(57)【要約】【課題】比ストロークが操舵角に応じて変化するステアリング装置において、操舵角による操舵反力の変動を抑制することが可能なステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリング装置１は、複数のピニオン歯２１が形成されたピニオン歯部２０を有し、ステアリング操作に応じて回転するピニオンシャフト２と、ピニオン歯部２０に噛み合う複数のラック歯３１からなるラック歯部３０を有するラックシャフト３と、ラックシャフト３を収容するラックハウジング４と、ラックシャフト３を軸方向移動可能に支持するラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとを備える。ラック歯部３０は、ラック歯３１のピッチが異なる狭ピッチ部３０ａと広ピッチ部３０ｂとを有し、ピニオン歯部２０が狭ピッチ部３０ａに噛み合うときのラックシャフト３とラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとの摺動抵抗が、ピニオン歯部３０が広ピッチ部３０ｂに噛み合うときの摺動抵抗よりも小さい。【選択図】図１
2017136905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のピニオン歯が形成されたピニオン歯部を有し、ステアリング操作に応じて回転するピニオンシャフトと、
前記ピニオン歯部に噛み合う複数のラック歯からなる噛み合い部を有し、前記ピニオンシャフトの回転による軸方向移動によって車両の転舵輪を転舵させるラックシャフトと、
前記ラックシャフトを収容するラックハウジングと、
前記ラックハウジングに固定され、前記ラックシャフトの外周面に摺接して前記ラックシャフトを軸方向移動可能に支持する支持部材とを備え、
前記噛み合い部は、前記複数のラック歯のピッチが異なる狭ピッチ部と広ピッチ部とを有し、
前記ピニオン歯部が前記狭ピッチ部に噛み合うときの前記ラックシャフトと前記支持部材との摺動抵抗が、前記ピニオン歯部が前記広ピッチ部に噛み合うときの前記ラックシャフトと前記支持部材との摺動抵抗よりも小さい、
ステアリング装置。
【請求項２】
前記ラックシャフトは、前記ピニオン歯部が前記狭ピッチ部に噛み合うときに前記支持部材が摺接する部分が、前記ピニオン歯部が前記広ピッチ部に噛み合うときに前記支持部材が摺接する部分よりも細い、
請求項１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、車両用のステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラックアンドピニオン式の車両用ステアリング装置において、比ストローク（ピニオンシャフトの回転量に対するラックシャフトの軸方向移動量）が操舵角に応じて変化するバリアブルギヤレシオ機構を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のステアリング装置は、ピニオンシャフトと噛み合うラックシャフトの噛み合い部におけるラック歯のピッチが、ラックシャフトの長手方向の中央部よりも端部において小さくなるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８２１３８号公報（段落［００３７］，図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような機構を備えたステアリング装置では、ピニオンシャフトがラック歯のピッチが小さい部分に噛み合う場合とピッチが大きい部分に噛み合う場合とで、ピニオンシャフトとラックシャフトとの噛み合い抵抗が変化し、これによってステアリングホイールに作用する操舵反力が変動することが、本願の発明者らによって確認されている。このような操舵反力の変動は、操舵フィーリングの低下をもたらす要因となり得る。
【０００６】
そこで、本発明は、比ストロークが操舵角に応じて変化するステアリング装置において、操舵角による操舵反力の変動を抑制することが可能なステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するため、複数のピニオン歯が形成されたピニオン歯部を有し、ステアリング操作に応じて回転するピニオンシャフトと、前記ピニオン歯部に噛み合う複数のラック歯からなる噛み合い部を有し、前記ピニオンシャフトの回転による軸方向移動によって車両の転舵輪を転舵させるラックシャフトと、前記ラックシャフトを収容するラックハウジングと、前記ラックハウジングに固定され、前記ラックシャフトの外周面に摺接して前記ラックシャフトを軸方向移動可能に支持する支持部材とを備え、前記噛み合い部は、前記複数のラック歯のピッチが異なる狭ピッチ部と広ピッチ部とを有し、前記ピニオン歯部が前記狭ピッチ部に噛み合うときの前記ラックシャフトと前記支持部材との摺動抵抗が、前記ピニオン歯部が前記広ピッチ部に噛み合うときの前記ラックシャフトと前記支持部材との摺動抵抗よりも小さい、ステアリング装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、比ストロークが操舵角に応じて変化するステアリング装置において、操舵角による操舵反力の変動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るステアリング装置を模式的に示す全体構成図。
