JPWO2014199959A1 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

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からの操舵力を付与される入力軸と、電動モータを発生源とする補助動力を付与される出力軸と、トルク検出用スリーブと、を備える。前記入力軸と出力軸の一方は、雌ストッパ部と、周方向溝と、を有する筒状部を備える。前記入力軸と出力軸の前記他方は、前記雌ストッパ部に対し、所定角度範囲での相対回転を可能に凹凸係合された雄ストッパ部を備える。前記トルク検出用スリーブの基端部の縁部分は、前記周方向溝にかしめ付けられている。前記周方向溝は、前記雌ストッパ部と前記雄ストッパ部が互いに係合するストッパ係合領域と径方向に重畳する前記筒状部の外周面の部分に設けられている。

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に関する。

自動車用のステアリング装置は、図１０に示す様に構成して、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、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、前車輪に舵角を付与する様にしている。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しており、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、ステアリングコラム６に回転自在に支持している。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の後端部に接続し、中間シャフト８の前端部を、別の自在継手９を介して、入力軸３に接続している。図示の例は、電動モータ１０を補助動力の発生源としてステアリングホイール１を操作する為に要する力の低減を図る、電動式パワーステアリング装置としている。本明細書及び特許請求の範囲全体で、前後方向は、特に断らない限り、車両の前後方向を言う。

図１１〜１２は、電動式パワーステアリング装置のより具体的な構造の１例として、特許文献１に記載されたものを示している。ステアリングコラム６ａ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もので、車体に支持される。ステアリングコラム６ａの内側に回転自在に支持されたステアリングシャフト５ａは、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。アウタコラム１２の後端開口から突出したアッパシャフト１４の後端部には、ステアリングホイール１（図１０参照）が固定される。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、ロアシャフト１３の前半部は、ハウジング１５の内側に挿入されている。ハウジング１５の内側で、入力軸であるロアシャフト１３の前側には、出力軸１６が、１対の玉軸受１７、１８により回転自在に支持されている。出力軸１６とロアシャフト１３とは、トーションバー１９を介して連結されている。ハウジング１５の前端開口から突出した出力軸１６の前端部には、自在継手７（図１０参照）が結合される。

出力軸１６の後端部には、筒状部２０が設けられている。筒状部２０の外周面には、円周方向に全周に亙る周方向溝２１が設けられている。これに対し、筒状部２０の内周面には、円周方向に関して凹凸形状の雌ストッパ部２２が設けられている。一方、ロアシャフト１３の外周面の前端部には、その外径寸法（外接円の直径）が前端寄り部分に比べて小さくなった、円周方向に関して凹凸形状の雄ストッパ部２３が設けられている。雄ストッパ部２３と、雌ストッパ部２２とは、所定角度範囲（トーションバー１９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凹凸係合している。これにより、トーションバー１９の過大な捩れ防止が図られている。図示の構造の場合、筒状部２０の外周面に設けられた周方向溝２１は、雌ストッパ部２２と雄ストッパ部２３が互いに係合するストッパ係合領域よりも、軸方向に関して前側に配置されている。

ロアシャフト１３は、磁性金属である鋼製であり、ロアシャフト１３の外周面の前端寄り部分には、円周方向に関して凹凸形状のトルク検出用凹凸部２４が設けられている。トルク検出用凹凸部２４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２５が配置されている。トルク検出用スリーブ２５の基端部は、筒状部２０に外嵌固定されている。この状態で、トルク検出用スリーブ２５の軸方向の位置決め及び変位防止を図る為に、トルク検出用スリーブ２５の基端部の縁部分は、周方向溝２１にかしめ付けられている。トルク検出用凹凸部２４の外径側に位置するトルク検出用スリーブ２５の部分には、複数の窓孔２６、２６が設けられている。トルク検出用凹凸部２４及びトルク検出用スリーブ２５の外径側には、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２７が配置されている。

出力軸１６の後端寄り部分には、ウォームホイール２８が外嵌固定されている。ウォームホイール２８には、ハウジング１５内に回転自在に支持されたウォーム２９が噛合されている。ハウジング１５には、電動モータ１０（図１０参照）が支持固定されており、電動モータ１０の出力軸は、ウォーム２９の基端部に、トルクの伝達を可能に結合されている。

