JP2006240468A - ステアリング装置および同軸カップリング - Google Patents

Abstract

【課題】 従来と比較して簡単に振動や音の遮断が可能であるとともに、ステアリングホイールの回転をロスなく転舵輪に伝達できるステアリング装置の構成を提供する。
【解決手段】 中空穴３１ｄが穿設された外周軸３１と、中空穴３１ｄに挿入される内周軸３０と、内周軸３０の外周面と中空穴３１ｄの内周面の間に環状の弾性部材３２が介在されて外周軸３１と内周軸３０を結合して成る同軸カップリング２８を伝達比可変機構１２とステアリングホイールの間の回転伝達経路の途中に設け、ステアリングホイールとラックアンドピニオン機構の軸動を許容する軸動機構１７をステアリングホイールとラックアンドピニオン機構の間の回転伝達経路の途中に設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、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、および同軸カップリングに関するものである。

特許文献１には、弾性継手２、及びこの弾性継手２を介してステアリングホイールの操舵角が伝達されるアクチュエータ１を備えた伝達比可変操舵装置が記載されている。弾性継手２は、第１ヨーク２０、円盤状のゴム製継手本体２２、第２ヨーク２４及びダンパ２５から構成され、第１ヨーク２０はフックスジョイント４の出力側となっている。第１ヨーク２０とダンパ２５とは２本の第１ボルト２１によりゴム製継手本体２２に共締めされている。第２ヨーク２４は、２本の第２ボルト２３によりゴム製継手本体２２に固定されている。ゴム製継手本体２２の軸直角断面において、２本の第１ボルト２１の中心線を結ぶ線は２本の第２ボルト２３の中心線を結ぶ線と直交している。

アクチュエータ１は、入力軸１４と、モータ１２と、ギヤ機構１３と、出力軸１５とから構成されている。入力軸１４は第２ヨーク２４と一体に形成されてハウジング１０に回転可能に支承されている。モータ１２はハウジング１０内に固定され、電子制御ユニットからの指令によりモータ軸が回転される。モータ軸の回転はギヤ機構１３により減速され、ハウジング１０に支承された出力軸１５を回転駆動する。出力軸１５の回転は転舵系に転舵角として転舵輪に伝達される。
特開２００４−１４８９３１号公報（第４頁、図１）

特許文献１に記載された弾性継手は、円盤状のゴム製継手本体２２を介して第１ヨークと第２ヨークとの間で回転を伝達する。また、ゴム製継手本体２２は、転舵輪を介して伝達される路面の起伏に起因する振動および音がステアリングホイールに伝播されないように吸収している。

このように、特許文献１に記載された弾性継手は、振動および音を遮断するとともにステアリングホイールの回転をロスなく転舵輪に伝達する必要があった。このため、従来のゴム製継手本体は、振動および音を遮断するため、軸線方向および径方向では剛性を小さく、ステアリングホイールの回転をロスなく転舵輪に伝達するために捩れ方向では剛性を大きくする必要があり、適正な剛性とするには、内部にワイヤ等の補強材を入れて調整しなければならなかった。さらに、特許文献１のように弾性継手と転舵系の間に伝達比可変機構を備えるステアリング装置では、ゴム製継手本体が剛性不足の場合、伝達比可変機構の重量によって撓み、第１ヨークと第２ヨークの間で回転中心にずれが発生し、伝達比可変機構が振れ回りする怖れがあった。このため、伝達比可変機構を備えるステアリング装置では、より正確なゴム製継手本体の剛性の調整が必要であった。

本発明は、かかる要望を満たすためになされたもので、従来と比較して簡単に振動および音を遮断が可能であるとともに、ステアリングホイールの回転をロスなく転舵輪に伝達できるステアリング装置の構成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回転が伝達される操舵軸と、転舵輪に転舵角を付与するステアリングギヤに回転を伝達する転舵軸と、操舵軸と転舵軸の間に配置され、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を変化させて伝達する伝達比可変機構と、から構成される回転伝達経路を備えたステアリング装置において、回転伝達経路の途中にステアリングホイールとステアリングギヤとの軸線方向の相対移動を許容する軸動機構を設け、操舵軸および伝達比可変機構の一方に結合され中空穴が穿設された外周軸と、操舵軸および伝達比可変機構の他方に結合され中空穴に挿入される内周軸と、内周軸の外周面と中空穴の内周面の間に介在され外周軸と内周軸を結合する環状の弾性部材を備えた同軸カップリングを回転伝達経路のステアリングホイールと伝達比可変機構との間に設けたことである。

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、軸動機構は、軸線方向に摺動穴が穿設された収納軸と、摺動穴に相対回転を規制され軸線方向に摺動可能に嵌合する摺動部が形成された収縮軸とから成り、車両衝突時のステアリングギヤ側の軸動がステアリングホイール側に伝達しないように、収納軸と収縮軸とが軸線方向に相対的に収縮するコラプス機能を備えたことである。

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、同軸カップリングの外周軸および内周軸の一方を伝達比可変機構の入力軸と結合し、外周軸および内周軸の他方を軸動機構の収納軸および収縮軸の一方と結合し、収納軸および収縮軸の他方を操舵軸に連結したことである。

