JP2005104288A - 車両のステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両のステアリング装置において、構造の簡素化、小型化及びコンパクト化を図ることにある。
【解決手段】 車体フレームにステアリングシャフト１２を回転自在に取付け、このステアリングシャフト１２の下部にステアリングアーム６６を介してタイロッド、ナックルアームを取付け、ナックルアームにそれぞれ車輪を回転自在に取付けた車両において、ステアリングシャフト１２を複数のシャフト（アッパシャフト７１、ミドルシャフト７３及びロアシャフト７５）に分割し、これらの分割したシャフト７１，７３，７５をそれぞれフック式ジョイント（第１フック式ジョイント７２及び第２フック式ジョイント７４）で連結した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両のステアリング装置に関するものである。

従来の車両のステアリング装置として、二分割にしたステアリングシャフトをリンク機構で連結したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１２７９８１公報

特許文献１の図６（ａ），（ｂ）を以下の図１２（ａ），（ｂ）で説明する。なお、符号は振り直した。
図１２（ａ），（ｂ）は従来の車両のステアリング装置を示す要部側面図であり、（ａ）において、ステアリング装置としての前輪操向装置２００は、ヘッドパイプ２０１に回転自在にステアリング軸２０２を取付け、このステアリング軸２０２の下端部に連結部材２０３を取付け、この連結部材２０３にリンク機構２０４を介してステアリングステム２０６を取付けたものであり、ステアリングステム２０６を前輪側に連結する。

リンク機構２０４は、連結部材２０３に上下スイング自在に取付けた上部リンク２０８と、この上部リンク２０８に自在軸継手２１１を介して連結するとともにステアリングステム２０６に上下スイング自在に取付けた下部リンク２１３とからなり、ステアリグ軸２０２の中心を通る軸線Ａ１を、自在軸継手２１１の屈曲部である点Ｂ１と、ステアリングステム２０６の中心を通る軸線Ｃ１との間に配置する。なお、Ｓ１〜Ｓ３は各連結部間の距離である。

（ｂ）は（ａ）に示した前輪操向装置２００の作用を示す模式図であり、（ａ）の矢印ｂの方向から見た図である。
ハンドルを切って車体中心線ＣＬに対して上部リンク２０８を左右に角度αだけスイングさせると、下部リンク２１３は車体中心線ＣＬに対して左右に角度βだけスイングする。即ち、ステアリング軸２０２の回転角度がαであるとき、ステアリングステム２０６の回転角度βは、ステアリング軸２０２の回転角度αより小さくなる。

上記従来の技術では、ステアリング軸２０２の回転角度に対するステアリングステム２０６の回転角度を変化させるために、複数の部品からなるリンク機構２０４及び自在軸継手２１１を用いるのでステアリング装置２００の構造が複雑になり、構造の簡素化が望まれる。また、ステアリング軸２０２とステアリングステム２０６のそれぞれの軸線Ａ１，Ｃ１が一致していないため、回転力を伝えるリンク機構２０４に大きなモーメントが作用するので、リンク機構２０４の剛性を高めるために、例えば、各構成部品の断面積を大きくしなければならず、大型化を招く。しかも、上部リンク２０８は前方に突出し且つ左右に揺動するため、ステアリング装置の周囲に大きなスペースを必要とすることから、車両のスペースを有効に利用できるようにステアリング装置の小型化、コンパクト化も望まれる。

本発明は、車両のステアリング装置において、構造の簡素化、小型化及びコンパクト化を図ることを課題とする。
することにある。

請求項１に係る発明は、車体フレームにステアリングシャフトを回転自在に取付け、このステアリングシャフトの下部にステアリングアームを介してタイロッドを取付け、このタイロッドの先端にナックルアームを取付け、このナックルアームに車輪を回転自在に取付け、ステアリングシャフトの上部に取付けたハンドルを操作することで車輪を操舵する車両のステアリング装置において、ステアリングシャフトを複数のシャフトに分割し、これらの分割したシャフトをそれぞれフック式ジョイントで連結したことを特徴とする。

各フック式ジョイントの入力側ヨークに対して出力側ヨークを傾斜させて、出力側ヨークの軸線方向から見て、入力側ヨークに楕円状の軌跡を描かせ、例えば、入力側ヨークが楕円の長径側から回転を開始した場合には、入力側ヨークの円状の軌跡における回転角度よりも楕円状の軌跡における回転角度を小さくする、というように入力側ヨークの回転角度と出力側ヨークの回転角度とを異ならせ、ハンドルの回転角度よりもステアリングアームの回転角度を小さくする。

入力側ヨーク、出力側ヨーク及びこれらの入力側ヨークと出力側ヨークとを連結する十字軸からなるフック式ジョイントを用いるから、ステアリングシャフトの構造が複雑にならず、また、小型のフック式ジョイントで大きな回転力が伝達可能となる。
更に、フック式ジョイントによってステアリングシャフトに突出部が出来ないため、ステアリング装置の小型化・コンパクト化が図れ、ステアリングシャフトの周囲に大きなスペースを必要としないため、ステアリングシャフト周りのコンパクト化も図れる。

