JP3248426B2 - 車両用舵取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリングホイ
ールに連結されるピニオン軸が、転舵輪を転舵するため
のラック軸に連結された車両用舵取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステアリングホイールに連結されるピニ
オン軸が、転舵輪を転舵するためのラック軸に連結され
た車両用舵取装置において、ピニオン軸の入力トルクに
基づいたパワーアシストを行って転舵輪を転舵する構成
の舵取装置（パワーステアリング装置）が知られている
（一例として、特開昭５７−１６７８６９号公報）。

【０００３】前記公報に示される舵取装置では、ラック
軸に噛み合うピニオン軸が揺動可能に支持されており、
操舵トルクに応じて揺動する。また、このピニオン軸に
は油圧制御弁が連結されており、前記ピニオン軸の揺動
によって油圧制御弁が作動する構成となっている。これ
により、操舵トルクに応じて油圧が制御されて所定のパ
ワーアシストが行われる。

【０００４】しかしながら、前記公報に示された従来の
舵取装置では、ピニオン軸が支点周りに揺動しラック軸
に対して変位する構成であるため、このピニオン軸の変
位に起因してピニオン軸とラック軸との歯の噛み合い状
態が変化する。すなわち、ラック＆ピニオンの噛み合い
が離れる方向に変位して噛み合い剛性が低下し、この剛
性低下により操作精度も低下する欠点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮し、ピニオン軸とラック軸との歯の噛み合い状態の変
化を低減して所定の剛性を確保することができ、操舵ト
ルクに応じたパワーアシストを行うことが可能となり、
合わせて過大な逆入力がピニオン軸に伝達されることを
抑制できる車両用舵取装置を得ることが目的である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の車
両用舵取装置は、ステアリングホイールに連結されるピ
ニオン軸が、転舵輪を転舵するためのラック軸に連結さ
れた車両用舵取装置において、一端部がハウジングに取
り付けられ、他端部によって前記ピニオン軸を回転可能
に支持すると共に前記ピニオン軸を操舵トルクの大きさ
に応じて前記ラック軸に沿って及び前記ピニオン軸の軸
線方向に沿って変位可能に支持する支持部材を備え、か
つ、前記ハウジングに、前記ピニオン軸の軸線方向変位
時に前記ピニオン軸に当接して摩擦力により前記ピニオ
ン軸の回転を減衰させる摩擦減衰部を設けた、ことを特
徴としている。

【０００７】請求項１記載の車両用舵取装置では、ステ
アリングホイールを介してピニオン軸が操舵されると、
この操舵力はラック軸を介して伝達されて転舵輪が転舵
される。

【０００８】ここで、操舵直後においてはラック軸（す
なわち、転舵輪側）の抵抗が大きいためラック軸は不動
であり、このためピニオン軸が支持部材を介してラック
軸に沿って変位する。この場合、ピニオン軸は、支点周
りに単に揺動してラック軸に対して変位する構成ではな
く、支持部材によってラック軸に沿って変位可能に支持
されているため、ピニオン軸が変位してもピニオン軸と
ラック軸との歯の噛み合い状態の変化が低減される。す
なわち、ラック＆ピニオンの噛み合いが離れる方向に変
位して噛み合い剛性が低下することがなく所定の剛性を
確保することができ、したがって剛性低下により操作精
度が低下することがない。さらに、請求項１記載の車両
用舵取装置では、ピニオン軸は、ラック軸に沿って変位
できるのみならず、自身の軸線方向に沿っても変位可能
である。したがって、例えば縁石衝突等のために転舵輪
側から逆入力がラック軸を介して伝達された場合には、
この逆入力の分力に起因してピニオン軸が自身の軸線方
向に沿って変位し、摩擦減衰部がピニオン軸に当接す
る。これにより、摩擦力によってピニオン軸の回転が減
衰され、過大な逆入力がピニオン軸（すなわち、ステア
リングホイール）に伝達されることが抑制され、キック
バックが低減される。