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、同軸カップリングの外周軸および内周軸の一方を伝達比可変機構の入力軸と結合し、外周軸および内周軸の他方を操舵軸と連結し、伝達比可変機構の出力軸を軸動機構の収納軸とし、収縮軸を転舵軸に連結したことである。

請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、同軸カップリングの外周軸および内周軸の一方を伝達比可変機構の入力軸と結合し、外周軸および内周軸の他方を軸動機構の収納軸と結合し、収納軸の摺動穴と同軸に内周軸に貫通穴を穿設し、収縮軸の摺動部が摺動穴および貫通穴を通過して没入可能な中空の退避空間を伝達比可変機構内に形成したことである。

請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項４において、軸動機構の収納軸とされた出力軸に形成された摺動穴と連通し、収縮軸の摺動部が摺動穴を通過して没入可能な中空の退避空間を伝達比可変機構に形成したことである。

請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項５または請求項６において、軸動機構の収縮軸に形成された摺動部を伝達比可変機構の退避空間側に摺動穴から突出させ、突出した摺動部端に摺動穴との間の軸動を規制して摺動穴から収縮軸が脱落することを防止する抜け止め部を形成したことである。

請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項７において、抜け止め部に先端に向かって次第に径が小さくなるテーパ部を形成したことである。

請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項１ないし請求項７のいずれか一項において、伝達比可変機構は、同軸カップリングの外周軸または内周軸が結合される入力軸と、転舵軸が結合される出力軸と、入力軸に同軸に固定されたモータと、モータと出力軸との間に設けられモータの回転を減速して出力軸に伝達する減速機構と、スパイラルケーブル装置とを備え、スパイラルケーブル装置は、モータと電気的に結合されるフレキシブルフラットケーブルが収納される円筒状のケーブルケースを同軸カップリングの外周を包囲して配置して成ることである。

請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、同軸カップリングは、内周軸の外周面と外周軸の中空穴内周面との間に円筒部材を配置し、中空穴と円筒部材との間を環状の第１弾性部材を介在して結合し、内周軸と円筒部材との間を環状の第２弾性部材を介在して結合し、内周軸に径方向に延在するストッパフランジ部を突設し、ストッパフランジ部と係合して内周軸と円筒部材との所定角度以上の相対回転を規制する切欠溝を円筒部材に形成して成ることである。

請求項１１に係る発明の構成上の特徴は、中空穴が穿設された外周軸に内周軸を挿入し、内周軸の外周面と中空穴の内周面の間に円筒部材を配置し、外周軸と円筒部材との間を環状の第１弾性部材を介在して結合し、内周軸と円筒部材との間を環状の第２弾性部材を介在して結合し、内周軸に径方向に延在するストッパフランジ部を突設し、ストッパフランジ部と係合して内周軸と円筒部材との所定角度以上の相対回転を規制する切欠溝を円筒部材に形成したことである。

請求項１２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１１において、同軸カップリングがステアリングホイールの回転が伝達される操舵軸と、転舵輪に転舵角を付与するステアリングギヤに回転を伝達する転舵軸とから構成される回転伝達経路を備えたステアリング装置におけるステアリングホイールとステアリングギヤとの間の回転伝達経路の途中に設けられることである。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、同軸カップリングは、内周軸の外周と外周軸の中空穴の内周の間に弾性部材を介在して結合したので、弾性部材が捩れることなく回転を伝達することができる。このため、ステアリングホイールの回転をロスなく転舵輪に伝達することができる。また、伝達比可変機構やステアリングギヤで発生する振動や音は弾性部材の弾性力により、ステアリングホイールに伝達されることを防止される。そして、軸動機構により、ステアリングホイールとステアリングギヤの間の軸線方向の相対移動が許容されることから、転舵輪を介して伝達される路面の起伏に起因する軸線方向の変位を吸収することができる。従って、振動や音を遮断するとともにステアリングホイールの回転をロスなく転舵輪に伝達できるステアリング装置の構成を提供することができる。

さらに、同軸カップリングは、径方向の剛性が高いので、内周軸と外周軸の回転中心にずれが発生することがなく、伝達比可変機構などの重量物が回転伝達経路の途中に配置されても、この伝達比可変機構が振れ回りすることがない。

上記のように構成した請求項２に係る発明によれば、収納軸に形成された摺動穴に収縮軸を摺動可能に嵌合するとともに、車両衝突時のステアリングギヤ側の軸動がステアリングホイール側に伝達されないように、収納軸と収縮軸とが軸線方向に相対的に収縮するコラプス機能を軸動機構に付加したので、別にコラプス機能を回転伝達経路の途中に設ける必要がなくなり、ステアリング装置を小型化することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明によれば、軸動機構と同軸カップリングを一体的に伝達比可変機構および操舵軸の間に組み付けることができることから、組み付け性を向上させることができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明によれば、伝達比可変機構の両側に同軸カップリングおよび軸動機構が結合されることから、伝達比可変機構、同軸カップリングおよび軸動機構を一体的に容易に組み付けることができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明によれば、同軸カップリングと軸動機構の収納軸を結合し、同軸カップリングの内周軸に貫通穴を穿設するとともに、伝達比可変機構に退避空間を形成した。これにより、軸動機構の収縮軸が収納軸の摺動穴および内周軸の貫通穴を通過して退避空間に没入して収縮する。よって、前記コラプス機能を達成するのに必要な収縮軸のストロークを少ないスペースで得ることができる。

