JP2603568B2 - 動力舵取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車に装備され、舵
輪操作に要する力を電動モータの回転力により補助する
電動式の動力舵取装置（パワーステアリング装置）に関
する。

【０００２】

【従来技術】舵輪に加えられた操舵トルクの検出結果に
基づいて操舵補助用のモータを駆動し、自動車の操舵に
要する力を該モータの回転力により補助することによ
り、運転者に快適な操舵感覚を提供する電動式の動力舵
取装置が開発されている。

【０００３】この動力舵取装置は、自動車の舵取機構の
形式により若干の相違はあるが、例えば、舵輪軸（ステ
アリングコラム）にユニバーサルジョイントを介して連
結されたピニオンと、これに噛合されたラック軸とから
なり、舵輪の回動操作に伴うピニオンの回動をラック軸
の軸長方向への移動に変換して舵取りを行わせるラック
・ピニオン式の舵取機構を備えた自動車においては、前
記ピニオンの軸を舵輪軸に連なる入力軸と、ラック軸に
連なる出力軸とに分割すると共に、これらをトーション
バーを介して同軸上に連結し、該トーションバーに生じ
る捩れに伴って前記入力軸と出力軸との間に生じる相対
変位として前記操舵トルクを検出する、例えばポテンシ
オメータを用いてなるトルクセンサを構成すると共に、
前記ピニオン又は該ピニオンと異なる軸長方向位置にお
いて前記ラック軸に噛合する他のピニオンに、適宜の減
速装置を介してその回転力を伝達するように前記操舵補
助用のモータを配設した構成となっている。

【０００４】このように従来の動力舵取装置において
は、トルクセンサ及び操舵補助用のモータが、いずれも
車体前部のエンジンルームの下部に位置する舵取機構の
周辺に配設されており、余剰空間の少ないエンジンルー
ム内において前記モータの配置に制約を受けると共に、
トルクセンサ又はモータに不都合が生じた場合、これら
の修理又は調整を狭い空間内において行わざるを得ず、
困難なメンテナンス作業を強いられるという難点があっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで舵輪軸をモータ
によって回転させる構成とし、またトルクセンサも舵輪
軸側に設けることとして上記難点の解消を図れるように
したものが提案されている（例えば特開昭60−67264
号, 特開昭61−37581 号，実開昭61−48870号) が、装
置全体が大きく、車室側に収容できるように実用化され
るには至っていない。

【０００６】また例えば軽自動車のように寸法制約が厳
しい仕様の場合、舵輪軸の長さ方向の寸法を短くする必
要がある。しかし、舵輪軸の長さ方向寸法を短くすると
所望の衝撃エネルギー吸収特性を得ることが難しくな
る。即ち、２次衝突（運転者が車輌衝突時の衝撃で前方
へ移動し、舵輪に突き当たる現象）時の衝撃を緩和する
上で、舵輪軸の長さ方向の衝撃エネルギー吸収機構の吸
収ストロークを大きくとることが好ましく、そのために
変形しない構造物（減速装置など）の部分の同方向の長
さを可及的に小さくすることが望まれるのである。本発
明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、以上のよ
うな舵輪軸の長さ方向の衝撃エネルギー吸収機構の吸収
ストロークを大きくすることができると共に、更に長期
に亘る信頼性が高い動力舵取装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る動力舵取装
置は、舵輪に連設され車室内部に配設された舵輪軸を車
室外部に配設された舵取機構に連結部材を介して連結し
てあり、前記舵輪に加えられる操舵トルクの検出結果に
基づいて操舵補助用のモータを駆動する動力舵取装置に
おいて、前記舵輪軸は舵輪側の入力軸と、舵取機構側の
出力軸と、入力軸及び出力軸間を連結するトーションバ
ーとを備え、該トーションバーのねじれ変位を電気変位
に変換出力して前記操舵トルクを検出するトルクセンサ
と、前記舵輪軸の前記トルクセンサの配設位置よりも舵
取機構側の部分に嵌着されたウォームホイール及び該ウ
ォームホイールと直交して噛合され、前記モータの回転
軸に連結されるウォーム軸を有する伝動装置と、シール
手段を有する軸受により分離された２つの空間夫々に前
記伝動装置及び前記トルクセンサを収納してある、前記
舵輪軸のハウジングとを具備し、前記舵輪軸の前記トル
クセンサの配設位置よりも舵輪側の部分にシール手段を
有する軸受の内輪を外嵌し、外輪を前記ハウジングに内
嵌してあることを特徴とする。

