JP2010111142A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーステアリング装置において、トルクセンサの精度向上を図ること。
【解決手段】操舵ハンドルに連係する入力軸１と、車輪に連係する出力軸２と、入力軸１と出力軸２とを連結するトーションバー３と、車体に締結されたハウジング１２に出力軸２に支持された円筒部材１３とを備え、入力軸１は、円筒部材１３を挿通すると共に円筒部材１３に回転自在に支持され、操舵ハンドルに連係する第１入力軸４と、第１入力軸４とトーションバー３とを連結する第２入力軸５とを備え、第１入力軸４と第２入力軸５との接続部は、第１入力軸４の回転が第２入力軸５に伝達される一方、第２入力軸５に対する第１入力軸４の軸方向への移動が相対移動自由に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーステアリング装置に関するものである。

車両において、ドライバーがハンドルに加える操舵力を補助するパワーステアリング装置が搭載されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

車両用のパワーステアリング装置において、入力軸とハンドルに連係するコラムシャフトとをセレーション接続し、入力軸にハンドルからの操舵トルクが付与されるように構成すると共に、そのセレーション接続部における互いの軸方向への抜けを防止するためにセレーション接続部をボルトを用いて固定する構造のものがある。
特開２００４−２３１０１１号公報

このように、入力軸とコラムシャフトとのセレーション接続部における軸方向の移動をボルトによって規制する場合、入力軸にはコラムシャフトを介してハンドルからの軸方向荷重も直接伝達されてしまう。

特に、車両が不整地を走行し、上下に振動するような場合には、ドライバーの体重がハンドルに付与され、その荷重がコラムシャフトを介して入力軸に伝達されてしまう場合もある。

入力軸に、ハンドルの操舵トルク以外に、ハンドルからの軸方向荷重が伝達される場合には、その軸方向荷重が操舵トルクを検出するトルクセンサの外乱となる場合がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、パワーステアリング装置において、トルクセンサの精度向上を図ることを目的とする。

本発明のパワーステアリング装置は、操舵ハンドルに連係する入力軸と、車輪に連係する出力軸と、前記入力軸と前記出力軸とを連結するトーションバーと、車体に締結されたハウジングに、前記出力軸に支持された円筒部材と、を備え、前記入力軸は、前記円筒部材を挿通すると共に当該円筒部材に回転自在に支持され、前記操舵ハンドルに連係する第１入力軸と、前記第１入力軸と前記トーションバーとを連結する第２入力軸と、を備え、前記第１入力軸と前記第２入力軸との接続部は、前記第１入力軸の回転が前記第２入力軸に伝達される一方、前記第２入力軸に対する前記第１入力軸の軸方向への移動が相対移動自由に構成されることを特徴とする。

本発明によれば、第１入力軸と第２入力軸との接続部は、第１入力軸の回転が第２入力軸に伝達される一方、第２入力軸に対する第１入力軸の軸方向への移動が相対移動自由に構成される。このため、操舵ハンドルから第１入力軸に伝達される操舵トルクが第２入力軸に入力されるのに対して、操舵ハンドルから第１入力軸に伝達される軸方向の荷重は第２入力軸に伝達されない。したがって、トルクセンサの精度が向上する。

図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

本発明は、ドライバーがハンドルに加える操舵力を補助する車両のパワーステアリング装置に関するものである。本実施の形態では、山間地等の整地されていない不整地を走行するバギー車等の不整地走行車両に搭載されるパワーステアリング装置１００について説明する。

（第１の実施の形態）
図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る不整地走行車両のパワーステアリング装置１００（以下、単に「パワーステアリング装置１００」と称する。）について説明する。図１はパワーステアリング装置１００の断面図であり、図２は図１における要部拡大図である。

