JP2006335101A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 路面の凹凸の状況がハンドルの振動や異音となって運転者側へ伝わらないようにすることにより、運転者が爽快の気分で運転できるようにしたパワーステアリング装置を提供するにある。
【解決手段】 ハンドル２から操舵力が伝達される入力軸３と、該入力軸３と同軸状に設けられて該ハンドル２の操舵力に応じて回転力が付与される出力軸５と、これら入力軸３及び出力軸５を収容するケーシング１３と、両端に被操舵系が連結されるラック軸６と、前記出力軸５の回転力を前記ラック軸６に伝達する伝達機構７を備えることにより、前記ラック軸６に対して操舵補助力を付与するようにしたパワーステアリング装置１において、前記入力軸３又は出力軸５と、前記ケーシング１３との間には、入力軸３及び出力軸５を軸方向の一方向へ付勢する弾性部材１４を設けることにより、入力軸３及び出力軸５の軸方向の振動を規制するようにしたことを特徴とするものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パワーステアリング装置に係り、特に、路面からハンドル側へ伝達される振動や該振動がハンドル側へ異音となって伝達される現象を規制するようにしたパワーステアリング装置に関するものである。

図４乃至図６は従来技術（例えば、特許文献１に示す）の電動パワーステアリング装置を示す。図４は該電動パワーステアリング装置の外観を示す。図５は、図の矢示Ｂ―Ｂ方向断面図を示す。図６は作用を説明するための図である。

特開２００３−２９１８３１

電動パワーステアリング装置１００は入力軸１０１と、出力軸１０２と、電動モータ（図示せず）を備えている。入力軸１０１の上端側には、ラバーカップリング１０３やステアリングコラム１０４等を介してハンドル１０５が連結されている。又、出力軸１０２の下端側にはピニオンギヤ１０６が形成されている。

該ピニオンギヤ１０６は、ラック軸１０７のラック１０８に噛合している。該ラック軸１０７の両端はジョイント部１０９を介してタイロッド１１０に連結されている。該タイロッド１１０は被操舵側に連結されている。前記出力軸１０２にはウォームホイール１１１が設けられている。該ウォームホイール１１１には電動モータの駆動軸に設けられたウォーム１１２が噛合している。

前記電動モータは前記入力軸１０１のハンドルトルクを検出するポテンショメータ１１３の出力に応じて前記出力軸１０２を回転駆動させるものである。

そして、運転者がハンドル１０５を操作すると、該ハンドル１０５の操舵力に応じて電動モータが出力軸１０２を回転駆動させる。該出力軸１０２の回転はピニオンギヤ１０６とラック１０８とを介してラック軸１０７に伝達されて該ラック軸１０７を軸方向へ駆動させることにより、被操舵系側へ操舵補助力を付与することができる。

前述のように構成された電動パワーステアリング装置１００においては、図６に示すように、ラック１０８とピニオンギヤ１０６との噛み合い量を大きくさせるために、ラック１０８とピニオンギヤ１０６とが斜めに噛合する構造になっている。

このため、路面の凹凸の状況に応じて、ラック軸１０７が仮に、同６図中、一点鎖線で示すように、水平方向（ラック軸１０７の軸方向）へ振動した場合、ラック１０８とピニオンギヤ１０６との噛合部分において、当該振動によって、同６図中、二点鎖線で示すように、出力軸１０２及び入力軸１０１の軸方向の振動が発生するものである。

そして、当該軸方向の振動が出力軸１０２、及び入力軸１０１を伝わってハンドル１０５側へ伝達されることにより、ハンドル１０５を単に細かく振動させて運転者に不快感を与えるだけでなく、この振動はステアリングコラム１０４等を通過する際に異音となってハンドル１０５側へ伝わるものである。この異音は、運転中、運転者にとって耳障りなものであって、運転者の不快感の原因となっていた。

又、車両の走行中において、路面の凹凸の状況に応じて車輪、及びラック軸１０７が上下方向へ振動すると、この上下振動は電動パワーステアリング装置１００の出力軸１０２、入力軸１０１、及びラバーカップリング１０３やステアリングコラム１０４を介してハンドル１０５側へ伝達されることにより、前述の問題点が発生していた。

