电动式动力转向装置用柱单元的制作方法
【专利说明】电动式动力转向装置用柱单元
[0001]本申请是国际申请号为PCT/JP2012/051118、国际申请日为2012年I月19日、于2012年2月23日进入中国国家阶段、申请号为201280000037.3的发明专利申请“电动式动力转向装置用柱单元”的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种电动式动力转向装置用柱单元，具有:转向柱，该转向柱在内侧以能够自由旋转的方式支承转向轴；壳体，该壳体在内部收纳电动式动力转向装置的构成零件。
【背景技术】
[0003]如图45所示，汽车用转向装置构成为，将方向盘I的旋转向转向齿轮单元2的输入轴3传递，随着该输入轴3的旋转，推拉左右一对拉杆4，而对前车轮赋予转向角。方向盘I被支承固定在转向轴5的后端部，该转向轴5在沿轴向插通有圆筒状的转向柱6的状态下，以能够自由旋转的方式支承于该转向柱6。在电动式动力转向装置中，转向柱6的前端部被连结固定在壳体9的后端部，该壳体9收纳有构成电动辅助机构(操向辅助部)的蜗杆减速器7和构成转矩测定装置8的转矩传感器(位移传感器)14(参照图31)等。另夕卜，在该壳体9上，支承固定有电动辅助机构的动力源即电动机10。
[0004]通过方向盘I使转向轴5旋转时，施加于该转向轴5的转矩的方向及大小通过转矩测定装置8测定。该转矩测定装置8由以下部件构成:输入轴12及输出轴13，该输入轴12及输出轴13以能够自由旋转的方式被支承在壳体9内，并通过扭杆11相互结合；转矩传感器14，该转矩传感器14用于测定与这些输入轴12及输出轴的旋转方向相关的相对位移量。
[0005]基于该转矩测定装置8的测定结果，电动机10经由蜗杆和输出轴13所具有的与该蜗杆啮合的蜗轮，将与方向盘I的操作方向相同的方向的辅助转矩赋予输出轴13，而由比从转向轴5向输入轴12输入的转矩大的转矩使输出轴13旋转。
[0006]输出轴13的前端部通过通用联轴器15a与中间轴16的后端部连接，该中间轴16的前端部通过其他的通用联轴器15b与输入轴3连接。此外，图45所示的构造是组装有用于调节方向盘I的上下位置的倾斜机构、和用于调节前后位置的伸缩机构。因此，将转向柱6的中间部以相对于车身17上所支承的上部支承托架18能够调节上下位置及前后位置的方式支承。另外，为构成倾斜机构，经由下部支承托架23，将设置在壳体9的前侧上端部的支承筒19以相对于车身17能够进行以横轴为中心的摆动位移的方式支承。另外，为构成伸缩机构，转向轴5采用以能够进行转矩传递且能够伸缩的方式组合内轴和外轴的结构，转向柱6采用以能够伸缩的方式组合外柱和内柱的结构。
[0007]在这样地组合转向柱6和壳体9而构成的电动式动力转向装置用柱单元中，为实现其轻量化以及低成本化，壳体9为合成树脂制，记载在日本特开2009 - 298246号公报中。图46表示该文献记载的电动式动力转向装置用柱单元的以往构造的一例。在该以往构造的情况下，分别是聚酰胺树脂等的合成树脂制，通过对收纳转矩测定装置8的传感器壳体20和收纳蜗杆减速器7的齿轮壳体21进行焊接，而构成中空的壳体9a。在本例中，转向柱6a以能够伸缩的方式组合外柱和内柱而构成，但在这样的构造中，在壳体9a为合成树脂制的情况下，从确保强度及刚性的观点出发，存在需要由铁系合金等金属形成转向柱6a的情况。在图46所示的以往构造的情况下，通过将金属制且圆筒状的转向柱6a的前端部外嵌于形成在合成树脂制的壳体9a的后端部上的圆筒部22，来结合壳体9a的后端部和转向柱6a的前端部。