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、運転者がステアリングホイール１を操作する事によって、ステアリングシャフト５ａに操舵力であるトルクが付与されると、このトルクの方向及び大きさに応じた分だけ、トーションバー１９が（所定角度範囲で）弾性的に捩れる。これに伴い、トルク検出用凹凸部２４とトルク検出用スリーブ２５との円周方向の位置関係が変化する事により、トルク検出用コイルユニット２７を構成するコイルにインピーダンス変化が生じる。この為、このインピーダンス変化に基づいて、トルクの方向及び大きさを検出できる。電動モータは、このトルクの検出結果に応じた補助動力を発生する。この補助動力は、ウォーム２９とウォームホイール２８とを噛合させて成るウォーム式減速機３０により増大された後、出力軸１６に付与される。この結果、運転者が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、ステアリングホイール１からステアリングシャフト５ａに大きなトルクが入力される事により、トーションバー１９の捩れ量が、所定角度範囲の片側又は他側の上限値に達すると、雌ストッパ部２２と雄ストッパ部２３とが周方向に噛み合う。そして、この噛み合いに基づき、ロアシャフト１３から出力軸１６に直接、トルクの一部が伝達される様になる。この際に、筒状部２０は、このトルクの伝達に伴って捩じられる傾向となる。

筒状部２０の捩じり剛性は、周方向溝２１が設けられた軸方向位置で、他の軸方向位置に比べて低くなっている。この理由は、筒状部２０の肉厚が、周方向溝２１が形成された軸方向位置で、周方向溝２１の深さ分だけ小さくなっている為である。これに対して、雌ストッパ部２２と雄ストッパ部２３が互いに係合するストッパ係合領域と径方向に重畳している筒状部２０の部分は、上述したトルク伝達時に、雄ストッパ部２３が形成されたロアシャフト１３の前端部と一体的に捩じられる。従って、この際には、ロアシャフト１３の前端部が補強材としての役割を果たす事により、雌ストッパ部２２と雄ストッパ部２３が互いに係合するストッパ係合領域と径方向に重畳している筒状部２０の部分の捩じり剛性が向上する。しかしながら、上述した従来構造の場合には、周方向溝２１が、雌ストッパ部２２と雄ストッパ部２３が互いに係合するストッパ係合領域と径方向に重畳していない。この為、外周面に周方向溝２１を設けられた筒状部２０の部分の捩じり剛性は、上述したトルク伝達時にも、特に向上する事はない。従って、上述した従来構造の場合には、外周面に周方向溝２１を設けられた筒状部２０の部分の捩じり剛性を確保する為に、筒状部２０の肉厚を或る程度大きくする必要がある。この結果、トルク検出用の各部品等及びその周辺部分の小径化や軽量化を図る際に、筒状部２０の薄肉化を図りにくい。

国際公開第２００３／１０４０６５号

本発明は、トルク検出用スリーブの基端部を外嵌固定する筒状部の薄肉化を図り易い構造を実現することを目的とする。

本発明の一態様によれば、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からの操舵力を付与される入力軸と、電動モータを発生源とする補助動力を付与される出力軸と、前記入力軸と出力軸とを同軸に連結する状態で、前記入力軸及び出力軸の内径側に設けられたトーションバーと、トルク検出用スリーブとを備える。前記入力軸と出力軸の一方は、筒状部を有し、当該筒状部は、前記入力軸と出力軸の他方に連結された前記入力軸と出力軸の前記一方の端部に設けられている。前記筒状部は、当該筒状部の内周面に設けられ、円周方向に関して凹凸形状の雌ストッパ部と、前記筒状部の外周面に円周方向に設けられた周方向溝と、を有する。前記入力軸と出力軸の前記他方は、前記入力軸と出力軸の前記一方に連結された前記入力軸と出力軸の前記他方の端部の外周面に設けられ、円周方向に関して凹凸形状の雄ストッパ部であって、前記雌ストッパ部に対し、所定角度範囲での相対回転を可能に凹凸係合された雄ストッパ部と、軸方向に関して前記雄ストッパ部と隣接する前記入力軸と出力軸の前記他方の外周面の部分に設けられ、円周方向に関して凹凸形状のトルク検出用凹凸部と、を有する。前記トルク検出用スリーブは、前記トルク検出用凹凸部の外径側に配置されている。前記トルク検出用スリーブの基端部は、当該基端部の縁部分が前記周方向溝にかしめ付けられた状態で、前記筒状部に外嵌固定されている。前記周方向溝は、前記雌ストッパ部と前記雄ストッパ部が互いに係合するストッパ係合領域と径方向に重畳する前記筒状部の外周面の部分に設けられている。

前記雌ストッパ部と前記雄ストッパ部との径方向に関する係り代（雌ストッパ部と雄ストッパ部が互いに周方向に噛み合う際の、径方向に関する噛み合い高さ、噛み合い代）は、前記筒状部の先端側から基端側に向かう程小さくしてもよい。例えば、前記ストッパ係合領域において、前記雌ストッパ部の内接円の直径が軸方向に関して一定とし、前記雄ストッパ部の外接円の直径が軸方向に関して前記筒状部の先端側から基端側に向かう程（雄ストッパ部の基端側から先端側に向かう程）小さくしてもよい。

