JP2019077250A - ステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】転舵軸が傾斜してハウジングに接触したときに、転舵軸との接触箇所に生じるハウジングの応力集中を緩和することができるステアリング装置を提供すること。【解決手段】ハウジング16の内周面には、円錐面50,60が設けられている。円錐面50,60は、第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2における全周に亘って設けられている。ハウジング16のボールねじ機構30側において、円錐面50の挿通孔16dの軸線mに対する傾斜角θLは、傾斜角θ1以上であり且つ傾斜角θ3以下である。ハウジング16のラックアンドピニオン機構13側において、円錐面60のラックシャフト12の軸線mに対する傾斜角θRは、傾斜角θ2以上であり且つ傾斜角θ4以下の範囲である。ラックシャフト12が挿通孔16dの軸線mに対して傾斜するとき、ラックシャフト12は、円錐面50,60に対して面接触する。【選択図】図2
Description
本発明は、ステアリング装置に関するものである。
従来、特許文献1に記載されるようなステアリング装置が知られている。上記ステアリング装置では、ハウジングに設けられた挿通孔に転舵軸が往復動可能に収容されている。
上記ステアリング装置では、転舵軸が転舵輪から入力される力によってハウジングの挿通孔の軸線に対して傾斜し、ハウジングに接触することがある。このように転舵軸がハウジングに接触すると、ハウジングの接触箇所に応力が集中し、ひいてはハウジングの耐久性を低下させるおそれがある。
本発明の目的は、転舵軸が傾斜してハウジングに接触したときに、転舵軸との接触箇所に生じるハウジングの応力集中を緩和することにある。
[1]上記目的を達成し得るステアリング装置は、軸方向に往復動することにより転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記転舵軸の外周面との間に隙間を有して当該転舵軸が往復動可能に挿入される挿通孔が設けられているハウジングとを備えることを前提としている。前記転舵軸の前記外周面に対向する前記ハウジングの内周面のうち、前記挿通孔の軸線に対して前記転舵軸が傾斜したときに当該転舵軸が接触する接触箇所には、前記挿通孔の軸線に対して傾斜するとともに前記転舵軸の端部に向かうにつれて徐々に前記ハウジングの内周面が拡径される円錐面から成る傾斜面が設けられており、前記傾斜面の傾斜角は、前記接触箇所における前記転舵軸の傾斜角と等しくされている。
上記構成によれば、転舵軸がハウジングの挿通孔の軸線に対して傾斜してハウジングに接触したとしても、転舵軸は当該接触箇所に設けられている円錐面から成る傾斜面と面接触しやすい。そのため、転舵軸との接触箇所に生じるハウジングの応力集中を緩和することができる。
[2]上記[1]の構成を有するステアリング装置において、前記転舵軸が前記挿通孔の軸線に対し傾斜して前記接触箇所に接触し始めるときの当該転舵軸の傾斜角を最小傾斜角とし、前記転舵軸が当該転舵軸の端部側に最大量移動して前記接触箇所に接触している状態において、前記転舵軸が傾斜して前記挿通孔内で往復動不能になるまで当該転舵軸が傾斜したときの当該転舵軸の傾斜角を最大傾斜角とするとき、前記傾斜面の傾斜角は、前記最小傾斜角以上であり且つ前記最大傾斜角以下であることが好ましい。
この構成によれば、転舵軸の傾斜角が最小傾斜角以上且つ最大傾斜角以下の範囲のいずれかの傾斜角となったときに、転舵軸と傾斜面とを互いに面接触させることができる。そのため、転舵軸との接触箇所に生じるハウジングの応力集中を緩和することができる。
[3]上記[2]の構成を有するステアリング装置において、前記最小傾斜角は、0.2°に設定され、前記最大傾斜角は、20°に設定されることが好ましい。
[4]上記[1]〜[3]の構成を有するステアリング装置において、前記接触箇所は、前記転舵軸の一方の端部寄りの部分である第1の部分が接触する第1の接触箇所と、前記第1の部分よりも前記転舵軸の他方の端部寄りの部分である第2の部分が接触する第2の接触箇所とを含み、前記傾斜面は、前記第1の接触箇所に設けられる第1の傾斜面と、前記第2の接触箇所に設けられる第2の傾斜面とを含み、前記第1の傾斜面の傾斜角は、前記第1の部分が前記挿通孔の軸線に対して傾斜したときの傾斜角と等しく、前記第2の傾斜面の傾斜角は、前記第2の部分が前記挿通孔の軸線に対して傾斜したときの傾斜角と等しいことが好ましい。
[4]上記[1]〜[3]の構成を有するステアリング装置において、前記接触箇所は、前記転舵軸の一方の端部寄りの部分である第1の部分が接触する第1の接触箇所と、前記第1の部分よりも前記転舵軸の他方の端部寄りの部分である第2の部分が接触する第2の接触箇所とを含み、前記傾斜面は、前記第1の接触箇所に設けられる第1の傾斜面と、前記第2の接触箇所に設けられる第2の傾斜面とを含み、前記第1の傾斜面の傾斜角は、前記第1の部分が前記挿通孔の軸線に対して傾斜したときの傾斜角と等しく、前記第2の傾斜面の傾斜角は、前記第2の部分が前記挿通孔の軸線に対して傾斜したときの傾斜角と等しいことが好ましい。
