JP6558444B2 - 電動式パワーステアリング装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータを補助動力の発生源として、運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力を軽減できる様に構成した、電動式パワーステアリング装置及びその製造方法の改良に関する。

自動車の操舵輪（フォークリフトなどの特殊車両を除き、通常は前輪）に舵角を付与する際に、ステアリングホイールの操作に要する力の軽減を図る為の装置として、補助動力源として電動モータを使用する、電動式パワーステアリング装置が広く使用されている。この様な電動式パワーステアリング装置として、コラムアシスト式、ピニオンアシスト式など、様々な構造のものが考えられている。何れの構造の場合でも、ステアリングホイールの操作によって回転させられる回転軸に、電動モータの補助動力が、減速機を介して付与される。

図３〜６は、特許文献１に記載されたコラムアシスト式の電動式パワーステアリング装置の従来構造の１例を示している。この様な電動式パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１の回転をステアリングギヤユニット２の入力軸３に伝達し、該入力軸３の回転に伴って左右１対のタイロッド４、４を押し引きして、車輪に舵角を付与する。前記ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト５の後端部に支持固定されている。該ステアリングシャフト５は、車体に支持される円筒状のステアリングコラム６を軸方向に挿通した状態で、該ステアリングコラム６に回転自在に支持されている。又、前記ステアリングシャフト５の前端部は、自在継手７を介して中間シャフト８の後端部に接続されている。該中間シャフト８の前端部は、別の自在継手９を介して、前記入力軸３に接続されている。又、図示の例は、電動モータ１０を補助動力の発生源として前記ステアリングホイール１を操作する為に要する力を低減する、電動式パワーステアリング装置である。尚、本明細書及び特許請求の範囲全体で、前後方向とは、特に断らない限り車両の前後方向を言う。

前記ステアリングコラム６は、インナコラム１１とアウタコラム１２とを、二次衝突時に全長を収縮可能に組み合わせて成る。前記ステアリングコラム６は、車体（図示省略）に支持される。又、前記ステアリングシャフト５は、前記ステアリングコラム６の内側に回転自在に支持されている。前記ステアリングシャフト５は、特許請求の範囲の入力軸に相当するロアシャフト１３と、アッパシャフト１４とを、トルク伝達を可能に、且つ、二次衝突時に全長を収縮可能に、組み合わせて成る。又、前記アウタコラム１２の後端開口から突出した、前記アッパシャフト１４の後端部には、前記ステアリングホイール１が固定されている。又、前記インナコラム１１の前端部には、ハウジング１５が結合固定されており、前記ロアシャフト１３の前半部は、該ハウジング１５の内側に挿入されている。

前記ロアシャフト１３の前側には、特許請求の範囲の出力軸に相当する出力軸１６が、該ロアシャフト１３に対する相対回転が前記所定角度範囲に規制された状態で、連結されている。又、前記出力軸１６と前記ロアシャフト１３とは、ばね鋼により造られたトーションバー１７を介して、互いに同軸に連結されている。

又、前記出力軸１６の外周面の後端寄り部分には、円周方向に関する凹凸形状（歯車状）のトルク検出用凹凸部１８が設けられている。該トルク検出用凹凸部１８は、特許請求の範囲のトルク検出用エンコーダ部に相当するものである。この様なトルク検出用凹凸部１８は、前記出力軸１６の外周面の後端寄り部分に、それぞれが軸方向に長い複数の検出用溝部１９、１９を、円周方向に関して等間隔に設けて成る。

又、前記トルク検出用凹凸部１８の外径側には、アルミニウム合金等の導電性を有する非磁性金属製で円筒状のトルク検出用スリーブ２０が配置されている。この様なトルク検出用スリーブ２０は、アルミニウム合金等の導電性を有する非磁性金属により円筒状に造られる。前記トルク検出用スリーブ２０は、前記トルク検出用凹凸部１８の外径側に同心に配置された状態で、前記ロアシャフト１３の前端部に支持固定されている。

又、前記トルク検出用スリーブ２０のうち、前記トルク検出用凹凸部１８の外径側に配置された部分である、前端部乃至中間部には、複数の略矩形の窓孔２１、２１が、軸方向に複列に、且つ、円周方向に関して等間隔に設けられている。該両列の窓孔２１、２１の周方向位相は、互いに半ピッチずれている。又、前記トルク検出用凹凸部１８及びトルク検出用スリーブ２０の外径側には、前記ハウジング１５に内嵌固定されたトルク検出用コイルユニット２２が配置されている。
更に、前記出力軸１６の軸方向中間部には、ウォームホイール２３が外嵌固定されている。該ウォームホイール２３には、前記ハウジング１５内に回転自在に支持されたウォーム（図示省略）が噛合されている。

上述の様に構成する電動式パワーステアリング装置の場合、運転者が前記ステアリングホイール１を操作する事によって、前記ステアリングシャフト５に操舵力であるトルクが付与されると、該トルクの方向及び大きさに応じた分だけ、前記トーションバー１７が（前記所定角度範囲で）弾性的に捩れる。これに伴い、前記トルク検出用凹凸部１８と前記トルク検出用スリーブ２０との円周方向の位置関係が変化する事により、前記トルク検出用コイルユニット２２を構成するコイル５６にインピーダンス変化が生じる。この為、該インピーダンス変化に基づいて、前記トルクの方向及び大きさを検出できる。前記電動モータ１０は、該トルクの検出結果に応じた補助動力を発生する。該補助動力は、前記ウォームホイール２３と前記ウォームとを噛合させて成るウォーム式減速機２４により増大された後、前記出力軸１６に付与される。この結果、運転者が前記ステアリングホイール１を操作する為に要する力が軽減される。

