特許 6493906 パワーステアリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6493906

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】パワーステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 1/16 20060101AFI20190325BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20190325BHJP

   F16F 15/136 20060101ALI20190325BHJP

   F16D 3/68 20060101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   B62D1/16

   B62D5/04

   F16F15/136 A

   F16D3/68

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-187917(P2014-187917)

(22)【出願日】2014年9月16日

(65)【公開番号】特開2016-60294(P2016-60294A)

(43)【公開日】2016年4月25日

【審査請求日】2017年7月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087701

【弁理士】

【氏名又は名称】稲岡 耕作

(74)【代理人】

【識別番号】100101328

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 実夫

(72)【発明者】

【氏名】吉田 充宏

【審査官】 飯島 尚郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１５１６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９９３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５１７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１４２８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７３２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９９０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０６１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０５６２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１２９４４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１４２８５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６４−０３２９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２９０１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ １／１６

Ｂ６２Ｄ ５／０４

Ｆ１６Ｄ ３／６８

Ｆ１６Ｆ １５／１３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステアリングホイールに連結される一端と他端とを含むステアリングシャフトと、
前記ステアリングシャフトの前記一端と前記他端との間に配置された被検出部を含み、前記ステアリングホイールの操作により入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記ステアリングシャフトの前記他端に連結された入力シャフトを含む転舵機構と、前記トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づきアシストトルクを発生して前記転舵機構に付与するアシスト機構と、を含む転舵・アシストユニットと、を備え、
前記ステアリングシャフトは、前記一端から前記他端まで順に連結されるコラムシャフト、並びにトルク伝達時に回転方向にガタを生じ得る回転ガタ要素としての第１自在継手、インタミーディエイトシャフトおよびトルク伝達時に回転方向にガタを生じ得る回転ガタ要素としての第２自在継手を含み、
前記コラムシャフトは、前記一端側から順に第１軸、第２軸および第３軸に分割されるとともに、前記第１軸と前記第２軸とを連結するトーションバーと、前記第２軸と前記第３軸とを弾性連結する粘弾性体を有する回転ダンパーと、を含み、
前記被検出部は、前記第１軸および前記第２軸において相対角変位を生ずる部位に配置され、前記トルクセンサは、前記第１軸と前記第２軸との相対角変位に基づいて操舵トルクを検出するパワーステアリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はパワーステアリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

転舵機構のラック軸に対して、ステアリングホイールからのマニュアル操舵力を伝達する主ピニオン軸と、電動モータからの操舵補助力を伝達する補助ピニオン軸とを係合させるパワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
特許文献１では、車室内に配置されたステアリングホイールが、エンジンルーム内に配置された転舵機構の入力軸である前記主ピニオン軸に対して、操舵軸および自在継手を介して連結されている。

【0003】

また、ステアリングホイールの回転力を検出するトルクセンサが、前記操舵軸において車室内に配置される部分に配置されている。前記電動モータは、転舵機構に取り付けられ、トルクセンサの検出値に応じて転舵機構を動作させるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６４−３２９６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１において、自在継手は、トルク伝達時に回転方向にガタを生ずるおそれがある。特に中立位置付近での運転者によるステアリング操作において、前記ガタがステアリングホイールに伝達されて、運転者が、ガタ感を感じるおそれがある。このため、操舵フィーリングが低下する。
また、ガタの影響で、トルクセンサの検出応答性が低下するので、電動モータから転舵機構に付与される操舵補助力の付与応答性が低下する。このため、操舵フィーリングが低下する。

