車両用操舵装置
【課題】安価に転舵軸の回転を規制することができる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】ハウジング５に挿通された転舵軸６が、第１の端部６１、第２の端部６２、および中間部６３を有する。ハウジングに保持された第１のブッシュ７１および第２のブッシュ７２によって、転舵軸６の第１の端部６１および第２の端部６２を軸方向Ｘ１，Ｘ２に摺動可能にそれぞれ支持する。中間部６３の中心軸線Ｃ３が、第１の端部６１の中心軸線Ｃ１および第２の端部６２の中心軸線Ｃ２から所定のオフセット量ｅだけオフセットされている。ボールナット３３の中心軸線Ｃ４は、中間部６３の中心軸線Ｃ３と一致している。ブッシュ７１，７２によって、転舵軸６の回り止めが達成される。
【解決手段】ハウジング５に挿通された転舵軸６が、第１の端部６１、第２の端部６２、および中間部６３を有する。ハウジングに保持された第１のブッシュ７１および第２のブッシュ７２によって、転舵軸６の第１の端部６１および第２の端部６２を軸方向Ｘ１，Ｘ２に摺動可能にそれぞれ支持する。中間部６３の中心軸線Ｃ３が、第１の端部６１の中心軸線Ｃ１および第２の端部６２の中心軸線Ｃ２から所定のオフセット量ｅだけオフセットされている。ボールナット３３の中心軸線Ｃ４は、中間部６３の中心軸線Ｃ３と一致している。ブッシュ７１，７２によって、転舵軸６の回り止めが達成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のラックアンドピニオン式の電動パワーステアリング装置では、ラック軸の端部を軸方向に移動可能に支持するブッシュが、ラック軸の軸線に垂直であってラック歯のラックピッチ面にも垂直な方向には、ラック軸を拘束しないように、ブッシュの内周の断面が異形とされている（例えば特許文献１を参照）。具体的には、ブッシュは、上記ラックピッチ面に垂直な方向の径が、ラックピッチ面に平行な方向の径よりも大きくされた長孔に形成されている。
【０００３】
特許文献１では、低負荷時には、ラックピッチ面に垂直な方向において、ブッシュがラック軸を拘束せず、したがって、ラック軸が、ピニオンとの噛み合い部と、ボールねじ機構の部分とで、２点支持される。また、据え切り時等の大負荷時には、ラックピッチ面に平行な方向において、ブッシュがラック軸を拘束し、したがって、ラック軸が、ピニオンとの噛み合い部と、ボールねじ機構の部分と、ブッシュとで、３点支持される。
【０００４】
また、金属管素材からラック軸を形成するときに、ラック歯形成用のＤ形断面部の平坦部分が厚肉となる偏肉を実現するために、偏芯絞り加工を用いる偏肉金属管の製造方法が提案されている（例えば特許文献２，３を参照）。
また、タイヤからステアリング・ナックルを介してラックに伝達されるラジアル荷重およびスラスト荷重を弾性体を介して伝達するステアリング制御装置が提案されている（例えば特許文献４を参照）。
【０００５】
また、ラック軸のツイスト運動を防止するために、ラック軸の一端側の支持面の軸心を、他端側の支持面の軸心に対して偏心させたラックピニオン式ステアリング装置が提案されている（例えば特許文献５を参照）。
また、ラック軸の外周を支持するガイドブッシュを、ボールナットの内周に、転がり軸受を介して支持した電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献６を参照）。
【０００６】
また、ラック軸をその軸線の方向に移動可能に支持するエンドブッシュが、上記軸線に垂直であってラック歯のピッチ面にも垂直な方向には、ラック軸を拘束しないように構成された電動パワーステアリング装置が提案されている例えば特許文献７を参照）。
また、ステアバイワイヤ用のボールねじを用いた電動アクチュエータが提案されている（例えば特許文献８を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−７６５４１（第８〜９段落、第２８〜２９段落、第３２〜３３段落）
【特許文献２】特開２０１０−１０５０３１（要約）
【特許文献３】特許第４２５９８５４号公報
【特許文献４】特公平３−５６９４４号公報〔図６（ａ）〜（ｃ），第１４頁第２８欄第９行〜第１６頁第３２欄第４２行〕
【特許文献５】特開２０００−２３３７５９号公報
【特許文献６】特開２０１０−１３２０６０号公報
【特許文献７】特開２００６−７６５４１号公報
【特許文献８】特表２００７−５３１４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、ラック歯とピニオン歯の噛み合い圧力によって、ラック軸を回り止めしている。特許文献１のブッシュは、長孔に形成するために製造コストが高くなるうえに、ラック軸の回転を規制する機能はない。
一方、ラックピニオン式の車両用操舵装置において、ラック軸の端部の断面をＤ形断面とし、同じく、ブッシュの内周の断面をＤ形断面とし、これにより、ラック軸の回転規制を確実にすることが一般的に行われている。しかしながら、製造コストが高くなる。
【０００９】
ところで、近年、ステアリングホイールと転舵輪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車両用操舵装置が提案されている。この種の車両用操舵装置では、上記のブッシュ等を用いて転舵軸の回転を規制する必要がある。
一方、産業車両や福祉車両においては、後輪を転舵するタイプの車両が多く、そのような車両では、所要の操舵角を確保するためには、転舵輪としての後輪を大きな転舵角で転舵する必要がある。このため、転舵軸が、路面反力による多大なラジアル荷重を受ける傾向にある。例えば、ステアバイワイヤ式の車両では、転舵軸に設けられたボールねじ機構やこれを駆動するアクチュエータが多大なラジアル荷重を受けて、耐久性が低下する。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、安価に転舵軸の回転を規制することができる車両用操舵装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、転舵軸に負荷されるラジアル荷重の影響を抑制することができ耐久性に優れた車両用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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、筒状のハウジング（５）と、第１の端部（６１；１６１）および第２の端部（６２；１６２）、並びに上記第１の端部および上記第２の端部間の中間部（６３；１６３）を有し、上記ハウジングに挿通された転舵軸（６；１０６）と、上記転舵軸の中間部に設けられたねじ軸（３２）と、上記ねじ軸にボール（３４）を介して螺合したボールナット（３３）と、上記ボールナットを回転駆動する電動モータ（２１，２２）と、上記ハウジングに保持され、上記転舵軸の上記第１の端部および上記第２の端部を軸方向に摺動可能にそれぞれ支持する第１のブッシュ（７１；１７１）および第２のブッシュ（７２；１７２）と、を備え、上記転舵軸の上記中間部の中心軸線（Ｃ３；Ｃ３０）が、上記転舵軸の上記第１の端部の中心軸線（Ｃ１；Ｃ１０）および上記第２の端部の中心軸線（Ｃ２；Ｃ２０）からオフセットされており、上記ボールナットの中心軸線（Ｃ４）および上記転舵軸の上記中間部の中心軸線は、一致していることを特徴とする車両用操舵装置を提供する（請求項１）。
【００１２】
本発明によれば、ブッシュによって支持された転舵軸の各端部の中心軸線が、上記中間部の中心軸線に対してオフセットされている。したがって、転舵軸の各端部やブッシュを、例えばＤ形断面等の異形の断面に形成せずとも、転舵軸の回転を例えば円形ブッシュ等の単純な形状のブッシュによって規制することができる。したがって、コスト安価に転舵軸の回転を確実に規制することができる。転舵軸の回り止めを達成する本発明は、ラックピニオン式の車両用操舵装置にも、また、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置にも適用可能である。
【００１３】
また、操舵部材と上記転舵軸の機械的な連結が断たれている場合がある（請求項２）。ステアバイワイヤ式では、ラックピニオン式のように、ピニオンによって転舵軸であるラック軸の回転を規制することができないので、転舵軸の回り止めを達成する本発明を好適に適用することができる。
また、上記転舵軸の上記第１の端部の上記中心軸線（Ｃ１０）および上記第２の端部の上記中心軸線（Ｃ２０）が、上記転舵軸の上記中間部の上記中心軸線（Ｃ３０）から、上下方向（Ｙ１，Ｙ２）の互いに逆向きにオフセットされていてもよい（請求項３）。
【００１４】
