(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵により回転するピニオンと、
そのピニオンに噛み合うラックと、
そのラックに一体化されるスクリューシャフトと、
そのスクリューシャフトに転動体を介してねじ合わされる回転筒と、
その回転筒を駆動するモータと、
その回転筒を回転可能に支持するラックハウジングと、
そのラックをピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材とを備え、
そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する車両のステアリング装置において、
前記スクリューシャフトの移動範囲に配置されると共に、そのスクリューシャフトの外周を支持可能な支持体が設けられ、
その支持体と前記ラック支持部材との間に前記転動体の全体が配置され、
前記スクリューシャフトの外周における螺旋状の軌道溝の開口縁との接触による支持体の磨耗を抑制し、スクリューシャフトのがたつきによる伝達効率低下を防止できるように、その軌道溝の開口縁は面取り部とされ、
前記ラックに路面側から作用する負荷を、その支持体と前記ラック支持部材とにより受けることを特徴とする車両のステアリング装置。
【請求項２】
前記支持体は前記ラックハウジングにより支持される請求項１に記載の車両のステアリング装置。
【請求項３】
操舵により回転するピニオンと、
そのピニオンに噛み合うラックと、
そのラックに一体化されるスクリューシャフトと、
そのスクリューシャフトに転動体を介してねじ合わされる回転筒と、
その回転筒を駆動するモータと、
その回転筒を回転可能に支持するラックハウジングと、
そのラックをピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材とを備え、
そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する車両のステアリング装置において、
前記スクリューシャフトの移動範囲に配置されると共に、そのスクリューシャフトの外周を支持可能な支持体が設けられ、
その支持体と前記ラック支持部材との間に前記転動体の全体が配置され、
前記支持体は前記回転筒により支持され、
前記ラックに路面側から作用する負荷を、その支持体と前記ラック支持部材とにより受けることを特徴とする車両のステアリング装置。
【請求項４】
前記支持体として転がり軸受が用いられる請求項３に記載の車両のステアリング装置。
【請求項５】
前記スクリューシャフトの外周における軌道溝のスクリューシャフト軸方向における寸法は、その軌道溝の間の部分のスクリューシャフト軸方向における寸法よりも小さくされている請求項１〜４の中の何れかに記載の車両のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックに一体化されるスクリューシャフトにねじ合わされる回転筒をモータにより回転駆動することでラックを移動させる力を発生し、そのラックの動きを車輪に伝達することで舵角を変化させるステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示す従来の電動パワーステアリング装置１００は、操舵により回転するピニオン（図示省略）に噛み合うラック１０１に一体化されるスクリューシャフト１０２と、そのスクリューシャフト１０２にボール１０３を介してねじ合わされるボールナット１０４と、そのボールナット１０４に同行回転するように一体化される従動ベベルギヤ１０５と、その従動ベベルギヤ１０５に噛み合う駆動ベベルギヤ１０６を駆動する操舵補助力発生用モータ１０７と、そのボールナット１０４と従動ベベルギヤ１０５とを回転可能に支持するラックハウジング１０８ととを備える。そのラック１０１の動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する。
【０００３】
上記のような電動パワーステアリング装置１００においては、路面側から車輪に作用する負荷によってラック１０１の振動と撓みが生じる。そのような振動を吸収するため、そのラック１０１をピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材（図示省略）と上記ボール１０３との間の位置（図７においてボール１０３の右方の位置）において、振動減衰性の大きな材質からなる軸受けによりラック１０１を支持することが提案されている（特許第２９６６８１８号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、振動減衰性の大きな材質からなる軸受けにより振動を減衰することはできても、ラック１０１の撓みを十分に低減することはできなかった。そのラック１０１の撓みの増大はスクリューシャフト１０２の撓みの増大であることから、スクリューシャフト１０２とボール１０３との間およびボールナット１０４とボール１０３との間の摩擦が大きくなり、モータ１０７の出力のラック１０１への伝達効率が１０％以上低下することもあり、エネルギーの有効利用を図ることができず、操舵フィーリングが低下するという問題があった。
