ラックピニオン式操舵装置
【課題】車両への搭載性に優れ、且つラックとピニオンの噛み合い率を高くできるラックピニオン式操舵装置を提供する。
【解決手段】ウォームホイール１５の回転軸（第２操舵軸７の出力軸７ｂ）とピニオン軸２３とを、互いの軸角βを所望に設定可能な第１傘歯車８１および第２傘歯車８２を介して連結する。ラック２６とピニオン２５の噛み合い率を高くするように、ラック軸２４の第２直交平面Ｐ２に対するピニオン軸２３の中心軸線Ｃ４の傾斜角θを大きくする。電動モータ１１のモータハウジング１１ａが、車両の他の部品と干渉することを防止するべくウォーム軸１４および電動モータ１１の出力軸１２をラック軸２４と平行に配置する。
【解決手段】ウォームホイール１５の回転軸（第２操舵軸７の出力軸７ｂ）とピニオン軸２３とを、互いの軸角βを所望に設定可能な第１傘歯車８１および第２傘歯車８２を介して連結する。ラック２６とピニオン２５の噛み合い率を高くするように、ラック軸２４の第２直交平面Ｐ２に対するピニオン軸２３の中心軸線Ｃ４の傾斜角θを大きくする。電動モータ１１のモータハウジング１１ａが、車両の他の部品と干渉することを防止するべくウォーム軸１４および電動モータ１１の出力軸１２をラック軸２４と平行に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はラックピニオン式操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置において、電動モータの動力を伝達する減速機として、ウォーム軸の中心軸線をウォームホイールの中心軸線に直交する平面上に配置した第１タイプのウォームギヤ機構を用いる場合がある。
また、特許文献１では、前記減速機として、ウォーム軸の中心軸線をウォームホイールの中心軸線に直交する平面に対して傾斜させた第２タイプのウォームギヤ機構を用いることが提案されている。
【０００３】
一方、特許文献２では、前記減速機として、ウォームギヤ機構に代えて、傘歯車機構を用いることが提案提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５１１４１１号公報
【特許文献２】実開平６−３７０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通例、電動モータの出力軸とウォーム軸とは、同軸上に配置されている。ピニオン軸にアシスト力を付与するタイプの電動パワーステアリング装置において、電動モータのハウジングがラックハウジングや車両の他の部品に干渉しないようにするためには、電動モータの出力軸と転舵軸としてのラック軸とを平行に配置することが好ましい。
一方、ラックとピニオンの噛み合い率を高くして、強度を向上させるためには、ラック軸の垂直線に対する、ピニオン軸の中心軸線の傾斜角（車両前方から見たときのピニオン軸の倒れ角に相当）を大きくすることが好ましい。
【０００６】
これに対して、第１タイプのウォームギヤ機構を採用した電動パワーステアリング装置において、上記噛み合い率を高くしようとすると、傾斜した電動モータのハウジングが、車両の他の部品と干渉するおそれがあり、搭載性が悪くなる。
一方、第２タイプのウォームギヤ機構を採用した電動パワーステアリング装置において、ウォーム軸および電動モータの出力軸をラック軸と平行に配置し、ウォームホイールの中心軸線およびこれの延長上にあるピニオン軸の中心軸線を、ラック軸の垂直線に対して傾斜させて、上記噛み合い率を大きくした場合、ウォームホイールを収容しているギヤハウジングの部分（ウォームホイール収容部）が、車両の他の部分と干渉し、車両への搭載性が悪くなる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、車両への搭載性に優れ、且つラックとピニオンの噛み合い率を高くすることができるラックピニオン式操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、転舵軸としてのラック軸（２４）と、前記ラック軸と噛み合うピニオン軸（２３；２３Ｐ）と、電動モータ（１１）の出力軸（１２）の同軸上に回転駆動されるウォーム軸（１４）と、前記ウォーム軸と噛み合うウォームホイール（１５）と、前記ウォーム軸および前記ウォームホイールを収容するギヤハウジング（１６）と、前記ウォームホイールの回転軸（７ｂ）と前記ピニオン軸とを動力伝達可能に連結する一対の交差軸歯車（８１，８２）と、を備え、前記ウォーム軸の中心軸線（Ｃ１）が、前記ウォームホイールの中心軸線（Ｃ２）と直交する平面（Ｐ１）上に配置されており、前記ラック軸と前記電動モータの出力軸とが、平行に配置されているラックピニオン式操舵装置（１；１Ａ）を提供する。
