JP3898548B2 - 車両のステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックに一体化されるスクリューシャフトにねじ合わされる回転筒をモータによりギヤを介して回転駆動することでラックを移動させる力を発生し、そのラックの動きを車輪に伝達することで舵角を変化させるステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
図１０に示す従来の電動パワーステアリング装置１００は、操舵により回転するピニオンに噛み合うラック１０１に一体化されるスクリューシャフト１０２と、そのスクリューシャフト１０２にボール１０３を介してねじ合わされるボールナット１０４と、そのボールナット１０４に同行回転するように一体化される従動ベベルギヤ１０５と、その従動ベベルギヤ１０５に噛み合う駆動ベベルギヤ１０６を駆動する操舵補助力発生用モータ１０７と、そのボールナット１０４と従動ベベルギヤ１０５ルギヤとを回転可能に支持するラックハウジング１０８と、その駆動ベベルギヤ１０６を回転可能に支持するギヤハウジング１０９とを備える。そのラック１０１の動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する。
【０００３】
上記のような電動パワーステアリング装置１００においては、駆動ベベルギヤ１０６と従動ベベルギヤ１０５との間のバックラッシュは加工公差や組み立て公差に起因して変動する。そのバックラッシュが大きくなると音の発生や操舵フィーリングの低下が問題になることから、バックラッシュの調節が必要になる。
【０００４】
従来、そのラックハウジング１０８は、ラック１０１の一端側を覆う第１ハウジング１０８ａと、ラック１０１の他端側を覆う第２ハウジング１０８ｂとを連結することで構成されていた。また、そのギヤハウジング１０９は、第２ハウジング１０８ｂに一体化される第１ギヤハウジング１０９ａと、その第１ギヤハウジング１０９ａの内周面１０９ａ′に嵌め合わされる外周面１０９ｂ′を有する第２ギヤハウジング１０９ｂとをボルト１１１により連結することで構成していた。その第２ギヤハウジング１０９ｂにより、モータ１０７が支持されると共に駆動ベベルギヤ１０６が軸受け１１０を介して支持される。その第１ギヤハウジング１０９ａの内周面１０９ａ′と第２ギヤハウジング１０９ｂの外周面１０９ｂ′とは、駆動ベベルギヤ１０６の回転軸に対して偏心する中心軸を有する円筒面とされ、第２ギヤハウジング１０９ｂにおけるボルト１１１の通孔の内径はボルト１１１の外径よりも大きくされている。これにより、その第１ギヤハウジング１０９ａに対して第２ギヤハウジング１０９ｂを回転させることで、駆動ベベルギヤ１０６をギヤハウジング１０９に対して径方向に移動させ、駆動ベベルギヤ１０６と従動ベベルギヤ１０５との間のバックラッシュを調節していた。
【０００５】
上記従来の構成では、ギヤハウジング１０９を第１ギヤハウジング１０９ａと第２ギヤハウジング１０９ｂとから構成するため、部品点数、組み立て工数が多くなり、製造コストが増大するという問題がある。
【０００６】
上記のような電動パワーステアリング装置１００においては、路面側から車輪に作用する負荷によってラック１０１の振動と撓みが生じる。そのような振動を吸収するため、そのラック１０１をピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材（図示省略）と上記ボール１０３との間の位置（図７においてボール１０３の右方の位置）において、振動減衰性の大きな材質からなる軸受けによりラック１０１を支持することが提案されている（特許第２９６６８１８号）。
【０００７】
しかし、振動減衰性の大きな材質からなる軸受けにより振動を減衰することはできても、ラック１０１の撓みを十分に低減することはできなかった。そのラック１０１の撓みの増大はスクリューシャフト１０２の撓みの増大であることから、スクリューシャフト１０２とボール１０３との間およびボールナット１０４とボール１０３との間の摩擦が大きくなり、モータ１０７の出力のラック１０１への伝達効率が１０％以上低下することもあり、エネルギーの有効利用を図ることができず、操舵フィーリングが低下するという問題があった。
【０００８】
また、モータ１０７と車体内の他部品との干渉防止等のレイアウト上の必要性から、スクリューシャフト１０２をラック１０１の端部近傍に配置することが要望されていた。しかし、スクリューシャフト１０２をラック１０１の端部近傍に配置すると、スクリューシャフト１０２とラック支持部材との距離が大きくなるためラック１０１の撓みがより大きくなる。そのようなスクリューシャフト１０２が設けられていないラックを用いたラックピニオン式ステアリング装置においては、ラックの端部近傍をブッシュにより支持することでラックの撓みを防止している。しかし、ブッシュにより支持されるラック１０１の端部近傍にスクリューシャフト１０２を設けた場合、ブッシュはスクリューシャフト１０２における軌道溝１０２ａの開口縁と接触することになり磨耗し易くなる。そのため、スクリューシャフトのがたつきにより伝達効率が低下する。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決することのできる車両のステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両のステアリング装置は、操舵により回転するピニオンと、そのピニオンに噛み合うラックと、そのラックに一体化されるスクリューシャフトと、そのスクリューシャフトに転動体を介してねじ合わされる回転筒と、その回転筒に同行回転するように一体化される従動ギヤと、その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、その駆動ギヤを駆動するモータと、その回転筒を回転可能に支持するラックハウジングと、その駆動ギヤを回転可能に支持するギヤハウジングとを備える。そのラックハウジングは、回転筒の一端側を支持する第１ハウジングと他端側を支持する第２ハウジングとを連結することで構成され、そのギヤハウジングは、その第１ハウジングと第２ハウジングの中の一方と一体的に成形され、そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する。その回転筒の第１ハウジングと第２ハウジングの中の一方に対する径方向相対変位許容量は他方に対する径方向相対変位許容量よりも大きくされ、その第１ハウジングと第２ハウジングとの相対位置は、そのスクリューシャフトの径方向に変更可能とされ、その第１ハウジングと第２ハウジングとの相対位置の変更により、その駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュが調節される。
本発明の構成によれば、ラックハウジングを構成する第１ハウジングと第２ハウジングとの相対位置を変更するだけで、駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュを調節できる。
【００１１】
その回転筒は、そのスクリューシャフトの径方向に弾性変形可能な弾性部材を介して、その第１ハウジングと第２ハウジングの中の一方により支持されているのが好ましい。
これにより、駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュ調節のために第１ハウジングと第２ハウジングとの相対位置を変更する際に、ラックハウジングとラックとの径方向相対位置の変動を、その弾性部材の弾性変形により吸収できる。よって、回転筒と従動ギヤのラックハウジングに対するガタをなくせる。また、路面から車輪を介して作用する負荷によるラックの振動を減衰できる。
【００１２】
そのスクリューシャフトの移動範囲に配置されると共に、そのスクリューシャフトの外周を支持可能な支持体と、そのラックをピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材とを備え、その支持体とラック支持部材との間に前記転動体の全体が配置され、前記ラックに路面側から作用する負荷を、その支持体とラック支持部材とにより受けるのが好ましい。
