JP6067251B2

JP6067251B2 - ステアリング装置

Info

Publication number: JP6067251B2
Application number: JP2012139133A
Authority: JP
Inventors: 高士青山; 雅輝岡本; 真司久野
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: JP2014000925A

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、入力軸に連結されるピニオン軸と、ピニオン軸のピニオンと噛み合うラックを備えるラック軸とを備え、ラック軸に連結する被操舵部に、電動モータの出力トルクをアシスト力として付与している。このとき、ステアリングホイールからの操舵力はトルクセンサで検出され、このトルクセンサからのトルク信号と車からの車速信号とに基づく電流が電動モータに供給される。

公報記載の従来技術として、例えば特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置は以下のように構成されている。すなわち、タイヤは、ナックルアームおよびタイロッドを介してラック軸に連結しており、ギヤボックス内でのラック軸の摺動にしたがって操舵される。ラック軸は、入力側ラックギヤにおいて入力側ピニオンギヤと噛合する。入力側ピニオンギヤは、中間軸を介して入力部であるステアリングホイールと連結し、ステアリングホイールへの入力トルクにしたがって回転してラック軸を摺動させる。ラック軸の摺動は、図示されないストッパにより一定の範囲に制限されている。

特開平１０−２３６３２２号公報

ラック軸のラックの周囲をギヤボックスで覆う場合、ラック軸に生じる衝撃を緩和したり保護したりするために、ゴムや硬質樹脂などで構成されたブッシュなどでラック軸を支持する。それゆえ、ラック軸に角部があると、例えばラック軸が軸方向に交差する方向に荷重を受けた場合に、この角部がブッシュなどの支持部材を傷つけてしまい、支持部材の摩耗量が多くなってしまうおそれがある。
本発明は、ラック軸を支持する支持部材の摩耗を抑制することができるステアリング装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、先端部にピニオンが形成されたピニオン軸と、棒状の軸部の表面に前記ピニオン軸の前記ピニオンと噛み合う複数の歯であるラックが設けられたラック軸と、前記ラック軸の前記ラックの周囲を覆う覆い部材と、前記覆い部材内において前記ラック軸の軸方向に複数配置されて当該ラック軸を支持する支持部材と、を備え、前記ラック軸の前記歯の歯すじが直線状であり、前記歯における前記歯すじ方向の両端部は、前記ラック軸の軸方向から見た場合に前記歯の歯すじの直線状の部位から前記ラック軸の輪郭にかけて角部が存在しないように曲線状に形成されていることを特徴とするステアリング装置である。

本発明によれば、ラック軸を支持する支持部材の摩耗を抑制することができる。

本実施形態が適用される電動パワーステアリング装置の全体構成図である。本実施形態が適用される電動パワーステアリング装置の伝達機構部を説明する構成図である。本実施形態が適用される電動パワーステアリング装置のアシスト部を説明する構成図である。第２ハウジングの内部を図１に示す矢印IV側から見た図である。（ａ）は、図１におけるVa-Va部の断面図である。（ｂ）は、（ａ）におけるVb部の拡大図である。ラック軸が、ラックの複数の歯の先端を通る面と略平行な方向に荷重を受ける様子を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
〔パワーステアリング装置の全体構成〕
図１は、本実施形態が適用される電動パワーステアリング装置１の全体構成図である。図２は、本実施形態が適用される電動パワーステアリング装置１の伝達機構部Ａを説明する構成図であり、図１に示すII−II断面である。図３は、本実施形態が適用される電動パワーステアリング装置１のアシスト部Ｂを説明する構成図であり、図１に示すIII−III断面である。図４は、後述する第２ハウジング１８の内部を図１に示す矢印IV側から見た図である。

図１に示すように、本実施形態が適用される電動パワーステアリング装置１は、いわゆるダブルピニオン型のパワーステアリング装置である。電動パワーステアリング装置１は、操舵部材（ステアリングホイール）（不図示）からの操舵力をラック軸２４に伝達する伝達機構部Ａと、駆動部３０からの操舵補助力をラック軸２４に伝達してラック軸２４の移動をアシストするアシスト部Ｂとを有する。

例えば車体フレーム（不図示）等に固定されるギヤハウジング１０は、図１に示すように、伝達機構部Ａを構成するハンドル側ギヤハウジング１０Ａと、アシスト部Ｂを構成するアシスト側ギヤハウジング１０Ｂとを有する。ハンドル側ギヤハウジング１０Ａとアシスト側ギヤハウジング１０Ｂとは、ラック軸２４まわりで連結されてギヤハウジング１０を構成する。
ハンドル側ギヤハウジング１０Ａは、入力軸２１と、出力軸であるハンドル側ピニオン軸２３（図２参照）とを回転可能に支持している。入力軸２１は、ステアリングホイール（不図示）に連結されたアッパーシャフト（不図示）と連結している。

