JP4817899B2 - 電動式パワーステアリング機構を備える車両用ステアリング装置およびその組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、補助操舵力を発生する電動モータのトルクを出力軸に伝達する電動式パワーステアリング機構を備える車両用ステアリング装置およびその組立方法に関する。

電動式パワーステアリング機構を備える車両用ステアリング装置において、操舵力を操舵輪に出力する出力軸に、補助操舵力を発生する電動モータのトルクを伝達する伝動ギヤ（例えばウォームホイール）が圧入により固定されるものは知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−３１５６５０号公報

従来、出力軸に圧入された伝動ギヤの、出力軸における軸方向での位置決めは、出力軸に一体成形されて設けられた鍔により行われているため、出力軸の素材の径を大きくする必要があることから、加工量が多くなって歩留まりが良好でないこと、および加工に手間を要することから、ステアリング装置のコスト高を招来していた。また、出力軸とは別体の鍔を出力軸に一体化する場合にも、その一体化工程により組立工数が多くなるので、やはりコストが増加する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、伝動ギヤが出力軸に圧入されるステアリング装置において、伝動ギヤの位置決めのために出力軸に設けられる位置決め部を廃止することにより、電動式パワーステアリング機構を備えるステアリング装置のコスト削減を図ることを目的とする。そして、請求項２記載の発明は、その組立方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、運転者の操舵力を操舵輪に出力する出力軸（11）に、補助操舵力を発生する電動モータ（21）に連結される伝動ギヤ（24）を、前記出力軸方向に圧入して固定する車両用パワーステアリング装置の組立方法において、前記出力軸（11）の入力軸側から軸方向に沿って該出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に位置規制治具（40）の収容孔（41）を嵌合することによって、該位置規制治具（40）を前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に一体に位置決めしてから、前記出力軸（11）のピニオン側端部（11ｂ）から軸方向に沿って該出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に、前記伝動ギヤ（24）の中心孔を嵌合するとともに、押圧治具（50）の収容孔（51）を嵌合した後、前記伝動ギヤ（24）の入力軸側端面が前記位置規制治具（40）の当接部（43）に当接する迄、前記押圧治具（50）を前記位置規制治具（40）に向い押圧し、前記伝動ギヤ（24）を軸方向で前記出力軸（11）に対し位置決めして圧入することを特徴とする車両用ステアリング装置の組立方法である。

請求項２記載の発明は、運転者の操舵力を操舵輪に出力する出力軸（11）に、補助操舵力を発生する電動モータ（21）に連結される伝動ギヤ（24）を、前記出力軸方向に圧入して固定する車両用パワーステアリング装置の組立方法において、前記入力軸（10）は中心にトーションバー（15）を嵌装しうるように中空に形成され、該中空入力軸（10）にトーションバー（15）が嵌装され、かつ該トーションバー（15）の入力端は前記中空入力軸（10）の入力端に結合されるとともに、該トーションバー（15）の出力端は前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に結合され、前記入力軸（10）はトルクセンサ（25）のホルダ（25ａ）を介してピニオンハウジング（８）に回転可能に支持され、前記トルクセンサ（25）のホルダ（25ａ）の周壁に設けられた溝に嵌合するように、前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）の外周面から放射方向に突出するピン（25ｄ）が前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に設けられるとともに、前記トルクセンサ（25）のホルダ（25ａ）は前記入力軸（10）に結合される車両用ステアリング装置の組立方法であって、前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）と該入力軸側端部（11ａ）より放射方向に突出したピン（25ｄ）とを、位置規制治具（40）の規制部（42）に当接させることによって、該位置規制治具（40）を前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）の軸方向所定個所に一体に位置決めしてから、前記出力軸（11）のピニオン側端部（11ｂ）から軸方向に沿って該出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に、前記伝動ギヤ（24）の中心孔を嵌合するとともに、押圧治具（50）の収容孔（51）を嵌合した後、前記伝動ギヤ（24）の入力軸側端面が前記位置規制治具（40）の当接部（43）に当接する迄、前記押圧治具（50）を前記位置規制治具（40）に向い押圧し、前記伝動ギヤ（24）を軸方向で前記出力軸（11）に対し位置決めして圧入することを特徴とする車両用ステアリング装置の組立方法である。
なお明細書または特許請求の範囲において、軸方向とは、出力軸の回転中心方向である。
請求項３記載の発明は、前記請求項１または２記載の車両用ステアリング装置の組立を行なうに当り、前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）の端面に当接しうる段形状規制部（42）が形成された位置規制治具（40）と、前記出力軸（11）が収容される収容孔（51）を有するとともに、前記伝動ギヤ（24）のボス部（24b1）の端面に当接しうる当接部（52）を有する押圧治具（50）とでもって組立を行う車両用ステアリング装置の組立方法である。

