(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用ステアリングシステム（１０）であって、
車輪（１４）に連結されているラックアッセンブリ（３２）と、
前記ラックアッセンブリ（３２）に連結され、電動モーター（４６）と作動的に連結されたコンテナに取り囲まれた回転／直線運動変換機構であって、該回転／直線運動変換機構は、回転部及び直線運動部を備え、該電動モーター（４６）が前記回転／直線運動変換機構に作動力を供給し、該作動力が前記ラックアッセンブリ（３２）を直線的に移動させる、回転／直線運動変換機構と、
前記回転直線運動機構からのノイズを、前記車両ステアリングシステムの残りの部分から絶縁するため、前記回転／直線運動変換機構と作動的に連結し、前記回転／直線運動変換機構に配置されている絶縁システム（４８）と、
を備え、
前記絶縁システムは、選択された特性を有する部材を備え、該部材は、前記回転部から径方向外側に配置され且つ前記回転部の第１の端部から該回転部の第２の端部まで実質的に延在し、更に前記部材は、前記コンテナの内側表面に沿って接触するように配置され、前記コンテナの回転が前記部材を介して前記回転部に伝達するように前記コンテナ及び前記回転部は前記部材を介して互いに接続されている、車両用ステアリングシステム（１０）。
【請求項２】
前記回転／直線運動変換機構はボールスクリューアッセンブリを備え、該ボールスクリューアッセンブリは、
前記ラックアッセンブリ（３２）と一体的に構成されているボールスクリュー（４４）と、
ボールスクリューナット（７８）とを備えており、前記ボールスクリュー（４４）は、前記ボールスクリューナット（７８）と係合するように構成され、前記ボールスクリューナット（７８）は、前記コンテナに取り囲まれている、請求項１に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項３】
前記部材は、前記コンテナの内側表面及び前記ボールスクリューナットの外側表面に沿って接触するように配置されている、請求項２に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項４】
前記選択された特性はコンプライアンス特性である、請求項１に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項５】
前記部材（８０）は、所定形状を有する切除部分を含んでいる、請求項１に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項６】
前記切除部分は、前記部材が選択された特性となり易いようにするため、選択されたパターンを含んでいる、請求項５に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項７】
前記部材（８０）は弾性材料で作られている、請求項１に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項８】
前記部材（８０）は、選択された特性を有する、単一又は複数の硬度を有する、単一又は複数の選択された材料を含んでいる、請求項１に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項９】
前記部材（８０）は複数の硬度値を有している、請求項１に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項１０】
前記回転／直線運動変換機構は、更に、前記モーター（４６）のシャフト（５０）に固定されているプーリ（５４）を備えており、前記プーリ（５４）は、前記コンテナ（６６）と機械的に連結されている、請求項２に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項１１】
前記プーリ（５４）及び前記コンテナ（６６）と作動的に連結しているベルト（５８）を、更に備えている、請求項１０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項１２】
前記ボールスクリューナット（７８）にはフランジが付いている、請求項２に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項１３】
前記コンテナ（６６）は、第１シェル（６８）と第２シェル（７０）を備えている、請求項１に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項１４】
前記コンテナ（６６）は、カバー（９２）を備えている、請求項１に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項１５】
前記コンテナ（６６）は、アルミニウム合金製である、請求項１に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項１６】
前記部材（８０）は、前記コンテナ（６６）に接着剤（８２）で固定されている、請求項１に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項１７】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）に配置された星形ワッシャ（２０６）を更に備えている、請求項２に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項１８】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）に配置されたリング（２０８）を更に備えている、請求項２に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項１９】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）に配置されたバンパー（２０４）を更に備えている、請求項２に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項２０】
ハンドル（１６）と、
車輪（１４）の切れ角を変えるために前記ハンドル（１６）の操舵操作を伝達するためのステアリング機構と、
前記ステアリング機構にアシスト力を供給するための、前記ハンドル（１６）の操舵操作に応答して作動すると共に、回転部及び直線運動部を備える、パワーアシスト機構と、
前記回転部からのノイズを該回転部の外側に配置された前記ステアリングシステムの残りの部分から絶縁するため、前記パワーアシスト機構と作動的に連結されている絶縁システム（４８）と、を備え、
前記絶縁システムは、前記回転部から径方向外側に配置され且つ前記回転部の第１の端部から該回転部の第２の端部まで実質的に延在する部材を備え、該部材は、選択された特性を有し、
前記回転部はボールスクリューナットであり、前記直線運動部はボールスクリューであり、
前記パワーアシスト機構は、
シャフト（５０）に回転力を供給するための電動モーター（４６）と、
前記シャフト（５０）に固定されているプーリ（５４）と、
前記プーリ（５４）及びボールスクリューナットコンテナ（６６）と作動的に連結されているベルト（５８）と、を更に備え、
