JP2012106713A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置のラックアンドピニオン機構のストロークエンドにおいて、ラック軸のストロークエンドにおけるボールジョイントの打音を低減できる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ボールジョイントのストロークエンドを規制するストッパ２１を、ラック軸１４方向に並ぶ複数のラックブッシュ２１ａ，２１ｃと、この複数のラックブッシュ２１ａ，２１ｃ間に設けられた円環状弾性体２１ｂで構成し、ストロークエンドにおいて、複数のラックブッシュ２１ａ，２１ｃの一端と前記ボールジョイントの端部とを当接するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用の電動パワーステアリング装置に関する。

自動車の操舵装置である電動パワーステアリング装置は、ラックアンドピニオン式機構のラック軸のラック軸の両端に設けられたタイロッドを介して連結され、これらにより操向輪の向きを変えるようになっている。このタイロッドには、ボールジョイントが用いられ、ラック軸の移動に伴って直線運動をするラック軸の端部と操向輪との間での力伝達が行えるようになっている。このボールジョイントとしては特許文献１に記載されたものがある。
通常、このラックアンドピニオン機構には、ラック軸の移動をボールジョイントとの当接により制限するストロークエンドに、ストッパが設けられており、通常、このストッパには樹脂が用いられている。この樹脂が当接の際の衝撃緩衝（ダンパ）となり、打音の対策になっている。

特開平１１−２２２１４６号

しかしながら、最近の電動パワーステアリング装置は、中型や大型乗用車の車両重量の大きな車両にも実用されつつある。そのため、モータの大型化も進み、モータのイナーシャによるラック軸の移動により、ストロークエンドにおけるボールジョイントとストッパとの当接の際の衝撃も大きくなり、この際に発生する打音への対策の要求が高まっている。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、電動パワーステアリング装置のラックアンドピニオン機構のストロークエンドにおいて、ボールジョイントとストッパとの打音を低減できる電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ラックアンドピニオン機構と、このラックアンドピニオン機構のラック軸を保持するラックハウジングと、前記ラック軸の両端に設けられたボールジョイントと、前記ラックハウジングに形成された保持孔に設けられ、前記ボールジョイントのストロークエンドを規制するストッパと、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記ストッパを、前記ラック軸方向に並ぶ複数のラックブッシュと、この複数のラックブッシュ間に設けられた円環状弾性体で構成し、前記ストロークエンドにおいて、前記複数のラックブッシュの一端と前記ボールジョイントの端部とを当接するようにしたこと、を要旨としている。

本発明の構造によれば、ラック軸を摺動自在に支持できると共に、ラック軸のストロークエンドにおいて、モータのイナーシャによるボールジョイントの衝撃力を、ストッパを構成する複数のラックブッシュ間に介在させた円環状弾性体により吸収するので、打音の発生を防止できる。

請求項２に記載の発明は、前記複数のラックブッシュと前記ラック軸の間に、第２のラックブッシュを介在させたことを要旨としている。
即ち、ラック軸のストロークエンドにおけるボールジョイントの衝撃力による円環状弾性体の圧縮変形を確実にし、この円環状弾性体の圧縮変形によりラック軸の摺動抵抗が急激に変化することを防止できる。

電動パワーステアリング装置のラックアンドピニオン機構のストロークエンドにおいて、ボールジョイントが当接ことによる打音を低減できる。

本実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構造を示す模式図である。 図１のラック軸のラック軸端部の一部断面図である。 本実施形態におけるストッパの斜視図である。 本実施形態におけるストッパの衝撃時の変形時の断面図である。 他の実施形態におけるストッパの概略構造図である。

以下では、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態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３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４からの操舵トルクにより操向輪２を操舵するためのラックアンドピニオン機構からなる操舵機構５と、ステアリングシャフト４および操舵機構５の間に設けられてこの間において回転を伝達する軸継手としての中間軸６とを有している。

ステアリングシャフト４は、ステアリングコラム７の内部を挿通し、ステアリングコラム７により回転自在に支持されている。ステアリングコラム７はブラケット８を介して車体９に支持されている。ステアリングシャフト４の一方の端部にステアリングホイール３が連結され、ステアリングシャフト４の他方の端部に中間軸６が連結されている。
中間軸６は、動力伝達軸１０と、中間軸６の一方の端部に設けられた自在継手１１と、中間軸６の他方の端部に設けられた自在継手１２とを有している。

