(57)【要約】【課題】操舵部材の操作に応じて駆動されるモータから舵取機構中の操舵軸への伝動に伴う伝動音を低減し、モータ及び伝動手段の小型化により舵取機構の周辺の限られたスペース内への配設を容易とする。【解決手段】ラックハウジングＨ１  の外側に取り付けたモータ３に一体に組み付けられた歯車減速機４の出力軸４５を、ラックハウジングＨ１  内部のラック軸１と略平行をなして架設されたボールねじ軸６０に連結し、このボールねじ軸６０に螺合するボールナット６１をラック軸１に連絡して、モータ３からの減速伝動により生じるボールねじ軸６０の回転を、ボールねじ軸６０に沿ったボールナット６１の移動に変換し、歯車減速機４及びボールねじ機構６による２段階の減速を経てラック軸１に伝えて軸長方向に移動させる。【選択図】        図２
2004148894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材の操作に応じて駆動されるモータの回転力を舵取機構中の操舵軸に伝え、該操舵軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる車両用操舵装置において、
前記モータの出力側に一体に組み付けてあり、モータ軸の回転を減速して出力する減速機と、
該減速機の出力軸に連結され、前記操舵軸と略平行をなす軸回りに回転するねじ軸と、
該ねじ軸に螺合され、前記操舵軸に係合するナット部材と
を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記減速機は、モータ軸と同軸をなす出力軸を備える請求項１記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記ねじ軸及びナット部材は、夫々のねじ溝間のボールを介して螺合するボールねじを構成してある請求項１又は請求項２記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイール等の操舵部材の操作に応じて駆動され、舵取機構中の操舵軸に操舵のための軸長方向の移動力を加えるモータを備える車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵は、車室の内部において運転者によりなされる操舵部材の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を、操向車輪（一般的には左右の前輪）の舵取りのために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。
【０００３】
このような操舵を行わせるための操舵装置として、近年、操舵部材に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて回転駆動されるモータの回転力を舵取機構に伝え、この回転力により操舵を補助する構成とした操舵装置（電動パワーステアリング装置）が広く実用化されており、また、操舵部材と舵取機構とを機械的に分離して配し、操舵部材の操作の方向、操作量の検出結果に基づいて回転駆動されるモータの回転力のみによって操舵を行わせる構成とした操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置も一部において実用化されている。
【０００４】
この種の操舵装置は、例えば、前記モータの回転運動を直線運動に変換して舵取機構中の操舵軸に伝え、該操舵軸の軸長方向の移動を左右の操向車輪に伝えて操舵を行わせる構成により実現されており、特に、運動変換の手段として、操舵軸の周面に形成されたねじ溝と該ねじ溝に螺合するナット部材とを備えるねじ機構（ボールねじ機構）を用い、前記モータの回転をナット部材（ボールナット）に伝え、該ナット部材の回転に応じたねじ溝の螺進を利用して操舵軸を移動させる構成が広く採用されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。なお前記操舵軸は、例えば、ラックピニオン式舵取装置におけるラック軸である。
【０００５】
また、モータの出力軸を操舵軸と平行をなして延長し、この延長部の周面に形成されたねじ溝にボールナットを螺合させてボールねじ機構を構成する一方、前記ボールナットと操舵軸とを連絡部材により連絡し、モータの回転に応じて出力軸の軸長方向に生じるボールナットの移動を連絡部材を介して操舵軸に伝え、該操舵軸を軸長方向に移動させる構成とした車両用操舵装置も提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
