JP4900679B2 - センターテイクオフ型ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、センターテイクオフ型ステアリング装置に関する。

例えば、自動車等の車両に備えられるラックアンドピニオン式のステアリング装置には、ラック軸とタイロッドとを接続する箇所が、車両の幅方向の中央にされているセンターテイクオフ型のものがある（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平６−２５５５０９号公報 特開２０００−７２００５号公報

センターテイクオフ型ステアリング装置では、ラック軸に取り付けられラック軸の径方向外方に延びる連結部材等を介して、ラック軸とタイロッドとが連結される。タイロッドは、ラック軸に対して、ラック軸の径方向にオフセットした位置に配設されることとなり、タイロッドからの力の一部は、上記オフセット量をアーム長とするモーメントとしてラック軸に作用する。このモーメント等に起因するラック軸の回動を防止して、ラックとピニオンとの噛み合い部分に余分な負荷が掛からないようにする必要がある。

しかしながら、ラック軸の回動を規制するために専用の回り止め部材を設けると、部品点数が増えて製造コストが増加してしまう。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、ラック軸の回り止めを安価に達成することのできるセンターテイクオフ型ステアリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材（２）に連動して回転するピニオン（７）の回転を車両の幅方向（Ａ）に延びるラック軸（１０）の直線変位に変換し、この直線変位を受けて車輪（１３）を転舵するためのタイロッド（１１）を車両の幅方向（Ａ）の中央位置（Ａ１）から延ばすようにしたセンターテイクオフ型ステアリング装置（１）において、上記ラック軸（１０）を取り囲む筒状のハウジング（２７）と、このハウジング（２７）に設けられた収容室（４２）に収容され、ラック軸（１０）に対する軸方向移動および相対回転が規制されたラックストッパ（４３）とを備え、このラックストッパ（４３）は、上記収容室（４２）の内周面（４４ａ）によって案内されつつ、ラック軸（１０）と共に移動してハウジング（２７）の所定部（４４ｃ）に当接することにより、ラック軸（１０）の軸方向ストロークを規制し、上記収容室（４２）の内周面（４４ａ）およびラックストッパ（４３）の外周面（５３）の間に、ラック軸（１０）の回り止め機構を設けたことを特徴とするものである（請求項１）。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
本発明によれば、ラック軸の軸方向ストロークを規制するためのラックストッパを、ラック軸の回り止めとしても用いることができる。専用の回り止め部材を別途設ける必要がなく、部品点数を少なくしてコスト安価にできる。

また、本発明において、上記ハウジング（２７）の上記所定部（４４ｃ）は、ハウジング（２７）の内周に設けられ上記収容室（４２）に対向する環状段部（４４ｃ）を含む場合がある（請求項２）。この場合、環状段部とラックストッパとの当接により、ラック軸の軸方向ストロークを規制することができる。
また、本発明において、上記収容室（４２）の内周面（４４ａ）およびラックストッパ（４３）の外周面（５３）のそれぞれの断面は、長孔形状を含む場合がある（請求項３）。この場合、ラックストッパを回動しようとする力が作用したときに、収容室の内周面がラックストッパを受けることができ、ラックストッパの回動を確実に規制できる。その結果、ラック軸の回動を確実に規制できる。

また、本発明において、上記回り止め機構は、上記収容室（４２）の内周面（４４ａ）およびラックストッパ（４３）の外周面（５３）にそれぞれ設けられ、互いに対向してラック軸（１０）の軸方向（Ｓ）に延びる平坦部（５４，５５）を含む場合がある（請求項４）。この場合、ラックストッパを回動しようとする力が作用したときに、平坦部同士が当接して、ラックストッパの回動が確実に規制される。その結果、ラック軸の回動を確実に規制できる。

また、本発明において、上記ハウジング（２７）は、軸方向に関して第１および第２の端部（２７ａ，２７ｂ）を有し、上記第１の端部（２７ａ）からラック軸（１０）の一部が突出し、その突出した一部にタイロッド（１１）が接続され、上記収容室（４２）は、ハウジング（２７）においてピニオン（７）に対応する部分（５７，５８）と第２の端部（２７ｂ）との間に配置されている場合がある（請求項５）。

