JP5692514B2 - 電動パワーステアリング装置及び車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置及び車両用操舵装置に関するものである。

従来、車両用の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）には、ステアリング操作により回転する第１ピニオン軸に加えて、モータ駆動により回転する第２ピニオン軸をラック軸に歯合させることにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与するものがある。

例えば、特許文献１に記載のＥＰＳにおいて、そのラック軸には、軸方向中央部を挟んで二つのラック歯が形成されている。そして、上記各ピニオン軸は、これら各ラック歯に対して独立に歯合されている。

即ち、エンジンルームの幅方向中央部分には、エンジンやラジエータ等、多くの車載機器が集中する。従って、上記のように構成することで、これらの車載機器とモータとの干渉を回避して、その搭載性を向上させることができる。また、上記従来例では、その二つのラック歯には、互いに異なるピッチ（隣り合うラック歯の間隔）が設定されている。そして、これにより、そのモータ負荷の軽減を図る構成になっている。

実開昭６０−３６３７４号公報 特開平６−９２２４３号公報

ところで、ラック＆ピニオン機構を構成するラック軸とピニオン軸との間には、その噛み合い摩擦により互いを離間させる方向の力が作用する。このため、通常、ラック軸は、周知のラックガイドによりピニオン軸に押し付けられることによって、そのピニオン軸に歯合した状態が維持されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上記のように一つのラック軸に二つのラック＆ピニオン機構を形成することで、その噛み合い部分に作用する力が、各ラック＆ピニオン機構間において互いに増幅する可能性がある。そして、これにより生ずる振動が静粛性を低下させる一因となるおそれがあり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

尚、上記従来例のように、二つのラック歯に対して互いに異なるピッチを設定することにより、各ラック＆ピニオン機構におけるラック歯とピニオン軸との間の歯合状態（両者の歯先と歯底との位置関係、歯合タイミング）は、非同期となる。そして、これにより、その噛み合いにより生ずる振動が継続的に大きな状態となることを回避することができる。しかしながら、その反面、各ラック歯に対する各ピニオン軸の相対的な軸方向位置によっては、二つのラック＆ピニオン機構の歯合状態が、その噛み合い部分に作用する力が共に最大となる状態で一致することになる。加えて、その操舵領域（操舵角範囲）に応じて振動の大きさが変動することにより、車両の搭乗者がその存在に気付きやすくなる可能性がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、全操舵領域に亘って二つのピニオン軸とラック軸との噛み合いにより生ずる振動を低減し、静粛性の高い電動パワーステアリング装置及び車両用操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリング操作により回転する第１ピニオン軸と、モータ駆動により回転する第２ピニオン軸と、前記第１ピニオン軸と歯合する第１ラック歯及び前記第２ピニオン軸と歯合する第２ラック歯を有して軸方向移動可能に設けられたラック軸と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記第１ラック歯及び第２ラック歯は、互いに同一且つ均等のピッチを有して形成され、前記第１ラック歯及び前記第２ラック歯の軸方向における各中心位置間の距離として規定される第１距離と、前記第１ピニオン軸が前記第１ラック歯に歯合する位置と前記第２ピニオン軸が前記第２ラック歯に歯合する位置との間の距離として規定される第２距離との間には相違があり、前記第１ピニオン軸と前記第１ラック歯との間における噛み合いの位相と、前記第２ピニオン軸と前記第２ラック歯との間における噛み合いの位相との間には、前記第１距離と前記第２距離との間の所定の相違に基づくずれがあること、を要旨とする。

即ち、第１ラック歯及び第２ラック歯が互いに同一、且つ均等のピッチを有することで、第１ピニオン軸と第１ラック歯との間の噛み合いの周期及び第２ピニオン軸と第２ラック歯との間の噛み合いの周期が互いに等しくなる。そして、このような場合、その噛み合いにより生ずる振動は、両者の噛み合いの位相が一致する場合に最大化する。