操舵機構５は、入力軸としてのピニオン軸１３と、自動車の横方向（直進方向と直交する方向）に延びる転舵軸としてのラック軸１４と、ピニオン軸１３およびラック軸１４を支持するラックハウジング１５とを有している。ラックハウジング１５は、車体９に固定されている。ピニオン軸１３のピニオン歯１３ａと、ラック軸１４のラック歯１４ａとが互いに噛み合っている。

ピニオン軸１３は、ラックハウジング１５に回動自在に支持されている。また、ラック軸１４は、その軸方向Ｓに関して直線往復移動自在にラックハウジング１５に支持されている。ラックハウジング１５のラックハウジング端部１５ａ，１５ｂから、ラック軸１４の軸方向Ｓに関してのラック軸１４のラック軸端部１４ｂが突出している。ラック軸端部１４ｂには、一対のボールジョイント１４ｃが設けられている。各ボールジョイント１４ｃに、タイロッドおよびナックルアーム（図示せず）を介して、対応する操向輪２が連動するように連結されている。

ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト４および中間軸６を介して操舵機構５に伝達される。ステアリングホイール３の回動に連動して中間軸６およびピニオン軸１３が回動し、これに伴ってラック軸１４がその軸方向Ｓに沿って移動する。これにより、操向輪２を操舵することができる。
電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。
すなわち、電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクを検出するトルクセンサ１６と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１７と、操舵補助用の電動モータ１８と、伝動装置としての減速機１９とを有している。本実施形態では、電動モータ１８および減速機１９は、ステアリングコラム７に関連して設けられている。

トルクセンサ１６は、ステアリングホイール３からステアリングシャフト４に作用する操舵トルクを検出する。トルク検出結果は、ＥＣＵ１７に与えられる。ＥＣＵ１７は、上述のトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、電動モータ１８を制御する。
ステアリングホイール３が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ１６により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ１８が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機１９を介してピニオン軸１３に伝達される。これとともに、ステアリングホイール３の動きも、操舵機構５に伝わる。その結果、操向輪２が操舵されるとともに、操舵が補助される。

本実施形態の操舵機構５は、上述のピニオン軸１３と、上述のラック軸１４と、ラック軸１４の軸方向中央部を収容し車体９に支持された上述のラックハウジング１５とを有している。
ラック軸１４は、長尺の棒状部材である。軸方向Ｓに関してのラック軸１４のラック軸端部１４ｂには、ラック歯１４ａが形成されておらず、ラック軸端部１４ｂは、例えば、断面円形等の断面丸形に形成されている。軸方向Ｓに関してのラック軸１４の中間部の外周面は、断面円弧形状をなす湾曲部と、軸方向Ｓに平行な平坦部とを有している。この平坦部にラック歯１４ａが形成されている。

ラックハウジング１５は、筒状をなし、ラック軸１４の軸方向Ｓに沿って延びている。ラックハウジング１５には、ラック軸１４が挿通されている。ラックハウジング１５は、その長手方向（軸方向Ｓに相当）に関するラックハウジング端部１５ａ，１５ｂと、これらラックハウジング端部１５ａ，１５ｂの間に配置された中間部１５ｃとを有している。
ラックハウジング１５の中間部１５ｃは、軸受（図示せず）を介してピニオン軸１３を回動自在に支持している。ピニオン軸１３は、ラックハウジング端部１５ａに相対的に近くなるように配置され、ラックハウジング端部１５ｂに相対的に遠くなるように配置されている。

また、操舵機構５は、ラック軸１４をその軸方向Ｓに摺動自在に支持すると共にボールジョイント１４ｃの移動を規制する筒状のストッパ２０，２１と、ラック軸支持装置２３とを有している。
ラック軸支持装置２３は、ラック軸１４をピニオン軸１３側となる所定の付勢方向Ｆに付勢しながらラック軸１４を軸方向Ｓに移動自在に支持している。ラック軸支持装置２３は、ラックハウジング１５の長手方向に関して、ラックハウジング１５の中間部１５ｃであってピニオン軸１３と同じ位置に配置されている。ラック軸１４の軸方向Ｓに直交する方向であって所定の付勢方向Ｆに関して、ラック軸支持装置２３とピニオン軸１３とは、ラック軸１４を挟んで互いに反対側に配置されている。

