JP2016185783A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックシャフトのたわみを抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ラックハウジング１７（第２ラックハウジング１７ｂ）の内周面には、ブッシュ２０が嵌合されている。ラックシャフト１２のラック歯１２ａとねじ溝１２ｂとの間の円筒部１２ｃには、その周方向全域にわたって支持部２１が設けられている。支持部２１はラックシャフト１２と一体となって移動するように固定されている。また、支持部２１の外周面は、ブッシュ２０の内周面と摺動可能に当接する。ブッシュ２０の内周面とラック歯１２ａ、ブッシュ２０の内周面とねじ溝１２ｂとの間には、それぞれ隙間が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

車両の操舵機構にモータの動力を付与することにより、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が知られている。例えば、特許文献１のようにラックシャフトと平行にモータが取り付けられ、ボールねじ機構がモータの回転運動を当該ラックシャフトの直線運動に変換することによって、運転者のステアリング操作を補助するものがある。運転者のステアリング操作は、ラックアンドピニオン機構を介してラックシャフトに伝達される。ラックシャフトはボールねじ機構とラックアンドピニオン機構によって、ラックシャフトを収容するラックハウジングに対して支持されている。

特開２００５−３４３３０８号公報

特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置においては、転舵輪などからラックシャフトに外力が作用する際に、外力に伴ってラックシャフトがたわむことがある。このたわみは、たとえばボールねじ機構とラックアンドピニオン機構との間、すなわちラックシャフトをラックハウジングに対して支持している部分から離れた位置で生じやすい。ラックシャフトがたわんでしまうと、ラックシャフトとボールねじ機構との間での摩擦力が増大することにより、ボールねじ機構の耐久性が低下するおそれがある。

本発明の目的は、ラックシャフトのたわみを抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成しうるステアリング装置は、軸方向において間隔をおいて設けられたねじ溝およびラック歯を有し、前記ねじ溝にボールを介して螺合されるナットの回転、およびラック歯に噛み合うピニオンシャフトの回転を通じて、軸方向へ移動する転舵シャフトと、前記転舵シャフトおよび前記ナットを収容するハウジングと、前記ナットを駆動するモータと、前記ハウジングの内周面に設けられたブッシュと、前記転舵シャフトの外周面におけるねじ溝とラック歯との間の領域の一部分に配置されるとともに、前記ブッシュに対して摺動可能に当接する支持部と、を備えている。

この構成によれば、転舵シャフトにおけるラック歯とねじ溝との間の領域に設けられた支持部は、ハウジングの内周面に設けられたブッシュに対して摺動可能に当接する。すなわち、ブッシュおよび支持部によっても、転舵シャフトはハウジングに対して支持される。支持部およびブッシュからなる新たな支持点を設けることにより、転舵シャフトのハウジングに対するたわみを抑制できる。

上記のステアリング装置において、前記ハウジングは、前記転舵シャフトの軸方向において分かれる第１ハウジングと第２ハウジングが連結されることにより構成され、前記ブッシュは、前記第１または前記第２ハウジングの分かれ面から挿入されることにより、前記第１または前記第２ハウジングの内周面に嵌合することが好ましい。

この構成によれば、ブッシュは第１または第２ハウジング分かれ面から挿入される。そして、ブッシュを挿入方向へ移動させることにより、ブッシュは第１または第２ハウジングに嵌合する。ブッシュをハウジングに簡単に取り付けることができる。

上記のステアリング装置において、前記支持部は、前記転舵シャフトとは別の部材を前記転舵シャフトに固定することにより、前記転舵シャフトの外周面に設けられていてもよい。

この構成によれば、支持部は転舵シャフトとは異なる部材により設けられるので、転舵シャフトを容易に製造することができる。
上記のステアリング装置において、前記ブッシュの剛性は前記ハウジングの剛性よりも高く設定されていることが好ましい。

この構成によれば、ブッシュはハウジングよりも剛性の高い材質で構成されているため、転舵シャフトがたわもうとする場合でも、転舵シャフトの支持部はブッシュを介してハウジングに好適に受け止められる。ブッシュはハウジングよりも変形しにくく、荷重がブッシュを介して分散されるため、ハウジングに局所的に大きな荷重が作用することを抑制できる。

