JP2006044535A - 伝達比可変機構を備えたステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 芯ズレおよび角度ズレを吸収し吸振性の高い緩衝部材をモータの出力軸と減速機構の入力部材との間に介在させた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】 モータが起動されると、モータ出力軸の回転は弾性材で形成された緩衝部材を介して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、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。モータ出力軸および入力部材の少なくとも一方には軸線と直角な横方向に延在する当接面が設けられ、緩衝部材には当接面と係合して回転伝達する係合部が横方向に延在して設けられている。係合部は当接面との係合において当接面と直角方向の剛性が低下するように凸状に形成されている。
【選択図】 図３

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、入力軸内でモータのモータ出力軸と出力シャフトとの間に設けられモータ出力軸の回転を減速して出力シャフトに伝達する減速機構である波動歯車機構とを備え、モータ出力軸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出力軸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２，３）

伝達比可変機構において、モータの出力軸の軸線と減速機構の入力部材の軸線との横方向の芯ズレおよび角度ズレは製造上発生する。また、緩衝部材は高いトルク伝達性能、耐油、耐候性が求められることから、その材料であるゴムの材質、硬度の選択範囲が限られ硬度が高くなり、モータ出力軸と入力部材との芯ズレおよび角度ズレの吸収能力あるいは吸振性が不十分となり、モータ出力軸の振動や音が出力シャフトに伝達し、或いは芯ズレおよび角度ズレに基づいて振動が発生することがある。伝達比可変機構は車両の室内に配置され、高い静粛性を要求されるので、高いトルク伝達性能、耐油、耐候性を維持しながらモータ出力軸の回転を減速機構の入力部材に円滑に伝達する緩衝部材の開発が望まれていた。

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、芯ズレおよび角度ズレを吸収し吸振性の高い緩衝部材をモータの出力軸と減速機構の入力部材との間に介在させた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、前記入力軸に同軸に固定されたモータと、前記モータの出力軸と前記出力シャフトとの間に設けられ前記モータ出力軸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、前記モータ出力軸と前記減速機の入力部材との間に共通軸線上に介在され前記モータ出力軸の回転を前記入力部材に伝達する弾性材で形成された緩衝部材とを備え、前記モータ出力軸および前記入力部材の少なくとも一方には前記共通軸線と直角な横方向に延在する当接面が設けられ、前記緩衝部材には前記当接面と係合して回転伝達するために前記横方向に延在するとともに前記当接面との係合において当接面と直角方向の剛性が低下するように凸状に形成された係合部が設けられていることである。

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、前記モータ出力軸に一体的に連結された係合部材には複数の連結部が前記共通軸線から等間隔で放射状に突設され、前記減速機の入力部材には前記連結部が夫々入り込む複数の溝状当接部が放射状に形成され、前記緩衝部材の内側には前記連結部が夫々係入する複数の連結溝が放射状に形成され、外側には前記入力部材の溝状当接部に夫々係入する複数の係合突部が放射状に形成され、各係合突部の両面には前記溝状当接部の対向する各当接面との係合において当接面と直角方向の剛性が低下するように凸状に形成された係合部が設けられていることである。

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、前記係合突部の両面に設けられた係合部は、前記共通軸線方向に離間した２箇所で横方向に延在する断面円弧形状の凸状部であることである。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、前記係合突部の両面に設けられた係合部は、前記横方向に延在し断面形状が前記係合突部の前記共通軸線方向の全長に亘って長円弧形状の凸状部であることである。

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、前記モータ出力軸、前記波動歯車機構の入力部材であるカム、および緩衝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、モータ出力軸の回転は弾性材で形成された緩衝部材を介して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、モータ出力軸および入力部材の少なくとも一方には軸線と直角な横方向に延在する当接面が設けられ、緩衝部材には当接面と係合して回転伝達するために横方向に延在するとともに当接面との係合において当接面と直角方向の剛性が低下するように凸状に形成された係合部が設けられている。これにより、高いトルク伝達性能、耐油、耐候性を損なうことなく、モータ出力軸と減速機構の入力部材との芯ズレおよび角度ズレの吸収能力および吸振性を向上し、モータ出力軸の回転を減速機構の入力部材に円滑に伝達することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明によれば、モータ出力軸に一体的に放射状に形成された連結部が緩衝部材の連結溝に係入し、緩衝部材がモータ出力軸に回転連結される。緩衝部材の外周に放射状に形成された複数の係合突部が、減速機の入力部材に形成された溝状当接部に係入する。係合突部の両面に凸状に形成された係合部が溝状当接部の対向する各当接面との係合において横方向の剛性を低下するので、簡単、かつコンパクトな構成で請求項１に係る発明と同様の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、緩衝部材の係合突部の両面に、横方向に延在する断面円弧形状の凸状部を軸線方向に離間した２箇所で形成したので、請求項１に係る発明の効果に加え、緩衝部材はモータ出力軸の回転を断面円弧形状の２条の凸状部からなる係合部により安定して入力部材に伝達することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明によれば、緩衝部材の係合突部の両面に、断面形状が係合突部の軸線方向の全長に亘って長円弧形状の凸状部を横方向に延在して形成したので、請求項１に係る発明の効果に加え、係合突部に形成した簡単な長円弧形状の係合部によりモータ出力軸の回転を入力部材に伝達することができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明によれば、モータ出力軸、波動歯車機構の入力部材であるカム、および緩衝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、かつ請求項１に係る発明の効果を奏することができる。