請求項１記載の発明によれば、出力軸には伝動ギヤの軸方向での位置決めを行う鍔などの位置決め部が設けられていないので、出力軸の小径化が可能になり、出力軸の歩留まりが向上し、しかも加工コストが削減される。この結果、伝動ギヤの位置決めのために出力軸に設けられる位置決め部を廃止することで、電動式パワーステアリング機構を備えるステアリング装置のコストが削減される。
請求項２記載の発明によれば、位置規制治具が出力軸に対する伝動ギヤの軸方向での位置決めを行うため、出力軸には伝動ギヤの位置決めのために位置決め部を設ける必要がない。このため、出力軸の小径化が可能になり、出力軸の歩留まりが向上し、しかも加工コストが削減されて、電動式パワーステアリング機構を備えるステアリング装置のコストが削減される。

以下、本発明の実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明が適用された車両用ステアリング装置Ｓは、ハンドル１と、入力側伝達機構２と、運転者がハンドル１に加える操舵力が伝達機構２を介して入力されると共に左右の操舵輪を操舵する操舵力を出力するギヤボックス３と、ギヤボックス３からの操舵力を前記操舵輪に伝達する出力側伝達機構４とを備える。

ギヤボックス３は、車体に取り付けられるハウジング６と、ハウジング６内に収容されて操舵力を伝達機構４を介して前記操舵輪に出力するラック・ピニオン機構と、補助操舵力を発生する電動式パワーステアリング機構とを備える。
ハウジング６は、車両の左右方向に水平に延びる筒状の第１ハウジングとしてのラックハウジング７と、ラックハウジング７の一方の端部の付近で斜め上方に向けて延びる第２ハウジングとしてのピニオンハウジング８とから構成される。ピニオンハウジング８は、ラックハウジング７と一体成形された下部ハウジング８ａと、下部ハウジング８ａの上端に結合される上部ハウジング８ｂとから構成される。

図２を併せて参照すると、前記ラック・ピニオン機構は、軸受17および該軸受17を保持するトルクセンサ25を介してピニオンハウジング８に回転可能に支持される入力軸10と、ピニオンハウジング８内に収容されて回転可能に支持される出力軸としてのピニオン軸11と、ラックハウジング７内に収容されて左右方向に平行に往復運動可能に支持されるラック軸12と、ラック軸12に設けられたラック14をピニオン軸11に設けられたピニオン13に押し付けるラックガイド16とを備える。ピニオン軸11は、ハンドル１からの操舵力が伝達機構２から入力される入力軸10にトーションバー15を介して連結される。下部ハウジング８ａ内において、ピニオン13とラック14とが噛合し、操舵力に基づいて回転するピニオン軸11のピニオン13により駆動されてラック軸12が左右方向に移動する。入力軸10と同軸に配置されるピニオン軸11は、１対のジャーナル部11ｄ，11ｅにおいてそれぞれ軸受18ａ，18ｂを介して下部ハウジング８ａに回転可能に支持される。それゆえ、ピニオン軸11の回転中心線Ｌは入力軸10の回転中心線に一致する。

伝達機構４は、ラック軸12の両端部にそれぞれ結合される１対のボールジョイント４ａと、該ボールジョイント４ａに結合される１対のタイロッド４ｂと、各タイロッド４ｂと前記操舵輪とを連結するリンク機構（図示されず）とから構成される。
転舵時にラック軸12に補助操舵力を付加する電動式パワーステアリング機構20は、トルクセンサ25で検出された操舵トルクが入力される電子制御ユニット（図示されず）により制御される電動モータ21と、補助操舵力を発生する電動モータ21のトルクをピニオン軸11に伝達する減速機構である伝動機構としてのウォームギヤ22とを備える。

