JP7419962B2 - ステアリング装置の製造方法及びステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の転舵輪を転舵させるステアリング装置の製造方法及びステアリング装置に関する。

従来、車両のステアリング装置には、電動モータによって駆動される駆動プーリと、駆動プーリよりも大径の従動プーリとの間に無端ベルトを掛け回し、従動プーリと一体に回転するボールねじナットを転舵軸（ラックシャフト）に対して回転させて転舵軸を進退移動させることにより、車両の転舵輪を転舵させるものがある。

特許文献１には、駆動プーリを収容するハウジングの開口に円筒状のスリーブを取り付け、このスリーブによって案内される組立マンドレルと従動プーリとの間に無端ベルト（歯付きベルト）を巻き回した後、組立マンドレルを駆動プーリ（ピニオン）によって軸方向に押し出すことにより、駆動プーリと無端ベルトとを噛み合わせる組み立て方法が記載されている。

ドイツ公報 ＤＥ １０ ２００７ ０１９ ２５８ Ａ１

特許文献１に記載の組み立て方法では、駆動プーリと無端ベルトとを噛み合わせた後にハウジングの開口を何らかの封止部材によって封止する必要があり、部品点数及び組み付け工数の増大を招来していた。

そこで、本発明は、従動プーリ及び駆動プーリに掛け回された無端ベルトを用いながらも、部品点数及び組み付け工数の増大を抑制することが可能なステアリング装置の製造方法及びステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、車両の転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記転舵軸に複数のボールを介して螺合するボールねじナットと、前記ボールねじナットと一体回転する従動プーリと、電動モータによって回転駆動される駆動プーリと、前記従動プーリ及び前記駆動プーリに掛け回された無端ベルトと、前記ボールねじナットの少なくとも一部を収容する第１ハウジング部材と、前記第１ハウジング部材に対して前記従動プーリ及び前記ボールねじナットを回転可能に支持する軸受と、前記駆動プーリ及び前記無端ベルトを収容すると共に、前記駆動プーリを挿通させることが可能な挿通孔が形成された第２ハウジング部材と、を備えたステアリング装置の製造方法であって、前記従動プーリ及び前記ボールねじナットと前記軸受とを前記第１ハウジング部材に組み付ける第１ステップと、前記第１ハウジング部材に治具を仮保持させ、前記治具と前記従動プーリとの間に前記無端ベルトが掛け回された状態とする第２ステップと、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とを締結する第３ステップと、前記治具を取り外して前記挿通孔から前記第２ハウジング部材の内部に前記駆動プーリを挿入し、前記無端ベルトの内側に前記駆動プーリを配置する第４ステップと、を有し、前記第２ステップにおいて、前記治具は、前記転舵軸と平行な方向に沿って前記第１ハウジング部材と凹凸嵌合して仮保持され、前記第４ステップにおいて、前記治具を前記挿通孔から前記第２ハウジング部材の外部に取り出す、ステアリング装置の製造方法を提供する。

また、本発明は、上記の目的を達成するため、車両の転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記転舵軸に複数のボールを介して螺合するボールねじナットと、前記ボールねじナットと一体回転する従動プーリと、電動モータによって回転駆動される駆動プーリと、前記従動プーリ及び前記駆動プーリに掛け回された無端ベルトと、前記ボールねじナットの少なくとも一部を収容する第１ハウジング部材と、前記第１ハウジング部材に対して前記従動プーリ及び前記ボールねじナットを回転可能に支持する軸受と、前記駆動プーリ及び前記無端ベルトを収容すると共に、前記駆動プーリを挿通させることが可能な挿通孔が形成された第２ハウジング部材と、を備えたステアリング装置であって、前記第１ハウジング部材は、前記挿通孔と対向する表面に、前記従動プーリとの間に前記無端ベルトを掛け回して保持するための治具を仮保持するための第１の保持部を備え、前記治具は前記第１の保持部に係合する第２の保持部を備える、ステアリング装置を提供する。

