JP7188134B2

JP7188134B2 - ステアリング装置

Info

Publication number: JP7188134B2
Application number: JP2019012338A
Authority: JP
Inventors: 稔也諸留; 柾矢大西
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2022-12-13
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: JP2020117191A

Description

本発明は、電動駆動源の出力に基づき転舵輪を転舵させ、車両などを操向するステアリング装置に関する。

例えば、電動パワーステアリング装置においては、モータの出力が減速機を介してラックシャフトにアシストトルクとして付与される構造が採用される場合がある。また昨今では、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ：ＳｔｅｅｒＢｙＷｉｒｅ）と称される技術が注目されている。このステアバイワイヤという技術は、運転者が操作する操舵部材と、ラックシャフトとが機械的に接続されておらず、操舵部材の操作状態を信号として出力し、当該信号に基づきモータがラックシャフトを往復動させて転舵輪を転舵する技術である。

特許文献１には、電動パワーステアリング装置のトルクセンサなどを収容するハウジングにリブを設けることでハウジングの剛性を高める技術が開示されている。

特開２０１８－１２８３８７号公報

ハウジングの面に対して垂直にリブを立てて重量増を抑えつつ剛性を向上させることは一般的に行われている。ところが、ラックシャフトを収容するラックハウジングにラックシャフトの駆動に用いるモータを取り付けた場合、ラックハウジングにリブを立てただけではラックハウジングに不具合が発生する可能性があることを見出した。さらに発明者は鋭意研究を進めた結果、モータに生じる振動がラックハウジングに長期間影響を及ぼすことによりラックハウジングに不具合が発生することを見出した。

本発明は上記知見に鑑みなされたものであり、モータ等の振動に抗する振動剛性を高めたラックハウジングを備えたステアリング装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つであるステアリング装置は、ラックシャフトを駆動させる電動駆動源が固定される全体視略円筒形のラックハウジングを備えるステアリング装置であって、前記ラックハウジングは、前記ラックシャフトに対し前記電動駆動源とは反対側の前記ラックハウジングの外周面から前記外周面の接線に沿って突出し、前記ラックシャフトの軸線方向において前記電動駆動源の重心位置から前記電動駆動源の取付部に渡り延在し、前記ラックハウジングと一体に成形される振動剛性強化リブを備える。

本発明によれば、振動剛性の高いラックハウジングを備えたステアリング装置を提供することができる。

図１は、実施の形態に係るステアリング装置を示す図である。図２は、実施の形態に係る減速機ハウジングとラックハウジングとの関係を示す断面図である。図３は、実施の形態に係る減速機ハウジングとラックハウジングとの関係を示す背面図である。図４は、ラックハウジングに電動駆動源が取り付けられた状態を示す断面図である。図５は、他の実施例に係るステアリング装置を示す図である。図６は、他の実施例に係るステアリング装置を示す図である。

次に、本発明に係るステアリング装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、ステアリング装置全体を示す図である。ステアリング装置１００は、電動モータを備える電動駆動源１４０の出力である回転トルクを減速機１５０により増加させていわゆるタイヤである転舵輪２０１の転舵に用い、車両などの操向を行う装置である。本実施の形態の場合、ステアリング装置１００は、運転者が操舵する操舵部材２００を備え、ステアリングシャフト１１０、およびラックシャフト１３０を介して転舵輪２０１を機械的に転舵できる装置であり、操舵部材２００を運転者が回転させることにより発生する操舵トルクに応じて転舵輪２０１の転舵を補助する力を付与することができるステアリング装置である。ステアリング装置１００は、複数の軸体が自在継手により連結されたステアリングシャフト１１０と、ステアリングシャフト１１０の先端に接続されるピニオン１２０と、ピニオン１２０に噛み合うラックシャフト１３０と、ラックシャフト１３０を収容するラックハウジング１３１と、電動駆動源１４０と、電動駆動源１４０の回転トルクを増加させる減速機１５０と、減速機１５０を収容する減速機ハウジング１５１と、減速機１５０の出力軸として機能するピニオンシャフト１６０とを備えている。

図２は、ラックハウジング１３１を示す斜視図である。図３は、ラックハウジング１３１を振動剛性強化リブ１４１側から示す平面図である。図４は、電動駆動源１４０の重心を含みラックシャフト１３０の軸線に垂直な面で切断したラックハウジング１３１などの部分を示す断面図である。

ラックシャフト１３０は、軸方向に長い断面略円形の棒状の部材であり、ラックハウジング１３１に収容されている。ラックシャフト１３０の両端部は、タイロッド（図示略）を介して転舵輪２０１に連結されている。ラックシャフト１３０は、操舵部材２００の回転に伴って、ピニオン１２０の回転がラックシャフト１３０の往復動に変換され、ラックシャフト１３０が軸線方向に移動することにより転舵輪２０１が旋回し、操向が行われるようになっている。

