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JP2008132870A - ステアリング装置 - Google Patents

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Takahiro Tanaka
孝寛 田中
Masahiko Hirose
雅彦 広瀬
Koei Obara
巧英 小原
Masaaki Hashimoto
昌明 橋本
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Abstract

【課題】センターテイクオフ型のステアリング装置を小型化する。
【解決手段】本ステアリング装置1は、車体9の左右方向Xの中央位置9aから取り出された一対のタイロッド28の内端28bをラック軸14に取り付けるための取付ブラケット39を有している。取付ブラケット39は、ベース39aと、支持部39bとを有する。固定ねじ41が、ベース39aの一対のねじ挿通孔39cを挿通し、これにより、取付ブラケット39がラック軸14に固定されている。ベース39aは、ラック軸14と平行な方向X2に延びている。支持部39bは、ラック軸14の軸方向X1に関するベース39aの一端39fから立ち上がり且つ一対のタイロッド28の内端28bを球面軸受40を介してそれぞれ支持している。ベース39aと支持部39bとで、L字形形状をなしている。
【選択図】図4

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。
ステアリング装置には、いわゆるセンターテイクオフ型のステアリング装置がある。このタイプのステアリング装置では、車輪につながるタイロッドが、車体の左右方向についての中央位置からとり出されている。例えば、操舵機構は、ラック軸と、これを受ける長尺の筒状のラックハウジングとを有している。長手方向についてのラックハウジングの中間部には、長孔が形成されている。この長孔を通じて、ラック軸とタイロッドとが、取付ブラケットを介して互いに連結されている(例えば、特許文献1,2参照。)。
特許文献1では、取付ブラケットは、直方体形状をなしており、その長手方向がラック軸に平行になるようにして、取付ブラケットはラック軸にボルトにより固定されている。ボルトは、取付ブラケットの長手方向に直角に取付ブラケットを貫通している。取付ブラケットの長手方向の端面に、タイロッドが球面軸受を介して連結されている。
特許文献2では、取付ブラケットは、T字形形状をなしており、ラック軸に一対のボルトにより固定されたベースと、このベースの中央部から立ち上がった支持ステーとを有している。この支持ステーに、タイロッドが球面軸受を介して連結されている。また、ボルトは、支持ステーを挟んだ両側に配置されている。
特開平11−321694号公報 特開2001−151140号公報
しかし、特許文献1では、ラック軸の軸方向に関して、一対の球面軸受の間に、ボルトが配置されているので、球面軸受間の距離が長くなり、ひいては、タイロッドが短くなる。その結果、操縦安定性や車両の高速安定性が低下する傾向にある。
また、特許文献2では、ラック軸の軸方向に関して、一対の固定ボルトの間に支持ステーが介在するので、固定ボルトの間隔が長くなる結果、ラック軸が、ひいてはステアリング装置が大型化する。
そこで、本発明の目的は、操縦安定性に優れて小型化に適したステアリング装置を提供することである。
本発明は、操舵部材(3)に連動して回転するピニオン(13)の回転を車体(9)の左右方向(X)に延びるラック軸(14)の直線変位に変換し、この直線変位を受けて一対の車輪(2)をそれぞれ転舵させるための一対のタイロッド(28)を車体の左右方向の中央位置(9a)から取り出すようにしたセンターテイクオフ型のステアリング装置において、上記一対のタイロッドの端部(28b)をラック軸に取り付けるための取付ブラケット(39)を備え、この取付ブラケットは、当該取付ブラケットをラック軸に固定するための固定ねじ(41)が挿通されるねじ挿通孔(39c)を有するベース(39a)と、このベースの一端(39f)から立ち上がり且つ一対のタイロッドの端部を球面軸受(40)を介してそれぞれ支持する支持部(39b)とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、ベースを、例えば、ラック軸の軸方向に並ぶ2つの固定ねじにより固定する場合には、支持部により規制されずに固定ねじを配置できるので、2つの固定ねじの間隔を短くできる結果、ラック軸において固定ねじがねじ嵌合されるねじ孔の間隔を短くでき、ひいては、ラック軸を短くすることができる。