JP2006044534A - 伝達比可変機構を備えたステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝達比可変機構に設けられたモータのモータシャフトの振動を抑制し、静粛性の高い伝達比可変機構を備えたステアリング装置を提供する。
【解決手段】 ステアリングホイールの回転が入力軸に伝達されると、入力軸に支承された出力シャフトを介してステアリングギヤに回転が伝達され転蛇輪に転蛇角が付与される。モータが起動されると、モータシャフトの回転は減速機構の入力部材に伝達され、減速機構により減速されて出力シャフトに伝達され、出力シャフトが入力軸に対して相対回転され、ステアリングホイールの操舵角に対する転舵輪の転舵角の比が変化する。モータシャフトには制振部材が接触して装着されているので、モータ作動時のモータシャフトの振動は制振部材により減衰され、伝達比可変機構の静粛性が向上する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステアリングハンドルの操舵角に対する転舵輪の転舵角の比を可変制御する伝達比可変機構を備えたステアリング装置に関するものである。

ステアリングホイールの操舵角に対する転舵輪の転舵角の比を変化させる伝達比可変機構を備えたステアリング装置は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１において伝達比可変機構は、ステアリングホイールの回転が伝達される入力軸と、該入力軸に回転可能に支承され転蛇輪に転蛇角を付与するステアリングギヤに回転を伝達する出力シャフトと、入力軸内に固定されたモータと、モータシャフトと出力シャフトとの間に設けられモータシャフトの回転を減速して出力シャフトに伝達する波動歯車機構とを備え、モータシャフトと波動歯車機構の入力部材であるカムとの間にはモータシャフトの振動を吸収するために弾性体からなる緩衝部材が設けられている。
特開２００４−９９８２号公報（第５〜７頁、図１，２）

伝達比可変機構は車室内に配置されるので、高い静粛性が要求される。ところが、従来の伝達比可変機構では、伝達比を変えるためにモータを起動してモータシャフトを回転させると、モータシャフトの振動が軸受等を介して入力軸に伝わり、入力軸、ステアリングシャフトを支承するブラケット等で共振して車室内に大きな音を発生し、或いはモータシャフトの振動が放射音として車室に伝播する不具合があった。

本発明は、上記した従来の問題点を解決するためになされたもので、伝達比可変機構に設けられたモータのモータシャフトの振動を抑制し、静粛性の高い伝達比可変機構を備えたステアリング装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、ステアリングホイールの操舵角に対する転舵輪の転舵角の比を変化させる伝達比可変機構を備えたステアリング装置にして、前記伝達比可変機構は、ステアリングホイールの回転が伝達される入力軸と、該入力軸に回転可能に支承され転蛇輪に転蛇角を付与するステアリングギヤに回転を伝達する出力シャフトと、前記入力軸内に固定されたモータと、前記モータのモータシャフトと前記出力シャフトとの間に設けられ前記モータシャフトの回転を減速して前記出力シャフトに伝達する減速機構とを備え、前記モータシャフトに制振部材が接触して装着されたことである。

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、前記モータシャフトに装着穴が回転バランスをとって軸線方向に穿設され、該装着穴に前記制振部材が接触して嵌着されたことである。

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、前記制振部材は、前記装着穴に嵌着された弾性樹脂もしくはゴム製の環状体、前記装着穴に嵌着された弾性樹脂もしくはゴム製の環状体の中に錘を埋め込んだマスダンパ、または前記装着穴に充填された弾性樹脂、ゴムまたはゲル状部材の充填物であることである。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、ステアリングホイールに回転連結されたステアリングシャフトが前記入力軸に相対回転を規制して嵌合され、前記ステアリングシャフトと前記入力軸との嵌合部は、所定値以上の軸力が作用すると、前記ステアリングシャフトが前記入力軸に対し軸線方向に相対移動して入力軸内に陥入する衝突緩衝部をなし、前記ステアリングシャフトが前記入力軸内に陥入したとき、前記ステアリングシャフトの先端部が入り込めるように前記モータシャフトの後端部に穿設された穴が前記装着穴とされ、前記制振部材は、前記装着穴に嵌着された弾性樹脂もしくはゴム製の環状体、または前記装着穴に充填されたゲル状部材の充填物であることである。