従って、上記構成によれば、各ラック歯と各ピニオン軸との間の噛み合いにより生ずる振動が最大化する状態を回避して、その静粛性を高めることができる。また、これらの各ラック歯及び各ピニオン軸が形成する二つのラック＆ピニオン機構間に設定された上記噛み合いの位相のずれは、各ラック歯に対する各ピニオン軸の相対的な軸方向位置に依らず一定である。その結果、全操舵領域に亘って、二つのピニオン軸とラック軸との噛み合いにより生ずる振動を低減することができる。加えて、その振動の大きさが変動しないことにより、その振動の存在を気付き難くすることができる。

請求項２に記載の発明は、前記第１距離と前記第２距離との間の相違が１／２ピッチの長さであることにより、前記位相のずれが１／２ピッチに設定されていること、を要旨とする。
即ち、ラック歯とピニオン軸との間の「噛み合いの一周期（３６０°）」は、その歯合状態が「ピニオン軸の歯先とラック歯の歯底とが対向する状態」から「ピニオン軸の歯底とラック歯の歯先とが対向する状態」を経て、再び「ピニオン軸の歯先とラック歯の歯底とが対向する状態」に移行するまで、と定義することができる。従って、上記構成によれば、二つの各ラック＆ピニオン機構間における噛み合いの位相のずれを「１／２周期（１８０°）」として、その噛み合いにより生ずる振動を相殺することができる。その結果、より効果的に振動を低減して、その静粛性を高めることができるようになる。

請求項３に記載の発明は、独立に設けられた第１ピニオン軸及び第２ピニオン軸と、前記第１ピニオン軸と歯合する第１ラック歯及び前記第２ピニオン軸と歯合する第２ラック歯を有して軸方向移動可能に設けられたラック軸とを備えた車両用操舵装置において、前記第１ラック歯及び第２ラック歯は、互いに同一且つ均等のピッチを有して形成され、前記第１ラック歯及び前記第２ラック歯の軸方向における各中心位置間の距離として規定される第１距離と、前記第１ピニオン軸が前記第１ラック歯に歯合する位置と前記第２ピニオン軸が前記第２ラック歯に歯合する位置との間の距離として規定される第２距離との間には相違があり、前記第１ピニオン軸と前記第１ラック歯との間における噛み合いの位相と、前記第２ピニオン軸と前記第２ラック歯との間における噛み合いの位相との間には、前記第１距離と前記第２距離との間の相違に基づくずれがあること、を特徴とする車両用操舵装置。

上記構成によれば、全操舵領域に亘って各ピニオン軸と各ラック歯と間の噛み合いにより生ずる振動を低減して、静粛性の高い車両用操舵装置を提供することができる。

本発明によれば、全操舵領域に亘って二つのピニオン軸とラック軸との噛み合いにより生ずる振動を低減し、静粛性の高い電動パワーステアリング装置及び車両用操舵装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成を示す断面図。 二つのラック＆ピニオン機構間に設定されたピニオン軸とラック歯との間の噛み合いの位相のずれを模式的に示す説明図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、略円筒状をなすラックハウジング２に挿通されたラック軸３の両端には、それぞれ、ボールジョイント（ラックエンド）４を介してタイロッド５が連結されている。尚、本実施形態では、各ボールジョイント４の周囲は、伸縮自在に形成されたブーツ６により包囲されている。また、本実施形態のラック軸３には、その軸方向中央部分を挟んで二つのラック歯７（７Ａ，７Ｂ）が形成されている。尚、本実施形態では、これらの各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）は、ラック軸３の周方向において略１８０°ずれた位置、即ち互いに略裏側となる位置に形成されている。そして、ラックハウジング２には、これらの各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）に歯合する二つのピニオン軸８（８Ａ，８Ｂ）が、ラック軸３と交差する態様で回転自在に支承されている。

詳述すると、同図中、左側に配置された第１ピニオン軸８Ａは、図示しないステアリングシャフトに接続されている。また、ラック軸３を挟んで第１ピニオン軸８Ａの反対側（同図中、下側）には、ラック軸３の周面に摺接するサポートヨーク９を弾性部材（コイルバネ）１０によりピニオン軸８側に付勢してなる周知のラックガイド１１が設けられている。そして、ラック軸３は、その第１ラック歯７Ａに上記第１ピニオン軸８Ａが歯合された状態で、このラックガイド１１に押圧されている。

