JP2017154634A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピニオンギヤに対するラック軸の追従性がよい操舵装置を提供する。【解決手段】ラック軸（２０８）の、ラックガイド（２２４）側の側面には、ラック軸の軸方向に沿った溝部（２０８１）が形成されており、ラックガイドの、ラック軸側の側面には、凹部（２２４１）が形成されており、ラックガイドは、溝部と凹部との間に配置されたボール（２３０）を介して、ラック軸をピニオンギヤ（２０６）に押し付ける操舵装置（１）。【選択図】図２

Description

本発明は、操舵装置に関する。

操舵装置において、ラック軸をピニオンギヤ側に押し付けるためのラックガイド機構が存在する（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２０１２−７１８１６号公報 特開２０１２−２４５８１１号公報

ところで、ラックガイド機構においては、ピニオンギヤに対するラック軸の追従性がよいことが好ましい。

本発明は、ピニオンギヤに対するラック軸の追従性がよい操舵装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明に係る操舵装置は、第１のピニオンギヤと、前記第１のピニオンギヤに噛み合うラック歯が形成されたラック軸と、前記ラック軸を前記第１のピニオンギヤに押し付けるための第１のラックガイドとを備えた操舵装置において、前記ラック軸の、前記第１のラックガイド側の側面には、前記ラック軸の軸方向に沿った第１の溝が形成されており、前記第１のラックガイドの、前記ラック軸側の側面には、凹部が形成されており、前記第１のラックガイドは、前記第１の溝と前記凹部との間に配置されたボールを介して、前記ラック軸を前記第１のピニオンギヤに押し付けるものである。

本発明によれば、ピニオンギヤに対するラック軸の追従性がよい操舵装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る操舵装置の概略構成の一例を模式的に示す模式図である。 本発明の実施形態１に係るラックガイド機構周辺の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るラックガイド機構周辺の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る転舵力発生部周辺の構成の一例を示す斜視図である。 図４におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。 本発明の実施形態２に係る操舵装置の概略構成の一例を模式的に示す模式図である。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係る操舵装置について、図１〜５を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係る操舵装置の概略構成の一例を模式的に示す模式図である、図１に示すように、操舵装置１は、運転者による操舵操作を受け付ける操舵部１０、操舵部１０が受け付けた操舵操作に応じて車輪４００を転舵する転舵部２０、及び制御部（図１において不図示）を備えている。

なお、以下に説明する操舵装置１では、モータでアシスト力を発揮させる電動パワーステアリングシステム（以下、ＥＰＳという）を採用しているが、これは本実施形態を限定するものではなく、（１）操舵部１０と転舵部２０との間のトルク伝達経路を機械的に接続又は遮断することが可能であり、（２）前記トルク伝達経路が遮断された状態において、操舵部１０が受け付けた操舵操作に応じて車輪４００の転舵角を電気的に制御するステアバイワイヤ方式を採用してもよい。

（操舵部１０）
図１に示すように、操舵部１０は、操舵部材１０２、ステアリングシャフト１０４、第１の自在継手１０６、及び中間シャフト１０８を備えており、操舵部材１０２、ステアリングシャフト１０４、及び中間シャフト１０８は、互いにトルク伝達可能に接続されている。ここで、「トルク伝達可能に接続」とは、一方の部材の回転に伴い他方の部材の回転が生じるように接続されていることを指し、例えば、一方の部材と他方の部材とが一体的に成形されている場合、一方の部材に対して他方の部材が直接的又は間接的に固定されている場合、及び、一方の部材と他方の部材とが継手部材等を介して連動するよう接続されている場合を少なくとも含む。

本実施形態においては、ステアリングシャフト１０４の上端は、操舵部材１０２に固定され、操舵部材１０２と一体的に回転する。また、ステアリングシャフト１０４の下端と、中間シャフト１０８の上端とは、第１の自在継手１０６を介して互いに連動するように接続されている。