この場合、転舵軸がボールナットから回転モーメントを受けるため、転舵軸の各端部が対応するブッシュに対して振れ回りしようとする。その結果、転舵軸の各端部が対応するブッシュを所定方向に押し、対応するブッシュからの反力が転舵軸の各端部に与えられる。転舵軸の端部が受けている他の外力に抗する力として、上記反力を利用することも可能となる。
【００１５】
具体的には、右方向（Ｘ２）から見てボールナットが右回り（Ｑ２）に回転するときに伸び側となる転舵軸の端部（１６２）が、上方向（Ｙ１）へオフセットされているとともに、縮み側となる転舵軸の端部（１６１）が、下方向（Ｙ２）へオフセットされており、右方向から見てボールナットが右回りに回転するときに伸び側となる転舵軸の端部（１６２）が伸長したときに、当該端部は、対応するタイロッド（７Ｂ）から後方向（Ｚ２）へのラジアル荷重（Ｆ２１）を受けるとともに、対応するブッシュ（１７２）から上記ラジアル荷重に抗する反力（Ｒ２）を受けるように構成されていてもよい（請求項４）。
【００１６】
この場合、ブッシュからの反力によって、転舵軸に負荷されるラジアル荷重の少なくとも一部を相殺して、転舵軸のラジアル負荷を軽減することができる。したがって、転舵軸に設けられたボールねじ機構やこれを駆動するアクチュエータに、多大なラジアル負荷が及ぼされることを防止することができ、耐久性を向上することができる。
また、上記転舵軸の上記第１の端部および上記第２の端部の外周（６１ａ，６２ａ；１６１ａ，１６２ａ）、並びに上記第１のブッシュおよび上記第２のブッシュの内周（７１ｂ，７２ｂ；１７１ｂ，１７２ｂ）は、円形である場合がある（請求項５）。これにより、実質的に転舵軸の端部およびブッシュを簡単な形状にでき、製造コストを確実に安価にすることができる。
【００１７】
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】転舵機構の概略平面図であり、（ａ）は車両の直進状態を示し、（ｂ）は転舵輪の転舵角が所定値の状態を示し、（ｃ）は転舵輪の転舵角が所定値を超えた状態を示している。
【図３】転舵軸と転舵軸を駆動する機構の概略断面図である。
【図４】（ａ）は図３の４ａ−４ａ線に沿う断面図であり、（ｂ）は図３の４ｂ−４ｂ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の別の実施の形態にかかる車両用操舵装置の要部の概略横断面図である。
【図６】図５の車両用操舵装置の要部の概略縦断面図である。
【図７】（ａ）は図６の７ａ−７ａ線に沿う断面図であり、左方向から見た断面図である。（ｂ）は図６の７ｂ−７ｂ線に沿う断面図であり、右方向から見た断面図である。
【図８】転舵軸が右方向に移動するときに転舵軸に働く力を説明するための、転舵機構の模式的斜視図である。
【図９】転舵軸が左方向に移動するときに転舵軸に働く力を説明するための、転舵機構の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と転舵輪３との機械的な結合が解除された、いわゆるステアバイワイヤシステムを構成している。
操舵部材２の回転操作に応じて駆動される、例えばブラシレスの電動モータを含む転舵用アクチュエータ４の動作を、ハウジング５に支持された転舵軸６の車幅方向の直線運動に変換し、この転舵軸６の直線運動を舵取り用の左右の転舵輪３の転舵運動に変換することにより転舵が達成される。
【００２０】
転舵用アクチュエータ４の駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸６に関連して設けられた運動変換機構（たとえば、ボールねじ機構）により、転舵軸６の第１軸方向Ｘ１（左方向）または第２軸方向Ｘ２（右方向）の直線運動に変換される。この転舵軸６の直線運動は、転舵軸６の各端部からそれぞれ突出して設けられたタイロッド７Ａ，７Ｂに伝達され、対応するナックルアーム８Ａ，８Ｂの回動を引き起こす。これにより、各ナックルアーム８Ａ，８Ｂに支持された転舵輪３Ａ，３Ｂの転舵が達成される。
【００２１】
転舵軸６、タイロッド７Ａ，７Ｂおよびナックルアーム８Ａ，８Ｂなどにより、転舵輪３Ａ，３Ｂを転舵するための転舵機構５０が構成されている。転舵軸６を支持するハウジング５は、図示しないブラケット等を介して車体に固定されている。
図２（ａ），（ｂ）および（ｃ）は転舵機構５０の概略平面図である。転舵輪３Ａ，３Ｂが転舵されるときに、各ナックルアーム８Ａ，８Ｂが向きを変える。すなわち、車両が直進状態にあって各転舵輪３Ａ，３Ｂが、図２（ａ）に示すように、前方向Ｚ１に向いているときに、各ナックルアーム８Ａ，８Ｂは、対応するキングピン４１Ａ，４１Ｂから車両の後方向Ｚ２に延びる状態になる。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示すように、転舵軸６が第１軸方向Ｘ１（左方向）に移動して、転舵輪３Ａの転舵角が所定値になったときに、ナックルアーム８Ａは、転舵軸６と平行な状態になる。
また、図２（ｂ）に示す状態から図２（ｃ）に示す状態へと、転舵軸６がさらに第１軸方向Ｘ１（左方向）に移動して、転舵輪３Ａの転舵角が上記所定値を超えたときに、ナックルアーム８Ａが、キングピン４１Ａから車両の前側に向かって延びる状態となる。
【００２３】
図示していないが、転舵軸６が第２軸方向Ｘ２（右方向）に移動して、転舵輪３Ｂの転舵角が所定値になったときに、ナックルアーム８Ｂは、転舵軸６と平行な状態になる。また、図示していないが、転舵軸６がさらに第２軸方向Ｘ２（右方向）に移動して、転舵輪３Ｂの転舵角が所定値を超えたときに、ナックルアーム８Ｂが、キングピン４１Ｂから車両の前方向Ｚ１に向かって延びる状態となる。
【００２４】
操舵部材２は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト９に連結されている。この回転シャフト９には、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ１０が付設されている。反力用アクチュエータ１０は、回転シャフト９と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト９の操作部材２とは反対側の端部には、例えば渦巻きばね等からなる弾性部材１１が車体との間に結合されている。この弾性部材１１は、反力用アクチュエータ１０が操舵部材２にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、操舵部材２を直進操舵位置に復帰させる。
【００２５】
操舵部材２の操作入力値を検出するために、回転シャフト９に関連して、操舵部材２の操舵角δh を検出するための操舵角センサ１２が設けられている。また、回転シャフト９には、操舵部材２に加えられた操舵トルクＴを検出するためのトルクセンサ１３が設けられている。一方、転舵軸６に関連して、転舵輪３の転舵角δW （タイヤ角）を検出するための転舵角センサ１４が設けられている。
【００２６】
これらのセンサの他にも、車速Ｖを検出する車速センサ１５と、車体６０の上下加速度ＧZ を検出する悪路状態検出センサとしての上下加速度センサ１６と、車両の横加速度Ｇy を検出する横加速度センサ１７と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１８とが設けられている。
上記のセンサ類１２〜１８の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる車両制御手段としての制御装置１９に入力されるようになっている。
【００２７】
制御装置１９は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角δh および車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角を設定し、この目標転舵角と転舵角センサ１４によって検出された転舵角δW との偏差に基づいて、駆動回路２０Ａを介し、転舵用アクチュエータ４を駆動制御（転舵制御）する。
一方、制御装置１９は、センサ類１２〜１８が出力する検出信号に基づいて、操舵部材２の操舵方向と逆方向の適当な反力が発生されるように、駆動回路２０Ｂを介して、反力用アクチュエータ１０を駆動制御（反力制御）する。
【００２８】
図３を参照して、転舵軸６の途中部は、筒状のハウジング５内に挿入されている。ハウジング５は、第１の端部５１と、第２の端部５２と、第１の端部５１および第２の端部５２の間に配置された中間部５３とを有している。
ハウジング５の中間部５３における内周面５ａとハウジング５内に挿入された転舵軸６との間に、転舵用アクチュエータとしての第１および第２の電動モータ２１，２２と、これら電動モータ２１，２２の出力回転を転舵軸６の軸方向移動に変換する運動変換機構としてのボールねじ機構２３とが配置されている。