【０００８】本発明においては、モータからの伝動装置
としてウォーム軸及びウォームホイールを使用している
ので舵輪軸の変形しない部分の長手方向寸法が短くな
る。またこの伝動装置及びトルクセンサを収納してある
ハウジングは、言うまでもなく潤滑剤が不可欠な前者
と、センサという性格上清浄雰囲気を要する後者とをシ
ール手段を有する軸受で分離した空間内に収納してある
ので、伝動装置及びトルクセンサの長期に亘る高い信頼
性が確保され、また、このシール手段を有する軸受でこ
れらの収納空間の分離及び封止を兼用しているので、そ
の分舵輪軸の変形しない部分の長手方向寸法を短くでき
る。これらにより、舵輪軸の２次衝突時の衝撃エネルギ
ー吸収機構の吸収ストロークを長くすることができ、安
全性が向上する。

【０００９】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図１は本発明に係る動力舵取装置における
舵輪に連なる軸系の側断面図である。

【００１０】図示の軸系は、これに軸長方向の過大な力
が作用した場合にこの力を吸収し、衝突事故の際に運転
者を保護する、所謂安全ハンドル構造を有するものであ
り、図において１は、その上端部（図１の右側端部）に
図示しない舵輪をこれと同軸をなした状態に固定してな
る上部軸10と、この下端部に薄肉円筒形をなす連結部材
11を介して同軸上に連結されてなる下部軸12とからな
り、舵輪の回動に伴ってその軸心廻りに回動する舵輪軸
（ステアリングコラム）である。上部軸10の下部には、
軸長方向に適長離隔させて２本の環状溝 10a,10aが形成
してあり、また連結部材11の上部には、前記環状溝 10
a,10a間の離隔距離と略等しい距離だけ軸長方向に離隔
した位置に、これを半径方向に貫通する各複数個の円孔
11a,11aが周方向に略等配をなして形成してある。そし
て、上部軸10と連結部材11とは、環状溝 10a,10aが円孔
11a,11aの形成位置の内側に位置するまで上部軸10を連
結部材11に内嵌せしめた後、各円孔 11a,11a…から環状
溝 10a,10aに樹脂を注入し、該樹脂を固化せしめて連結
されている。該樹脂は、通常の舵輪操作に伴い上部軸10
に作用する力に対しては十分な強度を有し、上部軸10と
連結部材11とを強固に連結するが、上部軸10の軸長方向
に過大な力が作用した場合には剪断破壊するから、上部
軸10は連結部材11の内部をその軸長方向に移動できる。

【００１１】また上部軸10をその内部に支承する円筒状
をなす上部軸ハウジング20は、連結部材11を囲繞する円
筒状の連結部材ハウジング21の外側に、薄肉円筒状の球
保持部材22の軸長方向の２個所に保持させた各複数個の
小球 22a,22aを介して係合させてあり、前述した如く上
部軸10と連結部材11とを連結する樹脂が破断して上部軸
10が移動する際に、前記小球 22a,22a…の夫々が、上部
軸ハウジング20の内周面上又は連結部材ハウジング21の
外周面上を摺動し、その摺動抵抗により上部軸10に作用
する衝撃力が吸収されるようになっている。

【００１２】さて前記下部軸12は、夫々が中空の断面形
状をなす上，下２本の入力軸 12a及び出力軸 12bからな
り、入力軸 12aは筒状をなし前記連結部材ハウジング21
の下側に連設された下部軸ハウジング23の内部に玉軸受
24にて支承され、また出力軸12bは下部軸ハウジング23
の内部に嵌合された玉軸受25及び26にて支承されてい
る。これらの玉軸受24、25、26は図示のようにシール部
材を備えており、玉軸受25と玉軸受26とによって封じら
れた空間をウォームホイール50及びウォーム軸51の伝動
装置を収納する空間とし、ここにはグリース等の潤滑剤
が封入される。一方、玉軸受25と玉軸受24とによって封
じられて外部からの微粉塵の侵入を防止している空間に
はトルクセンサ４が収納されている。下部軸ハウジング
23は図１に逆方向のハッチングを付して示すように、舵
輪側と舵取機構側との２分割構成になっている。入力軸
12a及び出力軸 12bの夫々の中空部には、両者の長さの
和に略相当する長さを有し、その中央部分を細径の一様
な円形断面に加工してなるトーションバー３が内挿して
ある。該トーションバー３は、そのやや大径に加工され
た両端部を、入力軸 12aの上端部及び出力軸 12bの下端
部に半径方向にこれらを貫通するノックピン 3a,3bによ
り夫々係止され、入力軸 12aと出力軸 12bとを同軸上に
連結している。入力軸12a の上端部には、前記連結部材
11の下端部が外嵌され、前記ノックピン3aによりトーシ
ョンバー３と共に係止されており、入力軸 12aは連結部
材11を介して前記上部軸10の回動、換言すれば舵輪の回
動に伴って回動するようになしてある。また前記出力軸
12bの下端部は、車体前部のエンジンルーム内に配設さ
れた図示しない舵取機構に、ユニバーサルジョイント13
を介して連結してあり、該出力軸 12bの回動方向及び回
動量に応じた舵取りがなされるようになっている。

