(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵に応じて駆動されるモータの回転力を、ハウジング内に支持された舵取軸に伝え、該舵取軸を軸方向に移動させて舵取りを補助する構成とした動力舵取装置において、
前記ハウジング内部に軸方向の移動を拘束して支持され、前記モータからの伝動により前記舵取軸と同軸的に回転する回転筒と、前記舵取軸の軸心に対して所定角度傾斜及び所定寸法偏心して前記回転筒内に保持され、内周面の一か所で前記舵取軸の外周面に摺接させてある送りリングと、前記回転筒内に固設され、前記送りリングを保持するために、前記舵取軸に対して軸心が傾斜及び偏心している内周面、及び該内周面の傾斜方向に対して直角に設けた内底面を含む凹部を有し、前記舵取軸の挿通が可能な孔を底部の中央に有する有底円筒形の保持体とを備え、
該保持体は、前記内周面の半周以上に亘って周壁が欠落し、該周壁上の欠落部に対向する位置に、前記周壁の径方向にねじ孔が穿設され、該ねじ孔に、前記周壁の外側から内側へ突出する調整ねじが螺合すべくなしてあることを特徴とする動力舵取装置。
【請求項２】
前記送りリングは、その内周面に突起部を備え、該突起部が前記舵取軸の外周面に螺旋状に設けた溝部に摺接すべくなしてある請求項１記載の動力舵取装置。
【請求項３】
前記舵取軸の溝部は、前記送りリングの傾斜角度をそのリード角としたピッチで形成してある請求項２記載の動力舵取装置。
【請求項４】
前記送りリングは、軸受を用いてなる請求項１記載の動力舵取装置。
【請求項５】
前記凹部の軸心は、前記送りリングと同一の角度傾斜し、かつ前記送りリングと同一の寸法偏心している請求項１記載の動力舵取装置。
【請求項６】
前記保持体は、前記ねじ孔に螺合した調整ねじを更に備える請求項１記載の動力舵取装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は操舵補助力の発生源としてモータを用いてなる動力舵取装置に関する。
背景技術
動力舵取装置は、舵取りのための操舵輪の回転操舵に要する労力負担を軽減して快適な操舵感覚を得るものであり、多くの自動車に装備されている。さらに近年においては、操舵補助のためのアクチュエータとして、従来広く用いられている油圧アクチュエータに代えて、操舵輪の操舵に応じて駆動される電動モータを利用した電動式の動力舵取装置が実用化されている。
このような電動式の動力舵取装置は、操舵補助用のモータの駆動制御により、車速の高低、舵角の大小等の運転状態に応じた補助力特性の変更に柔軟に対応し得るという利点を有するが、その実現に際しては、操舵補助用のモータの回転を舵取機構に伝える伝動系が不可欠である。
操舵補助用のモータは、操舵輪に連設され、該操舵輪の操舵に伴って回転するステアリングコラムの中途に、又は操向車輪（一般的には左右の前輪）に両端を連結され、軸方向に移動して舵取りを行なわせるための舵取軸（例えば、ラック・ピニオン式舵取機構におけるラック軸）の中途に設けられる。前者は、操舵補助用のモータの回転を回転部材たるステアリングコラムに伝えればよく、前記伝動系を一般的な歯車減速機構により簡素に構成し得る利点を有する反面、ステアリングコラムの車室外の部分は僅かであり、その周辺に前記モータを含めた伝動系の配設位置を確保することが難しく、適用範囲が限られるという不具合がある。
これに対し後者は、操舵補助用のモータの回転を舵取軸の軸方向の移動に変換する伝動系の構成が複雑となる反面、車両前部に左右に配された前記舵取軸の軸長に亘って、前記モータを含めた伝動系の配設位置の自由度が大きく、広範囲の車種への採用が可能であるという利点を有している。但し、この構成においても、前記モータを含めた伝動系の配設スペースを削減することが重要な課題となっており、例えば、特開昭61−191468号公報に開示されている如く、前記伝動系にボールねじ機構を用いることにより、配設スペースの削減を図った動力舵取装置が従来から提案されている。