【００２９】
転舵軸６は、第１の端部６１と、第２の端部６２と、第１の端部６１および第２の端部６２間に配置された中間部６３とを有している。転舵軸６の第１の端部６１は、ハウジング５の第１の端部５１の軸受保持孔５４に保持された第１のブッシュ７１によって、第１軸方向Ｘ１および第２軸方向Ｘ２に摺動可能に支持されている。転舵軸６の第２の端部６２は、ハウジング５の第２の端部５２の軸受保持孔５５に保持された第２のブッシュ７２によって、第１軸方向Ｘ１および第２軸方向Ｘ２に移動可能に支持されている。転舵軸６の第１の端部６１および第２の端部６２は、それぞれ、対応するボールジョイント４０Ａ，４０Ｂを介して対応するタイロッド７Ａ，７Ｂに接続されている。
【００３０】
転舵軸６の第１の端部６１の中心軸線Ｃ１および第２の端部６２の中心軸線Ｃ２が、転舵軸６の中間部６３の中心軸線Ｃ３から所定のオフセット量ｅだけオフセットされている。中心軸線Ｃ３に対して中心軸線Ｃ１がオフセットする方向と、中心軸線Ｃ３に対して中心軸線Ｃ２がオフセットする方向は、図３に示すように、同方向であってもよいし、また、異なる方向、例えば反対方向にオフセットしていてもよい（図示せず）。
【００３１】
図４に示すように、各ブッシュ７１，７２の外周７１ａ，７２ａは、断面円形であり、ハウジング５の対応する軸受保持孔５４，５５の内周５４ａ，５５ａに一致している。各ブッシュ７１，７２の内周７１ｂ，７２ｂは、断面円形であり、転舵軸６の対応する端部６１，６２の外周６１ａ，６２ａに一致している。
転舵用アクチュエータ４を構成する第１の電動モータ２１および第２の電動モータ２２は、ハウジング５内に、軸方向Ｘ１，Ｘ２に並んで配置されている。第１の電動モータ２１は、ハウジング５の内周面５ａに固定された第１のステータ２４を備えており、第２の電動モータ２２は、ハウジング５の内周面５ａに固定された第２のステータ２５を備えている。第１の電動モータ２１および第２の電動モータ２２は、転舵軸６の周囲を取り囲む共通の筒状のロータ２６を有している。
【００３２】
ロータ２６は、転舵軸６の周囲を取り囲む筒状のロータコア２７と、ロータコア２７の外周面２７ａに同伴回転可能に嵌合された第１および第２の永久磁石２８，２９とを有している。第１の永久磁石２８および第２の永久磁石２９は、軸方向Ｘ１，Ｘ２に並んで配置されている。第１の永久磁石２８は第１のステータ２４に対向し、第２の永久磁石２９は第２のステータ２５に対向している。
【００３３】
ハウジング５は、第１および第２の軸受３０，３１を介して、ロータ２６の軸方向の両端部を回転可能に支持している。具体的には、ロータコア２７は軸方向に関して第１および第２の端部２７１，２７２を有している。ハウジング５は、第１の軸受３０を介して、ロータコア２７の第１の端部２７１を回転可能に支持している。また、ハウジング５は、第２の軸受３１を介して、ロータコア２７の第２の端部２７２を回転可能に支持している。第１の軸受３０および第２の軸受３１の各外輪は、ハウジング５に対する軸方向移動が規制され、また、第１の軸受３０および第２の軸受３１の各内輪は、ロータコア２７に対する軸方向移動が規制されている。これにより、ハウジング５に対するロータコア２７の軸方向移動が規制されている。
【００３４】
ボールねじ機構２３は、転舵軸６の一部に形成されたねじ軸３２と、ねじ軸３２の周囲を取り囲み、上記ロータコア２７と同伴回転するボールナット３３と、列をなす多数のボール３４とを備えている。上記ボール３４は、ボールナット３３の内周に形成された螺旋状のねじ溝３５（雌ねじ溝）と、ねじ軸３２の外周に形成されたらせん状のねじ溝３６（雄ねじ溝）との間に介在している。
【００３５】
ボールナット３３は、ロータコア２７の内周面２７ｂに同伴回転可能に嵌合されている。また、ボールナット３３とロータコア２７の軸方向相対移動が規制されている。具体的には、ロータコア２７の内周面２７ｂに形成された凹部３７（凹部３７の底）に、ボールナット３３が同伴回転可能に嵌合されている。ボールナット３３の中心軸線Ｃ４は、転舵軸６の中間部６３の中心軸線Ｃ３に一致している。
【００３６】
ボールナット３３の軸方向の第１および第２の端部３３１，３３２が、それぞれ、凹部３７の対応する内壁面３７１，３７２に当接している。これにより、ロータコア２７に対するボールナット３３の軸方向移動が規制されている。一方、前述したように、ハウジング５に対するロータコア２７の軸方向移動が第１および第２の軸受３０，３１を介して規制されている。したがって、ハウジング５に対するボールナット３３の軸方向移動が規制されることになる。
【００３７】
本実施の形態によれば、ボールナット３３にボール３４を介して螺合するねじ軸３２が、転舵軸６の中間部６３に形成されている。また、第１および第２のブッシュ７１，７２によって支持された転舵軸６の第１および第２の端部６１，６２の中心軸線Ｃ１，Ｃ２が、中間部６３の中心軸線Ｃ３に対して、所定のオフセット量ｅだけオフセットされている。
【００３８】
したがって、転舵軸６の各端部６１，６２の外周や各ブッシュ７１，７２の内周を、例えばＤ形断面等の異形の断面に形成せずとも、断面円形の単純な形状のブッシュ７１，７２等を用いて、転舵軸６の回転を確実に規制することができる。したがって、コスト安価に転舵軸６の回転を確実に規制することができる。
なお、中心軸線Ｃ３に対して中心軸線Ｃ１がオフセットする方向と、中心軸線Ｃ３に対して中心軸線Ｃ２がオフセットする方向とが、異なる方向に、例えば反対方向にオフセットされていてもよい（図示せず）。
【００３９】
次いで、図５〜図８は本発明の別の実施の形態を示している。図５は車両用操舵装置１Ａの概略横断面図であり、図６は車両用操舵装置１Ａの概略縦断面図である。図７（ａ）は、図６の７ａ−７ａ線に沿う断面図であり、左方向から見た断面図である。図７（ｂ）は、図６の７ｂ−７ｂ線に沿う断面図であり、右方向から見た断面図である。図８は、転舵機構の模式的斜視図である。
【００４０】
横断面図である図５に示すように、転舵軸１０６の第１の端部１６１の中心軸線Ｃ１０、転舵軸１０６の第２の端部１６２の中心軸線Ｃ２０、および転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０の前後方向（前方向Ｚ１，後方向Ｚ２）の位置は一致している。
各ナックルアーム８Ａ，８Ｂの一端は、縦方向に延びる対応するキングピン４１Ａ，４１Ｂに固定されている。各ナックルアーム８Ａ，８Ｂの他端は、対応するボールジョイント４０Ａ，４０Ｂを介して、対応するタイロッド７Ａ，７Ｂと接続されている。各転舵輪３Ａ，３Ｂは、対応するキングピン４１Ａ，４１Ｂを枢軸として操向可能に支持されている。
【００４１】
一方、縦断面図である図６に示すように、第１の端部１６１の中心軸線Ｃ１０および第２の端部１６２の中心軸線Ｃ２０は、中間部１６３の中心軸線Ｃ３０から、上下方向の互いに逆向きに相等しいオフセット量ｅでオフセットされている。具体的には、第１の端部１６１の中心軸線Ｃ１０が、下方向Ｙ２にオフセットされ、第２の端部１６２の中心軸線Ｃ２０が、上方向Ｙ１にオフセットされている。
【００４２】
また、第１のブッシュ１７１は、転舵軸１０６の第１の端部１６１と同心であり、第２のブッシュ１７２は、転舵軸１０６の第２の端部１６２と同心である。転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０は、ボールナット３３の中心軸線Ｃ４と一致している。
本実施の形態では、通例そうであるように、ねじ軸３２が右ねじである。したがって、右方向（右側）から見てボールナット３３が右回り（時計回り）に回転するときに伸び側となる転舵軸１０６の第２の端部１６２（右端部）が、図７（ｂ）に示すように、転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０に対して、上方向Ｙ１へオフセットされている。ただし、図７（ｂ）は、右側から第１軸方向Ｘ１に沿って見た図である。
【００４３】
また、右方向（右側）から見てボールナット３３が右回り（時計回り）に回転するときに縮み側となる転舵軸１０６の第１の端部１６１（左端部）が、図７（ａ）に示すように、転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０に対して、下方向Ｙ２へオフセットされている。ただし、図７（ａ）は、左側から第２軸方向Ｘ２に沿って見た図である。
第１のブッシュ１７１の外周１７１ａおよび内周１７１ｂは円形であり、第２のブッシュ１７２の外周１７２ａおよび内周１７２ｂは円形である。転舵軸１０６の第１の端部１６１の外周１６１ａは、第１のブッシュ１７１の内周１７１ｂに沿わされており、転舵軸１０６の第２の端部１６２の外周１６２ａは、第２のブッシュ１７２の内周１７２ｂに沿わされている。