【０００５】
また、モータ１０７と車体内の他部品との干渉防止等のレイアウト上の必要性から、スクリューシャフト１０２をラック１０１の端部近傍に配置することが要望されていた。しかし、スクリューシャフト１０２をラック１０１の端部近傍に配置すると、スクリューシャフト１０２とラック支持部材との距離が大きくなるためラック１０１の撓みがより大きくなる。そのようなスクリューシャフト１０２が設けられていないラックを用いたラックピニオン式ステアリング装置においては、ラックの端部近傍をブッシュにより支持することでラックの撓みを防止している。しかし、ブッシュにより支持されるラック１０１の端部近傍にスクリューシャフト１０２を設けた場合、ブッシュはスクリューシャフト１０２における軌道溝１０２ａの開口縁と接触することになり磨耗し易くなる。そのため、スクリューシャフトのがたつきにより伝達効率が低下する。
本発明は、上記課題を解決することのできる車両の操舵装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵により回転するピニオンと、そのピニオンに噛み合うラックと、そのラックに一体化されるスクリューシャフトと、そのスクリューシャフトに転動体を介してねじ合わされる回転筒と、その回転筒を駆動するモータと、その回転筒を回転可能に支持するラックハウジングと、そのラックをピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材とを備え、そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する車両のステアリング装置において、前記スクリューシャフトの移動範囲に配置されると共に、そのスクリューシャフトの外周を支持可能な支持体が設けられ、その支持体と前記ラック支持部材との間に前記転動体の全体が配置され、前記ラックに路面側から作用する負荷を、その支持体と前記ラック支持部材とにより受けることを特徴とする。
本発明の構成によれば、路面側から車輪を介してラックに作用する負荷を、ラックを支持する支持体とラック支持部材とにより受けるので、その支持体とラック支持部材との間においてラックが撓むのを防止できる。その支持体とラック支持部材との間に転動体の全体が配置されるので、スクリューシャフトの撓みを低減し、転動体とスクリューシャフトとの間および転動体と回転筒との間の摩擦の増大を阻止できる。また、その支持体はスクリューシャフトの移動範囲に配置され、そのスクリューシャフトの外周を支持可能であるので、スクリューシャフトを転動体の全体よりもラック支持部材から離れたラックの端部近傍に配置できる。これにより、ステアリング装置を構成するモータのレイアウトの自由度を向上できる。その支持体としてはブッシュや軸受けを用いることができる。
【０００７】
前記支持体は前記ラックハウジングにより支持されてもよい。これにより、スクリューシャフトのラック支持部材からの距離がより大きくなっても、支持体によりスクリューシャフトの外周を支持し、スクリューシャフトの撓みを低減できる。
【０００８】
前記支持体は前記回転筒により支持されてもよい。これにより、支持体はスクリューシャフトに対して相対回転するので、偏って磨耗するのが防止され、また、スクリューシャフトの軌道溝の開口縁との接触による偏磨耗も抑制され、長寿命化を図れる。この場合、その支持体として転がり軸受が用いられるのが好ましい。転がり軸受を用いることでスクリューシャフトと回転筒とが円滑に相対回転し、伝達効率を向上することができる。
【０００９】
前記スクリューシャフトの外周における軌道溝の開口縁は面取り部とされているのが好ましい。これにより、その軌道溝の開口縁との接触による支持体の磨耗を抑制し、スクリューシャフトのがたつきによる伝達効率低下を防止できる。その面取り部は凸曲面でも平坦面でもよい。
【００１０】
