JP2017171008A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック軸を収納する筒状ハウジングに水等の液体が入った場合に、そのことを車両の乗員に認識させることが可能な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ラック軸に設けられた、液体を吸収することによりラック軸の外周側に膨張する、ラック軸と同軸をなす環状体である吸液材２７と、ラック軸に形成された、ラック軸の外周面に付着した液体を吸液材２７へ導く液体導入路２６ｃと、吸液材２７の外周面に設けられた、吸液材が膨張したときにハウジング２１の内周面側に拡径するリング２８と、備え、リング２８は、吸液材２７の外周側への膨張量が所定量より小さいときはハウジング２１の内周面から内周側に離間し、且つ、膨張量が所定量以上となったときにハウジング２１の内周面に接触する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電動モータの駆動力を利用して操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置に関する。

特許文献１は車両に設けられる電動パワーステアリング装置の一例である。
この電動パワーステアリング装置は、車体下部の前側部分に固定される筒状ハウジングを有している。このハウジングは車体の幅方向である左右方向に延びており、その両端部はともに開口している。

ハウジングにはラック軸が左右方向に移動可能且つ自身の軸線まわりに回転不能に挿入されている。ラック軸の左右両端部は、左右の前輪にタイロッドを介して連結されている。ラック軸の外周面の一部にはねじ溝とラック歯部が互いの位置を異ならせて形成されている。

さらに電動パワーステアリング装置は、ラック軸のラック歯部に噛合するピニオンシャフトと、下端においてピニオンシャフトに接続され且つ上端においてステアリングホイールが固定されたステアリングシャフトと、を備えている。

さらに、ハウジングには電動モータが設けられている。この電動モータは、ハウジングに設けられた減速機構を介してラック軸のねじ溝に接続されている。

ドライバーがステアリングホイールを回転操作すると、ステアリングシャフト及びピニオンシャフトが一緒に回転する。するとピニオンシャフトと噛み合っているラック軸がハウジングに対して左右方向の一方向に相対スライドするので、左右の前輪の舵角が変化する。
さらに、ドライバーがステアリングホイールを回転操作したときに、ステアリングシャフトの操舵トルクが操舵トルクセンサによって検出される。すると、制御装置（演算手段）が操舵トルクに応じた目標操舵アシストトルクを演算し、さらに目標操舵アシストトルクが得られるように電動モータを作動させる。その結果、電動モータの回転力が減速機構を介してラック軸に伝わり、ラック軸がハウジングに対して左右方向にスライドする。このときのラック軸のスライド方向は上記一方向である。即ち、電動モータの回転力は、ステアリング操作によるラック軸のスライド動作をアシストする力となる。

ところで、ハウジングの両端部には、外部から水がハウジング内に侵入するのを防止するためのシール部材（例えばラックブーツ）が設けられている。

しかし、例えば車両がオフロードを走行するときに、路面上の石が車輪によって跳ね上げられて上記シール部材に衝突し、その結果、シール部材が破損することがある。

例えば、シール部材が破損した状態で車両が水たまりのある路面上を走行すると、水たまりの水がハウジングの両端開口からハウジングの内部に入るおそれがある。
仮にハウジング内に水が入り且つこの水がハウジング内に滞留すると、ラック軸やピニオンシャフトに錆びが発生するおそれがある。

また、例えば泥水に含まれる細かい砂利がハウジング内に侵入すると、砂利によってラック軸及びピニオンシャフトの動作が不円滑になるおそれがある。

この問題を解決するために、特許文献１の電動パワーステアリング装置では、ハウジングの底面に排水用のドレンバルブが設けられている。
そのため、仮にハウジング内に水（泥水を含む）が入ったとしても、水がハウジング内に滞留するおそれは低い。

特開２０１５−１９９４１４号公報

上記のように特許文献１の電動パワーステアリング装置では、水がハウジング内に滞留するおそれは低いものの、シール部材が破損した場合はハウジング内への水の侵入を防止できない。
そのため、水によってラック軸及びピニオンシャフトが錆びてしまうおそれを完全に排除することはできない。

