JP7118673B2

JP7118673B2 - ステアリング装置

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Publication number: JP7118673B2
Application number: JP2018043693A
Authority: JP
Inventors: 卓也石原
Original assignee: Knorr Bremse Steering Systems Japan Ltd
Current assignee: Knorr Bremse Steering Systems Japan Ltd
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2038-03-12
Also published as: JP2019156082A

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

ステアリング装置として、例えば以下の特許文献１に記載されたステアリング装置が知られている。

特許文献１のステアリング装置は、大型車両等に用いられるインテグラル型のステアリング装置として構成されている。このステアリング装置では、周知のロータリバルブによって、パワーシリンダに作用する油圧を制御することで、操舵アシスト力の生成がなされる。

国際公開第２０１５／１４１２５５号

特許文献１のようなステアリング装置においては、油圧の使用を止めて、ステアリング装置を電動化したいという要望がある。しかし、ステアリング装置の電動化に伴い、減速機を具備した電動モータをステアリングホイール側に配置しようとすると、レイアウト上、困難であり、電動モータ等が運転席のフロアに干渉する虞がある。

本発明は、従来の実情に鑑みて案出されたもので、ステアリング装置と運転席のフロアとの干渉を抑制しつつ、電動化可能なステアリング装置を提供することを目的としている。

本発明では、第１ウォームホイール、第１ウォームシャフトおよび第１電動モータが、軸部材側ボールねじ溝よりも軸部材の第２端部側に設けられている。

本発明によれば、ステアリング装置と運転席のフロアとの干渉を抑制しつつ、ステアリング装置を電動化することができる。

第１の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。第２の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。第３の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。第４の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。第５の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。第６の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。

以下、本発明のステアリング装置の実施形態を図面に基づき説明する。なお、下記の実施形態では、このステアリング装置を、大型車両等に用いられるインテグラル型のステアリング装置として適用した例を示している。

［第１の実施形態］
（ステアリング装置の構成）
図１は、第１の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。図１では、説明の便宜上、軸部材１の回転軸線Ｚの方向のうちステアリングホイールに連係する側（図中の上側）を「第１端部１ａ」とし、第１ウォームホイール３９が取り付けられる側（図中の下側）を「第２端部１ｂ」として説明する。

このステアリング装置は、図示せぬステアリングホイールに連係された軸部材１と、ボールねじ機構２を介して軸部材１に接続され、転舵輪の転舵に供するセクタギア３と、軸部材１に操舵アシスト力を付与する第１電動モータ４と、該第１電動モータ４の回転を減速する第１減速機５と、から主に構成されている。

軸部材１の第１端部１ａは、図示せぬステアリングホイールに設けられた図示せぬ操舵軸と接続可能となっている。軸部材１は、図示せぬステアリングホイールからの回転力が伝達される入力軸６と、トーションバー７を介して入力軸６に接続された出力軸８と、を備えている。軸部材１は、円筒状の第１ハウジング９と、この第１ハウジング９が取り付けられる円筒状の第２ハウジング１０と、この第２ハウジング１０の第２端部１ｂ側の端部に設けられた環状の軸受保持部材１１と、を貫通するように配置されている。軸部材１は、第１ハウジング９、第２ハウジング１０および軸受保持部材１１のそれぞれの内周面に設けられた軸受、例えばボールベアリング１２，１３，１４によって回転可能に支持されている。つまり、入力軸６が、ボールベアリング１２によって回転可能に支持されており、さらに、出力軸８がボールベアリング１３，１４によって回転可能に支持されている。

ボールベアリング１２は、第１ハウジング９に形成された段差部５６に突き当てられた状態で、第１ハウジング９の内周部に嵌め込まれている。

ボールベアリング１３は、出力軸８に形成された段差部５７に突き当てられた状態で、第２ハウジング１０の内周部に嵌め込まれている。

ボールベアリング１４は、軸受保持部材１１に形成された段差部５８に突き当てられた状態で、軸受保持部材１１の内周部に嵌め込まれている。そして、軸受保持部材１１の内周側にある雌ねじ部１ｄにロックナット５９の外周側にある雄ねじ部５９ａを噛み合わせることで、ボールベアリング１４は、ロックナット５９によって段差部５８に押し付けられている。これにより、軸部材１の第２端部１ｂ側へのボールベアリング１４の移動が規制される。

なお、入力軸６および出力軸８は、特許請求の範囲に記載の「第１軸部材」および「第２軸部材」にそれぞれ該当する。また、第２ハウジング１０は、特許請求の範囲に記載の「ハウジング」に該当する。

軸部材１の第１端部１ａ側において、第１ハウジング９は、固定部材、例えばボルト１５を介して第２ハウジング１０に取付固定されている。第１ハウジング９と第２ハウジング１０との接続部間は、環状に連続したシール部材１６によってシールされている。

また、第２ハウジング１０の第２端部１ｂ側の端部１０ａにおいて、軸受保持部材１１が、第２ハウジング１０に図示せぬボルトを介して取付固定されている。軸受保持部材１１が第２ハウジング１０にボルトを介して取付固定された状態では、軸受保持部材１１のフランジ部１１ａが第２ハウジング１０の端部１０ａに当接している。フランジ部１１ａには、後述する固定部材、例えばボルト１９がねじ込まれる雌ねじ部６０が形成されている。また、第２ハウジング１０と軸受保持部材１１との接続部間は、環状に連続したシール部材１７によってシールされている。

軸受保持部材１１よりも第２端部１ｂ側には、第１減速機５を収容する第１減速機収容部１８ａを有した有底筒状の閉塞部材１８が設けられている。閉塞部材１８の開口縁部には、軸部材１の径方向外側に突出したフランジ部１８ｂが形成されている。このフランジ部１８ｂには、ボルト１９が挿入されるボルト挿入孔１８ｃが設けられている。閉塞部材１８は、ボルト挿入孔１８ｃを介してフランジ部１１ａの雌ねじ部６０にボルト１９をねじ込むことで、フランジ部１１ａに取付固定されている。

