(57)【要約】【課題】電動モータを効率の良い領域で使用しつつ、十分な転舵力を得られ、かつ、フェールセーフを確保することができる構造を実現する。【解決手段】転舵装置１は、１対の電動モータ７ａ、７ｂにより、減速機８ａ、８ｂを介して、ボールナット４ａ、４ｂを回転駆動することで、ボールねじ軸３を幅方向に変位させることにより、タイロッド３１を押し引きして、操舵輪に舵角を付与する。【選択図】図４
2020199900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
外周面に内径側ボールねじ溝を有し、前記ハウジングの内側に、軸方向に関する変位を可能に、かつ、回転を不能に支持されたボールねじ軸と、
内周面に外径側ボールねじ溝を有し、かつ、前記ボールねじ軸の周囲に該ボールねじ軸に対する相対回転を可能に配置された、複数個のボールナットと、
前記ボールナットを前記ハウジングに対し回転自在に支持する軸受装置と、
前記内径側ボールねじ溝と前記外径側ボールねじ溝との間に転動自在に配置された複数個のボールと、
複数個の電動モータと、
前記電動モータの出力トルクを増大させてから前記ボールナットに付与する、前記電動モータと同数の減速機と、
を備える、転舵装置。
【請求項２】
前記ボールナットを、前記電動モータと同数備える、請求項１に記載の転舵装置。
【請求項３】
前記ボールナットと前記軸受装置と前記電動モータと前記減速機とを、それぞれ１対ずつ備える、請求項２に記載の転舵装置。
【請求項４】
前記ボールナットと前記軸受装置と前記電動モータと前記減速機とが、前記ハウジングの幅方向中央位置を挟んだ両側部分に、それぞれ１個ずつ配置されており、
前記ボールナットと前記軸受装置と前記電動モータと前記減速機とのうち、前記ボールナットが、前記ハウジングの幅方向中央位置に最も近い側に配置されている、請求項３に記載の転舵装置。
【請求項５】
前記ボールナットが、幅方向中央位置を挟んで離隔した状態で、前記ハウジングを介して隣接して配置されている、請求項４に記載の転舵装置。
【請求項６】
前記減速機がウォーム減速機である、請求項１〜５のうちの何れかに記載の転舵装置。
【請求項７】
前記ハウジングが、複数のハウジング素子を組み合わせてなる、請求項１〜６のうちの何れかに記載の転舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアバイワイヤ方式のステアリング装置に組み込まれる、転舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の懸架装置（サスペンション装置）には、左右の車輪を別々のサスペンションにより独立して支持する独立懸架式のものと、左右の車輪を１本の車軸で連結し、この車軸をサスペンションで支持する車軸懸架式（リジットアクスル式）のものとがある。このうち、車軸懸架式の懸架装置は、構造が単純で、かつ、耐久性が高いため、トラックなどの大型車両で採用されている。
【０００３】
トラックなどの大型車両では、エンジンなどの動力源の上に運転席（キャブ）が配置されたキャブオーバ型の構造が採用される。このようなキャブオーバ型の車両に搭載されるステアリング装置では、運転者がステアリングホイールを操作する（回転させる）と、このステアリングホイールの回転は、ステアリングシャフトにより、ステアリングギヤボックスの入力軸に伝達される。この入力軸の回転は、ステアリングギヤボックスによりピットマンアームの揺動運動（首振り運動）に変換される。ピットマンアームは、ドラッグリンクおよびナックルアームを介して、１対の操舵輪（通常は前輪）のうちの一方の操舵輪（たとえば右前輪）に接続され、かつ、一方の操舵輪は、タイロッドおよびタイロッドアームを介して他方の操舵輪（たとえば左前輪）に接続されている。したがって、ステアリングホイールの回転に伴ってピットマンアームが揺動すると、ドラッグリンクが前後方向に押し引きされて、ナックルアームが揺動し、一方の操舵輪に舵角が付与されると同時に、タイロッドが幅方向に押し引きされ、タイロッドアームが揺動し、他方の操舵輪に舵角が付与される。
【０００４】
また、ステアリング装置には、運転者がステアリングホイールを操作するのに要する力を軽減するためのパワーステアリング装置が組み込まれる。パワーステアリング装置には、補助動力源として電動モータを利用する電動式のものと、油圧を利用する油圧式のものとがある。トラックなどの大型車両では、大きな補助トルクを得られる油圧式のパワーステアリング装置が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１９８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、運転者の負担を軽減するため、追従走行や隊列走行を含む自動運転技術の研究が進められている。車両が自動運転モードで走行しているときは、車両の周囲の状況や移動距離、移動方向などを各種センサにより取得し、これらのセンサからの情報に基づいて適切な舵角を求め、アクチュエータにより操舵輪に舵角を付与する。
【０００７】
