JP2007030543A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハンドルの中立剛性を向上させて、車両の安定な直進走行を可能とすると共に、ラック軸と出力軸との噛合部における衝撃を防止して破損を抑制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】
ラック軸６に作用するラック軸６の軸方向の振動を減衰させるダンパ１１を備えたことを特徴とするものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、パワーステアリング装置に係り、特に、路面の状況がハンドル側へ不快な振動となって伝わる現象や、該振動がハンドル側へ異音となって伝わる現象を抑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６乃至図８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６は該電動パワーステアリング装置の外観を示す。図７は、図の矢示Ｂ―Ｂ方向断面図を示す。図８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、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。図７に示すように、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（図示せず）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、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、図８に示すように、ラック１０８とピニオンギヤ１０６とを斜めに噛合させ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８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８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（上下方向）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等を通過する際にラトル音（以下、異音という。）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、前述のように、路面の凹凸の状況に応じて、ラック軸１０７が仮に、同８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、ラック１０８とピニオンギヤ１０６に衝撃が加わるため、ラック１０８とピニオンギヤ１０６には、この衝撃に耐え得るだけの構造上の強度が必要になって、構造上、丈夫に形成しなければならないため、軽量化に限界があった。

本発明は、前記従来技術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すると共に、ラック軸の軸方向の振動を減衰させることにより、ラックとピニオンギヤとの噛合部分の構造上の軽量化にも寄与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。

本発明にかかるパワーステアリング装置は、ハンドルから操舵力が入力される入力軸と、該入力軸と同軸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、両端に被操舵系が連結されるラック軸とを備え、前記出力軸に設けられたピニオンが前記ラック軸に設けられたラックに噛合することにより、前記ラック軸に対して操舵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、
前記ラック軸に作用するラック軸の軸方向の振動を減衰させるダンパを備え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、ラック軸の軸方向（水平方向）の振動は、ダンパによって抑制される。このために、ラック軸の軸方向（水平方向）の振動がハンドル側へ伝わって運転者を不快にさせたり、当該ラック軸の軸方向（水平方向）の振動が、耳障りな異音となって運転者側へ伝わることがなく、しかも、ラック軸の軸方向（水平方向）の振動は、ダンパによって抑制されるため、出力軸のピニオンギヤとラック軸のラックとの噛合部分の構造上の軽量化にも寄与することができる。

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、第１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乃至図４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３は図２の右側面図を示す。図４は、図３に示すダンパの拡大図である。

図１中、一点鎖線で示すように、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、図２に示すように、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た出力軸５と、該ポテンショメータ４の出力に応じて該出力軸５を回転駆動させる電動モータＭ（図３に示す）と、ラック軸６とを備えている。図１中、１０４はステアリングコラムである。

前記出力軸５の下部には、ピニオンギヤ７が設けられている。又、前記ラック軸６にはラック８が設けられている。前記ピニオンギヤ７が前記ラック８に噛合することにより、前記出力軸５の回転がラック軸６を軸方向（水平方向）へ駆動させるようになっている。前記ラック軸６は、図１、図３に示すように、ハウジング９内に収容されると共に、その両端は該ハウジング９内から突出してタイロッド１０，１０に連結され、且つ、該タイロッド１０を介して被操舵側に連結されている。

図３、図４に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置１には、ダンパ１１が設けられている。該ダンパ１１は、ラック軸６の軸方向（水平方向）への振動を減衰させるものである。前記ダンパ１１は、前記ラック軸６の周囲に設けられたダンパ室１２と、前記ラック軸６の外周から径方向へ突出して設けられて前記ダンパ室１２を第１、第２ダンパ室１３、１４に区画するピストン１５と、前記ダンパ室１２に充填された作動流体１６と、前記第１、第２ダンパ室１３、１４を連通させて前記作動流体を流通させる流路抵抗部１７（図４に示す）とを備えている。

図４に示すように、前記ダンパ室１２は、前記ハウジング９の内面から径方向内側へ突出して前記ラック軸６の外周に接するように設けられた一対の隔壁１８、１９と、ラック軸６と、ハウジング９によって囲まれて形成されている。同図４に示すように、前記各隔壁１８、１９とピストン１５との距離Ｌを、前記ラック軸６が移動する距離以上に離間して設けることにより、前記ラック軸６が軸方向へ作動する際に、前記ピストン１５は前記隔壁１８、１９に衝突して破損することがない。