この動力舵取装置は、舵取軸の一部を、その外周にボールねじの軌条が形成された雄ねじ部とし、この雄ねじ部の外側に多数のボールを介して螺合するナット部材を、前記舵取軸を支持するハウジング内に軸方向の移動を拘束して配し、該ナット部材に操舵補助用のモータの回転力を伝えて回転させ、この回転に伴うボールねじの螺進を利用して前記舵取軸を軸方向に移動させる構成となっており、前記ハウジングの内部に大なる減速比が得られる伝動機構をコンパクトに構成でき、小型化されたモータを舵取軸のハウジングに近接して取り付けることにより、前述した配設スペースの削減要求に応え得るものとしてある。
ところが、以上の如き従来の構成においては、舵取軸の外周におけるボールねじ軌条の形成に高い精度が要求され、多大な加工工数を要する上、前記ボールねじ軌条が形成された雄ねじ部とナット部材との間での多数のボールを介した螺合状態の調整に多大の手間を要する。
また、前記ナット部材内でボールねじ軌条に充填されたボールは、前記ボールねじの螺進に伴って前記軌条内にて転動し、舵取軸の移動を滑らかにしているが、同時にボールは、転動によって前記舵取軸の移動方向へ偏ってしまう。この偏りを防ぐために、前記ナット部材内の左右端にはボールを循環させるバイパス機構が配設され、ボールの円滑な転動を補助している。ところが、このナット部材内に構成された前記バイパス機構は非常に複雑であり、これを構成する部品点数が多く、組立工数、コストの増加を招来するという問題がある。
さらに、前記バイパス機構及びボールねじ軌条内において、ボール同士の距離を一定に保つための保持部材がなく、前記ボール同士が互いに衝突し、その際に発生するノイズが大きいという問題があった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ボールねじ機構に代わる簡素な構成の伝動系により、低ノイズであり、操舵補助用のモータの回転を舵取軸の軸方向の移動に確実に変換することができ、組立に伴う調整作業を簡略化して、前記操舵補助用のモータを含めた伝動系の配設スペースの削減要求に応え得る動力舵取装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の１つの動力舵取装置は、操舵に応じて駆動されるモータの回転力を、ハウジング内に支持された舵取軸に伝え、該舵取軸を軸方向に移動させて舵取りを補助する構成とした動力舵取装置において、前記ハウジング内部に軸方向の移動を拘束して支持され、前記モータからの伝動により前記舵取軸と同軸的に回転する回転筒と、前記舵取軸の軸心に対して所定角度傾斜及び所定寸法偏心して前記回転筒内に保持され、内周面の一か所で前記舵取軸の外周面に摺接させてある送りリングと、前記回転筒内に固設され、前記送りリングを保持するために、前記舵取軸に対して軸心が傾斜及び偏心している内周面、及び該内周面の傾斜方向に対して直角に設けた内底面を含む凹部を有し、前記舵取軸の挿通が可能な孔を底部の中央に有する有底円筒形の保持体とを備え、該保持体は、前記内周面の半周以上に亘って周壁が欠落し、該周壁上の欠落部に対向する位置に、前記周壁の径方向にねじ孔が穿設され、該ねじ孔に、前記周壁の外側から内側へ突出する調整ねじが螺合すべくなしてあることを特徴とする。
第１図は、本発明に係る送りリングの回転を舵取軸の軸方向への移動に変換する原理を説明するための説明図である。舵取軸101は、軸方向のみの移動を許容して支持されている。送りリング163は、その内周部に舵取軸101を挿通され、該内周部の内径寸法は、舵取軸101の外径寸法より大きく、送りリング163の内周面の一ヶ所で舵取軸101の外周面と接触するように、前記舵取軸101の軸心に対して偏心し、さらに送りリング163の軸心は、舵取軸101の軸心に対して角度θ傾斜して設けられている。