請求項２に係る発明は、ステアリングシャフトを、３分割構造にするとともに、中央のステアリングシャフトの両端に設けたヨークに取付けるそれぞれの軸同士を回転方向で直交させたことを特徴とする。

ステアリングシャフトの両端に設けたヨーク同士の軸を回転方向に直交させ、２個のフック式ジョイントによってハンドルの回転角度に対してステアリングアームの回転角度をより一層小さくする。

請求項３に係る発明は、ステアリングシャフトの軸線を側面視で屈曲させたことを特徴とする。
ステアリングシャフトの軸線を側面視で屈曲させ、各フック式ジョイントの入力側ヨークに対して出力側ヨークを傾斜させて、入力側ヨークの回転角度と出力側ヨークの回転角度とを異ならせ、ハンドルの回転角度よりもステアリングアームの回転角度を小さくする。

請求項４に係る発明は、車両を、ステアリングシャフトをバーハンドルで回転させる鞍乗り型とし、３分割した各シャフトのうちの中央に位置する中間シャフトを他の２本のシャフトよりも水平に近い角度に傾斜させたことを特徴とする。

３分割した各シャフトのうちの中央に位置する中間シャフトを他の２本のシャフトよりも水平に近い角度に傾斜させ、他の２本のシャフトをほぼ鉛直に近い角度に傾斜させるとともにほぼ平行に配置することで、鞍乗り型車両におけるステアリングシャフトの占有するスペースを小さくする。

請求項５に係る発明は、軸線の屈曲角度を変更することで、バーハンドルの操舵角に対するステアリングアームの揺動角を変更可能にしたことを特徴とする。
軸線の屈曲角度を、例えば、大きくして、バーハンドルの操舵角に対するステアリングアームの揺動角をより小さくする。

請求項１に係る発明では、ステアリングシャフトを複数のシャフトに分割し、これらの分割したシャフトをそれぞれフック式ジョイントで連結したので、各フック式ジョイントの入力側ヨークに対して出力側ヨークを傾斜させた場合には、出力軸側ヨークの軸方向から見て、入力側ヨークが楕円状の軌跡を描くため、入力側ヨークの回転角度と出力側ヨークの回転角度とを異ならせることができる。

分割したシャフトをフック式ジョイントで連結するだけであるから、ステアリングシャフトの構造が従来に比べて簡単になり、ステアリングシャフトのコストを低減することができる。

また、フック式ジョイントを使用することで、従来のステアリングシャフトのような突出部が本発明のステアリングシャフトには無くなり、更に、フック式ジョイントの外形を小さくできるから、ステアリング装置の小型化及びコンパクト化を図ることができ、また更に、ステアリングシャフトの周囲に大きなスペースを必要とせず、ステアリングシャフト周りのコンパクト化も図ることができる。

請求項２に係る発明では、ステアリングシャフトを、３分割構造にするとともに、中央のステアリングシャフトの両端に設けたヨークに取付けるそれぞれの軸同士を回転方向で直交させたので、例えば、ステアリングシャフトを２分割構造として１個のフック式ジョイントを用いる場合に比べて、本発明では２個のフック式ジョイントによって、ハンドルの回転角度に対するステアリングアームの回転角度をより一層小さくすることができ、ステアリングレシオを大きくすることができて、ハンドル操作力を軽減することができる。 従って、車両の運転性を向上させることができる。

請求項３に係る発明では、ステアリングシャフトの軸線を側面視で屈曲させたので、各フック式ジョイントの入力側ヨークに対して出力側ヨークを傾斜させ、入力側ヨークの回転角度と出力側ヨークの回転角度とを異ならせることができ、ハンドルの回転角度よりもステアリングアームの回転角度を小さくすることができる。

請求項４に係る発明では、３分割した各シャフトのうちの中央に位置する中間シャフトを他の２本のシャフトよりも水平に近い角度に傾斜させたので、他の２本のシャフトをほぼ鉛直に近い角度に傾斜させるとともにほぼ平行に配置すれば、鞍乗り型車両におけるステアリングシャフトの占有するスペースを小さくすることができ、鞍乗り型車両のコンパクト化及び小型化を図ることができる。

請求項５に係る発明では、軸線の屈曲角度を変更することで、バーハンドルの操舵角に対するステアリングアームの揺動角を変更可能にしたので、軸線の屈曲角度を例えば、大きくすれば、バーハンドルの操舵角に対するステアリングアームの揺動角をより小さくすることができるとともに、バーハンドルの操作力をより小さくすることができ、車両の使い勝手を向上させることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る車両の側面図であり、車両１０は、車体フレーム１１の前部に分割式のステアリングシャフト１２を取付け、このステアリングシャフト１２の上部にハンドル１３を取付けることで、左右の車輪としての前輪１４，１５（手前側の符号１４のみ示す。）を操舵し、車体フレーム１１の後部に支持アーム１７，１８を介して、エンジン２１及びこのエンジン２１の後部に一体的に取付けた変速機２２からなるパワーユニット２３を取付け、このパワーユニット２３の出力軸に後輪２４，２６（手前側の符号２４のみ示す。）を取付け、車体フレーム１１の上部にタンデムシート２７を取付けた二人乗り用四輪車である。

