JP2012250631A - 電動式パワーステアリング装置用コラムユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングの後端部とステアリングコラムの前端部との結合部の強度及び剛性を確保できる構造を実現する。
【解決手段】ステアリングコラム６ｂの前端部に、このステアリングコラム６ｂの内外両周面同士を連通させる透孔２９、２９を形成する。このステアリングコラム６ｂの前端部にねじ環２４を、これら各透孔２９、２９を含む部分を内部に包埋する状態で射出成形する。このねじ環２４の外周面に形成した雄ねじ３０を、ハウジング９ｂの後端部内周面に形成した雌ねじ３３に螺合し更に締め付ける事で、このハウジング９ｂとステアリングコラム６ｂとを結合固定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、内側にステアリングシャフトを回転自在に支持する為のステアリングコラムと、内部に電動式パワーステアリング装置の構成部品を収納するハウジングとを組み合わせて成る、電動式パワーステアリング装置用コラムユニットの改良に関する。

自動車用ステアリング装置は、図９に示す様に構成して、ステアリングホイール１の回転をステアリングギヤユニット２の入力軸３に伝達し、この入力軸３の回転に伴って左右１対のタイロッド４、４を押し引きして、前車輪に舵角を付与する様にしている。前記ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト５の後端部に支持固定されており、このステアリングシャフト５は、円筒状のステアリングコラム６を軸方向に挿通した状態で、このステアリングコラム６に回転自在に支持されている。このステアリングコラム６の前端部は、電動式パワーステアリング装置の構成部品である、ウォーム減速機７やトルク測定器８（後述する図１０及び本発明の実施の形態を示す図１参照）等を収納したハウジング９の後端部に連結固定している。このハウジング９には、前記電動式パワーステアリング装置の動力源である電動モータ１０を支持固定している。

前記ステアリングホイール１により前記ステアリングシャフト５を回転させると、このステアリングシャフト５に付与されたトルクの方向及び大きさが前記トルク測定器８により測定される。このトルク測定器８は、前記ハウジング９内に回転自在に支持されて、トーションバー１１により互いに結合された入力軸１２及び出力軸１３と、これら両軸１２、１３同士の回転方向に関する相対変位量を測定する為の変位測定器１４（図１、１０参照）とから成る。この様なトルク測定器８の構成及び作用は、従来から周知であるから、詳しい説明は省略する。このトルク測定器８の測定結果に基づき、前記電動モータ１０が前記出力軸１３に対し、前記ステアリングホイール１の操作方向と同じ方向の補助トルクを付与し、この出力軸１３を、前記ステアリングシャフト５から前記入力軸１２に入力されたトルクよりも大きなトルクで回転させる。

上記出力軸１３の先端部は、自在継手１５ａを介して中間シャフト１６の後端部に接続し、この中間シャフト１６の前端部を、別の自在継手１５ｂを介して、前記入力軸３に接続している。尚、図９に示した構造は、ステアリングホイール１の上下位置を調節する為のチルト機構と、前後位置を調節する為のテレスコピック機構とを組み込んでいる。この為に、前記ステアリングコラム６の中間部を、車体１７に支持した支持ブラケット１８に対し、上下位置及び前後位置の調節を可能に支持している。又、前記チルト機構を構成する為に、前記ハウジング９の前上端部に設けた支持筒１９を車体１７に対し、横軸を中心とする揺動変位を可能に支持している。又、前記テレスコピック機構を構成する為に、前記ステアリングシャフト５を、インナシャフトとアウタシャフトとを、トルク伝達可能に、且つ、伸縮可能に組み合わせたものとし、前記ステアリングコラム６を、アウタコラムとインナコラムとを伸縮可能に組み合わせたものとしている。