請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記減速機が波動歯車機構であり、前記モータシャフト、前記波動歯車機構、および出力部材が共通軸線上に配置されていることである。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、ステアリングホイールの回転が入力軸に伝達されると、入力軸に支承された出力シャフトを介してステアリングギヤに回転が伝達され転蛇輪に転蛇角が付与される。モータが起動されると、モータシャフトの回転は減速機構の入力部材に伝達され、減速機構により減速されて出力シャフトに伝達され、出力シャフトが入力軸に対して相対回転され、ステアリングホイールの操舵角に対する転舵輪の転舵角の比が変化する。そして、モータシャフトには制振部材が接触して装着されているので、モータ作動時のモータシャフトの振動は制振部材により減衰され、伝達比可変機構の静粛性が向上する。

上記のように構成した請求項２に係る発明によれば、モータシャフトに回転バランスをとって軸線方向に穿設された装着穴に制振部材を接触して装着したので、簡単、かつコンパクトな構成で請求項１に係る発明と同じ効果を奏することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明によれば、モータシャフトに穿設された装着穴に、弾性樹脂もしくはゴム製の環状体、弾性樹脂もしくはゴム製の環状体の中に錘を埋め込んだマスダンパを嵌着し、または弾性樹脂、ゴムまたはゲル状部材の充填物を充填したので、簡単かつ低コストの構成で請求項１に係る発明と同じ効果を奏することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明によれば、衝突緩衝のためにステアリングシャフトが入力軸内に陥入したとき、ステアリングシャフトの先端部が入り込めるようにモータシャフトの後端部に穿設した穴を装着穴に兼用して、弾性樹脂もしくはゴム製の環状体を嵌着し、またはゲル状部材の充填物を充填したので、装着穴を別途穿設することなく、モータシャフトの振動を簡単な構成で安価に減衰することができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明によれば、減速機を波動歯車機構とし、モータシャフト、波動歯車機構、および出力部材を共通軸線上に配置したので、伝達比可変機構を簡単かつコンパクトな構成にすることができるとともに、請求項１に係る発明の効果を奏することができる。

以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１，２において、ステアリングホイール１０が取付けられたアッパーステアリングシャフト１１は伝達比可変機構１２のステアリングシャフト１３にゴムカップリング１４を介して接続されている。伝達比可変機構１２の出力シャフト１５はロアーステアリングシャフト１６を介してステアリングギヤであるラックアンドピニオン機構１７のピニオン軸に連結され回転を伝達する。ラックアンドピニオン機構１７のラックシャフト１８の両端にはそれぞれタイロッド１９の一端が接続され、各タイロッド１９の他端はナックルアームを介して転舵輪２０に接続されている。

アッパーステアリングシャフト１１にはステアリングホイール１０の操舵角を検出する操舵角センサ２１が設けられ、ロアーステアリングシャフト１６には転蛇輪２０の転蛇角を検出する転蛇角センサ２２が設けられている。これらステアリングホイール１０の操舵角および転舵輪１９の転舵角は電子制御装置２３に入力される。電子制御装置２３には車両速度を検出する車速センサ２４から出力される車両速度も入力される。電子制御装置２３は、これら操舵角、転舵角ならびに車両速度等に基づいて、伝達比可変機構１２を制御するための制御信号を出力するようになっている。

伝達比可変機構１２は、段付き円筒部２５ａ、中間円筒部２５ｂおよび底プレート部２５ｃを一体的に連結して構成された入力軸２５を備え、段付き円筒部２５ａの上方に突出した小径円筒部２５ｄにステアリングシャフト１３が共通軸線Ｃ上でスプライン嵌合されている。入力軸２５の底プレート部２５ｃには出力シャフト１５がフランジ部１５ａをスラスト軸受２６で回転可能に支承され、中間円筒部２５ｂ内にはフランジ部１５ａ、減速機構２８およびモータ２９（ＤＣブラシレスモータ）が共通軸線Ｃ上に順次収容されている。出力シャフト１５の軸部１５ｂはダストシール２７を貫通して入力軸２５の外部に突出している。減速機構２８は、一例として、波動歯車機構からなり、中間円筒部２５ｂにステータギヤ３０が圧入結合され、フランジ部１５ａに回転連結されたドリブンギヤ３１が回転可能に収容されている。