この場合、ピニオンの近くに収容室を配置してラックストッパを配置できる。これにより、ラックとピニオンとの噛み合い部分の近くでラック軸の回り止めをすることができ、ラックとピニオンとの噛み合い部分に過大な負荷が作用することを防止できる。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるセンターテイクオフ型ステアリング装置としての電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う要部の断面図である。
図１および図２を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結されているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結されている中間軸５と、この中間軸５に自在継手６を介して連結されているピニオン軸７ａと、ピニオン軸７ａの先端部に設けられたピニオン歯部７ｂに噛み合うラック９を形成して車両の幅方向Ａに延びるラック軸１０とを有している。

ラック軸１０の一端部１０ａには、一対のタイロッド１１を連結するための連結部材１２が取り付けられている。車輪としての各転舵輪１３が車両前方を略真っ直ぐ向いている操舵中立状態（図１に示す状態）において、連結部材１２は、車両の幅方向Ａの中央位置Ａ１に位置している。ラック軸１０の軸方向Ｓと幅方向Ａとは平行である。
連結部材１２は、ラック軸１０の径方向に張り出した張出部１４を含んでいる。張出部１４は、球面継手等からなる一対の継手１５を介して一対のタイロッド１１の対応する一端部１１ａとそれぞれ連結されている。各タイロッド１１は、上記中央位置Ａ１から延びており、各タイロッド１１の他端部１１ｂが、対応するナックルアーム１６を介して対応する転舵輪１３にそれぞれ連結されている。

操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転は中間軸５等を介してピニオン歯部７ｂに伝達され、操舵部材２と連動して回転するピニオン歯部７ｂおよびラック９によって、車両の幅方向Ａに沿うラック軸１０の直線変位に変換される。これにより各タイロッド１１等を介して各ナックルアーム１６の回動を引き起こし、転舵輪１３の転舵が達成される。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸としての第１の操舵軸１７と、自在継手４に連なる出力軸としての第２の操舵軸１８とを有している。これら第１および第２の操舵軸１７，１８はトーションバー１９を介して同軸上に互いに連結されている。
トーションバー１９の近傍には、トーションバー１９のねじれに起因する第１の操舵軸１７と第２の操舵軸１８との相対回転変位量を検出するトルクセンサ２０が設けられている。このトルクセンサ２０の検出信号は、制御部２１に与えられる。

制御部２１は、トルクセンサ２０からの検出信号や車速センサ２２からの検出信号等に基づいて、ドライバ２３を介して操舵補助用の電動モータ２４の駆動を制御する。これにより、電動モータ２４が駆動し、その出力回転（動力）が、平行軸歯車機構等の減速機構２５で減速されて、第２の操舵軸１８へ伝達される。
第２の操舵軸１８に伝えられた動力は、さらに中間軸５等を介して、上記ラック軸１０、タイロッド１１およびナックルアーム１６を含む舵取り機構２６に伝えられ、運転者の操舵が補助される。

ラック軸１０の一部は、筒状のハウジング２７に取り囲まれている。ハウジング２７は、鉄等を用いて形成されており、ハウジングの軸方向に関する第１の端部としての一端部２７ａと、第２の端部としての他端部２７ｂと、これらの端部２７ａ，２７ｂ間に位置する中間部２７ｃとを含んでいる。中間部２７ｃは、車体側部材２８，２９に支持されている。

ハウジング２７の中間部２７ｃ内には、ピニオン軸７ａが挿通されている。ピニオン軸７ａは、ピニオン歯部７ｂを挟んで配置された一対の軸受３０，３１を介して、中間部２７ｃのピニオン７に対応する部分としての支持部５７，５８に回転自在に支持されている。ピニオン軸７ａおよびピニオン歯部７ｂを含むピニオン７が、軸受３０，３１を介して支持部５７，５８に支持されている。

中間部２７ｃには、収容孔３２が形成されている。収容孔３２は、ラック軸１０を挟んでピニオン歯部７ｂと対向している。この収容孔３２にサポートヨーク３３が収容されている。
サポートヨーク３３は、ラック軸１０を当該ラック軸１０の軸方向Ｓに摺動自在に支持するための凹面部３３ａを有しており、この凹面部３３ａに沿うように、低摩擦の摺接板４６が取り付けられている。摺接板４６の形状は、ラック軸１０のラック９の背面１０ｃの形状と合致している。摺接板４６とラック軸１０の背面１０ｃとが互いに摺接している。