上部ハウジング８ｂに取り付けられるトルクセンサ25は、トーションバー15の捩れ量に比例して軸方向に移動可能に入力軸10に挿入されたホルダ25ａに保持されるコア25ｂと、コア25ｂの位置を検出する１対のコイル25ｃとを備える。入力軸10には、ホルダ25ａの周壁に設けられた螺旋溝（図示されず）に嵌合するピン（図示されず）が固定され、ピニオン軸11には、ホルダ25ａの周壁に設けられた１対の案内溝にそれぞれ嵌合してホルダ25ａを軸方向に平行に移動可能に案内するに１対のピン25ｄが固定される。そして、入力軸10とピニオン軸11とがトーションバー15に捩れを生じさせつつ相対回転すると、コア25ｂが入力軸10および各コイル25ｃに対して、中立位置から軸方向に変位して、その相対的な変位量および変位方向に応じて各コイル25ｃのインダクタンスが変化し、このインダクタンスの変化に基づいて操舵トルクが検出される。

ピニオンハウジング８内に収容されるウォームギヤ22は、下部ハウジング８ａに取り付けられる電動モータ21の回転軸と一体に回転する駆動ギヤとしてのウォーム23と、ピニオン軸11に圧入されることにより固定されて該ピニオン軸11と一体に回転する伝動ギヤとしての被動ギヤであるウォームホイール24とから構成される。

それゆえ、ステアリング装置Ｓにおいて、運転者がハンドル１に加えた操舵力が入力軸10に伝達されると、路面抵抗に起因して入力軸10はトーションバー15に捩りを生じさせつつピニオン軸11を回転させ、ピニオン13により駆動されたラック軸12が左右方向に移動する。同時に、トルクセンサ25により検出される操舵トルクに比例した補助操舵力を発生する電動モータ21が、ウォームギヤ22、ピニオン軸11およびピニオン13を介してラック軸12を左右方向に移動させる。このため、電動モータ21からの補助操舵力がウォームホイール24およびピニオン軸11を介してラック軸12に伝達されて、運転者の操舵力が軽減される。このように、ピニオン軸11は、運転者の操舵力および電動モータ21の補助操舵力を、ラック軸12および伝達機構４を介して前記操舵輪に出力する。

図２を参照して、ピニオン軸11に対するウォームホイール24の固定構造について説明する。
ウォームホイール24は、外周に歯部が形成された合成樹脂製の円板状の本体24ａと、ピニオン軸11に圧入される結合部30としてのボス部24b1を有すると共に本体24ａに埋設された芯金24ｂとから構成される。

ピニオン軸11には、軸方向でピニオン13と入力軸10寄りの入力軸側端部11ａとの間に、ウォームホイール24との結合部30が設けられる。結合部30は、ピニオン軸11へのウォームホイール24の圧入時に、ピニオン軸11に対してウォームホイール24が挿入される側の端部であるピニオン側端部11ｂ寄りの圧入部31と、圧入部31に対して軸方向で端部11ｂとは反対側に位置する端部11ａ寄りの食込み部としてのセレーション部32とから構成される。そして、圧入部31とセレーション部32との間には環状溝33が全周に渡って設けられる。
円柱面からなる外周面を有する圧入部31は、円柱面からなる内周面を有するボス部24b1の内径よりも大きな外径を有する。また、鋸歯状の断面形状のセレーションが全周に渡って形成されたセレーション部32は、圧入部31の外径よりも大きな外径を有する。このため、セレーション部32ではセレーションの径方向での先端がボス部24b1に食い込んでいて、ピニオン軸11とウォームホイール24との相対回転防止に寄与する。