上記のように構成した請求項６に係る発明によれば、伝達比可変機構の出力軸を軸動機構の収納軸とし、伝達比可変機構に退避空間を形成した。これにより、軸動機構の収縮軸が伝達比可変機構の出力軸を通過して退避空間に没入して収縮する。よって、前記コラプス機能を達成するのに必要な収縮軸のストロークを少ないスペースで得ることができる。

上記のように構成した請求項７に係る発明によれば、抜け止め部により、軸動機構の車両に組み付け前に収納軸から収縮軸が脱落することを防止でき、組み付け性を向上させることができる。

上記のように構成した請求項８に係る発明によれば、抜け止め部の先端に形成したテーパ部により、抜け止め部が退避空間に円滑に突入することができる。

上記のように構成した請求項９に係る発明によれば、ケーブルケースの内周に同軸カップリングが配置されたことにより、回転伝達経路の軸方向長さを短くできるので、車両の搭載性を向上することができる。

上記のように構成した請求項１０に係る発明によれば、外周軸と内周軸の間に作用する相対回転力が第1弾性部材の捩れ剛性より小さいときには、第1、第２弾性部材および円筒体を介して外周軸と内周軸の間の回転が伝達される。外周軸と内周軸の間の相対回転力が第２弾性部材の捩れ剛性より大きくなると、内周軸と円筒体に所定角度以上の相対回転が生じ、ストッパフランジ部が切欠溝の側壁に当接し、第２弾性部材を介さずに内周軸と円筒軸の間で回転が伝達される。このため、第1、第２弾性部材の剛性を適宜設定することにより、相対回転力の大きさによる外周軸と内周軸の間の捩れ剛性を変更して、ステアリングホイールの操舵角に応じた操舵感をステアリング装置に付与することができる。

上記のように構成した請求項１１に係る発明によれば、内周軸、外周軸および円筒体の間に介在された第1，第２弾性部材の剛性を適宜設定することにより、容易に外周軸と内周軸の間の捩れ剛性を設定することができる。この結果、外周軸と内周軸の間での振動および音の伝達を防止するとともに、外周軸と内周軸の間でロスなく回転伝達可能な同軸カップリングとすることができる。

上記のように構成した請求項１２に係る発明によれば、内周軸、外周軸および円筒体の間に介在された第1，第２弾性部材の剛性を適宜設定することにより、容易に外周軸と内周軸の間の捩れ剛性を設定することができる。この結果、操舵軸に振動や音が伝達されることが防止できるとともに、操舵軸と転舵軸の間でロスなく回転伝達可能な同軸カップリングとすることができる。また、外周軸と内周軸の間の相対回転力が第２弾性部材の捩れ剛性より大きくなると、内周軸と円筒体に所定角度以上の相対回転が生じ、ストッパフランジ部が切欠溝の側壁に当接し、第２弾性部材を介さずに内周軸と円筒軸の間で回転が伝達される。この結果、操舵軸と転舵軸の間の相対回転力の大きさによって外周軸と内周軸の間の捩れ剛性が変更されるため、ステアリングホイールの操舵角に応じた操舵感をステアリング装置に付与することが可能な同軸カップリングとすることができる。

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において、ステアリングホイール１０が取付けられた操舵軸１１は伝達比可変機構１２の入力軸１３に自在継手１４および弾性継手１５を介して接続されている。伝達比可変機構１２の出力軸１６は軸動機構１７および自在継手１８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１９のピニオン軸（転舵軸）２０に連結され回転を伝達する。ラックアンドピニオン機構１９のラック軸２１の両端にはそれぞれタイロッド２２の一端が接続され、各タイロッド２２の他端はナックルアームを介して転舵輪２３に接続されている。ラックアンドピニオン機構１９は、図略の車両のボディにゴムブッシュを介して固定されている。

操舵軸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２４が設けられ、伝達比可変機構１２には、後述するモータ３９（モータ軸３９ａ）の回転角から転舵輪２３の転舵角を検出する転舵角センサ２５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２３の転舵角は電子制御装置２６に入力される。電子制御装置２６には車両速度を検出する車速センサ２７から出力される車両速度も入力される。電子制御装置２６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。

弾性継手１５は図２に示すように、同軸カップリング２８および継手部２９を備えている。同軸カップリング２８は、内周軸３０、外周軸３１、および弾性部材３２を備えている。内周軸３０は、自在継手１４のヨークにセレーション結合される第１結合軸部３０ａ、および第１結合軸部３０ａより大径の第２結合軸部３０ｂを有している。内周軸３０と対向する外周軸３１は、入力軸１３にセレーション結合されたフランジ部材３３に、ボルト３４によって連結される第１連結部３１ａ、および中空穴３１ｄが穿設され第１結合軸部３１ａの外周を包囲する円筒状の円筒部３１ｂを有している。第２結合軸部３０ｂの外周と円筒部３１ｂの中空穴３１ｄの内周には、外筒体３５および内筒体３６に挟持された弾性部材３２が介在されている。弾性部材３２は、加硫ゴムから成り、外筒体３５および内筒体３６に加硫接着され、外筒体３５、内筒体３６および弾性部材３２は、一体結合された状態で第２結合軸部３０ｂと円筒部３１ｂの間に圧入されている。なお、弾性部材３２は、加硫ゴム以外にラバーゴムや軟質樹脂などを用いてもよい。

