(57)【要約】【課題】ラック軸の両端の連結ジョイントの剛性を向上させることができるステアリング装置を提供すること。【解決手段】ステアリング装置１は、車両の左右方向に移動することにより車輪を転舵させるラック軸８と、このラック軸８を移動自在に収納するギヤボックス１１と、を備えて構成されている。前記ギヤボックス１１に対して前記ラック軸８の軸方向に摺動するラック支持部材１２，１２が、前記ラック軸８に固定されて共に軸方向に移動するように設けられている。【選択図】図３
2008273255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の左右方向に移動することにより車輪を転舵させるラック軸と、
このラック軸を移動自在に収納するギヤボックスと、を備えたステアリング装置において、
前記ギヤボックスに対して前記ラック軸の軸方向に摺動するラック支持部材を前記ラック軸に固定したことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
前記車輪と前記ラック軸とを連結するタイロッドと、
このタイロッドと前記ラック軸とを連結する連結ジョイントとを備え、
前記ラック支持部材を前記連結ジョイントに一体に形成したことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
【請求項３】
前記ギヤボックスは、左右両端部に筒状ガイド部を有し、
前記ラック支持部材は、前記筒状ガイド部内に、前記ラック軸の軸方向に摺動自在に配置されていること特徴とする請求項１または請求項２に記載のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車に装備されるラックアンドピニオン式のステアリング装置は、運転者のハンドル操作によって回転するステアリング軸に連結されてピニオンを有するピニオン軸と、そのピニオンに噛合するラック歯を有してピニオン軸の回転が伝達されて車輪を転舵させるためのラック軸と、を備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１のステアリング装置においては、ピニオンと平軸受とボールねじとでラック軸を３点支持してラック軸の振動を抑制している。
【０００３】
図５は、従来のラックアンドピニオン式のステアリング装置を示す概略図である。
図５に示すように、従来のラックアンドピニオン式のステアリング装置１００は、ピニオン軸２００のピニオン２１０とラック軸３００のラック３１０との噛合部には、弾性体４１０を介在して支持するラックガイド４００が設けられている。
ラック軸３００は、ハウジング５００内に両端部が突出する状態に内設され、ブッシュや軸受からなる第１支持部材６００および第２支持部材７００によって回動自在に支持されている。そのラック軸３００の両端部は、連結ジョイント８００を介してタイロッド９００、ナックルアーム（図示せず）、車輪（図示せず）が順に設置されている。
なお、車両によっては、ラックガイド４００に近い側の第１支持部材６００がなく、ラック軸３００をピニオン２１０とラック３１０の噛合部と、ラックガイド４００に遠い側の第２支持部材７００とで２点支持しているステアリング装置もある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０７１７号公報（図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１および図５に示すような従来のステアリング装置では、ラック３１０とタイロッド９００との間が、切れ角θ１００を持つ状態に車両に搭載されている。このため、転舵反力および路面からの反力に対して連結ジョイント８００には、受ける分力と剛性（ラック支持、たわみ）に応じてラック軸３００の直交する方向に変位する力が発生する。この連結ジョイント８００の変位は、転舵入力時に車輪への伝達ロスとなるので、車両の転舵の応答性を低下させるという問題点があった。
【０００６】
このような問題点を解消するためには、一方の連結ジョイント８００と第１支持部材６００との支持点間のスパンＬ１００と、他方の連結ジョイント８００と第２支持部材７００との支持点間のスパンＬ２００とを小さくすることによって、連結ジョイント８００の剛性を向上できる。
また、第１支持部材６００が存在しない車両においては、一方の連結ジョイント８００とラックガイド４００との支持点間のスパンＬ３００を小さくすることで同様に連結ジョイント８００の剛性を向上させることができる。
しかしながら、この場合には、設計上の制約があるため、スパンＬ１００，Ｌ２００，Ｌ３００を理想的な長さ間隔に設定することができなかった。
【０００７】
また、左右の連結ジョイント８００とその直近の各支持部材の支持点からの長さ（Ｌ１００，Ｌ２００，Ｌ３００）は、設計上の制約から左右不均一になるので、連結ジョイント８００の軸直方向の剛性も左右不均一になる。その結果、直進ブレーキをしたときには、車輪入力に対するトー変化に左右差を生じて、いわゆる車体流れとなり、直進性が悪化するおそれがあった。