なお、「上端」とは、運転者の操舵操作に応じた操舵力の伝達経路において上流側の端部（すなわち、入力側の端部）のことを指し、「下端」とは、操舵力の伝達経路において下流側の端部（すなわち、出力側の端部）のことを指す（以下同様）。

また、操舵部材１０２の例として、図１に示すように、円環状のステアリングホイールを例に挙げたが、これは本実施形態を限定するものではなく、運転者による操舵操作を受け付けることができるものであれば他の形状や機構を有するものであってもよい。

（転舵部２０）
転舵部２０は、操舵部１０が受け付けた運転者の操舵操作に応じて、車輪４００を転舵させるための構成である。

図１に示すように、転舵部２０は、第２の自在継手（自在継手）２０２、ピニオンシャフト（入力軸）２０４、ピニオンギヤ（第１のピニオンギヤ）２０６、ラック軸２０８、タイロッド２１０、ナックルアーム２１２、ラックガイド機構２１４、及び転舵力発生部２２０を備えている。中間シャフト１０８、ピニオンシャフト２０４、及びピニオンギヤ２０６は、互いにトルク伝達可能に接続されている。

なお、転舵部２０において、転舵力発生部２２０は必須の構成ではない。また、第２の実施形態にて説明する、他のピニオンギヤ、ラックガイド機構を備えていてもよい。

本実施形態では、ピニオンギヤ２０６は、ピニオンシャフト２０４の下端に固定され、ピニオンシャフト２０４と一体的に回転する。中間シャフト１０８の下端とピニオンシャフト２０４の上端とは、第２の自在継手２０２を介して互いに連動するように接続されている。

ラック軸２０８は、ピニオンギヤ２０６の回転に応じて車輪４００を転舵させるための構成であり、ラック軸２０８には、ピニオンギヤ２０６に噛み合うラック歯（図示せず）が形成されている。

上記のように構成された操舵装置１では、ピニオンギヤ２０６が、運転者が操舵操作する操舵部材１０２に対してトルク伝達可能に接続されている。詳細には、運転者が操舵部材１０２を介した操舵操作を行うと、ピニオンギヤ２０６が回転し、ラック軸２０８の軸方向に沿って、ラック軸２０８が変位する。これにより、ラック軸２０８の両端に設けられたタイロッド２１０、及び、タイロッド２１０に連結されたナックルアーム２１２を介して、車輪４００が転舵される。

ラックガイド機構２１４は、ラック軸２０８をピニオンギヤ２０６側に押し付けるための機構である。

なお、図１に示す例では、ピニオンシャフト２０４とラック軸２０８との間の操舵力の伝達をピニオンギヤ２０６及びラック歯によって行う構成を例に挙げたが、これは本実施形態を限定するものではなく、ピニオンシャフト２０４とラック軸２０８との間の操舵力を伝達できるものであれば、他の構成であってもよい。

（ラックガイド機構２１４）
図２及び図３は、本発明の実施形態１に係るラックガイド機構２１４周辺の構成の一例を示すものであり、ラック軸２０８の延伸方向が法線方向となる断面による断面図である。図２に示すように、ラック軸２０８は、ラックガイド機構２１４により、ピニオンギヤ２０６に対して押し付けられている。

ラックガイド機構２１４は、ハウジング２２２、ラックガイド２２４、コイルばね２２６、キャップ２２８、及び、ボール２３０を備えている。ハウジング２２２は、円筒状を呈しており、ラックガイド２２４、コイルばね２２６、及び、キャップ２２８を収容する。ハウジング２２２は、ラックガイド２２４の移動方向を、ラックガイド２２４の押し付け方向に制限する。従って、ラックガイド２２４がラック軸２０８をピニオンギヤ２０６に確実に押し付けることができる。