従って、ステアリング装置を小型化することができる。しかも、ラック軸の軸方向に関して、球面軸受同士の間に固定ねじを通すためのスペースを確保せずに済むので、球面軸受同士の間隔を短くすることが、ひいてはタイロッドを長くすることが可能となる。その結果、タイヤストローク時のトー変化を小さくできて、操縦安定性や車両の高速安定性を向上できる。
また、本発明において、上記ベースおよび支持部が、互いに連結されてL字形形状をなしている場合がある。この場合、取付ブラケットの形状を簡素化できるので、製造コストを安価にできる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を示すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、ステアリング装置が電動パワーステアリング装置である場合に則して説明するが、これには限らず、例えば、マニュアル操舵のステアリング装置であってもよい。図1は、本発明の一実施形態のステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
図1を参照し、ステアリング装置1は、車輪2を操舵するために操舵部材としてのステアリングホイール3に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト4と、ステアリングシャフト4からの操舵トルクにより車輪2を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構5と、ステアリングシャフト4および操舵機構5の間に設けられこの間において回転を伝達するための軸継手としての中間軸6とを有している。
ステアリングシャフト4は、ステアリングコラム7の内部を挿通して、ステアリングコラム7により回転自在に支持されている。ステアリングコラム7はブラケット8を介して車体9に支持されている。ステアリングシャフト4の一方の端部にステアリングホイール3が連結されていて、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト4の他方の端部に中間軸6が連結されている。
中間軸6は、動力伝達軸10と、中間軸6の一方の端部に設けられた自在継手11と、中間軸6の他方の端部に設けられた自在継手12とを有している。
操舵機構5は、入力軸としてのピニオン13と、自動車の左右方向X(直進方向と直交する方向である。)に延びる転舵軸としてのラック軸14と、ピニオン13およびラック軸14を支持するラックハウジング15とを有している。ピニオン13のピニオン歯13aと、ラック軸14のラック歯14aとが互いに噛み合っている。
ピニオン13は、ラックハウジング15に回動自在に支持されている。また、ラック軸14は、ラックハウジング15に直線往復動自在に支持されている。ラックハウジング15は、車体9に固定されている。ラック軸14が、後述するタイロッド28およびナックルアーム(図示せず)を介して対応する車輪2に連結されている。
ステアリングホイール3が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト4および中間軸6を介して操舵機構5に伝達され、その回転がピニオン歯13aおよびラック歯14aによって、自動車の左右方向Xに沿ってのラック軸14の直線運動に変換される。これにより車輪2を操舵することができる。
ステアリング装置1は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリング装置1は、操舵トルクを検出するトルクセンサ16と、制御部としてのECU(Electronic Control Unit :電子制御ユニット)17と、操舵補助用の電動モータ18と、歯車装置としての減速機19とを有している。本実施形態では、電動モータ18および減速機19は、ステアリングコラム7に関連して設けられている。
ステアリングコラム7は、コラムチューブ20と、ハウジング21とを有している。ハウジング21が、トルクセンサ16を収容して支持し、電動モータ18を支持し、また、減速機19の一部を構成している。