前記ボールスクリュー（４４）は、前記ボールスクリューナット（７８）と係合するように構成され、前記ボールスクリューナット（７８）は、前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）に取り囲まれ、
前記部材（８０）は、前記ボールスクリューナット（７８）と前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）の間に配置され、
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）の回転が前記部材（８０）を介して前記ボールスクリューナット（７８）に伝達するように前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）及び前記ボールスクリューナット（７８）は前記部材（８０）を介して互いに接続されている、車両用ステアリングシステム（１０）。
【請求項２１】
前記ボールスクリューナット（７８）にはフランジが付いている、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項２２】
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）は、第１シェル（６８）と第２シェル（７０）を備えている、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項２３】
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）は、コンテナ（９０）とカバー（９２）を備えている、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項２４】
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）は、アルミニウム合金製である、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項２５】
前記選択された特性はコンプライアンス特性である、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項２６】
前記部材（８０）は、所定形状を有する切除部分を含んでいる、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項２７】
前記切除部分は、前記部材が選択された特性となり易いようにするため、選択されたパターンを含んでいる、請求項２６に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項２８】
前記部材（８０）は弾性材料で作られている、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項２９】
前記部材（８０）は、選択された特性を有する、単一又は複数の硬度を有する単一又は複数の選択された材料を含んでいる、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項３０】
前記部材（８０）は複数の硬度値を有している、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項３１】
前記部材（８０）は、前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）に接着剤（８２）で固定されている、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項３２】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）に配置された星形ワッシャ（２０６）を、更に備えている、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項３３】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）に配置されたリング（２０８）を、更に備えている、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項３４】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）に配置されたバンパー（２０４）を、更に備えている、請求項２０に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項３５】
車輪（１４）に連結されているラックアッセンブリ（３２）と、
前記ラックアッセンブリ（３２）と連結され、電動モーター（４６）と作動的に連結されたボールスクリューナットコンテナ（６６）に取り囲まれているボールスクリューアッセンブリであって、前記電動モーター（４６）が、前記ボールスクリューアッセンブリに作動力を供給し、該作動力が前記ラックアッセンブリ（３２）を直線的に移動させる、ボールスクリューアッセンブリと、
前記ボールスクリューアッセンブリと前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）との間に配置されている部材（８０）であって、該部材は、前記ボールスクリューナットコンテナの内側表面に沿って接触するように配置され、前記ボールスクリューアッセンブリから径方向外側に配置されると共に、該ボールスクリューアッセンブリのボールスクリューナットの第１の端部から該該ボールスクリューアッセンブリのボールスクリューナットの第２の端部まで実質的に延在する、前記部材と、
を備え、
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）の回転が前記部材（８０）を介して前記ボールスクリューアッセンブリに伝達するように前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）及び前記ボールスクリューアッセンブリは前記部材（８０）を介して互いに接続されている、車両用ステアリングシステム（１０）。
【請求項３６】
前記作動力は、前記モーター（４６）の回転可能なシャフト（５０）に固定され、前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）と連結されているプーリ（５４）によって伝達されている、請求項３５に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項３７】
前記プーリ（５４）は、前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）とベルト（５８）で連結されている、請求項３６に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項３８】
前記電動モーター（４６）の作動非作動を制御するコントローラ（２６）に信号を供給するための複数のセンサー（２２、２４）を、更に備えている、請求項３５に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項３９】
