JP2013010389A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の回転体と第２の回転体との間の距離のばらつきを抑えることができる車両の操舵装置を提供する。
【解決手段】電動パワーステアリング装置は、モータ１９の出力軸１９ａに一体回転可能に支持される駆動プーリ６０と、転舵シャフト１４に動力を伝達するための従動プーリ６１と、駆動プーリ６０の回転力を従動プーリ６１に伝達するためのベルト６２と、従動プーリ６１の回転力を、転舵シャフト１４を軸方向に移動させる力に変換するボール螺子機構２１と、各プーリ６０，６１を回転自在に支持する芯間支持部材５０と、芯間支持部材５０を支持すると共に、各プーリ６０，６１、ベルト６２及びボール螺子機構２１が内部に収容されるハウジング１６とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータで発生した駆動力を操舵軸に伝達させることにより該操舵軸を軸方向に移動させ、車輪の舵角を変更させる車両の操舵装置に関する。

従来、この種の車両の操舵装置として、操舵軸としてのラック軸に対して出力軸がほぼ平行となるようにモータが配置される所謂ラックパラレル式の電動パワーステアリング装置が提案されている（特許文献１参照）。この電動パワーステアリング装置に設けられる減速機構は、モータの出力軸に一体回転可能に支持される駆動プーリ（第１の回転体）と、ラック軸に動力伝達可能に設けられる従動プーリ（第２の回転体）と、両プーリに掛装される無端状のベルト（伝達部材）とを備えている。また、動力伝達経路において従動プーリとラック軸との間には、従動プーリの回転力を、ラック軸を軸方向に移動させる力に変換する変換機構が設けられている。

また、上記電動パワーステアリング装置は、複数の分割ハウジングを組み合わせることにより構成されたハウジングを備えている。このハウジング内には、ラック軸の大部分、減速機構及び変換機構が収容される。そして、減速機構を構成する両プーリは、互いに異なる分割ハウジングに回転自在に支持されている。

特開２０１０−１８４５９９号公報 特開２００５−２９１４５号公報

ところで、駆動プーリを支持する分割ハウジングは、従動プーリを支持する分割ハウジングと異なっている。そのため、各分割ハウジングの組み付け誤差によって、両プーリ間の距離（以下、「芯間距離」ともいう。）にばらつきが生じる。例えば、芯間距離が所定の設計範囲の下限値よりも短いと、両プーリに掛装されるベルトの張力が弱くなり過ぎ、駆動時に発生する騒音が大きくなるおそれがある。一方、芯間距離が所定の設計範囲の上限値よりも長いと、ベルトの張力が強くなり過ぎ、該ベルトの製品寿命が短くなるおそれがある。

なお、ラックパラレル式の電動パワーステアリング装置としては、動力伝達経路においてモータ側の第１のギヤ（第１の回転体）とラック軸側の第２のギヤ（第２の回転体）との間に、中間ギヤ（伝達部材）を設けた装置も知られている（特許文献２参照）。こうした電動パワーステアリング装置でも、第１及び第２の各ギヤ間の距離がばらつくと、モータで発生した駆動力の伝達効率が低下したり、各ギヤの寿命が短くなったりするおそれがある。

したがって、ラックパラレル式の電動パワーステアリング装置では、芯間距離のばらつきを低く抑える技術が希求されていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。その目的は、第１の回転体と第２の回転体との間の距離のばらつきを抑えることができる車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、車両の操舵装置にかかる請求項１に記載の発明は、モータで発生した駆動力を操舵軸に伝達させることにより該操舵軸を軸方向に移動させ、車輪の舵角を変更させる車両の操舵装置において、前記モータの出力軸に一体回転可能に支持される第１の回転体と、前記操舵軸に動力を伝達するための第２の回転体と、前記第１の回転体の回転力を前記第２の回転体に伝達するための伝達部材と、前記第２の回転体の回転力を、前記操舵軸を前記軸方向に移動させる力に変換して該操舵軸に伝達する変換機構と、前記第１及び第２の各回転体を回転自在に支持する回転体支持部材と、前記回転体支持部材を支持すると共に、前記第１及び第２の各回転体、前記伝達部材及び前記変換機構が内部に収容されるハウジングと、を備えることを要旨とする。

