JP2014129073A - ステアリング装置および位置決め部材 - Google Patents

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Abstract

【課題】相互に接続される複数の回転部の位置合わせを行う位置合わせ部材の剛性を高め、複数の回転部を予め定めた位置関係にて接続する。
【解決手段】位置決め部材20は、ステアリングシャフト13の周方向の位置が定められた状態でステアリングシャフト13に結合する結合部21と、結合部21に固定されるとともにステアリングシャフト13の軸中心に近い基端部23bの幅が太く軸中心から遠い先端部23pの幅が細く形成されてステアリングシャフト13の径方向の外側に突出し、自在継手12bのスリット12Sに位置してステアリングシャフト13と自在継手12bとを位置決めするガイド部23とを有する。
【選択図】図3

Description

本発明は、ステアリング装置および位置決め部材に関する。
車両等のステアリング装置では、ステアリングホイールなどの操舵部からの操舵力の入力を受ける入力部と、操舵力の伝達を受けて車輪などの被操舵部へと操舵力を伝達する出力部とが設けられる。ここで、ステアリング装置では、例えば回転する入力部における直進位置と回転する出力部の直進位置とが合うように、入力部と出力部とを接続する必要がある。
例えば特許文献1には、ステアリングギヤハウジングから突出するステアリングシャフトに、ステアリングコラムジョイントをセレーション結合するステアリングコラムジョイントの取付構造において、ステアリングコラムジョイントのステアリングシャフトに対する取付角度位置を位置合せするためのキャップを用い、キャップは、ステアリングシャフトのセレーションにセレーション結合する嵌合部と、ステアリングシャフトの突出端部に挿着される挿着部と、ステアリングコラムジョイントの直進位置合せ部が係合する直進位置ガイド部とを有してなるように構成することが開示されている。
特許2004−136891号公報
ところで、回転する入力部における直進位置と回転する出力部の直進位置とが合うように入力部と出力部とを接続するための位置合わせ部材を用いる場合がある。ただし、例えば組み付け作業において位置合わせ部材が他の部材に接触して変形などすると、入力部と出力部との予め定めた位置関係にずれが生じるおそれがあった。
本発明は、相互に接続される複数の回転部の位置合わせを行う位置合わせ部材の剛性を高め、複数の回転部を予め定めた位置関係にて接続することを目的とする。
かかる目的のもと、本発明は、回転する第1回転部と、第1回転部との位置決めのための切り欠き部を有するとともに、第1回転部の外周を覆うように第1回転部に接続して回転する第2回転部と、第1回転部と第2回転部との周方向における位置決めを行う位置決め部材と、を備え、位置決め部材は、第1回転部の周方向の位置が定められた状態で第1回転部に結合する結合部と、結合部に固定されるとともに第1回転部の軸中心に近い基端部の幅が太く軸中心から遠い先端部の幅が細く形成されて第1回転部の径方向の外側に突出し、切り欠き部に位置して第1回転部と第2回転部とを位置決めする位置決め部と、を有することを特徴とするステアリング装置である。
ここで、位置決め部は、軸中心から離れるに従って幅が細くなるテーパ形状を有していることを特徴とすることができる。
さらに、位置決め部は、第1回転部の軸中心に近い基端部の幅が太く軸中心から遠い先端部の幅が細く形成されるリブを有することを特徴とすることができる。
また、かかる目的のもと、本発明は、回転する第1回転部と、第1回転部の外周を覆うように第1回転部に接続して回転する第2回転部との周方向における位置決めを行う位置決め部材であって、第1回転部の周方向の位置を定めて第1回転部に結合可能な形状を有する結合部と、結合部に固定されるとともに、第1回転部に取り付けられた際に、第1回転部の軸中心に近い基端部の幅が太く軸中心から遠い先端部の幅が細く形成されて第1回転部の径方向の外側に突出する突出部と、を備える位置決め部材である。
本発明によれば、相互に接続される複数の回転部の位置合わせを行う位置合わせ部材の剛性を高め、複数の回転部を予め定めた位置関係にて接続することが可能になる。