ステアリングシャフト4は、軸方向下部として、入力軸22と、出力軸23と、トーションバー24とを有し、軸方向上部としての連結軸25を有している。入力軸22および出力軸23は、トーションバー24を介して同一の軸線上で互いに連結されている。入力軸22は連結軸25を介してステアリングホイール3に連なっている。出力軸23は中間軸6に連なっている。入力軸22に操舵トルクが入力されたときに、トーションバー24が弾性ねじり変形し、これにより、入力軸22および出力軸23が相対回転する。
トルクセンサ16は、ステアリングシャフト4のトーションバー24に関連して設けられ、トーションバー24を介する入力軸22および出力軸23間の相対回転変位量に基づいてトルクを検出する。トルク検出結果は、ECU17に与えられる。
ECU17は、上述のトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、電動モータ18を制御する。
ステアリングホイール3が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ16により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ18が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機19を介して操舵機構5に伝達される。これとともに、ステアリングホイール3の動きも、操舵機構5に伝わる。その結果、操向輪2が操舵されるとともに、操舵が補助される。
本実施形態のステアリング装置1は、センターテイクオフ型のステアリング装置として構成されている。すなわち、一対のタイロッド28が、車体9の左右方向Xに関しての中央位置9aから導出されている。
操舵機構5は、上述のピニオン13と、ラック軸14と、ラックハウジング15と、ラック軸14の軸方向端部を支持する筒状のラックブッシュ26と、ラック軸14の軸方向中央部を支持する支持装置27と、一対のタイロッド28と、一対のタイロッド28およびラック軸14を互いに連結する連結部29と、ダストカバー30とを有している。
ラックブッシュ26は、ラック軸14の軸方向X1に関するラックハウジング15の一方の端部に支持されている。ラックブッシュ26は、筒状をなしている。ラックブッシュ26の内部をラック軸14が挿通している。ラックブッシュ26は、ラック軸14をその軸方向X1に相対摺動自在に支持している。
支持装置27は、ラック軸14をピニオン13側となる所定の付勢方向、すなわち、軸方向X1に直交する方向に付勢しながら、ラック軸14を軸方向X1に移動自在に支持している。支持装置27は、軸方向X1に関してラックハウジング15の中間部であってピニオン軸13と同じ位置に配置されている。軸方向X1に直交する方向に関して、支持装置27とピニオン13とは、ラック軸14を挟んで互いに反対側に配置されている。
ラック軸14の部分であって軸方向X1に関してラックブッシュ26と支持装置27との間にある部分に、連結部29を介して一対のタイロッド28が連結されている。
各タイロッド28は、ラック軸14の直線変位を受け、これに伴なって車輪2を転舵させるための棒状の連結部材であり、ラック軸14と対応する車輪2とを互いに連結している。各タイロッド28の外側の端部としての外端28aは、車輪2に連結されている。各タイロッド28の内側の端部としての内端28bは、車体9の左右方向Xについての車体9の略中央位置に配置され、ラック軸14の軸方向X1についてのラック軸14の中間部に連結されている。
図2は、図1の操舵機構5の要部の一部断面図であり、図3のII−II断面を示す。図3は、図2の III− III断面の一部断面図である。図4は、操舵機構5の要部の斜視図であり、周辺部分を模式的に図示している。
図1および図2を参照して、ラック軸14は、その軸方向X1の中間部に、連結部29を取り付けるための一対の取付部31を有している。各取付部31は、連結部29の後述するスペーサ44を位置決め状態で受ける凹部31aと、凹部31aの底31bに形成されたねじ孔31cとを有している。このねじ孔31cには、連結部29の後述する固定ねじ41がねじ込まれている。