【００４４】
図８に示すように、右方向（右側）から見てボールナット３３が右回りＱ２（時計回り）に回転すると、伸び側となる転舵軸１０６の第２の端部１６２が第２軸方向Ｘ２（右方向）へ伸長する。このとき、第２の端部１６２は、タイロッド７Ｂからタイロッド７Ｂの軸方向に沿う軸力Ｆ２をボールジョイント４０Ｂを介して受けるが、その軸力Ｆ２は、後方向Ｚ２に向く成分としての、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ２１を有している。すなわち、第２の端部１６２は、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ２１を受ける。
【００４５】
また、ボールナット３３が右方向（右側）から見て右回りＱ２（時計回り）に回転するため、転舵軸１０６（具体的には、ねじ軸３２のねじ溝３６の軌道面）が、ボールナット３３からボール３４を介して、右方向（右側）から見て右回りのモーメント荷重Ｍ２を受ける。
図７（ｂ）に示すように、転舵軸１０６の第２の端部１６２の中心軸線Ｃ２０が、転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０（ボールナット３３の中心軸線Ｃ４に一致）の上方向Ｙ１に配置されているので、図７（ｂ）および図８に示すように、モーメント荷重Ｍ２によって、転舵軸１０６の第２の端部１６２が、第２のブッシュ１７２を後方向Ｚ２へ押す力Ｇ２を生ずる。この力Ｇ２を受けた第２のブッシュ１７２は、力Ｇ２に対して反力Ｒ２を生じる。すなわち、転舵軸１０６の第２の端部１６２は、第２のブッシュ１７２から前方向Ｚ１への反力Ｒ２（反対荷重）を受ける。
【００４６】
これにより、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ２１の少なくとも一部が、第２のブッシュ１７２からの前方向Ｚ１への反力Ｒ２（反対荷重）によって相殺される。その結果、転舵軸１０６のラジアル負荷が軽減される。したがって、転舵軸１０６に設けられたボールねじ機構２３やこれを駆動する電動モータ２１，２２に、多大なラジアル負荷が及ぼされることを防止することができ、耐久性を向上することができる。
【００４７】
一方、図９に示すように、ボールナット３３が、左方向（左側）から見て右回り〔右方向（右側）から見て左回りＱ１（反時計回り）に相当〕に回転すると、伸び側となる転舵軸１０６の第１の端部１６１が第１軸方向Ｘ１（左方向）へ伸長する。このとき、第１の端部１６１は、タイロッド７Ａからタイロッド７Ａの軸方向に沿う軸力Ｆ１をボールジョイント４０Ａを介して受けるが、その軸力Ｆ１は、後方向Ｚ２に向く成分としての、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ１１を有している。すなわち、第１の端部１６１は、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ１１を受ける。
【００４８】
また、ボールナット３３が、左方向（左側）から見て右回り〔右方向（右側）から見て左回りＱ１に相当〕に回転するため、転舵軸１０６（具体的には、ねじ軸３２のねじ溝３６の軌道面）が、ボールナット３３からボール３４を介して、左方向（左側）から見て右回り〔右方向（右側）から見て左回り〕のモーメント荷重Ｍ１を受ける。
図７（ａ）に示すように、転舵軸１０６の第１の端部１６１の中心軸線Ｃ１０が、転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０（ボールナット３３の中心軸線Ｃ４に一致）の下方に配置されているので、図７（ａ）および図９に示すように、モーメント荷重Ｍ１によって、転舵軸１０６の第１の端部１６１が、第１のブッシュ１７１を後方向Ｚ２へ押す力Ｇ１を生ずる。この力Ｇ１を受けた第１のブッシュ１７１は、力Ｇ１に対して反力Ｒ１を生じる。すなわち、転舵軸１０６の第１の端部１６１は、第１のブッシュ１７１から前方向Ｚ１への反力Ｒ１（反対荷重）を受ける。
【００４９】
これにより、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ１１の少なくとも一部が、第１のブッシュ１７１からの前方向Ｚ１への反力Ｒ１（反対荷重）によって相殺される。その結果、転舵軸１０６のラジアル負荷が軽減される。したがって、転舵軸１０６に設けられたボールねじ機構２３やこれを駆動する電動モータ２１，２２に、多大なラジアル負荷が及ぼされることを防止することができ、耐久性を向上することができる。
【００５０】
本実施の形態では、ねじ軸３２が右ねじである場合に則して説明したが、ねじ軸３２が左ねじであってもよい。その場合、図示していないが、右側から見てボールナット３２が右回りＱ２に回転するときに伸び側となる転舵軸１０６の第１の端部１６１が、上方向Ｙ１へオフセットされるとともに、縮み側となる転舵軸１０６の第２の端部１６２が、下方向Ｙ２へオフセットされることになる。
【００５１】
また、上記実施の形態では、本発明をステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に適用したが、これに限らず、本発明を、ラックピニオン式の車両用操舵装置に適用してもよい。その他、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、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】
【００５２】
１；１Ａ…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…転舵輪、４…転舵用アクチュエータ、５…ハウジング、５ａ…（ハウジングの）内周面、６；１０６…転舵軸、７…タイロッド、８…ナックルアーム、２１…第１の電動モータ、２２…第２の電動モータ、２３…ボールねじ機構、３２…ねじ軸、３３…ボールナット、３４…ボール、５０…転舵機構、５１…（ハウジングの）第１の端部、５２…（ハウジングの）第２の端部、５４，５５…軸受保持孔、６１；１６１…（転舵軸の）第１の端部、６１ａ；１６１ａ…（第１の端部の）外周、６２；１６２…（転舵軸の）第２の端部、６２ａ；１６２ａ…（第２の端部の）外周、６３；１６３…（転舵軸の）中間部、７１；１７１…第１のブッシュ、７１ｂ；１７１ｂ…（第１のブッシュの）内周、７２；１７２…第２のブッシュ、７２ｂ；１７２ｂ…（第２のブッシュの）内周、Ｘ１…第１軸方向（左方向）、Ｘ２…第２軸方向（右方向）、Ｙ１…上方向、Ｙ２…下方向、Ｚ１…前方向、Ｚ２…後方向、Ｃ１；Ｃ１０…（転舵軸の第１の端部の）中心軸線、Ｃ２；Ｃ２０…（転舵軸の第２の端部の）中心軸線、Ｃ３；Ｃ３０…（転舵軸の中間部の）中心軸線、Ｃ４…（ボールナットの）中心軸線、ｅ…オフセット量、Ｆ１１，Ｆ２１…ラジアル荷重、Ｍ１，Ｍ２…モーメント荷重、Ｑ１…（右方向から見て）左回り、Ｑ２…（右方向から見て）右回り、Ｒ１，Ｒ２…反力
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のラックアンドピニオン式の電動パワーステアリング装置では、ラック軸の端部を軸方向に移動可能に支持するブッシュが、ラック軸の軸線に垂直であってラック歯のラックピッチ面にも垂直な方向には、ラック軸を拘束しないように、ブッシュの内周の断面が異形とされている（例えば特許文献１を参照）。具体的には、ブッシュは、上記ラックピッチ面に垂直な方向の径が、ラックピッチ面に平行な方向の径よりも大きくされた長孔に形成されている。
【０００３】
特許文献１では、低負荷時には、ラックピッチ面に垂直な方向において、ブッシュがラック軸を拘束せず、したがって、ラック軸が、ピニオンとの噛み合い部と、ボールねじ機構の部分とで、２点支持される。また、据え切り時等の大負荷時には、ラックピッチ面に平行な方向において、ブッシュがラック軸を拘束し、したがって、ラック軸が、ピニオンとの噛み合い部と、ボールねじ機構の部分と、ブッシュとで、３点支持される。
【０００４】
また、金属管素材からラック軸を形成するときに、ラック歯形成用のＤ形断面部の平坦部分が厚肉となる偏肉を実現するために、偏芯絞り加工を用いる偏肉金属管の製造方法が提案されている（例えば特許文献２，３を参照）。
また、タイヤからステアリング・ナックルを介してラックに伝達されるラジアル荷重およびスラスト荷重を弾性体を介して伝達するステアリング制御装置が提案されている（例えば特許文献４を参照）。
【０００５】
また、ラック軸のツイスト運動を防止するために、ラック軸の一端側の支持面の軸心を、他端側の支持面の軸心に対して偏心させたラックピニオン式ステアリング装置が提案されている（例えば特許文献５を参照）。