[0008]但是，在这样地组合合成树脂制的壳体9a和金属制的转向柱6a的以往构造的情况下，难以提高壳体9a的后端部和转向柱6a的前端部的结合强度。即，即使是以过盈配合嵌合固定壳体9a的后端部和转向柱6a的前端部的情况下，基于构成壳体9a的合成树脂和构成转向柱6a的金属之间的线膨胀率之差，该结合固定部的嵌合强度可能逐渐降低。尤其是，当伴随温度上升的圆筒部22的外径的扩大量变得比转向柱6a的前端部的内径的扩大量大时，压付圆筒部22的外周面的力(面压)变得过大，该圆筒部22朝向外径变小的方向发生塑性变形。其结果，该结合固定部的嵌合强度的降低变得明显。
[0009]另外，基于金属和合成树脂的过盈配合的、该结合固定部的强度及刚性不一定从初期阶段变大。因此，在方向盘I的高度调节时等，对该结合固定部施加弯曲方向的力的情况下，圆筒部22的外周面也可能发生塑性变形，该结合固定部的嵌合强度可能降低。无论如何，该嵌合强度降低时，可能产生转向柱6a和壳体9a的结合部晃动等问题。此外，在通过铁类合金等具有规定强度和刚性的金属制造转向柱并通过铝合金等质量轻且比铁类合金等软质的金属制造壳体的情况下，也会产生同样的问题。
[0010]另一方面，在汽车用转向装置中，发生碰撞事故时，为保护驾驶员，设置有吸收碰撞时的冲击的机构。首先，中间轴8以通过冲击负荷能够收缩全长的方式构成，在汽车与其他汽车等碰撞的一次碰撞时，无论转向齿轮单元2是否发生向后方的位移，都经由转向轴5使方向盘I向后方位移，防止冲撞驾驶员的身体。另外，接着一次碰撞，发生驾驶员的身体与方向盘I碰撞的二次碰撞，对于此时的冲击，通过设置如下的能量吸收机构来实现驾驶员的保护，即，相对于车身，以能够通过伴随二次碰撞的向前方的冲击负荷而向前方脱离的方式对支承方向盘I的转向柱6进行支承，并吸收该冲击负荷。
[0011]在这样的冲击吸收式转向柱单元中，从实现轻量化及成本降低的观点出发，尝试谋求转向柱自身的轻量化。图47表示日本特开2010 - 36677号公报公开的电动式动力转向装置用柱单元的一例。在该构造中，构成转向柱6b的外柱24由金属制的保持筒26和合成树脂制的轴套27构成，在该轴套27的内周面，内嵌有构成转向柱6b的金属制的内柱25。另外，在轴套27的后端部内周面，在通常情况下内柱25没有嵌合的部分，形成有多个突条部28，通过内柱25刮去该突条部28，来吸收冲击能量。在该构造中，外柱24中的轴套27采用合成树脂制，由此实现轻量化，并且，通过在转向柱6b内设置能量吸收机构，能够实现冲击吸收式转向柱单元的小型化及稳定的冲击能量吸收特性。
[0012]但是，在该文献的装置中，只不过外柱24的轴套27由合成树脂形成，对于轻量化来说不充分。而且，不仅谋求单兀整体的轻量化，在研究其改良时，作为冲击吸收式转向柱还要确保规定的强度及刚性，而且，还要求确保二次碰撞时的转向柱和车身的安装刚性。
[0013]现有技术文献
[0014]专利文献1:日本特开2009 - 298246号公报
[0015]专利文献2:日本特开2010 - 36677号公报
【发明内容】
[0016]本发明鉴于上述情况，其目的是实现同时确保轻量化和强度及刚性的电动式动力转向装置用柱单元的构造。而且，其目的是实现谋求提高向车身的安装刚性且同时确保上述轻量化和强度及刚性的构造。
[0017]另外，本发明的目的是实现如下构造，S卩，在构成柱单元的转向柱和壳体中的一方是树脂制而需要另一方为金属制的方式中，确保所述转向柱的前端部和所述壳体的后端部之间的结合部的强度及刚性，并且同时确保上述的轻量化和强度及刚性。
[0018]本发明的第一方式的电动式动力转向装置用柱单元的特征在于，具有:
