JP2018122667A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化することなく、過大逆入力時の衝撃を緩和す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】摩擦機構は、ラックシャフト２２に設けられた突起部６２と、ラックハウジングに設けられた溝６１と、を備える。突起部６２の側面６２ａ、６２ｂ及び溝６１の側面６１ａ、６１ｂの少なくとも一方に摩擦面が形成されており、車両外部から転舵輪に入力される力によって転舵輪の角度が変更される際にラックシャフト２２に作用する力である逆入力がラックシャフト２２に作用しない状態である定常状態及び所定値未満の逆入力がある状態において、突起部６２の側面６２ａ、６２ｂと溝６１の側面６１ａ、６１ｂとは当接しておらず、所定値以上の逆入力がある状態において、突起部６２の側面６２ａ、６２ｂと溝６１の側面６１ａ、６１ｂとが当接するようになっている。【選択図】図８

Description

本発明は、ボールねじナットを含む電動アシスト機構及びラックガイドを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、ラックアンドピニオン機構を備え、ラックシャフトを収容するラックハウジングにラックシャフトの両端に備えられたラックエンドが当接することにより、ラックシャフトの移動範囲及び転舵輪の転舵範囲が機械的に規制される車両のステアリング装置が知られている。このようなステアリング装置は、転舵輪に外力が加えられること等に起因して、転舵輪の角度が変更されると、その転舵輪の角度変更に伴う逆入力がラックシャフトに作用する。この逆入力によってラックシャフトが移動させられラックエンドがラックハウジングに衝突することにより、操舵系に衝撃が加わる虞がある。

そこで、従来の電動パワーステアリング装置の一つ（以下、「従来装置」と称呼する。）は、ラックハウジングとラックエンドとの間に衝撃吸収部材を備え、これにより、ラックエンドのラックハウジングへの衝突時の衝撃を緩和することができるようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１６−８００３号公報（図２）

しかしながら、車両が低速で走行しているときに転舵輪に外力が加わるとき、過大な力が転舵輪を通じてラックシャフトに入力されることがある。この過大な力（以下、「過大逆入力」とも称呼する。）は、ラックシャフトをその軸方向に高速に移動させる。その結果、ラックエンドがラックハウジングの端部に設けられた衝撃吸収部材に勢いよく衝突するまで移動することがある。

過大逆入力によりラックエンドがラックハウジングに衝突する際に加わる衝撃が大きくなる場合がある。従来装置の構成において、この衝撃を緩和するためには、より大型の衝撃吸収部材を必要とする。即ち、従来装置を過大逆入力に対応させることは装置の大型化を招来してしまう。

本発明は上記課題に対処するために為されたものである。即ち、本発明の目的の一つは、装置を大型化することなく、過大逆入力時の衝撃を緩和す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。

そこで、本発明の（電動）パワーステアリング装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）は、ステアリングホイール（１１）から入力される操舵力が伝達されるピニオン（２６）と、前記ピニオンに歯合するラック（２２ａ）を有するとともにラックエンド（７０）が両端に設けられたラックシャフト（２２）と、を含むラックアンドピニオン機構（２４）と、前記ラックシャフトの一部を包囲するように同ラックシャフトと同軸に配置されるボールねじナット（５１）と、前記ラックエンドと当接することにより車両の転舵輪（１２）の転舵量を規制する規制面（２１ｂ）を両端に有するとともに前記ラックシャフト及び前記ボールねじナットを覆うラックハウジング（２１）の内周面（２１ａ）と前記ボールねじナットの外周面（５１ａ）との間に設けられ、前記ラックシャフトの軸線（Ｃ）を中心に互いに拘束されることなく回転可能な内輪（５３ａ）及び外輪（５３ｂ）を有する軸受（５３）と、を含む電動アシスト機構（４０）と、を備える。

更に、本発明装置は、前記ラックシャフトの前記ピニオンとは反対側に備えた弾性体（３４）により、前記ラックシャフトを前記ピニオン側に付勢するラックガイド機構（３０）と、前記ラックシャフトに突設する少なくとも１つの突起部（６２）と、を更に備えるとともに、前記ラックハウジングには同ラックハウジングの軸と平行な方向を長手方向とする側面を有し、前記突起部を収容する溝（６１）が形成される。

