JP2019202678A

JP2019202678A - 操舵装置

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Publication number: JP2019202678A
Application number: JP2018099874A
Authority: JP
Inventors: 酒井　康宏; Yasuhiro Sakai; 康宏酒井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-11-28

Abstract

【課題】ピニオンを支持する軸受を固定する固定部材の回転を防止する。【解決手段】ラック軸１３０に噛み合い、アシスト力を伝達するピニオン１６０を備える操舵装置１００であって、ラック軸１３０と、ピニオン１６０の一部を収容するラックハウジング１３１と、ピニオン１５０に連結される減速機１５０を収容する減速機ハウジング１５１と、ピニオン１３１を減速機ハウジング１５１に対して支持する軸受１５２と、減速機ハウジング１５１に螺合し、軸受１５２を固定する固定部材１５３と、固定部材１５３に当接し、減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１との締結力に基づき、固定部材１５３の端面との間で摩擦を発生させる回転防止部材１７０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ラックにモータからの動力を付与する操舵装置に関する。

操舵部材による操舵力をラック軸に伝達する操舵ピニオンと、アシスト力を伝達するアシストピニオンとの２つのピニオンがラック軸に噛み合うタイプのパワーステアリング装置（ＤＰ−ＥＰＳと記載する場合がある。）がある（例えば、特許文献１参照）。

このようなＤＰ−ＥＰＳ（ｄｕａｌｐｉｎｉｏｎａｓｓｉｓｔｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇ）において、モータの出力は、アシスト力として減速機を介してアシストピニオンに伝達され、ラック軸にアシスト力が付与される。アシストピニオンの基端部は、ボールベアリングなどの軸受を介して減速機ハウジングに回転可能に固定されている。具体的には、軸受の内輪はアシストピニオンに固定され、トッププラグ等と称される環状の固定部材を減速機ハウジングに螺合することにより軸受の外輪は、減速機ハウジングに固定されている。アシストピニオンの先端部は、ニードルベアリングなどの軸受を介してラックハウジングに取り付けられる。なお、本明細書において減速機ハウジング、およびラックハウジングを総称して「ハウジング」と記載する場合がある。

さらに、振動などにより固定部材の螺合が緩み軸受を介してアシストピニオンが揺れ動くことを防止するため、固定部材はさらにロックナットなどで固定されている。

特開２０１７−１７１０７１号公報

ところが、温度変化による熱膨張により減速機ハウジングに対する固定部材の螺合が緩むため軸受の固定力が弱くなり、アシストピニオンが揺れ動いて異音が発生する場合がある。また、固定部材による軸受の締結力を大きくすることで、温度変化による熱膨張に対応させる方法も考えられるが、減速機ハウジングがアルミである場合、軸受の所望の締結力を発生させる前に減速機ハウジングが破損する懸念あり、減速機ハウジングの軽量化を阻害する要因ともなる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、減速機ハウジングの材質を制限することなく、熱膨張による固定部材の緩みを抑制することができる操舵装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つである操舵装置は、ラック軸に噛み合い、モータによる駆動力を前記ラック軸に伝達するピニオンとを備える操舵装置であって、前記ラック軸と、前記ピニオンの一部を収容するラックハウジングと、前記ピニオンに連結される減速機を収容する減速機ハウジングと、前記ピニオンを前記減速機ハウジングに対して支持する軸受と、前記減速機ハウジングに螺合し、前記軸受を前記減速機ハウジングに固定する固定部材と、前記減速機ハウジングと前記ラックハウジングの間において前記固定部材に当接し、前記減速機ハウジングと前記ラックハウジングとの締結力に基づき、前記固定部材の端面との間で摩擦を発生させる回転防止部材とを備える。

これにより、ハウジング同士の強い締結力を用い回転防止部材を介して固定部材の回転を阻止するため、温度変化による熱膨張に抗して固定部材の回転を阻止し続けることが可能となる。また、ハウジング同士は、比較的大きな締結部材で締結されるため、ハウジングの材料を制限することなく大きな締結力を得ることができる。

前回転防止部材の少なくとも一部は樹脂で形成され体もよい。これによれば、樹脂部分の弾性力により、温度変化による熱膨張が発生しても、ハウジング同士の締結力を安定して固定部材に付与し続けることができる。また、ハウジング同士の締結力に加えて樹脂部分の弾性力により固定部材の回転をより強固に防止することができる。なお、樹脂にはゴムなども含まれる。

また、前記回転防止部材は、前記ラックハウジングと前記減速機ハウジングとの間に挟まれ、前記ラックハウジングと前記減速機ハウジングとの隙間をシールするシール部を備えてもよい。