ラックハウジング15は、ラック軸14を、当該ラック軸14の軸方向X1に沿って摺動自在に支持している。ラックハウジング15は、ピニオン13が収容されたギヤハウジング32と、ギヤハウジング32に連設された長尺の筒状の筒部33とを有している。ギヤハウジング32は、ピニオン13および支持装置27を支持している。また、筒部33の長手方向(ラックハウジング15の長手方向ともいう。)はラック軸14の軸方向X1に平行に配置されている。筒部33の一方の端部が、ギヤハウジング32に固定されている。筒部33は、内部にラック軸14を収容し、他方の端部にラックブッシュ26を支持し、このラックブッシュ26を介してラック軸14を支持している。ラックハウジング15の長手方向に関しての筒部33の中間部は長孔34を有している。
長孔34は、ラックハウジング15の長手方向に延びている。長孔34には、連結部29が通されている。ラック軸14が軸方向X1に変位するのに伴なって、連結部29が移動できるように、連結部29の移動範囲に応じて長孔34が形成されている。
ダストカバー30は、一方向に延びる筒状をなし、弾性部材としてのゴム部材または合成樹脂部材により、当該ダストカバー30が延びる方向(長手方向)に伸縮自在に形成されている。ダストカバー30の長手方向が、ラックハウジング15の長手方向に平行に配置されている。ダストカバー30は、ラックハウジング15の長孔34を覆っている。
ダストカバー30の長手方向についてのダストカバー30の両端部35は、ラックハウジング15の筒部33に固定されている。ダストカバー30の長手方向についてのダストカバー30の中央部36は、連結部29に同行移動するようにされており、当該ダストカバー30の内外に貫通する一対の孔36cを有している。孔36cは、タイロッド28およびラック軸14を互いに連結するために設けられ、連結部29の後述するスライダ38および固定ねじ41により貫通されている。
図2および図3を参照して、連結部29は、ラック軸14と一体に移動しつつラックハウジング15の長孔34の内周を摺動するスライダ38と、スライダ38に一対のタイロッド28を取り付けるための取付ブラケット39と、取付ブラケット39と一対のタイロッド28とを揺動自在にそれぞれ連結している一対の継手としての球面軸受40と、取付ブラケット39およびスライダ38をラック軸14に固定している複数、例えば2つの固定部材としての固定ねじ41とを有している。タイロッド28の内端28bは、球面軸受40、取付ブラケット39、スライダ38を介して、ラック軸14に連結されている。
球面軸受40は、ボールと、このボールを受ける凹湾曲形状をなす受け部材とを有している。ボールは、部分球面を形成し、タイロッド28の内端28bに固定されている。ボールの部分球面の中心が、球面軸受40の中心40cである。この中心40cの周りにタイロッド28が揺動自在とされている。また、受け部材は、部分球面を形成している。受け部材には、取付ブラケット39に取り付けるための雄ねじが設けられている。
図2と図4を参照して、取付ブラケット39は、各タイロッド28の内端28bをラック軸14に取り付けるために設けられている。取付ブラケット39は、スライダ38に対向する基部としてのベース39aと、このベース39aから突出した腕部としての支持部39bとを有している。ベース39aと支持部39bとは、単一の部材により一体に形成されており、L字形形状をなしている。
ベース39aは、長尺の板状部材であり、ラック軸14の軸方向X1に平行な方向X2に延びている。なお、ベース39aが延びる方向は、ラック軸14の軸方向X1にほぼ平行であればよく、軸方向X1に平行な方向X2に対して微小な角度、例えば0度〜10度の範囲内の角度をなして延びていてもよい。
ベース39aは、当該ベース39aを貫通した一対のねじ挿通孔39cを有している。一対のねじ挿通孔39cは、軸方向X1に隣接している。固定ねじ41がねじ挿通孔39cを挿通している。また、ベース39aは、ダストカバー30に対向する対向部39dを有している。対向部39dの少なくとも一部が、ダストカバー30に当接している。
支持部39bは、ラック軸14の軸方向X1に平行な上記方向X2に関するベース39aの一端39fから立ち上がり、軸方向X1に垂直に交差する方向にラック軸14から遠ざかる向きに延びている。上述の一端39fは、例えば、ピニオン13から相対的に遠い側の端部である。支持部39bに、一対の球面軸受40がそれぞれ連結されていて、球面軸受40を介して一対のタイロッド28の内端28bをそれぞれ支持している。すなわち、支持部39bは、ラック軸14の軸方向X1に延びるねじ孔を有している。ねじ孔には、球面軸受40の雄ねじがねじ込まれている。
