JP2016128309A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ノイズによる検出誤差を低減しつつ、アシスト力等の回転力を良好に伝達可能なステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイール１１と、ステアリングホイール１１に連結されたコラムシャフト１２と、コラムシャフト１２を回転自在で支持するコラムパイプ１３と、コラムシャフト１２に設けられコラムシャフト１２に生じるトルクに応じて透磁率が変化する第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４と、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４に発生した磁気の変化を検出する第１コイル４１〜第４コイル４４と、コラムパイプ１３をコラム取り付け用ブラケット２１３に取り付けるブラケット５１と、ブラケット５１とコラム取り付け用ブラケット２１３との間に設けられ、ブラケット５１とコラム取り付け用ブラケット２１３との間における磁路を遮断する非磁性材料で形成された磁路遮断部材６０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置において発生する操舵トルクを検出するトルクセンサとして、磁歪式のトルクセンサが知られている。そして、エンジン（磁気ノイズ源）からの磁気ノイズによる検出誤差を低減するために、エンジン及びトルクセンサの間において、ステアリングシャフトの一部であるジョイント（連結部分）を非磁性材料で形成し、磁路を遮断する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−６４４４７号公報

しかしながら、コラムアシスト型のようにアシスト力がジョイントを伝達する構成である場合、ジョイントを非磁性材料で形成し難いという不都合がある。なぜなら、ジョイントを非磁性材料で形成すると、ジョイントの強度・耐久性が低下するからである。

そこで、本発明は、磁気ノイズによる検出誤差を低減しつつ、アシスト力等の回転力を良好に伝達可能なステアリング装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、ステアリングホイールと、前記ステアリングホイールに連結されたコラムシャフトと、前記コラムシャフトを回転自在で支持するコラムパイプと、前記コラムシャフトに設けられ当該コラムシャフトに生じるトルクに応じて透磁率が変化する磁気変化発生部と、前記磁気変化発生部に発生した磁気の変化を検出する磁気変化検出部と、前記コラムパイプを車体に取り付けるコラム取り付け部と、前記コラム取り付け部と前記車体との間に設けられ、前記コラム取り付け部と前記車体との間における磁路を遮断する非磁性材料で形成された磁路遮断部材と、を備えることを特徴とするステアリング装置である。

このような構成によれば、非磁性材料で形成された磁路遮断部材が、コラム取り付け部と車体との間における磁路を遮断する。これにより、磁気ノイズが、コラムシャフト、コラムパイプを経由して、コラム取り付け部から車体に伝達し難くなる。したがって、磁気変化検出部に作用する磁気ノイズが、コラムシャフトの軸方向において均等化される。すなわち、コラムシャフトの軸方向において、磁気変化検出部における磁気ノイズによる磁気的環境が均等になる。ゆえに、磁気変化発生部において磁気ノイズによる検出誤差が低減される。

また、アシスト力等の回転力が伝達するジョイント等の回転力伝達部を非磁性材料で形成しないので、アシスト力等の回転力を良好に伝達できる。

また、ステアリング装置において、前記コラムシャフトの軸方向において前記磁気変化発生部及び前記磁気変化検出部の外側に配置された複数の前記コラム取り付け部、若しくは、前記コラムシャフトの軸方向において前記磁気変化発生部及び前記磁気変化検出部の内側に少なくとも１つが配置された複数の前記コラム取り付け部と、前記各コラム取り付け部と前記車体との間に配置された前記磁路遮断部材と、を備えることが好ましい。

このような構成によれば、各磁路遮断部材によって、各コラム取り付け部と車体との間における磁路を良好に遮断できる。

また、前記磁路遮断部材は、前記コラム取り付け部を前記車体に締結するためのボルトと、前記ボルトが挿通されるカラーと、前記コラム取り付け部と前記車体との間に設けられたプレートと、を備えることが好ましい。