本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 電動パワーステアリング装置のステアリングギアボックス内を示す断面図である。 自在継手とステアリングシャフトとの接続部を説明するための図である。 本実施形態の位置決め部材の全体図である。 ガイド部の形状の設定について説明するための図である。 第1の変形例の位置決め部材を説明するための図である。 第2の変形例の位置決め部材を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置1の概略構成を示す図である。
図2は、電動パワーステアリング装置1のステアリングギアボックス内を示す断面図である。
本実施形態の電動パワーステアリング装置1(以下、単に「ステアリング装置1」と称する場合もある。)は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施形態においては自動車に適用した構成を例示している。本実施形態に係るステアリング装置1は、いわゆるピニオンアシストタイプの装置である。
ステアリング装置1は、ドライバが操作する車輪(ホイール)状のステアリングホイール(ハンドル)に一体的に設けられたコラムシャフト11と、第2回転部の一例としての自在継手12を介してコラムシャフト11と連結された第1回転部の一例としてのステアリングシャフト13とを備えている。そして、ステアリングシャフト13は、ステアリングホイールの回転に連動して回転する。
また、ステアリング装置1は、転動輪としての左右の前輪のそれぞれに連結されるタイロッド14A,14Bと、タイロッド14A,14Bに連結されたラック軸15とを備えている。また、ステアリング装置1は、ラック軸15に形成されたラック歯とともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン軸16(図2参照)を備えている。
ステアリング装置1は、図2に示すように、ピニオン軸16を収納するギヤボックス17を有している。ピニオン軸は、ギヤボックス17にてトーションバー18を介して上述したステアリングシャフト13と同軸的に連結されている。
ピニオン軸16およびステアリングシャフト13は、ギヤボックス17に回転可能に支持されている。ギヤボックス17は、例えば自動車などの乗り物の本体フレームに固定される部材である。ピニオン軸16およびステアリングシャフト13は、それぞれ軸受けを介して回転可能に支持されている。
また、ステアリング装置1は、ギヤボックス17に固定された電動モータ31と、ピニオン軸16に固定されたウォームホイール33と、を備えている。電動モータ31の出力軸に連結されたウォームギヤ32とウォームホイール33とは噛み合っており、電動モータ31の回転力がウォームホイール33により減速されてピニオン軸16に伝達される。電動モータ31は、3相ブラシレスモータであることを例示することができる。
さらに、ステアリング装置1は、図2に示すように、ステアリングシャフト13とピニオン軸16との相対角度に基づいて、言い換えればトーションバー18の捩れ量に基づいてステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルク検出装置100を備える。
また、ステアリング装置1は、電動モータ31の作動を制御する電子制御ユニット(ECU)200を備えている。
ECU200は、各種演算処理を行うCPUと、CPUにて実行されるプログラムや各種データ等が記憶されたROMと、CPUの作業用メモリ等として用いられるRAMと、を用いて、出力値を基にステアリングシャフト13とピニオン軸16との相対回転角度を演算する相対角度演算部210を備えている。
以上のように構成されたステアリング装置1においては、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクがステアリングシャフト13とピニオン軸16との相対回転角度として現れることに鑑み、トルク検出装置100がステアリングシャフト13とピニオン軸16との相対回転角度に基づいて操舵トルクを把握する。つまり、ステアリングシャフト13とピニオン軸16との相対回転角度を検出し、トルク検出装置100の出力値に基づいてECU200が操舵トルクを把握し、把握した操舵トルクに基づいて電動モータ31の駆動を制御する。
そして、電動モータ31の発生トルクをウォームギヤ32、ウォームホイール33を介してピニオン軸16に伝達する。これにより、電動モータ31の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。つまり、ピニオン軸16は、ステアリングホイールの回転によって発生する操舵トルクと電動モータ31から付与される補助トルクとで回転する。
