JP2016185784A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の傾きを抑制できるステアリング装置を提供する。【解決手段】ラックハウジング１７の内周面において、軸受４４に対応する部位には、その周方向における一定範囲にわたって嵌合部１７ｃが凹設されている。嵌合部１７ｃは、ラックハウジング１７の内周面において、ラックシャフト１２を基準としてモータ３０と径方向反対側の部位に設けられている。嵌合部１７ｃにはゴムなどの弾性部材４７が嵌合されている。ラックシャフト１２の径方向において、弾性部材４７の嵌合部１７ｃと反対側の部分は、軸受４４に密着している。軸受４４は弾性部材４７の弾性力により、径方向における弾性部材４７の反対側へ向けて常時押されている。ラックハウジング１７の内周面における軸受４４の位置している部分と軸受４４との間には、空間Ｓが形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

車両の操舵機構にモータの動力を付与することにより、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（ＥＰＳ）が知られている。例えば、特許文献１のＥＰＳは、ラックシャフトと平行にモータが取り付けられ、ボールねじ機構がモータの回転運動を当該ラックシャフトの直線運動に変換することによって、運転者のステアリング操作を補助する。ボールねじ機構は、ラックシャフトに多数のボールを介して螺合されたナットを有している。ナットは、モータの回転軸に取り付けられた歯付ベルトにより駆動する。このナットを回転可能に支持するために、ナットとハウジングの間には軸受が配置される。たとえば、軸受の軸方向両側に弾性部材を設けることにより、軸受は軸方向に移動可能にハウジングに支持される。このような軸受は、その摺動抵抗を低減するために、ハウジングとの間に隙間を有している。

独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０１３ ７５８号明細書

特許文献１のＥＰＳでは、軸受とハウジングとの間に隙間を設けることにより、確かに摺動抵抗を低減できる。しかし、軸受とハウジングとの間には隙間が存在することにより、軸受を十分に保持することができない。このため、ベルトの張力により軸受が傾くおそれがある。そして、軸受が傾くことにより、ナットも傾いてしまう。ナットの傾きは、操舵フィーリングの低下やナットの耐久性の低下に繋がる。

本発明の目的は、軸受の傾きを抑制できるステアリング装置を提供することである。

上記目的を達成しうるステアリング装置は、回転軸を有するモータと、軸方向に往復移動する転舵軸と、多数のボールを介して前記転舵軸と螺合するナットと、前記転舵軸および前記ナットを収容するハウジングと、前記ハウジングの内周面と前記ナットの外周面との間に介在されて、前記ハウジングの内周面との間に隙間を介してナットを片持ち支持する軸受と、前記回転軸と一体回転可能に固定される駆動プーリと、前記ナットの前記軸受と反対側の端部が挿入されてその外周面に固定される従動プーリと、前記駆動プーリおよび前記従動プーリの間に巻き掛けられるベルトと、前記ハウジングの内周面と前記軸受の外周面との間に設けられる弾性部材と、を備えている。

この構成によれば、ハウジングの内周面と軸受の外周面との間に弾性部材が設けられることにより、軸受はハウジングの内周面の径方向における弾性部材の反対側の部位に押さえつけられるので、ハウジングとの間に隙間を介した軸受が傾くことを抑制できる。

上記のステアリング装置において、前記モータは、前記ハウジングの外周に設けられ、前記弾性部材は、前記ハウジングの内周面において、前記転舵軸を基準とする前記モータと反対側の領域に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、ハウジングの内周面と軸受の外周面との間において、モータと反対側の領域に弾性部材が設けられることにより、軸受が傾くことが抑制される。また、弾性部材が劣化して弾性力が低減した場合でも、ベルトの緩みを抑制できる。ベルトの引っ張り力に対して弾性力が反対に作用しにくいためである。