次に、図３，図４を参照して、ステアリング装置Ｓを組み立てる際の、ピニオン軸11へのウォームホイール24の組付工程について説明する。
図３（Ａ），（Ｂ）を参照すると、ピニオン軸11の位置決め工程では、トーションバー15およびピン25ｄが結合されたピニオン軸11が軸方向で位置決めされた状態で位置規制治具40にセットされる。位置規制治具40には、トーションバー15が挿通されると共にピン25ｄおよび端部11ａが収容される収容孔41と、端部11ａが軸方向に平行なる圧入方向で当接することにより軸方向でのピニオン軸11の移動を規制する段形状に形成された規制部42とが設けられる。

図４を参照すると、ピニオン軸11に対するウォームホイール24および押圧治具50の挿入工程では、位置規制治具40に対して軸方向で位置決めされたピニオン軸11に対して、ウォームホイール24が端部11ｂから圧入部31の直前の位置である圧入開始位置まで挿入される。次いで、圧入開始位置にセットされたウォームホイール24に対して、ピニオン軸11が挿入されてピニオン13が収容される貫通孔からなる収容孔51を有する筒状の押圧治具50が端部11ｂからピニオン軸11に挿入され、その当接部52にウォームホイール24のボス部24b1が当接するまで挿入される（図４（Ａ）に示される状態。）。

ピニオン軸11に対するウォームホイール24の圧入工程では、ウォームホイール24と当接している押圧治具50に押圧力が加えられて、押圧治具50により押圧されたウォームホイール24が、圧入開始位置から位置規制治具40の当接部43に軸方向で当接するまで圧入方向に移動して、圧入部31に圧入され、さらにセレーション部32がボス部24b1の内周面に食い込む。そして、ウォームホイール24が当接部43に当接して、圧入工程が終了した時点で、圧入されたウォームホイール24が軸方向でピニオン軸11に対して位置決めされる（図４（Ｂ）に示される状態。）。
その後、一体化されたピニオン軸11とウォームホイール24とから両治具40，50が外されて、ピニオン軸11へのウォームホイール24の組付工程が終了する。

このように、ピニオン軸11に圧入されるウォームホイール24の、ピニオン軸11に対する軸方向での位置決めは、位置規制治具40により行われるので、ピニオン軸11には、ウォームホイール24に当接することにより、ウォームホイール24の軸方向での移動を規制して、ピニオン軸11に対する軸方向でのウォームホイール24の位置決めを行う位置決め部が設けられていない。

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
車両用ステアリング装置Ｓの組立方法において、ピニオン軸11に対して圧入されて固定されるウォームホイール24をピニオン軸11に組み付けるにあたり、位置規制治具40に対して位置決めされたピニオン軸11に対して、ウォームホイール24を押圧治具50により位置規制治具40に軸方向で当接するまで押圧してピニオン軸11に圧入し、圧入されたウォームホイール24を該位置規制治具40により軸方向でピニオン軸11に対して位置決めすることにより、ピニオン軸11へのウォームホイール24の圧入工程において、位置規制治具40がピニオン軸11に対するウォームホイール24の軸方向での位置決めを行うため、ピニオン軸11にはウォームホイール24の位置決めのために位置決め部を設ける必要がない。このように、ウォームホイール24の位置決めのためにピニオン軸11に設けられる位置決め部を廃止することで、ピニオン軸11の小径化が可能になり、ピニオン軸11の歩留まりが向上し、しかも加工コストが削減されて、電動式パワーステアリング機構20を備えるステアリング装置Ｓのコストが削減される。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
出力軸は、ピニオン軸以外の軸により構成されてもよく、伝動ギヤはウォームホイール以外のギヤにより構成されてもよい。

本発明が適用されたステアリング装置の、一部を断面で示す概略全体図である。 図１の概略ＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のステアリング装置において、ピニオン軸に対するウォームホイールの組付工程を説明する図であり、（Ａ）は、ピニオン軸が位置規制治具に位置決めされた状態を示す、（Ｂ）のａ−ａ線断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。 図１のステアリング装置において、ピニオン軸に対するウォームホイールの組付工程を説明する図であり、（Ａ）は、圧入開始位置にあるウォームホイールに対して押圧治具が当接している状態を示し、（Ｂ）は、ピニオン軸に対するウォームホイールの圧入工程が終了した状態を示す。