本発明によれば、磁気ノイズによる検出誤差を低減しつつ、アシスト力等の回転力を良好に伝達可能なステアリング装置を提供することができる。

本実施形態に係るステアリング装置の側面図である。 本実施形態に係るステアリング装置の側断面図で。 本実施形態に係るステアリング装置の横断面図であって、図２のＸ１−Ｘ１線断面図（Ｘ２−Ｘ２線断面図）である。 本実施形態に係るステアリング装置の一部分解斜視図である。

本発明の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

≪ステアリング装置の構成≫
本実施形態に係るステアリング装置１は、四輪車（車両）に搭載されており、転舵輪である前輪を転舵する装置である。ステアリング装置１は、コラムシャフト１２（コラム軸）に発生した操舵トルクを磁歪式のトルクセンサ３０で検出し、操舵トルクに対応して電動モータ（図示しない）の発生するアシスト力がピニオン軸１１１に入力されるピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置である。ただし、アシスト力がコラムシャフト１２に入力されるコラムアシスト型や、アシスト力がラック軸（図示しない）に入力されるラックアシスト型でもよい。

ステアリング装置１は、ステアリングホイール１１と、コラムシャフト１２と、コラムパイプ１３と、第１軸受２１及び第２軸受２２と、磁歪式のトルクセンサ３０と、４つ（複数）のブラケット５１（コラム取り付け部）と、磁路遮断部材６０と、を備えている。コラムシャフト１２、コラムパイプ１３、第１軸受２１及び第２軸受２２は、磁気ノイズが伝達可能な磁性材料で形成されている。

ここで、コラムパイプ１３がブラケット５１を介して取り付けられる車体２００について先に説明する。車体２００は、車幅方向（左右方向）に延びるパイプ状の第１ステアリングハンガービーム２１１及び第２ステアリングハンガービーム２１２と、第１ステアリングハンガービーム２１１及び第２ステアリングハンガービーム２１２に固定されたコラム取り付け用ブラケット２１３と、を備えている。第１ステアリングハンガービーム２１１、第２ステアリングハンガービーム２１２及びコラム取り付け用ブラケット２１３は、磁気ノイズが伝達可能な磁性材料で形成されている。コラム取り付け用ブラケット２１３には、後記するボルト６１の螺合するボルト孔２１４が形成されている。

＜ステアリングホイール＞
ステアリングホイール１１は、前輪を転舵する場合に運転者が回転操作する環状部材である。

＜コラムシャフト＞
コラムシャフト１２は、前後方向に延びる細長の円筒状（パイプ状）の部材である。コラムシャフト１２の後端はステアリングホイール１１に連結されており、コラムシャフト１２及びステアリングホイール１１は一体で、軸線Ｏ１を中心として回転するようになっている。

コラムシャフト１２の前端は、十字軸ジョイント１１２を介してピニオン軸１１１に連結されている。ピニオン軸１１１は、車両前側に延び、ラックピニオン機構（図示しない）を介して、車幅方向に延びるラック軸（図示しない）に噛合している。そして、ピニオン軸１１１が回転すると、ラック軸が車幅方向において移動し、タイロッド（図示しない）を介して連結された前輪（図示しない）が転舵されるようになっている。

コラムシャフト１２の前端近傍には、図示しないエンジンや点火プラグ（磁気ノイズ発生源）が配置されている。そして、点火プラグが作動すると、そのスパークノイズが磁気ノイズとして、コラムシャフト１２内を後方に向かって伝搬するようになっている。ただし、コラムシャフト１２とエンジンや点火プラグとの距離が遠いＭＲ（Mid-ship engine Rear drive）車やＲＲ（Rear engine Rear drive）車では、磁気ノイズの影響を受け難くなる。

＜コラムパイプ＞
コラムパイプ１３は、コラムシャフト１２の径方向外側に同軸で配置され、コラムシャフト１２よりも大径である円筒状の部材である。そして、コラムパイプ１３は、第１軸受２１及び第２軸受２２を介して、コラムシャフト１２を回転自在で支持している。コラムパイプ１３は、ブラケット５１及び磁路遮断部材６０を介してコラム取り付け用ブラケット２１３（車体２００）に固定されている。よって、コラムパイプ１３は非回転状態である。

