JP2004161117A

JP2004161117A - 操舵機構

Info

Publication number: JP2004161117A
Application number: JP2002328693A
Authority: JP
Inventors: Shinnosuke Suzuki; 真之祐鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】操舵感を向上可能な操舵機構を提供する。
【解決手段】ブッシュ３の貫通孔内面３ａとラック軸１の終端部外周面１ｅに設けられた凹溝１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３との間には、それぞれ凹溝１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３内を転動する球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が介在している。なお、球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の数は３個である。ラック軸１の終端部外周面１ｅは、３つの球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３によってブッシュ３に対して支持されている。それぞれの球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、円環状のブッシュ３を周方向に３分割した位置の内面に自転可能に設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックアンドピニオン構造体を有する操舵機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の操舵機構においては、ラック軸の断面をＹ型にし、これと同じＹ形のラックガイドで、ラック軸を支持することで、ラック軸の回転を低減している。この場合、ラック軸とラックガイドとが面接触するため、これらの間の摺動摩擦が増加する。
【０００３】
別の操舵機構として、ラック軸を移動させるボール螺子部をバネで支持することによって、ボール螺子部における不静定を緩和するものが知られている。また、ベアリングを弾性支持したり、ガタ量温度を補正する構造も知られている。更に、ラック軸の終端部にブッシュを有しない操舵機構も知られており、このような構造の場合、ラック軸は静定するが、ラック軸に曲げ応力がかかると、ラック軸外面と外部部材との間で生じる摩擦力が増加する。
【０００４】
このような技術に関連する文献としては、以下のものが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
実願昭５７−１２７９０８号（実開昭５９−３０７７３号公報）
【特許文献２】
実願昭５９−１７２４１８号（実開昭６１−８７７７４号公報）
【特許文献３】
特開平７−１７４１４０号公報
【特許文献４】
特開平１１−２６８６５８号公報
【特許文献５】
特開２０００−１６８６９７号公報
【特許文献６】
特開２００１−１２２１３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の操舵機構においては、摩擦増加等によって操舵感が低下したり、悪路走行時に異音が生じていた。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、操舵感を向上可能な操舵機構を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、請求項１に係る操舵機構は、ラックアンドピニオン構造体において長手方向方向に移動するラック軸の終端部外周面と、前記ラック軸を収容するハウジングの内壁面との間に介在するブッシュを備えた操舵機構において、前記ラック軸は前記ブッシュの貫通孔内を通っており、前記ラック軸の終端部外周面は前記ラック軸の長手方向に延びた複数の凹溝を備えており、前記ブッシュの貫通孔内面と前記ラック軸の終端部外周面に設けられた凹溝との間には前記凹溝内を転動する球体が介在し、前記ラック軸の終端部外周面は前記球体によって前記ブッシュに対して支持されていることを特徴とする。
【０００８】
ラック軸はピニオン軸の回転に同期して長手方向に移動するが、ラック軸の終端部外周面はブッシュの内面との間に設けられた複数の球体によって支持されている。ラック軸が移動すると、ブッシュ内面に設けられた球体が凹溝内を転動しながらラック軸を支持するので、摺動支持等に比較してラック軸移動時の摺動抵抗は少なくなる。また、ラック軸が軸回りに回転しようとしても、球体が凹溝内に嵌っているので、その回転が抑制される。したがって、ラック軸が滑らかに且つ軸方向に回転しないように移動するので、当該操舵機構の操舵感が向上することとなる。
【０００９】
請求項２に係る操舵機構は、前記ラックアンドピニオン構造体におけるピニオン軸の回動に応じて前記ラック軸を補助的に移動させるように前記ラック軸に係合したモータを備えたことを特徴とする。
【００１０】
モータは、ハンドルに結合するピニオン軸の回動に応じてラック軸を補助的に移動させるので、当該モータによってラック軸の移動がアシストされることとなる。
【００１１】
請求項３に係る操舵機構においては、前記モータがステータ及び中空のロータとを備え、前記ロータ内に前記ラック軸は貫挿されており、前記ロータの内周面と前記ラック軸の外周面との間には、前記ロータの回転力を前記ラック軸の長手方向の移動力に変換する駆動力伝達機構が介在していることを特徴とする。
