JP7331687B2

JP7331687B2 - 操舵装置

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Publication number: JP7331687B2
Application number: JP2019234609A
Authority: JP
Inventors: 暁文天野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2023-08-23
Anticipated expiration: 2039-12-25
Also published as: EP3842319B1; US11618495B2; EP3842319A1; CN113022696A; US20210197885A1; JP2021102397A

Description

本発明は、モータの出力に基づき転舵輪を転舵させ、車両などを操向する操舵装置に関する。

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ステアリングシャフトや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。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、運転者が操作するステアリングホイールと、転舵輪とが機械的に接続されておらず、ステアリングホイール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減速機を介して転舵輪を転舵する技術である。

これらの操舵装置に用いられるラックシャフトはラックハウジングに覆われ、水、泥などから遮断されている。また、ラックハウジングの内方が負圧になると、水、泥などが流入するため、ラックハウジング、またはラックハウジングに連通する部分には呼吸弁が取り付けられる場合がある。

特許文献１には、ラックハウジングに連通する減速機ハウジングに呼吸弁が取り付けられた操舵装置が記載されている。

特開２０１７－２１４０４８号公報

発明者は、エンジンルーム内に配置される部材の小型化、部品点数の削減のため、減速機ハウジングを封止するカバーに呼吸弁を取り付けることを想到した。しかしながら、ラックハウジングに対する減速機ハウジングの位置によっては、呼吸弁に機能不全が発生することを見出すに至った。さらに発明者が鋭意実験と研究を重ねた結果、呼吸弁が潤滑剤により塞がれることを見出した。

本発明は、上記発明者の知見に基づきなされたものであり、呼吸弁の機能不全発生を抑制する操舵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つである操舵装置は、モータの回転トルクを減速機により増加させて転舵輪の転舵に用いる操舵装置であって、前記転舵輪に連結されるラックシャフトと、前記ラックシャフトを収容するラックハウジングと、前記ラックシャフトと噛み合うピニオンシャフトと、前記ピニオンシャフトに連結されたウォームホイールと、前記ウォームホイールと噛み合うウォームシャフトとを有する減速機と、前記ウォームホイールを収容する減速機ハウジングと、前記ウォームシャフトを駆動するモータと、前記減速機ハウジングの開口を封止する板状のカバーと、前記カバーに貫通状態で取り付けられる呼吸弁とを備え、前記カバーは、前記呼吸弁への潤滑剤の侵入を抑制する侵入抑制部を前記ウォームホイールに対向する内面に備える。

本発明によれば、減速機ハウジングのカバーに取り付けられた呼吸弁に潤滑剤が流入することを防止でき、減速機ハウジングの耐久性の向上を図ることができる。

実施の形態に係る操舵装置を示す図である。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。実施の形態に係るカバーと呼吸弁を分解した状態を減速機の内側から示す斜視図である。実施の形態に係るカバーと呼吸弁を分解した状態を減速機の外側から示す斜視図である。実施の形態に係る減速機ハウジングに取り付けられたカバーの状態の一例を示す断面図である。実施の形態に係る減速機ハウジングに取り付けられたカバーの状態の他の例を示す断面図である。侵入抑制部の別例を示す断面図である。他の実施例１に係る操舵装置を示す図である。他の実施例２に係る操舵装置を示す図である。

次に、本発明に係る操舵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、操舵装置全体を示す図である。図２は、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。これらの図に示すように、操舵装置１００は、モータ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、操舵装置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装置である。操舵装置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第一ピニオンシャフト１２０と、第一ピニオンシャフト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、モータ１４０と、モータ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第二ピニオンシャフト１６０と、呼吸弁１７０と、カバー１８０とを備えている。

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１３６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の回転に伴って回転する第一ピニオンシャフト１２０と噛み合ってラックハウジング１３１に対して往復動する。ラックシャフト１３０が軸方向に往復動することにより転舵輪２０１が旋回し、車両の操向が行われる。

ラックハウジング１３１は、車両に固定され、内部に収容したラックシャフト１３０を軸方向にガイドする部材である。ラックハウジング１３１は、ラックシャフト１３０に交差して接触する第一ピニオンシャフト１２０が挿入される筒状の第一ピニオン挿入部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を軸方向に往復動可能に保持する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第二ピニオンシャフト１６０が挿入される筒状の第二ピニオン挿入部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、第一ピニオン挿入部１３２、および第二ピニオン挿入部１３４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。

モータ１４０は、アシストトルクを発生させる電動の駆動源である。モータ１４０には、モータ用のＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）であるＭＣＵ（ＭｏｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１４１が取り付けられている。モータ１４０は、操舵部材２００により加えられたトルクや車速の情報を取得したＭＣＵ１４１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、モータ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からのモータ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操舵装置１００のコンパクト化を図ることができる。