【0006】

本発明の目的は、ガタ感が抑制され応答性に優れた操舵フィーリングを得ることのできるパワーステアリング装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、ステアリングホイール（２）に連結される一端（３ａ）と他端（３ｂ）とを含むステアリングシャフト（３）と、前記ステアリングシャフトの前記一端と前記他端との間に配置された被検出部（４ａ）を含み、前記ステアリングホイールの操作により入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ（４）と、前記ステアリングシャフトの前記他端に連結された入力シャフト（６）を含む転舵機構（７）と、前記トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づきアシストトルクを発生して前記転舵機構に付与するアシスト機構（８）と、を含む転舵・アシストユニット（５）と、を備え、前記ステアリングシャフトは、、前記一端（３ａ）から前記他端（３ｂ）まで順に連結されるコラムシャフト（９）、並びにトルク伝達時に回転方向にガタを生じ得る回転ガタ要素としての第１自在継手（１０）、インタミーディエイトシャフト（１１）およびトルク伝達時に回転方向にガタを生じ得る回転ガタ要素としての第２自在継手（１２）を含み、前記コラムシャフトは、前記一端（３ａ）側から順に第１軸（９１）、第２軸（９２）および第３軸（９３）に分割されるとともに、前記第１軸（９１）と前記第２軸（９２）とを連結するトーションバー（９４）と、前記第２軸（９２）と前記第３軸（９３）とを弾性連結する粘弾性体を有する回転ダンパー（９５）と、を含み、前記被検出部は、前記第１軸および前記第２軸において相対角変位を生ずる部位に配置され、前記トルクセンサは、前記第１軸と前記第２軸との相対角変位に基づいて操舵トルクを検出するパワーステアリング装置（１）を提供する。

【0008】

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。

【発明の効果】

【0010】

請求項１の発明によれば、ステアリングシャフトにおいて、被検出部と、被検出部よりも入力シャフト側に配置された回転ガタ要素との間に、回転ダンパーが配置される。したがって、回転ガタ要素である第１自在継手および第２自在継手のガタがステアリングホイールに伝達されて操舵フィーリングにガタ感が生ずることを抑制することができる。また、被検出部へのガタの伝達が抑制されることにより、トルクセンサの検出応答性が向上する。したがって、ガタ感が抑制され且つ応答性の良い操舵フィーリングを達成することができる。

【0011】

また、ガタや路面振動が、ステアリングホイールや被伝達部に伝達されることが、粘弾性体によって抑制される。これにより、操舵フィーリングをより向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態のパワーステアリング装置の模式図である。

【図2】マニュアル操舵系の模式的概略図である。

【図3】回転ダンパーの分解斜視図である。

【図4】回転ダンパーの断面図であり、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿って切断された断面図に相当する。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態のパワーステアリング装置の概略図である。図１を参照して、パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２に連結される一端３ａと他端３ｂとを含むステアリングシャフト３と、ステアリングホイール２から入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、転舵・アシストユニット５とを備えている。

【0014】

転舵・アシストユニット５は、ステアリングシャフト３の他端３ｂに連結される入力シャフトとしての第１ピニオンシャフト６を含む転舵機構７と、転舵機構７にアシストトルクを付与するアシスト機構８とを含む一体のアセンブリとして構成されている。
ステアリングシャフト３は、コラムシャフト９と、第１自在継手１０と、インターミディエイトシャフト１１と、第２自在継手１２とを含む。インターミディエイトシャフト１１は、第１自在継手１０および第２自在継手１２の何れか一方（本実施形態では第１自在継手１０）に連結された筒状の外軸４１と、第１自在継手１０および第２自在継手１２の他方（本実施形態では第２自在継手１２）に連結された内軸４２とを含む。

【0015】

外軸４１と内軸４２とは、軸方向に相対摺動可能にセレーション嵌合されている。図示していないが、外軸４１の内周に設けられた雌セレーションと、内軸４２の外周に設けられた雄セレーションとが嵌合している。
第１自在継手１０、インターミディエイトシャフト１１および第２自在継手１２のそれぞれが、回転方向に僅かなガタ（遊び）を有している。第１自在継手１０、インターミディエイトシャフト１１および第２自在継手１２は、それぞれ回転ガタ要素を構成している。

【0016】

コラムシャフト９の一端（ステアリングシャフト３の一端３ａに相当）には、ステアリングホイール２が連結される。第１自在継手１０は、コラムシャフト９の他端とインターミディエイトシャフト１１の一端１１ａとを連結する。第２自在継手１２は、インターミディエイトシャフト１１の他端１１ｂと転舵機構７の入力シャフトである第１ピニオンシャフト６とを連結する。

【0017】

コラムシャフト９は、車体１３にブラケットを介して支持されるハウジングとしての筒状のコラムハウジング１４に挿通され、コラムハウジング１４によって、軸受１５，１６を介して回転可能に支持されている。
トルクセンサ４は、ステアリングシャフト３の一端３ａと他端３ｂとの間（本実施形態ではコラムシャフト９の一端と他端との間）に配置された被検出部４ａと、被検出部４ａに対向するようにコラムハウジング１４に配置された検出部４ｂとを含む。トルクセンサ４は、ステアリングホイール２の操作により入力される操舵トルクを検出する。