【００１２】
モータを駆動すると、中空のロータが回転するが、この内側とラック軸との間には駆動力伝達機構が介在し、ロータの回転力をラック軸の長手方向移動力に変換している。ラック軸は、駆動力伝達機構、ラックガイド及びブッシュの３箇所で支持されるので、ラック軸が静定して支持されることとなる。
【００１３】
請求項４に係る操舵機構においては、前記ブッシュの貫通孔内面は凹部を備えており、前記球体を前記ラック軸方向に付勢する弾性体を前記凹部内に設けたことを特徴とする。
【００１４】
この場合、球体が弾性体によって弾性的にラック軸方向に付勢されるので、ラック軸の長手方向に垂直な方向の移動が弾性的に規制され、したがって、当該操舵機構の操舵感が向上することとなる。
【００１５】
請求項５に係る操舵機構においては、前記弾性体は板バネ又皿バネであることを特徴とする。すなわち、弾性体としては種々の形状が考えられるが、板バネ又皿バネはコイルバネよりも弾性力の割に小型であるため、ブッシュの小型化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態に係る操舵機構ついて説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１は操舵機構におけるブッシュを一部破断して示すブッシュの斜視図、図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ矢印断面図、図３は図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【００１８】
本実施形態に係る操舵機構は、ラックアンドピニオン構造体において長手方向に移動するラック軸１の終端部外周面１ｅと、ラック軸１を収容するハウジング２の内壁面との間に介在するブッシュ３を備えている。
【００１９】
ラック軸１はブッシュ３の貫通孔内を通っており、ラック軸１の終端部外周面１ｅはラック軸１の長手方向に延びた複数の凹溝１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３を備えている。凹溝１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３の内面はラック軸長手方向に平行な軸を有する略半筒形を構成している。本例においては、凹溝１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３の数は３本である。
【００２０】
ブッシュ３の貫通孔内面３ａとラック軸１の終端部外周面１ｅに設けられた凹溝１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３との間には、それぞれ凹溝１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３内を転動する球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が介在している。なお、球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の数は３個である。ラック軸１の終端部外周面１ｅは、３つの球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３によってブッシュ３に対して支持されている。それぞれの球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、円環状のブッシュ３を周方向に３分割した位置の内面に自転可能に設けられている。
【００２１】
ラック軸１はピニオン軸の回転に同期して長手方向に移動するが、ラック軸１の終端部外周面１ｅはブッシュ３の内面３ａとの間に設けられた複数の球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３によって支持されている。ラック軸１が移動すると、ブッシュ内面３ａに設けられた球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が凹溝１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３内を転動しながらラック軸１を支持する。
【００２２】
球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は凹溝内に嵌っているので、ラック軸が軸回りに回転しようとしても、その回転が抑制される。また、球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を用いているため、ラック軸移動時の摺動抵抗は少なくなる。このように、上述の構造を用いることによって、ラック軸１が滑らかに且つ軸方向に回転しないように移動することとなり、当該操舵機構の操舵感が向上する。
【００２３】
ブッシュ３の貫通孔内面３ａは球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を部分的に収容するための凹部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を備えている。凹部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３内には、それぞれ、球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３をラック軸１方向に付勢する弾性体Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が設けられている。球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は弾性体Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３によって弾性的にラック軸１の方向に付勢されるので、ラック軸１の長手方向に垂直な方向（径方向）の移動が弾性体Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３によって弾性的に規制され、したがって、当該操舵機構の操舵感が向上する。