本発明のステアリング装置によれば、ラックシャフトのたわみを抑制することができる。

本実施形態のステアリング装置の概略構成を示す構成図。 本実施形態のステアリング装置において、ラックシャフトの支持構造を示す概略構成図。

以下、ステアリング装置の一実施形態について説明する。本実施形態のステアリング装置は、いわゆるラックパラレル型の電動パワーステアリング装置（ＲＰ−ＥＰＳ）である。

図１に示すように、ＥＰＳ１は、運転者のステアリングホイール１０の操作に基づいて転舵輪１６を転舵させる操舵機構２および運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構３を備えている。

操舵機構２は、ステアリングホイール１０およびステアリングホイール１０と一体回転するステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０と連結されたコラムシャフト１１ａと、コラムシャフト１１ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト１１ｂ、およびインターミディエイトシャフト１１ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト１１ｃを有している。ピニオンシャフト１１ｃの下端部のピニオン歯１１ｄは、ピニオンシャフト１１ｃに交わる方向へ延びるラックシャフト１２のラック歯１２ａと噛み合っている。したがって、ステアリングシャフト１１の回転運動は、ピニオンシャフト１１ｃおよびラックシャフト１２からなるラックアンドピニオン機構１３を介してラックシャフト１２の軸方向（図１の左右方向）の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動は、ラックシャフト１２の両端にそれぞれ連結されたラックエンド１４を介してタイロッド１５に伝達される。これらタイロッド１５の運動が左右の転舵輪１６にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪１６の転舵角が変化する。なお、ラックシャフト１２には、たとえば炭素鋼が用いられる。

アシスト機構３は、ラックシャフト１２に設けられている。アシスト機構３は、アシスト力の発生源であるモータ３０と、ラックシャフト１２の周囲に一体的に取り付けられたボールねじ機構４０と、モータ３０の回転軸の回転力をボールねじ機構４０に伝達する減速機５０からなる。ボールねじ機構４０、多数のボール（図示しない）を介してラックシャフト１２のねじ溝１２ｂと螺合するナット（図示しない）を備えている。アシスト機構３は、モータ３０の回転軸３１の回転力を減速機５０およびボールねじ機構４０を介してラックシャフト１２の軸方向の往復直線運動に変換して、ラックシャフト１２に付与する力により運転者のステアリング操作を補助する。

ボールねじ機構４０、減速機５０、ピニオンシャフト１１ｃ、およびラックシャフト１２はラックハウジング１７により覆われている。ラックハウジング１７（第１ラックハウジング１７ａ，第２ラックハウジング１７ｂの連結部分）は、減速機５０の付近でラックシャフト１２の軸方向に分割された第１ラックハウジング１７ａおよび第２ラックハウジング１７ｂを連結することにより構成されている。ラックハウジング１７には、減速機５０の一部を収容する減速機ハウジング１８が設けられている。減速機ハウジング１８は、ラックシャフト１２の延びる方向に対して交わる方向（図中の下方）へ突出している。減速機ハウジング１８の外壁（図中の右側壁）には、貫通孔３３が設けられている。モータ３０の回転軸３１は、貫通孔３３を通じて減速機ハウジング１８の内部に伸びている。モータ３０はボルト３２により、減速機ハウジング１８に固定されている。回転軸３１はラックシャフト１２に対して平行となるように、モータ３０はボルト３２により減速機ハウジング１８に固定されている。また、ラックハウジング１７の両端部には、蛇腹筒状体のラックブーツ１９がそれぞれ配置されている。なお、ラックハウジング１７には、たとえばアルミニウムが用いられる。