前記流路抵抗部１７はオリフィスによって構成することができる。図４中、Ｓは機密性を保持するシール部材である。該シール部材Ｓは、隔壁１８、１９とラック軸６との間を気密に保ち、又、ハウジング９の内面とピストン１５の間を気密に保っている。又、作動流体１６としては、油、水等の非圧縮性の流体が好ましい。

次に、入力軸３、出力軸５、トーションバー２１等の具体的な構成について説明する。図２に示すように、前記入力軸３、出力軸５、及びトーションバー２１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２１が挿入されている。 該トーションバー２１は、上端側がピン２２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２３が形成されている。該出力軸５の途中には前記ウォームホイール２４が設けられ、下端側には前記ピニオンギヤ７が形成されている。

前記入力軸３及びトーションバー２１の下端側は、前記出力軸５の凹部２３内に挿入されている。そして、前記トーションバー２１の下端側はセレーション２５を介して出力軸５に連結されている。

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２６が嵌合されている。該スリーブ２６の内周には雌型のヘリカルスプライ２７ンが形成される一方、前記入力軸３の外周には雄型のヘリカルスプライン２８が形成されている。スリーブ２６のヘリカルスプライン２７と入力軸３のヘリカルスプライン２８とは噛合している。又、前記スリーブ２６には軸方向に向けて長孔状の軸方向溝２９が形成されている。該軸方向溝２９には、前記出力軸５に圧入されたピン３０が挿入されている。

このように形成されることにより、図１に示すハンドル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２１が捩れることにより、スリーブ２６がヘリカルスプライン２７、２８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、図２に示すように、前記スリーブ２６の外周には凹部３１が形成され、この凹部３１にはポテンショメータ４の検出レバー３２が挿入されている。該検出レバー３２は該凹部３１に挿入されることにより、スリーブ２６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２６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Ｍ（図３に示す）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Ｍの駆動軸に設けられたウォーム３３が、出力軸のウォームホイール２４に噛合している。

ラック軸６のラック８は、ラック押付機構３４によって、出力軸５のピニオンギヤ７に常時押し付けられるように付勢されている。

前記入力軸３、ポテンショメータ４はギヤケース３５に支持されている。該ギヤケース３５の上部にはボールベアリング３６が設けられている。該ボールベアリング３６によって入力軸３は回転自在に支持されている。又、前記出力軸５はギヤボックス３７に支持されている。該ギヤボックス３７の上部、及び下部には、ボールベアリング３８、３９が設けられている。該ボールベアリング３８、３９によって出力軸５は回転自在に支持されている。

又、該ギヤボックス３７の上端は拡径状に広がって、前記ギヤケース３５の下端に接続されている。ギヤケース３５の下端と、ギヤボックス３７の上端とによって拡径状の空間４０が形成されて、該空間４０内に前記ウォーム３３、及びウォームホイール２４が収容されて互いに噛合している。

又、図３に示すように、ギヤボックス３７が水平に延設されることにより、前記ラック軸６を収容するハウジング９になっている。該ハウジング９の両端と前記タイロッド１０との間には、保護部材Ｇが取り付けられている。該保護部材Ｇは筒状の蛇腹状に形成されることにより、軸方向への伸縮が可能になっている。従って、前記ハウジング９に対して、前記ラック軸６の軸方向（水平方向）への移動を許容できる構造になっている。

次に作用について説明する。車両が路面上を走行することにより、路面のうねりのような凹凸の状況等に応じて、図３に示すように、ラック軸６を軸方向（水平方向）に振動させようとする外力Ｆ１―Ｆ２が作用したとする。

仮に、ラック軸６が前記外力Ｆ１によって軸方向の左方向へ移動しようとすると、図４に示すように、ピストン１５が隔壁１８に接近して第１ダンパ室１３の容積が縮小することにより、該第１ダンパ室１３内の作動流体１６が流路抵抗部１７を通って第２ダンパ室１４へ移動する。しかし、作動流体１６は流路抵抗部１７を通過する途中で流路抵抗を受けることにより、第１ダンパ室１３から第２ダンパ室１４へ円滑に移動できない。