これにより路面側から車輪を介してラックに作用する負荷を、ラックを支持する支持体とラック支持部材とにより受けるので、その支持体とラック支持部材との間においてラックが撓むのを防止できる。その支持体とラック支持部材との間に転動体の全体が配置されるので、スクリューシャフトの撓みを低減し、転動体とスクリューシャフトとの間および転動体と回転筒との間の摩擦の増大を阻止できる。また、その支持体はスクリューシャフトの移動範囲に配置され、そのスクリューシャフトの外周を支持可能であるので、スクリューシャフトを転動体の全体よりもラック支持部材から離れたラックの端部近傍に配置できる。これにより、ステアリング装置を構成するモータのレイアウトの自由度を向上できる。その支持体としてはブッシュや軸受けを用いることができる。
【００１３】
前記支持体は前記ラックハウジングにより支持されてもよい。これにより、スクリューシャフトのラック支持部材からの距離がより大きくなっても、支持体によりスクリューシャフトの外周を支持し、スクリューシャフトの撓みを低減できる。
【００１４】
前記支持体は前記回転筒により支持されてもよい。これにより、支持体はスクリューシャフトに対して相対回転するので、偏って磨耗するのが防止され、また、スクリューシャフトの軌道溝の開口縁との接触による偏磨耗も抑制され、長寿命化を図れる。この場合、その支持体として転がり軸受が用いられるのが好ましい。転がり軸受を用いることでスクリューシャフトと回転筒とが円滑に相対回転し、伝達効率を向上することができる。
【００１５】
前記スクリューシャフトの外周における軌道溝の開口縁は面取り部とされているのが好ましい。これにより、その軌道溝の開口縁との接触による支持体の磨耗を抑制し、スクリューシャフトのがたつきによる伝達効率低下を防止できる。その面取り部は凸曲面でも平坦面でもよい。
【００１６】
前記スクリューシャフトの外周における軌道溝のスクリューシャフト軸方向における寸法は、その軌道溝の間の部分のスクリューシャフト軸方向における寸法よりも小さくされているのが好ましい。これにより、支持体の内周面にスクリューシャフトの外周面から作用する面圧を低減し、支持体の磨耗を抑制し、スクリューシャフトのがたつきによる伝達効率低下を防止できる。
【００１７】
なお、駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュ調節のための構成が必須でなく、路面反力によるラックの撓みを防止する構成のみが必要である場合、車両のステアリング装置は次のような構成とすることができる。
すなわち、操舵により回転するピニオンと、そのピニオンに噛み合うラックと、そのラックに一体化されるスクリューシャフトと、そのスクリューシャフトに転動体を介してねじ合わされる回転筒と、その回転筒を駆動するモータと、その回転筒を回転可能に支持するラックハウジングと、そのラックをピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材とを備え、そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する車両のステアリング装置において、前記スクリューシャフトの移動範囲に配置されると共に、そのスクリューシャフトの外周を支持可能な支持体が設けられ、その支持体と前記ラック支持部材との間に前記転動体の全体が配置され、前記ラックに路面側から作用する負荷を、その支持体と前記ラック支持部材とにより受ける。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１、図２に示すラックピニオン式電動パワーステアリング装置１は、入力シャフト２に連結されるステアリングホイールＨの操舵により回転するピニオン３と、そのピニオン３に噛み合うラック４とを備え、そのラック４の両端に車輪（図示省略）が連結される。そのピニオン３の回転によるラック４の動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する。
【００１９】
そのピニオン３とラック４を覆うラックハウジング３０が設けられる。そのラックハウジング３０内に、ステアリングホイールＨの操舵によってピニオン３に伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサ７が設けられる。そのトルクセンサ７は公知のものを採用できる。そのピニオン３との噛み合い位置においてラック４はラック支持部材９により支持されている。そのラック支持部材９は、本実施形態では公知の構成を有し、ラックハウジング３０にラック４の径方向に移動可能に挿入され、バネ８によりラック４に押し付けられ、ラック４における歯と反対側をラック軸方向視で円弧に沿う面により支持する。
【００２０】
図３に示すように、そのラック４にスクリューシャフト１１が一体化されている。本実施形態では、ラック４における中央よりも一端側に近接する領域がスクリューシャフト１１とされている。そのスクリューシャフト１１にボール（転動体）１２を介してボールナット（回転筒）１３がねじ合わされている。
【００２１】
そのボールナット１３に同行回転するように従動ギヤ２１が一体化されている。本実施形態では、その従動ギヤ２１はベベルギヤとされ、ボールナット１３の外周に嵌め合わされ、ボールナット１３の外周の段差とボールナット１３にねじ合わされるナット１４とにより挟み込まれることでボールナット１３に一体化されている。
【００２２】
その従動ギヤ２１に噛み合う駆動ギヤ２２が駆動シャフト２３に一体的に設けられている。その駆動ギヤ２２は、駆動シャフト２３を支持するボールベアリング２４、２５を介してギヤハウジング２６により回転可能により支持されている。その駆動ギヤ２２を駆動する操舵補助力発生用モータ２７がギヤハウジング２６に取り付けられ、そのモータ２７の出力シャフトは駆動シャフト２３にカップリング２７ａを介して連結される。
【００２３】
上記トルクセンサ７とモータ２７に接続される車載制御装置（図示省略）が、そのトルクセンサ７により検出される操舵トルクに応じてモータ２７を駆動する。これにより、モータ２７の出力は駆動ギヤ２２、従動ギヤ２１を介してボールナット１３に伝達され、ボールナット１３の回転力がボール１２、スクリューシャフト１１を介してラック４に操舵補助力として伝達される。なお、そのモータ２７の制御方法は特に限定されるものではなく、例えば車速等の操舵トルク以外の変量に応じて操舵補助力を変化させるようにしてもよい。
【００２４】
そのボールナット１３はラックハウジング３０により回転可能に支持されている。そのラックハウジング３０は、ボールナット１３の一端側を支持する第１ハウジング３１と他端側を支持する第２ハウジング３２とを連結することで構成され、車体に取り付けられる。その第２ハウジング３２と上記ギヤハウジング２６とが一体的に成形されている。本実施形態では、ボールナット１３の一端は第１ハウジング３１の内周３１ａにより第１ボールベアリング３３を介して支持され、ボールナット１３の他端は第２ハウジング３２の内周３２ａにより第２ボールベアリング３４を介して支持されている。
【００２５】
その第１ボールベアリング３３の内輪はボールナット１３と一体化される。その第１ボールベアリング３３の外輪は、軸方向に並列する２部材３３ａ、３３ｂにより構成され、第１ハウジング３１の内周にねじ合わされる環状のネジ部材３７と第１ハウジング３１の内周段差との間に挟まれる。これにより、従動ギヤ２１はボールナット１３を介してラックハウジング３０により回転可能に支持されることになる。
【００２６】
その第２ボールベアリング３４の外周と第２ハウジング３２の内周との間にゴム等の環状の弾性部材３６が配置されている。これによりボールナット１３は、スクリューシャフト１１の径方向に弾性変形可能な弾性部材３６を介して第２ハウジング３２により支持されている。その弾性部材３６の弾性変形量は例えば０．１〜０．２ｍｍ程度とされ、駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１との間のバックラッシュ調節量よりも大きくされるのが好ましい。
【００２７】
