JP6103216B2

JP6103216B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP6103216B2
Application number: JP2013113264A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎田口
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-05-29
Also published as: JP2014231307A

Description

本発明は、パワーステアリング装置に関する。

車両のパワーステアリング装置は、ステアリングホイールに付与された操舵トルクに応じた補助操舵トルクを電動モータにより生じさせ、車輪側の出力軸に付与する。このため、パワーステアリング装置には、ステアリングホイールによる操舵トルクの大きさを検出する機構が設けられている。

具体的には、ステアリングホイールに連結される入力軸と車輪側に連動する出力軸をハウジング内に挿通し、その入力軸と出力軸の連結部に、入力側の操舵トルクに応じて変形するトーションバーを介在する。トーションバーは、出力軸の軸芯上の孔に嵌め込まれ、その出力軸から突出した先端部が入力軸の軸芯上に嵌め込まれている。そのトーションバーを覆う出力軸の外面には、トーションバーの変形量を検出して操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられる（特許文献１参照）。

トルクセンサは、ロータリー式非接触トルクセンサであり、トーションバーのある出力軸の周囲に配置され、出力軸の外周から入力軸の外周に延設されるセンサスリーブと、そのセンサスリーブの外周に配置され、トーションバーの変形に応じて電流が流れるコイルと、そのコイルの電流を検出する回路基板等を備えている。センサスリーブの先端は、カシメにより入力軸の外周面の溝に固定されている。

ところで、従来より、トルクセンサへの異物の侵入を防止するため、ハウジングの内周面と入力軸の外周面との間には、異物の侵入を防止するシール部材が設けられている。しかし、この場合、入力軸の外周面にシール部材のためのスペースを確保する必要があり、その分入力軸が長くなってしまう。

そこで、シール部材の専用のスペースを必要としない構造として、シール部材をセンサスリーブの外周に配置するものがある（特許文献２参照）。

国際公開２００７／０７４７２３号公報特開２０００−１９０８５７号公報

しかしながら、この構造のシール部材は、シール部材のリップ部が軸方向の対し垂直のフランジ面に当接しているため、例えばシール部材が軸方向に動いた場合のシール性が十分でない。

また、上述の構造の場合、センサスリーブのカシメによって、入力軸に対するセンサスリーブの回転止めを行っているため、入力軸に過度の回転トルクが付与された場合に、センサスリーブが回転する可能性がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ハウジングと回転軸との間のシール部材のシール性を向上しつつ、センサスリーブの回転軸に対する固定力を向上できる構造のパワーステアリング装置を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、操舵トルクを伝達する回転軸が挿通されるハウジングと、前記回転軸の外周面に取り付けられたセンサスリーブを有し、前記回転軸の操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記センサスリーブの外周面とハウジングの内周面との間に配置されたシール部材と、を有し、前記ハウジングは、前記シール部材に対して軸方向に位置し軸方向に対して垂直な垂直面を有し、前記シール部材は、前記センサスリーブの外周面に圧入され、前記センサスリーブを外側から押さえる本体部と、前記本体部から径方向外側に突出し、前記ハウジングの内周面に当接する第１のリップ部と、前記本体部から軸方向に突出し、前記ハウジングの垂直面に当接する第２のリップ部と、を有し、前記センサスリーブは、カシメにより前記回転軸の外周面に固定されており、前記シール部材は、前記本体部から突出し、前記センサスリーブのカシメ部のトルク入力側であって前記回転軸の外周面に当接する第３のリップ部をさらに有し、前記カシメ部は、前記シール部材の本体部の前記センサスリーブを外側から押さえた部分と前記第３のリップ部との間に位置している、パワーステアリング装置である。