ところで、近年に於ける車両の小型化、及び軽量化に伴い、前述した様なステアリング装置の小型化、軽量化が要求されている。この為に、前記出力軸１６を小径化する事が考えられている。但し、該出力軸１６の小径化に伴い、前記トルク検出用凹凸部１８を小径化すると、該トルク検出用凹凸部１８の強度の確保の面で改善の余地がある。

日本国特開２０１５−１２４７７４号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、小型化、軽量化を図った場合でも、出力軸を構成するトルク検出用凹凸部の強度を確保する事ができる構造を実現すべく発明されたものである。

電動式パワーステアリング装置は、入力軸と、出力軸と、トーションバーと、トルク検出用スリーブと、を備える。
入力軸は、前端寄り部分に嵌合部を有し、ステアリングホイールからの操舵力を付与される。
又、前記出力軸は、ハウジングの内側に回転可能な状態で支持されると共に、前記入力軸に対して所定角度範囲での相対回転を可能に連結されている。出力軸は、外周面の一部にトルク検出用エンコーダ部を有し、電動モータを発生源とする補助動力が付与される。
又、前記トーションバーは、前記入力軸と前記出力軸とを同軸に連結した状態で、該入力軸及び出力軸の内径側に設けられている。
更に、前記トルク検出用スリーブは、前記トルク検出用エンコーダ部の外径側に配置されると共に、その後端部を前記嵌合部に外嵌固定されている。
又、ウォーム減速機を構成するウォームホイールを、前記出力軸のウォームホイール嵌合部に外嵌固定している。

特に、前記出力軸の外周面のうち、少なくとも前記トルク検出用エンコーダ部が形成された部分及び前記ウォームホイール嵌合部の外周面に、窒化物層が形成されている。

上述の様な電動式パワーステアリング装置を実施する場合に、前記出力軸を前記ハウジングの内側に回転可能に支持する為の転がり軸受を、前記出力軸のうち、軸方向に関して前記ウォームホイール嵌合部と隣接した位置に設けられた軸受嵌合部に外嵌固定する。そして、前記転がり軸受を構成する内輪の軸方向両側面のうち、前記ウォームホイール側の側面を、前記軸受嵌合部と前記ウォームホイール嵌合部とを連続する段部に当接させる。

そして、前記転がり軸受の、軸方向に関して前記ウォームホイールと反対方向への変位を規制する為の止め輪を、前記出力軸に形成された係止溝に係止し、該出力軸の外周面のうち、該係止溝が形成された部分に、前記窒化物層を形成する。

上述の様な電動式パワーステアリング装置を実施する場合には、例えば、前記出力軸の軸方向片端部に、トルク伝達用継手を結合固定する為の継手固定部を設けてもよく、該継手固定部の外周面に、前記窒化物層を形成してもよい。

又、電動式パワーステアリング装置の製造方法が対象とする電動式パワーステアリング装置は、入力軸と、出力軸と、トーションバーと、トルク検出用スリーブとを備えている。
入力軸は、前端寄り部分に嵌合部を有し、ステアリングホイールからの操舵力が付与される。
又、前記出力軸は、ハウジングの内側に回転可能な状態で支持されると共に、前記入力軸に対して所定角度範囲での相対回転を可能に連結されている。出力軸は、外周面の一部にトルク検出用エンコーダ部を有し、電動モータを発生源とする補助動力を付与されるものである。
又、前記トーションバーは、前記入力軸と前記出力軸とを同軸に連結した状態で、該入力軸及び出力軸の内径側に設けられている。
更に、前記トルク検出用スリーブは、前記トルク検出用エンコーダ部の外径側に配置されると共に、その後端部を前記嵌合部に外嵌固定されている。
又、ウォーム減速機を構成するウォームホイールを、前記出力軸のウォームホイール嵌合部に外嵌固定している。
そして、前記出力軸を前記ハウジングの内側に回転可能に支持する為の転がり軸受は、前記出力軸のうち、軸方向に関して前記ウォームホイール嵌合部と隣接した位置に設けられた軸受嵌合部に外嵌固定され、
前記転がり軸受を構成する内輪の軸方向両側面のうち、前記ウォームホイール側の側面は、前記軸受嵌合部と前記ウォームホイール嵌合部とを連続する段部に当接し、
前記転がり軸受の軸方向に関して前記ウォームホイールと反対方向への変位を規制する為の止め輪は、前記出力軸に形成された係止溝に係止されている。

特に、前記出力軸の外周面のうち、少なくとも前記トルク検出用エンコーダ部が形成された部分及び前記ウォームホイール嵌合部の外周面、並びに前記段部の外周面及び前記係止溝が形成された部分に、軟窒化処理を施す事により窒化物層を形成する。

上述の様な電動式パワーステアリング装置の製造方法を実施する場合には、例えば、前記出力軸が、冷間鍛造により造られてもよい。そして、該冷間鍛造の後に、前記軟窒化処理を施してもよい。