本発明に係るステアリング装置の製造方法及びステアリング装置によれば、従動プーリ及び駆動プーリに掛け回された無端ベルトを用いながらも、部品点数及び組み付け工数の増大を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るステアリング装置の構成を示す模式図である。 ステアリング装置の操舵補助装置を示す断面図である。 第１ハウジング部材を第２ハウジング部材側から見た構成図である。 第２ハウジング部材を第１ハウジング部材側から見た構成図である。 ステアリング装置の組み立て手順を示す断面図である。 ステアリング装置の組み立て手順を示す断面図である。 ステアリング装置の組み立て手順を示す断面図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

（ステアリング装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るステアリング装置の全体構成を示す模式図である。このステアリング装置１は、車両に搭載され、運転者の操舵操作に応じて転舵輪である左右の前輪を転舵させる。図１では、ステアリング装置を車両の前方から見た状態を示し、図面左側が車両の右側にあたり、図面右側が車両の左側にあたる。なお、図１における符号中の文字「Ｒ」は車両の右側を示し、文字「Ｌ」は車両の左側を示している。

ステアリング装置１は、運転者が操舵操作するステアリングホイール１０が連結されたステアリングシャフト１１と、ステアリングホイール１０の操舵操作によって車幅方向に沿って進退移動する転舵軸としてのラックシャフト２と、第１ハウジング部材３及び第２ハウジング部材４からなるハウジング１２と、ステアリングホイール１０に付与される操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させる操舵補助装置１３とを有している。第１ハウジング部材３と第２ハウジング部材４とは、複数のボルト１２１によってボルト結合されている。

ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０が一端部に固定されたコラムシャフト１１１と、コラムシャフト１１１に自在継手１１２を介して連結されたインターミディエイトシャフト（中間シャフト）１１３と、インターミディエイトシャフト１１３に自在継手１１４を介して連結されたピニオンシャフト１１５とを有している。自在継手１１２，１１４は、例えばカルダンジョイントからなる。

ピニオンシャフト１１５には、その先端部にピニオン歯部１１５ａが形成されており、このピニオン歯部１１５ａにラックシャフト２のラック歯部２ａが噛み合わされている。また、ピニオンシャフト１１５は、ステアリングホイール１０に付与される操舵トルクによって捩じれる可撓性を備えたトーションバー１１５ｂを含んでいる。トーションバー１１５ｂの周囲には、トーションバー１１５ｂの捩じれによって操舵トルクを検出するトルクセンサ１１０が配置されている。

ラックシャフト２には、ラック歯部２ａが形成された側の端部とは反対側の端部の外周面に、外周ボールねじ溝２１が螺旋状に形成されている。ラックシャフト２は、この外周ボールねじ溝２１により、操舵補助装置１３から操舵補助力を受ける。

また、ステアリング装置１は、ハウジング１２から突き出たラックシャフト２の両端部に取り付けられたボールジョイント１４Ｌ，１４Ｒと、ボールジョイント１４Ｌ，１４Ｒによってラックシャフト２に対して揺動可能に連結された左右のタイロッド１５Ｌ，１５Ｒと、ハウジング１２の両端部とタイロッド１５Ｌ，１５Ｒとの間に配置された蛇腹構造を有するベローズ１６Ｌ，１６Ｒとを有している。ラックシャフト２は、車幅方向に沿って移動することで、ボールジョイント１４Ｌ，１４Ｒ及び左右のタイロッド１５Ｌ，１５Ｒを介して左右の前輪を転舵させる。

操舵補助装置１３は、駆動源である電動モータ５１と、電動モータ５１を制御するコントローラ５２とを有している。本実施の形態では、電動モータ５１とコントローラ５２とが一体化されており、ＭＣＵ（Motor Controller Unit）５を構成する。コントローラ５２には、電源線５２１によって車両のバッテリーから電源が供給されると共に、信号線５２２を介してトルクセンサ１１０の検出値を示す信号が入力される。コントローラ５２は、トルクセンサ１１０によって検出される操舵トルクや車速等の情報に基づいて電動モータ５１を制御する。電動モータ５１は、第２ハウジング部材４に設けられたモータ取付フランジ４３に、複数のボルト１２２によって取り付けられている。

