JPH05147542A - 電気式動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電気式動力舵取装置において、ボールねじ機構
を利用して操舵補助力を入力する際、ボールネジナット
の回転力がラック軸の回転力として伝達されることを、
手動操舵力入力部以外の部分で防止することである。 【構成】円筒形状でボール溝を有するウォーム部材をラ
ック軸に嵌合し、かつウォーム部材とハウジングとの間
に両者の相対回転を防止する係合手段を設けると共に、
ウォーム部材とラック軸との間に両者を軸方向に一体的
に移動させる係止手段を設けた。 【効果】ボールネジナットの回転時にラック軸が回転し
ないので、ラックギヤ−とピニオンギヤとが良好にかみ
合い、操舵力がスムーズに伝達され、ギヤーの破損がな
く、ハンドルの操舵感覚も損なわれない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両等において使用さ
れる電気式動力舵取装置、更に詳しくは、補助駆動力の
入力時に発生する回転モーメントがラック軸に加わるの
を防止する手段が設けられている舵取装置に関する。

【０００２】

【従来技術及びその課題】電動モータの駆動力で操舵力
を補助する電気式動力舵取装置の１つに、ラック軸上の
手動操舵力が入力される手動操舵力入力部とは軸方向に
離れた部分に電気式操舵補助力入力部を設け、この操舵
補助力入力部をボールねじ機構にしたものがある。ボー
ルねじ機構はラック軸に形成したらせん状のねじ溝と、
ラック軸に嵌合したボールネジナットの内周面のらせん
状のねじ溝との間に多数のボールを介装させて成る。ボ
ールネジナットをモータで回転させ、ラック軸に伝達さ
れる回転力を、ラック軸が回転しないようにラックとピ
ニオンギヤーとの噛合部で受けることにより、ねじ溝と
ボールの間で運動方向が変換され、ラック軸が軸方向に
移動される。

【０００３】ボールネジナットに回転力を与えるための
モータは、ラック軸と同心的に配置される場合（特開昭
５９−５０８６４号）もあるし、ラック軸と平行に配置
される場合（特開昭６０−２５８５４号、特公平３−１
５５９１号）もある。しかし、何れの場合にも、ラック
軸が回転するボールネジナットから回転力を受け、ラッ
クギヤーとピニオンギヤーとの噛合いに影響を及ぼす構
造となる。ボールネジナットの必要回転力は、ラック軸
の軸方向移動力（負荷）に比例している。したがって、
ラック軸の軸方向移動の増減はラック軸の回転力の増減
となる。原則的には、ラック軸の回転力はボールネジナ
ットの回転力に等しい。

【０００４】従来技術においては、ラック軸をその背後
からプレッシャパッドにより付勢してラックギヤーをピ
ニオン軸のピニオンギヤーに押圧しているが、それでも
適正な噛合いを得ることは十分とは言い難い面があっ
た。この事情を、ラックとピニオンギヤーとの噛合部で
のラックの回転力の受け方を模式的に示す図４を基に述
べると、ラック軸200 が回転モーメントＭを受けると、
プレッシャパッド202 はその大きさに応じて若干後退し
て、図４の状態でこの回転モーメントに基ずく力Ｆを受
ける。すなわち、ボールネジナットの回転力によってラ
ック軸200 からピニオン軸206 及びフレッシャパッド20
2 に力Ｆが作用し、ラック軸200 にはピニオン軸206及
びプレッシャパッド202 からその反力が作用する。ある
従来例では、ラック軸200 の軸方向移動力が８００kgf
の場合、ボールネジナットの回転トルクは最大で1100kg
f mmである。この回転力のために、図４に示すように、
ラックギヤー204 とピニオンギヤー208 との噛合い部で
はラック軸200 はピニオン軸206 に対して強制的に回転
させられ、正常な噛合いは行なわれない。ラック軸200
の回転を抑えるためには、上述の例ではラックギヤー20
4 とピニオンギヤー208 の噛合い部には図４に示す力Ｆ
として110 kgf の力を作用させねばならない。