このような構成の送りリング163が、それ自体に偏心した状態で舵取軸101の軸心周りで、例えば、白抜矢符方向に回転する場合、送りリング163はその内周面の常に同じ部位で舵取軸101と接触しながら、舵取軸101周りを回転することになる。送りリング163は、その回転方向に対して自体が角度θ傾斜している方向へ雌ねじの如く螺進しようとするため、この接触部において傾斜方向への摩擦力Ｆが作用し、このときの舵取軸101の軸方向の分力Fsinθにより舵取軸101の軸方向への移動が達成できる。
従って、前記回転筒内に舵取軸の軸心に対し傾斜して設けられた一又は複数の送りリングが、前記舵取軸の外周面の一ヶ所で夫々摺接した状態で回転し、この送りリングの傾斜角度をそのリード角としたピッチで前記舵取軸をその軸方向に移動させるので、簡素な機構で操舵補助用のモータの回転を前記舵取軸の軸方向の移動に変換することができ、さらにボールを必要としないので、前述の如きノイズの発生がない。
また前記保持体が回転筒内で、送りリングを舵取軸に対して傾斜又は偏心した態様に保持するので、前記送りリングの前記回転筒への組付けを容易にすることができる。
更に、前記保持体の周壁に径方向に穿設されたねじ孔に螺合する前記調整ねじの先端が前記保持体の内周面から突出して送りリングを欠落部方向へ押し出すので、前記送りリングの舵取軸への摺接圧を調整することができる。
本発明の他の動力舵取装置は、前記送りリングが、その内周面に突起部を備え、また前記舵取軸が、その外周面に螺旋状に設けた溝部を備え、前記送りリングの突起部が前記舵取軸の溝部に摺接すべくなしてあることを特徴とする。
従って、前記送りリングの内周面に設けられた突起が、前記舵取軸上に設けられたねじ状の溝部に摺接すべくなしてあるので、摺接部における前記舵取軸の軸方向への滑りの発生がなく確実に操舵補助用のモータの回転を舵取軸の軸方向への移動に変換することができる。
本発明の他の動力舵取装置は、前記舵取軸の溝部が前記送りリングの傾斜角度をそのリード角としたピッチで形成されていることを特徴とする。
従って、前記突起部が前記送りリングの傾斜方向に沿って摺接し、無理なく移動することができる。
本発明の他の動力舵取装置は、前記送りリングが軸受を用いてなることを特徴とする。
従って、前記回転筒がその軸周りに回転するのに伴って、傾斜した状態で回転される前記軸受の外輪に追従して、前記軸受の通常の回転方向とは異なる方向へ前記軸受の内輪が回転を開始する際に、前記内外輪のボール軌道面とボールとの弾性により回転の衝撃を吸収するので、衝撃音を低減することができる。また、汎用の軸受を用いることにより、安価に送りリングを構成できる。
本発明の他の動力舵取装置は、前記保持体が有する凹部の軸心が前記送りリングと同一の角度傾斜し、かつ前記送りリングと同一の寸法偏心していることを特徴とする。
従って、前記保持体が送りリングをその傾斜すべき角度で、またその偏心すべき寸法で保持するので、前記送りリングの前記回転筒への組付けを更に容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る送りリングの回転を舵取軸の軸方向への移動に変換する原理を説明するための説明図、第２図は本発明に係る動力舵取装置の要部の構成を示す一部破断正面図、第３図は第２図の一部拡大図、第４図は軸受保持体を示す斜視図、第５図は本発明の更に他の実施例を示す一部破断正面図、第６図は第５図の一部拡大図である。
発明を実施するための最良の形態
（第１実施例）
以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する。第２図は、本発明に係る動力舵取装置の要部の構成を示す一部破断正面図である。
この動力舵取装置において、舵取軸１（ラック軸）は、車体の左右方向に設けられた筒形の舵取軸ハウジング２の内部に軸方向への移動自在に支持され、舵取軸ハウジング２の左右に夫々突出する舵取軸１の端部には、各別のタイロッド10,10（片側のみ図示）を介して図示しない左右の車輪に連結され、舵取軸ハウジング２内での舵取軸１の左右への移動が、タイロッド10,10を介して左右の車輪に伝達され、これらが転舵されるようになしてある。
