JP2012131420A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用操舵装置において安価にステアリングシャフトの要素の倒れを抑制する。
【解決手段】コラムシャフト４が、同軸上に連結されたアッパーシャフト１４とロアーシャフト１５を有する。第１の玉軸受３３が、アッパーシャフト１４の上端１４１を回転可能に支持し、第２の玉軸受３４が、ロアーシャフト１５を回転可能に支持する。ロアーシャフト１５に保持され、アッパーシャフト１４の下端１４２を回転可能に支持する第１のブッシュ３６と、アッパーシャフト１４に保持され、ロアーシャフト１５の上端１５１を回転可能に支持する第２のブッシュ３７を備える。第１のブッシュ３６は、第２の玉軸受３４の軸受中心Ｃ１の径方向内方に配置された部分を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は車両用操舵装置に関する。

一般に、電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトを多くの玉軸受を用いて支持している。例えば特許文献１では、ステアリングシャフトが、アッパーシャフトと、アッパーシャフトの下端に同伴回転可能に連結された中間シャフトと、中間シャフトとトーションバーを介して相対回転可能に連結されたロアーシャフトとにより構成されている。アッパーシャフトの上端が、第１の玉軸受によって支持され、中間シャフトが、第２の玉軸受によって支持され、ロアーシャフトが、当該ロアーシャフトと同伴回転するウォームホイールを挟んだ両側において、第３および第４の玉軸受によって支持されている。また、中間シャフトとロアーシャフトの嵌合部分に、ブッシュが配置されている。

特開２００３−３４１５２８号公報

特許文献１では、使用している玉軸受の数が４個と多いため、製造コストが高いという問題があった。しかし、玉軸受の数を減じた場合、インターミディエイトシャフト側から入力される偶力によるモーメントを受けると、ステアリングシャフトの要素である例えばロアーシャフトに倒れが発生するおそれがある。倒れが発生すると、軸受寿命に影響する。また、トルクセンサの検出精度が悪くなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安価にステアリングシャフトの要素の倒れを抑制することができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、支持部材（３）と、上記支持部材を貫通し、トーションバー（１６）を介して同軸上に連結されたアッパーシャフト（１４）およびロアーシャフト（１５）を含むステアリングシャフト（２）と、上記支持部材に保持され、上記アッパーシャフトの上端（１４１）を回転可能に支持する第１の玉軸受（３３）と、上記支持部材に保持され、上記ロアーシャフトを回転可能に支持する第２の玉軸受（３４）と、上記ロアーシャフトに保持され、上記アッパーシャフトの下端（１４２）を回転可能に支持する第１のシャフト間軸受（３６；３６Ａ）と、上記アッパーシャフトに保持され、上記ロアーシャフトの上端（１５１）を回転可能に支持する第２のシャフト間軸受（３７；３７Ａ）と、を備え、上記第１のシャフト間軸受は、上記第２の玉軸受（３４）の軸受中心（Ｃ１）の径方向内方に配置された部分を含み、上記第１のシャフト間軸受および上記第２のシャフト間軸受は、上記ステアリングシャフトの軸方向（Ｘ１）に離隔している車両用操舵装置（１００）を提供する。

また、請求項２のように、上記アッパーシャフトおよび上記ロアーシャフトの相対回転量を規制するストッパ機構（４０）を備え、上記ストッパ機構は、軸方向に関して、上記第１のシャフト間軸受および上記第２のシャフト間軸受の間に配置されている場合がある。
また、請求項３のように、上記第１のシャフト間軸受および上記第２のシャフト間軸受の少なくとも一方は、ブッシュ（３６，３７）である場合がある。