【０００９】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、前記一対の交差軸歯車のなす軸角（β）と、前記ラック軸の中心軸線（Ｃ３）に直交する平面（Ｐ２）に対する前記ピニオン軸の中心軸線（Ｃ４）の傾斜角（θ）との和が、１８０°であってもよい。
【００１０】
請求項３のように、前記ピニオン軸によって構成された第１ピニオン軸（２３Ｐ）と、第２ピニオン軸（２３Ｑ）と、操舵部材の回転操作に応じて回転し、前記第２ピニオン軸が接続された操舵軸（１３０）と、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、ウォームホイールの回転軸とピニオン軸とを、一対の交差軸歯車（例えば傘歯車）を介して連結しているので、ラック軸の垂直軸線に対するピニオン軸の中心軸線の傾斜角を大きくしてラックとピニオンの噛み合い率を高く確保しつつ、ウォーム軸および電動モータの出力軸をラック軸と平行に配置して、電動モータと車両の他の部品との干渉を防止することができる。また、ウォームホイールの中心軸線が鉛直な平面内に配置されることになるので、ウォームホイールを収容する、ギヤハウジングの部分が、車両の他の部品と干渉することを防止することができる。
【００１２】
なお、本発明は、操舵部材とラック軸とが機械的に連結された操舵装置の他、操舵部材とラック軸との機械的な連結が断たれた、いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置にも適用することができる。
請求項２の発明によれば、ラック軸の中心軸線に直交する平面に対してピニオン軸の中心軸線の傾斜角を大きくしても、これに応じて、一対の交差軸歯車のなす軸角を所要の値（軸角＝１８０°−傾斜角）に設定することにより、ウォーム軸および出力軸を、ラック軸に対して平行に配置することが可能となる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、電動モータによる操舵力をラック軸に与える第１ピニオン軸と、運転者によるマニュアルの操舵力をラック軸に与える第２ピニオン軸とを設けた、いわゆるデュアルピニオンの構成を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態のラックピニオン操舵装置の模式図である。
【図２】減速機構、傘歯車機構およびラックアンドピニオン機構の模式図であり、各機構の位置関係を示している。
【図３】本発明の第２実施形態のラックピニオ操舵装置の模式図であり、いわゆるデュアルピニオンタイプのラックピニオン操舵装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下には、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１は本発明の第１実施形態のラックピニオン操舵装置１の模式図である。ラックピニオン操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と、操舵部材２に加えられる操舵トルクを伝達する第１操舵軸３と、第１操舵軸３に自在継手４を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結された第２操舵軸７と、第２操舵軸７に交差軸歯車機構としての傘歯車機構８を介して連結された転舵機構としてのラックアンドピニオン機構９とを備えている。また、ラックピニオン操舵装置１は、第２操舵軸７に操舵補助力を付与して操舵を補助する操舵補助機構１０を備えている。
【００１６】
第２操舵軸７は、自在継手６に一体回転可能に連結された入力軸７ａと、入力軸７ａにトーションバー（図示せず）を介して同軸上に相対回転可能に連結された出力軸７ｂとを備えている。
操舵補助機構１０は、電動モータ１１と、電動モータ１１の出力軸１２に、継手１３を介して同軸上にトルク伝達可能に連結された駆動ギヤとしてのウォーム軸１４と、ウォーム軸１４と噛み合い、第２操舵軸７の出力軸７ｂに一体回転可能に連結されたウォームホイール１５とを備えている。第２操舵軸７の出力軸７ｂがウォームホイール１５の回転軸を構成している。
【００１７】
ウォーム軸１４と、ウォームホイール１５と、これらウォーム軸１４およびウォームホイール１５を収容するギヤハウジング１６とによって、電動モータ１１の出力軸１２の回転を減速して第２操舵軸７に伝達するための減速機構１７が構成されている。
ギヤハウジング１６は、ウォーム軸１４を収容するウォーム軸収容部（図示せず）と、ウォーム軸収容部と一体に設けられ、ウォームホイール１５を収容するウォームホイール収容部１８とを備えている。第２操舵軸７は、ウォームホイール１５を軸方向に挟んだ両側で、一対の軸受１９，２０を介して、ウォームホイール収容部１８によって回転可能に支持されている。
【００１８】
