JP2015186950A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵軸に径方向の曲げ変形が生じた際の操舵感の悪化を抑制することのできるステアリング装置を提供する。【解決手段】このステアリング装置は、ステアリングシャフトの回転に基づき軸方向に移動することにより転舵輪を転舵させるラックシャフト４２と、ラックシャフト４２の周囲を覆うハウジング９と、ラックシャフト４２の軸端部に装着されるボールジョイント４３とを備える。ハウジング９は、ラックシャフト４２の軸方向の移動に伴いボールジョイント４３が近接及び離間する規制面９３を有する。ボールジョイント４３とハウジング９の規制面９３との間には、ラックシャフト４２が挿通される筒状の緩衝部材５０が配置されている。緩衝部材５０の内周面には、摺動抵抗を低減するための低摩擦部材５３が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

ステアリング装置の一つとして、ステアリングシャフトとラックシャフトとがラックアンドピニオン機構を介して連結されたステアリング装置がある。このステアリング装置では、運転者のステアリングホイールの操作に伴いステアリングシャフトが回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構を介してラックシャフトの軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフトの軸方向の往復直線運動により転舵輪の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

また、このようなステアリング装置では、ラックシャフトの軸方向の移動の際、ラックシャフトを収容するハウジングにラックシャフトの軸端部に装着されたボールジョイントが接触する、いわゆる「エンド当て」が行われることで、ラックシャフトの可動範囲及び転舵輪の可動範囲が定められている。このようなエンド当ては、運転者によるステアリングホイールの操作に限らず、例えば転舵輪が縁石に乗り上げる等して、転舵輪に逆入力が加わった場合にも生じ得る。具体的には、逆入力が運転者の操舵トルクよりも大きい場合、ラックシャフトが強制的に軸方向に移動させられ、ボールジョイントがハウジングに衝突する。このような逆入力に起因する衝突はステアリング装置に強い衝撃を与えるため、好ましくない。

そこで、特許文献１に記載のステアリング装置では、ハウジングとボールジョイントとの間に緩衝部材を設け、この緩衝部材により衝撃を緩和している。

特許第４６９６４８３号公報

ところで、例えば車両走行中に転舵輪が道路の溝に入ったような場合、転舵輪には径方向の衝撃力が加わる。この衝撃力がラックシャフトに伝達されると、ラックシャフトに径方向の曲げ変形が生じるおそれがある。これが、ラックシャフトに取り付けられている各種装置に過大が応力を与える要因となる。例えば、ラックシャフトの外周に形成されたねじ溝に複数のボールを介して螺合されるボールねじナットと、減速機構を介してボールねじナットを回転させるモータとにより構成される電動パワーステアリング装置では、ラックシャフトの径方向の曲げ変形により、特にボールねじナットの両端側に位置するボールに過大な応力が加わる。ボールに過大な応力が加わると、ボールの転動が阻害される。これがラックシャフトの軸方向の動きを阻害し、ステアリング操作に引っ掛かり感を生じさせる要因となる。なお、こうした課題は、ボールねじナットに限らず、ラックシャフト等の転舵軸に設けられる各種要素にも同様に生じ得る。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転舵軸に径方向の曲げ変形が生じた際の操舵感の悪化を抑制することのできるステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するステアリング装置は、ステアリングシャフトの回転に基づき軸方向に移動することにより転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記転舵軸の周囲を覆うハウジングと、前記転舵軸の軸端部に装着されるボールジョイントと、を備え、前記ハウジングは、前記転舵軸の軸方向の移動に伴い前記ボールジョイントが接近及び離間する規制面を有し、前記ボールジョイントと前記ハウジングの規制面との間には、前記転舵軸が挿通される筒状の緩衝部材が配置され、前記緩衝部材の内周面には、摺動抵抗を低減するための低摩擦部材が設けられる。

この構成によれば、転舵輪に径方向の衝撃力が加わることにより転舵軸に径方向の曲げ変形が生じたとき、緩衝部材の内周面に転舵軸が接触すると、転舵軸に加わる径方向の力が緩衝部材により吸収される。したがって、転舵軸の径方向の曲げ変形が抑制されるため、転舵軸の曲げ変形に起因して発生する操舵感の悪化を抑制することができる。

また、緩衝部材の内周面には低摩擦部材が設けられているため、転舵軸が緩衝部材の内周面に接触した状態で軸方向に移動する際に、それらの間に生じる摺動抵抗を小さくすることができる。これにより、転舵軸が緩衝部材の内周面に接触している状況でも転舵軸の軸方向の移動が阻害され難くなるため、操舵感の悪化を更に抑制することができる。