加えて、前記突起部の側面及び前記溝の側面の少なくとも一方に摩擦面が形成されており、前記車両の外部から前記転舵輪に入力される力によって同転舵輪の角度が変更される際に前記ラックシャフトに作用する力である逆入力が前記ラックシャフトに作用しない状態である定常状態及び所定値未満の前記逆入力がある状態において、前記突起部の側面と前記溝の側面とは当接しておらず、前記所定値以上の前記逆入力がある状態において、前記ラックシャフトが同ラックシャフトの軸（Ｃ）を中心に回転することにより、前記突起部の側面と前記溝の側面とが当接する。

ラックシャフトはばねの弾性力を利用してラックガイド機構によってピニオン側に付勢されており、逆入力がラックシャフトに加わると、ラックシャフトが軸方向に移動することに伴ってボールねじ機構が回転する。すると、ボールねじ機構とラックシャフトとの間に生じるボールねじ機構の回転に対する反力によってラックシャフトを回転させようとする力が生じる。ラックシャフトはピニオンとの歯合部（ラック部）において断面が平坦になっているので、ラックシャフトを回転させようとする力が生じると、ラックシャフトにはピニオンとの接触部分を支点としてピニオンから離間する方向（ラックガイド機構側）に移動させようとする力がはたらく。ラックシャフトには、ラックガイド機構によってピニオン側に付勢させる力がはたらいているので、所定値未満の逆入力がラックシャフトに加わっても、突起部の側面と溝の側面とが当接するほどにはラックシャフトを回転させることができない。これに対し、所定値以上の逆入力（過大逆入力）がラックシャフトに加わると、突起部の側面と溝の側面とが当接するまでラックシャフトを回転させることができる。突起部の側面と溝の側面とが当接するとき、ラックシャフトはその軸方向（即ち、溝の側面に沿った方向）に移動しているので、突起部の側面又は溝の側面の少なくとも一方に形成された摩擦面と他方の面が擦れ合うことによって摩擦力が発生する。よって、ラックシャフトの運動エネルギーは熱に変換され、ラックシャフトの移動速度が低下する。その結果、ラックエンドがラックハウジングの端部に設けられた衝撃吸収部材に衝突する際の衝撃が緩和される。従って、本発明装置によれば、装置（より具体的には、衝撃吸収部材）を大型化することなく、過大逆入力時の衝撃を緩和することが可能となる。

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。

図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 図２は、図１に示した電動パワーステアリング装置のラックアンドピニオン機構及びラックガイド機構を示した断面図である。 図３は、図２に示したラックガイド機構のばね機構の有するばね特性を示した図である。 図４は、図１に示した電動パワーステアリング装置のボールねじ機構を示した断面図である。 図５は、図１に示した電動パワーステアリング装置の摩擦機構を示した断面図である。 図６は、図１に示した電動パワーステアリング装置の作動を説明するための図である。 図７は、図２に示した断面図において、ラックシャフトに逆入力が加わったときのラックガイド機構の作用を示した図である。 図８は、図５に示した断面図において、ラックシャフトに逆入力が加わったときの摩擦機構の作用を示した図である。 図９は、図５に示した断面図において、ラックシャフトに逆入力が加わったときの摩擦機構の作用を示した図である。 図１０は、図１に示した電動パワーステアリング装置の第１変形例に係る摩擦機構を示した断面図である。 図１１は、図１に示した電動パワーステアリング装置の第２変形例に係る摩擦機構を示した断面図である。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置（以下、「本装置」とも称呼される。）は、車両に適用される。

（構成）
図１に示したように、本装置１０は、ステアリングホイール１１、転舵輪１２、転舵機構２０、ラックガイド機構３０、アシスト装置４０、ボールねじ機構５０、摩擦機構６０及びラックエンド７０を含んでいる。

転舵輪１２は、本装置１０が適用される車両の右前輪及び左前輪である。
転舵機構２０は、それ自体公知であり、車両の幅方向に延びる筒型状のラックハウジング２１と、ラックハウジング２１の内部に挿通され、ラックハウジング２１に車両の幅方向にて移動可能に支持されるラックシャフト２２と、を備えている。更に、転舵機構２０は、ステアリングホイール１１とともに回転するステアリングシャフト２３と、ピニオンシャフト２３の回転運動を図中に破線Ｃにて示されるラックシャフト軸（以下、「ラック軸Ｃ」とも称呼する。）と平行なラックシャフト２２の直線運動に変換するラックアンドピニオン機構２４と、を備えている。ステアリングシャフト２３は、以下、ピニオンシャフト２３とも称呼される。

