JPS61139559A - 電気式動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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補助装置を
有するラッ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ッ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ック軸と
、ラック軸のラッ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って操舵力を伝達
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ック軸上に伝達して動
力補助するラッ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
合うラック部を有するラック軸上にボールスクリューを
配設して、このボールスクリューを介し電動モータの動
力をラッ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、ラックピニオン部とボールスクリュ
一部とは一体のハウジング内に保持されており、ボール
スクリュ一部に電動モータが同軸に（米国特許第４４１
５０５４号）又は軸を異にして（特願昭５８−１３２８
２７）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、長尺のラック軸
上にラック溝とウォーム溝の双方を加工形成しなければ
ならないが、ラック溝はラック軸の両端を固定保持して
ブローチ削シ又は特公昭５６−２６５２８号公報に示さ
れるように塑性加工によって形成されるのに対しウォー
ム溝はラッ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って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
ック部やスクリュ一部は高精度を要求される為一体の軸
上にラック溝とつ゛オーム溝とを精度良く形成したラッ
ク軸は、極めて高価になりやすい。

更に、長尺のラッ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ック軸を有
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、車両によってステアリングの仕様が変わって、
ラッ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ってエンジンルーム内の
構成が異なることによっ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ック軸を何種類
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
易かつ安価であっ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
部を有するラック軸と、操向車輪と連動する動力補助軸
と、該ラック軸と動力補助軸とを一体的に連結する連結
手段と、動力補助軸上に形成されたウォーム部と動力補
助軸に同軸上に回動自在に被着されたボールナツト部と
該ウォーム部と該ボールナツ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ツト部の回動をボールな介
してウォーム部に伝達し動力補助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ツトへ伝達しボール
ナツ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構成る構成であって、特にラッ
ク軸と動力補助軸とを容易な構成の連結手段によって一
体的に連結した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
に固定されておシ、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と噛合係合してラックピニオン部２０
を形成している。出力軸７上にはボールスクリュ一部３
が設けられ、とのボールスクリュ一部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がブラケット１４．１５によって車体に固定され
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ック
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シ詳細に説明
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はラック軸７ａ及び動力補助軸７ｂよシ構成
され、そのラック軸７ａはラックギヤ部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。ラックギヤ部１７
とピニオンギヤ部１６とはラックピニオン部２０を構成
してハウジング２２に内設されている。ピニオンギヤ部
１６とラックギヤ部１７の噛合をラック軸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
ック軸７ａの背面に当接しそのラジアル方向の荷重を受
けるプレッシャ−パッド１８ａ１ピニオンギヤ部１６と
ラックギヤ部１７の噛合部にプレッシャパッド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１８ｂ１及び、蓋１８ｂを調節、固定するため
のロックナツト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及びラックギヤ部
１７の噛合部に隣接して舵取装置を車両へ固定するため
のブラケット１５が取付けられている。

出力軸７は前述した如く、ラック軸７ａと動力補助軸７
ｂ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後パ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、ラック軸７ａと動力補助軸７ｂのいず
れか一方（第４図では動力補助軸７ｂ）の先端に突起を
設け、他方（第４図ではラック軸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。

動力補助軸１ｂは好適には連結部Ａよシラツク軸７ａと
同一軸上に鉦びその他端は前述した如くボールジヨイン
ト及びナックルアームを介して操向車輪に連結されてい
る。

動力補助軸７ｂ上にはボールスクリュ一部３０がハウジ
ング２Ｂ内に設けられ、□このボールスクリュ一部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。ボールスクリュ一部３０は動力補助
軸７ｂ上にらせん状に溝切りされたウォーム２９と、と
のウォーム２９の一部を被って動力補助軸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シらせん状の溝を有するナ
ツト部材２５と、ウォーム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
空孔よシ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シ、このボール３３の転動と循環
によって電動モータ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は動力補助軸７ｂのウォーム２９の一部
を被って配置され、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３０が螺合
されロックナツト３１によって固定されている。蓋部材
３０にはブラケット１４が取り付けられ、このブラケッ
ト１４がハウジング２２上のブラケット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
）は連結部材３２によりハウジング２２に連結されてい
る。連結部材３２はその両端を両ハウジング２２及び２
８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。連結部材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を被って保
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っている。