上記ステアリング装置について、前記低摩擦部材は、前記転舵軸の外周面との間に隙間を有して配置されていることが好ましい。
この構成によれば、転舵軸に径方向の曲げ変形が生じていない状況では、転舵軸に低摩擦部材が接触しないため、転舵軸は軸方向の移動の際に低摩擦部材から摺動抵抗を受けることがない。よって、転舵軸の軸方向の移動が低摩擦部材により阻害されることがないため、操舵感を向上させることができる。

上記ステアリング装置について、前記緩衝部材は、前記転舵軸が挿通されるとともに、前記転舵軸の軸方向において前記ボールジョイントと対向するフランジ部を有する筒状部材と、前記フランジ部と前記ハウジングの規制面との間に配置される筒状の弾性部材と、を有し、前記筒状部材と前記ハウジングの内周面との間に、前記筒状の弾性部材及び隙間を有することが好ましい。

この構成によれば、例えば転舵輪からの逆入力により転舵軸が軸方向に移動した場合、ボールジョイントが筒状部材のフランジ部に接触する。このとき、ボールジョイントから筒状部材に加わる力により筒状部材がハウジングの規制面に向かって移動すると、筒状部材とハウジングの規制面との間で弾性部材が弾性変形することにより筒状部材の移動が規制される。これにより、筒状部材に加わる衝撃力を吸収しつつ転舵軸のエンド当てが行われるため、エンド当ての際の衝撃を緩和することができる。

また、転舵輪に径方向の衝撃力が加わることにより転舵軸に径方向の曲げ変形が生じた場合、転舵軸が筒状部材の内周面に接触することで、転舵軸の曲げ変形が規制される。このとき、転舵軸から筒状部材に加わる力により筒状部材が転舵軸の径方向に移動すると、弾性部材が弾性変形することにより、転舵軸に加わる径方向の力を弾性部材により吸収することができる。そのため、転舵軸の径方向の曲げ変形を抑制することができる。

このように、上記構成からなる緩衝部材によれば、エンド当ての際の衝撃の緩和、並びに転舵軸の径方向の曲げ変形の抑制を容易に実現することができる。
上記ステアリング装置について、前記弾性部材は、前記筒状部材の外周面に対して隙間を有して配置されるとともに、前記筒状部材のフランジ部に固定されていることが好ましい。

この構成によれば、筒状部材がハウジングの規制面に向かって移動する際に、筒状部材の外周面と弾性部材との間に形成された隙間により弾性部材が弾性変形し易くなるため、エンド当ての際の衝撃をより効果的に緩和することができる。

本発明によれば、転舵軸に径方向の曲げ変形が生じた際の操舵感の悪化を抑制することができる。

ステアリング装置の一実施形態についてその概略構成を示す断面図。 同実施形態のステアリング装置についてそのラックシャフトの軸端部周辺の断面構造を示す断面図。 同実施形態のステアリング装置についてその緩衝部材の破断断面構造を示す断面図。 同実施形態の緩衝部材についてその動作例を示す断面図。 同実施形態の緩衝部材についてその動作例を示す断面図。 ステアリング装置の変形例についてそのラックシャフトの軸端部周辺の断面構造を示す断面図。

以下、ステアリング装置の一実施形態について説明する。本実施形態のステアリング装置は、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置である。
図１に示すように、ステアリング装置１は、運転者のステアリングホイール２の操作に基づき転舵輪３を転舵させる操舵機構４、及び運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構５を備えている。

操舵機構４は、ステアリングホイール２の回転軸となるステアリングシャフト４０、及びステアリングシャフト４０の下端部にラックアンドピニオン機構４１を介して連結されたラックシャフト４２を備えている。本実施形態ではラックシャフト４２が転舵軸に対応する。ラックシャフト４２の軸方向の両端部にはボールジョイント４３がそれぞれ装着されている。各ボールジョイント４３はラックシャフト４２の軸端部とタイロッド４４とを回動自在に連結する。各タイロッド４４の先端には転舵輪３が連結されている。操舵機構４では、運転者のステアリングホイール２の操作に伴いステアリングシャフト４０が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構４１を介してラックシャフト４２の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト４２の軸方向の往復直線運動がボールジョイント４３を介してタイロッド４４に伝達されることにより転舵輪３の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