ラックアンドピニオン機構２４は、図２に示したように、ラックハウジング２１に収容されるラックシャフト２２のラック歯（以下、単に「ラック」とも称呼する。）２２ａとピニオンハウジング２５が収容するピニオン２６のピニオン歯２６ａとが歯合して構成される。なお、図２は、電動パワーステアリング装置１０におけるピニオンハウジング２５の軸線Ｃｐ及びガイドハウジング３１の軸線Ｃｇ（以下、「ガイド軸Ｃｇ」とも称呼される。）に沿った断面図であるので、ラックハウジング２１は図示されない。

ピニオンハウジング２５は、ピニオンシャフト２３であってステアリングホイール１１の取り付けられた端部とは反対の端部と、ピニオン２６、軸受２７及び軸受２８を収容する略円筒形状の筐体である。

ピニオン２６は、ピニオンシャフト２３のガイドハウジング３１との交差部位に配設されている。ピニオン２６は、ピニオンシャフト２３と同軸に且つ一体回転するようにピニオンシャフト２３に固定されている。ピニオン２６には、ピニオン歯２６ａが形成されている。

ラックシャフト２２は、断面が、例えば、直径５０ｍｍの円柱状部材であるが、ピニオンシャフト２３との交差部位（図２に示した断面）を含む所定区間にラック（ラック歯）２２ａが形成されている。この所定区間において、ラックシャフト２２は略Ｄ型の断面を有している。ピニオンハウジング２５内の上部に固定された軸受２７及び同下部に固定された軸受２８は、ピニオンシャフト２３とピニオンハウジング２５との間においてピニオンシャフト２３を相対的に回転自在に支持している。なお、上記直径は例示に過ぎず、本発明を限定しない。

このような機構により、ステアリングホイール１１の回動に伴うピニオンシャフト２３の回転運動がピニオン２６に伝達され、ピニオン２６の回転運動がピニオン２６と歯合するラックシャフト２２の直線運動に変換される。即ち、ラックアンドピニオン機構２４は、ステアリングホイール１１から入力される操舵力が伝達されるピニオン２６と、ピニオン２６に歯合するラック（ラック歯）２２ａを有するとともにラックエンド７０が両端に設けられたラックシャフト２２と、を含んでいる。

ラックガイド機構３０は、図２に示したように、ガイドハウジング３１、ラックガイド３２、キャップ３３及びばね機構３４を含んでいる。ピニオンハウジング２５とガイドハウジング３１とは略直交している。

ガイドハウジング３１は、ラックガイド機構３０を収容する略円筒形状の筐体であり、ラックハウジング２１から車体の前方向に突出している。

ラックガイド３２はガイドハウジング３１に収容される。ラックガイド３２は、ラックシャフト２２に当接してラックシャフト２２をラック軸Ｃ方向に案内する部材である。

キャップ（押さえ部材）３３は、ガイドハウジング３１の突出端３１ａに取り付けられる。即ち、ラックガイド３２とキャップ３３とは、ガイドハウジング３１内において、ガイドハウジング３１の突出端３１ａから順に配置される。本例において、キャップ３３は、ガイドハウジング３１の突出端３１ａにねじ込まれて固定されている。

ばね機構３４は、ラックガイド３２とキャップ３３との間に圧縮を受けて配置される。このばね機構３４により、ラックシャフト２２はピニオン２６に弾性的に押し付けられ、ラック歯２２ａとピニオン歯２６ａとの噛み合いが良好に維持される。ばね機構３４のストローク量（ばね機構３４の自然長からの縮み量、ラックガイド３２のガイド軸Ｃｇ方向の移動量）ＸをＸ０とする。

ばね機構３４は、第１ばね３４ａ、第２ばね３４ｂ及び中間シート３４ｃを含んでいる。第１ばね３４ａは、ばね定数ｋ１を有するコイルばねである。第２ばね３４ｂは、ばね定数ｋ１よりも大きいばね定数ｋ２を有するコイルばねである（ｋ１＜ｋ２）。中間シート３４ｃは、第１ばね３４ａと第２ばね３４ｂとの間に配設されており、第１ばね３４ａと第２ばね３４ｂとを互いに連結している。