上記のステアリング装置において、前記ハウジングの内周面に設けられて、前記軸受の軸方向両側にそれぞれ位置する２つの壁と、前記軸受の軸方向両側面と前記２つの壁との間にそれぞれ介在される弾性支持部材と、を備えていることが好ましい。前記軸受は、前記ハウジングに対して軸方向に揺動可能に設けられるとともに、前記弾性支持部材を介して、前記２つの壁に挟まれた状態で支持されている。

特に軸受の弾性支持構造を採用する場合には、軸受とハウジングとの間に隙間を形成することが多いため、ハウジングの内周面と軸受の外周面の間に弾性部材を設けることにより、軸受の傾きを抑制することは有効である。

上記のステアリング装置において、前記モータの回転軸は前記転舵軸と平行であることが好ましい。
モータの回転軸と転舵軸とが平行な場合、ベルトの引っ張り力により軸受およびナットがより傾きやすい。このため、ハウジングの内周面と軸受の外周面の間に弾性部材を設けることにより、軸受の傾きを抑制することは有効である。

本発明のステアリング装置によれば、軸受の傾きを抑制できる。

本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構成図。 本実施形態のステアリング装置について、そのアシスト機構の構造図。 （ａ）空間Ｓを実際よりも大きく図示した、本実施形態のアシスト機構を軸方向から見た模式図、（ｂ）空間Ｓを実際よりも大きく図示した、他の実施形態のアシスト機構を軸方向から見た模式図。

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、いわゆるラックパラレル型の電動パワーステアリング装置（ＲＰ−ＥＰＳ）である。

図１に示すように、ＥＰＳ１は運転者のステアリングホイール１０の操作に基づいて転舵輪１６を転舵させる操舵機構２、および運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構３を備えている。

操舵機構２は、ステアリングホイール１０およびステアリングホイール１０と一体回転するステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０と連結されたコラムシャフト１１ａと、コラムシャフト１１ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト１１ｂ、およびインターミディエイトシャフト１１ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト１１ｃを有している。ピニオンシャフト１１ｃの下端部はラックアンドピニオン機構１３を介してラックシャフト１２に連結されている。したがって、操舵機構２では、ステアリングシャフト１１の回転運動は、ピニオンシャフト１１ｃおよびラックシャフト１２からなるラックアンドピニオン機構１３を介してラックシャフト１２の軸方向（図１の左右方向）の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動は、ラックシャフト１２の両端にそれぞれ連結されたラックエンド１４を介してタイロッド１５に伝達される。これらタイロッド１５の運動が左右の転舵輪１６にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪１６の転舵角が変化する。ラックシャフト１２はラックハウジング１７に収容されている。ラックハウジング１７の両端とタイロッド１５との間には、蛇腹筒状体のラックブーツ１９がそれぞれ配置されている。ラックエンド１４およびタイロッド１５の一部分は、対応するラックブーツ１９により覆われている。

アシスト機構３は、ラックシャフト１２に設けられている。アシスト機構３は、アシスト力の発生源であるモータ３０と、ラックシャフト１２の周囲に一体的に取り付けられたボールねじ機構４０と、モータ３０の回転軸３１の回転力をボールねじ機構４０に伝達する減速機５０からなる。アシスト機構３は、モータ３０の回転軸３１の回転力を減速機５０およびボールねじ機構４０を介してラックシャフト１２の軸方向の往復直線運動に変換することにより、ラックシャフト１２に付与する力により運転者のステアリング操作を補助する。

ボールねじ機構４０、減速機５０、ピニオンシャフト１１ｃはラックハウジング１７により覆われている。ラックハウジング１７は、アシスト機構３の付近でラックシャフト１２の軸方向に分割された第１ラックハウジング１７ａおよび第２ラックハウジング１７ｂからなり、それらが互いに連結されることにより構成されている。ラックハウジング１７は、ラックシャフト１２の延びる方向に対して交わる方向（図中の下方）へ突出して形成される減速機ハウジング１８を有し、減速機ハウジング１８の内部には減速機５０の一部が収容されている。減速機ハウジング１８の外壁（図中の右側壁）には貫通孔３３が設けられている。モータ３０の回転軸３１は、貫通孔３３を通じて減速機ハウジング１８の内部に伸びている。回転軸３１はラックシャフト１２に対して平行に位置している。モータ３０はボルト３２により減速機ハウジング１８の外壁に固定されている。