ラックガイド２２４は、その外形が円柱状を呈しており、ラック軸２０８をピニオンギヤ２０６側に押し付ける金属性の部品である。コイルばね２２６は、ラックガイド２２４と、キャップ２２８との間に介装され、ラックガイド２２４をピニオンギヤ２０６側に付勢する弾性部材である。キャップ２２８は、ハウジング２２２の後側の開口を閉じるとともに、コイルばね２２６をハウジング２２２から脱落しないように保持する。

ラック軸２０８の、ラックガイド２２４側の側面に、ボール２３０に対応するように、ラック軸２０８の軸方向に沿った溝部（第１の溝）２０８１が形成されている。溝部２０８１は、ボール２３０が半分程度入るぐらいの大きさの断面を有するとともに、ラック軸２０８の移動範囲に応じた、ラック軸方向の長さを有する。また、ラックガイド２２４の、ラック軸２０８側の側面に、ボール２３０に対応するように、凹部２２４１が形成されている。凹部２２４１は、ボール２３０が半分程度入るぐらいの大きさである。

さらに、溝部２０８１と、凹部２２４１との間に、ボール２３０が配置されている。そして、ラックガイド２２４は、溝部２０８１と、凹部２２４１との間に配置されたボール２３０を介して、ラック軸２０８をピニオンギヤ２０６に押し付ける。

図３に示すように、ラック軸２０８の溝部２０８１の、ラック軸２０８の軸方向に垂直な断面における形状は、ラックガイド２２４の押し付け方向に沿った軸を有する楕円、放物線を切断して得られる形状又は２つの円弧を有するゴシックアーチ形状である。また、ラックガイド２２４の凹部２２４１の形状は、ラックガイド２２４の押し付け方向に沿った軸を有する楕円、放物線を切断して得られる形状又は２つの円弧を有するゴシックアーチ形状を、当該軸のまわりに回転させることによって得られる回転体形状である。

そして、図３において破線で示した円のうち、左側の円（２個）により示すように、ラック軸２０８の溝部２０８１と、ボール２３０とは、２点で接触している。また、図３の破線の円のうち、右側の円（２個）により示すように、ラックガイド２２４の凹部２２４１と、ボール２３０とは、ラック軸２０８の軸方向に垂直な断面において２点で接触している。

上記の構成によれば、ラックガイド２２４は、ボール２３０を介してラック軸２０８を押すことにより、ラック軸２０８をピニオンギヤ２０６に対して好適に押し付けることができる。従って、ピニオンギヤ２０６に対するラック軸２０８の追従性がよい操舵装置１を提供することができる。

（転舵力発生部２２０）
図４は本発明の実施形態１に係る転舵力発生部周辺の構成の一例を示す斜視図であり、図５は図４におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。

図４及び図５に示すように、転舵力発生部２２０は、モータ（動力発生部）３００、駆動プーリ３０３、従動プーリ３０４、ベルト３０５、変換機構３０６、第１のハウジング４０１、第２のハウジング４０２、第３のハウジング４０３、及び第４のハウジング４０４等を備えて構成されている。

モータ３００は、モータ本体３０１及び出力軸３０２を有している。駆動プーリ３０３は、出力軸３０２と一体的に回転するように設けられている。ベルト３０５は、駆動プーリ３０３と従動プーリ３０４とに巻き掛けられており、駆動プーリ３０３から従動プーリ３０４にトルクを伝達可能となっている。

従動プーリ３０４は、ナット５０１に固定されている。したがって、駆動プーリ３０３から従動プーリ３０４に伝達されたトルクは、ナット５０１に伝達される。

変換機構３０６は、従動プーリ３０４の回転運動をラック軸２０８の軸方向の直線運動に変換するための構成である。図５に例示した変換機構３０６では、螺旋溝３０８が形成された内周面を有するナットであって、モータ３００が発生させるトルクによって回転駆動されるナット５０１と、ラック軸２０８の外周面に形成され、ナット５０１の螺旋溝３０８と同じピッチを有する螺旋溝３０９と、ナット５０１の内周面の螺旋溝とラック軸２０８の外周面に形成された螺旋溝との間に配置された複数の転動用ボール（不図示）とによって構成される所謂ボールねじ機構が採用されている。