ＭＣＵ１４１は、減速機ハウジング１５１と連通状態となっており、減速機ハウジング１５１に取り付けられた呼吸弁１７０によって、圧力が調整されている。

減速機１５０は、モータ１４０の出力軸の回転速度を減速し、減速に対して反比例したトルクを第二ピニオンシャフト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、モータ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１５９（図２参照）からなるウォーム減速機が採用されている。ウォームホイール１５９は、第二ピニオンシャフト１６０に回転可能に連結されている。

減速機ハウジング１５１は、ウォームシャフト、ウォームホイール１５９を回転可能に支持し、ウォームシャフトやウォームホイール１５９を収容する筐体である。減速機ハウジング１５１は、第二ピニオンシャフト１６０が挿通される貫通孔部１５６が設けられている。貫通孔部１５６とラックハウジング１３１の第二ピニオン挿入部１３４とは連通しており、第二ピニオンシャフト１６０が刺し通されているが、本実施の形態の場合、第二ピニオンシャフト１６０と減速機ハウジング１５１、またはラックハウジング１３１との間は、第二ピニオンシャフト１６０が回転可能に封止されている。減速機ハウジング１５１は、径の異なる二つの円筒が同軸上に配置された形状の部材であり、ウォームホイール１５９が収容されている大径部分の外側の一端部は円形に開口している。減速機ハウジング１５１の貫通孔部１５６に取り付けられている軸受１５２は、第二ピニオンシャフト１６０、およびウォームホイール１５９を軸支しており、ウォームホイール１５９に対し軸受１５２と反対側には軸受が設けられていない。減速機ハウジング１５１を構成する材料は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、操舵装置１００の軽量化のためアルミニウムを主成分とする合金が用いられている。

図３は、カバーと呼吸弁を分解した状態で減速機ハウジングの内側から示す斜視図である。図４は、カバーと呼吸弁を分解した状態で減速機ハウジングの外側から示す斜視図である。これらの図に示すように、カバー１８０は、減速機ハウジング１５１の大径部分の一端に配置される開口を封止する板状の部材であり、カバー１８０に取り付けられた呼吸弁１７０への潤滑剤の侵入を抑制する侵入抑制部１８５をウォームホイール１５９に対向する内面に備えている。本実施の形態の場合、減速機ハウジング１５１の開口は円形であるため、カバー１８０は円板形状であり、減速機ハウジング１５１の外側から開口を塞いでいる。なお、潤滑剤とは、ウォームホイール１５９とこれに噛み合うウォームシャフトの潤滑のために減速機ハウジング１５１内に付着している油などの部材である。潤滑剤はカバー１８０がウォームホイール１５９よりも下側に配置される場合、ウォームホイール１５９などから落下してカバー１８０の内側面に付着し、カバー１８０をつたって移動する場合がある。

図５は、減速機ハウジングに取り付けられたカバーの状態の一例を示す断面図である。侵入抑制部１８５の形状は、潤滑剤の呼吸弁１７０への侵入を抑制できる形状であれば特に限定されるものではない。本実施の形態の場合、侵入抑制部１８５の中央部に取り付けられる呼吸弁１７０のから外側に向かって徐々に径が広がる第一テーパ面１８７を備えており、侵入抑制部１８５は、円錐台形状を形成している。侵入抑制部１８５がウォームホイール１５９に向かって膨出する形状であり、その頂上に呼吸弁１７０が配置されることで、カバー１８０の裏面に付着した潤滑剤が呼吸弁１７０に付着することを抑制できる。特に、ラックハウジング１３１よりも減速機ハウジング１５１が下方に配置される場合において、カバー１８０の外面に対する第一テーパ面１８７の角度θ２（図５参照）が、モータ１４０の回転軸Ｍに対するカバー１８０の外面の角度θ１よりも小さくなるように設定することにより、侵入抑制部１８５よりも呼吸弁１７０の開口部が高い位置に配置される。これにより侵入抑制部１８５に付着した潤滑剤を呼吸弁１７０に到達すること無くカバー１８０の下側に案内することができ、呼吸弁１７０に潤滑剤が付着することを抑制できる。さらに侵入抑制部１８５は、呼吸弁１７０を囲む領域の少なくとも一部（本実施の形態の場合は全周）にウォームホイール１５９側（図中上側）に向かって突出し潤滑剤の流れを防御する壁所の壁部１８６を備えている。これにより、呼吸弁１７０への潤滑剤の侵入をさらに防止している。