トラックなどの大型車両において、自動運転を実現するために、パワーステアリング装置の補助動力源である油圧アクチュエータを、操舵輪に舵角を付与するアクチュエータとして使用することが考えられる。しかしながら、実際には、ステアリング装置を構成する各部材同士の接続部に存在するガタや遊び（不感帯）、油圧アクチュエータの不感帯などの影響により、舵角の細やかな調節が難しいといった問題が生じる。また、パワーステアリング装置の補助動力源を使用して、自動運転を実現すると、車両が自動運転モードで走行中に、舵角の調節に伴いステアリングホイールが回転し、車両の搭乗者に違和感を与える可能性がある。
【０００８】
そこで、自動運転モードを備える車両では、ステアリング装置として、電動モータを駆動源として操舵輪に舵角を付与する、ステアバイワイヤ方式のものを使用することが好ましい。ステアバイワイヤ方式のステアリング装置は、ステアリングホイールなどの操縦桿を有する操舵装置と、電動モータを動力源として操舵輪に舵角を付与する転舵装置とを電気的に接続してなる。
【０００９】
特開２００５−３１９８９８号公報（特許文献１）には、ステアバイワイヤ方式のステアリング装置を構成する転舵装置として使用可能な構造が記載されている。特開２００５−３１９８９８号公報に記載の転舵装置は、ボールねじ装置を利用したもので、ボールねじ軸（ラック）を、ダイレクトドライブ方式の電動モータにより回転させ、該ボールねじ軸を直動運動させることにより、操舵輪に舵角を付与する。特開２００５−３１９８９８号公報に記載の転舵装置は、１個の電動モータを駆動源としているため、トラックなどの大型車両に組み込んだ場合に、電動モータが出力可能なトルク範囲のうち、比較的出力トルクが低く、かつ、効率の良い領域を使用できなかったり、転舵力が不足して、たとえば、車両の停止中に舵角を付与（据え切り）することが難しくなったりする可能性がある。大型車両に適用した場合であっても、効率の良い領域で使用しつつ、十分な転舵力を得るためには、電動モータとして出力（定格トルク）が大きく、かつ、大型なものを使用する必要がある。しかしながら、定格トルクが大きくかつ大型の電動モータを使用すると、該電動モータの設置位置が限定されて、設計の自由度が低下したり、コストを低減しにくくなったりする可能性がある。また、特開２００５−３１９８９８号公報に記載の転舵装置は、電動モータを１個しか備えていないため、該電動モータへの電力供給が不能になった場合、車両の操舵が行えなくなる。
【００１０】
本発明は、上述のような事情に鑑みて、電動モータを効率の良い領域で使用しつつ、十分な転舵力を得られ、かつ、フェールセーフを確保することができる、転舵装置の構造を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の転舵装置は、
ハウジングと、
外周面に内径側ボールねじ溝を有し、前記ハウジングの内側に、軸方向に関する変位を可能に、かつ、回転を不能に支持されたボールねじ軸と、
内周面に外径側ボールねじ溝を有し、かつ、前記ボールねじ軸の周囲に該ボールねじ軸に対する相対回転を可能に配置された、複数個のボールナットと、
前記ボールナットを前記ハウジングに対し回転自在に支持する軸受装置と、
前記内径側ボールねじ溝と前記外径側ボールねじ溝との間に転動自在に配置された複数個のボールと、
複数個の電動モータと、
前記電動モータの出力トルクを増大させてから前記ボールナットに付与する、前記電動モータと同数の減速機と、
を備える。
【００１２】
本発明の転舵装置は、前記ボールナットを、前記電動モータと同数備えることができる。
【００１３】
本発明の転舵装置は、前記ボールナットと前記軸受装置と前記電動モータと前記減速機とを、それぞれ１対ずつ備えることができる。この場合、前記ボールナットと前記軸受装置と前記電動モータと前記減速機とを、前記ハウジングの幅方向中央位置を挟んだ両側部分に、それぞれ１個ずつ配置し、かつ、前記ボールナットと前記軸受装置と前記電動モータと前記減速機とのうち、前記ボールナットを、前記ハウジングの幅方向中央位置に最も近い側に配置することが好ましい。さらに、前記ボールナットを、幅方向中央位置を挟んで離隔した状態で、前記ハウジングを介して隣接して配置することができる。
【００１４】
本発明の転舵装置では、前記減速機をウォーム減速機とすることができる。
【００１５】
本発明の転舵装置では、前記ハウジングを、複数のハウジング素子を組み合わせてなるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の転舵装置によれば、電動モータを効率の良い領域で使用しつつ、十分な転舵力を得られ、かつ、フェールセーフを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態の１例にかかる転舵装置を、車体の下方に支持固定した様子を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態の１例にかかる転舵装置を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態の１例にかかる転舵装置を示す平面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図６は、図４のＣ部拡大図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態の１例にかかる転舵装置の構成部材の一部を取り出して示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態の１例について、図１〜図７を用いて説明する。本例の転舵装置１は、ハウジング２と、ボールねじ軸３と、１対のボールナット４ａ、４ｂと、１対の軸受装置５ａ、５ｂと、複数個のボール６と、１対の電動モータ７ａ、７ｂと、１対の減速機８ａ、８ｂとを備える。
