JP3573528B2

JP3573528B2 - パワーステアリングの入力トルク検出装置の組付け構造および組付け方法

Info

Publication number: JP3573528B2
Application number: JP15871295A
Authority: JP
Inventors: 正広荻須
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1995-06-01
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JPH08324443A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、パワーステアリング装置に設けられる入力トルク検出装置に関し、特に、この検出装置の組付け構造及び組付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載されるパワーステアリング装置に設けられる従来の入力トルク検出装置の一例を図４に示す。
ステアリングホイールからのトルクを伝える入力軸１が中空となっており、この中空部分に連結されたトーションバー２を介して出力軸３に連結される。出力軸３のピニオンギヤ４は、ラック軸５のラックギヤ６に噛み合っている。入力軸１および出力軸３の外周に、スリーブ７が軸方向にスライド可能に設けられる。入力軸１に設けられた入力軸突起８が、前記スリーブ７の螺旋溝９に係合し、出力軸３に設けられた出力軸突起１１が、前記スリーブ７の軸線方向溝（図示せず）に係合する。
これらにより、操舵トルクが入力されトーションバー２が捩じれると、この捩じれトルクに応じて入力軸１と出力軸３の間に捩じれ相対変位が生じるが、この捩じれ相対変位により入力軸突起８、出力軸突起１１、螺旋溝９、および軸線方向溝の働きで前記スリーブ７が軸方向にスライドする。
【０００３】
そして、スリーブ７の外周には円環状の検出溝１２が形成され、この検出溝１２に係合する検出レバー１３をセンサー１４が有する。これにより、スリーブ７のスライド量をセンサー１４で検出し、スライド量に比例した入力トルクを検出できる。この入力トルクの大きさおよび方向にしたがって、前記ラック軸５に対する図示しない電動モータを制御して、操舵補助力が発生する。
さて、これら入力トルク検出装置を構成する各部品はほとんどが、両端開口型のギヤボックス１５に組付けられ収納されている。すなわち、入力軸１、トーションバー２、出力軸３、スリーブ７、出力軸３のピニオンギヤ４、このピニオンギヤ４と噛み合うラックギヤ６、ラックギヤ６が設けられるラック軸５等がギヤボックス１５内に組付けられている。また、ギヤボックス１５の側面には、スリーブ７のスライド量を検出するセンサー１４が取り付けられている。
【０００４】
また、ギヤボックス１５の一方の開口端には入力軸１との間にオイルシール１６が設けられている。さらに、オイルシール１６の内側にはボールベアリング１７が設けられ、入力軸１を回転自在に支持している。
一方、出力軸３の先端にもボールベアリング１９が設けられ、また、出力軸３の後端にはブッシュ２０が設けられている。そして、これらの軸受１９、２０で出力軸３を支持している。さらに、出力軸３の先端にはナット１８が捩じ込まれて別のボールベアリング１９の内筒を押圧し、ボールベアリング１９とピニオンギヤ４とのガタ付きをなくしている。さらに、ナット１８の外側でプラグ２１がギヤボックス１５の他方の開口端に捩じ込まれ、ボールベアリング１９の外筒をギヤボックス１５に押圧し、ボールベアリング１９とギヤボックス１５とのガタ付きをなくす締め付けを行っている。
また、ラック軸５は、ギヤボックス１５の側部から捩じ込まれた別のプラグ２２との間に配置されたスプリング２３に付勢されたパッド２４により押圧され、ラックギヤ６がピニオンギヤ４としっかり噛み合うように付勢されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図４の従来技術によれば、以下の問題があった。