[5]上記[2]および上記[4]の構成または上記[3]および上記[4]の構成を有するステアリング装置において、前記最小傾斜角は、前記第1の部分が前記挿通孔の軸線に対し傾斜して前記第1の接触箇所に接触し始めるときの当該第1の部分の傾斜角である第1の最小傾斜角と、前記第2の部分が前記挿通孔の軸線に対し傾斜して前記第2の接触箇所に接触し始めるときの当該第2の部分の傾斜角である第2の最小傾斜角とを含み、前記最大傾斜角は、前記第1の部分が前記転舵軸の前記一方の端部側に最大量移動して前記第1の接触箇所に接触している状態において、前記転舵軸が前記挿通孔内で往復動不能になるまで前記第1の部分が傾斜したときの当該第1の部分の傾斜角である第1の最大傾斜角と、前記第2の部分が前記転舵軸の前記他方の端部側に最大量移動して前記第2の接触箇所に接触している状態において、前記転舵軸が前記挿通孔内で往復動不能になるまで前記第2の部分が傾斜したときの当該第2の部分の傾斜角である第2の最大傾斜角とを含み、前記第1の傾斜面の傾斜角は、前記第1の最小傾斜角以上であり且つ前記第1の最大傾斜角以下に設定されており、前記第2の傾斜面の傾斜角は、前記第2の最小傾斜角以上であり且つ前記第2の最大傾斜角以下であることが好ましい。
[6]上記[5]の構成を有するステアリング装置において、前記ハウジングには、前記第1の部分を往復動可能に支持する第1の支持部と、前記第2の支持部を往復動可能に支持する第2の支持部とが収容されており、前記第1の部分の傾斜角は、当該第1の部分が前記第1の支持部を支点として前記挿通孔の軸線に対し傾斜して前記第1の接触箇所に接触しているときの角度であり、前記第2の部分の傾斜角は、当該第2の部分が前記第2の支持部を支点として前記挿通孔の軸線に対し傾斜して前記第2の接触箇所に接触しているときの角度であることが好ましい。
上記構成によれば、転舵軸の一方の端部寄りの第1の部分、および他方の端部寄りの第2の部分における挿通孔の軸線に対する傾斜角を考慮して、ハウジングの第1の傾斜面および第2の傾斜面の傾斜角を設定している。そのため、転舵軸の第1の部分および第2の部分のそれぞれが挿通孔の軸線に対して傾斜する状態が異なる場合であっても、転舵軸と第1の傾斜面および第2の傾斜面とをより適切に面接触させることができる。
[7]上記[6]の構成を有するステアリング装置において、操舵輪と連動するピニオンシャフトのピニオン歯と前記転舵軸としてのラックシャフトのラック歯とが噛み合うことで構成されるラックアンドピニオン機構を備える場合には、前記第1の支持部が前記転舵軸を往復動させる駆動機構であり、前記第2の支持部が前記ラックアンドピニオン機構であることが好ましい。
本発明のステアリング装置によれば、転舵軸が傾斜してハウジングに接触したときに、転舵軸との接触箇所に生じるハウジングの応力集中を緩和することができる。
以下、ステアリング装置の一実施形態を電動パワーステアリング装置1(以後、「EPS装置1」と呼称)に具体化して説明する。
図1に示すように、EPS装置1は、運転者の操舵輪としてのステアリングホイール10の操作に基づいて転舵輪15を転舵させる操舵機構2と、運転者のステアリングホイール10の操作を補助するアシスト機構3と、操舵機構2の一部分およびアシスト機構3の一部分を収容するハウジング16とを備えている。
図1に示すように、EPS装置1は、運転者の操舵輪としてのステアリングホイール10の操作に基づいて転舵輪15を転舵させる操舵機構2と、運転者のステアリングホイール10の操作を補助するアシスト機構3と、操舵機構2の一部分およびアシスト機構3の一部分を収容するハウジング16とを備えている。
操舵機構2は、ステアリングホイール10、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、およびステアリングシャフト11に連動し、軸線mに沿って往復動する転舵軸としてのラックシャフト12を備えている。ラックシャフト12の外周面にはラック歯12a(図1中の右側)およびねじ溝12b(図1中の左側)が設けられている。
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、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の下端部には、ピニオン歯11dが設けられている。
