JP2020111108A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化及び低コスト化を図ることが可能なステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリング装置１は、リンク機構を介して前輪１７Ｌ，１７Ｒに連結されたラックシャフト２と、ラックシャフト２に噛み合って回転するピニオンシャフト３５と、電動モータ３２の回転を減速してピニオンシャフト３５に回転力を付与するウォームギヤ３３及びウォームホイール３４とを備える。ハウジング４は、一端部が開口して円筒状に形成されたウォームホイール収容部４５を有し、ウォームホイール収容部４５にウォームホイール３４が収容されている。ウォームホイール収容部４５の開口は、ウォームホイール３４に対向して配置された蓋部材５によって閉塞されている。蓋部材５は、その周縁部に形成された弾性変形可能な嵌合部５１がウォームホイール収容部４５の内周面に形成された内周環状溝４５１に嵌合している。【選択図】図５

Description

本発明は、車両用のステアリング装置に関する。

従来、電動モータによって運転者の操舵操作を補助する操舵補助機能を備えたステアリング装置（電動パワーステアリング装置）には、ステアリングホイールと共に回転するコラムシャフトにアシストトルクを付与するコラムアシスト式の他、リンク機構を介して転舵輪に連結されたラックシャフトに車幅方向の移動力を操舵補助力として付与するラックアシスト式のものがある。ラックアシスト式のステアリング装置は、ラックシャフトに噛み合って回転するピニオンシャフトと、電動モータの回転を減速してピニオンシャフトに回転力を付与する減速機構と、ラックシャフト及び減速機構を収容するハウジングとを備えている。

特許文献１に記載のステアリング装置は、減速機構として、ピニオンシャフトと共に回転するウォームホイールと、ウォームホイールに噛み合って電動モータにより回転駆動されるウォームギヤとを備えている。ウォームホイールは、ウォームハウジングに収容されており、ウォームハウジングの開口が蓋部材によって閉塞されている。蓋部材は、複数のボルトによってウォームハウジングに締結されている。

特開２０１７−０２４５４６号公報（段落［００２２］−［００２３］、図２，３参照）

近年の車両では、燃費性能向上等のため、さらなる軽量化が求められている。また、大量生産される車両では、低コスト化も重要な課題の一つである。特許文献１に記載のものでは、蓋部材を複数のボルトによってウォームハウジングに締結するため、部品点数や組み付け工数が嵩み、軽量化や低コスト化の面でなお改善の余地を残すものとなっていた。そこで、本発明は、ステアリング装置の軽量化及び低コスト化を図ることを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、リンク機構を介して転舵輪に連結されたラックシャフトと、前記ラックシャフトに噛み合って回転するピニオンシャフトと、電動モータの回転を減速して前記ピニオンシャフトに回転力を付与する減速機構と、前記ラックシャフト及び前記減速機構を収容するハウジングとを備え、前記減速機構は、前記ピニオンシャフトと共に回転するウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛み合って前記電動モータにより回転駆動されるウォームギヤとを備え、前記ハウジングは、一端部が開口して円筒状に形成されたウォームホイール収容部を有し、当該ウォームホイール収容部に収容された前記ウォームホイールに対向して配置された蓋部材によって前記開口が閉塞されており、前記蓋部材は、その周縁部に形成された弾性変形可能な嵌合部が前記ウォームホイール収容部の内周面に形成された内周環状溝に嵌合している、ステアリング装置を提供する。

本発明によれば、ステアリング装置の軽量化及び低コスト化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係るステアリング装置を模式的に示す概略図である。 ステアリング装置のハウジングを車両の上方から見た外観図である。 第２ハウジング部材及び蓋部材を示す斜視図である。 蓋部材を示す斜視図である。 ピニオンシャフトの回転軸線に沿ったステアリング装置の断面図である。 図５の要部を拡大して示す断面図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係るステアリング装置を模式的に示す概略図である。図２は、ステアリング装置のハウジングを車両の上方から見た外観図である。図１では、ステアリング装置を車両前方から見た状態を示し、図面左側が車両の右側にあたり、図面右側が車両の左側にあたる。図１における符号中の文字「Ｒ」は車両の右側を示し、文字「Ｌ」は車両の左側を示している。本明細書において、「上」、「下」、「左」、「右」とは、ステアリング装置が車両に搭載された状態における車両上下方向ならびに車両左右方向における各方向をいう。