図3は、自在継手12とステアリングシャフト13との接続部を説明するための図である。
図3(a)は自在継手12とステアリングシャフト13との接続部の要部拡大図であり、図3(b)は図3(a)に示すIIIb−IIIb断面図である。
自在継手12は、上側継手12aと上側継手12aに対して接合角度を自在にしながら回転力を伝達する下側継手12bとを有している(図1参照)。そして、本実施形態では、コラムシャフト11の端部にて上側継手12aが一体的に設けられる。また、図3(b)に示すように、下側継手12bが、位置決め部材20によって位置決めされて、ステアリングシャフト13に連結される。
なお、位置決め部材20については後に詳しく説明する。
そして、図3(a)および図3(b)に示すように、下側継手12bは、結合部121と締込部122とを備えている。結合部121は、セレーション12Aを備えている。このセレーション12Aは、ステアリングシャフト13のセレーション13Aと結合するように構成される。
締込部122は、切り欠き部の一例としてのスリット12S(図3(b)参照)とボルト孔12Hとを備える。スリット12Sは、予め定められた幅をもって形成される溝である。また、ボルト孔12Hは、締込部122においてスリット12Sを跨ぐようにして形成される。そして、ボルト孔12Hには、抜止ボルト40が通される。
ステアリングシャフト13は、図3(a)に示すように、セレーション13Aと、セレーション13Aにて周方向にて形成される凹溝部13Bと有する。凹溝部13Bは、抜止ボルト40が嵌ることが可能な形状になっている。
そして、ステアリングシャフト13のセレーション13Aに、自在継手12のセレーション12Aが接合される。さらに、ボルト孔12Hに抜止ボルト40を通し、スリット12Sの間隔を狭めるように締め込むことで、ステアリングシャフト13と自在継手12(下側継手12b)とが連結される。
ここで、ステアリング装置1において、トーションバー18がねじられていない中立状態にあるステアリングシャフト13の直進位置と、ステアリングホイールが中立位置にある自在継手12の直進位置とを正確に位置合せする状態で、ステアリングシャフト13と自在継手12とを結合する必要がある。そこで、本実施形態のステアリング装置1は、ステアリングシャフト13と自在継手12との取付け角度位置を位置合せする位置決め部材20を用いて接続するようにしている。
図4は、本実施形態の位置決め部材20の全体図である。
図4(a)は位置決め部材20の全体斜視図であり、図4(b)は図4(a)に示すIVb−IVb断面図である。
位置決め部材20は、ステアリングシャフト13に取り付けられ、ステアリングシャフト13と自在継手12との位置決めを行う部材である。位置決め部材20は、図4(a)に示すように、取付部21と、装着部22と、取付部21および装着部22を繋ぐように形成され取付け角度位置を示すガイド部23と、セレーション13Aに噛み合うセレーション接続部24とを備えている。
なお、本実施形態では、取付部21およびセレーション接続部24が結合部として機能する。
取付部21は、概形がリング形状を有し、図4(a)に示す状態にて下端側に位置する。また、取付部21は、内側に複数(本実施形態では2箇所)の突起部21Aを有している。複数の突起部21Aの頂上部を通る仮想円の内径は、ステアリングシャフト13の外径よりも若干大きく設定している。そして、位置決め部材20が取り付けられた状態にて、取付部21は、ステアリングシャフト13の外周を囲うように位置して設けられる。
装着部22は、概形がリング形状を有し、図4(a)に示す状態にて上端側に位置する。また、装着部22は、内側に複数(本実施形態では3箇所)の突起部22Aを備えている。複数の突起部22Aの頂点を通る仮想円の内径は、トーションバー18の外径よりも若干大きく設定している。また、装着部22の内径は、ステアリングシャフト13の外径よりも小さくなるように設定している。
このように構成される装着部22は、位置決め部材20が取り付けられた状態にて、ステアリングシャフト13およびトーションバー18の端部に引っ掛かる状態になる。そして、装着部22は、位置決め部材20の軸方向における位置を定める。