図２は、操舵補助装置１３を示す断面図である。図３Ａは、第１ハウジング部材３を第２ハウジング部材４側から見た構成図である。図３Ｂは、第２ハウジング部材４を第１ハウジング部材３側から見た構成図である。以下、ラックシャフト２の中心軸と平行な方向を軸方向という。

操舵補助装置１３は、ラックシャフト２に複数のボール２０を介して螺合するボールねじナット６１と、ボールねじナット６１と一体回転する従動プーリ６２と、電動モータ５１によって回転駆動される駆動プーリ５３と、従動プーリ６２及び駆動プーリ５３に掛け回された無端ベルト７と、第１ハウジング部材３に対してボールねじナット６１及び従動プーリ６２を回転可能に支持する軸受８とを有している。

ボールねじナット６１の内周面には、内周ボールねじ溝６１１が螺旋状に形成されており、この内周ボールねじ溝６１１とラックシャフト２の外周ボールねじ溝２１との間に複数のボール２０が配置されている。ボールねじナット６１には、循環路６１０が形成されており、複数のボール２０が循環路６１０を介して無限循環する。ボールねじナット６１には、従動プーリ６２が複数のボルト６３によって固定されている。従動プーリ６２がボールねじナット６１と共に回転すると、ラックシャフト２が車幅方向に進退移動する。

本実施の形態では、軸受８がＤＡＣ（ダブル・アンギュラ・コンタクト）型の複列玉軸受であり、一対の内輪８１，８１と、外輪８２と、一対の内輪８１，８１と外輪８２との間に配置された複数の球状の転動体８３と、球状の転動体８３を保持する一対の保持器８４，８４とを有している。一対の内輪８１，８１は、ボールねじナット４１に螺合したロックナット６４によってボールねじナット６１の外周に固定されると共に、軸方向の予圧が付与されている。

第１ハウジング部材３は、ラックシャフト２を収容する収容空間３０１を形成する小径筒部３１と、ボールねじナット６１の一部を軸受８と共に収容する収容空間３０２を形成する大径筒部３２と、大径筒部３２から径方向外方に突出した壁部３３と、大径筒部３２から軸方向に突出した第１突部３４と、第２ハウジング部材４との締結のための複数の締結フランジ３５（図３Ａに示す）とを一体に有している。壁部３３は、大径筒部３２の周方向の一部から径方向外方に突出しており、駆動プーリ５３と軸方向に向かい合ってる。第１突部３４は、第２ハウジング部材４側から見た形状が円弧状である。複数の締結フランジ３５には、それぞれボルト１２１（図１に示す）を挿通させるボルト孔３５０が形成されている。

本実施の形態では、従動プーリ６２の全体が第１ハウジング部材３の大径筒部３２から軸方向に露出しており、これによりステアリング装置１の組み立て時において従動プーリ６２に無端ベルト７を掛け回す作業が容易になっている。ただし、従動プーリ６２は、その少なくとも一部が第１ハウジング部材３の外部に露出していればよい。

駆動プーリ５３は、電動モータ５１のモータ軸５１１に固定されている。駆動プーリ５３の外径は、従動プーリ６２の外径よりも小さく形成されており、駆動プーリ５３の回転が無端ベルト７によって減速されて従動プーリ６２に伝達される。無端ベルト７の内面には、駆動プーリ５３及び従動プーリ６２に噛み合う複数の歯７１が設けられている。駆動プーリ５３及びモータ軸５１１の回転軸は、ラックシャフト２の中心軸と平行である。

第２ハウジング部材４は、ラックシャフト２を収容する収容空間４０１を形成する小径筒部４１と、従動プーリ６２を収容する収容空間４０２及び駆動プーリ５３を収容する収容空間４０３を形成する周壁部４２と、電動モータ５１が取り付けられるモータ取付フランジ４３と、モータ取付フランジ４３から第１ハウジング部材４１側に向かって軸方向に突出した第２突部４４と、第１ハウジング部材３との締結のための複数の締結フランジ４５（図３Ｂに示す）とを一体に有している。無端ベルト７は、収容空間４０２，４０３にわたって周壁部４２に収容されている。複数の締結フランジ４５には、それぞれボルト孔４５０が形成されている。