上述の様な、ステアリングコラム６とハウジング９とを組み合わせて成る電動式パワーステアリング装置用コラムユニットで、このハウジング９の軽量化並びにコスト低減を図る為に、このハウジング９を合成樹脂製とする事が、特許文献１に記載されている。図１０は、この特許文献１に記載された、電動式パワーステアリング装置用コラムユニットの従来構造の１例を示している。この従来構造の場合、それぞれがポリアミド樹脂等の合成樹脂製のセンサハウジング２０とギヤハウジング２１とを溶着して、中空のハウジング９ａとしている。この様に、ハウジング９ａを合成樹脂製とした場合でもステアリングコラム６ａは、強度及び剛性を確保すべく、炭素鋼の如き鉄系合金等の金属製とする必要がある。この為に、図１０に示した従来構造の場合には、金属製で円筒状ステアリングコラム６ａの前端部を、前記ハウジング９ａの後端部に形成した円筒部２２に外嵌する事で、このハウジング９ａの後端部と前記ステアリングコラム６ａの前端部とを結合している。

但し、上述の様な従来構造の場合、これらハウジング９ａの後端部とステアリングコラム６ａの前端部との結合強度を高くする事が難しい。即ち、これらハウジング９ａの後端部とステアリングコラム６ａの前端部とを締り嵌めで嵌合固定した場合でも、このハウジング９ａを構成する合成樹脂と、前記ステアリングコラム６ａを構成する金属との線膨張率の差に基づいて、前記両端部同士の結合固定部の嵌合強度が次第に低下する可能性がある。特に、温度上昇に伴う前記円筒部２２の外径の拡大分が、前記ステアリングコラム６ａの前端部の内径の拡大分よりも大きくなると、前記円筒部２２の外周面を抑え付ける力（面圧）が過大になり、この円筒部２２が、外径が小さくなる方向に塑性変形する。この結果、前記結合固定部の嵌合強度の低下が著しくなる。

又、金属と合成樹脂との締り嵌めに基づく、前記両端部同士の結合部の強度及び剛性は、初期段階から必ずしも大きくはない。従って、ステアリングホイール１の高さ調節時等に前記結合部に曲げ方向の力が加わった場合にも、前記円筒部２２の外周面が塑性変形し、前記結合固定部の嵌合強度が低下する可能性がある。何れにしても、この嵌合強度が低下すると、前記ステアリングコラム６ａと前記ハウジング９ａとの結合部ががたつく等の問題が発生する可能性がある。尚、この様な問題は、ステアリングコラムを鉄系合金の如き、必要とする強度及び剛性を得易い金属により造り、ハウジングをアルミニウム系合金の如き、軽量ではあるが前記ステアリングコラムを構成する金属に比べて軟質の金属により造る場合にも生じ得る。

特開２００９−２９８２４６号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、ハウジングの後端部とステアリングコラムの前端部との結合部の強度及び剛性を確保できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の電動式パワーステアリング装置用コラムユニットは、ステアリングコラムとハウジングとを備える。
このうちのステアリングコラムは、内部にステアリングシャフトを挿通するもので、金属製で円筒状である。
又、前記ハウジングは、前記ステアリングコラムの前端部に結合固定され、内部に電動式パワーステアリング装置の構成部品の少なくとも一部を収納するもので、前記ステアリングコラムを構成する金属に比べて軟質の金属の鋳造品若しくは合成樹脂の射出成形品である。

更に、本発明の電動式パワーステアリング装置用コラムユニットでは、前記ステアリングコラムの前端部に、このステアリングコラムの内外両周面同士を連通させる透孔を形成している。又、このステアリングコラムの前端部でこの透孔を含む部分を内部に包埋する状態で、何れかの周面にねじ溝を形成したねじ環を、鋳造若しくは射出成形している。そして、このねじ環を、前記ハウジングの後端部周面に形成した別のねじ溝に螺合し更に締め付ける事で、このハウジングと前記ステアリングコラムとを結合固定している。

上述の様な本発明を実施する場合に、例えば請求項２に記載した発明の様に、前記ねじ環を、外周面に前記ねじ溝である雄ねじを形成したものとする。又、前記別のねじ溝を、前記ハウジングの後端部内周面に形成した段付大径部の内周面に形成した雌ねじとする。
或いは、請求項３に記載した発明の様に、前記ねじ環を、内周面に前記ねじ溝である雌ねじを形成した袋ナットとする。又、前記別のねじ溝を、前記ハウジングの後端部外周面に形成した雄ねじとする。