ばね機構３４のストローク量Ｘが小さい領域においては、ばね機構３４全体のばね定数（「ｋ０」と称呼する。）は、第１ばね３４ａのばね定数ｋ１と第２ばね３４ｂのばね定数ｋ２とを合成した値となるから（１）式が成立する。よって、ｋ０は（２）式により表される。

１／ｋ０＝１／ｋ１＋１／ｋ２ …（１）

ｋ０＝ｋ１・ｋ２／（ｋ１＋ｋ２） …（２）

前述したように、第１ばね３４ａのばね定数ｋ１は第２ばね３４ｂのばね定数ｋ２よりも小さい。従って、（２）式より、ばね機構３４全体のばね定数ｋ０には次の関係が成立する。

ｋ１／２＜ｋ０＜ｋ１ …（３）

一方、ストローク量Ｘが大きい領域においては、ばね定数の小さい第１ばね３４ａが縮みきった状態となっている。このとき、第１ばね３４ａのばね定数ｋ１の値は実質的に∞（無限大）となるので、（１）式から、

１／ｋ０＝１／∞＋１／ｋ２≒１／ｋ２ …（４）

従って、ストローク量が大きい領域におけるばね機構３４全体のばね定数ｋ０は（５）式に示されたようになる。

ｋ０＝ｋ２ …（５）

以上より、ばね機構３４は、図３に示したように、ストローク量ＸがＸ０からＸ１までは第１のばね定数（ｋ１・ｋ２／（ｋ１＋ｋ２））を有し、ストローク量ＸがＸ１以上においては、第１のばね定数より大きい第２のばね定数ｋ２を有するという特性を備える。この特性により、ばね機構３４は、通常の運転操作においては、ラック歯２２ａとピニオン歯２６ａとの噛み合いを良好に維持するためにストローク量Ｘの小さい領域（ばね定数が小さい領域）にて動作する。一方、過大逆入力があったときには、ばね機構３４はストローク量Ｘの大きい領域（ばね定数が大きい領域）にて動作する。即ち、ラックガイド機構３０は、ラックシャフト２２のピニオン２６とは反対側に備えた弾性体（ばね機構３４）により、ラックシャフト２２をピニオン２６側に付勢する。

再び図１を参照すると、アシスト装置４０は、ラックハウジング２１の外部に配置されたモータ４１と、モータ４１から歯付ベルト（以下、単に「ベルト」とも称呼する。）４２を通じて伝達される回転運動をラックシャフト２２の直線運動に変換する、ラックハウジング２１の内部に配置されたボールねじ機構５０と、を備えている。アシスト装置４０は、ステアリングホイール１１からステアリングシャフト２３に伝達される操舵トルクに応じてモータ４１を駆動させることにより、ラックシャフト２２をラック軸Ｃに沿って移動させるアシスト力を生成する。

図４に示したように、ボールねじ機構５０は、ラックハウジング２１内に配置され、ボールねじナット５１、ボール５２及び軸受５３を含んでいる。

ボールねじナット５１は、ボール５２を介してラックシャフト２２と歯合している。軸受５３は、内輪５３ａ、外輪５３ｂ及びボール５３ｃを含んでいる。軸受５３においては、外輪５３ｂが内輪５３ａの周りを内輪５３ａと同軸に自在に回転することができるようになっている。

内輪５３ａは、その内周面５３ａ１がボールねじナット５１の外周面５１ａと当接して固定されている。従って、内輪５３ａはボールねじナット５１と一体となって回転するようになっている。一方、外輪５３ｂは、その外周面５３ｂ１がラックハウジング２１の内周面２１ａに当接して固定されている。即ち、軸受５３は、ラックハウジング２１の内周面２１ａとボールねじナット５１の外周面５１ａとの間に設けられ、ラックシャフト２２の軸（ラック軸）Ｃを中心に互いに拘束されることなく回転可能な内輪５３ａ及び外輪５３ｂを有する。

再び、図１を参照すると、ラックシャフト２２の両端には、それぞれジョイントとして機能するラックエンド７０を介してタイロッド７１が回動自在に連結されている。これらのタイロッド７１の先端には、それぞれ転舵輪１２が組み付けられている。