第１ハウジング９内には、図示せぬステアリングホイールの舵角を検出する舵角センサ２０が収容されている。舵角センサ２０は、ケーシング部材２１と、このケーシング部材２１内に収容される第１、第２歯車部材２２，２３および図示せぬ第３歯車部材と、ケーシング部材２１を覆う板状のカバー部材２４と、ケーシング部材２１と後述するトルクセンサ２５との間に設けられた基板２６と、から主に構成されている。

ケーシング部材２１は、概ね扇状の外形をなすように有底筒状に形成されている。ケーシング部材２１の底部には、軸部材１の径方向に沿った断面が円形をなす入力軸挿入孔２７が形成されている。この入力軸挿入孔２７に、入力軸６および第１歯車部材２２が挿入されている。

第１歯車部材２２の外周部には、複数の第１歯部が形成されている。また、第１歯車部材２２の内周部は、入力軸６の外周部の環状溝に設けられた弾性材料、例えばゴムからなる環状の伝達部材２８を介して入力軸６に取り付けられている。

第２歯車部材２３の外周部には、複数の第２歯部が形成されており、これらの第２歯部は、第１歯車部材２２の第１歯部と噛み合う。第２歯車部材２３は、入力軸６と一体となって回転する第１歯車部材２２の回転に伴って回転する。

第３歯車部材の外周部には、複数の第３歯部が形成されており、これらの第３歯部は、第２歯車部材２３の第２歯部と噛み合う。第３歯車部材は、第２歯車部材２３の回転に伴って回転する。

第１、第２歯車部材２２，２３および第３歯車部材は、それぞれ異なる歯数を有しており、特に第２歯車部材２３の第２歯部および第３歯車部材の第３歯部に関しては、それぞれ互いに割り切れない歯数となるように予め設定されている。これにより、第１歯車部材２２の所定の回転角（ステアリングホイールの所定舵角）に対する第２歯車部材２３の回転角と第３歯車部材の回転角との組み合わせが常に一組しか存在しないようになっている。換言すれば、第２歯車部材２３および第３歯車部材の回転角を検出することで、入力軸６の回転角（舵角）が、図示せぬ電子制御ユニット内のマイクロプロセッサ等により算出されるようになっている。

そして、第２歯車部材２３および第３歯車部材の回転角を検出するため、第２歯車部材２３および第３歯車部材には、図示せぬ第２歯車部材用磁性部材および図示せぬ第３歯車部材用磁性部材がそれぞれ設けられている。第２歯車部材用磁性部材および第３歯車部材用磁性部材は、第２歯車部材２３の回転軸線および第３歯車部材の回転軸線の周りにＮ極とＳ極が交互に並ぶようにそれぞれ構成されている。

さらに、基板２６の第２歯車部材２３および第３歯車部材と対向する部位には、第２歯車部材用磁性部材および第３歯車部材用磁性部材が発する磁界の変化を検出する磁気抵抗素子である図示せぬ第２歯車部材用回転検出センサおよび第３歯車部材用回転検出センサがそれぞれ設けられている。第２歯車部材用回転検出センサおよび第３歯車部材用回転検出センサは、第２歯車部材用磁性部材および第３歯車部材用磁性部材の磁界の変化をそれぞれ検出し、この磁界の変化に基づいて第２歯車部材２３および第３歯車部材の回転角を検出する。

舵角センサ２０と軸部材１の回転軸線Ｚの方向に隣接した第２ハウジング１０内の空間には、入力軸６と出力軸８との間の相対回転角に基づいて、ステアリングホイールに入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ２５が収容されている。トルクセンサ２５は、後述する軸部材側ボールねじ溝２９よりも第１端部１ａ側において出力軸８に設けられている。

トルクセンサ２５は、永久磁石３０と、ホルダ部材３１と、１対の第１、第２ヨーク３２，３３と、１対の第１、第２集磁リング３４，３５と、図示せぬ磁気センサと、から主に構成されている。永久磁石３０、ホルダ部材３１、ヨーク３２，３３および集磁リング３４，３５は、いずれも軸部材１の回転軸線Ｚとほぼ同心円上となるように配置されている。

永久磁石３０は、磁性材料によりほぼ円筒状に形成され、出力軸８における第１端部１ａ側の端部外周に取付固定された磁性部材である。永久磁石３０は、該永久磁石３０の周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に配置（着磁）されることで構成されている。

ホルダ部材３１は、ほぼ円筒状に形成されて入力軸６における第２端部１ｂ側の端部外周に取付固定されている。

１対のヨーク３２，３３は、いずれも軟磁性体によりほぼ円筒状に形成されると共に、ホルダ部材３１を介して入力軸６に接続され、第２端部１ｂ側が永久磁石３０と径方向で対向するように設けられている。ヨーク３２，３３は、図示せぬ円環状の溶着プレートによってホルダ部材３１に溶着固定されている。

１対の集磁リング３４，３５は、両ヨーク３２，３３の第１端部１ａ側へと漏洩した永久磁石３０による磁束を所定の範囲に集約するほぼ円環状のリングである。集磁リング３４は、トルクセンサ２５の外周側に配置されており、一方、集磁リング３５は、トルクセンサ２５の内周側に集磁リング３４と対向するように配置されている。集磁リング３４の周方向の所定位置には、図示せぬ平坦面を有した集磁部３４ａが設けられており、一方、集磁リング３５の周方向における集磁部３４ａと対向する位置には、集磁部３４ａの平坦面と平行な図示せぬ平坦面を有した集磁部３５ａが設けられている。