取付部１８１は、カバー１８０の外面、図５、図６中の破線Ｆで示されるカバー１８０の内最も外側に存在する面よりも第二ピニオンシャフト１６０側に呼吸弁１７０が位置するように陥凹した部分である。取付部１８１の形状は、特に限定されるものではない。本実施の形態の場合、取付部１８１の形状は、侵入抑制部１８５の形状に沿った形状であり取付部１８１の底部である呼吸弁１７０の取り付け部分から外面に向かって徐々に径が広がる第二テーパ面１８２を備えており、逆円錐台形状となっている。カバー１８０の外面に対する第二テーパ面１８２の角度θ３（図６参照）は、モータ１４０の回転軸Ｍに対するカバー１８０の外面の角度θ１よりも小さくなるように設定されている。これによれば、ラックハウジング１３１よりもカバー１８０が上側に配置されるような場合、取付部１８１に付着した水、泥などを比較的容易に取付部１８１外に排出することができ、呼吸弁１７０の周囲に水が溜まることを防止できる。なお本実施の形態の場合、θ２＝θ３に設定されているが、角度の関係は特に限定されるものではなく、θ２＜θ３であってもかまわない。

防護壁１８３は、呼吸弁１７０から所定の距離離れた位置において呼吸弁１７０を囲むように取付部１８１の底部から外側に向かって立設される円環状の部分である。防護壁１８３の突出高さは特に限定されるものではないが、カバー１８０に取り付けられた状態の呼吸弁１７０の高さ位置と同等以上であることが好ましく、カバー１８０の外面は越えないように設定される。また、防護壁１８３は閉じた円環形状ではなく、スリット１８４（図４参照）によって周方向において複数に分断されている。防護壁１８３は、内方に配置された呼吸弁１７０に異物が付着し、呼吸弁１７０の機能が低下することを防止するものである。防護壁１８３に設けられたスリット１８４は、防護壁１８３に囲まれた部分に水、泥などが溜まることを防止している。

カバー１８０を構成する材料は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、樹脂が採用されている。カバー１８０を樹脂にすることで、減速機１５０全体の軽量化を図ることができ、侵入抑制部１８５と取付部１８１とを表裏一体に容易に製造することができる。また壁部１８６、防護壁１８３、およびスリット１８４なども容易に一体的に製造することが可能となる。

呼吸弁１７０は、カバー１８０の取付部１８１の底部に貫通状態で取り付けられ、減速機ハウジング１５１、および減速機ハウジング１５１に連通するモータ１４０、およびＭＣＵ１４１の内部圧力を大気圧と同じに調整し、かつ水、泥などの内部への侵入を防止する部材である。呼吸弁１７０の構造は、特に限定されるものではなく、例えばラビリンス構造により空気の流通を確保しつつ水、泥などの侵入を防ぐものでも構わない。本実施の形態の場合、呼吸弁１７０は、通気性を備えつつ、外部から水、泥などが侵入することを抑制することができる膜状部材を備えている。具体的に膜状部材としてはゴア（登録商標）メンブレンを例示することができる。

第二ピニオンシャフト１６０は、減速機１５０のウォームホイール１５９に一体的に回転するように連結され減速機１５０により増幅されたモータ１４０の回転トルクを出力する軸体である。第二ピニオンシャフト１６０は、軸受１５２を介して減速機ハウジング１５１に回転可能に取り付けられている。本実施の形態の場合、第二ピニオンシャフト１６０は、ラックシャフト１３０と噛みあって、ラックシャフト１３０に力を付与する。なお、第二ピニオンシャフト１６０のラックハウジング１３１側の先端は、第二軸受１３９を介してラックハウジング１３１に回転可能に取り付けられている。

本実施の形態に係る操舵装置１００によれば、モータ１４０、およびＭＣＵ１４１は、減速機ハウジング１５１を介して呼吸弁１７０と繋がっているため、温度変化などにより熱膨張が繰り返されてもモータ１４０やＭＣＵ１４１の内部圧力は大気圧と同じになるように調整される。また、水、泥などが内部へ侵入することが抑制される。

減速機ハウジング１５１がラックハウジング１３１の下側に配置されるような場合において、減速機１５０の動作をスムーズにする潤滑剤がカバー１８０の内面に付着したとしても、呼吸弁１７０への潤滑剤の侵入を侵入抑制部１８５が抑制するため、呼吸弁１７０の機能を長期間にわたって維持することが可能となる。

呼吸弁１７０は、カバー１８０に取り付けられているため、ラックハウジング１３１や減速機ハウジング１５１等に呼吸弁１７０を取り付けるための複雑な構造部分を設ける必要が無い。従ってラックハウジング１３１や減速機ハウジング１５１の生産効率を向上させることが可能となる。

