JPS6294469A - ラツク・ピニオン式パワ−・ステアリング装置 - 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】 に記載されているような、たとえば、米国特許第４，　
４１５，　０５４号に開示されているようなラック・ピ
ニオン式パワー・ステアリング装置に関する。

本発明は、一層詳しく言えば、ラック・ハウジングに取
り付けてあり、出力部としてのラック組立体を直線状に
駆動して電気式動力補助の舵取りを行うように配置した
駆動用電動機を有するラック・ピニオン式パワー・ステ
アリング装置に関する。

本発明以前にも、動力補助の舵取りを行うための電動機
全組込み、必要とする舵取り力を効果的に低減（２）運
転者の負担ケ軽くするラック・ピニオン式パワー・ステ
アリング装置は種々知られている。こ扛ら従来のパワー
・ステアリング装置ｔ［、はぼ良好な舵取り補助の効果
を奏するが、構造が複雑でありかつ高張るものであり、
製造、修理が難しい。

前記米国特許第４．４１５．０５／Ｉ号に例示されるよ
うな従来の設ｒｔｌでは、多くの車輛、特に、前記隔室
カウリング・その曲の支持構造にステアリング装置♀「
ハイマウント」しなけれ１ｑ−ｆならないコンパクトな
前輪駆動車輛で利用さく７） れるような中央動力取り出しを行うことはできない。

本発明はラックの端部１駆動を行ってパッケージング全
簡略化することができ、また、ラッシュ無し、低騒音駆
動の観点から「ハイマウント」中央動力取り出しラック
・ピニオン歯車と一緒に使用できる動力補助形のラック
・ピニオン式ステアリング装置を得ることを目的とする
。

この目的全達成すべく、本発明によるラック・ピニオン
式パワー・ステアリング装置は特許請求の範囲第１項の
特徴部分に記載されている事項によって特徴付けられる
。

本発明によるラック・ピニオン式パワー・ステアリング
装置の重要な特徴は、ナットがラックと一緒に直線運動
できるように装着してあり、それによって、ナットがキ
ャリヤ状の出力部材として作用し、その直線運動がタイ
ロッドに必要な舵取り運動？与えるということである。

本発明によるラック・ピニオン式パワー・ステアリング
装置の場合と違って、先に述べた従来の設計′７′は、
スクリュウを効果的に回転駆動して、車輛の−２１のタ
イロッドおよびそれに組込んだ操向車輪２動かすキャリ
ヤまたは出力部として作用するナット全直線駆動するこ
とはない。

本発明によるラック・ピニオン式パワー・ステアリング
装置の好才］７い実施例では、従来の設計と異なり、ス
テアリング装置はラック・ピニオン歯車のハウジング組
立体に端部取り付けした電動機によって回転駆動される
別体のほぼ普通のボールナット・スクリュウを利用する
。このスクリュウはステアリング装置の出力部を構成す
る直線運動可能なボールナットを貫いて延び、それを支
持する。ホールナットは、対応したピニオンを介して車
輛運転者によって機械的に並進運動させらｎ。

るように配置［７たラックにも、駆動可能状態で取り付
けである。本発明によるこのラック・ピニオン式パワー
・ステアリング装置の構成要素は容易にアクセスするこ
とができ、かつ、容易に修理、交換することができる。

しかも、通常は、パワー・ステアリング装置そのものの
分解あるいは実質的な取り壊しや再組立てが不要である
。このステアリング装置の電動機駆動回転スクリュウは
ラックの中空部に入れ子式になっており、装置がコンパ
クトになり、広範囲の種類の車輌に適用できる。

本発明によるラック・ピニオン式ステアリング装置の好
ましい実施例の格別の特徴は、従来の電力ステアリング
装置と異なり、減速・トルク増大用遊星歯車機構の組込
みにある。

これはボールナット・スクリュウを駆動できるようにな
っている一組のインボリュート歯車あるいは牽引駆動装
置のいずれであってもよい。中央動力取り出しはスクリ
ュウに装着してありかつラックの一端に作動可能状態で
連結したボールナットによって行われる。電動機はラッ
ク・ピニオン・ハウジング組立体の一端に取り干・Ｉけ
てあり、電動機およびホールナット・スクリュウと同軸
に向いた遊星歯車減速機構を介して動力補助を行う。遊
星歯車ユニットの出力はラック・ホールナット組立体を
介１−てボールナット・スクリュウの角度運動から出力
部材の直線並進運動に変換される。さらに、電動機はハ
ウジングの端に螺合させてあり、機械的な保持を行うと
共にＩＱＩＩ受予荷受金荷重るのに便利と々つでいる。

