JP4411952B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵部材の操作に応じて駆動される操舵モータの回転を運動変換して舵取機構中の操舵軸に伝え、該操舵軸を軸長方向に移動させて操舵を行わせる構成とした車両用操舵装置に関する。

車両の操舵は、運転者によりなされる操舵部材の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を舵取機構中の操舵軸に伝え、該操舵軸の動作により操舵用の車輪（一般的には左右の前輪）を操舵せしめて行われる。

このような操舵を行わせるための車両用操舵装置として、操舵部材と機械的に連結された舵取機構に操舵モータを付設し、操舵部材の操作に応じて駆動される操舵モータの回転力を舵取機構中の操舵軸に伝えて、操舵部材から操舵軸への機械的な伝動によりなされる操舵を補助する構成とした電動パワーステアリング装置が実用化されている。また一方、操舵部材から機械的に分離された舵取機構に操舵モータを付設し、操舵部材の操作に応じて駆動される操舵モータの回転力のみを舵取機構中の操舵軸に伝えて操舵を行わせる構成とした分離式の操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置が開発されつつある。

車両の舵取機構の多くは、車両の左右に延設されて軸長方向に移動する操舵軸を備え、この操舵軸の移動を両端に連結された操舵用の車輪（一般的には左右の前輪）に伝えて操舵を行わせる構成となっている。このような舵取機構に操舵モータを付設する場合、操舵軸を支持するハウジングの内部に、操舵軸と同軸上での回転自在に回転筒を支持し、この回転筒と操舵軸との間にボールねじ機構等のねじ機構を構成して、操舵モータの回転を、例えば、平歯車、傘歯車等を用いてなる歯車伝動装置を介して回転筒に伝え、この回転筒の回転を前記ねじ機構により運動変換して操舵軸に伝えて、該操舵軸を軸長方向に移動させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２５２２１２号公報

さて、以上の如く構成された車両用操舵装置において、ハウジング内部の回転筒は、ねじ機構による運動変換に伴って大なるスラスト力が加わることから、少なくとも軸長方向の一側において、アンギュラ玉軸受等のスラスト軸受により支持されているが、この支持部において所望のスラスト負荷能力を得るためには、スラスト軸受に所定の予圧を付与すると共に、このスラスト軸受をハウジングの内部に軸長方向への移動不可に強固に固定することが必要となる。

そこで特許文献１に開示された車両用操舵装置においては、回転筒を支持するハウジングを、該回転筒の一側を支持するスラスト軸受の保持部の外側にてインロー嵌合された第１，第２のハウジングに分割構成し、前記保持部の内面に設けたねじ溝に固定ナットを螺合してスラスト軸受の一側に締め付け、他側を保持部の端面に押し付けて挾持する固定構造が採用されている。

しかしながらこの構成においては、固定ナットにスラスト軸受への締め付けに伴う反力が加わり、この締め付け反力がねじ溝を介して保持部に作用する結果、該保持部が径方向外向きに膨らみ、外周のインロー径が増大して、スラスト軸受の組み付け後に行われる第１，第２のハウジングの一体化に支障を来すという不具合があった。

この不具合の解消のためには、保持部の厚さを十分に確保し、固定ナットの締め付け反力によるインロー径の増大を防ぐ対策が有効であるが、この場合、ハウジングの外径の増加を招くことになる。また、保持部の内側に設けられる固定ナットの螺合部を、インロー部から軸長方向内奥側に外した位置に設定する対策も有効であるが、この場合、固定ナット、及び固定ナットの更に内奥側に位置するスラスト軸受の配設のためのハウジングの必要長が増大することとなる。即ち、これらの対策は、ハウジングの外形形状に影響を及ぼす対策であり、配設スペースが限定される車両用操舵装置にとって好ましくない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、回転筒を支持するスラスト軸受の保持部の小改良により、ハウジングの外形形状に影響を及ぼすことなく所望のスラスト負荷能力が得られるようにし、操舵モータからの伝動による操舵動作を安定して行わせることができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用操舵装置は、操舵のために軸長方向に移動する操舵軸との間にねじ機構を構成し、操舵モータからの伝動によって回転する回転筒と、該回転筒をスラスト軸受によって前記操舵軸と同軸上に支持するハウジングとを備え、該ハウジングは、第１，第２のハウジングに分割構成してある車両用操舵装置において、前記第１のハウジングの第２のハウジングの連結側端部の内面には嵌合部が周設されており、前記第２のハウジングの第１のハウジングとの連結側端部には、前記スラスト軸受を内嵌保持すると共に、前記第１のハウジングの嵌合部にインロー嵌合される保持部が周設されており、前記保持部の内面には、前記スラスト軸受に一側から締め付け力を加えるべく固定ナットが螺合され、該固定ナットの径方向外側であって、前記嵌合部の内面と前記保持部の外周との間には、前記固定ナットの締め付けによる前記保持部の外径の増大を吸収可能な隙間を設定してあることを特徴とする。