１入力トルク検出装置を構成する種々の部品を組付けるために、両端開口型のギヤボックス１５の内部形状は複雑になっており、このギヤボックス１５に対し前記部品の一部は、一旦狭い開口部（図４上方の開口端部）から挿入して組付けを行わねばならず、組付け作業がやりにくいものであった。このため組付け作業時間のバラ付きが大きく、パワーステアリング装置全体の生産性にとってネック工程となってしまっていた。
２また、ギヤボックス１５には重量の嵩むラック軸５を横方向から組み付けたり、前記部品の残り、すなわち出力軸３を支持するボールベアリング１９を、出力軸３の先端側に設けたりしなければならない。そのため、ギヤボックス１５の一方の開口部（図４上方の開口端部）から出力軸１や入力軸３等を挿入すると同時に、長尺のラック軸５を噛み合わせた後、他方の開口部（図４の下方の開口端部）からボールベアリング１９の組付け、ナット１８及びプラグ２１の締め付け、及びプラグ２１へのシールボンド塗布等の作業を行わねばならなかった。
よって、組付け作業が一方向からできず、二方向（互いに逆の方向）から行わねばならず、組付け作業が面倒であった。すなわち、組付け作業の途中で重量の嵩んだギヤボックス１５本体を反転させなければならないものであった。
【０００６】
３さらに、ギヤボックス１５本体に取り付けられるセンサー１４であるポテンショメータは、ポテンショメータを構成する部品の公差によって取り付け位置がバラ付いてしまう。このバラ付きによりポテンショ特性が不良となってしまわないように、入力トルク検出装置の組付けが完了した後に性能テストを行う。そして、異常があればさらに修正作業を実施し、この修正が正しく行われたかどうかを再び性能テストを行うことで確認しなければならなかった。
この発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、組付け作業が容易で、センサーの性能テスト及び修正作業が容易であり、さらに組付け作業の途中でギヤボックス本体を反転させる必要のない入力トルク検出装置の組付け構造及び組付け方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、この発明は、ギヤボックス内で、ステアリングホイールからの操舵トルクを伝える入力軸が、トーションバーを介して出力軸に連結され、この出力軸のピニオンギヤがラック軸のラックギヤに噛み合う一方、入力軸および出力軸の外周にスリーブを軸方向にスライド可能に設け、入出力両軸あるいはスリーブのいずれか一方に螺旋溝および軸線方向溝を形成するとともに、他方に各溝に係合する突起を設け、これら両溝と突起とが相まって回転を軸方向の動きに変換する変換機構を構成し、操舵トルクによりトーションバーが捩じれると、入力軸と出力軸の間に捩じれ相対変位が生じ、この捩じれ相対変位により前記変換機構の働きで前記スリーブが軸方向にスライドし、このスライド量をセンサーで検出し上記ラック軸に対する電動モータを制御して補助力を発生させるパワーステアリングの入力トルク検出装置の組付け構造を前提とする。
【０００８】
そして、第１の発明は、ギヤボックスを、底部をふさぐとともに出力軸のピニオンギヤとラック軸のラックギヤとが組み付けられるギヤボックス本体と、入力軸、トーションバー、出力軸、スリーブが組付けられ側面にセンサーが取り付けられるギヤボックスハウジングとに分割するとともに、出力軸の後端を支持するころがり軸受を、ギヤボックスハウジングに設けたストッパー部とギヤボックス本体に設けたストッパー部との間に設けて、ギヤボックス本体とギヤボックスハウジングとを上記ころがり軸受を介して同芯的に結合する一方、上記両ストッパー部の対向間隔に対してころがり軸受の軸方向長さを若干長くするとともに、上記ギヤボックス本体とギヤボックスハウジングとをボルトで締結した点に特徴を有する。