上記構成によれば、第１及び第２の各回転体は、ハウジングに支持される回転体支持部材に、回転自在な状態でそれぞれ支持される。そのため、回転体支持部材の加工精度に起因した第１及び第２の各回転体間の距離のばらつきが生じるものの、操舵装置を組み立てる際の各部品の組み付け精度に起因した第１及び第２の各回転体間の距離のばらつきはほとんど無くなる。したがって、第１及び第２の各回転体を別々の部材で支持させる場合と比較して、第１及び第２の各回転体間の距離のばらつきを抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両の操舵装置において、前記回転体支持部材は、前記ハウジングを構成する材料の線熱膨張係数よりも低い線熱膨張係数の材料で構成されていることを要旨とする。

操舵装置を構成する各回転体は、車両のエンジンルーム内においてエンジンの近傍に配置されることがある。この場合、操舵装置を構成するハウジングは、エンジンから発生した熱を多く受熱して熱膨張する。この点、本発明では、第１及び第２の各回転体を支持する回転体支持部材は、ハウジングよりも熱膨張しにくい。そのため、第１及び第２の各回転体をハウジングに支持させる場合と比較して、車両の走行中などで、第１及び第２の各回転体間の距離が徐々に変化することを抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両の操舵装置において、前記伝達部材は、前記第１及び第２の各回転体に掛装される無端状のベルトであることを要旨とする。

上記構成によれば、第１及び第２の各回転体間の距離のばらつきが抑えられるため、第１及び第２の各回転体に掛装されるベルトの張力のばらつきが抑えられる。その結果、ベルトの製品寿命の長寿命化、及び操舵装置から発生する騒音の低下に貢献することができる。

本発明の車両の操舵装置としての電動パワーステアリング装置の一実施形態を説明する模式図。 本実施形態の電動パワーステアリング装置の要部を模式的に説明する断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２に従って説明する。なお、図１及び図２における「左右方向」が「車両の幅方向」と一致するものとする。
図１に示すように、車両の操舵装置としての電動パワーステアリング装置１１は、図示しないステアリングの回転を転舵輪である車輪１２に伝達するための操舵角伝達機構１３と、ステアリングの操作を補助する力（「アシスト力」ともいう。）を操舵軸としての転舵シャフト（「ラック軸」ともいう。）１４に付与するアシスト装置１５とを備えている。また、電動パワーステアリング装置１１には、アルミニウム製のハウジング１６が設けられている。このハウジング１６内には、転舵シャフト１４の中間部分及びアシスト装置１５の一部が収容されている。

操舵角伝達機構１３には、ステアリングと共に回転するステアリングシャフト１７と、該ステアリングシャフト１７の回転を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構１８とが設けられている。そして、ラックアンドピニオン機構１８から出力された駆動力が転舵シャフト１４に伝達されると、該転舵シャフト１４が車両の幅方向でもある軸方向に移動する。

本実施形態のアシスト装置１５は、ハウジング１６外に配置されるモータ１９で発生した駆動力に基づいたアシスト力を転舵シャフト１４に伝達する装置である。こうしたアシスト装置１５は、動力伝達経路においてモータ１９から順に配置される、減速機構２０、変換機構としてのボール螺子機構２１を備えている。

次に、ハウジング１６について図１及び図２を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、ハウジング１６は、左側に配置される第１の分割ハウジング３０と、右側に配置される第２の分割ハウジング４０とを備えている。そして、各分割ハウジング３０，４０の間には、回転体支持部材としての芯間支持部材５０が配設されている。なお、転舵シャフト１４の左端部１４Ａ及び右端部１４Ｂは、ハウジング１６外に突出している。

第１の分割ハウジング３０には、円筒形状をなす第１本体部３１と、該第１本体部３１の右側に配置される拡径部３２とが設けられている。この拡径部３２の内径及び外径は、第１本体部３１の内径及び外径よりも大きい。そして、第１の分割ハウジング３０には、その拡径部３２の右端に形成された開口３３を閉塞するように芯間支持部材５０が図示しないボルトなどによって取り付けられている。