【0018】

コラムシャフト９は、ステアリングホイール２に連結される第１軸９１と、第２軸９２と、第２軸９２と、第１自在継手１０に連結された第３軸９３とを備える。
また、コラムシャフト９は、第１軸９１と第２軸９２とを同軸上に連結するトーションバー９４と、第２軸９２と第３軸９３とを回転方向に連結する回転ダンパー９５とを備える。回転ダンパー９５は、コラムハウジング１４の外部に配置されている。

【0019】

第１軸９１と第２軸９２とは、トーションバー９４の捩じれに伴って相対角変位を生ずる。被検出部４ａは、第１軸９１および第２軸９２において相対角変位を生ずる部位に配置されている。トルクセンサ４の検出部４ｂは、第１軸９１と第２軸９２との相対角変位に基づいて、操舵トルクを検出する。
転舵機構７は、入力シャフトとしての第１ピニオンシャフト６と、転舵軸１７とを備える。第１ピニオンシャフト６は、外周６ａと、外周６ａに設けられた第１ピニオン１８とを含む。転舵軸１７は、その外周１７ａに、第１ピニオン１８に噛み合う第１ラック１９と、第１ラック１９から軸方向Ｘに離隔した第２ラック２０とを有している。

【0020】

また、転舵機構７は、転舵軸１７の軸方向Ｘの一対の端部にそれぞれ連結された一対のタイロッド２１と、各タイロッド２１と対応する転舵輪２２とをそれぞれ連結する一対のナックル２３とを備える。
運転者がステアリングホイール２を操作することで、そのマニュアル操舵力（操舵トルク）により、コラムシャフト９、第１自在継手１０、インターミディエイトシャフト１１、第２自在継手１２、第１ピニオンシャフト６、転舵軸１７、タイロッド２１およびナックル２３を介して転舵輪２２を操舵することができる。

【0021】

すなわち、ステアリングホイール２、コラムシャフト９、第１自在継手１０、インターミディエイトシャフト１１、第２自在継手１２、第１ピニオンシャフト６および転舵軸１７によってマニュアル操舵系ＭＳが構成されている。
アシスト機構８は、操舵補助用の電動モータ２４と、電動モータ２４の回転出力を減速する減速機２５と、電動モータ２４によって減速機２５を介して駆動される第２ピニオンシャフト２６とを備える。第２ピニオンシャフト２６は、外周２６ａと、外周２６ａに設けられて第２ラック２０と噛み合う第２ピニオン２７とを備える。

【0022】

転舵・アシストユニット５は、ユニットハウジング５Ｈを備える。ユニットハウジング５Ｈは、転舵軸１７が挿通されたラックハウジング２８と、第１ピニオンシャフト６を支持する第１ピニオンハウジング２９とを備える。また、ユニットハウジング５Ｈは、第２ピニオンシャフト２６を支持する第２ピニオンハウジング３０と、減速機２５を収容した減速機ハウジング３１とを備える。

【0023】

ラックハウジング２８、第１ピニオンハウジング２９、第２ピニオンハウジング３０および減速機ハウジング３１は、一体に設けられている。具体的には、別ハウジングとして形成されて、一体に固定されている。
ラックハウジング２８は、車体１３によって、または車体１３によって支持された介在フレーム（図示せず）によってリジッドに支持されていてもよい。また、ラックハウジング２８は、車体１３または介在フレームによって支持された弾性部材（図示せず）を介してフローティング支持されていてもよい。

【0024】

電動モータ２４は、第２ピニオンハウジング３０に減速機ハウジング３１を介して固定されたモータハウジング３２と、モータハウジング３２によって支持された出力軸３３とを備えている。減速機２５は、継手３４を介して出力軸３３にトルク伝達可能に連結されたウォームシャフト等の駆動ギヤ３５と、駆動ギヤ３５と噛み合い第２ピニオンシャフト２６に一体回転可能に連結されたウォームホイール等の被動ギヤ３６とを備えている。