アシスト機構５はラックシャフト４２に設けられている。アシスト機構５はボールねじ機構６、減速機構７、及びモータ８により構成される。ボールねじ機構６、減速機構７、及びラックシャフト４２はハウジング９により覆われている。

モータ８は、その出力軸８０がラックシャフト４２の中心軸に対して平行となるようにハウジング９の外壁にボルト１０により組み付けられている。モータ８の出力軸８０は、ハウジング９に形成された貫通孔１１を通じてハウジング９の内部に延びている。

図中に拡大して示すように、ラックシャフト４２の外周面にはねじ溝４５が形成されている。ボールねじ機構６は、複数のボール６２を介してラックシャフト４２のねじ溝４５に螺合されたボールねじナット６０を備えている。ボールねじナット６０の内周面には、ラックシャフト４２のねじ溝４５に対向する螺旋状のねじ溝６１が形成されている。すなわち、ラックシャフト４２のねじ溝４５とボールねじナット６０のねじ溝６１とにより囲まれる螺旋状の空間によりボール６２が転動する転動路Ｒが構成されている。また、ボールねじナット６０内には、転動路Ｒの二箇所間を短絡する図示しない環流路が形成されている。したがって、ボール６２は、ボールねじナット６０内の環流路を介して転動路Ｒを無限循環することが可能となっている。ボールねじナット６０は軸受６３によりハウジング９に対して回転可能に支持されている。軸受６３は、例えば複列アンギュラ玉軸受からなる。

減速機構７は、モータ８の出力軸８０に一体的に取り付けられた駆動プーリ７０、ボールねじナット６０の外周に一体的に取り付けられた従動プーリ７１、及び各プーリ７０，７１に巻き掛けられた無端状のベルト７２を備えている。

このような構成からなるアシスト機構５では、モータ８への通電に基づきその出力軸８０が回転すると、モータ８の出力軸８０と一体となって駆動プーリ７０が回転する。これにより、駆動プーリ７０はベルト７２を介して従動プーリ７１及びボールねじナット６０を一体回転させる。このとき、ボールねじナット６０に付与されるトルクに基づいてボールねじ機構６が駆動する。すなわち、ボールねじナット６０がラックシャフト４２に対して相対回転することにより、ボール６２がボールねじナット６０及びラックシャフト４２から負荷（摩擦）を受けて転動路Ｒを無限循環する。このボール６２の無限循環を通じて、ボールねじナット６０に付与されたトルクがラックシャフト４２に伝達され、ラックシャフト４２がボールねじナット６０に対して軸方向に相対移動する。すなわち、ラックシャフト４２に軸方向の力が付与される。このラックシャフト４２に付与される軸方向の力がアシスト力となって、運転者のステアリング操作が補助される。

次に、ラックシャフト４２の軸方向の両端部の構造について説明する。なお、ラックシャフト４２の両端部のそれぞれの構造は同一の構造からなるため、以下では、便宜上、アシスト機構５に近いラックシャフト４２の軸端部の構造についてのみ説明する。

図２に示すように、ラックシャフト４２の軸端部には雌ねじ穴４６が形成されている。この雌ねじ穴４６にソケット４７の雄ねじ部４８が螺合されることにより、ラックシャフト４２の軸端部にソケット４７が装着されている。ソケット４７は、底面に雄ねじ部４８を有して、且つ、ラックシャフト４２の外径よりも大きい外径を有する有底円筒状の部材からなる。ソケット４７の内部には、タイロッド４４の端部に形成された球状のボールスタッド４９が回動自在に収容されている。これらソケット４７及びボールスタッド４９によりボールジョイント４３が構成されている。

ハウジング９には、ラックシャフト４２が挿通される断面円形状の挿通孔９０と、挿通孔９０の内径よりも大きい内径を有してハウジング９の端部に開口する収容孔９１とがラックシャフト４２と同軸上に連通して形成されている。収容孔９１の内径はソケット４７の外径よりも大きい値に設定されている。したがって、収容孔９１には、その開口部からボールジョイント４３が挿入可能となっている。ハウジング９には、挿通孔９０と収容孔９１との間にラックシャフト４２の軸方向（ラックシャフト４２の中心軸ｍに平行な方向）に直交する段差面からなる規制面９３が形成されている。規制面９３には、ラックシャフト４２の軸方向の移動に伴いボールジョイント４３のソケット４７が接近及び離間する。