第２の分割ハウジング４０には、円筒形状の第２本体部４１と、該第２本体部４１の左側に配置される大収容部４２とが設けられている。この大収容部４２の左端に形成された開口４３は、第１の分割ハウジング３０の開口３３よりも断面積（即ち、軸方向と直交する平面の面積）が大きくなるように形成されている。そして、第２の分割ハウジング４０には、その開口４３が閉塞されるように芯間支持部材５０が図示しないボルトなどによって取り付けられている。

芯間支持部材５０は、平板状の支持部材本体５１と、該支持部材本体５１の右側に設けられる略円筒形状の筒状部５２とを一体形成したものである。本実施形態の芯間支持部材５０は、以下に示す２つの条件を満たした材料（例えば、Ｓ４５Ｃなどの炭素鋼）で構成されている。そして、下記の各条件を満たした材料に対してプレス加工及び切削加工などを施すことにより、芯間支持部材５０が構成される。
（第１の条件）各分割ハウジング３０，４０を構成する材料（本実施形態ではアルミニウム）よりも線熱膨張係数の低い材料であること。
（第２の条件）各分割ハウジング３０，４０を構成する材料よりも比重の大きな材料であること。

芯間支持部材５０の支持部材本体５１は、第２の分割ハウジング４０の左端に形成された開口４３を閉塞するための部位である。こうした支持部材本体５１において第１の分割ハウジング３０の開口３３に対向していない部分には、モータ１９を支持するための支持部５３が設けられている。この支持部５３は、支持部材本体５１に一体形成された部分であって、支持部材本体５１から左方に突出するように円環状に形成されている。そして、支持部５３内には、モータ１９の出力軸１９ａを回転自在に支持するための軸受５４が設けられている。このように支持部５３に軸受５４を介して支持されるモータ１９の出力軸１９ａの先端（図２では右端）は、支持部材本体５１に設けられた貫通孔５５を介してハウジング１６内に挿入されている。

また、支持部材本体５１において第１の分割ハウジング３０の開口３３に対向する部分には、転舵シャフト１４が挿通される挿通孔５６が設けられている。
芯間支持部材５０の筒状部５２は、支持部材本体５１の挿通孔５６を挿通する転舵シャフト１４を包囲するように形成されている。つまり、筒状部５２内は、挿通孔５６内と連通していると共に、筒状部５２の中心線は、転舵シャフト１４の中心線Ｓ１とほぼ一致している。また、筒状部５２の基端側部位（図２では左端側の部位）においてモータ１９の出力軸１９ａの先端と対向する部分（図２では上側の部分）には、筒状部５２内外を連通させる連通孔５７が形成されている。

また、筒状部５２の先端側部位（図２では右端側の部位）５２ａは、第２の分割ハウジング４０において第２本体部４１と大収容部４２との間に位置する連結部４４内に位置している。この連結部４４の内径は、芯間支持部材５０の筒状部５２の外径よりも僅かに大きい。

次に、減速機構２０及びボール螺子機構２１について図２を参照して説明する。
図２に示すように、減速機構２０は、モータ１９の出力軸１９ａに一体回転可能に設けられた第１の回転体としての駆動プーリ６０と、モータ１９で発生した駆動力を転舵シャフト１４に伝達するための第２の回転体としての従動プーリ６１とを備えている。これら両プーリ６０，６１には、伝達部材としての無端状のベルト６２が掛装されている。このベルト６２は、芯間支持部材５０に設けられた連通孔５７を挿通している。

各プーリ６０，６１は、各分割ハウジング３０，４０を構成する材料（本実施形態ではアルミニウム）よりも線熱膨張係数の低い材料（例えば、Ｓ４３Ｃなどの炭素鋼）で構成されている。本実施形態では、各プーリ６０，６１を構成する材料の線熱膨張係数は、芯間支持部材５０を構成する材料の線熱膨張係数と同程度である。従動プーリ６１は円環状に構成されており、その外径は駆動プーリ６０の外径よりも大きい。こうした従動プーリ６１は、その回転中心が転舵シャフト１４の中心線Ｓ１とほぼ一致するように配置されている。具体的には、従動プーリ６１は、円環状をなす支持部材６３を介してボール螺子機構２１（詳しくは、後述するボール螺子ナット７０）に一体回転可能に支持されている。