前記スクリューシャフトの外周における軌道溝のスクリューシャフト軸方向における寸法は、その軌道溝の間の部分のスクリューシャフト軸方向における寸法よりも小さくされているのが好ましい。これにより、支持体の内周面にスクリューシャフトの外周面から作用する面圧を低減し、支持体の磨耗を抑制し、スクリューシャフトのがたつきによる伝達効率低下を防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１、図２に示すラックピニオン式電動パワーステアリング装置１は、入力シャフト２に連結されるステアリングホイールＨの操舵により回転するピニオン３と、そのピニオン３に噛み合うラック４とを備え、そのラック４の両端に車輪（図示省略）が連結される。そのピニオン３の回転によるラック４の動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する。
【００１２】
そのピニオン３とラック４を覆うラックハウジング３０が設けられる。そのラックハウジング３０は、第１ハウジング３１と第２ハウジング３２とをネジ等により連結することで構成され、車体に取り付けられる。そのラックハウジング３０内に、ステアリングホイールＨの操舵によってピニオン３に伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサ７が設けられる。そのトルクセンサ７は公知のものを採用できる。そのピニオン３との噛み合い位置においてラック４はラック支持部材９により支持されている。そのラック支持部材９は、本実施形態では公知の構成を有し、ラックハウジング３０にラック４の径方向に移動可能に挿入され、バネ８によりラック４に押し付けられ、ラック４における歯と反対側をラック軸方向視で円弧に沿う面により支持する。
【００１３】
図３に示すように、そのラック４にスクリューシャフト１１が一体化されている。本実施形態では、ラック４における中央よりも一端側（図３において左側）に近接する領域がスクリューシャフト１１とされている。そのスクリューシャフト１１にボール（転動体）１２を介してボールナット（回転筒）１３がねじ合わされている。そのボールナット１３はラックハウジング３０により一端側の複列ボールベアリング３３と他端側のボールベアリング３４とを介して回転可能に支持されている。
【００１４】
そのボールナット１３に同行回転するように従動ギヤ２１が一体化されている。本実施形態では、その従動ギヤ２１はベベルギヤとされ、ボールナット１３の外周に嵌め合わされ、ボールナット１３の外周の段差とボールナット１３にねじ合わされるナット１４とにより挟み込まれることでボールナット１３に一体化されている。
【００１５】
その従動ギヤ２１に噛み合う駆動ギヤ２２が駆動シャフト２３に一体的に設けられている。その駆動ギヤ２２は、駆動シャフト２３を支持するボールベアリング２４、２５を介してギヤハウジング２６により回転可能により支持されている。そのギヤハウジング２６はラックハウジング３０の第２ハウジング３２と一体的に成形されている。その駆動シャフト２３に、ギヤハウジング２６に取り付けられた操舵補助力発生用モータ２７の出力シャフトがカップリング２７ａを介して連結される。これにより、そのモータ２７によってボールナット１３が減速ギヤ機構を構成する駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１を介して回転駆動される。
【００１６】
上記トルクセンサ７とモータ２７に接続される車載制御装置（図示省略）が、そのトルクセンサ７により検出される操舵トルクに応じてモータ２７を駆動する。これにより、モータ２７の出力は駆動ギヤ２２、従動ギヤ２１を介してボールナット１３に伝達され、ボールナット１３の回転力がボール１２、スクリューシャフト１１を介してラック４に操舵補助力として伝達される。なお、そのモータ２７の制御方法は特に限定されるものではなく、例えば車速等の操舵トルク以外の変量に応じて操舵補助力を変化させるようにしてもよい。
【００１７】
そのスクリューシャフト１１の移動範囲に、そのスクリューシャフト１１の外周を支持可能な支持体が設けられている。本実施形態では、その支持体は円筒状のブッシュ４０とされ、第１ハウジング３１の内周にネジ４１を介してねじ合わされた筒状部材４２の内周に嵌め合わされることでラックハウジング３０により支持される。そのブッシュ４０は、例えば鋼板の表面をポリ四フッ化エチレンや銅化合物等によりコーティングすることで形成される。このブッシュ４０の内周によりスクリューシャフト１１の外周が支持される。本実施形態では、車両の直進状態においてブッシュ４０はスクリューシャフト１１の一端とラック４との境界領域近傍に配置される。なお、ブッシュ４０はスクリューシャフト１１を常に支持する位置に配置されてもよいし、左右一方への操舵時のみ支持する位置に配置されてもよい。そのブッシュ４０とラック支持部材９との間に上記ボール１２の全体が配置される。これにより、ラック４に路面側から車輪を介して作用する負荷をブッシュ４０とラック支持部材９とにより受け、スクリューシャフト１１の撓みを抑制可能である。そのブッシュ４０の内径とスクリューシャフト１１の外径との差は例えば０．０５ｍｍ程度とされる。