ピニオンシャフト11cのピニオン歯11dとラックシャフト12のラック歯12aとが噛み合うことによりラックアンドピニオン機構13が形成されている。したがって、ステアリングシャフト11の回転運動は、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の軸方向(図1の左右方向)の往復動に変換される。ラックシャフト12の往復動がラックシャフト12の両端部にそれぞれ連結されたタイロッド14を介して左右の転舵輪15にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪15の転舵角が変更される。なお、タイロッド14は、ラックシャフト12の軸線mに対して角度が付いた状態で取り付けられている。
アシスト機構3は、ラックシャフト12の周囲に設けられている。アシスト機構3は、アシスト力の発生源であるモータ20と、ラックシャフト12の一方の端部寄りの部分である第1の部分12cの周囲に一体的に取り付けられるとともにラックシャフト12を往復動可能に支持する駆動機構としてのボールねじ機構30と、モータ20の回転軸21の回転力をボールねじ機構30に伝達するベルト式の減速機構40とを有している。アシスト機構3は、モータ20の回転軸21の回転力を減速機構40およびボールねじ機構30を介して、ラックシャフト12を軸方向に往復動させる力に変換する。このラックシャフト12に付与される軸線mに沿った力がアシスト力となり、運転者のステアリングホイール10の操作を補助する。なお、ラックシャフト12を支持するボールねじ機構30は、後述する第1の支持部SLの一例である。
ラックシャフト12、ボールねじ機構30、減速機構40、およびピニオンシャフト11cの一部分は、ハウジング16に収容されている。ハウジング16は、減速機構40の付近で軸方向に分割された第1ハウジング16aおよび第2ハウジング16bを連結することにより構成されている。第1ハウジング16aおよび第2ハウジング16bの連結部分は、ラックシャフト12の軸線mに沿う方向に対して交わる方向へ突出している。第2ハウジング16bの外壁(図中の右側壁)には、貫通孔23が設けられている。モータ20の回転軸21は、貫通孔23を通じて第2ハウジング16bの内部に伸びている。モータ20は、第2ハウジング16bに対してボルト22により固定されている。回転軸21は、ラックシャフト12に対して平行である。
ラックシャフト12は、ハウジング16の一端から他端にまで延びる挿通孔16dに対して隙間を有して収容される。このとき、ラックシャフト12の軸線mと挿通孔16dの軸線とは一致している。ラックシャフト12は、ハウジング16の内部を軸線mに沿って往復動可能である。また、ラックシャフト12は、第1の部分12cよりもその他方の端部寄りの部分である第2の部分12dを、その軸方向に往復動可能なようにラックアンドピニオン機構13により支持されている。なお、ラックアンドピニオン機構13は、後述する第2の支持部SRの一例である。
ラックシャフト12の両端には、インナーボールジョイント(以下、「IBJ」という)18がそれぞれ設けられている。IBJ18は、タイロッド14とソケット部18aを有している。IBJ18は、タイロッド14の先端に設けられたボール部を回動、屈曲自在にソケット部18aの内部に収容することで形成されている。IBJ18は、ハウジング16の両端部に設けられる円筒穴状の拡径部16cに出入り可能に設けられている。すなわち、IBJ18のソケット部18aの外径は、ハウジング16の拡径部16cの内径と比較して小さく設定されている。また、ハウジング16の両端部において、拡径部16cの内径は、挿通孔16dの内径よりも大きく設定されている。ハウジング16の両端部における拡径部16cと挿通孔16dとの境界部分には、段差部が形成されている。ラックシャフト12の軸方向の移動は、IBJ18のソケット部18aの端面がハウジング16の段差部に突き当たることによって生じる端当てによって制限される。
次に、ハウジング16の両端部の構造を詳細に説明する。
図2に示すように、ハウジング16の内周面には、その両端部から順に、拡径部16c、段差面16e、および傾斜面としての円錐面50,60が設けられている。段差面16eは、円環状をなしている。段差面16eの内径は、IBJ18のソケット部18aの外径よりも小さく設定されている。そのため、IBJ18のソケット部18aが段差面16eに突き当たることによってラックシャフト12の移動が規制される。円錐面50,60は、挿通孔16dと段差面16eとの境界部分における全周に亘って設けられている。円錐面50,60は、ハウジング16の両端部に向かうにつれてラックシャフト12の軸線mから徐々に離間している。第1の傾斜面としての円錐面50は、ハウジング16のボールねじ機構30側に設けられている。円錐面50は、ラックシャフト12の一方の端部(図2中の左側)に向かうにつれて徐々にハウジング16の内周面が拡径され、挿通孔16dおよび段差面16eに連続するように設けられている。第2の傾斜面としての円錐面60は、ハウジング16のラックアンドピニオン機構13側に設けられている。円錐面60は、ラックシャフト12の他方の端部(図2中の右側)に向かうにつれて徐々にハウジング16の内周面が拡径され、挿通孔16dおよび段差面16eに連続するように設けられている。なお、ハウジング16の内周面において、ラックシャフト12の第1の部分12cに対応する部分のうち挿通孔16dと段差面16eとの境界部分は、第1の接触箇所R1の一例である。また、ラックシャフト12の第2の部分12dに対応する部分のうち挿通孔16dと段差面16eとの境界部分は、第2の接触箇所R2の一例である。