また、ラック軸の外周を支持するガイドブッシュを、ボールナットの内周に、転がり軸受を介して支持した電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献６を参照）。
【０００６】
また、ラック軸をその軸線の方向に移動可能に支持するエンドブッシュが、上記軸線に垂直であってラック歯のピッチ面にも垂直な方向には、ラック軸を拘束しないように構成された電動パワーステアリング装置が提案されている例えば特許文献７を参照）。
また、ステアバイワイヤ用のボールねじを用いた電動アクチュエータが提案されている（例えば特許文献８を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−７６５４１（第８〜９段落、第２８〜２９段落、第３２〜３３段落）
【特許文献２】特開２０１０−１０５０３１（要約）
【特許文献３】特許第４２５９８５４号公報
【特許文献４】特公平３−５６９４４号公報〔図６（ａ）〜（ｃ），第１４頁第２８欄第９行〜第１６頁第３２欄第４２行〕
【特許文献５】特開２０００−２３３７５９号公報
【特許文献６】特開２０１０−１３２０６０号公報
【特許文献７】特開２００６−７６５４１号公報
【特許文献８】特表２００７−５３１４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、ラック歯とピニオン歯の噛み合い圧力によって、ラック軸を回り止めしている。特許文献１のブッシュは、長孔に形成するために製造コストが高くなるうえに、ラック軸の回転を規制する機能はない。
一方、ラックピニオン式の車両用操舵装置において、ラック軸の端部の断面をＤ形断面とし、同じく、ブッシュの内周の断面をＤ形断面とし、これにより、ラック軸の回転規制を確実にすることが一般的に行われている。しかしながら、製造コストが高くなる。
【０００９】
ところで、近年、ステアリングホイールと転舵輪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車両用操舵装置が提案されている。この種の車両用操舵装置では、上記のブッシュ等を用いて転舵軸の回転を規制する必要がある。
一方、産業車両や福祉車両においては、後輪を転舵するタイプの車両が多く、そのような車両では、所要の操舵角を確保するためには、転舵輪としての後輪を大きな転舵角で転舵する必要がある。このため、転舵軸が、路面反力による多大なラジアル荷重を受ける傾向にある。例えば、ステアバイワイヤ式の車両では、転舵軸に設けられたボールねじ機構やこれを駆動するアクチュエータが多大なラジアル荷重を受けて、耐久性が低下する。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、安価に転舵軸の回転を規制することができる車両用操舵装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、転舵軸に負荷されるラジアル荷重の影響を抑制することができ耐久性に優れた車両用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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、筒状のハウジング（５）と、第１の端部（６１；１６１）および第２の端部（６２；１６２）、並びに上記第１の端部および上記第２の端部間の中間部（６３；１６３）を有し、上記ハウジングに挿通された転舵軸（６；１０６）と、上記転舵軸の中間部に設けられたねじ軸（３２）と、上記ねじ軸にボール（３４）を介して螺合したボールナット（３３）と、上記ボールナットを回転駆動する電動モータ（２１，２２）と、上記ハウジングに保持され、上記転舵軸の上記第１の端部および上記第２の端部を軸方向に摺動可能にそれぞれ支持する第１のブッシュ（７１；１７１）および第２のブッシュ（７２；１７２）と、を備え、上記転舵軸の上記中間部の中心軸線（Ｃ３；Ｃ３０）が、上記転舵軸の上記第１の端部の中心軸線（Ｃ１；Ｃ１０）および上記第２の端部の中心軸線（Ｃ２；Ｃ２０）からオフセットされており、上記ボールナットの中心軸線（Ｃ４）および上記転舵軸の上記中間部の中心軸線は、一致していることを特徴とする車両用操舵装置を提供する（請求項１）。
【００１２】
本発明によれば、ブッシュによって支持された転舵軸の各端部の中心軸線が、上記中間部の中心軸線に対してオフセットされている。したがって、転舵軸の各端部やブッシュを、例えばＤ形断面等の異形の断面に形成せずとも、転舵軸の回転を例えば円形ブッシュ等の単純な形状のブッシュによって規制することができる。したがって、コスト安価に転舵軸の回転を確実に規制することができる。転舵軸の回り止めを達成する本発明は、ラックピニオン式の車両用操舵装置にも、また、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置にも適用可能である。
【００１３】
また、操舵部材と上記転舵軸の機械的な連結が断たれている場合がある（請求項２）。ステアバイワイヤ式では、ラックピニオン式のように、ピニオンによって転舵軸であるラック軸の回転を規制することができないので、転舵軸の回り止めを達成する本発明を好適に適用することができる。
また、上記転舵軸の上記第１の端部の上記中心軸線（Ｃ１０）および上記第２の端部の上記中心軸線（Ｃ２０）が、上記転舵軸の上記中間部の上記中心軸線（Ｃ３０）から、上下方向（Ｙ１，Ｙ２）の互いに逆向きにオフセットされていてもよい（請求項３）。
【００１４】
この場合、転舵軸がボールナットから回転モーメントを受けるため、転舵軸の各端部が対応するブッシュに対して振れ回りしようとする。その結果、転舵軸の各端部が対応するブッシュを所定方向に押し、対応するブッシュからの反力が転舵軸の各端部に与えられる。転舵軸の端部が受けている他の外力に抗する力として、上記反力を利用することも可能となる。
【００１５】
具体的には、右方向（Ｘ２）から見てボールナットが右回り（Ｑ２）に回転するときに伸び側となる転舵軸の端部（１６２）が、上方向（Ｙ１）へオフセットされているとともに、縮み側となる転舵軸の端部（１６１）が、下方向（Ｙ２）へオフセットされており、右方向から見てボールナットが右回りに回転するときに伸び側となる転舵軸の端部（１６２）が伸長したときに、当該端部は、対応するタイロッド（７Ｂ）から後方向（Ｚ２）へのラジアル荷重（Ｆ２１）を受けるとともに、対応するブッシュ（１７２）から上記ラジアル荷重に抗する反力（Ｒ２）を受けるように構成されていてもよい（請求項４）。
【００１６】
この場合、ブッシュからの反力によって、転舵軸に負荷されるラジアル荷重の少なくとも一部を相殺して、転舵軸のラジアル負荷を軽減することができる。したがって、転舵軸に設けられたボールねじ機構やこれを駆動するアクチュエータに、多大なラジアル負荷が及ぼされることを防止することができ、耐久性を向上することができる。
また、上記転舵軸の上記第１の端部および上記第２の端部の外周（６１ａ，６２ａ；１６１ａ，１６２ａ）、並びに上記第１のブッシュおよび上記第２のブッシュの内周（７１ｂ，７２ｂ；１７１ｂ，１７２ｂ）は、円形である場合がある（請求項５）。これにより、実質的に転舵軸の端部およびブッシュを簡単な形状にでき、製造コストを確実に安価にすることができる。
【００１７】
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】転舵機構の概略平面図であり、（ａ）は車両の直進状態を示し、（ｂ）は転舵輪の転舵角が所定値の状態を示し、（ｃ）は転舵輪の転舵角が所定値を超えた状態を示している。
【図３】転舵軸と転舵軸を駆動する機構の概略断面図である。
【図４】（ａ）は図３の４ａ−４ａ線に沿う断面図であり、（ｂ）は図３の４ｂ−４ｂ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の別の実施の形態にかかる車両用操舵装置の要部の概略横断面図である。
【図６】図５の車両用操舵装置の要部の概略縦断面図である。
【図７】（ａ）は図６の７ａ−７ａ線に沿う断面図であり、左方向から見た断面図である。（ｂ）は図６の７ｂ−７ｂ線に沿う断面図であり、右方向から見た断面図である。
【図８】転舵軸が右方向に移動するときに転舵軸に働く力を説明するための、転舵機構の模式的斜視図である。
【図９】転舵軸が左方向に移動するときに転舵軸に働く力を説明するための、転舵機構の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と転舵輪３との機械的な結合が解除された、いわゆるステアバイワイヤシステムを構成している。
操舵部材２の回転操作に応じて駆動される、例えばブラシレスの電動モータを含む転舵用アクチュエータ４の動作を、ハウジング５に支持された転舵軸６の車幅方向の直線運動に変換し、この転舵軸６の直線運動を舵取り用の左右の転舵輪３の転舵運動に変換することにより転舵が達成される。