つぎに、アシスト機構３について詳細に説明する。
図２に示すように、ボールねじ機構４０は、ラックシャフト１２に多数のボール４２を介して螺合する円筒状のナット４１を備えている。ラックシャフト１２の外周面には螺旋状のねじ溝１２ａが形成されている。ナット４１は、円筒状の軸受４４を介してラックハウジング１７の内周面に対して回転可能に支持されている。軸受４４は、たとえば複列アンギュラ玉軸受が用いられる。軸受４４はナット４１の軸方向における一端部（図中のナット４１の左端部）に設けられているため、ナット４１はラックハウジング１７に対して片持ち支持されている。ナット４１の内周面には、ラックシャフト１２のねじ溝１２ａに対応する螺旋状のねじ溝４３が形成されている。ナット４１のねじ溝４３とラックシャフト１２のねじ溝１２ａにより囲まれる螺旋状の空間は、ボール４２が転動する転動路Ｒとして機能する。また、図示しないが、ナット４１には転動路Ｒの２箇所に開口して、当該２箇所の開口を短絡する循環路が設けられている。したがって、ボール４２はナット４１内の循環路を介して転動路Ｒ内を無限循環することができる。

減速機５０は、モータ３０の回転軸３１に一体的に取り付けられた駆動プーリ５１、ナット４１の外周に一体的に取り付けられた従動プーリ５２、および駆動プーリ５１と従動プーリ５２との間に巻き掛けられたベルト５３を備えている。減速機ハウジング１８の内部空間には、モータ３０の回転軸３１と、回転軸３１に取り付けられた駆動プーリ５１と、ベルト５３の一部が配置される。また、ベルト５３は、たとえば芯線を含むゴム製の歯付きベルトが採用される。

このような構成からなるアシスト機構３では、モータ３０の回転軸３１が回転すると、回転軸３１と一体となって駆動プーリ５１が回転する。駆動プーリ５１の回転は、ベルト５３を介して従動プーリ５２に伝達されて、これにより従動プーリ５２は回転する。このため、従動プーリ５２と一体的に取り付けられたナット４１も一体回転する。ナット４１はラックシャフト１２に対して相対回転するため、ナット４１とラックシャフト１２との間に介在される多数のボール４２は双方から負荷を受けて転動路Ｒ内を無限循環する。ボール４２が無限循環することにより、ナット４１に付与されたトルクがラックシャフト１２の軸方向に付与される力に変換される。このため、ラックシャフト１２はナット４１に対して軸方向に移動する。このラックシャフト１２に付与される軸方向の力がアシスト力となり、運転者のステアリング操作を補助する。

ところで、軸受４４には弾性支持構造（フローティング構造）が採用されている。具体的には、軸受４４の軸方向両側には、それぞれ断面Ｌ字の環状のプレート４５が設けられている。それらのプレート４５と軸受４４との間には、それぞれ皿ばね４６が設けられている。このため、軸受４４の軸方向における両側面は、それぞれ皿ばね４６およびプレート４５を介してラックハウジング１７に当接している。皿ばね４６は軸方向に弾性変形するため、軸受４４はラックハウジング１７に対して弾性支持される。なお、ラックハウジング１７における軸受４４、プレート４５、および皿ばね４６の位置している部分の内径は、軸受４４の外径よりもわずかに大きく設定されている。

また、図３（ａ）に示すように、ラックハウジング１７（正確には、第１ラックハウジング１７ａ）の内周面において、軸受４４に対応する部位には、その周方向における一定範囲にわたって嵌合部１７ｃが凹設されている。嵌合部１７ｃは、ラックハウジング１７の内周面において、ラックシャフト１２を基準としてモータ３０と径方向反対側の部位（図中の上部）に設けられている。また、図２に示すように、嵌合部１７ｃの軸方向における長さは、軸受４４の軸方向における長さよりも小さく設定されている。

