(57)【要約】【課題】ボール螺子ナットの従動プーリに対する固定状態を検出可能な転舵ユニットを提供する。【解決手段】転舵ユニットは、転舵側モータと、転舵側モータの回転が伝達される従動プーリ７３を有するベルト機構と、従動プーリ７３の内周に嵌合されたボール螺子ナット９１を有するボール螺子機構とを備える。ボール螺子ナット９１は、ロックナットを用いて従動プーリ７３に対して相対回転不能に固定される。従動プーリ７３の内周面には、周方向に延びる周方向溝１１５が形成され、ボール螺子ナット９１の外周面には、周方向溝１１５に挿入されるピン１２２が設けられる。周方向溝１１５とピン１２２との間の周方向に延びる周方向隙間Ｓcは、ピニオン角センサによって検出可能な最小の角度変化だけピニオン軸と転舵側モータの回転軸とが相対回転することを許容する最小の隙間よりも大きく設定される。【選択図】図４
2020179789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に軸方向に往復動可能に設けられた転舵軸と、
前記転舵軸と平行に配置されたモータと、
前記モータに連結された駆動プーリと、前記転舵軸の外周に回転可能に設けられた従動プーリと、前記駆動プーリ及び前記従動プーリの間に巻き掛けられたベルトとを有するベルト機構と、
前記従動プーリの内周に嵌合されたボール螺子ナットを有し、該従動プーリの回転を前記転舵軸の往復動に変換するボール螺子機構とを備え、
前記従動プーリ及び前記ボール螺子ナットは、ロックナットを用いて相対回転不能に互いに固定された転舵ユニットであって、
前記モータの回転軸の回転角を検出する回転角センサと、
前記モータのトルクの伝達経路における前記ベルト機構よりも下流側の部材を検出対象とし、前記転舵軸のストローク位置に換算可能なストローク関連値を検出するストローク位置センサとを備え、
前記従動プーリ及び前記ボール螺子ナットのいずれか一方には、凹部が設けられるとともに、他方には前記凹部に挿入される凸部が設けられるものであり、
前記凹部と前記凸部との間には、周方向に延びる周方向隙間が形成され、
前記周方向隙間は、前記回転角センサ及び前記ストローク位置センサのうちの分解能が低い方のセンサによって検出可能な最小の変位だけ前記回転軸と前記検出対象との間の相対変位を許容する最小の隙間よりも大きく設定された転舵ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の転舵ユニットにおいて、
前記分解能が低い方のセンサによって検出可能な最小の変位は、前記従動プーリと前記ボール螺子ナットとが相対回転しない場合でも、前記回転軸と前記検出対象との間に構造上生じ得る相対的な変位よりも大きい転舵ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の転舵ユニットにおいて、
前記ハウジングの両端部と、前記転舵軸の両端に連結されるタイロッドとに跨って設けられ、前記転舵軸の両端をそれぞれ覆うブーツを備え、
前記従動プーリと前記ボール螺子ナットとの間には、該従動プーリ及び該ボール螺子ナットの軸方向一端側の空間と軸方向他端側の空間とを連通する連通路が設けられ、
前記凹部は、前記連通路の一部を構成する転舵ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の転舵ユニットにおいて、
前記凹部は、前記従動プーリの内周に形成された周方向に延びる周方向溝であり、
前記凸部は、前記ボール螺子ナットの外周に固定されたピンである転舵ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転舵ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用の操舵装置には、運転者により操舵される操舵ユニットと運転者の操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵ユニットとの間の動力伝達が分離されたステアバイワイヤ式のものがある。例えば特許文献１には、ステアバイワイヤ式操舵装置の転舵ユニットとして、モータの回転をボール螺子機構によりラック軸の往復動に変換することで転舵力を付与する転舵側アクチュエータを備えたものが開示されている。
【０００３】
また、例えば特許文献２に記載されるように、車両用の操舵装置には、運転者の入力する操舵トルクが転舵ユニットに機械的に伝達可能に構成され、転舵ユニットの付与する転舵力を運転者の操舵を補助するためのアシスト力として付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）がある。特許文献２のＥＰＳを構成する転舵ユニットは、一対のプーリ及びベルトからなるベルト機構を介してモータの回転をボール螺子機構に伝達し、該ボール螺子機構において転舵軸の軸方向移動に変換することでアシスト力を付与する。
【０００４】