【００１３】以上の如く入力軸 12aと出力軸 12bとはト
ーションバー３を介して連結されているから、舵輪に操
舵トルクが加えられた場合、舵輪と共に回動する入力軸
12aと、舵取機構中において拘束された状態にあるピニ
オン軸に連結された出力軸 12bとの間には、該操舵トル
クによりトーションバー３に生じる捩れに応じた相対変
位が生じる。入力軸 12aと出力軸 12bとの間に装着され
たトルクセンサ４は、操舵トルクを前記相対変位として
検出するポテンシオメータを用いてなるものであり、入
力軸 12aに遊嵌されたスリーブ40に外嵌され、該スリー
ブ40と共にピン41aによりその回動を入力軸 12aに拘束
された抵抗体保持部材41と、その上半部を前記スリーブ
40に外嵌されていると共に、その下半部を出力軸 12bの
上端部に遊嵌され、ピン 42aによりその回動を出力軸 1
2bに拘束された検出子保持部材42とからなる。抵抗体保
持部材41の下端面と検出子保持部材42の上端面とは、夫
々下部軸12の軸心に直交し、軸長方向に適長離隔した状
態で互いに対向されており、前者にはその軸心を中心と
する適宜の円環状にポテンシオメータの抵抗体43が形成
してあり、後者には抵抗体43に摺接する検出子44が装着
されている。抵抗体43への所定の電位の印加及び検出子
44の摺接位置に応じた値となるポテンシオメータの出力
電位の取出しは、抵抗体保持部材41の外周面に設けた複
数本のスリップリング 45,45…に各別に摺接するスリッ
プリングワイヤ 46,46…及び下部軸ハウジング23に固着
した端子箱47を介して行われる。図２はトルクセンサ４
の部分の拡大断面図であり、各スリップリングワイヤ 4
6,46…と、これらに各別に接続したリード線 48,48…と
の間には、本図に示す如く、一側をボディーアースに接
続してなる貫通コンデンサー 49,49…が介装されてお
り、ポテンシオメータへの印加電位、又はポテンシオメ
ータの出力電位に外部からの電波障害に起因する外乱電
位が付加されることを防止している。なお一層の防止効
果を得ようとする場合には、リード線 48,48…にシール
ド線を用いればよい。更に、前述の如く介装した貫通コ
ンデンサー 49,49…は、スリップリングワイヤ 46,46…
が貫通する部分から、下部軸ハウジング23の内部に水,
ほこり等が浸入することをも防止しており、これらに起
因するトルクセンサ４の誤作動の虞がない。

【００１４】トルクセンサ４の出力信号は、制御部７の
入力側に与えられており、制御部７はこの信号により舵
輪に加えられた操舵トルクの方向及びその大きさを認識
し、該制御部７の出力側に図示しない駆動回路を介して
接続された操舵補助用のモータ５（図３参照）を、舵輪
の操作方向に対応する方向に回転させる。

【００１５】さて前記出力軸 12bの軸長方向の中間部に
は、該出力軸 12bに操舵補助用のモータ５の回転力を伝
達するウォームホイール50が、これと同軸をなした状態
に嵌合されている。該ウォームホイール50は、出力軸 1
2bの上部を支承する前記玉軸受25の内輪と、出力軸 12b
の下部外周面に圧入固定され出力軸 12bの下部を支承す
る前記玉軸受26の内輪とによりその両側面を挾持されて
軸長方向に位置決めされており、半月キー 50aにより周
方向に位置決めされている。これらの玉軸受25,26 は２
分割構成の下部軸ハウジング23の舵取機構側の部分にそ
の外輪を内嵌しており、玉軸受25の外輪は下部軸ハウジ
ング23の両部分間で挟持されている。ウォームホイール
50の外周面には、これと軸心を直交させて、操舵補助用
のモータ５に連動連結されたウォーム軸51が噛合せしめ
てある。