【図２】ラックシャフトのラック歯部の構成を示す構成図。
【図３】（ａ）は、ラックハウジングの一方の端部及びその周辺部を示す断面図。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面で示すラックシャフト３の断面図。
【図４】ラックブッシュの構成例を示す斜視図。
【図５】（ａ）は、ピニオン歯部のピニオン歯とラック歯部の狭ピッチ部におけるラック歯との歯当たり状態を示す概略図。（ｂ）は、ピニオン歯部のピニオン歯とラック歯部の広ピッチ部におけるラック歯との歯当たり状態を示す概略図。
【図６】ステアリングホイールの操舵角とステアリングトルクとの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
【００１１】
（ステアリング装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るステアリング装置を模式的に示す全体構成図である。このステアリング装置１は、車両に搭載され、運転者の操舵操作に応じて転舵輪である前輪を転舵させる。図１では、図面左側が車両の右側にあたり、図面右側が車両の左側にあたる。なお、図１における符号中の文字「Ｒ」は車両の右側を示し、文字「Ｌ」は車両の左側を示している。
【００１２】
ステアリング装置１は、運転者が回転操作するステアリングホイール１０１と、ステアリングホイール１０１が一端部に固定されたコラムシャフト１０２と、コラムシャフト１０２に第１の自在継手１１１を介して連結されたインターミディエイトシャフト（中間シャフト）１０３と、インターミディエイトシャフト１０３に第２の自在継手１１２を介して連結されたピニオンシャフト２と、ピニオンシャフト２に噛み合うラックシャフト３と、ラックシャフト３を収容するラックハウジング４と、ラックシャフト３を支持する支持部材としてのラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとを備えている。図１では、ラックハウジング４を仮想線（二点鎖線）で示し、その内部を図示している。
【００１３】
第１及び第２の自在継手１１１，１１２は、例えばカルダンジョイントからなる。コラムシャフト１０２、インターミディエイトシャフト１０３、及びピニオンシャフト２は、ステアリングホイール１０１に接続されるステアリングシャフト１００を構成する。ラックシャフト３及びピニオンシャフト２は、ラックアンドピニオン機構を構成する。ラックブッシュ５Ｌ，５Ｒは、ラックシャフト３の外周面に摺接してラックシャフト３を軸方向移動可能に支持する。
【００１４】
ステアリング装置１はさらに、ステアリングシャフト１００における操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２１と、操舵トルクセンサ１２１によって検出した操舵トルク及び車速に応じてモータ電流を出力する制御装置１２２と、制御装置１２２から出力されるモータ電流によってトルクを発生する電動モータ１２３と、電動モータ１２３の回転軸１２３ａの回転を減速する減速機構１３とを備えている。電動モータ１２３及び減速機構１３は、運転者によるステアリングホイール１０１の操舵操作を補助する操舵補助力を発生させる操舵補助装置１０を構成する。
【００１５】
減速機構１３は、電動モータ１２３の回転軸１２３ａに固定されたウォーム１３１と、ウォーム１３１に噛み合うウォームホイール１３２とからなる。ウォームホイール１３２は、コラムシャフト１０２と共に回転し、ステアリングシャフト１００に操舵補助トルクを付与する。
【００１６】
ラックシャフト３の両端部には、ボールジョイント１４Ｌ，１４Ｒを介して左右のタイロッド１５Ｌ，１５Ｒがそれぞれ連結されている。タイロッド１５Ｌ，１５Ｒは、左右の前輪１６Ｌ，１６Ｒにそれぞれ連結されている。ラックシャフト３が車幅方向（左右方向）に進退移動すると、タイロッド１５Ｌ，１５Ｒがそれぞれラックシャフト３に対して揺動し、車両の転舵輪である左右の前輪１６Ｌ，１６Ｒがそれぞれ転舵される。
【００１７】
