(57)【要約】【課題】  使用許容最低温度においても、円滑に作動可能な転舵装置を提供する。【解決手段】  転舵ロッド３２に形成された雄ねじに、雌ねじが形成されたナット４４を螺合させ、そのナットにモータによって回転力を付与するように構成された転舵装置１２において、ナットに、それを保持するベアリング５０のインナレース５２および転舵ロッドよりも線膨張係数の大きな材料を用い、ナットのインナレースへの圧入代と、雄ねじと雌ねじとのクリアランスとを、使用許容最低温度においても圧入代が０とならないように、かつ、クリアランスが０とならないように調整する。温度変化によるナット外径とインナレース内径との収縮量差と、雌ねじと雌ねじとの収縮量差とを相殺させて、クリアランスの変化を吸収させることで、使用許容最低温度においても、ナットがインナレースにしっかりと保持され、かつ、ナットと転舵ロッドとの円滑な相対動作が担保される。【選択図】  図２
2010132036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端の各々が左右の車輪に接続されるとともに、外周部に雄ねじが形成された転舵ロッドと、
その転舵ロッドをそれの軸線方向に移動可能に保持するハウジングと、
内周部に雌ねじが形成され、前記転舵ロッドの雄ねじと螺合するナットと、
前記ハウジングに対して固定されたアウタレースと、前記ナットの外周部が圧入されたインナレースとを有し、前記ナットを、それの回転許容しつつ前記軸線方向への移動を禁止する状態で前記ハウジングに保持させるためのラジアルベアリングと、
前記ハウジングに保持され、前記ナットに回転力を付与することで前記転舵ロッドを前記軸線方向に移動させるアクチュエータと
を備えた車両用転舵装置であって、
前記ナットが、前記インナレースおよび前記転舵ロッドよりも線膨張係数の大きな材料からなり、
当該転舵装置の使用が許容される最低温度においても、前記ナットの外周部と前記インナレースとの圧入代が０とならず、かつ、前記雄ねじと前記雌ねじとのクリアランスが０とならないように設定されていることを特徴とする車両用転舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用転舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、いわゆるパワーステアリングシステム、つまり、転舵装置に配設されたアクチュエータによって車輪の操舵を助勢するシステムが一般的に使用されている。また、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステム、つまり、ステアリングホイール等の操作部材に入力された操作力によらず、専らアクチュエータの力によって車輪の転舵を行うシステムが提案されている。これらのパワーステアリングシステムやステアバイワイヤ型のステアリングシステムでは、転舵装置のアクチュエータの動力源としてモータが使用されており、ある形式の転舵装置では、モータの回転動作がナットを回転させ、ナットの回転が転舵ロッドのその軸線方向への移動に変換されることで、車輪に転舵力を与えるよに構成されている。このナットの回転を転舵ロッドの軸線方向への移動に変換するために、雄ねじとナットに雌ねじとからなるねじ機構が使用されている。このような転舵装置において、雄ねじが形成される構成部材と雌ねじが形成される構成部材とが線膨張係数において異なる材料を使用している場合、環境温度が変化すると、雄ねじおよび雌ねじは、それぞれ異なる度合いで膨張または収縮する。下記特許文献１では、ステアリングシャフトの位置調整に用いられる雄ねじと雌ねじとの螺合において、雄ねじが形成される構成部材の方が雌ねじが形成される構成部材よりも線膨張係数が大きい材料を使用している場合に、温度が上昇したときの雄ねじの膨張を、雌ねじに設けられたスリットにより逃がす技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３１５６４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