本発明においては、回転筒を支持するスラスト軸受を内嵌保持する保持部の外周と、該保持部がインロー嵌合される嵌合部の内面との間であって、前記スラスト軸受に締め付け力を加える固定ナットの径方向外側に隙間を設定し、この隙間設定部の内側において固定ナットが締め付けられたとき生じる保持部の外径の増大を前記隙間の範囲内にて吸収して、インロー嵌合による第１，第２のハウジングの一体化に支障を来さないようにし、また、固定ナットの十分な締め付けにより所定のスラスト負荷能力を確保して、回転筒の回転をねじ機構によって運動変換して生じる操舵軸の軸長方向移動を安定して行わせる。

本発明に係る車両用操舵装置においては、回転筒をスラスト支持するスラスト軸受に所望の負荷能力を確保しながら、スラスト軸受の保持部外側のインロー嵌合によってなされる第１，第２のハウジングの一体化を、スラスト軸受を固定する固定ナットを十分に締め付けた状態においてもハウジングの外形形状に影響を及ぼすことなく実現することができ、回転筒の回転を運動変換して操舵軸に伝えて行われる操舵動作を安定して行わせることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図であり、この車両用操舵装置は、操舵部材としてのステアリングホイールＳの回転操作に応じて動作するラックピニオン式の舵取機構と、該舵取機構に付設され、操舵補助のために駆動される操舵モータ３とを備える電動パワーステアリング装置として構成されている。

舵取機構は、図示しない車体の左右方向に延設された円筒形のラックハウジング10と、該ラックハウジング10の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸（操舵軸）１とを備えている。ラック軸１の両端は、ラックハウジング10の両側に突出され、操舵用の車輪としての左右の前輪11，11のナックルアーム12，12に各別のタイロッド13，13を介して連結されており、ラック軸１の両方向の移動によりタイロッド13，13を介してナックルアーム12，12を押し引きし、左右の前輪11，11を操舵せしめる構成となっている。

ラックハウジング10の一側半部には、これと軸心を交叉させてピニオンハウジング20が連設されており、該ピニオンハウジング20の内部には、軸回りでの回転自在にピニオン軸２が支持されている。ピニオン軸２は、ピニオンハウジング20の上方への突出部のみが図示してあり、この突出部は、両端にユニバーサルジョイント21，21を備える中間軸22を介してコラム軸23に連結されている。

ピニオンハウジング20の内部に延設されたピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが一体に設けてある。また、ラックハウジング10の内部に支持されたラック軸１の外面には、ピニオンハウジング20との交叉部を含む適長に亘ってラック歯（図示せず）が形成されており、このラック歯が、ピニオン軸２下部の前記ピニオンに噛合させてある。

コラム軸23は、円筒形をなすコラムハウジング24の内部に同軸上での回転自在に支持され、該コラムハウジング24を介して図示しない車室の内部に後上方に傾斜して固定支持されている。操舵部材としてのステアリングホイールＳは、コラムハウジング24の上部に突出するコラム軸23の上端部に嵌着固定されている。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイールＳが回転操作された場合、該ステアリングホイールＳが嵌着固定されたコラム軸23が軸回りに回転し、この回転が中間軸22を介してピニオン軸２に伝わり、このピニオン軸２の回転が前記ピニオン及びラック歯の噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換され、この移動により前述の如く左右の前輪11，11が操舵される。

このような操舵を補助する操舵モータ３は、ラックハウジング10の他側半部の外側に取付けてあり、ラックハウジング10内部のラック軸１に以下の如く伝動構成されている。図２は、操舵モータ３の取付け位置近傍のラックハウジング10の内部構成を示す縦断面図である。