これによれば、固定部材の回転防止とハウジング同士の封止を１つの回転防止部材で実現することができ、操舵装置の軽量化を図ることが可能となる。

本発明によれば、ハウジングの材質に影響されることなく、温度変化による熱膨張が繰り返されてもピニオンの揺れ動きを抑制し、ラック軸とピニオンの離接による異音の発生を抑制することができる。

操舵装置を示す図である。ピニオンとハウジングの境界部を示す断面図である。ラックハウジングに配置された状態の回転防止部材を示す断面斜視図である。回転防止部材の別例を示す断面斜視図である。

次に、本発明に係る操舵装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、操舵装置全体を示す図である。操舵装置１００は、ステアリングホイールなどの操舵部材２００の回転に基づき、いわゆるタイヤである転舵輪２０１旋回、または旋回の補助を行う装置である。本実施の形態の場合、操舵装置１００は、操舵部材２００を回転させることにより発生する操舵トルクに応じて転舵輪２０１の旋回を補助する力を発生させるＤＰ−ＥＰＳである。操舵装置１００は、複数の軸体が自在継手により連結されたステアリングシャフト１１０と、ステアリングシャフト１１０の先端に接続される操舵ピニオン１２０と、操舵ピニオン１２０に噛み合うラック軸１３０と、ラックハウジング１３１と、アシストモータ１４０と、減速機１５０と、減速機ハウジング１５１と、ピニオン１６０とを備えている。

図２は、ピニオンとハウジングの境界部を示す断面図である。同図に示すように、操舵装置１００はさらに、軸受である第一軸受１５２と、固定部材１５３と、回転防止部材１７０と、締結具１５４とを備える。

ラック軸１３０は、軸方向に長い断面略円形の棒状の部材であり、ラックハウジング１３１に中間部のほとんどが収容されている。ラック軸１３０の両端部は、タイロッド（図示略）を介して転舵輪２０１が連結されている。ラック軸１３０は、操舵部材２００の回転に伴って、操舵ピニオン１２０の回転がラック軸１３０の往復動に変換され、ラック軸１３０が軸方向に移動することにより転舵輪２０１が旋回し、操向が行われるようになっている。

ラックハウジング１３１は、車両に固定され、内部に収容したラック軸１３０を軸方向にガイドする部材であり、ラック軸１３０に交差して接触する操舵ピニオン１２０が挿入される筒状の操舵ピニオン挿入部１３２（図１参照）と、ラック軸１３０の中間部分のほとんどを収容し、ラック軸１３０を軸方向に往復動可能に保持する筒状のラック軸収容部１３３と、ラック軸１３０に交差して接触するピニオン１６０の一部が挿入されて収容される筒状のピニオン挿入部１３４とを備えている。ラックハウジング１３１は、例えばアルミニウム合金により形成される。

アシストモータ１４０は、アシストトルクを発生させる電動の駆動源である。アシストモータ１４０には、アシストモータ用のＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）が取り付けられる場合があり、操舵部材２００により加えられたトルクや車速の情報に基づきアシストに適したトルクが出力される。

減速機１５０は、アシストモータ１４０の出力軸の回転速度を歯車によって減速し、減速に対して反比例したトルクをピニオン１６０に出力する装置である。本実施の形態の場合、減速機１５０は、ウォーム減速機である。

減速機ハウジング１５１は、ウォーム軸やウォームホイール１５９（図２参照）を回転可能に支持し、ウォーム軸やウォームホイールを収容する筐体である。本実施の形態の場合、減速機ハウジング１５１は、軸ハウジングとホイールハウジングに分離可能である。なお、図２には、ホイールハウジングが示されている。

ピニオン１６０は、減速機１５０のウォームホイール１５９に連結され減速機１５０により増幅されたアシスト力を出力する軸体である。本実施の形態の場合、ピニオン１６０の減速機ハウジング１５１から突出した先端部分には、進み角を有する歯車が設けられており、ピニオン１６０は、ラック軸１３０と噛みあって、アシスト力をラック軸１３０に付与する。ピニオン１６０は、アシストピニオンと称される場合がある。

第一軸受１５２は、ピニオン１６０を減速機ハウジング１５１に対して支持する軸受である。本実施の形態の場合、第一軸受１５２は、ボールベアリングであり、内輪にはピニオン１６０が圧入されている。第一軸受１５２の外輪は、減速機ハウジング１５１に設けられた保持孔１５７に挿通状態で配置され、外輪の一端面は、保持孔１５７に設けられた内方に向かって突出する突出部１５８に当接している。

第二軸受１３９は、ピニオン１６０をラックハウジング１３１に対して支持する軸受である。本実施の形態の場合、第二軸受１３９は、内輪を備えないニードルベアリングである。