車体フレーム１１は、車両前後方向に延ばした左右のアッパメインフレーム３１，３１（手前側の符号３１のみ示す。）と、これらのアッパメインフレーム３１，３１の下方に配置するとともに車両前後方向に延ばした左右のロアメインフレーム３２，３２（手前側の符号３２のみ示す。）と、これらのロアメインフレーム３２，３２の上部に取付けるとともに前後方向に延ばした左右のロアサブフレーム３３，３３（手前側の符号３３のみ示す。）と、これらのロアサブフレーム３３，３３の中間部から後方斜め上方そしてほぼ後方へ延ばした左右のリヤフレーム３４，３４（手前側の符号３４のみ示す。）と、ロアサブフレーム３３、３３からリヤフレーム３４，３４に延ばしたリヤ第１傾斜フレーム３６，３６（手前側の符号３６のみ示す。）と、これらのリヤ第１傾斜フレーム３６，３６からリヤフレーム３４，３４の後端まで延ばしたリヤ第２傾斜フレーム３７，３７（手前側の符号３７のみ示す。）とからなる。

また、車体フレーム１１は、ロアサブフレーム３３，３３の前部から前方斜め上方に延ばしたフロントフレーム３８，３８（手前側の符号３８のみ示す。）と、ステアリングシャフト１２を支持するためにフロントフレーム３８，３８に取付けたフロント第１傾斜フレーム４１，４１（手前側の符号４１のみ示す。）及びフロント第２傾斜フレーム４２，４２（手前側の符号４２のみ示す。）と、アッパメインフレーム３１，３１及びロアメインフレーム３２，３２のそれぞれの先端に取付けたフレームフロントパイプ４３，４３（手前側の符号４３のみ示す。）とからなる。

ここで、５１，５１（手前側の符号５１のみ示す。）はフロントフェンダ、５２はルーフ、５３はランバーサポート、５４はシートバック、５６，５６（手前側の符号５６のみ示す。）はリヤフェンダ、５７，５７（手前側の符号５７のみ示す。）はフロントクッションユニット、５８，５８（手前側の符号５８のみ示す。）はリヤクッションユニットである。

図２は本発明に係る車両のステアリング装置を示す側面図であり、３分割したステアリングシャフト１２を備えたステアリング装置６０を示す。
ステアリング装置６０は、ステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２の上端部に取付けたハンドル支持部材６１，６１（手前側の符号６１のみ示す。）と、このハンドル支持部材６１に取付けたハンドル１３と、ステアリングシャフト１２を回転自在に支持するために車体フレーム１１（図１参照）に取付けた第１支持部材６２〜第４支持部材６５と、ステアリングシャフト１２の下端に取付けたステアリングアーム６６とを備える。

ステアリングシャフト１２は、ハンドル１３を取付けるアッパシャフト７１と、このアッパシャフト７１の下部に第１フック式ジョイント７２を介して連結したミドルシャフト７３と、このミドルシャフト７３の下部に第２フック式ジョイント７４を介して連結したロアシャフト７５とからなり、アッパシャフト７１の軸線７６と、ミドルシャフト７３の軸線７７とのなす角度をθ１とし、ミドルシャフト７３の軸線７７とロアシャフト７５の軸線７８とのなす角度をθ２としたものである。上記した角度θ１は第１フック式ジョイント７２のジョイント角，θ２は第２フック式ジョイント７４のジョイント角である。

ここで、８１はアッパシャフト７１の上端に取付けた支持プレート、８２，８２（手前側の符号８２のみ示す。）はハンドル支持部材６１，６１を支持プレート８１に取付けるためのナット、８３，８３はハンドル支持部材６１にハンドル１３を取付けるボルト、８４はロアシャフト７５にステアリングアーム６６を取付けるナット、８６はステアリングアーム６６にタイロッド（不図示）を取付けるためのボールジョイントを構成するボールスタッドである。

図３は本発明に係るステアリング装置を構成するフック式ジョイントを示す分解斜視図である。
第１フック式ジョイント７２は、アッパシャフト７１に取付けた入力側ヨーク９１と、十字軸９２と、入力側ヨーク９１に十字軸９２を介して連結するとともにミドルシャフト７３にボルト９３で取付けた出力側ヨーク９４と、入力側ヨーク９１及び十字軸９２のそれぞれの間並びに出力側ヨーク９４及び十字軸９２のそれぞれの間に介在させたニードルベアリング９６・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ。）と、ニードルベアリング９６の端部をシールするシール部材９７・・・とからなる不等速形自在軸継手である。なお、第２フック式ジョイント７４（図１参照）は、第１フック式ジョイント７２と基本構造が同一であり、説明は省略し、各部の符号は第１フック式ジョイント７２のものを使用する。

ここで、９１ａ，９１ａは十字軸９２を取付けるために入力側ヨーク９１に設けた軸取付穴、９４ａ，９４ａは十字軸９２を取付けるために出力側ヨーク９４に設けた軸取付穴、９２ａ，９２ａは軸取付穴９１ａ，９１ａ側に嵌る軸としての入力側軸部、９２ｂ，９２ｂは軸取付穴９４ａ，９４ａ側に嵌る軸としての出力側軸部である。