また、請求項４のように、上記第１のシャフト間軸受および上記第２のシャフト間軸受の少なくとも一方は、針状ころ軸受（３６Ａ，３７Ａ）である場合がある。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１の発明によれば、アッパーシャフトの上端が第１の玉軸受によって支持されている。アッパーシャトの下端を支持する第１のシャフト間軸受の一部を、ロアーシャフトを支持する第２の玉軸受の径方向内方の位置に配置したので、アッパーシャフトの下端を、実質的に第２の玉軸受によって支持することができる。
また、第１のシャフト間軸受から軸方向に離隔した位置に、第２のシャフト間軸受が配置されているので、第２の玉軸受の軸受中心を支点として、偶力によるモーメントを受けたロアーシャフトが傾こうとするときに、上記のように倒れが抑制されているアッパーシャフトによって、第２のシャフト間軸受を介して、ロアーシャフトの倒れを抑制することができる。したがって、数少ない玉軸受を用いた安価な構成で、両シャフトを、倒れを抑制した状態で安定して支持することが可能となる。製造コストをより安くするためには、少なくとも一方のシャフト間軸受として、すべり軸受であるブッシュを用いることが好ましい。ただし、両シャフト間の回転抵抗を低減するために、少なくとも一方のシャフト間軸受として、針状ころ軸受を用いるようにしてもよい。

請求項２の発明によれば、下記の利点がある。すなわち、ロアーシャフトの倒れを抑制するために、第１のシャフト間軸受と第２のシャフト間軸受との間隔を広くすることが好ましい。一方、通例、アッパーシャフトとロアーシャフトの相対回転に基づいて操舵トルクを検出する方式が採用されているため、両シャフトの相対回転量を規制するストッパを設けることが必要である。本発明では、上記ストッパを第１および第２のシャフト間軸受間の空きスペースに配置するので、無駄なスペースを省くことができ、且つロアーシャフトの倒れを極力小さくすることができる。

また、請求項３のように、第１および第２のシャフト間軸受の少なくとも一方がブッシュである場合には、製造コストを安くすることができる。
また、請求項４のように、第１および第２のシャフト間軸受の少なくとも一方が針状ころ軸受である場合には、両シャフト間の回転抵抗を抑制することかできる。

本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の模式的断面図である ストッパ機構の概略断面図である。 本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置の模式的断面図である。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置１００の概略断面図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１００は、操舵部材としてのステアリングホイール１の回転を伝達するためのステアリングシャフト２を備えている。ステアリングシャフト２は、車体Ｂに固定された支持部材としてのステアリングコラム３によって回転可能に支持されたコラムシャフト４と、コラムシャフト４と自在継手５を介して連結されたインターミディエイトシャフト６と、インターミディエイトシャフト６と自在継手７を介して連結されたピニオンシャフト８とを備えている。

また、電動パワーステアリング装置１００は、上記ピニオンシャフト８と、ピニオンシャフト８に設けられたピニオン８ａと噛み合うラック９ａを有するラックバー９とを備えるラックアンドピニオン機構からなる転舵機構Ａを備えている。
ラックバー９は、ハウジング１０によって軸方向に移動可能に支持されている。ハウジング１０から突出するラックバー９の両端は、それぞれ対応するタイロッド１１およびナックルアーム１２を介して転舵輪１３と連結されている。

コラムシャフト４は、筒状のアッパーシャフト１４と、筒状のロアーシャフト１５と、アッパーシャフト１４およびロアーシャフト１５を同軸的に相対回転可能に連結したトーションバー１６とを備えている。トーションバー１６の上端１６１は、セレーションを用いた圧入により、アッパーシャフト１４と一体回転可能に連結されている。トーションバー１６の下端１６２およびロアーシャフト１５は、両者を貫通するピン１７によって、一体回転可能に連結されている。

アッパーシャフト１４の上端１４１には、操舵部材としてのステアリングホイール１が取り付けられている。ロアーシャフト１５の下端は、自在継手５、インターミディエイトシャフト６および自在継手７を介して、転舵機構Ａに連結されている。
支持部材としてのステアリングコラム３は、筒状のジャケット１９と、ジャケット１９の下端１９１に結合されたハウジング２０、ハウジング２０の下部を閉塞するエンドカバー２１とを備えている。ステアリングコラム３は、エンドカバー２１に嵌合固定された取付部材５０を介して車体に固定されている。

