JP2018002100A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】緩衝するための部材を新たに設ける必要がなくて、底突き荷重を低減できる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】トルクセンサＳの入力軸２６をハウジング５０に回転自在に支持するボールベアリング３４は、アッパーチューブ２０と相対して配置されていて、アッパーチューブ２０が軸線方向に移動して衝突した際に、アッパーチューブ２０の押圧により該軸線方向に移動可能に取付けられている。このため、移動してきたアッパーチューブを緩衝するための部材を新たに設ける必要がなくて、底突き荷重を低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

特許文献１で開示されている電動パワーステアリング装置は、一端にステアリングホイールが連結されたステアリングシャフトと、このステアリングシャフトを内部に通して回転自在に支持するステアリングコラムとを有する。さらに、このステアリング装置は、ステアリングホイールに対して運転者から与えられる操舵トルクを検出するためのトルクセンサと、当該操舵トルクに応じて回転する電動モータと、当該電動モータの回転数を減速して補助操舵トルクをステアリングシャフトに伝達する減速機と、ステアリングコラムの一部を形成するハウジングとを有している。ハウジングは、トルクセンサおよび減速機を収容し、電動モータを支持している。

また、前記ステアリングシャフトおよびステアリングコラムは、自動車が衝突したときの衝撃を吸収できるように収縮可能である。具体的には、ステアリングシャフトは、ロアーシャフトと、ロアーシャフトに対して相対移動可能に嵌合されてスプライン連結されたアッパーシャフトとを有している。また、ステアリングコラムは、下端に前記ハウジングが固定されたロアーチューブ（インナージャケット）と、ロアーチューブに対して相対移動可能に嵌合されたアッパーチューブ（アウタージャケット）とを有している。

自動車の衝突に伴って運転者がステアリングホイールにぶつかるときに、その衝撃は、ステアリングホイールからアッパーチューブに作用し、アッパーチューブは、ステアリングホイールおよびアッパーシャフトを伴って車両前方側へ向けて、ロアーシャフトおよびロアーチューブに対して相対変位する。これによって、衝突に伴う衝撃エネルギーを吸収することができる。

ここで、ロアーチューブに対するアッパーチューブの相対変位量（Ｅ／Ａストローク量）を十分に確保できれば、衝撃エネルギーを十分に吸収することができるが、スペース的な制約等によって当該相対変位量を十分に確保できない場合が想定される。この場合、アッパーチューブがロアーチューブの下端まで到達すると、ハウジングに底突きし、その際、底突き荷重が発生する。底突き荷重が大きくなると、衝撃エネルギーの吸収が妨げられる。

特許文献２では、ハウジングに底突き荷重を低減するための衝撃エネルギー吸収部を設けている。具体的には、衝撃エネルギー吸収部は、ロアーチューブをハウジングに固定するリベットと、前記ロアーチューブに対して相対移動可能に設けられたアッパーチューブに設けられて、前記リベットを乗り越える部分に、ロアーチューブにカシメられたかしめ部とにより構成されている。

そして、アッパーチューブがハウジングに底突きする前に前記かしめ部がリベットの頭部を乗り越えることにより、アッパーチューブがハウジングに底突きするときの衝撃緩和を行い、底突き荷重を低減するようにしている。

特開２００７−２６１４２５号公報 特開２０１３−１５４７６２号公報

上記のように特許文献２は、底突き荷重が大きくならないようにアッパーチューブが底突きする以前に、衝撃エネルギー吸収部が衝撃エネルギーを吸収を行うようにしている。
ところが、衝撃エネルギー吸収部を、上記のように設ける場合、緩衝するための部材を、アッパーチューブが底突きする以前の部位に別途設ける必要があるばかりか、場合によっては、Ｅ／Ａストローク量を犠牲にする必要がある。

本発明の目的は、緩衝するための部材を新たに設ける必要がなくて、底突き荷重を低減できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトに印加された操舵トルクに応じて出力した電動モータの回転数を、減速機により減速して出力側に補助操舵トルクを伝達し、前記ステアリングシャフトが挿通されたステアリングコラムが、車両後方側に位置するアッパーチューブと、該アッパーチューブが軸線方向に移動自在に内嵌されるとともに車両前方側に位置するロアーチューブとを含み、前記ロアーチューブが、前記減速機及び前記操舵トルクを検出するトルクセンサを収納するハウジングに連結されており、前記トルクセンサが、前記ステアリングシャフトに連結された入力軸と出力軸との間に連結されたトーションバーのネジレ量に応じて前記操舵トルクを検出し、前記入力軸が、前記ハウジングに対して軸受体を介して回転自在に支持されている電動パワーステアリング装置において、前記軸受体は、前記アッパーチューブの車両前方側端面と相対して配置されていて、前記アッパーチューブが前記軸線方向に移動して衝突した際に、該アッパーチューブの押圧により該軸線方向に移動可能に取付けられているものである。