【００１８】
図４に示すように、スクリューシャフト１１における螺旋状の軌道溝１１ａの開口縁との接触によるブッシュ４０の磨耗を抑制するため、その軌道溝１１ａの開口縁は面取り部１１ａ′とされている。本実施形態では、その面取り部１１ａ′は平坦面とされている。スクリューシャフト１１の軸方向に対して面取り部１１ａ′がなす角度αは３０°以下であるのが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、路面側から車輪を介してラック４に作用する負荷を、ラック４を支持するブッシュ４０とラック支持部材９とにより受けるので、そのブッシュ４０とラック支持部材９との間においてラック４が撓むのを防止できる。そのブッシュ４０とラック支持部材９との間にボール１２の全体が配置されるので、スクリューシャフト１１の撓みを低減し、ボール１２とスクリューシャフト１１との間およびボール１２とボールナット１３との間の摩擦の増大を阻止できる。また、そのブッシュ４０はスクリューシャフト１１の移動範囲に配置され、そのスクリューシャフト１１の外周を支持可能であるので、スクリューシャフト１１をボール１２の全体よりもラック支持部材９から離れたラック４の端部近傍に配置できる。これにより、ステアリング装置１を構成するモータ２７のレイアウトの自由度を向上できる。そのブッシュ４０をラックハウジング３０により支持することで、スクリューシャフト１１のラック支持部材９からの距離がより大きくなっても、ブッシュ４０によりスクリューシャフト１１の外周を支持し、スクリューシャフト１１の撓みを低減できる。さらに、スクリューシャフト１１の外周における軌道溝１１ａの開口縁は面取り部１１ａ′とされているので、その開口縁との接触によるブッシュ４０の磨耗を抑制できる。
【００２０】
図５は本発明の第１変形例を示す。上記実施形態との相違は、まず支持体としてブッシュ４０に代えて転がり軸受であるニードルベアリング２４０が用いられている。また、ボール１２とボールナット１３に代えて、スクリューシャフト１１の軸方向に並列する複数（本実施形態では４つ）のボールベアリング２１２と、それらボールベアリング２１２を覆う筒体２１３が用いられている。その筒体２１３は第１、第２部材２１３ａ、２１３ｂをネジ２１３ｃを介して連結することで構成され、ラックハウジング３０により一端側のボールベアリング２３３と他端側のボールベアリング２３４とを介して回転可能に支持されている。従動ギヤ２１は筒体２１３の第１部材２１３ａの外周に嵌め合わされ、第１部材２１３ａの外周の段差と第２部材２１３ｂとにより挟み込まれることで筒体２１３に一体化されている。その一端側のボールベアリング２３３の内輪は筒体２１３の外周と一体化されている。そのニードルベアリング２４０は筒体２１３の内周に嵌め合わされることで筒体２１３により支持されている。各ボールベアリング２１２を構成するボール２１２ａが本発明の転動体とされ、そのボール２１２ａを介して筒体２１３はスクリューシャフト１１にねじ合わされている。すなわち、各ボールベアリング２１２を構成する外輪２１２ｂは筒体２１３に同行回転するように一体化されている。各ボールベアリング２１２の内輪２１２ｃの内周にスクリューシャフト１１における螺旋状の軌道溝１１ａに当接可能な環状突部２１２ｃ′が形成されている。各ボールベアリング２１２の回転軸はスクリューシャフト１１の軸心に対して軌道溝１１ａのリード角と等しい角度だけ傾斜するものとされ、その傾斜方向は中央側の２つのボールベアリング２１２と両端側の２つのボールベアリング２１２とで互いに逆とされている。また、各ボールベアリング２１２の回転中心はスクリューシャフト１１の軸心に対して偏心する。各ボールベアリング２１２は環状突部２１２ｃ′を介して軌道溝１１ａの内面に一位置において接するものとされ、中央側の２つのボールベアリング２１２の当接位置と両端側の２つのボールベアリング２１２の当接位置とは回転周方向において互いから１８０°離れている。これにより、筒体２１３がモータ２７により回転駆動されることで、ボールベアリング２１２を介してスクリューシャフト１１に軸方向力が作用する。このようなボールベアリングを利用したラックの送り機構は、例えば特開２０００−３５２４５０号公報に開示されたような公知のものを用いることができる。この第１変形例によれば、ニードルベアリング２４０はスクリューシャフト１１に対して相対回転するので偏って磨耗するのが防止され、また、スクリューシャフト１１の軌道溝１１ａの開口縁との接触による磨耗も抑制され、長寿命化を図れる。さらに、支持体として転がり軸受であるニードルベアリング２４０を用いることでスクリューシャフト１１と筒体２１３とが円滑に相対回転し、伝達効率を向上することができる。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示される。