【００２０】
転舵用アクチュエータ４の駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸６に関連して設けられた運動変換機構（たとえば、ボールねじ機構）により、転舵軸６の第１軸方向Ｘ１（左方向）または第２軸方向Ｘ２（右方向）の直線運動に変換される。この転舵軸６の直線運動は、転舵軸６の各端部からそれぞれ突出して設けられたタイロッド７Ａ，７Ｂに伝達され、対応するナックルアーム８Ａ，８Ｂの回動を引き起こす。これにより、各ナックルアーム８Ａ，８Ｂに支持された転舵輪３Ａ，３Ｂの転舵が達成される。
【００２１】
転舵軸６、タイロッド７Ａ，７Ｂおよびナックルアーム８Ａ，８Ｂなどにより、転舵輪３Ａ，３Ｂを転舵するための転舵機構５０が構成されている。転舵軸６を支持するハウジング５は、図示しないブラケット等を介して車体に固定されている。
図２（ａ），（ｂ）および（ｃ）は転舵機構５０の概略平面図である。転舵輪３Ａ，３Ｂが転舵されるときに、各ナックルアーム８Ａ，８Ｂが向きを変える。すなわち、車両が直進状態にあって各転舵輪３Ａ，３Ｂが、図２（ａ）に示すように、前方向Ｚ１に向いているときに、各ナックルアーム８Ａ，８Ｂは、対応するキングピン４１Ａ，４１Ｂから車両の後方向Ｚ２に延びる状態になる。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示すように、転舵軸６が第１軸方向Ｘ１（左方向）に移動して、転舵輪３Ａの転舵角が所定値になったときに、ナックルアーム８Ａは、転舵軸６と平行な状態になる。
また、図２（ｂ）に示す状態から図２（ｃ）に示す状態へと、転舵軸６がさらに第１軸方向Ｘ１（左方向）に移動して、転舵輪３Ａの転舵角が上記所定値を超えたときに、ナックルアーム８Ａが、キングピン４１Ａから車両の前側に向かって延びる状態となる。
【００２３】
図示していないが、転舵軸６が第２軸方向Ｘ２（右方向）に移動して、転舵輪３Ｂの転舵角が所定値になったときに、ナックルアーム８Ｂは、転舵軸６と平行な状態になる。また、図示していないが、転舵軸６がさらに第２軸方向Ｘ２（右方向）に移動して、転舵輪３Ｂの転舵角が所定値を超えたときに、ナックルアーム８Ｂが、キングピン４１Ｂから車両の前方向Ｚ１に向かって延びる状態となる。
【００２４】
操舵部材２は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト９に連結されている。この回転シャフト９には、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ１０が付設されている。反力用アクチュエータ１０は、回転シャフト９と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。
回転シャフト９の操作部材２とは反対側の端部には、例えば渦巻きばね等からなる弾性部材１１が車体との間に結合されている。この弾性部材１１は、反力用アクチュエータ１０が操舵部材２にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、操舵部材２を直進操舵位置に復帰させる。
【００２５】
操舵部材２の操作入力値を検出するために、回転シャフト９に関連して、操舵部材２の操舵角δh を検出するための操舵角センサ１２が設けられている。また、回転シャフト９には、操舵部材２に加えられた操舵トルクＴを検出するためのトルクセンサ１３が設けられている。一方、転舵軸６に関連して、転舵輪３の転舵角δW （タイヤ角）を検出するための転舵角センサ１４が設けられている。
【００２６】
これらのセンサの他にも、車速Ｖを検出する車速センサ１５と、車体６０の上下加速度ＧZ を検出する悪路状態検出センサとしての上下加速度センサ１６と、車両の横加速度Ｇy を検出する横加速度センサ１７と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１８とが設けられている。
上記のセンサ類１２〜１８の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる車両制御手段としての制御装置１９に入力されるようになっている。
【００２７】
制御装置１９は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角δh および車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角を設定し、この目標転舵角と転舵角センサ１４によって検出された転舵角δW との偏差に基づいて、駆動回路２０Ａを介し、転舵用アクチュエータ４を駆動制御（転舵制御）する。
一方、制御装置１９は、センサ類１２〜１８が出力する検出信号に基づいて、操舵部材２の操舵方向と逆方向の適当な反力が発生されるように、駆動回路２０Ｂを介して、反力用アクチュエータ１０を駆動制御（反力制御）する。
【００２８】
図３を参照して、転舵軸６の途中部は、筒状のハウジング５内に挿入されている。ハウジング５は、第１の端部５１と、第２の端部５２と、第１の端部５１および第２の端部５２の間に配置された中間部５３とを有している。
ハウジング５の中間部５３における内周面５ａとハウジング５内に挿入された転舵軸６との間に、転舵用アクチュエータとしての第１および第２の電動モータ２１，２２と、これら電動モータ２１，２２の出力回転を転舵軸６の軸方向移動に変換する運動変換機構としてのボールねじ機構２３とが配置されている。
【００２９】
転舵軸６は、第１の端部６１と、第２の端部６２と、第１の端部６１および第２の端部６２間に配置された中間部６３とを有している。転舵軸６の第１の端部６１は、ハウジング５の第１の端部５１の軸受保持孔５４に保持された第１のブッシュ７１によって、第１軸方向Ｘ１および第２軸方向Ｘ２に摺動可能に支持されている。転舵軸６の第２の端部６２は、ハウジング５の第２の端部５２の軸受保持孔５５に保持された第２のブッシュ７２によって、第１軸方向Ｘ１および第２軸方向Ｘ２に移動可能に支持されている。転舵軸６の第１の端部６１および第２の端部６２は、それぞれ、対応するボールジョイント４０Ａ，４０Ｂを介して対応するタイロッド７Ａ，７Ｂに接続されている。
【００３０】
転舵軸６の第１の端部６１の中心軸線Ｃ１および第２の端部６２の中心軸線Ｃ２が、転舵軸６の中間部６３の中心軸線Ｃ３から所定のオフセット量ｅだけオフセットされている。中心軸線Ｃ３に対して中心軸線Ｃ１がオフセットする方向と、中心軸線Ｃ３に対して中心軸線Ｃ２がオフセットする方向は、図３に示すように、同方向であってもよいし、また、異なる方向、例えば反対方向にオフセットしていてもよい（図示せず）。
【００３１】
図４に示すように、各ブッシュ７１，７２の外周７１ａ，７２ａは、断面円形であり、ハウジング５の対応する軸受保持孔５４，５５の内周５４ａ，５５ａに一致している。各ブッシュ７１，７２の内周７１ｂ，７２ｂは、断面円形であり、転舵軸６の対応する端部６１，６２の外周６１ａ，６２ａに一致している。
転舵用アクチュエータ４を構成する第１の電動モータ２１および第２の電動モータ２２は、ハウジング５内に、軸方向Ｘ１，Ｘ２に並んで配置されている。第１の電動モータ２１は、ハウジング５の内周面５ａに固定された第１のステータ２４を備えており、第２の電動モータ２２は、ハウジング５の内周面５ａに固定された第２のステータ２５を備えている。第１の電動モータ２１および第２の電動モータ２２は、転舵軸６の周囲を取り囲む共通の筒状のロータ２６を有している。
【００３２】
ロータ２６は、転舵軸６の周囲を取り囲む筒状のロータコア２７と、ロータコア２７の外周面２７ａに同伴回転可能に嵌合された第１および第２の永久磁石２８，２９とを有している。第１の永久磁石２８および第２の永久磁石２９は、軸方向Ｘ１，Ｘ２に並んで配置されている。第１の永久磁石２８は第１のステータ２４に対向し、第２の永久磁石２９は第２のステータ２５に対向している。
【００３３】
ハウジング５は、第１および第２の軸受３０，３１を介して、ロータ２６の軸方向の両端部を回転可能に支持している。具体的には、ロータコア２７は軸方向に関して第１および第２の端部２７１，２７２を有している。ハウジング５は、第１の軸受３０を介して、ロータコア２７の第１の端部２７１を回転可能に支持している。また、ハウジング５は、第２の軸受３１を介して、ロータコア２７の第２の端部２７２を回転可能に支持している。第１の軸受３０および第２の軸受３１の各外輪は、ハウジング５に対する軸方向移動が規制され、また、第１の軸受３０および第２の軸受３１の各内輪は、ロータコア２７に対する軸方向移動が規制されている。これにより、ハウジング５に対するロータコア２７の軸方向移動が規制されている。