ステータギヤ３０およびドリブンギヤ３１内周面には、それぞれ異なる歯数（ドリブンギヤ３１の歯数<ステータギヤ３０の歯数）のギヤが形成されている。ステータギヤ３０およびドリブンギヤ３１の内側には、それぞれのギヤに同時に噛合するフレキシブルギヤ３２が設けられている。すなわち、フレキシブルギヤ３２の外側に形成された歯（歯数は、ステータギヤ３０の歯数と同じ）に、ステータギヤ３０およびドリブンギヤ３１の内側に形成された歯が噛合している。フレキシブルギヤ３２の内側は、波動発生装置３３の外輪上に嵌合されている。波動発生装置３３は、波動歯車機構２８の入力部材である楕円状のカム４８の外周に軸受４９の内輪が嵌着され、複数のボールにより回転可能に支持されたフレキシブルな外輪がフレキシブルギヤ３２の内側に嵌合されている。

中間円筒部２５ｂには、モータ２９のケース３４が嵌合されている。モータ２９は、モータシャフト３５を有し、モータシャフト３５は先端をケース３４に、中央部を中間プレート３６に軸受３７，３８により回転可能に支持されている。段付き円筒部２５ａおよび中間円筒部２５ｂは、ケース３４のフランジと中間プレート３６の外縁とを挟持した状態でカシメにより結合されている。出力シャフト１５を支承した底プレート部２５ｃは、波動歯車機構２８等を収容した中間円筒部２５ｂに螺着されカシメにより固定されている。

モータシャフト３５の後端部には、装着穴３９が回転バランスをとって軸線方向に穿設され、装着穴３９には制振部材４０が接触して装着されている。図２においては、弾性樹脂もしくはゴム製の環状体４１が制振部材４０として装着穴３９に嵌着されている。図３の例では、弾性樹脂、ゴムまたはゲル状部材製の充填物４２が装着穴３９に充填されている。また、図４の例では、弾性樹脂もしくはゴム製の環状体４３の中に錘４４を埋め込んだマスダンパ４５が装着穴３９に嵌着されている。また、モータシャフト３５の先端には係合部材４６が一体的に取付けられ、係合部材４６がゴム等の弾性体で形成された緩衝部材４７を介して波動歯車機構２８のカム４８に回転連結されている。

５０は段付き円筒部２５ａの大径部内に配設されたロック機構で、電源オフ時やシステム失陥時に、モータシャフト３５を入力軸２５に対して固定（ロック）し、ステアリングホイール１０の回転を転舵輪２０に伝達するものである。モータシャフト３５の後端に嵌着されたロックギヤ５１に段付き円筒部２５ａに揺動可能に支承されたロックバーの係合爪を係脱させてロック状態、アンロック状態とするが、ロック機構５０は既に公知の技術であるので、詳細な説明は省略する。

５２はスパイラルケーブル装置で、外側筒体５３が図略の車体に保持され、内側収納体５４が段付き円筒部２５ａの小径円筒部２５ｄの外周に嵌着されている。外側筒体５３と内側収納体５４の間に巻装されたフレキシブルフラットケーブル５５は、一端が内側収納体５４に固定されて内側収納体５４の周囲に巻回され、他端が外側筒体５３に固定されている。内側収納体５４側でフレキシブルフラットケーブル５５に接続され入力軸２５内に導入されたリード線はモータ２９のステータコイル等に接続され、外側筒体５３側でフレキシブルフラットケーブル５５に接続されたリード線は電子制御装置２３、バッテリ等に接続されている。

