JP2004345483A

JP2004345483A - ステアリングギアボックス

Info

Publication number: JP2004345483A
Application number: JP2003144303A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Fujii; 光吉藤井
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置に装備されるステアリングギアボックスであって、ピニオンなどのサイズを大きくすることなく車輪からの衝撃荷重に耐えることができるステアリングギアボックスを提供する。
【解決手段】電動モータ６２により、ドライバのステアリング操作に要する操舵力を補助する構成の電動パワーステアリング装置３１に装備されたステアリングギアボックス３３であって、タイロッド３５を介して車輪３７に結合されたラック３４と、このラックに噛合するとともにステアリングシャフト４０を介してステアリングハンドル４１に結合されたピニオン３９とを、ボックス３８内に収容してなるステアリングギアボックス３３において、車輪３７からタイロッド３５を介してラック３４に伝達される衝撃荷重を減衰させる油圧ダンパ３６を、ラック３４の軸上に備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステアリングギアボックスに関し、具体的には、電動モータにより、ドライバのステアリング操作に要する操舵力を補助する構成の電動パワーステアリング装置に装備されるステアリングギアボックスに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車を操舵するためのパワーステアリング装置には、ドライバのステアリング操作に要する操舵力を、油圧シリンダの駆動力によって補助する油圧式のもの（油圧ＰＳ）と、電動モータの駆動力によって補助する電動式のもの（ＥＰＳ）とがある。また、ステアリング装置に装備されるステアリングギアボックスには、ラックの端（軸上）にタイロッドが結合されている所謂タイロッドエンドタイプのものと、ラックの中間部にタイロッドが結合されている所謂センターテイクオフタイプのものとがある。
【０００３】
図５には従来のステアリングギアボックスを備えたパワーステアリング装置の構成を示す。同図に示すパワーステアリング装置１は、ドライバのステアリング操作に要する操舵力を、油圧シリンダ２の駆動力によって補助する油圧式のものである。また、このパワーステアリング装置１に装備されたステアリングギアボックス３は、ラック７の中間部にタイロッド２が結合されたセンターテイクオフタイプのものである。
【０００４】
詳述すると、ステアリングギアボックス３はボックス４内にラック７とピニオン８とを収容したラック＆ピニオン方式のものであり、ラック７は車幅方向（図中左右方向）に延びて同方向へ摺動可能に軸受１４に支持されるとともにタイロッド５を介して車輪（操舵輪）６に結合され、ピニオン８はラック７に噛合するとともにステアリングシャフト９を介してステアリングハンドル１３に連結されている。タイロッド５の一端（操舵力の入力点）は図示しないリンク機構を介してラック４の中間部に結合され（センターテイクオフ）、タイロッド５の他端は車輪６に結合されている。また、ボックス４の端部には油圧シリンダ２が形成されており、ピストン１０によって仕切られた左右のシリンダ室１５Ａ，１５Ｂには油圧ポンプ１２が接続され、ピストンロッド１１にはラック７が結合されている。
【０００５】
従って、ドライバがステアリングハンドル１３を操作（ステアリング操作）して回転させると、この回転力（操舵力）がステアリングシャフト９を介してピニオン８に伝達され、ピニオン８が回転してラック７が車幅方向にストローク（移動）するため、タイロッド５を介して車輪６が操舵される。そして、このとき、ドライバのステアリング操作に応じて油圧ポンプ１２から油圧シリンダ２のシリンダ室１５Ａ又は１５Ｂに圧油が供給されることにより、ピストン１０が移動してラック７が駆動されるため、ドライバのステアリング操作に要する操舵力が、油圧シリンダ２の駆動力によって補助される。
【０００６】