その第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置は、スクリューシャフト１１の径方向に変更可能とされている。本実施形態では、図３、図４に示すように、第１ハウジング３１の内周３１ａ、外周３１ｂ、第２ハウジング３２の内周３２ａは円筒面に沿う部分を有する。その第１ハウジング３１の内周３１ａに上記ボールベアリング３３の外輪３３ａ、３３ｂが微小な隙間を介してインロー嵌合される。その第１ハウジング３１の外周３１ｂに第２ハウジング３２の内周３２ａが周方向に相対回転可能に微小な隙間を介してインロー嵌合される。上記のようにボールナット１３は弾性部材３６を介して第２ハウジング３２により支持されているので、ボールナット１３の第２ハウジング３２に対する径方向相対変位許容量は第１ハウジング３１に対する径方向相対変位許容量よりも大きくされている。その第１ハウジング３１の内周３１ａが沿う円筒面の軸心Ｏａと、その第１ハウジング３１の外周３１ｂと第２ハウジング３２の内周３２ａとが沿う円筒面の軸心Ｏｂとは図４においてＥだけ偏心する。これにより、第１ハウジング３１の外周３１ｂと第２ハウジング３２の内周３２ａとが周方向に相対回転することで、第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置はスクリューシャフト１１の径方向に変化する。その第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置の変化により、例えば図４において従動ギヤ２１が駆動ギヤ２２に対して一点鎖線で示す位置から二点鎖線で示す位置に図中δだけ相対変位し、これにより駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１との間のバックラッシュが調節される。
【００２８】
その第１ハウジング３１と第２ハウジング３２とを連結するため、第１ハウジング３１における第２ハウジング３２の端面との対向壁に形成されるボルト通孔３１ｃに挿通されるボルト３５が、その第２ハウジング３２の端面において開口するネジ孔３２ｃにねじ合わされる。そのボルト通孔３１ｃは、第１ハウジング３１の外周３１ｂが沿う円筒面の周方向を長径方向とする長孔とされ、両ハウジング３１、３２が相対回転可能なようにその長径方向にボルト３５に対して相対移動可能とされている。
【００２９】
そのスクリューシャフト１１の移動範囲に、そのスクリューシャフト１１の外周を支持可能な支持体が設けられている。本実施形態では、その支持体は円筒状のブッシュ４０とされ、第１ハウジング３１の内周に嵌め合わされることでラックハウジング３０により支持される。そのブッシュ４０は、例えば鋼板の表面をポリ四フッ化エチレンや銅化合物等によりコーティングすることで形成され、割りを有するものとされる。このブッシュ４０の内周によりスクリューシャフト１１の外周が支持される。本実施形態では、車両の直進状態においてブッシュ４０はスクリューシャフト１１の一端とラック４との境界領域近傍に配置される。なお、ブッシュ４０はスクリューシャフト１１を常に支持する位置に配置されてもよいし、左右一方への操舵時のみ支持する位置に配置されてもよい。そのブッシュ４０とラック支持部材９との間に上記ボール１２の全体が配置される。これにより、ラック４に路面側から車輪を介して作用する負荷をブッシュ４０とラック支持部材９とにより受け、スクリューシャフト１１の撓みを抑制可能である。そのブッシュ４０の内径とスクリューシャフト１１の外径との差は例えば０．０５ｍｍ程度とされる。
【００３０】
図５に示すように、スクリューシャフト１１における螺旋状の軌道溝１１ａの開口縁との接触によるブッシュ４０の磨耗を抑制するため、その軌道溝１１ａの開口縁は面取り部１１ａ′とされている。本実施形態では、その面取り部１１ａ′は平坦面とされている。スクリューシャフト１１の軸方向に対して面取り部１１ａ′がなす角度αは３０°以下であるのが好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置を変更するだけで、駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１との間のバックラッシュを調節できる。また、そのバックラッシュ調節の際に駆動ギヤ２２は従動ギヤ２１に対して回転径方向に移動するので、ベベルギヤである駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１の両回転軸がなす角度を小さくしても噛み合い位置を適正位置に維持でき、スペースの制限された車体内での操舵装置のレイアウトを行う上で好ましい。その第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置を変更する際に、ラックハウジング３０とラック４との径方向相対位置の変動を、弾性部材３６の弾性変形により吸収できるので、ボールナット１３と従動ギヤ２１のラックハウジング３０に対するガタをなくせる。また、その弾性部材３６により、路面から車輪に作用する反力によるラック４の振動を減衰できる。
【００３２】
さらに上記構成によれば、路面側から車輪を介してラック４に作用する負荷を、ラック４を支持するブッシュ４０とラック支持部材９とにより受けるので、そのブッシュ４０とラック支持部材９との間においてラック４が撓むのを防止できる。そのブッシュ４０とラック支持部材９との間にボール１２の全体が配置されるので、スクリューシャフト１１の撓みを低減し、ボール１２とスクリューシャフト１１との間およびボール１２とボールナット１３との間の摩擦の増大を阻止できる。また、そのブッシュ４０はスクリューシャフト１１の移動範囲に配置され、そのスクリューシャフト１１の外周を支持可能であるので、スクリューシャフト１１をボール１２の全体よりもラック支持部材９から離れたラック４の端部近傍に配置できる。これにより、ステアリング装置１を構成するモータ２７のレイアウトの自由度を向上できる。そのブッシュ４０をラックハウジング３０により支持することで、スクリューシャフト１１のラック支持部材９からの距離がより大きくなっても、ブッシュ４０によりスクリューシャフト１１の外周を支持し、スクリューシャフト１１の撓みを低減できる。さらに、スクリューシャフト１１の外周における軌道溝１１ａの開口縁は面取り部１１ａ′とされているので、その開口縁との接触によるブッシュ４０の磨耗を抑制し、スクリューシャフト１１のがたつきによる伝達効率低下を防止できる。
【００３３】
図６は本発明の第１変形例を示し、第１ハウジング３１と第２ハウジング３２の相対位置を上記実施形態とは異なる構成により変更する。すなわち、第１ハウジング３１の外周３１ｂは円筒面に沿い、第２ハウジング３２の内周３２ａ′は端面視長円形の筒体外周面に沿う。その第１ハウジング３１の外周３１ｂが沿う円筒面の端面の径と、第２ハウジング３２の内周３２ａ′が沿う筒体の端面の長円の短径との差は微小とされる。その長円の長径方向は駆動ギヤ２２の回転軸２２Ｏと従動ギヤ２１の回転軸２１Ｏとを含む面に沿う。その第１ハウジング３１の外周３１ｂに第２ハウジング３２の内周３２ａ′が相対移動可能に嵌め合わされる。これにより、その第１ハウジング３１と第２ハウジング３２の相対移動方向は、スクリューシャフト１１の径方向であって、駆動ギヤ２２の回転軸２２Ｏと従動ギヤ２１の回転軸２１Ｏとを含む面に沿う。その相対移動による第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置の変化により、例えば図６において従動ギヤ２１が駆動ギヤ２２に対して一点鎖線で示す位置から二点鎖線で示す位置との間で相対変位し、これにより駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１との間のバックラッシュが調節される。また、第１ハウジング３１と第２ハウジング３２とを連結するため、第１ハウジング３１における第２ハウジング３２の端面との対向壁に形成されるボルト通孔３１ｃ′に挿通されるボルト３５が、その第２ハウジング３２の端面において開口するネジ孔３２ｃにねじ合わされる。そのボルト通孔３１ｃ′は、両ハウジング３１、３２の相対移動方向を長径方向とする長孔とされ、両ハウジング３１、３２が相対移動可能なようにその長径方向にボルト３５に対して相対移動可能とされている。他は上記実施形態と同様とされる。
【００３４】
図７は本発明の第２変形例を示し、上記実施形態との相違はブッシュ４０がボールナット１３の内周に取り付けられている点にある。他は上記実施形態と同様とされる。これにより、ブッシュ４０はスクリューシャフト１１に対して相対回転するので、偏って磨耗するのが防止され、また、スクリューシャフト１１のボール用軌道溝１１ａの開口縁との接触による偏磨耗も抑制され、長寿命化を図れる。
【００３５】