電動機とスクリュウ・アクチュエータの間のバックラッ
シュは平歯車減速と異なって遊１１歯車駆動または歯車
セット減速で減少あるい←１：除去され得る。

さらに、このステアリング装置はコストがかなり低く、
ハウジングの主要部分がアルミ鋳造主ハウシングに容易
に取り付けられる延長部材を形成する管状の鋼素材で作
ることができる。この複会ハウジングでは、鋼素材ケア
ルミ製ハウジングの端に容易にビン止めあるいは他の方
法で取り付けられ、そこに軌道全付けて成形あるいは切
断加工することができる。したがって、ホールナット・
スクリュウ組立体のナットをキャリヤとして用い、スク
リュウの回転の際に軌道内を並進運動させることができ
る。

本発明によるラック・ピニオン式パワー・ステアリング
装置の従来の電力ステアリング装置よりもかなり優扛た
利点は、電気式動力補助形のステアリング装置に必要と
される体積を再配分、低減することができるということ
にある。多くの場合、同心の端部堆り付けした電動機の
設計により、動力補助形のステアリング装置を、軸線方
向に直角の電動機あるいはハウジングの中央部１わりに
配置した同心の電動機が嵩張り、車輛での使用に不適で
ある場合でも電動機をすえ付けることができる。

本発明の好ま１〜い実施例では、電動機はステアリング
装置のハウジングの一端に同心に螺合され、遊星歯車装
置全弁して出力を選択的に逆転させ、遊星歯車装置のキ
ャリヤを介してホールナット・スクリュウを回転駆動す
ることができる。ホールナット・スクリュウ・ユニット
はボールナットを貫いて延び、普通のボール列全介１〜
でそこに駆動連結され、スクリュウの動力補助回転に応
答して直線運動させられる。きらに、スクリュウはラッ
クの内部に入７１２子式になっていてこのユニットを短
縮することができる。一端をボールナットに取り付けた
ラックの歯付き部分はピニオン歯車とかみ合っており、
このピニオン歯車が車輛運転者によって普通のステアリ
ング・ホイールおよび軸を介して駆動されたステアリン
グ・軸によって回転駆動される。ボールナットは車輛の
操向車輪を回転させるためのタイロッドに連結した直線
摺動キャリヤとなる。制呻システムが車輛運転者からの
方向およびトルクを検知して電動機の方向、出力を制御
し、効果的な動力補助舵取りを行う。この設計では、短
くて低い輪郭を得ることがででき、広い範囲の車輛用途
に適した中央動力取り出しを行えるという利点もある。

こうして、本発明は、ナット・ラック組立体の一部をな
す別体の被回転駆動スクリュウを包含１〜、ナットを直
線経路に沿って駆動し、スクリュウが可逆駆動電動機に
連結してあり、ナットが被ピニオン駆動ラックを介して
機械的な入力部に連結してあり、このラックを車輛運転
者が手動で並進移動させる新規で改良されたラック・ピ
ニオン式電気駆動パワーステアリングを提供する。

また、本発明は、ボールナット・スクリュウ全駆動する
同心の端部取り付けした電動機分有し、ボールナットが
このスクリュウ上に装着してあって直線経路に沿って移
動することができ、また、スクリュウが手動ラックに連
結してあり、タイロッドによって車輛の操向車輪に取り
付けた中央動力取り出しのためのキャリヤを提供する新
規で改良された電気式動力補助形のラック・ピニオン式
パワー・ステアリング装置全提供する。

以下、添付図面を参照しながら本発明を一層詳］〜く説
明する。

図面を参照して、第１図に示すラック・ピニオン式パワ
ー・ステアリング装置１０はタイロッド組立体１４およ
びそこに連結したステアリング・アーム１６によって車
輛の一対の操向車輪１２に連結しである。ステアリング
装置１０はステアリング軸組立体１８によって機械的な
人力を受けることができ、このステアリング＋Ｉ（ｌＩ
組立体は普通のステアリング・ホイール（図示せず）を
操作することによって車輌運転者が回転させるようにな
っているトーション・バー２０を包含する。ステアリン
グ軸組立体１８はピニオン歯車２２に駆動連結してあり
、このピニオン歯車はこれから説明する装置ハウジング
内に装着しである。