上述の電動式パワーステアリング装置によれば、小型化、軽量化を図った場合でも、出力軸を構成するトルク検出用エンコーダ部の強度を確保する事ができる。
即ち、上述の電動式パワーステアリング装置は、前記出力軸の外周面のうち、少なくともトルク検出用エンコーダ部が形成された部分及び前記ウォームホイール嵌合部の外周面、並びに前記段部の外周面及び前記係止溝が形成された部分に、窒化物層を形成している。この為、前記電動パワーステアリング装置の小型化、軽量化を図る為に、前記出力軸を小径化した場合でも、前記トルク検出用エンコーダ部及び前記ウォームホイール嵌合部の表面を硬くして耐久性の向上を図れる。

実施形態の第１例を示す、図５の Ｂ部に相当する部分の拡大図。 軟窒化処理により窒化物層を形成した出力軸と、無電解ニッケルメッキにより硬質皮膜を形成した出力軸と、を対象として、トルク検出用コイルユニットとトルク検出用凹凸部の凸部との間のギャップに対する、トルクの測定感度の変化の様子を示す線図。 従来から知られているステアリング装置の１例を示す部分切断側面図。 図３の拡大Ａ−Ａ断面図。 図４のＣ部 拡大図。 トルク検出部を構成する各部材の分解斜視図。

［実施形態の１例］
本発明の実施形態の１例に就いて図１を参照しつつ説明する。
本例の電動式パワーステアリング装置は、ステアリングコラム６（図３、４参照）と、ステアリングシャフト５（図３、４参照）と、ハウジング１５ａと、出力軸１６ａと、トーションバー１７と、トルク検出用スリーブ２０ａと、トルク検出用コイルユニット２２ａと、基板２５と、ウォーム式減速機２４ａと、電動モータ１０（図３参照）と、を備える。

ステアリングコラム６は、前側に配置された円筒状のインナコラム１１と、後側に配置された円筒状のアウタコラム１２とが、伸縮可能に組み合わされて成る。前記ステアリングコラム６は、支持ブラケット２６により車体に支持される。前記インナ、アウタ両コラム１１、１２は、鋼製又はアルミニウム合金等の軽合金製である。

前記ステアリングシャフト５は、前側に配置されたロアシャフト１３ａに、後側に配置された中空軸状のアッパシャフト１４が、トルク伝達を可能に、且つ、軸方向の相対変位を可能にスプライン嵌合されて成る。前記ステアリングシャフト５は、前記ステアリングコラム６の内側に回転自在に支持されている。ロア、アッパ両シャフト１３ａ、１４は、鋼製である。又、前記アウタコラム１２の後端開口から突出した、前記アッパシャフト１４の後端部には、ステアリングホイール１（図３参照）が固定される。尚、本例の場合、前記ロアシャフト１３ａが、特許請求の範囲の入力軸に相当する。

又、前記ロアシャフト１３ａの前端寄り部分の径方向中心部には、スプライン孔２７が形成されている。又、前記ロアシャフト１３ａの前端部には、円筒状の筒状部２８が設けられている。前記筒状部２８の内周面には、円周方向に関する凹凸形状（歯車状）の雌ストッパ部２９が設けられている。雌ストッパ部２９の内接円の直径は、前記スプライン孔２７よりも大きい。雌ストッパ部２９は、前記筒状部２８の内周面に、それぞれが軸方向に長い複数ずつの雌側歯部３０と雌側溝部３１とが円周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置されて成る。又、該筒状部２８の外周面には、それぞれが軸方向に長い複数の軸方向溝３２が、円周方向に関して等間隔に設けられている。これと共に、前記筒状部２８の外周面のうち、前記雌ストッパ部２９と後述する雄ストッパ部３８との係合部と径方向に重畳する部分に、それぞれが円周方向に長い１対の周方向溝３３、３３が、全周に亙り設けられている。

前記ハウジング１５ａは、前側の蓋体３４と後側の本体３５とが複数本のボルト（図示省略）により互いに結合されて成る。前記ハウジング１５ａは、前記インナコラム１１の前端部に結合固定されている。前側の蓋体３４及び後側の本体３５は、それぞれがアルミニウム合金等の軽合金製又は合成樹脂製である。前記ロアシャフト１３ａの前端部は、前記ハウジング１５ａの内側に挿入されている。

又、前記出力軸１６ａは、磁性金属である鋼により中空軸状に造られている。前記出力軸１６ａは、前記ハウジング１５ａ内の前記ロアシャフト１３ａの前側に、第１玉軸受３６と第２玉軸受３７とにより回転自在に支持されている。尚、本例の場合、該第２玉軸受３７が、特許請求の範囲に記載した転がり軸受に相当する。
この様な出力軸１６ａには、後側から順に、雄ストッパ部３８と、トルク検出用凹凸部１８ａと、第１軸受嵌合部３９と、位置決め凸部４０と、ウォームホイール嵌合部４１と、位置決め段部４２と、第２軸受嵌合部４３と、止め輪係止溝４４と、継手固定部４５と、が設けられている。