前記ストッパ係合領域と径方向に重畳する前記筒状部の外周面の部分であって、且つ、前記周方向溝と前記筒状部の先端との間の位置に、副周方向溝が円周方向に設けられ、前記トルク検出用スリーブの基端部の一部分が、前記副周方向溝にかしめ付けられていてもよい。副周方向溝は、軸方向に複数設ける事もできる。

電動式パワーステアリング装置は、ステアリングコラムと、ステアリングシャフトと、ハウジングとを備えてもよい。前記ステアリングコラムは、インナコラムとアウタコラムとを有し、前記アウタコラムの前部が前記インナコラムの後部に軸方向の相対変位可能に外嵌される。前記ステアリングシャフトは、前記入力軸とアッパシャフトとを有し、アッパシャフトの前部が前記入力軸（ロアシャフト）の後部にトルク伝達を可能に且つ軸方向の相対変位を可能に嵌合される。前記ステアリングシャフトは、前記ステアリングコラムの内側に回転自在に支持され、ステアリングコラムの後端開口から突出した前記アッパシャフトの後端部に、前記ステアリングホイールが固定される。前記ハウジングは、前記インナコラムの前端部に結合固定された状態で、当該ハウジングの内側に前記出力軸を回転自在に支持する。前記入力軸の前記端部と、前記出力軸の前記端部および中間部とが、前記ハウジングの内側に配置される。前記入力軸と出力軸の前記一方は前記入力軸であり、前記入力軸と出力軸の前記他方は前記出力軸である。

この様な構成を採用する場合には、例えば、前記トルク検出用スリーブの基端部である後端部にシールリング（前記ハウジング内の潤滑剤が前記ステアリングコラムの内径側の空間に流出するのを防止する為のシールリング）を外嵌固定すると共に、シールリングの先端縁を、シールリングの後端部に軸方向に対向する前記ハウジングの内面の段差面に摺接させてもよい。

上述の様に構成する本発明の電動式パワーステアリング装置の場合、外周面に周方向溝が設けられた筒状部の部分は、雌ストッパ部と雄ストッパ部が互いに係合するストッパ係合領域と径方向に重畳する。この為、雌ストッパ部と雄ストッパ部が互いに係合するストッパ係合領域を介して、入力軸と出力軸との間で直接トルクの一部を伝達する際に、雄ストッパ部を設けられた他方の回転軸（入力軸又は出力軸）の一端部が補強材としての役割を果たす事により、前記外周面に周方向溝が設けられた筒状部の部分の捩じり剛性を向上させる事ができる。従って、その分、トルク検出用の各部品等及びその周辺部分の小径化や軽量化を図る際に、前記筒状部の薄肉化を図り易くできる。

前記雌ストッパ部と前記雄ストッパ部との径方向に関する係り代を前記筒状部の先端側から基端側に向かう程小さくした場合、前記ストッパ係合領域を介して、入力軸と出力軸との間で直接トルクの一部を伝達する際に、外周面に周方向溝が設けられた筒状部の部分の応力分布を、より先端縁に近い部分の応力分布に比べて、低く抑えられる。従って、その分、トルク検出用の各部品等及びその周辺部分の小径化や軽量化を図る際に、前記筒状部の薄肉化をより図り易くできる。

前記副周方向溝を設けた場合、前記筒状部に対する、前記トルク検出用スリーブの基端部の結合強度を高められる。

本発明の第１実施形態に係る電動式パワーステアリング装置の部分切断側面図。 図１の電動式パワーステアリング装置の左端部の拡大図。 一部を省略して示す、図２のＡ部の拡大図。 トルク検出用スリーブ及びその周辺部分を外径側から見た図。 トルク検出部の分解斜視図。 ロアシャフト（入力軸の例）の前端部の拡大断面図。 周方向溝の軸方向位置（横軸）と筒状部の基端縁から先端縁までの捩れ角（縦軸）との関係を示す線図。 本発明の第２実施形態の構造の拡大図。 本発明の第３実施形態の構造の拡大図。 従来例に係るステアリング装置の部分切断側面図。 従来例に係る電動式パワーステアリング装置の断面図。 図１１の左端寄り上半部の拡大図。

本発明の第１実施形態に就いて、図１〜７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６ｂと、ステアリングシャフト５ｂと、ハウジング１５ａと、出力軸１６ａと、トーションバー１９ａと、トルク検出用スリーブ２５ａと、トルク検出用コイルユニット２７ａと、基板４４と、電動モータ１０（図１０参照）と、ウォーム式減速機３０ａとを備える。