舵取軸ハウジング２の中途部には、これと軸心を交叉させてピニオンハウジング３が繋げられている。ピニオンハウジング３の内部には、その軸心周りでの回転自在にピニオン軸４が支持されている。第２図においてピニオン軸４は、ピニオンハウジング３の上部への突出端のみが示してあり、該突出端を介して図示しない操舵輪に連結され、舵取りのための操舵輪の操舵に応じて軸周りに回転するようになしてある。
ピニオンハウジング３の内部に設けられたピニオン軸４の下部には、図示しないピニオンが一体的に形成してある。また、舵取軸ハウジング２内に支持された舵取軸１には、ピニオンハウジング３との交叉位置を含めて適長に亘り、図示しないラック歯が形成され、ピニオン軸４の回転が、ピニオン及びラック歯の噛合により舵取軸１の軸方向の移動に変換され、該舵取軸１の左右両端に連結された左右の車輪が操舵輪の操作に応じて操舵されるラック・ピニオン式の舵取機構を構成している。
本発明に係る動力舵取装置は、以上の如く行われる操舵を電動モータの回転力により補助する構成となっている。第２図に示す実施例において、操舵補助用のモータ５は、舵取軸ハウジング２の外側に取り付けてある。舵取軸ハウジング２には、ピニオンハウジング３が設けられた位置から適長離隔した位置に、開口部を舵取軸１と平行に曲げて延長した筒形のモータ座50が突設されており、操舵補助用のモータ５は、その出力軸を舵取軸ハウジング２及びこの内部の舵取軸１と略平行にしてモータ座50の前記開口部に固定されている。
モータ座50の内部は、舵取軸ハウジング２の内部と連通する空洞部となっており、前記モータ５の出力軸は、この空洞部内まで延設されている。前記出力軸の先端部には駆動ピニオン51が設けられ、モータ座50の内部に回転自在に支持された平歯車52に噛合させてある。
一方、舵取軸ハウジング２の内部には、モータ座50が設けられた位置に対応させて回転筒６が収納されている。該回転筒６は、その一側に一体形成された４点接触玉軸受60により、舵取軸ハウジング２の内側に、これと同軸上での回転のみを許容して支持された円筒形の部材であり、舵取軸ハウジング２の内部に挿通された前記舵取軸１は、回転筒６の内側に挿通されている。
このように支持された回転筒６の外側には、前記モータ座50に対応する位置に平歯車61が一体形成され、モータ座50の側から同位置に進入する前記平歯車52に噛合させてある。そして前記回転筒６は、ピニオン51、平歯車52及び平歯車61を介して伝達される前記モータ５の回転により、４点接触玉軸受60による軸方向の拘束位置を保ち、舵取軸ハウジング２の内部において舵取軸１と同軸上にて回転するようにしてある。
第３図は、第２図の一部拡大図である。前記回転筒６の他側には円筒形の大径部が同軸的に一体形成されており、内側に形成された空洞部には、送りリングとして機能する３つの玉軸受63a,63a,63aを夫々保持するための３つの軸受保持体62,62,62が、舵取軸１と同軸的に固設されている。
第４図は、軸受保持体62を示す斜視図である。軸受保持体62は、図示の如く、その径方向及び軸方向に適宜の厚みを有した短寸円柱形の部材からなり、その中空部に舵取軸１が挿通可能となっている。そして、前記玉軸受63aの嵌合可能な円柱状の凹部が、前記軸受保持体62の外周面の軸心に対して所定の角度傾斜し、傾斜方向に直交する方向へ所定寸法偏心させて前記軸受保持体62の一端から設けられている。また、前記凹部を取り囲む軸受保持体62の周壁は、その内周面の前記偏心方向を中央に180゜に亘って欠落させてあり、この方向と反対側の外周壁には、ねじ孔が穿孔され、外側から締付けられる調整ねじ62aの先端部が、前記外周壁の内周面から突出して、嵌合された玉軸受63aを前記外周壁の欠落方向へ押し出し、この玉軸受63aが舵取軸１に摺接する圧力を調整可能にしている。