嵌合部１７ｃにはゴムなどの弾性部材４７が嵌合されている。ラックシャフト１２の径方向において、弾性部材４７の嵌合部１７ｃと反対側の部分は、軸受４４に密着している。軸受４４は弾性部材４７の弾性力により、径方向における弾性部材４７の反対側（図中の下方）へ向けて常時押されている。このため、図３（ａ）に示されるように、ラックハウジング１７の内周面における軸受４４の位置している部分と軸受４４との間には、空間Ｓが形成される。空間Ｓは、軸受４４がラックハウジング１７の内周面に対していわゆる隙間構造を持っているために生じる。なお、図２では、空間Ｓを実際よりも大きく図示している。

ここで、まず、比較例として、弾性部材４７が設けられていない場合に軸受４４に生じる作用を考える。
ラックハウジング１７の内周面と軸受４４との間に隙間があるため、軸受４４が軸方向に移動する際の摺動抵抗は低減されている。これは、ラックハウジング１７の内周面と軸受４４の外周面との間に隙間があるので、軸受４４の外周面がラックハウジング１７の内周面に当接しにくいためである。

しかし、軸受４４とラックハウジング１７との間に隙間があるために、軸受４４の位置は不安定である。たとえば、ベルト５３の引っ張り力によって従動プーリ５２が駆動プーリ５１（モータ３０）へ近付けられるのに伴って、ナット４１および軸受４４も駆動プーリ５１側へ近付けられる。正確には、ナット４１の軸受４４と反対側の端部（図中のナット４１の右端部）は、従動プーリ５２に伴ってモータ３０（駆動プーリ５１）側へ引き寄せられる。ナット４１の一端部は軸受４４によって片持ち支持されているのに対して、ナット４１の軸受４４と反対側の端部は駆動プーリ５１に引き寄せられるので、ナット４１は傾いてしまうおそれがある。特に、軸受４４とラックハウジング１７との間に隙間がある場合には、軸受４４が隙間の範囲内で容易に動くことができるため、よりナット４１は傾きやすい。ナット４１が傾くことにより、転動路Ｒで転動するボール４２と転動路Ｒとの間の摩擦抵抗が増大する部分ができてしまい、ボールねじ機構４０の耐久性の低下に繋がる。また、ボール４２と転動路Ｒとの摩擦抵抗が増大すると、ボール４２の円滑な転動が妨げられるので、異音や振動が発生し、ひいては操舵フィーリングが悪化するおそれがある。

これに対して、弾性部材４７が設けられた場合に軸受４４に生じる作用を考える。
図３（ａ）に示すように、本実施形態では弾性部材４７が設けられることにより、軸受４４は径方向における弾性部材４７の反対側へ向けて常時押されるとともに、軸受４４の径方向における弾性部材４７と反対側の部位は、ラックハウジング１７（嵌合部１７ｃ）の内周面における弾性部材４７と反対側の部位に接触した状態に維持される。このため、ベルト５３によりラックシャフト１２に対してモータ３０側へ引き寄せる方向の力が作用したときにも、これ以上軸受４４は径方向における弾性部材４７の反対側に移動することはない。これに対して、軸受４４とラックハウジング１７との間には空間Ｓがあるので、軸受４４が径方向における弾性部材４７と反対側以外の他の方向へ移動することは可能である。ただし、空間Ｓには弾性部材４７があるため、弾性部材４７が弾性変形するまで軸受４４は傾かない。また、弾性部材４７が弾性変形するような場合でも、弾性部材４７の弾性力は軸受４４が傾くことを抑制する方向に作用するため、軸受４４が傾くことは抑制される。また、軸受４４の傾きが抑制されるのに伴ってナット４１の傾きも抑制される。なお、軸受４４およびナット４１は、ラックシャフト１２の軸線に沿う平行な姿勢に維持される。