上述の様に構成する本発明の電動式パワーステアリング装置用コラムユニットによれば、ハウジングの後端部とステアリングコラムの前端部との結合部の強度及び剛性を確保できる。
又、本発明の場合には、前記ステアリングコラムの前端部と前記ハウジングの後端部との結合固定を、このステアリングコラムの前端部に結合固定したねじ環の周面に形成したねじ溝と、前記ハウジングの後端部周面に形成した別のねじ溝との螺合及び締め付けにより行っているので、前記ステアリングコラムと前記ハウジングとの着脱を容易に行える。この為、電動式パワーステアリング装置の修理の手間やコストの低減を図れる。

本発明の実施の形態の第１例を示す要部断面図。 ねじ環を設けたステアリングコラムの前端部を示す斜視図。 図１のＡ部拡大図。 ねじ環を設ける以前のステアリングコラムの前端部を示す斜視図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図３と同様の図。 本発明に関する参考例の第１例を示す、ステアリングコラムの前端部の端面図（ａ）及び側面図（ｂ）。 同第２例を示す、図６と同様の図。 同第３例を示す、ステアリングコラムの前端部の端面図（ａ）及び断面図（ｂ）。 電動式パワーステアリング装置の１例を示す、部分切断側面図。 従来構造の１例を示す要部断面図。

［実施の形態の第１例］
図１〜４は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例を含めて本発明の特徴は、ステアリングコラムの前端部と、電動式パワーステアリング装置用のハウジングの後端部との結合固定部の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図１０に示した構造を含めて、従来から知られている電動式パワーステアリング装置用コラムユニットと同様である。そこで、従来から知られている構造部分に関しては、説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分、及び先に説明しなかった部分を中心に説明する。

本例の電動式パワーステアリング装置用コラムユニットは、ステアリングコラム６ｂの前端部と、ハウジング９ｂを構成する主部２３の後端部とを、このステアリングコラム６ｂの前端部に結合固定したねじ環２４を介して結合固定している。前記ハウジング９ｂは、それぞれが同種の合成樹脂を射出成形して成る、前記主部２３と蓋部２５とを、ねじ止め、溶着等の適宜の方法により結合固定して、中空状に構成している。そして、入力軸１２の前端部（図１の左端部）、出力軸１３の後端部（図１の右端部）乃至中間部、トーションバー１１、トルク測定器８等を、収納している。又、前記出力軸１３の中間部で軸方向に離隔した２箇所位置を前記ハウジング９ｂの内側に、１対の転がり軸受２６ａ、２６ｂにより、回転自在に支持している。そして、これら両転がり軸受２６ａ、２６ｂの間部分で前記出力軸１３に、ウォームホイール２７を、セレーション係合等により外嵌固定している。そして、このウォームホイール２７と、電動モータ１０（図９参照）により回転駆動されるウォーム２８とを噛合させて、前記出力軸１３に補助トルクを付加する様にしている。

一方、前記ステアリングコラム６ｂは、炭素鋼等の鉄系合金、或いはアルミニウム合金製の金属管（引き抜き管乃至は電縫管）で、前端部に複数の透孔２９、２９を形成している。この様なステアリングコラム６ｂと前記ねじ環２４とは、このねじ環２４を合成樹脂により射出成形する際に、一体的に結合固定している。即ち、このねじ環２４を射出成形する為の金型のキャビティ内の所定位置に前記ステアリングコラム６ｂの前端部を位置させた状態で、このキャビティ内に前記合成樹脂を、加熱溶融させた状態で送り込む。このキャビティ内に送り込まれた溶融樹脂は、前記ステアリングコラム６ｂの前端部を包埋しつつ、このキャビティ内で冷却固化して前記ねじ環２４を構成する。この際、前記溶融樹脂の一部は、前記各透孔２９、２９内に入り込んで、これら各透孔２９、２９内で固化する。この結果、前記ねじ環２４を構成する合成樹脂のうち、前記ステアリングコラム６ｂの前端部よりも外径側に存在する部分と内径側に存在する部分とが一体に結合される。同時に、前記ねじ環２４と前記ステアリングコラム６ｂとが、強固に結合される。又、前記ねじ環２４の外周面に、ねじ溝である雄ねじ３０を形成する。又、このねじ環２４の先端面は、中心軸に対し直角方向に存在する平坦面としている。尚、前記合成樹脂の種類は、必要とする強度、剛性、耐久性を確保できるものであれば、特に問わない。例えば、ガラス繊維や炭素繊維等の補強材を混入した、ポリアミド樹脂（ＰＡ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が、好ましく使用できる。