図2に示すように、ハウジング16の内周面には、その両端部から順に、拡径部16c、段差面16e、および傾斜面としての円錐面50,60が設けられている。段差面16eは、円環状をなしている。段差面16eの内径は、IBJ18のソケット部18aの外径よりも小さく設定されている。そのため、IBJ18のソケット部18aが段差面16eに突き当たることによってラックシャフト12の移動が規制される。円錐面50,60は、挿通孔16dと段差面16eとの境界部分における全周に亘って設けられている。円錐面50,60は、ハウジング16の両端部に向かうにつれてラックシャフト12の軸線mから徐々に離間している。第1の傾斜面としての円錐面50は、ハウジング16のボールねじ機構30側に設けられている。円錐面50は、ラックシャフト12の一方の端部(図2中の左側)に向かうにつれて徐々にハウジング16の内周面が拡径され、挿通孔16dおよび段差面16eに連続するように設けられている。第2の傾斜面としての円錐面60は、ハウジング16のラックアンドピニオン機構13側に設けられている。円錐面60は、ラックシャフト12の他方の端部(図2中の右側)に向かうにつれて徐々にハウジング16の内周面が拡径され、挿通孔16dおよび段差面16eに連続するように設けられている。なお、ハウジング16の内周面において、ラックシャフト12の第1の部分12cに対応する部分のうち挿通孔16dと段差面16eとの境界部分は、第1の接触箇所R1の一例である。また、ラックシャフト12の第2の部分12dに対応する部分のうち挿通孔16dと段差面16eとの境界部分は、第2の接触箇所R2の一例である。
上記のように構成されたEPS装置1を車両に搭載した場合、車両走行時に転舵輪15が路面の凸部、例えば縁石等に乗り上げるとき、ラックシャフト12には、ラックシャフト12が挿通孔16dの軸線mに対して交わる方向に荷重が生じる。このため、ラックシャフト12は、ラックシャフト12自身の曲げ変形、ボールねじ機構30の変形、およびラックアンドピニオン機構13のピニオン歯11dとラック歯12aとが噛み合う部分の変形により、軸線mに対して傾斜することがある。
すなわち、図3に示すように、ラックシャフト12は、第1の支持部SLとしてのボールねじ機構30を支点としてその第1の部分12cが、同図の2点鎖線で示すように、ハウジング16の内周面における第1の接触箇所R1に接触するまで傾斜することがある。また、ラックシャフト12は、第2の支持部SRとしてのラックアンドピニオン機構13を支点としてその第2の部分12dが、同図の2点鎖線で示すように、ハウジング16の内周面における第2の接触箇所R2に接触するまで傾斜することがある。
また、図4および図5に示すように、ラックシャフト12は、その第1の部分12cが一方の端部側まで最大量移動したとき、第1の接触箇所R1に接触している状態で、図4の2点鎖線で示すように、ハウジング16の拡径部16cの径方向外側まで傾斜することがある。また、ラックシャフト12は、その第2の部分12dが他方の端部側まで最大量移動したとき、第2の接触箇所R2に接触している状態で、図5の2点鎖線で示すように、ハウジング16の拡径部16cの径方向外側まで傾斜することがある。
ハウジング16の円錐面50,60が割愛された場合を考えると、上記したようにラックシャフト12が軸線mに対して傾斜することにより、ラックシャフト12の第1の部分12cおよび第2の部分12dは、ハウジング16の第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2にそれぞれ形成される角部に線接触する。その結果、ラックシャフト12とハウジング16との線接触する部分に応力が集中し、ハウジング16がその応力集中に耐えられない場合がある。そのため、円錐面50,60は、ラックシャフト12が挿通孔16dの軸線mに対して傾斜してハウジング16に接触することによるハウジング16の応力集中の影響を考慮し、ラックシャフト12がハウジング16の内周面に当接しても、ハウジング16の応力集中を緩和できる観点で設定されている。
以下、ハウジング16の応力集中が生じるときにおけるラックシャフト12の挿通孔16dの軸線mに対する傾斜角の範囲、および円錐面50,60の設定方法について具体的に説明する。
まずは、ハウジング16の応力集中が生じるときにおけるラックシャフト12の挿通孔16dの軸線mに対する傾斜角の範囲について説明する。