磁気センサは、集磁部３４ａの平坦面と集磁部３５ａの平坦面との間の径方向隙間に収容配置された図示せぬホール素子と、このホール素子を基板２６に接続するための図示せぬ接続端子と、から構成されている。磁気センサは、上記ホール素子によるホール効果を利用することでホール素子により集磁部３４ａ，３５ａの対向する平坦面の間を通過する磁束を検出し、この磁束に応じた信号を基板２６に出力する。これにより、基板２６における入力軸６と出力軸８との間の相対回転角の演算や、該相対回転角に基づく操舵トルクの演算が行われる。

また、第２ハウジング１０は、出力軸８の外周側に設けられた円筒状のナット３６を含むボールねじ機構２を収容するナット収容部１０ｂと、このナット収容部１０ｂと連通し、セクタギア３を収容するセクタギア収容部１０ｃと、を備えている。

ボールねじ機構２は、出力軸８の外周側に設けられた螺旋溝である軸部材側ボールねじ溝２９と、ナット３６の内周側に設けられた螺旋溝であるナット側ボールねじ溝３７と、ボールねじ溝２９，３７の間に配置された複数のボール３８と、によって構成されている。ボール３８は、出力軸８に対しナット３６を相対回転可能に支持する。ナット３６の外周面は、ナット収容部１０ｂの内周面と摺動可能に接している。これにより、ナット３６は、ナット収容部１０ｂ内において軸部材１の回転軸線Ｚに沿って摺動可能となっている。

また、ナット３６のセクタギア収容部１０ｃ側の外周部には、複数のラック歯３６ａが形成されている。これらのラック歯３６ａは、セクタギア３の歯部３ａと噛み合うようになっている。

セクタギア３は、セクタギア収容部１０ｃ内に揺動可能に設けられている。セクタギア３は、その軸方向一端側が歯部３ａを介してナット３６に接続されるとともに、他端側が図示せぬピットマンアームを介して図示せぬ転舵輪に連係されている。

軸部材側ボールねじ溝２９よりも第２端部１ｂ側、より詳細には、軸受保持部材１１よりも第２端部１ｂ側において、出力軸８の外周部に、第１ウォームホイール３９が固定されている。第１ウォームホイール３９は、合成樹脂製のギア形成部３９ａに円筒状をなす金属製の芯金部３９ｂをインサート成形することにより形成されている。この芯金部３９ｂに出力軸８が圧入されることで、芯金部３９ｂは、出力軸８の段差部４０に突き当てられる。そして、出力軸８の周囲で止め輪４１をかしめることにより、芯金部３９ｂは、出力軸８から脱落しないようになっている。第１ウォームホイール３９は、この第１ウォームホイール３９と噛み合う第１ウォームシャフト４２に接続されている。

第１ウォームシャフト４２は、軸部材１の回転軸線Ｚにおける周方向において、ラック歯３６ａとオーバーラップしている。つまり、第１ウォームシャフト４２およびラック歯３６ａは、軸部材１の回転軸線Ｚにおける周方向において、同じ周方向位置にある。第１ウォームシャフト４２は、第１電動モータ４の図示せぬ第１モータ出力軸に接続されている。第１ウォームシャフト４２は、第１ウォームホイール３９と共に、第１電動モータ４の回転を減速する第１減速機５を構成する。

第１電動モータ４は、トルクセンサ２５からの操舵トルクの信号等に基づいて駆動制御される。第１電動モータ４は、軸部材１の第２端部１ｂ側において、セクタギア３と対向するように配置され、第２ハウジング１０に固定されている。

かかるステアリング装置において、運転者がステアリングホイールを回転操作すると、入力軸６が回転してトーションバーが捩られ、これにより生じるトーションバーの弾性力によって、出力軸８が回転する。この出力軸８の回転に伴いナット３６が軸部材１の回転軸線Ｚの方向に移動することで、セクタギア３が回動する。これにより、ピットマンアームが車体幅方向に引っ張られることで、転舵輪の向きが変更される。

また、セクタギア３の回動時には、セクタギア３の歯部３ａの傾斜面４３がナット３６のラック歯３６ａの傾斜面４４を押すことで、図１に示すように傾斜面４３，４４と概ね直交し、かつナット３６側に向かう力Ｆ１が発生する。この力Ｆ１は、軸部材１の回転軸線Ｚの方向の力Ｆ２と、該力Ｆ２と直交し、かつ出力軸８側に向かう力Ｆ３と、に分解される。力Ｆ３により、ナット３６がセクタギア３とは反対側に出力軸８を押すことで、出力軸８は、セクタギア３から離間する方向に撓む。なお、図１には、撓んだ後の出力軸８の回転軸線Ｚｔを二点鎖線で示してある。そして、出力軸８の外周部に圧入された第１ウォームホイール３９は、出力軸８の撓みに伴って第１ウォームシャフト４２側に押し付けられる。これにより、第１ウォームホイール３９と第１ウォームシャフト４２との噛み合いが強くなる。

［第１の実施形態の効果］
従来技術のようなインテグラル型のステアリング装置において、ステアリングホイールを含む運転席のフロアとステアリング装置との間の空間（軸部材の第１端部側にある空間）が比較的狭くなっている。このようなステアリング装置において、油圧の使用を止めて、ステアリング装置を電動化する際に、ウォームホイール、ウォームシャフトや電動モータを軸部材の第１端部側に配置すると、ステアリング装置がステアリングホイール側に拡張される。これにより、運転席のフロアとステアリング装置とが干渉する虞があった。