反対に、雄ねじが形成される構成部材が雌ねじが形成される構成部材よりも線膨張係数の小さな材料を使用している場合には、組み付け時に雄ねじと雌ねじとの間にクリアランスが設けられていても、環境温度が組み付け時から低下すると、雌ねじの方が雄ねじよりも収縮する程度が大きいため、クリアランスが小さくなる。このクリアランスが０以下となると、雄ねじと雌ねじとの間に大きな摩擦力が発生し、雄ねじと雌ねじとの円滑な相対動作が妨げられてしまう。本発明は、使用が許容される最低温度（以下、「使用許容最低温度」という場合がある）においても、雄ねじと雄ねじとの円滑な相対動作が担保された転舵装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明の車両用転舵装置は、(A) 両端の各々が左右の車輪に接続されるとともに、外周部に雄ねじが形成された転舵ロッドと、(B) その転舵ロッドをそれの軸線方向に移動可能に保持するハウジングと、(C) 内周部に雌ねじが形成され、転舵ロッドの雄ねじと螺合するナットと、(D) ハウジングに対して固定されたアウタレースと、ナットの外周部が圧入されたインナレースとを有し、ナットを、それの回転許容しつつ軸線方向への移動を禁止する状態でハウジングに保持させるためのラジアルベアリングと、(E) ハウジングに保持され、ナットに回転力を付与することで転舵ロッドを軸線方向に移動させるアクチュエータとを備えた車両用転舵装置であって、ナットが、インナレースおよび転舵ロッドよりも線膨張係数の大きな材料からなり、当該転舵装置の使用が許容される最低温度においても、ナットの外周部とインナレースとの圧入代が０とならず、かつ、雄ねじと雌ねじとのクリアランスが０とならないように設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
ナットがインナレースよりも線膨張係数の大きな材料からなる場合、転舵装置の使用される環境温度、すなわち使用温度が低下したときには、ナットの外径の収縮量がインナレースの内径の収縮量よりも大きい。その一方で、ナットが転舵ロッドよりも線膨張係数の大きな材料からなる場合、使用温度が低下したときには、ナットに形成された雌ねじの径方向の収縮量は、転舵ロッドに形成された雄ねじの径方向の収縮量よりも大きい。したがって、ナットのインナレースへの圧入代および雄ねじと雌ねじとのクリアランスを調整することによって、ナット外径の収縮量とインナレース内径の収縮量との差分の変化量と、圧入代の変化と相殺することで、その相殺に見合った分、クリアランスの変化を吸収することが可能である。このことを利用して、使用が許容される最低温度においても、ナットの外周部とインナレースとの圧入代が０とならず、かつ、雄ねじと雌ねじとのクリアランスが０とならないようにすることで、使用が許容される最低温度においても、ナットがインナレースにしっかりと保持され、かつ、ナットと転舵ロッドとの円滑な相対動作が担保された転舵装置が実現するのである。
【発明の実施態様】
【０００６】
本発明の「転舵装置」は、いわゆるパワーステアリングシステムに使用されるものであってもよく、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステムにしようされるものであってもよい。ここでいう、パワーステアリングシステムとは、転舵装置に配設されたアクチュエータにより、車輪の転舵を助勢するように構成されたシステムを意味し、また、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムとは、ステアリングホイール等の操作部材に入力された運転者の操作力によらず、操作部材の操作量に基づいて転舵装置のアクチュエータを制御することによって、専らそのアクチュエータの力によって車輪の転舵を行うように構成されたシステムを意味する。
【０００７】
本発明の転舵装置を構成する「雄ねじ」および「雌ねじ」は、転舵装置に用いることに支障のないものであればよく、その種類が限定されるものではない。それら雄ねじおよび雌ねじによって構成される転舵装置のねじ機構には、円滑な作動を行うために摩擦が小さく、かつ、大きな力を伝達するために堅強であることが求められる。その観点からすれば、本発明の転舵装置においては、雄ねじと雌ねじとに、「台形ねじ」を採用することが望ましい。