図3に示すように、ハウジング16のボールねじ機構30側の端部において、第1の支持部SLから段差面16eまでの長さを距離L1、ラックシャフト12の外周面と、ハウジング16の円錐面50および段差面16eの境界部分との間の隙間を隙間T1とする。転舵輪15に入力される荷重によりラックシャフト12の第1の部分12cがハウジング16の第1の接触箇所R1に当接し始めるまでに、ラックシャフト12は、次式(1)により求められる傾斜角θ1分だけ、軸線mに対して傾く。
図3に示すように、ハウジング16のボールねじ機構30側の端部において、第1の支持部SLから段差面16eまでの長さを距離L1、ラックシャフト12の外周面と、ハウジング16の円錐面50および段差面16eの境界部分との間の隙間を隙間T1とする。転舵輪15に入力される荷重によりラックシャフト12の第1の部分12cがハウジング16の第1の接触箇所R1に当接し始めるまでに、ラックシャフト12は、次式(1)により求められる傾斜角θ1分だけ、軸線mに対して傾く。
θ1=Arctan(T1/L1)…(1)
このラックシャフト12の第1の部分12cがハウジング16の第1の接触箇所R1に当接し始める傾斜角θ1が、ハウジング16のボールねじ機構30側の端部におけるラックシャフト12の第1の最小傾斜角の一例である。
ハウジング16のラックアンドピニオン機構13側の端部において、第2の支持部SRから段差面16eまでの長さを距離L2とする。ラックシャフト12の外周面と、ハウジング16の円錐面60および段差面16eの境界部分との間の隙間を隙間T2とする。転舵輪15に入力される荷重によりラックシャフト12の第2の部分12dがハウジング16の第2の接触箇所R2に当接し始めるまでに、ラックシャフト12は、次式(2)で計算される傾斜角θ2だけ、軸線mに対して傾く。
θ2=Arctan(T2/L2)…(2)
このラックシャフト12の第2の部分12dがハウジング16の第2の接触箇所R2に当接し始める傾斜角θ2が、ハウジング16のラックアンドピニオン機構13側の端部におけるラックシャフト12の第2の最小傾斜角の一例である。
次に、ラックシャフト12をその一方の端部側または他方の端部側に最大量移動させた場合を考える。
図4に示すように、ラックシャフト12の第1の部分12cを一方の端部側まで最大量移動させた状態で、ラックシャフト12の一方の端部側に設けられている転舵輪15から入力される荷重によりラックシャフト12が傾斜するとき、ラックシャフト12は、挿通孔16dの軸線mに直交する方向に傾き量Ad1max分だけ変位することが考えられる。このとき、ラックシャフト12の第1の部分12cは、第1の接触箇所R1に接触した状態になる。この傾き量Ad1maxは、車両走行時に実験的に検証された最大値である。ラックシャフト12に荷重が作用しなくなったとき、ラックシャフト12は、その軸線mが曲がるように塑性変形した状態に維持される。すなわち、傾き量Ad1maxのうち幾分かがラックシャフト12に残留変位として残る。この残留変位によりラックシャフト12の一方の端部は、軸線mに直交する方向において、ハウジング16の拡径部16cよりも径方向外側に位置する。このとき、ラックシャフト12は、挿通孔16d内で往復動不能となる。そのため、傾き量Ad1maxは、ラックシャフト12を一方の端部に最大量移動させた状態から、ラックアンドピニオン機構13側に最大量移動させようとしても、ラックシャフト12が、挿通孔16d内をラックアンドピニオン機構13側へ向かって移動不能となる値といえる。
図4に示すように、ラックシャフト12の第1の部分12cを一方の端部側まで最大量移動させた状態で、ラックシャフト12の一方の端部側に設けられている転舵輪15から入力される荷重によりラックシャフト12が傾斜するとき、ラックシャフト12は、挿通孔16dの軸線mに直交する方向に傾き量Ad1max分だけ変位することが考えられる。このとき、ラックシャフト12の第1の部分12cは、第1の接触箇所R1に接触した状態になる。この傾き量Ad1maxは、車両走行時に実験的に検証された最大値である。ラックシャフト12に荷重が作用しなくなったとき、ラックシャフト12は、その軸線mが曲がるように塑性変形した状態に維持される。すなわち、傾き量Ad1maxのうち幾分かがラックシャフト12に残留変位として残る。この残留変位によりラックシャフト12の一方の端部は、軸線mに直交する方向において、ハウジング16の拡径部16cよりも径方向外側に位置する。このとき、ラックシャフト12は、挿通孔16d内で往復動不能となる。そのため、傾き量Ad1maxは、ラックシャフト12を一方の端部に最大量移動させた状態から、ラックアンドピニオン機構13側に最大量移動させようとしても、ラックシャフト12が、挿通孔16d内をラックアンドピニオン機構13側へ向かって移動不能となる値といえる。
ハウジング16の段差面16eからラックシャフト12の一方の端部までの長さを長さL3とする。この長さL3は、ラックシャフト12がその軸方向において最大で移動するラックストローク量である。転舵輪15に入力される荷重によりラックシャフト12は、次式(3)で計算される傾斜角θ3だけ、軸線mに対して傾く。