ステアリング装置１は、運転者が操舵操作するステアリングホイール１００が一端部に取り付けられたステアリングシャフト１１と、ステアリングホイール１００に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサ１２と、操舵操作に応じて車幅方向に進退移動するラックシャフト２と、ラックシャフト２の両端部に取り付けられたボールジョイントソケット１３Ｌ，１３Ｒと、ボールジョイントソケット１３Ｌ，１３Ｒに揺動可能に連結された一対のタイロッド１４Ｌ，１４Ｒと、トルクセンサ１２によって検出された操舵トルクに応じてラックシャフト２に軸方向の移動力を操舵補助力として付与する操舵補助装置３と、ラックシャフト２を収容するハウジング４と、タイロッド１４Ｌ，１４Ｒ及びハウジング４のそれぞれの外周面に端部が締付固定された蛇腹構造の一対のベローズ１５Ｌ，１５Ｒと、後述する蓋部材５を備えている。

ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１００が一端部に固定されたコラムシャフト１１１と、コラムシャフト１１１の他端部に自在継手１１２を介して連結されたインターミディエイトシャフト１１３と、インターミディエイトシャフト１１３に自在継手１１４を介して連結されたピニオンシャフト１１５とを有している。ピニオンシャフト１１５は、自在継手１１４側とは反対側の端部にピニオン歯部１１５ａを有している。また、ピニオンシャフト１１５は、自在継手１１４側の端部とピニオン歯部１１５ａの間にトーションバー１１５ｂを有している。トーションバー１１５ｂは、ステアリングホイール１００に付与される操舵トルクに応じて捩れ、操舵トルクが大きいほどその捩じれ量が大きくなる。トルクセンサ１２は、トーションバー１１５ｂの捩じれ量を磁気的に検出した検出信号を出力する。

ラックシャフト２は、第１ラック歯部２１及び第２ラック歯部２２を有している。ピニオンシャフト１１５のピニオン歯部１１５ａは、第１ラック歯部２１に噛み合っている。タイロッド１４Ｌ，１４Ｒは、それぞれの一方の端部に設けられた球状の連結部１４１，１４１がボールジョイントソケット１３Ｌ，１３Ｒのソケット部１３１，１３１に収容されている。タイロッド１４Ｌ，１４Ｒの他方の端部は、転舵輪である左右の前輪１７Ｌ，１７Ｒを支持するナックルのナックルアーム１６Ｌ，１６Ｒに回動可能に連結されている。

このように、ラックシャフト２は、タイロッド１４Ｌ，１４Ｒをリンク部材（節）として有するリンク機構を介して前輪１７Ｌ，１７Ｒに連結されている。ラックシャフト２が車幅方向（左右方向）に進退移動すると、左右のタイロッド１４Ｌ，１４Ｒがラックシャフト２と共に移動しながらラックシャフト２に対して揺動し、左右の前輪１７Ｌ，１７Ｒがそれぞれ転舵される。

操舵補助装置３は、トルクセンサ１２の検出信号を取得可能な制御装置３１と、制御装置３１から出力されるモータ電流によってトルクを発生する電動モータ３２と、電動モータ３２によって回転駆動されるウォームギヤ３３と、ウォームギヤ３３に噛み合うウォームホイール３４と、ウォームホイール３４と共に回転するピニオンシャフト３５とを備えている。制御装置３１や、トルクセンサ１２により検出された操舵トルクや車速等に基づいて電動モータ３２を制御する。