【０００９】請求項２に係る発明の車両用舵取装置は、
請求項１記載の車両用舵取装置において、前記支持部材
の前記ラック軸方向の変位を検出する変位検出手段を備
え、前記変位検出手段による検出結果に基づいてパワー
アシストを行うことを特徴としている。

【００１０】請求項２記載の車両用舵取装置では、支持
部材のラック軸方向の変位が、変位検出手段によって検
出され、この検出結果に基づいてパワーアシストが行な
われる。

【００１１】ここで、支持部材のラック軸方向の変位
は、ピニオン軸からの操舵トルクの大きさに対応してい
る。したがって、変位検出手段によって支持部材のラッ
ク軸方向の変位を検出することにより、操舵トルクを検
出することができ、これに基づいてパワーアシストを行
うことで操舵トルクに基づいたパワーアシストを行うこ
とができる。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【発明の実施の形態】図１乃至図５には本発明の第１の
実施の形態に係る車両用舵取装置１０の全体構成が概略
的に断面図にて示されている。

【００１５】この車両用舵取装置１０は、例えば、車両
の電動パワーステアリング装置として適用されており、
ピニオン軸（操舵軸）１２を備えている。ピニオン軸１
２には図示しないステアリングホイールが取り付けられ
ており、ラック軸２４に略直交する向きに配置されて、
支持部材としての支持梁２００によってハウジング１９
４に支持されている。支持梁２００は４本の脚部２０１
を備えており、これらの脚部２０１のそれぞれ先端がハ
ウジング１９４に固定されている。この支持梁２００の
頂部に、軸受２０３及び軸受２０５によってピニオン軸
１２が回転可能に支持されている。すなわち、ピニオン
軸１２は、支持梁２００によって片持ち支持された構成
である。また、ピニオン軸１２にはピニオン１９６が設
けられており、ラック軸２４のラックギヤ１９８に噛み
合っている。

【００１６】ここで、ピニオン軸１２を回転可能に支持
する支持梁２００は、ラック軸２４の軸線方向に沿って
可撓性を有しており、このため、ピニオン軸１２はラッ
ク軸２４の軸線方向に沿って変位可能となっている。

【００１７】また、支持梁２００の頂部（軸受２０３の
近傍）には、レバー２０２の一端が連結されている。こ
のため、ピニオン軸１２が支持梁２００と共にラック軸
２４に沿って変位した場合には、レバー２０２が長手方
向に沿って移動される構成である。

【００１８】さらに、車両用舵取装置１０は、モータ部
３４を備えている。モータ部３４は所謂プリントモータ
とされており、電機子３６とこの電機子３６の両側に対
向して設けられた第１の磁極子３８及び第２の磁極子４
０とから構成されている。電機子３６の中心にはモータ
回転軸４２が固着されており、このモータ回転軸４２が
ハウジング１６に回転自在に支持されている。電機子３
６のモータ回転軸４２にはギヤ２０４が設けられてお
り、さらに、減速ギヤ２０６及びピニオン２０８を介し
てラック軸２４のラックギヤ２１０に連結されている。

【００１９】これに対し、第１の磁極子３８及び第２の
磁極子４０は、電機子３６の両側にそれぞれ対向してハ
ウジング１６に固定されている。

【００２０】また、モータ部３４には、リミットスイッ
チ２１４が一体的に設けられている。図５にも示す如
く、リミットスイッチ２１４は、前述したレバー２０２
に連結された作動接点２１６が左右それぞれに移動して
固定接点２１７、２１９に接触することにより、ピニオ
ン軸１２の操舵状態（左右の切り換え状態）を検出可能
となっている。このリミットスイッチ２１４はモータ部
３４のブラシ７６、ブラシ７８に接続されており、ピニ
オン軸１２の操舵方向に対応してモータ部３４（電機子
３６）への通電方向を切り換えることができる。

【００２１】さらに、レバー２０２の中間部に対応し
て、変位検出手段としての変位センサ２０７が配置され
ている。変位センサ２０７は、レバー２０２に係合する
ことにより、レバー２０２の移動量すなわち支持梁２０
０（ピニオン軸１２）の変位を検出することができる。
この変位センサ２０７はＥＣＵ２０９に接続されてい
る。ＥＣＵ２０９は、前記変位センサ２０７が検出した
支持梁２００（ピニオン軸１２）の変位量に基づいて、
リミットスイッチ２１４（モータ部３４のブラシ７６、
ブラシ７８）への供給電流値を制御する。