パワーステアリング装置１００は、操舵ハンドル（図示せず）に連係する入力軸１と、車輪（図示せず）に連係する出力軸２とを備える。

入力軸１は、操舵ハンドルに直接接続される。出力軸２は、ロッド等のリンク機構（図示せず）を介して車輪に接続される。

入力軸１と出力軸２は、トーションバー３によって軸線が略同一に連結され、トーションバー３の捻れ分だけ相対回転するようにてなっている。

入力軸１は、操舵ハンドルに連係する第１入力軸４と、トーションバー３に連結された第２入力軸５とからなり、第１入力軸４と第２入力軸５とは軸線が略同一に接続される。

入力軸１を２つの軸４，５から構成することによって、操舵ハンドルに連係する第１入力軸４が変形等した場合には、第１入力軸４のみを交換すればよく、入力軸１全部を交換する必要がない。したがって、メンテナンス作業の負担が大幅に軽減されると共に、修理交換に伴うコストも抑えられる。

第１入力軸４の一端には、操作ハンドルが締結される締結部４ａが形成され、他端には、内周にスプライン４ｂを有する中空部４ｃが形成される。なお、ステアリングシャフトには操舵ハンドルが取り付けられる。このように、第１入力軸４は、ステアリングシャフトを介して操舵ハンドルに接続される。

第２入力軸５は円筒状に形成され、第２入力軸５の貫通孔５ａにはトーションバー３が挿入される。トーションバー３の一端は、連結ピン１０によって第２入力軸５に連結される。

また、第２入力軸５は第１入力軸４の中空部４ｃに挿入される。第２入力軸５の外周には、第１入力軸４の中空部４ｃ内周のスプライン４ｂに対応する位置に、スプライン５ｂが形成される。

第１入力軸４と第２入力軸５は、それぞれのスプライン４ｂとスプライン５ｂとが螺合することによってスプライン接続される。このように、第１入力軸４と第２入力軸５との接続部は、スプライン接続であり、第１入力軸４の回転が第２入力軸５に伝達される一方、第１入力軸４の第２入力軸５に対する軸方向への移動は相対移動自由に構成される。つまり、第１入力軸４から第２入力軸５へは、回転力のみが伝達され、軸方向の荷重は伝達されないように構成される。

第１入力軸４と第２入力軸５との接続部における回転方向の遊びを低減し、第１入力軸４から第２入力軸５への回転力の伝達効率を良くするために、接続部には、高粘度の粘性を有する潤滑剤が封入される。第１入力軸４の中空部４ｃの開口部近傍には、中空部４ｃ内周と第２入力軸５外周との間に、接続部からの潤滑剤の流出を防止するためのシール部材としてのＯリング７が圧縮された状態で設けられる。具体的には、Ｏリング７は、第２入力軸５の外周に形成された環状の溝内に嵌装される。

また、第１入力軸４から第２入力軸５への回転力の伝達効率を良くするために、第１入力軸４のスプライン４ｂ及び第２入力軸５のスプライン５ｂは、インボリュートスプラインとするのが望ましい。しかし、スプライン５ｂの形状は、インボリュートスプラインに限定されるものではなく、角スプライン等としてもよい。

出力軸２の一端には、ロッド等のリンク機構が締結される締結部２ａが結合され、他端には、内周にセレーション２ｂを有する中空部２ｃが形成される。

トーションバー３における第２入力軸５から突出した他端部には、セレーション３ｂが形成される。トーションバー３の他端部は、出力軸２の中空部２ｃに挿入され、セレーション３ｂが出力軸２のセレーション２ｂと螺合する。このように、トーションバー３と出力軸２はセレーション結合される。

第１入力軸４における中空部４ｃ側の端部は、車体に締結されたハウジング１２にブッシュ１１を介して回転自在に支持され、締結部４ａ側がハウジング１２から突出して延在する。

ハウジング１２の開口部１２ａには、第１入力軸４が挿通する円筒部材１３の一端側が圧入される。円筒部材１３は、出力軸２と軸線が略同一に配置されるように、ハウジング１２に支持される。