一方、アシスト側ギヤハウジング１０Ｂは、アシスト側ピニオン軸３３（図３参照）を回転可能に支持している。ラック軸２４の両端部には左右のタイロッド４８Ａ,４８Ｂが連結されている。このタイロッド４８Ａ,４８Ｂはナックルアーム（不図示）を介して被操舵部である例えばタイヤ（不図示）に連結されている。ラック軸２４はハンドル側ギヤハウジング１０Ａの第１ハウジング１１（図２参照）とアシスト側ギヤハウジング１０Ｂの第１ハウジング１７（図３参照）とに設けられた軸受（不図示）によって、図１の左右方向に摺動性を良好に保った状態で支持されている。

〔伝達機構部Ａの構成〕
図２に示すように、伝達機構部Ａのハンドル側ギヤハウジング１０Ａは、第１ハウジング１１、第２ハウジング１２および第３ハウジング１３に分割され、これらが組み付けられてハウジングを形成している。これら第１ハウジング１１、第２ハウジング１２および第３ハウジング１３は、それぞれ固定ボルト（不図示）によって固定されている。

そして、伝達機構部Ａは、図２に示すように、ステアリングホイール（不図示）に連結される入力軸２１を有している。また、この入力軸２１にトーションバー２２を介して連結されるハンドル側ピニオン軸（出力軸）２３を、入力軸２１と同軸上に有している。
さらに、ハンドル側ピニオン軸２３はピニオン２３Ｐを有しており、このピニオン２３Ｐをラック軸２４のハンドル側ラック２４Ａに噛み合わせている。これにより、ラック軸２４は、ステアリングホイールに加えた操舵トルクに従って直線運動が可能となり、図１に示すギヤハウジング１０の左右方向に移動する。
入力軸２１はハンドル側ギヤハウジング１０Ａの第３ハウジング１３に設けられた軸受２１Ｊにより支持され、ハンドル側ピニオン軸２３はハンドル側ギヤハウジング１０Ａの第１ハウジング１１に設けられた軸受２３Ｊおよび第２ハウジング１２に設けられた軸受２３Ｋにより支持される。

また、ハンドル側ギヤハウジング１０Ａの第１ハウジング１１内には、ラック軸２４のハンドル側ラック２４Ａをハンドル側ピニオン軸２３のピニオン２３Ｐに押付けるとともに、ラック軸２４を摺動自在に支持するラックガイド２５が取り付けられる。このラックガイド２５は、第１ハウジング１１のシリンダ部１４に挿入される。

シリンダ部１４は、ラック軸２４を挟んでハンドル側ピニオン軸２３と相対する部分に設けられている。ラックガイド２５は、シリンダ部１４に埋込ネジ形式により固定されるキャップ２５Ａを有し、ラック軸２４をハンドル側ラック２４Ａの反対側から押圧するばね２５Ｂを備えている。キャップ２５Ａが第１ハウジング１１のシリンダ部１４に締め付けられることで、ばね２５Ｂがラック軸２４を押圧し、ハンドル側ラック２４Ａはピニオン２３Ｐと良好な噛み合いを維持している。

さらに、伝達機構部Ａは、入力軸２１とハンドル側ピニオン軸（出力軸）２３との相対回転角度を検出し、検出した相対回転角度に基づいて操舵トルクを検出するトルク検出装置４０とを備えている。そして、トルク検出装置４０は、操舵トルクの検出結果を不図示のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に送る。そして、ＥＣＵは、トルク検出装置４０から取得した操作トルクの検出結果に基づいて、アシスト部Ｂの電動モータ３０Ｍ（後述する図４参照）を駆動制御する。

〔アシスト部Ｂの構成〕
操舵補助部の一例としてのアシスト部Ｂは、図３に示すように、アシスト側ギヤハウジング１０Ｂと、アシスト側ピニオン軸３３と、アシスト側ピニオン軸３３に接続するウォームホイール３４と、アシスト側ピニオン軸３３とラック軸２４との接続を案内するラックガイド３８とを有している。さらに、アシスト部Ｂは、図４に示すように、ウォームホイール３４を回転駆動する駆動部３０を備えている。

