JPH1143055A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンパクトな構成でありながら、操舵軸に生じ
る衝撃荷重を安定して緩和できるステアリング装置を提
供する。 【解決手段】皿ばね１０５が、第１ラックサポート１０
４と第２ラックサポート１０６との間に設けられ、通常
の操舵時においてピニオン１１１ａとラック軸１１２と
が離隔する方向の力を受けたときは、第１ラックサポー
ト１０４と第２ラックサポート１０６とは剛体として作
用するが、衝撃的荷重を受けたときは相対移動するよう
になっているので、ラックサポート機能を阻害すること
なく、衝撃荷重が発生したときのみこれを安定して吸収
することができる。しかも、かかる皿ばね１０５はラッ
クサポート内に組み込むことができ、それによりステア
リング装置のコンパクト化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリング装置
に関し、特にラック・アンド・ピニオン式ステアリング
装置のラックサポート機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両のステアリング装置として、電動モ
ータ等の回転出力を歯車装置により減速して操舵機構の
ラック軸に伝達し、ステアリングホイールに負荷された
手動力を補助して、該ラック軸を所定範囲内で往復動作
させることにより、車輪の操舵を行なうように構成し
た、いわゆるラック・アンド・ピニオン式パワーステア
リング装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、操舵軸の上
端に取り付けられたステアリングホイールは、４０ｃｍ
前後の径を有するため、その慣性モーメントは比較的大
きなものとなっている。しかも近年は、ステアリングホ
イールに、衝撃吸収装置であるエアバッグを装着する場
合が多く、かかる場合、ステアリングホイールの慣性モ
ーメントはより増大することになる。

【０００４】一方、操舵軸自体の慣性モーメントは小さ
いが、上述したようなパワーステアリング装置において
は、操舵軸は歯車機構を介して電動モータに連結されて
いるため、ステアリングホイールの慣性モーメントと、
電動モータの慣性モーメント（ロータの慣性モーメント
×減速ギヤ比の自乗）が、かかる操舵軸に付加されてい
ることとなる。

【０００５】ここで、例えば勢い良くステアリングホイ
ールを回転させていった場合において、ラック軸がラッ
クストッパに当たった瞬間に、操舵軸のみであれば直ち
に停止することになる。しかしながら、慣性モーメント
の大きいステアリングホイールや電動モータのロータに
連結されているため、操舵軸は更に回転し続けようとす
る。このとき、操舵軸には大きな衝撃荷重が作用する。
かかる衝撃荷重により大きな打音や振動が発生し、乗員
に不快感を与えることとなる。

【０００６】ところで、かかる問題点を解決する手法と
して、電動モータの回転軸に、摩擦力を用いたトルクリ
ミッタを設け、衝撃荷重が負荷された瞬間にトルクリミ
ッタを作動させて、操舵軸と電動モータとを切り離し、
それにより衝撃荷重を緩和することが提案されている。

【０００７】しかしながら、摩擦力を用いたトルクリミ
ッタの場合、衝撃速度や温度等によりトルクリミッタの
動作開始条件が変動し、安定した衝撃荷重の緩和が図れ
ないという別な問題がある。

【０００８】一方、ラック軸をそのストローク端で弾性
体に衝接させることにより、衝撃荷重を緩和させるとい
う別な手法も提案されている。しかしながら、かかる手
法によれば、ラック軸両端を衝接させるその弾性体を２
つ設けなくてはならず、製造コストが高くなり、また双
方の弾性体における衝撃吸収特性を均等にするには一定
の調整が必要となる。加えて、安定した衝撃吸収を図る
ためには、衝撃吸収時に弾性体の変形に対応してラック
軸が移動できるスペースを確保しなければならず、その
分ラック軸のストロークが減少してしまうという問題が
ある。

【０００９】そこで本願発明は、かかる問題点に鑑み、
コンパクトな構成でありながら、操舵軸に生じる衝撃荷
重を安定して緩和できるステアリング装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本願発明のステアリング装置は、ハウジングと、該ハウ
ジングに対して回転自在に支持され、外周にピニオンを
形成した操舵軸と、前記ピニオンに噛合するラック歯を
有し、前記操舵軸の回転に応じて、前記ハウジングに対
して往復移動することにより車輪を操舵するラック軸
と、前記ラック軸を支持する支持部と、前記ピニオンに
向かって前記支持部を介して前記ラック軸を付勢する付
勢部材とを有するラックサポート装置と、前記ラックサ
ポート装置の前記付勢部材と前記支持部との間に設けら
れ、通常の操舵時において前記ピニオンと前記ラック軸
とが離隔する方向の力を受けたときは、前記付勢部材と
前記支持部材との間隔を一定に維持するが、前記力を超
える衝撃的荷重を受けたときは前記間隔を短縮する衝撃
吸収装置とからなる。

