JP2008168679A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対のピニオン軸を駆動する駆動ギヤの外径や配置を自由に設定できるステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリング装置１は、ラック軸１１と、ラック軸１１に噛み合う一対のピニオン軸８と、操舵部材に連動して回転する第１の軸７とを備えている。第１の軸７の先端部には、駆動ギヤとしての第１のギヤ２５が一体回転可能に連結されており、一対のピニオン軸８には、この第１のギヤ２５に噛み合う第２のギヤ２７および第３のギヤ２８がそれぞれ連結されている。第１の軸７に入力された駆動力は、第１、第２および第３のギヤ２５，２７，２８によって分散され、その半分が各ピニオン軸８に伝達される。第１のギヤ２５は各ピニオン軸８のピニオン９と噛み合っていないので、当該ピニオン軸８に制限されることなく、その外径や配置を自由に設定することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、ステアリング装置に関するものである。

自動車等の車両用のステアリング装置には、ラックアンドピニオン機構を備えるものがある。例えば下記特許文献１，２では、ラック軸に噛み合う一対のピニオン軸を備えるステアリング装置が提案されている。一対のピニオン軸の間には操舵部材に連動して回転する駆動ギヤが配置されており、一対のピニオン軸はそれぞれ駆動ギヤと噛み合っている。操舵部材の回転は、駆動ギヤを介して一対のピニオン軸に伝達される。
特開昭５７−８６６５２号公報 特開平６−１２７３９５号公報

しかしながら、上記特許文献１，２記載のステアリング装置では、駆動ギヤの外径や配置が、一対のピニオン軸によって制限されてしまう。例えば、特許文献１記載のように各ギヤ（一対のピニオン軸および駆動ギヤ）の中心が一直線上に配置されたステアリング装置では、駆動ギヤがラック軸に干渉してしまうので、駆動ギヤの外径を一対のピニオン軸の外径と同じ大きさにできない。

この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、一対のピニオン軸を駆動する駆動ギヤの外径や配置を自由に設定できるステアリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、操舵部材（２）に連動して回転する第１の軸（７）と、第１の軸と平行に配置され、第１の軸を挟んだ両側でそれぞれラック軸（１１）に噛み合う一対のピニオン軸（８）と、第１の軸の同軸上に一体回転可能に設けられた第１のギヤ（２５）と、一対のピニオン軸のそれぞれの同軸上に一体回転可能に設けられ、それぞれ上記第１のギヤに噛み合う第２および第３のギヤ（２７，２８）とを備えることを特徴とするステアリング装置（１，１ａ，１ｂ）である。

本発明によれば、第１の軸に連結された第１のギヤによって、各ピニオン軸に連結された第２のギヤおよび第３のギヤを回転させることにより、一対のピニオン軸を回転させることができる。すなわち、第１のギヤが一対のピニオン軸と直接噛み合っていないので、一対のピニオン軸に制限されることなく、第１のギヤの外径や配置を自由に設定することができる。

また、本発明において、上記第１の軸の軸線（Ｌ１）およびラック軸の軸線（Ｌ２）に直交する方向から見たときに、第１、第２および第３のギヤが、ラック軸と重ならないように配置されている場合がある。この場合、第１、第２および第３のギヤの外径を大きくしたり、各ギヤの軸間距離を変えても、各ギヤがラック軸と干渉することはないので、操舵部材の回転を確実に一対のピニオン軸に伝達することができる。

また、本発明において、上記第１の軸の軸線に沿って見たときに、第１のギヤがラック軸と重なること、並びに、第２のギヤおよび第３のギヤがラック軸と重なることの少なくとも一方が達成されるように、第１、第２および第３のギヤが配置されている場合がある。この場合、第１、第２および第３のギヤの少なくとも一つのギヤを、ラック軸と立体的に交差させることで、ステアリング装置を小型化することができる。

また、本発明において、上記第１の軸の軸線に沿って見たときに、第１、第２および第３のギヤの中心（Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３）が直線上に配置されていてもよいし、第１のギヤに対する第２および第３のギヤのギヤ比は、それぞれ１とされていてもよい。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と、この操舵部材２に連結されたステアリングシャフト３と、自在継手４、中間軸５、自在継手６を介してステアリングシャフト３に連結された第１の軸７と、この第１の軸７に連動して回転する一対のピニオン軸８と、各ピニオン軸８に形成されたピニオン９に噛み合うラック１０を有し車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸１１とを備えている。一対のピニオン軸８およびラック軸１１によって転舵機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸１２と、自在継手４を介して中間軸５に連なる出力軸１３とに分割されている。これら入力軸１２および出力軸１３はトーションバー１４を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。また、トーションバー１４の周囲には、入力軸１２および出力軸１３の相対回転量に基づき操舵部材２に入力された操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１５が設けられている。トルクセンサ１５が検出した検出結果は、ＥＣＵ１６（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に入力されるようになっている。