【００１９】
ハウジング２は、炭素鋼などの鉄系合金により構成される。ただし、ハウジング２を、アルミニウム合金などの軽合金または合成樹脂などにより構成することもできる。本例では、ハウジング２は、幅方向両側に配置された１対の小径筒部９ａ、９ｂと、該小径筒部９ａ、９ｂのそれぞれの幅方向内側（幅方向中央側）に隣接する部分に配置された１対のアクチュエータ収容部１０ａ、１０ｂと、該１対のアクチュエータ収容部１０ａ、１０ｂの幅方向内側の端部同士を接続する連結筒部１１とを備える。
【００２０】
なお、幅方向とは、特に断らない限り、転舵装置１を車体に取り付けた状態での、幅方向（図３、図４および図６の左右方向、図５の表裏方向）をいう。また、上下方向および前後方向とは、特に断らない限り、転舵装置１を車体に取り付けた状態での、上下方向（図３の表裏方向、図４〜図６の上下方向）および前後方向（図３の上下方向、図４および図６の表裏方向、図５の左右方向）をいう。
【００２１】
小径筒部９ａ、９ｂのそれぞれは、ボールねじ軸３の軸方向（幅方向）両側部分を、軸方向変位を可能に、かつ、回転を不能に支持する。このために、本例の小径筒部９ａ、９ｂのそれぞれは、断面非円形の内周面を有する。具体的には、小径筒部９ａ、９ｂのそれぞれの内周面は、前後方向両側に配置された１対の平坦面部１２と、該平坦面部１２の上下方向両側縁同士をそれぞれ接続する部分円筒状の１対の凹曲面部１３とを備える。小径筒部９ａ、９ｂのそれぞれは、凹曲面部１３の幅方向内側の端部に径方向内方に突出したストッパ凸部１４を有する。ストッパ凸部１４は、幅方向外側の端面に、幅方向外側を向いた、ハウジング側ストッパ面１５を有する。
【００２２】
アクチュエータ収容部１０ａ、１０ｂのそれぞれは、大径筒部１６と、ナット収容部１７と、ウォーム収容部１８とを備える。
【００２３】
大径筒部１６は、小径筒部９ａ、９ｂの幅方向内側に隣接して配置され、かつ、内径寸法および外径寸法が、小径筒部９ａ、９ｂの内径寸法および外径寸法よりも大きくなっている。
【００２４】
ナット収容部１７は、大径筒部１６の幅方向内側に隣接して配置されている。本例では、ナット収容部１７は、幅方向内側に向かうほど外径寸法が小さくなる円すい台状の外周面を有し、かつ、内径寸法が、大径筒部１６の内径寸法よりも小さくなっている。
【００２５】
ウォーム収容部１８は、大径筒部１６の中心軸に対しねじれの位置に存在する中心軸を有し、かつ、軸方向中間部が大径筒部１６内に開口している。本例では、ウォーム収容部１８は、大径筒部１６の上側に配置されている。すなわち、ウォーム収容部１８の軸方向中間部の下側部分が、大径筒部１６の上側部分に開口している。
【００２６】
連結筒部１１は、幅方向中央位置から幅方向両側に向かうほど外径寸法が大きくなり、かつ、母線形状が円弧形の外周面と、円筒面状の内周面とを有する。
【００２７】
本例では、ハウジング２は、上下方向に分割された１対のハウジング素子１９ａ、１９ｂを、複数本のボルト２０により結合固定してなる。
【００２８】
ボールねじ軸３は、軸方向中間部外周面に、断面形状が円弧形の内径側ボールねじ溝２１を有する。なお、図４および図７では、内径側ボールねじ溝２１、後述するボールナット４ａ、４ｂの外径側ボールねじ溝３５およびボール６を省略している。ボールねじ軸３は、ハウジング２の内側に、自身の中心軸を幅方向に向けた状態で、軸方向（幅方向）に関する変位（摺動）を可能に、かつ、回転を不能に支持されている。すなわち、本例では、車体の幅方向とボールねじ軸３の軸方向とが一致する。本例のボールねじ軸３は、大径部２２と、該大径部２２の幅方向両側に配置された１対の小径部２３ａ、２３ｂとを備える。内径側ボールねじ溝２１は、大径部２２の軸方向中間部にらせん状に形成されている。
【００２９】
１対の小径部２３ａ、２３ｂのそれぞれは、断面非円形の外周面を有する。具体的には、小径部２３ａ、２３ｂのそれぞれの外周面は、前後方向両側に配置された１対の平坦面部と、該平坦面部の上下方向両側縁同士をそれぞれ接続する部分円筒状の１対の凸曲面部とを備える。１対の小径部２３ａ、２３ｂのそれぞれは、幅方向外側の端面に開口するねじ孔２４を有する。
【００３０】
本例では、ボールねじ軸３は、１対のガイドスリーブ２５ａ、２５ｂを介して、ハウジング２の内側に、軸方向に関する変位を可能に、かつ、回転を不能に支持されている。
【００３１】
ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれは、合成樹脂、または、銅系合金などの自己潤滑性を有する非鉄系金属もしくは含油メタルなど、ハウジング２に対する摩擦係数が小さな材料製である。
【００３２】
ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれは、ボールねじ軸３の小径部２３ａ、２３ｂに、がたつきなく、かつ、回転不能に外嵌可能な内周面を有する。具体的には、本例のガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれの内周面は、前後方向両側に配置された１対の平坦面部と、該平坦面部の上下方向両側縁同士をそれぞれ接続する部分円筒状の１対の凹曲面部とを備える。
【００３３】
また、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれは、ハウジング２の小径筒部９ａ、９ｂの内側に、がたつきなく、かつ、軸方向に関する変位（摺動）を可能に配置（内嵌）可能な外周面を有する。具体的には、本例のガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれの外周面は、前後方向両側に配置された１対の平坦面部２６と、該平坦面部２６の上下方向両側縁同士をそれぞれ接続する部分円筒状の１対の凸曲面部２７とを備える。さらに、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれは、凸曲面部２７の幅方向内側部分に、幅方向内側の端部に開口し、かつ、径方向内方に凹んだストッパ凹部２８を有する。ストッパ凹部２８は、幅方向外側の端面に、幅方向内側を向いた軸側ストッパ面２９を有する。
【００３４】
ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれは、内周面を、ボールねじ軸３の小径部２３ａ、２３ｂの外周面に非円形係合（嵌合）させることにより、小径部２３ａ、２３ｂの周囲にがたつきなく、かつ、該小径部２３ａ、２３ｂに対する相対回転を不能に外嵌されている。また、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれは、平坦面部２６を、小径筒部９ａ、９ｂの平坦面部１２に摺接ないし近接対向させ、かつ、凸曲面部２７を、小径筒部９ａ、９ｂの凹曲面部１３に摺接ないし近接対向させることにより、ハウジング２の小径筒部９ａ、９ｂの内側に、がたつきなく、かつ、軸方向に関する変位（摺動）を可能に配置（内嵌）されている。これにより、ボールねじ軸３は、ハウジング２の内側に、軸方向（幅方向）に関する変位（摺動）を可能に、かつ、回転を不能に支持されている。要するに、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂは、ボールねじ軸３がハウジング２に対して相対回転するのを防止する回転止め機能を有する。
【００３５】
本例では、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれは、前後方向に分割された１対のスリーブ素子４６を組み合わせてなる。本例では、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂを、ハウジング２の小径筒部９ａ、９ｂの内側に配置することで、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれを構成する１対のスリーブ素子４６が互いに分離することを防止している。また、後述するように、ボールねじ軸３のねじ孔２４に球面継手３０の支持軸部３２を螺合した状態で、該球面継手３０の幅方向内側面により、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂの幅方向外側の端面を押え付けている。すなわち、ボールねじ軸３の大径部２２の外周面と小径部２３ａ、２３ｂの外周面とを接続する段差部と、球面継手３０との間で、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂを軸方向（幅方向）に挟持して、該ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂが軸方向に変位する（小径部２３ａ、２３ｂから脱落する）のを防止している。
【００３６】
なお、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれを構成する１対のスリーブ素子４６と、ボールねじ軸３の小径部２３ａ、２３ｂとの間には、１乃至複数枚のシム板を挟持することもできる。
【００３７】
ボールねじ軸３を、１対のガイドスリーブ２５ａ、２５ｂを介して、ハウジング２の内側に支持した状態では、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれの軸側ストッパ面２９と、小径筒部９ａ、９ｂのそれぞれのハウジング側ストッパ面１５とが幅方向（軸方向）に対向している。なお、ハウジング２に対するボールねじ軸３の幅方向（軸方向）位置にかかわらず、幅方向片側（図３および図４の左側）のガイドスリーブ２５ａの軸側ストッパ面２９と、幅方向片側の小径筒部９ａのハウジング側ストッパ面１５との間部分、および、幅方向他側（図３および図４の右側）のガイドスリーブ２５ｂの軸側ストッパ面２９と、幅方向他側の小径筒部９ｂのハウジング側ストッパ面１５との間部分のうち、少なくとも一方の間部分には、幅方向隙間が存在する。
