JPH0696385B2 - 電気式動力舵取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は車両等の電気式動力舵取装置に関し、より詳細
には、ステアリング操舵力軽減用電気式動力舵取装置を
有するラツクピニオン舵取装置の改良に関する。

（従来の技術） 従来広く用いられているラツクピニオン式舵取装置は、
（例えば特公昭49-39454号公報に示されるように）ハウ
ジング内に往復動可能に支承されたラツク軸と、ラツク
軸のラツク部にハウジング内で交差して噛合うピニオン
部を有するピニオン軸とによつて操舵力を伝達してい
た。

これに対し据切時など大きな操舵力を必要とする時には
油圧力又は電動モータの動力をラツク軸上に伝達して動
力補助するラツクピニオン式動力舵取装置が知られてい
る。

このような油圧力を利用したものは例が多いが電気式動
力舵取装置の例としては、特願昭58-132827や米国特許
第4415054号に示される形式のものがある。

これらの電気式動力舵取装置は、ステアリングハンドル
からの操舵入力を受入れるピニオン軸のピニオン部と噛
合うラツク部を有するラツク軸上にボールスクリユーを
配設して、このボールスクリユーを介し電動モータの動
力をラツク軸に伝達するようにしたものである。これら
の舵取装置では、ラツクピニオン部とボールスクリユー
部とは一体のハウジング内に保持されており、ボールス
クリユー部に電動モータが同軸に（米国特許第4415054
号）又は軸を異にして（特願昭58-132827）設けられて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した電気式動力舵取装置を実際に製
造し、車両等へ適用する際以下に述べるようないくつか
の問題点が見い出された。

即ち、第１に製造上の問題として加工や処理が容易では
ないことがあげられる。前述の装置は、長尺のラツク軸
上にラツク溝とウオーム溝の双方を加工形成しなければ
ならないが、ラツク溝はラツク軸の両端を固定保持して
ブローチ削り又は特公昭56-26528号公報に示されるよう
に塑性加工によつて形成されるのに対しウオーム溝はラ
ツク軸を回転させながら切削又は研削により形成され
る。この様に、長尺の軸上に全く異なる加工方法によつ
て２種類の溝を形成することは、加工自体の難しさに加
え、加工精度を確保することが難しい。舵取装置におけ
るラツク部やスクリユー部は高精度を要求される為一体
の軸上にラツク溝とウオーム溝とを精度良く形成したラ
ツク軸は、極めて高価になりやすい。

更に、長尺のラツク軸に焼入れ等の熱処理を施すと曲り
変形が生じて修正が非常に困難であり、経費上大きな問
題がある。

以上の問題に加えて、上述した如き長尺のラツク軸を有
する舵取装置の場合、実際の車両に適用する時に種々の
問題を引き起す。

例えば、車両によつてステアリングの仕様が変わつて、
ラツクピニオン部又は電動モータの容量等が数種類設定
されたり、一方車両の仕様によつてエンジンルーム内の
構成が異なることによつてハンドル軸の位置と電動モー
タ取付位置とが相対的な変更を必要とする場合がある。
この様な場合に、長さや形状の異なるラツク軸を何種類
も設定する必要があり製造上、経費上の各種問題を引き
起こす。

本発明の目的は以上述べた一体ラツク軸を有する電気式
動力舵取装置の問題点を解消し、加工、処理等製造が容
易かつ安価であつて高精度即ち高性能の電気式動力舵取
装置を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ハンドルからの操舵入力を受入れるピニオン
部を有するピニオン軸と、該ピニオン部と噛合うラック
部を有し、一方の操向車輪と連動するラック軸と、 該ラック軸を支承するラックピニオンハウジングと、 前記ラック軸に一体的に連結され、他方の操向車輪と連
動するウオーム軸と、 該ウオーム軸を支承するウオームハウジングと、 該ウオーム軸上に形成されたウオーム部と該ウオーム軸
に同軸上に回動自在に被着されたボールナット部と該ウ
オーム部と該ボールナット部間に配置される複数個のボ
ールとより成りボールナット部の回動をボールを介して
ウオーム部に伝達しウオーム軸を直線変位させるボール
スクリューと、回転動力を出力する電動モータと、該電
動モータの回転動力をボールナットへ伝達しボールナッ
トを回動させる動力伝達手段と、電動モータを制御する
ための制御手段とより成る電気式動力舵取装置であっ
て、 前記ラック軸と前記ウオーム軸とが同一軸線上に配置さ
れ、該両軸の一端が突合わせて接合され、該接合される
部分を覆う連結ハウジングが、その一方の端部が前記ラ
ックハウジングに、その他方の端部が前記ウオームハウ
ジングに固定されて配置して成ることを特徴とする電気
式動力舵取装置によって、上記目的を達成している。