上述の様なねじ環２４を結合固定した、前記ステアリングコラム６ｂの前端部を結合固定すべく、前記ハウジング９ｂの主部２３の後端部に設けた円筒部３１の後端開口部内周面に、前寄り部分よりも内径が大きくなった段付大径部３２を形成している。この段付大径部３２の内周面には、別のねじ溝である雌ねじ３３を形成している。又、前記段付大径部３２の奥端部は、前記円筒部３１の中心軸に対し直角方向に存在する段差面３４としている。

前記ハウジング９ｂの主部２３の後端部に設けた円筒部３１と、前記ステアリングコラム６ｂの前端部とは、前記ねじ環２４を介して互いに同心に結合固定している。この為に、このねじ環２４の外周面の雄ねじ３０と、前記段付大径部３２の内周面の雌ねじ３３とを螺合し、更に締め付けて、前記ねじ環２４の先端面を前記段差面３４に、強く押し付ける。この結果、このねじ環２４と前記主部２３とが強固に結合固定され、このねじ環２４に結合固定された前記ステアリングコラム６ｂと前記主部２３とが強固に結合固定される。尚、前記ねじ環２４の締め付けを十分に大きなトルクで行い易くする為に、このねじ環２４の一部に、締め付け工具を係止する為の係止部を形成する事もできる。

本例の電動式パワーステアリング装置用コラムユニットは、上述の様に、複数の透孔２９、２９を形成した、鉄系合金製のステアリングコラム６ｂの前端部を合成樹脂製のねじ環２４に包埋固定し、このねじ環２４と前記主部２３とを螺着しているので、これらステアリングコラム６ｂと主部２３との結合部の強度及び剛性を十分に高くできる。この為、温度変化を伴う、長期間に亙る使用によっても、前記ステアリングコラム６ｂと前記ハウジング９ｂとの結合部ががたつく等の問題が発生する事はない。

又、本例の場合には、前記ステアリングコラム６ｂと前記ハウジング９ｂとの着脱を容易に行える。即ち、これらステアリングコラム６ｂとハウジング９ｂとを相対回転させて、前記雄ねじ３０と前記雌ねじ３３とを係脱させる事により、これらステアリングコラム６ｂとハウジング９ｂとの着脱を行える。そして、この着脱に伴って、何れの部分も損傷せずに済む。この為、電動式パワーステアリング装置の修理の手間やコストの低減を図れる。

［実施の形態の第２例］
図５は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ねじ環２４ａを袋ナットとしている。即ち、このねじ環２４ａを、内周面のうちの後端部に内向フランジ状の鍔部３５を、同じく中間部乃至前端部に雌ねじ３３ａを、それぞれ形成した袋ナットとしている。又、ハウジング９ｃに形成した円筒部３１ａの後端部外周面に、前寄り部分よりも外径が小さくなった段付小径部３６を形成している。この段付小径部３６の外周面には、別のねじ溝である雄ねじ３０ａを形成している。又、前記段付小径部３６の奥端部は、前記円筒部３１ａの中心軸に対し直角方向に存在する段差面３４ａとしている。ステアリングコラム６ｃの前端部には、傾斜段部３７を介して大径部３８を設け、この大径部３８に複数の透孔２９を形成している。そして、前記ねじ環２４ａを合成樹脂により射出成形する際に、前記大径部３８をこのねじ環２４ａ内に包埋している。前記ねじ環２４ａと前記円筒部３１ａとの径方向位置が逆になった点以外の構成及び作用は、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

