JP2012206565A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック軸周りを大型化することなく、かつボールジョイントとハウジングとの打音を防止できるラックエンド支持構造を有する電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ラック軸１４とピニオン軸からなるステアリング機構と、このラック軸１４の両端に設けられたボールジョイント１４ｃと、ラック軸１４とピニオン軸を保持するラックハウジング１５と、このラックハウジング１５とボールジョイント１４ｃとの間に設けたストッパと、ラック軸１４を摺動支持するラックブッシュ２１とからなる電動パワーステアリング装置において、前記ストッパと前記ラックブッシュ２１とを一体に形成した衝撃緩衝部材を、前記ラック軸１４上かつ前記ラックハウジング１５と前記ボールジョイント１４ｃとの間に設けた。
【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・ピニオン式ステアリング機構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、このタイロッドに連結された操向車輪の向きを変えられるようになっている。このタイロッドには、玉継手（ボールジョイント）が用いられ、ラック軸の摺動に伴って直線運動をするラック軸の端部と操向車輪との間での力伝達が行えるようになっている（特許文献１）。
通常、このラック・ピニオン式ステアリング機構には、ラック軸の移動を制限（ストロークエンド）ストッパがラック軸を摺動可能に支持するラックハウジングの両端に設けられており、ストロークエンド時に、ボールジョイントがストッパに当接することで、ラック軸の移動を制限している。
また、ボールジョイントがストッパに当接した際には打音が発生する場合があり、通常、このストッパには衝撃緩衝（ダンパ）として樹脂が用いられ、打音対策がされている。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り、衝撃吸収のため弾性体を使用したストッパが用いられている（特許文献２）。

特開平１１−２２２１４６号公報 特開２００３−３１２４９１号公報

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り、これに伴い、モータの大型化も進み、ストロークエンド付近でモータのイナーシャによりラック軸が移動するため、ボールジョイントがラックストッパに当接する際の衝撃も大きくなり、この衝撃を効果的に吸収することが要求されている。
そこで、ラック軸周りを大型化することなく、かつボールジョイントとハウジングとの打音を防止できるラックエンド支持構造を有す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、ラック軸とピニオン軸からなるステアリング機構と、このラック軸の両端に設けられたボールジョイントと、前記ラック軸とピニオン軸を保持するラックハウジングと、このラックハウジングと前記ボールジョイントの間に設けたラックストッパと、前記ラック軸を摺動支持するラックブッシュとからなる電動パワーステアリング装置において、前記ラックストッパと前記ラックブッシュを一体に形成した衝撃緩衝部材を、前記ラック軸上かつ前記ラックハウジングと前記ボールジョイントとの間に設けたことを要旨としている。

本発明の構造によれば、前記ラックストッパと前記ラックブッシュを一体に形成した衝撃緩衝部材により、ボールジョイントがストロークエンドに達した際、ボールジョイントとラックハウジングとの間に介在する衝撃緩衝部材を構成する、ラックストッパで衝撃を吸収すると共に、ラック軸を摺動支持するラックブッシュも変形して衝撃を吸収するので、より強い衝撃力を吸収できる。

請求項２に記載の発明は、前記ラック軸の端部の前記ボールジョイントとの間に形成した凹部と、この凹部に前記衝撃緩衝部材を嵌着したことを要旨としている。
即ち、衝撃緩衝部材を凹部に設けたので、ボールジョイントがストロークエンドに達した際の衝撃が衝撃緩衝部材のラックストッパからラックブッシュに伝わり、ラックブッシュでも衝撃を受けるので、衝撃緩衝部材の径方向の変形を少なくできる。これにより衝撃緩衝部材による衝撃吸収のための剛性を保つことができる。

ラック軸周りを大型化することなく、かつボールジョイントとハウジングとの打音を防止できるラックエンド支持構造を有する電動パワーステアリング装置を提供できる。

ラック・ピニオン式ステアリング装置の概略構造を示す図である。 ラックブッシュについての取付構造付近の詳細を示す断面図である。 ラックブッシュの別の実施形態を説明する図である。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、ステアリング装置がパワーステアリング装置である場合に則して説明するが、これに限らず、例えば、マニュアル操舵のステアリング装置であってもよい。
図１は、本発明の第１の実施形態の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、ステアリング装置１は、操舵輪２を操舵するためのラックアンドピニオン式のステアリング装置として構成されている。ステアリング装置１は、操舵部材としての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である。）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の両端部１５ａ，１５ｂから、ラック軸１４の軸方向Ｓに関してのラック軸１４の両端部１４ｂが突出している。これら両端部１４ｂには、継手部材としての一対のボールジョイントユニット１４ｃが設けられている。各ボールジョイントユニット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。
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、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に支持されたハウジングとしての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の両端部１４ｂには、ラック歯１４ａが形成されておらず、両端部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に相当する。）に関する第１および第２の端部１５ａ，１５ｂと、これら両端部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、第１の端部１５ａに相対的に近くなるように配置され、第２の端部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筒状の第１および第２のラックブッシュ２０，２１と、一対のラックストッパ２２と、ラック軸支持装置２３とを有している。なお、本発明の衝撃緩衝部材は第１のラックブッシュ２０とラックストッパ２２から構成され、一体に形成されている。第２のラックブッシュ２１とラックストッパ２２についても同様に一体に形成されている。
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。