【００３４】
ボールねじ機構２３は、転舵軸６の一部に形成されたねじ軸３２と、ねじ軸３２の周囲を取り囲み、上記ロータコア２７と同伴回転するボールナット３３と、列をなす多数のボール３４とを備えている。上記ボール３４は、ボールナット３３の内周に形成された螺旋状のねじ溝３５（雌ねじ溝）と、ねじ軸３２の外周に形成されたらせん状のねじ溝３６（雄ねじ溝）との間に介在している。
【００３５】
ボールナット３３は、ロータコア２７の内周面２７ｂに同伴回転可能に嵌合されている。また、ボールナット３３とロータコア２７の軸方向相対移動が規制されている。具体的には、ロータコア２７の内周面２７ｂに形成された凹部３７（凹部３７の底）に、ボールナット３３が同伴回転可能に嵌合されている。ボールナット３３の中心軸線Ｃ４は、転舵軸６の中間部６３の中心軸線Ｃ３に一致している。
【００３６】
ボールナット３３の軸方向の第１および第２の端部３３１，３３２が、それぞれ、凹部３７の対応する内壁面３７１，３７２に当接している。これにより、ロータコア２７に対するボールナット３３の軸方向移動が規制されている。一方、前述したように、ハウジング５に対するロータコア２７の軸方向移動が第１および第２の軸受３０，３１を介して規制されている。したがって、ハウジング５に対するボールナット３３の軸方向移動が規制されることになる。
【００３７】
本実施の形態によれば、ボールナット３３にボール３４を介して螺合するねじ軸３２が、転舵軸６の中間部６３に形成されている。また、第１および第２のブッシュ７１，７２によって支持された転舵軸６の第１および第２の端部６１，６２の中心軸線Ｃ１，Ｃ２が、中間部６３の中心軸線Ｃ３に対して、所定のオフセット量ｅだけオフセットされている。
【００３８】
したがって、転舵軸６の各端部６１，６２の外周や各ブッシュ７１，７２の内周を、例えばＤ形断面等の異形の断面に形成せずとも、断面円形の単純な形状のブッシュ７１，７２等を用いて、転舵軸６の回転を確実に規制することができる。したがって、コスト安価に転舵軸６の回転を確実に規制することができる。
なお、中心軸線Ｃ３に対して中心軸線Ｃ１がオフセットする方向と、中心軸線Ｃ３に対して中心軸線Ｃ２がオフセットする方向とが、異なる方向に、例えば反対方向にオフセットされていてもよい（図示せず）。
【００３９】
次いで、図５〜図８は本発明の別の実施の形態を示している。図５は車両用操舵装置１Ａの概略横断面図であり、図６は車両用操舵装置１Ａの概略縦断面図である。図７（ａ）は、図６の７ａ−７ａ線に沿う断面図であり、左方向から見た断面図である。図７（ｂ）は、図６の７ｂ−７ｂ線に沿う断面図であり、右方向から見た断面図である。図８は、転舵機構の模式的斜視図である。
【００４０】
横断面図である図５に示すように、転舵軸１０６の第１の端部１６１の中心軸線Ｃ１０、転舵軸１０６の第２の端部１６２の中心軸線Ｃ２０、および転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０の前後方向（前方向Ｚ１，後方向Ｚ２）の位置は一致している。
各ナックルアーム８Ａ，８Ｂの一端は、縦方向に延びる対応するキングピン４１Ａ，４１Ｂに固定されている。各ナックルアーム８Ａ，８Ｂの他端は、対応するボールジョイント４０Ａ，４０Ｂを介して、対応するタイロッド７Ａ，７Ｂと接続されている。各転舵輪３Ａ，３Ｂは、対応するキングピン４１Ａ，４１Ｂを枢軸として操向可能に支持されている。
【００４１】
一方、縦断面図である図６に示すように、第１の端部１６１の中心軸線Ｃ１０および第２の端部１６２の中心軸線Ｃ２０は、中間部１６３の中心軸線Ｃ３０から、上下方向の互いに逆向きに相等しいオフセット量ｅでオフセットされている。具体的には、第１の端部１６１の中心軸線Ｃ１０が、下方向Ｙ２にオフセットされ、第２の端部１６２の中心軸線Ｃ２０が、上方向Ｙ１にオフセットされている。
【００４２】
また、第１のブッシュ１７１は、転舵軸１０６の第１の端部１６１と同心であり、第２のブッシュ１７２は、転舵軸１０６の第２の端部１６２と同心である。転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０は、ボールナット３３の中心軸線Ｃ４と一致している。
本実施の形態では、通例そうであるように、ねじ軸３２が右ねじである。したがって、右方向（右側）から見てボールナット３３が右回り（時計回り）に回転するときに伸び側となる転舵軸１０６の第２の端部１６２（右端部）が、図７（ｂ）に示すように、転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０に対して、上方向Ｙ１へオフセットされている。ただし、図７（ｂ）は、右側から第１軸方向Ｘ１に沿って見た図である。
【００４３】
また、右方向（右側）から見てボールナット３３が右回り（時計回り）に回転するときに縮み側となる転舵軸１０６の第１の端部１６１（左端部）が、図７（ａ）に示すように、転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０に対して、下方向Ｙ２へオフセットされている。ただし、図７（ａ）は、左側から第２軸方向Ｘ２に沿って見た図である。
第１のブッシュ１７１の外周１７１ａおよび内周１７１ｂは円形であり、第２のブッシュ１７２の外周１７２ａおよび内周１７２ｂは円形である。転舵軸１０６の第１の端部１６１の外周１６１ａは、第１のブッシュ１７１の内周１７１ｂに沿わされており、転舵軸１０６の第２の端部１６２の外周１６２ａは、第２のブッシュ１７２の内周１７２ｂに沿わされている。
【００４４】
図８に示すように、右方向（右側）から見てボールナット３３が右回りＱ２（時計回り）に回転すると、伸び側となる転舵軸１０６の第２の端部１６２が第２軸方向Ｘ２（右方向）へ伸長する。このとき、第２の端部１６２は、タイロッド７Ｂからタイロッド７Ｂの軸方向に沿う軸力Ｆ２をボールジョイント４０Ｂを介して受けるが、その軸力Ｆ２は、後方向Ｚ２に向く成分としての、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ２１を有している。すなわち、第２の端部１６２は、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ２１を受ける。
【００４５】
また、ボールナット３３が右方向（右側）から見て右回りＱ２（時計回り）に回転するため、転舵軸１０６（具体的には、ねじ軸３２のねじ溝３６の軌道面）が、ボールナット３３からボール３４を介して、右方向（右側）から見て右回りのモーメント荷重Ｍ２を受ける。
図７（ｂ）に示すように、転舵軸１０６の第２の端部１６２の中心軸線Ｃ２０が、転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０（ボールナット３３の中心軸線Ｃ４に一致）の上方向Ｙ１に配置されているので、図７（ｂ）および図８に示すように、モーメント荷重Ｍ２によって、転舵軸１０６の第２の端部１６２が、第２のブッシュ１７２を後方向Ｚ２へ押す力Ｇ２を生ずる。この力Ｇ２を受けた第２のブッシュ１７２は、力Ｇ２に対して反力Ｒ２を生じる。すなわち、転舵軸１０６の第２の端部１６２は、第２のブッシュ１７２から前方向Ｚ１への反力Ｒ２（反対荷重）を受ける。
【００４６】
これにより、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ２１の少なくとも一部が、第２のブッシュ１７２からの前方向Ｚ１への反力Ｒ２（反対荷重）によって相殺される。その結果、転舵軸１０６のラジアル負荷が軽減される。したがって、転舵軸１０６に設けられたボールねじ機構２３やこれを駆動する電動モータ２１，２２に、多大なラジアル負荷が及ぼされることを防止することができ、耐久性を向上することができる。
【００４７】
一方、図９に示すように、ボールナット３３が、左方向（左側）から見て右回り〔右方向（右側）から見て左回りＱ１（反時計回り）に相当〕に回転すると、伸び側となる転舵軸１０６の第１の端部１６１が第１軸方向Ｘ１（左方向）へ伸長する。このとき、第１の端部１６１は、タイロッド７Ａからタイロッド７Ａの軸方向に沿う軸力Ｆ１をボールジョイント４０Ａを介して受けるが、その軸力Ｆ１は、後方向Ｚ２に向く成分としての、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ１１を有している。すなわち、第１の端部１６１は、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ１１を受ける。
【００４８】
