JP2009029225A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリング装置に入力される荷重のバラツキを抑制する。
【解決手段】ハウジング１４の第２の端部２２の近傍には、第１のストッパ部材３１が保持されている。また、第２の端部２２には、第２のストッパ部材３２が保持されている。ラック軸８の一方への移動は、第１の同行部材２９が第１のストッパ部材３１に衝突することにより規制され、ラック軸８の他方への移動は、第２の継手部材１６が第２のストッパ部材３２に衝突することにより規制される。上記衝突に伴う衝撃荷重は、それぞれ第２の端部２２を介して第２のマウント部材２４に入力される。また、第２の端部２２と反対側の端部であるハウジング１４の第１の端部を支持する第１のマウント部材には、ピニオンからラックへのトルクの伝達に伴う荷重が当該第１の端部等を介して入力される。
【選択図】図３

Description

この発明は、自動車等の車両に用いられるステアリング装置に関するものである。

ラックアンドピニオン式のステアリング装置は、筒状のハウジング内で軸方向移動可能に支持されたラック軸と、このラック軸に噛み合うピニオンとを備えている。ラック軸の両端はそれぞれ、ハウジングから突出しており、ボールジョイント等の継手部材を介して転舵輪に連結されている。
ハウジングは、ピニオンに相対的に近い第１の端部とピニオンに相対的に遠い第２の端部を有しており、第１の端部に取り付けられた第１のマウント部材と第２の端部に取り付けられた第２のマウント部材とによって車体に固定されている。また、第１の端部の内周および第２の端部の内周には、それぞれ、ラック軸の軸方向移動を規制する第１のストッパおよび第２のストッパが配置されている。

ラック軸の軸方向の一方への移動は、ラック軸の一端に取り付けられた継手部材が第１のストッパに衝突することにより規制され、ラック軸の軸方向の他方への移動は、ラック軸の他端に取り付けられた継手部材が第２のストッパに衝突することにより規制されるようになっている。
特開２００７−００８２５９号公報

ラック軸には、ピニオンからトルクが伝達される。そして、第１および第２マウント部材には、上記トルクの伝達に伴う荷重がハウジング等を介して入力される。具体的には、ピニオンに相対的に近い第１のマウント部材に、ハウジングの第１の端部を介して上記トルクの伝達に伴う荷重の大部分が入力される。
一方、第１のストッパおよび第２のストッパのそれぞれによってラック軸の軸方向移動が規制されるとき、第１のマウント部材および第２のマウント部材には、継手部材とストッパとの衝突による衝撃荷重がハウジングを介して入力される。つまり、第１のマウント部材には、上記トルクの伝達に伴う荷重に加えて継手部材とストッパとの衝突による衝撃荷重が入力されるようになっていて、第２のマウント部材よりも大きな荷重が入力されるようになっている。したがって、第１のマウント部材の必要強度が第２のマウント部材の必要強度よりも高くなっている。

この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、ステアリング装置に入力される荷重のバラツキを抑制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、操舵補助用の電動モータ（２６）によって回転駆動されるピニオン（６）と、このピニオンと噛み合うラック軸（８）と、ピニオンに相対的に近い第１の端部（２１）およびピニオンから相対的に遠い第２の端部（２２）とを有し、上記ラック軸をラック軸の軸方向（Ｘ１）に移動可能に支持する筒状のハウジング（１４，１１４，２１４）と、ハウジング内に配置され、上記ラック軸と上記軸方向に同行移動可能な第１の同行部材（２９）と、ハウジング外に配置され、上記ラック軸と上記軸方向に同行移動可能な第２の同行部材（１６）と、ハウジングまたはハウジングによって保持された部材（３１，３２，３６）に設けられた第１および第２のストッパ（３３，３４，３７，３８）と、を備え、第１の同行部材がハウジングの第２の端部に向けて移動するときに、第１の同行部材が第１のストッパと当接することにより、ラック軸の軸方向の一方への移動が規制され、第２の同行部材がハウジングの第２の端部に向けて移動するときに、第２の同行部材が第２のストッパと当接することにより、ラック軸の軸方向の他方への移動が規制されるようにしてあることを特徴とするステアリング装置（１，１ａ）である。

本発明によれば、第１の同行部材がハウジング内に配置されているので、第１の同行部材に対応するストッパである第１のストッパを、ハウジングの第１の端部から十分に離隔した位置に配置することができる。したがって、ハウジングの第１の端部付近を車体に取り付けるために通例設けられる第１のマウント部材は、ピニオンとラック軸との間の動力伝達に伴う負荷の大部分を受けるものの、ラック軸の軸方向の上記一方への移動を規制するときの衝撃荷重を殆ど受けないことになる。