第１操舵軸３は、車体２１に固定された筒状のステアリングコラム２２に挿通されており、このステアリングコラム２２によって、図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。
ラックアンドピニオン機構９は、ピニオン軸２３と、車幅方向に沿う軸方向に延びる転舵軸としてのラック軸２４とを有している。ピニオン軸２３のピニオン２５と、ラックバ軸２４のラック２６とが互いに噛み合っている。
【００１９】
ラック軸２４は、車体２１に固定された筒状のラックハウジング２７に挿通され、このラックハウジング２７によって、図示しない軸受を介して、軸方向に移動可能に且つ回転不能に支持されている。ラック軸２４の各端部は、ラックハウジング２７の対応する端部から突出しており、それぞれ、タイロッド２８および図示しないナックルアームを介して、対応する転舵輪２９に連結されている。
【００２０】
ピニオン軸２３は、ラックハウジング２７と一体に設けられたピニオンハウジング３０に挿通されている。ピニオン軸２３の軸方向の第１端部２３ａおよび第２端部２３ｂは、それぞれ、軸受３１および軸受３２を介して、ピニオンハウジング３０によって回転可能に支持されている。
傘歯車機構８は、第２操舵軸７の出力軸７ｂ（ウォームホイール１５の回転軸）の端部に一体回転可能に連結された第１傘歯車８１と、第１傘歯車８１と噛み合い、ピニオン軸２３の第１端部２３ａに一体回転可能に連結された第２傘歯車８２とを備えている。
【００２１】
ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクが第１操舵軸７、中間軸５、第２操舵軸７、第１傘歯車８１、第２傘歯車８２を介してラックアンドピニオン機構９に伝達される。第２傘歯車８２の回転がピニオン２５およびラック２６によって、ラック軸２４の軸方向の直線運動に変換される。これにより転舵輪２９が転舵される。
また、電動パワーステアリング装置として構成されたラックピニオン操舵装置１では、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、ラックピニオン操舵装置１は、第２操舵軸７の入力軸７ａと出力軸７ｂの相対回転量に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサ３３と、車速を検出する車速センサ３４と、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）３５とを備えている。
【００２２】
ＥＣＵ３５は、トルクセンサ３３によるトルク検出結果、車速センサ３４による車速検出結果等に基づいて電動モータ１１を制御する。具体的には、ＥＣＵ３５では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１１の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。
模式図である図２に示すように、電動モータ１１の出力軸１２の同軸上に配置されたウォーム軸１４の中心軸線Ｃ１は、ウォームホイール１５の中心軸線Ｃ２と直交する第１直交平面Ｐ１上に配置されている。
【００２３】
また、電動モータ１１の出力軸１２やウォーム軸１４が、ラック軸２４と平行に配置されている。すなわち、ウォーム軸１４の中心軸線Ｃ１が、ラック軸２４の中心軸線Ｃ３と平行に配置されている。したがって、ウォーム軸１４の中心軸線Ｃ１が水平面内に配置されることになるので、ウォームホイール１５の中心軸線Ｃ２（第１傘歯車８１の中心軸線に相当）は、鉛直平面内に配置されることになる。
【００２４】
第１傘歯車８１の中心軸線（ウォームホイール１５の中心軸線Ｃ２）と第２傘歯車８２の中心軸線（ピニオン軸２３のＣ４）とのなす軸角βと、ピニオン軸２３の中心軸線Ｃ４がラック軸２４の中心軸線Ｃ３に直交する第２直交平面Ｐ２に対して傾斜する傾斜角θとの和が、１８０°になる（β＋θ＝１８０°）。
本実施形態によれば、ウォームホイール１５の回転軸（第２操舵軸７の出力軸７ｂ）とピニオン軸２３とを、互いの軸角βを所望に設定可能な第１傘歯車８１および第２傘歯車８２を介して連結している。したがって、ラック軸２４の第２直交平面Ｐ２に対するピニオン軸２３の中心軸線Ｃ４の傾斜角θを大きくしてラック２６とピニオン２５の噛み合い率を高く確保しつつ、ウォーム軸１４および電動モータ１１の出力軸１２をラック軸２４と平行に配置して、電動モータ１１のモータハウジング１１ａが、ラックハウジング２７や車両の他の部品と干渉することを防止することができる。
【００２５】
また、ウォームホイール１５の中心軸線Ｃ２が鉛直平面内に配置されることになるので、ウォームホイール１５を収容するウォームホイール収容部１８が、車両の他の部品と干渉することを防止することができる。したがって、噛み合い率を高く確保しつつ、車両への搭載性を向上することができる。