また、泥水がハウジング内に侵入した場合は、水はドレンバルブからハウジング外に排出されるものの、砂利等はハウジング内に残されてしまうおそれが高い。

仮に、ハウジング内へ水が侵入したり、或いは、ハウジング内に砂利が残留したりしている場合は、車両の乗員は出来る限り早くこの事実を認識する必要がある。

しかしながら特許文献１の電動パワーステアリング装置は、このような現象が発生していることを乗員に認識させることができないので、乗員はこの不具合を長時間に渡って放置してしまうおそれがある。

本発明は上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、ラック軸を収納する筒状ハウジングに水等の液体が入った場合に、そのことを車両の乗員に認識させることが可能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の電動パワーステアリング装置（２０、５０）は、
車体（１１）の幅方向である左右方向に延び且つ両端が開口した筒状ハウジング（２１）と、
前記ハウジング内に前記ハウジングの軸線まわりに回転不能に挿入され、前記軸線方向にスライドすることにより車輪の操舵角を変化させるラック軸（２２）と、
ステアリングホイール（４０）の回転力を前記ラック軸に伝えることにより、前記ラック軸をスライドさせるピニオンシャフト（３７）と、
前記ハウジングに支持され且つ前記ラック軸に対して回転駆動力を付与することにより前記ラック軸をスライドさせる電動モータ（３２）と、
前記ラック軸に設けられた、液体を吸収することにより前記ラック軸の外周側に膨張する、前記ラック軸と同軸をなす環状体である吸液材（２７）と、
前記ラック軸に形成された、前記ラック軸の外周面に付着した液体を前記吸液材へ導く液体導入路（２６ｃ）と、
前記吸液材の外周面に設けられた、前記吸液材が膨張したときに前記ハウジングの内周面側に拡径するリング（２８、５２）と、
を備え、
前記リングは、
前記吸液材の外周側への膨張量が所定量より小さいときは前記ハウジングの内周面から内周側に離間し、且つ、前記膨張量が前記所定量以上となったときに前記ハウジングの内周面に接触する。

本発明の電動パワーステアリング装置の筒状ハウジングに水等の液体が入り、この液体がラック軸の液体導入路に入ると、この液体によって吸液材がラック軸の外周側に膨張する。すると、それまではハウジングの内周面から内周側に離間していたリングが、ハウジングの内周面に対して接触する。
その結果、ステアリングホイールを回転操作したときのラック軸のスライド動作に対する抵抗が大きくなったり、リングとハウジングの内周面との間で異音や振動が発生したりする。
そのため車両の乗員は、ハウジング内に液体が入ったことを認識することが可能である。

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明の第一の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を備える車両全体の模式的な平面図である。 第一の実施形態の電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 図２のIII部の拡大断面図である。 支持部材の正面図である。 支持部材及びＣリングの正面図である。 水を吸収した吸液材が膨張することにより、Ｃリングがハウジングの内周面に対して接触したときのハウジング、支持部材、吸液材及びＣリングの一部の拡大断面図である。 第二の実施形態の電動パワーステアリング装置の図３に相当する拡大断面図である。 第二の実施形態の吸液材が水を吸収する前の状態の図６に相当する拡大断面図である。 第二の実施形態の吸液材が水を吸収したときの図６に相当する拡大断面図である。

以下、図１乃至図６を参照しながら本発明の第一の実施形態に係る電動パワーステアリング装置２０について説明する。

まずは電動パワーステアリング装置２０を備える車両１０の全体構造を図１を参照しながら簡単に説明する。
車両１０の車体１１の前部にはサスペンション（図示略）が設けられている。
周知のようにサスペンションは主な構成要素として、サスペンションメンバ、アッパーアーム、ロアアーム、キャリア、コイルスプリング及びショックアブゾーバ等を備えている。
左右のアッパーアームとロアアームとの先端部間には、それぞれキャリア（ナックルアーム）がキングピン軸まわりに回転可能として支持されている。左右のキャリアは前輪１５Ｌ、１５Ｒをそれぞれ水平軸まわりに回転可能に支持している。