また、ボールナット３３が、左方向（左側）から見て右回り〔右方向（右側）から見て左回りＱ１に相当〕に回転するため、転舵軸１０６（具体的には、ねじ軸３２のねじ溝３６の軌道面）が、ボールナット３３からボール３４を介して、左方向（左側）から見て右回り〔右方向（右側）から見て左回り〕のモーメント荷重Ｍ１を受ける。
図７（ａ）に示すように、転舵軸１０６の第１の端部１６１の中心軸線Ｃ１０が、転舵軸１０６の中間部１６３の中心軸線Ｃ３０（ボールナット３３の中心軸線Ｃ４に一致）の下方に配置されているので、図７（ａ）および図９に示すように、モーメント荷重Ｍ１によって、転舵軸１０６の第１の端部１６１が、第１のブッシュ１７１を後方向Ｚ２へ押す力Ｇ１を生ずる。この力Ｇ１を受けた第１のブッシュ１７１は、力Ｇ１に対して反力Ｒ１を生じる。すなわち、転舵軸１０６の第１の端部１６１は、第１のブッシュ１７１から前方向Ｚ１への反力Ｒ１（反対荷重）を受ける。
【００４９】
これにより、後方向Ｚ２へのラジアル荷重Ｆ１１の少なくとも一部が、第１のブッシュ１７１からの前方向Ｚ１への反力Ｒ１（反対荷重）によって相殺される。その結果、転舵軸１０６のラジアル負荷が軽減される。したがって、転舵軸１０６に設けられたボールねじ機構２３やこれを駆動する電動モータ２１，２２に、多大なラジアル負荷が及ぼされることを防止することができ、耐久性を向上することができる。
【００５０】
本実施の形態では、ねじ軸３２が右ねじである場合に則して説明したが、ねじ軸３２が左ねじであってもよい。その場合、図示していないが、右側から見てボールナット３２が右回りＱ２に回転するときに伸び側となる転舵軸１０６の第１の端部１６１が、上方向Ｙ１へオフセットされるとともに、縮み側となる転舵軸１０６の第２の端部１６２が、下方向Ｙ２へオフセットされることになる。
【００５１】
また、上記実施の形態では、本発明をステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に適用したが、これに限らず、本発明を、ラックピニオン式の車両用操舵装置に適用してもよい。その他、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、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】
【００５２】
１；１Ａ…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…転舵輪、４…転舵用アクチュエータ、５…ハウジング、５ａ…（ハウジングの）内周面、６；１０６…転舵軸、７…タイロッド、８…ナックルアーム、２１…第１の電動モータ、２２…第２の電動モータ、２３…ボールねじ機構、３２…ねじ軸、３３…ボールナット、３４…ボール、５０…転舵機構、５１…（ハウジングの）第１の端部、５２…（ハウジングの）第２の端部、５４，５５…軸受保持孔、６１；１６１…（転舵軸の）第１の端部、６１ａ；１６１ａ…（第１の端部の）外周、６２；１６２…（転舵軸の）第２の端部、６２ａ；１６２ａ…（第２の端部の）外周、６３；１６３…（転舵軸の）中間部、７１；１７１…第１のブッシュ、７１ｂ；１７１ｂ…（第１のブッシュの）内周、７２；１７２…第２のブッシュ、７２ｂ；１７２ｂ…（第２のブッシュの）内周、Ｘ１…第１軸方向（左方向）、Ｘ２…第２軸方向（右方向）、Ｙ１…上方向、Ｙ２…下方向、Ｚ１…前方向、Ｚ２…後方向、Ｃ１；Ｃ１０…（転舵軸の第１の端部の）中心軸線、Ｃ２；Ｃ２０…（転舵軸の第２の端部の）中心軸線、Ｃ３；Ｃ３０…（転舵軸の中間部の）中心軸線、Ｃ４…（ボールナットの）中心軸線、ｅ…オフセット量、Ｆ１１，Ｆ２１…ラジアル荷重、Ｍ１，Ｍ２…モーメント荷重、Ｑ１…（右方向から見て）左回り、Ｑ２…（右方向から見て）右回り、Ｒ１，Ｒ２…反力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジングと、
第１の端部および第２の端部、並びに上記第１の端部および上記第２の端部間の中間部を有し、上記ハウジングに挿通された転舵軸と、
上記転舵軸の中間部に設けられたねじ軸と、
上記ねじ軸にボールを介して螺合したボールナットと、
上記ボールナットを回転駆動する電動モータと、
上記ハウジングに保持され、上記転舵軸の上記第１の端部および上記第２の端部を軸方向に摺動可能にそれぞれ支持する第１のブッシュおよび第２のブッシュと、を備え、
上記転舵軸の上記中間部の中心軸線が、上記転舵軸の上記第１の端部の中心軸線および上記第２の端部の中心軸線からオフセットされており、
上記ボールナットの中心軸線および上記転舵軸の上記中間部の中心軸線は、一致していることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、操舵部材と上記転舵軸の機械的な連結が断たれている車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項２において、上記転舵軸の上記第１の端部の上記中心軸線および上記第２の端部の上記中心軸線が、上記転舵軸の上記中間部の上記中心軸線から、上下方向の互いに逆向きにオフセットされている車両用操舵装置。
【請求項４】
右方向から見てボールナットが右回りに回転するときに伸び側となる転舵軸の端部が、上方向へオフセットされているとともに、縮み側となる転舵軸の端部が、下方向へオフセットされており、
右方向から見てボールナットが右回りに回転するときに伸び側となる転舵軸の端部が伸長したときに、当該端部は、対応するタイロッドから後方向へのラジアル荷重を受けるとともに、対応するブッシュから上記ラジアル荷重に抗する反力を受けるように構成されている車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項において、上記転舵軸の上記第１の端部および上記第２の端部の外周、並びに上記第１のブッシュおよび上記第２のブッシュの内周は、円形である車両用操舵装置。
【請求項１】
筒状のハウジングと、
第１の端部および第２の端部、並びに上記第１の端部および上記第２の端部間の中間部を有し、上記ハウジングに挿通された転舵軸と、
上記転舵軸の中間部に設けられたねじ軸と、
上記ねじ軸にボールを介して螺合したボールナットと、
上記ボールナットを回転駆動する電動モータと、
上記ハウジングに保持され、上記転舵軸の上記第１の端部および上記第２の端部を軸方向に摺動可能にそれぞれ支持する第１のブッシュおよび第２のブッシュと、を備え、
上記転舵軸の上記中間部の中心軸線が、上記転舵軸の上記第１の端部の中心軸線および上記第２の端部の中心軸線からオフセットされており、
上記ボールナットの中心軸線および上記転舵軸の上記中間部の中心軸線は、一致していることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、操舵部材と上記転舵軸の機械的な連結が断たれている車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項２において、上記転舵軸の上記第１の端部の上記中心軸線および上記第２の端部の上記中心軸線が、上記転舵軸の上記中間部の上記中心軸線から、上下方向の互いに逆向きにオフセットされている車両用操舵装置。
【請求項４】
右方向から見てボールナットが右回りに回転するときに伸び側となる転舵軸の端部が、上方向へオフセットされているとともに、縮み側となる転舵軸の端部が、下方向へオフセットされており、
右方向から見てボールナットが右回りに回転するときに伸び側となる転舵軸の端部が伸長したときに、当該端部は、対応するタイロッドから後方向へのラジアル荷重を受けるとともに、対応するブッシュから上記ラジアル荷重に抗する反力を受けるように構成されている車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項において、上記転舵軸の上記第１の端部および上記第２の端部の外周、並びに上記第１のブッシュおよび上記第２のブッシュの内周は、円形である車両用操舵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１０６７２０（Ｐ２０１２−１０６７２０Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００７３９（Ｐ２０１１−２００７３９）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【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２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【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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