JP5859908B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

車両のステアリングシャフトとして、特許文献１に記載の如く、運転者が最適な運転姿勢を得るようにステアリングホイールの位置を軸方向に移動し、その位置を調整するために、ステアリングシャフトのアッパシャフトとロアシャフトをそれらの嵌合軸により相対回転不能かつ伸縮自在に雄雌嵌合してなるものがある。

特許文献１に記載のステアリングシャフトでは、アッパシャフトとロアシャフトの雄雌嵌合部の摺動抵抗を安定化するとともに、ガタ付きを防止するため、アッパシャフトとロアシャフトの一方又は両方の嵌合軸にＰＡ材等からなる樹脂皮膜を形成し、それらの雄雌嵌合部に樹脂皮膜を設けている。

他方、特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトに入力される操舵トルクを検出するトルク検出手段と、トルク検出手段の検出結果に応じて駆動されて操舵アシストトルクを出力する電動モータとを有している。

特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置では、トルク検出用として磁気異方性を示す磁歪膜をステアリングシャフトのロアシャフトの表面に付与し、トルクに応じた磁歪膜の磁歪効果による磁界の変化を検出コイルによりインピーダンス又は誘導電圧の変化として検出する。このインピーダンス又は誘導電圧の変化に基づいてステアリングシャフトのアッパシャフトに加えられた操舵トルクを検出するものである。

特開2003-54421 特開2004-333449

従来技術では、特許文献１に記載のステアリングシャフトを特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置に適用しようとする場合に、まず、ステアリングシャフトのロアシャフトを上ロアシャフトと下ロアシャフトに２分割する。そして、下ロアシャフトに例えば約390℃の熱処理を施して特許文献２に記載の磁気異方性を示す磁歪膜を付与し、アッパシャフトに嵌合される上ロアシャフトを例えば約360℃に加熱してその嵌合軸に特許文献１に記載の樹脂皮膜を形成し、その後、上下のロアシャフトを圧入一体化する。

もし、ステアリングシャフトのロアシャフトを上ロアシャフトと下ロアシャフトに２分割しないときには、ロアシャフトに約390℃の熱処理を施して磁気異方性を示す磁歪膜を付与した後、このロアシャフトの嵌合軸に樹脂皮膜を形成するため、該ロアシャフトを約360℃に加熱する必要がある。ところが、この約360℃の熱がロアシャフトの磁歪膜付与部に伝わると、磁歪膜の磁気異方性が減少〜消滅してしまい、トルク検出能が低下する。

即ち、従来技術では、ステアリングシャフトのアッパシャフトとロアシャフトの雄雌嵌合部に樹脂皮膜を設けるとともに、ロアシャフトに磁歪膜を付与する場合には、ロアシャフトを上ロアシャフトと下ロアシャフトに２分割し、上ロアシャフトの嵌合軸に樹脂皮膜を形成し、下ロアシャフトに磁歪膜を付与した後、それらの上ロアシャフトと下ロアシャフトを左右一体化する必要があり、部品点数と組立工数が増加する。

本発明の課題は、ステアリングシャフトのロアシャフトを２分割することなく、ロアシャフトに磁歪膜を付与するとともに、アッパシャフトとロアシャフトの雄雌嵌合部に樹脂皮膜を設けることにある。