上記構成によれば、自動車の衝突に伴って運転者がステアリングホイールにぶつかったときの衝撃は、ステアリングホイールからアッパーチューブに作用し、アッパーチューブは、ステアリングホイールおよびアッパーシャフトを伴って車体前方下側へ向けて、ロアーシャフトおよびロアーチューブに対して相対変位する。そして、アッパーチューブが、軸受体に衝突すると、軸受体は、該アッパーチューブの押圧により該軸線方向に移動する。

この軸受体がハウジングに対して移動する際に、衝撃吸収を行うことにより底突き荷重が大きくならないようにする。
また、前記ステアリングシャフトは、ステアリングホイールに連結されたアッパーシャフトと、前記入力軸に同軸に連結され、前記アッパーシャフトに対して軸線方向に移動自在にスプライン連結されて内嵌されたロアーシャフトを含み、前記アッパーシャフトと、前記ロアーシャフトとは、前記軸受体が前記アッパーチューブにより軸線方向に移動した後に干渉する干渉部位をそれぞれ有することが好ましい。

上記構成によれば、軸受体がアッパーチューブにより軸線方向に移動した後に、アッパーシャフトの干渉部位とロアーシャフトの干渉部位とが干渉する。

本発明によれば、緩衝するための部材を新たに設ける必要がなくて、底突き荷重を低減することができる。

本発明を具体化した一実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図。 一実施形態の作用を示す説明図。

図１、図２を参照して、本発明を具体化した一実施形態の電動パワーステアリング装置（以下、ステアリング装置という）を説明する。
図１に示すように、ステアリング装置は、車両後方側の端部（図１の右側端部）にステアリングホイール（図示しない）が固定されるステアリングシャフト１０を備えている。ステアリングシャフト１０は、軸受１２に軸支されることによりステアリングコラム１４内において回転可能に挿通されている。ステアリングシャフト１０における車両前方側の端部（前端部：図１の左側端部）は自在継手を介してインターミディエイトシャフト（図示せず）に連結されている。よって、ステアリング操作に伴う回転及び操舵トルクが、ラックアンドピニオン機構等の図示しない転舵輪の舵角を変更する転舵機構へと伝達されるようになっている。なお、ステアリングシャフト１０は、車両前方側の端部が車両後方側の端部よりも鉛直方向下側に位置するように傾斜した状態で車両に搭載されている。

図１に示すように、ステアリングシャフト１０は、図示しないステアリングホイールが固定される中空状のアッパーシャフト１６と、アッパーシャフト１６に収容されるロアーシャフト１８とを備えている。

アッパーシャフト１６の内周にはスプライン嵌合部１６ａが形成されるとともに、ロアーシャフト１８の上部（車両後方側の端部）から中央部にわたる外周にはスプライン嵌合部１８ａが形成されている。そして、ロアーシャフト１８はアッパーシャフト１６に対して内嵌されていることにより、すなわち、各スプライン嵌合部１６ａ，１８ａがスプライン嵌合されることにより、ロアーシャフト１８はアッパーシャフト１６に対して軸線方向へ相対摺動可能、且つ一体回転可能に構成されている。ロアーシャフト１８の下部には、上部及び中間部よりも拡径した拡径部１８ｂが設けられている。拡径部１８ｂは、アッパーシャフト１６の車両前方側端面（すなわち、前端面）と相対して配置され、アッパーシャフト１６がハウジング側に移動した際に、当接可能となっている。拡径部１８ｂ及び拡径部１８ｂに当接するアッパーシャフト１６の前端面は、それぞれ干渉部位に相当する。

また、ステアリングコラム１４は、アッパーシャフト１６を軸受１２を介して支持してその一部を収容するアッパーチューブ２０と、ロアーシャフト１８の一部を収容するロアーチューブ２２を備えている。ロアーチューブ２２の前端部は、後述するハウジング５０の後側部材５２に一体に連結されている。