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）は、第１シェル（６８）と第２シェル（７０）を備えている、請求項３５に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項４０】
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）は、コンテナ（９０）とカバー（９２）を備えている、請求項３５に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項４１】
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）は、アルミニウム合金製である、請求項３５に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項４２】
前記部材（８０）は、前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）に接着剤（８２）で固定されている、請求項３５に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項４３】
前記ボールスクリューアッセンブリは、
ボールスクリュー（４４）と、
ボールスクリューナット（７８）とを備えており、前記ボールスクリュー（４４）は前記ボールスクリューナット（７８）と係合するように構成されている、請求項３５に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項４４】
前記ボールスクリューナット（７８）にはフランジが付いている、請求項４３に記載のステアリングシステム（１０）。
【請求項４５】
ボールスクリューアッセンブリ用の絶縁システム（４８）であって、
ボールスクリュー（４４）と、
電動モーター（４６）と作動的に連結されたボールスクリューナットコンテナ（６６）と、
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）に取り囲まれており、前記ボールスクリュー（４４）が係合するように構成されているボールスクリューナット（７８）と、
前記ボールスクリューナット（７８）と前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）との間に配置されている部材（８０）であって、該部材は、選択された特性を有し、前記ボールスクリューナットコンテナの内側表面に沿って接触するように配置されており、更に、前記部材は、前記ボールスクリューナットから径方向外側に配置されると共に、該ボールスクリューナットの第１の端部から該ボールスクリューナットの第２の端部まで実質的に延在する、前記部材と、
を備え、
前記絶縁システムは、前記ボールスクリューアッセンブリからのノイズが該ボールスクリューアッセンブリの外側に伝播することを遮断するため、前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）の回転が前記部材（８０）を介して前記ボールスクリューナット（７８）に伝達するように前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）及び前記ボールスクリューナット（７８）は前記部材（８０）を介して互いに接続されている、ボールスクリューアッセンブリ用の絶縁システム（４８）。
【請求項４６】
前記選択された特性はコンプライアンス特性である、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項４７】
前記部材（８０）は、所定形状を有する切除部分を含んでいる、請求項４５に記載の絶縁システム（１０）。
【請求項４８】
前記切除部分は、前記部材が選択された特性となり易いようにするため、選択されたパターンを含んでいる、請求項４７に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項４９】
前記部材（８０）は弾性材料で作られている、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項５０】
前記部材（８０）は、選択された特性を有する、単一又は複数の硬度を有する単一又は複数の選択された材料を含んでいる、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項５１】
前記部材（８０）は複数の硬度値を有している、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項５２】
前記ボールスクリューナット（７８）と一体的に組み込まれたラックアッセンブリ（３２）を、更に備えている、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項５３】
電動モーター（４６）のシャフト（５０）に固定されているプーリ（５４）を更に備えており、前記プーリ（５４）は、前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）と機械的に連結されている、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項５４】
前記プーリ（５４）及び前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）と作動的に連結しているベルト（５８）を、更に備えている、請求項５３に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項５５】
前記ボールスクリューナット（７８）にはフランジが付いている、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項５６】
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）は、第１シェル（６８）と第２シェル（７０）を備えている、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項５７】
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）は、コンテナ（９０）とカバー（９２）を備えている、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項５８】
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）は、アルミニウム合金製である、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項５９】