【特許文献１】
実用新案登録第２５９０７９１号公報
【特許文献２】
特公平３−１５５９１号公報
【特許文献３】
特開平８−２０７７９６号公報
【特許文献４】
特公平６−５０３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１、２、３に開示された操舵装置は、前記モータの回転をナット部材に伝える伝動系の構成が相違しており、特許文献１においては、操舵軸としてのラック軸を支持するハウジングの外側に前記ラック軸と略平行をなすようにモータを配し、該モータの出力端に取り付けた駆動歯車の回転を、中間歯車を介してボールナットの外周に設けた従動歯車に伝達する構成となっている。しかしながらこの構成においては、駆動歯車及び従動歯車と中間歯車との噛合部に伝動に伴う歯打ち音が発生し、伝動音が大きいという難点があり、この難点を解消すべく各歯車のバックラッシ調整手段を付設した場合、伝動系の構成が複雑化するという問題がある。
【０００８】
また特許文献２においては、操舵軸としてのラック軸を支持するハウジングの外側に前記ラック軸と略平行をなすようにモータを配し、該モータの出力端に取り付けた駆動歯車をボールナットの外周に設けた大径の従動歯車に噛合させ、モータの回転をボールナットに直接的に伝達する構成となっている。更に特許文献３においては、操舵軸としてのラック軸を支持するハウジングの外側に、該ラック軸に対して傾斜するようにモータを配し、ハウジングの内部に突出する前記モータの出力端に取り付けた傘歯車（駆動歯車）をボールナットの外周に設けられた傘歯車（従動歯車）に噛合させ、モータの回転をボールナットに直接的に伝達する構成となっている。
【０００９】
これらの構成においては、中間歯車を介さずに噛合する駆動歯車と従動歯車との間のバックラッシを、例えば、モータの取り付け位置の調整により容易に適正化することができ、伝動音の低減を図ることができる。しかしながら特許文献２の構成においては、大径の従動歯車の収納のためにハウジングの対応部位が大径となり、また特許文献３の構成においては、傾斜を有して取り付けたモータの尾部がハウジングの外側に大きく突出するため、舵取機構周辺の限られたスペース内での配設が難しくなるという問題がある。
【００１０】
更に特許文献４に開示された操舵装置においては、モータからラック軸への伝動系に歯車が介在しないことから、歯打ち音のない静粛な動作が可能であるが、モータからラック軸への伝動がボールねじ機構での減速のみを経てなされることから、ラック軸に所望の移動力を加えるために大型のモータが必要となり、舵取機構周辺の限られたスペース内への配設に支障を来す虞れがあった。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵部材の操作に応じて駆動されるモータから舵取機構中の操舵軸への伝動に伴う伝動音を低減することができ、しかも、舵取機構の周辺の限られたスペース内でのモータ及び伝動手段の配設に支障を来すことのない車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両用操舵装置は、操舵部材の操作に応じて駆動されるモータの回転力を舵取機構中の操舵軸に伝え、該操舵軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる車両用操舵装置において、前記モータの出力側に一体に組み付けてあり、モータ軸の回転を減速して出力する減速機と、該減速機の出力軸に連結され、前記操舵軸と略平行をなす軸回りに回転するねじ軸と、該ねじ軸に螺合され、前記操舵軸に係合するナット部材とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、減速機が出力側に一体に組み付けられたモータ、所謂ギヤードモータを用い、前記モータの回転を減速して出力する減速機の出力軸をねじ軸に連結して、該ねじ軸の回転をこれに螺合するナット部材の軸長方向の移動に変換し、該ナット部材に係合された操舵軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる。減速機の内部のバックラッシは、モータへの組み付け段階において、ねじ軸との対応関係の如何に拘らず適正に設定でき、伝動音の低減を図り得る。またねじ軸には、前記減速機による減速を経て増力されたモータの回転力を伝え、小型のモータにより操舵軸に所望の移動力を加えることを可能とし、モータ及びねじ機構の配設スペースを削減する。