車両１０の車体１１の後部にもサスペンション（図示略）が設けられており、このサスペンションが左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒをそれぞれ水平軸まわりに回転可能に支持している。

続いてステアリング装置２０の詳しい構造について説明する。
サスペンションメンバの上面には、車体１１の幅方向、即ち左右方向に延びる筒状のハウジング２１が固定されている。
図３及び図６に示すように、ハウジング２１の内周面の一部には、その全周に渡って複数の突起２１ａが一体的に設けられている。

さらにハウジング２１の両端部には、可撓性を有するラックブーツ１９（シール部材）がそれぞれ液密状態で固定されている（図２参照）。即ち、左右のラックブーツ１９の間に、上述した突起２１ａが位置している。

ハウジング２１の内部にはラック軸２２が挿入されている。
ラック軸２２は、左右方向に延びる棒状部材である軸本体２３と、軸本体２３の外周面に軸本体２３と同軸的に固定された環状形状の支持部材２６と、を備えている。

軸本体２３はハウジング２１に対して同軸的に挿入されている。さらに軸本体２３はハウジング２１に対して左右方向にスライド可能且つ自身の軸線まわりに回転不能である。軸本体２３の左右両端部は、ハウジング２１の左右両端の開口及び左右のラックブーツ１９を通り抜けて、左右のラックブーツ１９の外側にそれぞれに位置している。軸本体２３の右端近傍部は円柱の一部を、その円柱の軸に平行な平面により切断した形状であり、その平面により切断された部位にはラック歯部２４が形成されている。
軸本体２３のラック歯部２４が形成された部分を除く部位の断面形状は円形である。軸本体２３のラック歯部２４とは異なる部位の外周面には、ねじ溝２５が螺旋状に形成されている。

図３乃至図５に示すように、支持部材２６の中心部には支持部材２６を貫通する中心孔２６ａが形成されている。軸本体２３が中心孔２６ａを貫通しており、さらに中心孔２６ａの内周面が軸本体２３に固定されている。
支持部材２６の外周面には、その全周に渡って環状の凹溝からなる支持溝２６ｂが形成されている（図４乃至図６を参照）。
さらに支持部材２６の外周面には、支持溝２６ｂの両側に位置する複数の液体導入路２６ｃが形成されている。各液体導入路２６ｃは支持部材２６の周方向に等角度間隔で形成されている。各液体導入路２６ｃは、支持部材２６の外周面から支持部材２６の中心軸側に向かって直線的に延びている。さらに図６に示すように、各液体導入路２６ｃの支持溝２６ｂ側の端部は開口している。即ち、各液体導入路２６ｃの内部空間と支持溝２６ｂの内部空間は互いに連通している。

図３及び図６に示すように、支持部材２６の支持溝２６ｂには、環状体である吸液材２７が軸本体２３と同軸的に嵌合されている。吸液材２７の外周面は支持部材２６の外周面よりも内周側に位置している。図３及び図６に示すように、吸液材２７の内周面は支持溝２６ｂの底面に接触しており、且つ、吸液材２７の左右両側面は支持溝２６ｂの左右両面に接触している。さらに吸液材２７の左右両側面の複数個所は、各液体導入路２６ｃとそれぞれ、軸本体２３の軸線方向に対向している。

吸液材２７は吸液性材料によって構成されている。吸液材２７の構成材料としては、例えばポリアミドやシリカゲルを利用可能である。
吸液材２７は水等の液体を吸収すると膨張する。但し、吸液材２７の内周側及び左右方向への膨張は支持部材２６によって規制されている。そのため、吸液材２７は液体を吸収すると外周側に向かって膨張する。

図３、図５及び図６に示すように、支持部材２６の支持溝２６ｂには、吸液材２７の外周側に位置するＣリング２８が設けられている。
Ｃリング２８は弾性材料によって構成されている。
さらにＣリング２８の外周面には複数の突起２８ａが一体的に形成されている。
図３に示すように、吸液材２７が液体を吸収する前の状態においては、Ｃリング２８の各突起２８ａはハウジング２１の内周面から内周側に離間している。