前記部材（８０）は、前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）に接着剤（８２）で固定されている、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項６０】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）に配置された星形ワッシャ（２０６）を更に備えている、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項６１】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）に配置されたリング（２０８）を更に備えている、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項６２】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）に配置されたバンパー（２０４）を更に備えている、請求項４５に記載の絶縁システム（４８）。
【請求項６３】
車両用ステアリングシステムであって、
車輪（１４）に連結されているラックアッセンブリ（３２）と、
前記ラックアッセンブリ（３２）に連結され、電動モーター（４６）と作動的に連結されたコンテナにより取り囲まれた回転／直線運動変換機構であって、該回転／直線運動変換機構は、回転部及び直線運動部を備え、前記電動モーター（４６）が前記回転／直線運動変換機構に作動力を供給し、該作動力が前記ラックアッセンブリ（３２）を直線的に移動させる、回転／直線運動変換機構と、
前記回転／直線運動変換機構における振動を遮断するための手段であって、該遮断手段は、選択された特性を有する部材を備え、該部材は、前記回転部から径方向外側に配置され且つ前記回転部の第１の端部から該回転部の第２の端部まで実質的に延在し、更に前記部材は、前記コンテナの内側表面に沿って接触するように配置され、前記コンテナの回転が前記部材を介して前記回転部に伝達するように前記コンテナ及び前記回転部は前記部材を介して互いに接続されている、前記遮断手段と、
を備えている車両用ステアリングシステム（４８）。
【請求項６４】
選択された特性を有する部材（８０）を選択する段階と、
前記部材（８０）をボールスクリューナット（７８）と、電動モーター（４６）と作動的に連結されたボールスクリューナットコンテナ（６６）との間に挿入する段階と、
前記部材（８０）を前記ボールスクリューナットから径方向外側に配置する段階であって、該部材は前記ボールスクリューナットコンテナと接触し、前記ボールスクリューナットの第１の端部から該ボールスクリューナットの第２の端部まで実質的に延在する、前記段階と、
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）の回転が前記部材（８０）を介して前記ボールスクリューナット（７８）に伝達するように前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）及び前記ボールスクリューナット（７８）を前記部材（８０）を介して互いに接続する段階と、
を備え、
前記部材（８０）を選択する段階は、弾性材料を選択する段階を含んでいる、ステアリング機構に自由度を提供する方法。
【請求項６５】
前記ボールスクリューナット（７８）をボールスクリュー（４４）と係合させる段階を更に含んでいる、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記ボールスクリュー（４４）をラックアッセンブリ（３２）と一体的に組み付ける段階を更に含んでいる、請求項６４に記載の方法。
【請求項６７】
前記部材（８０）を選択する段階は、選択された特性を有する単一又は複数の硬度を有する単一又は複数の材料を選択する段階を含んでいる、請求項６４に記載の方法。
【請求項６８】
前記部材（８０）が選択された特性となり易いようにするため、選択されたパターンで前記部材（８０）から材料を取り除く段階を含んでいる、請求項６４に記載の方法。
【請求項６９】
前記部材（８０）の所定形状を有する部分を切除する段階を更に含んでいる、請求項６４に記載の方法。
【請求項７０】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）に星形ワッシャ（２０６）を配置することによって前記ボールスクリューアッセンブリを支持する段階を更に含んでいる、請求項６４に記載の方法。
【請求項７１】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）にバンパー（２０４）を配置することによって前記ボールスクリューアッセンブリを支持する段階を更に含んでいる、請求項６４に記載の方法。
【請求項７２】
前記ボールスクリューナット（７８）の端部（２１０）にリング（２０８）を配置することによって前記ボールスクリューアッセンブリを支持する段階を更に含んでいる、請求項６４に記載の方法。
【請求項７３】
前記部材（８０）を前記ボールスクリューナット（７８）に固定する段階を更に含んでいる、請求項６４に記載の方法。
【請求項７４】
選択された自由度特性を有する部材（８０）と接触するボールスクリューナット（７８）であって、
前記部材（８０）は、電動モーター（４６）と作動的に連結されたボールスクリューナットコンテナの径方向内側に配置されると共に、前記ボールスクリューナットと接触した状態で前記ボールスクリューナットから径方向外側に配置され、更に、該部材は、前記ボールスクリューナットの第１の端部から該ボールスクリューナットの第２の端部まで実質的に延在し、
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）の回転が前記部材（８０）を介して前記ボールスクリューナット（７８）に伝達するように前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）及び前記ボールスクリューナット（７８）が前記部材を介して互いに接続され、これによって、前記部材は、前記ボールスクリューナットからのノイズが該ボールスクリューナットの外側に伝播することを遮断する、ボールスクリューナット（７８）。
【請求項７５】
選択された振動減衰特性を有する部材（８０）と接触するボールスクリューナット（７８）であって、
前記部材（８０）は、電動モーター（４６）と作動的に連結されたボールスクリューナットコンテナの径方向内側に配置されると共に、前記ボールスクリューナットと接触した状態で前記ボールスクリューナットから径方向外側に配置され、更に、該部材は、前記ボールスクリューナットの第１の端部から該ボールスクリューナットの第２の端部まで実質的に延在し、
前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）の回転が前記部材（８０）を介して前記ボールスクリューナット（７８）に伝達するように前記ボールスクリューナットコンテナ（６６）及び前記ボールスクリューナット（７８）が前記部材を介して互いに接続され、これによって、前記部材は、前記ボールスクリューナットからのノイズが該ボールスクリューナットの外側に伝播することを遮断する、ボールスクリューナット（７８）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来技術】