（実施例） 以下に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明による電気式動力舵取装置の全体を示し
ており、第２図は第１実施例の主要部分の部分断面図を
示している。

第１図において、ハンドル１はハンドル軸２に回動自在
に固定されており、ハンドル軸２はユニバーサルジヨイ
ント６等を介してピニオン軸５に連結されている。ピニ
オン軸５はハウジング22内でピニオン軸５に交差して延
在する出力軸７と噛合係合してラツクピニオン部20を形
成している。出力軸７上にはボールスクリユー部３が設
けられ、このボールスクリユー部３に動力伝達装置10を
介して電動モータ８が接続されている。ハウジング22が
ブラケツト14、15によつて車体に固定されて舵取装置全
体が車体に懸架される。出力軸７の両端には（図示な
き）ボールジヨイントが取付けられてナツクルアーム等
を介して操向車輪に連結される。電動モータ８は車両の
他の部位に設置された制御回路11に接続されており、こ
の制御回路11は電源12から動力を得て、例えばハンドル
軸２に設置された入力トルク検出器４から得られる入力
トルクに関する情報と車速検出器13からの情報とから電
動モータ８の出力を制御する。

第２図は、第１図に示す舵取装置の出力軸７に沿う断面
である。

第２図に従い、本発明による舵取装置をより詳細に説明
する。

ピニオン軸６の先端部にはピニオンギヤ部16が設けられ
ハウジング22内に回動自在に支承されている。一方、出
力軸７はラツク軸7a及びウオーム軸7bより構成され、そ
のラツク軸7aはラツクギヤ部17を有し、ハウジング22内
でピニオンギヤ部16と噛合い係合し軸方向に往復動可能
に支承されている。ラツクギヤ部17とピニオンギヤ部16
とはラツクピニオン部20を構成してハウジング22に内設
されている。したがって、ラック軸はラックハウジング
22により支承されていて、ラックピニオン部20はユニッ
ト化されている。ピニオンギヤ部16とラツクギヤ部17の
噛合をラツク軸７の背面より支持し更に噛合予圧を与え
るための支持装置18がハウジング22に設けられている。
この支持装置18は、ラツク軸7aの背面に当接しそのラジ
アル方向の荷重を受けるプレツシヤーパツド18a、ピニ
オンギヤ部16とラツクギヤ部17の噛合部にプレツシヤパ
ツド18aを介して噛合予圧を与えるバネ19、噛合予圧を
調整可能とする蓋18b、及び、蓋18bを調節、固定するた
めのロツクナツト21より構成されている。ハウジング22
のピニオンギヤ部16及びラツクギヤ部17の噛合部に隣接
して舵取装置を車両へ固定するためのブラケツト15が取
付けられている。

出力軸７は前述した如く、ラツク軸7aとウオーム軸7bと
より構成され、両軸はＡにおいて互いに連結されてい
る。両軸間の連結手段は第３図に示す如く、突合せ溶接
Ｂ後バリ取りして形成するか又は、第４図に示す如き機
械的連結即ち、ラツク軸7aとウオーム軸7bのいずれか一
方（第４図ではウオーム軸7b）の先端に突起を設け、他
方（第４図ではラツク軸7a）の先端に設けられた溝内に
挿入後、ピン50等で両軸7a、7bを固定する方法等が適し
ている。又、両軸7a、7bを確実に固定できるものであれ
ば、他の方法でも良い。