【００２４】
弾性体Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は皿バネ又は板バネである。すなわち、弾性体Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３としては種々の形状が考えられるが、皿バネはコイルバネよりも弾性力の割に小型であるため、ブッシュの小型化を図ることができる。また、板バネも同様である。なお、凹部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の底部はキャップＣ１，Ｃ２，Ｃ２によって封止されている。
【００２５】
ブッシュ３の内面の凹部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３内には、底部側から順に、弾性体Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３、球体保持体Ａ１，Ａ２，Ａ３、球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が配置されている。球体保持体Ａ１，Ａ２，Ａ３は、その窪部で球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を保持している。球体Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は鋼球からなることとしてもよいが、本例では弾性を考慮して樹脂からなることとし、ラック軸１を滑らかに支持することとした。
【００２６】
ブッシュ３の軸方向に垂直な側面は、ハウジング２から内側に突出した位置規制部２ｂに当接している。ブッシュ３の位置規制部２ｂとは反対側には、ラック軸１が貫通する円環状のスペーサＳが設けられている。さらに、その外側には、ラック軸１が貫通する固定ナットＮが設けられている。固定ナットＮの外周に設けられたネジ部は、ハウジング２の内面に設けられたネジ部に螺合しており、固定ナットＮを締めることによって、ブッシュ３は位置規制部２ｂに当接し、固定されることとなる。
【００２７】
図４は操舵機構の全体概略構成を示す図である。ラックアンドピニオン構造体１０はラック軸１を備えており、このラック軸１の移動はアシスト部２０によってアシストされ、ラック軸１の終端部分３０には上述のブッシュ３が設けられている。次に、ラックアンドピニオン構造体１０について説明する。
【００２８】
図５はラックアンドピニオン構造体１０の縦断面図である。図示しないハンドルに結合した入力軸１１を回転させると、その内部に配置されたトーションバーＴを介して当該回転力が出力軸１２に伝達される。出力軸１２の下部はピニオン軸１４を構成している。入力軸１１と出力軸１２との間のトルクは、双方の回転角の相違を検出するセンサ１３によって検出される。センサ１３から出力される検出トルク信号は、図示しない電子制御ユニットを介して図４に示したアシスト部２０に入力される。また、出力軸に同軸の傘歯車等を設け、これに噛合するギアを有するモータによって、出力軸１２の回転をアシストすることもできる。このアシストもセンサ１３の出力に基づく。
【００２９】
ピニオン軸１４は、ラック軸１に噛合しており、ピニオン軸１４を回転させると、ラック軸１が長手方向に移動する。ラック軸１はラックガイド１５内によってピニオン軸１４方向に付勢され、この付勢力はラックガイド１５に当接したプレッシャースプリング１６によって与えられる。ラックガイド１５には、ラックガイドスクリュー１７が螺合している。ラックガイドスクリュー１７の内側面とラックガイド１５のプレッシャースプリング側の面との間の距離は、これらの間に介在するプレッシャースプリング１６の自然長よりも短く設定されている。
【００３０】
最後に、アシスト部２０について説明する。
【００３１】
図６はアシスト部２０の縦断面図である。
【００３２】
アシスト部２０は、ラックアンドピニオン構造体におけるピニオン軸１４の回動に応じてラック軸１を補助的に移動させるようにラック軸１に係合したモータを備えている。モータＭは、ハンドルに結合するピニオン軸１４の回動に応じてラック軸１を補助的に移動させるので、モータＭによってラック軸１の移動がアシストされることとなる。なお、モータＭの回転は、センサ１３から出力される検出トルク信号によって制御される。
【００３３】
モータＭは、外部ハウジング２’の内周面に設けられたステータＳＴとしての電磁石と、ステータＳＴ内部に設けられたロータＲＴとしての内部ハウジングによって構成されている。アシスト部２０に対応するラック軸１の外周面は、ボールネジを構成している。外部ハウジング２’内に位置するロータＲＴの内周面には、複数の鋼球２２をラック軸１のボールネジとの間に保持する保持器２１が設けられている。鋼球２２は保持器２１内に保持された状態で、ロータＲＴの回転に伴って保持器２１に対して自転し、ボールネジの溝内を転動する。
【００３４】