第２の発明は、ギヤボックス本体内で、出力軸の先端をすべり軸受で支持した点に特徴を有する。
【０００９】
また、第３の発明は、予めギヤボックスハウジング内に、入力軸、トーションバー、ころがり軸受を固定した出力軸、スリーブのそれぞれを組付け、側面にセンサーを取り付けることでモジュール化した後に、前記ギヤボックスハウジングから突出する出力軸のピニオンギヤを、底部をふさいだギヤボックス本体に対し挿入してラック軸のラックギヤと噛み合わせるとともに、上記ころがり軸受を、ギヤボックス本体とギヤボックスハウジングとに設けたストッパー部間にはめた後、ギヤボックスハウジングをギヤボックス本体にボルトで締結して組付ける点に特徴を有する。
【００１０】
第４の発明は、出力軸の後端を支持するころがり軸受の軸方向長さを、ギヤボックスハウジングに設けたストッパー部とギヤボックス本体に設けたストッパー部との対向間隔より若干長くし、前記ボルトで締結してギヤボックスハウジングとギヤボックス本体とを組付ける際に、ギヤボックスハウジングとギヤボックス本体との長さ方向の隙間がなくなるまでボルトを強く締め込む点に特徴を有する。
【００１１】
【作用】
第１、３、４の発明では、ギヤボックス本体とギヤボックスハウジングとが分割された構造となっているため、予めギヤボックスハウジング内に入力軸、トーションバー、出力軸、スリーブを組付け、側面にセンサーを取り付けることでモジュール化でき、これにより、組付け作業を容易にする。そして、前記ギヤボックスハウジングから突出する出力軸のピニオンギヤを、ギヤボックス本体に対し挿入して、ラック軸のラックギヤと噛み合わせる。その後、ギヤボックスハウジングをギヤボックス本体にボルトで固定し組付ける。この時、ギヤボックス本体にギヤボックスハウジングを組み付ける際に、ころがり軸受のアウターレースに嵌合させるだけで、両者の同芯位置を合わせることができ、これら本体とハウジングの軸線を容易に一致させることができる。
また、出力軸の後端を支持するころがり軸受の軸方向長さを、ギヤボックスハウジングに設けたストッパー部とギヤボックス本体に設けたストッパー部との対向間隔に対して若干長くするとともに、上記ギヤボックス本体とギヤボックスハウジングとをボルトで締結したので、長さ方向の隙間をなくすことができる。
【００１２】
第２の発明では、ギヤボックスを分割したので、出力軸の後端側にころがり軸受を設けられるようになった。それにともなって、出力軸の先端側をすべり軸受で回転自在に支持できる。
【００１３】
【実施例】
この発明の第１実施例を図１及び図２において説明する。図中の従来技術と同様の部分には同一の符号を付す。
本発明のギヤボックス１５ａは、当該装置の軸方向中央部分、すなわち図１の上下方向中央部分で２つに分割され、上方のギヤボックスハウジング２５と下方のギヤボックス本体２６とに分割される。このようにしたギヤボックス本体２６には、ベアリング装着穴２６ａを設けるとともに、このベアリング装着穴２６ａは、ギヤボックス本体２６に一体形成した底部２６ｂでふさがれている。
そして、上記出力軸３の後端すなわち入力軸１との連結端側には、この発明のころがり軸受であるボールベアリング２７の内筒２８を固定している。また、このボールベアリング２７の外筒２９は、ギヤボックスハウジング２５に設けた段部からなるストッパー部２５ａと、ギヤボックス本体２６に設けた同じく段部からなるストッパー部２６ｃとの間にはめている。このように両ストッパー部２５ａ，２６ｃとの間にボールベアリング２７をはめることによって、ギヤボックスハウジング２５とギヤボックス本体２６とが同一軸芯上に連結される。
また、上記ボールベアリング２７の軸方向長さは、両ストッパー部２５ａ、２６ｃとの対向間隔よりも、若干すなわち 0.01 〜 0.05mm 程度長くしている。
上記のようにしたギヤボックスハウジング２５とギヤボックス本体２６とは、図２に示すように、ボルト３３で締結される。