ステアリングコラム６ｂは、前側に配置された円筒状のインナコラム１１ａと、後側に配置されたアウタコラム１２ａと、を備える。インナコラム１１ａとアウタコラム１２ａは、伸縮可能に組み合わされ、支持ブラケット３１により車体に支持される。インナ、アウタコラム１１ａ、１２ａは、鋼製又はアルミニウム合金等の軽合金製である。

ステアリングシャフト５ｂ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１４ａを、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せて成るもので、ステアリングコラム６ｂの内側に回転自在に支持されている。ロア、アッパシャフト１３ａ、１４ａは、鋼製である。アウタコラム１２ａの後端開口から突出した、アッパシャフト１４ａの後端部には、ステアリングホイール１（図１０参照）が固定される。

ハウジング１５ａ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、前側の蓋体３２と後側の本体３３とを、複数本のボルト３４により互いに結合して成るもので、インナコラム１１ａの前端部に結合固定されている。ロアシャフト１３ａの前端部は、ハウジング１５ａの内側に挿入されている。

出力軸１６ａは、磁性金属である鋼により中空軸状に造られたもので、ハウジング１５ａ内のロアシャフト１３ａの前側に、１対の玉軸受１７ａ、１８ａにより回転自在に支持されている。ハウジング１５ａの前端開口から突出した、出力軸１６ａの前端部には、自在継手７（図１０参照）が結合される。

トーションバー１９ａは、ばね鋼により造られている。トーションバー１９ａは、ロアシャフト１３ａ（回転軸であって、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の例）と、出力軸１６ａ（回転軸であって、電動モータを発生源とする補助動力を付与される出力軸の例）とを、互いに同軸に連結している。この様なトーションバー１９ａは、その後端部を除く大部分を、出力軸１６ａの内径側に配置された状態で、その前端部を、出力軸１６ａの前端部に、ピン３５により相対回転不能に結合されると共に、その後端部を、ロアシャフト１３ａの前端寄り部分の径方向中心部に設けられたスプライン孔３６に、相対回転不能にスプライン嵌合されている。

ロアシャフト１３ａの前端部には、円筒状の筒状部２０ａが設けられている。筒状部２０ａの内周面には、その内径寸法（内接円の直径）がスプライン孔３６よりも大きくなった、円周方向に関して凹凸形状（歯車状）の雌ストッパ部２２ａが設けられている。雌ストッパ部２２ａは、筒状部２０ａの内周面に、それぞれが軸方向に長い複数の歯部３７、３７を、円周方向に関して等間隔に設けて成る。

一方、出力軸１６ａの外周面の後端部には、その外径寸法（外接円の直径）が後端寄り部分に比べて小さくなった、円周方向に関して凹凸形状（歯車状）の雄ストッパ部２３ａが設けられている。雄ストッパ部２３ａは、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（各歯部３７、３７と同数）の溝部３８、３８を、円周方向に関して等間隔に設けて成る。

上述の様な雌ストッパ部２２ａと雄ストッパ部２３ａとは、所定角度範囲（トーションバー１９ａ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凹凸係合している。即ち、雌ストッパ部２２ａを構成する各歯部３７、３７が、雄ストッパ部２３ａを構成する各溝部３８、３８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、ロアシャフト１３ａと出力軸１６ａとの相対回転が、所定角度範囲に規制されている。これにより、トーションバー１９ａの過大な捩れ防止が図られている。

雄ストッパ部２３ａと軸方向に隣接する出力軸１６ａの外周面の後端寄り部分には、円周方向に関して凹凸形状のトルク検出用凹凸部２４ａが設けられている。上述の説明からも分かる様に、トルク検出用凹凸部２４ａは、雄ストッパ部２３ａよりも大きな外径寸法（外接円の直径）を有する。この様なトルク検出用凹凸部２４ａは、出力軸１６ａ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溝部３９、３９を、円周方向に関して等間隔に設けて成る。図示の構造の場合には、各溝部３９、３９と、雄ストッパ部２３ａを構成する各溝部３８、３８との、個数及び周方向位相が、互いに一致している。即ち、各溝部３９、３９と、各溝部３８、３８とは、軸方向に関して一繋がりに連続して設けられている。