なお、ステアリングギアボックスなどの構成例を示す先行技術文献としては、例えば特許文献１，２がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５１１３９号公報
【特許文献２】
特許第３１８５０２２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すパワーステアリング装置は油圧式のものであるが、現在、本発明者は電動式のパワーステアリング装置の開発を行っている。ところが、この場合、図６に例示する電動パワーステアリング装置２１のように単に電動モータ（パワーアシストモータ）１６によって操舵力を補助するようにするだけでは、次のような問題点がある。
【０００９】
即ち、図５の油圧パワーステアリング装置１に備えたステアリングギアボックス３では、車輪６からタイロッド５を介して入力される衝撃荷重が、ラック７を介してピニオン８だけでなく油圧シリンダ２にも加わって緩和されるのに対し、図６の電動パワーステアリング装置２１に備えたステアリングギアボックス３では、前記衝撃荷重が、ラック７を介してピニオン８に直接加わることになる。
【００１０】
このため、後者では、前記衝撃荷重に対する耐久性を高めるために前者に比べてピニオン８などのサイズを大きくすることにより、強度を向上させる必要がある。特にセンターテイクオフタイプの場合には、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すようにラック７の中心Ｐ１とタイロッド５の入力点Ｐ２とが同軸上になくオフセットしており、ラック７には絶えず曲げ応力や回転力が発生することから、前記衝撃荷重の影響が大きくなるめ、ピニオン８などのサイズを大きくする必要性が高い。
【００１１】
しかし、ピニオン８などのサイズを大きくすると、コストアップなどを招くことになり、また、限られた配置スペースのなかではピニオン８などのサイズを大きくすることが困難な場合もある。
【００１２】
従って、本発明は上記の問題点に鑑み、電動パワーステアリング装置に装備されるステアリングギアボックスであって、ピニオンなどのサイズを大きくすることなく車輪からの衝撃荷重に耐えることができるステアリングギアボックスを提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明のステアリングギアボックスは、電動モータにより、ドライバのステアリング操作に要する操舵力を補助する構成の電動パワーステアリング装置に装備されたステアリングギアボックスであって、車幅方向に延びるとともにタイロッドを介して操舵輪に結合されたラックと、このラックに噛合するとともにステアリングシャフトを介してステアリングハンドルに結合されたピニオンとを、ボックス内に収容してなるステアリングギアボックスにおいて、前記操舵輪から前記タイロッドを介して前記ラックに伝達される衝撃荷重を減衰させるダンパを、前記ラックの軸上に備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、第２発明のステアリングギアボックスは、第１発明のステアリングギアボックスにおいて、前記タイロッドが、前記ラックの中間部に結合された構成であることを特徴とする。
【００１５】
また、第３発明のステアリングギアボックスは、第１又は第２発明のステアリングギアボックスにおいて、前記ダンパは、前記ボックスの端部内に収容されたピストンと、このピストンに突設されるとともに前記ラックに結合されたピストンロッドと、前記ピストンによって仕切られた左右のシリンダ室をつないで連通させる配管と、前記シリンダ室に収容された流体とを有してなることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
＜実施の形態１＞
図１（ａ）は本発明の実施の形態１に係るステアリングギアボックスを備えたパワーステアリング装置の構成図、図１（ｂ）は前記ステアリングギアボックスに備えた油圧ダンパ部分の拡大図である。なお、図１においてステアリングギアボックス部分は断面で表している。
【００１８】