本発明は前記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、路面の凹凸の状況がハンドルの振動や異音となって運転者側へ伝わらないようにすることにより、運転者が爽快の気分で運転できるようにしたパワーステアリング装置を提供するにある。

本発明のパワーステアリング装置は、ハンドルから操舵力が伝達される入力軸と、該入力軸と同軸状に設けられて該ハンドルの操舵力に応じて回転力が付与される出力軸と、これら入力軸及び出力軸を収容するケーシングと、両端に被操舵系が連結されるラック軸と、前記出力軸の回転力を前記ラック軸に伝達する伝達機構を備えることにより、前記ラック軸に対して操舵補助力を付与するようにしたパワーステアリング装置において、前記入力軸又は出力軸と、前記ケーシングとの間には、入力軸及び出力軸を軸方向の一方向へ付勢する弾性部材を設けたことを特徴とするものである。

本発明に係るパワーステアリング装置においては、入力軸及び出力軸は、軸方向の一方向へ常時付勢されているために、反対方向へは移動し難い。つまり、入力軸及び出力軸の軸方向への往復移動、即ち、該軸方向への振動が規制される。このために、路面の状況が、出力軸及び入力軸を介してハンドル側へ振動となって伝達されたり、該振動が異音となってハンドル側へ伝達される現象が規制される。

本発明は、油圧を用いたパワーステアリング装置にも適用できるものであるが、実施形態においては、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合を示す。図１及び図２は本発明の第１実施形態を示す。図１は、電動パワーステアリング装置及びその周辺の外観図である。図２は、図１のＡ―Ａ線矢示方向断面図である。

図２に示すように、該電動パワーステアリング装置１は、ハンドル２によって操舵される入力軸３と、該入力軸３の操舵力を検出するポテンショメータ４と、該入力軸３と同軸状に設けられ出力軸５と、該ポテンショメータ４の出力に応じて該出力軸５を後述のウォーム３２とウォームホイール２３とを介して回転駆動させる電動モータ（図示せず）と、該出力軸５の回転をラック軸６に伝達して該ラック軸６を軸方向へ駆動させる伝達機構７とを備え、前記ラック軸６は、図１に示すように、その両端に設けられたタイロッド８，８を介して被操舵系側に連結されている。

図１に示すように、前記ハンドル２と前記入力軸３との間には、ラバーカップリング９とステアリングコラム１０等が設けられている。又、前記伝達機構７は、ピニオンギヤ１１とラック１２によって構成される。

本実施形態の電動パワーステアリング装置１には、ケーシング１３と出力軸５との間には、スラストベアリングＳと弾性部材としての皿バネ１４が設けられている。該皿バネ１４は、出力軸５及び入力軸３を図中の上方たるハンドル２側へ向けて軸方向へ付勢するように設けられることにより、出力軸５及び入力軸３の軸方向への振動を規制するものである。

前記ケーシング１３は第１ケーシング１５と第２ケーシング１６と第３ケーシング１７とに分割され、該第３ケーシング１７には前記皿バネ１４を収容する皿バネ収容空間１８が設けられている。

次に、前記電動パワーステアリング装置１の具体的な構成について説明する。電動パワーステアリング装置１の入力軸３、出力軸５、及びトーションバー２０は同軸状に設けられている。前記入力軸３は中空状に形成されて、トーションバー２０が挿入されている。該トーションバー２０は、上端側がピン２１によって入力軸３に取り付けられ、下端側は該入力軸３内から下方へ突出している。

前記出力軸５には、上面に開口する有底の凹部２２が形成されている。該出力軸５の途中にはウォームホイール２３が設けられ、下端側には前記ピニオンギヤ１１が形成されている。

前記入力軸３及びトーションバー２０の下端側は、前記出力軸５の凹部２２内に挿入されている。そして、前記トーションバー２０の下端側はセレーション２４を介して出力軸５に固定されている。

前記入力軸３の下端側の外周と、出力軸５の上端側の外周にはスリーブ２５が嵌合されている。該スリーブ２５の内周には雌型のヘリカルスプライン２６が形成される一方、前記入力軸３の外周には雄型のヘリカルスプライン２７が形成されている。スリーブ２５のヘリカルスプライン２６と入力軸３のヘリカルスプライン２７とは噛合している。又、前記スリーブ２５には軸方向に向けて長孔状の軸方向溝２８が形成されている。該軸方向溝２８には、前記出力軸３に圧入されたピン２９が挿入されている。