同特許文献２の転舵ユニットでは、従動プーリの内周にボール螺子ナットが嵌合するとともに、該従動プーリに螺着されるロックナットにより、従動プーリとボール螺子ナットとが相対回転不能に固定されている。また、ボール螺子ナットには、径方向に突出するピンが固定されており、従動プーリの内周に形成された軸方向に延びる溝に該ピンの先端が挿入されている。これにより、ロックナットが緩んで従動プーリとボール螺子ナットとが相対回転するようになっても、ピンを介して従動プーリからボール螺子ナットに回転を伝達可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１１１４２６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／１２５３６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献２の転舵ユニットにおいて、例えばピンが折れた場合を想定すると、従動プーリからボール螺子ナットに回転を伝達できなくなる。そのため、ピンが欠損する前にロックナットの緩みを検知することが望ましい。特にステアバイワイヤ式操舵装置では、運転者が入力する操舵トルクが機械的には転舵ユニットに伝達されないため、こうした要請がより強くなる。
【０００７】
本発明の目的は、ボール螺子ナットの従動プーリに対する固定状態を検出可能な転舵ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する転舵ユニットは、ハウジング内に軸方向に往復動可能に設けられた転舵軸と、前記転舵軸と平行に配置されたモータと、前記モータに連結された駆動プーリと、前記転舵軸の外周に回転可能に設けられた従動プーリと、前記駆動プーリ及び前記従動プーリの間に巻き掛けられたベルトとを有するベルト機構と、前記従動プーリの内周に嵌合されたボール螺子ナットを有し、該従動プーリの回転を前記転舵軸の往復動に変換するボール螺子機構とを備え、前記従動プーリ及び前記ボール螺子ナットは、ロックナットを用いて相対回転不能に互いに固定されたものであって、前記モータの回転軸の回転角を検出する回転角センサと、前記モータのトルクの伝達経路における前記ベルト機構よりも下流側の部材を検出対象とし、前記転舵軸のストローク位置に換算可能なストローク関連値を検出するストローク位置センサとを備え、前記従動プーリ及び前記ボール螺子ナットのいずれか一方には、凹部が設けられるとともに、他方には前記凹部に挿入される凸部が設けられるものであり、前記凹部と前記凸部との間には、周方向に延びる周方向隙間が形成され、前記周方向隙間は、前記回転角センサ及び前記ストローク位置センサのうちの分解能が低い方のセンサによって検出可能な最小の変位だけ前記回転軸と前記検出対象との間の相対変位を許容する最小の隙間よりも大きく設定された。
【０００９】
上記構成によれば、ロックナットが緩んだ状態で、例えばモータの回転がベルト機構に伝達されても、凹部と凸部とが当接するまでは従動プーリとボール螺子ナットとが相対回転し、検出対象が変位しない。そして、凹部と凸部との間の周方向隙間は、回転角センサ及びストローク位置センサのうちの分解能が低い方のセンサによって検出可能な最小の変位だけモータの回転軸と検出対象との間に許容する最小の隙間よりも大きく設定されている。したがって、ロックナットが緩んだ状態では、回転角センサにより検出される回転角に基づく値とストローク位置センサにより検出されるストローク関連値に基づく値との間に有意な差分が生じる。これにより、ロックナットの緩みが検出可能となる。
【００１０】
上記転舵ユニットにおいて、前記分解能が低い方のセンサによって検出可能な最小の変位は、前記従動プーリと前記ボール螺子ナットとが相対回転しない場合でも、前記回転軸と前記検出対象との間に構造上生じ得る相対的な変位よりも大きいことが好ましい。
【００１１】
凹部と凸部との間の周方向隙間が小さくても、高い分解能のセンサを用いることで、従動プーリとボール螺子ナットとが相対回転した際に、回転角センサにより検出される回転角に基づく値とストローク位置センサにより検出されるストローク関連値に基づく値との間の差分に基づいてロックナットの緩みを検出することは可能である。しかし、例えばベルトの弾性変形やボール螺子機構の内部隙間等の構造上の要因から、従動プーリとボール螺子ナットとが相対回転しなくても、回転軸と検出対象との間の相対的な変位が僅かながら生じ得る。つまり、従動プーリとボール螺子ナットとが相対回転しなくても、上記差分が生じ得る。したがって、周方向隙間を小さくしすぎると、ロックナットが緩んでいなくても、上記差分に基づいて、ロックナットが緩んだと誤判定するおそれがある。この点、上記構成によれば、周方向隙間の大きさの基準となる分解能の低いセンサによって検出可能な最小の変位が、回転軸と検出対象との間に構造上生じ得る相対的な変位よりも大きいため、周方向隙間が小さくなりすぎず、ロックナットの緩みの誤検出を抑制できる。
【００１２】