固定ねじ41は、取付ブラケット39およびスライダ38を貫通してラック軸14に固定されている。固定ねじ41は、具体的には、ボルトであり、頭部41aと、雄ねじが形成された軸部41bとを有している。固定ねじ41の中心軸線41cは、本実施形態では、ラック軸14の中心軸線14cと垂直に交差しているが、ラック軸14の中心軸線14cに対して斜めに交差する場合や、ラック軸14の中心軸線14cに対して交差する方向に平行に配置される場合も考えられる。固定ねじ41の軸部41bの雄ねじが、ラック軸14の取付部31のねじ孔31cにねじ込まれている。固定ねじ41の頭部41aとラック軸14の取付部31の凹部31aの底31bとの間に、取付ブラケット39と、スライダ38とが挟持されている。
図2および図3を参照して、スライダ38は、ラック軸14と一体に移動できるようにこのラック軸14の取付部31に固定されている。スライダ38は、取付ブラケット39とラック軸14との間に介在し、これら両者14,39を連結する。スライダ38は、ダストカバー30の中央部36を、一体に移動できるように保持している。
スライダ38は、ラック軸14に固定状態で連結される第1の連結部38aと、取付ブラケット39に固定状態で連結される第2の連結部38bと、ラックハウジング15の長孔34の内周に摺動自在に嵌合される摺接部38cと、取付ブラケット39に対向しダストカバー30を挟持状態で保持するための保持部38dと、固定ねじ41が挿通する挿通孔38eとを有している。
また、スライダ38は、主体部42と、2つの凸部43とを有している。2つの凸部43は、互いに同様に形成されている。主体部42は、保持部38dよりもラック軸14寄りに配置されている。主体部42は、上述の第1の連結部38aと、摺接部38cと、保持部38dとを有している。凸部43は、スライダ38において保持部38dよりも先端側にある部分により構成され、ラック軸14の軸方向X1に直角に交差する方向に主体部42から突出している。凸部43は、第2の連結部38bを有している。また、挿通孔38eは、主体部42と凸部43とを貫通している。
具体的には、スライダ38は、筒状の一対のスペーサ44と、一対のスペーサ44を互いに連結する連結部材45とを有している。一対のスペーサ44と連結部材45とは、互いに別体で形成されており、組み合わされることによりスライダ38を構成している。
図4を参照して、本実施形態のステアリング装置1は、操舵部材としてのステアリングホイール3に連動して回転するピニオン13の回転を車体9の左右方向Xに延びるラック軸14の直線変位に変換し、この直線変位を受けて一対の車輪2をそれぞれ転舵させるための一対のタイロッド28を車体9の左右方向Xの中央位置9aから取り出すようにしたセンターテイクオフ型のステアリング装置である。ステアリング装置1は、一対のタイロッド28の端部としての内端28bをラック軸14に取り付けるための取付ブラケット39を備えている。この取付ブラケット39は、(1)当該取付ブラケット39をラック軸14に固定するための固定ねじ41が挿通されるねじ挿通孔39cを有するベース39aと、(2)このベース39aの一端39fから立ち上がり且つ一対のタイロッド28の内端28bを球面軸受40を介してそれぞれ支持する支持部39bとを含むようにしている。
本実施形態によれば、支持部39bがベース39aの一端39fに配置されることにより、支持部39bにより規制されずに固定ねじ41を配置できるので、ラック軸14の軸方向X1に関して2つの固定ねじ41の間隔を短くできる結果、ラック軸14において固定ねじ41がねじ嵌合されるねじ孔31cの間隔を短くでき、ひいては、ラック軸14を短くすることができる。従って、ステアリング装置1を小型化することができる。
また、上述のようにラック軸14を短くできるので、ラック軸14の軸方向X1に関して、ラック軸14を支持するためのラックハウジング15の部分の間隔、すなわち、ラックブッシュ26と支持装置27との間隔を短くすることができる。また、固定ねじ41同士の間隔を短くできるので、ラックハウジング15の長孔34を短くすることができ、ひいては、ラックハウジング15の剛性を高くでき、ラックハウジング15を破損し難くできる。
