JP2017165328A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機によって生じる荷重を受けるための新たなスペースが不要な操舵装置を実現する。【解決手段】操舵装置（１）は、モータ（１３）と、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た中部ステアリングシャフト（１０２）と、中部ステアリングシャフト（１０２）の外周に配置され、モータ（１３）によってトルクが印加される第２軸（１２２）と、第２軸（１２２）のトルクを中部ステアリングシャフト（１０２）に伝達する第１の減速機（１５）と、第２軸（１２２）の操舵部材側に配置され、中部ステアリングシャフト（１０２）と第２軸（１２２）とを相対回転可能に接続し、かつ、中部ステアリングシャフト（１０２）と第２軸（７７）とのの軸方向に沿った相対移動を規制するスラスト軸受（４０）とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、操舵装置に関する。

電動パワーステアリングシステムやステアバイワイヤ方式を採用した操舵装置において、モータの出力を操舵軸に伝達するための減速機構を用いた車両の操舵装置が知られている（特許文献１）。

特開２００７−１１２３９７号公報

減速機構を用いた操舵装置では、減速機構によって操舵装置の軸方向に荷重が発生することがある。そのため、当該荷重を受ける構造が必要である。

ところで、上述のような減速機構を用いた操舵装置であっても小型であることが好ましい。

本発明は、減速機構を用いた操舵装置において、小型化を図ることのできる操舵装置を実現することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、モータと、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た第１軸と、前記第１軸の外周に配置され、前記モータによってトルクが印加される第２軸と、前記第２軸のトルクを前記第１軸に伝達する伝達部と、前記第２軸の前記操舵部材側に配置され、前記第１軸と前記第２軸とを相対回転可能に接続し、かつ、前記第１軸と前記第２軸との軸方向に沿った相対移動を規制するスラスト軸受とを備えている操舵装置である。

本発明によれば、操舵装置の小型化を図ることができる。

本発明の実施形態１に係る操舵装置の要部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に係るハウジングの内部構成の一例を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態２に係るハウジングの内部構成の一例を模式的に示す断面図である。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態に係る操舵装置について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る操舵装置の要部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および制御部（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（図１では図示せず）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５０、上部ステアリングシャフト１０１、中部ステアリングシャフト（第１軸）１０２、ハウジング１１、下部ステアリングシャフト１０３、第１の自在継手１０６、及び中間シャフト１０８を備えている。操舵部材５０、上部ステアリングシャフト１０１、中部ステアリングシャフト１０２、及び下部ステアリングシャフト１０３は、互いにトルク伝達可能に接続されている。

なお、上部ステアリングシャフト１０１と中部ステアリングシャフト１０２とは一体的に形成されていてもよいし、トーションバー等を介して互いに連結されていてもよい。本明細書では、上部ステアリングシャフト及び中部ステアリングシャフトを纏めて中部ステアリングシャフトと呼ぶこともある。

また、本明細書において「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直接的に接続されている場合、及び一方の部材と他方の部材とが第３の部材（例えば継手部材等）を介して間接的に接続されている場合の双方を含む（以下同様）。

本実施形態においては、上部ステアリングシャフト１０１の上端は、操舵部材５０に固定され、操舵部材５０と一体的に回転する。また、下部ステアリングシャフト１０３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、本明細書において「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、以下の記載における「上流側」及び「下流側」とは、操舵力の伝達経路における上流側及び下流側のことを指すものとする。

また、操舵部材５０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２０２、ピニオンシャフト２０４、ピニオンギヤ２０６、ラックバー（転舵軸）２０８、タイロッド２１０、及びナックルアーム２１２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。

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。また、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。

ラックバー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る。ラックバー２０８には、ピニオンギヤ２０６と噛み合うラック歯（不図示）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、運転者が操舵部材５０を介した操舵操作を行うと、ピニオンギヤ２０６が回転し、ラックバー２０８は、ラックバー２０８の軸方向に沿って変位する。これにより、ラックバー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。