図示の如くラックハウジング10の中途部には、該ラックハウジング10に対して傾斜する軸心を有して外向きに突出する円筒形の支持ハウジング15が連設されており、操舵モータ３は、支持ハウジング15の端部開口にモータハウジング30を介して固定されている。

モータハウジング30は、操舵モータ３の着座部及び支持ハウジング15への着座部を両端に有する大径円筒形のモータ支持筒32と、該モータ支持筒32の支持ハウジング15への着座側にテーパ状の縮径部を介して同軸に連設された小径円筒形の軸支筒31とを備えており、該軸支筒31の内部には、軸長方向に離隔した２か所の軸受41，41により、同軸上での回転自在に歯車軸40が両持ち支持されている。

歯車軸40の一端は、軸支筒31の先端部から突出させてあり、この突出端には、駆動歯車としての小傘歯車４が一体形成されている。また歯車軸40の他端は、モータ支持筒32の内部に突出させてあり、この突出端部は、モータ支持筒32内に逆側から突出する操舵モータ３のモータ軸3aにスプライン結合されている。

このように操舵モータ３と一体化されたモータハウジング30は、軸支筒31を支持ハウジング15に内嵌し、該支持ハウジング15と同軸をなして固定されている。この固定により軸支筒31の先端から突出する小傘歯車４は、図示の如く、支持ハウジング15とラックハウジング10との連設部に臨むように位置決めされ、モータ軸3a及び歯車軸40を介してなされる操舵モータ３からの伝動により軸回りに回転する。

一方、ラックハウジング10の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１の外周面には、半円形断面を有するねじ溝50が、支持ハウジング15との連設部の両側に軸長方向の適長に亘って形成されている。またラックハウジング10の内部には、円筒形をなすボールナット（回転筒）51が、ラック軸１と同軸上での回転自在に支持されている。ボールナット51の内周面には、半円形断面を有するねじ溝が形成されており、このねじ溝とラック軸１外周のねじ溝50とを多数のボール52，52…を介して螺合させてボールねじ機構５が構成されている。

ラックハウジング10は、以上の如きボールねじ機構５の構成位置の一側において、同軸上に連結された第１のハウジング17と第２のハウジング18とに分割構成されている。ボールナット51は、支持ハウジング15との連設部を含む第１のハウジング17に内嵌保持されたラジアル軸受７と、第２のハウジング18の第１のハウジング17との連結部分に内嵌保持されたスラスト軸受８とにより両持ち支持されている。

本発明に係る車両用操舵装置の特徴は、ボールナット51の一側を支持するスラスト軸受８の保持部の構成にある。図３は、スラスト軸受８の保持部近傍の拡大断面図である。

本図に示すスラスト軸受８は、外輪を共通として背面組み合わせされた２連のアンギュラ玉軸受であり、ボールナット51の一側に外嵌された内輪を、ボールナット51の同側端部の外周に螺合された予圧ナット80により締め付け、ボールナット51の中途部外周に周設されたストッパ環53に押し付け、所定の予圧を付与せしめて取付けられている。なおスラスト軸受８としては、正面の組み合わせされた２連のアンギュラ玉軸受、又は正面若しくは背面組合わせされた２つのアンギュラ玉軸受を用いてもよく、更には、円錐コロ軸受、又はスラスト専用の玉軸受若しくはコロ軸受を用いてもよい。

このようなスラスト軸受８のラックハウジング10への保持は、第２のハウジング18の第１のハウジング17との連結側端部に周設された保持環（保持部）81にスラスト軸受８の外輪を内嵌せしめ、この外輪の一側に保持環81の開口側内面のねじ溝に螺合された固定ナット82を締め付けて、該固定ナット82と保持環81の内奥側段部83との間に前記外輪を挾持せしめてなされている。

また保持環81の外周は、第１のハウジング17との連結のためのインロー嵌合部として利用されている。即ち、第１のハウジング17の第２のハウジング18との連結側端部の内面には、嵌合部19が所定長に亘って周設されており、第１，第２のハウジング17，18は、図示の如く、第１のハウジング17の嵌合部19に第２のハウジング18の保持環81を内嵌し、この嵌合部の作用により両ハウジング17，18の同心性を保って連結されている。