アッパーチューブ２０は、ロアーチューブ２２に対して、軸線方向に相対摺動可能にして内嵌されている。この軸線方向の相対摺動により、後述するテレスコピック調整が可能となっている。また、ロアーチューブ２２は、図示しない車両の車体に対して、図示しない支持機構により支持されている。この支持機構は、公知の構成であるため、詳細な説明を省略する。

図１に示すように、ロアーチューブ２２の前端部には、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するパワーアシスト部ＰＡの出力軸２４及び出力軸２４の周囲に配置されるトルクセンサＳを収容するハウジング５０が設けられている。ハウジング５０は、後側部材５２と、後側部材５２をボルト着して固定支持する前側部材５４とを有する。

以下、トルクセンサＳについて説明する。
図１、図２に示すように、トルクセンサＳは、入力軸２６、出力軸２４、トーションバー２８、磁石３０、磁石３０を入力軸２６に固定するための樹脂部材３１、集磁リングアセンブリー３２、磁気ヨークアセンブリー３３を備え、センサハウジングである後側部材５２に収納されている。

入力軸２６は、軸受体としてのボールベアリング３４によりハウジング５０の後側部材５２に対して回転可能に支持されている。すなわち、前記入力軸２６の最大外径部２６ａが、ボールベアリング３４により、後側部材５２に対して半径方向に支持されている。ボールベアリング３４は、内輪が最大外径部２６ａに対して圧入固定され、外輪が後側部材５２の内周面に対して圧入固定されている。

図２に示すように、ボールベアリング３４と、トルクセンサＳは、距離Ｌ３分だけ離間するように、両者は配置されている。図２では、磁気ヨークアセンブリー３３と、ボールベアリング３４との間が距離Ｌ３を以て離間しているところが図示されている。

図１に示すように、ボールベアリング３４は、アッパーチューブ２０の前端面と相対するように配置されており、アッパーチューブ２０が軸線方向、すなわち、ハウジング５０側に移動した際に、当接可能となっている。言い換えれば、ボールベアリング３４はアッパーチューブ２０が車両前方側へ移動する動線上に配置されている。

また、ボールベアリング３４は、アッパーチューブ２０が衝突して、所定値以上の荷重が印加された際に、軸線方向に移動可能に取付けられている。前記所定値とは、ボールベアリング３４が、後側部材５２及び入力軸２６の最大外径部２６ａに対して、圧入固定された際のプレス圧力の値である。

入力軸２６の後端部は、ロアーシャフト１８に対して同軸となるように連結されており、さらに後側に配置されるステアリングホイール（図示しない）に繋がっている。
図１に示すように、入力軸２６は、前端部が出力軸２４の内径側に挿入されて、出力軸２４と一体回転可能に連結されている。入力軸２６の後端部及び出力軸２４の前端部は、両者の中心を貫通する内通空間に挿入されたトーションバー２８の両端部とそれぞれ連結されている。

図２に示すように磁石３０は、樹脂部材３１を介して入力軸２６の外周に装着されている。集磁リングアセンブリー３２は、後側部材５２の内周に装着されている。磁気ヨークアセンブリー３３は、出力軸２４の外周に装着され、集磁リングアセンブリー３２の内側に挿入されている。また、磁石３０は、磁気ヨークアセンブリー３３の内側で集磁リングアセンブリー３２に対向する位置に位置決めされている。

上記のように構成されたトルクセンサＳは、トーションバー２８のネジレ量に応じてステアリング操作に伴う操舵トルクを検出する。
図１に示すように出力軸２４の後端部は、軸受３５を介して後側部材５２に対して、前端部は軸受３６を介して前側部材５４に対して、それぞれ回転自在に支持されている。図１に示すように、出力軸２４には減速機のウォームホイール３７が一体回転可能に嵌合されている。出力軸２４の前端部は、前記自在継手を介して前記インターミディエイトシャフト（図示せず）に連結されている。出力軸２４は、アッパーシャフト１６及びロアーシャフト１８と共にステアリングシャフト１０を構成している。

出力軸２４には、ハウジング５０に支持された図示しない電動モータの回転数がウォームホイール３７及び図示しないウォームギアにより構成される減速機にて減速されて、補助操舵トルクが伝達されることにより、操舵系に対してアシスト力を付与することが可能である。電動モータ、減速機、トルクセンサＳ等により、ステアリングコラム１４の下部にアシスト力を付与するパワーアシスト部ＰＡが構成されている。