【００１１】

【作用】本願発明のステアリング装置によれば、前記衝
撃吸収装置が、前記ラックサポート装置の前記付勢部材
と前記支持部との間に設けられ、通常の操舵時において
前記ピニオンと前記ラック軸とが離隔する方向の力を受
けたときは、前記付勢部材と前記支持部材との間隔を一
定に維持するが、前記力を超える衝撃的荷重を受けたと
きは前記間隔を短縮するようになっているので、前記ラ
ックサポート装置の機能を阻害することなく、衝撃荷重
が発生したときのみこれを安定して吸収することができ
る。しかも、かかる衝撃吸収装置はラックサポート装置
内に組み込むことができ、それによりステアリング装置
のコンパクト化を図ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の第１の実施の形
態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本
願発明の第１の実施の形態である電動式パワーステアリ
ング装置を、車両に搭載した状態で示す図である。図２
は、本実施の形態にかかるステアリング装置１００の軸
線方向一部断面図である。

【００１３】図１において、車両に固定された電動式パ
ワーステアリング装置５０は、ステアリングシャフト５
１の上端にステアリングホイール５２を取り付けてい
る。一方、ステアリングシャフト５１の下端は、自在継
手５３を介して中間シャフト５４に連結され、中間シャ
フト５４は、自在継手５５を介して、ステアリング装置
１００の入力軸１１１に連結されている。

【００１４】電動式パワーステアリング装置５０のコン
トローラ５０ｂは、トルク検出器５０ｂと、バッテリ５
０ｃと、速度検出器５０ｄとに連結され、後述する態様
で電動モータ５０ｅを駆動制御し、適切な補助操舵トル
クを出力するようになっている。

【００１５】図２において、ステアリング装置１００
は、ハウジング本体１０１とそれから延在するラックコ
ラム１１０を有する。ハウジング本体１０１及びラック
コラム１１０は、ブラケット１１０ａ、１１０ｂにより
不図示の車体に固定されており、それらによりハウジン
グを一体的に形成している。

【００１６】ハウジング本体１０１の内側には、一端を
自在継手５５を介して中間シャフト５４に連結するよう
になっている入力軸１１１が上方から斜めに延在し、一
方ハウジング本体１０１及びラックコラム１１０内には
ラック軸１１２が延在している。

【００１７】ラック軸１１２の両端にはボールジョイン
ト１１５（一方のみ図示）が取り付けられており、ボー
ルジョイント１１５には、それぞれタイロッド１１７、
１１８の端部が枢動自在に取り付けられている。ボール
ジョイント１１５、１１６の周囲には防塵用のブーツ１
１９、１２０が取り付けられている。

【００１８】図３は、図２のステアリング装置１００を
ＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。図３
において、ハウジング本体１０１は、大円筒１０１ａに
直角に小円筒１０１ｂを接合した形状を有している。大
円筒１０１ａの内に挿通された入力軸１１１の下方端に
は、ピニオン１１１ａが形成され、ラック軸１１２のラ
ック歯に噛合しており、入力軸１１１の回転によりラッ
ク軸１１２はその長手方向（紙面に垂直）に移動するよ
うになっている。

【００１９】入力軸１１１は、ピニオン１１１ａの両側
で、軸受１０２ａ、１０２ｂにより、ハウジング１０１
に対して回転自在に支持されている。ロックナット１０
３ａにより、軸受１０２ａ、１０２ｂは入力軸１１１を
介して予圧をかけられるようになっている。なお、ロッ
クナット１０３と軸受１０２ａとの間には、シール１０
３ａが配置されている。