次に、上記した構成の伝達比可変機構を備えたステアリング装置の作動を説明する。ロック機構５０がアンロックされている状態において、運転手がステアリングホイール１０を操舵すると、ステアリングホイール１０の操舵角が舵角センサ２１によって検出される。電子制御装置２３は、舵角センサ２１および転蛇角センサ２２からの操舵角および転蛇角を入力するとともに、車速センサ２４より車両速度を入力する。そして、電子制御装置２３は車両速度および操舵角等に基づき目標転舵角の演算を行う。この目標転舵角と転蛇角センサ２２により検出され電子制御装置２３にフィードバックされた転舵輪２０の転蛇角との差に基づいて、モータ２９を制御する制御信号が電子制御装置２３より出力される。

電子制御装置２３より出力された制御信号は、伝達比可変機構１２のモータ２９に送られ、この制御信号に基づいてモータ２９が作動され、モータシャフト３５が回転される。モータシャフト３５が回転すると、波動発生装置３３のカム４８が緩衝部材４７を介して回転される。この際、フレキシブルギヤ３２は楕円状に変形した状態でカム４８の長軸の両端部分では、ステータギヤ３０、ドリブンギヤ３１と噛合し、短軸の両端部分ではステータギヤ３０、ドリブンギヤ３１から離れた状態になっている。この状態で波動発生装置３３のカム４８が回転されると、ドリブンギヤ３１の歯数がステータギヤ３０の歯数より少ないため、波動発生装置３３が１回転した際、ドリブンギヤ３１は、入力軸２５に対して波動発生装置３３の回転方向と同方向に波動歯車機構２８の減速比だけ減速して回転される。減速比はステータギヤ３０とドリブンギヤ３１の歯数差をドリブンギヤ３１の歯数で除した値である。モータ２９が作動され、モータシャフト３５が回転されて振動しても、モータシャフト３５の装着穴３９に弾性樹脂もしくはゴム製の環状体４１が嵌着されているので、モータシャフト３５の振動が減衰され、室内に伝播されるモータシャフト３５からの伝達音、放射音が低減し、伝達比可変機構１２の静粛性が向上する。装着穴３９に弾性樹脂、ゴムまたはゲル状部材の充填物４２が充填された場合も、伝達比可変機構１２の静粛性が向上する。装着穴３９にマスダンパ４５が嵌着された場合、伝達比可変機構１２の静粛性はさらに向上する。

ドリブンギヤ３１により出力シャフト１５が回転され、出力シャフト１５の回転がロアーステアリングシャフト１６を介してラックアンドピニオン機構１７のピニオン軸に伝達され、ラックシャフト１８を軸動させタイロッド１９を介して転蛇輪２０を転蛇させる。これにより、モータシャフト３５の回転に応じてステアリングホイール１０の操舵角と転舵輪１９の転舵角との比を変化させることができる。

次に、第２の実施形態を、第１の実施形態と相違する点のみについて図５に基づいて説明する。ステアリングホイール１０に回転連結されたステアリングシャフト６０は、第１の実施形態のステアリングシャフト１３より長く形成され、入力軸２５の段付き円筒部２５ａの上方に突出した小径円筒部２５ｄに、先端部が共通軸線Ｃ上でリーフスプリング結合されている。このリーフスプリング結合により、ステアリングシャフト６０と入力軸２５との嵌合部は、相対回転を規制されるとともに、ステアリングシャフト６０と入力軸２５との間に所定値以上の軸力が作用すると、ステアリングシャフト６０が入力軸２５に対し軸線方向に相対移動して入力軸２５内に陥入する衝突緩衝部６１をなしている。ステアリングシャフト６０の先端と対向するモータシャフト３５の後端部には、所定値以上の軸力が作用してステアリングシャフト６０が入力軸２５内に陥入したとき、ステアリングシャフト６０の先端部が入り込めるように穴６２が穿設されている。この穴６２が装着穴３９としても使用され、弾性樹脂もしくはゴム製の環状体４１が嵌着され、またはゲル状部材の充填物４２が充填される。所定値以上の軸力が作用してステアリングシャフト６０が入力軸２５内に陥入するとき、ステアリングシャフト６０の先端部は環状体４１の中心穴に侵入し、或いはゲル状の充填物４２を押出して穴６２に入り込む。