図８は本発明の第３変形例を示す。上記実施形態および各変形例との相違は、スクリューシャフト１１の外周における軌道溝１１ａの開口縁の面取り部１１ａ′が凸曲面とされ、また、その軌道溝１１ａのスクリューシャフト軸方向における寸法Ｌ１が、その軌道溝１１ａの間の部分のスクリューシャフト軸方向における寸法Ｌ２よりも小さくされている点にある。なお、軌道溝１１ａの開口縁に面取り部１１ａ′が形成される場合には、図において破線で示すように面取り部１１ａ′が形成されなかったものとして寸法Ｌ１、Ｌ２を測定する。これにより、ブッシュ４０の内周面にスクリューシャフト１１の外周面から作用する面圧を低減し、ブッシュ４０の磨耗を抑制し、スクリューシャフト１１のがたつきによる伝達効率低下を防止できる。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示される。
【００３６】
図９は本発明の第４変形例を示す。上記実施形態および各変形例との相違は、支持体としてブッシュ４０に代えて転がり軸受であるニードルベアリング２４０が用いられている。また、ボール１２とボールナット１３に代えて、スクリューシャフト１１の軸方向に並列する複数（本実施形態では４つ）のボールベアリング２１２と、それらボールベアリング２１２を覆う筒体２１３が用いられている。その筒体２１３は第１、第２部材２１３ａ、２１３ｂをネジ２１３ｃを介して連結することで構成されている。従動ギヤ２１は筒体２１３の第１部材２１３ａの外周に嵌め合わされ、第１部材２１３ａの外周の段差と第２部材２１３ｂとにより挟み込まれることで筒体２１３に一体化されている。そのニードルベアリング２４０は筒体２１３の内周に嵌め合わされることで筒体２１３により支持されている。各ボールベアリング２１２を構成するボール２１２ａが本発明の転動体とされ、そのボール２１２ａを介して筒体２１３はスクリューシャフト１１にねじ合わされている。すなわち、各ボールベアリング２１２を構成する外輪２１２ｂは筒体２１３に同行回転するように一体化されている。各ボールベアリング２１２の内輪２１２ｃの内周にスクリューシャフト１１における螺旋状の軌道溝１１ａに当接可能な環状突部２１２ｃ′が形成されている。各ボールベアリング２１２の回転軸はスクリューシャフト１１の軸心に対して軌道溝１１ａのリード角と等しい角度だけ傾斜するものとされ、その傾斜方向は中央側の２つのボールベアリング２１２と両端側の２つのボールベアリング２１２とで互いに逆とされている。また、各ボールベアリング２１２の回転中心はスクリューシャフト１１の軸心に対して偏心する。各ボールベアリング２１２は環状突部２１２ｃ′を介して軌道溝１１ａの内面に一位置において接するものとされ、中央側の２つのボールベアリング２１２の当接位置と両端側の２つのボールベアリング２１２の当接位置とは回転周方向において互いから１８０°離れている。これにより、筒体２１３がモータ２７により回転駆動されることで、ボールベアリング２１２を介してスクリューシャフト１１に軸方向力が作用する。このようなボールベアリングを利用したラックの送り機構は、例えば特開２０００−３５２４５０号公報に開示されたような公知のものを用いることができる。この第４変形例によれば、ニードルベアリング２４０はスクリューシャフト１１に対して相対回転するので偏って磨耗するのが防止され、また、スクリューシャフト１１の軌道溝１１ａの開口縁との接触による磨耗も抑制され、長寿命化を図れる。さらに、支持体として転がり軸受であるニードルベアリング２４０を用いることでスクリューシャフト１１と筒体２１３とが円滑に相対回転し、伝達効率を向上することができる。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示される。
【００３７】
本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。例えば、弾性部材３６をなくし、ボールベアリング３４の外周と第２ハウジング３２の内周との間に、駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１との間のバックラッシュ調節量に対応する隙間を設けてもよく、この場合、その隙間はボールベアリング３４の外径と第２ハウジング３２の内径との差が例えば０．１〜０．２ｍｍ程度となるように定める。また、駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１の種類は特にベベルギヤに限定されない。また、実施形態や第１〜第３変形例においてブッシュ４０に代えて転がり軸受けを用い、第４変形例においてニードルベアリング２４０に代えてブッシュを用い、実施形態や第１、第３変形例においてブッシュ４０をボールナット１３により支持し、第２変形例においてブッシュ４０をラックハウジング３０により支持し、第４実施形態においてニードルベアリング２４０をラックハウジング３０により支持してもよい。さらに、本発明を適用するステアリング装置はパワーステアリング装置に限定されず、例えば車両を路面の誘導標識に沿って無人運転するためにモータ出力のみでラックを駆動する自動操舵装置や、車輪に機械的に連結されていないステアリングホイールの操舵に応じて駆動されるモータの出力のみでラックを駆動するステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置にも適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、ラックに一体化されるスクリューシャフトにねじ合わされる回転筒を、モータによりギヤを介して回転駆動することでラックに軸方向力を付与し、そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する車両のステアリング装置において、そのギヤのバックラッシュ調節のための部品点数、組み立て工数を低減し、コスト削減を図り、音の発生や操舵フィーリングの低下を防止でき、さらに操舵補助力発生用モータの出力のラックへの伝達効率低下を防止できるステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の正面図
【図２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の縦断面図
【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における第１ハウジングと第２ハウジングの作用説明図
【図５】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における部分拡大図
【図６】本発明の第１変形例の電動パワーステアリング装置における第１ハウジングと第２ハウジングの作用説明用図
【図７】本発明の第２変形例の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図８】本発明の第３変形例の電動パワーステアリング装置における部分拡大図
【図９】本発明の第４変形例の電動パワーステアリング装置における部分拡大図
【図１０】従来の電動パワーステアリング装置の部分断面図
【符号の説明】
３ ピニオン
４ ラック
９ ラック支持部材
１１ スクリューシャフト
１２ ボール（転動体）
１３ ボールナット（回転筒）
２１ 従動ギヤ
２２ 駆動ギヤ
２６ ギヤハウジング
２７ 操舵補助力発生用モータ
３０ ラックハウジング
３１ 第１ハウジング
３２ 第２ハウジング
３６ 弾性部材
４０ ブッシュ（支持体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックに一体化されるスクリューシャフトにねじ合わされる回転筒をモータによりギヤを介して回転駆動することでラックを移動させる力を発生し、そのラックの動きを車輪に伝達することで舵角を変化させるステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
図１０に示す従来の電動パワーステアリング装置１００は、操舵により回転するピニオンに噛み合うラック１０１に一体化されるスクリューシャフト１０２と、そのスクリューシャフト１０２にボール１０３を介してねじ合わされるボールナット１０４と、そのボールナット１０４に同行回転するように一体化される従動ベベルギヤ１０５と、その従動ベベルギヤ１０５に噛み合う駆動ベベルギヤ１０６を駆動する操舵補助力発生用モータ１０７と、そのボールナット１０４と従動ベベルギヤ１０５ルギヤとを回転可能に支持するラックハウジング１０８と、その駆動ベベルギヤ１０６を回転可能に支持するギヤハウジング１０９とを備える。そのラック１０１の動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する。
【０００３】