上記転舵ユニットにおいて、前記ハウジングの両端部と、前記転舵軸の両端に連結されるタイロッドとに跨って設けられ、前記転舵軸の両端をそれぞれ覆うブーツを備え、前記従動プーリと前記ボール螺子ナットとの間には、該従動プーリ及び該ボール螺子ナットの軸方向一端側の空間と軸方向他端側の空間とを連通する連通路が設けられ、前記凹部は、前記連通路の一部を構成することが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、ハウジング内における従動プーリ及びボール螺子ナットの軸方向一端側の空間の空気と軸方向他端側の空間の空気とが連通路を通じて互いに流通できるようになる。そのため、転舵軸の往復動に伴うブーツの伸縮に伴って、ハウジング内における従動プーリ及びボール螺子ナットの軸方向一端側の空間と軸方向他端側の空間の体積が変化した場合に、各空間の圧力が大きく変化することが抑制される。これにより、ブーツが変形し難くなり、その劣化を抑制できる。また、ロックナットが緩んだ際に従動プーリとボール螺子ナットとの相対回転を規制するための凹部が連通路を構成するため、従動プーリ及びボール螺子ナットのいずれか一方の構造が複雑化することを抑制できる。
【００１４】
上記転舵ユニットにおいて、前記凹部は、前記従動プーリの内周に形成された周方向に延びる周方向溝であり、前記凸部は、前記ボール螺子ナットの外周に固定されたピンである構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ボール螺子ナットの従動プーリに対する固定状態が検出可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】操舵装置の概略構成図。
【図２】転舵ユニットにおける転舵側アクチュエータ近傍の軸方向に沿った断面図。
【図３】ボール螺子ナットの軸方向に沿った断面図。
【図４】ボール螺子ナットを組み付けた従動プーリの軸方向と直交する断面図。
【図５】ボール螺子ナットの平面図。
【図６】ボール螺子ナットを軸方向他端側から見た側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、転舵ユニットの一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、操舵装置１はステアバイワイヤ式の操舵装置として構成されている。操舵装置１は、ステアリングホイール２を介して運転者により操舵される操舵部としての操舵ユニット３と、運転者による操舵ユニット３の操舵に応じて転舵輪４を転舵させる転舵部としての転舵ユニット５とを備えている。
【００１８】
操舵ユニット３は、ステアリングホイール２が固定されるステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１を介してステアリングホイール２に操舵に抗する力である操舵反力を付与する操舵側アクチュエータ１２とを備えている。操舵側アクチュエータ１２は、駆動源となる操舵側モータ１３と、操舵側モータ１３の回転を減速してステアリングシャフト１１に伝達する操舵側減速機１４とを備えている。なお、本実施形態の操舵側モータ１３には、例えば三相のブラシレスモータが採用されている。
【００１９】
転舵ユニット５は、ピニオン軸２１と、ピニオン軸２１に連結された転舵軸としてのラック軸２２と、ラック軸２２を往復動可能に収容するハウジングとしてのラックハウジング２３と、ピニオン軸２１及びラック軸２２からなるラックアンドピニオン機構２４とを備えている。ラックハウジング２３は、それぞれ円筒状に形成された第１ハウジング２５と第２ハウジング２６とを連結してなる。ラック軸２２とピニオン軸２１とは、第１ハウジング２５内に所定の交差角をもって配置されている。ラックアンドピニオン機構２４は、ピニオン軸２１に形成されたピニオン歯２１ａとラック軸２２に形成されたラック歯２２ａとが噛合されることで構成されている。なお、ピニオン軸２１の回転角は、転舵輪４の転舵角に換算可能な回転軸の回転角に相当し、ラック軸２２のストローク位置に換算可能である。また、ラック軸２２の両端には、ボールジョイントからなるラックエンド２７を介してタイロッド２８が連結されており、タイロッド２８の先端は、転舵輪４が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。なお、ラックエンド２７は、ラックハウジング２３及びタイロッド２８に跨って設けられた蛇腹状のブーツ２９により包囲されており、ラックハウジング２３内に雨水等の液体が浸入することが防止されている。
【００２０】
また、転舵ユニット５は、ラック軸２２に転舵輪４を転舵させる転舵力を付与する転舵側アクチュエータ３１を備えている。転舵側アクチュエータ３１は、駆動源となるモータとしての転舵側モータ３２と、ベルト機構３３と、ボール螺子機構３４とを備えており、第１ハウジング２５と第２ハウジング２６との連結部分に設けられている。そして、転舵側アクチュエータ３１は、転舵側モータ３２の回転をベルト機構３３を介してボール螺子機構３４に伝達し、ボール螺子機構３４にてラック軸２２の往復動に変換することで転舵ユニット５に転舵力を付与する。なお、本実施形態の転舵側モータ３２には、例えば三相のブラシレスモータが採用されている。