ラックハウジング１７の内周面とラックシャフト１２の外周面との間には、わずかに隙間が設けられている。なお、ラックシャフト１２において、ラック歯１２ａとねじ溝１２ｂとの間には、ラック歯１２ａおよびねじ溝１２ｂが形成されていない円筒部１２ｃが設けられている。すなわち、円筒部１２ｃは、ラックアンドピニオン機構１３とボールねじ機構４０との間に形成されている。ラックハウジング１７（第２ラックハウジング１７ｂ）の内周面には円筒状のブッシュ２０が嵌合している。ブッシュ２０は、円筒部１２ｃの位置する範囲に対応して設けられている。ブッシュ２０の軸方向は、円筒部１２ｃの軸方向における長さよりも長く設定されている。すなわち、ブッシュ２０の軸方向両端部は、円筒部１２ｃからはみ出している。また、ブッシュ２０の内周面は、ラックハウジング１７の内周面と面一である。なお、ブッシュ２０には、たとえば鉄に樹脂をコーティングしたものが用いられる。すなわち、ブッシュ２０の概略形状は鉄によって形作られ、その表面を樹脂でコーティングすることにより構成されている。このように、ブッシュ２０には、ラックハウジング１７よりも剛性の大きな材料が用いられるうえ、その表面には別部材との間の摺動抵抗を低減するように、樹脂などの低摩擦な材料でコーティングされたものが用いられている。

図２に示すように、第２ラックハウジング１７ｂ、正確にはラックシャフト１２が挿通される挿通部１７ｄの内周面には、段部１７ｃが設けられている。段部１７ｃは、第２ラックハウジング１７ｂ（挿通部１７ｄ）の端部（図中の左端）から中間位置までの一定範囲にわたって設けられている。段部１７ｃの内径は、挿通部１７ｄの他の部分の内径よりもブッシュ２０の厚み分だけ大きく設定されている。ブッシュ２０は、第２ラックハウジング１７ｂにおける減速機ハウジング１８の一部分を構成する端部（図中の左端）から挿入される。ブッシュ２０の挿入方向への移動は、その挿入側の端部（図中の右端）が段部１７ｃに当接することにより規制される。このようにして、ブッシュ２０は第２ラックハウジング１７ｂの内周面に嵌合される。

ラックシャフト１２の円筒部１２ｃの軸方向における一部分には、その周方向全域にわたって支持部２１が設けられている。支持部２１はラックシャフト１２と一体となって移動するように固定されている。また、支持部２１の外周面は、ブッシュ２０の内周面と当接している。ブッシュ２０の内周面とラック歯１２ａ、ブッシュ２０の内周面とねじ溝１２ｂとの間には、それぞれ隙間が形成されている。また、ブッシュ２０の軸方向における長さは、ラックシャフト１２がその軸方向における移動限界位置まで移動した場合であっても、支持部２１がブッシュ２０と当接する程度の長さに設定される。また、ラックシャフト１２の軸方向の移動に伴ってブッシュ２０との間に生じる摺動抵抗によって、支持部２１と円筒部１２ｃとの間の固定が解除されない程度に両者は固定されている。

本実施形態の作用を説明する。
ラックアンドピニオン機構１３とボールねじ機構４０との間において、ラックシャフト１２（円筒部１２ｃ）は支持部２１およびブッシュ２０を介してラックハウジング１７に支持されている。すなわち、ラックアンドピニオン機構１３およびボールねじ機構４０だけでなく、それらの中間位置においてもラックシャフト１２はラックハウジング１７に対して支持されている。このため、たとえばラックシャフト１２に衝撃荷重が作用した場合において、ラックシャフト１２がたわむことは抑制される。これは、ラックシャフト１２をラックハウジング１７に対して支持した支持点の間の距離が短くなるためである。なお、支持点と支持点の間の距離が長くなるほど、ラックシャフト１２はたわみやすくなるため、ラックアンドピニオン機構１３およびボールねじ機構４０の間に支持部２１およびブッシュ２０からなる新たな支持点を設けることは、ラックシャフト１２のたわみを抑制することに繋がる。ラックシャフト１２のたわみを抑制することにより、ボールねじ機構４０の耐久性も維持される。また、減速機５０のたとえばベルトのフリクションが増加することも抑制できる。

また、支持部２１はラックシャフト１２の円筒部１２ｃに固定されているため、ラックシャフト１２の円筒部１２ｃが支持部２１を介してブッシュ２０およびラックハウジング１７に当接することとなる。このため、ラックシャフト１２のラック歯１２ａおよびねじ溝１２ｂがラックハウジング１７に当接することが抑制される。