すなわち、ラック２６とピニオン２５の噛み合い率を高くするために、ラック軸２４の中心軸線Ｃ３に直交する第２直交平面Ｐ２に対してピニオン軸２３の中心軸線Ｃ４の傾斜角θを大きくしても、これに応じて、一対の傘歯車８１，８２のなす軸角βを所要の値（β＝１８０°−θ）に設定することにより、ウォーム軸１４および電動モータ１１の出力軸１２を、ラック軸２４に対して平行に配置して車両への搭載性を良好とすることが可能となる。
【００２６】
次いで、図３は本発明の第２実施形態を示している。図３を参照して、本第２実施形態が図１の第１実施形態と主に異なるのは、電動モータ１１による操舵力（操舵補助力）をラック軸２４に与える第１ピニオン軸２３Ｐ（図１のピニオン軸２３に相当）と、操舵部材２からのマニュアル操舵力をラック軸２４に付与する第２ピニオン軸２３Ｑとを設けた点にある。すなわち、いわゆるデュアルピニオンの構成のラックピニオン操舵装置１Ａが提供されている。第１ピニオン軸２３Ｐのピニオン２５Ｐおよび第２ピニオン軸２３Ｑのピニオン２５Ｑが、ともにラック軸２４のラック２６に噛み合わされている。
【００２７】
また、第１実施形態では、ウォームホイール１５の回転軸としての第２操舵軸７が、自在継手６、中間軸５および第１操舵軸３を介して、操舵部材２に連結されていた。これに対して、本第２実施形態では、第２操舵軸７に代えて、自在継手６と接続されていないウォームホイール回転軸７０が用いられている。一方、第２ピニオン軸２３Ｑが、自在継手６、中間軸５および操舵軸１３０を介して、操舵部材２に連結されている。
【００２８】
また、第１実施形態では、第２操舵軸７が入力軸７ａと出力軸７ｂとこれらを連結するトーションバー（図示せず）を有していた。これに対して、本第２実施形態では、操舵軸１３０が、操舵部材２に連結された入力軸１３１と、自在継手４を介して中間軸５に連結された出力軸１３２と、入力軸１３１と出力軸１３２とを連結するトーションバー１３３とを備えている。トルクセンサ３３は、入力軸１３１と出力軸１３２との相対回転量に基づいて操舵トルクを検出することになる。
【００２９】
本第２実施形態によれば、電動モータ１１による操舵力をラック軸２４に与える第１ピニオン軸２３Ｐと、操舵部材２を操作する運転者によるマニュアルの操舵力をラック軸２４に与える第２ピニオン軸２３Ｑとを設けた、いわゆるデュアルピニオンタイプのラックピニオン操舵装置１Ａにおいて、噛み合い率を高く確保しつつ、車両への搭載性を向上することができる。
【００３０】
なお、本発明は、操舵部材とラック軸とが機械的に連結された操舵装置の他、操舵部材とラック軸との機械的な連結が断たれた、いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置にも適用することができる。その他、請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００３１】
１；１Ａ…ラックピニオン式操舵装置、２…操舵部材、３…第１操舵軸、５…中間軸、７…第２操舵軸、７ａ…入力軸、７ｂ…出力軸、８…傘歯車機構（交差軸歯車機構）、９…ラックピニオン機構（転舵機構）、１０…操舵補助機構、１１…電動モータ、１１ａ…モータハウジング、１２…出力軸、１４…ウォーム軸、１５…ウォームホイール、１６…ギヤハウジング、１７…減速機構、１８…ウォームホイール収容部、２３…ピニオン軸、２３Ｐ…第１ピニオン軸、２３Ｑ…第２ピニオン軸、２４…ラック軸、２５；２５Ｐ，２５Ｑ…ピニオン、２６…ラック、２７…ラックハウジング、３０…ピニオンハウジング、３３…トルクセンサ、２５…ＥＣＵ、７０…ウォームホイール回転軸、１３０…操舵軸、１３１…入力軸、１３２…出力軸、１３３…トーションバー、Ｃ１…ウォーム軸の中心軸線、Ｃ２…ウォームホイールの中心軸線（第１傘歯車の中心軸線）、Ｃ３…ラック軸の中心軸線、Ｃ４…ピニオン軸の中心軸線（第２傘歯車の中心軸線）、Ｐ１…第１直交平面（ウォームホイールの中心軸線と直交する平面）、Ｐ２…第２直交平面（ラック軸の中心軸線と直交する平面）、β…軸角、θ…傾斜角
【技術分野】
【０００１】
本発明はラックピニオン式操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置において、電動モータの動力を伝達する減速機として、ウォーム軸の中心軸線をウォームホイールの中心軸線に直交する平面上に配置した第１タイプのウォームギヤ機構を用いる場合がある。
また、特許文献１では、前記減速機として、ウォーム軸の中心軸線をウォームホイールの中心軸線に直交する平面に対して傾斜させた第２タイプのウォームギヤ機構を用いることが提案されている。
【０００３】
一方、特許文献２では、前記減速機として、ウォームギヤ機構に代えて、傘歯車機構を用いることが提案提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５１１４１１号公報