固定部材１５３は、減速機ハウジング１５１に螺合し、第一軸受１５２を減速機ハウジング１５１に固定する部材である。固定部材１５３は、第一軸受１５２の外輪の端面に当接し内輪の端面には当接しない径の円筒状に形成された部材である。固定部材１５３の外周面には雄ねじが形成されており、減速機ハウジング１５１の保持孔１５７に同軸で連通する雌ネジ孔１５６に固定部材１５３が螺合する。

固定部材１５３は、雌ネジ孔１５６に螺合し、保持孔１５７に挿通された第一軸受１５２の外輪を突出部１５８との間で押圧することにより、第一軸受１５２を保持孔１５７内に固定している。

また、固定部材１５３の第一軸受１５２と当接しない側の端面の幅は、第一軸受１５２と当接する端面の幅よりも広い。これにより、回転防止部材１７０との接触面積を増加させることができる。

回転防止部材１７０は、減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１との間において固定部材１５３に当接し、減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１との締結力に基づき、固定部材１５３の端面との間で摩擦を発生させる回転防止部材とを備える部材である。本実施の形態の場合、回転防止部材１７０は、図３に示すように断面矩形の円環形状であり、ラックハウジング１３１の減速機ハウジング１５１に対向する面に設けられた環状の溝に一部が嵌め込まれた状態で配置されている。回転防止部材１７０の内径は、固定部材１５３の内径とほぼ一致している。回転防止部材１７０の外径は、固定部材１５３の外径よりも大きくなるように設定されている。回転防止部材１７０の形状を固定部材１５３の端面全体に接触する形状とすることで、回転防止部材１７０と固定部材１５３との接触面積を大きくすることができ、固定部材１５３の減速機ハウジング１５１に対する回転を効果的に防止することができる。

また本実施の形態の場合、回転防止部材１７０が固定部材１５３よりも外側にはみ出た形状となっており、当該はみ出た部分がラックハウジング１３１と減速機ハウジング１５１との間で挟まれ、ラックハウジング１３１と減速機ハウジング１５１との隙間をシールするシール部１７１となっている。このように、回転防止部材１７０が減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１との間を封止する機能を併せ持つことにより、操舵装置１００の部品点数を減少させることができ、操舵装置１００の軽量化を図ることが可能となる。

なお、回転防止部材１７０にシール効果を発揮させる場合、減速機ハウジング１５１の雌ネジ孔１５６に固定部材１５３をねじ込んだ状態において、固定部材１５３の端面と減速機ハウジング１５１の雌ネジ孔１５６の端面とが面一になることが好ましい。

回転防止部材１７０の材質は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、全体が樹脂で形成されている。このように回転防止部材１７０の一部、または全部がゴムを含む樹脂で形成されることにより、樹脂の弾性力を用いて固定部材１５３の回転を効果的に防止することが可能となる。また、固定部材１５３とラックハウジング１３１との間隔に生じる誤差を樹脂の弾性により吸収することができる。特に、回転防止部材１７０の一部をシール部１７１として機能させる場合、固定部材１５３とラックハウジング１３１の間隔と、減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１との間隔に差が生じる場合にも、当該差を樹脂の弾性により吸収することができる。

締結具１５４は、図２に示すように、減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１とをピニオン１６０の軸方向に締結して固定するための部材である。本実施の形態の場合、締結具１５４は、ラックハウジング１３１の外側に設けられたネジ孔に螺合するボルトであり、減速機ハウジング１５１の外側に設けられたボルト孔に挿通された締結具１５４とネジ孔が螺合することにより減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１とが締結される。なお、図１では締結具１５４は１つ記載されているが、締結具１５４は、ピニオン１６０を囲む様に複数個配置されている。

このように、減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１の外側においてハウジングを締結することで、減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１とを強固に締結することができる。また、当該締結力を用いて固定部材１５３に回転防止部材１７０が押しつけられるため、固定部材１５３、回転防止部材１７０、およびラックハウジング１３１との間にそれぞれ高い静摩擦力が発生し、固定部材１５３が減速機ハウジング１５１やラックハウジング１３１に対して回転することを効果的に防止することができる。

上記実施の形態にかかる操舵装置１００は、固定部材１５３を減速機ハウジング１５１に締結後、固定部材１５３の端面とラックハウジング１３１との間に弾性のある回転防止部材１７０を挟み、減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１との締結力に基づき、固定部材１５３と回転防止部材１７０との間に強い摩擦力を発生させて固定部材１５３の回転緩みを防いでいる。従って、ロックナットなどを用いない簡単な構造の回転防止部材１７０により固定部材１５３の緩みを防止することができ、緩みによる異音の発生を防止することができる。