さらに、出力軸３の先端は、ベアリング装着穴２６ａに設けたブッシュ３０で支持されている。
【００１４】
後述するように組付けの際には、予めギヤボックスハウジング２５内に入力軸１、トーションバー２、出力軸３、スリーブ７を組付け、側面にセンサー１４を取り付けることでモジュール化を図るが、この時、ボールベアリング１７、２７により各部品の位置決めおよびギヤボックスハウジング２５内への固定を行う。
また、入力トルクの検出は、スリーブ７の軸方向のスライド量を検出して行うので、ギヤボックス１５ａと、このギヤボックス１５ａに収納される部品、すなわち入力軸１、トーショバー２、出力軸３、スリーブ７等の部品との間に軸方向すなわち長さ方向の隙間があると、センサー１４に誤動作が生じ、装置としての信頼性が低下する可能性がある。すなわち、センサー１４としてのポテンショメータのポテンショ電圧が、検出されても隙間のために入力トルクが左か右かを示す正負に、細かく切り替わってしまうというおそれがある。このため、前記軸方向すなわち長さ方向の隙間をなくす必要がある。
【００１５】
このため、上記したようにボールベアリング２７の軸方向長さを、両ストッパー部２５ａ、２６ｃとの対向間隔よりも 0.01 〜 0.05mm 程度長くし、ギヤボックスハウジング２５をギヤボックス本体２６に組付ける際に、入出力軸１，３間の長さ方向の隙間がなくなるまでボルト３３を強く締め付けている。
ただし、ボルト３３を締め付ける力をあまり大きくすると、ギヤボックスハウジング２５あるいはギヤボックス本体２６が破損する危険もあるので、このような場合には、ギヤボックスハウジング２５とギヤボックス本体２６との間に、図１に示すように隙間調整用のシム３１を組み込めばよい。このようにシム３１を設けることによって、上記した長さ方向の隙間を確実になくすことができる。
【００１６】
次に、上記第１実施例の作用を説明する。
まず、ギヤボックス１５ａを、ギヤボックス本体２６とギヤボックスハウジング２５とに二分割して、このギヤボックスハウジング２５の大径側開口端側であるギヤボックス本体２６との合わせ面側を上に向けておく。
そして、上記のようにギヤボックスハウジング２５におけるギヤボックス本体２６との合わせ面側から、入力軸１、トーションバー２、出力軸３、スリーブ７等を順次組付けることによって、それらのモジュール化を図り、サブアッシー化を可能とした。これにより組付け作業内容が容易になり、組付け作業時間のバラ付きが少ないものとなった。
また、上記ギヤボックスハウジング２５は、ギヤボックス本体２６を分離しているので、ギヤボックスハウジング２５とギヤボックス本体２６とを一体化した従来のギヤボックス１５に比べ小さく軽いので、入力軸１等の組付け性が良くなるし、例えば、ギヤボックスハウジング２５と入力軸１との間に設けられるオイルシール１６の小径側開口端への圧入作業も自動化することが可能となる。
さらに、センサー１４であるポテンショメータは、分離されたギヤボックスハウジング２５へ組付けられる構造としたもので、ギヤボックス本体２６側へ組付けられる前に、センサー１４の性能テストを行うことができる。例えば、従来のように、ギヤボックスハウジング２５とギヤボックス本体２６とを一体化した従来の装置では、重量が嵩むラック軸５を組み込んだ状態でセンサー１４の性能テストをせざるをえないため、テスト作業が重労働になるが、この実施例ではそのような問題が発生しない。
そして、この性能テストにおいてポテンショ特性不良が分かれば修正作業を行い、再び性能テストを行うことになるが、上記したようにこれら性能テスト、修正作業、再性能テストが容易となる。
【００１７】