【００３８】
ボールねじ軸３の幅方向両側の端部には、それぞれ球面継手３０を介して、１対のタイロッド３１が接続されている。すなわち、球面継手３０のそれぞれの支持軸部３２の外周面に備えられた雄ねじ部を、ボールねじ軸３のねじ孔２４に螺合し、かつ、球面継手３０のそれぞれの内周面に備えられた部分凹球面状の係合凹部３３に、タイロッド３１の基端部（幅方向内側の端部）に備えられた部分凸球面状の球面係合部３４を球面係合させている。
【００３９】
１対のボールナット４ａ、４ｂのそれぞれは、図６に示すように、内周面に、断面形状が円弧形でらせん状に形成された外径側ボールねじ溝３５を有し、かつ、ボールねじ軸３の周囲に該ボールねじ軸３に対する相対回転を可能に、軸方向に関する変位を不能に支持されている。本例では、１対のボールナット４ａ、４ｂのそれぞれの外径側ボールねじ溝３５は、互いに同じ仕様（リードおよびリード角）を有する。また、本例では、ボールナット４ａ、４ｂのそれぞれは、スリーブ３６および軸受装置５ａ、５ｂを用いて、ハウジング２のナット収容部１７の内側に回転自在に支持されている。具体的には、ボールナット４ａ、４ｂのそれぞれの幅方向外側の端部に、スリーブ３６の幅方向内側の端部が、トルクの伝達を可能に結合固定され、かつ、該スリーブ３６の幅方向中間部外周面と、ハウジング２の大径筒部１９の幅方向内側部分の内周面との間に軸受装置５ａ、５ｂが配置されている。軸受装置５ａ、５ｂのそれぞれは、ラジアル荷重およびスラスト荷重を支承可能な構造を有する。具体的には、たとえば、軸受装置５ａ、５ｂのそれぞれは、スリーブ３６に外嵌された、背面組み合わせ型（ＤＢ型）の接触角を有する複列アンギュラ玉軸受や複列円すいころ軸受などにより構成することができる。また、スリーブ３６は、ボールナット４ａ、４ｂと一体に構成することもできる。
【００４０】
１対のボールナット４ａ、４ｂのそれぞれは、後述するボール６を循環させるための図示しない循環機構をさらに有する。循環機構は、チューブ式、デフレクタ式、エンドキャップ式またはこま式の何れの構造のものを採用しても良いが、ボールねじ軸３を十分に大きな力で幅方向に変位させるべく、ボール６の玉径を十分に確保する面からは、チューブ式のものを採用することが好ましい。
【００４１】
１対の電動モータ７ａ、７ｂのそれぞれは、減速機８ａ、８ｂを介して、ボールナット４ａ、４ｂを回転駆動する。本例では、１対の電動モータ７ａ、７ｂは、互いに同じ定格出力を有し、かつ、減速機８ａ、８ｂは、互いに同じ減速比を有する。特に本例では、減速機８ａ、８ｂのそれぞれを、ウォーム減速機としている。すなわち、減速機８ａ、８ｂのそれぞれは、スリーブ３６の幅方向外側の端部にトルクの伝達を可能に外嵌されたウォームホイール３７と、該ウォームホイール３７と噛合し、かつ、ハウジング２のウォーム収容部１８の内側に回転自在に支持されたウォーム３８とからなる。電動モータ７ａ、７ｂのそれぞれは、出力軸を、ウォーム３８の基端部に接続している。なお、本例では、ウォーム減速機である減速機８ａ、８ｂとして、セルフロック機能を有さず、逆効率の高いものを使用している。
【００４２】
なお、減速機８ａ、８ｂは、電動モータ７ａ、７ｂの出力トルクを増大させてボールナット４ａ、４ｂに付与することができれば、ウォーム減速機に限らない。具体的には、たとえば、減速機８ａ、８ｂとして、平行軸歯車式や摩擦ローラ式、ベルト式などの減速機を使用することもできる。なお、１対の電動モータ７ａ、７ｂとして、互いに異なる定格出力を有するものを使用したり、減速機８ａ、８ｂとして、互いに異なる種類（構造）のものや異なる減速比を有するものを使用したりすることもできる。ただし、電動モータ７ａ、７ｂの制御を容易にする面からは、１対の電動モータ７ａ、７ｂとして、互いに同じ定格出力を有するものを使用し、かつ、減速機８ａ、８ｂとして、互いに同じ種類であって、同じ減速比を有するものを使用することが好ましい。
【００４３】
本例の転舵装置１は、たとえば、車軸懸架式の懸架装置を備えるトラックなどの大型車両の車体の下方に支持される。具体的には、転舵装置１は、図１に示すように、ハウジング２の取付板部３９に備えられた通孔を挿通したボルト４０を、車体フレーム４１に１対のリーフスプリング４２を介して支持された車軸４３に形成されたねじ孔に螺合し、さらに締め付けることで、車体フレーム４１に対し支持固定されている。１対のタイロッド３１のそれぞれの先端部は、ナックル４４のアーム４５の先端部に揺動可能に接続されている。さらに、ナックル４４のそれぞれには、図示しないハブユニット軸受を介して操舵輪が回転自在に支持されている。
【００４４】
転舵装置１は、ステアリングホイールなどの操縦桿を有する操舵装置と、制御器（ＥＣＵ）を介して電気的に組み合わされて、ステアバイワイヤ方式のステアリング装置を構成する。制御器は、車両が通常運転モードで走行しているときには、センサにより取得したステアリングホイールの操作量、さらに必要に応じて車両の走行速度などに基づいて、操舵輪に付与する舵角を算出する。これに対し、車両が自動運転モードで走行しているときには、制御器は、各種センサにより取得した、車両の周囲の状況や移動距離、移動方向などに基づいて、操舵輪に付与する舵角を算出する。