【００２２】次に本第１の実施の形態の作用を説明す
る。上記構成の車両用舵取装置１０では、ステアリング
ホイール（ピニオン軸１２）の非操舵時（車両直進状
態）には、図５（Ｂ）に示す如く、リミットスイッチ２
１４の作動接点２１６は移動しておらず、リミットスイ
ッチ２１４はＯＦＦ状態とされてモータ部３４へは通電
されない。

【００２３】ステアリングホイール（ピニオン軸１２）
が操舵されると、操舵トルクに応じてモータ部３４が作
動される。

【００２４】すなわち、ピニオン軸１２が左右何れかの
方向に操舵されると、例えば、図１矢印Ａ方向にて示す
如く右切り時には、ピニオン軸１２の操舵力はピニオン
１９６及びラックギヤ１９８を介してラック軸２４へ伝
達されて、ラック軸２４が軸線方向（矢印Ｄ方向）に駆
動され転舵輪が転舵される。

【００２５】この場合、ピニオン軸１２の操舵直後にお
いては、ラック軸２４（すなわち、タイヤ側）の抵抗が
大きいためラック軸２４は不動であり、このためピニオ
ン軸１２が支持梁２００と共にラック軸２４に沿って僅
かに変位する。このため、ピニオン軸１２の変位により
レバー２０２が長手方向に沿って移動される。このレバ
ー２０２の移動に伴って、変位センサ２０７がレバー２
０２の移動量すなわち支持梁２００（ピニオン軸１２）
の変位を検出し、この検出結果に基づいて、ＥＣＵ２０
９がリミットスイッチ２１４への供給電流値を制御す
る。さらに、レバー２０２の移動によって、図５（Ｃ）
に示す如く、リミットスイッチ２１４の作動接点２１６
が移動し、リミットスイッチ２１４がＯＮしてモータ部
３４（電機子３６）へ通電され、モータ部３４の電機子
３６が回転する。

【００２６】これにより、モータ回転軸４２が連結され
たラック軸２４へモータ部３４の駆動力が作用し、補助
駆動力として付与される。したがって、ピニオン軸１２
（ステアリングホイール）の操舵力が軽減される。

【００２７】一方、ピニオン軸１２が左方向（図１矢印
Ｃ方向）に操舵されると、ピニオン軸１２の操舵力はピ
ニオン１９６及びラックギヤ１９８を介してラック軸２
４へ伝達されて、ラック軸２４が軸線方向（矢印Ｂ方
向）に駆動され転舵輪が転舵される。

【００２８】この場合にも、ピニオン軸１２の操舵直後
においては、ラック軸２４（すなわち、タイヤ側）の抵
抗が大きいためラック軸２４は不動であり、このためピ
ニオン軸１２が支持梁２００と共にラック軸２４に沿っ
て僅かに変位する。このため、ピニオン軸１２の変位に
よりレバー２０２が長手方向に沿って移動される。この
レバー２０２の移動に伴って、変位センサ２０７がレバ
ー２０２の移動量すなわち支持梁２００（ピニオン軸１
２）の変位を検出し、この検出結果に基づいて、ＥＣＵ
２０９がリミットスイッチ２１４への供給電流値を制御
する。さらに、レバー２０２の移動によって、図５
（Ａ）に示す如く、レバー２０２の移動に伴ってリミッ
トスイッチ２１４の作動接点２１６が前述とは逆向きに
移動してリミットスイッチ２１４がＯＮし、モータ部３
４（電機子３６）へ通電されてモータ部３４の電機子３
６が前述とは逆向きに回転する。

【００２９】これにより、モータ回転軸４２が連結され
たラック軸２４へモータ部３４の駆動力が作用し、補助
駆動力として付与される。したがって、ピニオン軸１２
（ステアリングホイール）の操舵力が軽減される。