【特許文献２】実開平６−３７０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通例、電動モータの出力軸とウォーム軸とは、同軸上に配置されている。ピニオン軸にアシスト力を付与するタイプの電動パワーステアリング装置において、電動モータのハウジングがラックハウジングや車両の他の部品に干渉しないようにするためには、電動モータの出力軸と転舵軸としてのラック軸とを平行に配置することが好ましい。
一方、ラックとピニオンの噛み合い率を高くして、強度を向上させるためには、ラック軸の垂直線に対する、ピニオン軸の中心軸線の傾斜角（車両前方から見たときのピニオン軸の倒れ角に相当）を大きくすることが好ましい。
【０００６】
これに対して、第１タイプのウォームギヤ機構を採用した電動パワーステアリング装置において、上記噛み合い率を高くしようとすると、傾斜した電動モータのハウジングが、車両の他の部品と干渉するおそれがあり、搭載性が悪くなる。
一方、第２タイプのウォームギヤ機構を採用した電動パワーステアリング装置において、ウォーム軸および電動モータの出力軸をラック軸と平行に配置し、ウォームホイールの中心軸線およびこれの延長上にあるピニオン軸の中心軸線を、ラック軸の垂直線に対して傾斜させて、上記噛み合い率を大きくした場合、ウォームホイールを収容しているギヤハウジングの部分（ウォームホイール収容部）が、車両の他の部分と干渉し、車両への搭載性が悪くなる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、車両への搭載性に優れ、且つラックとピニオンの噛み合い率を高くすることができるラックピニオン式操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、転舵軸としてのラック軸（２４）と、前記ラック軸と噛み合うピニオン軸（２３；２３Ｐ）と、電動モータ（１１）の出力軸（１２）の同軸上に回転駆動されるウォーム軸（１４）と、前記ウォーム軸と噛み合うウォームホイール（１５）と、前記ウォーム軸および前記ウォームホイールを収容するギヤハウジング（１６）と、前記ウォームホイールの回転軸（７ｂ）と前記ピニオン軸とを動力伝達可能に連結する一対の交差軸歯車（８１，８２）と、を備え、前記ウォーム軸の中心軸線（Ｃ１）が、前記ウォームホイールの中心軸線（Ｃ２）と直交する平面（Ｐ１）上に配置されており、前記ラック軸と前記電動モータの出力軸とが、平行に配置されているラックピニオン式操舵装置（１；１Ａ）を提供する。
【０００９】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、前記一対の交差軸歯車のなす軸角（β）と、前記ラック軸の中心軸線（Ｃ３）に直交する平面（Ｐ２）に対する前記ピニオン軸の中心軸線（Ｃ４）の傾斜角（θ）との和が、１８０°であってもよい。
【００１０】
請求項３のように、前記ピニオン軸によって構成された第１ピニオン軸（２３Ｐ）と、第２ピニオン軸（２３Ｑ）と、操舵部材の回転操作に応じて回転し、前記第２ピニオン軸が接続された操舵軸（１３０）と、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、ウォームホイールの回転軸とピニオン軸とを、一対の交差軸歯車（例えば傘歯車）を介して連結しているので、ラック軸の垂直軸線に対するピニオン軸の中心軸線の傾斜角を大きくしてラックとピニオンの噛み合い率を高く確保しつつ、ウォーム軸および電動モータの出力軸をラック軸と平行に配置して、電動モータと車両の他の部品との干渉を防止することができる。また、ウォームホイールの中心軸線が鉛直な平面内に配置されることになるので、ウォームホイールを収容する、ギヤハウジングの部分が、車両の他の部品と干渉することを防止することができる。
【００１２】
なお、本発明は、操舵部材とラック軸とが機械的に連結された操舵装置の他、操舵部材とラック軸との機械的な連結が断たれた、いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置にも適用することができる。
請求項２の発明によれば、ラック軸の中心軸線に直交する平面に対してピニオン軸の中心軸線の傾斜角を大きくしても、これに応じて、一対の交差軸歯車のなす軸角を所要の値（軸角＝１８０°−傾斜角）に設定することにより、ウォーム軸および出力軸を、ラック軸に対して平行に配置することが可能となる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、電動モータによる操舵力をラック軸に与える第１ピニオン軸と、運転者によるマニュアルの操舵力をラック軸に与える第２ピニオン軸とを設けた、いわゆるデュアルピニオンの構成を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態のラックピニオン操舵装置の模式図である。
