JP2010047111A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵軸の軸方向に関して車両用操舵装置を小型にすること。
【解決手段】電動モータ２３によって減速機構２４を介してボールねじ機構２５のボールナット３１を回転させる。ラック軸１０が軸方向Ｘ１に移動する。第１のハウジング４２によって支持された複列アンギュラ玉軸受４１が、ボールナット３１を回転可能に支持する。減速機構２４は、ボールナット３１に同行回転可能に取り付けられた環状の減速ギヤ３４を含む。第２のハウジング４３に形成されたラックストッパ５９の少なくとも一部を減速ギヤ３４の径方向内方に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用操舵装置に関するものである。

電動モータの出力回転を、ボールねじ機構を用いて、ラック軸の軸方向移動に変換する電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１，２を参照）。
ボールねじ機構は、ラック軸に形成されたボールねじ部と、そのボールねじ部にボールを介して係合するボールナットとを備えている。ボールナットには、減速用の傘歯車が同行回転可能に連結されている。

特許文献１では、ボールナットの両端が、車体に固定されたハウジングによって、一対の軸受を介して、両持ち状に支持され、また、減速歯車としての傘歯車は、一対の軸受間に配置されている。
特許文献２では、ボールナットおよび減速歯車としての傘歯車を含むユニットが、ユニットの一端のみで片持ち状に支持されている。
特開２００２−２１１４２０号公報 特開２００４−２９１６９０号公報

ボールねじ機構を用いた場合、ラック軸の軸方向に関して、電動パワーステアリング装置が大型になるという問題がある。
通例、特許文献１のように、ラック軸を軸方向に移動可能に支持する筒状のハウジングに、ラック軸の軸方向移動量を規制するためのラックストッパが形成されている。ボールナットを含むユニットとラックストッパとは、ラック軸の軸方向に離隔して配置されている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、転舵軸の軸方向に関して小型にすることができる車両用操舵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に、本発明は、電動モータ（２３）によって減速機構（２４，２４１）を介して駆動されるボールナット（３１）を含み、上記ボールナットの回転を転舵軸（１０）の軸方向（Ｘ１）移動に変換するボールねじ機構（２５）と、上記ボールねじ機構を収容するハウジング（３６）と、上記ハウジングに形成された軸受保持部（４７）に嵌合され、上記ボールナットを回転可能に支持する軸受（４１）と、を備え、上記減速機構は、上記ボールナットに同行回転可能に取り付けられた環状の減速部材（３４，３４１）を含み、上記ハウジングは、転舵軸と同行移動する部材（１３）に当接することにより、転舵軸の軸方向移動量を規制するラックストッパ（５９）を含み、上記ラックストッパの少なくとも一部が、上記減速部材の径方向内方に配置されていることを特徴とするものである。

本発明では、ハウジングに設けたラックストッパの少なくとも一部を、減速部材の径方向内方に配置するので、電動パワーステアリング装置を、転舵軸の軸方向に関して小型化することができる。
また、上記軸受は複列アンギュラ玉軸受であり、上記減速部材は、上記ボールナットを介して上記複列アンギュラ玉軸受によって片持ち状に支持されている場合がある。これにより、ラックストッパの少なくとも一部を減速部材の径方向内方に配置するレイアウトが実質的に可能となる。すなわち、減速部材を取り付けたボールナットを、負荷容量が大きくモーメント荷重に強い複列アンギュラ玉軸受のみで支持する。すなわち、減速部材を減速部材の両側に配置された軸受によって両持ち状に支持するのではなく、減速部材の片側に配置された複列アンギュラ玉軸受によって片持ち状に支持し、他方の軸受を廃止する。これにより、ハウジングに設けたラックストッパの少なくとも一部を、減速部材の径方向内方に配置するレイアウトが実質的に可能となる。

上記減速機構は、減速部材としての減速ギヤを有する平行軸歯車機構であってもよいし、減速部材としての減速プーリを有するプーリ・ベルト機構であってもよい。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する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。