上記のような電動パワーステアリング装置１００においては、駆動ベベルギヤ１０６と従動ベベルギヤ１０５との間のバックラッシュは加工公差や組み立て公差に起因して変動する。そのバックラッシュが大きくなると音の発生や操舵フィーリングの低下が問題になることから、バックラッシュの調節が必要になる。
【０００４】
従来、そのラックハウジング１０８は、ラック１０１の一端側を覆う第１ハウジング１０８ａと、ラック１０１の他端側を覆う第２ハウジング１０８ｂとを連結することで構成されていた。また、そのギヤハウジング１０９は、第２ハウジング１０８ｂに一体化される第１ギヤハウジング１０９ａと、その第１ギヤハウジング１０９ａの内周面１０９ａ′に嵌め合わされる外周面１０９ｂ′を有する第２ギヤハウジング１０９ｂとをボルト１１１により連結することで構成していた。その第２ギヤハウジング１０９ｂにより、モータ１０７が支持されると共に駆動ベベルギヤ１０６が軸受け１１０を介して支持される。その第１ギヤハウジング１０９ａの内周面１０９ａ′と第２ギヤハウジング１０９ｂの外周面１０９ｂ′とは、駆動ベベルギヤ１０６の回転軸に対して偏心する中心軸を有する円筒面とされ、第２ギヤハウジング１０９ｂにおけるボルト１１１の通孔の内径はボルト１１１の外径よりも大きくされている。これにより、その第１ギヤハウジング１０９ａに対して第２ギヤハウジング１０９ｂを回転させることで、駆動ベベルギヤ１０６をギヤハウジング１０９に対して径方向に移動させ、駆動ベベルギヤ１０６と従動ベベルギヤ１０５との間のバックラッシュを調節していた。
【０００５】
上記従来の構成では、ギヤハウジング１０９を第１ギヤハウジング１０９ａと第２ギヤハウジング１０９ｂとから構成するため、部品点数、組み立て工数が多くなり、製造コストが増大するという問題がある。
【０００６】
上記のような電動パワーステアリング装置１００においては、路面側から車輪に作用する負荷によってラック１０１の振動と撓みが生じる。そのような振動を吸収するため、そのラック１０１をピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材（図示省略）と上記ボール１０３との間の位置（図７においてボール１０３の右方の位置）において、振動減衰性の大きな材質からなる軸受けによりラック１０１を支持することが提案されている（特許第２９６６８１８号）。
【０００７】
しかし、振動減衰性の大きな材質からなる軸受けにより振動を減衰することはできても、ラック１０１の撓みを十分に低減することはできなかった。そのラック１０１の撓みの増大はスクリューシャフト１０２の撓みの増大であることから、スクリューシャフト１０２とボール１０３との間およびボールナット１０４とボール１０３との間の摩擦が大きくなり、モータ１０７の出力のラック１０１への伝達効率が１０％以上低下することもあり、エネルギーの有効利用を図ることができず、操舵フィーリングが低下するという問題があった。
【０００８】
また、モータ１０７と車体内の他部品との干渉防止等のレイアウト上の必要性から、スクリューシャフト１０２をラック１０１の端部近傍に配置することが要望されていた。しかし、スクリューシャフト１０２をラック１０１の端部近傍に配置すると、スクリューシャフト１０２とラック支持部材との距離が大きくなるためラック１０１の撓みがより大きくなる。そのようなスクリューシャフト１０２が設けられていないラックを用いたラックピニオン式ステアリング装置においては、ラックの端部近傍をブッシュにより支持することでラックの撓みを防止している。しかし、ブッシュにより支持されるラック１０１の端部近傍にスクリューシャフト１０２を設けた場合、ブッシュはスクリューシャフト１０２における軌道溝１０２ａの開口縁と接触することになり磨耗し易くなる。そのため、スクリューシャフトのがたつきにより伝達効率が低下する。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決することのできる車両のステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両のステアリング装置は、操舵により回転するピニオンと、そのピニオンに噛み合うラックと、そのラックに一体化されるスクリューシャフトと、そのスクリューシャフトに転動体を介してねじ合わされる回転筒と、その回転筒に同行回転するように一体化される従動ギヤと、その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、その駆動ギヤを駆動するモータと、その回転筒を回転可能に支持するラックハウジングと、その駆動ギヤを回転可能に支持するギヤハウジングとを備える。そのラックハウジングは、回転筒の一端側を支持する第１ハウジングと他端側を支持する第２ハウジングとを連結することで構成され、そのギヤハウジングは、その第１ハウジングと第２ハウジングの中の一方と一体的に成形され、そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する。その回転筒の第１ハウジングと第２ハウジングの中の一方に対する径方向相対変位許容量は他方に対する径方向相対変位許容量よりも大きくされ、その第１ハウジングと第２ハウジングとの相対位置は、そのスクリューシャフトの径方向に変更可能とされ、その第１ハウジングと第２ハウジングとの相対位置の変更により、その駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュが調節される。
本発明の構成によれば、ラックハウジングを構成する第１ハウジングと第２ハウジングとの相対位置を変更するだけで、駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュを調節できる。
【００１１】
その回転筒は、そのスクリューシャフトの径方向に弾性変形可能な弾性部材を介して、その第１ハウジングと第２ハウジングの中の一方により支持されているのが好ましい。
これにより、駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュ調節のために第１ハウジングと第２ハウジングとの相対位置を変更する際に、ラックハウジングとラックとの径方向相対位置の変動を、その弾性部材の弾性変形により吸収できる。よって、回転筒と従動ギヤのラックハウジングに対するガタをなくせる。また、路面から車輪を介して作用する負荷によるラックの振動を減衰できる。
【００１２】
そのスクリューシャフトの移動範囲に配置されると共に、そのスクリューシャフトの外周を支持可能な支持体と、そのラックをピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材とを備え、その支持体とラック支持部材との間に前記転動体の全体が配置され、前記ラックに路面側から作用する負荷を、その支持体とラック支持部材とにより受けるのが好ましい。
これにより路面側から車輪を介してラックに作用する負荷を、ラックを支持する支持体とラック支持部材とにより受けるので、その支持体とラック支持部材との間においてラックが撓むのを防止できる。その支持体とラック支持部材との間に転動体の全体が配置されるので、スクリューシャフトの撓みを低減し、転動体とスクリューシャフトとの間および転動体と回転筒との間の摩擦の増大を阻止できる。また、その支持体はスクリューシャフトの移動範囲に配置され、そのスクリューシャフトの外周を支持可能であるので、スクリューシャフトを転動体の全体よりもラック支持部材から離れたラックの端部近傍に配置できる。これにより、ステアリング装置を構成するモータのレイアウトの自由度を向上できる。その支持体としてはブッシュや軸受けを用いることができる。
【００１３】
前記支持体は前記ラックハウジングにより支持されてもよい。これにより、スクリューシャフトのラック支持部材からの距離がより大きくなっても、支持体によりスクリューシャフトの外周を支持し、スクリューシャフトの撓みを低減できる。
【００１４】
前記支持体は前記回転筒により支持されてもよい。これにより、支持体はスクリューシャフトに対して相対回転するので、偏って磨耗するのが防止され、また、スクリューシャフトの軌道溝の開口縁との接触による偏磨耗も抑制され、長寿命化を図れる。この場合、その支持体として転がり軸受が用いられるのが好ましい。転がり軸受を用いることでスクリューシャフトと回転筒とが円滑に相対回転し、伝達効率を向上することができる。
【００１５】