ハウジング１２内周には縮径部１２ｂが形成され、円筒部材１３の端部は縮径部１２ｂの段部１２ｃに当接する。なお、ブッシュ１１は、縮径部１２ｂの内周に圧入される。

第１入力軸４における操舵ハンドル側の端部は、軸受１５を介して円筒部材１３に回転自在に支持される。

軸受１５は、外周側が円筒部材１３の内周にかしめられる。また、内周側が第１入力軸４の外周に形成された環状の段部４ｄに係止されると共に、第１入力軸４の外周の環状溝に嵌装されたスナップリング１６に係止される。このようにして軸受１５は、第１入力軸４の外周と円筒部材１３の内周との間に保持される。

第１入力軸４は、軸受１５を介して円筒部材１３に回転自在に支持されると共に、円筒部材１３及び軸受１５によって出力軸２に対して軸線が略同一に位置決めされる。ここで、第２入力軸５は、トーションバー３を介して出力軸２と軸線が略同一に連結されているため、第１入力軸４と第２入力軸５は軸線が略同一に接続されることになる。

第１入力軸４が軸受１５を介して円筒部材１３に支持されることによって、第１入力軸４が第２入力軸５から抜けることが防止される。また、操舵ハンドルからの軸方向荷重がステアリングシャフトを介して第１入力軸４に伝達された場合には、その軸方向荷重は、スプライン接続された第２入力軸５には伝達されず、軸受１５及び円筒部材１３を介してハウジング１２に伝達される。このように、第１入力軸４は、円筒部材１３によって、軸方向への移動が規制される。

出力軸２は、軸受２０及び軸受２１を介してギアボックス２２に回転自在に支持される。ギアボックス２２は、ハウジング１２に締結部材（図示せず）によって結合される。

パワーステアリング装置１００が搭載される不整地走行車両は、車体の半分程度が水につかった状態で走行する場合もあり、そのような場合には、泥水がハウジング１２及びギアボックス２２内に侵入してしまうこともある。そこで、ハウジング１２とギアボックス２２との間には、外部に開口する隙間１９が設けられ、この隙間１９を通じてハウジング１２及びギアボックス２２内に侵入した泥水が外部に排出される。

ハウジング１２とギアボックス２２との間に隙間１９を設けることによって、泥水を排出することができるが、その隙間１９を通じて泥水をハウジング１２とギアボックス２２内に導いてしまうことにもなる。しかし、第１入力軸４と第２入力軸５との間にはＯリング７が設けられるため、第１入力軸４と第２入力軸５との接続部への泥水の浸入が防止される。このように、Ｏリング７は、接続部からの潤滑剤の流出を防止すると共に、接続部への泥水の浸入が防止する機能を有する。

また、隙間１９に臨むギアボックス２２の開口部には、シール材１８が設けられるため、隙間１９からギアボックス２２内への泥水の浸入が防止される。

第２入力軸５及び出力軸２の双方の外周には、円筒状のスリーブ２３が設けられる。

スリーブ２３の内周の第２入力軸５側には、軸に対して斜め方向に延びるヘリカルスプライン２３ａが全周にわたって形成される。また、スリーブ２３の内周の出力軸２側には、軸方向に延びる溝が形成される。

一方、第２入力軸５の外周には拡径部５ｄが形成され、拡径部５ｄには軸に対して斜め方向に延びるヘリカルスプライン５ｅが全周にわたって形成される。第２入力軸５のヘリカルスプライン５ｅに、スリーブ２３のヘリカルスプライン２３ａが螺合することによって、第２入力軸５とスリーブ２３が係合する。

また、出力軸２の外周には拡径部２ｄが形成され、拡径部２ｄにはピン２４が設けられる。ピン２４は、スリーブ２３の溝に摺動自在に係合する。

スリーブ２３がこのように構成されることによって、入力軸１に操舵ハンドルを介して操舵トルクが付与され、トーションバー３の弾性ねじれ変形によって、入力軸１と出力軸２とが同一中心軸周りに相対回転した場合には、スリーブ２３は、ヘリカルスプライン５ｅ，２３ａの傾きによって決定される長さだけ出力軸２のピン２４に沿って軸方向にスライドする。