収容孔３２には、ねじ部材３４がねじ込まれており、ねじ部材３４とサポートヨーク３３との間にばね部材３５が介装されている。ばね部材３５は、サポートヨーク３３をラック軸１０側に付勢している。これにより、ラック９とピニオン歯部７ｂとの噛み合いのガタを詰めている。
図１を参照して、ハウジング２７の一端部２７ａの内周面３６には、筒状のラックブッシュ３７が嵌合保持されている。ラックブッシュ３７は、ラック軸１０を軸方向Ｓに摺動自在に支持するものであり、例えば、合成樹脂を用いて形成されている。

ハウジング２７の上記内周面３６には、ラックブッシュ３７に隣接してストッパ３８が圧入嵌合されており、ラックブッシュ３７のハウジング２７からの抜けが防止されている。ラックブッシュ３７は、ストッパ３８と内周面３６の環状の段部３６ａとに挟まれている。
ハウジング２７の一端部２７ａから、ラック軸１０の一端部１０ａを含む一部が突出しており、ラック軸１０がハウジング２７に片持ち支持されている。この突出した一端部１０ａに、連結部材１２等を介してタイロッド１１，１１が接続されている。

ハウジング２７の一端部２７ａの外周面３９と連結部材１２との間に、ダストブーツ４０が架け渡されている。このダストブーツ４０は、ゴム等の弾性部材を蛇腹状に形成して伸縮自在にしてあり、ラック軸１０の軸方向Ｓの変位に伴って伸縮する。ラック軸１０に雨水等の異物が付着することを防止している。
ラック軸１０の一端部１０ａには、連結部材１２に隣接してラックストッパ４１が外嵌固定されている。このラックストッパ４１は、例えば、合成樹脂を用いて形成されている。ラック軸１０がハウジング２７の他端部２７ｂ側にストロークして、ラックストッパ４１がストッパ３８に当接することにより、ラック軸１０の軸方向一方へのストロークが規制される。

ハウジング２７の中間部２７ｃ内に、収容室４２が区画されている。この収容室４２は、軸方向Ｓに関して、支持部５７，５８（図２参照）とハウジング２７の他端部２７ｂとの間に配置されている。
図３は、ハウジング２７の他端部２７ｂの周辺の断面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図３および図４を参照して、収容室４２内には、ラックストッパ４３が収容されている。このラックストッパ４３は、ラック軸１０の他端部１０ｂに外嵌固定されてラック軸１０に対する軸方向移動および相対回転が規制されており、ラック軸１０と一体に移動する。ラックストッパ４３の軸方向Ｓへの移動は、ハウジング２７の中間部２７ｃの内周面４４によって案内される。

ラック軸１０がハウジング２７の一端部側にストロークし、ラックストッパ４３の一側面４５が、内周面４４に形成された所定部としての環状段部４４ｃに当接することにより、ラック軸１０の軸方向他方へのストロークが規制される。
環状段部４４ｃは、内周面４４のうちラック軸１０の径方向Ｒに細長い第１の部分４４ａと、円形の第２の部分４４ｂとの間に形成されており、収容室４２に対向している。内周面４４の第１の部分４４ａによって収容室４２が区画されており、第１の部分４４ａが収容室４２の内周面となる。

ラックストッパ４３は、例えば、焼結金属や鋳鉄やポリエステルエラストマー等を用いて形成されている。
ラックストッパ４３の一側面４５には、嵌合凹部４７が形成されており、嵌合凹部４７がラック軸１０の他端部１０ｂに嵌合されている。ラックストッパ４３とラック軸１０とを締結する締結手段としてのねじ４８が、ラックストッパ４３の貫通孔４９を貫通し、ラック軸１０のねじ孔５０に螺合している。

嵌合凹部４７の内周面４７ａに、係合突起５１が１または複数（本実施の形態において、２つ）突設され、ラック軸１０の外周面に形成された対応する係合凹部５２にそれぞれ係合している。これにより、ラック軸１０とラックストッパ４３との相対回動が規制されている。なお、係合突起５１の配置と係合凹部５２の配置とを入れ替えてもよい。
本実施の形態の特徴とするところは、収容室４２の内周面４４およびラックストッパ４３の外周面５３の間に、ラック軸１０の回り止め機構が設けられている点にある。

具体的には、内周面４４の第１の部分４４ａおよびラックストッパ４３の外周面５３のそれぞれの断面は、ラック軸１０の径方向Ｒに沿う所定の方向Ｄに長い長孔形状とされており、相対向する平坦部５４，５５を含んでいる。所定の方向Ｄとして、車両の上下方向や、前後方向等、径方向Ｒに沿う任意の方向を例示することができる。
各平坦部５４，５５は、それぞれ、１または複数設けられている。本実施の形態において、各平坦部５４，５５は、それぞれ、ラック軸１０の周方向Ｃに関して等間隔に２箇所設けられている。各平坦部５４，５５は、軸方向Ｓに延びている。