ボールジョイント４３のソケット４７とハウジング９の規制面９３との間には、ソケット４７が衝突する際の衝撃を緩和するための緩衝部材５０が配置されている。図３に示すように、緩衝部材５０は、金属材料からなる円筒状の筒状部材５１と、ゴムからなる弾性部材５２とから構成される。

筒状部材５１の内径はラックシャフト４２の外径よりも大きい値に設定されている。筒状部材５１の軸方向の一端部にはフランジ部５１ａが形成されている。筒状部材５１の内周面には、摺動抵抗を低減するための低摩擦部材５３が嵌合されている。低摩擦部材５３は、例えば多孔質中に潤滑油を含ませた含油金属等からなる。

弾性部材５２は、筒状部材５１と同軸上に配置され筒状部材５１の外径よりも大きい内径を有する円筒状の部材からなる。弾性部材５２の軸方向の一端部は筒状部材５１のフランジ部５１ａに固定されている。弾性部材５２は、筒状部材５１の外周面５１ｂとの間に隙間を有して筒状部材５１の外周面５１ｂを囲繞するように配置されている。弾性部材５２における筒状部材５１に固定された端部と反対側の端部にはフランジ部５２ａが形成されている。図２に示すように、フランジ部５２ａが形成された弾性部材５２の端部は、筒状部材５１におけるフランジ部５１ａが形成された端部と反対側の端部よりもラックシャフト４２の軸方向に突出している。

ハウジング９の収容孔９１の内周面における規制面９３側の端部には円環状の溝９４が形成されている。この溝９４に弾性部材５２のフランジ部５２ａが係合することにより、弾性部材５２がハウジング９の規制面９３に接触するかたちで緩衝部材５０の位置が固定されている。また、筒状部材５１は、ラックシャフト４２の外周面との間に隙間を有して配置されている。

以上説明したステアリング装置１によれば、以下の（１）〜（５）に示す作用及び効果を得ることができる。
（１）例えば転舵輪３が縁石に乗り上げるなどして転舵輪３に逆入力が加わることにより、図４に示すようにラックシャフト４２が矢印ａ１で示す方向、すなわちボールジョイント４３がハウジング９の規制面９３に接近する方向に移動した場合、ソケット４７が筒状部材５１のフランジ部５１ａに接触する。このとき、ソケット４７から筒状部材５１に加わる力により筒状部材５１がハウジング９の規制面９３に向かって移動すると、筒状部材５１のフランジ部５１ａとハウジング９の規制面９３との間で弾性部材５２が弾性変形することにより筒状部材５１の移動が規制される。これにより、筒状部材５１に加わる衝撃力を吸収しつつラックシャフト４２のエンド当てが行われるため、エンド当ての際の衝撃を緩和することができる。

（２）例えば車両走行中に道路の溝に転舵輪３が入ることによりラックシャフト４２に径方向の衝撃力が加わり、図５に示すようにラックシャフト４２に径方向の曲げ変形が生じた場合、ラックシャフト４２が筒状部材５１の内周面に接触する。このとき、ラックシャフト４２から筒状部材５１に加わる力により筒状部材５１がラックシャフト４２の径方向に移動すると、弾性部材５２が弾性変形するため、ラックシャフト４２に加わる径方向の力を緩衝部材５０により吸収することができる。したがって、ラックシャフト４２の径方向の曲げ変形が抑制される。これにより、図１に示すボールねじ機構６におけるボール６２の円滑な転動を確保し易くなるため、ラックシャフト４２の軸方向の移動が阻害され難くなる。その結果、ステアリング操作の際の引っ掛かり感が低減され、操舵感の悪化を抑制することができる。

（３）筒状部材５１の外周面５１ｂに対して隙間を有して弾性部材５２を配置するとともに、筒状部材５１のフランジ部５１ａに弾性部材５２を固定した。これにより、図４に示すように、筒状部材５１がハウジング９の規制面９３に向かって移動する際に、筒状部材５１の外周面５１ｂと弾性部材５２との間の隙間により弾性部材５２が弾性変形し易くなる。そのため、エンド当ての際の衝撃をより効果的に緩和することができる。

（４）筒状部材５１の内周面には低摩擦部材５３が設けられているため、筒状部材５１の内周面にラックシャフト４２が接触した際に、それらの間に生じる摺動抵抗を低減することができる。したがって、筒状部材５１の内周面にラックシャフト４２が接触している状況でもラックシャフト４２の軸方向の移動が阻害され難くなるため、操舵感の悪化を更に抑制することができる。