θ3=Arctan(Ad1max/(L1+L3))…(3)
このラックシャフト12がボールねじ機構30側からラックアンドピニオン機構13側に移動不能となるときの傾斜角θ3は、ハウジング16のボールねじ機構30側におけるラックシャフト12の第1の最大傾斜角の一例である。
図5に示すように、ラックシャフト12の第2の部分12dを他方の端部にまで最大量移動させた状態で、ラックシャフト12の他方の端部側に設けられている転舵輪15から入力される荷重によりラックシャフト12が傾斜するとき、ラックシャフト12は、挿通孔16dの軸線mに直交する方向に傾き量Ad2max分だけ変位することが考えられる。このとき、ラックシャフト12の第2の部分12dは、第2の接触箇所R2に接触した状態になる。この傾き量Ad2maxは、車両走行時に実験的に検証された最大値である。ラックシャフト12の端部に荷重が作用しなくなったとき、ラックシャフト12は、その軸線mが曲がるように塑性変形した状態に維持される。すなわち、傾き量Ad2maxのうち幾分かがラックシャフト12の残留変位として残る。この残留変位によりラックシャフト12の他方の端部は、軸線mに直交する方向において、ハウジング16の拡径部16cよりも径方向外側に位置する。このとき、ラックシャフト12は、挿通孔16d内で往復動不能となる。そのため、傾き量Ad2maxは、ラックシャフト12を他方の端部に最大量移動させた状態から、ボールねじ機構30側に最大量移動させようとしても、ラックシャフト12が挿通孔16d内をボールねじ機構30側へ向かって移動不能となる値といえる。
ハウジング16の段差面16eからラックシャフト12の他方の端部までの長さは、ハウジング16の段差面16eからラックシャフト12のボールねじ機構30側の端部までの長さL3と同じである。転舵輪15に入力される荷重によりラックシャフト12は、次式(4)で計算される傾斜角θ4だけ、軸線mに対して傾く。
θ4=Arctan(Ad2max/(L2+L3))…(4)
このラックシャフト12がラックアンドピニオン機構13側からボールねじ機構30側に移動不能となるときの傾斜角θ4は、ハウジング16のラックアンドピニオン機構13側におけるラックシャフト12の第2の最大傾斜角の一例である。
上記したように、ハウジング16の応力集中が生じるときのラックシャフト12の軸線mに対する傾斜角の範囲は、ラックシャフト12の第1の部分12cであれば、傾斜角θ1以上であり且つ傾斜角θ3以下となる。また、ラックシャフト12の第2の部分12dであれば、傾斜角θ2以上であり且つ傾斜角θ4以下となる。なお、上記した隙間T1,T2は、微小な値である。そのため、ラックシャフト12が隙間T1,T2が埋まるように傾斜したとき、ラックシャフト12の外周面は、ラックシャフト12の軸線mに対して一定の割合の傾斜角を有する平面であると見ることができる。
次に、円錐面50,60の設定方法について説明しつつ、本実施の形態におけるEPS装置1の作用効果を説明する。
図2に示すように、ハウジング16のボールねじ機構30側において、円錐面50の挿通孔16dの軸線mに対する傾斜角θLは、傾斜角θ1以上であり且つ傾斜角θ3以下に設定されている。ハウジング16のラックアンドピニオン機構13側において、円錐面60の挿通孔16dの軸線mに対する傾斜角θRは、傾斜角θ2以上であり且つ傾斜角θ4以下に設定されている。本実施の形態では、傾斜角θ1,θ2は、0.2°となり、傾斜角θ3,θ4は、20°となる。
図2に示すように、ハウジング16のボールねじ機構30側において、円錐面50の挿通孔16dの軸線mに対する傾斜角θLは、傾斜角θ1以上であり且つ傾斜角θ3以下に設定されている。ハウジング16のラックアンドピニオン機構13側において、円錐面60の挿通孔16dの軸線mに対する傾斜角θRは、傾斜角θ2以上であり且つ傾斜角θ4以下に設定されている。本実施の形態では、傾斜角θ1,θ2は、0.2°となり、傾斜角θ3,θ4は、20°となる。
傾斜角θL,θRがこのように設定されていることにより、転舵輪15から入力される荷重によりラックシャフト12の傾斜角θLが傾斜角θ1以上であり且つ傾斜角θ3以下の範囲のいずれか、ラックシャフト12の傾斜角θRが傾斜角θ2以上であり且つ傾斜角θ4以下の範囲のいずれかとなったとき、ラックシャフト12と円錐面50,60とを互いに面接触させることができる。したがって、ラックシャフト12との接触箇所である第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2に生じるハウジング16の応力集中を緩和することができる。