図４は本発明に係るステアリング装置のミドルシャフト及びフック式ジョイントを示す斜視図であり、ミドルシャフト７３の一端に出力側ヨーク９４を取付け、他端に入力側ヨーク９１を取付けたことを示す。

図５は図４の５矢視図であり、出力側ヨーク９４（太線で示した部分である。）における軸取付穴９４ａ，９４ａのぞれぞれの中心を通る中心線１０１と、入力側ヨーク９１における軸取付穴軸９１ａ，９１ａのそれぞれの中心を通る中心線１０２とのなす角度を９０°としたことを示す。

図３及び図５において、中心線１０１は、十字軸９２の出力側軸部９２ｂ、９２ｂの軸線１０３と一致し、中心線１０２は、十字軸９２の入力側軸部９２ａ、９２ａの軸線１０４に一致する。図３において、アッパシャフト７１の端部に取付けた入力側ヨーク９１は、前輪１４，１５（図１参照）を車両前方に向けたときに、中心線１０２を水平としたものである。

図６は本発明に係るステアリング装置の構成及び作用を示す模式図であり、想像線は車両の直進状態、実線はハンドルを切って前輪を操舵した状態を示す。
ステアリング装置６０は、ステアリングアーム６６と、前輪１４，１５をそれぞれ回転自在に支持するナックルアーム１１１，１１２とにタイロッド１１３，１１４を渡したものである。なお、１１６は車両前後方向に延ばした直線、１１７は直線１１６を通り且つハンドル１３の回転中心となる点、１１８は直線１１６を通り且つステアリングアーム６６の回転中心となる点、１２１，１２２はタイロッド１１３，１１４のスイング軸とするためにステアリングアーム６６に設けたボールジョイント、１２３，１２４はタイロッド１１３，１１４の軸線である。

以上に述べたステアリング装置６０の作用を次に説明する。
図１において、前輪１４，１５（符号１５は不図示）を車両前方に向け、且つハンドル１３を左右に延ばしたときに、図３に示したように、入力側ヨーク９１の中心線１０２を水平とする。この状態を、車両が前方へ直進するときのステアリング装置の直進状態（以下同じ。）とする。

図６において、直進状態からハンドル１３を左又は右に切ったときの、入力軸としてのアッパシャフト７１の回転角度α１と、出力軸としてのミドルシャフト７３（図２参照）の回転角度（これをα２とする。）との関係は以下の［数１］に示したようになる。

このような回転角度α１と回転角度α２との関係を図７に示す。
図７は本発明に係るステアリング装置の作用を示す第１作用図であり、アッパシャフトとミドルシャフトとのそれぞれの回転角度の関係を示すグラフである。グラフの縦軸はミドルシャフトの回転角度、即ち出力軸回転角度α２（単位：°）、横軸はアッパシャフトの回転角度、即ち入力軸回転角度α１（単位：°）を示し、太線は実施例、細線は比較例（入力軸回転角度α１と出力軸回転角度α２とが同一となる線である。）を示す。入力軸回転角度α１がα１＝０（ゼロ）のときが直進状態である。なお、このときのジョイント角はθ１＝４０°とした。

入力軸回転角度α１が正側に増加する（例えばハンドルを右に切る）と、実施例では、入力軸回転角度α１がゼロと９０°とでは比較例と同じ値となるが、入力軸回転角度α１がゼロを超え、且つ９０°を下回る範囲では比較例よりも小さくなる。しかも、入力軸回転角度α１がゼロと９０°との間のほぼ中央で比較例と実施例との差は最も大きくなる。例えば、入力軸回転角度α１が６０°のときに出力軸回転角度α２は５３°となる。

入力軸回転角度α１が負側に増加する（例えばハンドルを左に切る）と、実施例では、入力軸回転角度α１がゼロと−９０°とでは比較例と同じ値となるが、入力軸回転角度α１がゼロを下回り、且つ−９０°を越える範囲では比較例よりも大きくなる。しかも、入力軸回転角度α１がゼロと−９０°との間のほぼ中央で実施例と比較例との差は最も大きくなる。このように、実施例は、グラフの原点に対して点対称な曲線となる。

また、図６において、直進状態からハンドルを左又は右に切ったときの、入力軸としてのアッパシャフトの回転角度α１と、出力軸としてのロアシャフト７５の回転角度α３との関係は以下の［数２］に示したようになる。

このような回転角度α１と回転角度α３との関係を図８に示す。
図８は本発明に係るステアリング装置の作用を示す第２作用図であり、アッパシャフトとロアシャフトとのそれぞれの回転角度の関係を示すグラフである。グラフの縦軸はロアシャフトの回転角度、即ち出力軸回転角度α３（単位：°）、横軸はアッパシャフトの回転角度、即ち入力軸回転角度α１（単位：°）を示し、太線は実施例、細線は比較例（入力軸回転角度α１と出力軸回転角度α３とが同一となる線である。）を示す。入力軸回転角度α１がα１＝０（ゼロ）のときが直進状態である。なお、このときのジョイント角はθ１＝θ２＝４０°とした。