【００４５】
通常運転モードと自動運転モードとのいずれのモードで走行している場合でも、制御器は、算出した舵角に応じて、転舵装置１の電動モータ７ａ、７ｂに同時に通電し、ウォーム３８を回転駆動させる。ウォーム３８を回転させることで、該ウォーム３８と噛合するウォームホイール３７を回転させ、スリーブ３６を介してウォームホイール３７に結合されたボールナット４ａ、４ｂを、同じ方向に同じ速度で回転させる。ボールナット４ａ、４ｂの回転に伴い、ボール６が、内径側ボールねじ溝２１と外径側ボールねじ溝３５との間を移動し、かつ、ボールねじ軸３が幅方向（軸方向）に変位する。ボールねじ軸３の幅方向の変位に伴い、タイロッド３１が押し引きされると、ナックル４４が揺動変位されて、操舵輪に所望の舵角が付与される。
【００４６】
本例の転舵装置１では、ボールねじ軸３を幅方向片側に変位させることで、操舵輪を、所定方向に転舵限界まで転舵（いわゆる端当て）させると、ボールねじ軸３のうち、幅方向他側の小径部２３ｂに外嵌されたガイドスリーブ２５ｂの軸側ストッパ面２９が、ハウジング２のうち、幅方向他側の小径筒部９ｂのハウジング側ストッパ面１５に当接して、ボールねじ軸３がそれ以上幅方向片側に変位することが阻止される。換言すれば、幅方向他側のガイドスリーブ２５ｂの軸側ストッパ面２９と、幅方向他側の小径筒部９ｂのハウジング側ストッパ面１５とを当接させることにより、所定方向の転舵限界を規定している。
【００４７】
一方、ボールねじ軸３を幅方向他側に変位させることで、操舵輪を、前記所定方向と逆方向に転舵限界まで転舵させると、ボールねじ軸３のうち、幅方向片側の小径部２３ａに外嵌されたガイドスリーブ２５ａの軸側ストッパ面２９が、ハウジング２のうち、幅方向片側の小径筒部９ａのハウジング側ストッパ面１５に当接して、ボールねじ軸３がそれ以上幅方向他側に変位することが阻止される。換言すれば、幅方向片側のガイドスリーブ２５ａの軸側ストッパ面２９と、幅方向片側の小径筒部９ａのハウジング側ストッパ面１５とを当接させることにより、所定方向と逆方向の転舵限界を規定している。
【００４８】
要するに、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂは、ボールねじ軸３が幅方向に過度に変位するのを防止するストッパ機能を有する。このようなストッパ機能により、ボール６が、ボールねじ軸３の内径側ボールねじ溝２１の端部に押し付けられたり、該内径側ボールねじ溝２１の端部から乗り上げたりするのを防止し、かつ、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂの幅方向内側の端部が、ボールナット４ａ、４ｂの幅方向外側の端部に衝突するのを防止している。
【００４９】
なお、操舵装置は、操縦桿の操舵量に応じた反力を該操縦桿に付与する反力付与モータをさらに有する。したがって、車両が通常運転モードで走行しているときに、運転者が操縦桿を操作すると、操縦桿の操作量などに応じた操作反力が該操縦桿に付与される。一方、車両が自動運転モードで走行しているときは、転舵装置１により、操舵輪に舵角を付与している状態でも、操縦桿は回転しない。
【００５０】
上述のように、本例の転舵装置１は、１対の電動モータ７ａ、７ｂにより、減速機８ａ、８ｂを介して、ボールナット４ａ、４ｂを同時に回転駆動することで、ボールねじ軸３を幅方向に変位させることにより、操舵輪に舵角を付与するように構成されている。したがって、本例の転舵装置１によれば、電動モータ７ａ、７ｂとして、徒に出力（定格トルク）が大きなものを使用する必要がなく、該電動モータ７ａ、７ｂのそれぞれを、出力可能なトルク範囲のうち比較的出力トルクが低く、かつ、効率の良い領域で使用しても、十分な転舵力を得ることができる。
【００５１】
また、本例の転舵装置１では、電動モータ７ａ、７ｂを１対備えるため、該１対の電動モータ７ａ、７ｂのうちのいずれか一方の電動モータ７ａ（または７ｂ）への通電が不能になった場合でも、他方の電動モータ７ｂ（または７ａ）のみを駆動することで、ボールねじ軸３を幅方向に変位させ、操舵輪に舵角を付与することができる。なお、この場合には、他方の電動モータ７ｂ（または７ａ）のみを駆動することで、ボールねじ軸３を幅方向に変位すると、一方のボールナット４ａ（または４ｂ）の外径側ボールねじ溝３５とボールねじ軸３の内径側ボールねじ溝２１との間でボール６が移動する。これにより、一方のボールナット４ａ（または４ｂ）が回転すると、ウォームホイール３７が回転し、さらに該ウォームホイール３７と噛合するウォーム３８が回転し、一方の電動モータ７ａ（または７ｂ）の出力軸が回転する。このようにして、ボールねじ軸３の幅方向変位が許容される。すなわち、本例の転舵装置１によれば、フェールセーフを確保することができる。
【００５２】
なお、１個の電動モータ７ｂ（または７ａ）のみで転舵を行う場合、１対の電動モータ７ａ、７ｂにより転舵を行う場合よりも、電動モータ７ｂ（または７ａ）を、出力可能な範囲のうち、比較的出力トルクが高い領域であって、効率が低い領域で使用する必要がある。また、１個の電動モータ７ｂ（または７ａ）のみで転舵を行う場合、得られる転舵力も小さく、たとえば、車両の停止中に舵角を付与（据え切り）するような動作は難しくなる可能性がある。ただし、この場合でも、車両をわずかでも動かして、操舵輪を回転させれば、電動モータ７ｂ（または７ａ）にかかる負荷を小さくすることができ、操舵輪に舵角を付与することができる。