また、転舵輪15に入力される荷重の方向によっては、ラックシャフト12は軸線mに対してあらゆる方向に傾斜することが考えられる。円錐面50,60は、第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2における全周に亘って設けられているため、転舵輪15に入力される荷重の方向に応じてラックシャフト12の傾斜する方向が変化してもラックシャフト12と円錐面50,60とを面接触させることができる。したがって、ラックシャフト12との接触箇所である第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2に生じるハウジング16の応力集中をより緩和できる。
さらに、ハウジング16の両端部において、円錐面50,60の傾斜角θL,θRは、ラックシャフト12の第1の部分12cおよび第2の部分12dの傾斜角の範囲に応じてそれぞれ設定されている。そのため、ラックシャフト12の第1の部分12cおよび第2の部分12dのそれぞれが挿通孔16dの軸線mに対し傾斜した状態が異なる場合であっても、ラックシャフト12と円錐面50,60とをより適切に面接触させることができる。
なお、本実施の形態は、技術的に矛盾が生じない範囲で以下のように変更してもよい。
・本実施の形態において、円錐面50,60は、ハウジング16の挿通孔16dと段差面16eとの境界部分における全周に亘って設けられているが、これに限らない。例えば、ハウジング16の耐久性の低い部分に対応する部分にだけ、円錐面を設けるようにしてもよい。車両走行時に転舵輪15に入力される荷重によってラックシャフト12が傾斜して接触する頻度が多い部分に円錐面を設けるようにしてもよい。
・本実施の形態において、円錐面50,60は、ハウジング16の挿通孔16dと段差面16eとの境界部分における全周に亘って設けられているが、これに限らない。例えば、ハウジング16の耐久性の低い部分に対応する部分にだけ、円錐面を設けるようにしてもよい。車両走行時に転舵輪15に入力される荷重によってラックシャフト12が傾斜して接触する頻度が多い部分に円錐面を設けるようにしてもよい。
・本実施の形態において、ラックアンドピニオン機構13により第2の支持部SRが形成されていたが、これに限らない。例えば、ラックアンドピニオン機構13と、ラックシャフト12のラックアンドピニオン機構13側の端部との間に、ラックシャフト12の軸線mに対する傾斜を抑制する円環状のラックブッシュを設け、そのラックブッシュを第2の支持部SRとしてもよい。その場合、式(2),(4)に基づいて傾斜角θ2,θ4を計算し、円錐面60をラックシャフト12のラックアンドピニオン機構13側における傾斜角θRに対応して変更する。また、ボールねじ機構30を第1の支持部SLとしていたが、同様に、ボールねじ機構30と、ラックシャフト12のボールねじ機構30側の端部との間にラックブッシュを設けて、そのラックブッシュを第1の支持部SLに設定してもよい。
・また、本実施の形態において、円錐面50,60は、ハウジング16の拡径部16cと段差面16eとの境界部分に設けられていたが、これに限らない。例えば、ラックシャフト12が本実施形態における第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2よりもさらにハウジング16の中央部側で接触すると考えると、第1の支持部SLおよび第2の支持部SRからハウジング16の段差面16eに至るまでを第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2とし、当該第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2に円錐面を設けてもよい。
・本実施の形態によれば、ラックシャフト12における第1の部分12cおよび第2の部分12dの挿通孔16dの軸線mに対する傾斜角を考慮して、円錐面50,60の傾斜角θL,θRを設定していたが、これに限らない。例えば、ラックシャフト12の第1の部分12cだけの傾斜角を考慮して円錐面の傾斜角を設定してもよい。また、例えば、ラックシャフト12の第2の部分12dだけの傾斜角を考慮して円錐面の傾斜角を設定してもよい。
・第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2のうち、一方の接触箇所にのみ、円錐面を設けるようにしてもよい。
・本実施の形態において、ハウジング16の第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2に円錐面50,60がそれぞれ設けられていたが、例えば、第1の接触箇所R1には、円錐面50を設け、第2の接触箇所R2には、上記変形例の円錐面を設けてもよい。
・本実施の形態において、ハウジング16の第1の接触箇所R1および第2の接触箇所R2に円錐面50,60がそれぞれ設けられていたが、例えば、第1の接触箇所R1には、円錐面50を設け、第2の接触箇所R2には、上記変形例の円錐面を設けてもよい。