図１（ａ）に示す自動車を操舵するためのパワーステアリング装置３１は、ドライバのステアリング操作に要する操舵力を、電動モータ３２の駆動力によって補助する電動式のもの（ＥＰＳ）である。また、このパワーステアリング装置３１に装備されたステアリングギアボックス３３は、ラック３４の中間部にタイロッド３５が結合されたセンターテイクオフタイプのものである。センターテイクオフタイプは、エンドタイプに比べてタイロッドの長さを長くすることができるため、ラックが車幅方向にストロークしたとき、サスペンションの動きに引っ張られることなく前記ストロークに追従することができるという特徴を有している。
【００１９】
ステアリングギアボックス３３はボックス３８内にラック３４とピニオン３９とを収容したラック＆ピニオン方式のものであり、ラック３４は車幅方向（図中左右方向）に延びて同方向へ摺動可能に軸受４４に支持されるとともにタイロッド３５を介して車輪（操舵輪）３７に結合され、ピニオン３９はラック３４に噛合するとともに伝動機構４７及びステアリングシャフト４０を介してステアリングハンドル４１に結合されている。また、ピニオン３９には、伝動機構４７を介して電動モータ（パワーアシストモータ）３２の回転軸が連結されている。
【００２０】
そして、本実施の形態１では、車輪３７からタイロッド３５を介してラック３４に伝達される衝撃荷重を減衰させるための油圧ダンパ３６を、ステアリングギアボックス３３に備えたことを特徴としている。
【００２１】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように油圧ダンパ３６は、ボックス３８の端部内に収容されたピストン４２と、このピストン４２に突設されるとともにラック３４に結合されたピストンロッド４３と、ピストン４２によって仕切られた左右のシリンダ室４５Ａ，４５Ｂをつないで連通させる配管４６と、シリンダ室４５Ａ，４５Ｂに収容した流体（油）とを有してなるものである。即ち、油圧ダンパ３６はステアリングギアボックス３３のボックス３８の端部においてラック３４の軸上に設けられている。
【００２２】
なお、ボックス３８のシリンダ室４５Ａ，４５Ｂ部分には配管接続部４８Ａ，４８Ｂがそれぞれ設けられ、これらの配管接続部４８Ａ，４８Ｂに配管４６の両端がそれぞれ接続されている。また、油圧ダンパ３６の減衰力は配管４６の径によって決定されるが、この配管径の調整だけでは所望の減衰力が得られない場合には、配管４６にオリフィス４９を設けてもよい。
【００２３】
本実施の形態１によれば、ドライバがステアリングハンドル４１を操作（ステアリング操作）して回転させると、この回転力（操舵力）がステアリングシャフト４０及び伝達機構４７を介してピニオン３９に伝達されることにより、ピニオン３９が回転してラック３４が車幅方向にストローク（移動）するため、タイロッド３５を介して車輪３７が操舵される。しかも、このとき、ドライバのステアリング操作に応じて電動モータ３２が作動し、この電動モータ３２の駆動力が伝動機構４７を介してピニオン３９に伝達されることによりラック７が駆動されるため、ドライバのステアリング操作に要する操舵力が、電動モータ３２の駆動力によって補助される。
【００２４】
そして、車輪３７からタイロッド３５を介して入力される衝撃荷重は、ステアリングギアボックス３３に設けられた油圧ダンパ３６によって減衰される。従って、特別にピニオン３９などのサイズを大きくしてこれらの強度を向上させる必要がない。即ち、ピニオン３９などのサイズは、図５に示す油圧パワーステアリング装置１に備えたステアリングギアボックス３のピニオン８などと同等のサイズとすることができる。しかも、タイロッド３５の結合部などにブッシュが設けられている場合には、このブッシュの耐久性を向上させることもできる。
【００２５】
また、車輪３７からタイロッド３５を介して伝わる微振動も、油圧ダンパ３６によって減衰されるため、ハンドル振動（シミー）の発生を防ぐこともできる。
【００２６】
また、仮に油圧ダンパ３６を設けないとしても、ステアリングギアボックス３３は両端を車体に固定するために図示のように車幅方向の両側に延びた所定の長さを有する必要がある（図６参照）。従って、ステアリングギアボックス３３の端部に油圧ダンパ３６を設けることにより、この端部のスペースを有効に活用することができる。しかも、油圧ＰＳをベースとしてＥＰＳ化する場合、油圧ＰＳのステアリングギアボックスに装備されているパワーアシストのための油圧機構（油圧シリンダのピストンなど）を、油圧ダンパ３６を構成するために有効に活用することができる。