なお、図１に示す例では、ピニオンシャフト２０４とラックバー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、この構成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とラックバー２０８との間の操舵力を伝達できる構成であれば、他の構成であってもよい。

続いて、上述したハウジング１１の内部構成について、図２を参照して説明する。

（ハウジング１１の内部構成）
図２は、図１に示したハウジング１１の内部構成の一例を概略的に示す断面図である。

図２に示すように、ハウジング１１には、中部ステアリングシャフト（第１軸）１０２の一部が収容されている。ハウジング１１は、第１のハウジング１５１及び第２のハウジング１５２を備えた構成である。第１のハウジング１５１側には、第１の減速機（伝達部）１５が収容されている。一方、第２のハウジング１５２側には、第２の減速機１６が収容されている。また、第２のハウジング１５２の下流側には、エンドカバー１５３が取り付けられている。さらに、ハウジング１１の外側には、モータ１３が設けられている。以下では、第１のハウジング１５１側の内部構成と、第２のハウジング１５２側の内部構成とに分けて具体的に説明する。

（第１のハウジング１５１側の内部構成）
第１のハウジング１５１側には、中部ステアリングシャフト１０２の一部、第２軸１２２、第１の減速機１５、スラスト軸受４０、及び第１のラジアル軸受４１が収容されている。

中部ステアリングシャフト１０２は、運転者が操舵操作する操舵部材５０（図１参照）に対してトルク伝達可能に接続に接続されている。第１の減速機１５は、第２軸１２２の回転を減速したうえで、中部ステアリングシャフト１０２にトルクを伝達する構成である。第２軸１２２は筒状の部材であり、当該第２軸１２２内を中部ステアリングシャフト１０２が貫通している。すなわち、第２軸１２２は中部ステアリングシャフト１０２の外周に配置されている。

第１の減速機１５は、太陽ローラ（筒部材）７１、複数の遊星ローラ（遊星部材）７３、第１のリング部材７４、第２のリング部材７５、及びキャリア７７を備えている。

太陽ローラ７１は、第２軸１２２の外周に配置されている。なお、本実施形態では、太陽ローラ７１は、第２軸１２２に圧入されることによって緊嵌されているが、これは本実施形態を限定するものではなく、太陽ローラ７１は他の方法によって第２軸１２２に固定されていてもよい。

複数の遊星ローラ７３は、太陽ローラ７１の外周に配置されており、太陽ローラ７１の外周面に対して加圧接触されている。

キャリア７７は、中部ステアリングシャフト１０２の外周に配置されている。キャリア７７は、複数の遊星ローラ７３のそれぞれを、キャリア７７に接続された軸（不図示）を介して回転自在に支持している。なお、本実施形態では、キャリア７７は、中部ステアリングシャフト１０２に圧入されることによって緊嵌されているが、これは本実施形態を限定するものではなく、キャリア７７は他の方法によって中部ステアリングシャフト１０２に固定されていてもよい。このような構成によって、各々の遊星ローラ７３は、キャリア７７に接続する軸を中心とした回転（自転）及び太陽ローラ７１の外周に沿った移動（公転）の２種類の運動が可能になっている。

遊星ローラ７３よりも外方側には、遊星ローラ７３に対して上流及び下流方向に、第１のリング部材７４及び第２のリング部材７５が備えられている。第１のリング部材７４及び第２のリング部材７５はそれぞれ第１のハウジング１５１に対して固定されている。第１のリング部材７４は、遊星ローラ７３対し、上流側から当接している。第２のリング部材７５は、遊星ローラ７３に対し、下流側から当接している。なお、第１のリング部材７４又は第２のリング部材７５と、遊星ローラ７３との間の接触は点接触であることが好ましいが、線接触又は面接触であってもよい。