また、ピニオン１６０が備える歯が進み角を持っている場合、ピニオン１６０の軸方向に発生する力を固定部材１５３だけでなく、回転防止部材１７０を介してラックハウジング１３１、および減速機ハウジング１５１で支えるため、軸方向の力による固定部材１５３の緩みを防止することができる。

また、減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１との締結力を用いて固定部材１５３の不本意な回転による緩みの発生を防止しているため、固定部材１５３の締付けトルクを増加させる必要がない。従って、固定部材１５３の締付トルク増加のために減速機ハウジング１５１の剛性を確保する必要がなく、減速機ハウジング１５１にアルミニウム合金など軽量な材料を採用するなど設計の自由度を向上させることができる。

また、回転防止部材１７０を用いて減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１との間を封止する構造を採用する場合、ハウジングのシールのためにＯリングを別途配置する必要がなくなり、部品点数を減少させることが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、上記実施の形態では回転防止部材１７０を環状の樹脂部材として説明したが、回転防止部材１７０の材質は特に限定されるものではなく、銅などの金属でもかまわない。

また、回転防止部材１７０は、構成する材質の弾性力により固定部材１５３に対する押圧力を発生させるばかりでなく、スプリングワッシャーのように形状により弾性力を発生させる回転防止部材１７０であってもよい。

また、回転防止部材１７０は、単一種類の材料により構成されるものばかりでなく、図４に示すように、複数の部材により構成されるものでも構わない。例えば、図４に示す回転防止部材１７０のように、固定部材１５３、およびラックハウジング１３１に当接する部分には金属製環状の当接部材１７２を備え、当接部材１７２の間、および減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１とに挟まれる部分は、ゴム、またはエラストマーからなる弾性部１７３を備えてもよい。

また、回転防止部材１７０は、減速機ハウジング１５１とラックハウジング１３１との間のシール機能も備えていてが、回転防止部材１７０は、シール機能を備えなくてもよい。

操舵装置１００は、ラック軸１３０と噛み合うピニオン１６０に操舵部材２００を運転者が回転させたことによる操舵トルクも加えて伝達されるパワーステアリング装置でもよい。また、操舵装置１００は、操舵部材２００とラック軸１３０とを機械的に連結せず、操舵部材２００の回転角などをセンサ等で読み取り、センサ等の信号に基づいてラック軸１３０をピニオン１６０を用いて動作させ、転舵輪２０１を転舵するいわゆるＳＢＷ（ＳｔｅｅｒＢｙＷｉｒｅＳｙｓｔｅｍ）であってもよい。

本発明は車両などの操舵装置であって、人による操舵力をアシストすることができる操舵装置、操舵部材と転舵輪とが機械的に接続されず、電気的に操舵されるＳＢＷに利用可能である。

１００…操舵装置、１１０…ステアリングシャフト、１２０…操舵ピニオン、１３０…ラック軸、１３１…ラックハウジング、１３２…操舵ピニオン挿入部、１３３…ラック軸収容部、１３４…ピニオン挿入部、１３９…第二軸受、１４０…アシストモータ、１５０…減速機、１５１…減速機ハウジング、１５２…第一軸受、１５３…固定部材、１５４…締結具、１５６…雌ネジ孔、１５７…保持孔、１５８…突出部、１５９…ウォームホイール、１６０…ピニオン、１７０…回転防止部材、１７１…シール部、１７２…当接部材、１７３…弾性部、２００…操舵部材、２０１…転舵輪

Claims

ラック軸に噛み合い、モータによる駆動力を前記ラック軸に伝達するピニオンとを備える操舵装置であって、
前記ラック軸と、前記ピニオンの一部を収容するラックハウジングと、
前記ピニオンに連結される減速機を収容する減速機ハウジングと、
前記ピニオンを前記減速機ハウジングに対して支持する軸受と、
前記減速機ハウジングに螺合し、前記軸受を前記減速機ハウジングに固定する固定部材と、
前記減速機ハウジングと前記ラックハウジングの間において前記固定部材に当接し、前記減速機ハウジングと前記ラックハウジングとの締結力に基づき、前記固定部材の端面との間で摩擦を発生させる回転防止部材とを備える
操舵装置。
前記回転防止部材の少なくとも一部は樹脂で形成される
請求項１に記載の操舵装置。
前記回転防止部材は、
前記ラックハウジングと前記減速機ハウジングとの間に挟まれ、前記ラックハウジングと前記減速機ハウジングとの隙間をシールするシール部を備える
請求項１または２に記載の操舵装置。