ところで、軸受４４が径方向における弾性部材４７の反対側に押されることにより、軸受４４にはラックハウジング１７と当接する部分ができるので、軸受４４とラックハウジング１７との間の摺動抵抗は若干増大するものの、これは弾性支持構造の性能確保の観点から無視できる程度である。また、軸受４４の軸方向への移動に伴い、弾性部材４７は弾性変形する。このため、弾性部材４７により、軸受４４の軸方向の移動が阻害されることもない。

本実施形態の効果を説明する。
（１）ラックハウジング１７の内周面と軸受４４の外周面との間に弾性部材４７が設けられることにより、軸受４４はラックハウジング１７の内周面の径方向における弾性部材４７の反対側の部位に押さえつけられるので、軸受４４が傾くことが抑制される。軸受４４が傾くためには、弾性部材４７を弾性変形させなければならないためである。軸受４４の傾きが抑制されることにより、たとえば軸受の外輪と内輪の間から軸受のボールが乗り上げる、いわゆる肩乗り上げなどが生じにくくなり、軸受４４の耐久性の低下を抑制できる。

また、軸受４４の傾きが抑制されるのに伴って、ナット４１が傾くことも抑制される。このため、ボール４２と転動路Ｒとの間の摩擦抵抗の増大を抑制することができ、ボールねじ機構４０の耐久性の低下を抑制できる。また、操舵フィーリングの低下も抑制できる。

（２）弾性部材４７の弾性力により、軸受４４がラックハウジング１７の内周面と当接したとしても、軸受４４は軸方向に移動することができる。これは、軸受４４とラックハウジング１７との間の摺動抵抗に比べてラックシャフト１２の軸方向に作用する力が大きいためである。また、弾性部材４７は、軸受４４の移動に伴い弾性変形するからである。

（３）ラックハウジング１７の内周面において、ラックシャフト１２を基準としてモータ３０と径方向反対側の部位には嵌合部１７ｃが設けられている。嵌合部１７ｃには弾性部材４７が嵌合されている。このため、弾性部材４７が劣化して弾性力が低減した場合でも、ベルト５３の緩みを抑制できる。軸受４４を押さえつける弾性部材４７の弾性力が低減しても、軸受４４はモータ３０から離れる方向に移動するので、ベルト５３は緩まない。

なお、本実施形態は次のように変更してもよい。
・本実施形態では、弾性部材４７としてゴムが用いられたが、これに限らない。たとえば、コイルスプリングなどの粘性を有さない弾性部材やエラストマーであってもよい。

・本実施形態において、ベルト５３は一例として歯付ベルトが用いられたが、これに限らない。たとえば、Ｖベルトを採用してもよい。
・本実施形態において、嵌合部１７ｃは、ラックハウジング１７の内周面における、ラックシャフト１２を基準としてモータ３０と径方向反対側の部位に設けられたが、これに限らない。たとえば、図３（ｂ）に示すように、軸方向から見たラックハウジング１７の内周面において、ベルト５３が引っ張られている方向（図中の上下方向）に交わる方向（たとえば図中の右側）に位置する部位に嵌合部１７ｃを設けてもよい。すなわち、軸受４４がラックハウジング１７の内周面に当接するのであれば、嵌合部１７ｃはラックハウジング１７の内周面のどの部分に設けられてもよい。なお、ベルト５３の張力に反発する向き（図中の上方向）に弾性部材４７の弾性力が働かないことが好ましい。弾性部材４７が劣化して弾性力が低減した場合でも、ベルト５３が緩まないからである。すなわち、ラックシャフト１２を軸方向から見たとき、弾性部材４７は、ラックハウジング１７の内周面におけるモータ３０と径方向反対側（図中の上側）の半円の領域に設けられることが好ましい。