【００２１】
このように構成された操舵装置１では、運転者によるステアリング操作に応じて転舵側アクチュエータ３１からラック軸２２にモータトルクが転舵力として付与されることで、転舵輪４の転舵角が変更される。このとき、操舵側アクチュエータ１２からは、運転者の操舵に抗する操舵反力がステアリングホイール２に付与される。
【００２２】
次に、操舵装置１の電気的構成について説明する。
操舵装置１は、操舵側モータ１３の作動を制御する操舵側制御装置４１と、転舵側モータ３２の作動を制御する転舵側制御装置４２とを備えている。操舵側制御装置４１及び転舵側制御装置４２は、互いに通信可能に接続されている。また、転舵側制御装置４２は、警告灯やスピーカ等からなる報知部４３に接続されており、その作動を制御する。なお、操舵側制御装置４１及び転舵側制御装置４２は、それぞれ図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備えており、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することによって、各種制御が実行される。
【００２３】
操舵側制御装置４１には、車速Ｖを検出する車速センサ５１、ステアリングシャフト１１に付与された操舵トルクＴhを検出するトルクセンサ５２、及び操舵ユニット３の操舵量を示す検出値として操舵側モータ１３の回転軸の回転角θsを検出する操舵側回転角センサ５３が接続されている。なお、トルクセンサ５２は、ステアリングシャフト１１における操舵側減速機１４との連結部分よりもステアリングホイール２側に設けられている。
【００２４】
操舵側制御装置４１は、操舵側モータ１３の回転角θsを、例えばステアリング中立位置からの回転数をカウントすることにより、３６０°を超える範囲を含む絶対角に換算して取得する。そして、操舵側制御装置４１は、この絶対角に換算された回転角に操舵側減速機１４の回転速度比に基づく換算係数を乗算することにより、ステアリングホイール２の操舵角θhを演算する。なお、回転角θs及び操舵角θhは、例えばステアリング中立位置から一方向の回転角である場合に正、他方向の回転角である場合に負とする。このように演算された操舵角θhは、転舵側制御装置４２に出力される。
【００２５】
また、操舵側制御装置４１は、操舵トルクＴhや車速Ｖ等の各種状態量に基づいて、操舵反力の目標値となる目標反力トルクを演算し、該目標反力トルクに示されるモータトルクが発生するように操舵側モータ１３に駆動電力を供給して、その作動を制御する。これにより、操舵ユニット３に操舵反力が付与される。
【００２６】
転舵側制御装置４２には、転舵ユニット５の転舵量を示す検出値として転舵側モータ３２の回転軸３２ａの回転角θtを検出する回転角センサとしての転舵側回転角センサ５４、及び検出対象としてのピニオン軸２１の回転角である転舵対応角θpdを絶対値で検出するピニオン角センサ５５が接続されている。上記のようにピニオン軸２１の回転角は、ラック軸２２のストローク位置に換算可能であることから、転舵対応角θpdはストローク関連値に相当し、ピニオン角センサ５５はストローク位置センサに相当する。
【００２７】
転舵側制御装置４２は、転舵側モータ３２の回転角θtを、例えば車両が直進する中立位置からの転舵側モータ３２の回転数をカウントすることにより、絶対角に換算して取得する。そして、転舵側制御装置４２は、この絶対角に換算された回転角にベルト機構３３の減速比、ボール螺子機構３４のリード、及びラックアンドピニオン機構２４の回転速度比に基づく換算係数を乗算することにより、ピニオン軸２１の回転角である転舵対応角θpcを演算する。つまり、転舵対応角θpcと転舵対応角θpdとは、基本的に同一の値となる。なお、転舵対応角θpc，θpdは、例えば車両が直進する中立位置から一方向の回転角である場合に正、他方向の回転角である場合に負とする。
【００２８】
本実施形態の転舵対応角θpcは、例えば０．１°単位で検出され、転舵対応角θpdは、例えば１°単位で検出される。つまり、転舵側回転角センサ５４の方が、ピニオン角センサ５５よりも分解能が高いものが採用されている。また、ピニオン角センサ５５には、同ピニオン角センサ５５によって検出可能な最小の角度変化Δθminが、後述する転舵ユニット５の構造上のガタに起因してピニオン軸２１と転舵側モータ３２の回転軸３２ａとの間に生じ得る角度変化よりも大きいもの採用されている。換言すると、ピニオン角センサ５５は、転舵ユニット５の構造上のガタに起因したピニオン軸２１と回転軸３２ａとの間の角度変化を検出できるだけの分解能を有していない。
【００２９】
