JP2004148895A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【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を、高い伝動効率下にて静粛に行わせる。
【解決手段】ラックハウジングＨ_１ 内部のラック軸１に近接してボールねじ軸４を架設し、このボールねじ軸４を、ラックハウジングＨ_１ の外側に取り付けたモータ３の出力軸３２に自在継手６，６を介して連結する。ボールねじ軸４に螺合するボールナット５を連絡アーム５０を介してラック軸１に連絡して、モータ３の出力軸３２の回転をボールねじ軸４に沿ったボールナット５の移動に変換し、この移動を連絡アーム５０によりラック軸１に伝えて、ラック軸１を軸長方向に移動させる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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べく、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て実現される。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】
前記運動変換の手段としては、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１参照）。
【０００６】
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運動変換手段を備える車両用操舵装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
実用新案登録第２５９０７９１号公報
【特許文献２】
特公平６−５０３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、前記特許文献１に開示された操舵装置においては、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取り付け、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一体形成された従動歯車に伝達し、前記ボールナットを回転させるようにしてある。
【０００９】
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、夫々の間のバックラッシの影響による歯打ち音が発生し、伝動音が大きいといういう難点がある。また、組立て段階においてバックラッシの調整が適正に行われたとしても、操舵のために移動するラック軸には、路面からの逆入力等の外力の作用による撓みが発生することがあり、この撓みの影響によりバックラッシに狂いが生じるため、満足すべき伝動音の低減効果は望めない。
【００１０】
これに対し、特許文献２に開示された操舵装置においては、モータからラック軸（操舵軸）への伝動系に歯車が介在しておらず、歯打ち音のない静粛な動作が可能となるという利点がある。
【００１１】
しかしながら、ハウジングの内部に支持されたラック軸とハウジングの外側に取り付けたモータの出力軸との間の離隔距離が大きく、ボールねじ軸としてのモータの出力軸に沿って移動するボールナットとラック軸とを連絡する連絡部材が長大となるため、ラック軸に加わる外力が、前記連絡部材をモーメントアームとする大なるモーメント力としてボールナットに作用し、ボールねじ軸との螺合部における負荷が増し、伝動効率の低下により、ボールねじ機構及びモータの大型化を招来するという問題がある。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵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を、高い伝動効率下にて静粛に行わせ得る車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１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、前記操舵軸を支持するハウジングの内部に、前記操舵軸と略平行をなして架設されたねじ軸と、前記ハウジングの外部に固定された前記モータの出力軸を前記ねじ軸に連結する自在継手と、前記ねじ軸に螺合し、該ねじ軸の回転に応じて軸長方向に移動するナット部材と、該ナット部材と前記操舵軸とを連絡する連絡アームとを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、操舵軸を支持するハウジングの外部に取り付けたモータの出力軸の回転を、ハウジングの内部に架設されたねじ軸に自在継手を介して伝達し、前記ねじ軸に沿って生じるナット部材の移動を連絡アームを介して操舵軸に伝え、該操舵軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる。この伝動系には歯車が介在しておらず、伝動音の低減を図ることができる。また前記ねじ軸は、モータの出力軸の位置に制約されることなく操舵軸と近接した位置に架設して、ナット部材と操舵軸との連絡アームを短寸とし、ナット部材に加わるモーメント力による負荷の軽減を図り、ねじ機構及びモータの小型化を可能とする。
【００１５】
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。
