が入力軸１１２に伝達されるので、かかる回転力に応じてトーションバー１１６がねじれ、入力軸１１２と出力軸１１３との間で相対回動が発生する。トルクセンサ１１７は、この相対回動の方向および量に応じてトルク信号を出力する。このトルク信号と、不図示のセンサからの車速信号とから予め設定された制御マップ等に基づいて、ＥＣＵは、所定の三相モータ電流をモータ１０３に供給するので、モータ１０３は所望の補助操舵力を発生する。かかるモータ１０３の発生したトルクは、減速ギヤ機構（１１８、１１９）により減速されて出力軸１１３に伝達され、不図示のピニオンシャフトに噛合するラック軸の移動を支援する。それによりタイロッドを介して操舵機構が動作し、不図示の車輪を操舵できるようになっている。

このとき、カバー１０１Ｂに保持されている深溝玉軸受１１５の外輪は、弾性変形するフランジ部１０１ｃにより、入力軸１１２側に向かって付勢されており、これによりウォームホイール１１８の芯金１１８ａを間に介在させて、深溝玉軸受１１４，１１５は共に軸線方向に予圧が付与された状態にある。即ち、出力軸１１３に伝達される軸線方向の力は、図６で左方に向かう力の場合、芯金１１８ａ、深溝玉軸受１１５，カバー１０１Ｂを介して本体１０１Ａにガタなく支持される。一方、図６で右方に向かう力の場合、芯金１１８ａ、深溝玉軸受１１４を介して本体１０１Ａにガタなく支持される。これにより、出力軸１１３のガタを抑えた支持が可能となる。

本実施の形態によれば、カバー１０１Ｂは、板材を折り曲げて形成され、本体１０１Ａの内周に対して嵌合したときに拡大するように変形し、これにより本体１０１Ａに取り付けられるようになっているので、従来のアルミダイキャスト製のカバーに比べて、板金をプレスすることで形成できるのでコストが低くなり、またボルトを用いずとも単純な圧入等により本体１０１Ａに固定できるので、作業工数を有効に低減でき，重量やコストの削減を図れる。加えて、高価な４点接触式玉軸受等をステアリングシャフトに止め輪で固定し，シャフトのガタを抑制していた従来構造に比べ，カバー１０１Ｂの突っ張り力などで軸受に予圧を付勢することができるため，安価な深溝玉軸受１１４，１１５を用いても出力軸１１３のガタを抑制できる。

図７は、本実施の変形例にかかる図６と同様な断面図である。本変形例においては、本体１０１Ａの円筒状開口１０１ｆにカバー１０１Ｂを圧入した後、円筒状開口１０１ｆの縁部をカシメ（Ｃ）ることで、カバー１０１Ｂの抜け止めを図っている。これ以外の構成については、上述した実施の形態と同様である。

図８は、本実施の別な変形例にかかる図６と同様な断面図である。本変形例においては、本体１０１Ａの円筒状開口１０１ｆに周溝１０１ｇを形成している。周溝１０１ｇには、一般的なＣ字形状の止め輪１２１が組み付けられている。円筒状開口１０１ｆは、周溝１０１ｇを挟んで奥側（図８で右側）が保持部１０１ｆａであり、外側（図８で左側）が非保持部１０１ｆｂである。ここで、保持部１０１ｆａの内径φＡと、非保持部１０１ｆｂの内径φＢとは、φＡ＜φＢの関係が成り立つようになっている。これ以外の構成については、上述した実施の形態と同様である。

円筒状開口１０１ｆにカバー１０１Ｂを圧入する場合、カバー１０１Ｂが比較的大きな内径φＢである非保持部１０１ｆｂを通過するときは、小さな摩擦のみが発生するので、圧入に必要な力を低減でき組付が容易となる。一方、カバー１０１Ｂが周溝１０１ｇを通過し、更に比較的小きな内径φＡである保持部１０１ｆａに圧入されたときは、強い摩擦力で保持されることとなる。加えて、周溝１０１ｇに止め輪１２１を装着することで、カバー１０１Ｂの大円筒部１０１ｂの端部がこれに突き当たり、これらの組み合わせにより深溝玉軸受１１５から強いスラスト力を受けた場合でも、カバー１０１Ｂの抜け防止を有効に図ることができる。即ち、カバー１０１Ｂの保持力を、大円筒部１０１ｂと保持部１０１ｆａとの摩擦力と、止め輪１２１の係止力とで分担することで、細い形状の止め輪１２１を用いることが出来、軽量化を図れる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００の斜視図である。 本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００の斜視図である。 本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１００の主要部の断面図である。 カバー１０１Ｂの斜視図である。 カバー１０１Ｂの周辺部の断面図である。 カバー１０１Ｂを本体１０１Ａに組み付ける際の力の方向を示す図である。 本実施の変形例にかかる図６と同様な断面図である。 本実施の別な変形例にかかる図６と同様な断面図である。

符号の説明

１００ 電動式パワーステアリング装置
１０１ ギヤボックスハウジング
１０１Ａ 本体
１０１Ｂ カバー
１０１ａ 小円筒部
１０１ｂ 大円筒部
１０１ｃ フランジ部
１０１ｄ 折り曲げ部
１０１ｅ 切欠
１０１ｆ 円筒状開口
１０１ｆａ 保持部
１０１ｆｂ 非保持部
１０１ｇ 周溝
１０２ ロアブラケット
１０３ モータ
１０４ ロアコラム
１０５ アッパコラム
１０６ アッパブラケット
１０７ アッパシャフト
１１２ 入力軸
１１３ 出力軸
１１４ 深溝玉軸受
１１５ 深溝玉軸受
１１６ トーションバー
１１７ トルクセンサ
１１８ ウォームホイール
１１８ａ 芯金
１１８ｂ 歯部
１１９ ウォーム
１２０、１２１ 止め輪
１６０ 離脱カプセル

Claims (7)

1. 中空の本体とカバーとからなるハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられ回転軸を回転させるモータと、
   車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
   前記カバーに対して前記出力軸を回転自在に支持する軸受と、
   ステアリングホイールから前記出力軸へと操舵力を伝達する入力軸と、
   前記ハウジング内に配置され、前記モータの前記回転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結する減速ギヤ機構と、を有し、
   前記カバーは、板材を折り曲げて形成され、前記本体の内周に対して嵌合したときに拡大するように変形し、これにより前記本体に取り付けられることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記カバーの弾性変形力を用いて、前記軸受に軸線方向の予圧を付与することを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記カバーは、前記本体の内周に直交する直交仮想面に対して傾いたベース面と、前記ベース面に交差する方向に延在し、前記本体の内周に係合する外周面とを有し、
   前記外周面を前記本体の内周に嵌合させた後における前記ベース面の前記直交仮想面に対する傾き角は、嵌合する前における前記ベース面の前記直交仮想面に対する傾き角より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 前記外周面は切欠を有することを特徴とする請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置。
5. 前記カバーを組み付けた後、前記本体の一部を塑性変形することにより、前記カバーの抜け止めを図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式パワーステアリング装置。
6. 前記本体に溝が形成されており、前記カバーを前記本体の内周に嵌合させた後、前記溝に止め輪を係合させることにより、前記本体に対する前記カバーの相対移動を制限す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式パワーステアリング装置。
7. 前記カバーが嵌合する前記本体の内周の径は、それより外方における内周の径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。

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