【００１６】図３はモータ５の伝動機構の構造を示す図
１のIII −III 線による断面図である。本図に示す如く
ウォーム軸51は、その軸長方向の中間部にウォーム歯を
形成してあり、該ウォーム歯の谷径と同径か又はこれよ
りも小径に加工された先端部を下部軸ハウジング23に圧
入固定された玉軸受52に内嵌せしめてこれに支承させ、
また基部側の中途部をウォーム歯形成部をはさんで前記
玉軸受52と逆側に位置する玉軸受53に支承させて、前述
した如く、ウォームホイール50と軸心を直交させた状態
で下部軸ハウジング23の内部に軸支してある。前記玉軸
受53は、ウォーム軸51に外嵌せしめた状態でその内輪の
両側をウォーム軸51の中途部に設けた大径部と該軸51の
外周面に係合させた止め輪51a とにて挾持させた後、ウ
ォーム歯形成部を内側としてウォーム軸51と共にその外
輪を下部軸ハウジング23に形成した軸受装着孔に内嵌せ
しめ、その外輪の両側を、該装着孔の内周面に係合させ
た止め輪 51bと該装着孔の底面とにて挾持せしめて軸長
方向に位置決めしてあり、ウォーム軸51をラジアル方向
及びスラスト方向に支持するようになしてある。操舵補
助用のモータ５は、その回転軸と同軸上に連動連結され
た電磁クラッチ６を内側として下部軸ハウジング23に形
成したモータ装着孔に嵌合せしめ、取付ボルトにて固定
してウォーム軸51と同軸をなすように下部軸ハウジング
23の外側に装着してある。前記ウォーム軸51は、その玉
軸受53側の端部に形成したスプライン51c により電磁ク
ラッチ６の出力軸に係合してあり、前記モータ５の回転
力は電磁クラッチ６を介してウォーム軸51に伝達され、
更に該軸51と噛合するウォームホイール50を介して前記
出力軸 12bに伝達されるようになっている。

【００１７】モータ５の伝動機構はこのような構成にな
っており、電磁クラッチ６とウォーム軸51とがスプライ
ン結合されているから、モータ５はその取付ボルトを外
すだけで、電磁クラッチ６と共に容易に取り外すことが
でき、また、ウォーム軸51の先端部がウォーム歯の谷径
よりも小径であるから、止め輪 51bを取り外した後、ウ
ォーム軸53を手前に引くことにより、ウォーム軸51を玉
軸受53と共に容易に外部に取出すことができる。従っ
て、伝動機構の点検若しくは修理作業が容易に行え、ま
た初期組立ての際のウォームホイール50とウォーム軸51
との間の整合性が悪い場合、ウォーム軸51を前述の如く
取出し、これを他のウォーム軸51に取換えることによ
り、両者の整合性を容易に改善することができる。

【００１８】モータ５への駆動電流の給断は、前記制御
部７の動作により、トルクセンサ４により検出される操
舵トルクの大きさ及び方向に応じて行われる。そしてこ
の駆動電流により回転するモータ５の回転力は、前述し
た如く電磁クラッチ６，ウォーム軸51及びウォームホイ
ール50を介して出力軸12bに伝達され、更にユニバーサ
ルジョイント13を経て舵取機構中のピニオン軸に伝達さ
れ、該ピニオン軸の回転に伴う前記ラック軸の左又は右
方向への移動により、左又は右への舵取りがなされる。