雄ストッパ部３８は、前記出力軸１６ａの後端部外周面に形成されており、円周方向に関する凹凸形状（歯車状）である。前記雄ストッパ部３８の外径寸法（外接円の直径）は、後端寄り部分（軸方向に関して前側に隣接する部分である、後述するトルク検出用凹凸部１８ａ）よりも小さい。具体的には、前記雄ストッパ部３８は、前記出力軸１６ａの外周面の後端部に、それぞれが軸方向に長い複数ずつの雄側歯部４６と雄側溝部４７とが円周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置されて成る。該各雄側歯部４６（各雄側溝部４７）の個数と前記雌ストッパ部２９を構成する各雌側歯部３０（各雌側溝部３１）の個数とは、互いに等しくい。

前記トルク検出用凹凸部１８ａは、特許請求の範囲のトルク検出用エンコーダ部に相当する。前記トルク検出用凹凸部１８ａは、前記出力軸１６ａの外周面のうち、軸方向に関して前記雄ストッパ部３８の前端側に隣接する部分である、後端寄り部分に形成されている。トルク検出用凹凸部１８ａは、その外接円の直径が前記雄ストッパ部３８よりも大きい、円周方向に関する凹凸形状（歯車状）である。具体的には、前記トルク検出用凹凸部１８ａは、前記出力軸１６ａの外周面の後端寄り部分に、円周方向に関して等間隔に形成された、軸方向に長い複数の検出用溝部１９ａにより構成されている。尚、上述の構造の場合、該各検出用溝部１９ａの個数と、前記各雄側溝部４７の個数とは、互いに等しい。これと共に、該各検出用溝部１９ａと各雄側溝部４７とが、軸方向に連続して設けられている。つまり、該各検出用溝部１９ａと各雄側溝部４７との円周方向に関する位相が、互いに等しくなっている。又、本例の場合、前記トルク検出用凹凸部１８ａの外接円の直径が、前述した従来構造のトルク検出用凹凸部１８の外接円の直径よりも小さい。この様にして、前記出力軸１６ａの小型化、軽量化を図っている。

組み立て状態に於いて、上述の様な雄ストッパ部３８と前記ロアシャフト１３ａの雌ストッパ部２９とは、所定角度範囲（前記トーションバー１７が捩れていない中立状態を基準として、例えば±５度の範囲）での相対回転を可能に（緩いスプライン係合の如く）凹凸係合している。即ち、前記各雌側溝部３１（前記各雌側歯部３０）が前記各雄側歯部４６（前記各雄側溝部４７）に、それぞれ円周方向の隙間を有する状態で緩く係合する事により、前記ロアシャフト１３ａと前記出力軸１６ａとの相対回転が、前記所定角度範囲に規制されている。これにより、前記トーションバー１７の過大な捩れ防止が図られている。

前記第１軸受嵌合部３９は、前記出力軸１６ａのうち、前記トルク検出用凹凸部１８ａの前方に隣接した部分に設けられている。第１軸受嵌合部３９の外周面は、外径が、軸方向に関して変化しない円筒面状である。組み立て状態に於いて、前記第１軸受嵌合部３９の外周面には、前記第１玉軸受３６を構成する第１内輪４８が外嵌固定されている。

前記位置決め凸部４０は、前記出力軸１６ａの外周面のうち、前記第１軸受嵌合部３９の前方に隣接した部分に設けられている。位置決め凸部４０は、当該部分の全周に亙り、径方向外側に突出した状態で形成されている。組み立て状態に於いて、前記位置決め凸部４０の前側面には、前記ウォーム式減速機２４ａを構成するウォームホイール２３ａの後側面の径方向内端部が当接している。この様にして、該ウォームホイール２３ａの後方への変位を規制している。

前記ウォームホイール嵌合部４１は、前記出力軸１６ａのうち、前記トルク検出用凹凸部１８ａの前方に隣接した部分に設けられている。この様なウォームホイール嵌合部４１の外周面は、外径が、軸方向に関して変化しない円筒面状である。組み立て状態に於いて、前記ウォームホイール嵌合部４１の外周面には、前記ウォーム式減速機２４ａを構成するウォームホイール２３ａが外嵌固定されている。尚、本例の場合、前記ウォームホイール嵌合部４１の外径と、前記第１軸受嵌合部３９の外径と、が等しい。

前記位置決め段部４２は、特許請求の範囲に記載した段部に相当する。前記位置決め段部４２の径方向外端縁は、前記ウォームホイール嵌合部４１の前端縁と連続する。前記位置決め段部４２の径方向内端縁は、前記第２軸受嵌合部４３の後端縁と連続した状態で形成されている。位置決め段部４２は、前記出力軸１６ａの中心軸に直交する状態で設けられている。組み立て状態に於いて、前記位置決め段部４２には、前記第２玉軸受３７を構成する第２内輪４９の後側面の径方向内半部が当接している。この様にして、該第２玉軸受３７（第２内輪４９）の後方への変位を規制している。尚、組み立て状態に於いて、前記第２内輪４９の後側面と、前記ウォームホイール２３ａを構成する芯金５８の前側面の径方向内端部と、の間には、軸方向の隙間が存在している（前記第２内輪４９の後側面と、前記芯金５８の前側面の径方向内端部と、は当接していない）。