ウォームギヤ３３及びウォームホイール３４は、電動モータ３２の出力軸３２１の回転を減速してピニオンシャフト３５に回転力を付与する減速機構を構成する。ピニオンシャフト３５は、その一端部にピニオン歯部３５ａを有しており、このピニオン歯部３５ａがラックシャフト２の第２ラック歯部２２に噛み合っている。ラックシャフト２は、ピニオンシャフト１１５，３５の回転によって車幅方向に直線移動する。

ハウジング４は、例えばダイキャスト成形されたアルミニウム合金からなり、図２に示すように、ラックシャフト２を収容する管状のラックシャフト収容部４１と、ピニオンシャフト１１５を収容する第１ピニオンシャフト収容部４２と、ピニオンシャフト１１５と共にトルクセンサ１２を収容するセンサ収容部４３と、ピニオンシャフト３５を収容する第２ピニオンシャフト収容部４４と、ウォームホイール３４を収容するウォームホイール収容部４５と、ウォームギヤ３３を収容するウォームギヤ収容部４６とを有している。

本実施の形態では、ラックシャフト収容部４１、第１ピニオンシャフト収容部４２、センサ収容部４３、及び第２ピニオンシャフト収容部４４が一体の第１ハウジング部材４Ａとして構成され、ウォームホイール収容部４５及びウォームギヤ収容部４６が一体の第２ハウジング部材４Ｂとして構成されている。第２ピニオンシャフト収容部４４とウォームホイール収容部４５とは、複数のボルト４０によって締結されており、図２ではこのうち一つのボルト４０を示している。

ウォームホイール収容部４５は、第２ピニオンシャフト収容部４４の上方に配置され、円筒状に形成されている。また、ウォームホイール収容部４５は、第２ピニオンシャフト収容部４４とは反対側（上側）の一端部が上方に向かって開口しており、その開口が蓋部材５によって閉塞されている。ウォームギヤ収容部４６は、ウォームホイール収容部４５の側面に連通している。電動モータ３２は、ウォームギヤ収容部４６に取り付けられている。

図３は、第２ハウジング部材４Ｂ及び蓋部材５を示す斜視図である。図４は、蓋部材５を示す斜視図である。図５は、ピニオンシャフト３５の回転軸線Ｏに沿ったステアリング装置１の断面図である。図６は、図５の要部を拡大して示す断面図である。

蓋部材５は、その全体が射出成型された樹脂からなり、ピニオンシャフト３５の回転軸線Ｏと一致する中心線Ｃを中心とした円盤状に形成されている。蓋部材５は、図６に示すように、ウォームホイール収容部４５に収容されたウォームホイール３４に対向してウォームホイール収容部４５内に配置され、ウォームホイール収容部４５の開口部４５０を閉塞している。ウォームホイール３４は、ピニオンシャフト３５に結合された金属製の基部３４１と、基部３４１の外周に形成された樹脂からなる歯部３４２とを有している。歯部３４２はウォームギヤ３３に噛み合っている。

ピニオンシャフト３５は、ピニオン歯部３５ａを軸方向に挟む２箇所において玉軸受７１及び針状ころ軸受７２によって支持されている。ラックシャフト２の第２ラック歯部２２は、ラックガイド機構７３のコイルばね７３１によって付勢されたサポートヨーク７３２によってピニオン歯部３５ａに押し付けられている。

蓋部材５は、その周縁部に形成された弾性変形可能な嵌合部５１を有しており、嵌合部５１よりもウォームホイール収容部４５の内方（ウォームホイール３４側）における外周面５ａに外周環状溝５２が形成されている。この外周環状溝５２には、環状のシール部材としてのＯリング６が取り付けられている。Ｏリング６は、外周環状溝５２の底面５２ａ及びウォームホイール収容部４５の内周面４５ａに弾接している。そして、このＯリング６により、蓋部材５とウォームホイール収容部４５との間が液密にシールされている。