本発明によれば、シール部材がハウジングの内周面に当接する第１のリップ部と、ハウジングの垂直面に当接する第２のリップ部を有するので、仮にシール部材が軸方向に動いたとしても異物に対するシール性が確保され、シール部材のシール性を向上できる。また、第１のリップ部がハウジングの内周面に当接しているので、シール部材により、センサスリーブが回転軸側に押さえられ、センサスリーブの回転軸に対する固定力を向上できる。

また、センサスリーブのカシメ部側に異物が入ることを防止でき、シール部材のシール性をさらに向上できる。

前記シール部材の本体部は、前記第１のリップ部よりも軸方向のトルク出力側に延在していてもよい。かかる場合、シール部材の本体部が外側からセンサスリーブを押さえる面積が大きくなるので、センサスリーブの固定力をさらに向上できる。また、前記垂直面は、前記シール部材に対して軸方向のトルク入力側に位置し、前記第２のリップ部は、前記本体部から軸方向のトルク入力側に突出し、前記ハウジングの垂直面に当接していてもよい。

本発明によれば、ハウジングと回転軸との間のシール部材のシール性を向上しつつ、センサスリーブの回転軸に対する固定力を向上できる。

パワーステアリング装置の構成の概略を示す図である。パワーステアリング装置の電動アシスト機構周辺の構造を示す部分断面の説明図である。ギアハウジング内の構造を示す縦断面の説明図である。トルクセンサ、回転軸、シール部材の形状を示す説明図である。シール部材周辺の拡大図である。シール部材の他の形状を示す拡大図である。シール部材の他の形状を示す拡大図である。シール部材をセンサスリーブよりトルク入力側に配置した場合の説明図である。ギアハウジングと入力軸の他の構造例を示す説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本実施の形態に係るパワーステアリング装置１の一例を示す。

パワーステアリング装置１は、例えばステアリングホイールＨにより付与された操舵トルクを伝達するステアリングシャフトなどからなる回転軸１０と、当該回転軸１０に電動モータ１１により補助操舵トルクを付与する電動アシスト機構１２と、補助操舵トルクが付与された回転軸１０の出力側に接続された中間シャフト１３と、車輪を操舵するタイロッド１４と、中間シャフト１３の操舵力をタイロッド１４に伝達するラックピニオン式のステアリングギア１５等を有している。

図２に示すように回転軸１０は、ハウジング２０内を挿通している。回転軸１０は、例えばステアリングホイールＨに連結されたステアリングシャフト２１と、ステアリングシャフト２１に連結され、電動アシスト機構１２に対して操舵トルクを入力する入力軸２２と、入力軸２２と中間シャフト１３に連結され、電動アシスト機構１２による補助操舵トルクが出力される出力軸２３に分かれている。ハウジング２０は、例えば回転軸１０のステアリングシャフト２１、入力軸２２、出力軸２３に対応するコラム３０、３１及びギアハウジング３２に分かれている。入力軸２２と出力軸２３の連結部分は、ギアハウジング３２側に配置されている。なお、回転軸１０、ハウジング２０の分割の位置や数は任意に選択できる。以下、本実施の形態では、回転軸１０の入力軸２２側（図２の右側）をトルク入力側とし、出力軸２３側（図２の左側）をトルク出力側という。

図２〜図４に示すように入力軸２２のトルク出力側の端部２２ａは、径が広がった円筒状に形成され、出力軸２３のトルク入力側の端部２３ａの先端は、縮径している。この入力軸２２の端部２２ａの内側に出力軸２３の端部２３ａが嵌め込まれている。また、入力軸２２の端部２２ａの外周面には、後述のセンサスリーブ８０のカシメ部８４がカシメされる溝２２ｂが形成されている。出力軸２３の端部２３ａの外周面には、後述のトルクセンサ７０によるトルク検出のための溝２３ｂが形成されている。