前記第２軸受嵌合部４３は、特許請求の範囲に記載した軸受嵌合部に相当する。前記第２軸受嵌合部４３は、前記出力軸１６ａのうち、前記位置決め段部４２の前方に隣接した部分に設けられている。この様な第２軸受嵌合部４３の外周面の後端部には、前記第２玉軸受３７の第２内輪４９の内周面の後端縁との干渉を防止する為の凹溝５０が、全周に亙り形成されている。又、前記第２軸受嵌合部４３のうち、該凹溝５０の前方に隣接した部分は、外径が、軸方向に関して変化しない円筒面状に形成されている。組み立て状態に於いて、前記第２軸受嵌合部４３の外周面（前記凹溝５０を除く部分）には、前記第２玉軸受３７の第２内輪４９が外嵌固定されている。尚、本例の場合、前記第２軸受嵌合部４３の外径（前記凹溝５０を除く部分）が、前記ウォームホイール嵌合部４１及び前記第１軸受嵌合部３９の外径よりも小さい。

前記止め輪係止溝４４は、特許請求の範囲に記載した係止溝に相当する。前記止め輪係止溝４４は、前記出力軸１６ａの外周面のうち、前記第２軸受嵌合部４３の前方に隣接した部分に、全周に亙り形成されている。組み立て状態に於いて、前記止め輪係止溝４４には、円輪状の止め輪５１の径方向内端部が係止されている。そして、該止め輪５１の後側面のうち、前記止め輪係止溝４４から径方向外方に突出した部分は、前記第２玉軸受３７の第２内輪４９の前側面に当接している。この様にして、該第２玉軸受３７（該第２内輪４９）の前方への変位を規制している。

前記継手固定部４５は、前記出力軸１６ａの前端部に設けられている。該継手固定部４５の外周面には、円周方向に交互に設けられた凹凸部から成る雄スプライン部５２が形成されている。又、継手固定部４５の外周面の軸方向中間部には、該雄スプライン部５２と直交する状態で全周に亙り連続した凹溝５３が形成されている。この様な継手固定部４５には、前記自在継手７を構成する１対のヨークのうち、後側のヨークの連結部が結合固定されている。具体的には、該ヨークの連結部の内周面に形成された雌スプライン部と前記継手固定部４５の雄スプライン部５２とをスプライン係合する。そして、この状態で、前記連結部に設けられた１対のフランジ部のうち、一方のフランジ部に形成された通孔に挿通したボルトの雄ねじ部を、他方のフランジ部に形成された雌ねじ部に螺合する。この様に結合した状態で、前記凹溝５３の円周方向一部と、前記ボルトの軸方向中間部と、が係合する事により、前記出力軸１６ａの前記ヨークに対する軸方向の抜け止めを図っている。

尚、本例の場合、前記トルク検出用凹凸部１８ａを構成する凸部（円周方向に関する前記検出用溝部１９ａ同士の間部分）の外接円の直径を、前記第１軸受嵌合部３９の外径及び前記ウォームホイール嵌合部４１の外径よりも小さくしている。又、前記トルク検出用凹凸部１８ａを構成する凸部の外接円の直径を、前記第２軸受嵌合部４３の外径と同一（又は、略同一）としている。

又、前記トーションバー１７は、ばね鋼により造られる。前記トーションバー１７は、前記ロアシャフト１３ａと前記出力軸１６ａとを、互いに同軸に連結している。トーションバー１７は、その後端部を除く大部分が、前記出力軸１６ａの内径側に配置された状態で、その前端部が、該出力軸１６ａの前端部に、ピン５４により相対回転不能に結合されると共に、その後端部が、前記ロアシャフト１３ａのスプライン孔２７に、相対回転不能にスプライン嵌合されている。

又、前記トルク検出用スリーブ２０ａは、アルミニウム合金等の導電性を有する非磁性金属により円筒状に造られる。前記トルク検出用スリーブ２０ａは、前記トルク検出用凹凸部１８ａの外径側に同心に配置されている。前記トルク検出用スリーブ２０ａの基端部（後端部）は、前記ロアシャフト１３ａの筒状部２８に外嵌固定されている。具体的には、前記トルク検出用スリーブ２０ａの内周面の基端寄り部分に設けられた複数の突起５５が、前記ロアシャフト１３ａの筒状部２８に形成された各軸方向溝３２に１つずつ係合される事により、前記筒状部２８に対する前記トルク検出用スリーブ２０ａの回転防止が図られている。これと共に、該トルク検出用スリーブ２０ａの基端縁部分と基端寄り部分とが、前記ロアシャフト１３ａの筒状部２８に形成された両周方向溝３３、３３に加締め付けられる事により、該筒状部２８に対する前記トルク検出用スリーブ２０ａの軸方向の位置決め及び変位防止が図られている。

又、前記トルク検出用スリーブ２０ａのうち、前記トルク検出用凹凸部１８ａの外径側に配置された部分である、先端部（前端部）乃至中間部には、複数の略矩形の窓孔２１、２１（図６参照）が、軸方向に複列に、且つ、円周方向に関して等間隔に設けられている。該両列の窓孔２１、２１の周方向位相は、互いに半ピッチずれている。又、前記トルク検出用スリーブ２０ａのうち、前記トルク検出用凹凸部１８ａの外径側に配置される部分の内径寸法は、該トルク検出用凹凸部１８ａの外接円の直径（外径寸法）よりも大きい。