【０００８】
本発明の転舵装置の構成要素である「ラジアルベアリング」は、インナレース、すなわちナットが圧入される内輪が、アウタレース、すなわちハウジングに固定される外輪に対して、回転可能に保持されるものであればよく、その種類が限定されるものではない。
【０００９】
本発明の転舵装置の構成要素である「アクチュエータ」は、例えば、電動モータを動力源として採用するものであってもよく、また、油圧モータ等、電動モータ以外のものを動力源として採用するものであってもよい。
【００１０】
本発明の転舵装置の構成要素である「ナット」、「転舵ロッド」、および、上記ベアリングの構成要素である「インナレース」の材料に関して言えば、例えば、ナットの材料として銅合金を、転舵ロッドの材料として中炭素鋼若しくは高炭素鋼を、インナレースの材料として軸受鋼を、それぞれ使用することができる。ナットと転舵ロッドとに互いに異なる種類の材料を採用することで、雄ねじと雌ねじとの円滑な摺動が確保され、また、ナットとインナレースとに互いに種類の異なる材料を採用することで、ナットをインナレースに容易に圧入することができる。
【００１１】
「圧入代」は、ナットをインナレースに圧入する際の締め代であり、すなわち、ナットの外周の半径からインナレースの内周の半径を差し引いた値と考えられる。圧入代は、別の言葉では、マイナスクリアランスと表現することができる。つまり、ナットの外周の半径の方がインナレースの内周の半径よりも大きく、それらのクリアランスは０未満であることを意味する。したがって、圧力代を設けてインナレースにナットを差し込むことで、それらが堅固に締結される。
【００１２】
「転舵装置の使用が許容される最低温度」とは、設計上使用可能とされる最低温度（以下、「使用許容最低温度」という場合がある）を意味する。例えば、−３０℃から４０℃の温度範囲において転舵装置の使用が許容されている場合には、使用許容最低温度は−３０℃となる。
【実施例】
【００１３】
以下、本請求可能発明の一実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
【００１４】
≪Ａ．車両用転舵装置の構成≫
図１に、本発明の実施例である転舵装置を備えたステアリングシステムを概略的に示す。本ステアリングシステムは、操作装置１０と、実施例たる転舵装置１２とが機械的に分離されている。本ステアリングシステムは、操作装置１０が有するステアリング操作部材であるステアリングホイール１４の操作量を検出し、その検出された操作量に基づいて転舵装置１２の転舵量を決定し、その決定された転舵量に基づいて転舵装置１２を電気的に制御することによって、ステアリングホイール１４への運転者の操作力によらずに、専ら転舵装置１２の駆動力によって転舵車輪１６（以下、単に「車輪１６」という場合がある）を転舵するように構成されている。つまり、本ステアリングシステムは、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステムとされているのである。
【００１５】
操作装置１０は、ステアリングホイール１４と、一端部にステアリングホイール１４が取り付けられたシャフト１８と、そのシャフト１８の回転位置に基づいて、ステアリングホイール１４の操作量を検出する操作量センサ２０とを有する。操作量センサ２０は、光学式のロータリエンコーダによってシャフト１８の回転位置を検出し、その検出した位置に基づいて操作量を検出するような構造とされている。
【００１６】
転舵装置１２は、ハウジング３０と、車幅方向にそのハウジング３０を貫通し、ハウジング３０に対して回転不能とされた状態で、ハウジング３０に支持された転舵ロッド３２とを有している。転舵ロッド３２は、その両端部の各々において、ボールジョイント３４を介してタイロッド３６と連結されている。それらタイロッド３６の各々は、左右の車輪１６の各々を回転可能に保持するステアリングナックル３８に固定されたナックルアーム４０に連結されている。すなわち、転舵装置１２は、転舵ロッド３２をその軸線方向に移動させ、ステアリングナックル３８を回動させることで、車輪１６の転舵を行うのである。