トルク検出用スリーブ２５ａ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たもので、トルク検出用凹凸部２４ａの外径側に同心に配置されている。トルク検出用スリーブ２５ａの基端部（後端部）は、筒状部２０ａに外嵌固定されている。この為に、筒状部２０ａの外周面には、それぞれが軸方向に長い複数の軸方向溝４０、４０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、筒状部２０ａの外周面の後端寄り部分には、周方向溝２１ａが円周方向に全周（各軸方向溝４０、４０が設けられた部分を除く。）に亙り設けられている。特に、図示の構造の場合、周方向溝２１ａは、雌ストッパ部２２ａと雄ストッパ部２３ａが互いに係合するストッパ係合領域の後端寄り部分と径方向に重畳する位置に配置されている。一方、トルク検出用スリーブ２５ａの基端部内周面には、複数（各軸方向溝４０、４０と同数）の半球状の突起４１、４１が、円周方向に関して等間隔に設けられている。

トルク検出用スリーブ２５ａの基端部を筒状部２０ａに外嵌固定する場合には、トルク検出用スリーブ２５ａの基端部を筒状部２０ａに外嵌する事に伴い、各突起４１、４１を各軸方向溝４０、４０に係合させる。これと共に、トルク検出用スリーブ２５ａの基端部の縁部分を、周方向溝２１ａにかしめ付ける。即ち、この基端部の縁部分を内径側に塑性変形させて、かしめ部４２を形成するのと同時に、かしめ部４２を周方向溝２１ａに係合させる。この結果、各軸方向溝４０、４０と各突起４１、４１との係合に基づいて、筒状部２０ａに対するトルク検出用スリーブ２５ａの回転防止が図られる。これと共に、周方向溝２１ａとかしめ部４２との係合に基づいて、筒状部２０ａに対するトルク検出用スリーブ２５ａの軸方
向の位置決め及び変位防止が図られる。

トルク検出用凹凸部２４ａの外径側に配置された部分である、トルク検出用スリーブ２５ａの先端部（前端部）乃至中間部には、複数の略矩形の窓孔２６ａ、２６ａ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。両列の窓孔２６ａ、２６ａの周方向位相は、互いに半ピッチずれている。

トルク検出用コイルユニット２７ａは、円筒状に構成されたもので、トルク検出用凹凸部２４ａ及びトルク検出用スリーブ２５ａの外径側に同心に配置されている。トルク検出用コイルユニット２７ａは、ハウジング１５ａに内嵌固定されており、１対のコイル４３、４３を備えている。コイル４３、４３は、両列の窓孔２６ａ、２６ａが設けられたトルク検出用スリーブ２５ａの部分に対し、径方向に重畳して配置されている。

基板４４は、ハウジング１５ａ内のトルク検出用コイルユニット２７ａの下方に設置されている。基板４４上には、モータ制御回路が構成されている。このモータ制御回路には、コイル４３、４３の端部が接続されている。

ウォーム式減速機３０ａは、ウォームホイール２８ａと、図示しないウォームとを組み合わせて成る。ウォームホイール２８ａは、玉軸受１７ａ、１８ａの間の出力軸１６ａの軸方向中央部に外嵌固定されている。図示しないウォームは、ウォームホイール２８ａに噛合した状態で、ハウジング１５ａ内に回転自在に支持されている。

電動モータ１０（図１０参照）は、ハウジング１５ａに支持固定されている。電動モータ１０の出力軸は、図示しない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。

トルク検出用スリーブ２５ａの基端部外周面と、ハウジング１５ａの内面との間部分には、ハウジング１５ａ内の潤滑剤がステアリングコラム６ｂの内径側の空間に流出するのを防止する為のシールリング４５が設置されている。シールリング４５は、トルク検出用スリーブ２５ａの基端部に外嵌固定された状態で、その二股の先端縁を、ハウジング１５ａの内面の後端寄り部分に互いに隣接する状態で設けられた、円筒状の内周面４６と、前方に向いた（シールリング４５の後端部に軸方向に対向する）段差面４７とに、全周に亙り摺接させている。

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、運転者がステアリングホイール１を操作する事によって、ステアリングシャフト５ｂに操舵力であるトルクが付与されると、このトルクの方向及び大きさに応じた分だけ、トーションバー１９ａが（所定角度範囲で）弾性的に捩れる。これに伴い、トルク検出用凹凸部２４ａとトルク検出用スリーブ２５ａとの円周方向の位置関係が変化する事により、トルク検出用コイルユニット２７を構成するコイル４３、４３にインピーダンス変化が生じる。この為、このインピーダンス変化に基づいて、トルクの方向及び大きさを検出できる。基板４４上のモータ制御回路は、このトルクの検出結果を利用して、電動モータ１０の通電制御を行う事により、電動モータ１０で、トルクの方向及び大きさに応じた補助動力を発生させる。この補助動力は、ウォーム式減速機３０ａにより増大された後、出力軸１６ａに付与される。この結果、運転者が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、ステアリングホイール１からステアリングシャフト５ｂに大きなトルクが入力される事により、トーションバー１９ａの捩れ量が、所定角度範囲の片側又は他側の上限値に達すると、雌ストッパ部２２ａと雄ストッパ部２３ａとが周方向に噛み合う。そして、この噛み合いに基づき、ロアシャフト１３ａから出力軸１６ａに直接、トルクの一部が伝達される様になる。この際に、筒状部２０ａは、このトルクの伝達に伴って捩じられる傾向となる。