その結果、ラック軸６は軸方向の左方向へ円滑に移動できないことになる。又、仮に、図３に示すように、該ラック軸６を軸方向の右方向へ移動させようとする外力Ｆ２がラック軸６に作用したとしても、前述と同様に、該ラック軸６は軸方向の右方向へ円滑に移動できないことになる。つまり、該ラック軸６の軸方向への振動が減衰することになる。

このため、路面の状況等に応じて、ハンドル２が不用意にぶれるという現象が抑制されて、ハンドル２が安定感良く、中立に維持されることにより、中立剛性感が向上する。

又、路面の状況に応じてラック軸６が軸方向へ振動しないため、当該振動が運転者側へ伝わったり、当該振動が異音となって運転者側へ伝わることがないため、運転者は爽快な気分で車両を運転することができる。

又、前述のように、ラック軸６が軸方向へ振動する現象が抑制されることにより、ラック軸６のラック８が出力軸のピニオンギヤ７に衝突する現象が抑制される。このため、ラック８とピニオンギヤ７とを構造上、厚肉に強固に形成する必要がなく、構造上、軽量化を図ることができる。

図５は、第２実施形態を示す。この第２実施形態の特徴は、第１ダンパ室１３と第２ダンパ室１４とを配管５１によって接続し、該配管５１の途中に、流路抵抗部１７としてのオリフィスを設けた点にある。この第２実施形態においては、ピストン１５が仮に図中左側へ移動した場合には、第１ダンパ室１３内の作動流体１６は配管５１を流通すると共に、流路抵抗部１７を通過する際に流路抵抗を受けることによって、第１実施形態と同様の作用によって、ラック軸６の不用意な振動が抑制されることにより、ハンドル２が不用意にぶれることなく、ハンドル２が中立に維持されることにより、ハンドル２の中立剛性感が向上する。

又、この第２実施形態においては、路面の状況に応じてラック軸６が軸方向へ振動しないため、ラック８とピニオンギヤ７との間の衝撃が抑制されることにより、ラック８とピニオンギヤ７とを構造上、厚肉に強固に形成する必要がなく、構造上、軽量化を図ることができる。

更にまた、この第２実施形態においては、路面の状況に応じてラック軸６が軸方向へ振動しないため、当該振動が運転者側へ伝わったり、当該振動が異音となって運転者側へ伝わることがないため、運転者は爽快な気分で車両を運転することができる。

尚、前記流路抵抗部１７を車両の速度に応じて、可変にすることができる。例えば、車両の速度が高速になるに従って、流路抵抗部１７を構成するオリフィスの隙間を狭くすることにより、該流路抵抗部１７の流路抵抗を大きくすることができる。このようにした場合、車両が高速になった際、車両の安定感の良い直進走行性が向上する。

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２の右側面図である。（第１実施形態） 図３の一部拡大図である。（第１実施形態） 図４と同様の図である。（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８のＢ―Ｂ線矢示方向断面図である。（従来技術） 出力軸のピニオンギヤとラック軸のラックとの噛合の状態を示す側面図である。

符号の説明

１ パワーステアリング装置
２ ハンドル
３ 入力軸
５ 出力軸
６ ラック軸
７ ピニオンギヤ
８ ラック
１１ ダンパ
１２ ダンパ室
１３ 第１ダンパ室
１４ 第２ダンパ室
１５ ピストン

Claims (3)

1. ハンドルから操舵力が入力される入力軸と、該入力軸と同軸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、両端に被操舵系が連結されるラック軸とを備え、前記出力軸に設けられたピニオンが前記ラック軸に設けられたラックに噛合することにより、前記ラック軸に対して操舵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、
   前記ラック軸に作用するラック軸の軸方向の振動を減衰させるダンパを備えたことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記ダンパは、前記ラック軸の周囲に設けられたダンパ室と、前記ラック軸に設けられて前記ダンパ室を第１、第２ダンパ室に区画するピストンと、前記ダンパ室に充填された作動流体と、前記第１、第２ダンパ室を連通させて前記作動流体を流通させる流路部とを備え、
   該流路部は、該流路部を流通する前記作動流体に対して流路抵抗とな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. 前記流路部は、オリフィスによって構成されたことを特徴とする請求項２に記載のパワーステアリング装置。

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