また、前記玉軸受63a,63a,63aの傾斜角度をそのリード角として、舵取軸１の外周面には螺旋状の溝が軸方向に適宜の長さ形成されており、それに対応するように周設された前記玉軸受63a,63a,63aの内周面の突起部63b,63b,63bの一部との係合により、舵取軸１の軸方向への滑りを抑制している。
前記玉軸受63a,63a,63aを夫々保持した軸受保持体62,62,62は、舵取軸１の外周面に一点で摺接する３つの玉軸受63a,63a,63aの突起部63b,63b,63bの摺接位置が、舵取軸１の周方向で均一となるように、120゜ずつずらした状態で夫々前記回転筒６内に設けられている。
前記玉軸受63a,63a,63aの突起部63b,63b,63bと舵取軸１の螺旋溝との接触面での摩擦力は非常に大きくなるため、この接触面全体に亘ってトラクショングリス（ころがり伝動用潤滑油）を塗布し、該接触面の潤滑油の油膜を通してトルクを伝達してある。トラクショングリスは、前記接触面での油膜の粘度が接触圧力の増加に伴って高くなり、高接触圧力下では瞬間的に油膜がガラス状に固化するが、接触面を離れた後で、すぐに元の流動性を取り戻す性質を有しており、この瞬間的に生成されるガラス状油膜のせん断力が非常に大きいため、接触面での滑りを軽減し、トルクの高伝達効率を達成するものであり、サントトラック（米国Monsanto社製のころがり伝動用潤滑油）として市販されている。
以上の如く構成されている動力舵取装置において、玉軸受63a,63a,63aの外輪は、軸心を舵取軸１に対して傾斜した態様で軸受保持体62,62,62を介して回転筒６に夫々固設されているため、回転筒６の回転に伴って舵取軸１に対する傾斜角度を維持したまま回転する。前記外輪は、玉軸受63a,63a,63aの通常の回転方向と異なる方向に回転するため、玉軸受63a,63a,63aの内輪は、前記外輪の傾斜角度及び傾斜方向を一致させた状態を維持し、前記外輪に追従して回転する。なお、初動時に摺動部で発生する抵抗による応力を玉軸受63a,63a,63aのボール及びボール軌道面が、その弾性により吸収する。そして、第１図に動作原理を示した如く、前記玉軸受63a,63a,63aの内周面に夫々周設された突起部63b,63b,63bの一部と、舵取軸１の外周面に設けられた螺旋溝との摺動により舵取軸１の軸方向への移動に変換し、舵取りを行なう。
以上、本発明に係る動力舵取装置の構成において、舵取軸１がラック・ピニオン式の舵取機構におけるラック軸である場合について述べたが、舵取軸１は、その軸方向への移動に応じて車輪を転舵する軸であればよく、前記ラック軸に限らない。例えば、一部の動力舵取装置において、ラック軸と別体に操舵補助専用の軸を配し、この軸とラック軸とを夫々の一部において連結し、操舵補助用のモータの回転をこの操舵補助専用の軸を介してラック軸に伝える構成としたものがあるが、このような操舵補助専用の軸もまた、本発明における舵取軸に含まれる。さらに、本発明の適用範囲は、上述したラック・ピニオン式の舵取機構に限らず、他の形式の舵取機構への適用も可能であることは言うまでもない。また、舵取軸１の外周面に螺旋溝を設けない場合も本発明は成立する。
また、操舵補助用のモータ５として油圧モータを使用する構成としてもよい。
前記玉軸受63aの突起部63bの断面形状及び前記舵取軸１の螺旋溝の断面形状は、舵取軸１への荷重の大きさ、方向等により様々な形状に形成することが可能であり、例えば、ボールねじ軌条を用いることにより、舵取軸１としてボールねじ機構の雄ねじ部の流用が可能となる。また、ボールねじ軌条に比べて加工が容易な角ねじ、台形ねじ軌条を用いることにより加工工数を削減することができる。
また、送りリングとして玉軸受63aを使用する構成としているが、玉軸受に限らず、送りリングにかかる荷重の大きさ、種類等によりアンギュラ玉軸受、円すいころ軸受等の他の汎用軸受を使用することができる。また、軸受に限らず、内周面に突起部を周設したリング部材を使用できることはいうまでもない。