このように形成されることにより、ハンドル２の操舵力によって入力軸３が回転してトーションバー２０が捩れることにより、スリーブ２５がヘリカルスプライン２６、２７からなるカム機構の螺旋軌道によって軸方向（上下方向）へ移動することになる。

そして、前記スリーブ２５の外周には凹部３０が形成され、この凹部３０にはポテンショメータ４の検出レバー３１が挿入されている。該検出レバー３１は該凹部３０に挿入されることにより、スリーブ２５の軸方向への移動量をポテンショメータ４が検出できるものである。このため、スリーブ２５が前述のように軸方向へ移動した場合には、この移動は前記ポテンショメータ４が検出することにより、ハンドル２の操舵力を検出できることになる。
前記電動モータは前記ポテンショメータ４によって検出された前記ハンドル２の操舵力に応じて前記出力軸５を回転駆動するもので、該電動モータの駆動軸に設けられたウォーム３２が、出力軸５のウォームホイール２３に噛合している。

そして、前記出力軸５のピニオンギヤ１１にはラック軸６のラック１２が噛合してラック軸６を軸方向へ駆動して、被操舵系に操舵補助力を付与できるようになっている。ラック軸６のラック１２は、ラック押付機構３３によって、出力軸５のピニオンギヤ１１に常時押し付けられるように付勢されている。

前記第１ケーシング１５、第２ケーシング１６、第３ケーシング１７は互いに同軸状に設けられている。第１ケーシング１５は上下端が開口した筒状に形成されて、該第１ケーシング１５の下端は拡径状に広がっている。第１ケーシング１５には入力軸３の下部と出力軸５の上部が収容されている。

該第１ケーシング１５の上部には段部３４が設けられ、該段部３４にはボールベアリング３５が下方から当接するようにして取り付けられている。該ボールベアリング３５の外輪は第１ケーシング１５に取り付けられ、内輪は入力軸３に取り付けられている。該ボールベアリング３５によって入力軸３は回転自在に支持されている。

第２ケーシング１６は上下端が開口した筒状に形成されると共に、側方には開口部３７が設けられている。該開口部３７には、前記ラック押付機構３３が収容されている。該第２ケーシング１６の上端は拡径状に広がって、前記第１ケーシング１５の下端に接続されている。第１ケーシング１５の下端と、第２ケーシング１６の上端とによって拡径状の空間３８が形成されて、該空間３８内に前記ウォーム３２、及びウォームホイール２３が収容されて互いに噛合している。

該第２ケーシング１６の上部及び下部には段部３９，４０が設けられている。該段部３９には、上方から皿バネ４１が当接するようにして設けられている。又、皿バネ４１にはボールベアリング４２が上方から当接されるようにして設けられている。又、前記出力軸５には段部５aが形成されて、該段部５aに下方から前記ボールベアリング４２が当接するようにして設けられている。ボールベアリング４２の外輪は第２ケーシング１６に取り付けられ、内輪は出力軸５に取付けられている。

又、前記段部４０にはボールベアリング４３が下方から当接されるようにして取り付けられている。これらボールベアリング３５、４２、４３によって出力軸５を回転自在に支持するものである。

前記第３ケーシング１７は上側が開口した有底の筒状に形成されて、内側が前記皿バネ収容空間１８になっている。該皿バネ収容空間１８の底面はバネ座４４になって、前記皿バネ１４を支持している。該第３ケーシング１７の上端は前記第２ケーシング１６の下端側から第２ケーシング１６内へ挿入されて前記ボールベアリング４３に下側から当接した状態で、第２ケーシング１６に取り付けられている。

次に作用について説明する。皿バネ１４、４１のバネ力によって、出力軸５が軸方向上方へ押し上げられるように付勢されることにより、ボールベアリング３５、４２、４３が段部３４、５a、４０にそれぞれ押し付けられるようにして付勢されている。

そして、この状態において車両が走行することにより、路面の凹凸の状況に応じて車輪、及びラック軸６が該ラック軸６の軸方向（水平方向）に振動したとする。該ラック軸６の軸方向への振動は、ピニオンギヤ１１とラック１２との噛合部分において変換されて、出力軸５及び入力軸３を軸方向（上下方向）へ振動させようとする。