したがって、上記第１のマウント部材の荷重負荷を低減でき、その結果、上記第１のマウント部材と、ハウジングの第２の端部付近を車体に取り付けるために通例設けられる第２のマウント部材とで、荷重負荷を均衡させることができる。
また、上記第２のストッパは、ハウジングの第２の端部に保持された端部材（３２）に設けられ、上記第１のストッパは、ハウジングまたはハウジングによって保持された部材（３１）に、ハウジングの第２の端部から離隔して設けられている場合がある。この場合、第１のストッパをハウジングの第２の端部寄りの位置に配置することで、上記第１のマウント部材の荷重負荷を確実に低減することができる。

また、上記第１および第２のストッパは、ハウジングの第２の端部に保持された端部材（３６）の一対の端面（３７，３８）に設けられている場合がある。この場合、上記第１のマウント部材の荷重負荷を確実に低減することができるとともに、端部材の一対の端面をそれぞれ第１および第２のストッパとして機能させることでステアリング装置の部品点数を削減することができる。

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、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材２に連結されたステアリングシャフト３と、中間軸４を介してステアリングシャフト３に連結されたピニオン軸５と、ピニオン軸５に形成されたピニオン６に噛み合うラック７を有し、車両の左右方向に長手となるラック軸８とを備えている。ピニオン軸５およびラック軸８により転舵機構としてのラックアンドピニオン機構が構成されている。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸９と、中間軸４に連なる出力軸１０とに分割されている。これら入力軸９および出力軸１０はトーションバー１１を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。ステアリングシャフト３の周囲に配置されたトルクセンサ１２は、入力軸９および出力軸１０の相対回転変位量に基づいて、操舵部材２に入力された操舵トルクを検出するようになっている。また、トルクセンサ１２のトルク検出結果は、ＥＣＵ１３（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８は、図示しないブッシュ等を介して、筒状のハウジング１４内でその軸方向Ｘ１に移動可能に支持されている。軸方向Ｘ１に関するラック軸８の両端は、それぞれ、ハウジング１４から突出しており、ボールジョイント等の継手部材およびタイロッド１７等を介して転舵輪１８に連結されている（本実施形態では、ラック軸８の左端に取り付けられた継手部材を第１の継手部材１５とし、ラック軸８の右端に取り付けられた継手部材を第２の継手部材１６とする。）。第１の継手部材１５および第２の継手部材１６は、それぞれラック軸８に同行移動可能に連結されている。ラック軸８が軸方向Ｘ１に移動させられることで、転舵輪１８が転舵されるようになっている。

ラック軸８は、ラック７が形成されたラック部材１９と、ラック７が形成されていないロッド部材２０とに分割されている。ラック部材１９およびロッド部材２０は、それぞれ軸方向Ｘ１に長手となる棒状の部材であり、軸方向Ｘ１に並んで互いに連結されている。
ラック部材１９は、ラック７を構成する複数の歯の歯幅が十分に確保される所定の外径に設定されている。これにより、上記複数の歯の歯面強度が十分に確保されている。また、ロッド部材２０は、ラック部材１９よりも細くされている。ラック部材１９およびロッド部材２０の形状および大きさは、それぞれ、各部材１９，２０に必要とされる最低限の強度が当該各部材１９，２０に確保される形状および大きさに設定されている。これにより、必要とされる最低限の強度がラック軸８に確保されつつ、当該ラック軸８が軽量化されている。

ハウジング１４は、ピニオン６に相対的に近い第１の端部２１と、ピニオン６に相対的に遠い第２の端部２２とを有している。ハウジング１４は、第１の端部２１に取り付けられた第１のマウント部材２３と、第２の端部２２に取り付けられた第２のマウント部材２４とによって車体２５に固定されている。
運転者が操舵トルクを操舵部材２に入力するとステアリングシャフト３は回転する。そして、このステアリングシャフト３の回転は、ピニオン６およびラック７によって、ラック軸８の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪１８が転舵される。

またこのとき、トルクセンサ１２は、入力軸９および出力軸１０間の相対回転変位量に基づいて操舵部材２に与えられた操舵トルクを検出する。トルクセンサ１２によるトルク検出結果は、ＥＣＵ１３に入力される。ＥＣＵ１３は、当該トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられた車速等に基づいて、操舵補助用の電動モータ２６を駆動制御する。これにより、電動モータ２６の出力トルクが減速機構２７を介してステアリングシャフト３に伝達され、ステアリングシャフト３に伝達されたトルクがピニオン６からラック７に伝達される。このようにして、運転者の操舵が補助される。