ピニオン歯車の歯はボールナット・ラック組立体２８の
一部分々す紺長いランク２６の歯２４とかみ合っている
。このラック２６１複合ハウジング組立体３０内に直線
摺動できるように装着しである。この複合ハウジング組
立体はアルミ鋳造製の主ハウジング３２を包含し、これ
を貫いて円筒形の通路３３が形成してあり、この主ハウ
ジング３２にはねじ付きファスナ３６によって管状の鋼
製延長部材３４が取り付けである。

このラック・ピニオン装置では、車輛運転者によるステ
アリング・ホイールの操作からのピニオン歯車２２の回
転が引続いてステアリング軸組立体を回転させることに
より、ホールナット・ラック組立体２８がハウジング組
立体内で舵取り入力の方向に従って左あるいは右に側方
摺動し、動力補助の有無にかかわらず操向車輪１２の選
択的な舵取りを行う。

ステアリング装置ハウジング組立体の管状延長部材３４
は細長い直線の開口３８を有し、この開口の側縁４０が
ボールナット・ラック組立体２８のボールナット４２の
ための側方に隔たった軌道全形成する。ホールナットは
半径方向に突出する突起４４を有し、これらの突起が軌
道の間に嵌合してボールナット４２を回転しないように
保持すると共に直線運動するように案内する。ボールナ
ット・ラック組立体には支持スライド４３が固定してあ
ってこれらの要素を管状延長部材内に支持する。

この組立体のボールナット４２は軌道４゜内を低摩擦状
態で作動する摺動・非回転中央動力取り出しキャリッジ
となる。タイロッド１４の内端はボルト４６によってボ
ールナット４２に連結しである。第２図に示すように、
ボルトは前部プレート５０およびタイロッド１４の端に
ある円筒形のブシュ５２を貫いて突出し、ホールナット
４２と螺合連結する。

エラストマー材料の細長い蛇腹ブーツ５４がピニオン歯
車２２に隣接した端クランプ５６から管状延長部材３４
の拡大端に隣接した端クランプ５８１でハウジングを覆
って延びている。このブーツ５４および主ハウジング３
２の開口端内に装着した端カバー６２によって、ステア
リング装置の内部構成要素は四重れ、外部からの塵埃、
湿気その他の異物の侵入が阻１トされている。

ハウジング組立体は普通のクランプ６３．６４によって
車輛の前部隔壁に取り付けである。

運転者駆動ラックからの手動摺動入力を受けるのに加え
て、ボールナット４２は細長いボールナット・スクリュ
ウ６５によっても駆動される。このスクリュウ６５から
はホールナットと駆動連結する普通のボール列６６を有
する。ボールナット・スクリュウは電動機６７によって
駆動される。電動機６７は管状延−長部材３４０円筒形
の拡大端６０内に調節自在に螺合している。電動機６７
からの出力速度を低減し、出力トルクを増大させるべく
、遊星歯車セット７０が電動機６７とボールナット・ス
クリュウ６５０間に駆動連結しである。

第３図に示すように、電動機６７は出力軸７２を有し、
この出力側１にに太陽歯車７４が装着しである。この太
陽歯車は遊星歯車７６とかみ合っており、こｎらの遊星
歯車はビン８０、軸受８２によってキャリヤ７８−にに
作動可能に装着しである。遊星歯車７６はリング歯車８
４とかみ合っており、このリング歯車はハウジング延長
部材３４の拡大端６０内にプレスばめ、あるいは、反作
用を受けるように固定しである。

スラスト軸受８６がキャリヤ７８の内側と内側肩部９０
」−に設置Ｉ〜た厚いワッシャ状のスペーサ８８との間
に作動可能に配置ｊ−である。スラスト軸受８１がキャ
リヤ７８と電動機６７の端面との間に装着しである。こ
の配置によれば、電動機６７をハウジング延長部材３４
の拡大端の内外にねじ移動させて調節することによって
成る選定（〜た予荷重を加えることができる。

この遊星歯車装置では、電動機から、スクリュウ６５の
端にあるソケット９２内に嵌合させた多角形駆動延長部
材９１を含むキャＣ」ヤ出力部を経て回転駆動ボールナ
ット・スクリュウ６５に、伝えら扛る減速、トルク増大
が行われる。この連結はさらにビン９４によっても確保
される。

第４図はネック１０２を有する拡大／Ｘウシング１００
を包含するユニット９Ｂを示しており、このネック１０
２は内ねじを切ってあり、第２．３図に示す延長部材３
４に相当する管状延長部材１０６のねじ付き外端１０４
に螺合している。電動機１１０は拡大ハウジング１００
内に螺合させてあり、太陽歯車要素１１４全駆動する出
力軸１１２を有する。