位置決め部および突出部の一例としてのガイド部23は、板状の概形を有する部分である。そして、位置決め部材20がステアリングシャフト13に取り付けられた状態で、ガイド部23は、ステアリングシャフト13の径方向の外側に向けて突出形成される。また、ガイド部23は、取付部21と装着部22とを繋ぐように軸方向に延びて設けられる。そして、ガイド部23は、自在継手12のスリット12Sに対向し、さらに挟み込まれる形状に形成されている(図3(b)参照)。
また、ガイド部23は、図3(a)に示すように、抜止ボルト40を通すボルト孔23Hが設けられている。
そして、ガイド部23は、図4(a)に示すように、一方の側面と他方の側面との幅が、取付部21および装着部22に近い側(ステアリングシャフト13側)となる基端部23bがより厚く、取付部21および装着部22から遠い側となる先端部23pがより薄くなっている。すなわち、図4(b)に示すように、ガイド部23は、軸方向に直交する面にて切った断面がテーパ状に形成されている。そして、基端部23bの幅T1が太く、先端部23pの幅T2が細くなるように構成されている。なお、図4(b)では、装着部22を通る断面を示すものであるが、ガイド部23の他の断面においても、基端部23b側の幅が太く先端部23p側の幅が細く形成されている。
なお、ガイド部23のテーパ形状の設定について後に詳しく説明する。
セレーション接続部24は、図4(a)に示すように、ガイド部23の基端部23b側にて軸方向に延びて形成される。なお、本実施形態では、ボルト孔23Hを跨いでガイド部23の上側と下側とにそれぞれ形成される。そして、セレーション接続部24は、端部側(ステアリングシャフト13側)に向けて尖って形成された筋状の山部24Mを構成する。また、セレーション接続部24の筋状の山部24Mは、セレーション13Aの一本分の溝(谷部)に噛み合うように設定されている。
このように構成されるセレーション接続部24は、位置決め部材20がステアリングシャフト13に取り付けられた状態にて、セレーション13Aに接続する。そして、セレーション接続部24は、ステアリングシャフト13に対する位置決め部材20の周方向における角度位置を定める。
以上のように構成される位置決め部材20は、ステアリングシャフト13(セレーション13A)に対して予め定めた角度位置となるように取り付けられる。そして、自在継手12に設けたスリット12Sをガイド部23に合わせるように取り付けると、自在継手12を直進位置に位置合せしつつ、自在継手12のセレーション12Aをステアリングシャフト13のセレーション13Aとのセレーション結合に導く。その結果、ステアリングシャフト13の直進位置に自在継手12の直進位置が位置合せされた取付状態になる。
ところで、上述したとおり、ガイド部23によって位置決めが行われる。従って、例えば、位置決め部材20をステアリングシャフト13に取り付ける際や、製造時における部品の移動作業の際に、ガイド部23に他の部材が接触して、ガイド部23が変形したり破損したりすると、取付け角度の位置決めがずれてしまう可能性がある。ここで、ガイド部23の剛性を高めるために単にガイド部23の幅を大きくすると、例えば各種の自在継手12のスリット12Sの幅に合わなくなるなどして位置決め部材20自体の汎用性が低下してしまう。
そこで、本実施形態の位置決め部材20では、ガイド部23の断面をテーパ形状にすることで、ガイド部23の厚みを一定に保ちつつ、ガイド部23の剛性を高めている。
図5は、ガイド部23の形状の設定について説明するための図である。
図5(a)は基準となる断面が矩形状のガイド部23を示し、図5(b)はセレーションがずれた状態でのガイド部23を示す。
図5(a)に示すように、ガイド部23の幅は厚みBとする。ガイド部23の軸心からスリット12Sの端部(以下、スリット端部SEとよぶ)に接触する可能性のある部分(以下、接触端部GEとよぶ)までの距離は長さLとする。また、自在継手12のスリット12Sの間隔は距離Wとする。
そして、上記のように設定されるガイド部23の断面に対して、セレーションにずれや部材の寸法交差を考慮して、取り付け時にガイド部23がスリット12Sに接触せず、ガイド部23の剛性を高めることを検討する。
ガイド部23の幅は、寸法公差(厚みB±δb)を考慮し、最大の厚みB’とする。また、ガイド部23の接触端部GEまでの長さは、寸法公差(長さL±δl)を考慮して、最大の長さL’とする。さらに、スリット12Sの間隔は、寸法公差(距離W±δw)を考慮し、最小の間隔W’とする。
また、ステアリングシャフト13のセレーション13A、自在継手12のセレーション12Aおよび位置決め部材20のセレーション接続部24の寸法公差に起因する最大の角度ずれをθとする。