ラック軸支持装置２３は、ラックハウジング１５に設けられて保持孔２４ａを区画する筒部材２４と、保持孔２４ａ内に移動自在に保持されてラック軸１４を受ける支持部材としてのサポートヨーク２５と、サポートヨーク２５をピニオン軸１３に向けて付勢する付勢部材としてのばね部材２６と、ばね部材２６を受ける受け部材２７とを有している。
筒部材２４はラックハウジング１５の中間部１５ｃに一体に形成されている。保持孔２４ａは、上述の付勢方向Ｆ、すなわち、ラック軸１４の軸方向Ｓに直交する方向であり且つピニオン軸１３の軸方向に直交する方向に平行に延びている。保持孔２４ａの一端がラックハウジング１５の中間部１５ｃの内部に開口している。保持孔２４ａの他端に受け部材２７が固定されている。保持孔２４ａの内部にばね部材２６とサポートヨーク２５とが収容されている。

サポートヨーク２５は、円柱形状をなしている。サポートヨーク２５の軸線が保持孔２４ａの延びる方向に平行に配置されている。この方向に平行に、サポートヨーク２５は自在に移動できるようになっている。サポートヨーク２５の軸線が延びる方向に関して、サポートヨーク２５の一端がラック軸１４に摺動自在に接していて、他端がばね部材２６に接している。ばね部材２６は、サポートヨーク２５の他端と受け部材２７との間に弾性圧縮変形を受けた状態で介在している。ばね部材２６は、サポートヨーク２５を押圧付勢し、ひいては、サポートヨーク２５を介してラック軸１４をピニオン軸１３に向けて付勢している。

次に、本発明の実施の形態である上述のストッパ２０，２１の詳細を図２〜図３を用いて説明する。なお、前記ストッパ２０，２１は同一構成のため、ストッパ２１について説明し、ストッパ２０の説明は省略する。

図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置１のラック軸１４端部１５ａの一部断面図を示す。
ラックハウジング１５のラックハウジング端部１５ａは、保持孔２８を有している。保持孔２８は、ストッパ２１を保持している。保持孔２８は、円筒面からなる内周面２８ａと、この内周面２８ａの一端から径方向内方へ延びる側壁２８ｂとを有している。

ストッパ２１は、ラック軸１４の軸方向Ｓに関して、保持孔２８の開口端と側壁２８ｂとの間に配置されて、ストッパ２１を軸方向に移動を規制するＣ型止め輪が設けられている。

ストッパ２１は筒形状のラックハウジング側ブッシュ２１ａとボールジョイント側ブッシュ２１ｃと、このラックハウジング側ブッシュ２１ａとボールジョイント側ブッシュ２１ｃの間に設けられた円環状弾性体２１ｂで構成されている。
このラックハウジング側ブッシュ２１ａとボールジョイント側ブッシュ２１ｃは摺動性に優れ弾性を有する合成樹脂部材、例えば熱可塑性ポリエステル系エラストマー（ＴＰＥＥ）、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂により形成されている。
また前記円環状弾性体２１ｂは、ポリウレタン、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）ＣＲ（クロロプレンゴム）により構成されている。
なお、ストッパ２１には図３に示すように、ラック軸１４を摺動自在に支持する内周面３６が形成されている。この内周面３６が、ラック軸１４のラック軸端部１４ｂを軸方向Ｓに摺動自在に支持している

また、ラックハウジング側ブッシュ２１ａとボールジョイント側ブッシュ２１ｃの外周面と保持孔２８の内周面２８ａとの間には所定量の隙間が開けられている。また、ラックハウジング側ブッシュ２１ａとボールジョイント側ブッシュ２１ｃとの間に、円環状弾性体２１ｂが、圧縮弾性変形した状態で介在し、弾性的に支持されている。