一方、同図中、右側に配置された第２ピニオン軸８Ｂは、駆動源であるモータ１２により回転駆動される。尚、本実施形態では、第２ピニオン軸８Ｂは、図示しないウォーム＆ホイール機構を介してモータ軸と駆動連結されている。また、ラック軸３を挟んで第２ピニオン軸８Ｂの反対側（同図中、上側）には、ラックガイド１３が設けられている。そして、ラック軸３は、その周面に当該ラックガイド１３が摺接した状態で、その第２ラック歯７Ｂに上記第２ピニオン軸８Ｂが歯合されている。

即ち、本実施形態のＥＰＳ１において、ラック軸３は、上記ラックガイド１１，１３により軸方向移動可能に支承されている。また、ステアリング操作に基づく第１ピニオン軸８Ａの回転は、当該第１ピニオン軸８Ａ及び第１ラック歯７Ａが形成する第１のラック＆ピニオン機構１４Ａによってラック軸３の軸方向移動に変換される。そして、そのラック軸３の軸方向移動が上記各タイロッド５を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪の舵角が変更されるようになっている。

また、モータ１２は、ステアリングシャフトに伝達される操舵トルクに応じたモータトルクを発生する。そして、本実施形態のＥＰＳ１は、同モータ１２により駆動された第２ピニオン軸８Ｂの回転を、当該第２ピニオン軸８Ｂ及び第２ラック歯７Ｂが形成する第２のラック＆ピニオン機構１４Ｂによってラック軸３の軸方向移動に変換することにより、そのモータトルクに基づくアシスト力を操舵系に付与する構成になっている。

さらに詳述すると、図２に示すように、本実施形態では、第１ラック歯７Ａ及び第２ラック歯７Ｂは、互いに同一且つ均等のピッチｐを有して形成されている。即ち、本実施形態の各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）において、その軸方向に隣り合う各歯の間隔、つまり各歯先７ａ間（及び各歯底７ｂ間）の距離は、全て等しく「ｐ」に設定されている。加えて、第１のラック＆ピニオン機構１４Ａを形成する第１ピニオン軸８Ａ及び第１ラック歯７Ａ間における噛み合いの位相と、第２のラック＆ピニオン機構１４Ｂを形成する第２ピニオン軸８Ｂ及び第２ラック歯７Ｂ間における噛み合いの位相との間には、所定のずれが設定されている。

具体的には、同図に示すように、第１のラック＆ピニオン機構１４Ａにおいて、その第１ピニオン軸８Ａの歯先８ａが第１ラック歯７Ａの歯底７ｂに対向するとき、第２のラック＆ピニオン機構１４Ｂにおいては、その第２ピニオン軸８Ｂの歯底８ｂが第２ラック歯７Ｂの歯先７ａに対向するように設定されている。

即ち、各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）に対する各ピニオン軸８（８Ａ，８Ｂ）の歯合状態は、当該各ピニオン軸８の回転に応じて、「ピニオン軸８の歯先８ａとラック歯７の歯底７ｂとが対向する状態」から「ピニオン軸８の歯底８ｂとラック歯７の歯先７ａとが対向する状態」を経て、再び「歯先８ａと歯底７ｂとが対向する状態」へと移行する。そして、この一連の移行をもって、ラック歯７及びピニオン軸８間における「噛み合いの一周期（３６０°）」と定義することができる。従って、本実施形態では、上記二つのラック＆ピニオン機構１４（１４Ａ，１４Ｂ）間における噛み合いの位相のずれは「１／２周期（１８０°）」、つまり「ピッチ（ｐ）」に換算して「１／２ピッチ（ｐ／２）」となっている。