転舵側制御装置４２は、操舵角θhに基づいて、転舵対応角θpcの目標値となる目標転舵対応角θp*を演算する。なお、一例として、操舵側制御装置４１は、目標転舵対応角θp*を操舵角θhと同一の角度とする。つまり、本実施形態の転舵側制御装置４２では、操舵角θhと転舵対応角θpcとの比である舵角比を１：１の比率で一定とする。そして、転舵側制御装置４２は、転舵対応角θpcが目標転舵対応角θp*に追従するようにフィードバック制御を実行することにより、転舵力の目標値となる目標転舵トルクを演算し、該目標転舵トルクに示されるモータトルクが発生するように転舵側モータ３２に駆動電力を供給して、その作動を制御する。これにより、転舵ユニット５に転舵力が付与される。また、転舵側制御装置４２は、後述するように転舵対応角θpc，θpdに基づいてボール螺子ナット９１を従動プーリ７３に対して相対回転不能に固定するためのロックナット９３が緩んでいるか否かを判定する。
【００３０】
次に、転舵側アクチュエータ３１の構成について詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、ラック軸２２におけるラックアンドピニオン機構２４と反対側、すなわち図２の左側を軸方向一端側とし、ラックアンドピニオン機構２４側、すなわち図２の右側を軸方向他端側とする。
【００３１】
図２に示すように、第１ハウジング２５は、第１筒状部６１と、第１筒状部６１の軸方向一端側に形成された第１収容部６２とを有している。第１収容部６２は、第１筒状部６１よりも大径の筒状に形成されている。第１収容部６２には、その周壁の一部を転舵側モータ３２が配置された側に膨出させた形状の膨出部６３が形成されている。膨出部６３の端壁には、ラック軸２２の軸方向に貫通した挿入孔６４が形成されている。
【００３２】
第２ハウジング２６は、第２筒状部６５と、第２筒状部６５の軸方向他端側に形成された第２収容部６６とを有している。第２収容部６６は、第２筒状部６５よりも大径の円筒状に形成されている。第２収容部６６には、第１ハウジング２５の膨出部６３を覆うカバー部６７が形成されている。
【００３３】
転舵側モータ３２の回転軸３２ａは、挿入孔６４を介して膨出部６３内に挿入されている。そして、転舵側モータ３２は、回転軸３２ａがラック軸２２と平行になる姿勢で、ボルト６８を介して第１ハウジング２５に取り付けられている。
【００３４】
ベルト機構３３は、ベルト７１と、駆動プーリ７２と、従動プーリ７３とを備えている。ベルト７１は、ゴム等の弾性材料からなり、駆動プーリ７２と従動プーリ７３との間で所定の張力が発生するように巻き掛けられている。駆動プーリ７２は、ベルト７１が巻き掛けられる円筒状に形成されており、転舵側モータ３２の回転軸３２ａに対して同軸上で一体回転可能に連結されている。従動プーリ７３は、ベルト７１が巻き掛けられる巻掛部７４、及び巻掛部７４から軸方向一端側に延出された延出部７５を有する円筒状に形成されている。従動プーリ７３の内周には、軸方向他端側から順に拡径孔部７６、嵌合孔部７７及び縮径孔部７８が形成されている。拡径孔部７６の内径が最も大きく、嵌合孔部７７、縮径孔部７８の順にその内径が小さくなるように形成されている。
【００３５】
延出部７５の外周には、軸受８１が嵌合されるとともに、軸受８１を巻掛部７４との間で挟み込むようにロックナット８２が螺着されている。そして、従動プーリ７３は、軸受８１を介して第２収容部６６内で回転可能に支持されている。軸受８１の両側には、断面Ｌ字状の保持器８３がその外輪に隣接して配置されるとともに、保持器８３には、ゴム等の弾性体８４が第１及び第２ハウジング２５，２６との間でそれぞれ圧縮された状態で配置されている。なお、本実施形態の軸受８１には、複列アンギュラ玉軸受からなり、その軸方向一端側から軸方向他端側、及び軸方向他端側から軸方向一端側へラックハウジング２３内に浸入した雨水等の液体が移動することを防止するためのシール機能を備えたものが採用されている。
【００３６】
ボール螺子機構３４は、ラック軸２２の外周に同軸配置された円筒状のボール螺子ナット９１を備えている。ボール螺子ナット９１の外径は、従動プーリ７３の嵌合孔部７７の内径と略等しく設定されている。ボール螺子ナット９１の軸方向他端部には、径方向外側に延出される環状のフランジ部９２が形成されている。フランジ部９２の外径は、拡径孔部７６の内径と略等しく設定されている。そして、ボール螺子ナット９１は、嵌合孔部７７に嵌合され、拡径孔部７６の内周に螺着されたロックナット９３によってフランジ部９２が拡径孔部７６と嵌合孔部７７との間の段差との間で挟み込まれることにより、従動プーリ７３に対して相対回転不能に固定されている。ボール螺子ナット９１の軸方向に沿った長さは、フランジ部９２が上記段差に当接した状態で、ボール螺子ナット９１の軸方向一端部が嵌合孔部７７と縮径孔部７８との間の段差から離間するような長さに形成されている。つまり、従動プーリ７３内におけるボール螺子ナット９１の軸方向一端側には、円環状の環状隙間Ｓrが形成されている。
【００３７】
ボール螺子ナット９１の内周には、螺子溝９４が形成されている。一方、ラック軸２２の外周には、螺子溝９４に対応する螺子溝９５が形成されている。そして、螺子溝９４，９５が互いに対向することによって螺旋状のボール軌道Ｒ１が形成されている。ボール軌道Ｒ１内には、複数のボール９６が螺子溝９４，９５に挟まれた状態で配設されている。つまり、ボール螺子ナット９１は、ラック軸２２の外周に各ボール９６を介して螺合されている。