【００２１】
図６は本発明の第２変形例を示す。上記実施形態および第１変形例との相違は、スクリューシャフト１１の外周における軌道溝１１ａの開口縁の面取り部１１ａ′が凸曲面とされ、また、その軌道溝１１ａのスクリューシャフト軸方向における寸法Ｌ１が、その軌道溝１１ａの間の部分のスクリューシャフト軸方向における寸法Ｌ２よりも小さくされている点にある。なお、軌道溝１１ａの開口縁に面取り部１１ａ′が形成される場合には、図において破線で示すように面取り部１１ａ′が形成されなかったものとして寸法Ｌ１、Ｌ２を測定する。これにより、ブッシュ４０あるいはニードルベアリング２４０の内周面にスクリューシャフト１１の外周面から作用する面圧を低減し、ブッシュ４０あるいはニードルベアリング２４０の磨耗を抑制し、スクリューシャフト１１のがたつきによる伝達効率低下を防止できる。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示される。
【００２２】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、実施形態においてブッシュ４０に代えて転がり軸受けを用いてもよいし、ブッシュ４０をラックハウジング３０ではなくボールナット１３により支持してもよく、また第１変形例においてニードルベアリング２４０に代えてブッシュを用いてもよいし、ニードルベアリング２４０をラックハウジング３０により支持してもよい。また、駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１の種類は特にベベルギヤに限定されない。あるいは、モータとして回転筒に一体化されたロータを有するものを用いることで、ギヤ機構を介することなく回転筒を駆動するようにしてもよい。さらに、本発明を適用するステアリング装置はパワーステアリング装置に限定されず、例えば車両を路面の誘導標識に沿って無人運転するためにモータ出力のみでラックを駆動する自動操舵装置や、車輪に機械的に連結されていないステアリングホイールの操舵に応じて駆動されるモータの出力のみでラックを駆動するステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置にも適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ラックに一体化されるスクリューシャフトにねじ合わされる回転筒をモータにより回転駆動することでラックに軸方向力を付与し、そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する車両のステアリング装置において、モータ出力のラックへの伝達効率低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の正面図
【図２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の縦断面図
【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における部分拡大図
【図５】本発明の第１変形例の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図６】本発明の第２変形例の電動パワーステアリング装置における部分拡大図
【図７】従来の電動パワーステアリング装置の部分断面図
【符号の説明】
３  ピニオン
４  ラック
９  ラック支持部材
１１  スクリューシャフト
１２、２１２ａ  ボール（転動体）
１３  ボールナット（回転筒）
２７  モータ
３０  ラックハウジング
４０  ブッシュ（支持体）
２１３  筒体（回転筒）
２４０  ニードルベアリング（支持体）
【図１】
0003782748.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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