より具体的には、図１に示すように、第１ラック歯７Ａの軸方向中心位置Ｐ１と第２ラック歯７Ｂの軸方向中心位置Ｐ２との間の距離Ｌ１は、第１ピニオン軸８Ａが第１ラック歯７Ａに歯合する位置Ｐ３と第２ピニオン軸８Ｂが第２ラック歯７Ｂに歯合する位置Ｐ４との間の距離Ｌ２よりも「１／２ピッチ（ｐ／２）」だけ長くなっている。そして、本実施形態では、この各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）の軸方向中心位置Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｌ１と各ピニオン軸８（８Ａ，８Ｂ）が各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）に歯合する位置Ｐ３，Ｐ４間の距離Ｌ２の相違（Ｌ１＝Ｌ２＋（２／ｐ））によって、上記各ラック＆ピニオン機構１４（１４Ａ，１４Ｂ）間における位相のずれが設定されている。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）即ち、第１ラック歯７Ａ及び第２ラック歯７Ｂが互いに同一且つ均等のピッチｐを有することで、第１ラック歯７Ａと第１ピニオン軸８Ａとの間の噛み合いの周期及び第２ラック歯７Ｂと第２ピニオン軸８Ｂとの間の噛み合いの周期が互いに等しくなる。そして、このような場合、その噛み合いにより生ずる振動は、両者の噛み合いの位相が一致する場合に最大化する。

従って、両者の噛み合いの位相がずらされた上記構成によれば、各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）と各ピニオン軸８（８Ａ，８Ｂ）との間の噛み合いにより生ずる振動が最大化する状態を回避して、その静粛性を高めることができる。また、各ラック＆ピニオン機構１４（１４Ａ，１４Ｂ）間に設定された噛み合いの位相のずれは、各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）に対する各ピニオン軸８（８Ａ，８Ｂ）の相対的な軸方向位置に依らず一定である。その結果、全操舵領域に亘って、各ピニオン軸８（８Ａ，８Ｂ）とラック軸３（各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ））との噛み合いにより生ずる振動を低減することができる。加えて、その振動の大きさが変動しないことにより、その振動の存在を気付き難くすることができる。

（２）更に、各ラック＆ピニオン機構１４（１４Ａ，１４Ｂ）間における噛み合いの位相のずれを「１／２ピッチ（ｐ／２）」、つまり「１／２周期（１８０°）」とすることにより、当該各ラック＆ピニオン機構１４（１４Ａ，１４Ｂ）において、その噛み合いにより生ずる振動が相殺されることになる。その結果、より効果的に振動を低減して、その静粛性を高めることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）は、ラック軸３の周方向において、互いに略１８０°ずれた位置に形成されることとした。しかし、各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）の周方向における位置関係については、これに限るものではない。

・上記実施形態では、各ラック＆ピニオン機構１４（１４Ａ，１４Ｂ）間における噛み合いの位相のずれを「１／２ピッチ（ｐ／２）」、つまり「１／２周期（１８０°）」とした。しかし、その位相のずれの大きさについては、必ずしも、これに限るものではなく、例えば「１／３ピッチ（ｐ／３）」程度等としてもよい。

・上記実施形態では、各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）の軸方向中心位置Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｌ１は、各ピニオン軸８（８Ａ，８Ｂ）が各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）に歯合する位置Ｐ３，Ｐ４間の距離Ｌ２よりも「１／２ピッチ（ｐ／２）」だけ長く設定されることとした（Ｌ１＝Ｌ２＋（２／ｐ））。しかし、これに限らず、これら二つの距離Ｌ１，Ｌ２の相違は、各ラック＆ピニオン機構１４（１４Ａ，１４Ｂ）間における噛み合いの位相のずれに対応して設定すればよい。即ち、例えば、各ラック歯７（７Ａ，７Ｂ）の軸方向中心位置Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｌ１よりも、当該各ピニオン軸８（８Ａ，８Ｂ）がラック歯７（７Ａ，７Ｂ）に歯合する位置Ｐ３，Ｐ４間の距離Ｌ２の方が長くてもよい（例えば、Ｌ１＝Ｌ２−（２／ｐ）等）。