入力軸回転角度α１が正側に増加する（例えばハンドルを右に切る）と、実施例では、入力軸回転角度α１がゼロと９０°とでは比較例と同じ値となるが、入力軸回転角度α１がゼロを超え、且つ９０°を下回る範囲では出力軸回転角度α３は比較例よりも小さくなる。しかも、入力軸回転角度α１がゼロと９０°との間のほぼ中央で比較例と実施例との出力軸回転角度α３の差は最も大きくなる。例えば、入力軸回転角度α１が６０°のときに出力軸回転角度α３は４５．５°となる。

入力軸回転角度α１が負側に増加する（例えばハンドルを左に切る）と、実施例では、入力軸回転角度α１がゼロと−９０°とでは出力軸回転角度α３は比較例と同じ値となるが、入力軸回転角度α１がゼロを下回り、且つ−９０°を越える範囲では出力軸回転角度α３は比較例よりも大きくなる。しかも、入力軸回転角度α１がゼロと−９０°との間のほぼ中央で実施例と比較例との差は最も大きくなる。このように、実施例は、グラフの原点に対して点対称な曲線となる。
従って、図７及び図８において、フック式ジョイントを１個よりも２個にした方が、入力軸回転角度に対する出力軸回転角度をより一層小さくすることができる。

図９は本発明に係るステアリング装置の作用を示す第３作用図であり、図７及び図８に示した入力軸と出力軸とのそれぞれの回転角度の関係から、入力軸の回転角度と入力軸に対する出力軸の回転遅れ角度との関係を求めたものであり、縦軸は出力軸回転遅れ角度（単位：°）、横軸は入力軸回転角度α１（単位：°）を表す。グラフ中の（α１−α２）は図７に示したアッパシャフトの回転角度α１とミドルシャフトの回転角度α２との差、（α１−α３）は図８に示したアッパシャフトの回転角度α１とロアシャフトの回転角度α３との差を表すものである。

出力軸回転遅れ角度、即ち（α１−α２）は、入力軸回転角度α１がゼロから正側に次第に大きくなるにつれてゼロから次第に増加して最大となり、その後、（α１−α２）は次第に減少して入力軸回転角度α１が９０°でゼロとなる。また、入力軸回転角度α１がゼロから負側に次第に大きくなると、原点に対して正側と点対称になるように（α１−α２）は増減する。
出力軸回転遅れ角度、即ち（α１−α３）は、（α１−α２）と同様の傾向で増減し、（α１−α２）に対してほぼ２倍となる。

図６に戻って、ハンドル操作時のステアリング装置の入力側と出力側との作動状態を説明する。
ハンドル１３を、例えば想像線で示す直進状態から実線位置まで矢印Ａで示すように、右に角度α１（図８に示した入力軸回転角度α１である。）だけ切ると、ステアリングアーム６６は直線１１６に対して角度α３（図８に示した出力軸回転角度α３である。）だけ回転し、このステアリングアーム６６の回転に伴って、タイロッド１１３，１１４及びナックル１１１，１１２を介して前輪１４，１５がそれぞれ直進状態から矢印Ｂ，Ｃで示すように操舵される。なお、点１１８と支軸１２１，１２２とを結ぶ線分をそれぞれ１２７，１２８とすると、これらの線分１２７，１２８とタイロッド１１３，１１４の軸線１２３，１２４とのなす角度はトグル角β１，β２である。

このように、ハンドル１３の切れ角である角度α１に対して、ステアリングアーム６６の左右のスイング角である角度α３を小さくする、即ち回転角度の比（ここでは、「ステアリングレシオ」と呼ぶ。）α１／α３を大きくすることで、ハンドル１３の操作力をより軽減することができる。

図１０（ａ），（ｂ）はステアリングシャフトの比較例を示す側面図である。
（ａ）は、ステアリングシャフト２２０をアッパシャフト２２１、ミドルシャフト２２２及びロアシャフト２２３とに３分割し、アッパシャフト２２１とミドルシャフト２２２とをフック式ジョイント２２５で連結し、ミドルシャフト２２２とロアシャフト２２３とをフック式ジョイント２２６で連結したことを示す。なお、θ３はジョイント角である。

フック式ジョイント２２５を構成する出力側ヨーク２２８に取付ける十字軸の一方の軸の軸線２３１と、フック式ジョイント２２６を構成する入力側ヨーク２３２に取付ける十字軸の一方の軸の軸線２３３とは、矢視Ｅでは一致している、即ち、これらの軸線２３１と軸線２３３とは、ミドルシャフト２２２の回転方向になす角度がゼロである。

更に、フック式ジョイント２２５を構成する入力側ヨーク２３５に取付ける十字軸の一方の軸の軸線（図の表裏方向に延びる）を２３６（軸線を点で示す。）とすると、この軸線２３６は、ステアリングシャフト２２０の直進状態では水平である。

従って、ステアリングシャフト２２０のアッパシャフト２２１を直進状態（即ち、この図の状態である。）から時計回り又は反時計回りに回転させると、ミドルシャフト２２２の回転角度は、アッパシャフト２２１の回転角度よりも小さくなり、反対に、ロアシャフト２２３の回転角度は、ミドルシャフト２２２の回転角度よりも大きくなるから、アッパシャフト２２１とロアシャフト２２３のそれぞれの回転角度は等しくなる。即ち、等速性を示す。