ハウジング２０内には、操舵補助力を発生する電動モータ２２の出力回転を減速する減速機構２３が収容されている。減速機構２３は、例えばウォームギヤ機構からなり、電動モータ２２により駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸２４と、ウォーム軸２４と噛み合う被動ギヤとしてのウォームホイール２５とを備えている。
ウォームホイール２５は、ロアーシャフト１５の外周１５ａに一体回転可能に嵌合された環状の芯金２５ａと、芯金２５ａの周囲を取り囲み、外周に歯を形成する合成樹脂部材２５ｂとを備えている。芯金２５ａは、例えば合成樹脂部材２５ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされる。芯金２５ａと成形された合成樹脂部材２５ｂとは、一体回転可能に結合されている。

ハウジング２０は、第１の筒状部２６と、第１の筒状部２６と交差状に設けられた第２の筒状部２７とを有し、例えばアルミニウム合金により一体に形成されている。第１の筒状部２６には、ウォーム軸２４が収容されている。ハウジング２０の第２の筒状部２７には、減速機構２３のウォームホイール２５とトルクセンサ２８とが収容されている。第２の筒状部２７の上端２７ａが、ジャケット１９に嵌合されている。第２の筒状部２７の下端２７ｂには、環状のエンドカバー２１が結合されている。

エンドカバー２１は、ウォームホイール２５の合成樹脂部材２５ｂの端面に対向する環状板２１ａと、環状板２１ａの外縁から軸方向下方に延びる大筒部２１ｂと、環状板２１ａの内縁から軸方向上方へ延びる小筒部２１ｃとを有している。小筒部２１ｃは、ウォームホイール２５の合成樹脂部材２５ｂの径方向内方に侵入している。
また、ハウジング２０の外側部とコントローラケース２９とによって、制御室３０が区画されている。制御室３０内には、電動モータ２２の動作を制御する制御基板３１やパワー基板（図示せず）等を含むＥＣＵ３２（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）が収容されている。

本実施の形態の特徴とするところは、ステアリングシャフト２のコラムシャフト４を支持する構造にある。具体的には、コラムシャフト４のアッパーシャフト１４の上端１４１が、ステアリングコラム３のジャケット１９に保持された第１の玉軸受３３によって、回転可能に支持されている。第１の玉軸受３３は、ジャケット１９の内周１９ａに嵌合固定された外輪３３ａと、アッパーシャフト１４の外周１４ａに同伴回転可能に嵌合された内輪３３ｂと、外輪３３ａおよび内輪３３ｂの間に介在する複数の玉３３ｃとを有している。

また、コラムシャフト４のロアーシャフト１５は、ステアリングコラム３のハウジング２０のエンドカバー２１の小筒部２１ｃに保持された第２の玉軸受３４によって、回転可能に支持されている。第２の玉軸受３４は、小筒部２１ｃの内周に嵌合固定された外輪３４ａと、ロアーシャフト１５の外周１５ａに同伴回転可能に嵌合された内輪３４ｂと、外輪３４ａおよび内輪３４ｂの間に介在する複数の玉３４ｃとを有している。

エンドカバー２１の小筒部２１ｃの内周に、取付部材５０の嵌合筒５１が嵌合固定されている。第２の玉軸受３４の外輪３４ａは、取付部材５０の嵌合筒５１の一端に設けられた環状フランジ５２と、エンドカバー２１の小筒部２１ｃの一端に設けられた環状フランジ２１ｄとの間に挟持されている。これにより、ステアリングシャフト２の軸方向Ｘ１への外輪３４ａの移動が規制されている。