【０００８】
また、ハンドル操作時には、左右の連結ジョイント８００とその直近の各支持部材の支持点からの長さ（Ｌ１００，Ｌ２００，Ｌ３００）は、構造上左右差が生じるので、連結ジョイント８００の軸直方向の剛性がさらに左右不均等になる。例えば、ハンドル操作によってラック軸３００が左側へ移動した場合には、右側のスパンＬ２００が短くなり、左側のスパンＬ１００が長くなって撓み易くなる。また、ラック軸３００が右側へ移動した場合には、左側のスパンＬ１００が短くなり、右側のスパンＬ２００が長くなって撓み易くなる。このようにラック軸３００において、左右のスパンＬ１００，Ｌ２００の部位で撓み量が相違すると、転舵操作したときに、左右の車輪の切れ角θ１００が相違するようになる。その結果、旋回ブレーキをしたときには、安定性に左右差が生じるおそれがあった。
【０００９】
また、据切等の大入力のときには、連結ジョイント８００の変位が大となり、ラック３１０自体の動きや傾きによってピニオン２１０との噛合率が低下する。ラック３１０とピニオン２１０との噛合が不適正な噛合状態の場合には、ラック３１０とピニオン２１０との噛合部において噛合が片当たりとなる不良が発生したり、フリクションが増加したりして、ハンドル復元性や操舵フィーリングや剛性が悪化するおそれがあった。
【００１０】
そこで、本発明は、前記課題を解消すべく発明されたものであり、ラック軸の両端の連結ジョイントの剛性を向上させることができるステアリング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】
【００１１】
前記課題を解決するための手段として、請求項１に記載のステアリング装置は、車両の左右方向に移動することにより車輪を転舵させるラック軸と、このラック軸を移動自在に収納するギヤボックスと、を備えたステアリング装置において、前記ギヤボックスに対して前記ラック軸の軸方向に摺動するラック支持部材を前記ラック軸に固定したことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載のステアリング装置の発明によれば、ステアリング装置は、ラック支持部材をラック軸に固定したことにより、ハンドル操作によってラック軸が左右方向に移動した場合であっても、連結ジョイントとラック支持部材との間のラックエンドのスパンが常に一定になる。このため、ラック軸の前記スパン部位における撓み量も一定にすることができる。
その結果、ステアリング装置は、ラック軸の両端部の連結ジョイントの剛性を向上させることができると共に、ラックエンドのスパンの相違に伴うトー変化を解消して、直進ブレーキをしたときの車両の直進性を向上させることができる
【００１３】
請求項２に記載のステアリング装置の発明は、請求項１に記載のステアリング装置であって、前記車輪と前記ラック軸とを連結するタイロッドと、このタイロッドと前記ラック軸とを連結する連結ジョイントとを備え、前記ラック支持部材を前記連結ジョイントに一体に形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載のステアリング装置の発明によれば、ラック支持部材が、タイロッドとラックとを連結する連結ジョイントに一体に形成したことにより、連結ジョイントにラック支持部材が設置されるため、連結ジョイントとラック支持部材との間のラックエンドのスパンを無くすことができる。また、ハンドル操作によってラック軸が左右方向に移動した場合には、ラック軸のラックエンドが撓むことを解消できる。その結果、ラックとピニオンとの噛合が良好になり、フリクションを低下させて、ハンドル復元性や操舵フィーリングや剛性を向上させることができる。
【００１５】
請求項３に記載のステアリング装置の発明は、請求項１または請求項２に記載のステアリング装置であって、前記ギヤボックスは、左右両端部に筒状ガイド部を有し、前記ラック支持部材は、前記筒状ガイド部内に、前記ラック軸の軸方向に摺動自在に配置されていること特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載のステアリング装置の発明によれば、ギヤボックスは、両端部に筒状ガイド部を有し、ラック支持部材が、筒状ガイド部内に摺動自在に配置されたことによって、ハンドル操作時に、筒状ガイド部に案内されてスムーズにラック軸の軸方向に移動するようになるため、操舵フィーリングを向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るステアリング装置の発明によれば、ラック軸の両端の連結ジョイントの剛性を向上させることができると共に、操舵フィーリングが良好なステアリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、図１〜図３に基づき本発明の実施形態に係るステアリング装置を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るステアリング装置を示す模式図である。