＜第１軸受、第２軸受＞
第１軸受２１、第２軸受２２は、径方向においてコラムシャフト１２とコラムパイプ１３との間に設けられ、コラムパイプ１３に対してコラムシャフト１２を回転自在とするための軸受である。第１軸受２１、第２軸受２２は、例えば、ラジアルボールベアリングで構成されている。第１軸受２１は、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４及び第１コイル４１〜第４コイル４４よりも前側に配置されている。第１軸受２１は、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４及び第１コイル４１〜第４コイル４４よりも後側に配置されている。

＜トルクセンサ＞
トルクセンサ３０は、コラムシャフト１２に発生する操舵トルクを検出する磁歪式のトルクセンサである。トルクセンサ３０は、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４（磁気変化発生部）と、第１コイル４１〜第４コイル４４（磁気変化検出部）と、を備えている。

＜第１磁歪膜等＞
第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４は、コラムシャフト１２の外周面に固定された薄円筒状の部材であって、コラムシャフト１２に生じるトルクによって透磁率の変化する磁性膜である。第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４は、例えば、コラムシャフト１２の外周面にめっき法で形成されたＮｉ−Ｆｅ系の合金膜で構成される。

前側から後側に向かって、第１磁歪膜３１、第２磁歪膜３２、第３磁歪膜３３、第４磁歪膜の順で配置されている。すなわち、前後方向において、第１磁歪膜３１と第２磁歪膜３２、第３磁歪膜３３と第４磁歪膜３４は、それぞれ隣り合っており、２つの磁歪膜組を構成している。

第１磁歪膜３１、第３磁歪膜３３は、軸線Ｏ１に対して＋４５°傾斜した方向に磁気異方性を備えている。第２磁歪膜３２、第４磁歪膜３４は、軸線Ｏ１に対して−４５°傾斜した方向に磁気異方性を備えている。軸線Ｏ１に対して−４５°傾斜した方向は、第１磁歪膜３１、第３磁歪膜３３の異方性方向に対して９０°傾斜した方向である。つまり、第１磁歪膜３１、第３磁歪膜３３の磁気異方性と、第２磁歪膜３２、第４磁歪膜３４の磁気異方性は９０°位相が異なっている。

＜第１コイル等＞
第１コイル４１〜第４コイル４４は、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４に発生した磁気の変化を検出するコイルである。具体的には、第１コイル４１は、第１磁歪膜３１の径方向外側に所定隙間を空けて同軸で配置されており、第１磁歪膜３１における磁気の変化を検出するようになっている。第２コイル４２は、第２磁歪膜３２の径方向外側に所定隙間を空けて同軸で配置されており、第２磁歪膜３２における磁気の変化を検出するようになっている。第３コイル４３は、第３磁歪膜３３の径方向外側に所定隙間を空けて同軸で配置されており、第３磁歪膜３３における磁気の変化を検出するようになっている。第４コイル４４は、第４磁歪膜３４の径方向外側に所定隙間を空けて同軸で配置されており、第４磁歪膜３４における磁気の変化を検出するようになっている。

第１コイル４１〜第４コイル４４は、それぞれ、各コイルで発生した誘導起電圧を検出し、直流変換して増幅させる第１検出回路〜第４検出回路（図示しない）に接続されている。

そして、ステアリングホイール１１の回転操作によってコラムシャフト１２においてトルクが発生すると、周方向において、第１磁歪膜３１及び第２磁歪膜３２の一方に圧縮応力が作用して透磁率が増加する。そして、第１磁歪膜３１及び第２磁歪膜３２の他方に引張応力が作用して透磁率が減少する。そうすると、第１コイル４１及び第２コイル４２の一方のインダクタンスが増加し、第１コイル４１及び第２コイル４２の他方のインダクタンスが減少する。これにより、第１検出回路、第２検出回路の検出する誘導起電圧が変化し、コラムシャフト１２に発生した操舵トルクが検出されるようになっている。