図１に示すように、ステアリングコラム１４（すなわちステアリング装置）は、図示しないチルト機構によって、ハウジング５０に設けられたチルト中心軸Ｏを中心として傾動可能に支持されている。

チルト中心軸Ｏの回りに、ステアリングシャフト１０及びステアリングコラム１４を回動させることで、図示しないステアリングホイールの高さ位置を調整できるようになっている（いわゆるチルト調整）。

また、ステアリングシャフト１０及びステアリングコラム１４をコラム移動方向（すなわち、軸線方向）に伸縮させることで、図示しないステアリングホイールの前後方向位置を調整できるようになっている（いわゆるテレスコピック調整）。

（コラム収縮量について）
Ｌ１は、コラム収縮以前の状態におけるアッパーチューブ２０のハウジング５０側の端面と、ボールベアリング３４（軸受体）との間の距離であり、本実施形態のコラム収縮量（すなわち、Ｅ／Ａストローク）としている。Ｌ２は、コラム収縮以前の状態におけるアッパーシャフト１６のハウジング５０側の端面と、ロアーシャフト１８の端部の拡径部１８ｂとの間の距離であり、Ｌ１よりも長くされている。本実施形態では、Ｌ２−Ｌ１≦Ｌ３としている。

（実施形態の作用）
上記のように構成されたステアリング装置の作用を説明する。
なお、説明の便宜上、図１は、図示しないステアリングホイールがテレスコピック調整により、ハウジング５０から最も離間した状態であるとする。

図１に示すように車両が外部のものに衝突していない場合は、ステアリングシャフト１０およびステアリングコラム１４のそれぞれは、一番伸張した状態にある。
このとき、ステアリング装置においては、アッパーシャフト１６およびアッパーチューブ２０がそれぞれハウジング５０から最も離間した状態にある。すなわち、アッパーチューブ２０は、ボールベアリング３４とはＥ／Ａストローク分（Ｌ１）離間している。

車両が外部のものに衝突して、その衝突の反動で運転者が図示しないステアリングホイールにぶつかった場合、その衝撃は、図示しないステアリングホイールからアッパーシャフト１６およびアッパーチューブ２０に対して車両後方上側から作用する。

これにより、アッパーチューブ２０が、ステアリングホイール（図示しない）、アッパーシャフト１６を伴って、ロアーシャフト１８およびロアーチューブ２２に対して相対移動する。そして、図２の二点鎖線で示すように、アッパーチューブ２０が、ボールベアリング３４に衝突する。

このとき、アッパーチューブ２０がボールベアリング３４に衝突するまでの衝撃吸収は下記のように行われる。
まず、ボールベアリング３４までのアッパーチューブ２０のＥ／Ａストローク分の移動によって、前述した衝撃によるエネルギーが吸収される。また、前述した衝撃によるエネルギーをＥ／Ａストローク分の移動によっては吸収しきれない場合は、さらにアッパーチューブ２０がボールベアリング３４の衝突によって、ボールベアリング３４に所定値以上の荷重が印加されると、距離Ｌ３までは、ボールベアリング３４がトルクセンサＳ側へ移動できることにより、前述の衝撃を吸収する。従って、ボールベアリング３４の移動によって、前述した衝撃によるエネルギーを吸収することができ、底突き荷重を低減する。

また、これにより、この後のアッパーシャフト１６がロアーシャフト１８の拡径部１８ｂに当接した場合の衝撃を軽減する。
本実施形態では、下記の特徴を有する。

（１）本実施形態では、トルクセンサＳの入力軸２６をハウジング５０に回転自在に支持するボールベアリング３４（軸受体）は、アッパーチューブ２０と相対して配置されていて、アッパーチューブ２０が軸線方向に移動して衝突した際に、アッパーチューブ２０の押圧により該軸線方向に移動可能に取付けられている。この結果、移動してきたアッパーチューブを緩衝するための部材を新たに設ける必要がなくて、底突き荷重を低減することができる。

また、本実施形態によれば、軸受体であるボールベアリング３４が、入力軸とハウジング間に設けられているため、該軸受体が簡易的にシール部材として機能させることができる。