ピニオン６からラック７にトルクが伝達されるときに、第１のマウント部材２３および第２のマウント部材２４には、このトルクの伝達に伴う荷重がハウジング１４等を介して入力される。具体的には、ピニオン６に相対的に近い第１のマウント部材２３に、上記トルクの伝達に伴う荷重の大部分がハウジング１４の第１の端部２１等を介して入力される。

図２は、電動パワーステアリング装置１の要部を図解的に示す断面図である。
図２を参照して、ラック軸８の右端部および第２の継手部材１６等は、軸方向Ｘ１に伸縮可能な筒状のラックブーツ２８によって覆われている。ラックブーツ２８の一端は、ハウジング１４の第２の端部２２に連結され、他端は、タイロッド１７に連結されている。ラックブーツ２８は、異物や水分等がハウジング１４内に進入することを防止している。また図示はしないが、ラック軸８の左端部および第１の継手部材１５等も、ラックブーツによって覆われており、これによって、異物や水分等がハウジング１４内に進入することが防止されている。

また、ハウジング１４の内周には、ロッド部材２０と軸方向Ｘ１に同行移動可能な環状の第１の同行部材２９が配置されている。ロッド部材２０は、第１の同行部材２９の内周に嵌合しており、これによって、ロッド部材２０と第１の同行部材２９とが、軸方向Ｘ１に同行移動可能に連結されている。第１の同行部材２９は、軸方向Ｘ１に対して直交する面である環状の第１の端面３０を有している。

また、ハウジング１４には、ラック軸８の軸方向移動を規制する一対のストッパ部材（第１のストッパ部材３１および第２のストッパ部材３２）が保持されている。具体的には、第１の同行部材２９と第２の継手部材１６との間に対応するハウジング１４の内周において、第１のストッパ部材３１および第２のストッパ部材３２が保持されている。第１のストッパ部材３１は、第２の端部２２から軸方向Ｘ１に所定距離離隔した第２の端部２２寄りの位置でハウジング１４に保持されている。また、第２のストッパ部材３２は、第２の端部２２の内周で保持されている。第２のストッパ部材３２は、「第２の端部に保持された端部材」として機能する。

第１のストッパ部材３１および第２のストッパ部材３２は、それぞれ環状であり、ハウジング１４の内周とロッド部材２０の外周との間に介在している。各ストッパ部材３１，３２とロッド部材２０との間には隙間が形成されており、ロッド部材２０は、各ストッパ部材３１，３２に対して軸方向Ｘ１に移動できるようになっている。第１のストッパ部材３１および第２のストッパ部材３２は、それぞれ金属材料で形成されているが合成樹脂や合成ゴム等の弾性を有する材料で形成したり、それぞれのストッパ面（表面）のみを合成樹脂や合成ゴム等の弾性を有する材料で形成してもよい。

また、第１のストッパ部材３１は、軸方向Ｘ１に対して直交する面であり、且つ、第１の同行部材２９の第１の端面３０に対向する第１のストッパ面３３を有している。また、第２のストッパ部材３２は、軸方向Ｘ１に対して直交する面であり、且つ、第２の継手部材１６の一端面３５に対向する第２のストッパ面３４を有している。第２の継手部材１６の一端面３５は、軸方向Ｘ１に対して直交する面である。本実施形態において、第２の継手部材１６は、「ハウジング外に配置され、ラック軸と軸方向に同行移動可能な第２の同行部材」として機能する。

図３は、ラック軸８の軸方向移動が規制された状態における電動パワーステアリング装置１の要部を図解的に示す断面図である。
図３（ａ）を参照して、ラック軸８が軸方向Ｘ１の一方（図３では、右方）に移動すると、第１の同行部材２９は、第２の端部２２に向けて移動する。そして、ラック軸８が上記軸方向Ｘ１の一方に所定量移動すると、第１の同行部材２９の第１の端面３０が第１のストッパ部材３１の第１のストッパ面３３に衝突（当接）し、上記軸方向Ｘ１の一方へのラック軸８の移動が規制される。