上記第１の部分４４ａおよび外周面５３の断面形状は、互いに相似形をなしている。ラック軸１０に外力の作用していない状態において、第１の部分４４ａおよび外周面５３は所定の間隔Ｅをあけて相対向しており、互いに近接している。
上記第１の部分４４ａと外周面５３との間には、ラックストッパ４３とハウジング２７との接触の衝撃を緩和する緩衝部材としての弾性部材５６が介在している。弾性部材５６は、例えばゴム等を用いて環状に形成されたＯリングを含み、ラックストッパ４３の外周面５３に保持されている。弾性部材５６と内周面４４の第１の部分４４ａとは軸方向Ｓに摺動可能に接触している。

なお、ラックストッパ４３が金属の場合、ラックストッパ４３とハウジング２７との間に摺動性のよい樹脂材料を入れてもよい。
図１を参照して、以上の概略構成を有する電動パワーステアリング装置１において、各転舵輪１３，１３からタイロッド１１、連結部材１２等を介してラック軸１０の一端部１０ａにモーメントが生じると、ラック軸１０がその軸線回りに回動しようとする。このとき、図４に示すように、ラックストッパ４３の外周面５３は、弾性部材５６を介してハウジング２７の第１の部分４４ａに弾性的に受けられ、ラックストッパ４３およびラック軸１０の回動が規制される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の作用効果を発揮することができる。すなわち、ラック軸１０の軸方向Ｓのストロークを規制するためのラックストッパ４３を、ラック軸１０の回り止めとしても用いることができる。専用の回り止め部材を別途設ける必要がなく、部品点数を少なくしてコスト安価にできる。
また、環状段部４４ｃとラックストッパ４３との当接により、ラック軸１０の軸方向他方へのストロークを規制することができる。

さらに、収容室４２の内周面４４の第１の部分４４ａおよびラックストッパ４３の外周面５３のそれぞれの断面を、所定の方向Ｄに長い長孔形状に形成している。これにより、ラックストッパ４３を回動しようとする力が作用したときに、収容室４２の内周面４４の第１の部分４４ａがラックストッパ４３の外周面５３を受けることができ、ラックストッパ４３の回動を確実に規制できる。その結果、ラック軸１０の回動を確実に規制できる。

また、収容室４２の内周面４４の第１の部分４４ａおよびラックストッパ４３の外周面５３のそれぞれの断面に、互いに対向する平坦部５４，５５を設けている。これにより、ラックストッパ４３を回動しようとする力が作用したときに、平坦部５４，５５同士が弾性部材５６を介して当接して、ラックストッパ４３の回動が確実に規制される。その結果、ラック軸１０の回動を確実に規制できる。

さらに、軸方向Ｓに関してハウジング２７の支持部５７，５８と他端部２７ｂとの間に収容室４２を配置している。これにより、ピニオン７の近くに収容室４２を配置してラックストッパ４３を配置できる。これにより、ラック９とピニオン７との噛み合い部分の近くでラック軸１０の回り止めをすることができ、ラック９とピニオン７との噛み合い部分に過大な負荷が作用することを防止できる。

また、ラック軸１０の一端部１０ａを、ハウジング２７の一端部２７ａから突出するようにしている。ラック軸１０の他端部１０ｂ側の一部分のみが、ラックブッシュ３７やサポートヨーク３３等を介してハウジング２７で支持される。軸方向Ｓに関するハウジング２７の全長を短くできる。
また、例えば、ラック軸とタイロッドとを連結するための連結部材からボルトを延ばし、このボルトをハウジングに形成した長孔に挿通してラック軸に結合し、ボルトに外嵌した筒状のカラーが長孔内を移動するようにした、いわゆるスライダ構造を採用し、カラーと長孔の周面との当接によりラック軸の回動を規制することも考えられる。しかしながら、この場合、連結部材を挟んだ両側に、長孔を覆うダストブーツを設ける必要がある等、部品点数が多くなってしまう。