上記の実施の形態においては、伝達比可変機構１２の減速機構２８を波動歯車機構としたが、減速機構２８はこれに限定されるものではなく、例えば、サンギヤ、インターナルギヤ、およびプラネタリギヤ等からなる遊星歯車機構であってもよい。

本発明の実施の形態を示す伝達比可変機構を備えたステアリング装置の全体構成図。 第１の実施形態に係る伝達比可変機構の断面図。 装着穴に充填物を充填した状態を示す図。 装着穴にマスダンパを嵌着した状態を示す図。 第２の実施形態に係る伝達比可変機構の一部断面図。

符号の説明

１０…ステアリングホイール、１１…アッパーステアリングシャフト、１２…伝達比可変機構、１３，６０…ステアリングシャフト、１５…出力シャフト、１６…ロアーステアリングシャフト、１７…ラックアンドピニオン機構、２０…転蛇輪、２１…操舵角センサ、２２…転蛇角センサ、２３…電子制御装置、２４…車速センサ、２５…入力軸、２６，２７，３７，３８…軸受、２８…減速機構、２９…モータ、３３…波動発生装置、３５…モータシャフト、３９…装着穴、４０…制振部材、４１，４３…環状体、４２…充填物、４４…錘、４５…マスダンパ、４６…係合部材、４７…緩衝部材、４８…カム、６１…衝突緩衝部、６２…穴（装着穴）。

Claims (5)

1. ステアリングホイールの操舵角に対する転舵輪の転舵角の比を変化させる伝達比可変機構を備えたステアリング装置にして、前記伝達比可変機構は、ステアリングホイールの回転が伝達される入力軸と、該入力軸に回転可能に支承され転蛇輪に転蛇角を付与するステアリングギヤに回転を伝達する出力シャフトと、前記入力軸内に固定されたモータと、前記モータのモータシャフトと前記出力シャフトとの間に設けられ前記モータシャフトの回転を減速して前記出力シャフトに伝達する減速機構とを備え、前記モータシャフトに制振部材が接触して装着されたこと特徴とする伝達比可変機構を備えたステアリング装置。
2. 請求項１において、前記モータシャフトに装着穴が回転バランスをとって軸線方向に穿設され、該装着穴に前記制振部材が接触して嵌着されたことを特徴とする伝達比可変機構を備えたステアリング装置。
3. 請求項２において、前記制振部材は、前記装着穴に嵌着された弾性樹脂もしくはゴム製の環状体、前記装着穴に嵌着された弾性樹脂もしくはゴム製の環状体の中に錘を埋め込んだマスダンパ、または前記装着穴に充填された弾性樹脂、ゴムまたはゲル状部材の充填物であることを特徴とする伝達比可変機構を備えたステアリング装置。
4. 請求項３において、ステアリングホイールに回転連結されたステアリングシャフトが前記入力軸に相対回転を規制して嵌合され、前記ステアリングシャフトと前記入力軸との嵌合部は、所定値以上の軸力が作用すると、前記ステアリングシャフトが前記入力軸に対し軸線方向に相対移動して前記入力軸内に陥入する衝突緩衝部をなし、前記ステアリングシャフトが前記入力軸内に陥入したとき、前記ステアリングシャフトの先端部が入り込めるように前記モータシャフトの後端部に穿設された穴が前記装着穴とされ、前記制振部材は、前記装着穴に嵌着された弾性樹脂もしくはゴム製の環状体、または前記装着穴に充填されたゲル状部材の充填物であることを特徴とする伝達比可変機構を備えたステアリング装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項において、前記減速機が波動歯車機構であり、前記モータシャフト、前記波動歯車機構、および出力部材が共通軸線上に配置されていることを特徴とする伝達比可変機構を備えたステアリング装置。

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