【００２７】
＜実施の形態２＞
図２は本発明の実施の形態２に係るステアリングギアボックスの要部構成図である。同図に示すように、本実施の形態２のステアリングギアボックス５１では、ラック３８の軸上にダンパ（ショックアブソーバ）５２を備えている。ダンパ５２は市販の油圧ダンパなどを用いることができ、ボックス３８の端部に取り付けられるとともにダンパ５２のピストン５４に突設されたピストンロッド５３が、ラック３４に結合されている。この場合、ボックス３８にダンパ５２を加えた全体の長さが、上記実施の形態１（図１）のボックス３８と同程度になっており、ボックス３８の端とダンパ５２の端とが車体に取り付けられる。
【００２８】
なお、その他の構成は上記実施の形態１と同様であるため、ここでの説明及び図示は省略する（図１参照）。
【００２９】
本実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の作用効果が得られる。即ち、図１に示す車輪３７からタイロッド３５を介して入力される衝撃荷重は、図２示すステアリングギアボックス５１に設けられたダンパ５２によって減衰される。従って、特別に図１に示すピニオン３９などのサイズを大きくしてこれらの強度を向上させる必要がない。即ち、ピニオン３９などのサイズは、図５に示す油圧パワーステアリング装置１に備えたステアリングギアボックス３のピニオン８などと同等のサイズとすることができる。しかも、タイロッド３５の結合部などにブッシュが設けられている場合には、このブッシュの耐久性を向上させることもできる。
【００３０】
また、車輪３７からタイロッド３５を介して伝わる微振動も、ダンパ５２によって減衰されるため、ハンドル振動（シミー）の発生を防ぐこともできる。
【００３１】
また、仮にダンパ５２を設けないとしても、ステアリングギアボックス５１の両端を車体に固定するため、図３に示すようにボックス３８の端部にはダンパ５２と同じ長さを有する固定用部材５５を必要がある。従って、ステアリングギアボックス５１の端部にダンパ５２を設けることにより、この端部のスペースを有効に活用することができる。
【００３２】
＜実施の形態３＞
図４（ａ）は本発明の実施の形態３に係るステアリングギアボックスを備えたパワーステアリング装置の構成図である。図４（ｂ）は前記ステアリングギアボックスに備えた油圧ダンパ部分の拡大図である。なお、図４においてステアリングギアボックス部分は断面で表している。
【００３３】
図４（ａ）に示す自動車を操舵するためのパワーステアリング装置６１は、ドライバのステアリング操作に要する操舵力を、電動モータ６２の駆動力によって補助する電動式のもの（ＥＰＳ）である。また、このパワーステアリング装置６１に装備されたステアリングギアボックス６３は、ラック６４の端（軸上）にタイロッド６５が結合されたタイロッドエンドタイプのものである。
【００３４】
ステアリングギアボックス６３はボックス６６内にラック６４とピニオン６７とを収容したラック＆ピニオン方式のものであり、ラック６４は車幅方向（図中左右方向）に延びて同方向へ摺動可能に軸受６８に支持されるとともにタイロッド６５を介して車輪（操舵輪）６９に結合され、ピニオン６７はラック６４に噛合するとともに伝動機構７０及びステアリングシャフト７１を介してステアリングハンドル７２に結合されている。また、ピニオン６７には、伝動機構４７を介して電動モータ（パワーアシストモータ）６２の回転軸が連結されている。
【００３５】
そして、本実施の形態３では、車輪６９からタイロッド６５を介してラック６７に伝達される衝撃荷重を減衰させるための油圧ダンパ７３を、ステアリングギアボックス６３に備えたことを特徴としている。
【００３６】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように油圧ダンパ７３は、ボックス６６の端部内に収容されたピストン７４と、このピストン７４の両側に突設されるとともに一端がラック６４に結合され他端がタイロッド６５に結合されたピストンロッド７５と、ピストン７４によって仕切られた左右のシリンダ室７６Ａ，７６Ｂをつないで連通させる配管７７と、シリンダ室７６Ａ，７６Ｂに収容した流体（油）とを有してなるものである。即ち、油圧ダンパ７３はステアリングギアボックス６３のボックス６６の端部においてラック６４の軸上に設けられており、ピストンロッド７５の端とラック６４の端とにタイロッド６５が結合されている。
