JP2006015856A - 伝達比可変操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステアリングコラムに設けた従来の伝達比可変機構は、スパイラルケーブルが必要となるため、余分のスペースを必要とするとともに、ケーブルの断線等による不具合が発生する恐れがある。
【解決手段】 ステアリングコラム１３に取付けられたハウジング２１に、ハンドル軸１１と出力軸２２を同一軸線上に回転可能に支持し、これらハンドル軸及び出力軸の対向端部に歯数が僅かに異なる第１及び第２サンギヤ４５、４６を形成し、これら第１及び第２サンギヤに噛合う第１及び第２プラネタリギヤ５３，５４をキャリア４７に支持するとともに、キャリアに回転連結されたウォームホイール５７に噛合するウォーム軸５８を、前記ハウジングにハンドル軸及び出力軸の回転軸線に対し直角方向に設置されたモータ４３によって回転するように構成した。これにより、スパイラルケーブルを廃止できるとともに、省スペースの伝達比可変操舵装置１０を得ることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ハンドル軸の回転をステアリング装置を介して操向車輪に伝達する操舵装置、特に遊星歯車機構によってステアリング装置への伝達比を可変にできる伝達比可変操舵装置に関するものである。

ハンドルの切り角が小さいときはステアリング装置への伝達比（ハンドルの回転／出力軸の回転）を小さくしてハンドルの切れをよくし、切り角が大きくなると操作が楽なように伝達比を大きくしたり、また、これとは逆に、ハンドルの切り角が小さいときはステアリング装置への伝達比を大きくしてハンドルの中立安定性をよくしたりすることがあり、さらには、車庫入れ等の際に伝達比をかなり小さくしてハンドルの回し角度を少なくすることがある。これらに対応するために、ステアリング装置への伝達比を可変にした伝達比可変機構が実用に供せられるようになってきている。

ところで、伝達比可変機構をステアリングコラムに設けると、特別な設置スペースを必要とせず、しかもステアリング装置の構造を変更することなく伝達比可変機構の装着を可能にできる利点がある。この種の伝達比可変機構として、特許文献１に記載の技術が知られている。
特開２００３−２３７５９０号公報（段落００１５〜００１７、図２）

特許文献１に記載の技術は、ハンドルの回転に伴い、伝達比可変機構のハウジングに内蔵されたモータ自体をハンドル軸とともに回転せざるをえないため、モータに電気信号を供給しつつモータ自体の回転を許容するためのスパイラルケーブルが必要となる。このために、従来の伝達比可変機構は、余分のスペースを必要とするとともに、ケーブルの断線等による不具合が発生する恐れがある。

本発明は、係る従来の不具合を解消するためになされたもので、スパイラルケーブルを廃止するとともに、モータを、ステアリングコラムに取付けられたハウジングにハンドル軸の軸方向に対し直角に設置して、省スペースの伝達比可変操舵装置を提供せんとするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、ハンドルに作用する操舵力をステアリング装置を介して操向車輪に伝達する操舵装置にして、ステアリングコラムに取付けられたハウジングと、前記ハウジングに回転可能に支持され前記ハンドル側に連結されたハンドル軸と、前記ハウジングに前記ハンドル軸と同一軸線上に回転可能に支持され前記ステアリング装置側に連結された出力軸と、これらハンドル軸及び出力軸の対向端部に形成された歯数が僅かに異なる第１及び第２サンギヤ、前記ハンドル軸及び出力軸の中心軸線回りに回転可能に支承されたキャリア、前記キャリア上に支持され前記第１及び第２サンギヤにそれぞれ噛合する第１及び第２プラネタリギヤからなる遊星歯車機構と、前記ハンドル軸及び出力軸のいずれか一方に回転可能に支持され前記キャリアに回転係合するウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛合するウォーム軸と、前記ハウジングに前記ハンドル軸及び出力軸の回転軸線に対し直角方向に設置され前記ウォームに連結されたモータとによって構成ものである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記ハンドル軸は、前記ハウジングに対して複列の軸受によって支持され、前記出力軸は、前記ハウジングに対して単列の軸受によって支持されるとともに、端部を前記ハンドル軸の端部に相対回転可能に嵌合支持されているものである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、前記出力軸にはハンドル軸に向かって小径部が突出形成され、前記小径部がハンドル軸に設けた軸受穴に軸受を介して嵌合支持されているものである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、モータがステアリングコラムに取付けられたハウジングに設置されているので、従来のようなスパイラルケーブルを不要にでき、省スペースで、不具合の発生しにくい伝達比可変操舵装置を容易に得ることができる効果がある。しかもモータはハンドル軸に対して直角方向に配置されているので、伝達比可変操舵装置のコラム軸方向の長さを短縮でき、ステアリングコラムに衝撃吸収機構を設ける場合でも、その設置を容易にでき、コラム軸全体が短い軽車両にも搭載できる効果がある。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、ハンドル軸が複列の軸受によって支持されているので、サンギヤに横力が働いてもハンドル軸がハウジングに対して傾くことを防止でき、第１及び第２サンギヤと複数の第１及び第２プラネタリギヤの噛合いを均一に確保できる。これにより、ハンドル回転時における操舵トルクの変動を抑え、円滑な操舵感を確保できる効果がある。しかも、出力軸は一端を前記ハンドル軸に支持されているので、ハウジングに対して単列の軸受で支持するだけで、真直度を確保することができる効果がある。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、ハンドル軸と出力軸の嵌合支持部を複列の軸受に近づけることができるので、出力軸の真直度の確保をより確実に行うことができる効果がある。