呼吸弁１７０は、減速機ハウジング１５１のカバー１８０の外面から突出しないように陥凹状の取付部１８１の底部に取り付けられているため、減速機１５０全体の大きさに影響を与えることなく呼吸弁１７０の機能を発揮させることができる。また、減速機１５０が小型となるため、エンジンルーム内において他の部材と干渉することを回避できる。

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、侵入抑制部１８５は、図７に示すように、呼吸弁１７０を囲む領域の少なくとも一部にウォームホイール１５９と逆側（図中下側）に向かって窪み、潤滑剤の流れを呼吸弁１７０以外に案内する案内溝部１８８を備えてもかまわない。例えば、呼吸弁１７０の全周を囲む様に環状の案内溝部１８８を設けることにより、案内溝部１８８が樋の機能を果たし、カバー１８０の裏面に付着した潤滑剤は、案内溝部１８８に案内され呼吸弁１７０を回避するように落下する。

また、呼吸弁１７０は、カバー１８０の外面から所定の距離で第二ピニオンシャフト１６０側に配置する例を示したが、呼吸弁１７０の外側の面とカバー１８０の外面とが面一になるように呼吸弁１７０を配置しても構わない。この場合、取付部１８１の深さが浅くなり、カバー１８０の外面に対する第一テーパ面１８７の角度θ２、第二テーパ面１８２の角度θ３を小さくすることができる。これにより減速機ハウジング１５１の内側においては潤滑剤の呼吸弁１７０への侵入を容易に抑制し、カバー１８０の外面においては取付部１８１からの水、泥などの自然排出をより容易に実現することが可能となる。また、カバー１８０の減速機ハウジング１５１の内側への突出量を抑制でき、減速機１５０の小型化を図ることができる。

また、第二ピニオンシャフト１６０の軸方向において、第二ピニオンシャフト１６０と呼吸弁１７０とが対向する第二ピニオンシャフト１６０の端部に孔を設け、呼吸弁１７０の一部が前記孔の中に配置されるようにしてもよい。これにより、第二ピニオンシャフト１６０の軸方向において、減速機１５０および減速機ハウジング１５１の小型化を図ることができる。

また、操舵装置１００は、図８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が第二ピニオンシャフト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、操舵装置１００は、図９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操舵装置であっても構わない。

本発明は車両などの操舵装置であって、人による操舵力をアシストすることができる操舵装置、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、無人操舵装置などに利用可能である。

１００…操舵装置、１１０…ステアリングシャフト、１２０…第一ピニオンシャフト、１３０…ラックシャフト、１３１…ラックハウジング、１３２…第一ピニオン挿入部、１３３…ラックシャフト収容部、１３４…第二ピニオン挿入部、１３５…ブーツ、１３６…タイロッド、１３９…第二軸受、１４０…モータ、１５０…減速機、１５１…減速機ハウジング、１５２…軸受、１５６…貫通孔部、１５９…ウォームホイール、１６０…第二ピニオンシャフト、１７０…呼吸弁、１８０…カバー、１８１…取付部、１８２…第二テーパ面、１８３…防護壁、１８４…スリット、１８５…侵入抑制部、１８６…壁部、１８７…第一テーパ面、１８８…案内溝部、２００…操舵部材、２０１…転舵輪

Claims

モータの回転トルクを減速機により増加させて転舵輪の転舵に用いる操舵装置であって、
前記転舵輪に連結されるラックシャフトと、
前記ラックシャフトを収容するラックハウジングと、
前記ラックシャフトと噛み合うピニオンシャフトと、
前記ピニオンシャフトに連結されたウォームホイールと、前記ウォームホイールと噛み合うウォームシャフトとを有する減速機と、
前記ウォームホイールを収容する減速機ハウジングと、
前記ウォームシャフトを駆動するモータと、
前記減速機ハウジングの開口を封止する板状のカバーと、
前記カバーに貫通状態で取り付けられる呼吸弁と、を備え、
前記カバーは、
前記呼吸弁への潤滑剤の侵入を抑制する侵入抑制部を前記ウォームホイールに対向する内面に備え、
前記カバーは、
内側に向かって窪み前記呼吸弁が取り付けられる取付部を備え、
前記侵入抑制部は、
前記取付部に沿って内側に膨出する
操舵装置。
前記侵入抑制部は、
前記呼吸弁を囲む領域の少なくとも一部に前記ウォームホイールに向かって突出し前記潤滑剤の流れを防御する壁部を備える
請求項１に記載の操舵装置。
前記侵入抑制部は、
前記呼吸弁を囲む領域の少なくとも一部に前記ウォームホイールと逆側に向かって窪み前記潤滑剤の流れを案内する案内溝部を備える
請求項１または２に記載の操舵装置。