【００５３】
本例の転舵装置１では、１対の電動モータ７ａ、７ｂのそれぞれが、別々のボールナット４ａ、４ｂを回転駆動することで、ボールねじ軸３を幅方向に変位させるように構成されている。したがって、電動モータ７ａ、７ｂとして、出力が比較的小さい小型のものを使用できることに加え、ボールナット４ａ、４ｂのそれぞれの径方向寸法を、１個のボールナットを回転駆動することでボールねじ軸３を幅方向に変位させる構造と比較して小さく抑えることができる。要するに、ボールナット４ａ、４ｂと、軸受装置５ａ、５ｂと、減速機８ａ、８ｂと、電動モータ７ａ、７ｂとをそれぞれ１個ずつ組み合わせてなる電動アクチュエータ４７ａ、４７ｂの小型化を図ることができ、該電動アクチュエータ４７ａ、４７ｂの幅方向に関する設置位置の自由度を高くすることができる。
【００５４】
本例の転舵装置１では、１対の電動アクチュエータ４７ａ、４７ｂは、幅方向中央付近、具体的には、ハウジング２の幅方向中央位置を挟んだ両側部分に配置されている。特に本例では、電動アクチュエータ４７ａ、４７ｂのそれぞれを構成する各部材のうち、ボールナット４ａ、４ｂが、幅方向に関して最も中央側に配置されている。換言すれば、ボールナット４ａ、４ｂが、幅方向中央付近で互いに近接して配置されている。このため、ボールナット４ａ、４ｂを回転駆動することにより、該ボールナット４ａ、４ｂのそれぞれにボール６を介して螺合されたボールねじ軸３を幅方向に変位させる際に、該ボールねじ軸３に無理な力（ねじれ方向の力）が加わるのを、１対のボールナット４ａ、４ｂが幅方向に関して互いに大きく離隔して配置された構造（たとえば、ダブルピニオン式パワーステアリング装置において、ステアリングホイールからの操舵力が入力される部分と、電動モータによるアシスト力が付与される部分とのように、ラック軸の幅方向両側の端部付近に力が付与される構造）と比較して抑えることができる。
【００５５】
また、ボールナット４ａ、４ｂを、幅方向中央付近で互いに近接して配置することで、ボールねじ軸３の大径部２２の外周面に備えられた内径側ボールねじ溝２１の幅方向に関する長さ寸法（幅方向に関する形成範囲）を短くすることもできる。このため、内径側ボールねじ溝２１の加工コストを低く抑えることができ、かつ、ボールねじ軸３の幅方向両側部分に、小径部２３ａ、２３ｂを備えさせることができ、該小径部２３ａ、２３ｂのそれぞれの周囲に、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂを配置することができる。ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれは、回転止め機能およびストッパ機能に加え、後述するように、ボールねじ軸３のラジアル方向に加わる転舵反力をハウジング２に伝達し、該ハウジング２を介して車体により支承させる機能を有する。
【００５６】
なお、本例では、ボールナット４ａ、４ｂを、幅方向中央付近で（幅方向中央位置を挟んで）離隔した状態で、ハウジング２を介して隣接して配置されている。これにより、ハウジング２のうち、ボールナット４ａ、４ｂを含む電動アクチュエータ４７ａ、４７ｂを収容するアクチュエータ収容部１０ａ、１０ｂが、車体の下方で、車軸４３の周辺に存在する部材（たとえばオイルパン４８など）と干渉するのを防止している。ただし、ボールねじ軸３に無理な力が加わるのを防止する面からは、１対のボールナット４ａ、４ｂをできる限り近くに、最も好ましくは、ハウジング２を介することなく、隣接して配置することが好ましい。要するに、１対のボールナット４ａ、４ｂは、車軸４３の周辺に存在する部材に干渉しない範囲において、できる限り近接して配置される。
【００５７】
本例では、電動アクチュエータ４７ａ、４７ｂのそれぞれを構成する各部材を、幅方向中央側から外側に向けて、ボールナット４ａ、４ｂ、軸受装置５ａ、５ｂ、減速機８ａ、８ｂおよび電動モータ７ａ、７ｂの順で配置している。ただし、ボールナット４ａ、４ｂを、幅方向に関して最も中央側に配置すれば、他の部材の配置については特に限定されない。たとえば、軸受装置５ａ、５ｂを、減速機８ａ、８ｂのウォームホイール３７よりも幅方向外側に配置することもできる。また、減速機８ａ、８ｂのウォームホイール３７を、ボールナット４ａ、４ｂの周囲に該ボールナット４ａ、４ｂと一体的に回転するように配置することもできる。
【００５８】
また、本例では、ボールねじ軸３の幅方向両側の端部に、球面継手３０を介して、タイロッド３１が接続され、かつ、タイロッド３１の先端部に、ナックル４４のアーム４５の先端部が揺動可能に接続されている。したがって、本例の転舵装置１を駆動して、操舵輪に舵角を付与する（転舵を行う）と、アーム４５の角度によっては、転舵に伴う反力が、ボールねじ軸３に対してラジアル方向（前後方向）に加わることがある。
【００５９】