運転者がステアリングホイール１１を操舵することにより、ラックシャフト２２に加えられる操舵力と、当該操舵に連動してアシスト装置４０からラックシャフト２２に加えられるアシスト力と、によってラックシャフト２２はラック軸Ｃに沿って直線移動する。このラックシャフト２２の直線移動が、ラックシャフト２２の両端に連結されたタイロッド７１を介して転舵輪１２に伝達されることにより、転舵輪１２の角度が変更される。

ラックエンド７０はそれ自体公知であり、具体的には、引用文献１に記載されている（当該文献の図２を参照。）。ラックエンド７０は、ラックシャフト２２の径よりも大きい径を有している。ラックハウジング２１の両端部に形成された規制面にラックエンド７０が当接することにより、転舵輪１２の変更可能角度（転舵量）が規制される。従って、ラックシャフト２２のラック軸Ｃ方向の移動可能範囲ＷＤは、左右それぞれの規制面に各々対応するラックエンド７０が当接するまでの範囲に規制される。本例においては、移動可能範囲ＷＤは、例えば、１５０ｍｍに設定されている。なお、上記移動可能範囲ＷＤは例示に過ぎず、本発明を限定しない。

摩擦機構６０は、図１に示したように、ラックシャフト２２の中間部位（左右中央付近）を含んで構成される。本例においては、ラックアンドピニオン機構２４及びボールねじ機構５０がラックシャフト２２の左右にそれぞれ設けられているので、摩擦機構６０はラックシャフト２２の中間部位に設けられるのが好ましい形態である。よって、摩擦機構６０の配設位置は、ラックアンドピニオン機構２４及びボールねじ機構５０が設けられる位置により、適宜変更されてもよい。

摩擦機構６０は、ラックハウジング２１に形成された溝６１及びラックシャフト２２に形成された突起部６２を含んでいる。図５の左側には、ラックシャフト２２が逆入力による作用力を受けておらず、且つ転舵輪１２の舵角がゼロ、の場合におけるラックハウジング及びラックシャフト２２のラック軸Ｃに沿った断面図（透視図）が示される。

図５に示したように、溝６１は、その長手方向の側面６１ａ及び６１ｂがラックハウジング２１の軸と平行に、即ち、ラック軸Ｃと略平行に形成される。図５の右側に示したように、ラック軸Ｃを中心として点対称の位置にもう一つの溝６１が形成される。溝６１の長手方向の長さＬ１は、例えば、２００ｍｍである。溝６１の幅Ｗ１は、例えば、１２ｍｍである。溝６１の深さＤ１は、例えば、６ｍｍである。図５の右側に示した断面図において、溝６１の長手方向の側面６１ａ及び６１ｂは、例えば、互いに平行であってラック軸Ｃに対してそれぞれ対称的に形成される。よって、溝６１の断面形状は略矩形となる。

摩擦機構６０近傍におけるラックハウジング２１の厚さは、例えば、１０ｍｍである。摩擦機構６０近傍におけるラックハウジング２１の内周面２１ａとラックシャフト２２の外周面２２ｂとの間の標準的な距離は、例えば、５ｍｍである。

突起部６２のラック軸Ｃ方向における中央位置（ラック軸Ｃと平行な辺の中点）は、溝６１の長手方向の中央位置（ラック軸Ｃと平行な辺の中点）と一致している。突起部６２は、その長手方向がラック軸Ｃと平行となるように形成される。突起部６２の長手方向の長さＬ２は、例えば、４０ｍｍである。突起部６２の幅Ｗ２は、例えば、１０ｍｍである。突起部６２の高さ（側面６２ａ及び６２ｂの高さ）Ｈ２１は、例えば、８ｍｍである。側面６２ａ及び６２ｂは、例えば、互いに平行であってラック軸Ｃに対してそれぞれ対称的に形成される。突起部６２の側面６２ａ及び６２ｂの表面は粗面加工されている。即ち、突起部６２の側面６２ａ及び６２ｂには摩擦面が形成されている。なお、これらの寸法は例示に過ぎず、本発明を限定しない。