（ｂ）は、ステアリングシャフト２４０を、アッパシャフト２４１、ミドルシャフト２４２及びロアシャフト２４３とに３分割し、アッパシャフト２４１とミドルシャフト２４２とをフック式ジョイント２４５で連結し、ミドルシャフト２４２とロアシャフト２４３とをフック式ジョイント２４６で連結したことを示す。なお、θ５，θ６はジョイント角である。

フック式ジョイント２４５を構成する出力側ヨーク２４８に取付ける十字軸の一方の軸の軸線（図の表裏方向に延びる軸線である。）２５１（軸線を点で示す。）と、フック式ジョイント２４６を構成する入力側ヨーク２５２に取付ける十字軸の一方の軸の軸線２５３とは、矢視Ｆでは、ミドルシャフト２４２の回転方向になす角度が９０°である。

更に、フック式ジョイント２４５を構成する入力側ヨーク２５５に取付ける十字軸の一方の軸の軸線を２５６とすると、この軸線２５６は、ステアリングシャフト２４０の直進状態では鉛直な面に含まれる。

従って、ステアリングシャフト２４０のアッパシャフト２４１を直進状態（即ち、この図の状態である。）から時計回り又は反時計回りに回転させると、ミドルシャフト２４２の回転角度は、アッパシャフト２４１の回転角度よりも大きくなり、ロアシャフト２４３の回転角度は、ミドルシャフト２４２の回転角度よりも大きくなるから、アッパシャフト２４１の回転角度に対してロアシャフト２４３の回転角度はより一層大きくなる。

以上の（ａ），（ｂ）に示した３分割構造の比較例に対して、図２に示した本発明のステアリング装置６０では、ミドルシャフト７３のアッパシャフト７１側の端部に出力側ヨーク９４を設け、ミドルシャフト７３のロアシャフト７５側の端部に入力側ヨーク９１を設け、出力側ヨーク９４に取付ける十字軸９２の一方の軸の軸線１０３（図４参照）と、入力側ヨーク９１に取付ける十字軸９２の一方の軸の軸線１０４（図４参照）との回転方向の角度を９０°だけずらし、更に、車両の直進状態では、図３において、アッパシャフト７１の端部に設けた入力側ヨーク９１に取付ける十字軸９２の一方の軸の軸線１０４を水平にしたことで、直進状態からハンドルを左右に切れば、ハンドルの切れ角に対してステアリングアームの揺動角をより一層小さくすることができ、ハンドル操作を軽減することができる。

以上に述べたステアリング装置６０の原理を次に説明する。
図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係るステアリング装置の原理を示す説明図であり、フック式ジョイントの入力側ヨークの回転角度と出力側ヨークの回転角度との差が生じる理由について説明する。
まず、図２において、第１フック式ジョイント７２の入力側ヨーク９１が軸線７６を中心にして回転すると、入力側ヨーク９１は回転運動し、軌跡として円を描く。
このときに、回転運動をする入力側ヨーク９１を、出力側ヨーク９４側の軸線７７方向から見ると、入力側ヨーク９１は軌跡として水平方向に長径を有する楕円を描く。
図１１（ａ）に示した円１３１は、上記の入力側ヨーク９１の円軌跡、図１１（ａ）に示した楕円１３２は、上記の入力側ヨーク９１の楕円軌跡である。

（ｂ）において、軸線７６に直交する線分１３４を前述の円１３１（（ａ）参照）の側面視とすると、この線分１３４を、軸線７７に直交する平面に投影したときに破線の線分１３５が出来る。これは前述の楕円１３２（（ａ）参照）の側面視に相当する。
従って、線分１３４の長さを１とすると、線分１３５の長さはｃｏｓθ１となる。即ち、（ａ）に戻って、円１３１の直径を１とすると、楕円１３２の短径はｃｏｓθ１となる。

例えば、円１３１上に位置するとともに水平軸１３７上に位置する白丸１４１，１４２が矢印で示すように反時計回りに円１３１上を移動して（即ち、入力側ヨークが反時計回りに回転するのに相当する。）、白丸１４１が点１４３に至ると、この点１４３は、この点１４３を通って鉛直軸１４４に沿って下ろした直線１４５と楕円１３２とが交わった点１４６に相当する。このときの円１３１及び楕円１３２の中心である中心点ＣＬと、点１４３及び点１４４とを通る直線をそれぞれ直線１４７、直線１４８とすると、水平軸１３７と直線１４７とのなす角度α１（ここでは、α１は、水平軸１３７からの回転角度とした。）よりも、水平軸１３７と直線１４８とのなす角度α２（ここでは、α２は、水平軸１３７からの回転角度とした。）の方が小さくなる。即ち、入力側ヨークの回転角度α１よりも出力側ヨークの回転角度α２の方が小さくなる。