ピニオンシャフト２は、インターミディエイトシャフト１０３とは反対側の端部に、複数のピニオン歯２１が形成されたピニオン歯部２０を有している。ピニオンシャフト２は、運転者がステアリングホイール１０１を回転操作するステアリング操作に応じて回転する。ラックシャフト３は、ピニオン歯部２０に噛み合う複数のラック歯３１からなる噛み合い部としてのラック歯部３０を有し、ピニオンシャフト２の回転による軸方向移動によって左右の前輪１６Ｌ，１６Ｒを転舵させる。ラックシャフト３は、図略のラックガイド機構により、ラック歯部３０の裏側におけるギヤ背面がピニオン歯部２０側に押し付けられている。
【００１８】
ピニオンシャフト２は、ステアリングホイール１０１に付与される操舵トルク、及び操舵補助装置１０によってステアリングシャフト１００に付与される操舵補助トルクに応じた移動力をラックシャフト３に付与する。
【００１９】
ラックハウジング４は、ラックシャフト３の両端部を除く部分を収容する円筒状であり、車幅方向に延在して車体に固定されている。ラックハウジング４の内部における長手方向の両端部には、ラックブッシュ５Ｌ，５Ｒが固定されている。ラックブッシュ５Ｌ，５Ｒの詳細については後述する。
【００２０】
図２は、ラックシャフト３のラック歯部３０の構成例を示す構成図である。ラック歯部３０は、ラック歯３１のピッチが異なる狭ピッチ部３０ａと広ピッチ部３０ｂとを有し、狭ピッチ部３０ａはラックシャフト３の軸方向におけるラック歯部３０の中央部に、広ピッチ部３０ｂは狭ピッチ部３０ａを挟むラック歯部３０の両端部に、それぞれ形成されている。広ピッチ部３０ｂにおけるラック歯３１のピッチＰｂは、狭ピッチ部３０ａにおけるラック歯３１のピッチＰａの例えば１．２〜１．５倍である。
【００２１】
ピニオンシャフト２のピニオン歯部２０は、ステアリングホイール１０１が中立位置付近にある場合にラック歯部３０の狭ピッチ部３０ａに噛み合い、操舵角が所定値よりも大きくなると、ラック歯部３０の広ピッチ部３０ｂに噛み合う。ピニオンシャフト２のピニオン歯部２０がラック歯部３０の狭ピッチ部３０ａに噛み合うときの比ストローク（ピニオンシャフト２の回転量に対するラックシャフト３の軸方向への移動量）は、ピニオンシャフト２のピニオン歯部２０がラック歯部３０の広ピッチ部３０ｂに噛み合うときの比ストロークよりも小さい。
【００２２】
この構成により、ステアリングホイール１０１の中立位置付近では左右の前輪１６Ｌ，１６Ｒのふらつきが少なく、直進安定性が高まる。また、ステアリングホイール１０１を大きく操舵すると、比ストロークが大きくなるので、左右の前輪１６Ｌ，１６Ｒが転舵されやすくなり、旋回操縦性が向上する。
【００２３】
なお、これに限らず、広ピッチ部３０ｂをラックシャフト３の軸方向におけるラック歯部３０の中央部に設け、狭ピッチ部３０ａをラック歯部３０の両端部に設けてもよい。この場合には、例えば車庫入れの際の据え切り時に、ストロークエンド付近の大舵角においてステアリングホイール１０１を軽く操作することができる。
【００２４】
図３（ａ）は、ラックハウジング４の一方（左側）の端部及びその周辺部を示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面で示すラックシャフト３の断面図である。図４は、ラックブッシュ５Ｌの構成例を示す斜視図である。なお、ラックハウジング４の他方（右側）の端部に配置されたラックブッシュ５Ｒも、ラックブッシュ５Ｌと同様に構成されている。
【００２５】
ラックブッシュ５Ｌは、弾性変形可能な樹脂成形体からなり、図４に示すように、円筒状の基部５０と、基部５０よりも外径が小さく形成された小径部５１と、基部５０における小径部５１とは反対側の端部からの外周側に張り出して形成された鍔部５２とを一体に有している。基部５０の内周面５０ａは、ラックシャフト３の外周面３ａに摺接する。基部５０には、その外周面に一対の外周溝５０ｂ（図３（ａ）参照）が形成され、この一対の外周溝５０ｂに、それぞれゴム等の環状の弾性体からなるＯリング５００が嵌着されている。基部５０の内周面５０ａは、Ｏリング５００の締付力によってラックシャフト３の外周面３ａに押し付けられている。
【００２６】
また、ラックブッシュ５Ｌには、基部５０における鍔部５２側の軸方向端面から軸方向に延びて基部５０の小径部５１側の端部に至る複数（本実施の形態では６つ）の第１スリット５ａ、及び小径部５１側の軸方向端面から軸方向に延びて基部５０における鍔部５２側の端部に至る複数（本実施の形態では６つ）の第２スリット５ｂが形成されている。第１スリット５ａ及び第２スリット５ｂは、ラックブッシュ５Ｌの周方向に沿って交互に等間隔に形成されている。
【００２７】