【０００５】以上述べた理由により、ラック軸200 から
加わる回転モーメントが大きい場合には、ピニオン軸20
6 の回転が円滑でなくなったり、ラックギヤー204 に偏
摩耗や剥離が生じ、噛合い部分にがたが発生し易い。さ
りとて、ラックギヤー204 とピニオンギヤー208 とを均
一に接触させようとしてプレッシャパッド202 の許容戻
り量を零としたり、プレッシャパッド202 を押し上げる
バネ210 の付勢力を強くすれば、ステアリングホイール
の戻りが不良となったり、ラックとピニオンギヤーとの
加工誤差により作動トルクが変動する。また、操舵方向
が右のときと左のときとではラック軸200 からピニオン
軸206 に作用する回転モーメントの向きが反転するた
め、この反転時にプレッシャパッド202 ががたついて異
音を発生するなどの問題が生ずる。

【０００６】本発明は、上記従来技術において生ずる課
題を解決すること、即ち電動モータからの補助操舵力を
ボールねじ機構を用いてラック軸に伝達する形式の電気
式動力舵取装置において、ボールねじ機構のボールネジ
ナットの回転力によってラック軸にその回転力が伝達さ
れることがなく、したがってボールネジナットの回転に
影響されてピニオン軸の回転性が損なわれることはな
く、ラックギヤーとピニオンギヤーとの噛合部において
前記課題乃至問題が発生することのないように改良され
た電気式動力舵取装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段、作用】上記目的を達成す
るために、本発明においては、細長い円筒形状のウォー
ム部材６０をラック軸１０に嵌合させその外周面にボー
ルねじ溝６２を形成し、該ウォーム部材とハウジング10
0 との間に、ウォーム部材がハウジングに対して相対回
転することは防止するが軸方向に移動することは許容す
る係合手段６４を設けると共に、ウォーム部材とラック
軸との間に、ウォーム部材の軸方向移動をラック軸に伝
達する係止手段６６、７２等を設けたのである。このよ
うにすれば、操舵補助力の伝達時にウォーム部材に生ず
る回転力は係合手段を介してハウジングによって受け止
められ、ラック軸には伝達されない。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面をもとに説明す
る。舵取装置全体を示す図１から明らかなように、左右
方向（車両の幅方向）に伸びるラック軸１０はハウジン
グ100 により長手方向に移動可能に支持され、その両端
において操向車輪（図示せず）に連結されている。ラッ
ク軸１０の一部にはラック・ピニオン式の手動操舵力入
力部２０が配置され、これから軸方向に離れた部分には
電動式の操舵補助力入力部５０が設けられている。

【０００９】先ず、手動操舵力入力部２０について説明
する。図２に示すように、ラック軸１０の一部に形成さ
れたラックギヤー１２には、一対の軸受１４により支持
されたピニオン軸１６のピニオンギヤー１８が噛み合っ
ている。ラック軸１０にはその背後に配置されたプレッ
シャパッド２０が押圧され、コイルばね２２によりピニ
オン軸１６に向かって付勢されている。ピニオン軸１６
の一端にはトーションバー３０の一端が圧入連結され、
トーションバー３０の他端は軸受２８によりハウジング
100 に、ブッシュ３１によってトーションバー３０の軸
部に支持された入力軸３２にピン３４によって連結され
ている。入力軸３２の左端（図１では上端）にはステア
リングホイール（図示せず）が取り付けられている。以
上入力軸３２、トーションバー３０、ピニオン軸１６及
びラック軸１０により手動操舵力入力部２０が形成され
る。

【００１０】ステアリングホイールに加わる回転操舵力
はトーションバー３０を介してピニオン軸１６に伝達さ
れるので、入力軸３２から入力される回転操舵力に比例
してトーションバー３０が捩り変形され、入力軸３２と
ピニオン軸１６との間に相対回転が生ずる。この相対回
転が運動変換機構３５により移動部材３７の軸方向移動
に変換され、その移動量をポテンショメータ３９で測定
することにより、入力される回転操舵力、即ちラック軸
１０の移動に必要な操舵補助力を知ることができる。