これに対し、第１の実施形態では、ステアリング装置は、ナット収容部１０ｂおよびセクタギア収容部１０ｃを有する第２ハウジング１０と、軸部材１であって、第１端部１ａ、第２端部１ｂ、および軸部材側ボールねじ溝２９を有し、軸部材１の少なくとも一部が第２ハウジング１０の内部に収容された状態で回転可能に設けられており、第１端部１ａは、ステアリングホイールに設けられた操舵軸と接続可能であり、軸部材側ボールねじ溝２９は、軸部材１の回転軸線Ｚにおける軸部材１の外周側に設けられた螺旋溝である、軸部材１と、ナット３６であって、ナット収容部１０ｂに設けられ、筒形状を有し、ナット側ボールねじ溝３７とラック歯３６ａを有し、ナット３６の内部に軸部材１が挿入されており、ナット側ボールねじ溝３７は、ナット３６の内周側に設けられ、螺旋形状を有しており、ラック歯３６ａは、ナット３６の外周側に設けられている、ナット３６と、複数のボール３８であって、軸部材側ボールねじ溝２９とナット側ボールねじ溝３７の間に設けられた複数のボール３８と、セクタギア３であって、セクタギア収容部１０ｃに揺動可能に設けられ、ラック歯３６ａと噛み合うセクタギア３と、第１ウォームホイール３９であって、軸部材側ボールねじ溝２９よりも第２端部１ｂ側において軸部材１に設けられた第１ウォームホイール３９と、第１ウォームホイール３９と噛み合う第１ウォームシャフト４２と、第１電動モータ４であって、第１ウォームシャフト４２と接続される第１モータ出力軸を有する第１電動モータ４と、を有する。

このように第１ウォームホイール３９が軸部材側ボールねじ溝２９よりも第２端部１ｂ側に配置されることで、第１ウォームホイール３９と噛み合う第１ウォームシャフト４２や、この第１ウォームシャフト４２に接続された第１電動モータ４も軸部材側ボールねじ溝２９よりも第２端部１ｂ側に配置される。換言すれば、第１ウォームホイール３９等が、運転席のフロアから遠い、軸部材１の第２端部１ｂ側の比較的広い空間に配置される。これにより、ステアリング装置と運転席のフロアとの干渉を抑制しながら、ステアリング装置の電動化を図ることができる。

また、第１の実施形態では、ステアリング装置は、ボールベアリング１４を有し、第２ハウジング１０には、軸部材１の回転軸線Ｚの方向において、軸部材側ボールねじ溝２９と第１ウォームホイール３９の間に設けられた軸受保持部材１１が取り付けられ、ボールベアリング１４は、軸受保持部材１１に保持され、軸部材１を回転可能に支持しており、第１ウォームシャフト４２は、軸部材１の回転軸線Ｚにおける周方向において、ラック歯３６ａとオーバーラップしている。

つまり、第１ウォームシャフト４２およびラック歯３６ａは、軸部材１の回転軸線Ｚにおける周方向において、同じ周方向位置にある。これにより、セクタギア３の回動時に、軸部材１の出力軸８がセクタギア３から離間する方向に撓んだときに、第１ウォームホイール３９が第１ウォームシャフト４２側に押し付けられる際に、第１ウォームホイール３９が第１ウォームシャフト４２と噛み合い易くなる。従って、第１電動モータ４からの操舵アシスト力が、第１ウォームシャフト４２および第１ウォームホイール３９を介して出力軸８に伝達され易くなる。

さらに、第１の実施形態では、ステアリング装置は、トルクセンサ２５を備え、軸部材１は、第１端部１ａ側の入力軸６と、第２端部１ｂ側の出力軸８と、入力軸６と出力軸８の間に設けられたトーションバー７を備え、トルクセンサ２５は、入力軸６と出力軸８の相対回転量に基づき軸部材１に生じる操舵トルクを検出するものであって、軸部材側ボールねじ溝２９よりも第１端部１ａ側において第２ハウジング１０に設けられている。

このようにトルクセンサ２５を設けることで、従来技術のような油圧式のステアリング装置においてロータリバルブを配置していた空間を有効に利用することができる。従って、車両側のレイアウト変更を抑制しながら、ステアリング装置の車両搭載性を向上させることができる。

［第２の実施形態］
図２は、第２の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。

第２の実施形態では、第１ハウジング９と第２ハウジング１０との間に、トルクセンサ２５および第２減速機５０を収容する概ね円筒状の第３ハウジング６１が設けられている。

第３ハウジング６１の第２端部１ｂ側の開口縁部には、軸部材１の径方向外側に突出したフランジ部６１ａが形成されている。このフランジ部６１ａには、固定部材、例えばボルト６２が挿入されるボルト挿入孔６１ｂが設けられている。フランジ部６１ａは、ボルト挿入孔６１ｂを介して、第２ハウジング１０に設けられた雌ねじ部６３にボルト６２をねじ込むことで、第２ハウジング１０に取付固定されている。

また、第１ハウジング９の第２端部１ｂ側の開口縁部には、軸部材１の径方向外側に突出したフランジ部９ａが形成されている。このフランジ部９ａには、固定部材、例えばボルト６４が挿入されるボルト挿入孔９ｂが設けられている。第１ハウジング９は、ボルト挿入孔９ｂを介して、第３ハウジング６１に設けられた雌ねじ部６５にボルト６４をねじ込むことで、第３ハウジング６１に取付固定されている。第１ハウジング９と第３ハウジング６１との接続部間は、環状に連続したシール部材６６によってシールされている。

第３ハウジング６１は、第１端部１ａ側にトルクセンサ収容部７２を有しており、第２端部１ｂ側に第２減速機収容部６１ｃを有している。トルクセンサ収容部７２には、出力軸８の外周側に設けられるトルクセンサ２５が収容されている。第２減速機収容部６１ｃにおいて、出力軸８の外周部に固定された第２ウォームホイール４５が収容されている。第２ウォームホイール４５は、第１ウォームホイール３９と同一形状を有している。つまり、第２ウォームホイール４５は、ギア形成部３９ａと同一形状を有したギア形成部４５ａと、芯金部３９ｂと同一形状を有した芯金部４５ｂと、を有している。芯金部４５ｂに出力軸８が圧入されることで、芯金部４５ｂは、出力軸８の外周部に設けられた段差部４６に突き当てられる。そして、出力軸８の周囲で止め輪４７をかしめることにより、芯金部４５ｂは、出力軸８から脱落しないようになっている。このように構成された第２ウォームホイール４５は、この第２ウォームホイール４５と噛み合う第２ウォームシャフト４８に接続されている。