アシスト側ギヤハウジング１０Ｂは、図３に示すように、第１ハウジング１７と第２ハウジング１８とに分割され、これらが組み付けられてハウジングを形成している。さらに、第２ハウジング１８には、第２ハウジング１８における回転軸方向の開口部を覆うカバー部材１９が組み付けられる。第１ハウジング１７と第２ハウジング１８とは、それぞれ内側に筒状の空間を有する部材である。そして、第１ハウジング１７は、主にアシスト側ピニオン軸３３とラック軸２４との接続部分におけるハウジングを形成する。また、第２ハウジング１８は、主にアシスト側ピニオン軸３３とウォームホイール３４との接続部分におけるハウジングを形成する。

第１ハウジング１７は、第２ハウジング１８との嵌め合い箇所を構成する嵌合い部１７Ｊを有している。また、第２ハウジング１８は、第１ハウジング１７との嵌め合い箇所を構成する嵌合い部１８Ｊを有している。そして、本実施形態では、嵌合い部１８Ｊの外径は、嵌合い部１７Ｊの内径よりも若干小さく形成されている。そして、第１ハウジング１７と第２ハウジング１８とは、シール部材Ｓを間に挟んだ状態で、嵌合い部１７Ｊに嵌合い部１８Ｊが挿入されて嵌め合わされる。そして、第１ハウジング１７と第２ハウジング１８とは、固定ボルトＢＬによって固定される。
また、カバー部材１９は、第２ハウジング１８の嵌合い部１８Ｊとは反対側の端部に形成される開口部を覆うように設けられる。カバー部材１９は、図３に示すように、固定ボルト２０によって第２ハウジング１８に固定される。

アシスト側ピニオン軸３３は、車両に搭載された状態で、鉛直方向に対して交差配置される。本実施形態では、アシスト側ピニオン軸３３が車両の前後方向に沿うように、概ね水平方向に横置きされる（図１参照）。
アシスト側ピニオン軸３３は、図３に示すように、ピニオン３３Ｐを有している。そして、アシスト側ピニオン軸３３のピニオン３３Ｐがラック軸２４のアシスト側ラック２４Ｂに接続する。なお、本実施形態のアシスト部Ｂでは、アシスト側ピニオン軸３３のピニオン３３Ｐとラック軸２４のアシスト側ラック２４Ｂの双方又は少なくとも一方を、それらの歯すじがそれらの中心軸に斜交する斜歯歯車としている。なお、本実施形態のアシスト側ピニオン軸３３は金属製である。
また、アシスト側ピニオン軸３３には、ウォームホイール３４が設けられる。そして、アシスト側ピニオン軸３３は、ウォームホイール３４を介して駆動部３０から回転駆動力を受けて回転する。

アシスト側ピニオン軸３３は、一端側が第１ハウジング１７に設けられる第１軸受３３Ｊに支持され、他端側が第２ハウジング１８に設けられる第２軸受３３Ｋに支持される。
第２軸受３３Ｋの内輪は、アシスト側ピニオン軸３３のハブ３３Ｈとロックナット３６とに挟まれるようにして、アシスト側ピニオン軸３３の外周に取り付けられる。また、第２軸受３３Ｋの外輪は、第２ハウジング１８に形成される保持部１８ＨとサークリップＣとの間に挟まれるようにして第２ハウジング１８に固定される。これによって、アシスト側ピニオン軸３３は、第２ハウジング１８側に向けた方向の移動が制限される。
一方、第１軸受３３Ｊの外輪は第１ハウジング１７に圧入され、アシスト側ピニオン軸３３の一端部は第１軸受３３Ｊの内輪に隙間嵌めされている。
以上のようにして、アシスト側ピニオン軸３３は、アシスト側ギヤハウジング１０Ｂにおいて、回転可能に支持されるとともに、軸方向には移動しないように取り付けられる。

ウォームホイール３４は、アシスト側ピニオン軸３３のピニオン３３Ｐが形成される側とは逆側の端部に設けられる。ウォームホイール３４の回転軸は、アシスト側ピニオン軸３３と同軸になるように形成される。そして、図３および図４に示すように、ウォームホイール３４における最外径部に設けられたギア部３４Ｇは、駆動部３０のウォームギヤ３２（後述）と噛み合う。なお、本実施形態のウォームホイール３４は、この金属製のアシスト側ピニオン軸３３のハブ３３Ｈに一体成形された樹脂成形体で構成される。

ラックガイド３８は、第１ハウジング１７のシリンダ部１７Ａに設けられる。ラックガイド３８は、ラック軸２４を挟んでアシスト側ピニオン軸３３と相対する部分に設けられている。そして、ラックガイド３８は、シリンダ部１７Ａに埋込ネジ形式により固定されるキャップ３８Ａを有し、ラック軸２４をアシスト側ラック２４Ｂの反対側から押圧するばね３８Ｂを備えている。キャップ３８Ａが第１ハウジング１７のシリンダ部１７Ａに締め付けられることで、ばね３８Ｂがラック軸２４を押圧し、アシスト側ラック２４Ｂはピニオン３３Ｐと良好な噛み合いを維持している。
そして、ラックガイド３８は、ラック軸２４のアシスト側ラック２４Ｂをアシスト側ピニオン軸３３のピニオン３３Ｐに押付けるとともに、ラック軸２４を摺動自在に支持する。