ここで、本実施形態では、最大の角度ずれであるθとなった場合であっても、ガイド部23が、スリット12Sにおいて接触しないように、隙間Gが確保されるようにする。
図5(a)に示すように、ガイド部23の接触端部とスリット12Sとの間には、間隔(W’/2−B’/2)が存在する。
そして、上記のセレーションのずれによってガイド部23が回転した場合を想定すると、接触端部GEとスリット端部SEまでの距離は、L’tan(θ/2)となる。
そうすると、G>(W’/2−B’/2)−L’tan(θ/2)を満たせば、隙間が確保される。
そして、ガイド部23の長さL’と、スリット12Sの間隔W’とが定まっている場合には、上記の関係を満足するように、ガイド部23の接触端部GEの幅B’を設定する。さらに、その接触端部GEから基端部23bに向けて中心線に対して最大の角度ずれθの角度を成すようにガイド部23の側面を形成することでテーパ状に形成する。
図5(b)に示すように、仮にセレーションの角度ずれに最大のずれが生じた場合であっても、取り付け時にガイド部23とスリット12Sとの間に隙間が確保される。
また、上記のように構成されたガイド部23は、従来のガイド部と比較して基端部23bにおける断面幅が大きく剛性が高められているため、例えば作業時において他の部材と接触した場合であっても従来のガイド部と比較して位置ずれが生じ難い。
図6は、第1の変形例の位置決め部材50を説明するための図である。
次に、第1の変形例の位置決め部材50について説明する。なお、上述した位置決め部材20と同様な機能を有する部材には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図6に示すように、位置決め部材50は、取付部21と、装着部22と、取付部21および装着部22を繋ぐように形成され、取付け角度位置を示すガイド部523とを備えている。
ガイド部523は、断面がテーパ状のテーパ状部523Tと、断面が矩形状の矩形状部523Rとを備えて構成される。そして、図6に示す状態にて上側と、中央と、下側とにそれぞれテーパ状部523Tが形成され、中央のテーパ状部523Tを挟むように2つの矩形状部523Rが形成されている。そして、テーパ状部523Tの断面形状は、図5を参照しながら説明したとおり、仮に最大のセレーションの角度ずれが生じた場合であっても、取り付け時にガイド部523とスリット12Sとの間に隙間が確保される形状としている。
このように、第1の変形例の位置決め部材50では、一部に断面がテーパ状ではない箇所が設けられている。そして、位置決め部材50のように、ガイド部523において断面がテーパ形状となる部分が不連続的であっても、ガイド部523全体としては、従来の位置決め部材におけるガイド部と比較して基端部における断面幅が大きく剛性が高められる。そして、このようなガイド部523を有する位置決め部材50を用いることによって、例えば作業時において他の部材と接触した場合であっても、従来のガイド部と比較して位置ずれが生じ難くなる。
図7は、第2の変形例の位置決め部材60を説明するための図である。
次に、第2の変形例の位置決め部材60について説明する。なお、上述した位置決め部材20と同様な機能を有する部材には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図7に示すように、位置決め部材60は、取付部21と、装着部22と、取付部21および装着部22を繋ぐように形成され取付け角度位置を示すガイド部623とを備えている。
そして、ガイド部623は、断面が矩形状のガイド本体部623Bと、テーパ状のリブ片Rとを有する。位置決め部材60においては、リブ片Rは、軸方向に複数箇所(本実施形態では5箇所)に設けている。また、ガイド本体部623Bの表裏面においてそれぞれリブ片Rを形成する。
なお、第2の変形例の位置決め部材60では、複数のリブ片Rを取付部21との接続箇所、装着部22との接続箇所(または近傍)にそれぞれ形成することで、接続をより強固にしている。また、ボルト孔23Hの周囲に3つのリブ片Rを設けることによって、抜止ボルト40を介して負荷を受けるボルト孔23Hの周囲の強度を高めている。
そして、リブ片Rを有するガイド本体部623Bによって構成されるガイド部623の断面形状は、図5を参照しながら説明したとおり、仮に最大のセレーションの角度ずれが生じた場合であっても、取り付け時にガイド部623とスリット12Sとの間に隙間が確保される形状としている。