【0025】

トルクセンサ４のトルク検出結果は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）３７に与えられる。ＥＣＵ３７では、トルク検出結果や車速センサ（図示せず）から与えられる車速検出結果等に基づいて、内蔵の駆動回路を介して電動モータ２４を駆動制御（アシスト制御）する。電動モータ２４の出力回転が減速機２５を介して減速されて第２ピニオンシャフト２６に伝達され、第１ピニオン１８および第１ラック１９（ラックアンドピニオン機構に相当）によって転舵軸１７の軸方向移動に変換されて、操舵が補助される。

【0026】

図２に示すように、第１自在継手１０は、コラムシャフト９の第３軸９３に連結された第１ヨーク１０ａと、インターミディエイトシャフト１１の外軸４１に連結された第２ヨーク１０ｂと、第１ヨーク１０ａおよび第２ヨーク１０ｂを連結する十字軸１０ｃとを含む。
第２自在継手１２は、インターミディエイトシャフト１１の内軸４２に連結された第１ヨーク１２ａと、第１ピニオンシャフト６（入力シャフト）に連結された第２ヨーク１２ｂと、第１ヨーク１２ａおよび第２ヨーク１２ｂを連結する十字軸１２ｃとを含む。

【0027】

コラムシャフト９は、軸方向に分割された一対の軸としての第２軸９２および第３軸９３と、これら第２軸９２および第３軸９３を回転方向に弾性連結する回転ダンパー９５とを含む。
図３は回転ダンパーの分解斜視図である。図２および図３に示すように、回転ダンパー９５は、第２軸９２の一端９２ａおよび第３軸９３の一端９３ａの何れか一方に設けられた第１回転要素５１と、第２軸９２の一端９２ａおよび第３軸９３の一端９３ａの他方に設けられた第２回転要素５２とを備える。また、回転ダンパー９５は、第１回転要素５１および第２回転要素５２の間に介在し、第１回転要素５１および第２回転要素５２を弾性連結する粘弾性体５３を備える。

【0028】

図４は図２のＩＶＩ−ＩＶ線に沿って切断された断面図である。図３および図４に示すように、第１回転要素５１には、第２回転要素５２が挿入された軸方向の挿入孔５４が設けられている。
挿入孔５４および第２回転要素５２は、相似形の断面形状（例えば十字状断面形状）をなしている。すなわち、挿入孔５４の内周には、放射状に延びる複数の係合凹部５４ａが形成されている。第２回転要素５２の外周は、各係合凹部５４ａ内にそれぞれ配置されるように放射状に突出する複数の係合凸部５２ａを形成している。

【0029】

本実施形態では、係合凹部５４ａおよび係合凸部５２ａが各４つ設けられる場合が示されているが、各５つ以上設けられてもよい。
各係合凹部５４ａは、周方向に対向する一対のトルク伝達面５４ｂ，５４ｃを含む。各係合凸部５２ａは、対応する係合凹部５４ａの一対のトルク伝達面５４ｂ，５４ｃにそれぞれ対向する一対のトルク伝達面５２ｂ，５２ｃを含む。

【0030】

粘弾性体５３は、ゴムまたは樹脂により形成される。粘弾性体５３は、挿入孔５４の内周と第２回転要素５２の外周との間に介在し、周方向に連続している。粘弾性体５３は、対応するトルク伝達面５４ｂ，５２ｂ間にそれぞれ介在する複数のトルク伝達部５３ｂと、対応するトルク伝達面５４ｃ，５２ｃ間にそれぞれ介在するトルク伝達部５３ｃとを含む。また、粘弾性体５３は、トルク伝達部５３ｂとトルク伝達部５３ｃとを交互に接続する接続部５３ａを含む。

【0031】

粘弾性体５３では、第２軸９２および第３軸９３間の相対回転方向に応じて対応する一方のトルク伝達部５２ｂ又は５２ｃが、トルク伝達に寄与する。また、図２を参照して、粘弾性体５３は、路面振動や回転ガタ要素（両自在継手１０，１２およびインターミディエイトシャフト１１）のガタが、トルクセンサ４の被検出部４ａ側に伝達されることを抑制する振動伝達抑制部として機能する。