請求項１に係る発明は、ステアリングシャフトのアッパシャフトとロアシャフトをそれらの嵌合軸により相対回転不能かつ伸縮自在に雄雌嵌合し、トルク検出用の磁歪膜をロアシャフトの表面に付与してなる電動パワーステアリング装置において、ロアシャフトの嵌合軸と、磁歪膜付与部とを一体物にするとともに、アッパシャフトとロアシャフトの嵌合軸のうち、アッパシャフトの嵌合軸にだけ樹脂皮膜を形成してなるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、ステアリングシャフトに入力される操舵トルクを検出するトルク検出手段と、トルク検出手段の検出結果に応じて駆動されて操舵アシスト力を出力する電動モータとを有し、ステアリングシャフトのアッパシャフトとロアシャフトをそれらの嵌合軸により相対回転不能かつ伸縮自在に雄雌嵌合し、トルク検出手段を構成する磁歪膜をロアシャフトの表面に付与してなる電動パワーステアリング装置において、ロアシャフトの嵌合軸と、磁歪膜付与部とを一体物にするとともに、アッパシャフトとロアシャフトの嵌合軸のうち、アッパシャフトの嵌合軸にだけ樹脂皮膜を形成してなるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記トルク検出手段が、センサケースと、センサケースに格納される励磁コイルと検出コイルとを有し、ロアシャフトの表面に付与された磁歪膜のトルクに応じた磁歪効果による磁界の変化を検出するようにしたものである。

（請求項１、２）
(a)電動パワーステアリング装置において、ロアシャフトの嵌合軸と、磁歪膜付与部とを一体物にするとともに、アッパシャフトとロアシャフトの嵌合軸のうち、アッパシャフトの嵌合軸にだけ樹脂皮膜を形成した。

即ち、ステアリングシャフトのアッパシャフトとロアシャフトの雄雌嵌合部に設けられる樹脂皮膜は、アッパシャフトの嵌合軸にだけ形成された樹脂皮膜によりまかなうことができる。これにより、ロアシャフトの嵌合軸に樹脂皮膜が形成されることはなく、ロアシャフトが樹脂皮膜の形成のために加熱されることもない。従って、ロアシャフトに付与されたトルク検出手段の磁歪膜に、樹脂皮膜の形成に起因する熱の伝わりがなく、磁歪膜の磁気異方性が損なわれることもない。

よって、ステアリングシャフトのロアシャフトを２分割することなく、ロアシャフトに磁歪膜を付与するとともに、アッパシャフトとロアシャフトの雄雌嵌合部に樹脂皮膜を設けることができ、部品点数と組立工数を低減できる。

（請求項３）
(b)トルク検出手段は、センサケースと、センサケースに格納される励磁コイルと検出コイルとを有し、ロアシャフトの表面に付与された磁歪膜のトルクに応じた磁歪効果による磁界の変化を検出するものになる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す断面図である。 図２は図１の要部を拡大して示す断面図である。 図３はステアリングシャフトのアッパシャフトとロアシャフトを分割して示す斜視図である。

電動パワーステアリング装置１は、図１に示す如く、運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクが入力されるステアリングシャフト１０を有する。ステアリングシャフト１０は、上下に分割されたアッパシャフト１１とロアシャフト１２を、それらの嵌合軸、本実施例では雌スプライン軸１１Ａと雄スプライン軸１２Ａにより相対回転不能かつ伸縮自在に雄雌嵌合されている。

ステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１はコラムチューブ２０の上端側（ステアリングホイール側）の内周に設けた軸受１３に回転自在に支持されている。軸受１３は内輪と外輪のそれぞれをアッパシャフト１１の外周とコラムチューブ２０の内周のそれぞれに圧入されて固定される。アッパシャフト１１の外周における軸方向で軸受１３の内輪に対する上端側（ステアリングホイール側）、かつ軸受１３の内輪の近傍には、止め輪１４が係着されている。これにより、運転者とステアリングホイールとの衝突によってステアリングシャフト１０に作用する衝撃により、ステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１とコラムチューブ２０が止め輪１４、軸受１３を介して軸方向に一体となり、互いに同行して移動できる。

ステアリングシャフト１０のロアシャフト１２は後述する操舵アシストユニット３０のギヤハウジング３１とセンサハウジング３２のそれぞれに設けた軸受１５、１６に回転自在に支持される。

コラムチューブ２０の下端側の外周にはアッパブラケット２１が取付けられている。コラムチューブ２０はこのアッパブラケット２１により車体フレーム（不図示）に支承される。アッパブラケット２１はステアリングシャフト１０に作用する衝撃がコラムチューブ２０を介して加わったとき、車体フレームから外れる。