第２ウォームシャフト４８は、第１ウォームシャフト４２と同一形状を有している。第２ウォームシャフト４８は、軸部材１の回転軸線Ｚにおける周方向において、ラック歯３６ａとオーバーラップしている。つまり、第２ウォームシャフト４８およびラック歯３６ａは、軸部材１の回転軸線Ｚにおける周方向において、同じ周方向位置にある。また、第２ウォームシャフト４８は、セクタギア３を挟んで第１ウォームシャフト４２とは反対側に設けられている。第２ウォームシャフト４８は、第２電動モータ４９の図示せぬ第２モータ出力軸に接続されている。第２ウォームシャフト４８は、第２ウォームホイール４５と共に、第２電動モータ４９の回転を減速する第２減速機５０を構成する。

第２電動モータ４９は、第１電動モータ４と同一形状を有している。第２電動モータ４９は、トルクセンサ２５からの操舵トルクの信号等に基づいて駆動制御される。第２電動モータ４９は、軸部材１の第１端部１ａ側に設けられている。第２電動モータ４９は、セクタギア３を挟んで第１電動モータ４と対向するように配置され、第２ハウジング１０に固定されている。

第２の実施形態の第１、第２電動モータ４，４９は、第１の実施形態の第１電動モータ４よりも小型に形成されており、ステアリング装置の稼働時に第１、第２電動モータ４，４９が常時作動することで、出力軸８に必要な操舵アシスト力を付与するようになっている。

かかるステアリング装置において、セクタギア３の回動時には、力Ｆ３が発生することにより、ナット３６がセクタギア３とは反対側に出力軸８を押すことで、出力軸８は、セクタギア３から離間する方向に撓む。このとき、第１ウォームホイール３９が第１ウォームシャフト４２側に押し付けられることに加えて、第２ウォームホイール４５も、出力軸８の撓みに伴って第２ウォームシャフト４８側に押し付けられる。これにより、第１ウォームホイール３９と第１ウォームシャフト４２との噛み合いに加えて、第２ウォームホイール４５と第２ウォームシャフト４８との噛み合いも強くなる。

［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態では、ステアリング装置は、第２ウォームホイール４５、第２ウォームシャフト４８、および第２電動モータ４９を有し、第２ウォームホイール４５は、軸部材側ボールねじ溝２９よりも第１端部１ａ側において軸部材１に設けられており、第２ウォームシャフト４８は、第２ウォームホイール４５と噛み合っており、第２電動モータ４９は、第２ウォームシャフト４８と接続される第２モータ出力軸を有している。

第１電動モータ４に加えて第２電動モータ４９を用いることにより、一方の電動モータが故障しても、他方の電動モータを継続して作動し続ければ、ステアリング装置の稼動を継続させることができる。よって、ステアリング装置の冗長性が確保される。

なお、第２の実施形態において軸部材側ボールねじ溝２９よりも第１端部１ａ側では、従来技術のような油圧式のステアリング装置においてロータリバルブや中空モータが収容されていた空間が使用できるため、第２ウォームホイール４５等を収容する空間的な余裕がある。

また、第２の実施形態では、第１電動モータ４と第２電動モータ４９は同一形状を有する。

このように電動モータ４，４９を共通化することにより、ステアリング装置の製造コストを削減することができる。

さらに、第２の実施形態では、第１ウォームホイール３９と第２ウォームホイール４５は同一形状を有し、第１ウォームシャフト４２と第２ウォームシャフト４８は同一形状を有する。

このようにウォームホイール３９，４５およびウォームシャフト４２，４８を共通化することにより、ステアリング装置の製造コストを削減することができる。

［第３の実施形態］
図３は、第３の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。なお、図３では、第１、第２の実施形態の舵角センサ２０やトルクセンサ２５の図示を省略してある。

第３の実施形態では、第１ウォームホイール３９よりも第２端部１ｂ側において、出力軸８の外周部に、第２ウォームホイール４５が固定されている。第２ウォームホイール４５は、ギア形成部３９ａと同一形状を有したギア形成部４５ａと、芯金部４５ｂと、を備えている。芯金部４５ｂに出力軸８が圧入されることで、芯金部４５ｂは、第１ウォームホイール３９の芯金部３９ｂに突き当てられる。そして、出力軸８の周囲で止め輪５１をかしめることにより、芯金部４５ｂは、出力軸８から脱落しないようになっている。このように構成された第２ウォームホイール４５は、この第２ウォームホイール４５と噛み合う第２ウォームシャフト４８に接続されている。

第２ウォームシャフト４８は、出力軸８を挟んで第１ウォームシャフト４２とは反対側に設けられている。つまり、第２ウォームシャフト４８は、第１ウォームシャフト４２とは異なり、軸部材１の回転軸線Ｚにおける周方向において、ラック歯３６ａとオーバーラップしていない。また、第２ウォームシャフト４８は、第２電動モータ４９の図示せぬ第２モータ出力軸に接続されている。第２ウォームシャフト４８は、第２ウォームホイール４５と共に、第２電動モータ４９の回転を減速する第２減速機５０を構成する。

第２電動モータ４９は、出力軸８を挟んで第１電動モータ４とは反対側に配置され、第２ハウジング１０に固定されている。

［第３の実施形態の効果］
第３の実施形態では、第２ウォームホイール４５、第２ウォームシャフト４８および第２電動モータ４９を有し、第２ウォームホイール４５は、軸部材側ボールねじ溝２９よりも第２端部１ｂ側において軸部材１に設けられており、第２ウォームシャフト４８は、第２ウォームホイール４５と噛み合っており、第２電動モータ４９は、第２ウォームシャフト４８と接続される第２モータ出力軸を有している。