【００１１】次に、操舵補助力入力部５０について説明
する。図１においてハウジング100 にはモータ５４がラ
ック軸１０と平行に取り付けられており、その出力軸５
５には歯車５６が取付けられている。図１及び図２から
明らかなように、ラック軸１０には細長い中空形状のウ
ォーム部材６０が嵌合され、その外周面にはらせん状の
ボールねじ溝６２が形成されている。ウォーム部材６０
の一端においてピン６４がウォーム部材６０及びラック
軸１０を貫通して直径方向に延びている。前記ウォーム
部材６０に嵌合されたボールネジナット９２は、ハウジ
ング100に対して一対の軸受９０により支持され、その
内周面にはらせん状にボールねじ溝９４が形成され、ウ
ォーム部材６０のねじ溝６２との間には多数のボール９
６が介在されている。ボールネジナット９２には歯車９
８が固定され、この歯車はハウジング100 に軸支された
歯車102 を介して前記歯車５６と噛み合っている。

【００１２】図３から明らかなように、ラック軸１０の
中空穴７４とピン６４の間にはラック軸１０とピン６４
とがどのような作動状態でも接触しないように若干の隙
間があるが、中空ウォーム６０の穴７６とピン６４との
間には隙間はない。また、ピン６４の両端にはスぺーサ
７９を介して円筒形状のローラまたは角形状のスライダ
７８が回転可能に取付けられ、ハウジング５２に軸方向
に形成された案内部８０内に嵌入している。ピン６４、
ローラ７８及び案内部８０により係合手段が形成され、
これによりウォーム部材６０はハウジング100 に対して
軸方向に相対移動は可能であるが、円周方向に相対回転
することは出来ない。

【００１３】図１に戻って、ウォーム部材６０はその両
端においてスラストワッシャ６６、バネ６８、リング７
０及び止め輪７２によりラック軸１０に対して、バネ６
８の若干のたわみを除いて軸方向に相対的に移動するこ
とを防止されている。これらワッシャ６６等により係止
手段が形成され、その作用によりウォーム部材６０の軸
方向移動がラック軸１０に伝達される。この係止手段に
はバネ６８を使用しているので、その変形量を何らかの
電気的方法で計測することにより、出力センサまたはス
テアリングに外部から作用する力のセンサとして利用で
きる。ラック軸１０とウォーム部材６０との間にはブッ
シュ７５が介装されている。上記電動モータ５４、歯車
５６等、ボールナット９２、ボール９６、ウォーム部材
６０等により操舵補助力入力部５０が形成される。

【００１４】次に、本実施例の作動を説明する。ステア
リングホイールに回転操舵力が加えられると、入力軸３
２が回転し、この回転がトーションバー３０を介してピ
ニオン軸１６に伝達され、ラック・ピニオン式の手動操
舵力入力部２０においてラック軸１０の軸方向移動に変
換される。このとき、入力される回転操舵力は前述のよ
うにポテンショメータ３９で測定しており、これが所定
値以上になったときには電気式操舵補助力入力部５０に
より操舵力を補助（パワーアシスト）する。すなわち、
ポテンショメータ３９からの信号によりモータ５４が回
転すると、歯車５６、102を介してボールナット９２が回
転する。前述したように、このとき負荷に比例して発生
するウォーム部材６０の円周方向の回転力は、ピン６
４、ローラ７８、およびハウジング100 の案内部８０に
より形成される係合手段によってハウジング100 により
受け止められるため、ボールネジナット９２の回転力は
ボール９６を介してウォーム部材６０を軸方向に駆動す
る。ウォーム部材６０が軸方向に移動すると、その軸方
向移動はスラストワッシャ６６、バネ６８、リング７
０、および止め輪７２から成る係止手段によりラック軸
１０に伝達される。このとき、ラック軸１０はウォーム
部材６０の円周方向の回転力の影響を受けることはな
い。