【００２０】ハウジング本体１０１の小円筒１０１ｂ
は、ラック軸１１２の背面から外方へと延在している。
ラック軸１１２の背面には、円筒形状の支持面１０４ａ
をラック軸１１２に当接させるようにして第１ラックサ
ポート１０４が配置されている。また、ラック軸１１２
の支持部である第１ラックサポート１０４は、内側に凹
部１０４ｂを形成しており、この凹部１０４ｂ内には、
一対の皿ばね１０５を向かい合わせて設置している。更
に第２ラックサポート１０６により、皿ばね１０５を第
１ラックサポート１０４に対して押圧して所定の初期荷
重を与えた後、第１ラックサポート１０４と第２ラック
サポート１０５とを止め環１０７により固定している。
なお、第１ラックサポート１０４と、皿ばね１０５と、
第２ラックサポート１０６と、止め環１０７とにより衝
撃吸収装置を構成する。

【００２１】一方、小円筒１０１ｂの端部には、カバー
部材１０９が螺合している。カバー部材１０９と第２ラ
ックサポート１０６との間には、付勢部材であるコイル
ばね１０８が設置され、第２ラックサポート１０６と第
１ラックサポート１０４とを介して、ラック軸１１２に
付勢力を与え、ピニオン１１１ａとラック軸１１２との
たたき合いを防止している。なお、この付勢力をカバー
部材１０９を締め込みあるいはゆるめることにより調整
できるよう、カバー部材１０９と第２ラックサポート１
０６との間には、若干のスキマが形成されている。

【００２２】次に、本実施の形態における電動式パワー
ステアリング装置の動作につき図１を参照して以下に説
明する。運転者がステアリングホイール５２を回転させ
ると、ステアリングシャフト５１，自在継手５３，中間
シャフト５４，自在継手５５及び入力軸１１１が回転
し、ラック軸１１２を所定の方向に移動させる。この場
合において、トルク検出装置５０ｂで検出されたトルク
の値は、コントローラ５０ａに送られ、そこで速度検出
器５０ｄ等の出力を考慮して決められた所定値と比較さ
れる。

【００２３】かかるトルクが所定値を超えた場合には、
補助操舵力を必要とする場合であるので、電動モータ５
０ｅを駆動すべくバッテリ５０ｃの電力を電動モータ５
０ｅに供給する。駆動された電動モータ５０ｅは、ステ
アリングシャフト５１に補助トルクを出力し、ラック軸
１１２を軸線方向に移動させる。トルク検出装置５０ｂ
で検出されたトルクの値が所定値より低い場合には、補
助操舵力は不要であるので、電動モータ５０ｅは駆動さ
れない。

【００２４】ところで、図３において、通常の操舵時に
生じるピニオン１１１ａとラック軸１１２との間に生じ
る離隔方向の力は、コイルばね１０８の付勢力によって
抑えることができ、それによりピニオン１１１ａとラッ
ク軸１１２とのたたき合いを防止することができる。

【００２５】かかる場合、第１ラックサポート１０４と
第２ラックサポート１０６との間に配置された皿ばね１
０５には、通常の操舵時に生じるピニオン１１１ａとラ
ック軸１１２との間に生じる離隔方向の力よりも大きい
初期荷重が設定されており、かつ第１ラックサポート１
０４と第２ラックサポート１０６とは止め環１０７によ
って結合されているため、第１ラックサポート１０４と
第２ラックサポート１０６とは剛体として作用し、コイ
ルばね１０８の付勢力をラック軸１１２へ伝達すること
ができる。

【００２６】一方、運転者が勢い良くステアリングホイ
ール５２を回転させていった場合において、ラック軸１
１２がラックコラム１１０の端部１１０ｃ（図２）に当
たった瞬間に、慣性モーメントの大きいステアリングホ
イール５２や電動モータ５０ｅのロータに連結されてい
るステアリングシャフト５１は、更に回転し続けようと
する。

【００２７】従って、ラック軸１１２が停止したにもか
かわらず、入力軸１１１は大きなトルクで回転しようと
するため、入力軸１１１とラック軸１１２との間には大
きな衝撃荷重が発生する。ここで、皿ばね１０５の初期
荷重は、かかる衝撃荷重より小さく設定されているの
で、衝撃荷重が発生したとき、まずコイルばね１０８が
縮み、カバー部材１０９に第２ラックサポート１０６が
端付きした段階で、皿ばね１０５は初めてつぶれ即ち弾
性変形し、この作用により衝撃荷重を吸収することがで
きるのである。