ただし、変換機構３０６の具体的構成は上記の例に限定されるものではなく、従動プーリ３０４の回転運動をラック軸２０８の軸方向の直線運動に変換するものであれば他の構成であってもよい。

上記の構成によれば、転舵力をアシストすることができる。また、回転駆動されるナット５０１に起因して、ラック軸２０８には軸方向のまわりの捩れ力が印加されるが、ラックガイド２２４は、溝部２０８１と凹部２２４１との間に配置されたボール２３０を介して、ラック軸２０８をピニオンギヤ２０６に押し付けるので、そのような捩れ力が印加されても、ラック軸２０８が実際に捩れることが抑制される。これにより、快適な操舵感を提供することができる。

（制御部）
制御部５００は、運転者による操舵操作に応じて、モータ３００が発生させるトルクを制御するための構成を少なくとも有している。図４に示す例では、制御部５００は、モータ３００の出力軸側に配置されており、モータ本体３０１に含まれる。

また、制御部５００は、エンジンを制御するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）、及び、出力軸３０２の回転角を検出するためのレゾルバセンサー等を備えていてもよい。

なお、制御部５００がモータ３００の出力側と反対側に配置される構成としてもよい。

（ハウジング）
第１のハウジング４０１は、図５に示すように、ラック軸２０８の一部、変換機構３０６の一部、及び従動プーリ３０４を収容する。

第２のハウジング４０２は、図５に示すように、第１のハウジング４０１に対して固定されており、出力軸３０２及び駆動プーリ３０３を収容する。

第３のハウジング４０３は、第１のハウジング４０１に対して固定されており、ラック軸２０８の他の一部を収容する。第４のハウジング４０４は、モータ本体３０１とは反対側の出力軸３０２の端部を覆うようにして、第２のハウジング４０２に取り付けられるものである。

なお、第１のハウジング４０１、第２のハウジング４０２、及び第３のハウジング４０３の少なくとも一部は、一体的に形成されたものであってもよい。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２に係る操舵装置について、図６を参照して説明する。

図６は、本発明の実施形態２に係る操舵装置の概略構成の一例を模式的に示す模式図である、図６に示すように、操舵装置１ａは、転舵部２０ａにおいて、図１の転舵力発生部２２０の代わりに、モータ（動力発生部）２３１、ピニオンギヤ（第２のピニオンギヤ）２３４、及び、ラックガイド機構２３６を備えている。すなわち、操舵装置１ａの転舵部２０ａは、デュアルピニオンの構成を有する。

モータ２３１は、操舵部材１０２の動作に応じてトルクを発生させる。シャフト２３２は、モータ２３１と、ピニオンギヤ２３４との間に介設され、モータ２３１によるトルクをピニオンギヤ２３４に伝達する。モータ２３１と、ピニオンギヤ２３４との間には、減速装置等が含まれていてもよい。ピニオンギヤ２３４は、モータ２３１にシャフト２３２を介して接続され、モータ２３１によるトルクをラック軸２０８に伝達可能に構成されている。ラックガイド機構２３６は、ラックガイド（第２のラックガイド、図示せず）を備えており、当該ラックガイドは、ラック軸２０８をピニオンギヤ２３４に押し付ける。ラックガイド機構２３６は、図２及び図３を用いて説明したラックガイド機構２１４と同様の構成を有する。

ラック軸２０８の、ピニオンギヤ２３４側の側面には、ピニオンギヤ２３４に噛み合うラック歯が形成されている。ラック軸２０８の、ラックガイド側の側面には、ラック軸２０８の軸方向に沿った溝部（第２の溝、図示せず）が形成されている。また、ラックガイドの、ラック軸２０８側の側面には、凹部（図示せず）が形成されている。そして、ラックガイド機構２３６の備えるラックガイドは、前記の溝部と、ラックガイドの凹部との間に配置されたボールを介して、ラック軸２０８をピニオンギヤ２３４に押し付ける。