【0032】

本実施形態によれば、図１および図２に示すように、ステアリングシャフト３において、被検出部４ａと、被検出部４ａよりも入力シャフト（第１ピニオンシャフト６）側に配置された回転ガタ要素（第１自在継手１０、インターミディエイトシャフト１１および第２自在継手１２）との間に、回転ダンパー９５が配置される。
したがって、回転ガタ要素（第１自在継手１０、インターミディエイトシャフト１１および第２自在継手１２）のガタがステアリングホイール２に伝達されて操舵フィーリングにガタ感が生ずることを回転ダンパー９５によって抑制することができる。また、トルクセンサ４の被検出部４ａへのガタの伝達が抑制されることにより、トルクセンサ４の検出応答性が向上する。その結果、ガタ感が抑制され且つ応答性の良い操舵フィーリングを達成することができる。

【0033】

特に、被検出部４ａおよび回転ダンパー９５が、コラムシャフト９に配置されるので、回転ガタ要素としての第１自在継手１０、インターミディエイトシャフト１１および第２自在継手１２のガタが、ステアリングホイール２にガタ感として伝達されたり、トルクセンサ４の検出応答性を低下させたりすることを抑制することができる。したがって、操舵フィーリングを格段に向上することができる。

【0034】

図３に示すように、回転ダンパー９５が、軸方向に分割された一対の軸（第２軸９２および第３軸９３）を弾性連結する粘弾性体５３を含む。したがって、回転ガタ要素のガタや路面振動が、ステアリングホイール２や被検出部４ａに伝達されることが、粘弾性体５３によって抑制される。これにより、操舵フィーリングをより向上することができる。
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、インターミディエイトシャフトが単一の軸で構成されていてもよい。その場合のインターミディエイトシャフトは回転ガタ要素を構成しない。

【0035】

また、図示していないが、コラムシャフトに配置された回転ダンパーが、コラムハウジングの外部に配置されていてもよい。
また、参考形態として、図示していないが、回転ダンパーがインターミディエイトシャフトに配置されてもよい。その場合の回転ダンパーは、回転ガタ要素としての第２自在継手からのガタが、ステアリングホイールや被検出部へ伝達されることを抑制する。

【0036】

また、回転ダンパーとして、ラバーカップリング等の公知の弾性軸継手を用いることができる。
また、第２ピニオンシャフト２６と第２ラック２０とが廃止されてもよい。その場合、図示していないが、アシスト機構が、転舵軸に設けられたねじ軸と、ねじ軸にボールを介して螺合し電動モータにより回転駆動される軸方向移動不能なボールナットとを含んでいてもよい。また、アシスト機構が、マニュアル操舵力が伝達されるピニオンシャフトにアシストトルクを伝達するものであってもよい。

【0037】

その他、本発明は特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

【符号の説明】

【0038】

１…パワーステアリング装置、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト、３ａ…一端、３ｂ…他端、４…トルクセンサ、４ａ…被検出部、４ｂ…検出部、５…転舵・アシストユニット、５Ｈ…ユニットハウジング、６…第１ピニオンシャフト（入力シャフト）、６ａ…外周、７…転舵機構、８…アシスト機構、９…コラムシャフト、１０…第１自在継手（回転ガタ要素）、１１…インターミディエイトシャフト（回転ガタ要素）、１２…第２自在継手（回転ガタ要素）、１３…車体、１４…コラムハウジング、１７…転舵軸、１８…第１ピニオン、１９…第１ラック、２０…第２ラック、２４…電動モータ、２５…減速機、２６…第２ピニオンシャフト、２６ａ…外周、２７…第２ピニオン、２８…ラックハウジング、２９…第１ピニオンハウジング、３０…第２ピニオンハウジング、３１…減速機ハウジング、３２…モータハウジング、３３…出力軸、３４…継手、３５…駆動ギヤ、３６…被動ギヤ、４１…外軸、４２…内軸、５１…第１回転要素、５２…第２回転要素、５２ａ…係合凸部、５２ｂ，５２ｃ…トルク伝達面、５３…粘弾性体、５３ｂ，５３ｃ…トルク伝達部、５４…挿入孔、５４ａ…係合凹部、５４ｂ，５４ｃ…トルク伝達面、９１…第１軸、９２…第２軸（一対の軸の一方）、９３…第３軸（一対の軸の他方）、９４…トーションバー、９５…回転ダンパー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】