電動式又は電動補助式ステアリングシステムは、スリーブをモーターで回転することによってラックに力を加え、それによって運転者が車両を操舵するのを支援するように、ラックを取り囲みラックとねじ係合するスリーブを設けることによって、ステアリングアッセンブリをパワーアシストする。しかし、モーターによってスリーブに加えられる力は、大きな摩擦と、過度の摩耗並びに亀裂を生じることがある。
【０００２】
加えて、電動式又は電動補助式ステアリングシステムは、運転者の耳に聞こえるノイズを作り出しかねない。特に、ノイズは、モーターの回転機構が、ボールスクリューアッセンブリで直線運動に変換される際にラックアッセンブリ内で生じる。ベアリング内のボール及びボールスクリュー内のボールが、ベアリング及びボールスクリューの溝の中を動くときに、ノイズが発生し、それが運転者に聞こえることになる。車両が路面上を走行している際は、路面上の車輪に掛かる衝撃が、車輪からラックアッセンブリへと伝達される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ベアリングと関連機構は、この様な衝撃による荷重を、許容できるノイズレベルを超えることなく支えることのできる寸法となっていなければならない。この様な荷重条件を満たすには、構成部品の耐荷重容量が、システムの最大出力によって必要となる耐荷重容量よりもかなり大きい必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
ボールスクリューアッセンブリ用の絶縁システムは、ボールスクリューと、ボールスクリューと係合するように造形され、ボールスクリューナットコンテナ内に封入されているボールスクリューナットと、ボールスクリューナットとボールスクリューナットコンテナとの間に配置され、選択された特性を有している部材と、を含んでいる。ステアリング機構に自由度を与える方法は、選択された特性を有する部材を選択する段階と、その部材をボールスクリューナットとボールスクリューナットコンテナとの間に挿入する段階と、を含んでいる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１には、車両（図示せず）用のステアリングシステム１０を示している。車両の運転者は、ステアリングシステム１０を使って、ステアリングコラム１２を操作することによって車両の方向を制御することができる。ステアリングコラム１２は、車輪１４（片輪のみを示す）と機械的に連結されている。
【０００６】
ステアリングコラム１２は、上側ステアリングシャフト１８と下側ステアリングシャフト２８を含んでいる。ハンドル１６は、上側ステアリングシャフト１８に取り付けられている。ハンドル１６は、運転者がステアリングコラム１２に回転力を加えることができるように配置されている。ハンドル１６の回転角を検出するため、上側ステアリングシャフト１８に、トルクセンサー２２と位置センサー２４が取り付けられている。トルクセンサー２２と位置センサー２４とは、コントローラ２６と電気的に接続されている。上側ステアリングコラムシャフト１８と下側ステアリングコラムシャフト２８とは、コラム・ユニバーサルジョイント２０で連結されている。下側ステアリングコラムシャフト２８は、一端がコラム・ユニバーサルジョイント２０に、他端がギヤハウジング３０に連結されている。ギヤハウジング３０には、ピニオンギヤ３８（図２に示す）が収められ、ピニオンギヤ３８は、ラックアッセンブリ３２と機械的に噛み合っている。ラックアッセンブリ３２は、ステアリングリンケージで車両の車輪１４に連結されている。タイロッド（片側だけを示す）３４は、一端がラックアッセンブリ３２に、他端がナックル３６（片側だけを示す）に連結されている。
【０００７】
図１、２に示すように、ハウジング３０には、ピニオンギヤ３８が収められている。ピニオンギヤ３８は、ラックアッセンブリ３２の整合歯切り部４０と接触するように配置されている。ピニオンギヤ３８は、整合歯切り部４０の歯と噛み合う歯を有している。ピニオンギヤ３８は、ラックアッセンブリ３２の整合歯切り部４０との組み合わせで、ラックアンドピニオンギヤセット４２を形成する。整合歯切り部４０は、ボールスクリュー４４と一体となっており、ボールスクリュー４４は、モーター４６と機械的に連結されている。モーター４６は、ラックアッセンブリ３２の整合歯切り部４０の第１側１００又は第２側１０２の何れに配置してもよい。また、モーター４６は、ラックアッセンブリ３２の上側１０４又は下側１０６の何れに配置してもよい。
【０００８】
車両の運転者がハンドル１６を回すと、ステアリングコラム１２に回転力が掛かり、それによってピニオンギヤ３８が回転する。ピニオンギヤ３８が回転すると、ラックアッセンブリ３２が矢印４７の方向に動き、それによってタイロッド３４（片側だけを示す）とナックル３６（片側だけを示す）が動いて、その結果車両の車輪１４（片側だけを示す）の向きが変わる。従って、ハンドル１６が回されると、整合歯切り部４０とピニオンギヤ３８が、ハンドル１６の回転運動をラックアッセンブリ３２の直線運動に変換する。運転者がステアリングシステム１０に掛ける力をアシストするために、モーター４６に電流が流れ、ボールスクリュー４４を介してラックアッセンブリ３２の運動にパワーアシストが加えられ、それによって車両運転者の操舵を助けることになる。
【０００９】
図３では、モーター４６は、ある実施形態のボールスクリューアッセンブリ絶縁器（絶縁器）４８と作動的に連結されている。この作動的連結は、モーター４６から伸張するシャフト５０を介して構成され、プーリ５４が、シャフト５０の反対側の端部に固定的に取り付けられている。ベアリング５６は、シャフト５０を支持し、モーター４６に電流が流れるとシャフト５０が回転できるようにしている。ベルト５８は、外側表面（図示せず）と内側表面６０を有しており、プーリ５４に巻き付けられ、ベルト５８の内側表面６０がプーリ５４と接触するようになっている。ベルト５８は絶縁器４８にも巻き付けられているので、ベルト５８の内側表面６０は絶縁器４８とも接触する。ベルト５８、プーリ５４、シャフト５０は、ハウジング６４内に含まれていてもよい。
【００１０】
絶縁器４８は、ボールスクリューナットコンテナ６６を含んでおり、ボールスクリューナットコンテナ６６は、第１シェル６８と第２シェル７０とを含んでいる。第１シェル６８と第２シェル７０は円筒形である。第１シェル６８と第２シェル７０が用いられているので、ボールスクリューナットコンテナ６６を容易にアッセンブリすることができる。ベルト５８は、プーリとして機能する第１シェル６８に巻き付けられているので、ベルト５８が動けば、それに伴ってシェル６８が回転する。第１シェル６８は、第２シェル７０と圧入嵌合されており、第２シェル７０が第１シェル６８と共に回転するようになっている。なお、第１シェル６８と第２シェル７０とが一体となって回転するのであれば、第１シェル６８と第２シェル７０とは、どの様な方法を使ってアッセンブリしてもよい。
【００１１】
プーリ５４とボールスクリューナットコンテナ６６は、鉄材、プラスチック、或いはアルミニウム合金や複合材のような軽量材を含む、どのような形式の材料で作ってもよい。アルミニウム合金材を使えば、ステアリングシステム１０の合計質量と慣性を低減できるので、製造コストと性能を改善するのに好適である。