【００１９】
≪ステアリング装置の構成≫
図１に示すように、ステアリング装置１は、例えば、運転者がステアリングホイール２を回転操作した際に、ステアリングホイール２からの入力に応じた電動機７の駆動力によってステアリングホイール２に連結されたステアリング軸３に補助トルクを付加して運転者の操舵力を軽減させる転舵のアシストを行う電動パワーステアリング装置からなる。
ステアリング装置１は、いわゆるラックアンドピニオン式のものからなり、ピニオン軸４のピニオン４ａがラック軸８のラック８ａと噛合して、ピニオン軸４の回転がラック軸８の軸方向（左右の直線方向）の変位に変換されて、車輪９，９を転舵するように構成されている。
【００２０】
このステアリング装置１には、例えば、ステアリングホイール２と、ステアリング軸３と、自在継手（図示せず）と、ピニオン軸４と、ラック軸８と、連結ジョイント１３，１３と、タイロッド１４，１４と、ナックル（図示せず）と、車輪９，９とが、この順に連結されている。ステアリング装置１の中間伝達部には、ハンドル操作をアシストするためのトルクセンサ５と、電動機７と、トルク伝達手段６と、制御装置１０とが備えられている。また、ラック軸８には、後記するラック支持部材１２，１２が固定され、そのラック軸８は、ラック支持部材１２，１２を介在してギヤボックス１１（図３参照）内に軸支されている。
以下、各部材について説明する。
【００２１】
＜ステアリングホイールおよびステアリンク軸の構成＞
図１に示すように、ステアリングホイール２は、運転者がハンドル操作して車輪９，９を転舵させるための操作部材である。ステアリングホイール２は、ステアリング軸３を介してピニオン軸４に連結されている。
ステアリング軸３は、上端にステアリングホイール２が設置されて、ステアリングホイール２の回転をピニオン軸４等を介してギヤボックス１１のラック軸８に伝達するための操舵伝達軸であり、トルクセンサ５の磁歪膜（図示せず）が設けられている。
【００２２】
＜トルクセンサの構成＞
トルクセンサ５は、例えば、ステアリングホイール２からの操舵トルクがステアリング軸３に作用したときに、そのステアリング軸３に生じる捩れに応じた磁歪膜の磁気特性の変化を、検出コイルで電気的に検出することでステアリング軸３に加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出するセンサからなる。このトルクセンサ５は、制御装置１０に接続されて、制御装置１０に操舵トルクに応じた操舵トルク信号Ｔを出力する。
【００２３】
＜電動機の構成＞
図１に示すように、電動機７は、トルクセンサ５からの操舵信号に基づく制御装置１０からの入力信号によってトルク伝達手段６を介してステアリング軸３と同回転するピニオン軸４を回転させて補助トルクを発生させるものである。電動機７は、例えば、トルク伝達手段６のウォームホイール（図示せず）に噛合したウォームギヤを有するロータ軸を備え、制御装置１０に接続されている。このようにして電動機７の補助トルクがピニオン軸４に伝達され、ピニオン軸４を介してステアリング系に伝達されるようになっている。
【００２４】
トルク伝達手段６は、電動機７の回転をピニオン軸４に倍力して伝達するための歯車減速伝達装置である。トルク伝達手段６は、ピニオン軸４に対して同軸に固定されたウォームホイール（図示せず）を有している。
【００２５】
制御装置１０は、トルクセンサ５からトルクセンサ信号と、車速センサ（図示せず）からの検出信号とに基づいて電動機７を駆動させる装置である。制御装置１０では、トルクセンサ５から出力された操舵トルク信号Ｔに基づいて、補助トルクを算出し、電動機電圧ＶOを電動機７に出力して電動機７を制御している。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態に係るステアリング装置におけるラックとピニオンとが噛合する噛合部の状態を示す要部拡大概略断面図である。
【００２７】
＜ピニオン軸の構成＞
図１に示すように、ピニオン軸４は、上端をトルク伝達手段６を介在してステアリング軸３に連結してステアリングホイール２に連動回転するようにした操舵軸である。図２に示すように、このピニオン軸４は、下端部にラック８ａに噛合するピニオン４ａが一体的に設けられ、ベアリング等からなる軸受Ｂを介在してギヤボックス１１に、軸心を略上下方向に向けて回転自在に収納されている。ピニオン４ａとラック８ａとの噛合部には、ばね部材１５を介在して支持するラックガイド１６が設けられている。
【００２８】
＜ラック軸の構成＞
図１に示すように、ラック軸８は、前記ステアリングホイール２のハンドル操作で、車両の左右方向に移動することにより車輪９，９を転舵させる軸であり、ピニオン軸４のピニオン４ａに対して略直交する方向に移動するように噛合するラック８ａを有する。