出力軸２３の軸芯の孔２３ｃには、弾性のあるトーションバー５０が嵌め込まれている。トーションバー５０のトルク入力側の端部５０ａは、出力軸２３から突出しており、入力軸２２に軸芯の孔２２ｃに嵌め込まれている。これにより、ステアリングコラムＨから入力軸２２に操舵トルクが付与されると、その操舵トルクの大きさに応じてトーションバー５０がねじれ、入力軸２２が出力軸２３に対して相対的に回転する。

図２に示すコラム３０、３１は、互いに嵌入しており、軸方向の全体の長さを伸縮自在とするテレスコ構造を有している。コラム３０、３１の間には、それらの軸方向の相対的な位置を固定するクランプ装置４０が設けられている。コラム３１のトルク出力側の端部は、ギアハウジング３２の外周に外側から嵌め込まれている。

図２及び図３に示すようにギアハウジング３２は、軸方向に並ぶ２つの軸受６０、６１を介在して出力軸２３を支持している。軸受６０、６１の間には、減速機構としてのウォームギア６２が設けられ、電動アシスト機構１２の電動モータ１１の出力はウォームギア６２により減速され、補助操舵トルクとして出力軸２３に付与される。

ギアハウジング３２内の軸受６０、６１よりトルク入力側には、トルクセンサ７０が設けられている。トルクセンサ７０は、例えばロータリー式非接触トルクセンサであり、出力軸２３の周囲に配置された円筒状のセンサスリーブ８０と、センサスリーブ８０の外側に配置され、トーションバー５０の変形に応じて電流が流れるコイル８１と、コイル８１を囲むカバー８２と、コイル８１の電流を検出する回路基板８３等を備えている。センサスリーブ８０は、出力軸２３の端部２３ａの外周から入力軸２２の端部２２ａの外周に延在している。センサスリーブ８０のトルク入力側の先端は、カシメ部８４になっており、入力軸２２の溝２２ｂにカシメられ、これによりセンサスリーブ８０が入力軸２２の外周面に固定されている。センサスリーブ８０には、トルク検出用の溝２３ｂに対応する窓８５が形成されている。

図５に示すようにギアハウジング３２におけるトルクセンサ７０のトルク入力側には、後述のシール部材９０を収容する空間を形成する内周面３２ａと、内周面３２ａのトルク入力側にあり、軸方向に垂直の垂直面３２ｂが形成されている。垂直面３２ｂよりもトルク入力側は、入力軸２２の端部２２ａの外形に対応して径が次第に小さくなっている。

センサスリーブ８０の外側には、弾性を有するリング状のシール部材９０が設けられている。シール部材９０は、環状の芯金９０ａの周囲に樹脂が被覆されて構成されている。芯金９０ａの断面は、シール部材９０の内部を軸方向に延び、トルク入力側の端部が径方向外側に曲がったＬ字状を有している。シール部材９０は、芯金９０ａの強度を用いてセンサスリーブ８０の外周面に圧入されている。シール部材９０は、センサスリーブ８０を外側から押さえる円筒状の本体部１００と、本体部１００から径方向外側に突出し、ギアハウジング３２の内周面３２ａに当接する環状の第１のリップ部１０１と、本体部１００から軸方向のトルク入力側に突出し、ギアハウジング３２の垂直面３２ｂに当接する環状の第２のリップ部１０２を有している。シール部材９０の本体部１００は、センサスリーブ８０のカシメ部８４を外側から押さえている。第１のリップ部１０１及び第２のリップ部１０２は、所定の力で内周面３２ａ及び垂直面３２ｂにそれぞれ押圧されている。これにより、トルク入力側からギアハウジング３２内に異物が入ったときに、シール部材９０により異物の侵入が妨げられ、異物がトルクセンサ７０に接触することを防止できる。なお、第２のリップ部１０２は、芯金９０ａの面に対向しているため、ヘタリにくくなっており、それぞれの押圧部分に対し十分な押圧力を維持できる。