【００３０】この場合、変位センサ２０７が検出するレ
バー２０２の移動量、すなわちピニオン軸１２を支持す
る支持梁２００の変位量は、ピニオン軸１２からの操舵
トルクの大きさに対応しており、変位センサ２０７の検
出値は、操舵トルクの大きさに対応して変更される。し
たがって、モータ部３４の駆動力は操舵トルクに応じて
増減することになり、従来の油圧式の動力舵取装置と同
様に、ピニオン軸１２からの操舵トルクに基づいたパワ
ーアシストを行って所定の出力トルクをラック軸２４へ
付与することができる。

【００３１】また、ステアリングホイール（ピニオン軸
１２）が左右で切り換えられた場合には、前述の如くレ
バー２０２及びリミットスイッチ２１４の作動によりモ
ータ部３４の電機子３６への通電方向が切り換えられ、
モータ回転軸４２の回転方向が切り換えられてピニオン
軸１２の操舵方向に対応できる。

【００３２】またさらに、車両用舵取装置１０では、ピ
ニオン軸１２が支持梁２００を介してラック軸２４に沿
って変位する場合（ステアリング操舵時）において、ピ
ニオン軸１２は、支点周りに単に揺動してラック軸２４
に対して変位する構成ではなく、支持梁２００によって
ラック軸２４に沿って変位可能に支持されているため、
ピニオン軸１２が変位してもピニオン軸１２のピニオン
１９６とラック軸２４のラックギヤ１９８との歯の噛み
合い状態の変化が低減される。すなわち、ピニオン１９
６とラックギヤ１９８の噛み合いが離れる方向に変位し
て噛み合い剛性が低下することがなく、所定の剛性を確
保することができる。したがって、剛性低下により操作
精度が低下することがない。

【００３３】このように、本第１の実施の形態に係る車
両用舵取装置１０では、ピニオン軸１２を支持梁２００
によってラック軸２４に沿って変位可能に支持されてい
るため、ピニオン１９６とラックギヤ１９８の噛み合い
剛性を確保することができる。さらに、ピニオン軸１２
（支持梁２００）の変位を変位センサ２０７によって検
出し、操舵トルクに応じたモータ部３４の駆動制御を行
っており、操舵力の補助を良好に行うことができる。さ
らに、構造が簡単であり、大幅にコストの低減や小型軽
量化を図ることができる。

【００３４】また、変位センサ２０７に代えて、歪みゲ
ージを支持梁２００に貼り付けて用いれば、高感度、高
精度に操舵トルクを検出することができ、比較的高周波
数領域のフラッター等の現象を検出することが可能にな
る。さらに、支持梁２００の剛性を適宜調整すれば、ラ
ック軸２４を支持するラックガイド等を省略して構成す
ることもできる。

【００３５】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。なお、前記第１の実施の形態と基本的に同一の部品
には前記第１の実施の形態と同一の符号を付与して、そ
の説明を省略する。

【００３６】図６乃至図８には本発明の第２の実施の形
態に係る車両用舵取装置２２０の全体構成が概略的に断
面図にて示されている。

【００３７】この車両用舵取装置２２０は、ピニオン軸
１２及び支持梁２００等の構成は前述した車両用舵取装
置１０と同一であり、さらに、モータ部３４に代えて油
圧制御弁２２２が設けられている。この油圧制御弁２２
２は、ポンプ２２４に接続されると共に、ラック軸２４
に設けられた左右のシリンダ室２２６、２２８に接続さ
れており、各シリンダ室２２６、２２８へ油液を調整し
て送給できる。また、油圧制御弁２２２のスプール２２
３は、前述したレバー２０２に連結されており、ピニオ
ン軸１２（支持梁２００）の変位によって作動される構
成である。

【００３８】この車両用舵取装置２２０では、ステアリ
ングホイール（ピニオン軸１２）が操舵されると、前述
と同様に、操舵トルクに応じてピニオン軸１２が支持梁
２００と共にラック軸２４に沿って変位する。このた
め、ピニオン軸１２の変位によりレバー２０２が長手方
向に沿って移動される。このレバー２０２の移動に伴っ
て、油圧制御弁２２２が作動して、左右のシリンダ室２
２６、２２８へ油液が調整されて送給される。これによ
り、ラック軸２４に補助駆動力が付与され、ピニオン軸
１２（ステアリングホイール）の操舵力が軽減される。