ラックハウジング１３１は、一体に成形されたブラケット１３６を用いて車体に固定され、内部に収容したラックシャフト１３０を軸線方向にガイドする部材であり、ラックシャフト１３０に交差して接触する機械要素の一つであるピニオン１２０が挿入される筒状のピニオン挿入部１３２（図１参照）と、ラックシャフト１３０を収容し、ラックシャフト１３０を軸線方向に往復動可能に保持する略円筒状のラックシャフト収容部１３３と、ラックシャフト１３０に交差した状態でラックに噛み合う機械要素の一つであるピニオンシャフト１６０の一部が挿入される筒状のシャフト挿入部１３４とを備えている。ラックハウジング１３１は、例えばアルミニウム合金により形成される。また、ラックハウジング１３１の両端部には、ゴム等で形成された蛇腹管状のブーツ１３５が、取り付けられている。ブーツ１３５によりラックハウジング１３１の長手方向の両開口端部が封止され、ピニオン挿入部１３２の開口部なども封止されているため、ラックハウジング１３１はある程度密閉された状態となり、内方に水、泥などが侵入することを防止している。

ラックハウジング１３１は、図４などに示すように、ラックシャフト１３０に対し電動駆動源１４０とは反対側のラックハウジング１３１の外周面から外周面の接線に沿って突出する振動剛性強化リブ１４１を備えている。なお、ラックハウジング１３１は、振動剛性強化リブ１４１以外にも径方向に突出するリブを備えているが、図示などは省略している。

振動剛性強化リブ１４１は、図３に示すように、ラックシャフト１３０の軸線方向（図中Ｙ軸）において、少なくとも電動駆動源１４０の重心位置Ｃから電動駆動源１４０の取付部１４２に渡り延在するようにラックハウジング１３１に一体成形されている。ここで、電動駆動源１４０の重心位置Ｃとは、電動駆動源１４０がモータのみからなる場合は、モータの重心位置、電動駆動源１４０がモータ、およびモータを制御するＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を備える場合は全体の重心の位置となる。

このように、ラックシャフト収容部１３３の軸線に対し径方向（放射方向）ではなく外周面の接線方向に突出し、電動駆動源１４０の重心位置Ｃから取付部１４２に渡り延在する板状の振動剛性強化リブ１４１を一体に設けることにより、取付部１４２において片持ち状態でラックハウジング１３１に固定される比較的重い電動駆動源１４０が振り子状に振動に長期間にわたって抗することが可能となる。

また、振動剛性強化リブ１４１の突出量（長さ）は特に限定されるものではないが、振動剛性強化リブ１４１の突出方向において、ラックシャフト収容部１３３を越えて突出することが望ましい。これにより、ラックハウジング１３１の振動剛性を高めることができ、さらに、振動剛性強化リブ１４１に対し電動駆動源１４０の反対側にエンジンなどの発熱源が存在する場合、振動剛性強化リブ１４１が発熱源からの熱の放射を遮って電動駆動源１４０の熱の吸収を抑制することが可能となる。これにより、電動駆動源１４０の熱の上昇を抑制して電動駆動源１４０を保護することが可能となる。

本実施の形態の場合、ラックシャフト１３０の軸線方向において振動剛性強化リブ１４１の一端部は、ラックハウジング１３１から径方向に一体に突出しラックシャフト１３０に設けられたラックと噛み合う機械要素の１つであるピニオンシャフト１６０を収容する突出収容部としてのシャフト挿入部１３４に一体に接続されている。これにより、ラックシャフト１３０の軸線方向において、振動剛性強化リブ１４１の端部がラックハウジング１３１と一体のシャフト挿入部１３４に強固に接続されるため、振動剛性強化リブ１４１の端部近傍に応力が集中することなくラックハウジング１３１の振動剛性を高めることが可能となる。

また本実施の形態の場合、振動剛性強化リブ１４１は、ラックハウジング１３１の外周面の接線に沿ってラックハウジング１３１から両方向に突出している。このように、ラックハウジング１３１が接線方向の両側に突出する振動剛性強化リブ１４１を備えることにより、さらに振動剛性を高めることが可能となる。ラックハウジング１３１の接線において両側に突出する振動剛性強化リブ１４１は、一枚の板状に形成されることで、車両内の他の構造物との干渉を回避しつつ振動剛性を高めることが可能となる。さらに、表面粗度を低くする加工を施す等により熱の反射を高めても構わない。

また、振動剛性強化リブ１４１は、ラックシャフト１３０の軸線方向に沿って電動駆動源１４０の重心位置Ｃから遠ざかるに従いラックハウジング１３１からの突出量が徐々に減少するテーパ部１４３を備えている。これによれば、ラックシャフト１３０の軸線方向における振動剛性強化リブ１４１の端部に応力が集中することを回避できる。また、テーパの開始位置は、ラックハウジング１３１の軸線方向において、電動駆動源１４０の重心位置Ｃから取付部１４２までの領域外に配置されている。このようにテーパ部１４３を配置することにより、ラックハウジング１３１の剛性を高い状態で維持することができる。