本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１を参照して、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に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を有して自動車の左右方向（軸方向Ｘ１に相当）に延びる転舵軸としてのラック軸１０とを備えている。ピニオン軸７およびラック軸１０により、ラックアンドピニオン機構からなる舵取り機構１１が構成されている。

ラック軸１０は、車体に固定され互いに連結されたハウジング１２およびハウジング３６内に挿通されており、後述する複列アンギュラ玉軸受４１や図示しないラックブッシュ等を介して軸方向Ｘ１に移動可能に支持されている。ラック軸１０の一対の端部は、ハウジング１２およびハウジング３６からそれぞれ外方へ突出している。ラック軸１０の上記一対の端部のそれぞれには、自在継手１３を介してタイロッド１４が結合されている。各タイロッド１４は、対応するナックルアーム１５を介して対応する転舵輪１６に連結されている。

操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３およびピニオン軸７が回転されると、そのピニオン軸７の回転がピニオン８およびラック９によって、ラック軸１０の軸方向Ｘ１の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１６の転舵が達成される。
ピニオン軸７は、中間軸５およびステアリングシャフト３を介して操舵部材２とは一体回転可能に連結された入力軸１７と、ピニオン８が設けられた出力軸１８と、入力軸１７および出力軸１８を同軸上に相対回転可能に連結するトーションバー１９とを備えている。ハウジング１２には、ピニオン軸７を収容する筒状の筒状のピニオンハウジング９１が交差状に一体に形成されている。

トーションバー１９を介する入力軸１７および出力軸１８の相対回転に応じて操舵トルクを検出するためのトルクセンサ２０が設けられている。そのトルクセンサ２０のトルク検出結果および車速センサ２１からの車速検出結果は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）２２に与えられる。ＥＣＵ２２では、トルク検出結果、車速検出結果等に基づいて、操舵力としての操舵補助力を発生するための電動モータ２３を駆動制御する。

また、電動パワーステアリング装置１は、電動モータ２３の回転軸２６の回転を減速する減速機構２４と、減速機構２４の出力回転をラック軸１０の軸方向移動に変換する運動変換機構としてのボールねじ機構２５とを備えている。電動モータ２３が、減速機構２４およびボールねじ機構２５を介して、ラック軸１０に軸方向の駆動力を与え、これにより、操舵が補助されるようになっている。

減速機構２４は、平行軸歯車機構により構成されていてもよいし、ベルト・プーリ機構により構成されていてもよい。本実施の形態では、減速機構２４が平行軸歯車機構により構成されている場合に則して説明する。減速機構２４は、電動モータ２３の回転軸２６と同軸上に継手２７を介して同行回転可能に連結された入力軸２８と、その入力軸２８と平行に配置された中間軸２９と、同じく入力軸２８と平行に配置された出力軸としてのねじ軸３０とを備えている。

ねじ軸３０は、転舵軸としてのラック軸１０の一部に同軸的に設けられている。ねじ軸３０と、ねじ軸３０の周囲を取り囲むボールナット３１と、ねじ軸３０およびボールナット３１の間に介在する複数のボール３２とによって、上記ボールねじ機構２５が構成されている。ボールナット３１は、複数のボール３２を介してねじ軸３０に係合している。
減速機構２４は、入力軸２８とは同行回転可能に設けられた駆動ギヤ３３と、上記ボールナット３１とは同行回転可能に設けられた減速部材としての減速ギヤ３４と、中間軸２９とは同行回転可能に設けられ、駆動ギヤ３３および減速ギヤ３４に噛み合う中間ギヤ３５とを備えている。駆動ギヤ３３、減速ギヤ３４および中間ギヤ３５のそれぞれは、平歯車により構成されていてもよいし、はすば歯車により構成されていてもよい。