ラック軸１１は、図示しないブッシュおよびガイド部材を介して軸方向移動可能にハウジング１７に支持されている。ラック軸１１の両端部にはそれぞれタイロッド１８およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪１９が連結されている。このラック軸１１がその軸方向に移動されることで、転舵輪１９が転舵されるようになっている。
また、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構２０を備えている。すなわち、操舵補助機構２０は、電動モータ２１と、この電動モータ２１の回転軸（図示せず）の回転を減速する減速機構２２とを含む。減速機構２２は、電動モータ２１の回転軸に連結された駆動歯車２３と、この駆動歯車２３に噛み合いステアリングシャフト３の出力軸１３に一体回転可能に連結された従動歯車２４とを含む。この減速機構２２によって電動モータ２１の回転軸の回転を減速することで電動モータ２１の出力を増幅し、この増幅された出力を操舵補助力としてステアリングシャフト３の出力軸１３に伝達することができる。

運転者が操舵部材２を操舵すると、この操舵に連動して、ステアリングシャフト３、中間軸５および第１の軸７が回転する。また、第１の軸７が回転すると、この回転が後述の複数のギヤ２５，２７，２８によって一対のピニオン軸８に伝達され、各ピニオン軸８が回転する。そして、この一対のピニオン軸８の回転は、各ピニオン軸８に形成されたピニオン９およびラック１０によって、ラック軸１１の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪１９が転舵される。

一方、運転者が操舵部材２を操舵すると、この操舵による入力軸１２および出力軸１３の相対回転量に基づいて操舵部材２に入力された操舵トルクがトルクセンサ１５によって検出される。また、図示しない車速センサによって車速が検出される。これらの検出値はＥＣＵ１６に入力される。そして、ＥＣＵ１６は、この検出値等に基づいて電動モータ２１を制御する。このようにして、操舵補助機構２０からの操舵補助力が、ステアリングシャフト３を介してラックアンドピニオン機構Ａに伝達される。

図２は、電動パワーステアリング装置１の一部を、第１の軸７の軸線Ｌ１およびラック軸１１の軸線Ｌ２に直交する方向から見たときの模式的な一部断面図である。
図２を参照して、一対のピニオン軸８および第１の軸７は、それぞれ平行に配置されている。第１の軸７は一対のピニオン軸８の中間に配置されており、各ピニオン軸８のピニオン９は第１の軸７を挟んだ両側でラック軸１１と噛み合っている。

第１の軸７はラック軸１１と交差しており、その先端部には、第１の軸７と同軸である第１のギヤ２５が一体回転可能に連結されている。また、一対のピニオン軸８は、互いに同形状にされており、ラック軸１１と交差する軸部２６をそれぞれ有している。この軸部２６の中間部に上記ピニオン９が同軸的に形成されている。
一方のピニオン軸８の軸部２６には、第１のギヤ２５に噛み合う第２のギヤ２７が当該軸部２６と同軸的に一体回転可能に連結されている。また、他方のピニオン軸８の軸部２６には、第１のギヤ２５に噛み合う第３のギヤ２８が当該軸部２６と同軸的に一体回転可能に連結されている。第２のギヤ２７および第３のギヤ２８は、同形状のギヤが用いられている。

第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８は、第１の軸７の軸線Ｌ１およびラック軸１１の軸線Ｌ２に直交する方向から見たときに、ラック軸１１と重ならない位置（図２ではラック軸１１の下方）に配置されている。第１のギヤ２５と第２のギヤ２７および第３のギヤ２８とは、この位置においてそれぞれ噛み合っている。
また、本実施形態では、第１のギヤ２５の外径は、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８と同じ大きさにされており、第１のギヤ２５の歯数および歯形状等は、第１のギヤ２５に対する第２のギヤ２７および第３のギヤ２８のギヤ比がそれぞれ１となるように設定されている。第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８としては、例えば平歯車やはすば歯車などを用いることができる。