本実施の形態によれば、シール部材９０がギアハウジング３２の内周面３２ａに当接する第１のリップ部１０１と、ギアハウジング３２の垂直面３２ｂに当接する第２のリップ部１０２を有するので、仮にシール部材９０が軸方向に動いたとしても異物に対するシール性が確保され、シール部材９０のシール性を向上できる。また、第１のリップ部１０１がギアハウジング３２の内周面３２ａに当接しているので、シール部材９０によりセンサスリーブ８０が入力軸２２側に押さえつけられ、センサスリーブ８０の入力軸２２に対する固定力を向上できる。また、シール部材９０の芯金９０ａにより、センサスリーブ８０を外側から締めつけているので、センサスリーブ８０の入力軸２２に対する固定力をさらに向上できる。

上記実施の形態において、シール部材９０は、図６に示すように本体部１００から突出し、センサスリーブ８０のカシメ部８４のトルク入力側であって入力軸２２の外周面に当接する第３のリップ部１１０をさらに有していてもよい。かかる場合、センサスリーブ８０のカシメ部８４側に異物が入ることを防止でき、シール部材９０のシール性をさらに向上できる。

シール部材９０の本体部１００は、図７に示すように第１のリップ部１０１よりも軸方向のトルク出力側に延在していてもよい。かかる場合、シール部材９０の本体部１００がセンサスリーブ８０を外側から押さえる面積が大きくなるので、センサスリーブ８０の入力軸２２に対する固定力をさらに向上できる。

ところで、例えば図８に示すように、センサスリーブ８０よりもトルク入力側にシール部材９０を設ける場合には、入力軸２２とギアハウジング３２との間に別途シール部材９０のための空間１２０を設ける必要がある。本実施の形態では、シール部材９０がセンサスリーブ８０の外周面に設けられるため、シール部材のための空間を別途設ける必要がない。具体的には図９に示すようにセンサスリーブ８０よりもトルク入力側に余計な空間を設けず、入力軸２２の端部２２ａや、ギアハウジング３２の内周面の形状を単純化することができる。また、空間１２０が不要な分入力軸２２を短くして、パワーステアリング装置１全体の小型化を図ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１パワーステアリング装置
１０回転軸
２０ハウジング
２２入力軸
２３出力軸
３２ギアハウジング
３２ａ内周面
３２ｂ垂直面
７０トルクセンサ
８０センサスリーブ
９０シール部材
１００本体部
１０１第１のリップ部
１０２第２のリップ部

Claims

操舵トルクを伝達する回転軸が挿通されるハウジングと、
前記回転軸の外周面に取り付けられたセンサスリーブを有し、前記回転軸の操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記センサスリーブの外周面とハウジングの内周面との間に配置されたシール部材と、を有し、
前記ハウジングは、前記シール部材に対して軸方向に位置し軸方向に対して垂直な垂直面を有し、
前記シール部材は、前記センサスリーブの外周面に圧入され、前記センサスリーブを外側から押さえる本体部と、前記本体部から径方向外側に突出し、前記ハウジングの内周面に当接する第１のリップ部と、前記本体部から軸方向に突出し、前記ハウジングの垂直面に当接する第２のリップ部と、を有し、
前記センサスリーブは、カシメにより前記回転軸の外周面に固定されており、
前記シール部材は、前記本体部から突出し、前記センサスリーブのカシメ部のトルク入力側であって前記回転軸の外周面に当接する第３のリップ部をさらに有し、
前記カシメ部は、前記シール部材の本体部の前記センサスリーブを外側から押さえた部分と前記第３のリップ部との間に位置している、パワーステアリング装置。
前記シール部材の本体部は、前記第１のリップ部よりも軸方向のトルク出力側に延在している、請求項１に記載のパワーステアリング装置。
前記垂直面は、前記シール部材に対して軸方向のトルク入力側に位置し、
前記第２のリップ部は、前記本体部から軸方向のトルク入力側に突出し、前記ハウジングの垂直面に当接する、請求項１又は２に記載のパワーステアリング装置。