さらに、玉軸受63aの個数は３個としたが、舵取軸１の外周面への摺接位置が夫々舵取軸１の周方向に等配されていればよく、これに限らず、玉軸受63aの個数は４個以上とすることもできる。但し、玉軸受63aを１又は２個とした場合、前記舵取軸１へ与える摺接圧力の均衡を確保することが難しく、３個以上の玉軸受63aを備えるのが望ましい。
前記軸受保持体62は、送りリングとしての玉軸受63aを舵取軸１の軸心に対して傾斜し、その内周面の一ヶ所で前記舵取軸１の外周面に摺接するべく保持できればよく、また、前記軸受保持体62の玉軸受63aを保持するための凹部は、前記軸受保持体62を前記回転筒６内部に傾斜又は偏心させて保持することにより、前記凹部の傾斜又は偏心のいずれかを省略する構成とすることもできる。さらに、前記軸受保持体62の外周形状は円形である必要はなく、例えば、正三角形として３つの玉軸受63a,63a,63aの周方向位置の調整を不要とすることも可能であり、前記外周形状を限定するものではない。
（第２実施例）
第５図は、本発明の更に他の実施例を示す一部破断正面図である。本実施例における動力舵取装置は、第１実施例のモータ５に代えて、舵取軸１と同軸的に配置されたブラシレスモータ5bを用いている点で異なる。第２実施例においては、舵取軸１と同軸にブラシレスモータ5bを配設しているので、第１実施例よりもコンパクトに構成可能である。
第５図において、ハウジング２内面にはステータ53を周設してある。ステータ53内面には、複数の永久磁石54が若干の空隙を介して対向するように、ステータ53より長い筒状のロータ55の外周面に周設されており、隣接する他の永久磁石54と磁極が異なるように配置されている。ロータ55はその一側を取付部材を介した玉軸受64により、また他側を同様の玉軸受65によりハウジング２内面に回転自在に支持されており、これらにより操舵補助用のブラシレスモータ5bが構成されている。
ロータ55の他側には、回転筒6bが同軸的に圧入されており、回転筒6bの反圧入側の端部にて４点接触玉軸受60によりハウジング２内面に、ロータ55と共に回転自在に支持されている。
このような構成により、ステータ53への通電に伴い、永久磁石54とともにロータ55が回転することで、ロータ55に一体的に連結された回転筒6bを回転させる。
第６図は、第５図の一部拡大図である。第６図において、回転筒6bの内側に形成された空洞部には、第１実施例と同様の構成の３つの玉軸受63a,63a,63aが、３つの軸受保持体62,62,62を夫々介して舵取軸１と同軸的に固設されている。
本実施例の動力舵取装置は以上の如く構成されており、回転筒6bの回転に伴って、第１実施例と同様の舵取り補助を行ない、その他の構成，作用，及び効果は第１実施例と同様であるので、対応する部分には同一符号を付してその説明は重複を避けるために省略する。
産業上の利用可能性
以上詳述した如く、本発明に係る動力舵取装置においては、前記回転筒内に、その軸心に対し傾斜して設けられた複数の送りリングが、舵取軸周りで夫々一ヶ所で摺接しながら回転するので、簡素な機構で操舵補助用のモータの回転を舵取軸の軸方向への移動に変換することができ、ボールねじ機構の如きボールを必要としないのでノイズが抑制され、また、高価なボールねじ機構を必要としない。また、送りリングとして汎用の軸受を用いることにより、更に安価に構成することができる。
前記送りリングの内周面に設けられた突起部が、前記舵取軸上に設けられた螺旋溝へ摺接するので、この摺接面における前記舵取軸の軸方向への滑りの発生がなく、確実に操舵補助用のモータの回転を軸方向への移動に変換することができる。
また、前記送りリングが、前記保持体により傾斜又は偏心した状態に保持されるので、前記回転筒内部への組込みに関しては送りリングの内周面及び舵取軸の摺接圧力のみを調整するだけでよい等、本発明は優れた効果を奏する。
【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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