しかも、ギヤボックス本体２６は、底部２６ｂでベアリング装着穴２６ａをふさいでいるので、例えば従来の装置のようにギヤボックス１５の底部を、プラグ２１でふさぐ作業が不要になる。さらに、従来の装置では、ボールベアリング１９をナット１８で止める作業もしなければならないが、この実施例では、上記ベアリング装着穴２６ａ内にブッシュ３０を装着しているので、出力軸３の後端をブッシュ３０に挿入するだけで足りる。すなわち、この第１実施例によれば、出力軸３の先端にナット１８やプラグ２１を締め付けたりする作業を廃止できる。
そして、従来はナット１８やプラグ２１を締め付ける作業は、ギヤボックス本体２６へ出力軸３を挿入する方向と逆方向から行わねばならなかったが、その必要がなくなり、従来のギヤボックス１５本体を反転させるような作業を省略することができる。
さらにまた、出力軸３を軸支するボールベアリング２７が、ギヤボックスハウジング２５とギヤボックス本体２６とに跨がって設けられているので、ギヤボックス本体２６とギヤボックスハウジング２５とを組み付ける時に、これらの軸線を簡単に一致させることができる。つまり、ギヤボックス本体２６かギヤボックスハウジング２５のいずれか一方（この実施例の場合はサブアッシー化する関係上ギヤボックスハウジング２５）に、このボールベアリング２７を設けておけば、このボールベアリング２７に合わせて他方を組み付けるだけで両者の軸線を一致させることができ、その分、同芯組立が簡単になる。
【００１８】
図３に示す第２実施例は、第１実施例において入力軸１の上端部を支持するボールベアリング１７を、ブッシュ３２で支持することに変更した例である。そして、ブッシュ３２に変更することで、ボールベアリング１７に比べて組み付けが簡単になるとともに、部品コストを下げることもできる。
なお、以上述べた第１、第２実施例において、入力軸１と出力軸３の相対回転を軸方向の動きに変換する変換機構は、入力軸１に設けられた入力軸突起８がスリーブ７の螺旋溝９に係合し、出力軸３に設けられた図示しない出力軸突起がスリーブ７の図示しない軸線方向溝に係合して構成されるものである。ただし、変換機構はこのような構成に限らず、逆に入力軸突起が軸線方向溝に係合し、出力軸突起が螺旋溝に係合するものとしても良い。あるいは、スリーブ側に突起を設け、入力軸あるいは出力軸側に溝を設けても良い。この場合にも出力軸あるいは入力軸のいずれかに螺旋溝または軸線方向溝を形成するかは自由に選択できる。また、突起は上記実施例のようにピンであっても良く、あるいは回転可能なボールであっても良い。
【００１９】
【発明の効果】
第１、３の発明によれば、従来の大きな両端開口型のギヤボックスが、底部をふさいだギヤボックス本体と両端開口型のギヤボックスハウジングとに分割され、予めギヤボックスハウジング内に入力軸、トーションバー、出力軸、スリーブを組付け、側面にセンサーを取り付けることでモジュール化できるので、組付け作業が容易になる。すなわち、モジュール化することで装置の入力軸側がサブアッシー化されることになり、さらにラック軸等を組み込むことにより重量が嵩み、形状の異なるギヤボックス本体が分割されるので、作業がやり易くなる。
さらに、センサーはギヤボックス本体から分割されたハウジングに取り付けられるので、入力トルク検出装置の組付けが完了する以前に、すなわちギヤボックスハウジングへの組付けが終わった時点で性能テストを行い、修正作業を行うことが可能となる。したがって、性能テストや修正作業が容易となる。
【００２０】
第１、２の発明によれば、ギヤボックスハウジングから突出する出力軸の先端を、単にギヤボックス本体のすべり軸受内に挿入しベアリングの外周をギヤボックス本体の開口端部に嵌合すればよいので、組付け作業が一方向からできる。つまり、従来のように逆方向からボールベアリングを組付け、ナットやプラグを締め付けるという作業が不要となり、ギヤボックス全体を反転させる作業が不要になる。
第１の発明によれば、ギヤボックス本体にギヤボックスハウジングを組み付けるだけで、これら本体とハウジングの軸線を一致させて同芯組立作業ができる。したがって、さらに組み付け作業を簡単にできる。