さらに、第２ウォームホイール４５、第２ウォームシャフト４８および第２電動モータ４９が第２端部１ｂ側に配置されるので、運転席のフロアとステアリング装置との干渉を抑制することができる。換言すれば、運転席のフロアとの干渉を抑制しつつ、第１電動モータ４および第２電動モータ４９を配置することができる。

また、第３の実施形態では、第１電動モータ４と第２電動モータ４９は同一形状を有する。

さらに、第３の実施形態では、第１ウォームホイール３９と第２ウォームホイール４５は同一形状を有し、第１ウォームシャフト４２と第２ウォームシャフト４８は同一形状を有する。

［第４の実施形態］
図４は、第４の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。なお、図４では、第１、第２の実施形態の舵角センサ２０やトルクセンサ２５の図示を省略してある。

第４の実施形態では、軸部材１の回転軸線Ｚの方向に見たときの形状が概ねＣ字状をなす開放型のリニアブッシュ５２が、第２ハウジング１０のナット収容部１０ｂの内周面に取付固定されている。つまり、リニアブッシュ５２は、第２ハウジング１０の内周面に形成された段差部６７に突き当てられた状態で、第２ハウジング１０の内周側にある環状溝６８に嵌め込まれた止め輪６９によって第２ハウジング１０に固定されている。リニアブッシュ５２は、ナット３６のラック歯３６ａとセクタギア３の歯部３ａとの噛合部を除いて第２ハウジング１０のナット収容部１０ｂの内周面に固定された円弧状の本体部５２ａと、この本体部５２ａに形成された通路５２ｂに配置され、軸部材１の回転軸線Ｚの方向に循環可能な複数のボール５２ｃと、を有している。通路５２ｂは、ナット収容部１０ｂ内に開口している。リニアブッシュ５２が第２ハウジング１０に取付固定された状態では、通路５２ｂ内の複数のボール５２ｃのうちの数個のボール５２ｃが、ナット３６の外周面に接触している。ナット３６は、複数のボール５２ｃ上をスライドすることにより、軸部材１の回転軸線Ｚに沿って円滑に移動する。

［第４の実施形態の効果］
第４の実施形態では、ステアリング装置は、リニアブッシュ５２を備え、リニアブッシュ５２は、ナット収容部１０ｂの内周面に固定された円弧状の本体部５２ａと、この本体部５２ａの内周側に形成された通路５２ｂに配置され、軸部材１の回転軸線Ｚの方向に循環可能な複数のボール５２ｃを有し、複数のボール５２ｃの少なくとも１つは、ナット３６の外周面に接触している。

これにより、セクタギア３の回動時に、軸部材１が、二点鎖線で示す回転軸線Ｚｔのようにリニアブッシュ５２側に撓んだときに、ナット３６が、ボール５２ｃ上をスライドすることで軸部材１の回転軸線Ｚの方向に逃がされる。従って、軸部材１の過剰な撓みが抑制され、第１ウォームシャフト４２への第１ウォームホイール３９の過剰な噛み合いが緩和される。よって、第１ウォームホイール３９および第１ウォームシャフト４２の損傷を抑制することができる。

［第５の実施形態］
図５は、第５の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。なお、図５では、第１、第２の実施形態の舵角センサ２０やトルクセンサ２５の図示を省略してある。

第５の実施形態では、第２ハウジング１０のナット収容部１０ｂの周壁におけるナット３６に対応した部位に、軸部材１の径方向外側に円筒状に突出した押圧機構収容部１０ｄが形成されている。この押圧機構収容部１０ｄは、該押圧機構収容部１０ｄの径方向に沿った断面が概ね円形をなしており、ナット収容部１０ｂと連通している。この押圧機構収容部１０ｄには、ナット３６をセクタギア３側へ押圧する押圧機構５３の一部が収容されている。押圧機構５３は、軸部材１側へナット３６を押圧する押圧部５３ａと、この押圧部５３ａを保持するリテーナ５３ｂと、ナット収容部１０ｂに取り付けられた調整部材５３ｄと、調整部材５３ｄとリテーナ５３ｂとの間に圧縮状態で配置された付勢部材、例えばばね５３ｃと、を備えている。

リテーナ５３ｂは、押圧機構収容部１０ｄ内で軸部材１の径方向に移動可能となるように設けられている。

調整部材５３ｄは、有底円筒状をなしており、外周部に雄ねじ部７０が形成されている。この雄ねじ部７０は、押圧機構収容部１０ｄの内周部に形成された雌ねじ部７１にねじ留めされる。このように雄ねじ部７０と雌ねじ部７１とのねじ構造を介して調整部材５３ｄが押圧機構収容部１０ｄに取り付けられることで、リテーナ５３ｂに作用するばね５３ｃの付勢力が調整されるようになっている。

かかる押圧機構５３において、ばね５３ｃがリテーナ５３ｂをセクタギア３側へ付勢することで、リテーナ５３ｂがセクタギア３側に摺動し、これにより、リテーナ５３ｂに保持された押圧部５３ａが、ナット３６をセクタギア３側へ押圧するようになっている。

［第５の実施形態の効果］
第５の実施形態では、ステアリング装置は、押圧機構５３を備え、第２ハウジング１０には、ナット収容部１０ｂと連通し、押圧機構５３の一部が収容される押圧機構収容部１０ｄが形成され、押圧機構５３は、軸部材１側へナット３６を押圧する押圧部５３ａと、押圧部５３ａを保持し、押圧機構収容部１０ｄ内に移動可能に設けられたリテーナ５３ｂと、押圧機構収容部１０ｄに取り付けられた調整部材５３ｄと、調整部材５３ｄとリテーナ５３ｂとの間に圧縮状態で配置された５３ｃと、を有している。