【００３８】
これにより、各ボール９６は、ラック軸２２とボール螺子ナット９１との間の相対回転に伴い、その負荷を受けつつ、ボール軌道Ｒ１内を転動する。そして、各ボール９６の転動によってラック軸２２とボール螺子ナット９１との軸方向の相対位置が変位することにより、転舵側モータ３２のトルクが転舵力としてラック軸２２に付与される。
【００３９】
また、ボール軌道Ｒ１内を転動するボール９６は、ボール螺子ナット９１に設けられたボール軌道Ｒ１の二つの接続点間を短絡する循環路Ｒ２を通過することで無限循環する。
詳しくは、図２及び図３に示すように、ボール螺子ナット９１には、二つの接続点に対応する位置にボール螺子ナット９１を径方向に貫通する一対の取付孔１０１が形成されている。なお、２つの接続点は、ボール螺子ナット９１の軸方向において、その間に数巻き分の螺子溝９４を挟む位置に設定されており、ボール軌道Ｒ１及び循環路Ｒ２により１系統の流通経路が形成されている。ボール螺子ナット９１の外周面には、これら取付孔１０１間を接続する溝状の第１通路１０２が形成されている。第１通路１０２は、ボール９６が移動可能な大きさに形成されており、ボール螺子ナット９１の外周に従動プーリ７３が嵌合することで、該第１通路１０２の外周側が覆われている。
【００４０】
図２及び図４に示すように、各取付孔１０１には、ボール螺子ナット９１に対して上記ボール軌道Ｒ１からボール９６を掬い上げる機能及びボール軌道Ｒ１にボール９６を排出する機能を備えた循環部材１０３が装着される。各循環部材１０３には、ボール軌道Ｒ１及び第１通路１０２に開口し、ボール９６が移動可能な第２通路１０４が形成されている。これにより、ボール軌道Ｒ１を転動する各ボール９６は、一方の循環部材１０３に掬い上げられ、第２通路１０４及びボール螺子ナット９１の第１通路１０２を通り、他方の循環部材１０３の第２通路１０４を介して再びボール軌道Ｒ１に排出される。つまり、本実施形態では、第１通路１０２及び各第２通路１０４により循環路Ｒ２が構成されている。
【００４１】
ここで、本実施形態の従動プーリ７３とボール螺子ナット９１との間には、これら従動プーリ７３及びボール螺子ナット９１の軸方向一端側の空間Ｓ1と軸方向他端側の空間Ｓ2とを連通する連通路１１１が設けられている。なお、空間Ｓ1は、ラックハウジング２３の軸方向一端側に設けられたブーツ２９の内部空間に繋がるとともに、空間Ｓ2は、ラックハウジング２３の軸方向他端側に設けられたブーツ２９の内部空間に繋がっている。
【００４２】
詳しくは、図２、図３、図５及び図６に示すように、ボール螺子ナット９１の外周には、軸方向中央よりも軸方向他端側寄りの位置から軸方向一端側に向かって延び、同軸方向一端側に開口した第１連通溝１１２が形成されている。フランジ部９２の外周には、第１連通溝１１２と同じ周方向位置に軸方向両側に開口した第２連通溝１１３が形成されている。また、フランジ部９２の軸方向他端面には、第２連通溝１１３と同じ周方向位置に径方向内外に開口した第３連通溝１１４が形成されている。一方、従動プーリ７３の内周には、拡径孔部７６に開口するとともに第１連通溝１１２の軸方向他端部に連通し、周方向に延びた周方向溝１１５が形成されている。これにより、軸方向一端側の空間Ｓ1は、上記環状隙間Ｓr、第１連通溝１１２、周方向溝１１５、第２連通溝１１３及び第３連通溝１１４を介して軸方向他端側の空間Ｓ2に連通している。つまり、本実施形態では、第１連通溝１１２、周方向溝１１５、第２連通溝１１３及び第３連通溝１１４により連通路１１１が構成されている。
【００４３】
また、図２〜図５に示すように、ボール螺子ナット９１の外周には、第１連通溝１１２の軸方向他端部と、フランジ部９２との間に径方向外側に開口した挿入穴１２１が形成されている。挿入穴１２１には、円柱状のピン１２２が挿入されている。ピン１２２は、ボール螺子ナット９１の外周面から突出するような大きさに形成されており、その先端が周方向溝１１５に挿入されている。つまり、周方向溝１１５が凹部に相当し、ピン１２２が凸部に相当する。そして、周方向溝１１５とピン１２２との間の周方向に沿った周方向隙間Ｓcは、ピニオン角センサ５５によって検出可能な最小の角度変化Δθminだけピニオン軸２１と転舵側モータ３２の回転軸３２ａとが相対回転することを許容する最小の隙間Ｓminよりも大きく設定されている。
【００４４】
一例として、ピニオン角センサ５５によって検出可能な最小の回転角が機械角で１°であり、ピニオン軸２１が１°だけ回転した場合に、ボール螺子ナット９１が５°回転すると、最小の隙間Ｓminは従動プーリ７３とボール螺子ナット９１とが５°だけ相対回転できるような隙間となる。そして、周方向溝１１５の周方向に沿った長さは、その内周面にピン１２２が当接するまでに、従動プーリ７３とボール螺子ナット９１とが５°よりも大きく相対回転できるような周方向隙間Ｓcを形成するように設定されている。