【００１７】
図２に、転舵装置１２の断面を示す。転舵ロッド３２は、外周部に雄ねじが形成された雄ねじ部４２を有しており、転舵装置１２は、内周部に雌ねじが形成されて雄ねじ部４２に螺合するナット４４と、ナット４４に回転力を付与するためのアクチュエータ４７を構成する動力源としての転舵モータ４６とを備えている。転舵モータ４６は、ハウジング３０に保持され、ナット４４を回転させることで、転舵ロッド３２をその軸線方向へ移動させる。また、ナット４４は、ラジアルベアリング５０のインナレース５２に圧入されており、そのラジアルベアリング５０のアウタレース５４はハウジング３０に固定されている。したがって、ナット４４はハウジング３０に対して回転可能とされている。転舵モータ４６は、いわゆるブラシレスモータであり、筒状をなして転舵ロッド３２の貫通を許容するとともに回転可能なモータ軸４８と、ハウジング３０の車幅方向中央部に設けられた円筒状のステータ５６と、そのステータ５６の内周面に対向するようにモータ軸４８の外周部に円筒状に設けられたロータ５８とを含んでいる。ステータ５６はコイルを主体とするものであり、ロータ５８は永久磁石を主体とするものである。
【００１８】
なお、ハウジング３０には、転舵ロッド３２の車幅方向へ移動した位置、つまり転舵位置を検出する転舵位置センサ６０が設けられている。その転舵位置センサ６０は、転舵ロッド３２に軸方向に延びる姿勢で接着されて、多数の被検出部が微小間隔で形成されたスケールテープ６２と、ハウジング３０に固定されてスケールテープ６２の被検出部を検出する光センサ６４とを含んで構成されている。
【００１９】
本ステアリングシステムは、図１に示すように、電子制御ユニット６６（以下、単に「ＥＣＵ」という場合がある）によって制御される。ＥＣＵ６６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ６６には、操作量センサ２０，転舵位置センサ６０が接続されている。車輪１６の転舵を行う場合は、ＥＣＵ６６は、操作量センサ２０の検出信号に基づいてステアリング１４の操作量を取得し、その操作量に基づいて目標転舵量を決定するとともに、転舵位置センサ６０の検出位置に基づいて、転舵モータ４６を駆動してその目標転舵量まで車輪を転舵させる。
【００２０】
≪Ｂ．圧入代とクリアランスとの関係≫
転舵ロッド３２の雄ねじ部４２に形成された雄ねじ、およびナット４４の内周部に形成された雌ねじは、共に台形ねじとされている。雄ねじと雌ねじとの間には、図３に示すように、隙間、つまり、クリアランスが設けられている。
【００２１】
一方、ナット４４は、その外周部において、ベアリング５０のインナレース５２に圧入されている。つまり、ナット４４の外径は、インナレース５２の内径よりも大きく、圧入代ΔＦは、ナット４４の外周の半径からインナレース５２の内周の半径を差し引いた値により示される。ナット４４とインナレース５２とは、この圧入代に応じた締付力により締結されている。
【００２２】
ナット４４の材料は線膨張係数αNが１７．７×１０-6／℃の銅合金であり、転舵ロッド３２の材料は線膨張係数αRが１１．０×１０-6／℃の炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）であり、インナレース５２の材料は線膨張係数αIが１２．５×１０-6／℃の軸受鋼である。したがって、ナット４４は、転舵ロッド３２およびインナレース５２より線膨張係数が大きく、転舵ロッド３２およびインナレース５２より、温度変化に対する膨張および収縮の程度が大きい。
【００２３】
この転舵装置１２は、使用許容最低温度が−３０℃に設定されており、また、使用が許容される最高温度である使用許容最高温度が４０℃に設定されている。したがって、それらの温度差、つまり、使用温度差ΔＴは７０℃とされている。インナレース５２の内周の半径ＲI，ナット４４の外周の半径ＲNが２５ｍｍであり、そのような寸法の下、この使用温度差ΔＴにおけるインナレース５２の内周の半径ＲIとナット４４の外周の半径ＲNとの収縮量の差ΔＣは、次式によって算出することができ、
ΔＣ＝ΔＴ×（ＲI×αI−ＲN×αN）