また、第１の軸７および一対のピニオン軸８は、それぞれ、複数の軸受を介してハウジング１７に回転可能に支持されている。すなわち、第１の軸７および一対のピニオン軸８にはそれぞれ一対の軸受が固定されており、各軸７，８に対応する一対の軸受はそれぞれハウジング１７に保持されている。
具体的には、各ピニオン軸８の軸部２６の両端には、それぞれ軸受２９が固定されている。これらの軸受２９は、ハウジング１７に形成された対応する軸受保持孔３０にそれぞれ保持されている。また、第１の軸７には、その先端と途中部にそれぞれ軸受３１ａ，３１ｂが固定されている。第１の軸７の先端に固定された軸受３１ａは、ハウジング１７に形成された軸受保持孔３２に保持されている。また、第１の軸７の途中部に固定された軸受３１ｂは、ハウジング１７に形成された挿通孔３３で保持されている。

操舵部材２を操舵すると、ステアリングシャフト３、中間軸５および第１の軸７が回転する。また、第１の軸７が回転すると、第１の軸７に一体回転可能に連結された第１のギヤ２５も回転する。そして、この第１のギヤ２５の回転は、第１のギヤ２５に噛み合う第２のギヤ２７および第３のギヤ２８に伝達され、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８がそれぞれ対応するピニオン軸８とともに回転する。これにより、操舵部材２の回転が一対のピニオン軸８に伝達され、ラック軸１１が対応する軸方向に移動する。

上述のように、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８は、同形状のギヤが用いられており、それぞれ第１のギヤ２５と噛み合っている。したがって、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８には、それぞれ同じ大きさのトルクが第１のギヤ２５から入力される。すなわち、第１のギヤ２５に入力された駆動力は、第１、第２および第３のギヤ２５，２７，２８によって分散され、その半分が各ピニオン軸８に入力される。これにより、各ピニオン９の歯部に加わる荷重を低減することができる。したがって、例えば、第１の軸７に操舵補助機構２０から大荷重が入力されたとしても、この大荷重を確実にラック軸１１に伝達することができる。

具体的には、ピニオンを一つしか備えていない従来のステアリング装置では、ピニオンの歯部の強度上の問題により、ラック軸に９０００Ｎ程度の荷重しか伝達することができなかった。しかしながら、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１では、ピニオン９を一対設けることにより、１８０００Ｎ（＝９０００Ｎ×２）程度の大荷重をラック１０に伝達することができる。

図３は、第１のギヤ２５、第２のギヤ２７、第３のギヤ２８およびラック軸１１を、操舵部材２側から第１の軸７の軸線Ｌ１に沿って見たときの模式的な図である。
図３を参照して、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１では、第１の軸７の軸線Ｌ１に沿って見たときに、第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８の何れもがラック軸１１と重なるように配置されている。すなわち、第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８をラック軸１１と立体的に交差させることにより、電動パワーステアリング装置１を小型化することができる。

また、第１のギヤ２５の中心Ｏ１、第２のギヤ２７の中心Ｏ２および第３のギヤ２８の中心Ｏ３は、第１の軸７の軸線Ｌ１に沿って見たときに、一直線上に配置されている。すなわち、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１では、第１のギヤ２５が一対のピニオン９と直接噛み合っていないので、一対のピニオン軸８に制限されることなく、第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８の外径や配置を自由に設定することができる。これにより、第１のギヤ２５に対する第２のギヤ２７および第３のギヤ２８のギヤ比を自由に設定することもできる。

さらに、第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８は、図２に示すように、第１の軸７の軸線Ｌ１およびラック軸１１の軸線Ｌ２に直交する方向から見たときに、ラック軸１１と重ならない位置に配置されているので、第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８の外径を大きくしても、各ギヤ２５，２７，２８がラック軸１１と干渉することはない。これにより、第１の軸７の回転を確実に一対のピニオン軸８に伝達することができる。

図４は、本発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１ａの一部を、第１の軸７の軸線Ｌ１およびラック軸１１の軸線Ｌ２に直交する方向から見たときの模式的な一部断面図である。この図４において、上述の図２および図３に示された各部と同等の構成部分については、図２および図３と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図４を参照して、この図４に示す実施形態が、図２に示す実施形態と主に相違するのは、第１のギヤ２５が第１の軸７の途中部に連結されていることにある。また、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８は、それぞれ第１のギヤ２５に対応する位置で各ピニオン軸８の軸部２６に連結されている。