溝６１の端面６１ｃと突起部６２の端面６２ｃとの間の距離Ｌ３は、少なくとも、ラックシャフト２２のラック軸Ｃ方向の移動可能範囲ＷＤの半分（ＷＤ／２）以上となっている。溝６１の端面６１ｄと突起部６２の端面６２ｄとの間の距離Ｌ４も、同様に移動可能範囲ＷＤの半分（ＷＤ／２）以上となっている。従って、ステアリングホイール１１が操作され、（転舵輪１２が回動し）ラックエンド７０が規制面に当接した場合であっても、突起部６２の端面６２ｃと、溝６１の端面６１ｃは当接せず、且つ突起部６２の端面６２ｄと、溝６１の端面６１ｄは当接しない。更に、ラックエンド７０が規制面に当接した状態においては、図５に示したように、突起部６２の側面６２ａは溝６１の側面６１ａと接しておらず、同様に側面６２ｂは側面６１ｂと接していない。突起部６２は、溝６１の幅方向（円周方向）において、溝６１の略中央に位置するようになっている。

（作動）
前述したように、ラックエンド７０がラックハウジング２１の端部に設けられた規制面（衝撃吸収部材）２１ｂに当接する（所謂「エンド当たり」が生じる）ことにより、ラックシャフト２２の移動及び転舵輪１２の転舵範囲が機械的に規制される。以下、この「エンド当たり」が生じていない状態において、本装置１０が過大逆入力時の衝撃を緩和する原理について図６を参照しながら説明する。

図６に示したように、ラックエンド７０が第１ラックハウジング２１の端部（規制面）２１ｂに当接していないとき、ラックシャフト２２に左方向から逆入力Ｆｒが作用する場合を例に説明する。

図６（Ｂ）は図６（Ａ）において破線ＡＡにて囲んだ部分を拡大して示している。この場合、ボールねじナット５１には、ラックシャフト２２からボール５２を介して図中に矢印にて示した方向の（即ち、左から右に向かう）力が作用する。これとともに、ボールねじナット５１にはラックシャフト２２の周りを回転する力が作用する。より具体的には、ラックシャフト２２に刻まれたボールねじ溝の向きに従い、ボールねじナット５１には図２において時計回りに回転する力が作用して、ボールねじナット５１はラックシャフト２２の周りを回転し始める。更に、ボールねじナット５１とともに従動プーリ４２ａも回転しベルト４２を介してモータ４１が回転させられる。

一方、ラックシャフト２２には、ボールねじナット５１の回転方向と反対方向に反力が作用する。従って、ラックシャフト２２は、図２の向きにおいて反時計回りに回転しようとする。従って、ラックシャフト２２は、逆入力Ｆｒによって回転しながら紙面右方向に移動させられる。

ところで、図２に示したように、ラックシャフト２２はラックガイド３２を介してばね機構３４によってピニオン２６側（紙面右方向）に付勢されている。ここで、ラックシャフト２２の中心Ｃ０（ラック軸Ｃ）の、ガイド軸Ｃｇ上の位置をＱ０とし、ラックシャフト２２にラックシャフト２２を図２において反時計回りに回転させようとする力が作用する場合を考える。

この場合、図７に示したように、ラック歯２２ａとピニオン歯２６ａの接触部Ｐ１を支点として、ラックシャフト２２が回転を始める。この回転に伴って、ラックシャフト２２は紙面左方向（ガイド軸Ｃｇと平行な方向）に移動する。その結果、ばね機構３４は押し縮められる。

言い換えると、ラックシャフト２２を右向きに（ピニオン２６に向かって）付勢するばね機構３４の弾性力Ｆｇと、ラックシャフト２２が回転することによりラックシャフト２２をピニオン２６から遠ざけようとする力Ｆｋとが釣り合うような位置にラックシャフト２２が変位する。図７において、ラックシャフト２２の中心Ｃ０のガイド軸Ｃｇ上の位置はＱ１（Ｑ０よりも左側に変位している。）である。このときのラックシャフト２２の回転角をθとする。ボールねじ機構５０にて発生するラックシャフト２２への作用力（ボールねじナット５１の回転による反力）が大きいほど、図３に従って、ばね機構３４のストローク量Ｘが大きくなり、その結果、ラックシャフト２２の回転角θは大きくなる。