第１、３、４の発明によれば、ギヤボックスハウジングに組付けられる各部品とギヤボックスハウジングとの間に長さ方向の隙間を無くすことができるので、入力トルク検出装置としての信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例に係る入力トルク検出装置を示す縦断面図である。
【図２】図１を９０°角度を変えた方向から見た一部縦断面図である。
【図３】第２実施例を示すもので図１に対応する縦断面図である。
【図４】従来例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１入力軸
２トーションバー
３出力軸
４ピニオンギヤ
５ラック軸
６ラックギヤ
７スリーブ
８入力軸突起
９螺旋溝
１４センサー
２５ギヤボックスハウジング
２５ａストッパー部
２６ギヤボックス本体
２６ｃストッパー部

Claims

ギヤボックス内で、ステアリングホイールからの操舵トルクを伝える入力軸が、トーションバーを介して出力軸に連結され、この出力軸のピニオンギヤがラック軸のラックギヤに噛み合う一方、入力軸および出力軸の外周にスリーブを軸方向にスライド可能に設け、入出力両軸あるいはスリーブのいずれか一方に螺旋溝および軸線方向溝を形成するとともに、他方に各溝に係合する突起を設け、これら両溝と突起とが相まって回転を軸方向の動きに変換する変換機構を構成し、操舵トルクによりトーションバーが捩じれると、入力軸と出力軸の間に捩じれ相対変位が生じ、この捩じれ相対変位により前記変換機構の働きで前記スリーブが軸方向にスライドし、このスライド量をセンサーで検出し上記ラック軸に対する電動モータを制御して補助力を発生させるパワーステアリングの入力トルク検出装置の組付け構造において、ギヤボックスを、底部をふさぐとともに出力軸のピニオンギヤとラック軸のラックギヤとが組み付けられるギヤボックス本体と、入力軸、トーションバー、出力軸、スリーブが組付けられ、側面にセンサーが取り付けられるギヤボックスハウジングとに分割するとともに、出力軸の後端を支持するころがり軸受を、ギヤボックスハウジングに設けたストッパー部とギヤボックス本体に設けたストッパー部との間に設けて、ギヤボックス本体とギヤボックスハウジングとを上記ころがり軸受を介して同芯的に結合する一方、上記両ストッパー部の対向間隔に対してころがり軸受の軸方向長さを若干長くするとともに、上記ギヤボックス本体とギヤボックスハウジングとをボルトで締結したことを特徴とするパワーステアリングの入力トルク検出装置の組付け構造。
ギヤボックス本体内で、出力軸の先端をすべり軸受で支持したことを特徴とする請求項１記載のパワーステアリングの入力トルク検出装置の組付け構造。
請求項１あるいは２のいずれか一に記載されたパワーステアリングの入力トルク検出装置の組付け構造を用いて行う組付け方法であって、予めギヤボックスハウジング内に、入力軸、トーションバー、ころがり軸受を固定した出力軸、スリーブのそれぞれを組付け、側面にセンサーを取り付けることでモジュール化した後に、前記ギヤボックスハウジングから突出する出力軸のピニオンギヤを、底部をふさいだギヤボックス本体に対し挿入してラック軸のラックギヤと噛み合わせるとともに、上記ころがり軸受を、ギヤボックス本体とギヤボックスハウジングとに設けたストッパー部間にはめた後、ギヤボックスハウジングをギヤボックス本体にボルトで締結して組付けることを特徴とするパワーステアリングの入力トルク検出装置の組付け方法。
出力軸の後端を支持するころがり軸受の軸方向長さを、ギヤボックスハウジングに設けたストッパー部とギヤボックス本体に設けたストッパー部との対向間隔より若干長くし、前記ボルトで締結してギヤボックスハウジングとギヤボックス本体とを組付ける際に、ギヤボックスハウジングとギヤボックス本体との長さ方向の隙間がなくなるまでボルトを強く締め込むことを特徴とする請求項３記載のパワーステアリングの入力トルク検出装置の組付け方法。