本発明は、ハウジング及びねじ環を合成樹脂製とする構造に限らず、アルミニウム合金製とする構造でも実施可能である。
尚、ステアリングコラムの前端部をねじ環に包埋支持する構造で、これらステアリングコラムとねじ環との結合強度を向上させる為の構造としては、図６〜８に示す様な構造も考えられる。このうちの図６に示した構造は、ステアリングコラム６ｄの前端部に設けた大径部３８ａの形状を円周方向に関する波形としたものである。又、図７に示した構造は、ステアリングコラム６ｅの前端部にエンボス状の突起３９、３９を形成したものである。更に、図８に示した構造は、ステアリングコラム６ｆの前端縁部を径方向外方に向け、ほぼ直角に折り曲げる事により形成した曲げ起こし部４０の外周縁部分に、複数の切り欠き４１、４１を形成したものである。これら図６〜８に示した例では、前記大径部３８ａ、突起３９、３９、曲げ起こし部４０を、ねじ環中に包埋する。

何れの構造の場合でも、ステアリングコラムとねじ環との結合強度を向上させる事はできるが、このステアリングコラムの前端部でこのねじ環に包埋される部分の見掛け上の厚さ（断面形状に関する外接円と内接円との直径の差の１／２）が大きくなる。この結果、このねじ環の厚さ寸法が部分的に（波形の頂部や突起３９、３９の頂部、或いは曲げ起こし部４０の外周縁に対応する部分で）小さくなり、薄肉・軽量化と、当該部分の耐久性確保との両立が難しくなる可能性がある。これに対して、本発明の場合には、これらの両立が容易である。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングギヤユニット
３ 入力軸
４ タイロッド
５ ステアリングシャフト
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ ステアリングコラム
７ ウォーム減速機
８ トルク測定器
９、９ａ、９ｂ、９ｃ ハウジング
１０ 電動モータ
１１ トーションバー
１２ 入力軸
１３ 出力軸
１４ 変位測定器
１５ａ、１５ｂ 自在継手
１６ 中間シャフト
１７ 車体
１８ 支持ブラケット
１９ 支持筒
２０ センサハウジング
２１ ギヤハウジング
２２ 円筒部
２３ 主部
２４、２４ａ ねじ環
２５ 蓋部
２６ａ、２６ｂ 転がり軸受
２７ ウォームホイール
２８ ウォーム
２９ 透孔
３０、３０ａ 雄ねじ
３１、３１ａ 円筒部
３２ 段付大径部
３３、３３ａ 雌ねじ
３４、３４ａ 段差面
３５ 鍔部
３６ 段付小径部
３７ 傾斜段部
３８、３８ａ 大径部
３９ 突起
４０ 曲げ起し部
４１ 切り欠き

Claims (3)

1. 内部にステアリングシャフトを挿通する円筒状のステアリングコラムと、このステアリングコラムの前端部に結合固定され、内部に電動式パワーステアリング装置の構成部品の少なくとも一部を収納するハウジングとを備え、前記ステアリングコラムは金属製であり、このハウジングは、このステアリングコラムを構成する金属に比べて軟質の金属の鋳造品若しくは合成樹脂の射出成形品である電動式パワーステアリング装置用コラムユニットであって、前記ステアリングコラムの前端部に、このステアリングコラムの内外両周面同士を連通させる透孔が形成されており、このステアリングコラムの前端部でこの透孔を含む部分を内部に包埋する状態で、何れかの周面にねじ溝を形成したねじ環が鋳造若しくは射出成形されており、このねじ環を、前記ハウジングの後端部周面に形成した別のねじ溝に螺合し更に締め付ける事で、このハウジングと前記ステアリングコラムとを結合固定している電動式パワーステアリング装置用コラムユニット。
2. 前記ねじ環が、外周面に前記ねじ溝である雄ねじを形成したものであり、前記別のねじ溝が、前記ハウジングの後端部内周面に形成した段付大径部の内周面に形成された雌ねじである、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置用コラムユニット。
3. 前記ねじ環が、内周面に前記ねじ溝である雌ねじを形成した袋ナットであり、前記別のねじ溝が、前記ハウジングの後端部外周面に形成された雄ねじである、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置用コラムユニット。

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