〔適用可能な装置構成〕
上記に説明した構成は、コラムアシスト、ピニオンアシスト、デュアルピニオンアシスト、ラックアシスト、アシスト無し、ラック・アンド・ピニオン機構を用いた操舵装置全般に適用可能である。

また、デュアルピニオンアシストを採用する場合、操舵軸側のラックガイド機構と、アシスト側のラックガイド機構との両方において、ラックガイドと、ラック軸との間に上述したボールを配置してもよいし、いずれか一方のラックガイドと、ラック軸との間にボールを配置してもよい。

また、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 操舵装置
２０６ ピニオンギヤ（第１のピニオンギヤ）
２０８ ラック軸
２０８１ 溝部（第１の溝）
２１４、２３６ ラックガイド機構
２２２ ハウジング
２２４ ラックガイド（第１のラックガイド）
２２４１ 凹部
２３０ ボール
２３４ ピニオンギヤ（第２のピニオンギヤ）

Claims (6)

1. 第１のピニオンギヤと、前記第１のピニオンギヤに噛み合うラック歯が形成されたラック軸と、前記ラック軸を前記第１のピニオンギヤに押し付けるための第１のラックガイドとを備えた操舵装置であって、
   前記ラック軸の、前記第１のラックガイド側の側面には、前記ラック軸の軸方向に沿った第１の溝が形成されており、
   前記第１のラックガイドの、前記ラック軸側の側面には、凹部が形成されており、
   前記第１のラックガイドは、前記第１の溝と前記凹部との間に配置されたボールを介して、前記ラック軸を前記第１のピニオンギヤに押し付ける、
   ことを特徴とする操舵装置。
2. 前記ラック軸の第１の溝の、前記ラック軸の軸方向に垂直な断面における形状は、前記第１のラックガイドの押し付け方向に沿った軸を有する楕円、放物線を切断して得られる形状又はゴシックアーチ形状であり、
   前記第１のラックガイドの凹部の形状は、前記第１のラックガイドの押し付け方向に沿った軸を有する楕円、放物線を切断して得られる形状又はゴシックアーチ形状を、当該軸のまわりに回転させることによって得られる回転体形状である、請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記第１のラックガイドを収容し、前記第１のラックガイドの移動方向を、前記第１のラックガイドの押し付け方向に制限するハウジングを更に備えている、請求項１又は２に記載の操舵装置。
4. 前記第１のピニオンギヤは、運転者が操舵操作する操舵部材に対してトルク伝達可能に接続されている、請求項１から３の何れか１項に記載の操舵装置。
5. 動力発生部と、
   螺旋溝が形成された内周面を有するナットであって、前記動力発生部が発生させるトルクによって回転駆動されるナットと、
   前記ナットの内周面の螺旋溝と前記ラック軸の外周面に形成された螺旋溝との間に配置された転動用ボールと、
   を更に備えている、請求項１から４の何れか１項に記載の操舵装置。
6. 動力発生部と、
   前記動力発生部にトルク伝達可能に接続された第２のピニオンギヤと、
   前記ラック軸を前記第２のピニオンギヤに押し付ける第２のラックガイドとを更に備え、
   前記ラック軸の、前記第２のピニオンギヤ側の側面には、前記第２のピニオンギヤに噛み合うラック歯が形成されており、
   前記ラック軸の、前記第２のラックガイド側の側面には、前記ラック軸の軸方向に沿った第２の溝が形成されており、
   前記第２のラックガイドの、前記ラック軸側の側面には、凹部が形成されており、
   前記第２のラックガイドは、前記第２の溝と前記第２のラックガイドの凹部との間に配置されたボールを介して、前記ラック軸を前記第２のピニオンギヤに押し付ける、請求項１から４の何れか１項に記載の操舵装置。

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