減速機構２４およびボールねじ機構２５は、筒状のハウジング３６内に収容されている。入力軸２８は、ハウジング３６により保持された一対の軸受３７，３８によって回転可能に支持されている。中間軸２９は、ハウジング３６により保持された一対の軸受３９，４０によって回転可能に支持されている。また、ねじ軸３０をボール３２を介して支持したボールナット３１は、ハウジング３６により保持された複列アンギュラ玉軸受４１によって回転可能に支持されている。

上記ハウジング３６は、互いに連結された第１のハウジング４２および第２のハウジング４３により構成されている。第１のハウジング４２には、上記のハウジング１２が連結されている。
本実施の形態の主に特徴とするところは、ハウジング３６の第２のハウジング４３に設けられたラックストッパ５９の少なくとも一部を、減速ギヤ３４の径方向内方に配置し、これにより、電動パワーステアリング装置１を、ラック軸１０の軸方向に関して小型化した点にある。ラックストッパ５９は、ラック軸１０（転舵軸）と同行移動する部材としての自在継手１３に当接することにより、ラック軸１０の軸方向移動量を規制する。

また、第１のハウジング４２によって保持された複列アンギュラ玉軸受４１の外輪を止定するためのロックねが５７が設けられている。ロックねじ５７が、仮に緩んだとしても、そのロックねじ５７の緩み量を第２のハウジング４３の端面４３ａによって規制でき、その結果、ロックねじ５７と減速ギヤ３４との干渉を防止でき、異音発生を防止するようにしている。

図２を参照して、第１のハウジング４２の端面４２ａと第２のハウジング４３の端面４３ａとが互いに突き合わされた状態で、第１および第２のハウジング４２，４３が、固定ねじ４４により互いに締結されている。
複列アンギュラ玉軸受４１は、一体化された外輪８１と、軸方向に並ぶ一対の内輪８２からなる内輪ユニット８３と、２列のボール８４とを備えており、単列アンギュラ玉軸受の背面合せに相当する。背面合せに相当しているので、モーメント荷重に対する負荷能力を高くできて好ましい。複列アンギュラ玉軸受４１に代えて、例えば背面合わせの組合せアンギュラ玉軸受を用いるようにしてもよい。

ボールねじ機構２５のねじ軸３０とボールナット３１との間の軌道路にボール８４を循環させるためのサーキュレータ７０が、複列アンギュラ玉軸受４１の径方向内方に配置されており、ラック軸１０の軸方向Ｘ１に関して、電動パワーステアリング装置１の小型化が図られている。
入力軸２８の一端２８ａを支持する軸受３７と、中間軸２９の一端２９ａを支持する軸受３９と、ボールナット３１を支持する複列アンギュラ玉軸受４１とが、第１のハウジング４２によって保持されている。具体的には、軸受３７が、第１のハウジング４２の軸受保持部４５に保持され、軸受３９が、第１のハウジング４２の軸受保持部４６に保持され、複列アンギュラ玉軸受４１が、第１のハウジング４２の軸受保持部４７に保持されている。

また、入力軸２８の他端２８ｂを支持する軸受３８が、第２のハウジング４３の軸受保持部４８に保持され、中間軸２９の他端２９ｂを支持する軸受４０が、第２のハウジング４３の軸受保持部４９に保持されている。
図２および拡大断面図である図３を参照して、ボールナット３１の一端に小径部５０が形成され、ボールナット３１の他端に小径部５１が形成され、小径部５０と小径部５１との間に、大径部５２が設けられている。ボールナット３１の大径部５２の外周に形成された保持凹部５３に、複列アンギュラ玉軸受４１の内輪ユニット８３が嵌合されている。ボールナット３１の大径部５２は、保持凹部５３の一端に隣接する位置決め段部５４を有している。

小径部５０の外周に形成されたねじ部に、固定ナット５５が嵌合されている。固定ナット５５と位置決め段部５４との間に、上記内輪ユニット８３が挟持され、これにより、ボールナット３１に対する内輪ユニット８３の軸方向移動が規制されている。
また、小径部５１の外周に、減速部材としての減速ギヤ３４が圧入され、これにより、減速ギヤ３４がボールナット３１と同行回転可能に連結されている。減速ギヤ３４およびボールナット３１を含むユニットは、複列アンギュラ玉軸受４１のみによって、片持ち状に支持されている。