これと同様に、第３磁歪膜３３及び第４磁歪膜３４の一方に圧縮応力が作用して透磁率が増加する。そして、第３磁歪膜３３及び第４磁歪膜３４の他方に引張応力が作用して透磁率が減少する。そうすると、第３コイル４３及び第４コイル４４の一方のインダクタンスが増加し、第３コイル４３及び第４コイル４４の他方のインダクタンスが減少する。これにより、第３検出回路、第４検出回路の検出する誘導起電圧が変化し、コラムシャフト１２に発生した操舵トルクが検出されるようになっている。

＜ブラケット＞
４つのブラケット５１は、コラムパイプ１３の左側又は右側に配置され、コラムパイプ１３をコラム取り付け用ブラケット２１３に取り付けるための部材である。ブラケット５１は、軸方向視（前後方向視）においてＬ字形を呈しており、鉛直方向に延びると共にコラムパイプ１３の外周面に溶接等で固定された鉛直部５２と、鉛直部５２の上端から車幅方向外側（コラムパイプ１３から遠ざかる側）に延びる水平部５３（フランジ部）と、を備えている。

水平部５３には、後記するボルト６１が挿通される挿通孔５４が形成されている。

４つのブラケット５１のうち左右一対の２つのブラケット５１は第１ブラケット組５０Ａを構成し、第１ブラケット組５０Ａは、前後方向において、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４及び第１コイル４１〜第４コイル４４（第１軸受２１）よりも前側に配置されている。残りの左右一対の２つのブラケット５１は第２ブラケット組５０Ｂを構成し、第２ブラケット組５０Ｂは、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４及び第１コイル４１〜第４コイル４４よりも後側であって、第２軸受２２よりも前側に配置されている。

すなわち、前側の第１ブラケット組５０Ａと、後側の第２ブラケット組５０Ｂとは、軸方向（前後方向）において、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４及び第１コイル４１〜第４コイル４４の軸方向外側に配置されている。つまり、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４及び第１コイル４１〜第４コイル４４は、前後方向において、前側の第１ブラケット組５０Ａと、後側の第２ブラケット組５０Ｂとで挟まれている。言い換えると、４つのブラケット５１（コラム取り付け点）は、軸方向において、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４及び第１コイル４１〜第４コイル４４の軸方向外側に配置されている。なお、ブラケット５１（コラム取り付け点）は、３つ以下でもよいし、５つ以上でもよい。

＜磁路遮断部材＞
磁路遮断部材６０は、各ブラケット５１の水平部５３とコラム取り付け用ブラケット２１３との磁気回路的な間に配置され、水平部５３とコラム取り付け用ブラケット２１３とを磁気的に遮断、つまり、水平部５３とコラム取り付け用ブラケット２１３と間の磁路を遮断する部材である。磁路遮断部材６０は、非磁性材料、例えば、ステンレスやアルミニウム合金を含む非磁性金属、合成樹脂で形成されている。

磁路遮断部材６０は、ボルト６１と、カラー６２と、プレート６３（ワッシャ）と、を備えている。

ボルト６１は、例えば非磁性金属で形成され、挿通孔５４に下方から挿通され、コラム取り付け用ブラケット２１３のボルト孔２１４に螺合している。

カラー６２は、例えば、合成樹脂で形成された円筒状の部材である。カラー６２は、ボルト６１に外挿すると共に、ボルト６１と水平部５３との間に配置されている。

プレート６３は、例えば、非磁性金属で形成されたリング板状の部材である。プレート
６３は、ボルト６１に外挿すると共に、水平部５３とコラム取り付け用ブラケット２１３との間に配置され、水平部５３とコラム取り付け用ブラケット２１３とで挟まれている。

≪ステアリング装置の作用・効果≫
ステアリング装置１の作用・効果を説明する。
磁路遮断部材６０によって各ブラケット５１の水平部５３とコラム取り付け用ブラケット２１３との間の磁路が遮断されているので、コラムシャフト１２の前側から後側に向かう磁気ノイズが、ブラケット５１を介してコラム取り付け用ブラケット２１３に伝達せず、ステアリングホイール１１に向かう（図２、矢印Ａ１参照）。