その収縮量の差ΔＣは、約９μｍとなる。つまり、仮に使用温度が４０℃の際に、インナレース５２の内周の半径ＲIとナット４４の外周の半径ＲNとがちょうど同じ値とされていても使用許容最低温度の−３０℃においては、ナット４４の外周の半径ＲNは、インナレース５２の半径ＲIよりも、約９μｍだけ小さくなってしまう。
【００２４】
したがって、使用温度が４０℃において、ナット４４を、インナレース５２に、圧入代ΔＦ９μｍで圧入した場合、つまりナット４４の外周の半径ＲNがインナレース５２の内周の半径ＲIよりも９μｍ大きい状態で圧入してある場合には、使用許容最低温度の−３０℃になると、使用許容最低温度の−３０℃において、ナット４４の外周の半径ＲNとインナレース５２の内周の半径ＲIとがちょうど同じ値となり、圧入代ΔＦは、０となってしまうことになる。
【００２５】
一方、転舵ロッド３２の雄ねじとナット４４の雌ねじとのねじピッチ円の半径ＲSは、１５ｍｍとされており、そのような寸法の下、上記使用温度差ΔＴにおけるクリアランスの変化量ΔＣＬは、次式によって算出することができ、
ΔＣＬ＝ΔＴ×ＲS×（αN−αR）
そのクリアランスの変化量ΔＣＬは、約７μｍとなる。つまり、仮に転舵装置１２の使用される温度が４０℃の際のクリアランスが７μｍである場合は、使用許容最低温度の−３０℃においてクリアランスが略０μｍとなり、雄ねじと雌ねじとは円滑に螺合することができなくなってしまう。
【００２６】
上記のことに鑑み、使用許容最高温度である４０℃において圧入代ΔＦが９μｍより大きくなるようにインナレース５２の内周の半径ＲI，ナット４４の外周の半径ＲNを設定し、かつ、４０℃においてナット４４をインナレース５２に圧入した状態で、雄ねじと雌ねじとのクリアランスが７μｍより大きくなるように設定するものとする。この場合において、使用許容最低温度−３０℃となったとしても、圧入代ΔＦは、０とならず、ナット４４は、インナレース５２にしっかりと保持される。
【００２７】
また、使用許容最高温度の４０℃においては、圧入代ΔＦの分だけ、ナット４４は径方向に圧縮された状態となっている。この状態から、使用許容最低温度−３０℃になったとしても、上記収縮量の差ΔＣが圧入代ΔＦの減少によって相殺されるため、ナット４４の径方向の収縮は、その相殺された分に見合う分だけ少なくなり、実際には、ナット４４の内径はあまり変化しないことになる。つまり、圧入代ΔＦの減少に見合う分、上記雄ねじと雌ねじとのクリアランスの変化量ΔＣＬが吸収されることになるのである。ちなみに、この場合では、使用許容最低温度−３０℃となったとしても、クリアランス７μｍを下回ることがなく、雄ねじと雌ねじとの円滑な摺動、つまり、ナット４４と転舵ロッド３２との円滑な相対動作が担保されることになる。
【００２８】
したがって、ナット４４のインナレース５２への圧入代ΔＦおよび雄ねじと雌ねじとのクリアランスを調整することによって、使用許容最低温度においても、圧入代ΔＦが０とならず、かつ、雄ねじと雌ねじとのクリアランスが０とならないようにすることで、使用許容最低温度においても、ナット４４がインナレース５２にしっかりと保持され、かつ、ナット５２と転舵ロッド３２との円滑な相対動作が担保された転舵装置１２が実現するのである。なお、上述の場合には、使用許容最高温度において、クリアランスおよび圧入代ΔＦを設定したが、それらは、どのような温度において設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】請求可能発明の実施例である車両用転舵装置の概略を示す図である。
【図２】上記車両用転舵装置の断面を示す模式図である。
【図３】上記車両用転舵装置の一部を拡大した模式図である。
【符号の説明】
【００３０】
１６：転舵車輪    ３０：ハウジング    ３２：転舵ロッド    ４２：雄ねじ部    ４４：ナット    ４６：転舵モータ    ４７：アクチュエータ    ４８：モータ軸    ５０：ラジアルベアリング    ５２：インナレース    ５４：アウタレース
【図１】
2010132036.tif 000003
【図２】
2010132036.tif 000004
【図３】
2010132036.tif 000005