第１のリング部材７４及び第２のリング部材７５のそれぞれが遊星ローラ７３に対して当接することで、遊星ローラ７３は太陽ローラ７１側に押し付けられる。上記の例では、太陽ローラ７１と各々の遊星ローラ７３との間で生じる摩擦によって動力を伝達する構成である。ここで、本明細書において「摩擦によって動力を伝達する」とは、フリクションドライブ方式またはトラクションドライブ方式によって動力を伝達することをいう。また、「フリクションドライブ方式」とは、２つの、圧接され、直接接触しているローラ間の摩擦力によって、駆動ローラから従動ローラへと動力を伝達する方法である。また、「トラクションドライブ方式」とは、２つの圧接されたローラ間に介在する潤滑油膜を介した摩擦力によって動力を伝達する方法である。

ただし、本実施形態は上記の例に限定されるものではなく、太陽ローラ７１、複数の遊星ローラ７３、並びに、第１のリング部材７４及び第２のリング部材７５に代えて、第１の減速機１５が、太陽ギヤ、太陽ギヤに噛み合う複数の遊星ギヤ、並びに、遊星ギヤに噛み合う内歯ギヤを備える構成としてもよい。

スラスト軸受４０は、第２軸１２２の上流側に配置されている。スラスト軸受４０は、ハウジング１１内において軸方向に働くスラスト力を受ける軸受であり、第１の軌道板４０１と、第２の軌道板４０２と、第１の軌道板４０１と第２の軌道板４０２との間に配置された複数の転動体４０３とを備えている。なお、本実施形態では、転動体は、ボール、ころ等を指すものとする（以下同様）。

図２に示す例では、第１の軌道板４０１はキャリア７７に下流側から当接し、第２の軌道板４０２は、第２軸１２２及び太陽ローラ７１に上流側から当接している。なお、第２の軌道板４０２は、第２軸１２２及び太陽ローラ７１の何れか一方に当接する構成としてもよい。また、第１の軌道板４０１をキャリア７７に固定又は嵌合する構成としてもよいし、第２の軌道板４０２を第２軸１２２及び太陽ローラ７１の何れか又は双方に固定又は嵌合する構成としてもよい。

本実施形態において、スラスト軸受４０は、中部ステアリングシャフト１０２と第２軸１２２とを相対回転可能に接続している。また、スラスト軸受４０は、中部ステアリングシャフト１０２と第２軸１２２との軸方向に沿った相対移動を規制している。より具体的には、スラスト軸受４０によって、中部ステアリングシャフト１０２の、第２軸１２２に対する下流側への相対移動、換言すれば、第２軸１２２の、中部ステアリングシャフト１０２に対する上流側への相対移動が規制される。

第１のラジアル軸受４１は、第１のハウジング１５１の操舵部材５０（図１参照）側において、中部ステアリングシャフト１０２の外周に配置されている。第１のラジアル軸受４１は、内輪４１１と、外輪４１２と、内輪４１１と外輪４１２との間に配置された複数の転動体４１３とを備えている。なお、本実施形態では、第１のラジアル軸受４１の内輪４１１は、中部ステアリングシャフト１０２に圧入されることによって緊嵌されているが、これは本実施形態を限定するものではなく、第１のラジアル軸受４１は、他の方法によって中部ステアリングシャフト１０２に固定されていてもよい。一方で、外輪４１２は、第１のハウジング１５１に形成された凸部１８１に下流側から当接している。

続いて、第２のハウジング１５２側の内部構成について説明する。

（第２のハウジング１５２側の内部構成）
第２のハウジング１５２側には、中部ステアリングシャフト１０２の一部、第２軸１２２の一部、第２のラジアル軸受４２、動力伝達シャフト１４、及び第２の減速機１６が収容されている。

第２のラジアル軸受４２は、内輪４２１と、外輪４２２と、内輪４２１と外輪４２２との間に配置された転動体４２３とを備えている。なお、本実施形態では、第２のラジアル軸受４２は、内輪４２１が第２軸１２２に圧入されることによって緊嵌されているが、これは本実施形態を限定するものではなく、第２のラジアル軸受４２は他の方法によって第２軸１２２に固定されていてもよい。一方で、外輪４２２は、第２のハウジング１５２に形成された凸部１８２に上流側から当接している。