これにより、磁気ノイズによって第１コイル４１〜第４コイル４４の検出する磁気的環境が乱れず、均等化される。すなわち、第１コイル４１〜第４コイル４４への磁気ノイズが低減される。したがって、第１コイル４１〜第４コイル４４は、コラムシャフト１２に発生したトルクに起因する第１コイル４１〜第４コイル４４の透磁率の変化を高精度で検出できる。ゆえに、トルクセンサ３０の中点（中立点）ずれ等を抑制できる。

これに対して、磁路遮断部材６０を備えない場合、磁気ノイズの大部分が前側の第１ブラケット組５０Ａを介して、コラム取り付け用ブラケット２１３に伝達する（図２、矢印Ａ２参照）。これにより、磁気ノイズによって第１コイル４１〜第４コイル４４の検出する磁気的環境が乱れてしまう。そうすうと、第１コイル４１〜第４コイル４４が透磁率の変化を誤検出してしまう虞がある。

また、ブラケット５１とコラム取り付け用ブラケット２１３との間に磁路遮断部材６０を介在させ、操作力が伝達するジョイント等の操作力伝達経路に磁路遮断部材６０を備えない構成であるので、従来のようにジョイント等の強度・耐久性が低下することはない。したがって、操作力やアシスト力を良好に伝達できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、適宜変更自由である。

前記した実施形態では、前側の第１ブラケット組５０Ａと、後側の第２ブラケット組５０Ｂとは、軸方向（前後方向）において、第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４及び第１コイル４１〜第４コイル４４の軸方向外側に配置された構成を例示したが（図２参照）、その他に例えば、第１ブラケット組５０Ａ及び第２ブラケット組５０Ｂを構成する４つのブラケット５１のうちの少なくとも１つのブラケット５１が第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４及び第１コイル４１〜第４コイル４４の軸方向内側に配置され、その他のブラケット５１が第１磁歪膜３１〜第４磁歪膜３４及び第１コイル４１〜第４コイル４４の軸方向外側に配置された構成としてもよい。

１ ステアリング装置
１１ ステアリングホイール
１２ コラムシャフト
１３ コラムパイプ
３０ トルクセンサ
３１ 第１磁歪膜（磁気変化発生部）
３２ 第２磁歪膜（磁気変化発生部）
３３ 第３磁歪膜（磁気変化発生部）
３４ 第４磁歪膜（磁気変化発生部）
４１ 第１コイル（磁気変化検出部）
４２ 第２コイル（磁気変化検出部）
４３ 第３コイル（磁気変化検出部）
４４ 第４コイル（磁気変化検出部）
５１ ブラケット（コラム取り付け部）
６０ 磁路遮断部材
６１ ボルト
６２ カラー
６３ プレート
２００ 車体
２１３ コラム取り付け用ブラケット

Claims (3)

1. ステアリングホイールと、
   前記ステアリングホイールに連結されたコラムシャフトと、
   前記コラムシャフトを回転自在で支持するコラムパイプと、
   前記コラムシャフトに設けられ当該コラムシャフトに生じるトルクに応じて透磁率が変化する磁気変化発生部と、
   前記磁気変化発生部に発生した磁気の変化を検出する磁気変化検出部と、
   前記コラムパイプを車体に取り付けるコラム取り付け部と、
   前記コラム取り付け部と前記車体との間に設けられ、前記コラム取り付け部と前記車体との間における磁路を遮断する非磁性材料で形成された磁路遮断部材と、
   を備える
   ことを特徴とするステアリング装置。
2. 前記コラムシャフトの軸方向において前記磁気変化発生部及び前記磁気変化検出部の外側に配置された複数の前記コラム取り付け部、若しくは、前記コラムシャフトの軸方向において前記磁気変化発生部及び前記磁気変化検出部の内側に少なくとも１つが配置された複数の前記コラム取り付け部と、
   前記各コラム取り付け部と前記車体との間に配置された前記磁路遮断部材と、
   を備える
   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. 前記磁路遮断部材は、前記コラム取り付け部を前記車体に締結するためのボルトと、前記ボルトが挿通されるカラーと、前記コラム取り付け部と前記車体との間に設けられたプレートと、を備える
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステアリング装置。

Images