内周軸３０の第１、第２結合軸部３０ａ，３０ｂの間には、図３に示すように径方向に延在する一対の板状のストッパフランジ部３７が突設されている。ストッパフランジ部３７の延在する先端は、外周軸３１の円筒部３１ｂの自在継手１４側の一端に形成された切欠溝３１ｃに回転方向に所定隙間を空けて係合されている。ストッパフランジ部３７および切欠溝３１ｃは、内周軸３０と外周軸３１との間に所定角度以上の相対回転が作用した場合に、ストッパフランジ部３７が切欠溝３１ｃの側壁に当接する。これにより、内周軸３０と外周軸３１では、弾性部材３２を介さずに回転の伝達が行われ、内周軸３０と外周軸３１との間に過大なトルクが加わり、所定角度以上の相対回転が発生して弾性部材３２が損傷することを防止している。

伝達比可変機構１２は、入力軸１３と、ハウジング３８内に収納されたモータ３９および減速機構４０と、出力軸１６を備えている。入力軸１３は、一端がフランジ部材３３にセレーション結合され、他端がハウジング３８に一体回転可能に結合されている。モータ３９は、ハウジング３８の内周面に固定され、電子制御装置２６からの指令によりモータ３９のモータ軸３９ａを回転させる。減速機構４０はモータ軸３９ａの回転角を減速して出力軸１６に伝達している。出力軸１６は、ハウジング３８に回転可能に支承され、軸動機構１７の収納軸４１に結合されている。

軸動機構１７は、収納軸４１および収縮軸４２を備え、収納軸４１には摺動穴４１ａが穿設されている。収縮軸４２には摺動穴４１ａにセレーションにより相対回転を規制して軸線方向に摺動可能に嵌合する摺動部４２ａが形成されている。摺動穴４１ａは、摺動部４２ａ全体を収納可能な深さに形成され、車両衝突時にステアリングギヤ側の軸動がステアリングホイール１０側に伝達されないように、収納軸４１と収縮軸４２とが軸線方向に相対的に収縮するコラプス機能を備えている。収縮軸４２は、摺動部４２ａが形成された側と逆の端部が自在継手１８のヨークに結合されている。

以上のような構成で、動作について説明する。運転手がステアリングホイール１０を操作すると、操舵軸１１が回転され、自在継手１４および弾性継手１５を介して伝達比可変機構１２の入力軸１３に回転が伝達される。伝達比可変機構１２では、入力軸１３から入力された操舵角を、操舵角センサ２４、転舵角センサ２５、および車速センサ２７からの信号に基づいてモータ３９の回転を制御して所定の伝達比で出力軸１６に伝達する。出力軸１６に伝達された回転は、軸動機構１７および自在継手１８を介して転舵軸２０に伝達され、ラックアンドピニオン機構１９により、転舵輪２３が転舵される。このとき、同軸カップリング２８は、軸線方向に弾性部材３２が捩れることなく回転を伝達できる。このため、ステアリングホイール１０の回転をロスなく転舵輪２３に伝達する。また、伝達比可変機構１２やラックアンドピニオン機構１９で発生する振動や音は弾性部材３２の弾性力により、ステアリングホイール１０に伝達されることが防止される。

そして、軸動機構１７により、ステアリングホイール１０とラックアンドピニオン機構１９の間の軸線方向の相対移動が許容されることから、転舵輪２３を介して伝達される路面の起伏に起因する軸線方向の変位を吸収することができる。

また、同軸カップリング２８は、径方向の剛性が高いため、内周軸３０と外周軸３１の回転中心がずれることもない。このため、伝達比可変機構１２が回転伝達経路の途中に配置されていても、この伝達比可変機構１２が振れ回りすることがない。従って、振動や音を遮断するとともにステアリングホイール１０の回転をロスなく転舵輪２３に伝達できる。

さらに、軸動機構１７は、車両衝突時のステアリングギヤ側の軸動がステアリングホイール１２側に伝達されないように、収納軸４１と収縮軸４２とが軸線方向に相対的に収縮するコラプス機能を備えているので、回転伝達経路に別途コラプス機能を設ける必要がなく、ステアリング装置を小型化することができる。なお、上記実施の形態では、コラプス機能を付加した軸動機構１７を示したが、転舵輪２３を介して伝達される路面の起伏に起因する軸線方向の変位を吸収するだけであれば、軸動機構１７は路面の起伏に起因する軸線方向の変位を吸収するだけの軸動が可能な深さに摺動穴４１ａを形成すればよい。

また、軸動機構１７の摺動部４２ａと摺動穴４１ａはセレーションによって結合する以外に、三角形、四角形、または六角形などの多角形の摺動穴４１ａと、この多角形の摺動穴４１ａと同形状の摺動部４２ａによって回転方向を規制して軸動が可能な軸動機構１７としてもよい。