ラックハウジング４の一方の端部には、図３（ａ）に示すように、その内周面４ａから径方向の外側に向かって窪む環状の第１の凹部４１と、第１の凹部４１の底面における周方向の１箇所において径方向の外側に向かってさらに窪んだ第２の凹部４２とが形成されている。第１の凹部４１には、ラックブッシュ５Ｌの鍔部５２が嵌合し、これによりラックブッシュ５Ｌのラックハウジング４に対する軸方向移動が規制されている。また、第２の凹部４２には、ラックブッシュ５Ｌのボス部５２１が嵌合し、これによりラックブッシュ５Ｌのラックハウジング４に対する回転が規制されている。
【００２８】
ラックハウジング４の一方の端部には、タイロッド１５Ｌの一部を収容し、伸縮可能な蛇腹構造を有するベローズ６の一端部がベルト７によって固定されている。ベローズ６の他端部は、タイロッド１５Ｌに固定されている。なお、図示は省略しているが、ラックハウジング４の他方の端部にも、同様にベローズ６が固定されている。ベローズ６は、ラックハウジング４内への異物の侵入を防止している。
【００２９】
ピニオンシャフト２がステアリング操作によって回転すると、ラックシャフト３の外周面３ａがラックブッシュ５Ｌ，５Ｒにおける基部５０の内周面５０ａを摺動する。これにより、ラックシャフト３は摺動抵抗を受ける。本実施の形態では、ピニオン歯部２０が狭ピッチ部３０ａに噛み合うときのラックシャフト３とラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとの摺動抵抗が、ピニオン歯部２０が広ピッチ部３０ｂに噛み合うときのラックシャフト３とラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとの摺動抵抗よりも小さい。すなわち、ステアリング装置１は、ラック歯部３０におけるピニオン歯部２０の噛み合い位置に応じてラックシャフト３が軸方向に移動する際の摺動抵抗が変化する摺動抵抗可変構造を有している。
【００３０】
本実施の形態では、この摺動抵抗可変構造がラックシャフト３の直径を変えることにより実現されている。すなわち、ラックシャフト３は、ピニオン歯部２０が狭ピッチ部３０ａに噛み合うときにラックブッシュ５Ｌ，５Ｒが摺接する部分が、ピニオン歯部２０が広ピッチ部３０ｂに噛み合うときにラックブッシュ５Ｌ，５Ｒが摺接する部分よりも細い。図３（ａ）では、ピニオン歯部２０が狭ピッチ部３０ａに噛み合うときにラックブッシュ５Ｌ，５Ｒが摺接する部分を小径部３２で示し、ピニオン歯部２０が広ピッチ部３０ｂに噛み合うときにラックブッシュ５Ｌ，５Ｒが摺接する部分を大径部３３で示している。なお、図示は省略しているが、図３（ａ）に示す側（左側）とは反対側（右側）のラックシャフト３の端部も、図３（ａ）と同様に構成されている。
【００３１】
大径部３３の直径ｄ１と小径部３２の直径ｄ０との差（ｄ１−ｄ０）は、例えば０．５〜１．０ｍｍである。小径部３２におけるラックシャフト３の外周面３２ａと大径部３３におけるラックシャフト３の外周面３３ａとの間は、テーパ面によって滑らかに連続して接続されている。図３（ｂ）では、小径部３２の外周面３２ａを破線で示している。
【００３２】
ラックブッシュ５Ｌ，５Ｒにおける基部５０の内周面５０ａがラックシャフト３の外周面３ａを押し付ける力は、小径部３２において大径部３３よりも小さい。これは、ラックシャフト３の小径部３２がラックブッシュ５Ｌ，５Ｒの内側にある場合には、大径部３３がラックブッシュ５Ｌ，５Ｒの内側にある場合に比較して、Ｏリング５００による基部５０の締付力が小さくなることによる。本実施の形態では、このＯリング５００による締付力の違いにより、ピニオン歯部２０が狭ピッチ部３０ａに噛み合うときのラックシャフト３とラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとの摺動抵抗が、ピニオン歯部２０が広ピッチ部３０ｂに噛み合うときのラックシャフト３とラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとの摺動抵抗よりも小さくなっている。
【００３３】
図５（ａ）は、ピニオン歯部２０のピニオン歯２１とラック歯部３０の狭ピッチ部３０ａにおけるラック歯３１との歯当たり状態を示す概略図であり、図５（ｂ）は、ピニオン歯部２０のピニオン歯２１とラック歯部３０の広ピッチ部３０ｂにおけるラック歯３１との歯当たり状態を示す概略図である。
【００３４】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ピニオン歯部２０がラック歯部３０の狭ピッチ部３０ａに噛み合うときにピニオン歯２１の歯面２１ａが当接するラック歯３１の歯面３１ａの角度が、ピニオン歯部２０がラック歯部３０の広ピッチ部３０ｂに噛み合うときにピニオン歯２１の歯面２１ａが当接するラック歯３１の歯面３１ａの角度と異なる。この歯面３１ａの角度の違いにより、ステアリング操作を行う際の操舵反力が、ステアリングホイール１０１が中立位置付近にある場合と大舵角位置にある場合とで異なる。