ウオーム軸7bは好適には連結部Ａよりラツク軸7aと同一
軸上に延びその他端は前述した如くボールジヨイント及
びナツクルアームを介して操向車輪に連結されている。

ウオーム軸7b上にはボールスクリユー部30がハウジング
28内に設けられ、ハウジング28とともにボールスクリュ
ー部30がユニット化されこのボールスクリユー部30に前
述した如く電動モータ８が動力伝達装置10を介して接続
されている。ボールスクリユー部30はウオーム軸7b上に
らせん状に溝切りされたウオーム29と、このウオーム29
の一部を被つてウオーム軸7bと同心にハウジング28内に
軸受26及び27を介して回動自在に配置されその内周面に
やはりらせん状の溝を有するナツト部材25と、ウオーム
29とナツト部材25の両溝間に配置される多数のボール33
とより構成されている。ボール33はナツト部材25中に設
けられた循環用空孔より上記のらせん状の溝を経て再び
循環用空孔に戻るように構成されており、このボール33
の転動と循環によつて電動モータ８からの動力の伝達と
出力軸７の滑らかな往復動が可能となる。

ハウジング28はウオーム軸7bのウオーム29の一部を被つ
て配置され、その一端（第２図及び第３図上左端）には
軸受26、27に予圧を与える蓋部材28aが螺合されロツク
ナツト31によつて固定されている。蓋部材28aにはブラ
ケツト14が取り付けられ、このブラケツト14がハウジン
グ22上のブラケツト15と共に舵取装置を車体に固定して
いる。

一方、ハウジング28の他端（第２図及び第３図上右端）
は連結ハウジング32によりハウジング22に連結されてい
る。連結ハウジング32はその両端を両ハウジング及び28
の端部に挿入され、適当な固定手段により固定されてい
る。連結ハウジング32はスチールやアルミニウム等の金
属製パイプにより形成されその内部に出力軸７を被つて
保護するとともに、両ハウジング22及び28を一体的に連
結して強度を与える強度部材とも成つている。

連結ハウジング32は両ハウジング22、28の開口内に圧入
後かしめることによつて両ハウジングに固定されてい
る。連結ハウジング32のハウジング22、28への取付け方
法はこれに限られることなく、機械的に連結しても良
い。

例えば第５図の例では、円筒形で一端の外周に雄ねじ形
成され又他端に半径方向外側に延び出すフランジを有す
る連結ハウジング32aを使用している。雄ねじ部がハウ
ジング28の開口内に形成された雌ねじ部28b内に螺入さ
れた後、他端部のフランジがハウジング22のフランジ22
aに当接され互いに合致した孔を介しボルト41等の固着
具で固定保持される。その後、連結ハウジング32aとハ
ウジング28とは溶接40で確実に固定される。

更にまた、連結ハウジング32bの両端にフランジを設
け、これらフランジをハウジング28のフランジ部とハウ
ジング22のフランジ部とに当接させてボルト等の固着具
によつて固定するようにしても良い。

以上のごとき連結ハウジング32、32aの軸方向の長さを
適当に調整すれば両ハウジング22及び28の間の距離を自
在に調整出来る。更に、連結ハウジング32、32aの断面
を円形とすれば、軸回りの自由度も与えられ両ハウジン
グ22と28の軸回りの関係も自在に調整可能である。

更に前述したように、ラツク軸7aとウオーム軸7bとは第
５図のＡに示した通り、連結部材32又は32aの内部で連
結するように形成しているので、ラツクピニオン部20と
ボールスクリユー部30とを各々ユニツトとして構成する
ことができる。

ナツト部材25にはハウジング28内で減速ギヤ24が嵌着さ
れ、一体に回動するようになつている。減速ギヤ24はそ
の外周上に歯を有する歯車であり、この外周歯はピニオ
ンギヤ23の外周歯と噛合つている。ピニオンギヤ23は、
出力軸７と平行するように軸を配置した電動モータ８よ
り出力を取り出すクラツチ９の軸上に固定されて、電動
モータ８の出力をナツト部材25へと伝達する。従つて、
電動モータ８の回動出力はクラツチ９を介してピニオン
ギヤ23から減速ギヤ24へと伝達された後ナツト部材25へ
と伝達されナツト部材25を回転駆動させる。ナツト部材
25の回動はボール33を介してウオーム29へと伝えられ出
力軸７を軸方向に直線変位させる。