【００１４】
また本発明の第２発明に係る車両用操舵装置は、第１発明における減速機が、モータ軸と同軸をなす出力軸を備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明においては、ねじ軸に連結される減速機の出力軸をモータ軸と同軸に設け、ねじ軸との連結に際しての位置決めを容易に行わせる。
【００１６】
また本発明の第３発明に係る車両用操舵装置は、第１又は第２発明におけるねじ軸及びナット部材が、夫々のねじ溝間のボールを介して螺合するボールねじを構成してあることを特徴とする。
【００１７】
この発明においては、モータからの減速伝動により回転するねじ軸と、該ねじ軸に螺合するナット部材とを、夫々のねじ溝が多数のボールを介して螺合し、伝動効率が良好なボールねじとして構成し、ねじ機構及びモータの更なる小型化により、舵取機構周辺の限られたスペース内での配置を容易化する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。本図に示す車両用操舵装置は、操舵補助用のモータ３の回転力を操舵軸としてのラック軸１に伝え、該ラック軸１を軸長方向に移動させて操舵を補助するラックピニオン式の電動パワーステアリング装置として構成されている。
【００１９】
ラック軸１は、円筒形をなすラックハウジングＨ１  の内部に軸長方向への移動自在に支持され、図示しない車体の左右方向に延設されている。ラックハウジングＨ１  の両側に突出するラック軸１の両端は、操向車輪としての左右の前輪１０，１０のナックルアーム１１，１１に各別のタイロッド１２，１２を介して連結されており、ラック軸１の左右両方向の移動によりタイロッド１２，１２を介してナックルアーム１１，１１を押し引きし、左右の前輪１０，１０を転舵せしめる構成となっている。
【００２０】
ラックハウジングＨ１  の一側端部近傍には、これと軸心を交叉させてピニオンハウジングＨ２  が連設されており、該ピニオンハウジングＨ２  の内部には、軸回りでの回転自在にピニオン軸２が支持されている。ピニオン軸２は、ピニオンハウジングＨ２  の上方への突出端のみが図示してあり、この突出端は、コラム軸２０を介して操舵部材としてのステアリングホイール２１に連結されている。
【００２１】
ピニオンハウジングＨ２  の内部に延設されたピニオン軸２の下半部には、図示しないピニオンが一体に設けてある。また、ラックハウジングＨ１  の内部に支持されたラック軸１には、図示しないラック歯が、ピニオンハウジングＨ２  との交叉位置を含めた適長に亘って形成されており、このラック歯が、ピニオン軸２の下半部に設けられた前記ピニオンに噛合させてある。
【００２２】
以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール２１が回転操作された場合、該ステアリングホイール２１にコラム軸２０を介して連結されたピニオン軸２が回転し、この回転が、前記ピニオン及びラック歯の噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換され、この移動により前述の如く左右の前輪１０，１０が転舵され、ステアリングホイール２１の操作に応じた操舵がなされる。
【００２３】
このような操舵を補助するモータ３の一側には、減速ハウジング４０が一体に組み付けられており、該モータ３は、ラックハウジングＨ１  の中途部外側に突設されたモータブラケット３０の一側開口部に減速ハウジング４０を介して取り付けられている。またモータブラケット３０の他側には、ラックハウジングＨ１  の外面に沿うように伝動ハウジング３１が連設されており、モータ３は、減速ハウジング４０の内部に構成された歯車減速機４（図２参照）と、モータブラケット３０及び伝動ハウジング３１の内部に構成された自在継手５及びボールねじ機構６（図２参照）とによりラック軸１に伝動構成されている。
【００２４】