又、前記トルク検出用コイルユニット２２ａは、円筒状に構成されている。前記トルク検出用コイルユニット２２ａは、前記トルク検出用凹凸部１８ａ及び前記トルク検出用スリーブ２０ａの外径側に同心に配置されている。該トルク検出用コイルユニット２２ａは、前記ハウジング１５ａに内嵌固定されており、１対のコイル５６、５６を備えている。該両コイル５６、５６は、前記トルク検出用スリーブ２０ａのうち、前記両列の窓孔２１、２１を設けた部分に対し、径方向に重畳して配置されている。

又、前記基板２５は、前記ハウジング１５ａ内の前記トルク検出用コイルユニット２２ａの下方に設置されている。前記基板２５上には、モータ制御回路が構成されている。又、該モータ制御回路には、前記両コイル５６、５６の端部が接続されている。

又、前記ウォーム式減速機２４ａは、ウォームホイール２３ａと、図示しないウォームと、が組み合わせられて成る。このうちのウォームホイール２３ａは、前記出力軸１６ａのウォームホイール嵌合部４１に外嵌固定されている。又、前記ウォームは、前記ウォームホイール２３ａに噛合した状態で、前記ハウジング１５ａ内に回転自在に支持されている。

又、前記電動モータ１０は、前記ハウジング１５ａに支持固定されている。該電動モータ１５ａの出力軸（図示省略）は、前記ウォームの基端部に対し、トルクの伝達を可能に結合されている。

特に本例の電動式パワーステアリング装置の場合、前記出力軸１６ａの表面に窒化物層５７を形成している。即ち、該出力軸１６ａの外周面、前記出力軸１６ａの内周面、及び軸方向両端面に、前記窒化物層５７（図１に斜格子で示す部分）が形成されている。
該出力軸１６ａの外周面に関して具体的には、前記雄ストッパ部３８の外周面、前記トルク検出用凹凸部１８ａの外周面、前記第１軸受嵌合部３９の外周面、前記位置決め凸部４０の外周面、前記ウォームホイール嵌合部４１の外周面、前記位置決め段部４２の外周面、前記第２軸受嵌合部４３の外周面、前記止め輪係止溝４４の外周面、前記継手固定部４５の外周面に、所定の深さ寸法を有する前記窒化物層５７を形成している。尚、窒化物層を、前記出力軸１６ａの外周面のうち、前記トルク検出用凹凸部１８ａの外周面にのみ設ける構成や、該トルク検出用凹凸部１８ａの外周面を含んだ前記出力軸１６ａの外周面の一部に設ける構成を採用する事もできる。

次に、前記出力軸１６ａの製造方法に就いて説明する。
先ず、鋼製の押し出し成形材若しくは引き抜き材を所定長さに切断して、中実で杆状の素材を造る。
次いで、前記素材に、孔開け加工を施して、円筒状の第一中間素材を造る。
次いで、該第一中間素材に、冷間鍛造加工を施すと共に、必要な切削加工を施す事により、図１に示す様な形状を有する第二中間素材を造る。尚、前記第一中間素材から該第二中間素材を造る工程は、複数段の冷間鍛造加工により行う事ができる。

次いで、該第二中間素材に軟窒化処理を施して、前記第二中間素材の表面（外周面、内周面、及び軸方向両端面）に、前記窒化物層５７を形成する。前記軟窒化処理の方法は、塩浴軟窒化処理又はガス軟窒化処理の何れの方法を採用できる。具体的には、軟窒化処理は、シアン酸塩を主成分とする塩浴（塩浴軟窒化処理の場合）、又は、アンモニアガス等を含有する雰囲気下（ガス軟窒化処理の場合）で、４５０〜５５０°Ｃで、所定時間だけ加熱処理を行う。そして、この様な軟窒化処理を行った炉中又は炉外の空気中で、所定の速度で徐冷する。尚、徐冷が不可能な場合には、軟窒化処理後に、８０〜２００°Ｃで加熱処理を実施する。
又、軟窒化処理後に、前記窒化物層５７の表面に、例えば、水蒸気処理（ホモ処理）等の酸化被膜処理を施して酸化被膜（図示省略）を形成する。

上述の様に構成する電動式パワーステアリング装置の場合、運転者が前記ステアリングホイール１を操作する事によって、前記ステアリングシャフト５に操舵力であるトルクが付与されると、該トルクの方向及び大きさに応じた分だけ、前記トーションバー１７が（前記所定角度範囲で）弾性的に捩れる。これに伴い、前記トルク検出用凹凸部１８ａと前記トルク検出用スリーブ２０ａとの円周方向の位置関係が変化する事により、前記トルク検出用コイルユニット２２ａを構成するコイル５６、５６にインピーダンス変化が生じる。この為、該インピーダンス変化に基づいて、前記トルクの方向及び大きさを検出できる。前記電動モータ１０は、該トルクの検出結果に応じた補助動力を発生する。該補助動力は、前記ウォームホイール２３ａと前記ウォームとが噛合されて成るウォーム式減速機２４ａにより増大された後、前記出力軸１６ａに付与される。この結果、運転者が前記ステアリングホイール１を操作する為に要する力が軽減される。

一方、前記ステアリングホイール１から前記ステアリングシャフト５に大きなトルク（操舵力）が入力される事により、前記トーションバー１７の捩れ量が、前記所定角度範囲の片側又は他側の上限値に達すると、前記雌ストッパ部２９を構成する雌側歯部３０と、前記雄ストッパ部３８を構成する雄側歯部４６と、が周方向に噛み合う。そして、この様な噛み合いに基づき、前記ロアシャフト１３ａから前記出力軸１６ａに直接、前記トルク（操舵力）の一部が伝達される様になる。