以上のように構成される位置決め部材60を用いた場合においても、上記のように構成されたガイド部623は、リブ片Rによって、基端部における断面幅が大きく剛性が高められる。そして、リブ片Rが設けられることによって、剛性が高くなり、ガイド部623全体としても従来の位置決め部材におけるガイド部と比較して剛性が高められる。そして、例えば作業時において他の部材と接触した場合であっても、従来のガイド部と比較して位置ずれが生じ難い。
なお、上述の本実施形態では、自在継手12を介して、コラムシャフト11とステアリングシャフト13とを接続する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コラムシャフト11とステアリングシャフト13とが直接的に接続していても良い。この場合であっても、コラムシャフト11とステアリングシャフト13との接続箇所において、本実施形態が適用される位置決め部材を用いることによって、両者を予め定めた位置関係にて接続することができる。
さらに、本実施形態では、位置決め部材20(50,60)のガイド部23(523,623)が、下側継手12bに形成されたスリット12Sに挟み込まれるようにして、位置決めを行う例を用いて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ガイド部23(523,623)に対して、一方の側面のみで接触を受けるようにして、位置決めを行うようにしても良い。このような場合であっても、上述のとおり、ガイド部23(523,623)の剛性を高めることで、位置ずれを生じ難く構成することができる。
また、本実施形態では、セレーション結合によって回転部材同士を接続する例を用いて説明したが、これに限定する趣旨ではない。例えば、セレーション結合とは異なる結合態様を用いて複数の回転部材を互いに接続する場合であっても、本実施形態の位置決め部材20(50,60)を用いることで、複数の回転部材同士を予め定めた位置関係にて接続することができる。
さらにまた、上述した実施形態においては、電動パワーステアリング装置の例を用いて説明したが、特に限定されない。ラックアシスト型など他の形式の電動パワーステアリング装置に適用してもよい。また、油圧によりアシスト力を発揮するパワーステアリング装置、あるいはパワーアシスト力を発揮しないマニュアルのステアリング装置に適用してもよい。
1…ステアリング装置、11…コラムシャフト、12…自在継手、12A…セレーション、13…ステアリングシャフト、13A…セレーション、20…位置決め部材、21…取付部、22…装着部、23…ガイド部、24…セレーション接続部

Claims (4)

  1. 回転する第1回転部と、
    前記第1回転部との位置決めのための切り欠き部を有するとともに、当該第1回転部の外周を覆うように当該第1回転部に接続して回転する第2回転部と、
    前記第1回転部と前記第2回転部との周方向における位置決めを行う位置決め部材と、を備え、
    前記位置決め部材は、
    前記第1回転部の周方向の位置が定められた状態で当該第1回転部に結合する結合部と、
    前記結合部に固定されるとともに前記第1回転部の軸中心に近い基端部の幅が太く当該軸中心から遠い先端部の幅が細く形成されて当該第1回転部の径方向の外側に突出し、前記切り欠き部に位置して当該第1回転部と前記第2回転部とを位置決めする位置決め部と、
    を有することを特徴とするステアリング装置。
  2. 前記位置決め部は、前記軸中心から離れるに従って幅が細くなるテーパ形状を有していることを特徴とする請求項1に記載のステアリング装置。
  3. 前記位置決め部は、前記第1回転部の軸中心に近い基端部の幅が太く当該軸中心から遠い先端部の幅が細く形成されるリブを有することを特徴とする請求項1または2に記載のステアリング装置。
  4. 回転する第1回転部と、当該第1回転部の外周を覆うように当該第1回転部に接続して回転する第2回転部との周方向における位置決めを行う位置決め部材であって、
    前記第1回転部の周方向の位置を定めて当該第1回転部に結合可能な形状を有する結合部と、
    前記結合部に固定されるとともに、前記第1回転部に取り付けられた際に、当該第1回転部の軸中心に近い基端部の幅が太く当該軸中心から遠い先端部の幅が細く形成されて当該第1回転部の径方向の外側に突出する突出部と、
    を備える位置決め部材。
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