図２は、モータ３からラック軸１への伝動系の構成を示す縦断面図である。減速ハウジング４０の内部の歯車減速機４は、モータ３のモータ軸３２に嵌着され、外周面に歯を備えるサンギヤ４１と、減速ハウジング４０の内面に嵌着固定され、内周面に歯を備えるリングギヤ４２と、これらの間の環状空間に周方向に等配され、サンギヤ４１及びリングギヤ４２に噛合する複数の遊星ギヤ４３，４３…と、これらの遊星ギヤ４３，４３…を夫々の支軸回りに回転自在に保持し、サンギヤ４１と同軸上にて公転する遊星キャリア４４とを備え、モータ軸３２からの伝動によるサンギヤ４１の回転を遊星キャリア４４の公転軸となる出力軸４５に減速出力として取り出す公知の遊星歯車減速機として構成されている。
【００２５】
一方、モータブラケット３０及び伝動ハウジング３１は、夫々の基部をラックハウジングＨ１  の内部に連通させてあり、伝動ハウジング３１の内部には、ラックハウジングＨ１  内部のラック軸１と略平行をなす軸回りに回転自在にボールねじ軸６０が両持ち支持されている。
【００２６】
ボールねじ軸６０には、円筒形をなすボールナット６１が外嵌されている。ボールねじ軸６０の外周面には、軸受６２，６３による支持位置間の略全長に亘って半円形断面を有するねじ溝６４が形成されており、このねじ溝６４とボールナット６１の内周面に形成された同様のねじ溝とを多数のボールを介して螺合させてボールねじ機構６が構成されている。
【００２７】
ボールナット６１の外面には、周方向の一箇所に、半径方向外向きに連絡アーム６５が突設されている。この連絡アーム６５の先端は、ラックハウジングＨ１  の内部に支持されたラック軸１に向けて延長され、係合ピン６６によりラック軸１に係合されている。
【００２８】
またボールねじ軸６０の一端部は、同側の軸受６３を貫通してモータブラケット３０の内部に突出させてあり、該モータブラケット３０の他側に突出する歯車減速機４の出力軸４５に、軸長方向及び半径方向に離れた位置にて対向せしめられており、両軸６０及び４５の端部は、自在継手（ユニバーサルジョイント）５を両端に備える伝動軸５０を介して連結されている。
【００２９】
自在継手５は、２股のフォーク形をなす一対のヨークを夫々の開口側が交叉するように組み合わせ、十字形のクロスピンにより連結せしめた公知の構成を有しており、図２中には、内部にクロス形を付した円形により略示してある。伝動軸５０の両端部には、以上の如き自在継手５，５が、夫々の一側のヨークを嵌着せしめて取り付けてあり、歯車減速機４の出力軸４５とボールねじ機構６のボールねじ軸６０との連結は、夫々の端部に、同側の自在継手５，５の残りのヨークを嵌着して実現されている。
【００３０】
以上の構成によりモータ３が回転駆動された場合、この回転は、歯車減速機４による減速を経て出力軸４５に取り出され、両端に自在継手５，５を備える伝動軸５０によりボールねじ軸６０に伝達され、該ボールねじ軸６０が軸回りに回転する。この回転により、ボールねじ軸６０の外周のねじ溝６４が螺進し、該ねじ溝６４に多数のボールを介して螺合するボールナット６１が軸長方向に移動し、この移動は、連絡アーム６５を介してラック軸１に伝えられ、該ラック軸１に軸長方向の移動力が付与され、この移動に応じて前述の如く行われる操舵が補助される。
【００３１】
このときラック軸１に加えられる移動力（操舵補助力）は、操舵補助用のモータ３の駆動制御により変更される。モータ３の駆動制御は、例えば、ステアリングホイール２１の操作に応じてコラム軸２０に加わる操舵トルクの検出結果に基づいて決定された制御値を、車速、ヨーレート、横加速度等の走行状態の検出結果に基づいて補正する公知の制御手順に従って行われる。これにより、操舵の状況に応じた操舵補助力がラック軸１に加えられることとなり、ステアリングホイール２１を操作する運転者の操舵負担を軽減し、良好な操舵感を体感させることができる。
【００３２】
本発明に係る車両用操舵装置においては、以上の如く駆動制御される操舵補助用のモータ３の回転が、これの出力側に一体に組み付けられた減速ハウジング４０内部の歯車減速機４により減速されてボールねじ機構６に伝達され、該ボールねじ機構６による再度の減速を経てラック軸１の軸長方向の移動に変換される。このように２段階の減速がなされることから、小型のモータ３によりラック軸１に所望の移動力（操舵補助力）を加えることができる。
【００３３】