図１に示すように、軸本体２３の左右両端部には左右一対のタイロッド１８の内側端部が接続されており、左右のタイロッド１８の外側端部は左右のキャリアに対してそれぞれ接続されている。

さらに図２に示すようにハウジング２１の内部には、周知のボールねじナット３０が設けられている。
ボールねじナット３０は、ラック軸２２のねじ溝２５の外周側に位置する回転ナットと、回転ナットの外周部に固定された従動プーリと、複数のボールと、を具備している。各ボールは、回転ナットの内周面に形成されたねじ溝とラック軸２２のねじ溝２５との間に形成された螺旋状通路、及び、回転ナットの内部に形成された内部通路、に挿入されている。回転ナットがラック軸２２に対して相対回転すると、各ボールが自転しながら上記螺旋状通路及び内部通路の内部を循環し、ラック軸２２がハウジング２１及び回転ナットに対して左右方向にスライドする。

さらにハウジング２１の外周面には、電動モータ３２が固定されている（図１及び図２参照）。電動モータ３２は、その本体部から突出する回転出力軸３３を備えている。回転出力軸３３には駆動プーリ３４が同軸的に固定されている。さらに図１に示すように、電動モータ３２は制御装置４５に接続されている。

ハウジング２１には第一貫通孔（図示略）が形成されている。
電動モータ３２の駆動プーリ３４及び従動プーリには、環状をなし且つ内周面に歯部を有するベルト３５が掛け回されており、ベルト３５の歯部が駆動プーリ３４及び従動プーリと噛み合っている。このベルト３５は、その一部が第一貫通孔を通してハウジング２１内に位置しており、ハウジング２１内において従動プーリと噛み合っている。
電動モータ３２の駆動プーリが回転すると、この回転力がベルト３５を介して従動プーリに伝わり、従動プーリ及び回転ナットが回転出力軸３３よりも遅い速度で回転する。

ハウジング２１の図２の左端部近傍にはハウジング２１の上下二箇所を貫通する一対の第二貫通孔（図示略）が形成されている。そして上側の第二貫通孔を介して、直線的に延びるピニオンシャフト３７の下端近傍部がハウジング２１の内部に挿入されており、ピニオンシャフト３７の下端は下側の第二貫通孔を通ってハウジング２１の下方に突出している。ピニオンシャフト３７はハウジング２１に設けられた軸受（図示略）によって、自身の軸線方向に相対移動不能且つ自身の軸線まわりに回転可能に支持されている。さらに、ピニオンシャフト３７はハウジング２１の内部において軸本体２３のラック歯部２４と噛み合っている。

図１に示すように、ピニオンシャフト３７には、棒状部材であるステアリングシャフト３８の一端（下端）がユニバーサルジョイント３９を介して接続されている。さらにステアリングシャフト３８の他端（上端）にはステアリングホイール４０が固定されている。
従って、車両１０に乗車しているドライバーがステアリングホイール４０を回転させると、この回転力がステアリングシャフト３８及びユニバーサルジョイント３９を介してピニオンシャフト３７に伝わり、ピニオンシャフト３７が自身の軸線まわりに回転する。するとピニオンシャフト３７と噛み合っている軸本体２３がハウジング２１に対して左右方向に相対スライドするので、タイロッド１８及びキャリアを介して軸本体２３と連係している前輪１５Ｌ、１５Ｒの舵角が変化する。

さらに図１に示すようにハウジング２１には、ピニオンシャフト３７の操舵トルク（回転トルク）を検出するための操舵トルクセンサ４１が設けられている。図１に示すように操舵トルクセンサ４１は制御装置４５に接続されている。

続いて、以上構成のステアリング装置２０の動作及びこの動作に伴う車両１０の動作について説明する。
車両１０に乗車しているドライバーが手でステアリングホイール４０を一方向に回転操作すると、ピニオンシャフト３７が回転し軸本体２３がハウジング２１に対して左右方向の一方向に相対スライドする。すると、タイロッド１８及びキャリアを介して軸本体２３と連係している前輪１５Ｌ、１５Ｒの舵角が変化する。