電動モータ８はハウジング28の外側の異なるハウジング
に配置固定されその軸のみをハウジング28内に挿入しク
ラツチ９と係合するように構成されているので、大容量
から小容量までの電動モータ８を設定することが出来
る。更に、第２図及び第３図の如く、電動モータ８は出
力軸７回りのいずれの位置にも設定できる。又、電動モ
ータ８の軸は出力軸７と平行である必要は無く自由にそ
の軸を設定できる。

本実施例においては、電動モータ８の動力はクラツチ９
を用いて適宜ボールスクリユーへと伝達されているが、
クラツチ９を使用せずに減速ギヤのみを介して直接に電
動モータ８の動力をボールスクリユーへ入出力するよう
にすることも可能である。

制御回路11はクラツチ９を適宜切つたり入れたりして手
動操舵と動力操舵の切替えを行つたり、動力操舵時に検
出されたトルクや車速に応じて適当な出力が得られるよ
うに電動モータ８を制御する。

例えば、操舵力が最も重い据切時を含む低速走行時には
クラツチ９を入れて検出されたトルクに対応する出力が
得られる様に電動モータ８を制御し、これの出力分だけ
ハンドル１に加える操舵力が軽減されるようにしたり、
また高速走行時の様に操舵力が軽くよりダイレクトな操
舵感覚を必要とする時にはクラツチ９を切つて手動操舵
としたり更には動力操舵時には車速、操舵角などをも加
味して電動モータ８の出力を制御することもできる。

また、フエイルセイフを確保するためには、異常発生時
には常に手動操舵となる様にクラツチ９を制御回路11に
より切る必要がある。

以上の構成を有する電気式動力舵取装置の作動について
以下に説明する。

クラツチが作動状態にないとき、電動モータ８の出力軸
と減速機のピニオンギヤ23の軸は分離されている。この
状態でハンドル１を操作するとその回転はピニオンギヤ
部16とラツクギヤ部17の噛合によつて、出力軸７の軸方
向の運動に変換され、不図示のボールジヨイント、ナツ
クルアームを介して操向車輪の方向を決める。この作動
は一般的な手動式のラツクアンドピニオン式舵取装置と
同じである。

クラツチ９が作動状態にあるとき電動モータ８の出力軸
と減速機のピニオンギヤ23の軸は結合される。この状態
の時ハンドル１を操作すると、出力軸７が外部から受け
る負荷に応じたハンドル軸トルクに関する情報が入力ト
ルク検出器により検出され、制御回路11に伝達される。
また車速検出器13から得られた車速に関する情報も制御
回路11に伝達されこれらの情報に基づいて所定の特性で
電動モータ８の出力が制御され、この出力がピニオンギ
ヤ23、減速ギヤ24、ボールスクリユーを構成するナツト
部材25、ウオーム29、ボール33を介して出力軸７に高効
率且つ大減速比で伝達される。

以上のように出力軸７は電動モータ８の動力補助を得手
直線変移する。

以上に本発明の好適実施例について詳述したが、その他
の応用、変形例も可能である。例えば、電動モータの動
力をラツク軸に伝達する機構としてボールスクリユーを
使用した例を示したが、これに代えてアクメネジ等の一
般のネジ機構を構成する雄雌ネジを介して電動モータの
出力を伝達するようにしても良い。

又、電動モータはラツク軸と平行する軸上に設けるよう
にしたが、以下の第３実施例に示すように、ラツク軸と
同軸に配することも可能である。

第６図は本発明の第３実施例を示しており、同一部品に
は同一符号を付し、説明を省略する。

第６図において、ラツクピニオン部20はハウジング22に
内設されており、ウオーム軸7b上に設けられたボールス
クリユー部30はハウジング28dに内設されている。ラツ
クピニオン部20とボールスクリユー部30の間にはクラツ
チ９、電動モータ８、連結部材32dが互いに連結されて
配置されている。ラツク軸7aとウオーム軸7bとは前述の
実施例と同様に連結ハウジング32dの内部の連結部Ａで
互いに連結されている。

ボールスクリユー部30を内設するハウジング28dのラツ
クギヤ17側にはクラツチ９が接続され、クラツチ９には
電動モータ８が連結されている。電動モータ８とハウジ
ング22との間は連結部材32dにより連結され、各ユニツ
トを一体的に連結する構成と成つている。