本発明の第１のラックブッシュ２０は、ピニオン軸１３に相対的に近い第１の端部１４ａに保持されている。第２のラックブッシュ２１は、ラック軸１４の第２の端部１５ｂに保持されている。本実施形態のステアリング装置１では、ラック軸１４の両端部１４ｂの周囲に配置された部材は、第１および第２のラックブッシュ２０，２１を除いて、互いに同様に構成されている。以下では、一方の端部１４ｂを中心に説明する。他方の端部１４ｂにおいて一方の端部１４ｂと同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

図２は、図１に示すステアリング装置１の軸方向に沿って見たときの第２のラックブッシュ付近のラック軸端面部の一部断面図を示す。
ラック軸１４の第２の端部１４ａは、保持凹部１４ｃを有している。保持凹部１４ｃは、ラックブッシュ２１を保持している。保持凹部１４ｃは、円筒面からなる外周面１４ｄと、この外周面１４ｄの一端から径方向外方へ延びる側壁１４ａとを有している。

ラックブッシュ２１は、ラック軸１４の軸方向Ｓに関して、保持凹部１４ｃの開口端と側壁１４ａとの間に配置されて、ボールジョイントユニット１４ｃ（図３参照）の一部と当接することによりラックブッシュ２１を軸方向に移動を規制するためネジ止めされている。ラックブッシュのボールジョイント側の円筒環２１ｂの側面とは、ラックハウジング１５aと当接することにより、ラック軸１４の軸方向Ｓに関してのラックハウジング１５に対するラック軸１４の移動範囲を規制する。

ラックブッシュ２１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。ラックブッシュ２１は、支持孔３５を有している。この支持孔３５をラック軸１４が貫通している。支持孔３５は、外周面を有している。この外周面が、ハウジング内周部を軸方向Ｓに摺動自在に支持している

また、ラックブッシュ２１の外周面２９とハウジング内周面２８ａとの間には所定量の隙間が開けられている。また、外周面２９と内周面２８ａとの間に、環状の弾性部材２１ｂが、圧縮弾性変形した状態で介在している。これにより、ラックブッシュ２１は、弾性支持されている。弾性体２１ｂの弾性反発力に抗してのラックブッシュ２１を移動させることにより、ラックブッシュ２０をラック軸１４の任意の径方向に保持孔２８内で移動させることができるようになっている。

図３を参照して、ラックブッシュ２１は、ハウジング端面とボールジョイント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。即ちボールジョイントからの衝撃力を最初に、軸方向に受けて変形変位ができる構造になっている。これは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弾性体の強度耐久性が低下するため、適正に調整が必要となる。そこで軸方向長さの長い弾性体として圧縮弾性率が一方向の弾性率に対して変位量増加することを利用して、変位量と弾性値を両立させる構造にできる。

さらに、別の実施例の構造として、図３に示すようにラックのストロークエンドをラックハウジング１５の内径部にさらに凸部を設けラックブッシュ端面１５ｂと当接して、ラック軸のＳ方向の移動を規制させてもよい。これにより、ラック軸１４の操舵性の向上と同時に、圧縮時の弾性体２１ｂの効果的な圧縮時に確実に圧縮変形させることにより、衝撃の吸収が出来る。

１…ステアリング装置、１３…ピニオン軸、１４…ラック軸１４、１４ｂ…（ラック軸
の）端部、１５…ラックハウジング（ハウジング）、１５ａ…第１の端部、２２…ラックストッパ、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. ラック軸とピニオン軸からなるステアリング機構と、このラック軸の両端に設けられたボールジョイントと、前記ラック軸とピニオン軸を保持するラックハウジングと、このラックハウジングと前記ボールジョイントの間に設けたラックストッパと、前記ラック軸を摺動支持するラックブッシュとからなる電動パワーステアリング装置において、前記ラックストッパと前記ラックブッシュとを一体に形成した衝撃緩衝部材を、前記ラック軸上かつ前記ラックハウジングと前記ボールジョイントとの間に設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ラック軸の端部の前記ボールジョイントとの間に形成した凹部と、この凹部に前記衝撃緩衝部材を嵌着し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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