前記スクリューシャフトの外周における軌道溝の開口縁は面取り部とされているのが好ましい。これにより、その軌道溝の開口縁との接触による支持体の磨耗を抑制し、スクリューシャフトのがたつきによる伝達効率低下を防止できる。その面取り部は凸曲面でも平坦面でもよい。
【００１６】
前記スクリューシャフトの外周における軌道溝のスクリューシャフト軸方向における寸法は、その軌道溝の間の部分のスクリューシャフト軸方向における寸法よりも小さくされているのが好ましい。これにより、支持体の内周面にスクリューシャフトの外周面から作用する面圧を低減し、支持体の磨耗を抑制し、スクリューシャフトのがたつきによる伝達効率低下を防止できる。
【００１７】
なお、駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュ調節のための構成が必須でなく、路面反力によるラックの撓みを防止する構成のみが必要である場合、車両のステアリング装置は次のような構成とすることができる。
すなわち、操舵により回転するピニオンと、そのピニオンに噛み合うラックと、そのラックに一体化されるスクリューシャフトと、そのスクリューシャフトに転動体を介してねじ合わされる回転筒と、その回転筒を駆動するモータと、その回転筒を回転可能に支持するラックハウジングと、そのラックをピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材とを備え、そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する車両のステアリング装置において、前記スクリューシャフトの移動範囲に配置されると共に、そのスクリューシャフトの外周を支持可能な支持体が設けられ、その支持体と前記ラック支持部材との間に前記転動体の全体が配置され、前記ラックに路面側から作用する負荷を、その支持体と前記ラック支持部材とにより受ける。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１、図２に示すラックピニオン式電動パワーステアリング装置１は、入力シャフト２に連結されるステアリングホイールＨの操舵により回転するピニオン３と、そのピニオン３に噛み合うラック４とを備え、そのラック４の両端に車輪（図示省略）が連結される。そのピニオン３の回転によるラック４の動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する。
【００１９】
そのピニオン３とラック４を覆うラックハウジング３０が設けられる。そのラックハウジング３０内に、ステアリングホイールＨの操舵によってピニオン３に伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサ７が設けられる。そのトルクセンサ７は公知のものを採用できる。そのピニオン３との噛み合い位置においてラック４はラック支持部材９により支持されている。そのラック支持部材９は、本実施形態では公知の構成を有し、ラックハウジング３０にラック４の径方向に移動可能に挿入され、バネ８によりラック４に押し付けられ、ラック４における歯と反対側をラック軸方向視で円弧に沿う面により支持する。
【００２０】
図３に示すように、そのラック４にスクリューシャフト１１が一体化されている。本実施形態では、ラック４における中央よりも一端側に近接する領域がスクリューシャフト１１とされている。そのスクリューシャフト１１にボール（転動体）１２を介してボールナット（回転筒）１３がねじ合わされている。
【００２１】
そのボールナット１３に同行回転するように従動ギヤ２１が一体化されている。本実施形態では、その従動ギヤ２１はベベルギヤとされ、ボールナット１３の外周に嵌め合わされ、ボールナット１３の外周の段差とボールナット１３にねじ合わされるナット１４とにより挟み込まれることでボールナット１３に一体化されている。
【００２２】
その従動ギヤ２１に噛み合う駆動ギヤ２２が駆動シャフト２３に一体的に設けられている。その駆動ギヤ２２は、駆動シャフト２３を支持するボールベアリング２４、２５を介してギヤハウジング２６により回転可能により支持されている。その駆動ギヤ２２を駆動する操舵補助力発生用モータ２７がギヤハウジング２６に取り付けられ、そのモータ２７の出力シャフトは駆動シャフト２３にカップリング２７ａを介して連結される。
【００２３】
上記トルクセンサ７とモータ２７に接続される車載制御装置（図示省略）が、そのトルクセンサ７により検出される操舵トルクに応じてモータ２７を駆動する。これにより、モータ２７の出力は駆動ギヤ２２、従動ギヤ２１を介してボールナット１３に伝達され、ボールナット１３の回転力がボール１２、スクリューシャフト１１を介してラック４に操舵補助力として伝達される。なお、そのモータ２７の制御方法は特に限定されるものではなく、例えば車速等の操舵トルク以外の変量に応じて操舵補助力を変化させるようにしてもよい。
【００２４】
そのボールナット１３はラックハウジング３０により回転可能に支持されている。そのラックハウジング３０は、ボールナット１３の一端側を支持する第１ハウジング３１と他端側を支持する第２ハウジング３２とを連結することで構成され、車体に取り付けられる。その第２ハウジング３２と上記ギヤハウジング２６とが一体的に成形されている。本実施形態では、ボールナット１３の一端は第１ハウジング３１の内周３１ａにより第１ボールベアリング３３を介して支持され、ボールナット１３の他端は第２ハウジング３２の内周３２ａにより第２ボールベアリング３４を介して支持されている。
【００２５】
その第１ボールベアリング３３の内輪はボールナット１３と一体化される。その第１ボールベアリング３３の外輪は、軸方向に並列する２部材３３ａ、３３ｂにより構成され、第１ハウジング３１の内周にねじ合わされる環状のネジ部材３７と第１ハウジング３１の内周段差との間に挟まれる。これにより、従動ギヤ２１はボールナット１３を介してラックハウジング３０により回転可能に支持されることになる。
【００２６】
その第２ボールベアリング３４の外周と第２ハウジング３２の内周との間にゴム等の環状の弾性部材３６が配置されている。これによりボールナット１３は、スクリューシャフト１１の径方向に弾性変形可能な弾性部材３６を介して第２ハウジング３２により支持されている。その弾性部材３６の弾性変形量は例えば０．１〜０．２ｍｍ程度とされ、駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１との間のバックラッシュ調節量よりも大きくされるのが好ましい。
【００２７】
その第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置は、スクリューシャフト１１の径方向に変更可能とされている。本実施形態では、図３、図４に示すように、第１ハウジング３１の内周３１ａ、外周３１ｂ、第２ハウジング３２の内周３２ａは円筒面に沿う部分を有する。その第１ハウジング３１の内周３１ａに上記ボールベアリング３３の外輪３３ａ、３３ｂが微小な隙間を介してインロー嵌合される。その第１ハウジング３１の外周３１ｂに第２ハウジング３２の内周３２ａが周方向に相対回転可能に微小な隙間を介してインロー嵌合される。上記のようにボールナット１３は弾性部材３６を介して第２ハウジング３２により支持されているので、ボールナット１３の第２ハウジング３２に対する径方向相対変位許容量は第１ハウジング３１に対する径方向相対変位許容量よりも大きくされている。その第１ハウジング３１の内周３１ａが沿う円筒面の軸心Ｏａと、その第１ハウジング３１の外周３１ｂと第２ハウジング３２の内周３２ａとが沿う円筒面の軸心Ｏｂとは図４においてＥだけ偏心する。これにより、第１ハウジング３１の外周３１ｂと第２ハウジング３２の内周３２ａとが周方向に相対回転することで、第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置はスクリューシャフト１１の径方向に変化する。その第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置の変化により、例えば図４において従動ギヤ２１が駆動ギヤ２２に対して一点鎖線で示す位置から二点鎖線で示す位置に図中δだけ相対変位し、これにより駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１との間のバックラッシュが調節される。
【００２８】