【００１２】
更に図３では、２つのアンギュラベアリング７２及び７４が、ボールスクリューナットコンテナ６６の相対する両側にそれぞれ配置されている。アンギュラベアリング７２は第１シェル６８に対して押圧され、アンギュラベアリング７４は第２シェル７０に対して押圧されている。アンギュラベアリング７２、７４は、ボールスクリューナットコンテナ６６を支持し、ベルト５８が回ると、ボールスクリューナットコンテナ６６が回転するようにしている。ウェーブワッシャのようなスプリングワッシャ７６を使って、アンギュラベアリング７２、７４を調整している。アンギュラベアリング７２、７４の代わりに、深溝ベアリングなど他の形式のベアリングを使うこともできる。
【００１３】
ボールスクリューナットコンテナ６６には、ボールスクリューナット７８と部材８０とが入っている。部材８０は弾性材等で形成されており、材料を選定（硬度と材料組成の両方）し、材料の形状を選ぶことによって、多様な剛性を作り出すことができる。本明細書で「部材」という用語を用いる場合、部材８０が単一の部片である場合と、複数の部片から構成されている場合の両方を含んでいる。更に、複数の部片から成る場合、各部片は、材料が異なっていてもよいし、各材料の硬度や弾性が違っていてもよい。
【００１４】
２つの異なる材料を用いる場合の例としては、部材８０の中央部７９には硬い材料を使い、部材８０の第１端部８３と第２端部８５には柔らかい材料を使う例が挙げられる。中央部７９と、第１及び第２端部８３、８５とで材料を変えることによって、絶縁器４８の軸方向、半径方向、ねじり方向の剛性を調整することができる。加えて、各材料の部片を織り交ぜて、部材８０の各部位で剛性が異なるようにすることもできる。部材８０の全体剛性には、上記のように幾つかのパラメータが影響してくるが、所望の硬度、及び所望の振動減衰特性を得るために如何様にも選択することができることに留意しておかねばならない。
【００１５】
部材８０は、ボールスクリューナット７８とボールスクリューナットコンテナ６６との間に配置されている。部材８０は、第２シェル７０に対して、圧入されていてもよいし、接着剤８２で固定されていてもよい。更に、図４に、部材８０を固定するための別の実施形態を示す。部材８０は、ボールスクリューナット７８の延長部８１によって固定されている。
【００１６】
図３に戻るが、ボールスクリューナット７８は、連続していてスロット又はノッチの何れかを含んでおり部材８０と係合できるようになっているフランジ８４を有している。フランジ８４の表面には、少なくとも１つの干渉部が加工、成形など何らかの方法で設けられており、ボールスクリューナットコンテナ６６からボールスクリューナット７８に最大トルクを伝達できるようになっている。加えて、フランジ８４は、円周方向に不連続な形状となっている。ボールスクリューナット７８には開口が設けられており、ボールスクリュー４４が中を貫通している。ボールスクリュー４４の外側表面８６は、ボールスクリューナット７８の内側表面と係合している。ボールスクリューナット７８とボールスクリュー４４とは、一緒にして、回転／直線運動変換アクチュエータ、又はボールスクリューアッセンブリと呼ばれる。
【００１７】
図５から９に、絶縁器４８の別の実施形態を示しており、ここでは、部材８０の一部を切り取って部材８０の形状を変化させることによって、部材８０の構造を変化させている。部材８０の一部を切り取ることによって、部材の材料が空隙部に流動侵入して、部材の剛性値を変化させている。この実施形態は、部材８０の一部を切り取って長方形のリブ２０２を設けた部材８０を例示している。リブ２０２は、部材８０に沿って様々な部位に設けられ、絶縁器４８に付加的なねじり方向のコンプライアンスを作り出している。リブ部２０２は外縁２０３に接合され、接着性を向上させている。
【００１８】
絶縁器４８には、付加的な軸方向のコンプライアンスも作り出されている。バンパー２０４、星形ワッシャ２０６及び／又はリング２０８が、絶縁器４８の端部２１０、２１２に挿入されている。説明を目的として、バンパー２０４は図６では片側端部に図示され、図８にも反映されており、星形ワッシャ２０６は、図６でその反対側の端部に図示され、図９に反映されている。リング２０８は図６に示されている。バンパー２０４は、ある範囲の硬度を有しており、軸方向のコンプライアンスに影響を及ぼす。リング２０８は、絶縁器４８が回転する際の摩擦を低減させる役も果たす。均一で高い剛性又は低い摩擦を得るために、リング２０８は異なる材料で作ることができる。
【００１９】
図１０には、絶縁器４８の別の実施形態を示しており、カバー９２付きのコンテナ９０を備えている、別のボールスクリューナットコンテナ６６が示されている。カバー９２は、スクリュー、ボルト等の締め付け具９４を１本又は複数本使って、コンテナ９０に固定されている。従って、ベルト５８が動けばコンテナ９０が回転する。更に、部材８０は、ボールスクリューナット７８の周りを、その第１端部９５と第２端部９７の両方向に伸張しており、ボールスクリューナット７８は部材８０の中に包み込まれている。ボールスクリューナット７８は、部材８０内に完全に包み込まれていてもよいし、実質的に包み込まれている程度でもよい。図３のように、部材８０は、ボールスクリューナット７８とコンテナ９０の間に配置されている。部材８０は、コンテナ９０に接着剤８２で固定されている。図４では、フランジ９８がボールスクリューナット７８の全周を連続して取り巻いているが、フランジ９８は、図３のように不連続でもよい。
【００２０】
図１１には、絶縁器４８の別の実施形態を示しており、ボールスクリューナットコンテナが設けられていない絶縁器が示されている。ベルト５８は、部材８０の周りに直接巻き付けられる。従って、ベルト５８が動けば部材８０が回転する。部材８０は接着剤８２でボールナット７８に固定されている。図１から１０に示すように、絶縁器４８付のステアリングシステム１０は、以下のように作動する。車両の運転者がハンドル１６を回すと、トルクセンサー２２と位置センサー２４がハンドル１６の操舵角を検出する。トルクセンサー２２と位置センサー２４は、コントローラ２６に信号を送る。コントローラ２６は、モーター４６に信号を送る。モーター４６は、シャフト５０経由でプーリ５４にトルクを伝える。プーリ５４の回転トルクは、ベルト５８に伝達される。代わりに、ボールスクリューナットコンテナ６６に回転トルクを伝えるチェーン又はギヤシステムを、ベルト５８に替えて使用してもよい。従って、モーター４６、シャフト５０、プーリ５４、ベルト５８は、回転／直線運動変換を行い、変換は、プーリ５４とボールスクリューナットコンテナ６６の相対寸法（例えばギヤ比）で決まる。
【００２１】
ベルト５８が回転すると、ベルト５８にトルク力が掛かり、それによってボールスクリューナットコンテナ６６が回転する。回転力は、ボールスクリューアッセンブリとして示されている、回転／直線運動変換アクチュエータで、直線力に変換される。ボールスクリューナットコンテナ６６とボールスクリューナット７８の間の摩擦によって、ボールスクリューナット７８が回転する。この様に、ボールスクリューナットコンテナ６６は、プーリとして作動してボールスクリューナット７８を回転する。代わりに、別体のプーリをボールスクリューナットコンテナ６６に取り付けるか圧入してもよい。
