JP2004050884A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーステアリング装置と他の機器（下部通過物など）との干渉を回避してレイアウト性を高める。
【解決手段】ラック軸としてのロッドを同軸的に外囲する回転筒５をケーシング１の内周面に設けられた一対の軸受ユニット６ａ・６ｂにより支持し、その一方の側にボールねじ部１３を設け、回転筒の他方の側に大径プーリ７を設け、その側方に設けた膨出部１ｂ内に、大径プーリとの間にベルト掛けされる小径プーリ１０を軸支する軸受支持ブロック８を設け、小径プーリに連結されたモータ４をロッドと並列に設ける。ボールスクリューを設けた部分から軸線方向に離れた所にベルト駆動用プーリを設けたことから、ボールスクリューを設けた部分及びその近傍の外径を小径化することができ、マフラーなどの下部通過物とパワーステアリング装置との干渉を回避でき、下部通過物のレイアウト性を向上し得る。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などに用いられるパワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用操舵装置に於いて、電動モータによる補助動力を用いて操舵力を軽減するようにしたパワーステアリング装置がある。例えばラックアンドピニオン型のステアリング装置において、そのラック軸の軸線方向変位力を補助するべく、モータの回転力を直線運動力に変換するようにしたダイレクトドライブ型のパワーステアリング装置がある。
【０００３】
上記ダイレクトドライブ型パワーステアリング装置の例を図３に示す。図３に示されるものにあっては、車幅方向に延在するように車体（図示せず）に取り付けられる筒状のケーシング２１を有し、そのケーシング２１内に同軸的に軸線方向に変位自在に操舵力伝ロッドとしてのラック軸２２が設けられ、ステアリングシャフト（図示せず）からの操舵力を、ラックアンドピニオン型ステアリングギア部２３を介してラック軸２２に伝達するようにされている。
【０００４】
そして、上記操舵力を軽減する操舵補助力を発生するためのモータ２４がケーシング２１の中間部に設けられている。そのモータ２４の回転力をラック軸２２の軸線方向力に変換するために、モータ２４のロータ軸２４ａを中空とし、かつラック軸２２を中空ロータ軸２４ａに同軸的に貫通させると共に、ラック軸２２と中空ロータ軸２４ａとの間にボールねじ部２６を設けている。
【０００５】
また、ケーシング２１は、ケーシング２１のステアリングギア部２３近傍に一体に形成された車体取り付けブラケット部２１ａと、ケーシング２１の車体取り付けブラケット部２１ａ側とは相反する側の軸線方向端部を支持すると共にケーシング２１の軸線方向変位を逃がすべく別部材からなるブラケット２５とにより、車体に取り付けられるようになっている。なお、ケーシング２１と一体をなす車体取り付けブラケット部２１ａにより主にケーシング２１の軸線方向力（スラスト荷重）を受け止め、別部材からなるブラケット２５では主にケーシング２１の半径方向力（ラジアル荷重）を受け止めることができる。
【０００６】
上記した構造のパワーステアリング装置にあっては、構造が簡素であり、例えばモータのケーシングを肉厚にするなど容易に剛性を高くすることができるという特長がある。しかしながら、上記したようなパワーステアリング装置を例えば四輪駆動車に設けた場合に、車体の左右方向に対する車体中心線Ｃの近傍に図３の想像線に示されるように四輪駆動用のプロペラシャフトやマフラーなどの下部通過物２８が配置されると、下部通過物８と車幅方向に延在するパワーステアリング装置とが干渉するという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記パワーステアリング装置にあっては、ラック軸２２に形成されたボールねじ溝２２ａの中央部が直進状態においてボールねじ部２６に整合するようにレイアウトすることになる。しかしながら、下部通過物２８に対して回避させるべくモータ２４を図３における左方に偏倚させようとしても、ラック軸２２の左右振れ幅分を考慮する必要がある。また、ケーシング２１のラック軸２２の図における左端部を支持するスライド軸受３０に干渉しないようにボールねじ溝２２ａを形成する必要があり、ボールねじ部２６も図の場合に対して左方へ大きく偏倚させて設けることができない。そのため、パワーステアリング装置の下部通過物２８と干渉する虞がある部分（モータ２４）が大径化すると、下部通過物２８のレイアウトの自由度が損なわれ、例えば高出力化のためにコア外径を増大（大径化）することが困難であるという問題がある。