さらにピニオンシャフト３７が回転すると、操舵トルクセンサ４１がピニオンシャフト３７の回転転操作トルク（操舵トルク）を検出し、検出値を制御装置４５へ送信する。すると、制御装置４５が送信された回転操作トルクに応じた目標操舵アシストトルクを演算し、さらに目標操舵アシストトルクが得られるように電動モータ３２を作動させる。

すると、電動モータ３２の回転出力軸３３が回転し、この回転力が駆動プーリ３４、ベルト３５、従動プーリ、回転ナット、及びボールを介してラック軸２２に伝達される。即ち、電動モータ３２の回転力が、ステアリングホイール４０によって一方向にスライドさせられたラック軸２２を当該一方向にスライドさせるためのアシスト力としてラック軸２２に伝達される。従って、ドライバーは大きな力をステアリングホイール４０に付与することなく且つ前輪１５Ｌ、１５Ｒが所望の操舵角となるように、ラック軸２２をスライドさせることが可能である。

上述のように吸液材２７が液体を吸収する前の状態においては、Ｃリング２８の各突起２８ａはハウジング２１の内周面から内周側に離間している。そのためこの場合は、各突起２８ａ及びハウジング２１の内周面はラック軸２２のスライド動作に対する抵抗とはならない。

ところでハウジング２１の両端開口部にはそれぞれラックブーツ１９が設けられている。そのためラックブーツ１９が破損していない場合は、ハウジング２１の外側の液体が、左右のラックブーツ１９を通り抜けてハウジング２１の内部空間に侵入するおそれは殆ど無い。

しかし、例えば車両１０がオフロードを走行するときに、路面上の石が前輪１５Ｌ、１５Ｒによって跳ね上げられてラックブーツ１９に衝突し、その結果、ラックブーツ１９が破損することがある。
そして、ラックブーツ１９が破損した状態で車両１０が水たまりのある路面上を走行すると、水たまりの泥水がラックブーツ１９を通り抜けてハウジング２１の内部空間に侵入するおそれがある。

仮に泥水がハウジング２１の内部空間に侵入すると、この泥水によって軸本体２３のラック歯部２４及びねじ溝２５、ボールねじナット３０、並びにピニオンシャフト３７に錆びが発生するおそれがある。
また、泥水中の細かい砂利が、軸本体２３のラック歯部２４とピニオンシャフト３７との間、又は／及び、軸本体２３のねじ溝２５とボールねじナット３０との間に入り込むおそれがある。
これらの金属製の部材に錆が発生したり、これらの部材の間に砂利が入り込んだりした場合は、これらの部材の動作が不円滑になってしまう。

しかしハウジング２１の内部空間に入った水が、ラック軸２２の支持部材２６の外周面に付着すると、この水は液体導入路２６ｃを通って吸液材２７の側面へ向かい、吸液材２７によって吸収される。
吸液材２７は水を吸収することにより外周側に向かって膨張する。すると、吸液材２７の外周側に位置するＣリング２８が弾性変形しながら拡径する。そして、吸液材２７が水を吸収する前の状態と比べたときの吸液材２７の外周側への膨張量が所定量以上となったときに、Ｃリング２８の各突起２８ａがハウジング２１の内周面及び突起２１ａに接触する。
そのため、この状態でラック軸２２がハウジング２１に対して左右方向にスライドすると、Ｃリング２８の各突起２８ａとハウジング２１の内周面及び突起２１ａとの間の接触部が、ステアリングホイール４０を回転操作したときのラック軸２２のスライド動作に対する抵抗となる。さらにこの接触部で異音や振動が発生する。

そのため車両１０の乗員は、この抵抗、異音、又は／及び振動に基づいて、ハウジング２１内に水が入ったことを認識することが可能である。

続いて、図７乃至図９を参照しながら、本発明の第二の実施形態について説明する。なお、第一の実施形態と同じ部材には同じ符号を付すに止めて、その詳細な説明は省略する。

本実施形態の電動パワーステアリング装置５０の特徴は、ハウジング２１及びＯリング５２にある。
本実施形態のハウジング２１の内周面には突起２１ａは設けられていない。
また、支持部材２６の支持溝２６ｂには、Ｃリング２８の代わりにＯリング５２が設けられている。Ｏリング５２は弾性材料（例えばゴム）によって構成されている。図８に示すように、吸液材２７が液体を吸収する前の状態においては、Ｏリング５２の外周面はハウジング２１の内周面から内周側に離間している。