ナツト25には板ばね34を介して、マサツ板37を持つ部材
が一体に取付けられ、電磁石コイル35がONのときはこの
マサツ板37が板ばね34の力に抗して他方のマサツ板36に
係合し、このマサツ板36を持つ部材にスプライン結合し
た電動機出力軸38とナツト25とがつながる。コイル35が
OFFのときはマサツ板37が板ばね34によりナツト25の側
に引きつけられて両マサツ板36、37が離れ、電動モータ
８の出力はナツト25に伝達されない。

（発明の効果） 本発明は、ラツク軸とは別体のウオーム軸を設けてそこ
に電気式動力補助機構を配置するとともにラツク軸とウ
オーム軸とを連結ハウジングにて互いに連結するように
したので、以下の効果が得られる。

１）ラツクギヤ及びウオーム等の加工が容易になりかつ
高精度で実施できる。

２）寸法容量の小さい加工機で加工できる。その結果、
経済的である。

３）熱処理後の曲り変形が小さくすみ、修正作業が短時
間で可能であり、又、研削の際の取代が小さくできる。

４）ラツクギヤ及びウオームを夫々最適の材料、最適の
熱処理で形成できるので経済的かつ高性能である。

５）ラツク．ピニオン部あるいはボールスクリユー部の
いずれか一方の寸法変更又は仕様変更等に柔軟に対応で
きる。

６）ボールスクリユー部を標準化して各種のステアリン
グ仕様にラツク軸あるいはウオーム軸の長さ変更のみで
対応可能である。

７）ラック軸を有するラックピニオン部と、ウオーム軸
を有するボールスクリュー部とを別のユニットとして作
ってから、組立てにおいて両ユニットを一体化できる。

以上の如く、本発明によれば設計、製作が容易で、安価
かつ高性能の電気式動力舵取装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体図、第２図は第１図に示
す実施例の部分断面図、第３図は連結部の詳細図、第４
図はラツク軸とウオーム軸の連結手段の第２実施例を示
す断面図、第５図は連結ハウジングの第２実施例を示す
断面図、第６図は本発明の第２実施例を示す断面図であ
る。 （主要部分の符号の説明） ６……ピニオン軸 16……ピニオンギヤ部、Ａ……連結部 ７……出力軸、7a……ラツク軸 17……ラツクギヤ部、7b……ウオーム軸 22、28……ハウジング 30……ボールスクリユー部 29……ウオーム 25……ナツト部材 33……ボール 32……連結ハウジング ８……電動モータ 10……動力伝達装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハンドルからの操舵入力を受入れるピニオ
   ン部を有するピニオン軸と、該ピニオン部と噛合うラッ
   ク部を有し、一方の操向車輪と連動するラック軸と、 該ラック軸を支承するラックピニオンハウジングと、 前記ラック軸に一体的に連結され、他方の操向車輪と連
   動するウオーム軸と、 該ウオーム軸を支承するウオームハウジングと、 該ウオーム軸上に形成されたウオーム部と該ウオーム部
   に同軸上に回動自在に被着されたボールナット部と、 該ウオーム部と該ボールナット部間に配置される複数個
   のボールとより成りボールナット部の回動をボールを介
   してウオーム部に伝達しウオーム軸を直線変位させるボ
   ールスクリューと、回転動力を出力する電動モータと、
   該電動モータの回転動力をボールナットへ伝達しボール
   ナットを回動させる動力伝達手段と、電動モータを制御
   するための制御手段とより成る電気式動力舵取装置であ
   って、 前記ラック軸と前記ウオーム軸とが同一軸線上に配置さ
   れ、該両軸の一端が突合わせて接合され、該接合される
   部分を覆う連結ハウジングが、その一方の端部が前記ラ
   ックハウジングに、その他方の端部が前記ウオームハウ
   ジングに固定されて配置して成ることを特徴とする電気
   式動力舵取装置。
2. 【請求項２】前記接合される部分が突合わせ溶接連結さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の電気式動力舵取装置。
3. 【請求項３】前記接合される部分がピン結合で連結され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   電気式動力舵取装置。
4. 【請求項４】前記電動モータが動力補助軸と異なる軸上
   に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の電気式動力舵取装置。
5. 【請求項５】前記動力モータが動力補助軸と同軸に配置
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の電気式動力舵取装置。