[0019]转向柱，该转向柱具有外柱、和配置在该外柱的车身后方侧且在二次碰撞时能够向车身前方侧塌陷移动地与该外柱嵌合的内柱，在该转向柱内部以能够转动的方式枢轴支承转向轴；
[0020]壳体，该壳体具有被安装在所述外柱的车身前方侧且对用于检测作用于所述转向轴的转矩的转矩传感器进行收纳的传感器壳体、和对根据所述转矩传感器的检测值赋予规定的操向辅助力的电动辅助机构的一部分进行收纳的齿轮壳体；
[0021]下部支承托架，该下部支承托架能够将所述外柱的车身前方侧或所述壳体固定在车身上；
[0022]上部支承托架，该上部支承托架能够将所述外柱的车身后方侧固定在车身上，
[0023]所述齿轮壳体和所述外柱由合成树脂一体成形，或者，所述外柱、所述下部支承托架和所述上部支承托架由合成树脂一体成形。
[0024]优选地，除了所述齿轮壳体和所述外柱以外，所述下部支承托架及所述传感器壳体也由合成树脂一体成形。或者，优选地，除了所述齿轮壳体和所述外柱以外，所述下部支承托架、所述传感器壳体及所述上部支承托架也由合成树脂一体成形。
[0025]所述合成树脂优选是含有玻璃纤维的合成树脂。
[0026]在具有用于封闭所述齿轮壳体的车身前方侧的端面的前罩的情况下，该前罩优选螺入所述齿轮壳体的端面，并且通过在对该前罩和所述齿轮壳体之间的接合面加压的同时熔融并焊接，将其固定在所述齿轮壳体上。
[0027]优选地，通过过盈配合将所述内柱的外周面嵌合于所述外柱的内周面，并且，在所述外柱和所述内柱之间架设有二次碰撞时能够断裂的断裂销。
[0028]优选地，在所述外柱的内周面，沿该外柱的轴线方向伸长的多个突状部形成在周向的多个位置，所述内柱的外周面与该突状部嵌合。
[0029]本发明的第二方式的电动式动力转向装置用柱单元的特征在于，具有:
[0030]转向柱，该转向柱具有合成树脂制的外柱、和配置在该外柱的车身后方侧且在二次碰撞时能够向车身前方侧塌陷移动地与该外柱嵌合的内柱，在内部以能够转动的方式枢轴支承转向轴；
[0031]下部支承托架，该下部支承托架在所述外柱的车身前方侧或与所述外柱的车身前方侧一体形成的部分，以向车身上方侧突出的方式一体形成，具有平行于与所述外柱的中心轴线正交的水平轴线地形成的下部侧安装孔；
[0032]上部支承托架，该上部支承托架以向车身上方侧突出的方式一体形成在所述外柱的车身后方侧，具有平行于与所述外柱的中心轴线正交的水平轴线地形成的上部侧安装孔；
[0033]金属制的下部侧安装螺栓，该下部侧安装螺栓被穿插在所述下部侧安装孔中，用于将所述下部支承托架固定在车身上所固定的金属制的下部侧车身安装板上；
[0034]金属制的上部侧安装螺栓，该上部侧安装螺栓被穿插在所述上部侧安装孔中，用于将所述上部支承托架固定在车身上所固定的金属制的上部侧车身安装板上。
[0035]该电动式动力转向装置用柱单元还可以包含所述下部侧车身安装板及所述上部侧安装板。该情况下，优选地，在所述下部侧车身安装板上，形成有车身前方侧闭锁且车身后方侧开放并穿插有所述下部侧安装螺栓的下部侧切槽，并且，在所述上部侧车身安装板上，形成有车身前方侧闭锁且车身后方侧开放并穿插有所述上部侧安装螺栓的上部侧切槽。
[0036]优选地，所述下部侧切槽及所述上部侧切槽的车身上下方向的槽宽都形成为车身后方侧比车身前方侧的宽。
[0037]优选地，在所述上部侧切槽的车身下方侧的缘部，在与车身前方侧的闭锁端部相比靠车身后方侧的前后方向中间部，形成有向车身上方侧突出的凸部。
[0038]优选地，从所述下部侧切槽的车身下方侧的缘部的车身前方侧的闭锁端部到车身后方侧的开放端部的长度，比从所述上部侧切槽的车身下方侧的缘部的车身前方侧的闭锁端部到车身后方侧