【００３９】この場合、レバー２０２による油圧制御弁
２２２の作動量、すなわちピニオン軸１２を支持する支
持梁２００の変位量は、ピニオン軸１２からの操舵トル
クの大きさに対応しており、油圧制御弁２２２の作動量
は、操舵トルクの大きさに対応して変更される。したが
って、シリンダ室２２６、２２８へ付与される油圧は操
舵トルクに応じて増減することになり、従来の油圧式の
動力舵取装置と同様に、ピニオン軸１２からの操舵トル
クに基づいたパワーアシストを行って所定の出力トルク
をラック軸２４へ付与することができる。

【００４０】またさらに、この車両用舵取装置２２０に
おいても、前述した第１の実施の形態と同様に、ピニオ
ン軸１２は支持梁２００によってラック軸２４に沿って
変位可能に支持されているため、ピニオン軸１２が変位
してもピニオン軸１２のピニオン１９６とラック軸２４
のラックギヤ１９８との歯の噛み合い状態の変化が低減
される。すなわち、ピニオン１９６とラックギヤ１９８
の噛み合いが離れる方向に変位して噛み合い剛性が低下
することがなく、所定の剛性を確保することができる。
したがって、剛性低下により操作精度が低下することが
ない。

【００４１】このように、本第２の実施の形態に係る車
両用舵取装置２２０では、ピニオン軸１２を支持梁２０
０によってラック軸２４に沿って変位可能に支持されて
いるため、ピニオン１９６とラックギヤ１９８の噛み合
い剛性を確保することができる。さらに、ピニオン軸１
２（支持梁２００）の変位によって油圧制御弁２２２を
作動させて操舵トルクに応じた油圧制御を行っており、
操舵力の補助を良好に行うことができる。さらに、構造
が簡単であり、大幅にコストの低減や小型軽量化を図る
ことができる。

【００４２】図９乃至図１０には本発明の第３の実施の
形態に係る車両用舵取装置２３０の全体構成が概略的に
断面図にて示されている。

【００４３】この車両用舵取装置２３０は、前述した車
両用舵取装置１０のモータ部３４や車両用舵取装置２２
０の油圧制御弁２２２が省略されたマニアル舵取装置と
して構成されている。また、ピニオン軸１２及び支持梁
２００等の構成は、前述した車両用舵取装置１０、２２
０と基本的に同一であるが、支持梁２００の脚部２０１
は、図１０に示す如く中間部が薄肉に形成されており、
これによりピニオン軸１２をその軸線方向に沿っても変
位可能に支持している。

【００４４】また、ピニオン軸１２の先端部に対向する
ハウジング１９４には、摩擦減衰部２３２が設けられて
いる。この摩擦減衰部２３２とピニオン軸１２との間に
は僅かなクリアランスが設けられており、通常はピニオ
ン軸１２は摩擦減衰部２３２から離間している。さら
に、ピニオン軸１２を支持する軸受２０３のインナーレ
ース２０３Ａに対向するハウジング１９４には、摩擦減
衰部２３４が設けられている。この摩擦減衰部２３４と
軸受２０３のインナーレース２０３Ａとの間には僅かな
クリアランスが設けられており、通常はインナーレース
２０３Ａは摩擦減衰部２３４から離間している。

【００４５】この車両用舵取装置２３０では、ステアリ
ングホイール（ピニオン軸１２）が操舵されると、ピニ
オン軸１２の操舵力はピニオン１９６及びラックギヤ１
９８を介してラック軸２４へ伝達されて、ラック軸２４
が軸線方向に駆動され転舵輪が転舵される。