また、第２の玉軸受３４の内輪３４ｂは、ロアーシャフト１５の外周１５ａに設けられた段部１５ｂと、ロアーシャフト１５の外周１５ａに設けられたねじ部に螺合するナット３５との間に挟持されている。これにより、内輪３４ｂおよびロアーシャフト１５の軸方向Ｘ１の相対移動が規制されている。
一方、アッパーシャフト１４の下部は、ロアーシャフト１５内に挿入され、第１のシャフト間軸受としての第１のブッシュ３６および第２のシャフト間軸受としての第２のブッシュ３７を介して、回転可能に支持されている。各ブッシュ３６，３７は、すべり軸受であり、例えば、各ブッシュは、潤滑剤を気孔に含浸させた多孔質焼結合金ブッシュであってもよいし、合成樹脂ブッシュであってもよい。合成樹脂ブッシュの場合、自己潤滑性のあるフッ素樹脂を用いてもよい。また、合成樹脂ブッシュのすべり面に固体潤滑剤（例えば二硫化モリブデン）が被覆されていてもよい。

第１のブッシュ３６および第２のブッシュ３７は、軸方向Ｘ１に所定間隔離して配置されている。第１のブッシュ３６は、ロアーシャフト１５の内周１５ｃに設けられた第１の軸受保持部３８に嵌合保持され、アッパーシャフト１４の下端１４２を回転可能に支持している。
第１のブッシュ３６は、第２の玉軸受３４の軸受中心Ｃ１の径方向内方に配置される部分を含んでいる。一方、第２のブッシュ３７は、ロアーシャフト１５の上端１５１の内周に設けられた第２の軸受保持部３９に嵌合保持され、アッパーシャフト１４を回転可能に支持している。

第１のブッシュ３６および第２のブッシュ３７は、軸方向Ｘ１に離隔しており、第１のブッシュ３６および第２のブッシュ３７間に、アッパーシャフト１４およびロアーシャフト１５の相対回転量を規制するストッパ機構４０が配置されている。
図２に示すように、ストッパ機構４０は、ロアーシャフト１５の内周１５ｃに設けられた凹部４１と、アッパーシャフト１４の外周１４ａに設けられ、上記凹部４１内に回転方向に遊びを持たせて配置された凸部４２とにより構成されている。

本実施の形態によれば、アッパーシャフト１４の上端１４１が第１の玉軸受３３によって支持されている。一方、アッパーシャト１４の下端１４２を支持する第１のシャフト間軸受（第１のブッシュ３６）の一部を、ロアーシャフト１５を支持する第２の玉軸受３４の径方向内方の位置に配置したので、アッパーシャフト１４の下端１４２を、実質的に第２の玉軸受３４によって支持することができる。

また、第１のシャフト間軸受（第１のブッシュ３６）から軸方向Ｘ１に離隔した位置に、第２のシャフト間軸受（第２のブッシュ３７）が配置されているので、第２の玉軸受３４の軸受中心Ｃ１を支点として、偶力によるモーメントを受けたロアーシャフト１５が傾こうとするときに、上記のようにして倒れが抑制されているアッパーシャフト１４によって、第２のシャフト間軸受（第２のブッシュ３７）を介して、ロアーシャフト１５の倒れを抑制することができる。

コラムシャフト４を支持する玉軸受としては、アッパーシャフト１４を支持する第１の玉軸受３３とロアーシャフト１５を支持する第２の玉軸受３４との２つであるので、低廉化を果たしつつ、両シャフト１４，１５を、倒れを抑制した状態で安定して支持することが可能となる。また、両シャフト１４，１５の倒れによって発生するおそれのあるトルクセンサ２８の検出精度の悪化等の悪影響を未然に防止することができる。

また、アッパーシャフト１４とロアーシャフト１５の間に介在するシャフト間軸受として、第１のブッシュ３６および第２のブッシュ３７を用いたので、製造コストをより安くすることができる。
ロアーシャフト１５の倒れを抑制するために、両シャフト間軸受（第１のブッシュ３６および第２のブッシュ３７）間の間隔を広くすることが好ましい。一方、通例、電動パワーステアリング装置１００においては、アッパーシャフト１４とロアーシャフト１５の相対回転に基づいて操舵トルクを検出する方式が採用されているため、両シャフト１４，１５の相対回転量を規制するストッパ機構４０を設けることが必要である。