ここで、嵌合部19にインロー嵌合される保持環81の外周面には、他部よりも小径に加工された小径部84が形成されている。この小径部84は、図示の如く、保持環81の開口側の先端部から、内側における固定ナット82の螺合域と略等しい長さ範囲に亘って、嵌合部19の内面との間に所定の隙間Ｃを確保すべく設けられている。

前述した如く固定ナット82は、保持環81に内嵌保持されたスラスト軸受８を保持環81の内奥側段部83に押し付け、軸長方向への移動不可に固定すべく締め付けられており、この締め付けにより固定ナット82には、スラスト軸受８からの締め付け反力が加わる。この締め付け反力は、図３中に白抜矢符にて示す如く、固定ナット82が螺合されるねじ部を介して保持環81に、該保持環81の外周のインロー径を増大させるべく作用するが、このインロー径の増大は、固定ナット82の螺合域に対応するように設けられた小径部84において生じるから、嵌合部19の内面との間の隙間Ｃの範囲内において吸収される。

従って、スラスト軸受８を強固に固定すべく固定ナット82の締め付けを強く行った場合においても、この固定の後に、第１のハウジング17の嵌合部19に第２のハウジング18の保持環81を内嵌せしめて行われる第１，第２のハウジング17，18の連結に支障を来す虞れはなく、また両ハウジング17，18の同心性は、保持環81の基端部に残された大径部の作用により確保される。また一方、強固に固定されたスラスト軸受８により、ボールナット51に加わるスラスト荷重を余裕を持って負担することができる。

なお以上の効果は、スラスト軸受８の保持部としての保持環81の外周に小径部84を設けることにより、ラックハウジング10の外形形状に影響を及ぼすことなく実現されるから、車両への設置に支障を来す虞れはない。

また図３においては、第２のハウジング18に保持環81を設けてあるが、第１のハウジング17に保持環81を、第２のハウジング18に嵌合部19を夫々設け、これらのインロー嵌合により両ハウジング17，18を連結する構成としてもよく、この場合においても、保持環81の外周に小径部84を設け、インロー嵌合部に隙間Ｃを確保することにより同様の効果が得られることは言うまでもない。

更に、組み立て段階において締め付けられた固定ナット82は、車両への装着後に加わる外力の作用により緩み、スラスト軸受８の固定部に経時的なガタが発生する虞れがあり、またラックハウジング10は、軽量化を図るべく、アルミニウム又はアルミニウム合金製とされることが多く、この場合、保持環81と固定ナット82との熱膨張率の相違により固定ナット82の緩みが助長される不具合がある。

本発明に係る車両用操舵装置においては、このような固定ナット82の経時的な緩みを防止すべく、保持環81の先端部と嵌合部19との間に抜け止めリング85を介装し、固定ナット82の端面に当接させてある。この当接は、組み立て段階での固定ナット82の締め付け後に所定の当接状態が得られるように実現されており、固定ナット82の経時的な緩みは、抜け止めリング85の介装により緩和される。

また、保持環81と固定ナット82との熱膨張率の相違による緩みの発生を防止するためには、保持環81内周のねじ部と固定ナット82外周のねじ部とのねじピッチを異ならせることが有効である。例えば、熱膨張率が大きいアルミニウム製の保持環81側のねじピッチを、熱膨張率が小さい固定ナット82側のねじピッチよりも大きくしておけば、熱膨張後にこれらのピッチ差はより大きくなり、緩みの発生を有効に防止することができる。なお、ねじピッチを異ならせた場合、組み立て時に必要な締め付け力も増大するが、例えば、保持環81側のねじピッチを１．５とし、固定ナット82側のねじピッチを１．４とした場合、締め付け力の増大量は小さく、組み立てに支障を来す虞れはない。

以上の如く支持されたボールナット51の外側には、従動歯車としての大傘歯車６が同軸的に外嵌固定されており、この大傘歯車６は、支持ハウジング15とラックハウジング10との連設部において歯車軸40先端の小傘歯車４に噛合させてある。