その第１ハウジング３１と第２ハウジング３２とを連結するため、第１ハウジング３１における第２ハウジング３２の端面との対向壁に形成されるボルト通孔３１ｃに挿通されるボルト３５が、その第２ハウジング３２の端面において開口するネジ孔３２ｃにねじ合わされる。そのボルト通孔３１ｃは、第１ハウジング３１の外周３１ｂが沿う円筒面の周方向を長径方向とする長孔とされ、両ハウジング３１、３２が相対回転可能なようにその長径方向にボルト３５に対して相対移動可能とされている。
【００２９】
そのスクリューシャフト１１の移動範囲に、そのスクリューシャフト１１の外周を支持可能な支持体が設けられている。本実施形態では、その支持体は円筒状のブッシュ４０とされ、第１ハウジング３１の内周に嵌め合わされることでラックハウジング３０により支持される。そのブッシュ４０は、例えば鋼板の表面をポリ四フッ化エチレンや銅化合物等によりコーティングすることで形成され、割りを有するものとされる。このブッシュ４０の内周によりスクリューシャフト１１の外周が支持される。本実施形態では、車両の直進状態においてブッシュ４０はスクリューシャフト１１の一端とラック４との境界領域近傍に配置される。なお、ブッシュ４０はスクリューシャフト１１を常に支持する位置に配置されてもよいし、左右一方への操舵時のみ支持する位置に配置されてもよい。そのブッシュ４０とラック支持部材９との間に上記ボール１２の全体が配置される。これにより、ラック４に路面側から車輪を介して作用する負荷をブッシュ４０とラック支持部材９とにより受け、スクリューシャフト１１の撓みを抑制可能である。そのブッシュ４０の内径とスクリューシャフト１１の外径との差は例えば０．０５ｍｍ程度とされる。
【００３０】
図５に示すように、スクリューシャフト１１における螺旋状の軌道溝１１ａの開口縁との接触によるブッシュ４０の磨耗を抑制するため、その軌道溝１１ａの開口縁は面取り部１１ａ′とされている。本実施形態では、その面取り部１１ａ′は平坦面とされている。スクリューシャフト１１の軸方向に対して面取り部１１ａ′がなす角度αは３０°以下であるのが好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置を変更するだけで、駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１との間のバックラッシュを調節できる。また、そのバックラッシュ調節の際に駆動ギヤ２２は従動ギヤ２１に対して回転径方向に移動するので、ベベルギヤである駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１の両回転軸がなす角度を小さくしても噛み合い位置を適正位置に維持でき、スペースの制限された車体内での操舵装置のレイアウトを行う上で好ましい。その第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置を変更する際に、ラックハウジング３０とラック４との径方向相対位置の変動を、弾性部材３６の弾性変形により吸収できるので、ボールナット１３と従動ギヤ２１のラックハウジング３０に対するガタをなくせる。また、その弾性部材３６により、路面から車輪に作用する反力によるラック４の振動を減衰できる。
【００３２】
さらに上記構成によれば、路面側から車輪を介してラック４に作用する負荷を、ラック４を支持するブッシュ４０とラック支持部材９とにより受けるので、そのブッシュ４０とラック支持部材９との間においてラック４が撓むのを防止できる。そのブッシュ４０とラック支持部材９との間にボール１２の全体が配置されるので、スクリューシャフト１１の撓みを低減し、ボール１２とスクリューシャフト１１との間およびボール１２とボールナット１３との間の摩擦の増大を阻止できる。また、そのブッシュ４０はスクリューシャフト１１の移動範囲に配置され、そのスクリューシャフト１１の外周を支持可能であるので、スクリューシャフト１１をボール１２の全体よりもラック支持部材９から離れたラック４の端部近傍に配置できる。これにより、ステアリング装置１を構成するモータ２７のレイアウトの自由度を向上できる。そのブッシュ４０をラックハウジング３０により支持することで、スクリューシャフト１１のラック支持部材９からの距離がより大きくなっても、ブッシュ４０によりスクリューシャフト１１の外周を支持し、スクリューシャフト１１の撓みを低減できる。さらに、スクリューシャフト１１の外周における軌道溝１１ａの開口縁は面取り部１１ａ′とされているので、その開口縁との接触によるブッシュ４０の磨耗を抑制し、スクリューシャフト１１のがたつきによる伝達効率低下を防止できる。
【００３３】
図６は本発明の第１変形例を示し、第１ハウジング３１と第２ハウジング３２の相対位置を上記実施形態とは異なる構成により変更する。すなわち、第１ハウジング３１の外周３１ｂは円筒面に沿い、第２ハウジング３２の内周３２ａ′は端面視長円形の筒体外周面に沿う。その第１ハウジング３１の外周３１ｂが沿う円筒面の端面の径と、第２ハウジング３２の内周３２ａ′が沿う筒体の端面の長円の短径との差は微小とされる。その長円の長径方向は駆動ギヤ２２の回転軸２２Ｏと従動ギヤ２１の回転軸２１Ｏとを含む面に沿う。その第１ハウジング３１の外周３１ｂに第２ハウジング３２の内周３２ａ′が相対移動可能に嵌め合わされる。これにより、その第１ハウジング３１と第２ハウジング３２の相対移動方向は、スクリューシャフト１１の径方向であって、駆動ギヤ２２の回転軸２２Ｏと従動ギヤ２１の回転軸２１Ｏとを含む面に沿う。その相対移動による第１ハウジング３１と第２ハウジング３２との相対位置の変化により、例えば図６において従動ギヤ２１が駆動ギヤ２２に対して一点鎖線で示す位置から二点鎖線で示す位置との間で相対変位し、これにより駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１との間のバックラッシュが調節される。また、第１ハウジング３１と第２ハウジング３２とを連結するため、第１ハウジング３１における第２ハウジング３２の端面との対向壁に形成されるボルト通孔３１ｃ′に挿通されるボルト３５が、その第２ハウジング３２の端面において開口するネジ孔３２ｃにねじ合わされる。そのボルト通孔３１ｃ′は、両ハウジング３１、３２の相対移動方向を長径方向とする長孔とされ、両ハウジング３１、３２が相対移動可能なようにその長径方向にボルト３５に対して相対移動可能とされている。他は上記実施形態と同様とされる。
【００３４】
図７は本発明の第２変形例を示し、上記実施形態との相違はブッシュ４０がボールナット１３の内周に取り付けられている点にある。他は上記実施形態と同様とされる。これにより、ブッシュ４０はスクリューシャフト１１に対して相対回転するので、偏って磨耗するのが防止され、また、スクリューシャフト１１のボール用軌道溝１１ａの開口縁との接触による偏磨耗も抑制され、長寿命化を図れる。
【００３５】
図８は本発明の第３変形例を示す。上記実施形態および各変形例との相違は、スクリューシャフト１１の外周における軌道溝１１ａの開口縁の面取り部１１ａ′が凸曲面とされ、また、その軌道溝１１ａのスクリューシャフト軸方向における寸法Ｌ１が、その軌道溝１１ａの間の部分のスクリューシャフト軸方向における寸法Ｌ２よりも小さくされている点にある。なお、軌道溝１１ａの開口縁に面取り部１１ａ′が形成される場合には、図において破線で示すように面取り部１１ａ′が形成されなかったものとして寸法Ｌ１、Ｌ２を測定する。これにより、ブッシュ４０の内周面にスクリューシャフト１１の外周面から作用する面圧を低減し、ブッシュ４０の磨耗を抑制し、スクリューシャフト１１のがたつきによる伝達効率低下を防止できる。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示される。
【００３６】