ストッパ２１の円環状弾性体２１ｂは、具体的には、円環状弾性体２１ｂ自身の弾性反発力と、ラックハウジング側ブッシュ２１ａとボールジョイント側ブッシュ２１ｃおよびハウジング１５の内周面２８a及びラック軸１４の外周面で密閉されているため圧縮力としてバランスすることで、弾性力を増大できる構造となっている。
即ち、円環状弾性体２１ｃの弾性反発力により、ラック軸１４を軸方向及び径方向に変位可能に弾性支持する。

円環状弾性体２１ｃは、ラックハウジング側ブッシュ２１ａとボールジョイント側ブッシュ２１ｃに挟まれてラック軸１４の軸方向に弾性変形を受けてさらに、半径方向に力を分散し、バランスしながらラック軸の衝撃力を吸収する。
次に図４に基づき、ラック軸１４のストロークエンドにおけるボールジョイント１４ｃの端部がストッパ２１に当接した場合の動作について説明する。
ボールジョイント１４ｃの端部がストッパ２１に当接すると、ボールジョイント１４ｃの端部からの衝撃力をボールジョイント側ブッシュ２１ｃで受ける。すると、円環状弾性体２１ｂが、ラックハウジング側ブッシュ２１ａとボールジョイント側ブッシュ２１ｃの間に挟まれた状態になる。挟まれた状態の円環状弾性体２１ｂは、軸方向に変形変位し、その後、半径方向に変形することにより、円環状弾性体２１自体の弾性率が増大する。即ち、衝撃エネルギーは変位量が大きいほど吸収エネルギーが大きいが、変位量が大きくなると円環状弾性体２１の強度耐久性が低下するが、円環状弾性体２１はほぼ密閉された状態にあるので、圧縮弾性率が一方向の弾性率に対して飛躍的に増加する（この特性を利用して、変位量と弾性値を両立させる構造にしている）。これによって、ボールジョイント１４ｃの端部からの衝撃力を吸収することができるので、ラック軸１４のストロークエンドにおけるボールジョイント１４ｃの打音を低減できる。

なお、円環状弾性体２１の諸元は、厚さや長さを適宜変更し、ボールジョイント１４ｃの端部の衝撃開始時の十分な変位量を最適化することにより決定する。
また、ストッパ２１の軸方向長さはラック軸１４に負荷される面圧に影響するため、長いほうがよいが、長くなると操舵時のラック軸１４の傾きに対して許容できなくなり、操舵トルクが増大するため、適正化されている。

本発明の他の実施形態を図５に示す。
ストッパ２１の内周面３６とラック軸１４との間に、さらにブッシュ３１（第２のラックブッシュ）を挿入させてもよい。これにより、ラック軸１４のストロークエンドにおけるボールジョイント１４ｃの衝撃力による円環状弾性体２１ｂの圧縮変形を確実にし、この円環状弾性体２１ｂの圧縮変形によりラック軸１４の摺動抵抗が急激に変化することを防止できる。

１…電動パワーステアリング装置、１３…ピニオン軸、１４…ラック軸、１４ｂ…ラック軸端部、１５…ラックハウジング、１５ａ，１５ｂ…ラックハウジング端部、２１…ストッパ、２１ａ…ラックハウジング側ブッシュ、２１ｂ…円環状弾性体、２１ｃ…ボールジョイント側ブッシュ、２３…ラック軸支持装置、Ｆ…所定の付勢方向、Ｓ…軸方向、Ｘ１…第１の方向（平行な方向）、Ｘ２…第２の方向（直交する方向）。

Claims (2)

1. ラックアンドピニオン機構と、このラックアンドピニオン機構のラック軸を保持するラックハウジングと、前記ラック軸の両端に設けられたボールジョイントと、前記ラックハウジングに形成された保持孔に設けられ、前記ボールジョイントのストロークエンドを規制するストッパと、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記ストッパを、前記ラック軸方向に並ぶ複数のラックブッシュと、この複数のラックブッシュ間に設けられた円環状弾性体で構成し、前記ストロークエンドにおいて、前記複数のラックブッシュの一端と前記ボールジョイントの端部とを当接するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記複数のラックブッシュと前記ラック軸の間に、第２のラックブッシュを介在させたことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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