【図２】減速機構、傘歯車機構およびラックアンドピニオン機構の模式図であり、各機構の位置関係を示している。
【図３】本発明の第２実施形態のラックピニオ操舵装置の模式図であり、いわゆるデュアルピニオンタイプのラックピニオン操舵装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下には、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１は本発明の第１実施形態のラックピニオン操舵装置１の模式図である。ラックピニオン操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と、操舵部材２に加えられる操舵トルクを伝達する第１操舵軸３と、第１操舵軸３に自在継手４を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結された第２操舵軸７と、第２操舵軸７に交差軸歯車機構としての傘歯車機構８を介して連結された転舵機構としてのラックアンドピニオン機構９とを備えている。また、ラックピニオン操舵装置１は、第２操舵軸７に操舵補助力を付与して操舵を補助する操舵補助機構１０を備えている。
【００１６】
第２操舵軸７は、自在継手６に一体回転可能に連結された入力軸７ａと、入力軸７ａにトーションバー（図示せず）を介して同軸上に相対回転可能に連結された出力軸７ｂとを備えている。
操舵補助機構１０は、電動モータ１１と、電動モータ１１の出力軸１２に、継手１３を介して同軸上にトルク伝達可能に連結された駆動ギヤとしてのウォーム軸１４と、ウォーム軸１４と噛み合い、第２操舵軸７の出力軸７ｂに一体回転可能に連結されたウォームホイール１５とを備えている。第２操舵軸７の出力軸７ｂがウォームホイール１５の回転軸を構成している。
【００１７】
ウォーム軸１４と、ウォームホイール１５と、これらウォーム軸１４およびウォームホイール１５を収容するギヤハウジング１６とによって、電動モータ１１の出力軸１２の回転を減速して第２操舵軸７に伝達するための減速機構１７が構成されている。
ギヤハウジング１６は、ウォーム軸１４を収容するウォーム軸収容部（図示せず）と、ウォーム軸収容部と一体に設けられ、ウォームホイール１５を収容するウォームホイール収容部１８とを備えている。第２操舵軸７は、ウォームホイール１５を軸方向に挟んだ両側で、一対の軸受１９，２０を介して、ウォームホイール収容部１８によって回転可能に支持されている。
【００１８】
第１操舵軸３は、車体２１に固定された筒状のステアリングコラム２２に挿通されており、このステアリングコラム２２によって、図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。
ラックアンドピニオン機構９は、ピニオン軸２３と、車幅方向に沿う軸方向に延びる転舵軸としてのラック軸２４とを有している。ピニオン軸２３のピニオン２５と、ラックバ軸２４のラック２６とが互いに噛み合っている。
【００１９】
ラック軸２４は、車体２１に固定された筒状のラックハウジング２７に挿通され、このラックハウジング２７によって、図示しない軸受を介して、軸方向に移動可能に且つ回転不能に支持されている。ラック軸２４の各端部は、ラックハウジング２７の対応する端部から突出しており、それぞれ、タイロッド２８および図示しないナックルアームを介して、対応する転舵輪２９に連結されている。
【００２０】
ピニオン軸２３は、ラックハウジング２７と一体に設けられたピニオンハウジング３０に挿通されている。ピニオン軸２３の軸方向の第１端部２３ａおよび第２端部２３ｂは、それぞれ、軸受３１および軸受３２を介して、ピニオンハウジング３０によって回転可能に支持されている。
傘歯車機構８は、第２操舵軸７の出力軸７ｂ（ウォームホイール１５の回転軸）の端部に一体回転可能に連結された第１傘歯車８１と、第１傘歯車８１と噛み合い、ピニオン軸２３の第１端部２３ａに一体回転可能に連結された第２傘歯車８２とを備えている。
【００２１】
ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクが第１操舵軸７、中間軸５、第２操舵軸７、第１傘歯車８１、第２傘歯車８２を介してラックアンドピニオン機構９に伝達される。第２傘歯車８２の回転がピニオン２５およびラック２６によって、ラック軸２４の軸方向の直線運動に変換される。これにより転舵輪２９が転舵される。
また、電動パワーステアリング装置として構成されたラックピニオン操舵装置１では、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、ラックピニオン操舵装置１は、第２操舵軸７の入力軸７ａと出力軸７ｂの相対回転量に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサ３３と、車速を検出する車速センサ３４と、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）３５とを備えている。