【０００８】
また、同軸型モータ構造ではなく、例えば特開昭６２−２５５２７４号公報に開示されているように、ボールねじ部のナット部材（回転筒）をベルト駆動するようにしたものがある。このものにあっては、ナット部材の半径方向外方にプーリを一体的に設け、ボールねじ部の側方（半径方向外方）に配設したモータの軸にプーリを取り付け、両プーリにベルトを巻き掛けている。
【０００９】
このベルト駆動型構造のものにあっては、ボールねじ部の側方にプーリ付きモータが配設されているため、上記した下部通過物との干渉を回避するためには、レイアウト性の悪化など問題がある。また、ベルトの張力がモータに直接的に作用するため、モータに剛性をもたせようとするとモータが大型化し、レイアウト性がさらに悪化する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、パワーステアリング装置と他の機器（下部通過物など）との干渉を回避してレイアウト性を高め得ることを実現するために、本発明に於いては、操舵力を補助する補助操舵力を発生させるようにしたパワーステアリング装置であって、操舵により軸線方向に往復運動可能にケーシングに支持されたロッドと、前記ロッドを外囲しかつ同軸的に回転可能に前記ケーシングに設けられた回転筒と、前記回転筒の回転力を前記ロッドの往復運動に変換するべく前記ロッドと前記回転筒との間に設けられた直線運動変換手段と、前記補助操舵力の発生源として前記ロッドと並列に設けられたモータと、前記モータの回転力により前記回転筒を回転させるべく前記モータと前記回転筒との間に設けられた回転力伝達手段とを有し、前記直線運動変換手段と前記回転力伝達手段とが前記ロッドの軸線方向に互いに離間して配設されているものとした。
【００１１】
これによれば、直線運動変換手段として例えばボールスクリューを用いた場合に、そのボールスクリューを設けた部分から軸線方向に離れた所に回転力伝達手段として例えばベルト駆動用プーリを設けることにより、ボールスクリューを設けた部分の外径を最小限の大きさにすることができると共に、それに応じてボールスクリューの近傍の外径も小径化することができる。したがって、マフラーなどの下部通過物とパワーステアリング装置との干渉を回避することができ、下部通過物のレイアウト性を向上し得る。
【００１２】
また、前記回転力伝達手段が、前記回転筒に設けられたプーリと、前記モータに連結されたプーリと、両前記プーリに巻き掛けられたベルトとにより構成され、前記モータに連結されたプーリが、前記ベルトの張力を受けるベルト張力受け部材により支持されていると良い。これによれば、モータによりベルトの張力を直接受けることがないため、モータに剛性の高いものを用いる必要がなくなり、モータを小型化し得る。これにより全体をコンパクト化し得る。
【００１３】
また、前記回転筒と前記直線運動変換手段との間に、トルクリミッタが設けられていると良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明が適用されたパワーステアリング装置の要部縦断面図である。
なお、従来例と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
図におけるパワーステアリング装置のケーシング１は、筒状に形成され、図示されない車体の車幅方向に延在し、従来例と同様に車体取り付けブラケット部２１ａ及びブラケット２５を介して車体に取り付けられる。ケーシング１内には、軸線方向に往復運動自在にロッド２が支持されており、そのロッドの両端（図示せず）には図示されない転舵輪が連結されている。また、従来例と同様に、ステアリングシャフト（図示せず）からの操舵力を、例えばラックアンドピニオン型ステアリングギア部３を介してロッド（ラック軸）２に伝達するようにされている。
【００１６】
そして、上記操舵力を軽減する操舵補助力を発生するための電動モータ４がケーシング１の中間部に設けられている。モータ４は、ケーシング１の一部を軸線に直交する外向きに突出させて形成したブラケット部１ａにより支持されて、ケーシング１の側方にてロッド２と並列に配設されている。
【００１７】
ケーシング１内には、ロッド２を同軸的に外囲する円筒形状の回転筒５が設けられている。回転筒５は、ケーシング１の内周面に軸線方向に離間して設けられた各軸受ユニット６ａ・６ｂにより回転自在に支持されている。その回転筒５の両軸受ユニット６ａ・６ｂ間であってステアリングギア部３寄りの軸受ユニット６ｂ近傍の外周面に大径プーリ７が固着されている。