第２突部４４は、第１ハウジング部材３側から見た形状が円弧状であり、従動プーリ６２を収容する収容空間４０２と駆動プーリ５３を収容する収容空間４０３との間に設けられている。また、第２突部４４は、第１ハウジング部材３の大径筒部３２に形成された段差面３２ａとの間に軸受８の外輪８２を挟む内側先端面４４ａと、第１ハウジング部材３の第１突部３４の先端面３４ａに当接する外側先端面４４ｂとを有している。なお、段差面３２ａ及び内側先端面４４ａと外輪８２との間に、第１ハウジング部材３に対する外輪８２の軸方向移動を弾性的に許容する皿ばね等の弾性体を配置してもよい。

モータ取付フランジ４３には、駆動プーリ５３を挿通させることが可能な挿通孔４３０が形成されている。この挿通孔４３０は、第１ハウジング部材３側から見た形状が円形であり、その内径が駆動プーリ５３の外径よりも大きく形成されている。第２ハウジング部材４において駆動プーリ５３を収容する収容空間４０３は、第１ハウジング部材３の壁部３３によって閉塞されている。

壁部３３には、第１ハウジング部材３の内面であって挿通孔４３０と対向する部位の表面３３ａに、後述する治具９を仮保持するための第１の保持部を備えている。本実施の形態では、この第１の保持部が、表面３３ａから軸方向に陥没して形成された凹部３３０である。凹部３３０は、駆動プーリ５３の端面と軸方向に向かい合う位置に形成された止まり穴であり、第１ハウジング部材３の外面にあたる裏面３３ｂまで貫通していない。図３Ａでは、治具９及び無端ベルト７を仮想線（二点鎖線）で図示している。

（ステアリング装置の製造方法）
次に、ステアリング装置１の製造方法について説明する。ステアリング装置１の製造方法は、従動プーリ６２及びボールねじナット６１と軸受８とを第１ハウジング部材３に組み付ける第１ステップと、第１ハウジング部材３に治具９を仮保持させ、治具９と従動プーリ６２との間に無端ベルト７が掛け回された状態とする第２ステップと、第１ハウジング部材３と第２ハウジング部材４とを締結する第３ステップと、治具９を取り外してモータ取付フランジ４３の挿通孔４３０から第２ハウジング部材４の内部に駆動プーリ５３を挿入し、無端ベルト７の内側に駆動プーリ５３を配置する第４ステップと、駆動プーリ５３を従動プーリ６２から離間させて無端ベルト７に張力を付与する第５ステップと、を有している。

図４Ａは、複数のボルト６３によって従動プーリ６２が固定されたボールねじナット６１を第１ハウジング部材３に軸受８を介して組み付けると共に、第１ハウジング部材３の壁部３３に治具９を保持させた状態を示す断面図である。図４Ａの上下方向は、鉛直方向の上下を示している。従動プーリ６２は、その全体が第１ハウジング部材３から上方に突出して配置されている。

治具９は、円柱状の本体部９１と、壁部３３の凹部３３０に嵌合される第２の保持部としての凸部９２とを有しており、本体部９１が壁部３３の表面３３ａに対して垂直となるように仮保持される。すなわち、治具９は、ラックシャフト２と平行な方向に沿って第１ハウジング部材３と凹凸嵌合して仮保持される。

図４Ｂは、治具９と従動プーリ６２との間に無端ベルト７が掛け回された状態を示す断面図である。無端ベルト７は、治具９に掛け回されることにより、図３Ａに示すように、第１ハウジング部材３の大径筒部３２に接することなく支持される。