符号の説明

１…ハンドル、２，４…伝達機構、３…ギヤボックス、６…ハウジング、７…ラックハウジング、８…ピニオンハウジング、10…入力軸、11…ピニオン軸、12…ラック軸、13…ピニオン、14…ラック、15…トーションバー、16…ラックガイド、20…パワーステアリング機構、21…電動モータ、22…ウォームギヤ、23…ウォーム、24…ウォームホイール、25…トルクセンサ、30…結合部、31…圧入部、32…セレーション部、33…環状溝、40…位置規制治具、41…収容孔、42…規制部、43…当接部、50…押圧治具、51…収容孔、
Ｓ…ステアリング装置。

Claims (3)

1. 運転者の操舵力を操舵輪に出力する出力軸（11）に、補助操舵力を発生する電動モータ（21）に連結される伝動ギヤ（24）を、前記出力軸方向に圧入して固定する車両用パワーステアリング装置の組立方法において、
   前記出力軸（11）の入力軸側から軸方向に沿って該出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に位置規制治具（40）の収容孔（41）を嵌合することによって、該位置規制治具（40）を前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に一体に位置決めしてから、
   前記出力軸（11）のピニオン側端部（11ｂ）から軸方向に沿って該出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に、前記伝動ギヤ（24）の中心孔を嵌合するとともに、押圧治具（50）の収容孔（51）を嵌合した後、
   前記伝動ギヤ（24）の入力軸側端面が前記位置規制治具（40）の当接部（43）に当接する迄、前記押圧治具（50）を前記位置規制治具（40）に向い押圧し、
   前記伝動ギヤ（24）を軸方向で前記出力軸（11）に対し位置決めして圧入することを特徴とする車両用ステアリング装置の組立方法。
2. 運転者の操舵力を操舵輪に出力する出力軸（11）に、補助操舵力を発生する電動モータ（21）に連結される伝動ギヤ（24）を、前記出力軸方向に圧入して固定する車両用パワーステアリング装置の組立方法において、
   前記入力軸（10）は中心にトーションバー（15）を嵌装しうるように中空に形成され、
   該中空入力軸（10）にトーションバー（15）が嵌装され、かつ該トーションバー（15）の入力端は前記中空入力軸（10）の入力端に結合されるとともに、該トーションバー（15）の出力端は前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に結合され、
   前記入力軸（10）はトルクセンサ（25）のホルダ（25ａ）を介してピニオンハウジング（８）に回転可能に支持され、
   前記トルクセンサ（25）のホルダ（25ａ）の周壁に設けられた溝に嵌合するように、前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）の外周面から放射方向に突出するピン（25ｄ）が前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に設けられるとともに、前記トルクセンサ（25）のホルダ（25ａ）は前記入力軸（10）に結合される車両用ステアリング装置の組立方法であって、
   前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）と該入力軸側端部（11ａ）より放射方向に突出したピン（25ｄ）とを、位置規制治具（40）の規制部（42）に当接させることによって、該位置規制治具（40）を前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）の軸方向所定個所に一体に位置決めしてから、
   前記出力軸（11）のピニオン側端部（11ｂ）から軸方向に沿って該出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）に、前記伝動ギヤ（24）の中心孔を嵌合するとともに、押圧治具（50）の収容孔（51）を嵌合した後、
   前記伝動ギヤ（24）の入力軸側端面が前記位置規制治具（40）の当接部（43）に当接する迄、前記押圧治具（50）を前記位置規制治具（40）に向い押圧し、
   前記伝動ギヤ（24）を軸方向で前記出力軸（11）に対し位置決めして圧入することを特徴とする車両用ステアリング装置の組立方法。
3. 前記請求項１または２記載の車両用ステアリング装置の組立を行なうに当り、
   前記出力軸（11）の入力軸側端部（11ａ）の端面に当接しうる段形状規制部（42）が形成された位置規制治具（40）と、
   前記出力軸（11）が収容される収容孔（51）を有するとともに、前記伝動ギヤ（24）のボス部（24b1）の端面に当接しうる当接部（52）を有する押圧治具（50）とでもって組立を行う車両用ステアリング装置の組立方法。

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