第２の減速機１６は、第２軸１２２の外周に配置されている。本実施形態において、第２の減速機１６は、ベルト８１、駆動プーリ８５、及び従動プーリ８６を備えたベルト減速機として構成されている。駆動プーリ８５は、モータ１３によって回転駆動される動力伝達シャフト１４に固定され、動力伝達シャフト１４と一体回転する。モータ１３が発生させたトルクは、動力伝達シャフト１４、ベルト８１及び従動プーリ８６を介して第２軸１２２に伝達される。ただし、本実施形態に係る第２の減速機１６はこれに限定されるものではない。第２の減速機１６は、例えば、ウォームホイールを用いたウォームギヤ機構として構成され、モータによって発生されたトルクがウォームギヤ及びウォームホイールを介して第２軸１２２に伝達される構成としてもよい。

第２のハウジング１５２の下端側には、エンドカバー１５３が取り付けられている。エンドカバー１５３側には、第３のラジアル軸受４３が備えられている。第３のラジアル軸受４３は、内輪４３１と、外輪４３２と、内輪４３１と外輪４３２との間に配置された複数の転動体４３４とを備えている。本実施形態では、第３のラジアル軸受４３は、エンドカバー１５３の内側に圧入されることによって緊嵌されている。また、第３のラジアル軸受４３の外輪４３２は、エンドカバー１５３の凸部１８３に上流側から当接している。なお、第３のラジアル軸受４３は、他の方法によってエンドカバー１５３に固定されていてもよい。

上記の構成によれば、第２の減速機１６によって生じた荷重は、スラスト軸受４０によって受けることができる。そのため本実施形態によれば、第２の減速機１６によって生じた荷重を、新たなスペースを要することなく受けることができる。そのため、ハウジング１１の軸方向の全長を短縮化することで、操舵装置１（図１参照）全体の小型化を実現することができる。
なお、上記の説明では、第２軸１２２に第２の減速機１６が固定され、モータ１３のトルクが第２の減速機１６を介して第２軸１２２に伝達される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、第２軸１２２は、モータ１３の出力軸自体であってもよい。

〔実施形態２〕
本実施形態における操舵装置が備えるハウジングについて、図３を参照して説明する。なお、本明細書において既に説明した部材には同じ参照符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図３は、本実施形態に係るハウジングの内部構成例を模式的に示す断面図である。本実施形態に係るハウジングは、上述した実施形態１に係るハウジング１１（図２参照）に代えて、ハウジング３１を備える構成である。以下では本実施形態に係るハウジング３１について、実施形態１に係るハウジング１１と異なる点を中心に説明する。

本実施形態に係るハウジング３１は、第１のハウジング１６１のみを備える構成である。第１のハウジング１６１には、中部ステアリングシャフト１３２の一部、第１のラジアル軸受５１、第２のラジアル軸受５２、第２軸１２２、第１の減速機１５、スラスト軸受４０、第２の減速機１６、ベアリング支持体３０１、及びサークリップ３０２が収容されている。なお、中部ステアリングシャフト１３２はその形状が図２で示した中部ステアリングシャフト１０２（図２参照）と異なっているので、中部ステアリングシャフト１０２とは異なる番号を付している。しかしながら、中部ステアリングシャフト１３２の基本的構造は、中部ステアリングシャフト１０２と共通する。

なお、本実施形態に係るスラスト軸受４０の備える第１の軌道板４０１は、キャリア７７に当接する構成としてもよいし、キャリア７７を介さずに中部ステアリングシャフト１３２に直接当接する構成としてもよい。

また、スラスト軸受４０の備える第２の軌道板４０２は、実施形態１と同様に第２軸１２２及び太陽ローラ７１の何れか一方に当接する構成としてもよいし、双方に当接する構成としてもよい。

第１のラジアル軸受５１は、第１のハウジング１６１の操舵部材（不図示）側において、中部ステアリングシャフト１３２の外周に配置されている。なお、本実施形態では、第１のラジアル軸受５１の内輪５１１は、中部ステアリングシャフト１３２に圧入されることによって緊嵌されているが、これは本実施形態を限定するものではなく、第１のラジアル軸受５１は、他の方法によって中部ステアリングシャフト１３２に固定されていてもよい。一方で、外輪５１２は、第１のハウジング１６１に形成された凸部１９１に下流側から当接している。