コラムチューブ２０の下端部は、周方向の一部に不図示のスリ割りが設けられており、センサハウジング３２の外周に嵌合されるとともに、締め込み部材２２によってセンサハウジング３２の外周に対して締め込み又は締め込み解除される。これにより、締め込み部材２２がコラムチューブ２０に及ぼす締め込みを解除したとき、コラムチューブ２０と軸方向に一体化されているステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１の雌スプライン軸１１Ａがロアシャフト１２の雄スプライン軸１２Ａに沿って摺動し、アッパシャフト１１とロアシャフト１２を伸縮可能にする。

電動パワーステアリング装置１は、操舵アシストユニット３０を構成するギヤハウジング３１とセンサハウジング３２をボルト結合して備える。操舵アシストユニット３０はギヤハウジング３１に取付けられているロアブラケット３３により車体フレーム（不図示）に支持される。ギヤハウジング３１とセンサハウジング３２は、前述の軸受１５、１６を介してステアリングシャフト１０のロアシャフト１２を回転自在に支持する。

ギヤハウジング３１には電動モータ４０が取付けられ、電動モータ４０の回転軸に結合されているウォームギヤ４１と噛合うウォームホイール４２がステアリングシャフト１０のロアシャフト１２に圧入されて固定される。

センサハウジング３２にはトルク検出手段５０のトルクセンサ５１が内蔵されている。トルクセンサ５１は、センサケース５２と、センサケース５２に格納されるボビン５３と、ボビン５３に巻き回された励磁コイル５４と検出コイル５５Ａ、５５Ｂとを有する。トルクセンサ５１はセンサケース５２をセンサハウジング３２の内周にギヤハウジング３１との接続側から嵌合し、センサケース５２の一端をセンサハウジング３２の内周の奥側（ステアリングホイール側）に設けられている内径段差部５６に突き当て、センサケース５２の他端をセンサハウジング３２の内周のギヤハウジング３１との接続側であって軸受１６の外輪が装填される位置の側傍に係着された止め輪５７に、エンドリング５８を介して位置決め保持される。

トルク検出手段５０は、トルクセンサ５１により囲まれるロアシャフト１２の表面に、上下２ヵ所でそれぞれ逆方向の磁気異方性となるように軸方向所定幅をなす磁歪膜５９Ａ、５９Ｂをメッキして付与している。検出コイル５５Ａは磁歪膜５９Ａに対応し、検出コイル５５Ｂは磁歪膜５９Ｂに対応して設けられる。ステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１、ロアシャフト１２に操舵トルクが作用したとき、磁歪膜５９Ａ、５９Ｂにも操舵トルクが作用し、このトルクに応じて磁歪膜５９Ａ、５９Ｂに磁歪効果が生じる。そこで、電圧供給源から励磁コイル５４に高周波の交流電圧（励磁電圧）を供給し、操舵トルクに応じた磁歪膜５９Ａ、５９Ｂの磁歪効果による磁界の変化を検出コイル５５Ａ、５５Ｂによりインピーダンス又は誘導電圧の変化として検出する。このインピーダンス又は誘導電圧に基づいてステアリングシャフト１０に加えられた操舵トルクを検出する。

電動モータ４０は、不図示の制御装置により、トルクセンサ５１が検出した上述の操舵トルクに応じて駆動制御され、操舵アシストトルクを出力する。

従って、電動パワーステアリング装置１において、運転者がステアリングホイールを操作して加える操舵トルクは、ステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１、ロアシャフト１２を経て、不図示のラックアンドピニオン式操舵装置を介して、不図示の転舵輪に伝えられる。また、電動モータ４０の出力はウォームギヤ４１、ウォームホイール４２を介してステアリングシャフト１０のロアシャフト１２に伝達され、電動モータ４０の回転力及び回転方向を適宜制御することによって、ロアシャフト１２に適切な操舵アシストトルクを付与できる。