上述の様に構成する本例の電動式パワーステアリング装置の場合、捩じり剛性が他の軸方向部分よりも低くなっている、外周面に周方向溝２１ａが設けられた筒状部２０ａの部分は、雌ストッパ部２２ａと雄ストッパ部２３ａが互いに係合するストッパ係合領域と径方向に重畳する部分となる。この為、雌ストッパ部２２ａと雄ストッパ部２３ａが互いに係合するストッパ係合領域を介して、ロアシャフト１３ａと出力軸１６ａとの間で直接トルクの一部を伝達する際に、雄ストッパ部２３ａを設けられた出力軸の後端部が補強材としての役割を果たす事により、外周面に周方向溝２１ａが設けられた筒状部２０ａの部分の捩じり剛性を向上させる事ができる。

図７の線図は、筒状部２０ａの外周面に設ける周方向溝２１ａの軸方向位置（横軸）を変化させた場合に、同一のトルクを伝達する場合の、筒状部２０ａの基端縁から先端縁までの捩れ角（縦軸）がどの様に変化するかを示したものである。この線図中、左から一番目のデータ（点）が、本例の構造に関するデータである。このデータに示される様に、本例の場合には、外周面に周方向溝２１ａを設けられた筒状部２０ａの部分の捩じり剛性を、雄ストッパ部２３ａを設けられた出力軸の後端部により向上させる事ができる為、筒状部２０ａの基端縁から先端縁までの捩れ角を十分に抑えられる。従って、その分、トルク検出用の各部品等及びその周辺部分の小径化や軽量化を図る際に、筒状部２０ａの薄肉化を図り易くできる。

図７の線図中、右から一番目のデータは、筒状部２０ａの外周面の基端部の縁部分に周方向溝２１ａを設けた構造に関するデータである。この構造の場合に捩れ角が小さくなる理由は、筒状部２０ａの基端縁に近い部分では、筒状部２０ａの内径寸法が基端側に向かう程小さくなっており、これに伴い、筒状部２０ａの径方向の肉厚が基端側に向かう程大きくなっている為である。図７の線図中、右から二番目のデータに関する構造（筒状部２０ａの外周面の基端縁に近い部分に周方向溝２１ａを設けた構造）の場合に、捩れ角が比較的小さくなる理由に就いても、同様である。

従って、本例の構造を採用する代わりに、筒状部２０ａの外周面の基端部の縁部分や基端縁に近い部分に周方向溝２１ａを設ける構造を採用する事によって、捩じり剛性を向上させる事も考えられる。但し、この様な構造を採用すると、筒状部２０ａに対するトルク検出用スリーブ２５ａの基端部の嵌合長さが大きくなる為、その分、トルク検出用スリーブ２５ａの軸方向寸法が大きくなる。この結果、トルク検出用スリーブ２５ａの材料費が嵩む。

これに対し、本例の場合には、周方向溝２１ａが、雌ストッパ部２２ａと雄ストッパ部２３ａが互いに係合するストッパ係合領域と径方向に重畳する筒状部２０ａの外周面の部分に設けられている。この為、周方向溝２１ａがこの係合領域と重畳しない部分（この係合領域よりも軸方向に関して後側部分）に設けられている場合に比べて、筒状部２０ａに対するトルク検出用スリーブ２５ａの基端部の嵌合長さを小さくできる。従って、その分、トルク検出用スリーブ２５ａの軸方向寸法を小さくできる。この結果、トルク検出用スリーブ２５ａの材料費を抑えられる。

更に、本例の場合には、周方向溝２１ａが係合領域と重畳しない部分に設けられている場合に比べて、トルク検出用スリーブ２５ａの基端部に外嵌固定したシールリング４５を摺接させる段差面４７の軸方向位置を、前側に配置する事ができる。そして、その分だけ、段差面４７の後方に存在する、ハウジング１５ａのコラム支承面４８を前側に配置する事ができる。コラム支承面４８は、二次衝突時に、インナコラム１１ａに沿って前方に移動してきたアウタコラム１２ａの前端縁が（図示の構造の場合には、インナコラム１１ａの前端部を介して）ぶつかる面であり、この面が前側に位置する程、アウタコラム１２ａの前方への移動量（二次衝突時の衝撃吸収ストローク）が長くなって、運転者の保護充実を図る事ができる。従って、本例の場合には、上述の様にコラム支承面４８を前側に配置できる分、衝撃吸収ストロークを長くして、運転者の保護充実を図れる。