その一方で、例えば水がラックブーツ１９を通り抜けてハウジング２１の内部空間に入り且つこの水がラック軸２２の支持部材２６の外周面に付着すると、この水は液体導入路２６ｃを通って吸液材２７によって吸収される。
すると吸液材２７が外周側に向かって膨張するので、吸液材２７の外周側に位置するＯリング５２が弾性変形しながら拡径する。そして、吸液材２７が水を吸収する前の状態と比べたときの吸液材２７の外周側への膨張量が所定量以上となったときに、Ｏリング５２の外周部がハウジング２１の内周面に接触する。

そのため、この状態でラック軸２２がハウジング２１に対して左右方向にスライドすると、Ｏリング５２の外周部とハウジング２１の内周面との間の接触部が、ステアリングホイール４０を回転操作したときのラック軸２２のスライド動作に対する抵抗となる。さらにこの接触部で異音や振動が発生する。
そのため車両１０の乗員は、ハウジング２１内に水が入ったことを認識することが可能である。

以上、本発明を上記各実施形態に基づいて説明したが、本発明は各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、一般的に吸液材２７は、液体を一旦吸収して膨張すると、その膨張状態を長時間に渡って保持する。
しかし、吸液材２７として保水性が低いものを利用することにより、Ｃリング２８及びＯリング５２がハウジング２１に接触してからある程度の時間が経過したときに、吸液材２７を内周側に収縮させて、Ｃリング２８及びＯリング５２とハウジング２１との接触状態を解除してもよい。

第一の実施形態のハウジング２１から突起２１ａを省略し、又は／及び、Ｃリング２８から突起２８ａを省略してもよい。

軸本体２３と支持部材２６とを有する一体成形品として、ラック軸２２を構成してもよい。

ラック軸２２から支持部材２６を省略し且つこのラック軸２２の外周面に支持溝２６ｂ及び液体導入路２６ｃに対応する部位を形成してもよい。

１０・・・車両、１９・・・シール部材、２０・・・電動パワーステアリング装置、２１・・・ハウジング、２１ａ・・・突起、２２・・・ラック軸、２３・・・軸本体、２４・・・ラック歯部、２５・・・ねじ溝、２６・・・支持部材、２６ａ・・・中心孔、２６ｂ・・・支持溝、２６ｃ・・・液体導入路、２７・・・吸液材、２８・・・Ｃリング、２８ａ・・・突起、４５・・・制御装置、５０・・・電動パワーステアリング装置、５２・・・Ｏリング。

Claims (1)

1. 車体の幅方向である左右方向に延び且つ両端が開口した筒状ハウジングと、
   前記ハウジング内に前記ハウジングの軸線まわりに回転不能に挿入され、前記軸線方向にスライドすることにより車輪の操舵角を変化させるラック軸と、
   ステアリングホイールの回転力を前記ラック軸に伝えることにより、前記ラック軸をスライドさせるピニオンシャフトと、
   前記ハウジングに支持され且つ前記ラック軸に対して回転駆動力を付与することにより前記ラック軸をスライドさせる電動モータと、
   前記ラック軸に設けられた、液体を吸収することにより前記ラック軸の外周側に膨張する、前記ラック軸と同軸をなす環状体である吸液材と、
   前記ラック軸に形成された、前記ラック軸の外周面に付着した液体を前記吸液材へ導く液体導入路と、
   前記吸液材の外周面に設けられた、前記吸液材が膨張したときに前記ハウジングの内周面側に拡径するリングと、
   を備え、
   前記リングは、
   前記吸液材の外周側への膨張量が所定量より小さいときは前記ハウジングの内周面から内周側に離間し、且つ、前記膨張量が前記所定量以上となったときに前記ハウジングの内周面に接触する、
   電動パワーステアリング装置。

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