ここで、本例では、ボールねじ軸３を、１対のガイドスリーブ２５ａ、２５ｂを介して、ハウジング２の内側に、幅方向に関する変位を可能に、かつ、回転を不能に支持している。具体的には、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれを、小径部２３ａ、２３ｂの周囲にがたつきなく、かつ、該小径部２３ａ、２３ｂに対する相対回転を不能に外嵌し、かつ、ハウジング２の小径筒部９ａ、９ｂの内側に、がたつきなく、かつ、軸方向に関する変位（摺動）を可能に配置（内嵌）している。したがって、転舵に伴う反力が、ボールねじ軸３にラジアル方向に加わると、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂの平坦面部２６が小径筒部９ａ、９ｂの平坦面部１２に押し付けられる。要するに、転舵に伴いボールねじ軸３にラジアル方向に加わる反力は、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂおよびハウジング２を介して、車体に伝達され、該車体により支承される。このため、本例の転舵装置１によれば、転舵に伴う反力が、ボールねじ軸３に対してラジアル方向に加わった場合でも、ボール６の転動面が、ボールねじ軸３の内径側ボールねじ溝２１およびボールナット４ａ、４ｂの外径側ボールねじ溝３５に強く押し付けられるのを防止することができる。この結果、ボールねじ軸３とボールナット４ａ、４ｂとボール６とからなるボールねじ機構の寿命が低下したり、異音や振動が発生したりするのを防止することができる。
【００６０】
本例では、１対のガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれは、１対のスリーブ素子４６を組み合わせることにより構成されている。このため、スリーブ素子４６と、ボールねじ軸３の小径部２３ａ、２３ｂとの間に、１乃至複数枚のシム板を挟持することで、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂの外周面と、ハウジング２の小径筒部９ａ、９ｂの内周面との間の隙間を調整することができる。すなわち、ハウジング２の小径筒部９ａ、９ｂや、ボールねじ軸３の小径部２３ａ、２３ｂ、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂの形状精度を過度に高くすることなく、小径筒部９ａ、９ｂの内周面に対するガイドスリーブ２５ａ、２５ｂの外周面のがたつきを十分に抑えることができるため、コストの低減を図れる。
【００６１】
ただし、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれを、全体を一体に、すなわち筒状に構成しても良い。あるいは、ガイドスリーブ２５ａ、２５ｂのそれぞれを、３個以上のスリーブ素子を組み合わせることにより構成することもできる。
【００６２】
本例では、転舵装置１を、車軸懸架式のうち、リーフスプリング式の懸架装置を備える車両のステアバイワイヤ式ステアリング装置に適用した例について説明した。ただし、本発明の転舵装置は、リーフスプリング式に限らず、コイルスプリング式の懸架装置を備える車両のステアバイワイヤ式ステアリング装置に適用することもできる。あるいは、本発明の転舵装置は、独立懸架式の懸架装置を備える車両のステアバイワイヤ式ステアリング装置に適用することもできる。また、本発明の転舵装置は、トラックなどの大型車両のステアリング装置に限らず、乗用車用のステアリング装置に組み込むこともできる。
【００６３】
本例の転舵装置１は、ボールナット４ａ、４ｂおよび軸受装置５ａ、５ｂと、電動モータ７ａ、７ｂおよび減速機８ａ、８ｂとをそれぞれ１対ずつ備える。ただし、本発明の転舵装置は、ボールナットおよび軸受装置と、電動モータおよび減速機とをそれぞれ３個以上ずつ備えることもできる。
【符号の説明】
【００６４】
１  転舵装置
２  ハウジング
３  ボールねじ軸
４ａ、４ｂ  ボールナット
５ａ、５ｂ  軸受装置
６  ボール
７ａ、７ｂ  電動モータ
８ａ、８ｂ  減速機
９ａ、９ｂ  小径筒部
１０ａ、１０ｂ  アクチュエータ収容部
１１  連結筒部
１２  平坦面部
１３  凹曲面部
１４  ストッパ凸部
１５  ハウジング側ストッパ面
１６  大径筒部
１７  ナット収容部
１８  ウォーム収容部
１９ａ、１９ｂ  ハウジング素子
２０  ボルト
２１  内径側ボールねじ溝
２２  大径部
２３ａ、２３ｂ  小径部
２４  ねじ孔
２５ａ、２５ｂ  ガイドスリーブ
２６  平坦面部
２７  凸曲面部
２８  ストッパ凹部
２９  軸側ストッパ面
３０  球面継手
３１  タイロッド
３２  支持軸部
３３  係合凹部
３４  球面係合部
３５  外径側ボールねじ溝
３６  スリーブ
３７  ウォームホイール
３８  ウォーム
３９  取付板部
４０  ボルト
４１  車体フレーム
４２  リーフスプリング
４３  車軸
４４  ナックル
４５  アーム
４６  スリーブ素子
４７ａ、４７ｂ  電動アクチュエータ
４８  オイルパン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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