連結部材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って両ハウジングに固定されている
。連結部材３２のハウジング２２．２８への取付は方法
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
る連結部材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
２２ａ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、連結部材３２ａと
ハウジング２Ｂとは溶接４０で確実に固定される。

更にまた、連結部材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２Ｂ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
よって固定するようにしても良い。

以上のごとき連結部材３２．３２　ａ、３２ｂ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、連結部材３２．３
２ａ、３２ｂ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、ラック軸７ａと動力補助軸７ｂと
は第５図のＡに示した通り、連結部材３２又は３２Ｂの
内部で連結するように形成しておけば、ラックピニオン
部２ｏとボールスクリュ一部３０とを各々ユニットとし
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っている。減速ギヤ
２４はその外□周上に歯を有する歯車であシ、この外周
歯はピニオンギヤ２３の外周歯と噛合っている。ピニオ
ンギャ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よ多出力を取り出すクラッチ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。従って、電動モータ８の回動出力はクラッチ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
してウォーム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
しクラッチ９と係合するように構成されているので、大
容量から小容量捷での電動モータ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の動力はクラッチ９
を用いて適宜ボールスクリューへと伝達されているが、
クラッチ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ュ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はクラッチ９を適宜切ったり入れたりして
手動操舵と動力操舵の切替えを行ったり、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、操舵力が最も重い撫切時を含む低速走行時には
クラッチ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ッチ９を切って手動操舵
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、フェ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ッチ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。

クラッ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とラックギヤ部１７の噛合によって、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
、ナッ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ックアンドピニオン式舵取
装置と同じである。

クラッチ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、ボールスクリューを構
成するナツト部材２５、ウォーム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の動力補助を得て
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ック軸に伝達する機構と
してボールスクリュ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
（ゝ。

又、電動モータはラッ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、ラック軸と
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、ラックピニオン部２０はハウジング２
２に内設されており、動力補助軸７ｂ上に設けられたボ
ールスクリュ一部３０はハウジング２８ｄに内設されて
いる。

ラックピニオン部２０とボールスクリュ一部３０の間に
はクラッチ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。ラック軸７ａと動力補助軸
７ｂとは前述の実施例と同様に連結部材３２ｄの内部の
連結部Ａで互いに連結されている。

ボールスクリュ一部３０を内設するハウジング２Ｂｄの
ラックギヤ１７側にはクラッチ９が接続され、クラッチ
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によ多連結され
、各ユニットを一体的に連結する構成と成っている。

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、ラック軸とは別体の動力補助軸を設けてそこ
に電気式動力補助機構を配置するとともにラック軸と動
力補助軸とを連結手段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）ラックギヤ及びウォ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
間で可能であシ、又、研削の際の取代が小さくできる。

４）ラックギヤ及びウォ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）ラック、ビニオン部あるいはボールスクリュ一部の
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）ボールスクリュ一部を標準化して各種のステアリン
グ仕様にラック軸あるいは動力補助軸の長さ変更のみで
対応可能である。

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袋置が得られる。

【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
図はラック軸と動力補助軸の連結手段の第２実施例を示
す断面図、第５図は連結部材の第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　　　　　１ａ・・・・・・
ラック軸１７・・・・・・ラックギヤ部　　７ｂ・・・
・・・動力補助軸２２．２Ｂ・・・・・・ハウジング ３０・・・・・・ボールスクリュ一部 ２９・・・・・・ウォーム ２５・・・・・・ナツト部材 ３３・・・・・・ボール ３２・・・・・・連結部材 ８・・・・・・電動モータ １０・・・・・・動力伝達装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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するラック軸と、 操向車輪と連動する動力補助軸と、該ラッ ク軸と動力補助軸とを一体的に連結する連 結手段と、動力補助軸上に形成されたウォ ーム部と動力補助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ォーム部 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ォーム部に伝達し動力 補助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。 ２、前記連結手段が突合せ溶接であ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、前記連結手段が機械的連結であ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、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、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。