また、軸受体であるボールベアリング３４は、ハウジングに対して圧入固定されているが、この圧入時のプレス圧を適宜調節することにより、ハウジングにおける軸受体の保持荷重を適宜チューニングすることができる。

（２）本実施形態のステアリング装置では、ステアリングシャフト１０は、図示しないステアリングホイールに連結されたアッパーシャフト１６と、入力軸２６に同軸に連結され、アッパーシャフト１６に対して軸線方向に移動自在にスプライン連結されて内嵌されたロアーシャフトを含む。そして、アッパーシャフト１６と、ロアーシャフト１８とは、ボールベアリング３４（軸受体）がアッパーチューブ２０により軸線方向に移動した後に干渉する拡径部１８ｂ及び前端面（干渉部位）をそれぞれ有する。この結果、本実施形態によれば、ボールベアリング３４（軸受体）がアッパーチューブ２０により軸線方向に移動した後に、アッパーシャフト１６の前端面（干渉部位）とロアーシャフト１８の拡径部１８ｂ（干渉部位）とが干渉する。本実施形態では、（１）の作用により、この干渉時における衝撃を軽減することができる。

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・前記実施形態では、軸受体としてボールベアリング３４にしたが、軸受体はボールベアリング３４に限定するものではない。軸受体はニードルベアリング、或いはすべり軸受でもよい。

・前記実施形態では、Ｌ２−Ｌ１≦Ｌ３としたが、Ｌ２−Ｌ１＞Ｌ３としてもよい。この場合は、アッパーチューブ２０は、ボールベアリング３４を、トルクセンサＳに衝突するが、これでもよい。

・前記実施形態では、後側部材５２とロアーチューブ２２とを一体に形成したが、両者を別体に設けて相互に組付けしてもよい。

１０…ステアリングシャフト、１２…軸受、１４…ステアリングコラム、
１６…アッパーシャフト、１６ａ…スプライン嵌合部、１８…ロアーシャフト、
１８ａ…スプライン嵌合部、１８ｂ…拡径部（干渉部位）、
２０…アッパーチューブ、２２…ロアーチューブ、２４…出力軸、
２６…入力軸、２８…トーションバー、３０…磁石、３１…樹脂部材、
３２…集磁リングアセンブリー、３３…磁気ヨークアセンブリー、
３４…ボールベアリング（軸受体）、３５…軸受、３６…軸受、
３７…ウォームホイール、５０…ハウジング、５２…後側部材、５４…前側部材、
Ｓ…トルクセンサ、ＰＡ…パワーアシスト部、
Ｌ１…コラム収縮量（Ｅ／Ａストローク）、Ｌ２…アッパーシャフト１６と、ロアーシャフト１８の端部の拡径部１８ｂ間の距離、
Ｌ３…磁気ヨークアセンブリー３３と、ボールベアリング３４との間の距離。

Claims (2)

1. ステアリングシャフトに印加された操舵トルクに応じて出力した電動モータの回転数を、減速機により減速して出力側に補助操舵トルクを伝達し、前記ステアリングシャフトが挿通されたステアリングコラムが、車両後方側に位置するアッパーチューブと、該アッパーチューブが軸線方向に移動自在に内嵌されるとともに車両前方側に位置するロアーチューブとを含み、前記ロアーチューブが、前記減速機及び前記操舵トルクを検出するトルクセンサを収納するハウジングに連結されており、前記トルクセンサが、前記ステアリングシャフトに連結された入力軸と出力軸との間に連結されたトーションバーのネジレ量に応じて前記操舵トルクを検出し、前記入力軸が、前記ハウジングに対して軸受体を介して回転自在に支持されている電動パワーステアリング装置において、
   前記軸受体は、前記アッパーチューブの車両前方側端面と相対して配置されていて、前記アッパーチューブが前記軸線方向に移動して衝突した際に、該アッパーチューブの押圧により該軸線方向に移動可能に取付けられている電動パワーステアリング装置。
2. 前記ステアリングシャフトは、
   ステアリングホイールに連結されたアッパーシャフトと、前記入力軸に同軸に連結され、前記アッパーシャフトに対して軸線方向に移動自在にスプライン連結されて内嵌されたロアーシャフトを含み、
   前記アッパーシャフトと、前記ロアーシャフトとは、前記軸受体が前記アッパーチューブにより軸線方向に移動した後に干渉する干渉部位をそれぞれ有する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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