次に、本発明に係る第2の実施の形態について、第１の実施形態と相違する点を図４に基づいて説明する。第２の実施形態における弾性継手１５は、同軸カップリング２８のみを備え、同軸カップリング２８の外周軸３１の一端に形成された有底部５７が伝達比可変機構１２の入力軸１３にセレーション結合されている。第２の実施形態では、図４において、伝達比可変機構１２の入力軸１３がハウジング３８と一体的に成形され、ハウジング３８と一体的に成形された入力軸１３は、段付き円筒部１３ａ、中間円筒部１３ｂおよび底プレート部１３ｃを一体的に連結して構成され、段付き円筒部１３ａの上方に突出した小径円筒部１３ｄに外周軸３１が共通軸線上でセレーション結合されている。入力軸１３の底プレート部１３ｃには出力軸１６がフランジ部１６ａをスラスト軸受で回転可能に支承され、中間円筒部１３ｂ内にはフランジ部１６ａ、減速機構４０およびモータ３９が共通軸線上に順次収容されている。出力軸１６の軸部はダストシール４３を貫通して入力軸１３の外部に突出している。減速機構４０は、一例として、波動歯車機構からなり、図５に詳細に示すように、中間円筒部１３ｂにステータギヤ４４が圧入結合され、フランジ部１６ａに回転連結されたドリブンギヤ４５が回転可能に収容されている。

ステータギヤ４４およびドリブンギヤ４５内周面には、それぞれ異なる歯数（ドリブンギヤ４５の歯数<ステータギヤ４４の歯数）のギヤが形成されている。ステータギヤ４４およびドリブンギヤ４５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４６が設けられている。すなわち、フレキシブルギヤ４６の外側に形成された歯（歯数は、ドリブンギヤ４５の歯数と同じ）に、ステータギヤ４４およびドリブンギヤ４５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４６の内側は、波動発生装置４７の外輪上に嵌合されている。波動発生装置４７は、波動歯車機構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４６の内側に嵌合されている。

中間円筒部１３ｂには、モータ３９のケース５０が嵌合されている。モータ３９は、モータ軸３９ａを有し、モータ軸３９ａは先端をケース５０に、中央部を中間プレート５１に軸受５２，５３により回転可能に支持されている。段付き円筒部１３ａおよび中間円筒部１３ｂは、ケース５０のフランジと中間プレート５１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。出力軸１６を支承した底プレート部１３ｃは、波動歯車機構等を収容した中間円筒部１３ｂにセレーション圧入され、カシメにより固定されている。

モータ軸３９ａには、退避空間である退避穴５４が回転バランスをとって軸線方向に穿設され、モータ軸３９の先端外周は、カム４８に回転連結されている。

出力軸１６は、第1実施の形態における軸動機構１７の収納軸４１を構成し、退避穴５４に同一軸線上で連通する摺動穴４１ａが貫通して穿設されている。摺動穴４１ａは、図５に示すように、軸動穴４１ｂおよび連通穴４１ｃを備えている。軸動穴４１ｂは出力軸１６の一端に開口し、内周にセレーションが刻設されている。連通穴４１ｃは、軸動穴４１ｂの内径より大径に形成され、出力軸４１の他端に開口するとともに前記軸動穴４１ｂに同軸上に連通している。

５６は段付き円筒部１３ａ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、モータ軸３９ａを入力軸１３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２３に伝達するものであるが、ロック機構５６は既に公知の技術であるので、詳細な説明は省略する。また、ロック機構５６と中間プレート５１の間には、回転角センサ２５が設けられている。回転角センサ２５は、公知のレゾルバから構成され、モータ軸３９ａの回転を検出し、電子制御装置２６に出力する。なお、回転角センサ２５はモータ軸３９ａの回転角から出力軸１６の回転角を検出する転舵角センサの機能も兼ねている。

５８はスパイラルケーブル装置で、同軸カップリング２８の外周に配置されている。スパイラルケーブル装置５８は、外側筒体５９、内側収納体６０、およびフレキシブルフラットケーブル６１を備え、外側筒体５９が図略の車体に保持され、内側収納体６０が段付き円筒部１３ａの小径円筒部１３ｄの外周に嵌着されている。これら外側筒体５９および内側収納体６０によってケーブルケースが構成され、フレキシブルフラットケーブル６１は、外側筒体５９と内側収納体６０の間に巻装され、一端が内側収納体６０に固定されて内側収納体６０の周囲に巻回され、他端が外側筒体５９に固定されている。内側収納体６０側でフレキシブルフラットケーブル６１に接続され入力軸１３内に導入されたリード線はモータ３９のステータコイル等に接続され、外側筒体５９側でフレキシブルフラットケーブル６１に接続されたリード線は電子制御装置２６、バッテリ等に接続されている。このように、スパイラルケーブル装置５８の内周に同軸カップリング２８が配置されることにより、回転伝達経路の軸方向長さを短くできるので、車両の搭載性を向上することができる。

軸動穴４１ｂには、収縮軸４２の摺動部４２ａが相対回転を規制して軸動可能にセレーション結合されている。摺動部４２ａの先端には、セレーションが形成されていない抜け止め部６２が形成されている。抜け止め部６２は、摺動部４２ａと同径の同径部６２ａと先端に向かって順次小径になるようにされたテーパ形状部６２ｂを備え、テーパ形状部６２ｂと同径部６２ａが接続される角部はR処理がなされている。この抜け止め部６２が軸動穴４１ｂと連通穴４１ｃとの間の段部に係止されることにより、収縮軸４２が収納軸４１から脱落することを防止している。また、テーパ形状部６２ｂにより、収縮軸４２の連通穴４１ｃおよび退避穴５４での移動を円滑にしている。