更に、本例の構造を実施する場合には、軸方向に関して基端縁から周方向溝２１ａの近傍部分までの筒状部２０ａの外周面の外径寸法を、図示の場合よりも小さくする事もできる。この様な構成を採用すれば、ハウジング１５ａの後端部の形状の自由度が増える為、上述した衝撃吸収ストロークを長くする為の設計が行い易くなる。

図８は、本発明の第２実施形態を示している。本例の場合には、雌ストッパ部２２ａの内接円の直径を軸方向に関して一定にすると共に、雄ストッパ部２３ｂの外接円の直径を、軸方向に関して筒状部２０ａの先端側から基端側に向かう程（雄ストッパ部２３ｂの基端側から先端側に向かう程）小さくしている。これにより、雌ストッパ部２２ａと雄ストッパ部２３ｂとの径方向に関する係り代（雌、雄ストッパ部２２ａ、２３ｂ同士が周方向に噛み合う際の、径方向に関する噛み合い高さ、噛み合い代）を、筒状部２０ａの先端側から基端側に向かう程小さくなる様にしている。

この様な構成を採用する本例の電動式パワーステアリング装置の場合には、雌ストッパ部２２ａと雄ストッパ部２３ｂが互いに係合するストッパ係合領域を介して、ロアシャフト１３ａと出力軸１６ｂとの間で直接トルクの一部を伝達する際に、外周面に周方向溝２１ａを設けられた筒状部２０ａの部分の応力分布を、より先端縁に近い部分の応力分布に比べて、低く抑えられる。従って、その分、トルク検出用の各部品等及びその周辺部分の小径化や軽量化を図る際に、筒状部２０ａの薄肉化をより図り易くできる。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様である為、重複する図示並びに説明は省略する。

図９は、本発明の第３実施形態を示している。本例の場合には、雌ストッパ部２２ａと雄ストッパ部２３ａとの係合領域と径方向に重畳する筒状部２０ｂの外周面の部分であって、且つ、周方向溝２１ａと筒状部２０ｂの先端との間の位置に、副周方向溝４９を円周方向に全周に亙り設けている。そして、副周方向溝４９に、トルク検出用スリーブ２５ｂの基端部の軸方向一部分をかしめ付けている。即ち、この軸方向一部分を内径側に塑性変形させて、かしめ部４２ａを形成するのと同時に、かしめ部４２ａを副周方向溝４９に係合させている。これにより、筒状部２０ｂに対する、トルク検出用スリーブ２５ｂの基端部の結合強度を高めている。その他の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である為、重複する図示並びに説明は省略する。
副周方向溝４９及びかしめ部４２ａは、上述した第２例の構造に対して設ける事もできる。

上述した各実施の形態では、補助動力を付与される出力軸を、ステアリングシャフトを構成するロアシャフト（入力軸）に連結する構造に対して、本発明を適用した。但し、本発明は、補助動力を付与される出力軸を、ステアリングギヤユニットの入力軸に連結する構造に対して適用する事もできる。本発明は、例えば前述した従来構造の様に、出力軸に雌ストッパ部と周方向溝とを有する筒状部を設け、入力軸に雄ストッパ部とトルク検出用凹凸部とを設けた構造に適用する事もできる。雌ストッパ部と雄ストッパ部との径方向に関する係り代を筒状部の先端側から基端側に向かう程小さくする場合には、雌ストッパ部と雄ストッパ部との係合部で、雄ストッパ部の外接円の直径が軸方向に関して一定になっていると共に、雌ストッパ部の内接円の直径が軸方向に関して筒状部の先端側から基端側に向かう程大きくなっている構成を採用する事もできる。本発明を実施する場合で、上述した各実施の形態の様に、筒状部の外周面に軸方向溝を設ける場合には、周方向溝や副周方向溝の深さは、それぞれ軸方向溝の深さと等しくしても良いし、軸方向溝の深さよりも小さく又は大きくしても良い。