又、上述の様な本例の場合、小型化、軽量化を図った場合でも、前記出力軸１６ａを構成する前記トルク検出用凹凸部１８ａの強度を確保する事ができる。
即ち、本例の場合、前記出力軸１６ａの表面（外周面、内周面、及び軸方向両端面）に、前記窒化物層５７を形成している。この為、電動パワーステアリング装置の小型化、軽量化を図る為に、前記出力軸１６ａを小径化した場合でも、該出力軸１６ａの表面を硬くして、該出力軸１６ａ（特に、トルク検出用凹凸部１８ａ）の耐久性の向上を図れる。又、上述の様な窒化物層５７は、防錆性能を向上すると共に、温度変化等による環境変化に対するロバスト性を向上する事もできる。

又、本例の場合、前記出力軸１６ａを上述の様な冷間鍛造により造っている為、該出力軸１６ａの内部に、加工ひずみが残留している場合がある。この様な加工ひずみが該出力軸１６ａ（前記トルク検出用凹凸部１８ａ）に残留していると、該出力軸１６ａ（該トルク検出用凹凸部１８ａ）の透磁率が小さくなり、前記トルク検出用コイルユニット２２ａを構成する両コイル５６、５６のインピーダンスを変化させる為の磁束量が少なくなって、前記トルクの測定感度が低下してしまう。そこで、本例の場合、前記冷間鍛造の後に、上述の様な軟窒化処理を施す事により、前記加工ひずみを開放する様にしている。この結果、該加工ひずみが残留している場合と比べて、トルクの測定感度の向上を図れる。尚、図２は、本例の様に、軟窒化処理により窒化物層を形成した出力軸と、無電解ニッケルメッキによる硬質皮膜を形成した出力軸と、を対象として、トルク検出用コイルユニットとトルク検出用凹凸部の凸部との間のギャップに対するトルクの測定感度の変化の様子を示す図である。何れの場合も、該ギャップが大きくなる（出力軸のトルク検出用凹凸部の外接円が小さくなる）に従って、トルクの測定感度が低下している。但し、図２に直線αで示す、軟窒化処理により窒化物層を形成した出力軸の方が、図２に直線βで示す、無電解ニッケルメッキによる硬質皮膜を形成した出力軸よりも、同じ大きさのギャップでのトルクの測定感度が優れている。

又、本例の場合、前記第２玉軸受３７の第２内輪４９の後側面を、前記出力軸１６ａの位置決め段部４２に当接させる事により、該第２玉軸受３７（第２内輪４９）の後方への変位を規制している。この為、前記第２玉軸受３７の第２内輪４９の後側面を、前記ウォームホイール２３ａを構成する芯金５８の前側面の径方向内端部に当接させる事により、前記第２玉軸受３７（第２内輪４９）の後方への変位を規制する構造と比べて、前記芯金５８の前側面の端面加工が不要となり、生産性の向上を図れると共に、製造コストを抑えられる。

又、上述の様な軟窒化処理の前後で、前記出力軸１６ａの寸法変化が小さい為、該出力軸１６ａを構成する、前記雄ストッパ部３８の外周面、前記トルク検出用凹凸部１８ａの外周面、前記第１軸受嵌合部３９の外周面、前記位置決め凸部４０の外周面、前記ウォームホイール嵌合部４１の外周面、前記位置決め段部４２の外周面、前記第２軸受嵌合部４３の外周面、前記止め輪係止溝４４の外面、前記継手固定部４５の外周面に、追加加工（例えば、表面切削や研磨加工等の仕上げ加工）を施す必要がない。この為、生産性の向上を図れると共に、製造コストを抑えられる。

又、本例の場合、前記出力軸１６ａの表面（外周面、内周面、及び軸方向両端面）に、前記窒化物層５７を形成する事により、前記出力軸１６ａの表面硬さを高くすると共に、防錆性能の向上を図っている。この様に、本例の場合、軟窒化処理のみで上述の様な加工ひずみの開放によるトルクの測定感度の向上と、前記出力軸１６ａのうち、例えば、前記ハウジング１５ａの外側に配置されている部分（前記継手固定部４５の雄スプライン部５２）の防錆性能の向上と、を図る事ができる。
又、本例の場合、前記窒化物層５７の表面に、前記酸化被膜を形成している為、前記出力軸１６ａの防錆性能の更なる向上を図る事ができる。

本出願は、２０１５年１１月１２日出願の日本特許出願２０１５−２２２４１３に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