【００２８】図４は、本願発明にかかる第２の実施の形
態によるステアリング装置２００の、図３と同様な断面
図である。なお、第２の実施の形態については、図３に
示す第１の実施の形態に対して異なる点を中心に説明
し、共通する部分については詳細な説明を省略する。

【００２９】図４に示す第２の実施の形態が、第１の実
施の形態と異なるのは、ラックサポートの構成である。
より具体的には、ラック軸１１２の背面に当接する第１
ラックサポート２０４と、それに向かい合わせになった
第２ラックサポート２０６との間には、コイルばね２０
８が設けられている。一方、第２ラックサポート２０６
が内包されたカバー部材２０９と、第２ラックサポート
２０６との間には、皿ばね２０５が配置され、かつ第２
ラックサポート２０６とカバー部材２０９とは止め環２
０７により結合されている。

【００３０】第１の実施の形態と同様に、第２ラックサ
ポート２０６とカバー部材２０９との間に配置された皿
ばね２０５には、通常の操舵時に生じるピニオン１１１
ａとラック軸１１２との間に生じる離隔方向の力よりも
大きい初期荷重が設定されているため、第２ラックサポ
ート２０６とカバー部材２０９とは剛体として作用し、
コイルばね２０８の付勢力に基づきラック軸１１２をピ
ニオン１１１ａに向かって押圧することができる。

【００３１】一方、衝撃荷重が発生したときは、皿ばね
２０５の初期荷重は、かかる衝撃荷重より小さく設定さ
れているので、まずコイルばね２０８が縮み、カバー部
材２０９に第１ラックサポート２０４が端付きした段階
で、皿ばね２０５は初めてつぶれ即ち弾性変形し、この
作用により衝撃荷重を吸収することができる。

【００３２】以上、本願発明を実施の形態を参照して説
明してきたが、本願発明は上記実施の形態に限定して解
釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であるこ
とはもちろんである。例えば、皿ばね又はコイルばね
は、他の形式のばねであっても良い。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本願発明のステアリ
ング装置によれば、衝撃吸収装置が、ラックサポート装
置の付勢部材と支持部との間に設けられ、通常の操舵時
において前記ピニオンと前記ラック軸とが離隔する方向
の力を受けたときは、前記付勢部材と前記支持部材との
間隔を一定に維持するが、前記力を超える衝撃的荷重を
受けたときは前記間隔を短縮するようになっているの
で、前記ラックサポート装置の機能を阻害することな
く、衝撃荷重が発生したときのみこれを安定して吸収す
ることができる。しかも、かかる衝撃吸収装置はラック
サポート装置内に組み込むことができ、それによりステ
アリング装置のコンパクト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第１の実施の形態である電動式パワ
ーステアリング装置を、車両に搭載した状態で示す図で
ある。

【図２】本実施の形態にかかるステアリング装置１００
の軸線方向部分一部断面図である。

【図３】図２のステアリング装置１００をＩＩ−ＩＩ線
で切断して矢印方向に見た図である。

【図４】本願発明にかかる第２の実施の形態によるステ
アリング装置２００の、図３と同様な断面図である。

【符号の説明】

１０１………ハウジング本体 １０１ｂ………小円筒 １０２ａ、１０２ｂ………軸受 １０３………ロックナット １０４，２０４………第１ラックサポート １０５，２０５………皿ばね １０６，２０６………第２ラックサポート １０７，２０７………止め環 １０８，２０８………コイルばね １０９，２０９………カバー部材 １１１………入力軸 １１２………ラック軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、 該ハウジングに対して回転自在に支持され、外周にピニ
   オンを形成した操舵軸と、 前記ピニオンに噛合するラック歯を有し、前記操舵軸の
   回転に応じて、前記ハウジングに対して往復移動するこ
   とにより車輪を操舵するラック軸と、 前記ラック軸を支持する支持部と、前記ピニオンに向か
   って前記支持部を介して前記ラック軸を付勢する付勢部
   材とを有するラックサポート装置と、 前記ラックサポート装置の前記付勢部材と前記支持部と
   の間に設けられ、通常の操舵時において前記ピニオンと
   前記ラック軸とが離隔する方向の力を受けたときは、前
   記付勢部材と前記支持部材との間隔を一定に維持する
   が、前記力を超える衝撃的荷重を受けたときは前記間隔
   を短縮する衝撃吸収装置とからなるステアリング装置。