【００３５】
図６は、ラックシャフト３にタイロッド１５Ｌ，１５Ｒを連結しない状態で、ステアリングホイール１０１を、中立位置（操舵角＝０°）を中心として左右の最大舵角位置まで操舵した際のステアリングトルク（ステアリングシャフト１００に作用するトルク）を示すグラフである。このグラフでは、ピニオン歯部２０とラック歯部３０との噛み合いに起因するステアリングトルクＴ１を実線で示し、ラックシャフト３とラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとの摺動抵抗に起因するステアリングトルクＴ０を破線で示している。
【００３６】
図６に示すように、ラックシャフト３とラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとの摺動抵抗に起因するステアリングトルクＴ０は、ピニオン歯部２０とラック歯部３０との噛み合いに起因するステアリングトルクＴ１が大きくなるときに小さくなる。このため、中立位置付近におけるステアリングトルクＴ１の増大分がステアリングトルクＴ０の減少分で相殺され、ステアリングシャフト１００に作用する全体のステアリングトルクの変動が抑制される。
【００３７】
（実施の形態の作用及び効果）
以上説明した実施の形態によれば、ラックシャフト３とラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとの摺動抵抗が、ピニオン歯部２０とラック歯部３０との噛み合い抵抗が大きくなるときに小さくなるので、操舵角による操舵反力の変動を抑制することが可能となる。また、そのための構成も、ラックシャフトの太さを軸方向の一部において変えるだけでよいので、部品点数や組み付け工数を増大させることがなく、コストの上昇を抑制することができる。
【００３８】
（付記）
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【００３９】
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、ラックハウジング４の両端部にラックブッシュ５Ｌ，５Ｒを配置し、これらラックブッシュ５Ｌ，５Ｒと摺動するラックシャフト３の両端部にそれぞれ小径部３２及び一対の大径部３３を設けた場合について説明したが、これに限らず、例えばラックブッシュ５Ｌと摺動するラックシャフト３の一方の端部のみに小径部３２及び一対の大径部３３を設けてもよい。またさらに、ラックブッシュ５Ｒを省略してもよい。ラックブッシュ５Ｒを省略した場合、ラックシャフト３は、ラックブッシュ５Ｌ及び前述のラックガイド機構によって支持される。
【００４０】
また、上記実施の形態では、ステアリング装置１が、コラムシャフト１０２に操舵補助トルクが付与されるコラムアシスト式のパワーステアリング装置である場合について説明したが、これに限らず、ピニオンシャフト２に操舵補助トルクが付与されるピニオンアシスト式としてもよい。また、ステアリングシャフト１００を構成するピニオンシャフト２とは別のピニオンシャフトがラックシャフト３に噛み合い、このピニオンシャフトに操舵補助トルクが付与されるデュアルピニオン式のステアリング装置に本発明を適用することも可能である。
【００４１】
また、上記実施の形態では、ラックシャフト３の太さを変えることによって、ラックシャフト３とラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとの摺動抵抗が操舵角に応じて変わるように構成した場合について説明したが、これに限らず、例えばラックシャフト３の外周面３ａの面粗度を一部において変えることによりラックシャフト３とラックブッシュ５Ｌ，５Ｒとの摺動抵抗が操舵角に応じて変わるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…ステアリング装置                      ２…ピニオンシャフト
３…ラックシャフト                        ４…ラックハウジング
５Ｌ，５Ｒ…ラックブッシュ（支持部材）    ２０…ピニオン歯部
２１…ピニオン歯                          ３０…ラック歯部（噛み合い部）
３０ａ…狭ピッチ部                        ３０ｂ…広ピッチ部
３１…ラック歯
【図１】
2017136905.tif 000003
【図２】
2017136905.tif 000004
【図３】
2017136905.tif 000005
【図４】
2017136905.tif 000006
【図５】
2017136905.tif 000007
【図６】
2017136905.tif 000008