以下本発明の実施例に係る伝達比可変操舵装置１０を図面に基づいて説明する。

図１、図２において、１１は上端にハンドル１２が取付けられたハンドル軸で、ステアリングコラム１３に回転可能に支承されている。ハンドル軸１１はハンドル１２を取付けたアッパーシャフト１４と、このアッパーシャフト１４の下端部に設けた筒状部１５に相対回転を規制し、且つ所定値以上の軸力が作用したときは軸方向に相対変位可能に嵌合されたロアシャフト１６とで構成されている。従って、車両の衝突時に運転者がハンドル１２に衝突し、ハンドル軸１１に所定値以上の軸方向推力が作用するとアッパーシャフト１４はロアシャフト１６に対して軸方向前方に変位し衝撃エネルギーを吸収することができる。

ステアリングコラム１３は、アッパーシャフト１４を軸受１７を介して回転可能に支持する筒状のアッパーコラム１８と、上端部がアッパーコラム１８の下端部内周面に嵌合する筒状のロアコラム１９とで構成されている。２０はアッパーコラム１８を車体に取付ける上部ブラケットで、衝突時にアッパーコラム１８が衝撃で前方に移動したとき、車体からはずれてアッパーコラム１８及びアッパーシャフト１４の前方への移動を許容するようになっている。

ロアコラム１９の下端には前記伝達比可変操舵装置１０の本体をなすハウジング２１が固定されている。ハウジング２１には図３に図示するように、ロアシャフト１６と出力軸２２の各端部が同一軸線上に回転可能に支承されている。出力軸２２は自在継手２３、中間軸２４、自在継手２５を介してラックピニオン形ステアリング装置２６の入力軸２７に連結され、入力軸２７の回転により車両の操向車輪２８が左右方向に操舵される。

次に前記伝達比可変操舵装置１０の具体的構成を図３に基づいて説明する。伝達比可変操舵装置１０のハウジング２１は、アッパーハウジング３１とロアーハウジング３２からなり、アッパーハウジング３１は前記ステアリングコラム１３のロアコラム１９の下端外周に嵌着され、アッパーハウジング３１にロアーハウジング３２がボルトにより結合されている。アッパーハウジング３１には、ハンドル軸１１のロアシャフト１６が複列の玉軸受３３により回転可能に支持され、また、ロアーハウジング３２には、ステアリング装置２６側に連結された出力軸２２が単列の玉軸受３４によりロアシャフト１６と同軸上に回転可能に支持されている。なお、本願発明で言う「複列の軸受」は、図３に示すように単列の玉軸受３３を複数隣接させて用いるほかに、共通のレースに複数の玉列を設けた複列玉軸受を用いてもよい。

ロアシャフト１６の軸端と出力軸２２の軸端はロアーハウジング３２内において互いに対向配置され、出力軸２２の軸端には小径部３５が突出形成されている。ロアシャフト１６の軸端には軸受穴３６が穿設され、この軸受穴３６に小径部３５がニードル軸受３７を介して回転可能に支承されている。このように、ハンドル軸１１及び出力軸２２の対向する軸端部は半径方向荷重を支承する軸受３７を介して回転軸線Ｏ回りに高い同心性を確保して相互に相対回転可能に嵌合支持されている。

ここで、ハンドル軸１１及び出力軸２２の嵌合支持部と、ハンドル軸１１の軸受支持部（３３）及び出力軸２２の軸受支持部（３４）との各距離は、ハンドル軸１１側の距離が圧倒的に短いため、この距離が短い側のハンドル軸１１を複列の軸受３３で支持することにより、後述するギヤの噛合い抵抗に対する軸の傾きを効果的に抑制することができ、しかも、距離が長い側の出力軸２２は単列の軸受３４で支持することにより、ハンドル軸１１とのアライメント調整が容易で、しかも嵌合支持部との２点支持によって真直度も良好に確保される。