また、本実施形態では、支持部２１がブッシュ２０に対して摺動可能に当接する程度（クリアランスがほとんどない状態）に、支持部２１の厚みが設定されている。このため、ラックシャフト１２は、支持部２１およびブッシュ２０を介して、ほとんど隙間のない状態でラックハウジング１７に支持される。たとえば転舵輪１６から入力される外力がラックシャフト１２の径方向へ作用した場合に、より確実にラックシャフト１２の径方向の荷重はラックハウジング１７に伝達される。このため、ラックシャフト１２はラックハウジング１７に対してより安定して支持される。

また、ブッシュ２０を設けることにより、ラックハウジング１７の内周面について、高い面精度は要求されない。すなわち、ラックハウジング１７の内周面の表面粗さはある程度粗くてもよい。その点を説明する。

まず、比較例として、ブッシュ２０を設けない場合を想定する。ラックハウジング１７はたとえば鋳造により製造されるので、ブッシュ２０を設けることなしに、ラックシャフト１２が支持部２１を介してラックハウジング１７に当接させようとすると、ラックハウジング１７とラックシャフト１２（支持部２１）との間の摺動抵抗を低減する必要がある。このため、ラックハウジング１７の内周面の面精度を高める必要が生じる。

これに対して、本実施形態では、ラックハウジング１７の内周面と支持部２１の間にブッシュ２０が設けられているため、ラックハウジング１７の面精度に対する要求は低減される。

つぎに、ブッシュ２０が鉄に樹脂をコーティングしたものが用いられる利点について説明する。
ラックシャフト１２はたとえば炭素鋼が用いられ、ラックハウジング１７にはたとえばアルミニウムが用いられるため、両者が接触した際にはラトル音などの異音が生じてしまう。また、ブッシュ２０が鉄だけで構成されていると、ラックシャフト１２とラックハウジング１７とがブッシュ２０を介して当接した場合にも、同様に異音が生じるおそれがある。これに対して、本実施形態ではブッシュ２０は鉄に樹脂をコーティングしたものを用いているため、その表面の摩擦抵抗は低減されている。このため、ラックシャフト１２（支持部２１）とラックハウジング１７とがブッシュ２０を介して当接した場合であっても、異音が生じることを抑制できる。

また、ブッシュ２０の概略形状が鉄によって構成されていることにより、ラックシャフト１２がたわんだ場合などに、ラックハウジング１７が変形してしまうことが抑制される。すなわち、ラックハウジング１７がアルミニウムなどの比較的変形し易い材質により設けられている場合には、ラックシャフト１２がたわむことにより、ラックシャフト１２に局所的に荷重が作用したときに、ラックハウジング１７が変形するおそれがある。特に支持部２１が設けられて、ブッシュ２０が設けられない場合には、支持部２１によってラックハウジング１７に局所的に大きな荷重が作用するおそれがある。この点、本実施形態では、ラックシャフト１２がたわんだ場合であっても、ラックシャフト１２はブッシュ２０を介してラックハウジング１７に当接するため、ラックハウジング１７に局所的に大きな荷重が作用してしまうことを抑制できる。このため、ラックハウジング１７の変形は抑制される。

本実施形態の効果を説明する。
（１）ラックアンドピニオン機構１３とボールねじ機構４０との間において、ラックシャフト１２は支持部２１およびブッシュ２０を介してラックハウジング１７に支持されている。このため、ラックハウジング１７に対するラックシャフト１２のたわみは抑制される。また、支持部２１はブッシュ２０に対して摺動可能に当接する状態に維持されるため、ラックシャフト１２はラックハウジング１７に対してより安定して支持される。このため、より確実にラックシャフト１２のたわみを抑制できる。

（２）ブッシュ２０を設けることにより、ラックハウジング１７の内周面の面精度を厳密に管理する必要がない。
（３）ブッシュ２０に鉄に樹脂をコーティングしたものが用いられるため、ラックシャフト１２とブッシュ２０が当接する場合でも異音が生じることを抑制できる。また、ブッシュ２０の概略形状は鉄により構成されているため、ラックハウジング１７にアルミニウムなどの比較的変形しやすい部材を用いる場合であっても、ラックハウジング１７の変形は抑制される。