また、第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８は、第１の軸７の軸線Ｌ１およびラック軸１１の軸線Ｌ２に直交する方向から見たときに、ラック軸１１と重ならない位置（図４ではラック軸１１の上方）に配置されている。
本実施形態によれば、上述の実施形態と同様に、一対のピニオン軸８を設けることにより、大荷重をラック１０に伝達することができる。すなわち、第１の軸７の途中部に第１のギヤ２５を連結した場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。

図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１ｂの第１のギヤ２５、第２のギヤ２７、第３のギヤ２８およびラック軸１１を、操舵部材２側から第１の軸７の軸線Ｌ１に沿って見たときの模式的な図である。この図５において、上述の図２および図３に示された各部と同等の構成部分については、図２および図３と同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図５を参照して、この図５に示す実施形態が、図３に示す実施形態と主に相違するのは、第１の軸７の軸線Ｌ１に沿って見たときに、各ギヤ２５，２７，２８の中心Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３が、所定の三角形の頂点に配置されていることにある。また、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８は、第１の軸７の軸線Ｌ１に沿って見たときに、ラック軸１１と重なるように配置されている。

すなわち、第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８の外径や配置は、上述のように、自由に設定可能である。また、このように第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８を配置したとしても、第１の軸７の回転を確実に一対のピニオン軸８に伝達することができる。
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、電動パワーステアリング装置１，１ａ，１ｂが、ステアリングシャフト３に操舵補助力を付与する、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置である場合について説明したが、第１の軸７に操舵補助力を付与する、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよい。また、電動パワーステアリング装置に限らず、その他のステアリング装置に本発明を適用してもよい。

また、上述の実施形態では、第１のギヤ２５に対する第２のギヤ２７および第３のギヤ２８のギヤ比がそれぞれ１である場合について説明したが、１以外のギヤ比に設定してもよい。
また、上述の実施形態では、第１のギヤ２５、第２のギヤ２７および第３のギヤ２８のそれぞれの外径が同じである場合について説明したが、第１のギヤ２５の外径を第２のギヤ２７および第３のギヤ２８よりも小さくしてもよいし、大きくしてもよい。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 電動パワーステアリング装置の一部を、第１の軸の軸線およびラック軸の軸線に直交する方向から見たときの模式的な一部断面図である。 第１のギヤ、第２のギヤ、第３のギヤおよびラック軸を、操舵部材側から第１の軸の軸線に沿って見たときの模式的な図である。 本発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の一部を、第１の軸の軸線およびラック軸の軸線に直交する方向から見たときの模式的な一部断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の第１のギヤ、第２のギヤ、第３のギヤおよびラック軸を、操舵部材側から第１の軸の軸線に沿って見たときの模式的な図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ・・・電動パワーステアリング装置（ステアリング装置）、２・・・操舵部材、７・・・第１の軸、８・・・ピニオン軸、１１・・・ラック軸、２５・・・第１のギヤ、２７・・・第２のギヤ、２８・・・第３のギヤ、Ｌ１・・・軸線（第１の軸の軸線）、Ｌ２・・・軸線（ラック軸の軸線）、Ｏ１・・・中心（第１のギヤの中心）、Ｏ２・・・中心（第２のギヤの中心）、Ｏ３・・・中心（第３のギヤの中心）

Claims (5)

1. 操舵部材に連動して回転する第１の軸と、第１の軸と平行に配置され、第１の軸を挟んだ両側でそれぞれラック軸に噛み合う一対のピニオン軸と、第１の軸の同軸上に一体回転可能に設けられた第１のギヤと、一対のピニオン軸のそれぞれの同軸上に一体回転可能に設けられ、それぞれ上記第１のギヤに噛み合う第２および第３のギヤとを備えることを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１において、上記第１の軸の軸線およびラック軸の軸線に直交する方向から見たときに、第１、第２および第３のギヤが、ラック軸と重ならないように配置されていることを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１または２において、上記第１の軸の軸線に沿って見たときに、第１のギヤがラック軸と重なること、並びに、第２のギヤおよび第３のギヤがラック軸と重なることの少なくとも一方が達成されるように、第１、第２および第３のギヤが配置されていることを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項において、第１の軸の軸線に沿って見たときに、第１、第２および第３のギヤの中心が直線上に配置されていることを特徴とするステアリング装置。
5. 請求項４において、第１のギヤに対する第２および第３のギヤのギヤ比は、それぞれ１とされていることを特徴とするステアリング装置。

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