また、電動パワーステアリング装置１において、車両が前方の障害物と衝突し、次に車両の運転者がステアリングホイールに衝突すると、ステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１、ひいてはコラムチューブ２０に衝撃が作用する。続いてコラムチューブ２０のアッパブラケット２１が車体フレームから外れ、ステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１とコラムチューブ２０が軸方向に同行して移動する。尚、ステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１はその雌スプライン軸１１Ａをロアシャフト１２の雄スプライン軸１２Ａに摺動させて移動し、コラムチューブ２０はセンサハウジング３２の外周に沿って摺動する。ステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１がその移動過程で、不図示の衝撃吸収プレートをしごきながら移動することで衝撃エネルギが吸収される。

しかるに、電動パワーステアリング装置１にあっては、ステアリングシャフト１０のロアシャフト１２を２分割することなく、ロアシャフト１２に磁歪膜５９Ａ、５９Ｂを付与するとともに、アッパシャフト１１とロアシャフト１２を雄雌嵌合部に樹脂皮膜６０を設けるために以下の構成を具備する。ここで、樹脂皮膜６０は、ＰＡ材等からなり、アッパシャフト１１とロアシャフト１２の雄雌嵌合部の摺動抵抗を安定化するとともに、ガタ付きを防止する。

即ち、ステアリングシャフト１０において、ロアシャフト１２は、アッパシャフト１１と雄雌嵌合する雄スプライン軸１２Ａと、センサハウジング３２に内蔵されたトルクセンサ５１により囲まれる磁歪膜付与部１２Ｂとが一体物とされている。ロアシャフト１２の磁歪膜付与部１２Ｂには、特定方向の応力（歪）により磁気特性が変化する磁気異方性を示す前述の磁歪膜５９Ａ、５９Ｂがメッキされて付与され、その際に例えば約390℃の熱処理が施される。磁歪膜５９Ａ、５９Ｂは例えばＮｉ-Ｆｅメッキにて構成される。

そして、ステアリングシャフト１０において、アッパシャフト１１とロアシャフト１２の雄雌嵌合部を形成するアッパシャフト１１の雌スプライン軸１１Ａとロアシャフト１２の雄スプライン軸１２Ａのうち、アッパシャフト１１の雌スプライン軸１１Ａにだけ樹脂皮膜６０を形成する。樹脂皮膜６０は、例えばＰＡ材をアッパシャフト１１の雌スプライン軸１１Ａに樹脂コーティングすることにて形成され、その際に例えば約360℃に加熱される。ステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１とロアシャフト１２が伸縮自在に雄雌嵌合されることで、運転者に最適な運転姿勢を得るようにステアリングホイールの位置を調整できる。このとき、アッパシャフト１１の雌スプライン軸１１Ａとロアシャフト１２の雄スプライン軸１２Ａによる雄雌嵌合部に形成された樹脂皮膜６０は、その雄雌嵌合部の摺動抵抗を安定化させるとともに、ガタ付きを防止する。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)電動パワーステアリング装置１において、ロアシャフト１２の雄スプライン軸１２Ａと、磁歪膜付与部１２Ｂとを一体物にするとともに、アッパシャフト１１とロアシャフト１２のスプライン軸１１Ａ、１２Ａのうち、アッパシャフト１１の雌スプライン軸１１Ａにだけ樹脂皮膜６０を形成した。

即ち、ステアリングシャフト１０のアッパシャフト１１とロアシャフト１２の雄雌嵌合部に設けられる樹脂皮膜６０は、アッパシャフト１１の雌スプライン軸１１Ａにだけ形成された樹脂皮膜６０によりまかなうことができる。これにより、ロアシャフト１２の雄スプライン軸１２Ａに樹脂皮膜６０が形成されることはなく、ロアシャフト１２が樹脂皮膜６０の形成のために加熱されることもない。従って、ロアシャフト１２に付与されたトルク検出手段５０の磁歪膜５９Ａ、５９Ｂに、樹脂皮膜６０の形成に起因する熱の伝わりがなく、磁歪膜５９Ａ、５９Ｂの磁気異方性が損なわれることもない。