なお、本実施形態は次のように変更してもよい。
・本実施形態では、ラックシャフト１２にたとえば炭素鋼が用いられたが、これに限らない。また、ラックハウジング１７にはたとえばアルミニウムが用いられたが、これに限らない。また、ブッシュ２０には鉄に樹脂をコーティングしたものが用いられたがこれに限らない。たとえば、鉄のみで構成されてもよいし、樹脂のみで構成されてもよい。なお、ブッシュ２０の概略形状はラックハウジング１７よりも硬質の材料で構成され、その表面をラックハウジング１７よりも低摩擦にする樹脂などのコーティング材で覆うものであることが好ましい。

・ブッシュ２０が設けられた場合であっても、ラックハウジング１７の内周面の面精度は高くてもよいし、低くてもよい。
・本実施形態では、支持部２１とラックシャフト１２とは別部材から構成されたが、これに限らない。たとえば、支持部２１は、鋳造によりラックシャフト１２と一体形成されてもよい。

・支持部２１の形状はどのようなものであってもよい。たとえば、支持部２１は、ラックシャフト１２の径方向外側へと向かうにつれて軸方向に先細りになるテーパ形状を有する円筒体であってもよい。

・本実施形態では、支持部２１がブッシュ２０に当接する状態に形成されたが、これに限らない。すなわち、支持部２１とブッシュ２０との間にはわずかに隙間が形成されていてもよい。

・本実施形態では、第２ラックハウジング１７ｂに段部１７ｃを形成してブッシュ２０を挿入したが、第１ラックハウジング１７ａに段部１７ｃを形成してブッシュ２０を挿入してもよい。すなわち、各部材が左右反対になるように構成されていてもよい。

・本実施形態では、ラックパラレル型の電動パワーステアリング装置に具体化したが、これに限らない。たとえば、ラックダイレクト型の電動パワーステアリング装置であってもよい。すなわち、ねじ溝およびラック歯を有したラックシャフトを備えるステアリング装置であればよい。

１…ＥＰＳ、２…操舵機構、３…アシスト機構、１０…ステアリングホイール、１１…ステアリングシャフト、１１ａ…コラムシャフト、１１ｂ…インターミディエイトシャフト、１１ｃ…ピニオンシャフト、１１ｄ…ピニオン歯、１２…ラックシャフト（転舵シャフト）、１２ａ…ラック歯、１２ｂ…ねじ溝、１２ｃ…円筒部、１３…ラックアンドピニオン機構、１４…ラックエンド、１５…タイロッド、１６…転舵輪、１７…ラックハウジング（ハウジング）、１７ａ…第１ラックハウジング（第１ハウジング）、１７ｂ…第２ラックハウジング（第２ハウジング）、１７ｃ…段部、１７ｄ…挿通部、１８…減速機ハウジング、１９…ラックブーツ、２０…ブッシュ、２１…支持部、３０…モータ、３１…回転軸、３２…ボルト、３３…貫通孔、４０…ボールねじ機構、５０…減速機。

Claims (4)

1. 軸方向において間隔をおいて設けられたねじ溝およびラック歯を有し、前記ねじ溝にボールを介して螺合されるナットの回転、およびラック歯に噛み合うピニオンシャフトの回転を通じて、軸方向へ移動する転舵シャフトと、
   前記転舵シャフトおよび前記ナットを収容するハウジングと、
   前記ナットを駆動するモータと、
   前記ハウジングの内周面に設けられたブッシュと、
   前記転舵シャフトの外周面におけるねじ溝とラック歯との間の領域の一部分に配置されるとともに、前記ブッシュに対して摺動可能に当接する支持部と、を備えたステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記ハウジングは、前記転舵シャフトの軸方向において分かれる第１ハウジングと第２ハウジングが連結されることにより構成され、
   前記ブッシュは、前記第１または前記第２ハウジングの分かれ面から挿入されることにより、前記第１または前記第２ハウジングの内周面に嵌合するステアリング装置。
3. 請求項１または２に記載のステアリング装置において、
   前記支持部は、前記転舵シャフトとは別の部材を前記転舵シャフトに固定することにより、前記転舵シャフトの外周面に設けられているステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリング装置において、
   前記ブッシュの剛性は前記ハウジングの剛性よりも高く設定されているステアリング装置。