嵌合部５１は、ウォームホイール収容部４５の外方に向かって拡径する漏斗状に形成されている。すなわち、嵌合部５１の内周面５１ａ及び外周面５１ｂは、ウォームホイール収容部４５の外方に向かうほど中心線Ｃとの間の径方向距離が大きくなる。嵌合部５１の内周面５１ａには、放射状に延在する複数の凹部５１０が形成されている。本実施の形態では、嵌合部５１の内周面に８つの凹部５１０が周方向等間隔に形成されている。これらの凹部５１０により、蓋部材５をウォームホイール収容部４５に取り付ける際に嵌合部５１が弾性的に縮径しやすくなっている。

また、蓋部材５は、その中央部にウォームホイール収容部４５の外方に向かって突出する凸部５３を有しており、凸部５３と嵌合部５１との間に環状の窪み部５４が形成されている。この窪み部５４により、嵌合部５１がより縮径しやすくなっている。また、走行時に前輪１７Ｌ，１７Ｒによって跳ね上げられた水が窪み部５４に溜まることにより、蓋部材５とウォームホイール収容部４５との間への水の浸入が抑制されている。

ウォームホイール収容部４５の開口部４５０の内周面には、内周環状溝４５１が形成されている。この内周環状溝４５１には、蓋部材５の嵌合部５１が嵌合している。また、ウォームホイール収容部４５の開口部４５０には、内周環状溝４５１よりもウォームホイール収容部４５の外方に、蓋部材５の嵌合部５１を係止する環状突起４５２が設けられている。蓋部材５をウォームホイール収容部４５に取り付ける際には、嵌合部５１が弾性的に縮径して環状突起４５２を乗り越え、内周環状溝４５１に嵌合する。蓋部材５は、縮径する前の自然状態に戻った嵌合部５１が環状突起４５２に係止されることにより、ウォームホイール収容部４５の外方への移動が規制されて抜け止めされる。

図６に示すように、環状突起４５２の内径をＤ_０１とし、Ｏリング６が弾接するウォームホイール収容部４５の内周面４５ａの内径をＤ_０２とし、内周環状溝４５１の内径をＤ_０３とし、蓋部材５よりも内側（ウォームホイール３４側）におけるウォームホイール収容部４５の内周面４５ｂの内径をＤ_０４とし、蓋部材５の嵌合部５１よりもウォームホイール収容部４５の内方における外周面５ａの外径をＤ_１１とし、蓋部材５の嵌合部５１の外径（最大外径）をＤ_１２としたとき、これらの各寸法は、Ｄ_０３＞Ｄ_１２＞Ｄ_０１＞Ｄ_０２＞Ｄ_１１＞Ｄ_０４の不等式を満たす関係にある。

Ｄ_０１＞Ｄ_０２＞Ｄ_１１であることにより、蓋部材５を取り付ける際にＯリング６が環状突起４５２に干渉して外周環状溝５２から外れてしまうことを防ぐことができ、Ｏリング６をウォームホイール収容部４５の内周面４５ａを弾接させて蓋部材５とウォームホイール収容部４５との間を確実にシールすることができる。なお、Ｄ_０２とＤ_１１とは、同じ寸法（Ｄ_０２＝Ｄ_１１）であってもよい。

また、Ｄ_０３＞Ｄ_０１＞Ｄ_１２であることにより、蓋部材５の嵌合部５１が環状突起４５２に確実に係止されると共に、蓋部材５のウォームホイール収容部４５に対する径方向の位置が嵌合部５１と内周環状溝４５１の底面４５１ａとの干渉によって規制されることがなく、外周環状溝５２の底面５２ａ及びウォームホイール収容部４５の内周面４５ａと、Ｏリング６との接触部の面圧を周方向に均一化してシール性を高めることができる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明した実施の形態によれば、ボルト等の締結部材を用いることなく蓋部材５をウォームホイール収容部４５に取り付けることができるので、ボルト等の締結部材を用いる場合に比較して、部品点数及び組み付け工数を削減することができる。また、ウォームホイール収容部４５の開口を金属製の蓋部材により閉塞する場合に比較して、蓋部材を軽量化することができる。これにより、ステアリング装置１の軽量化及び低コスト化を図ることができる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記の実施の形態では、ラックシャフト２が第１ラック歯部２１及び第２ラック歯部２２を有し、このうち第２ラック歯部２２に噛み合うピニオンシャフト３５に電動モータ３２の回転をウォームギヤ３３及びウォームホイール３４によって減速して伝達する場合について説明したが、これに限らず、第１ラック歯部２１に噛み合うピニオンシャフト１１５に電動モータ３２の回転を減速して伝達してもよい。この場合、ピニオンシャフト１１５に組み合わされる減速機構のウォームホイールを収容する収容部の開口部に本発明に係る蓋部材を取り付ける。