また、円１３１上に位置するとともに鉛直軸１４４上に位置する白丸１５１，１５２が矢印で示すように時計回りに円１３１上を移動して（即ち、入力側ヨークが時計回りに回転するのに相当する。）、白丸１５１が点１４３に至ると、この点１４３は楕円１３２上の点１４６に相当する。このとき、鉛直軸１４４と直線１４７とのなす角度（α１）（ここでは、（α１）は、鉛直軸１４４からの回転角度とした。）よりも、鉛直軸１４４と直線１４８とのなす角度（α２）（ここでは、（α２）は、鉛直軸１４４からの回転角度とした。）の方が大きくなる。即ち、入力側ヨークの回転角度（α１）よりも出力側ヨークの回転角度（α２）の方が大きくなる。

次に、上記の回転角度α１と回転角度α２との関係を求める。
中心点ＣＬと点１４３（及び点１４６）との水平方向の距離をｘ、中心点ＣＬと点１４３との鉛直方向の距離をｙ１、中心点ＣＬと点１４６との鉛直方向の距離をｙ２とすると、回転角度α１と回転角度α２との関係は、［数３］に示すように求まる。

以上の図２、図３、図６及び図１１で説明したように、本発明は第１に、車体フレーム１１（図１参照）にステアリングシャフト１２を回転自在に取付け、このステアリングシャフト１２の下部にステアリングアーム６６を介してタイロッド１１３，１１４を取付け、これらのタイロッド１１３，１１４の先端にそれぞれナックルアーム１１１，１１２を取付け、これらのナックルアーム１１１，１１２にそれぞれ前輪１４，１５を回転自在に取付け、ステアリングシャフト１２の上部に取付けたハンドル１３を操作することで前輪１４，１５を操舵する車両１０（図１参照）のステアリング装置６０において、ステアリングシャフト１２を複数のシャフト（アッパシャフト７１、ミドルシャフト７３及びロアシャフト７５）に分割し、これらの分割したシャフト７１，７３，７５をそれぞれフック式ジョイント（第１フック式ジョイント７２及び第２フック式ジョイント７４）で連結したことを特徴とする。

ステアリングシャフト１２を複数のシャフト７１，７２，７５に分割し、これらの分割したシャフト７１，７３，７５をそれぞれフック式ジョイント７２，７４で連結したので、各フック式ジョイント７２，７４の入力側ヨーク９１に対して出力側ヨーク９４をジョイント角θ１，θ２だけ傾斜させた場合には、出力側ヨーク９４の軸線７７方向から見て、入力側ヨーク９１に楕円状の軌跡、即ち楕円１３２を描かせ、例えば、入力側ヨーク９１が楕円１３２の長径側から回転を開始した場合には、入力側ヨーク９１の円状の軌跡、即ち円１３１における回転角度α１よりも楕円１３２における回転角度α２を小さくする、というように入力側ヨーク９１の回転角度α１（又は回転角度α２）と出力側ヨーク９４の回転角度α２（又は回転角度α３）とを異ならせることができる。

分割したシャフト７１，７３，７５をフック式ジョイント７２，７４で連結するだけであるから、ステアリングシャフト１２の構造が従来に比べて簡単になり、ステアリングシャフト１２のコストを低減することができる。

また、フック式ジョイント７２，７４を使用することで、従来のステアリングシャフトのような突出部が本発明のステアリングシャフト１２には無くなり、更に、フック式ジョイント７２，７４の外形を小さくできるから、ステアリング装置６０の小型化及びコンパクト化を図ることができ、また更に、ステアリングシャフト１２の周囲に大きなスペースを必要とせず、ステアリングシャフト１２の周囲の部品をステアリングシャフト１２により近接させて配置することができ、ステアリングシャフト１２周りのコンパクト化をも図ることができる。

本発明は第２に、ステアリングシャフト１２を、３分割構造にするとともに、中央のミドルシャフト７３の両端に設けた出力側ヨーク９４及び入力側ヨーク９１に取付けるそれぞれの軸（出力側軸部９２ｂ、９２ｂ及び入力側軸部９２ａ、９２ａ）同士を回転方向で直交させたことを特徴とする。

ステアリングシャフト１２を、３分割構造にするとともに、中央のミドルシャフト７３の両端に設けたヨーク９４，９１に取付けるそれぞれの軸９２ｂ、９２ａ同士を回転方向で直交させたので、例えば、ステアリングシャフトを２分割構造として１個のフック式ジョイントを用いる場合に比べて、本発明では２個のフック式ジョイント７２，７４によって、ハンドル１３の回転角度α１に対するステアリングアーム６６の回転角度α３をより一層小さくすることができ、ステアリングレシオを大きくすることができて、ハンドル操作力を軽減することができる。従って、車両１０の運転性を向上させることができる。

本発明は第３に、ステアリングシャフト１２を、その軸線７６〜７８を側面視で屈曲させたことを特徴とする。
ステアリングシャフト１２の軸線７６〜７８を側面視で屈曲させたので、各フック式ジョイント７２，７４の入力側ヨーク９１に対して出力側ヨーク９４を傾斜させ、入力側ヨーク９１の回転角度α１と出力側ヨーク９４の回転角度α２（及び入力側ヨーク９１の回転角度α２と出力側ヨーク９４の回転角度α３）とを異ならせることができ、ハンドル１３の回転角度α１よりもステアリングアームα３の回転角度を小さくすることができる。