前記ハンドル軸１１のロアシャフト１６の軸端部には、摺動穴３８が軸受穴３６に連続して穿設され、摺動穴３８に摩擦体３９が摺動可能に嵌合され、この摩擦体３９が圧縮スプリング４０のばね力により小径部３５の端面に押圧されている。

ロアーハウジング３２には遊星歯車室４１が形成され、この遊星歯車室４１に遊星歯車機構４２と、キャリア回動機構４４とが前記回転軸線Ｏ上に並列配置されている。キャリア回動機構４４はロアーハウジング３２に設置されたモータ４３にて回転駆動される。ロアシャフト１６及び出力軸２２の対向する軸端部には、遊星歯車機構４２を構成する歯数が僅かに異なる第１及び第２サンギヤ４５，４６がそれぞれ設けられている。ロアシャフト１６及び出力軸２２にはキャリア４７を構成する間隔をおいた一対のプレート４８、４９が遊嵌され、一対のプレート４８、４９は円周上複数個（例えば３個）の連結軸５０によって一体化されている。また、一対のプレート４８、４９の間には連結軸５０の各間に円周上複数個の支承軸５１が配置され、両端をプレート４８，４９に固定支持されている。支承軸５１にはブッシュ５２を介して第１及び第２プラネタリギヤ５３，５４が夫々回転可能に支承されている。第１及び第２プラネタリギヤ５３，５４は一体的に結合され、前記第１及び第２サンギヤ４５，４６に夫々噛合されている。プレート４８，４９、連結軸５０等により第１及び第２プラネタリギヤ５３，５４を支承するキャリア４７が構成されている。なお、第１及び第２サンギヤ４５，４６、第１及び第２プラネタリギヤ５３，５４の歯数は、一例として、２０，２１，２１，２０とした。

前記キャリア回動機構４４は、ロアーハウジング３２に設置したモータ４３の回転力を前記キャリア４７に伝達し、このキャリア４７を回転駆動するように構成されている。すなわち、キャリア回動機構４４は、出力軸２２の外周に軸受５９によって軸方向移動を規制されて回転可能に支承されたウォームホイール５７と、このウォームホイール５７に噛合うウォーム軸５８を有し、ウォーム軸５８は両端を図略の軸受によりロアーハウジング３２に前記回転軸線Ｏと直角な軸線回りに回転可能に支持されている。モータ４３はその出力軸がウォーム軸５８と同軸となるようにロアーハウジング３２に設置され、モータ４３の出力軸にウォーム軸５８が作動的に連結されている。

出力軸２２にはまた、外周にスプライン突起を形成したスプラインスリーブ６１が嵌合されている。スプラインスリーブ６１は前記ウォームホイール５７及びキャリア４７の一方のプレート４８の内周に夫々嵌合され、これらウォームホイール５７及びプレート４８の内周に形成されたスプライン穴に夫々スプライン係合されている。これにより、ウォームホイール５７の回転がスプラインスリーブ６１を介してキャリア４７に伝達される。

このように、モータ４３がステアリングコラム１３（ロアコラム１９）に取付けられたハウジング２１（ロアハウジング３２）に設置されているので、モータ４３の位置はハンドル軸１１の回転とは無関係に（車体に対して）固定され、従来のようなスパイラルケーブルを用いる必要がない。また、キャリア回動機構４４を駆動するモータ４３を、回転軸線Ｏに対して直角方向に配置することにより、モータ４３がステアリングコラム１３の長手方向に突出することがなく、これによって伝達比可変操舵装置１０をステアリングコラム１３に少スペースで装着できるようになり、同装置の組付けにおける制約を少なくしている。

なお、図３中、６３はウォームホイール５７とキャリア４７との間に介挿された皿ばねで、この皿ばね６３のばね力によりキャリア４７が回転軸線Ｏ方向に押圧され、これによってキャリア４７はアッパーハウジング３１の内端面にスラスト軸受６４を介して当接されている。

次に、上記した構成の実施形態の作動について説明する。ハンドル１２が回されると、ハンドル軸１１が回転され、ハンドル軸１１の回転は遊星歯車機構４２を介して出力軸２２に伝達され、さらに出力軸２２よりステアリング装置２６を介して操向車輪２８に伝達され、操向車輪２８が操舵される。

この場合、モータ４３の回転が停止されている状態においては、ウォームホイール５７と一体回転するキャリア４７が固定保持されるため、入力側の第１サンギヤ３４及び出力側の第２サンギヤ３５が回転しても、第１及び第２プラネタリギヤ４０，４１は自転のみし、このため、伝達比は所定の値に維持され、ハンドル軸１１の回転は、ほぼ１：１の関係で出力軸２２に伝えられる。