また、所謂ステアバイワイヤシステムや自動運転車のステアリング装置にも、本発明を適用することが可能である。

１…ステアリング装置 １７Ｌ，１７Ｒ…前輪（前輪）
２…ラックシャフト ３２…電動モータ
３３…ウォームギヤ ３４…ウォームホイール
３５…ピニオンシャフト ４…ハウジング
４５…ウォームホイール収容部 ４５１…内周環状溝
４５１ａ…底面 ４５２…環状突起
４５ａ…内周面 ５…蓋部材
５１…嵌合部 ５１０…凹部
５１ａ…内周面 ５２…外周環状溝
５３…凸部 ５４…窪み部
６…Ｏリング（シール部材）

Claims (7)

1. リンク機構を介して転舵輪に連結されたラックシャフトと、前記ラックシャフトに噛み合って回転するピニオンシャフトと、電動モータの回転を減速して前記ピニオンシャフトに回転力を付与する減速機構と、前記ラックシャフト及び前記減速機構を収容するハウジングとを備え、
   前記減速機構は、前記ピニオンシャフトと共に回転するウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛み合って前記電動モータにより回転駆動されるウォームギヤとを備え、
   前記ハウジングは、一端部が開口して円筒状に形成されたウォームホイール収容部を有し、当該ウォームホイール収容部に収容された前記ウォームホイールに対向して配置された蓋部材によって前記開口が閉塞されており、
   前記蓋部材は、その周縁部に形成された弾性変形可能な嵌合部が前記ウォームホイール収容部の内周面に形成された内周環状溝に嵌合している、
   ステアリング装置。
2. 前記嵌合部は、前記ウォームホイール収容部の外方に向かって拡径する漏斗状に形成されている、
   請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記嵌合部の内周面に、放射状に延在する複数の凹部が形成されている、
   請求項２に記載のステアリング装置。
4. 前記蓋部材は、その中央部に前記ウォームホイール収容部の外方に向かって突出する凸部を有し、前記凸部と前記嵌合部との間に環状の窪み部が形成されている、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のステアリング装置。
5. 前記蓋部材は、前記嵌合部よりも前記ウォームホイール収容部の内方における外周面に外周環状溝を有し、前記外周環状溝に環状のシール部材が取り付けられており、
   前記シール部材が前記外周環状溝の底面及び前記ウォームホイール収容部の内周面に弾接している、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載のステアリング装置。
6. ウォームホイール収容部において、前記内周環状溝よりも前記ウォームホイール収容部の外方に設けられて前記嵌合部を係止する環状突起の内径をＤ_０１とし、前記シール部材が弾接する内周面の内径をＤ_０２とし、
   前記蓋部材において、前記嵌合部よりも前記ウォームホイール収容部の内方にあたる外周面の内径をＤ_１１としたとき、
   下記式（１）を満たす、請求項５に記載のステアリング装置。
   Ｄ_０１＞Ｄ_０２＞Ｄ_１１ （１）
7. ウォームホイール収容部において、前記内周環状溝よりも前記ウォームホイール収容部の外方に設けられて前記嵌合部を係止する環状突起の内径をＤ_０１とし、前記内周環状溝の内径をＤ_０３とし、
   前記蓋部材の前記嵌合部の外径をＤ_１２としたとき、
   下記式（２）を満たす、請求項１乃至６の何れか１項に記載のステアリング装置。
   Ｄ_０３＞Ｄ_０１＞Ｄ_１２ （２）

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