【００３７】
なお、ボックス６６のシリンダ室７６Ａ，７６Ｂ部分には配管接続部７８Ａ，７８Ｂがそれぞれ設けられ、これらの配管接続部７８Ａ，７８Ｂに配管７７の両端がそれぞれ接続されている。また、油圧ダンパ７３の減衰力は配管７７の径によって決定されるが、この配管径の調整だけでは所望の減衰力が得られない場合には、配管７７にオリフィス７９を設けてもよい。
【００３８】
本実施の形態３によれば、ドライバがステアリングハンドル７２を操作（ステアリング操作）して回転させると、この回転力（操舵力）がステアリングシャフト７１及び伝達機構７０を介してピニオン６７に伝達され、ピニオン６７が回転してラック６４が車幅方向にストローク（移動）するため、タイロッド６５を介して車輪６９が操舵される。しかも、このとき、ドライバのステアリング操作に応じて電動モータ６２が作動し、この電動モータ６２の駆動力が伝動機構７０を介してピニオン６７に伝達されることによりラック６４が駆動されるため、ドライバのステアリング操作に要する操舵力が、電動モータ６２の駆動力によって補助される。
【００３９】
そして、車輪６９からタイロッド６５を介して入力される衝撃荷重は、ステアリングギアボックス６３に設けられた油圧ダンパ７３によって減衰される。この場合の衝撃荷重はセンターテイクオフタイプの場合ほど大きくはないが、やはり油圧ダンパ７３によって減衰することが望ましい。このことにより、ピニオン６７などは特別にサイズを大きくしてこれらの強度を向上させる必要がなく、タイロッドエンドタイプの油圧パワーステアリング装置に備えたステアリングギアボックスのピニオンなどと同等のサイズとすることができる。しかも、タイロッド６５の結合部などにブッシュが設けられている場合には、このブッシュの耐久性を向上させることもできる。
【００４０】
また、車輪６９からタイロッド６５を介して伝わる微振動も、油圧ダンパ７３によって減衰されるため、ハンドル振動（シミー）の発生を防ぐこともできる。
【００４１】
また、仮に油圧ダンパ７３を設けないとしても、ステアリングギアボックス６１は両端にタイロッド６５を固定するために図示のように車幅方向の両側に延びた所定の長さを有する必要がある。従って、ステアリングギアボックス６６の端部に油圧ダンパ７３を設けることにより、この端部のスペースを有効に活用することができる。しかも、油圧ＰＳをベースとしてＥＰＳ化する場合、油圧ＰＳのステアリングギアボックスに装備されているパワーアシストのための油圧機構（油圧シリンダのピストンなど）を、油圧ダンパ７３を構成するために有効に活用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態とともに具体的に説明したように、第１発明のステアリングギアボックスによれば、電動モータにより、ドライバのステアリング操作に要する操舵力を補助する構成の電動パワーステアリング装置に装備されたステアリングギアボックスであって、車幅方向に延びるとともにタイロッドを介して操舵輪に結合されたラックと、このラックに噛合するとともにステアリングシャフトを介してステアリングハンドルに結合されたピニオンとを、ボックス内に収容してなるステアリングギアボックスにおいて、前記操舵輪から前記タイロッドを介して前記ラックに伝達される衝撃荷重を減衰させるダンパを、前記ラックの軸上に備えたことを特徴とするため、操舵輪からタイロッドを介して入力される衝撃荷重は、ステアリングギアボックスに設けられたダンパによって減衰される。
【００４３】
従って、特別にピニオンなどのサイズを大きくしてこれらの強度を向上させる必要がない。例えば、ピニオンなどのサイズは、油圧パワーステアリング装置に備えたステアリングギアボックスのピニオンなどと同等のサイズとすることができる。しかも、タイロッドの結合部などにブッシュが設けられている場合には、このブッシュの耐久性を向上させることもできる。また、操舵輪からタイロッドを介して伝わる微振動も、ダンパによって減衰されるため、ハンドル振動（シミー）の発生を防ぐこともできる。
【００４４】