ラック８ａは、ピニオン軸４の回転を、ラック軸８を車幅方向の直線移動に変換させるための歯車である。このラック８ａは、ピニオン４ａに略直交する向きに噛合して配置され、この噛合状態をばね部材１５に付勢されたラックガイド１６によって支持されて、ギヤボックス１１に収納されている。
【００２９】
図３は、本発明の実施形態に係るステアリング装置を示す図であり、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
図３（ａ）に示すように、ラック軸８は、左右方向に延在する略円柱形状の軸からなり、ギヤボックス１１内に左右方向に移動自在に軸支されている。ラック軸８は、両端部にタイロッド１４，１４を連結するための連結ジョイント１３，１３を有し、この連結ジョイント１３，１３の近傍にラック支持部材１２，１２を固定し、この左右のラック支持部材１２，１２の間にラック８ａを設置している。ラック軸８には、ギヤボックス１１に対して、ラック軸８の軸方向（左右方向）に摺動する左右両端部のラック支持部材１２，１２と、ラックガイド１６と、で左右方向に移動可能な状態に３点支持されている。
【００３０】
＜ギヤボックスの構成＞
ギヤボックス１１は、ラック軸８と、ラック支持部材１２，１２と、ピニオン軸４の下端部のピニオン４ａと、軸受Ｂ（図２参照）と、ばね部材１５と、ラックガイド１６とを収納するためのハウジング部材である。このギヤボックス１１は、両端部に拡径して形成された筒状ガイド部１１ａ，１１ａを有して、その筒状ガイド部１１ａ，１１ａ内にラック支持部材１２，１２を軸方向に移動自在に軸支している。
【００３１】
筒状ガイド部１１ａ，１１ａは、略ピストン形状（円盤形状）のラック支持部材１２，１２を左右方向に直線移動可能に摺動自在に軸支する略シリンダ形状の軸受であって、左右の端部に開口部１１ｂ，１１ｂを有している。その開口部１１ｂ，１１ｂの近傍には、連結ジョイント１３，１３が配置されている。
【００３２】
＜ラック支持部材の構成＞
ラック支持部材１２，１２は、ギヤボックス１１に対してラック軸８の軸方向（左右方向）に摺動する一対の部材であり、ラック軸８の左右端部近傍にそれぞれ固定されてラック軸８と一体に移動するようになっている。このラック支持部材１２，１２は、筒状ガイド部１１ａ，１１ａ内に、ラック軸８の軸方向に摺動自在に嵌合されて、ラック軸８がギヤボックスに軸支されるように配置されている。
【００３３】
＜連結ジョイントの構成＞
連結ジョイント１３，１３は、ラック軸８の端部とタイロッド１４，１４の基端部とを連結してラック軸８の左右方向の移動をタイロッド１４，１４に伝えるための部材であり、ラック軸８の両端にそれぞれ設置されている。その連結ジョイント１３，１３は、例えば、ボールジョイント等の自在継手からなり、タイロッド１４，１４をラック軸８に対して揺動可能な状態に連結している。
【００３４】
＜タイロッドの構成＞
タイロッド１４，１４は、ラック軸８と、車輪９，９を軸支したナックル（図示せず）とを連結するための連結棒であり、ラック軸８の動きをナックルを介在して車輪９，９に伝えて車輪９，９の向きを変えることができるようになっている。
【００３５】
≪ステアリング装置の作用≫
次に、図１および図３（ａ）を主に参照しながら本発明の実施形態に係るステアリング装置１の作用を説明する。
図１に示すように、ステアリング装置１は、例えば、運転者がステアリングホイール２をハンドル操作すると、ステアリング軸３の操舵トルクをトルクセンサ５で検出して、そのトルクセンサ５からのトルク検出信号、および車速センサ（図示せず）からの車速検出信号に応じて制御装置１０が電動機７を駆動制御し、電動機７のトルクをトルク伝達手段６で増大させてピニオン軸４に伝えている。
さらに、ステアリング装置１では、電動機７等によってアシストされたピニオン軸４の操舵トルクを、ピニオン４ａ、ラック軸８、連結ジョイント１３，１３、およびタイロッド１４，１４を介在して車輪９，９に伝えている。
【００３６】
このとき、ステアリング装置１は、ラック支持部材１２，１２が、ラック軸８の両端部近傍に固定されて、ギヤボックス１１の両端の筒状ガイド部１１ａ，１１ａ内をラック軸８と共に軸方向に移動する。このため、ラック軸８の両端部に設けられた連結ジョイント１３，１３も、ラック軸８およびラック支持部材１２，１２と一体に軸方向に移動する。その結果、左右の連結ジョイント１３，１３とラック支持部材１２，１２との間のラックエンドのスパンＬ１，Ｌ２が常に一定になるため、ラック軸８のスパンＬ１，Ｌ２の部位における撓み量が常に一定になる。
【００３７】
ステアリング装置１は、このようにラックエンドのスパンＬ１，Ｌ２を常に一定にできので、ラック軸８の両端部の連結ジョイント１３，１３の剛性を向上させることができると共に、ラックエンドのスパンの相違に伴うトー変化を解消して、直進ブレーキをしたときの車両の直進性を向上させることができる