これにより、セクタギア３の回動時に、軸部材１が二点鎖線で示す回転軸線Ｚｔのように押圧機構５３側に撓んだときに、押圧機構５３が、撓みを緩和する方向に、つまりセクタギア３側に軸部材１を押し返す。従って、軸部材１の過剰な撓みが抑制され、第１ウォームシャフト４２への第１ウォームホイール３９の過剰な噛み合いが緩和される。よって、第１ウォームホイール３９および第１ウォームシャフト４２の損傷を抑制することができる。

［第６の実施形態］
図６は、第６の実施形態のステアリング装置の縦断面図である。なお、図６では、第１、第２の実施形態の舵角センサ２０やトルクセンサ２５の図示を省略してある。

第６の実施形態では、第２端部１ｂ側において、軸部材１の外周部に溝１ｃが形成されており、この溝１ｃに、キー５４が嵌め込まれている。

また、芯金部３９ｂには、芯金部３９ｂの第２端部１ｂ側の端部に径方向に沿って形成された雌ねじ部７３に、固定部材、例えばボルト５５がねじ込まれており、このねじ込みによって、キー５４が溝１ｃの底部に押し付けられている。このようにキー５４を設けることで、軸部材１に対する芯金部３９ｂの回転が抑制されるようになっている。これにより、キー５４を介して、出力軸８に第１ウォームホイール３９の芯金部３９ｂを接続することができる。

［他の実施形態］
他の実施形態としては、ナットは、ハウジングと接触しない状態でナット収容部に収容されてもよい。

このようにナットがハウジングと接触しない、即ち、ハウジングに対し摺動しない構造とすることで、ラック歯とセクタギアの噛み合いにおいて摺動抵抗の影響を受けずに、円滑なナットの移動を得ることができる。

以上説明した実施例に基づくステアリング装置としては、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。

ステアリング装置は、その一態様として、ナット収容部およびセクタギア収容部を有するハウジングと、軸部材であって、第１端部、第２端部、および軸部材側ボールねじ溝を有し、前記軸部材の少なくとも一部が前記ハウジングの内部に収容された状態で回転可能に設けられており、前記第１端部は、ステアリングホイールに設けられた操舵軸と接続可能であり、前記軸部材側ボールねじ溝は、前記軸部材の回転軸線における前記軸部材の外周側に設けられた螺旋溝である、前記軸部材と、ナットであって、前記ナット収容部に設けられ、筒形状を有し、ナット側ボールねじ溝とラック歯を有し、前記ナットの内部に前記軸部材が挿入されており、前記ナット側ボールねじ溝は、前記ナットの内周側に設けられ、螺旋形状を有しており、前記ラック歯は、前記ナットの外周側に設けられている、前記ナットと、複数のボールであって、前記軸部材側ボールねじ溝と前記ナット側ボールねじ溝の間に設けられた前記複数のボールと、セクタギアであって、前記セクタギア収容部に揺動可能に設けられ、前記ラック歯と噛み合う前記セクタギアと、第１ウォームホイールであって、前記軸部材側ボールねじ溝よりも前記第２端部側において前記軸部材に設けられた前記第１ウォームホイールと、前記第１ウォームホイールと噛み合う第１ウォームシャフトと、第１電動モータであって、前記第１ウォームシャフトと接続される第１モータ出力軸を有する前記第１電動モータと、を有する。

前記ステアリング装置の好ましい態様において、前記ステアリング装置は、軸受を有し、前記ハウジングには、前記軸部材の回転軸線の方向において、前記軸部材側ボールねじ溝と前記第１ウォームホイールの間に設けられた軸受保持部材が取り付けられ、前記軸受は、前記軸受保持部材に保持され、前記軸部材を回転可能に支持しており、前記第１ウォームシャフトは、前記軸部材の回転軸線における周方向において、前記ラック歯とオーバーラップしている。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ステアリング装置は、第２ウォームホイール、第２ウォームシャフト、および第２電動モータを有し、前記第２ウォームホイールは、前記軸部材側ボールねじ溝よりも前記第１端部側において前記軸部材に設けられており、前記第２ウォームシャフトは、前記第２ウォームホイールと噛み合っており、前記第２電動モータは、前記第２ウォームシャフトと接続される第２モータ出力軸を有している。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記第１電動モータと前記第２電動モータは同一形状を有する。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記第１ウォームホイールと前記第２ウォームホイールは同一形状を有し、前記第１ウォームシャフトと前記第２ウォームシャフトは同一形状を有する。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、ステアリング装置は、第２ウォームホイール、第２ウォームシャフトおよび第２電動モータを有し、前記第２ウォームホイールは、前記軸部材側ボールねじ溝よりも前記第２端部側において前記軸部材に設けられており、前記第２ウォームシャフトは、前記第２ウォームホイールと噛み合っており、前記第２電動モータは、前記第２ウォームシャフトと接続される第２モータ出力軸を有している。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ナットは、前記ハウジングと接触しない状態で前記ナット収容部に収容されている。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ステアリング装置は、トルクセンサを備え、前記軸部材は、前記第１端部側の第１軸部材と、前記第２端部側の第２軸部材と、前記第１軸部材と前記第２軸部材の間に設けられたトーションバーを備え、前記トルクセンサは、前記第１軸部材と前記第２軸部材の相対回転量に基づき前記軸部材に生じる操舵トルクを検出するものであって、前記軸部材側ボールねじ溝よりも前記第１端部側において前記ハウジングに設けられている。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ステアリング装置は、リニアブッシュを備え、前記リニアブッシュは、前記ナット収容部の内周面に固定された円弧状の本体部と、この本体部の内周側に形成された通路に配置され、前記軸部材の回転軸線の方向に循環可能な複数のボールを有し、前記複数のボールの少なくとも１つは、前記ナットの外周面に接触している。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ステアリング装置は、押圧機構を備え、前記ハウジングには、前記ナット収容部と連通し、前記押圧機構の一部が収容される押圧機構収容部が形成され、前記押圧機構は、前記軸部材側へ前記ナットを押圧する押圧部と、前記押圧部を保持し、前記押圧機構収容部内に移動可能に設けられたリテーナと、前記押圧機構収容部に取り付けられた調整部材と、前記調整部材と前記リテーナとの間に圧縮状態で配置された付勢部材と、を有している。