また、第２発明のステアリングギアボックスによれば、第１発明のステアリングギアボックスにおいて、前記タイロッドが、前記ラックの中間部に結合された構成であることを特徴とするため、このセンターテイクオフタイプの場合には前記衝撃荷重の影響が比較的大きいことから、上記第１発明の効果が特に顕著に得られる。
【００４５】
また、第３発明のステアリングギアボックスによれば、第１又は第２発明のステアリングギアボックスにおいて、前記ダンパは、前記ボックスの端部内に収容されたピストンと、このピストンに突設されるとともに前記ラックに結合されたピストンロッドと、前記ピストンによって仕切られた左右のシリンダ室をつないで連通させる配管と、前記シリンダ室に収容された流体とを有してなることを特徴とするため、上記第１発明と同様の効果が得られ、更には、ステアリングギアボックスの端部にダンパを設けることにより、この端部のスペースを有効に活用することができる。しかも、油圧ＰＳをベースとしてＥＰＳ化する場合、油圧ＰＳのステアリングギアボックスに装備されているパワーアシストのための油圧機構（油圧シリンダのピストンなど）を、ダンパを構成するために有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１に係るステアリングギアボックスを備えたパワーステアリング装置の構成図、（ｂ）は前記ステアリングギアボックスに備えた油圧ダンパ部分の拡大図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るステアリングギアボックスの要部構成図である。
【図３】ステアリングギアボックスにダンパを設けない場合の構成を示す参考図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態３に係るステアリングギアボックスを備えたパワーステアリング装置の構成図である。（ｂ）は前記ステアリングギアボックスに備えた油圧ダンパ部分の拡大図である。
【図５】従来のステアリングギアボックスを備えたパワーステアリング装置の構成である。
【図６】電動パワーステアリング装置の構成例を示す参考図である。
【図７】ラックに曲げ応力や回転力が生じる様子を示す説明図である。
【符号の説明】
３１パワーステアリング装置
３２電動モータ
３３ステアリングギアボックス
３４ラック
３５タイロッド
３６油圧ダンパ
３７車輪
３８ボックス
３９ピニオン
４０ステアリングシャフト
４１ステアリングハンドル
４２ピストン
４３ピストンロッド
４４軸受
４５Ａ，４５Ｂシリンダ室
４６配管
４７伝動機構
４８Ａ，４８Ｂ配管接続部
４９オリフィス
５１ステアリングギアボックス
５２ダンパ
５３ピストンロッド
５４ピストン
６１パワーステアリング装置
６２電動モータ
６３ステアリングギアボックス
６４ラック
６５タイロッド
６６ボックス
６７ピニオン
６８軸受
６９車輪
７０伝動機構
７１ステアリングシャフト
７２ステアリングハンドル
７３油圧ダンパ
７４ピストン
７５ピストンロッド
７６Ａ，７６Ｂシリンダ室
７７配管
７８Ａ，７８Ｂ配管接続部
７９オリフィス

Claims

電動モータにより、ドライバのステアリング操作に要する操舵力を補助する構成の電動パワーステアリング装置に装備されたステアリングギアボックスであって、車幅方向に延びるとともにタイロッドを介して操舵輪に結合されたラックと、このラックに噛合するとともにステアリングシャフトを介してステアリングハンドルに結合されたピニオンとを、ボックス内に収容してなるステアリングギアボックスにおいて、
前記操舵輪から前記タイロッドを介して前記ラックに伝達される衝撃荷重を減衰させるダンパを、前記ラックの軸上に備えたことを特徴とするステアリングギアボックス。
請求項１に記載するステアリングギアボックスにおいて、
前記タイロッドが、前記ラックの中間部に結合された構成であることを特徴とするステアリングギアボックス。
請求項１又は２に記載するステアリングギアボックスにおいて、
前記ダンパは、前記ボックスの端部内に収容されたピストンと、このピストンに突設されるとともに前記ラックに結合されたピストンロッドと、前記ピストンによって仕切られた左右のシリンダ室をつないで連通させる配管と、前記シリンダ室に収容された流体とを有してなることを特徴とするステアリングギアボックス。