【００３８】
さらに、ギヤボックス１１は、左右の両端部に拡径して形成された筒状ガイド部１１ａ，１１ａを有し、その筒状ガイド部１１ａ，１１ａ内にラック支持部材１２，１２が摺動自在に配置されていることによって、ハンドル操作時に、筒状ガイド部１１ａ，１１ａに案内されて振れることなくスムーズにラック軸８が軸方向に移動するようになる。このため、ステアリングホイール２の操舵フィーリングを向上させることができる。
【００３９】
また、運転者がステアリングホイール２のハンドル操作を行った際に、路面から過大な入力が負荷された場合であっても、前記ラック軸８の両端近傍に設置された軸受部材としてのラック支持部材１２，１２間の支持間隔Ｌ３が長くなると共に、前記スパンＬ１，Ｌ２の長さが、従来のスパンＬ１００，Ｌ２００（図５参照）より短くて、同じ長さである。このため、ラック軸８全体および前記スパンＬ１，Ｌ２の部位が地面から車輪９，９への反力によって振動したり、撓むことを抑制することができるので、ラック軸８の左右のラックエンドが安定した状態に支持される。その結果、ステアリングホイール２の操舵フィーリングおよび操縦性を大幅に向上させることができる。
【００４０】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
【００４１】
例えば、前記実施形態では、図３（ａ）に示すように、ラック支持部材１２，１２をラック軸８の両端の連結ジョイント１３，１３の近傍に設置した場合を説明したが、ラック支持部材１２，１２の設置位置はこれに限定されるものではない。
【００４２】
図４は、本発明の実施形態に係るステアリング装置の変形例を示す図であり、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。なお、前記実施形態で説明したものと同一のものは、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
つまり、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ステアリング装置１Ａのラック支持部材１２Ａ，１２Ａは、タイロッド１４，１４とラック軸８とを連結する連結ジョイント１３，１３に一体に形成してもよい。
【００４４】
このようにラック支持部材１２Ａ，１２Ａが、タイロッド１４，１４とラック軸８とを連結する連結ジョイント１３，１３に一体に形成したことにより、連結ジョイント１３，１３とラック支持部材１２Ａ，１２Ａとが同じ位置に設置されるため、連結ジョイント１３，１３とラック支持部材１２Ａ，１２Ａとの間のラックエンドのスパンを無くすことができる。ステアリングホイール２のハンドル操作によってラック軸８が左右方向に移動した場合には、ラック軸８のラックエンドが撓むことを解消できる。その結果、ラック８ａとピニオン４ａとの噛合が良好になり、フリクションを低下させて、ハンドル復元性や操舵フィーリングや剛性を向上させることができる。
【００４５】
この場合、タイロッド１４，１４の基端部は、自在継手からなる連結ジョイント１３，１３に揺動自在に軸支されると共に、この連結ジョイント１３，１３に一体に設けられたラック支持部材１２Ａ，１２Ａと共に拡径して形成された筒状ガイド部１１Ａａ，１１Ａａ内を軸方向に移動自在に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係るステアリング装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るステアリング装置におけるラックとピニオンとが噛合する噛合部の状態を示す要部拡大概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るステアリング装置を示す図であり、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るステアリング装置の変形例を示す図であり、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
【図５】従来のラックアンドピニオン式のステアリング装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，１Ａ  ステアリング装置
８      ラック軸
９      車輪
１１，１１Ａ  ギヤボックス
１１ａ，１１Ａａ  筒状ガイド部
１２，１２Ａ  ラック支持部材
１３    連結ジョイント
１４    タイロッド
【図１】
2008273255.tif 000003
【図２】
2008273255.tif 000004
【図３】
2008273255.tif 000005
【図４】
2008273255.tif 000006
【図５】
2008273255.tif 000007