上記のように減速ギヤ３４を片持ち状に支持した場合、減速ギヤ３４のアライメント誤差が増加するおそれがある。そこで、減速ギヤ３４の歯面に、歯すじ方向のクラウニングを設けることが好ましい。これにより、上記のようにアライメント誤差の増加に拘らず、ギヤ騒音の増加を抑制することができる。
複列アンギュラ玉軸受４１の外輪８１は、第１のハウジング４２の上記軸受保持部４７に嵌合されている。第１のハウジング４２の内周には、軸受保持部４７に隣接してねじ部５６が形成されており、そのねじ部５６に、ロックねじ５７が嵌合されている。ロックねじ５７と第１のハウジング４２の位置決め段部６３との間に、外輪８１が挟持され固定されている。

ロックねじ５７は、複列アンギュラ玉軸受４１の外輪８１の端面８１ａに当接して、複列アンギュラ玉軸受４１の軸方向移動を規制する。ロックねじ５７は、ラック軸１０の軸方向Ｘ１に平行な方向Ｙ１に関して、減速ギヤ３４と複列アンギュラ玉軸受４１との間に配置されている。
図３に示すように、ラック軸１０の軸方向Ｘ１に平行な方向Ｙ１に関して、ロックねじ５７の端面５７ａと第２のハウジング４３の端面４３ａとが、互いの間に隙間Ｓ１を設けて対向している。また、ラック軸１０の軸方向Ｘ１に平行な方向Ｙ１に関して、ロックねじ５７の端面５７ａと減速ギヤ３４の端面３４ａとの距離Ｌ１が、ロックねじ５７の端面５７ａと第２のハウジング４３の端面４３ａとの距離Ｌ２よりも大きくされている（Ｌ１＞Ｌ２）。

減速ギヤ３４の一部は、ボールナット３１の他端から突出する環状の突出部５８を含んでいる。その突出部５８の径方向内方に、第２のハウジング４３に形成されたラックストッパ５９の少なくとも一部が配置されている。
ラックストッパ５９は、ねじ軸３０を有するラック軸１０の軸方向のストローク量を規制するためのストッパである。ラック軸１０の端部とタイロッド１４とを連結する自在継手１３（図１参照）のハウジング（図示せず）が、ラックストッパ５９のストッパ面６０と当接することにより、ラック軸１０のストローク量が規制されるようになっている。

また、ストッパ面６０に形成された環状凹部６１に、環状の弾性部材６２が収容されており、弾性部材６２の一部はストッパ面６０から突出している。これにより、弾性部材６２は、自在継手１３のハウジングがストッパ面６０に当接するときの衝突音を緩和するように働く。
本実施の形態によれば、図３に示すように、第２のハウジング４３に設けたラックストッパ５９の少なくとも一部を、減速ギヤ３４の径方向内方に配置する。したがって、電動パワーステアリング装置１を、ラック軸１０の軸方向Ｘ１に関して小型化することができる。

また、減速ギヤ３４およびボールナット３１を含むユニットを、負荷容量が大きくモーメント荷重に強い複列アンギュラ玉軸受４１のみで支持している。すなわち、特許文献１のように減速ギヤおよびボールナットを含むユニットを減速ギヤの両側に配置された軸受によって両持ち状に支持するのではなく、本実施の形態では、減速ギヤ３４およびボールナット３１を含むユニットを、減速ギヤ３４の片側に配置された複列アンギュラ玉軸受４１によって片持ち状に支持し、他方の軸受を廃止する。これにより、上記のように、第２のハウジング４３に設けたラックストッパ５９の少なくとも一部を、減速ギヤ３４の径方向内方に配置するレイアウトが実質的に可能となる。