本発明は第４に、車両１０（図１参照）を、ステアリングシャフト１２をバー状のハンドル１３で回転させる鞍乗り型とし、３分割した各シャフト７１，７３，７５のうちの中央に位置するミドルシャフト７３を他の２本のシャフト７１，７５よりも水平に近い角度に傾斜させたことを特徴とする。

３分割した各シャフト７１，７３，７５のうちの中央に位置するミドルシャフト７３を他の２本のシャフト７１，７５よりも水平に近い角度に傾斜させたので、他の２本のシャフト７１，７５をほぼ鉛直に近い角度に傾斜させるとともにほぼ平行に配置すれば、鞍乗り型車両１０におけるステアリングシャフト１２の占有するスペースを小さくすることができ、鞍乗り型車両１０のコンパクト化及び小型化を図ることができる。

本発明は第５に、軸線７６〜７８の屈曲角度θ１，θ２を変更することで、ハンドル１３の操舵角α１に対するステアリングアーム６６の揺動角α３を変更可能にしたことを特徴とする。

軸線７６〜７８の屈曲角度θ１，θ２を変更することで、ハンドル１３の操舵角α１に対するステアリングアーム６６の揺動角α３を変更可能にしたので、軸線７６〜７８の屈曲角度θ１，θ２を例えば、大きくすれば、ハンドル１３の操舵角α１に対するステアリングアーム６６の揺動角α３をより小さくすることができるとともに、ハンドル１３の操作力をより小さくすることができ、車両１０の使い勝手を向上させることができる。

尚、本発明の実施形態では、図２に示したように、ステアリングシャフトを３分割構造としてフック式ジョイントを２個設けたが、これに限らず、ステアリングシャフトの分割数、フック式ジョイントの個数を更に増やしてもよい。

また、本発明のステアリング装置を四輪車に採用したが、これに限らず、前輪１輪、後輪２輪の三輪車、又は前輪２輪、後輪１輪の三輪車に採用してもよい。更に、後輪を操舵する車両に採用してもよい。

また更に、本実施形態では、ステアリングシャフトにおけるアッパシャフトとミドルシャフトの屈曲の方向及びミドルシャフトとロアシャフトの屈曲の方向を逆としたが、これに限らず、同一方向に屈曲させてもよい。

本発明の車両のステアリング装置は、三輪車及び四輪車に好適である。

本発明に係る車両の側面図である。 本発明に係る車両のステアリング装置を示す側面図である。 本発明に係るステアリング装置を構成するフック式ジョイントを示す分解斜視図である。 本発明に係るステアリング装置のミドルシャフト及びフック式ジョイントを示す斜視図である。 図４の５矢視図である。 本発明に係るステアリング装置の構成及び作用を示す模式図である。 本発明に係るステアリング装置の作用を示す第１作用図である。 本発明に係るステアリング装置の作用を示す第２作用図である。 本発明に係るステアリング装置の作用を示す第３作用図である。 ステアリングシャフトの比較例を示す側面図である。 本発明に係るステアリング装置の原理を示す説明図である。 従来の車両のステアリング装置を示す要部側面図である。

符号の説明

１０…車両、１１…車体フレーム、１２…ステアリングシャフト、１３…ハンドル、１４，１５…車輪（前輪）、６０…ステアリング装置、６６…ステアリングアーム、７１，７３，７５…シャフト（アッパシャフト、ミドルシャフト、ロアシャフト）、７２，７４…フック式ジョント（第１フック式ジョイント、第２フック式ジョイント）、７６，７７，７８…軸線、９１…入力側ヨーク、９２ａ，９２ｂ…軸（入力側軸部、出力側軸部）、９４…出力側ヨーク、１１１，１１２…ナックルアーム、１１３，１１４…タイロッド、α１…バーハンドルの操舵角（回転角度）、α３…ステアリングアームの揺動角（回転角度）、θ１，θ２…屈曲角度（ジョイント角）。

Claims (5)

1. 車体フレームにステアリングシャフトを回転自在に取付け、このステアリングシャフトの下部にステアリングアームを介してタイロッドを取付け、このタイロッドの先端にナックルアームを取付け、このナックルアームに車輪を回転自在に取付け、前記ステアリングシャフトの上部に取付けたハンドルを操作することで車輪を操舵する車両のステアリング装置において、
   前記ステアリングシャフトを複数のシャフトに分割し、これらの分割したシャフトをそれぞれフック式ジョイントで連結したことを特徴とする車両のステアリング装置。
2. 前記ステアリングシャフトは、３分割構造にするとともに、中央のステアリングシャフトの両端に設けたヨークに取付けるそれぞれの軸同士を回転方向で直交させたことを特徴とする車両のステアリング装置。
3. 前記ステアリングシャフトは、その軸線を側面視で屈曲させたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両のステアリング装置。
4. 前記車両は、前記ステアリングシャフトをバーハンドルで回転させる鞍乗り型であり、前記３分割した各シャフトのうちの中央に位置する中間シャフトを他の２本のシャフトよりも水平に近い角度に傾斜させたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の車両のステアリング装置。
5. 前記軸線の屈曲角度を変更することで、バーハンドルの操舵角に対するステアリングアームの揺動角を変更可能にしたことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の車両のステアリング装置。

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