しかし、前記車輪、及びラック軸６の軸方向（水平方向）の振動は、出力軸５の軸方向（上下方向）への振動としては伝達されない。つまり、出力軸５及び入力軸３はケーシング１３に対して、皿バネ１４、４１のバネ力に勝る力が発生しない限り下方へ移動できないために、出力軸５及び入力軸３は上下方向へ振動できない。この状態においては、出力軸５のピニオンギヤ１１と、ラック軸６のラック１２とが噛合した状態のままで、路面の凹凸の状況に応じて、ラック軸６が軸方向（水平方向）振動したとしても、出力軸５は軸方向（上下方向）へは振動しない。

又、前記ラック軸６が路面の凹凸の状況に応じて、仮に、上下方向へ振動したとしても、前記出力軸５及び入力軸３はケーシング１３に対して、皿バネ１４、４１のバネ力に勝る力が発生しない限り下方へ移動できないために、出力軸５及び入力軸３は上下方向へ振動できない。

このように、車両が凹凸の多い路面が走行していたとしても路面の凹凸は出力軸５、及び入力軸３の軸方向（上下方向）の振動となってハンドル２側へ伝達されて運転者に不快感を与えたり、該振動がステアリングコラム１０を通過する際に異音となってハンドル２側へ伝わることもないため、車両の走行中に運転者に不快感を与えることがなく、運転者は爽快の気分で運転できる。

尚、以上の実施形態においては、二つの皿バネ１４、４１を設けた場合について説明したが、これら二つの皿バネ１４、４１の内の何れか一方を省略しても本発明の作用効果を達成できるものである。

図３は第２実施形態を示す。この第３実施形態の特徴は、第１実施形態において、皿バネ１４の代わりにコイルバネ５１を設けた点にある。そして、該コイルバネ５１と出力軸５との間の摩擦を防止するために、該出力軸５とコイルバネ５１との間にボール５２を介在させる一方、出力軸５の下端面には、該ボール５２を受け止めるための凹部５３を設けたものである。

この第２実施形態においては、出力軸５及び入力軸３は、皿バネ４１のバネ力、及びコイルバネ５１のバネ力によって常時上方へ付勢されているために、上下方向の振動を規制できる上に、該コイルバネ５１と出力軸５との間の摩擦をボール５２によって抑制できるために、ハンドル２の操舵力に基づき、出力軸５は円滑に作動できて、操舵補助力をラック軸６に有効に伝達できる。

この第２実施形態においては、皿バネ４１とコイルバネ５１とを設けた場合について説明したが、皿バネ４１を省略しても本発明の作用効果を達成できるものである。

前記実施形態においては、入力軸３及び出力軸５を図中の上方たるハンドル２側へ付勢するように弾性部材を設けた場合について説明したが、入力軸３及び出力軸５を図中の下方たるラック軸６側へ付勢するように弾性部材を設けても良い。

電動パワーステアリング装置及びその周辺の外観図である。 図１のＡ―Ａ線矢示方向断面図である。（第１実施形態） 図１のＡ―Ａ線矢示方向断面図である。（第２実施形態） 電動パワーステアリング装置及びその周辺の外観図である（従来技術） 図４のＢ―Ｂ線矢示方向断面図である。（従来技術） 作用を説明するためのピニオンギヤとラックとの噛合状態を示す図である。（従来技術）

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２ ハンドル
３ 入力軸
４ ポテンショメータ
５ 出力軸
６ ラック軸
７ 伝達機構
１３ ケーシング
１４ 皿バネ（弾性部材）
４１ 皿バネ（弾性部材）
５１ コイルバネ（弾性部材）

Claims (3)

1. ハンドルから操舵力が伝達される入力軸と、該入力軸と同軸状に設けられて該ハンドルの操舵力に応じた回転力が付与される出力軸と、これら入力軸及び出力軸を収容するケーシングと、両端に被操舵系が連結されるラック軸と、前記出力軸の回転力を前記ラック軸に伝達する伝達機構を備えることにより、前記ラック軸に対して操舵補助力を付与するようにしたパワーステアリング装置において、
   前記入力軸又は出力軸と、前記ケーシングとの間には、入力軸及び出力軸を軸方向の一方向へ付勢する弾性部材を設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記弾性部材は皿バネによって構成された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. 前記弾性部材はコイルバネによって構成された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。

Images