【００１９】図４はモータ５内部のブラシ取付構造を示
す模式的断面図である。ブラシ54は、その先端部をモー
タ５の整流子56の外周面に半径方向に摺接させた状態で
基部を箱形をなすブラシ取付台55の内部に収納し、モー
タ５の内部の適宜位置に係止した渦巻きばね57により整
流子56に向かう方向に付勢された状態に取付けられてい
る。渦巻きばね57は、その一端部を適宜位置に設けた係
止部材58に係止すると共に他端部をブラシ54の基部に形
成した孔 54aに挿入せしめて装着され、ブラシ54に前記
方向への付勢力を加え、ブラシ54の磨耗が進行した場合
においても該ブラシ54を整流子56に確実に摺接せしめる
ものであるが、ブラシ54の磨耗が所定量に達した後にお
いて以後の前記付勢力の付加を防止するストッパ59が、
渦巻きばね57の前記他端部側の中途部に当接するように
設けてある。このストッパ59は、ブラシ54の磨耗が前記
孔54aの位置に達するまで進行し、該孔 54a中に挿入さ
れた渦巻きばね57の端部が整流子56に接触してモータ５
の回転子が拘束されることを防止するために設けたもの
である。モータ５の回転子が拘束された場合、該モータ
５に連結したウォーム軸51及びこれに噛合するウォーム
ホイール50を介して出力軸 12bの回転が拘束される結
果、舵取りが不能になる虞があるが、前述した如きスト
ッパ59を設けた場合、渦巻きばね57がストッパ59に当接
した後には、ブラシ54と整流子56との接触状態は良好に
保たれなくなる結果、モータ５への駆動電流の供給はな
されなくなるが、モータ５の回転子は拘束されないた
め、出力軸12bの回転が拘束されることはなく、舵取り
不能の危険性は回避される。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係る動力舵取
装置においては、モータからの伝動装置としてウォーム
軸及びウォームホイールを使用しているので舵輪軸の変
形しない部分の長手方向寸法が短くなる。またこの伝動
装置及びトルクセンサを収納してあるハウジングは、言
うまでもなく潤滑剤が不可欠な前者と、センサという性
格上清浄雰囲気を要する後者とをシール手段を有する軸
受で分離した空間内に収納してあるので、伝動装置及び
トルクセンサの長期に亘る高い信頼性が確保され、また
軸受でこれらの収納空間の分離及び封止を兼用している
ので、その分舵輪軸の変形しない部分の長手方向寸法を
短くできる。これらにより、舵輪軸の２次衝突時の衝撃
エネルギー吸収機構の吸収ストロークを長くすることが
でき、安全性が向上する。

【００２１】また実施例中に示したように、ウォーム軸
とウォームホイールとの噛合位置はウォームホイールの
周上において適宜に設定することができるから、前記モ
ータは、ハウジングの外側において、これの周方向のい
かなる位置に装着することもでき、車室の内部の余剰空
間にこれを配置することが可能である。更に本発明に係
る動力舵取装置は、舵輪軸の下部にコンパクトに構成で
きるから、実施例中に示したように安全ハンドル構造を
有する自動車にも適用することが可能であり、また舵輪
軸をそのハウジングと共に取換えるだけで後付けできる
から、手動操舵式の自動車を動力舵取装置を備えた自動
車に容易に改造することが可能となる等優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動力舵取装置の断面図である。

【図２】トルクセンサ部の拡大断面図である。

【図３】モータの伝動機構の構成を示す図１のIII −II
I 線による拡大断面図である。

【図４】モータ内部のブラシ取付構造を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 舵輪軸 ３ トーションバー ４ トルクセンサ ５ モータ ６ 電磁クラッチ 10 上部軸 11 連結部材 12 下部軸 12a 入力軸 12b 出力軸 23 下部軸ハウジング 25,26 玉軸受 50 ウォームホイール 51 ウォーム軸 52,53 玉軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 英雄 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８ 号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 池木 美一 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８ 号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 渡辺 正幸 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８ 号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 上桝谷 哲雄 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８ 号 光洋精工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−234069（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−241270（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−37581（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−58169（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−49075（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 舵輪に連設され車室内部に配設された舵
   輪軸を車室外部に配設された舵取機構に連結部材を介し
   て連結してあり、前記舵輪に加えられる操舵トルクの検
   出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動する動力舵
   取装置において、 前記舵輪軸は舵輪側の入力軸と、舵取機構側の出力軸
   と、入力軸及び出力軸間を連結するトーションバーとを
   備え、 該トーションバーのねじれ変位を電気変位に変換出力し
   て 前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、 前記舵輪軸の前記トルクセンサの配設位置よりも舵取機
   構側の部分に嵌着されたウォームホイール及び該ウォー
   ムホイールと直交して噛合され、前記モータの回転軸に
   連結されるウォーム軸を有する伝動装置と、シール手段を有する軸受により分離された２つの空間夫
   々に前記 伝動装置及び前記トルクセンサを収納してあ
   る、前記舵輪軸のハウジングと を具備し、前記舵輪軸の前記トルクセンサの配設位置よりも舵輪側
   の部分にシール手段を有する軸受の内輪を外嵌し、外輪
   を前記ハウジングに内嵌 してあることを特徴とする動力
   舵取装置。