【００１８】
上記大径プーリ７の側方には、ケーシング１の一部により形成された膨出部１ｂが形成されており、その膨出部１ｂ内にはコ字形断面形状の軸受支持ブロック８が受容されている。軸受支持ブロック８の互いに対向する両壁部にはそれぞれベアリング９が取り付けられており、両ベアリング９により小径プーリ１０の軸部が軸支されている。小径プーリ１０はモータ４の駆動軸４ａと同軸線上に配設されており、小径プーリ１０の軸部と駆動軸４ａとが自在継ぎ手１７を介して結合されている。そして、小径プーリ１０と上記大径プーリ７との間には例えば歯付きベルト１１が巻き掛けられており、これら大径プーリ７・小径プーリ１０・ベルト１１により回転力伝達手段が構成されている。なお、軸受支持ブロック８は、ベルト１１の張力を調整し得るように、調節ねじ１５によりスライド可能に設けられ、かつ任意の位置で固定ねじ１６により固定可能にされている。
【００１９】
また、ロッド２の外周面にはその軸線方向の所定範囲に渡って螺旋溝２ａが形成されている。なお、操舵のニュートラル状態で、螺旋溝２ａの範囲の中央部が一方の軸受ユニット６ａに対応して位置するようにロッド２がセットされている。その軸受ユニット６ａによりナット部材１８が軸支されており、ナット部材１８と回転筒５とがそれぞれの一部を軸線方向について互いに重なり合わせて互いに同軸的に設けられている。そのナット部材１８の内周面には上記螺旋溝２ａと同ピッチの螺旋溝１８ａが設けられおり、両螺旋溝２ａ・５ａ間にはボールねじを構成する複数のボール１２が介装されている。なお、ナット部材１８側の螺旋溝１８ａの両端同士は、ボール１２を一端から他端へ戻すための通路で連結されており、このようにして直線運動変換手段としてのボールねじ部１３が構成されている。
【００２０】
また、上記ナット部材１との回転筒５との上記した互いに重なり合う部分にはトルクリミッタ１４が設けられている。トルクリミッタ１４としては、図２（ａ）に示されているように、半径方向内側に位置するようにされた回転筒５の縮径段部５ａとナット部材１８の内周面との間にＣ字状円筒体１９を介装することにより構成されている。そのＣ字状円筒体１９には、図２（ｂ）に示されるように半径方向外向きに押し出された複数の軸線方向突条部１９ａが周方向に等間隔で設けられたものが用いられている（例えばトレランスリング（レンコールトレランスリングジャパン株式会社））。このＣ字状円筒体１９を、上記したように回転筒５の縮径段部５ａとナット部材１８の内周面との間に介装することにより、回転筒５とナット部材１８との間でトルクが伝達される。そのトルク設定値は、Ｃ字状円筒体１９の縮径段部５ａ及びナット部材１８の内周面との各摩擦抵抗により決まる。このようなトルクリミッタ１４が設けられていることにより、モータ４からボールねじ部１３に伝達される正常なトルクを上回るトルクが発生した場合（例えば縁石に乗り上げた場合）に、回転筒５とナット部材１８との結合部間を滑らせることができるため、過剰なトルクがナット部材１８から回転筒５に伝わることによる伝達部分の損傷を防止することができる。
【００２１】
このようにして構成されたパワーステアリング装置にあっては、操舵時に補助操舵力を発生させる制御を行う場合には、運転者の操舵動作に応じてモータ４を駆動制御する。モータ４の正逆回転駆動力が小径プーリ１０・大径プーリ７間に掛け渡されたベルト１１を介して回転筒５に伝達され、回転筒５の正逆回転運動がボールねじ部１３を介してロッド２の直線往復運動に変換される。
【００２２】
モータ４に連結された小径プーリ１０は、上記したように軸受支持ブロック８に設けられた一対のベアリング９により支持されており、ベルト１１の張力は軸受支持ブロック８により受けている。したがって、モータ４の軸にベルト１１の張力が作用しないため、モータ４のトルク伝達におけるフリクションロスが少なく、モータ４の大型化を防止し得る。
【００２３】
また、従来の同軸型モータ構造のものでは駆動力を高めると大径化するのに対して、ボールねじ部１３及びその軸線方向に離れた側方に大径プーリ７を配設しただけなので、ロッド２を外囲する回転筒５の部分が大径化することがない。したがって、従来の同軸モータ構造のものよりもケーシング１のボールねじ部１３を設けた部分を小径化し得る。
【００２４】