一方、本実施の形態では、ラック軸１０の一端部１０ａ側をハウジング２７から突出させて、この一端部１０ａ側にのみダストブーツ４０を設けており、部品点数が少ない。
また、例えば、サポートヨークとラック軸との互いの摺動部分の断面をＶ形形状やＹ型形状にし、サポートヨークによってラック軸の回り止めをすることも考えられる。しかしながら、この場合、ラック軸にモーメントが作用したときに、サポートヨークとラック軸と間に打撃音（コトコト音）が生じて騒音の原因となる。

一方、本実施の形態によれば、サポートヨーク３３（摺接板４６）とラック軸１０との互いの摺動部分の断面形状を円弧状にしており、ラック軸１０がモーメントを受けたときでもサポートヨーク３３と衝突することを防止でき、騒音の原因となり難い。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、ラックストッパ４３の外周面５３およびハウジング２７の内周面４４の第１の部分４４ａのそれぞれの断面形状は、図４に示す長孔形状に限らず、図５に示すＤ形形状等でもよい。これら外周面５３および内周面４４の第１の部分４４ａのそれぞれの断面形状は、ラック軸１０の回動に伴いラックストッパ４３の外周面５３が第１の部分４４ａに受けられる構成であればよい。

さらに、ハウジング２７がラック軸１０の全部を取り囲んでいてもよい。また、本発明は、ラック軸の中間部に連結部材を配置し、連結部材を挟んだラック軸の両側を支持するようにした両持ちタイプのステアリング装置に適用できる。この場合、連結部材を挟んで設けられる一対のラックストッパの双方を、ラック軸の回り止めとして用いることができる。また、本発明は、電動モータの出力回転を、ボールねじ機構等を介してラック軸に付与するラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用でき、さらに、油圧シリンダの油圧をラック軸に付与する油圧パワーステアリング装置に適用することができる。

本発明の一実施の形態にかかるセンターテイクオフ型ステアリング装置としての電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う要部の断面図である。 ハウジングの他端部の周辺の断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の別の実施の形態の要部の断面図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置（センターテイクオフ型ステアリング装置）、２…操舵部材、７…ピニオン、１０…ラック軸、１１…タイロッド、１３…転舵輪（車輪）、２７…ハウジング、２７ａ…（ハウジングの）一端部（第１の端部）、２７ｂ…（ハウジングの）他端部（第２の端部）、４２…収容室、４３…ラックストッパ、４４ａ…第１の部分（収容室の内周面）、４４ｃ…環状段部（ハウジングの所定部）、５３…（ラックストッパの）外周面、５４，５５…平坦部、５７，５８…支持部（ハウジングにおいてピニオンに対応する部分）、Ａ…幅方向、Ａ１…中央位置、Ｓ…軸方向。

Claims (5)

1. 操舵部材に連動して回転するピニオンの回転を車両の幅方向に延びるラック軸の直線変位に変換し、この直線変位を受けて車輪を転舵するためのタイロッドを車両の幅方向の中央位置から延ばすようにしたセンターテイクオフ型ステアリング装置において、
   上記ラック軸を取り囲む筒状のハウジングと、
   このハウジングに設けられた収容室に収容され、ラック軸に対する軸方向移動および相対回転が規制されたラックストッパとを備え、
   このラックストッパは、上記収容室の内周面によって案内されつつ、ラック軸と共に移動してハウジングの所定部に当接することにより、ラック軸の軸方向ストロークを規制し、
   上記収容室の内周面およびラックストッパの外周面の間に、ラック軸の回り止め機構を設けたことを特徴とするセンターテイクオフ型ステアリング装置。
2. 請求項１において、上記ハウジングの上記所定部は、ハウジングの内周に設けられ上記収容室に対向する環状段部を含むことを特徴とするセンターテイクオフ型ステアリング装置。
3. 請求項１または２において、上記収容室の内周面およびラックストッパの外周面のそれぞれの断面は、長孔形状を含むことを特徴とするセンターテイクオフ型ステアリング装置。
4. 請求項１または２において、上記回り止め機構は、上記収容室の内周面およびラックストッパの外周面にそれぞれ設けられ、互いに対向してラック軸の軸方向に延びる平坦部を含むことを特徴とするセンターテイクオフ型ステアリング装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項において、上記ハウジングは、軸方向に関して第１および第２の端部を有し、
   上記第１の端部からラック軸の一部が突出し、その突出した一部にタイロッドが接続され、
   上記収容室は、ハウジングにおいてピニオンに対応する部分と第２の端部との間に配置されていることを特徴とするセンターテイクオフ型ステアリング装置。

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