【００４５】
これにより、ロックナット９３が緩んだ状態で、例えば転舵側モータ３２の回転がベルト機構３３に伝達されると、ピン１２２が周方向溝１１５に当接するまでは従動プーリ７３とボール螺子ナット９１とが相対回転し、ピン１２２が周方向溝１１５に当接した後は、従動プーリ７３の回転がボール螺子ナット９１に伝達される。ここで、周方向溝１１５とピン１２２との間には周方向隙間Ｓcが存在するため、周方向溝１１５とピン１２２とが当接するまでは、ピニオン軸２１が回転しない。そして、周方向隙間Ｓcは、上記最小の隙間Ｓminよりも大きく設定されているため、転舵対応角θpcと転舵対応角θpdとの間に有意な差分Δθが生じ、ロックナットの緩みが検出可能となる。
【００４６】
次に、転舵側制御装置４２によるロックナット９３の緩みの検出について説明する。
図１に示すように、転舵側制御装置４２は、転舵対応角θpcと転舵対応角θpdとの差分Δθが予め設定された閾値角度θthを超えるか否かに基づいて、ボール螺子ナット９１を従動プーリ７３に対して相対回転不能に固定するためのロックナット９３が緩んでいるか否かを判定する。具体的には、転舵側制御装置４２は、差分Δθが閾値角度θthを超える場合には、ロックナット９３が緩んでいると判定し、差分Δθが閾値角度θth以下の場合には、ロックナット９３が緩んでいないと判定する。そして、転舵側制御装置４２は、ロックナット９３が緩んでいると判定した場合には、その旨を示す信号を報知部４３に出力し、報知部４３は、その旨を運転者に報知する。
【００４７】
なお、閾値角度θthは、従動プーリ７３とボール螺子ナット９１とが相対回転しない場合でも、転舵ユニット５の構造上のガタに起因して転舵対応角θpc，θpd間に生じ得る角度変化よりも大きな値であり、実験等の結果に基づいて予め定められている。転舵ユニット５の構造上のガタとしては、例えばベルト機構３３を構成するベルト７１の弾性変形やボール螺子機構３４の内部隙間、ラックアンドピニオン機構２４のバックラッシ、軸受８１に隣接して配置された弾性体８４の弾性変形等が挙げられる。
【００４８】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）周方向溝１１５とピン１２２との間の周方向隙間Ｓcを、ピニオン角センサ５５によって検出可能な最小の角度変化Δθminだけピニオン軸２１と転舵側モータ３２の回転軸３２ａとが相対回転することを許容する最小の隙間Ｓminよりも大きく設定した。そのため、ロックナット９３が緩んだ状態で、例えば転舵側モータ３２の回転がベルト機構３３に伝達されても、周方向溝１１５とピン１２２とが当接するまでは従動プーリ７３とボール螺子ナット９１とが相対回転し、ピニオン軸２１が回転しない。したがって、ロックナット９３が緩んだ状態では、転舵対応角θpc，θpd間に有意な差分Δθが生じるため、ロックナット９３の緩みが検出可能となる。特に、本実施形態のように、ステアバイワイヤ式の操舵装置１では、運転者の入力する操舵トルクＴhが機械的には転舵ユニット５に伝達されないため、例えばピン１２２が折れる前にロックナット９３の緩みを検出する効果は大である。
【００４９】
（２）周方向溝１１５とピン１２２との間の周方向隙間Ｓcが小さくても、高い分解能のセンサを用いることで、従動プーリ７３とボール螺子ナット９１とが相対回転した際に、転舵対応角θpc，θpd間の差分Δθを検出することは可能である。しかし、例えば転舵ユニット５の構造上の要因から、従動プーリ７３とボール螺子ナット９１とが相対回転しなくても、転舵側モータ３２の回転軸３２ａとピニオン軸２１との間には相対的な回転が僅かながら生じ得る。したがって、周方向隙間Ｓcを小さくしすぎると、ロックナット９３が緩んでいなくても、転舵対応角θpc，θpd間の差分Δθに基づいて、ロックナット９３が緩んだと誤判定するおそれがある。この点、本実施形態では、周方向隙間Ｓcの大きさの基準となるピニオン角センサ５５によって検出可能な最小の角度変化Δθminが、転舵側モータ３２の回転軸３２ａとピニオン軸２１との間に転舵ユニット５の構造上生じ得る相対的な角度変化よりも大きい。そのため、周方向隙間Ｓcが小さくなりすぎず、ロックナット９３の緩みの誤検出を抑制できる。
【００５０】
（３）従動プーリ７３及びボール螺子ナット９１の軸方向両側を連通する連通路１１１を設けたため、ラックハウジング２３内における従動プーリ７３及びボール螺子ナット９１の軸方向一端側の空間Ｓ1の空気と軸方向他端側の空間Ｓ2の空気とが連通路１１１を通じて互いに流通できるようになる。そのため、ラック軸２２の往復動に伴うブーツ２９の伸縮に伴って、ラックハウジング２３内における従動プーリ７３及びボール螺子ナット９１の軸方向一端側の空間Ｓ1と軸方向他端側の空間Ｓ2の体積が変化した場合に、各空間Ｓ1，Ｓ2の圧力が大きく変化することが抑制される。これにより、ブーツ２９が変形し難くなり、その劣化を抑制できる。
【００５１】