ステアリングホイール１１の操作によってラックシャフト２２が移動する場合、又は比較的小さい逆入力が作用するとき（図３において、ストローク量ＸがＸ０からＸ１までの範囲にあるとき）は、ラックシャフト２２の回転角θも小さく、摩擦機構６０の突起部６２は溝６１に接触しない。しかしながら、所定値以上の大きさの逆入力が作用すると（図３において、ストローク量ＸがＸ１からＸ２までの範囲にあるとき）、ラックシャフト２２の回転角θが突起部６２と溝６１とが当接する角度θｔに達する。所定値以上の大きさの逆入力が作用している間は、ラックシャフト２２はラック軸Ｃ方向に移動するので、突起部６２と溝６１とは、互いが当接している部位（側面６２ａと側面６１ａとの当接部位）においてラック軸Ｃ方向に擦れ合う（図８を参照。）。これによって、側面６２ａと側面６１ａとの間に摩擦力が発生し、摩擦力が熱に変換される。その結果、ラックシャフト２２のラック軸Ｃ方向の運動エネルギーが減少させられ、ラックシャフト２２の移動速度が低減される。従って、ラックエンド７０が、ラックハウジング２１の端部に設けられた規制面２１ｂへ衝突する程度が緩和される。

一方、所定値以上の大きさの逆入力が上記と反対向きに（即ち、図６において右から左に）ラックシャフト２２に作用したときは、ラックシャフト２２は図２の向きにおいて時計回りに回転して、ラックシャフト２２の回転角θが突起部６２と溝６１とが当接する角度−θｔに達する。ラックシャフト２２はラック軸Ｃ方向に移動するので、突起部６２と溝６１とが当接している部位（側面６２ｂと側面６１ｂとの当接部位）において、ラック軸Ｃ方向に互いに擦れ合う（図９を参照。）。これによって、側面６２ｂと側面６１ｂとの間に摩擦力が発生し、摩擦力が熱に変換される。その結果、ラックシャフト２２のラック軸Ｃ方向の運動エネルギーが減少させられ、ラックシャフト２２の移動速度が低減される。従って、ラックエンド７０が、ラックハウジング２１の端部に設けられた規制面２１ｂへ衝突する程度が緩和される。

＜変形例＞
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、以下に述べるように、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

上記実施形態において、溝６１及び突起部６２のラック軸Ｃに垂直な面による断面形状は略矩形であった。これに対し、第１変形例においては、図１０（Ａ）に示したように、ラックシャフト２２Ａの垂直断面において、突起部６２Ａを点Ｒ１及び点Ｒ２から円周の接線方向にそれぞれに延ばした線分の交点Ｒ３を頂点とする略三角形状とし、ラックハウジング２１の溝６１Ａを、突起部６２Ａを収容可能に突起部６２Ａと相似な形状に切り欠いた形状としてもよい。これによれば、溝６１及び突起部６２の断面を略矩形に形成した上記実施形態と比較して、溝６１Ａ及び突起部６２Ａを加工する工数を低減し、比較的容易に加工することができる。

第１変形例において、所定値以上の逆入力が作用してラックシャフト２２Ａが回転したとき、図１０（Ｂ）及び（Ｃ）に示したように、突起部６２Ａの交点Ｒ３がラックハウジング２１Ａの溝６１Ａに当接する。この場合、回転方向にかかるＦと接触面との間に角度φが生じる。垂直抗力ＦＮはＦ／ｓｉｎφで表されることから、接触面にかかる垂直抗力を増やし摩擦力を増大させる効果が得られる。

上記実施形態において、溝６１の側面６１ａ及び６１ｂには摩擦面が形成されておらず、突起部６２の側面６２ａ及び６２ｂに摩擦面が形成されていたが、他の実施形態においては、溝６１の側面６１ａ及び６１ｂに摩擦面が形成され、突起部６２の側面６２ａ及び６２ｂに摩擦面が形成されないように構成されてもよい。或いは、溝６１の側面６１ａ及び６１ｂ並びに突起部６２の側面６２ａ及び６２ｂに摩擦面が形成されていてもよい。このように、摩擦面は、溝６１の側面及び突起部６２の側面の少なくとも何れか一方に形成されていればよい。

更に、第２変形例においては、図１１に示したように、突起部６２の側面６２ａ及び６２ｂには、鋭利な突起物６２ｅが形成されていてもよい。これにより、ラックシャフト２２に過大逆入力があったときには、溝６１の側面６１ａ又は６１ｂに突起物６２ｅが食い込み、より大きな摩擦力を発生させることができる。

更に、別の変形例においては、溝６１の側面６１ａ及び６１ｂ、並びに突起部６２の側面６２ａ及び６２ｂを粗面加工するのに代えて、摩擦部材が取り付けられてもよい。この摩擦部材には、レジンモールド材、樹脂繊維を織り込んだ有機系摩擦材料、並びに銅、アルミナ及びセラミック等の粉体を焼結した金属系摩擦材料の何れかが適宜組み合わされる。