このとき、第１の同行部材２９と第１のストッパ部材３１との衝突による衝撃荷重は、ハウジング１４等を介して第１のマウント部材２３および第２のマウント部材２４に入力される。具体的には、第１のストッパ部材３１に相対的に近い第２のマウント部材２４が、上記衝撃荷重の大部分を受けるようになっており、第１のストッパ部材３１から相対的に遠い第１のマウント部材２３は、当該衝撃荷重を殆ど受けないようになっている。また、第１のストッパ部材３１が上記弾性を有する材料で形成されている場合や、第１のストッパ部材３１のストッパ面（表面）のみが上記弾性を有する材料で形成されている場合には、第１の同行部材２９と第１のストッパ部材３１との衝突による衝撃荷重が低減されるようになっている。

図３（ｂ）を参照して、ラック軸８が軸方向Ｘ１の他方（図３では、左方）に移動すると、第２の継手部材１６は、第２の端部２２に向けて移動する。そして、ラック軸８が上記軸方向Ｘ１の他方に所定量移動すると、第２の継手部材１６の一端面３５が第２のストッパ部材３２の第２のストッパ面３４に衝突（当接）し、上記軸方向Ｘ１の他方へのラック軸８の移動が規制される。

このとき、第２のマウント部材２４は、第２の継手部材１６と第２のストッパ部材３２との衝突による衝撃荷重の大部分を受けるようになっており、第１のマウント部材２３は、当該衝撃荷重を殆ど受けないようになっている。また上記と同様に、第２のストッパ部材３２が上記弾性を有する材料で形成されている場合や、第２のストッパ部材３２のストッパ面（表面）のみが上記弾性を有する材料で形成されている場合には、第２の継手部材１６と第２のストッパ部材３２との衝突による衝撃荷重が低減されるようになっている。

以上のように本実施形態では、ラック軸８の軸方向移動を規制する第１のストッパ部材３１および第２のストッパ部材３２が、それぞれ、第２の端部２２寄りのハウジング１４の内周および第２の端部２２の内周に配置されているので、第１のマウント部材２３に加わる荷重と、第２のマウント部材２４に加わる荷重とを均衡させることができる。
すなわち、第１のマウント部材２３は、ピニオン６からラック７へのトルクの伝達に伴う負荷の大部分を受けるものの、第１のストッパ部材３１が第１の端部２１から十分に離隔した位置に配置されているので、ラック軸８の上記軸方向Ｘ１の一方への移動を規制するときの衝撃荷重を殆ど受けない。したがって、第１のマウント部材２３の荷重負荷が低減されており、その結果、第１のマウント部材２３に加わる荷重と、第２のマウント部材２４に加わる荷重とが均衡されている。

また、本実施形態では、第１のストッパ部材３１が第２の端部２２寄りのハウジング１４の内周に配置されているので、第１のマウント部材２３の荷重負荷が確実に低減されている。
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の要部を図解的に示す断面図である。また、図５は、ラック軸８の軸方向移動が規制された状態における電動パワーステアリング装置１ａの要部を図解的に示す断面図である。この図４および図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４および図５を参照して、この図４および図５に示す実施形態が、図２および図３に示す実施形態と主に相違するのは、第２の端部２２の内周においてハウジング１４に保持された第３のストッパ部材３６が、軸方向Ｘ１に対して直交する一対の端面３７，３８を有しており、この一対の端面３７，３８がそれぞれストッパ面として機能することにある。

すなわち、図５（ａ）に示すように、ラック軸８が軸方向Ｘ１の一方（図５では、右方）に所定量移動すると、第１の同行部材２９の第１の端面３０が第３のストッパ部材３６の一方の端面３７（図５では、左側の端面）に衝突（当接）し、上記軸方向Ｘ１の一方へのラック軸８の移動が規制される。
また、図５（ｂ）に示すように、ラック軸８が軸方向Ｘ１の他方（図５では、左方）に所定量移動すると、第２の継手部材１６の一端面３５が第３のストッパ部材３６の他方の端面３８（図５では、右側の端面）に衝突（当接）し、上記軸方向Ｘ１の他方へのラック軸８の移動が規制される。

第３のストッパ部材３６は、金属材料で形成されているが合成樹脂や合成ゴム等の弾性を有する材料で形成したり、ストッパ面（一対の端面３７，３８）のみを合成樹脂や合成ゴム等の弾性を有する材料で形成してもよい。第３のストッパ部材３６が上記弾性を有する材料で形成されている場合や、第３のストッパ部材３６のストッパ面のみが上記弾性を有する材料で形成されている場合には、第３のストッパ部材３６に対する第１の同行部材２９または第２の継手部材１６の衝突による衝撃荷重が低減されるようになっている。