大傘歯車６は、少なくとも小傘歯車４と噛合する歯部を樹脂材料製とした樹脂歯車としてあり、小傘歯車４との噛合音を低減すると共に、小傘歯車４との噛合部において発生する金属摩耗粉の発生を抑制するようにしてある。また、ボールナット51の両側を前述の如く支持するラジアル軸受７及びスラスト軸受８は、図示の如く、転動体としてのボールの両側に、金属製のシールド、ゴム製のシールを備える密封軸受とし、前記噛合部に発生する金属摩耗粉を遮断して、両軸受７，８の内部、及びボールねじ機構５のボール52，52…の転動部への進入防止を図ってある。

以上の構成によりボールナット51には、モータ軸3aに取り出される操舵モータ３の回転が、歯車軸40、小傘歯車４及び大傘歯車６を介して伝動されることとなり、この伝動に応じたボールナット51の回転により、該ボールナット51の内周面に形成されたねじ溝が螺進し、この螺進が多数のボール52，52…を介してラック軸１の外周面に形成されたねじ溝50に伝えられ、ラック軸１の軸長方向の移動に変換されて前述の如くなされる操舵が補助される。

以上の動作をなすボールナット51には、ボールねじ機構５による以上の運動変換に伴って大なるスラスト力が加わるが、ボールナット51の一側を支持するスラスト軸受８は、前述した保持構造により十分なスラスト負荷能力を有しており、安定した操舵補助動作を行わせることができる。

なお以上の実施の形態においては、ラックピニオン式の舵取機構を備える車両において、操舵軸としてのラック軸１に操舵モータ３の回転を伝える電動パワーステアリング装置への適用例について述べたが、本発明は、ラックピニオン式以外の舵取機構を備える車両において、舵取機構中の操舵軸に操舵モータの回転を運動変換して伝え、操舵軸の軸長方向の移動によりなされる操舵を補助する構成としたあらゆる形式の電動パワーステアリング装置への適用が可能である。

また以上の実施の形態においては、操舵モータ３の回転を操舵軸としてのラック軸１の軸長方向への移動に変換するためにボールねじ機構５を用いているが、台形ねじ等の他のねじ機構を用いてもよく、更には、特開２００１−１８７９５５号公報等に開示されたベアリングを用いたねじ機構、所謂、ベアリングねじを用いてもよい。

更に本発明は、電動パワーステアリング装置に限らず、操舵部材から機械的に分離された舵取機構を備え、該舵取機構の一部に付設された操舵モータの回転のみによって操舵を行わせる構成とした分離式の操舵装置、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置においても、操舵モータから操舵軸への伝動のために適用することができ、同様の効果が得られることは言うまでもない。

電動パワーステアリング装置として構成された本発明に係る車両用操舵装置の全体構成を示す模式図である。 操舵モータの取付け位置近傍のラックハウジングの内部構成を示す縦断面図である。 スラスト軸受の保持部近傍の拡大断面図である。

符号の説明

１ ラック軸（操舵軸）
３ 操舵モータ
５ ボールねじ機構（ねじ機構）
８ スラスト軸受
10 ラックハウジング（ハウジング）
17 第１のハウジング
18 第２のハウジング
19 嵌合部（インロー嵌合部）
51 ボールナット（回転筒）
81 保持環（保持部）
82 固定ナット
Ｃ 隙間

Claims (1)

1. 操舵のために軸長方向に移動する操舵軸との間にねじ機構を構成し、操舵モータからの伝動によって回転する回転筒と、該回転筒をスラスト軸受によって前記操舵軸と同軸上に支持するハウジングとを備え、該ハウジングは、第１，第２のハウジングに分割構成してある車両用操舵装置において、
   前記第１のハウジングの第２のハウジングとの連結側端部の内面には嵌合部が周設されており、
   前記第２のハウジングの第１のハウジングとの連結側端部には、前記スラスト軸受を内嵌保持すると共に、前記第１のハウジングの嵌合部にインロー嵌合される保持部が周設されており、
   前記保持部の内面には、前記スラスト軸受に一側から締め付け力を加えるべく固定ナットが螺合され、該固定ナットの径方向外側であって、前記嵌合部の内面と前記保持部の外周との間には、前記固定ナットの締め付けによる前記保持部の外径の増大を吸収可能な隙間を設定してあることを特徴とする車両用操舵装置。

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