電動駆動源１４０は、アシストトルクを発生させる電動の駆動源である。電動駆動源１４０には、電動駆動源用のＥＣＵが取り付けられる場合があり、操舵部材２００により加えられたトルクや車速の情報に基づきアシストに適したトルクが出力される。本実施の形態の場合、電動駆動源１４０の回転軸Ｍは、ラックシャフト１３０の延在方向と平行、またはほぼ平行に配置されている。これにより、ラックシャフト１３０の延在方向に対して垂直な方向においてラックハウジング１３１からの電動駆動源１４０の突出量を抑制することができ、エンジンルーム内におけるステアリング装置１００のコンパクト化を図ることができる。

減速機１５０は、電動駆動源１４０の出力軸の回転速度を歯車によって減速し、減速に対して反比例したトルクをピニオンシャフト１６０に出力する装置である。本実施の形態の場合、減速機１５０は、電動駆動源１４０の出力軸に接続されるウォームシャフト（図示省略）とウォームシャフトに噛み合う出力歯車であるウォームホイールからなるウォーム減速機が採用されている。

上記実施の形態で説明したステアリング装置１００は、軽量、かつコンパクトでありながら、ラックハウジング１３１に取り付けられた電動駆動源１４０の振動に十分に抗することができるラックハウジング１３１を備えている。従って、耐久性が高く車両の軽量化に寄与することができるステアリング装置１００を提供することが可能となる。また、振動剛性強化リブ１４１が径方向に突出するものではないため、ラックハウジング１３１全体が占める領域をコンパクト化し、車両内の他の構造物との干渉を回避することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、ラックシャフト１３０の軸線方向において振動剛性強化リブ１４１の一端部はシャフト挿入部１３４に接続され、他端部はテーパ部１４３が設けられている場合を説明したが、振動剛性強化リブ１４１の両端部が、シャフト挿入部１３４などの突出収容部に接続されてもよい。また、振動剛性強化リブ１４１が突出収容部に接続されることなく、振動剛性強化リブ１４１の両端部にテーパ部１４３を設けても構わない。

また、上記実施の形態では略平板状の振動剛性強化リブ１４１を例示したが、振動剛性強化リブ１４１は、振動剛性強化リブ１４１の面に対して突出するリブを備えても構わない。

また、ステアリング装置１００は、図５に示すように、操舵部材２００とラックシャフト１３０とが機械的に連結されず、操舵部材２００の回転角などをセンサ等で読み取り、センサ等の信号に基づいてラックシャフト１３０がピニオンシャフト１６０の回転により往復動し、転舵輪２０１を転舵するいわゆるＳＢＷ（ＳｔｅｅｒＢｙＷｉｒｅＳｙｓｔｅｍ）であってもよい。

さらに、ステアリング装置１００は、図６に示すように、操舵部材２００、ステアリングシャフト１１０などを備えず、コンピュータが操向を行う無人ステアリング装置であっても構わない。

本発明は車両などのステアリング装置であって、人による操舵力をアシストすることができるステアリング装置、操舵部材と転舵輪とが機械的に接続されず、電気的に操舵されるＳＢＷ、無人ステアリング装置などに利用可能である。

１００…ステアリング装置、１１０…ステアリングシャフト、１２０…ピニオン、１３０…ラックシャフト、１３１…ラックハウジング、１３２…ピニオン挿入部、１３３…ラックシャフト収容部、１３４…シャフト挿入部、１３５…ブーツ、１３６…ブラケット、１４０…電動駆動源、１４１…振動剛性強化リブ、１４２…取付部、１４３…テーパ部、１５０…減速機、１５１…減速機ハウジング、１６０…ピニオンシャフト、２００…操舵部材、２０１…転舵輪

Claims

ラックシャフトを駆動させる電動駆動源が固定される全体視略円筒形のラックハウジングを備えるステアリング装置であって、
前記ラックハウジングは、
前記ラックシャフトに対し前記電動駆動源とは反対側の前記ラックハウジングの外周面から前記外周面の接線に沿って突出し、前記ラックシャフトの軸線方向において前記電動駆動源の重心位置から前記電動駆動源の取付部に渡り延在し、前記ラックハウジングと一体に成形される振動剛性強化リブを備える
ステアリング装置。
前記ラックシャフトの軸線方向において前記振動剛性強化リブの一端部は、前記ラックハウジングから径方向に一体に突出し前記ラックシャフトとは異なる機械要素を収容する突出収容部に接続される
請求項１に記載のステアリング装置。
前記振動剛性強化リブは、
前記ラックハウジングの外周面の接線に沿って前記ラックハウジングから両方向に突出する
請求項１または２に記載のステアリング装置。
前記振動剛性強化リブは、
前記ラックシャフトの軸線方向に沿って前記電動駆動源の重心から遠ざかるに従い前記ラックハウジングからの突出量が徐々に減少するテーパ部を備える
請求項１から３のいずれか一項に記載のステアリング装置。
前記テーパ部は、
前記ラックシャフトの軸線方向において、前記電動駆動源の重心位置から前記電動駆動源の取付部までの領域外に配置される
請求項４に記載のステアリング装置。