また、図３に示したように、ラック軸１０の軸方向Ｘ１に平行な方向Ｙ１に関して、ロックねじ５７の端面５７ａと第２のハウジング４３の端面４３ａとが対向している。また、ラック軸１０の軸方向Ｘ１に平行な方向Ｙ１に関して、ロックねじ５７の端面５７ａと減速ギヤ３４の端面３４ａとの距離Ｌ１が、ロックねじ５７の端面５７ａと第２のハウジング４３の端面４３ａとの距離Ｌ２よりも大きくされている（Ｌ１＞Ｌ２）。

したがって、万一、ロックねじ５７が緩んで、減速ギヤ３４側へ移動したとしても、その緩んだロックねじ５７は、第２のハウジング４３の端面４３ａに当接する位置までしか移動できない。その結果、ロックねじ５７が減速ギヤ３４に当接することがなく、したがって、異音の発生を確実に防止することができる。特に、新たな部品を追加する必要がなく、簡単な構造で、ロックねじ５７の緩みに起因する不具合を防止することができ、また、製造コストを安くすることができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、図１および図３の実施の形態では、減速機構２４が、減速ギヤ３４を含む平行軸歯車機構であったが、図４および図５に示すように、減速機構２４１が、駆動プーリ３３１と、減速プーリ３４１と、駆動プーリ３３１および減速プーリ３４１を連結する無端状のベルト６７を含むプーリ・ベルト機構であってもよい。図４および図５の実施の形態の構成要素のうち、図１および図３の実施の形態の構成要素と同じ構成要素については、図４および図５に、図１および図３の実施の形態の符号の同一の符号を付し、その説明を省略してある。

本発明は、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、本発明が、電動モータの出力を操舵補助力として出力する電動パワーステアリング装置に適用された例について説明したが、これに限らない。例えば、操舵部材の操舵角に対する転舵輪の転舵角の比を変更可能な伝達比可変機構を備え、伝達比可変機構を駆動するために電動モータの出力を用いる伝達比可変式の車両用操舵装置や、操舵部材と転舵輪との機械的な連結が解除され、転舵輪を電動モータの出力で操向するステア・バイ・ワイヤ式の車両用操舵装置等に、本発明を適用してもよい。

本発明の一実施の形態の車両用操舵装置としての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。 図１の電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図である。 図２を部分的に拡大した断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置としての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。 図４の電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、７…ピニオン軸、１０…ラック軸（転舵軸）、Ｘ１…（転舵軸の）軸方向、１１…舵取り機構、１３…自在継手（転舵軸と同行移動する部材）、２３…電動モータ、２４，２４１…減速機構、２５…ボールねじ機構、３１…ボールナット、３３…駆動ギヤ（駆動部材）、３４…減速ギヤ（減速部材）、３５…中間ギヤ、３６…ハウジング、４７…軸受保持部、５６…ねじ部、５７…ロックねじ、５９…ラックストッパ、６７…ベルト、３３１…駆動プーリ（駆動部材）、３４１…減速プーリ（減速部材）

Claims (2)

1. 電動モータによって減速機構を介して駆動されるボールナットを含み、上記ボールナットの回転を転舵軸の軸方向移動に変換するボールねじ機構と、
   上記ボールねじ機構を収容するハウジングと、
   上記ハウジングに形成された軸受保持部に嵌合され、上記ボールナットを回転可能に支持する軸受と、を備え、
   上記減速機構は、上記ボールナットに同行回転可能に取り付けられた環状の減速部材を含み、
   上記ハウジングは、転舵軸と同行移動する部材に当接することにより、転舵軸の軸方向移動量を規制するラックストッパを含み、
   上記ラックストッパの少なくとも一部が、上記減速部材の径方向内方に配置されていることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１において、上記軸受は複列アンギュラ玉軸受であり、
   上記減速部材は、上記ボールナットを介して上記複列アンギュラ玉軸受によって片持ち状に支持されていることを特徴とする車両用操舵装置。

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