上述した実施形態では、出力軸の表面の総てに窒化物層を形成している。但し、本発明を実施する場合には、窒化物層は、該出力軸のうち、少なくともトルク検出用エンコーダ部に窒化物層に形成していれば良い。
又、上述した実施形態では、本発明をコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用した例を説明したが、本発明は、コラムアシスト式だけでなく、ピニオンアシスト式など、様々な構造の電動式パワーステアリング装置に適用する事ができる。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングギヤユニット
３ 入力軸
４ タイロッド
５ ステアリングシャフト
６ ステアリングコラム
７ 自在継手
８ 中間シャフト
９ 自在継手
１０ 電動モータ
１１ インナコラム
１２ アウタコラム
１３、１３ａ ロアシャフト
１４ アッパシャフト
１５、１５ａ ハウジング
１６、１６ａ 出力軸
１７ トーションバー
１８、１８ａ トルク検出用凹凸部
１９、１９ａ 検出用溝部
２０、２０ａ トルク検出用スリーブ
２１ 窓孔
２２、２２ａ トルク検出用コイルユニット
２３、２３ａ ウォームホイール
２４、２４ａ ウォーム式減速機
２５ 基板
２６ 支持ブラケット
２７ スプライン孔
２８ 筒状部
２９ 雌ストッパ部
３０ 雌側歯部
３１ 雌側溝部
３２ 軸方向溝
３３ 周方向溝
３４ 蓋体
３５ 本体
３６ 第１玉軸受
３７ 第２玉軸受
３８ 雄ストッパ部
３９ 第１軸受嵌合部
４０ 位置決め凸部
４１ ウォームホイール嵌合部
４２ 位置決め段部
４３ 第２軸受嵌合部
４４ 止め輪係止溝
４５ 継手固定部
４６ 雄側歯部
４７ 雄側溝部
４８ 第１内輪
４９ 第２内輪
５０ 凹溝
５１ 止め輪
５２ 雄スプライン部
５３ 凹溝
５４ ピン
５５ 突起
５６ コイル
５７ 窒化物層
５８ 芯金

Claims (4)

1. 前端寄り部分に嵌合部を有し、ステアリングホイールからの操舵力を付与される入力軸と、
   ハウジングの内側に回転可能な状態で支持されると共に、前記入力軸に対して所定角度範囲での相対回転を可能に連結されており、外周面の一部にトルク検出用エンコーダ部を有し、電動モータを発生源とする補助動力が付与される出力軸と、
   前記入力軸と前記出力軸とを同軸に連結した状態で、前記入力軸及び前記出力軸の内径側に設けられたトーションバーと、
   前記トルク検出用エンコーダ部の外径側に配置されると共に、その後端部を前記嵌合部に外嵌固定されたトルク検出用スリーブと、
   を備え、
   ウォーム減速機を構成するウォームホイールが、前記出力軸のウォームホイール嵌合部に外嵌固定される電動式パワーステアリング装置であって、
   前記出力軸を前記ハウジングの内側に回転可能に支持する為の転がり軸受が、前記出力軸のうち、軸方向に関して前記ウォームホイール嵌合部と隣接した位置に設けられた軸受嵌合部に外嵌固定され、
   前記転がり軸受を構成する内輪の軸方向両側面のうち、前記ウォームホイール側の側面が、前記軸受嵌合部と前記ウォームホイール嵌合部とを連続する段部に当接し、
   前記転がり軸受の軸方向に関して前記ウォームホイールと反対方向への変位を、規制する為の止め輪が、前記出力軸に形成された係止溝に係止されており、
   前記出力軸の外周面のうち、少なくとも前記トルク検出用エンコーダ部が形成された部分及び前記ウォームホイール嵌合部の外周面、並びに前記段部の外周面及び前記係止溝が形成された部分に、窒化物層が形成されている電動式パワーステアリング装置。
2. 前記出力軸の軸方向片端部に、トルク伝達用継手を結合固定する為の継手固定部が設けられており、
   前記継手固定部の外周面に、前記窒化物層が形成されている、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置。
3. 前端寄り部分に嵌合部を有し、ステアリングホイールからの操舵力を付与される入力軸と、
   ハウジングの内側に回転可能な状態で支持されると共に、前記入力軸に対して所定角度範囲での相対回転を可能に連結されており、外周面の一部にトルク検出用エンコーダ部を有し、電動モータを発生源とする補助動力が付与される出力軸と、
   前記入力軸と前記出力軸とを同軸に連結した状態で、前記入力軸及び前記出力軸の内径側に設けられたトーションバーと、
   前記トルク検出用エンコーダ部の外径側に配置されると共に、その後端部を前記嵌合部に外嵌固定されたトルク検出用スリーブと、
   を備え、
   ウォーム減速機を構成するウォームホイールが、前記出力軸のウォームホイール嵌合部に外嵌固定される電動式パワーステアリング装置の製造方法であって、
   前記出力軸を前記ハウジングの内側に回転可能に支持する為の転がり軸受は、前記出力軸のうち、軸方向に関して前記ウォームホイール嵌合部と隣接した位置に設けられた軸受嵌合部に外嵌固定され、
   前記転がり軸受を構成する内輪の軸方向両側面のうち、前記ウォームホイール側の側面は、前記軸受嵌合部と前記ウォームホイール嵌合部とを連続する段部に当接し、
   前記転がり軸受の軸方向に関して前記ウォームホイールと反対方向への変位を規制する為の止め輪は、前記出力軸に形成された係止溝に係止されており、
   前記出力軸の外周面のうち、少なくとも前記トルク検出用エンコーダ部が形成された部分及び前記ウォームホイール嵌合部の外周面、並びに前記段部の外周面及び前記係止溝が形成された部分に、軟窒化処理を施す事により窒化物層を形成する電動式パワーステアリング装置の製造方法。
4. 前記出力軸は、冷間鍛造により造られ、
   前記冷間鍛造の後に、前記軟窒化処理を施す、請求項３に記載した電動式パワーステアリング装置の製造方法。

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