【００２２】
ＥＣＵ３５は、トルクセンサ３３によるトルク検出結果、車速センサ３４による車速検出結果等に基づいて電動モータ１１を制御する。具体的には、ＥＣＵ３５では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１１の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。
模式図である図２に示すように、電動モータ１１の出力軸１２の同軸上に配置されたウォーム軸１４の中心軸線Ｃ１は、ウォームホイール１５の中心軸線Ｃ２と直交する第１直交平面Ｐ１上に配置されている。
【００２３】
また、電動モータ１１の出力軸１２やウォーム軸１４が、ラック軸２４と平行に配置されている。すなわち、ウォーム軸１４の中心軸線Ｃ１が、ラック軸２４の中心軸線Ｃ３と平行に配置されている。したがって、ウォーム軸１４の中心軸線Ｃ１が水平面内に配置されることになるので、ウォームホイール１５の中心軸線Ｃ２（第１傘歯車８１の中心軸線に相当）は、鉛直平面内に配置されることになる。
【００２４】
第１傘歯車８１の中心軸線（ウォームホイール１５の中心軸線Ｃ２）と第２傘歯車８２の中心軸線（ピニオン軸２３のＣ４）とのなす軸角βと、ピニオン軸２３の中心軸線Ｃ４がラック軸２４の中心軸線Ｃ３に直交する第２直交平面Ｐ２に対して傾斜する傾斜角θとの和が、１８０°になる（β＋θ＝１８０°）。
本実施形態によれば、ウォームホイール１５の回転軸（第２操舵軸７の出力軸７ｂ）とピニオン軸２３とを、互いの軸角βを所望に設定可能な第１傘歯車８１および第２傘歯車８２を介して連結している。したがって、ラック軸２４の第２直交平面Ｐ２に対するピニオン軸２３の中心軸線Ｃ４の傾斜角θを大きくしてラック２６とピニオン２５の噛み合い率を高く確保しつつ、ウォーム軸１４および電動モータ１１の出力軸１２をラック軸２４と平行に配置して、電動モータ１１のモータハウジング１１ａが、ラックハウジング２７や車両の他の部品と干渉することを防止することができる。
【００２５】
また、ウォームホイール１５の中心軸線Ｃ２が鉛直平面内に配置されることになるので、ウォームホイール１５を収容するウォームホイール収容部１８が、車両の他の部品と干渉することを防止することができる。したがって、噛み合い率を高く確保しつつ、車両への搭載性を向上することができる。
すなわち、ラック２６とピニオン２５の噛み合い率を高くするために、ラック軸２４の中心軸線Ｃ３に直交する第２直交平面Ｐ２に対してピニオン軸２３の中心軸線Ｃ４の傾斜角θを大きくしても、これに応じて、一対の傘歯車８１，８２のなす軸角βを所要の値（β＝１８０°−θ）に設定することにより、ウォーム軸１４および電動モータ１１の出力軸１２を、ラック軸２４に対して平行に配置して車両への搭載性を良好とすることが可能となる。
【００２６】
次いで、図３は本発明の第２実施形態を示している。図３を参照して、本第２実施形態が図１の第１実施形態と主に異なるのは、電動モータ１１による操舵力（操舵補助力）をラック軸２４に与える第１ピニオン軸２３Ｐ（図１のピニオン軸２３に相当）と、操舵部材２からのマニュアル操舵力をラック軸２４に付与する第２ピニオン軸２３Ｑとを設けた点にある。すなわち、いわゆるデュアルピニオンの構成のラックピニオン操舵装置１Ａが提供されている。第１ピニオン軸２３Ｐのピニオン２５Ｐおよび第２ピニオン軸２３Ｑのピニオン２５Ｑが、ともにラック軸２４のラック２６に噛み合わされている。
【００２７】
また、第１実施形態では、ウォームホイール１５の回転軸としての第２操舵軸７が、自在継手６、中間軸５および第１操舵軸３を介して、操舵部材２に連結されていた。これに対して、本第２実施形態では、第２操舵軸７に代えて、自在継手６と接続されていないウォームホイール回転軸７０が用いられている。一方、第２ピニオン軸２３Ｑが、自在継手６、中間軸５および操舵軸１３０を介して、操舵部材２に連結されている。
【００２８】
また、第１実施形態では、第２操舵軸７が入力軸７ａと出力軸７ｂとこれらを連結するトーションバー（図示せず）を有していた。これに対して、本第２実施形態では、操舵軸１３０が、操舵部材２に連結された入力軸１３１と、自在継手４を介して中間軸５に連結された出力軸１３２と、入力軸１３１と出力軸１３２とを連結するトーションバー１３３とを備えている。トルクセンサ３３は、入力軸１３１と出力軸１３２との相対回転量に基づいて操舵トルクを検出することになる。
【００２９】
本第２実施形態によれば、電動モータ１１による操舵力をラック軸２４に与える第１ピニオン軸２３Ｐと、操舵部材２を操作する運転者によるマニュアルの操舵力をラック軸２４に与える第２ピニオン軸２３Ｑとを設けた、いわゆるデュアルピニオンタイプのラックピニオン操舵装置１Ａにおいて、噛み合い率を高く確保しつつ、車両への搭載性を向上することができる。