【００２２】
ボールスクリューナット７８が回転すると、ボールスクリュー４４とボールスクリューナット７８は係合しているので、ボールスクリュー４４が直線方向に動く。ボールスクリュー４４の動きは、対応してラックアッセンブリ３２を直線方向に動かすこととなり、これを矢印の方向４７で示している。勿論、ラックアッセンブリ３２の運動方向は、プーリ５４の回転方向に対応している。
【００２３】
図１１は、上記と同じように作動するが、ボールスクリューナットコンテナ６６は設けられていない。従って、ベルト５８が回転すると、トルク力がベルト５８に掛かり、それが部材８０を回転することになる。回転力は、ボールスクリューアッセンブリとして示されている、回転／直線運動変換アクチュエータで、直線力に変換される。部材８０とボールスクリューナット７８の間の摩擦によって、ボールスクリューナット７８が回転する。ベアリング７２と７４が、部材８０を保持している。この様に、部材８０は、プーリとして作動してボールスクリューナット７８を回転する。
【００２４】
図１及び２には、ラックアンドピニオン式のパワーステアリングシステムが示されており、ハンドル１６とラックアッセンブリ３２の間には機械的接合が形成されている。これとは別に「ステアバイワイヤ・システム」を採用している場合は、ハンドル１６とラックアッセンブリ３２の間に直接的な機械的接合は存在しない。その場合、運転者によるハンドル１６の回転運動（及び／又は、これと等価な運転者の制御装置からの信号）は、コントローラ２６に入力され、モーター４６が、ラックアッセンブリ３２を操作するのに必要な力を供給する。これに加え、絶縁器４８は、ステアリングシステムに一体的に組み込まれているものとして説明してきたが、絶縁器４８は、ボールスクリューアッセンブリを利用できるどの様な機構にでも一体的に組み込むことができることに留意しておくことが重要である。
【００２５】
上記実施形態で示したように、部材８０の材料、硬度、幾何学的形状を変えることによって、絶縁器４８は多種多様な形態をとることができる。部材８０の材料、硬度、幾何学的形状を変えることによって、絶縁器４８は、下側ステアリングコラム２８とラックアッセンブリ３２とが接続される区域における、ねじり剛性、軸方向剛性、半径方向剛性の範囲を作り出すことができる。絶縁器４８端部に、星形ワッシャ２０６、リング２０８、バンパー２０４等を追加することによっても、柔軟性の程度を変えることができる。
【００２６】
絶縁器４８に関する適切な剛性目標を決めるために、剛性目標のパラメータを得る目的で数多くの事実が検証される。振動の源が求められ、その振動数成分が計算される。更に、絶縁器４８の望ましい固有振動数が計算される。通常、望ましい固有振動数は、振動源の振動数の約半分である。望ましい振動絶縁剛性と振動源の許容される動きが見積もられる。振動源の許容される動きを求めるときには、振動源の機能と耐久性を考慮しなければならない。更に、望ましい振動絶縁剛性に対して、負荷が掛かった場合の撓みが計算される。必要であれば、剛性を増すことになる。
【００２７】
剛性目標のパラメータが一旦見積もられると、絶縁器の設計を始めることができる。単一又は複数の材料が、部材８０用に選定される。部材８０の切除部分を含めて、形状も選定される。単純な形状の部材８０で適切な剛性を作り出せるか否かを見極めるため、図７及び８に示しているような単純な形状から始めるのが望ましい。材料と形状の選定が済めば、有限要素モデルを作って、ねじり剛性、軸方向剛性、半径方向剛性の評価を行う。設計過程では、有限要素モデリングと実験評価との間の対話式のプロセスを利用する。この様にして、選定した所定形状の剛性が適切でなければ、別の形状を選択することになる。更に、単一又は複数の材料も、設計を支援するために変更することができる。
【００２８】
例えば、ねじり剛性を設計する際には、ボールスクリューナット又はモーターの変位の望ましい範囲は、最小変位に対する約２００，０００Ｎ／ｒａｄから、低周波振動に対する約２０Ｎ／ｒａｄである。軸方向剛性に関する望ましい範囲は、最小変位に対する約１０，０００Ｎ／ｍｍから、小型車及び軽負荷に対する約４００Ｎ／ｍｍである。半径方向剛性に関しては、望ましい範囲は、最小変位に対する約１０，０００Ｎ／ｍｍから、小型車及び軽負荷に対する約４００Ｎ／ｍｍである。
【００２９】
絶縁器４８を設計する方法をより完全に理解するために、ねじり剛性、軸方向剛性、半径方向剛性に関する計算の例を、剛性をどの様にして計算するかを説明するやり方として提示する。計算には、材料の力学と特性に関する単純化した仮定を考慮する。絶縁器４８を実際に設計する場合は、有限要素モデリングと実験評価との間の対話式のプロセスを利用すべきである。
【００３０】
ボールスクリューナット７８のプーリ５４に対するねじり剛性（Ｋｔ）とねじり変位を計算するために、ソース振動数を１００Ｈｚ以上と仮定する。従って、システムの望ましい固有振動数は、５０Ｈｚ（ｆ）となる。ナットの慣性質量が０．００３ｋｇ・ｃｍ2／ｒａｄ（Ｉ）であれば、適切なねじり剛性はＫｔ＝Ｉ*（２πｆ）2＝０．００３*（２*π*５０）2＝３１６Ｎ／ｍ／ｒａｄとなる。変位は、トルク÷ねじり剛性、即ちθ＝Ｔ／Ｋｔである。この式は変位をラジアンで計算しており、ラジアンは２π＝３６０度の式で度に変換されるので、結局、５Ｎ・ｍにおける変位は、５Ｎ・ｍ／３１６Ｎ・ｍ／ｒａｄ*（３６０度／２πｒａｄ）＝１度となる。
【００３１】
軸方向剛性（Ｋａ）と軸方向変位を計算するために、望ましい固有振動数を１００Ｈｚ（ｆ）と仮定し、ボールスクリュー４４とタイロッド３４の質量を６ｋｇ（Ｍ）と仮定する。必要な軸方向剛性は、Ｋａ＝Ｍ*（２πｆ）2＝６*（２*π*１００）2＝２，３７００，０００Ｎ／ｍ＝２３００Ｎ／ｍｍとなる。変位は、力÷軸方向剛性に等しく、即ちｘ＝Ｆ／Ｋａであり、４０００Ｎ負荷での変位は４０００Ｎ／２３７０Ｎ／ｍｍ＝１．７ｍｍとなる。
【００３２】
半径方向剛性（Ｋｒ）を計算するために、必要な半径方向の動きを０．５ｍｍ（ｘ）と仮定する。更に、１０００Ｎ（Ｆ）の側方負荷力を仮定する。ボールスクリューナット７８に掛かる実際の側方負荷力は、ラックアッセンブリ３２の位置次第であるが合計側方負荷力の何パーセントかである。この例では、ボールスクリューナットに掛かる側方負荷は、合計側方負荷力の７５パーセントと仮定する。この力は、半径方向剛性×変位に等しく、即ちＦ＝（Ｋｒ）・ｘであり、半径方向剛性は、力÷変位、即ちＫｒ＝Ｆ／ｘ＝７５０Ｎ／０．５ｍｍ＝１５００Ｎ／ｍｍとなる。
【００３３】
上記のように、絶縁器４８は、ボールスクリューアッセンブリと、ボールナット７８を取り巻く部材８０を含んでおり、更に、ボールスクリューナットコンテナ６６を含む場合もある。絶縁器４８は、組み込まれているどの様な形式の機構に対しても、ある自由度を提供するが、この機構にはステアリング機構が含まれる。絶縁器４８は、ラックアッセンブリ３２及びボールスクリューアッセンブリが、軸方向、ねじり方向、角度方向及び／又は直線方向を含めあらゆる方向に変位することができ、同時に、ベアリング７２、７４とボールスクリューアッセンブリを過負荷状態にすることなく許容可能な負荷負担能力を提供できるようにすることによって、ステアリング機構にある自由度を提供することができる。加えて、材料選定による部材８０の設計を通して、ねじり剛性、軸方向剛性、半径方向剛性を制御することにより、そして材料の形状を選択することによって、ラックアッセンブリ３２及びボールスクリューアッセンブリの振動と変位を制御して望ましい結果を得ることができる。