・上記実施形態では、本発明を、ステアリング操作により回転する第１ピニオン軸８Ａ及びモータ駆動により回転する第２ピニオン軸８Ｂを備えるＥＰＳ１に具体化した。しかし、これに限らず、例えば、第１ピニオン軸及び第２ピニオン軸が、ともにモータ駆動により回転する所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に具体化してもよい。

・また、上記実施形態では、二つのピニオン軸８（８Ａ，８Ｂ）を備えるとともに、ラック軸３には、これら各ピニオン軸８（８Ａ，８Ｂ）が独立に歯合する二つのラック歯７（７Ａ，７Ｂ）が形成されることとした。しかし、これに限らず、独立に設けられた複数のピニオン軸を備えるとともに、ラック軸には、これらの各ピニオン軸が独立して歯合する複数のラック歯が形成された構成であれば、そのピニオン軸及びラック軸の数は、３以上であってもよい。そして、この場合、各ラック歯に対して各ピニオン軸が歯合する噛み合いの位相を相互にずらすとよい。

次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を効果とともに記載する。

（ロ）前記各ピニオン軸の少なくとも一つはステアリング操作に基づき回転すること、を特徴とする車両用操舵装置。これにより、静粛性の高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ラックハウジング、３…ラック軸、７…ラック歯、７ａ…歯先、７ｂ…歯底、７Ａ…第１ラック歯、７Ｂ…第２ラック歯、８…ピニオン軸、８ａ…歯先、８ｂ…歯底、８Ａ…第１ピニオン軸、８Ｂ…第２ピニオン軸、１２…モータ、１４…ラック＆ピニオン機構、１４Ａ…第１のラック＆ピニオン機構、１４Ｂ…第２のラック＆ピニオン機構、ｐ…ピッチ、Ｐ１，Ｐ２…軸方向中心位置、Ｐ３，Ｐ４…位置、Ｌ１，Ｌ２…距離。

Claims (3)

1. ステアリング操作により回転する第１ピニオン軸と、モータ駆動により回転する第２ピニオン軸と、前記第１ピニオン軸と歯合する第１ラック歯及び前記第２ピニオン軸と歯合する第２ラック歯を有して軸方向移動可能に設けられたラック軸と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記第１ラック歯及び第２ラック歯は、互いに同一且つ均等のピッチを有して形成され、
   前記第１ラック歯及び前記第２ラック歯の軸方向における各中心位置間の距離として規定される第１距離と、前記第１ピニオン軸が前記第１ラック歯に歯合する位置と前記第２ピニオン軸が前記第２ラック歯に歯合する位置との間の距離として規定される第２距離との間には相違があり、
   前記第１ピニオン軸と前記第１ラック歯との間における噛み合いの位相と、前記第２ピニオン軸と前記第２ラック歯との間における噛み合いの位相との間には、前記第１距離と前記第２距離との間の相違に基づくずれがあること、
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記第１距離と前記第２距離との間の相違が１／２ピッチの長さであることにより、前記位相のずれが１／２ピッチに設定されていること、
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 独立に設けられた第１ピニオン軸及び第２ピニオン軸と、前記第１ピニオン軸と歯合する第１ラック歯及び前記第２ピニオン軸と歯合する第２ラック歯を有して軸方向移動可能に設けられたラック軸とを備えた車両用操舵装置において、
   前記第１ラック歯及び第２ラック歯は、互いに同一且つ均等のピッチを有して形成され、
   前記第１ラック歯及び前記第２ラック歯の軸方向における各中心位置間の距離として規定される第１距離と、前記第１ピニオン軸が前記第１ラック歯に歯合する位置と前記第２ピニオン軸が前記第２ラック歯に歯合する位置との間の距離として規定される第２距離との間には相違があり、
   前記第１ピニオン軸と前記第１ラック歯との間における噛み合いの位相と、前記第２ピニオン軸と前記第２ラック歯との間における噛み合いの位相との間には、前記第１距離と前記第２距離との間の相違に基づくずれがあること、を特徴とする車両用操舵装置。

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