以下、本発明の実施の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が一体的に嵌着されている。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４４の外周に軸受４５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、モータ出力軸３５を有し、モータ出力軸３５は一端をケース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。

モータ出力軸３５の先端には係合部材３９が一体的に取付けられ、係合部材３９には、４個の連結部４０が共通軸線Ｃから９０度間隔で放射状に突設されている。４１はゴム等の弾性体で形成された緩衝部材で、外側には図３に示すように４個の係合突部４２が十字状に突設され、内側には連結部４０が夫々係入する４個の連結溝４３が十字状に形成されている。波動歯車機構２８のカム４４には、係合突部４２が係入する溝状当接部４６が共通軸線Ｃから９０度間隔で放射状に刻設されている。各係合突部４２の両面には溝状当接部４６の対向する各当接面４７との係合において当接面と直角方向の剛性が低下するように凸状に形成された係合部４８が設けられている。即ち、断面円弧形状の凸状部４９が、共通軸線Ｃ方向に離間した２箇所で共通軸線Ｃと直角な横方向に延在して設けられ係合部４８をなしている。緩衝部材４１の高いトルク伝達性能、耐油、耐候性を確保するために、緩衝部材４１のゴム材の選択範囲が限定され選択されたゴム材の剛性は高くなるが、係合部４８は断面円弧形状に形成されているので、当接面４７との係合において当接面４７と直角方向の剛性を低下することができ、モータ出力軸３５と波動歯車機構２８のカム４４との芯ズレおよび角度ズレの吸収能力および吸振性を向上し、モータ出力軸３５の回転をカム４４に円滑に伝達することができる。

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、モータ出力軸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。モータ出力軸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、モータ出力軸３５が回転される。モータ出力軸３５が回転すると、波動発生装置３３のカム４４が緩衝部材４１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４４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４４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。

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、モータ出力軸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。

上記実施の形態においては、緩衝部材４１の各係合突部４２の両面に、断面円弧形状の凸状部４９を２箇所で横方向に延在して設け係合部４８としているが、図４，５に示すように、断面形状が係合突部４２の全長に亘って長円弧形状の凸状部５６を緩衝部材４１の係合突部４２の両面に横方向に延在して形成し係合部４８としてもよい。これによれば、緩衝部材４１の構造を簡単にすることができる。

また、図６に示すように緩衝部材４１の係合部４８のゴム材を、連結溝４３が形成された部分５７のゴム材より弾性に富むものとして一体成形するようにしてもよい。

上記実施の形態では、緩衝部材の係合突部４２の両面に凸状の係合部を設けているが、連結溝４３の対向する内面に凸状の係合を設け、連結部４０の両面と係合させるようにしてもよい。

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。 伝達比可変機構の断面図。 係合部材、緩衝部材およびカム部材の斜視図。 緩衝部材の変形例を示す断面図。 緩衝部材の他の変形例を示す断面図。 係合部のゴム材質が他の部分と異なる緩衝部材を示す図。

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…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、２６，３７，３８…軸受、２８…減速機構、２９…モータ、３３…波動発生装置、３５…モータ出力軸、３９…係合部材、４０…連結部、４１…緩衝部材、４２…係合突部、４３…連結溝、４４…カム、４６…溝状当接部、４７…当接面、４８…係合部、４９，５６…凸状部。

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、前記入力軸に同軸に固定されたモータと、前記モータの出力軸と前記出力シャフトとの間に設けられ前記モータ出力軸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、前記モータ出力軸と前記減速機の入力部材との間に共通軸線上に介在され前記モータ出力軸の回転を前記入力部材に伝達する弾性材で形成された緩衝部材とを備え、前記モータ出力軸および前記入力部材の少なくとも一方には前記共通軸線と直角な横方向に延在する当接面が設けられ、前記緩衝部材には前記当接面と係合して回転伝達するために前記横方向に延在するとともに前記当接面との係合において当接面と直角方向の剛性が低下するように凸状に形成された係合部が設けら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。
2. 請求項１において、前記モータ出力軸に一体的に連結された係合部材には複数の連結部が前記共通軸線から等間隔で放射状に突設され、前記減速機の入力部材には前記連結部が夫々入り込む複数の溝状当接部が放射状に形成され、前記緩衝部材の内側には前記連結部が夫々係入する複数の連結溝が放射状に形成され、外側には前記入力部材の溝状当接部に夫々係入する複数の係合突部が放射状に形成され、各係合突部の両面には前記溝状当接部の対向する各当接面との係合において当接面と直角方向の剛性が低下するように凸状に形成された係合部が設けら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。
3. 請求項２において、前記係合突部の両面に設けられた係合部は、前記共通軸線方向に離間した２箇所で横方向に延在する断面円弧形状の凸状部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２において、前記係合突部の両面に設けられた係合部は、前記横方向に延在し断面形状が前記係合突部の前記共通軸線方向の全長に亘って長円弧形状の凸状部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、前記モータ出力軸、前記波動歯車機構の入力部材であるカム、および緩衝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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