本実施の形態では、そのストッパ機構４０を両シャフト間軸受（第１のブッシュ３６および第２のブッシュ３７）間の空きスペースに配置するので、無駄なスペースを省くことができ、且つロアーシャフト１５の倒れを極力小さくすることができる。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えばシャフト間軸受として、図１の第１および第２のブッシュ３６，３７に代えて、図３に示すように、針状ころ軸受３６Ａ，３７Ａを用いるようにしてもよい。この場合、アッパーシャフト１４とロアーシャフト１５の間の回転抵抗を低減することができる。なお、第１および第２のブッシュ３６，３７の何れか一方のみに代えて針状ころ軸受を用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態は、電動モータ２２の動力をステアリングコラム３に支持されたステアリングシャフト２のコラムシャフト４のロアーシャフト１５に付与して操舵補助する、いわゆるコラム型電動パワーステアリング装置に則して説明したが、これに限らず、本発明を、電動モータ２２の動力をステアリングシャフト２のピニオンシャフト８に付与して操舵補助する、いわゆるピニオン型電動パワーステアリング装置に適用するようにしてもよい。

その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことができる。

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（支持部材）、４…コラムシャフト、６…インターミディエイトシャフト、８…ピニオンシャフト、９…ラックバー、Ａ…転舵機構、１４…アッパーシャフト、１４１…上端、１４２…下端、１４ａ…外周、１５…ロアーシャフト、１５１…上端、１５ａ…外周、１５ｂ…段部、１５ｃ…内周、１６…トーションバー、１９…ジャケット、２０…ハウジング、２１…エンドカバー、２２…電動モータ、２３…減速機構、２４…ウォーム軸（駆動ギヤ）、２５…ウォームホイール（被動ギヤ）、３３…第１の玉軸受、３４…第２の玉軸受、３６…第１のブッシュ（第１のシャフト間軸受）、３６Ａ…第１の針状ころ軸受（第１のシャフト間軸受）、３７…第２のブッシュ（第２のシャフト間軸受）、３７Ａ…第２の針状ころ軸受（第２のシャフト間軸受）、４０…ストッパ機構、４１…凹部、４２…凸部、１００…電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）、Ｂ…車体、Ｃ１…軸受中心、Ｘ１…軸方向

Claims (4)

1. 支持部材と、
   上記支持部材を貫通し、トーションバーを介して同軸上に連結されたアッパーシャフトおよびロアーシャフトを含むステアリングシャフトと、
   上記支持部材に保持され、上記アッパーシャフトの上端を回転可能に支持する第１の玉軸受と、
   上記支持部材に保持され、上記ロアーシャフトを回転可能に支持する第２の玉軸受と、 上記ロアーシャフトに保持され、上記アッパーシャフトの下端を回転可能に支持する第１のシャフト間軸受と、
   上記アッパーシャフトに保持され、上記ロアーシャフトの上端を回転可能に支持する第２のシャフト間軸受と、を備え、
   上記第１のシャフト間軸受は、上記第２の玉軸受の軸受中心の径方向内方に配置された部分を含み、
   上記第１のシャフト間軸受および上記第２のシャフト間軸受は、上記ステアリングシャフトの軸方向に離隔している車両用操舵装置。
2. 請求項１において、上記アッパーシャフトおよび上記ロアーシャフトの相対回転量を規制するストッパ機構を備え、
   上記ストッパ機構は、軸方向に関して、上記第１のシャフト間軸受および上記第２のシャフト間軸受の間に配置されている車両用操舵装置。
3. 請求項１または２において、上記第１のシャフト間軸受および上記第２のシャフト間軸受の少なくとも一方は、ブッシュである車両用操舵装置。
4. 請求項１または２において、上記第１のシャフト間軸受および上記第２のシャフト間軸受の少なくとも一方は、針状ころ軸受である車両用操舵装置。

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