スリーブ２３の外周には環状の溝２３ｂが形成され、溝２３ｂには、トルクセンサ２５の検出レバー２５ａが係合する。これにより、トーションバー３の捩り量（入力軸１と出力軸２との相対回転量）が変換されたスリーブ２３のスライド量だけ検出レバー２５ａが操作され、トーションバー３の捩れ量がトルクセンサ２５によって検出される。このようにして検出されたトーションバー３の捩れ量から操舵トルクの大きさ及び方向が演算される。

出力軸２の外周には、環状のウォームホイール２６が圧入される。ウォームホイール２６には、電動モータ（図示せず）の出力軸に結合されたウォームギヤ２７が噛み合う。

電動モータは、トルクセンサ２５の検出結果に基づいて演算された操舵トルクの大きさ及び方向を基に駆動し、ドライバーが操舵ハンドルに加える操舵力を補助するアシスト力を、ウォームギヤ２７及びウォームホイール２６を介して出力軸２に対して付与する。

本実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

以上のように、電動モータは、入力軸１と出力軸２との相対回転量であるトーションバー３の捩り量を基に、出力軸２にアシスト力を付与する。したがって、操舵ハンドルから第１入力軸４に入力される操舵トルクが、トーションバー３に連結される第２入力軸５に対してロス無く伝達される必要がある。また、ドライバーの体重等によって操舵ハンドルから第１入力軸４に伝達される軸方向の荷重は、トルクセンサ２５の検出に外乱となる場合があるため、第２入力軸５に対して伝達されないのが望ましい。

パワーステアリング装置１００においては、第１入力軸４と第２入力軸５との接続部はスプライン接続であり、かつその接続部には、高粘度の粘性を有する潤滑剤がＯリング７によって流出が防止された状態で封入される。したがって、操舵ハンドルから第１入力軸４に入力される操舵トルクは、効率良く第２入力軸５に伝達される。

また、第１入力軸４と第２入力軸５とはスプライン接続であり軸方向には固定されていないため、操舵ハンドルから第１入力軸４に軸方向の荷重が伝達された場合には、その荷重は、第２入力軸５に伝達されず、軸受１５及び円筒部材１３を介してハウジング１２に伝達される。したがって、操舵ハンドルから第１入力軸４に伝達される軸方向の荷重が、トルクセンサ２５の検出に外乱となることが防止される。

このように、操舵ハンドルから第１入力軸４に伝達される操舵トルクは第２入力軸５に伝達されるのに対して、操舵ハンドルから第１入力軸４に伝達される軸方向の荷重は第２入力軸５に伝達されない。したがって、不整地を走行し車両が上下に振動することによって、操舵ハンドルから第１入力軸４に軸方向の荷重が伝達されるような環境でも、トルクセンサ２５の精度の向上が図られる。

（第２の実施の形態）
図３及び図４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る不整地走行車両のパワーステアリング装置２００（以下、単に「パワーステアリング装置２００」と称する。）について説明する。図３及び図４は、パワーステアリング装置２００の要部拡大断面図である。

以下では、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施の形態と同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。

上述のように、第１入力軸４と第２入力軸５とはスプライン接続されるため、第１入力軸４の第２入力軸５に対する軸方向への移動は相対移動自由に構成される。しかし、第１入力軸４は、軸受１５を介して円筒部材１３に支持されることによって、第２入力軸５から抜けることが防止されている。このように、第１入力軸４と第２入力軸５とはスライン接続であるが、操舵ハンドルが軸方向に抜けてしまうことが防止される構造となっている。

しかし、パワーステアリング装置２００は、不整地走行車両に搭載されるものであり、不整地走行中に車両が大きく振動するような場合や、車両が意図せぬジャンプをして着地した後に大きな反動を受けるような場合等には、ドライバーから操舵ハンドルに対して引き抜き方向の大きな荷重が作用する。このような事態においては、軸受１５及び円筒部材１３による構造だけでは、第１入力軸４の第２入力軸５からの抜けが防止できないことも考え得る。