本発明は、２０１３年６月１０日出願の日本特許出願２０１３−１２１８７６号に基づき、その内容は参照としてここに取り込まれる。

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、５ａ、５ｂ ステアリングシャフト
６、６ａ、６ｂ 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、１１ａ インナコラム
１２、１２ａ アウタコラム
１３、１３ａ ロアシャフト
１４、１４ａ アッパシャフト
１５、１５ａ ハウジング
１６、１６ａ、１６ｂ 出力軸
１７、１７ａ 玉軸受
１８、１８ａ 玉軸受
１９、１９ａ トーションバー
２０、２０ａ、２０ｂ 筒状部
２１、２１ａ 周方向溝
２２、２２ａ 雌ストッパ部
２３、２３ａ、２３ｂ 雄ストッパ部
２４、２４ａ トルク検出用凹凸部
２５、２５ａ、２５ｂ トルク検出用スリーブ
２６、２６ａ 窓孔
２７、２７ａ トルク検出用コイルユニット
２８、２８ａ ウォームホイール
２９ ウォーム
３０、３０ａ ウォーム式減速機
３１ 支持ブラケット
３２ 蓋体
３３ 本体
３４ ボルト
３５ ピン
３６ スプライン孔
３７ 歯部
３８ 溝部
３９ 溝部
４０ 軸方向溝
４１ 突起
４２、４２ａ かしめ部
４３ コイル
４４ 基板
４５ シールリング
４６ 内周面
４７ 段差面
４８ コラム支承面
４９ 副周方向溝

Claims (5)

1. 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、
   電動モータを発生源とする補助動力を付与される出力軸と、
   前記入力軸と出力軸とを同軸に連結する状態で、前記入力軸及び出力軸の内径側に設けられたトーションバーと、
   トルク検出用スリーブと、を備え
   前記入力軸と出力軸の一方は、筒状部を有し、当該筒状部は、前記入力軸と出力軸の他方に連結された前記入力軸と出力軸の前記一方の端部に設けられ、
   前記筒状部は、当該筒状部の内周面に設けられ、円周方向に関して凹凸形状の雌ストッパ部と、前記筒状部の外周面に円周方向に設けられた周方向溝と、を有し
   前記入力軸と出力軸の前記他方は、前記入力軸と出力軸の前記一方に連結された前記入力軸と出力軸の前記他方の端部の外周面に設けられ、円周方向に関して凹凸形状の雄ストッパ部であって、前記雌ストッパ部に対し、所定角度範囲での相対回転を可能に凹凸係合された雄ストッパ部と、軸方向に関して前記雄ストッパ部と隣接する前記入力軸と出力軸の前記他方の外周面の部分に設けられ、円周方向に関して凹凸形状のトルク検出用凹凸部と、を有し、
   前記トルク検出用スリーブは、トルク検出用凹凸部の外径側に配置され、
   前記トルク検出用スリーブの基端部は、当該基端部の縁部分が前記周方向溝にかしめ付けられた状態で、前記筒状部に外嵌固定され、
   前記周方向溝は、前記雌ストッパ部と前記雄ストッパ部が互いに係合するストッパ係合領域と径方向に重畳する前記筒状部の外周面の部分に設けられている、電動式パワーステアリング装置。
2. 前記雌ストッパ部と前記雄ストッパ部との径方向に関する係り代が、前記筒状部の先端側から基端側に向かう程小さくなっている、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置。
3. 前記ストッパ係合領域において、前記雌ストッパ部の内接円の直径は軸方向に関して一定であり、前記雄ストッパ部の外接円の直径は軸方向に関して前記筒状部の先端側から基端側に向かう程小さくなっている、請求項２に記載した電動式パワーステアリング装置。
4. 前記ストッパ係合領域と径方向に重畳する前記筒状部の外周面の部分であって、且つ、前記周方向溝と前記筒状部の先端との間の位置に、副周方向溝が円周方向に設けられ、
   前記トルク検出用スリーブの基端部の一部分が、前記副周方向溝にかしめ付けられている、請求項１〜３の何れか１項に記載した電動式パワーステアリング装置。
5. ステアリングコラムと、ステアリングシャフトと、ハウジングとを備え、
   前記ステアリングコラムは、インナコラムとアウタコラムとを有し、前記アウタコラムの前部が前記インナコラムの後部に軸方向の相対変位可能に外嵌され、
   前記ステアリングシャフトは、前記入力軸とアッパシャフトとを有し、アッパシャフトの前部が前記入力軸の後部にトルク伝達を可能に且つ軸方向の相対変位を可能に嵌合され、
   前記ステアリングシャフトは、前記ステアリングコラムの内側に回転自在に支持され、ステアリングコラムの後端開口から突出した前記アッパシャフトの後端部に、前記ステアリングホイールが固定され、
   前記ハウジングは、前記インナコラムの前端部に結合固定された状態で、当該ハウジングの内側に前記出力軸を回転自在に支持し、
   前記入力軸の前記端部と、前記出力軸の前記端部および中間部とが、前記ハウジングの内側に配置され、
   前記入力軸と出力軸の前記一方は前記入力軸であり、前記入力軸と出力軸の前記他方は前記出力軸である、
   請求項１〜４の何れか１項に記載した電動式パワーステアリング装置。

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