１・・・軸部材、１ａ・・・第１端部、１ｂ・・・第２端部、２・・・ボールねじ機構、３・・・セクタギア、３ａ・・・歯部、４・・・第１電動モータ、５・・・第１減速機、６・・・入力軸、８・・・出力軸、１０・・・第２ハウジング、２５・・・トルクセンサ、３６・・・ナット、３６ａ・・・ラック歯、３７・・・ナット側ボールねじ溝、３９・・・第１ウォームホイール、４２・・・第１ウォームシャフト、４５・・・第２ウォームホイール、４８・・・第２ウォームシャフト、４９・・・第２電動モータ、５０・・・第２減速機、５２・・・リニアブッシュ、５３・・・押圧機構

Claims

ステアリング装置において、
ナット収容部およびセクタギア収容部を有するハウジングと、
軸部材であって、第１端部、第２端部、および軸部材側ボールねじ溝を有し、前記軸部材の少なくとも一部が前記ハウジングの内部に収容された状態で回転可能に設けられており、
前記第１端部は、ステアリングホイールに設けられた操舵軸と接続可能であり、
前記軸部材側ボールねじ溝は、前記軸部材の回転軸線における前記軸部材の外周側に設けられた螺旋溝である、
前記軸部材と、
ナットであって、前記ナット収容部に設けられ、筒形状を有し、ナット側ボールねじ溝とラック歯を有し、前記ナットの内部に前記軸部材が挿入されており、
前記ナット側ボールねじ溝は、前記ナットの内周側に設けられ、螺旋形状を有しており、
前記ラック歯は、前記ナットの外周側に設けられている、
前記ナットと、
複数のボールであって、前記軸部材側ボールねじ溝と前記ナット側ボールねじ溝の間に設けられた前記複数のボールと、
セクタギアであって、前記セクタギア収容部に揺動可能に設けられ、前記ラック歯と噛み合う歯部を有する前記セクタギアと、
第１ウォームホイールであって、前記軸部材側ボールねじ溝よりも前記第２端部側において前記軸部材に設けられた前記第１ウォームホイールと、
前記第１ウォームホイールと噛み合う第１ウォームシャフトと、
第１電動モータであって、前記第１ウォームシャフトと接続される第１モータ出力軸を有する前記第１電動モータと、
を有し、
前記第１ウォームシャフトは、前記セクタギアの歯部と前記軸部材の回転軸線の方向に対向することを特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載のステアリング装置は、第２ウォームホイール、第２ウォームシャフト、および第２電動モータを有し、
前記第２ウォームホイールは、前記軸部材側ボールねじ溝よりも前記第１端部側において前記軸部材に設けられており、
前記第２ウォームシャフトは、前記第２ウォームホイールと噛み合っており、
前記第２電動モータは、前記第２ウォームシャフトと接続される第２モータ出力軸を有していることを特徴とするステアリング装置。
請求項２に記載のステアリング装置において、
前記第１電動モータと前記第２電動モータは同一形状を有することを特徴とするステアリング装置。
請求項２に記載のステアリング装置において、
前記第１ウォームホイールと前記第２ウォームホイールは同一形状を有し、
前記第１ウォームシャフトと前記第２ウォームシャフトは同一形状を有することを特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載のステアリング装置は、第２ウォームホイール、第２ウォームシャフトおよび第２電動モータを有し、
前記第２ウォームホイールは、前記軸部材側ボールねじ溝よりも前記第２端部側において前記軸部材に設けられており、
前記第２ウォームシャフトは、前記第２ウォームホイールと噛み合っており、
前記第２電動モータは、前記第２ウォームシャフトと接続される第２モータ出力軸を有していることを特徴とするステアリング装置。
請求項５に記載のステアリング装置において、
前記第１電動モータと前記第２電動モータは同一形状を有することを特徴とするステアリング装置。
請求項５に記載のステアリング装置において、
前記第１ウォームホイールと前記第２ウォームホイールは同一形状を有し、
前記第１ウォームシャフトと前記第２ウォームシャフトは同一形状を有することを特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載のステアリング装置において、
前記ナットは、前記ハウジングと接触しない状態で前記ナット収容部に収容されていることを特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載のステアリング装置は、トルクセンサを備え、
前記軸部材は、前記第１端部側の第１軸部材と、前記第２端部側の第２軸部材と、前記第１軸部材と前記第２軸部材の間に設けられたトーションバーを備え、
前記トルクセンサは、前記第１軸部材と前記第２軸部材の相対回転量に基づき前記軸部材に生じる操舵トルクを検出するものであって、前記軸部材側ボールねじ溝よりも前記第１端部側において前記ハウジングに設けられていることを特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載のステアリング装置は、リニアブッシュを備え、
前記リニアブッシュは、前記ナット収容部の内周面に固定された円弧状の本体部と、この本体部の内周側に形成された通路に配置され、前記軸部材の回転軸線の方向に循環可能な複数のボールを有し、
前記複数のボールの少なくとも１つは、前記ナットの外周面に接触していることを特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載のステアリング装置は、押圧機構を備え、
前記ハウジングには、前記ナット収容部と連通し、前記押圧機構の一部が収容される押圧機構収容部が形成され、
前記押圧機構は、前記軸部材側へ前記ナットを押圧する押圧部と、前記押圧部を保持し、前記押圧機構収容部内に移動可能に設けられたリテーナと、前記押圧機構収容部に取り付けられた調整部材と、前記調整部材と前記リテーナとの間に圧縮状態で配置された付勢部材と、を有していることを特徴とするステアリング装置。