【００３４】
実際の自由度はグラブラの式を使って計算することができ、この式はマビィ＆ラインホルツの「機械の機構と力学に関する機構と力学」第４版、１９８７年、１１−１４頁、５８２−５９９頁に記載されており、同書全体を参考文献としてここに援用する。グラブラの式は、どの様な機構でも自由度（ｄ.ｏ.ｆ）は、機構内のリンクとジョイントからの入力の数と等しくなければならないということを提供する。機構全体の自由度は次のように計算される。
【００３５】
ｄ.ｏ.ｆ＝６*（リンク数）＋ジョイントの拘束の和
「ジョイントの拘束」とは、１つのジョイントによって接続されている２つのリンクに割り当てられている数である。この数は、上記書籍にも書いてあるような、どの様な機械運動学の議論からも得ることができる。計算の結果、ｄ.ｏ.ｆが負になるようであれば、システムは過剰拘束状態にある。計算結果が正の数であれば、システムは拘束状態にある。自由度の数は正であるのが望ましい。
【００３６】
絶縁器４８は、ボールスクリューアッセンブリに自由度を提供する。例えば、ボールスクリューアッセンブリは２つのリンクを有しており、それはボールスクリューナットとボールスクリューである。ジョイント形式はスクリューである。これら２つのリンクと１つのジョイントに関するジョイントの拘束は５である。ボールスクリューナット７８に部材８０を加えることによって、ジョイントの拘束数が増え、それによって、部材８０とボールスクリューナット７８が組み込まれているシステムに関する自由度が増す。絶縁器４８は、絶縁器が組み込まれているステアリング機構又はあらゆる機構に対して追加の自由度を提供し、高精度の製造と球面接触ベアリングの使用に関する必要性を取り除く。
【００３７】
絶縁器４８のもう１つの利点は、ボールスクリューナット７８が、部材８０をボールスクリューナットコンテナ６６とボールスクリューナット７８との間に挿入することにより、ステアリングシステム１０の残りの部分から絶縁されることである。ボールスクリューナット７８を絶縁することにより、ボールスクリュー４４内に配置されているボールからのノイズが、運転者には伝わらなくなる。更に、ノイズが絶縁され、同時に操舵はしっかりとした状態に維持される。
【００３８】
加えて、先にも述べたように、車両が道路に沿って進む際に、車輪１４は、路面の不整によって衝撃を受ける。そのような状態になると、車輪１４には衝撃が掛かり、その動きはラックアッセンブリ３２、そしてボールスクリューアッセンブリへと伝わる。絶縁器４８は、この衝撃エネルギを散逸させる。エネルギが絶縁器４８で散逸させられるので、ベアリングインタフェースとボールスクリューアッセンブリは、衝撃エネルギによる余計な負荷を支える必要が無くなる。その結果、ベアリングインタフェースは、発生する低い荷重を支えるように設計し、そのような大きさにすればよくなる。
【００３９】
以上、本発明を好適な実施形態を参照しながら説明してきたが、当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加え、等価なもので構成要素を置き換えることのできることを理解頂けるであろう。更に、本発明の基本的範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるために、多様な修正を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考案された最良の様式として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲に述べる範囲内に入る全ての実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
以下の幾つかの図中、同様な構成要素には同様な参照番号を宛てている。
【図１】車両用のステアリングシステムを示す。
【図２】図１のステアリングシステムの一部を示す。
【図３】ボールスクリューアッセンブリ絶縁器の断面図である。
【図４】別の実施形態の、ボールスクリューアッセンブリ絶縁器の断面図である。
【図５】別の実施形態の、ボールスクリューアッセンブリ絶縁器の側面図である。
【図６】図５のボールスクリューアッセンブリ絶縁器の断面図である。
【図７】図５のボールスクリューアッセンブリ絶縁器の断面図である。
【図８】図５のボールスクリューアッセンブリ絶縁器の断面図である。
【図９】図５のボールスクリューアッセンブリ絶縁器の断面図である。
【図１０】別の実施形態の、ボールスクリューアッセンブリ絶縁器の平面図である。
【図１１】別の実施形態の、ボールスクリューアッセンブリ絶縁器の平面図である。
【符号の説明】
１０    ステアリングシステム
１２    ステアリングコラム
１４    車輪
１６    ハンドル
１８    上側ステアリングシャフト
２０    コラムユニバーサルジョイント
２２    トルクセンサー
２４    位置センサー
２６    コントローラ
２８    下側ステアリングシャフト
３０    ギヤハウジング
３２    ラックアッセンブリ
３４    タイロッド
３６    ナックル
３８    ピニオンギヤ
４０    歯切り部
４２    ピニオンギヤセット
４４    ボールスクリュー
４６    モーター
４７    矢印
４８    絶縁器
５０    シャフト
５４    プーリ
５６    ベアリング
５８    ベルト
６０    内側表面
６４    ハウジング
６６    ボールスクリューナットコンテナ
６８    第１シェル
７０    第２シェル
７２    コンタクトベアリング
７４    コンタクトベアリング
７６    スプリングワッシャ
７８    ボールスクリューナット
７９    中央部
８０    部材
８１    延長部
８２    接着剤
８３    第１端部
８４    フランジ
８５    第２端部
８６    外側表面
８８    内側表面
９０    コンテナ
９２    カバー
９４    締め付け具
９５    第１端部
９７    第２端部
９８    フランジ
１００    第１側
１０２    第２側
１０４    上側
１０６    下側
２０２    リブ
２０３    外縁
２０４    バンパー
２０６    星形ワッシャ
２０８    リング
２１０、２１２    端部
【図１】
0004159808.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
0004159808.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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