自動車用パワーステアリング装置の場合には、ロッド２の往復運動（車体左右方向に対する変位）に対応する範囲に渡って設けた螺旋溝２ａをケーシング１内で変位させる場合には、ボールねじ部１３を偏った位置に設けることはできず、パワーステアリング装置の中央寄りに配設される。パワーステアリング装置の中央部は車体の中央部でもあり、その部分にはマフラーやドライブシャフト（２８）が通る場合があり、ケーシング１の外径が小さい方がそれらのレイアウトの容易性から好ましい。
【００２５】
本パワーステアリング装置にあっては、上記したようにボールねじ部１３から離れた位置に大径プーリ７を設けてベルト駆動するようにしており、ボールねじ部１３に対応する部分のケーシング１の外径を必要最小限の大きさにすることができる。そのため、同軸型モータ構造のパワーステアリング装置に対して、ボールねじ部１３の外径を小径化でき、他の機器（下部通過物など）との干渉を容易に回避でき、本パワーステアリング装置及び他の機器のレイアウト性を向上し得る。
【００２６】
なお、モータ４は、大小のプーリの減速比及びレイアウト性向上によるモータ外径および軸長の自由度が増したため、モータの設計が容易になり、汎用性も向上する。また、回転力伝達手段としては、上記図示例のプーリ及びベルトを用いたベルト伝動構造に限定されるものではなく、例えばギア伝達機構や他の伝動用機械要素（例えばチェーン・スプロケット）を用いた回転力伝達構造を用いることができる。
【００２７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、直線運動変換手段として例えばボールスクリューを用いた場合に、そのボールスクリューを設けた部分から軸線方向に離れた所に回転力伝達手段として例えばベルト駆動用プーリを設けることにより、ボールスクリューを設けた部分の外径を最小限の大きさにすることができると共に、それに応じてボールスクリューの近傍の外径も小径化することができる。したがって、マフラーなどの下部通過物とパワーステアリング装置との干渉を回避することができ、下部通過物のレイアウト性を向上し得る。
【００２８】
また、回転筒をベルト駆動するべくモータに連結されたプーリがベルト張力受け部材により支持されていることにより、モータによりベルトの張力を直接受けることがないため、モータに剛性の高いものを用いる必要がなくなり、モータを小型化し得る。これにより全体をコンパクト化し得る。
【００２９】
また、回転筒と直線運動変換手段との間にトルクリミッタが設けられていると良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたパワーステアリング装置の要部縦断面図。
【図２】（ａ）はトルクリミッタを示す要部拡大断面図であり、（ｂ）はそのＣ字状円筒体を示す正面図。
【図３】従来のパワーステアリング装置の要部縦断面図。
【符号の説明】
１　ケーシング
２　ロッド
３　ステアリングギア部
４　モータ
５　回転筒
６ａ・６ｂ　軸受ユニット
７　大径プーリ
８　軸受支持ブロック
９　ベアリング
１０　小径プーリ
１１　歯付きベルト
１２　ボール
１３　ボールねじ部
１４　トルクリミッタ

Claims (3)

1. 操舵力を補助する補助操舵力を発生させるようにしたパワーステアリング装置であって、
   操舵により軸線方向に往復運動可能にケーシングに支持されたロッドと、前記ロッドを外囲しかつ同軸的に回転可能に前記ケーシングに設けられた回転筒と、前記回転筒の回転力を前記ロッドの往復運動に変換するべく前記ロッドと前記回転筒との間に設けられた直線運動変換手段と、前記補助操舵力の発生源として前記ロッドと並列に設けられたモータと、前記モータの回転力により前記回転筒を回転させるべく前記モータと前記回転筒との間に設けられた回転力伝達手段とを有し、
   前記直線運動変換手段と前記回転力伝達手段とが前記ロッドの軸線方向に互いに離間して配設されていることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記回転力伝達手段が、前記回転筒に設けられたプーリと、前記モータに連結されたプーリと、両前記プーリに巻き掛けられたベルトとにより構成され、
   前記モータに連結されたプーリが、前記ベルトの張力を受けるベルト張力受け部材により支持されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. 前記回転筒と前記直線運動変換手段との間に、トルクリミッタが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパワーステアリング装置。

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