駆動部３０は、図４に示すように、電動モータ３０Ｍと、電動モータ３０Ｍを囲うモータケース３１と、電動モータ３０Ｍの駆動軸に連結するウォームギヤ３２とを有している。モータケース３１は、第２ハウジング１８に接続されている。電動モータ３０Ｍは、トルク検出装置４０（図２参照）の検出結果に応じて不図示のＥＣＵによって駆動制御される。そして、ウォームギヤ３２は、ウォームホイール３４に接続し、電動モータ３０Ｍの出力トルクをウォームホイール３４に伝達する。

次に、以上のように構成された電動パワーステアリング装置１の構成部品であるラック軸２４について詳細に説明する。
図５（ａ）は、図１におけるVa-Va部の断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるVb部の拡大図である。
ラック軸２４は、棒状の軸部２１０の表面に複数の歯２２１が形成されたラック２２０が設けられた部材である。ラック２２０は、複数の歯２２１の内の一部の歯２２１を有して構成されるハンドル側ラック２４Ａ（図２参照）と、他の一部の歯２２１を有して構成されるアシスト側ラック２４Ｂ（図３参照）とを備えている。そして、ハンドル側ラック２４Ａの歯２２１がハンドル側ピニオン軸２３のピニオン２３Ｐ（図２参照）と噛み合い、アシスト側ラック２４Ｂの歯２２１がアシスト側ピニオン軸３３のピニオン３３Ｐ（図３参照）と噛み合っている。

そして、ラック軸２４のラック２２０の周囲は、ギヤハウジング１０にて覆われている。より具体的には、ラック軸２４のラック２２０の周囲は、図１に示すようにボルトにて固定された、ハンドル側ギヤハウジング１０Ａの第１ハウジング１１とアシスト側ギヤハウジング１０Ｂの第１ハウジング１７にて覆われている。ゆえに、ギヤハウジング１０、ハンドル側ギヤハウジング１０Ａ、アシスト側ギヤハウジング１０Ｂ、ハンドル側ギヤハウジング１０Ａの第１ハウジング１１およびアシスト側ギヤハウジング１０Ｂの第１ハウジング１７がラック軸２４のラック２２０の周囲を覆う覆い部材として機能する。

ラック軸２４は、ハンドル側ギヤハウジング１０Ａの第１ハウジング１１およびアシスト側ギヤハウジング１０Ｂの第１ハウジング１７内に、ラック軸２４の軸方向に複数配置された支持部材２６にて支持されている（図１参照）。支持部材２６は、ラック軸２４の外周面を覆う円筒状の部材であり、材質は、ゴムや硬質樹脂であることを例示することができる。ラック軸２４は、この支持部材２６にて軸部２１０の外周面が支持されることにより、ハンドル側ピニオン軸２３あるいはアシスト側ピニオン軸３３から動力が伝達される際の衝撃が緩和される。また、ラック軸２４とギヤハウジング１０との金属接触が抑制される。

ラック軸２４のラック２２０の歯２２１は、歯すじの方向がラック軸２４の中心軸に対して斜交している。そして、ラック軸２４の歯２２１の歯すじの方向における両端部は、図５に示すように、軸部２１０の部位から歯２２１の先端にかけて曲線状に形成されている。つまり、ラック軸２４の歯２２１の歯すじの方向における両端部には、曲線状の曲線部２２２が設けられている。そして、図５（ｂ）に示すように、曲線部２２２の歯元側の起点２２２ａは軸部２１０の外周面となるように曲線部２２２が形成されている。この曲線部２２２の曲率は、支持部材２６の内周面の曲率よりも大きくなるように形成されている。

これにより、ラック軸２４の軸部２１０およびラック２２０の歯２２１の歯すじの方向における両端部には角部が存在しない。それゆえ、ラック軸２４のこれらの部位が支持部材２６の内周面に接触したとしてもラック軸２４はこの内周面を傷つけ難い。たとえ、ラック軸２４が金属製であり、支持部材２６がゴムや硬質樹脂製であったとしても、ラック軸２４は支持部材２６の内周面を傷つけ難いので支持部材２６の摩耗を抑制することができる。