次に、上記した構成の伝達比可変機構１２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５６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の操舵角が操舵角センサ２４によって検出される。電子制御装置２６は、操舵角センサ２４および転舵角センサ２５からの操舵角および転舵角を入力するとともに、車速センサ２７より車両速度を入力する。そして、電子制御装置２６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舵角センサ２５により検出され電子制御装置２６にフィードバックされた転舵輪２３の転舵角との差に基づいて、モータ３９を制御する制御信号が電子制御装置２６より出力される。

電子制御装置２６より出力された制御信号は、伝達比可変機構１２のモータ３９に送られ、この制御信号に基づいてモータ３９が作動され、モータ軸３９ａが回転される。モータ軸３９ａが回転すると、波動発生装置４７のカム４８が緩衝部材５５を介して回転される。この際、フレキシブルギヤ４６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４４、ドリブンギヤ４５と噛合し、短軸の両端部分ではステータギヤ４４、ドリブンギヤ４５から離れた状態になっている。この状態で波動発生装置４７のカム４８が回転されると、フレキシブルギヤ４６の歯数がステータギヤ４４の歯数より少ないため、波動発生装置４７が１回転した際、フレキシブルギヤ４６は、入力軸１３に対して波動発生装置４７の回転方向と逆方向に波動歯車機構の減速比だけ減速して回転される。フレキシブルギヤ４６の回転は、噛合されているドリブンギヤ４５に伝達されるドリブンギヤ４５の回転速度は、ドリブンギヤ４５の歯数とフレキシブルギヤ４６の歯数が同一のため、フレキシブルギヤ４６と同一となる。減速比はステータギヤ４４とフレキシブルギヤ４６の歯数差をドリブンギヤ４５の歯数で除した値である。

ドリブンギヤ４５により出力軸１６が回転され、出力軸１６の回転が軸動機構１７および自在継手を介してラックアンドピニオン機構１９のピニオン軸２０に伝達され、ラック軸２１を軸動させタイロッド２２を介して転舵輪２３を転舵させる。これにより、モータ軸３９ａ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２３の転舵角との比を変化させることができる。

収縮軸４２の先端と対向するモータ軸３９ａの後端部には、車両衝突時のステアリングギヤ側の軸動がステアリングホイール１２側に伝達されないように、収納軸４１と収縮軸４２とが軸線方向に相対的に収縮するとき、退避穴５４に収縮軸４２の摺動部４２ａが入り込む。このため、軸動機構１７の収縮軸４２を伝達比可変機構１２の内部に収納できることから、前記コラプス機能を達成するのに必要な摺動部４２ａの長さを少ないスペースで得ることができる。

上記の実施の形態において、図６に示すように軸動機構１７を同軸カップリング２８と自在継手１４の間に設けてもよい。この場合、同軸カップリング２８の内周軸３０が軸動機構１７の収納軸４１と結合され、内周軸３０には、モータ軸３９ａの退避穴５４と連通する貫通穴５５が穿設される。同様に外周軸３１の有底部５７に貫通穴６６が穿設される。

なお、外周軸３１に穿設される貫通孔６６は、外周軸３１に有底部５７を形成して入力軸１３と結合したことにより必要になるものである。このため、有底部５７を形成することなく外周軸３１を入力軸１３に結合するのであれば、貫通穴６６は特に形成する必要がなく、収縮軸４１を摺動穴４１ａおよび内周軸３０の貫通穴５５を通過して退避穴５４に到達させることができる。

以上のように、図６に示すように同軸カップリング２８のと軸動機構１７の収納軸４１を結合し、同軸カップリング２８の内周軸３０に貫通穴５５を穿設するとともに、伝達比可変機構１２に退避穴５４を形成したことにより、軸動機構１７の収縮軸４１が収納軸４２の摺動穴４２ａ、内周軸３０の貫通穴５５を通過して退避穴５４に没入して収縮することが可能となる。よって、前記コラプス機能を達成するのに必要な収縮軸４１のストロークを少ないスペースで得ることができる。

なお、上記第２の実施の形態において、伝達比可変機構１２の減速機構４０を波動歯車機構としたが、減速機構４０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。

次に、本発明に係る同軸カップリング２８の他の実施の形態を図７から図１１に基づいて説明する。図７および図１０に示すように、同軸カップリング２８は、

内周軸７０、外周軸７１を備えている。内周軸７０は、自在継手１４のヨークに結合される第1結合軸部７０ａおよび、第1結合軸部７０ａと同径の第２結合軸部７０ｂを備えている。外周軸７１は、内部に中空穴７１ａが形成された円筒状を成し、内周軸７０と同軸上に第２結合部７０ｂの外周を包囲するように配置され、一端が入力軸１３に結合されている。

第２結合軸部７０ｂの外周と外周軸７１の中空穴７１ａの内周の間には、円筒部材６３が配置されている。円筒部材６３は内周軸７０と同軸上に配置され、外周軸３１と円筒部材６３との間には、環状の第１弾性部材６４が介在され、外周軸３１と円筒部材６３が結合される。内周軸７０と円筒部材６３との間には、環状の第２弾性部材６５が介在され、内周軸７０と円筒部材６３が結合される。第１、第２弾性部材６４，６５は、所定のばね定数の剛性に設定されている。