ベルト６２は、各プーリ６０，６１を構成する材料と同程度の線熱膨張係数を有する材料（例えば、Ｓ４３Ｃなどの炭素鋼）で構成された複数の線材を備えている。そして、これら各線材をガラス材料で内包するようにしてベルト６２が構成されている。

ボール螺子機構２１は、転舵シャフト１４を中心とする径方向において該転舵シャフト１４と、従動プーリ６１との間に配置されている。こうしたボール螺子機構２１は、リング状のボール螺子ナット７０と、転舵シャフト１４を中心とする径方向においてボール螺子ナット７０と転舵シャフト１４との間に配置される複数のボール７１とを備えている。ボール螺子ナット７０は、従動プーリ６１の右側に配置された軸受７２を介して芯間支持部材５０の筒状部５２に回転自在な状態で支持されている。なお、図２では図示を省略しているが、転舵シャフト１４の軸方向における一部には、雌ねじ加工が施されている。

そして、モータ１９が駆動すると、駆動プーリ６０が回転する。すると、駆動プーリ６０の回転力は、ベルト６２を介して従動プーリ６１に伝達される。こうした従動プーリ６１の回転は、ボール螺子ナット７０に伝達され、該ボール螺子ナット７０を備えるボール螺子機構２１は、従動プーリ６１の回転力を、転舵シャフト１４を軸方向に移動させる力、即ちアシスト力に変換する。その結果、運転手による上記ステアリングの操作に基づいた転舵シャフト１４の軸方向への移動がアシスト装置１５によって補助されることにより、車輪１２の舵角が変更される。

以上説明したように、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）各プーリ６０，６１は、芯間支持部材５０に回転自在な状態でそれぞれ支持される。そのため、芯間支持部材５０の加工精度に起因した各プーリ６０，６１の距離、即ち芯間距離のばらつきが生じるものの、電動パワーステアリング装置１１を組み立てる際の各部品の組み付け精度に起因した芯間距離のばらつきがほとんど無くなる。したがって、各プーリ６０，６１を別々の部材で支持させる場合と比較して、芯間距離のばらつきを抑えることができる。

（２）その結果、各プーリ６０，６１に掛装されるベルト６２の張力のばらつきが抑制される。そのため、ベルト６２の張力が弱すぎることに起因して駆動時に発生する騒音が大きくなることを抑制できると共に、ベルト６２の張力が強すぎることに起因して該ベルト６２の製品寿命が短くなることを抑制することができる。

（３）電動パワーステアリング装置１１は、車両のエンジンルーム内においてエンジンの近傍（具体的には、エンジンの下方）に配置されることがある。この場合、ハウジング１６は、エンジンから発生した熱を多く受熱して熱膨張する。この点、本実施形態では、芯間支持部材５０は、各分割ハウジング３０，４０よりも熱膨張しにくい。そのため、各プーリ６０，６１を各分割ハウジング３０，４０のうち少なくとも一方に支持させる場合と比較して、車両の走行中などで、芯間距離が徐々に変化することを抑制することができる。

（４）車両の走行中に芯間距離が変化することが抑制されているため、ベルト６２の張力を調整するための機構を、電動パワーステアリング装置１１に設けなくてもよい。つまり、電動パワーステアリング装置１１の簡略化に貢献することができる。

（５）また、各分割ハウジング３０，４０は、芯間支持部材５０を構成する材料の比重よりも小さい比重の材料で構成されている。そのため、芯間支持部材５０を各分割ハウジング３０，４０とは別途設けることによる装置全体の重量の増加を低く抑えることができる。

なお、実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・実施形態において、各分割ハウジング３０，４０を、芯間支持部材５０を構成する材料の比重よりも小さい比重の材料であれば、アルミニウム以外の材料（例えば、アルミニウム合金）で構成してもよい。