よって、ステアリングシャフト１０のロアシャフト１２を２分割することなく、ロアシャフト１２に磁歪膜５９Ａ、５９Ｂを付与するとともに、アッパシャフト１１とロアシャフト１２の雄雌嵌合部に樹脂皮膜６０を設けることができ、部品点数と組立工数を低減できる。

(b)トルク検出手段５０は、センサケース５２と、センサケース５２に格納される励磁コイル５４と検出コイル５５Ａ、５５Ｂとを有し、ロアシャフト１２の表面に付与された磁歪膜５９Ａ、５９Ｂのトルクに応じた磁歪効果による磁界の変化を検出するものになる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、ステアリングシャフト１０において、アッパシャフト１１とロアシャフト１２の雄雌嵌合部は、アッパシャフト１１の雌スプライン軸１１Ａ等の雌嵌合軸とロアシャフト１２の雄スプライン軸１２Ａの雄嵌合軸の雄雌嵌合によるものに限らず、アッパシャフト１１の雄スプライン軸等の雄嵌合軸とロアシャフト１２の雌スプライン軸等の雌嵌合軸の雄雌嵌合によるものでも良い。

本発明は、ステアリングシャフトのアッパシャフトとロアシャフトをそれらの嵌合軸により相対回転不能かつ伸縮自在に雄雌嵌合し、トルク検出用の磁歪膜をロアシャフトの表面に付与してなる電動パワーステアリング装置において、ロアシャフトの嵌合軸と、磁歪膜付与部とを一体物にするとともに、アッパシャフトとロアシャフトの嵌合軸のうち、アッパシャフトの嵌合軸にだけ樹脂皮膜を形成した。これにより、ステアリングシャフトのロアシャフトを２分割することなく、ロアシャフトに磁歪膜を付与するとともに、アッパシャフトとロアシャフトの雄雌嵌合部に樹脂皮膜を設けることができる。

１ 電動パワーステアリング装置
１０ ステアリングシャフト
１１ アッパシャフト
１１Ａ 雌スプライン軸（嵌合軸）
１２ ロアシャフト
１２Ａ 雄スプライン軸（嵌合軸）
１２Ｂ 磁歪膜付与部
４０ 電動モータ
５０ トルク検出手段
５１ トルクセンサ
５２ センサケース
５４ ノイズコイル
５５Ａ、５５Ｂ 検出コイル
５９Ａ、５９Ｂ 磁歪膜
６０ 樹脂皮膜

Claims (3)

1. ステアリングシャフトのアッパシャフトとロアシャフトをそれらの嵌合軸により相対回転不能かつ伸縮自在に雄雌嵌合し、
   トルク検出用の磁歪膜をロアシャフトの表面に付与してなる電動パワーステアリング装置において、
   ロアシャフトの嵌合軸と、磁歪膜付与部とを一体物にするとともに、
   アッパシャフトとロアシャフトの嵌合軸のうち、アッパシャフトの嵌合軸にだけ樹脂皮膜を形成してなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. ステアリングシャフトに入力される操舵トルクを検出するトルク検出手段と、トルク検出手段の検出結果に応じて駆動されて操舵アシスト力を出力する電動モータとを有し、
   ステアリングシャフトのアッパシャフトとロアシャフトをそれらの嵌合軸により相対回転不能かつ伸縮自在に雄雌嵌合し、
   トルク検出手段を構成する磁歪膜をロアシャフトの表面に付与してなる電動パワーステアリング装置において、
   ロアシャフトの嵌合軸と、磁歪膜付与部とを一体物にするとともに、
   アッパシャフトとロアシャフトの嵌合軸のうち、アッパシャフトの嵌合軸にだけ樹脂皮膜を形成してなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記トルク検出手段が、センサケースと、センサケースに格納される励磁コイルと検出コイルとを有し、ロアシャフトの表面に付与された磁歪膜のトルクに応じた磁歪効果による磁界の変化を検出する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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