【００１６】
この発明においては、モータに連結されるねじ軸をボールねじ軸とし、このねじ軸に螺合するナット部材をボールナットとして、伝動効率が良好なボールねじ機構を構成し、モータの更なる小型化を図る。
【００１７】
【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。
【００１８】
ラック軸１は、円筒形をなすラックハウジングＨ_１ 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Ｈ_１ 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。
【００１９】
ラックハウジングＨ_１ 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Ｈ_２ が連設されており、該ピニオンハウジングＨ_２ 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Ｈ_２ 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。
【００２０】
ピニオンハウジングＨ_２ の内部に延設されたピニオン軸２の下部には、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Ｈ_１ 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Ｈ_２ 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下部の前記ピニオンに噛合させてある。
【００２１】
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。
【００２２】
このような操舵を補助する操舵補助用のモータ３は、ラックハウジングＨ_１ の中途部外側に突設されたモータブラケット３０の一側端面に、内部のラック軸１と略平行をなすように取り付けてある。モータブラケット３０の他側には、ラックハウジングＨ_１ 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、前記モータ３は、モータブラケット３０及び伝動ハウジング３１の内部に以下の如く構成された伝動手段によりラック軸１に伝動構成されている。
【００２３】
図２は、モータ３からラック軸１への伝動手段の構成を略示する縦断面図である。モータブラケット３０及び伝動ハウジング３１は、図示の如く、ラックハウジングＨ_１ の内部に連通しており、伝動ハウジング３１の内部にはボールねじ軸４が、両端部の支持ブッシュ４１，４２により、ラックハウジングＨ_１ 内部のラック軸１と略平行をなす軸回りに回転自在に支持されている。
【００２４】
ボールねじ軸４には、円筒形をなすボールナット５が外嵌されている。ボールねじ軸４の外周面には、半円形断面を有するねじ溝４０が、支持ブッシュ４１，４２による支持部間の略全長に亘って形成されており、このねじ溝４０とボールナット５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が構成されている。
【００２５】
ボールナット５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５０が突設されている。この連絡アーム５０の先端は、ラックハウジングＨ_１ の内部に支持されたラック軸１に向けて延長されており、複数の係合ピン５１，５１…によりラック軸１に連絡されている。
【００２６】
図３は、連絡アームとラック軸との連絡構造の一例を示す横断面図である。本図に示す連絡アーム５０は、ボールナット５の周面に立設された短寸の基部５２と、該基部５２に連設され、ラック軸１の周面に対応する半円形の湾曲アーム５３とを備えている。係合ピン５１，５１…は、湾曲アーム５３の両端部、及び両端部に至る中間部に外側から打設され、湾曲アーム５３の内側への突出端をラック軸１の外周に周設された係合溝１３に夫々係合させてある。
【００２７】
またボールねじ軸４の一端部は、同側の支持ブッシュ４２を経てモータブラケット３０の内部に突出させてあり、モータブラケット３０の他側に突出するモータ３の出力軸３２の突出端に対して、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４及び３２の端部は、自在継手（ユニバーサルジョイント）６を両端に備える伝動軸６０を介して連結されている。
【００２８】
自在継手６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６０の両端部には、以上の如き自在継手６，６が、夫々の一側のヨークを嵌着せしめて取り付けてあり、モータ３の出力軸３２及びボールねじ軸４の連結は、夫々の端部に、同側の自在継手６，６の残りのヨークを嵌着して実現されている。
【００２９】
このような自在継手６を用いた連結により、ボールねじ軸４は、軸心が異なるモータ３の出力軸３２からの伝動により軸回りに回転することができる。従ってボールねじ軸４は、図２に示す如く、ラックハウジングＨ_１ の外側に取り付けられたモータ３の出力軸３２の位置よりも、ラック軸１に十分に近付けた位置に架設することが可能であり。該ボールねじ軸４に螺合するボールナット５とラック軸１とを連絡する連絡アーム５０の長さを短くすることができる。