【００３０】
なお、本発明は、操舵部材とラック軸とが機械的に連結された操舵装置の他、操舵部材とラック軸との機械的な連結が断たれた、いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置にも適用することができる。その他、請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００３１】
１；１Ａ…ラックピニオン式操舵装置、２…操舵部材、３…第１操舵軸、５…中間軸、７…第２操舵軸、７ａ…入力軸、７ｂ…出力軸、８…傘歯車機構（交差軸歯車機構）、９…ラックピニオン機構（転舵機構）、１０…操舵補助機構、１１…電動モータ、１１ａ…モータハウジング、１２…出力軸、１４…ウォーム軸、１５…ウォームホイール、１６…ギヤハウジング、１７…減速機構、１８…ウォームホイール収容部、２３…ピニオン軸、２３Ｐ…第１ピニオン軸、２３Ｑ…第２ピニオン軸、２４…ラック軸、２５；２５Ｐ，２５Ｑ…ピニオン、２６…ラック、２７…ラックハウジング、３０…ピニオンハウジング、３３…トルクセンサ、２５…ＥＣＵ、７０…ウォームホイール回転軸、１３０…操舵軸、１３１…入力軸、１３２…出力軸、１３３…トーションバー、Ｃ１…ウォーム軸の中心軸線、Ｃ２…ウォームホイールの中心軸線（第１傘歯車の中心軸線）、Ｃ３…ラック軸の中心軸線、Ｃ４…ピニオン軸の中心軸線（第２傘歯車の中心軸線）、Ｐ１…第１直交平面（ウォームホイールの中心軸線と直交する平面）、Ｐ２…第２直交平面（ラック軸の中心軸線と直交する平面）、β…軸角、θ…傾斜角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転舵軸としてのラック軸と、
前記ラック軸と噛み合うピニオン軸と、
電動モータの出力軸の同軸上に回転駆動されるウォーム軸と、
前記ウォーム軸と噛み合うウォームホイールと、
前記ウォーム軸および前記ウォームホイールを収容するギヤハウジングと、
前記ウォームホイールの回転軸と前記ピニオン軸とを動力伝達可能に連結する一対の交差軸歯車と、を備え、
前記ウォーム軸の中心軸線が、前記ウォームホイールの中心軸線と直交する平面上に配置されており、
前記ラック軸と前記電動モータの出力軸とが、平行に配置されているラックピニオン式操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、前記一対の交差軸歯車のなす軸角と、前記ラック軸の中心軸線に直交する平面に対する前記ピニオン軸の中心軸線の傾斜角との和が、１８０°であるラックピニオン式操舵装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記ピニオン軸によって構成された第１ピニオン軸と、第２ピニオン軸と、操舵部材の回転操作に応じて回転し、前記第２ピニオン軸が接続された操舵軸と、を備えるラックピニオン式操舵装置。
【請求項１】
転舵軸としてのラック軸と、
前記ラック軸と噛み合うピニオン軸と、
電動モータの出力軸の同軸上に回転駆動されるウォーム軸と、
前記ウォーム軸と噛み合うウォームホイールと、
前記ウォーム軸および前記ウォームホイールを収容するギヤハウジングと、
前記ウォームホイールの回転軸と前記ピニオン軸とを動力伝達可能に連結する一対の交差軸歯車と、を備え、
前記ウォーム軸の中心軸線が、前記ウォームホイールの中心軸線と直交する平面上に配置されており、
前記ラック軸と前記電動モータの出力軸とが、平行に配置されているラックピニオン式操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、前記一対の交差軸歯車のなす軸角と、前記ラック軸の中心軸線に直交する平面に対する前記ピニオン軸の中心軸線の傾斜角との和が、１８０°であるラックピニオン式操舵装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記ピニオン軸によって構成された第１ピニオン軸と、第２ピニオン軸と、操舵部材の回転操作に応じて回転し、前記第２ピニオン軸が接続された操舵軸と、を備えるラックピニオン式操舵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９９９８７（Ｐ２０１３−９９９８７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３８１４（Ｐ２０１１−２４３８１４）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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