しかる状態で、電子制御装置によってモータ４３が車両の走行状態に応じた最適な伝達比となるように回転制御されると、モータ４３の回転は、ウォーム軸５８に伝達され、ウォームホイール４７及びキャリア４７を一体回転させる。このキャリア４７の回転速度及び回転方向をハンドルの切り角に応じてモータ４３により制御することにより、ハンドル軸１１の回転に対する出力軸２２の回転の比率、すなわち、ステアリング装置２６への伝達比を車両の走行状態に応じて最適に制御できる。

ところで、ハンドル軸１１が複列の軸受３３によって支持されているので、遊星歯車機構４２の作動に伴い、第１サンギヤ４５に横力が働いてもハンドル軸１１がハウジング２１に対して傾くことを防止できる。また、単列の軸受３４で支持された出力軸２２も、一端を前記ハンドル軸１１の軸端部に支持されているので、単列の軸受で支持しながら真直度を確保することができる。これにより、第１及び第２サンギヤ４５、４６と複数の第１及び第２プラネタリギヤ５３、５４の噛合いを均一に確保できるようになる。

上記した実施の形態においては、出力軸２２が遊星歯車機構４２を介してハンドル軸１１により回転されるとき、ハンドル軸１１側に収納された摩擦体３９が圧縮スプリング４０のばね力により出力軸２２の小径部３５に押圧されているので、ハンドル軸１１と出力軸２２との相対回転に対して抵抗となり、ギヤのバックラッシによる遊びを軽減し、操舵感を向上し、且つハンドル中立時の剛性を向上するように機能する。

また、上記した実施の形態においては、ハンドル軸１１のロアシャフト１６側を複列の軸受３３によって支持し、出力軸２２側を単列の軸受３４によって支持した例について述べたが、これとは逆に、出力軸２２側を複列の軸受によって支持し、ロアシャフト１６側を単列の軸受によって支持するようにしてもよい。この場合、遊星歯車機構４２とキャリア回動機構４４の配置を逆にして、複列の軸受によって支持される出力軸２２とロアシャフト１６との嵌合支持部と、複列の軸受間の距離を短くすることが望ましい。

なお、本発明の伝達比可変操舵装置に適用可能なステアリング装置２６としては、電動式のパワーステアリング装置及び油圧式のパワーステアリング装置の何れでもよく、また、必ずしもパワーステアリング装置に限らず、マニュアルのステアリング装置にも適用できることは勿論である。

本発明の実施形態を示す伝達比可変操舵装置を取付けたハンドルコラム部の外観図。 図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図。 本発明の実施形態に係る伝達比可変操舵装置の具体的構成を示す断面図。

符号の説明

１０…伝達比可変操舵装置、１１…ハンドル軸、１２…ハンドル、１３…ステアリングコラム、２１…ハウジング、２６…ステアリング装置、２８…操向車輪、３３…複列の軸受、３４…単列の軸受、３５…小径部、３６…軸受穴、３７…軸受、４２…遊星歯車機構、４３…モータ、４４…キャリア回動機構、４５、４６…第１及び第２サンギヤ、４７…キャリア、５３，５４…第１及び第２プラネタリギヤ、５７…ウォームホイール、５８…ウォーム軸。

Claims (3)

1. ハンドルに作用する操舵力をステアリング装置を介して操向車輪に伝達する操舵装置にして、ステアリングコラムに取付けられたハウジングと、前記ハウジングに回転可能に支持され前記ハンドル側に連結されたハンドル軸と、前記ハウジングに前記ハンドル軸と同一軸線上に回転可能に支持され前記ステアリング装置側に連結された出力軸と、これらハンドル軸及び出力軸の対向端部に形成された歯数が僅かに異なる第１及び第２サンギヤ、前記ハンドル軸及び出力軸の中心軸線回りに回転可能に支承されたキャリア、前記キャリア上に支持され前記第１及び第２サンギヤにそれぞれ噛合する第１及び第２プラネタリギヤからなる遊星歯車機構と、前記ハンドル軸及び出力軸のいずれか一方に回転可能に支持され前記キャリアに回転係合するウォームホイールと、前記ウォームホイールに噛合するウォーム軸と、前記ハウジングに前記ハンドル軸及び出力軸の回転軸線に対し直角方向に設置され前記ウォームに連結されたモータとによって構成したことを特徴とする伝達比可変操舵装置。
2. 請求項１において、前記ハンドル軸は、前記ハウジングに対して複列の軸受によって支持され、前記出力軸は、前記ハウジングに対して単列の軸受によって支持されるとともに、端部を前記ハンドル軸の端部に相対回転可能に嵌合支持されていることを特徴とする伝達比可変操舵装置。
3. 請求項２において、前記出力軸にはハンドル軸に向かって小径部が突出形成され、前記小径部がハンドル軸に設けた軸受穴に軸受を介して嵌合支持されていることを特徴とする伝達比可変操舵装置。
   

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