【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、両端に自在継手６，６を備える伝動軸６０によりボールねじ軸４に伝達され、該ボールねじ軸４が軸回りに回転する。この回転により、ボールねじ軸４の外周のねじ溝４０が螺進し、該ねじ溝４０に多数のボールを介して螺合するボールナット５が軸長方向に移動し、この移動は、連絡アーム５０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等の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、以上の如く駆動制御される操舵補助用のモータ３の回転を、まず、ラック軸１と略平行をなして架設されたボールねじ軸４に伝達し、該ボールねじ軸４の回転をこれに螺合するボールナット５の軸長方向の移動に変換した後、このボールナット５の移動を連絡アーム５０により連絡されたラック軸１に伝える伝動構成となっており、モータ３からラック軸１への伝動系に歯車が介在しないことから、伝動音を大幅に低減することができ、静粛な動作が可能となる。
【００３３】
またモータ３の出力軸３２とボールねじ軸４との連結に自在継手６を用いたことから、前述の如く、ボールナット５とラック軸１とを短寸の連絡アーム５０により連絡することが可能となる。これにより、ラック軸１からボールナット５に加わるモーメント力が軽減され、ボールねじ軸４との螺合部における負荷を小さく抑えることが可能となり、ボールねじ軸４の回転からボールナット５の軸長方向移動への運動変換を、滑らかに高効率にて行わせることができる。これにより、ボールねじ軸４及びボールナット５の小型化、更には、モータ３の小型化を図ることができ、舵取機構の周囲の配設スペースが限られる場合であっても、モータ３を含めたラックハウジングＨ_１ を支障なく配設することが可能となる。
【００３４】
更に、ボールナット５とラック軸１とを連絡する連絡アーム５０を、図２に示す構成とした場合、ラック軸１は、係合溝１３内での周方向又は径方向への係合ピン５１の滑りにより、連絡アーム５０に対して軸長方向以外の相対移動が可能である。従って、例えば、路面からの逆入力の作用によりラック軸１に撓みが生じた場合であっても、この撓みが前記相対移動により吸収され、連絡アーム５０を介してボールナット５に伝わることがなく、ボールねじ軸４の回転からボールナット５の軸長方向移動への運動変換を一層滑らかに行わせることが可能となる。
【００３５】
なお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。
【００３６】
また以上の実施の形態においては、モータ３の回転運動を直線運動に変換するために、ボールねじ軸４及びボールナット５を備えるボールねじ機構を用いているが、ボールねじ機構以外のねじ機構を用いてもよい。
【００３７】
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。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る車両用操舵装置においては、操舵部材の操作に応じて駆動されるモータの回転を、自在継手を介してねじ軸に伝達し、このねじ軸に沿って生じるナット部材の移動を連絡アームを介して操舵軸に伝える構成としたから、操舵軸に近接してねじ軸を架設することができ、操舵軸からの作用力によるナット部材の移動阻害を防止して滑らかな動作を行わせ、操舵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を、高い伝動効率下にて静粛に行わせることが可能となる。
【００３９】
また本発明の第２発明に係る車両用操舵装置においては、モータに連結されるねじ軸をボールねじ軸とし、このねじ軸に螺合するナット部材をボールナットとして、伝動効率が良好なボールねじ機構を構成したから、モータ、及び該モータから操舵軸への伝動系の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手段の構成を略示する縦断面図である。
【図３】連絡アームとラック軸との連絡構造の一例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１ ラック軸（操舵軸）
２ ピニオン軸
３ モータ
４ ボールねじ軸（ねじ軸）
５ ボールナット（ナット部材）
６ 自在継手
２１ ステアリングホイール（操舵部材）
３２ 出力軸
４０ ねじ溝
５０ 連絡アーム
Ｈ_１ ラックハウジング
Ｈ_２ ピニオンハウジング

Claims (2)

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、
   前記操舵軸を支持するハウジングの内部に、前記操舵軸と略平行をなして架設されたねじ軸と、
   前記ハウジングの外部に固定された前記モータの出力軸を前記ねじ軸に連結する自在継手と、
   前記ねじ軸に螺合し、該ねじ軸の回転に応じて軸長方向に移動するナット部材と、
   該ナット部材と前記操舵軸とを連絡する連絡アームと
   を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 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記載の車両用操舵装置。

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