ここで、ラック軸２４は、この電動パワーステアリング装置１が搭載された車両が走行することで、軸方向に交差する方向から荷重を受ける。例えば、ラック軸２４が車両上下方向に荷重を受けると、ラック軸２４は、ラック軸２４のハンドル側ラック２４Ａの複数の歯２２１の先端を通る面と略平行な方向に荷重を受ける。また、ラック軸２４が車両前後方向に荷重を受けると、ラック軸２４は、ラック軸２４のアシスト側ラック２４Ｂの複数の歯２２１の先端を通る面と略平行な方向に荷重を受ける。

図６は、ラック軸２４が、ラック２２０の複数の歯２２１の先端を通る面と略平行な方向に荷重を受ける様子を示す図である。
図６に示すように、ラック軸２４が、ラック２２０の複数の歯２２１の先端を通る面と略平行な方向に荷重を受けると、ラック２２０の歯２２１の歯すじの方向における端部が支持部材２６の内周面に接触し易くなる。しかしながら、この部位には、軸部２１０の部位から歯２２１の先端にかけて曲線状に形成された曲線部２２２が設けられており、角部が存在しないので支持部材２６の内周面を傷つけ難い。

また、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１においては、ハンドル側ピニオン軸２３の軸方向とアシスト側ピニオン軸３３の軸方向とが異なるため、ハンドル側ラック２４Ａの歯２２１の歯すじの方向とアシスト側ラック２４Ｂの歯２２１の歯すじの方向とが異なる。それゆえ、ラック軸２４がハンドル側ピニオン軸２３からの動力が伝達される方向に力を受けると、アシスト側ラック２４Ｂの歯２２１の歯すじの方向における端部が支持部材２６の内周面に接触し易くなる場合がある。また、ラック軸２４がアシスト側ピニオン軸３３からの動力が伝達される方向に力を受けると、ハンドル側ラック２４Ａの歯２２１の歯すじの方向における端部が支持部材２６の内周面に接触し易くなる場合がある。しかしながら、本実施形態に係るラック軸２４は、ハンドル側ラック２４Ａおよびアシスト側ラック２４Ｂの歯２２１の歯すじの方向における両端部に、軸部２１０の部位から歯２２１の先端にかけて曲線状に形成された曲線部２２２が設けられており、角部が存在しなので、ラック軸２４が支持部材２６の内周面を傷つけ難い。

このように本実施形態に係るラック軸２４によれば、ラック軸２４を支持する支持部材２６の摩耗を抑制することができる。
なお、上述した実施形態においては、支持部材２６として円筒状の部材を例示したが、支持部材２６が、断面がＣ字状の部材であったとしても、ラック軸２４のラック２２０の歯２２１の歯すじの方向における両端部には角部が存在しないので、ラック軸２４はこの支持部材２６の内周面を傷つけ難い。それゆえ、支持部材２６の摩耗を抑制することができる。

また、上述した実施形態においては、ラック２２０の歯２２１の歯すじの方向における両端部に曲線部２２２が設けられたラック軸２４を、ダブルピニオン型の電動パワーステアリング装置に適用した構成ついて説明したが、特に限定されない。ラックアシスト型など他の形式の電動パワーステアリング装置に適用してもよい。また、油圧によりアシスト力を発揮するパワーステアリング装置、あるいはパワーアシスト力を発揮しないステアリング装置に適用してもよい。

１…電動パワーステアリング装置、１０…ギヤハウジング、１０Ａ…ハンドル側ギヤハウジング、１０Ｂ…アシスト側ギヤハウジング、１１…第１ハウジング、１７…第１ハウジング、２３…ハンドル側ピニオン軸、２４…ラック軸、２４Ａ…ハンドル側ラック、２４Ｂ…アシスト側ラック、２６…支持部材、３３…アシスト側ピニオン軸、２１０…軸部、２２０…ラック、２２１…歯、２２２…曲線部、Ａ…伝達機構部、Ｂ…アシスト部

Claims

先端部にピニオンが形成されたピニオン軸と、
棒状の軸部の表面に前記ピニオン軸の前記ピニオンと噛み合う複数の歯であるラックが設けられたラック軸と、
前記ラック軸の前記ラックの周囲を覆う覆い部材と、
前記覆い部材内において前記ラック軸の軸方向に複数配置されて当該ラック軸を支持する支持部材と、
を備え、
前記ラック軸の前記歯の歯すじが直線状であり、前記歯における前記歯すじ方向の両端部は、前記ラック軸の軸方向から見た場合に前記歯の歯すじの直線状の部位から前記ラック軸の輪郭にかけて角部が存在しないように曲線状に形成されている
ことを特徴とするステアリング装置。