図４Ｃは、第１ハウジング部材３の上に第２ハウジング部材４を所定の位置関係で組み付けた状態、つまり両方の小径筒部３１，４１の軸芯を一致させ、かつ収容空間４０３を形成する部位同士が嵌合するように組み付けた状態を示す断面図である。この際、無端ベルト７は、治具９に掛け回されているため、第１ハウジング部材３と第２ハウジング部材４との間に無端ベルト７が噛みこむことなく、第１ハウジング部材３と第２ハウジング部材４とをボルト締結することができる。この後、第１ハウジング部材３と第２ハウジング部材４とを複数のボルト１２１（図１に示す）によって締結する。

第４ステップでは、図４Ｃに示す状態とした後、モータ取付フランジ４３の挿通孔４３０から治具９を第２ハウジング部材４の外部に取り出し、挿通孔４３０から第２ハウジング部材４の内部に駆動プーリ５３を挿入し、無端ベルト７の内側に駆動プーリ５３を配置する。この状態では、無端ベルト７に弛みがあり、駆動プーリ５３を容易に無端ベルト７の内側に配置することができる。

駆動プーリ５３は、電動モータ５１のモータ軸５１１に固定された状態で、挿通孔４３０から第２ハウジング部材４の内部に挿入される。この後、電動モータ５１を第２ハウジング部材４のモータ取付フランジ４３に複数のボルト１２２（図１に示す）によって取り付けることで、ステアリング装置１が組み立てられる。モータ取付フランジ４３には、図３Ｂに示すように、第１ボルト挿通孔４３１及び第２ボルト挿通孔４３２が形成されている。第１ボルト挿通孔４３１及び第２ボルト挿通孔４３２は、モータ取付フランジ４３を軸方向に貫通している。

第１ボルト挿通孔４３１は、ボルト１２２の外径に対応する内径を有する円形状の貫通孔である。第２ボルト挿通孔４３２は、第１ボルト挿通孔４３１を中心とする周方向に長い円弧状の貫通孔であり、第１ボルト挿通孔４３１及び第２ボルト挿通孔４３２にそれぞれボルト１２２が挿通された状態で、第１ボルト挿通孔４３を中心として電動モータ５１を揺動させることが可能である。図３Ｂでは、第２ボルト挿通孔４３２に挿通されたボルト１２２が第２ボルト挿通孔４３２の長手方向の一端部に位置する状態と他端部に位置する状態とにおける駆動プーリ５３の輪郭を共に仮想線（二点鎖線）で示している。

電動モータ５１には、複数のボルト１２２がそれぞれ螺合する複数の取付フランジ５１２（図１に示す）が設けられている。本実施の形態では、第１ボルト挿通孔４３１及び第２ボルト挿通孔４３２に対応して二つの取付フランジ５１２が電動モータ５１の軸方向端部における外周面から突出して設けられており、図１ではこのうち一方の取付フランジ５１２を図示している。

電動モータ５１をモータ取付フランジ４３に取り付ける際には、第１ボルト挿通孔４３１及び第２ボルト挿通孔４３２に挿通させたボルト１２２を緩く電動モータ５１の取付フランジ５１１に螺合させた状態で、第１ボルト挿通孔４３を中心として電動モータ５１を揺動させて駆動プーリ５３を従動プーリ６２から離間させ、無端ベルト７に張力を付与する。そして、無端ベルト７に張力を付与した状態でボルト１２２を締め付ける。

これにより、無端ベルト７に張力が付与された状態で、図２に示すように電動モータ５１がモータ取付フランジ４３に固定される。無端ベルト７に張力が付与されていることにより、駆動プーリ５３及び従動プーリ６２の回転時における無端ベルト７の複数の歯７１の歯飛びが抑止される。

（実施の形態の効果）
以上説明した本実施の形態によれば、第１ハウジング部材３と第２ハウジング部材４とを組み付けて締結する際、無端ベルト７が第１ハウジング部材３と第２ハウジング部材４との間に挟まれて、組み付けが容易にできないこと及び無端ベルト７が傷つくことを防ぐことができる。また、例えば特許文献１に記載されたもののように、駆動プーリと無端ベルトとを噛み合わせた後にハウジングの開口を何らかの封止部材によって封止する必要がないため、部品点数及び組み付け工数の増大を抑制することが可能となる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、一部の構成を省略し、あるいは構成を追加もしくは置換して、適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記の実施の形態では、治具９に凸部９２が設けられ、第１ハウジング部材３の壁部３３に凹部３３０が形成された場合について説明したが、治具９に凹部を形成し、壁部３３に設けた凸部をこの凹部に嵌合させてもよい。