内周軸７０には、図８に示すように径方向に延在する板状の一対の第１ストッパフランジ部７２が突設されている。第１ストッパフランジ部７２の先端は、円筒部材６３の一端に形成された切欠溝６３ａに回転方向に所定隙間を空けて係合されている（図８参照）。また、図９に示すように第１結合軸部７０ａと第２結合軸部７０ｂの間には、第１ストッパフランジ部７２と同様に径方向に延在する板状の一対の第２ストッパフランジ部７３が突設され、第２ストッパフランジ部７３の先端は、外周軸７１の一端に形成された切欠溝７１ｂに回転方向に所定隙間を空けて係合されている。

以上のように構成した同軸カップリング２８の動作について説明する。外周軸７１が結合された伝達比可変機構１２の入力軸１３または、内周軸７０が結合された自在継手１４から回転が伝達され、内周軸７０と外周軸７１の間で回転が伝達されるとき、外周軸７１と内周軸７０の間に作用する回転力による捩れ角が第２ストッパフランジ部７３が切欠溝６３ａに当接するまでの角度より小さいとき（相対角度θ以下のとき）には、第1、第２弾性部材６４，６５および円筒部材６３を介して外周軸７１と内周軸７０の間の回転が伝達される。外周軸７１と内周軸７０の間の回転力による捩れ角が第２ストッパフランジ７３が切欠溝６３ａに当接するまでの角度より大きくなると（相対角度がθ以上のとき）、内周軸７０と円筒部材６３に所定角度以上の相対回転が生じ、第１ストッパフランジ部７２が切欠溝６３ａの側壁に当接し、第２弾性部材６５を介さずに内周軸７０と円筒部材６３の間で回転が伝達される。このため、図１１に示すように相対回転角度がθと−θの間の微小時においては、第1、第２弾性部材６４，６５および円筒部材６３を介して外周軸７１と内周軸７０の間で回転が伝達される。従って、伝達されるトルクは、第1、第２弾性部材６４，６５のばね定数を合成した剛性値ｋ１で伝達され、相対回転角度がθと−θの範囲を超えた場合においては、第２弾性部材６５を介さずに内周軸７０と円筒部材６３の間で回転が伝達され、第１弾性部材６４のばね定数の剛性値ｋ２で伝達される。この結果、ステアリングホイール１０に車両の運転操作に適した手ごたえ感を付与することができ、操縦安定性を向上させることができる。

なお、第２ストッパフランジ部７３は、通常の運転時には発生しないような過剰な相対回転が発生したとき、（例えば、転舵輪が側溝に嵌った場合などで、転舵輪が固定状態となったとき）切欠溝７１ｂの側壁に当接し、第1、第２弾性部材６４，６５および円筒部材６３を介さずに外周軸７１と内周軸７０の間で回転を伝達し、第1、第２弾性部材６４，６５が損傷することを防止している。

以上のように構成された同軸カップリング２８では、第1、第２弾性部材６４，６５のばね定数を適宜選定することにより、相対回転力の大きさによる外周軸７１と内周軸７０の間の捩れ剛性を変更して、適切な操舵特性を得ることができる。

また、他の実施の形態に示した同軸カップリング２８は、回転伝達経路の途中に伝達比可変機構１２を備えていないステアリング装置においても相対回転力の大きさによる外周軸３１と内周軸３０の間の捩れ剛性を変更して、適切な操舵特性を得ることができる。

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の実施形態に係るステアリング装置の要部側面図 図２のＩ−Ｉ矢視断面図。 第２の実施形態に係るステアリング装置の要部断面図。 図４における伝達比可変機構の要部拡大断面図。 第２の実施形態に係るステアリング装置の変形例。 同軸カップリングの他の変形例を示す断面図。 図７のＩＩ−ＩＩ矢視図。 図７のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図。 図７における同軸カップリングの斜視図。 他の変形例における同軸カップリングの捩れ剛性の特性を示すグラフ。

符号の説明

１０…ステアリングホイール、１１…操舵軸、１２…伝達比可変機構、１３…入力軸、１３ａ…段付き円筒部、１３ｂ…中間円筒部、１３ｃ…底プレート部、１３ｄ…小径円筒部、１４…自在継手、１５…弾性継手、１６…出力軸、１６ａ…フランジ部、１６ｂ…軸部、１７…軸動機構、１８…自在継手、１９…ラックアンドピニオン機構、２０…転舵軸、２１…ラック軸、２２…タイロッド、２３…転舵輪、２４…操舵角センサ、２５…転舵角センサ（回転角センサ）、２６…電子制御装置、２７…車速センサ、２８…同軸カップリング、２９…継手部、３０，７０…内周軸、３０ａ，７０ａ…第１結合軸部、３０ｂ，７０ｂ…第２結合軸部、３１，７１…外周軸、３１ａ…第１連結部、３１ｂ…円筒部、３１ｃ，６３ｃ…切欠溝、３１ｄ，７１ａ…中空穴、３２…弾性部材、３３…フランジ部材、３４…ボルト、３５…外筒体、３６…内筒体、３７…ストッパフランジ部、３８…ハウジング、３９…モータ、３９ａ…モータ軸、４０…減速機構、４１…収納軸、４１ａ…摺動穴、４１ｂ…軸動穴、４１ｃ…連通穴、４２…収縮軸、４２ａ…摺動部、４３…ダストシール、４４…ステータギヤ、４５…ドリブンギヤ、４６…フレキシブルギヤ、４７…波動発生装置、４８…カム、４９…軸受、５０…ケース、５１…中間プレート、５２…軸受、５３…軸受、５４…退避穴（退避空間）、５５、６６…貫通穴、５６…ロック機構、５７…有底部、５８…スパイラルケーブル装置、５９…外側筒体、６０…内側収納体、６１…フレキシブルフラットケーブル、６２…抜け止め部、６３…円筒部材、６４…第１弾性部材、６５…第２弾性部材、７２…第１ストッパフランジ部、７３…第２ストッパフランジ部。