ベアリング支持体３０１は、第２軸１２２の外周に配置されている。なお、本実施形態では、ベアリング支持体３０１は、第２軸１２２に圧入されることによって緊嵌されているが、これは本実施形態を限定するものではなく、ベアリング支持体３０１は他の方法によって第２軸１２２に固定されていてもよい。

第２のラジアル軸受５２は、ベアリング支持体３０１の外周に配置されている。なお、本実施形態では、第２のラジアル軸受５２の内輪５２１は、ベアリング支持体３０１に圧入されることによって緊嵌されているが、これは本実施形態を限定するものではなく、第２のラジアル軸受５２は他の方法によってベアリング支持体３０１に固定されていてもよい。

サークリップ３０２は、ハウジング３１に固定されており、サークリップ３０２には、上流側から第２のラジアル軸受５２の外輪５２２が当接している。サークリップ３０２が備えられていることによって、第２のラジアル軸受５２及び第２の減速機１６が下流側に移動することを規制することができる。

また、本実施形態では、第１の減速機１５と第２の減速機１６とは同一のハウジング１６１内に収納されている。そのため、第１の減速機１５と第２の減速機１６とが異なるハウジングに収容される構成と比較して、減速機同士の軸のズレを軽減することができる。

本発明は上述した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
１１，３１ ・・・ハウジング
１３ ・・・モータ
１５ ・・・第１の減速機
１６ ・・・第２の減速機
４０ ・・・スラスト軸受
４１ ・・・第１のラジアル軸受
４２ ・・・第２のラジアル軸受
４３ ・・・第３のラジアル軸受
７１ ・・・太陽ローラ（筒部材）
７３ ・・・遊星ローラ（遊星部材）
７７ ・・・キャリア
１０２ ・・・中部ステアリングシャフト（第１軸）
１２２ ・・・第２軸
１５１，１６１・・・第１のハウジング
１５２ ・・・第２のハウジング
１８１ ・・・凸部
１８２ ・・・凸部

Claims (7)

1. モータと、
   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た第１軸と、
   前記第１軸の外周に配置され、前記モータによってトルクが印加される第２軸と、
   前記第２軸のトルクを前記第１軸に伝達する伝達部と、
   前記第２軸の前記操舵部材側に配置され、前記第１軸と前記第２軸とを相対回転可能に接続し、かつ、前記第１軸と前記第２軸との軸方向に沿った相対移動を規制するスラスト軸受と
   を備えていることを特徴とする操舵装置。
2. 前記第２軸及び前記伝達部を収容するハウジングと、
   内輪が前記第１軸に緊嵌し、外輪が前記ハウジングに形成された凸部に前記操舵部材の反対側から当接する第１のラジアル軸受と、
   を備えている請求項１に記載の操舵装置。
3. 内輪が前記第２軸に緊嵌し、外輪が前記ハウジングに形成された凸部に前記操舵部材側から当接する第２のラジアル軸受を更に備えている請求項１又は２に記載の操舵装置。
4. 前記伝達部は、前記第２軸の回転を減速したうえで前記第１軸に伝達する減速機である請求項１から３の何れか１項に記載の操舵装置。
5. 前記減速機は、
   前記第２軸に接続された筒部材と、
   前記筒部材の外周に配置され、前記筒部材の外周面に接触する複数の遊星部材と、
   前記複数の遊星部材を回転自在に支持するとともに、前記第１軸に固定されたキャリアと、
   を備えている請求項１から４の何れか１項に記載の操舵装置。
6. 前記スラスト軸受は、前記第２軸と前記キャリアとの間に配置され、前記第２軸及び前記筒部材の少なくとも何れか、並びに、前記キャリアに当接する請求項５に記載の操舵装置。
7. 前記第２軸は、前記モータの出力軸である請求項１から６の何れか１項に記載の操舵装置。

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