・実施形態において、芯間支持部材５０を構成する材料は、各分割ハウジング３０，４０を構成する材料よりも線熱膨張係数が小さいのであれば、プーリ６０，６１を構成する材料よりも線熱膨張係数が大きくてもよい。また、芯間支持部材５０を構成する材料は、プーリ６０，６１を構成する材料よりも線熱膨張係数が小さくてもよい。

・実施形態において、芯間支持部材５０を構成する材料は、各分割ハウジング３０，４０を構成する材料よりも線熱膨張係数が小さいのであれば、各分割ハウジング３０，４０を構成する材料と比重が同程度となる材料であってもよい。また、芯間支持部材５０を構成する材料は、各分割ハウジング３０，４０を構成する材料の比重よりも小さい比重の材料であってもよい。

・実施形態において、芯間支持部材５０を、各分割ハウジング３０，４０を構成する材料と同一の材料で構成してもよい。このように構成しても、各プーリ６０，６１は同一部材に支持されるため、芯間距離のばらつきを抑えることができる。

・実施形態において、ベルト６２の張力を調整するための機構を設けてもよい。各プーリ６０，６１を同一の部材に支持させても、芯間距離のばらつきを完全になくすことはできない。そのため、上記機構を設けることにより、芯間距離のばらつきに起因したベルト６２の張力の変動を抑制することができる。

・実施形態において、芯間支持部材５０の筒状部５２に、軸受７２の外環を兼ねさせてもよい。
・実施形態において、減速機構は、第１の回転体としての第１のギヤと、第２の回転体としての第２のギヤと、第１及び第２の各ギヤの間に配置される伝達部材としての中間ギヤとを備えた構成であってもよい。この場合、中間ギヤを、第１及び第２の各ギヤを支持する芯間支持部材５０に回転自在に支持させることが好ましい。こうした電動パワーステアリング装置でも、芯間距離のばらつきが抑えられるため、モータ１９で発生した駆動力の伝達効率が低下したり、各ギヤの寿命が短くなったりすることを抑制できる。

次に、上記実施形態及び別の実施形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記ハウジングは、前記回転体支持部材を構成する材料の比重よりも小さい比重の材料で構成されていることを特徴とする車両の操舵装置。

上記構成によれば、回転体支持部材を構成する材料の比重と同等以上の比重の材料でハウジングを構成する場合と比較して、装置全体を軽量化させることができる。
（ロ）前記第２の回転体は円環状をなすと共に、前記操舵軸は前記第２の回転体内を挿通しており、
前記変換機構は、前記操舵軸を中心とする径方向において該操舵軸と前記第２の回転体との間に配置されていることを特徴とする車両の操舵装置。

１１…電動パワーステアリング装置（車両の操舵装置）、１２…車輪、１４…操舵軸としての転舵シャフト、１６…ハウジング、１９…モータ、１９ａ…出力軸、２１…変換機構としてのボール螺子機構、５０…回転体支持部材としての芯間支持部材、６０…第１の回転体としての駆動プーリ、６１…第２の回転体としての従動プーリ、６２…伝達部材としてのベルト。

Claims (3)

1. モータで発生した駆動力を操舵軸に伝達させることにより該操舵軸を軸方向に移動させ、車輪の舵角を変更させる車両の操舵装置において、
   前記モータの出力軸に一体回転可能に支持される第１の回転体と、
   前記操舵軸に動力を伝達するための第２の回転体と、
   前記第１の回転体の回転力を前記第２の回転体に伝達するための伝達部材と、
   前記第２の回転体の回転力を、前記操舵軸を前記軸方向に移動させる力に変換する変換機構と、
   前記第１及び第２の各回転体を回転自在に支持する回転体支持部材と、
   前記回転体支持部材を支持すると共に、前記第１及び第２の各回転体、前記伝達部材及び前記変換機構が内部に収容されるハウジングと、を備えることを特徴とする車両の操舵装置。
2. 前記回転体支持部材は、前記ハウジングを構成する材料の線熱膨張係数よりも低い線熱膨張係数の材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵装置。
3. 前記伝達部材は、前記第１及び第２の各回転体に掛装される無端状のベルトであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両の操舵装置。

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