・本実施形態において、軸受４４はプレート４５および皿ばね４６によって弾性支持されたが、これに限らない。たとえば、皿ばね４６はばねスプリングであってもよいし、ゴムなどの弾性部材を採用してもよい。

・本実施形態では、軸受４４の弾性支持構造が採用されたが、この構成を採用しなくてもよい。すなわち、ラックハウジング１７により軸受４４の軸方向両側が挟まれることで、軸受４４がラックハウジング１７に対して固定されてもよい。この場合でも、ラックハウジング１７の内周面と軸受４４の外周面との間にはわずかに隙間が設けられている。ラックハウジング１７と軸受４４との間で熱膨張係数に違いがあるためである。

・本実施形態で用いられる軸受４４はどのような軸受であってもよい。たとえば、単列アンギュラ玉軸受であってもよいし、すべり軸受であってもよい。
・本実施形態では、ＲＰ−ＥＰＳに具体化して示したが、これに限らない。たとえば、ラックアシスト式のＥＰＳであってもよい。すなわち、ボールねじ機構４０のあるステアリング装置であれば、車両の振動により軸受４４が傾くおそれがあり、同様の課題が生じうる。

・本実施形態では、ステアリング装置として、電動パワーステアリング装置を例に挙げたが、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）に適用してもよい。なお、ステアバイワイヤに具体化する場合には、前輪操舵装置としてだけでなく、後輪操舵装置あるいは４輪操舵装置（４ＷＳ）として具体化することもできる。

１…ＥＰＳ、２…操舵機構、３…アシスト機構、１０…ステアリングホイール、１１…ステアリングシャフト、１１ａ…コラムシャフト、１１ｂ…インターミディエイトシャフト、１１ｃ…ピニオンシャフト、１２…ラックシャフト（転舵軸）、１２ａ…ねじ溝、１３…ラックアンドピニオン機構、１４…ラックエンド、１５…タイロッド、１６…転舵輪、１７…ラックハウジング（ハウジング）、１７ａ…第１ラックハウジング、１７ｂ…第２ラックハウジング、１７ｃ…嵌合部、１８…減速機ハウジング、１９…ラックブーツ、３０…モータ、３１…回転軸、３２…ボルト、３３…貫通孔、４０…ボールねじ機構、４１…ナット、４２…ボール、４３…ねじ溝、４４…軸受、４５…プレート、４６…皿ばね、４７…弾性部材、５０…減速機、５１…駆動プーリ、５２…従動プーリ、５３…ベルト、Ｒ…転動路、Ｓ…空間。

Claims (4)

1. 回転軸を有するモータと、
   軸方向に往復移動する転舵軸と、
   多数のボールを介して前記転舵軸と螺合するナットと、
   前記転舵軸および前記ナットを収容するハウジングと、
   前記ハウジングの内周面と前記ナットの外周面との間に介在されて、前記ハウジングの内周面との間に隙間を介してナットを片持ち支持する軸受と、
   前記回転軸と一体回転可能に固定される駆動プーリと、
   前記ナットの前記軸受と反対側の端部が挿入されてその外周面に固定される従動プーリと、
   前記駆動プーリおよび前記従動プーリの間に巻き掛けられるベルトと、
   前記ハウジングの内周面と前記軸受の外周面との間に設けられる弾性部材と、を備えるステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記モータは、前記ハウジングの外周に設けられ、
   前記弾性部材は、前記ハウジングの内周面において、前記転舵軸を基準とする前記モータと反対側の領域に設けられるステアリング装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のステアリング装置において、
   前記ハウジングの内周面に設けられて、前記軸受の軸方向両側にそれぞれ位置する２つの壁と、
   前記軸受の軸方向両側面と前記２つの壁との間にそれぞれ介在される弾性支持部材と、を備え、
   前記軸受は、前記ハウジングに対して軸方向に揺動可能に設けられるとともに、前記弾性支持部材を介して、前記２つの壁に挟まれた状態で支持されているステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
   前記モータの回転軸は前記転舵軸と平行であるステアリング装置。