またモータ３の回転からラック軸１の移動への変換が伝動効率が良好なボールねじ機構６によってなされる上、歯車減速機４は、コンパクトな構成により大なる減速比が得られる遊星歯車減速機とし、モータ３の出力側に一体に組み付けてあるから、歯車減速機４を含めたモータ３の一層の小型化が可能となり、舵取機構の周辺スペースが限られる場合であっても、モータ３及び歯車減速機４が取り付けられたラックハウジングＨ１  を支障なく配設することが可能となる。
【００３４】
また遊星歯車減速機として構成された歯車減速機４は、入力軸となるモータ軸３２と同軸上に出力軸４５を備えており、モータブラケット３０の開口部への前述した取り付けにより、該モータブラケット３０の内部への出力軸４５の突出位置を正しく位置決めすることができ、ボールねじ軸６０との連結を確実に実現することができる。
【００３５】
更に、歯車減速機４の各歯車間のバックラッシは、モータ３の出力側への組み付け段階において高精度に調整することができ、この状態を保ってラックハウジングＨ１  に取り付けられるから、前述した伝動に伴ってバックラッシの影響による歯打ち音は殆ど発生せず、伝動音が抑制された静粛な動作が可能となる。また歯車減速機４の出力軸４５とボールねじ軸６０との連結が自在継手５を用いてなされているから、ボールねじ軸６０の側からの外力の作用によってバックラッシ変化が生じ、伝動音を増大させる虞れもない。
【００３６】
なお歯車減速機４は、実施の形態に示す遊星歯車減速機に限らず、平歯車、傘歯車等の適宜の歯車を用いた歯車減速機として構成することができ、更には、歯車減速機４に代えて、遊星ローラ減速機等の歯車を有していない減速機を用いる構成としてもよい。またモータ３の回転運動を直線運動に変換する手段は、実施の形態に示すボールねじ機構６に限らず、他のねじ機構であってもよい。
【００３７】
また以上の実施の形態においては、操舵軸としてのラック軸１を備えるラックピニオン式の電動パワーステアリング装置への適用例について述べたが、本発明は、操舵のために軸長方向に移動する操舵軸を備え、この操舵軸の移動をモータの発生力により補助する構成とした如何なる形式の電動パワーステアリング装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【００３８】
更に本発明は、舵取機構から機械的に分離された操舵部材（ステアリングホイール等）を備え、該操舵部材の操作に応じて駆動されるモータの回転力のみによって操舵を行わせる構成とした操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置への適用も可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明の第１発明に係る車両用操舵装置においては、減速機が出力側に一体に組み付けられたモータを用い、モータの回転を減速してねじ機構に伝え、該ねじ機構の動作により操舵軸を軸長方向に移動せしめる構成としたから、伝動音の発生を抑制しながら、小型のモータにより操舵軸に所望の移動力を加えることが可能となり、舵取機構の周辺の限られたスペースへの配設を容易に実現することができる。
【００４０】
また第２発明に係る車両用操舵装置においては、モータに組み付ける減速機がモータ軸と同軸をなす出力軸を備えるから、ボールねじ機構のねじ軸に対する前記出力軸の位置決めが正確になされ、両軸の連結を、容易に、しかも確実に実現することができる。
【００４１】
また第３発明に係る車両用操舵装置においては、モータからの減速伝動により回転するねじ軸、及びこれに螺合するナット部材により伝動効率が良好なボールねじ機構を構成したから、前記モータ、及び該モータから操舵軸への伝動系の更なる小型化を図ることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】モータからラック軸への伝動系の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１    ラック軸（操舵軸）
２    ピニオン軸
３    モータ
４    歯車減速機
６    ボールねじ機構
２１    ステアリングホイール（操舵部材）
３２    モータ軸
４５    出力軸
６０    ボールねじ軸（ねじ軸）
６１    ボールナット（ナット部材）
６４    ねじ溝
Ｈ１    ラックハウジング
Ｈ２    ピニオンハウジング
【図１】
2004148894.tif 000003
【図２】
2004148894.tif 000004