（４）周方向溝１１５が連通路１１１の一部を構成するようにしたため、例えば従動プーリ７３に周方向溝１１５とは別に連通路１１１を構成する部分を形成する場合に比べ、従動プーリ７３の構造が複雑化することを抑制できる。
【００５２】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、転舵側制御装置４２が、ロックナット９３が緩んでいることを示す信号を報知部４３に出力しない構成としてもよい。
【００５３】
・上記実施形態では、操舵角θhに基づいて目標転舵対応角θp*を演算したが、これに限らず、例えば操舵トルクＴhに基づき、モデル式を利用して目標操舵角を演算し、該目標操舵角に基づいて目標転舵対応角θp*を演算してもよい。なお、モデル式として、例えばステアリングホイール２と転舵輪４とが機械的に連結されたものにおいて、ステアリングホイール２の回転に伴って回転する回転軸のトルクと該回転軸の回転角との関係を定めて表したものを用いることができる。
【００５４】
・上記実施形態において、連通路１１１の構成は、適宜変更可能である。例えば周方向溝１１５が連通路１１１の一部を構成せず、従動プーリ７３に周方向溝１１５とは別に連通路１１１の一部を構成する溝等を形成してもよい。また、従動プーリ７３とボール螺子ナット９１との間に連通路１１１を設けなくてもよい。
【００５５】
・上記実施形態では、従動プーリ７３に周方向溝１１５を形成し、ボール螺子ナット９１にピン１２２を設けたが、これに限らず、例えばボール螺子ナット９１の外周に周方向溝を形成し、従動プーリ７３の内周に当該周方向溝に挿入されるピンを設けてもよい。また、例えば従動プーリ７３における拡径孔部７６と嵌合孔部７７との段差に周方向に延びるとともに軸方向に開口した周方向溝を形成し、ボール螺子ナット９１のフランジ部９２に当該周方向溝に挿入されるピンを設けてもよい。
【００５６】
・上記実施形態では、従動プーリ７３の内周にボール螺子ナット９１を嵌合するとともに、従動プーリ７３の外周に軸受８１を嵌合したが、これに限らず、例えばボール螺子ナット９１の外周に従動プーリと軸受とを軸方向に並べて固定してもよい。この場合、従動プーリ及び軸受の軸方向の少なくとも一方側がロックナットによって固定されるようにすればよい。
【００５７】
・上記実施形態において、周方向隙間Ｓcを最小の隙間Ｓmin以下に設定してもよい。
・上記実施形態では、ストローク位置センサとしてピニオン軸２１の回転角を検出するピニオン角センサ５５を用いたが、これに限らず、転舵側モータ３２のトルクの伝達経路におけるベルト機構３３よりも下流側の部材であればよく、例えばラック軸２２のストローク位置そのものを検出するセンサを用いてもよい。なお、この場合には、転舵側モータ３２の回転角θtに基づいて演算されるストローク位置と、ストローク位置センサにより検出されるストローク位置との差分に基づいてロックナット９３の緩みを検出することになる。
【００５８】
・上記実施形態では、転舵ユニット５を備える操舵装置１として、操舵ユニット３と転舵ユニット５との間の動力伝達が分離したステアバイワイヤ式のものを採用した。しかし、これに限らず、運転者の入力する操舵トルクが転舵ユニット５に機械的に伝達可能に構成され、転舵ユニット５の付与する転舵力を運転者の操舵を補助するためのアシスト力として付与する電動パワーステアリング装置を採用してもよい。
【００５９】
次に、上記実施形態及び変形例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）上記いずれかの構成の転舵ユニットを備え、操舵ユニットと前記転舵ユニットとの間の動力伝達が分離した構造を有する操舵装置。ステアバイワイヤ式操舵装置では、運転者の入力する操舵トルクが機械的には転舵ユニットに伝達されないため、例えば凸部が折れる前にロックナットの緩みを検出する効果は大である。
【符号の説明】
【００６０】
１…操舵装置、２…ステアリングホイール、３…操舵ユニット、４…転舵輪、５…転舵ユニット、２１…ピニオン軸、２２…ラック軸、２３…ラックハウジング、２４…ラックアンドピニオン機構、２８…タイロッド、２９…ブーツ、３１…転舵側アクチュエータ、３２…転舵側モータ、３２ａ…回転軸、３３…ベルト機構、３４…ボール螺子機構、５４…転舵側回転角センサ、５５…ピニオン角センサ、７１…ベルト、７２…駆動プーリ、７３…従動プーリ、９１…ボール螺子ナット、９２…フランジ部、９３…ロックナット、１１１…連通路、１１５…周方向溝、１２１…挿入穴、１２２…ピン、Ｓ1，Ｓ2…空間、Ｓc…周方向隙間、Ｓmin…最小の隙間、Ｓr…環状隙間、Δθ…差分、Δθmin…角度変化、θt…回転角、θpc，θpd…転舵対応角。
【図１】
2020179789.tif 000003
【図２】
2020179789.tif 000004
【図３】
2020179789.tif 000005
【図４】
2020179789.tif 000006
【図５】
2020179789.tif 000007
【図６】
2020179789.tif 000008