この太陽歯車要素１１４は拡大ハウジング１００の内壁
面１１８上を走行する遊星歯車要素１１６を駆動する。

この拡大ハウジング１００Ｕコの遊星歯車ユニットのた
めの反作用要素となる。

遊星歯車要素はキャリヤ組立体１２０上に作動可能に装
着してあり、このキャリヤ組立体１２０はスクリュウ１
２４によってキャリヤ組立体１２０の出力軸に連結した
円筒形のスペーサ１２２を包含する。出力軸１２６は第
２図に関連して説明したようにボールナット・スクリュ
ウの端に駆動連結しである。スラスト軸受１２８．１３
０が第３図に関連して先に説明したように設けてあり、
電動機１１０は必要な予荷重全方えるべく　／％ウシン
グ１００に調節自在に螺合させである。

舵取り補助用制御器１３４がトルク・センサ１３６を含
み、このトルク・センサ１３６はトーション・バー２０
からの舵取り方向、力を検知し、それを電子制御器１３
８に入力し、この電子制御器は適切な方向、出力で電動
機６７または１１０を付勢する。ボールナットおよびス
クリュウは左ねじであり、したがって、電動機が反時計
方向に回転すると、ラックの細長いくぼみ１４２内にス
クリュウが入り込み、装置の全長を短縮する。機械的な
舵取り操作が終了すると、入力トルクも同時に終了し、
動力補助の舵取り動作も終了する。ステアリング・ホイ
ールが解放されたならば、ステアリング・リンク・シス
テムの幾何学形状により操向車輪は１つすぐ前を向いた
状態に戻ることに彦る。