すなわち、ロータＲＴを回転させると、鋼球２２がラック軸１のボールネジ溝側面を押圧するので、ラック軸１が長手方向に移動する。換言すれば、このアシスト部２０においては、モータＭがステータＳＴ及び中空のロータＲＴとを備え、ロータＲＴ内にラック軸１は貫挿されており、ロータＲＴの内周面とラック軸１の外周面との間には、ロータＲＴの回転力をラック軸１の長手方向の移動力に変換する駆動力伝達機構２１，２２が介在している。
【００３５】
モータＭを駆動すると、中空のロータＲＴが回転するが、この内側とラック軸１との間には駆動力伝達機構２１，２２が介在し、ロータＲＴの回転力をラック軸１の長手方向移動力に変換している。ラック軸１は、駆動力伝達機構２１，２２、ラックガイド１５及びブッシュ３の３箇所で支持されるので、ラック軸１が静定して支持されることとなる。
【００３６】
なお、外部ハウジング２’とロータＲＴとの間には適当なベアリングが介在しており、ロータＲＴ軸周りの回転移動を許容している。
【００３７】
以上、説明したように、上述の自動車用ボール螺子式電気操舵装置は、ラック軸１の一部をラックガイド１５によって側方から支持し、また、ラック軸１の軸方向に沿って螺旋を描くウォーム溝を形成して当該箇所をアシスト部２０としてラック軸を保持し、さらに、軸方向に延びた直線状に延びたガイド溝１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３をラック軸１に形成してラック軸１がハウジング２に対してスライド可能なようにエンドブッシュ３を設けてラック軸１を弾性支持している。
【００３８】
エンドブッシュ３側に、ガイド溝１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３を転動する球体（樹脂ボール）Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を有することで、ラック軸１とブッシュ３との間の摺動抵抗を低減しながら、ラック軸１の軸回りの回転を抑制し、ラックアンドピニオン構造体におけるラック軸１とピニオン軸１４の噛合状態を良好に保持して、操舵感を向上させ、また、ラックガイド部の異音を低減することができる。このボール式ガイドは、樹脂ボールによって弾性支持されているので、ラック軸１をラックガイド１５、アシスト部２０（ボール螺子部）、エンドブッシュ３の３点で支持することにより、ラック軸１が静定して支持される。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る操舵機構によれば、操舵感を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】操舵機構におけるブッシュを一部破断して示すブッシュの斜視図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【図４】図４は操舵機構の全体概略構成を示す図である。
【図５】図５はラックアンドピニオン構造体１０の縦断面図である。
【図６】図６はアシスト部２０の縦断面図である。
【符号の説明】
１_Ｇ１，１_Ｇ２，１_Ｇ３…ガイド溝（凹溝）、１…ラック軸、１ｅ…終端部外周面、２…ハウジング、２ｂ…位置規制部、２’…外部ハウジング、３…ブッシュ、３ａ…貫通孔内面、１０…ラックアンドピニオン構造体、１１…入力軸、１２…出力軸、１３…センサ、１４…ピニオン軸、１５…ラックガイド、１６…プレッシャースプリング、１７…ラックガイドスクリュー、２０…アシスト部、２１…保持器、２２…鋼球、２１，２２…駆動力伝達機構、３０…終端部分、Ａ１，Ａ２，Ａ３…球体保持体、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…球体、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ２…キャップ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…凹部、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３…弾性体、Ｍ…モータ、Ｎ…固定ナット、ＲＴ…ロータ、Ｓ…スペーサ、ＳＴ…ステータ、Ｔ…トーションバー。

Claims

ラックアンドピニオン構造体において長手方向に移動するラック軸の終端部外周面と、前記ラック軸を収容するハウジングの内壁面との間に介在するブッシュを備えた操舵機構において、
前記ラック軸は前記ブッシュの貫通孔内を通っており、
前記ラック軸の終端部外周面は前記ラック軸の長手方向に延びた複数の凹溝を備えており、
前記ブッシュの貫通孔内面と前記ラック軸の終端部外周面に設けられた凹溝との間には前記凹溝内を転動する球体が介在し、前記ラック軸の終端部外周面は前記球体によって前記ブッシュに対して支持されていることを特徴とする操舵機構。
前記ラックアンドピニオン構造体におけるピニオン軸の回動に応じて前記ラック軸を補助的に移動させるように前記ラック軸に係合したモータを備えたことを特徴とする請求項１に記載の操舵機構。
前記モータは、ステータ及び中空のロータとを備え、
前記ロータ内に前記ラック軸は貫挿されており、
前記ロータの内周面と前記ラック軸の外周面との間には、前記ロータの回転力を前記ラック軸の長手方向の移動力に変換する駆動力伝達機構が介在していることを特徴とする請求項２に記載の操舵機構。
前記ブッシュの貫通孔内面は凹部を備えており、
前記球体を前記ラック軸方向に付勢する弾性体を前記凹部内に設けたことを特徴とする請求項１に記載の操舵機構。
前記弾性体は板バネ又は皿バネであることを特徴とする請求項４に記載の操舵機構。