１…ステアリング装置 ２…ラックシャフト（転舵軸）
３…第１ハウジング部材 ３３０…凹部（第１の保持部）
３３ａ…表面 ３３ｂ…裏面
４…第２ハウジング部材 ４３…モータ取付フランジ
４３０…挿通孔 ５１…電動モータ
５３…駆動プーリ ６１…ボールねじナット
６２…従動プーリ ７…無端ベルト
８…軸受 ９…治具
９２…凸部（第２の保持部）

Claims (5)

1. 車両の転舵輪を転舵させる転舵軸と、
   前記転舵軸に複数のボールを介して螺合するボールねじナットと、
   前記ボールねじナットと一体回転する従動プーリと、
   電動モータによって回転駆動される駆動プーリと、
   前記従動プーリ及び前記駆動プーリに掛け回された無端ベルトと、
   前記ボールねじナットの少なくとも一部を収容する第１ハウジング部材と、
   前記第１ハウジング部材に対して前記従動プーリ及び前記ボールねじナットを回転可能に支持する軸受と、
   前記駆動プーリ及び前記無端ベルトを収容すると共に、前記駆動プーリを挿通させることが可能な挿通孔が形成された第２ハウジング部材と、
   を備えたステアリング装置の製造方法であって、
   前記従動プーリ及び前記ボールねじナットと前記軸受とを前記第１ハウジング部材に組み付ける第１ステップと、
   前記第１ハウジング部材に治具を仮保持させ、前記治具と前記従動プーリとの間に前記無端ベルトが掛け回された状態とする第２ステップと、
   前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とを締結する第３ステップと、
   前記治具を取り外して前記挿通孔から前記第２ハウジング部材の内部に前記駆動プーリを挿入し、前記無端ベルトの内側に前記駆動プーリを配置する第４ステップと、
   を有し、
   前記第２ステップにおいて、前記治具は、前記転舵軸と平行な方向に沿って前記第１ハウジング部材と凹凸嵌合して仮保持され、
   前記第４ステップにおいて、前記治具を前記挿通孔から前記第２ハウジング部材の外部に取り出す、
   ステアリング装置の製造方法。
2. 前記第２ステップにおいて、前記従動プーリは、その少なくとも一部が前記第１ハウジング部材から軸方向に露出する、
   請求項１に記載のステアリング装置の製造方法。
3. 車両の転舵輪を転舵させる転舵軸と、
   前記転舵軸に複数のボールを介して螺合するボールねじナットと、
   前記ボールねじナットと一体回転する従動プーリと、
   電動モータによって回転駆動される駆動プーリと、
   前記従動プーリ及び前記駆動プーリに掛け回された無端ベルトと、
   前記ボールねじナットの少なくとも一部を収容する第１ハウジング部材と、
   前記第１ハウジング部材に対して前記従動プーリ及び前記ボールねじナットを回転可能に支持する軸受と、
   前記駆動プーリ及び前記無端ベルトを収容すると共に、前記駆動プーリを挿通させることが可能な挿通孔が形成された第２ハウジング部材と、
   を備えたステアリング装置であって、
   前記第１ハウジング部材は、前記挿通孔と対向する表面に、前記従動プーリとの間に前記無端ベルトを掛け回して保持するための治具を仮保持するための第１の保持部を備え、
   前記治具は前記第１の保持部に係合する第２の保持部を備える、
   ステアリング装置。
4. 前記第１の保持部は、前記表面より陥没し、かつ裏面まで貫通していない凹部であり、前記第２の保持部は、前記凹部に嵌合する凸部である、
   請求項３に記載のステアリング装置
5. 前記第２ハウジング部材を組み付ける前の前記第１ハウジング部材から、前記従動プーリの少なくとも一部が露出している、
   請求項３又は４に記載のステアリング装置
   

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