（５）図２に示すように、ラックシャフト４２の外周面との間に隙間を有して低摩擦部材５３が配置されているため、ラックシャフト４２に径方向の曲げ変形が生じていない状況では、ラックシャフト４２に低摩擦部材５３が接触しない。したがって、ラックシャフト４２は軸方向の移動の際に低摩擦部材５３から摺動抵抗を受けることがない。よって、ラックシャフト４２の軸方向の移動が低摩擦部材５３により阻害されることがないため、操舵感を向上させることができる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、筒状部材５１の内周面に低摩擦部材５３を嵌合させたが、筒状部材５１の内周面にフッ素樹脂等の低摩擦部材をコーティングしてもよい。要は、筒状部材５１の内周面に低摩擦部材が設けられていればよい。

・筒状部材５１及び弾性部材５２の形状は適宜変更可能である。例えば筒状部材５１及び弾性部材５２のそれぞれを四角筒状に形成してもよい。
・筒状部材５１に対する弾性部材５２の固定方法は適宜変更可能である。例えば図６に示すように、筒状部材５１の外周面５１ｂに弾性部材５２を固定してもよい。

・上記実施形態では、ハウジング９の溝９４に弾性部材５２のフランジ部５２ａを係合させることで緩衝部材５０を固定したが、例えばハウジング９の収容孔９１の内周面に弾性部材５２を接着等により固定してもよい。このような固定方法により緩衝部材５０を固定すれば、ハウジング９の収容孔９１の内周面に溝９４を形成する必要が無くなるため、ハウジング９の構造を簡素化することができる。

・弾性部材５２としては、ゴムに限らず、例えばコイルスプリング等を採用してもよい。
・上記実施形態では、ラックシャフト４２の外周面との間に隙間を有して低摩擦部材５３を配置したが、ラックシャフト４２の外周面に低摩擦部材５３を接触させてもよい。

・上記実施形態の構成は、電動パワーステアリング装置に限らず、例えばステアバイワイヤ式のステアリング装置等にも適用可能である。要は、ステアリングシャフトの回転に基づき軸方向に移動して転舵輪を転舵させる転舵軸と、転舵軸の周囲を覆うハウジングと、転舵軸の軸端部に装着されるボールジョイントと、ハウジングの規制面及びボールジョイントの間に配置される緩衝部材とを備えるステアリング装置であれば、上記実施形態の構成を採用することが可能である。

＜付記＞
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
（イ）前記低摩擦部材は、前記緩衝部材の内周面にコーティングされているステアリング装置。この構成によれば、緩衝部材の内周面に低摩擦部材を容易に固定することができる。

（ロ）前記低摩擦部材は、前記緩衝部材の内周面に嵌合されているステアリング装置。この構成によれば、緩衝部材の内周面に低摩擦部材を容易に固定することができる。

１…ステアリング装置、３…転舵輪、９…ハウジング、４０…ステアリングシャフト、４３…ボールジョイント、５０…緩衝部材、５１…筒状部材、５１ａ…フランジ部、５１ｂ…外周面、５２…弾性部材、５２ａ…フランジ部、５３…低摩擦部材、９３…規制面。

Claims (4)

1. ステアリングシャフトの回転に基づき軸方向に移動することにより転舵輪を転舵させる転舵軸と、
   前記転舵軸の周囲を覆うハウジングと、
   前記転舵軸の軸端部に装着されるボールジョイントと、を備え、
   前記ハウジングは、前記転舵軸の軸方向の移動に伴い前記ボールジョイントが接近及び離間する規制面を有し、
   前記ボールジョイントと前記ハウジングの規制面との間には、前記転舵軸が挿通される筒状の緩衝部材が配置され、
   前記緩衝部材の内周面には、摺動抵抗を低減するための低摩擦部材が設けられるステアリング装置。
2. 前記低摩擦部材は、前記転舵軸の外周面との間に隙間を有して配置されている
   請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記緩衝部材は、
   前記転舵軸が挿通されるとともに、前記転舵軸の軸方向において前記ボールジョイントと対向するフランジ部を有する筒状部材と、
   前記フランジ部と前記ハウジングの規制面との間に配置される筒状の弾性部材と、を有し、
   前記筒状部材と前記ハウジングの内周面との間に、前記筒状の弾性部材及び隙間を有する
   請求項１又は２に記載のステアリング装置。
4. 前記弾性部材は、前記筒状部材の外周面に対して隙間を有して配置されるとともに、前記筒状部材のフランジ部に固定されている
   請求項３に記載のステアリング装置。