【００４６】ここで、この車両用舵取装置２３０では、
ピニオン軸１２（支持梁２００）は、ラック軸２４に沿
って変位できるのみならず、自身の軸線方向に沿っても
変位可能である。したがって、例えば縁石衝突等のため
に転舵輪側から逆入力がラック軸２４を介して伝達され
た場合には、この逆入力の分力に起因してピニオン軸１
２が自身の軸線方向に沿って変位し、ピニオン軸１２の
先端部と摩擦減衰部２３２、あるいは、軸受２０３のイ
ンナーレース２０３Ａと摩擦減衰部２３４が当接する。
これにより、両者の間の摩擦力によってピニオン軸１２
の回転が減衰され、過大な逆入力がピニオン軸１２（す
なわち、ステアリングホイール）に伝達されることが抑
制され、キックバックが低減される。

【００４７】このように、本第３の実施の形態に係る車
両用舵取装置２３０では、ピニオン１９６とラックギヤ
１９８の噛み合い剛性を確保することができるのみなら
ず、過大な逆入力がピニオン軸１２に伝達されることを
抑制することができる。

【００４８】なお、前記第３の実施の形態においては、
車両用舵取装置２３０を所謂マニアル舵取装置として構
成しこれに摩擦減衰部２３２や摩擦減衰部２３４が設け
らた例を説明したが、これに限らず、前述の車両用舵取
装置１０の如き電気式の動力舵取装置や車両用舵取装置
２２０の如き油圧式の動力舵取装置に摩擦減衰部２３２
や摩擦減衰部２３４を適用することも当然に可能であ
る。

【００４９】

【発明の効果】以上説明した如く、請求項１記載の車両
用舵取装置では、ピニオン軸とラック軸との歯の噛み合
い状態の変化を低減して所定の剛性を確保することがで
き、剛性低下により操作精度が低下することがなく、さ
らに、過大な逆入力がピニオン軸に伝達されることを抑
制でき、また、請求項２記載の車両用舵取装置では、操
舵トルクに応じたパワーアシストを行うことが可能とな
るという優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る車両用舵取装
置の構成を示す正面側から視た断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る車両用舵取装
置の構成を示す背面側から視た断面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る車両用舵取装
置の構成を示す図１の３−３線に沿った断面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る車両用舵取装
置の構成を示す図１の４−４線に沿った断面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る車両用舵取装
置のリミットスイッチの作動状態を示す概略構成図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る車両用舵取装
置の構成を示す正面側から視た断面図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る車両用舵取装
置の構成を示す背面側から視た断面図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る車両用舵取装
置の構成を示す図６の８−８線に沿った断面図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態に係る車両用舵取装
置の構成を示す正面側から視た断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る車両用舵取
装置の摩擦減衰部の構成を示す図９の１０−１０線に沿
った断面図である。

【符号の説明】

１０ 車両用舵取装置 １２ ピニオン軸 ２４ ラック軸 ３４ モータ部 １９４ ハウジング ２０２ レバー ２１４ リミットスイッチ ２００ 支持梁（支持部材） ２０１ 脚部 ２０７ 変位センサ（変位検出手段） ２２０ 車両用舵取装置 ２２２ 油圧制御弁 ２３０ 車両用舵取装置 ２３２ 摩擦減衰部 ２３４ 摩擦減衰部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールに連結されるピニ
   オン軸が、転舵輪を転舵するためのラック軸に連結され
   た車両用舵取装置において、 一端部がハウジングに取り付けられ、他端部によって前
   記ピニオン軸を回転可能に支持すると共に前記ピニオン
   軸を操舵トルクの大きさに応じて前記ラック軸に沿って
   及び前記ピニオン軸の軸線方向に沿って変位可能に支持
   する支持部材を備え、 かつ、前記ハウジングに、前記ピニオン軸の軸線方向変
   位時に前記ピニオン軸に当接して摩擦力により前記ピニ
   オン軸の回転を減衰させる摩擦減衰部を設けた、 ことを特徴とする車両用舵取装置。
2. 【請求項２】 前記支持部材の前記ラック軸方向の変位
   を検出する変位検出手段を備え、前記変位検出手段によ
   る検出結果に基づいてパワーアシストを行うことを特徴
   とする請求項１記載の車両用舵取装置。