・本実施の形態のステアリング装置をEPS装置1に具体化して説明していたが、これに限らない。例えば、ステアバイワイヤ式のステアリング装置に具体化してもよい。また、ステアバイワイヤ式のステアリング装置に限らず、マニュアルステアリング装置等の他のステアリング装置に具体化してもよい。
1…EPS装置、11d…ピニオン歯、12…ラックシャフト、12a…ラック歯、12c…第1の部分、12d…第2の部分、13…ラックアンドピニオン機構、15…転舵輪、16…ハウジング、16d…挿通孔、30…ボールねじ機構、50,60…円錐面、T1,T2…隙間、m…軸線、θ1,θ2,θ3,θ4…(ラックシャフト12の)傾斜角、θL,θR…(円錐面の)傾斜角、SL…第1の支持部、SR…第2の支持部、R1…第1の接触箇所、R2…第2の接触箇所。
Claims (7)
- 軸方向に往復動することにより転舵輪を転舵させる転舵軸と、
前記転舵軸の外周面との間に隙間を有して当該転舵軸が往復動可能に挿入される挿通孔が設けられているハウジングとを備え、
前記転舵軸の前記外周面に対向する前記ハウジングの内周面のうち、前記挿通孔の軸線に対して前記転舵軸が傾斜したときに当該転舵軸が接触する接触箇所には、前記挿通孔の軸線に対して傾斜するとともに前記転舵軸の端部に向かうにつれて徐々に前記ハウジングの内周面が拡径される円錐面から成る傾斜面が設けられており、
前記傾斜面の傾斜角は、前記接触箇所における前記転舵軸の傾斜角と等しくされているステアリング装置。 - 前記転舵軸が前記挿通孔の軸線に対し傾斜して前記接触箇所に接触し始めるときの当該転舵軸の傾斜角を最小傾斜角とし、
前記転舵軸が当該転舵軸の端部側に最大量移動して前記接触箇所に接触している状態において、前記転舵軸が傾斜して前記挿通孔内で往復動不能になるまで当該転舵軸が傾斜したときの当該転舵軸の傾斜角を最大傾斜角とするとき、
前記傾斜面の傾斜角は、前記最小傾斜角以上であり且つ前記最大傾斜角以下である
請求項1に記載のステアリング装置。 - 前記最小傾斜角は、0.2°に設定され、
前記最大傾斜角は、20°に設定される
請求項2に記載のステアリング装置。 - 前記接触箇所は、前記転舵軸の一方の端部寄りの部分である第1の部分が接触する第1の接触箇所と、前記第1の部分よりも前記転舵軸の他方の端部寄りの部分である第2の部分が接触する第2の接触箇所とを含み、
前記傾斜面は、前記第1の接触箇所に設けられる第1の傾斜面と、前記第2の接触箇所に設けられる第2の傾斜面とを含み、
前記第1の傾斜面の傾斜角は、前記第1の部分が前記挿通孔の軸線に対して傾斜したときの傾斜角と等しく、前記第2の傾斜面の傾斜角は、前記第2の部分が前記挿通孔の軸線に対して傾斜したときの傾斜角と等しくされている
請求項1〜3のいずれか一項に記載のステアリング装置。 - 前記最小傾斜角は、前記第1の部分が前記挿通孔の軸線に対し傾斜して前記第1の接触箇所に接触し始めるときの当該第1の部分の傾斜角である第1の最小傾斜角と、前記第2の部分が前記挿通孔の軸線に対し傾斜して前記第2の接触箇所に接触し始めるときの当該第2の部分の傾斜角である第2の最小傾斜角とを含み、
前記最大傾斜角は、前記第1の部分が前記転舵軸の前記一方の端部側に最大量移動して前記第1の接触箇所に接触している状態において、前記転舵軸が前記挿通孔内で往復動不能になるまで前記第1の部分が傾斜したときの当該第1の部分の傾斜角である第1の最大傾斜角と、前記第2の部分が前記転舵軸の前記他方の端部側に最大量移動して前記第2の接触箇所に接触している状態において、前記転舵軸が前記挿通孔内で往復動不能になるまで前記第2の部分が傾斜したときの当該第2の部分の傾斜角である第2の最大傾斜角とを含み、
前記第1の傾斜面の傾斜角は、前記第1の最小傾斜角以上であり且つ前記第1の最大傾斜角以下に設定されており、
前記第2の傾斜面の傾斜角は、前記第2の最小傾斜角以上であり且つ前記第2の最大傾斜角以下である
請求項2または請求項3を引用する請求項4に記載のステアリング装置。 - 前記ハウジングには、前記第1の部分を往復動可能に支持する第1の支持部と、前記第2の支持部を往復動可能に支持する第2の支持部とが収容されており、
前記第1の部分の傾斜角は、当該第1の部分が前記第1の支持部を支点として前記挿通孔の軸線に対し傾斜して、前記第1の接触箇所に接触しているときの角度であり、
前記第2の部分の傾斜角は、当該第2の部分が前記第2の支持部を支点として前記挿通孔の軸線に対し傾斜して、前記第2の接触箇所に接触しているときの角度である
請求項5に記載のステアリング装置。 - 前記ステアリング装置において、操舵輪と連動するピニオンシャフトのピニオン歯と前記転舵軸としてのラックシャフトのラック歯とが噛み合うことで構成されるラックアンドピニオン機構を備える場合には、
前記第1の支持部が前記転舵軸を往復動させる駆動機構であり、
前記第2の支持部が前記ラックアンドピニオン機構である
請求項6に記載のステアリング装置。
Priority Applications (1)
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