所望に応じて、ボールナットおよびホールナット・スク
リュウおよびこ扛らの部材を相互連結しているボール列
の代りに、相互にかみ合っているねじを有する平ナット
とスクリュウを用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるラック・ピニオン型電気式動力補
助のパワー・ステアリング装置を示す概略正面図である
。 第２図は第１図の２−２線矢視方向に見た部分破断、断
面拡大図である。 第３図は本発明によるラック・ピニオン式パワー・ステ
アリング装置の第１実施例の駆動用電動機および遊星歯
車駆動システムの部分断面拡大図である。 第４図は本発明によるラック・ピニオン式パワー・ステ
アリング装置の第２実施例を示す、第３図と同様の図で
ある。 図面において、１０・・・ラック・ピニオン式パワー・
ステアリング装置、１２・・・操向車輪、１４・・・タ
イロッド組立体、１６・・・ステアリング・アーム、１
８・・・ステアリング軸組立体、２０・・・トーション
・バー、２２・・・ピニオン歯車、２６・・・ラック、
２８・・・ボールナット・ラック組立体、３０・・・複
合ハウジング組立体、３２・・・主ハウジング、３４・
・・管状延長部、３８・・・細長い直線開口、４０・・
・側縁、４２・・・ホールナット、４４・・・突起、５
４・・・蛇腹ブーツ、５６．５８・・・端クランプ、６
３．６４・・・クランプ、６５・・・ボールナット・ス
クリュウ、６７・・・電動機、７０・・・遊星歯車セッ
ト、７２・・・出力軸、７６・・・遊星歯車、７８・・
・キャリヤ、８０・・・ビン、８４・・・リング歯車、
８６・・・スラスト軸受、８８・・・スペーサ、８７・
・・スラスト軸受、９１・・・多角形、駆動延長部、９
２・・・ソケット、９４・・・ビン 出　願　人　：　ゼネラル　モーターズ　コーポレーシ
ョン（２ぐ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）車輛の操向車輪を舵取りするためのラック・ピニ
   オン式パワー・ステアリング装置 であつて、ラック・ハウジング（３０）と、このハウジ
   ング内に直線運動可能に配置し た細長いラック（２６）と、車輛運転者によつて回転さ
   せられるように配置してあり、 前記ラック（２６）とかみ合つていてこのラックを直線
   運動させる手動入力を与える回 転可能なピニオン歯車（２２）と、車輛の操向車輪（１
   ２）に前記ラック（２６）を連結し、前記ラック（２６
   ）の直線運動に応答して操向車輪の舵取り運動を行わせ
   るコネクタ手 段（１４）と、前記ハウジング（３０）上に装着した電
   動機（６７）と、ナット（４２）と、一端を前記ラック
   （２６）と整合させてそこに連結してあり、前記ナット
   （４２）内に延びている細長いスクリュウ（６５）とを
   包含するパワー・ステアリング装置において、 前記ナット（４２）が前記ラック（２６）の一端に隣接
   してそれと一緒に直線運動できる ように装着してありかつこのラック（２６）を車輛の操
   向車輪（１２）に連結している前記コネクタ手段（１４
   ）の一部となつており、前記スクリュウが回転自在のス
   クリュウ （６５）を含み、前記電動機（６７）がハウジング（３
   ０）の一端に装着してあつて前記スクリュウ（６５）を
   回転駆動し、車輛運転者によつてピニオン歯車（２２）
   に加えられる所定の機械的な入力に応答してナット（４
   ２）を直線運動させ、動力補助の舵取りを行う ことを特徴とするラック・ピニオン式パワ ー・ステアリング装置。 （２）特許請求の範囲第１項記載のパワー・ステアリン
   グ装置において、ナット（４２）がボールナットを含み
   、回転自在のスクリュ ウ（６５）がボールナット・スクリュウを含み、ボール
   列手段（６６）がボールナット・スクリュウ（６５）と
   ボールナット（４２）を相互に駆動連結していることを
   特徴とする パワー・ステアリング装置。 （３）特許請求の範囲第２項記載のパワー・ステアリン
   グ装置において、前記ハウジング （３０）が内ねじ付きの開口端（６０）を有し、前記電
   動機（６７）がハウジング（３０）のこの内ねじ付き開
   口端（６０）に螺合させてあることを特徴とするパワー
   ・ステアリング 装置。 （４）特許請求の範囲第１項または第２項記載のパワー
   ・ステアリング装置において、電 動機（６７）と回転自在スクリュウ（６５）の間に遊星
   歯車ユニット（７０）が介在しており、回転自在スクリ
   ュウ（６５）に伝えられる入力速度を減じ、入力トルク
   を増大させ るようになつていることを特徴とするパワ ー・ステアリング装置。 （５）特許請求の範囲第４項記載のパワー・ステアリン
   グ装置において、遊星歯車ユニット（７０）が摩擦駆動
   遊星歯車ユニットを含むことを特徴とするパワー・ステ
   アリング装置。 （６）特許請求の範囲第４項または第５項記載のパワー
   ・ステアリング装置において、ハウジング（３０）が内
   ねじ付き開口端（６０）を有し、電動機（６７）がハウ
   ジング（３０）のこの内ねじ付き開口端（６０）に螺合
   させてあることを特徴とするパワー・ステアリン グ装置。 （７）特許請求の範囲第６項記載のパワー・ステアリン
   グ装置において、電動機（６７）とハウジング（６０）
   を螺合連結したことにより電動機（６７）のハウジング
   （３０）に相対的な軸線方向の調節運動が可能となり、
   電動機（６７）と遊星歯車ユニット（７０）の間および
   遊星歯車ユニット（７０）とハウジング（３０）の間に
   作動可能状態で介在するスラスト軸受 手段（８７、８６）に所望の予荷重を与え得ることを特
   徴とするパワー・ステアリング装置。 （８）特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれか
   １つの項に記載のパワー・ステア リング装置において、ハウジング（３０）が複合ハウジ
   ングを包含することを特徴とす るパワー・ステアリング装置。 （９）特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれか
   １つの項に記載のパワー・ステア リング装置において、ナット（４２）がラック（２６）
   にそれと一緒に直線運動できるように固着してあり、コ
   ネクタ手段（１４）がナット（４２）をタイロッド（１
   ４）に連結していて車輛の操向車輪（１２）の舵取り運
   動を行わせるリンク手段（４３、４６、５０）を含み、
   スクリュウ（６５）の端部がラック （２６）にある細長いくぼみ（１４２）内に入れ子式に
   延びていることを特徴とするパワ ー・ステアリング装置。 （１０）特許請求の範囲第１項から第９項までのいずれ
   か１つの項に記載のパワー・ステア リング装置において、電動機（６７）が車輛運転者によ
   つてピニオン歯車（２２）に加えられる所定の入力に応
   答して作動し、スク リュウ（６５）を回転駆動して動力補助の舵取りを行う
   ことを特徴とするパワー・ステ アリング装置。 （１１）特許請求の範囲第１項から第１０項までのいず
   れか１つの項に記載のパワー・ステ アリング装置において、ハウジング（３０）がナット（
   ４２）のための側方に隔たつた軌道を構成する側縁（４
   ０）を有する細長い直線上の開口（３８）を有し、ナッ
   ト（４２）がそこから半径方向に突出する突起（４４）
   を有し、これらの突起が軌動間に嵌合してナ ット（４２）を回転させずに直線案内することを特徴と
   するパワー・ステアリング装置。