そこで、パワーステアリング装置２００における第１入力軸４には、第２入力軸５からの抜けをより確実に防止するために、ハウジング１２に係止する係止手段が設けられる。

具体的には、係止手段は、図３に示すように、第１入力軸４の外周に起立する突起部３０である。突起部３０の形状としては、第１入力軸４の全周にわたる環状のフランジとしてもよく、また、外周の一部のみに形成するようにしてもよい。

このように、第１入力軸４の外周に突起部３０を設けることによって、第１入力軸４が第２入力軸５から抜ける方向に移動した場合でも、突起部３０がハウジング１２の縮径部１２ｂに係止され第１入力軸４のそれ以上の移動が規制されるため、第１入力軸４の抜けが確実に防止される。したがって、操舵ハンドルの軸方向への抜けをより確実に防止することができる。なお、突起部３０は、ハウジング１２の縮径部１２ｂの内周に圧入されたブッシュ１１に係止されるようにしてもよい。

係止手段の他の形態として、図４に示すように、第１入力軸４の外周に環状のワイヤーリング３１を設けるようにしてもよい。ワイヤーリング３１は、第１入力軸４の外周に形成された環状の溝に嵌装される。係止手段をこのように構成しても、突起部３０を形成する場合と同様の作用効果が得られる。また、ワイヤーリング３１は、第１入力軸４とは別部材で構成されるため、パワーステアリング装置２００の製造及び組み立てを簡便に行うことができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、以上の実施の形態では、不整地走行車両に搭載されるパワーステアリング装置について説明したが、それ以外の車両に搭載されるパワーステアリング装置であってもよい。

本発明は、ドライバーがハンドルに加える操舵力を補助するパワーステアリング装置として用いることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るパワーステアリング装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るパワーステアリング装置の要部を示す拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るパワーステアリング装置の要部を示す拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るパワーステアリング装置の他の形態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１００，２００ パワーステアリング装置
１ 入力軸
２ 出力軸
３ トーションバー
４ 第１入力軸
４ｂ スプライン
５ 第２入力軸
５ｂ スプライン
７ Ｏリング
１０ 連結ピン
１２ ハウジング
１３ 円筒部材
１５ 軸受
１６ スナップリング
２３ スリーブ
２５ トルクセンサ
２５ａ 検出レバー
２６ ウォームホイール
２７ ウォームギヤ
３０ 突起部
３１ ワイヤーリング

Claims (7)

1. 操舵ハンドルに連係する入力軸と、
   車輪に連係する出力軸と、
   前記入力軸と前記出力軸とを連結するトーションバーと、
   車体に締結されたハウジングに、前記出力軸に支持された円筒部材と、を備え、
   前記入力軸は、
   前記円筒部材を挿通すると共に当該円筒部材に回転自在に支持され、前記操舵ハンドルに連係する第１入力軸と、
   前記第１入力軸と前記トーションバーとを連結する第２入力軸と、を備え、
   前記第１入力軸と前記第２入力軸との接続部は、前記第１入力軸の回転が前記第２入力軸に伝達される一方、前記第２入力軸に対する前記第１入力軸の軸方向への移動が相対移動自由に構成されることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記第１入力軸と前記第２入力軸との間には、シール部材が設けられることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. 前記第１入力軸と前記第２入力軸とは、スプライン接続されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワーステアリング装置。
4. 前記第１入力軸には、前記ハウジングに係止する係止手段が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のパワーステアリング装置。
5. 前記係止手段は、前記第１入力軸の外周に起立する突起部であることを特徴とする請求項４に記載のパワーステアリング装置。
6. 前記係止手段は、前記第１入力軸の外周に設けられるワイヤーリングであることを特徴とする請求項４に記載のパワーステアリング装置。
7. 前記出力軸を軸受を介して回転自在に支持するギアボックスをさらに備え、
   前記ハウジングと前記ギアボックスとの間には、隙間が形成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のパワーステアリング装置。

Images