また、ラック軸14の軸方向X1に関して、球面軸受40同士の間に固定ねじ41を通すためのスペースを確保せずに済むので、球面軸受40同士の間隔を短くすることが、ひいてはタイロッド28を長くすることが可能となる。タイロッド28を長くすると、タイヤストローク時、すなわち、上下方向に車輪2が移動したときのトー変化を小さくできる。その結果、操縦安定性や車両の高速安定性を向上できる。
ベース39aと支持部39bとが、互いに連結されてL字形形状をなしている。この場合、取付ブラケット39の形状を簡素化できるので、製造コストを安価にできる。
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
例えば、図5は、本発明の第2の実施形態のステアリング装置の要部としての取付ブラケット39の斜視図であり、周辺部分を模式的に図示している。図5を参照して、取付ブラケット39は、単一の固定ねじ41によりラック軸14に固定されている。取付ブラケット39のベース39aは、単一のねじ挿通孔39cを有している。また、ラック軸14は、単一の取付部31を有している。
本実施形態では、ラック軸14の軸方向X1に関して、ラック軸14において固定ねじ41がねじ嵌合されるねじ孔31cが1箇所で済むので、ラック軸14を短くすることができる。従って、ステアリング装置1を小型化することができる。また、第1の実施形態と同様に、ラック軸14の軸方向X1に関して、ラック軸14を支持するためのラックハウジング15の部分の間隔を短くすることができ、また、ラックハウジング15の長孔34を短くすることができ、ラックハウジング15の剛性を高くでき、ラックハウジング15を破損し難くできる。一対のタイロッド28を長くすることが可能となり、タイヤストローク時のトー変化を小さくできて、ひいては、操縦安定性や車両の高速安定性を向上できる。
また、上述の各実施形態において、支持部39bが、上記方向X2に関してピニオン13から相対的に近い側にあるベース39aの端部から立ち上がる場合も考えられる。
また、上述のステアリング装置1は、操舵補助力を得る駆動源として電動モータを用いていたが、液圧アクチュエータとしての油圧パワーシリンダを利用してもよい。また、操舵補助力を得るための駆動源を、ステアリングコラム7の他、ラックハウジング15に設けてもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
本発明の一実施形態のステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図1の操舵機構の要部の一部断面図であり、図3のII−II断面を示す。 図2の III− III断面の一部断面図である。 図1の操舵機構の要部の斜視図であり、一部を模式的に図示している。 本発明の第2の実施形態のステアリング装置の要部の斜視図であり、周辺部分を模式的に図示している。
符号の説明
1…ステアリング装置、2…車輪、3…ステアリングホイール(操舵部材)、9…車体、9a…中央位置、13…ピニオン、14…ラック軸、28…タイロッド、28b…内端(タイロッドの端部)、39…取付ブラケット、39a…ベース、39b…支持部、39c…ねじ挿通孔、39f…一端、40…球面軸受、41…固定ねじ、X…車体の左右方向、X1…ラック軸の軸方向

Claims (2)

  1. 操舵部材に連動して回転するピニオンの回転を車体の左右方向に延びるラック軸の直線変位に変換し、この直線変位を受けて一対の車輪をそれぞれ転舵させるための一対のタイロッドを車体の左右方向の中央位置から取り出すようにしたセンターテイクオフ型のステアリング装置において、
    上記一対のタイロッドの端部をラック軸に取り付けるための取付ブラケットを備え、
    この取付ブラケットは、当該取付ブラケットをラック軸に固定するための固定ねじが挿通されるねじ挿通孔を有するベースと、このベースの一端から立ち上がり且つ一対のタイロッドの端部を球面軸受を介してそれぞれ支持する支持部とを含むことを特徴とするステアリング装置。
  2. 請求項1において、上記ベースおよび支持部が、互いに連結されてL字形形状をなしていることを特徴とするステアリング装置。
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