上記実施形態において、ばね機構３４は、第１ばね３４ａ、第１ばね３４ａよりも大きいばね定数を有する第２ばね３４ｂ及びこれらを係止する中間シート３４ｃにより構成されていたが、中間シート３４ｃが省かれて第１ばね３４ａと第２ばね３４ｂとが直接接合されていてもよい。更に、ばね機構３４は、１つのコイルばねの太さを段階的に、又は連続的に変化させることにより、ばね定数がストローク量Ｘに応じて変化するようにしてもよい。

上記実施形態において、ばね機構３４は、ばね定数がストローク量Ｘが大きいほど大きくなる特性を有していたが、一定のばね定数を有する１つのコイルばねにより構成されていてもよい。

上記実施形態において、ばね機構３４にはコイルばねが用いられていたが、皿ばね及び板ばね等のばね及びゴム及び樹脂等の弾性体が用いられてもよい。

上記実施形態において、溝６１及び突起部６２のラック軸Ｃに垂直な面による断面形状は略矩形であったが、例えば、溝６１の側面６１ａ及び６１ｂは、ラック軸Ｃを含む平面と一致するように形成され、突起部６２の側面６２ａ及び６２ｂは、ラック軸Ｃを含む平面と一致するように形成されてもよい。

上記実施形態において、溝６１及び突起部６２はそれぞれ２つずつ設けられているが、本発明はこれに限定されない。溝６１及び突起部６２は１つずつでもよいし、３つずつ以上であってもよい。ラックシャフト２２の直径及び摩擦機構６０の大きさは一例に過ぎず、本発明はこれに限定されない。

１０…電動パワーステアリング装置、１１…ステアリングホイール、１２…転舵輪、２０…転舵機構、２１…ラックハウジング、２２…ラックシャフト、２２ａ…ラック歯、２３…ステアリングシャフト、２４…ラックアンドピニオン機構、２５…ピニオンハウジング、２６…ピニオン、２６ａ…ピニオン歯、３０…ラックガイド機構、３１…ガイドハウジング、３２…ラックガイド、３３…キャップ、３４…ばね機構、３４ａ…第１ばね、３４ｂ…第２ばね、４０…アシスト装置、４１…モータ、４２…歯付ベルト（ベルト）、５０…ボールねじ機構、５１…ボールねじナット、５２…ボール、５３…軸受、６０…摩擦機構、６１…溝、６２…突起部、７０…ラックエンド。

Claims (1)

1. ステアリングホイールから入力される操舵力が伝達されるピニオンと、
   前記ピニオンに歯合するラックを有するとともにラックエンドが両端に設けられたラックシャフトと、
   を含むラックアンドピニオン機構と、
   前記ラックシャフトの一部を包囲するように同ラックシャフトと同軸に配置されるボールねじナットと、
   前記ラックエンドと当接することにより車両の転舵輪の転舵量を規制する規制面を両端に有するとともに前記ラックシャフト及び前記ボールねじナットを覆うラックハウジングの内周面と前記ボールねじナットの外周面との間に設けられ、前記ラックシャフトの軸線を中心に互いに拘束されることなく回転可能な内輪及び外輪を有する軸受と、
   を含む電動アシスト機構と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記ラックシャフトの前記ピニオンとは反対側に備えた弾性体により、前記ラックシャフトを前記ピニオン側に付勢するラックガイド機構と、
   前記ラックシャフトに突設する少なくとも１つの突起部と、を更に備えるとともに、
   前記ラックハウジングには同ラックハウジングの軸と平行な方向を長手方向とする側面を有し、前記突起部を収容する溝が形成され、
   前記突起部の側面及び前記溝の側面の少なくとも一方に摩擦面が形成されており、
   前記車両の外部から前記転舵輪に入力される力によって同転舵輪の角度が変更される際に前記ラックシャフトに作用する力である逆入力が前記ラックシャフトに作用しない状態である定常状態及び所定値未満の前記逆入力がある状態において、前記突起部の側面と前記溝の側面とは当接しておらず、
   前記所定値以上の前記逆入力がある状態において、前記ラックシャフトが同ラックシャフトの軸を中心に回転することにより、前記突起部の側面と前記溝の側面とが当接する、
   電動パワーステアリング装置。
   
   

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