また、第３のストッパ部材３６に対する第１の同行部材２９または第２の継手部材１６の衝突による衝撃荷重の大部分は、ハウジング１４の第２の端部２２を介して第２のマウント部材２４に入力されるようになっており、第１のマウント部材２３（図１参照）は、当該衝撃荷重を殆ど受けないようになっている。
本実施形態では、第１のマウント部材２３と第２のマウント部材２４とで、荷重負荷が均衡されており、第１のマウント部材２３および第２のマウント部材２４の何れか一方に荷重が集中的に入力されることが防止されている。また、単一の部材である第３のストッパ部材３６の一対の端面３７，３８をストッパ面として機能させることにより、上述の実施形態に比べて部品点数を削減することができる。

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、図１〜図３における実施形態では、第１のストッパ部材３１および第２のストッパ部材３２がそれぞれハウジング１４によって保持されている場合について説明したが、第１のストッパ部材３１、第２のストッパ部材３２およびハウジング１４は単一の部材で一体に形成されていてもよい。

具体的には、図６（ａ）に示すように、ハウジング１１４の一部に、第１のストッパ部材３１に対応する第１のストッパ部４０と、第２のストッパ部材３２に対応する第２のストッパ部４１とを設けてもよい。また、図示はしないが、第１のストッパ部材３１および第２のストッパ部材３２の何れか一方を、ハウジング１４と単一の部材で一体に形成し、他方をハウジング１４に保持させてもよい。

同様に、図４〜図５における実施形態では、第３のストッパ部材３６がハウジング１４によって保持されている例について説明したが、図６（ｂ）に示すように、ハウジング２１４の一部に、第３のストッパ部材３６に対応する第３のストッパ部４２を設けてもよい。
また、上述の実施形態では、ステアリング装置が、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、ステアリング装置としては、ピニオンからラックに比較的大きなトルクが伝達される他の形式のステアリング装置であってもよい。例えば、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を本発明に係るステアリング装置として用いてもよい。

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要部を図解的に示す断面図である。 ラック軸の軸方向移動が規制された状態における電動パワーステアリング装置の要部を図解的に示す断面図である。 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要部を図解的に示す断面図である。 ラック軸の軸方向移動が規制された状態における電動パワーステアリング装置の要部を図解的に示す断面図である。 ハウジングの他の形態を示す図解的な断面図である。

符号の説明

１，１ａ・・・電動パワーステアリング装置（ステアリング装置）、６・・・ピニオン、８・・・ラック軸、１４，１１４，２１４・・・ハウジング、１６・・・第２の継手部材（第２の同行部材）、２１・・・第１の端部、２２・・・第２の端部、２６・・・電動モータ、２９・・・第１の同行部材、３１・・・第１のストッパ部材（ハウジングによって保持された部材）、３２・・・第２のストッパ部材（端部材、ハウジングによって保持された部材）、３３・・・第１のストッパ面（第１のストッパ）、３４・・・第２のストッパ面（第２のストッパ）、３６・・・第３のストッパ部材（端部材、ハウジングによって保持された部材）、３７・・・端面（第１のストッパ）、３８・・・端面（第２のストッパ）、Ｘ１・・・軸方向

Claims (3)

1. 操舵補助用の電動モータによって回転駆動されるピニオンと、
   このピニオンと噛み合うラック軸と、
   ピニオンに相対的に近い第１の端部およびピニオンから相対的に遠い第２の端部とを有し、上記ラック軸をラック軸の軸方向に移動可能に支持する筒状のハウジングと、
   ハウジング内に配置され、上記ラック軸と上記軸方向に同行移動可能な第１の同行部材と、
   ハウジング外に配置され、上記ラック軸と上記軸方向に同行移動可能な第２の同行部材と、
   ハウジングまたはハウジングによって保持された部材に設けられた第１および第２のストッパと、を備え、
   第１の同行部材がハウジングの第２の端部に向けて移動するときに、第１の同行部材が第１のストッパと当接することにより、ラック軸の軸方向の一方への移動が規制され、第２の同行部材がハウジングの第２の端部に向けて移動するときに、第２の同行部材が第２のストッパと当接することにより、ラック軸の軸方向の他方への移動が規制されるようにしてあ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２のストッパは、ハウジングの第２の端部に保持された端部材に設けられ、
   上記第１のストッパは、ハウジングまたはハウジングによって保持された部材に、ハウジングの第２の端部から離隔して設けら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において、上記第１および第２のストッパは、ハウジングの第２の端部に保持された端部材の一対の端面に設けられていることを特徴とするステアリング装置。

Images