図９は本発明の第４変形例を示す。上記実施形態および各変形例との相違は、支持体としてブッシュ４０に代えて転がり軸受であるニードルベアリング２４０が用いられている。また、ボール１２とボールナット１３に代えて、スクリューシャフト１１の軸方向に並列する複数（本実施形態では４つ）のボールベアリング２１２と、それらボールベアリング２１２を覆う筒体２１３が用いられている。その筒体２１３は第１、第２部材２１３ａ、２１３ｂをネジ２１３ｃを介して連結することで構成されている。従動ギヤ２１は筒体２１３の第１部材２１３ａの外周に嵌め合わされ、第１部材２１３ａの外周の段差と第２部材２１３ｂとにより挟み込まれることで筒体２１３に一体化されている。そのニードルベアリング２４０は筒体２１３の内周に嵌め合わされることで筒体２１３により支持されている。各ボールベアリング２１２を構成するボール２１２ａが本発明の転動体とされ、そのボール２１２ａを介して筒体２１３はスクリューシャフト１１にねじ合わされている。すなわち、各ボールベアリング２１２を構成する外輪２１２ｂは筒体２１３に同行回転するように一体化されている。各ボールベアリング２１２の内輪２１２ｃの内周にスクリューシャフト１１における螺旋状の軌道溝１１ａに当接可能な環状突部２１２ｃ′が形成されている。各ボールベアリング２１２の回転軸はスクリューシャフト１１の軸心に対して軌道溝１１ａのリード角と等しい角度だけ傾斜するものとされ、その傾斜方向は中央側の２つのボールベアリング２１２と両端側の２つのボールベアリング２１２とで互いに逆とされている。また、各ボールベアリング２１２の回転中心はスクリューシャフト１１の軸心に対して偏心する。各ボールベアリング２１２は環状突部２１２ｃ′を介して軌道溝１１ａの内面に一位置において接するものとされ、中央側の２つのボールベアリング２１２の当接位置と両端側の２つのボールベアリング２１２の当接位置とは回転周方向において互いから１８０°離れている。これにより、筒体２１３がモータ２７により回転駆動されることで、ボールベアリング２１２を介してスクリューシャフト１１に軸方向力が作用する。このようなボールベアリングを利用したラックの送り機構は、例えば特開２０００−３５２４５０号公報に開示されたような公知のものを用いることができる。この第４変形例によれば、ニードルベアリング２４０はスクリューシャフト１１に対して相対回転するので偏って磨耗するのが防止され、また、スクリューシャフト１１の軌道溝１１ａの開口縁との接触による磨耗も抑制され、長寿命化を図れる。さらに、支持体として転がり軸受であるニードルベアリング２４０を用いることでスクリューシャフト１１と筒体２１３とが円滑に相対回転し、伝達効率を向上することができる。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示される。
【００３７】
本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。例えば、弾性部材３６をなくし、ボールベアリング３４の外周と第２ハウジング３２の内周との間に、駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１との間のバックラッシュ調節量に対応する隙間を設けてもよく、この場合、その隙間はボールベアリング３４の外径と第２ハウジング３２の内径との差が例えば０．１〜０．２ｍｍ程度となるように定める。また、駆動ギヤ２２と従動ギヤ２１の種類は特にベベルギヤに限定されない。また、実施形態や第１〜第３変形例においてブッシュ４０に代えて転がり軸受けを用い、第４変形例においてニードルベアリング２４０に代えてブッシュを用い、実施形態や第１、第３変形例においてブッシュ４０をボールナット１３により支持し、第２変形例においてブッシュ４０をラックハウジング３０により支持し、第４実施形態においてニードルベアリング２４０をラックハウジング３０により支持してもよい。さらに、本発明を適用するステアリング装置はパワーステアリング装置に限定されず、例えば車両を路面の誘導標識に沿って無人運転するためにモータ出力のみでラックを駆動する自動操舵装置や、車輪に機械的に連結されていないステアリングホイールの操舵に応じて駆動されるモータの出力のみでラックを駆動するステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置にも適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、ラックに一体化されるスクリューシャフトにねじ合わされる回転筒を、モータによりギヤを介して回転駆動することでラックに軸方向力を付与し、そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する車両のステアリング装置において、そのギヤのバックラッシュ調節のための部品点数、組み立て工数を低減し、コスト削減を図り、音の発生や操舵フィーリングの低下を防止でき、さらに操舵補助力発生用モータの出力のラックへの伝達効率低下を防止できるステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の正面図
【図２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の縦断面図
【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における第１ハウジングと第２ハウジングの作用説明図
【図５】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における部分拡大図
【図６】本発明の第１変形例の電動パワーステアリング装置における第１ハウジングと第２ハウジングの作用説明用図
【図７】本発明の第２変形例の電動パワーステアリング装置の要部の断面図
【図８】本発明の第３変形例の電動パワーステアリング装置における部分拡大図
【図９】本発明の第４変形例の電動パワーステアリング装置における部分拡大図
【図１０】従来の電動パワーステアリング装置の部分断面図
【符号の説明】
３ ピニオン
４ ラック
９ ラック支持部材
１１ スクリューシャフト
１２ ボール（転動体）
１３ ボールナット（回転筒）
２１ 従動ギヤ
２２ 駆動ギヤ
２６ ギヤハウジング
２７ 操舵補助力発生用モータ
３０ ラックハウジング
３１ 第１ハウジング
３２ 第２ハウジング
３６ 弾性部材
４０ ブッシュ（支持体）
Claims (8)
- 操舵により回転するピニオンと、
そのピニオンに噛み合うラックと、
そのラックに一体化されるスクリューシャフトと、
そのスクリューシャフトに転動体を介してねじ合わされる回転筒と、
その回転筒に同行回転するように一体化される従動ギヤと、
その従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、
その駆動ギヤを駆動するモータと、
その回転筒を回転可能に支持するラックハウジングと、
その駆動ギヤを回転可能に支持するギヤハウジングとを備え、
そのラックハウジングは、回転筒の一端側を支持する第１ハウジングと他端側を支持する第２ハウジングとを連結することで構成され、
そのギヤハウジングは、その第１ハウジングと第２ハウジングの中の一方と一体的に成形され、
そのラックの動きが車輪に伝達されることで舵角が変化する車両のステアリング装置であって、
その回転筒の第１ハウジングと第２ハウジングの中の一方に対する径方向相対変位許容量は他方に対する径方向相対変位許容量よりも大きくされ、
その第１ハウジングと第２ハウジングとの相対位置は、そのスクリューシャフトの径方向に変更可能とされ、
その第１ハウジングと第２ハウジングとの相対位置の変更により、その駆動ギヤと従動ギヤとの間のバックラッシュが調節されることを特徴とする車両のステアリング装置。 - その回転筒は、そのスクリューシャフトの径方向に弾性変形可能な弾性部材を介して、その第１ハウジングと第２ハウジングの中の一方により支持されている請求項１に記載の車両のステアリング装置。
- そのスクリューシャフトの移動範囲に配置されると共に、そのスクリューシャフトの外周を支持可能な支持体と、
そのラックをピニオンとの噛み合い位置において支持するラック支持部材とを備え、
その支持体とラック支持部材との間に前記転動体の全体が配置され、
前記ラックに路面側から作用する負荷を、その支持体とラック支持部材とにより受ける請求項１または２に記載の車両のステアリング装置。 - 前記支持体は前記ラックハウジングにより支持される請求項３に記載の車両のステアリング装置。
- 前記支持体は前記回転筒により支持される請求項３に記載の車両のステアリング装置。
- 前記支持体として転がり軸受が用いられる請求項５に記載の車両のステアリング装置。
- 前記スクリューシャフトの外周における螺旋状の軌道溝の開口縁は面取り部とされている請求項３〜６の中の何れかに記載の車両のステアリング装置。
- 前記スクリューシャフトの外周における軌道溝のスクリューシャフト軸方向における寸法は、その軌道溝の間の部分のスクリューシャフト軸方向における寸法よりも小さくされている請求項３〜７の中の何れかに記載の車両のステアリング装置。
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