【００１５】前記実施例と同じ条件では、ピン６４から
ハウジング100 に加わる力は約２４kgf であり、従来例
においてラック軸からピニオン軸に加わる力（図４参
照）に比べてはるかに小さい。これは、ラック軸１０と
は別の中空ウォーム部材６０を設けて、ボールネジナッ
ト９２からウォーム部材６０に加わる回転力をピン６４
を介して直接ハウジング100 で受け止めるようにしたこ
とによる。

【００１６】なお、本発明は上記実施例に限定して解釈
されるべきではなく、この趣旨を損ねない範囲で適宜変
更、改良が可能である。例えば、ピン６４がラック軸１
０を貫通していることは必須ではなく、ピンはウォーム
部材６０とはハウジング100 との間に介在していれば十
分である。

【００１７】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、操舵補助力を加えるときラック軸に回転モーメント
が作用しないため、常にラックとピニオン軸との噛合が
正常に保たれてピニオン軸がスムーズに回転し、またラ
ックギヤー及びピニオンギヤーに偏摩耗や剥離が生ずる
ことがない。また、プレッシャパッドの付勢力を適正な
大きさにできるので、ステアリングホイールの戻りは良
好で、また左、右と連続的に操舵方向を変えても、ギヤ
ー打音や、不連続な操舵感覚が生ずることはない。更
に、ラックギヤーとピニオンギヤーとの噛合い部ではモ
ータの発生する力又は路面から車輪を通して伝達される
外力をほとんど受けないので、プレッシャパッドの押付
け力は普通のラック・ピニオン式手動操舵装置よりも小
さくて済み、摩擦が少なく戻りのよい操舵装置が実現で
きる。また、仮に外部からの過大な力によってラック軸
が撓むようなことがあっても、ウォーム部材はラック軸
とは別体とされ、しかも曲げ剛性にすぐれた円筒形状で
あるため、ラック軸の撓みの影響は受けない。

【００１８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す全体正面図（一部破断）
である。

【図２】図１における２−２断面図である。

【図３】図１におけるラックピニオン機構の断面図であ
る。

【図４】従来例のラックとピニオンギヤーの噛合い部で
のラックの回転力の受け方を模式的に示した説明図であ
る。

【主要部分の符号の説明】

１０・・・・・・ラック軸 １６・・・・・・ピニオン軸 ５４・・・・・・電動モータ ６０・・・・・・ウォーム部材 ６４・・・・・・係合手段 68、70、72・・・・・・係止手段 ９２・・・・・・ボールネジナット 100 ・・・・・・ハウジング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】全体として長細い円筒形状を有するハウジ
   ング100 と、 該ハウジングを挿通し、その両端において左右の操向車
   輪に夫々連結され、その軸方向移動により操向車輪を操
   舵すると共に、その第１の軸方向位置にラックギヤー１
   ２が形成されたラック軸１０と、 その一端に前記ラック軸のラックギヤーに噛合するピニ
   オンギヤー１８を有し、他端には手動操舵により回転す
   るステアリングホイールが連結され、その回転によって
   前記ラック軸を軸方向に移動させるピニオン軸１６と、 操舵補助力を発生する電動モータ５４と、 前記ラック軸と同心的に前記ハウジングに回転可能に取
   り付けられ、前記電動モータにより回転される円筒状の
   ボールネジナット９２と、 前記ラック軸と同心的に前記ラック軸の第２の軸方向位
   置に嵌合され、前記ボールネジナットの回転に基ずき、
   前記ボールネジナットとの間に介在する多数のボールを
   介して軸方向に移動される円筒状のウォーム部材６０
   と、 前記ウォーム部材を前記ハウジングに対して、軸方向に
   は相対移動可能に、円周方向には回転不能に係合する係
   合手段６４と、 前記ウォーム部材を前記ラック軸に、前記ウォーム部材
   の軸方向移動を伝達するように係止する係止手段６８〜
   ７２と、を含むことを特徴とする電気式動力舵取装置。