Claims (12)

1. ステアリングホイールの回転が伝達される操舵軸と、転舵輪に転舵角を付与するステアリングギヤに回転を伝達する転舵軸と、前記操舵軸と転舵軸の間に配置され、前記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て伝達する伝達比可変機構とから構成される回転伝達経路を備えたステアリング装置において、
   前記回転伝達経路の途中に前記ステアリングホイールとステアリングギヤとの軸線方向の相対移動を許容する軸動機構を設け、
   前記操舵軸および伝達比可変機構の一方に結合され中空穴が穿設された外周軸と、前記操舵軸および伝達比可変機構の他方に結合され前記中空穴に挿入される内周軸と、前記内周軸の外周面と前記中空穴の内周面の間に介在され前記外周軸と内周軸を結合する環状の弾性部材を備えた同軸カップリングを前記回転伝達経路の前記ステアリングホイールと前記伝達比可変機構との間に設けたことを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１において、
   前記軸動機構は、軸線方向に摺動穴が穿設された収納軸と、前記摺動穴に相対回転を規制され軸線方向に摺動可能に嵌合する摺動部が形成された収縮軸とから成り、
   車両衝突時の前記ステアリングギヤ側の軸動がステアリングホイール側に伝達しないように、前記収納軸と収縮軸とが軸線方向に相対的に収縮するコラプス機能を備えたことを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項２において、
   前記同軸カップリングの外周軸および内周軸の一方を前記伝達比可変機構の入力軸と結合し、
   前記外周軸および内周軸の他方を前記軸動機構の収納軸および収縮軸の一方と結合し、前記収納軸および収縮軸の他方を前記操舵軸に連結したことを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項２において、
   前記同軸カップリングの外周軸および内周軸の一方を前記伝達比可変機構の入力軸と結合し、前記外周軸および内周軸の他方を前記操舵軸と連結し、
   前記伝達比可変機構の出力軸を前記軸動機構の収納軸とし、前記収縮軸を前記転舵軸に連結したことを特徴とするステアリング装置。
5. 請求項３において、
   前記同軸カップリングの外周軸および内周軸の一方を前記伝達比可変機構の入力軸と結合し、前記外周軸および内周軸の他方を前記軸動機構の収納軸と結合し、
   前記収納軸と同軸に前記内周軸に貫通穴を穿設し、
   前記収縮軸の摺動部が前記収納軸の摺動穴および前記貫通穴を通過して没入可能な中空の退避空間を前記伝達比可変機構内に形成したこと特徴とするステアリング装置。
6. 請求項４において、
   前記軸動機構の前記収納軸とされた出力軸に形成された摺動穴と連通し、前記収縮軸の摺動部が前記摺動穴を通過して没入可能な中空の退避空間を前記伝達比可変機構内に形成したことを特徴とするステアリング装置。
7. 請求項５または請求項６において、
   前記軸動機構の収縮軸に形成された摺動部を前記伝達比可変機構の退避空間側に前記摺動穴から突出させ、前記突出した摺動部端に前記摺動穴との間の軸動を規制して該摺動穴から前記収縮軸が脱落することを防止する抜け止め部を形成したことを特徴とするステアリング装置。
8. 請求項７において、
   前記抜け止め部に先端に向かって次第に径が小さくなるテーパ部を形成したことを特徴とするステアリング装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、
   前記伝達比可変機構は、前記同軸カップリングの外周軸または内周軸が結合される入力軸と、前記転舵軸が結合される出力軸と、前記入力軸に同軸に固定されたモータと、前記モータと前記出力軸との間に設けられ前記モータの回転を減速して前記出力軸に伝達する減速機構と、スパイラルケーブル装置とを備え、
   前記スパイラルケーブル装置は、前記モータと電気的に結合されるフレキシブルフラットケーブルが収納される円筒状のケーブルケースを前記同軸カップリングの外周を包囲して配置して成ることを特徴とするステアリング装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか一項において、
    前記同軸カップリングは、前記内周軸の外周面と前記外周軸の中空穴内周面との間に円筒部材を配置し、前記中空穴と円筒部材との間を環状の第１弾性部材を介在して結合し、前記内周軸と円筒部材との間を環状の第２弾性部材を介在して結合し、前記内周軸に径方向に延在するストッパフランジ部を突設し、前記ストッパフランジ部と係合して前記内周軸と前記円筒部材との所定角度以上の相対回転を規制する切欠溝を円筒部材に形成して成ることを特徴とするステアリング装置。
11. 中空穴が穿設された外周軸に内周軸を挿入し、前記内周軸の外周面と前記中空穴の内周面の間に円筒部材を配置し、前記外周軸と円筒部材との間を環状の第１弾性部材を介在して結合し、前記内周軸と円筒部材との間を環状の第２弾性部材を介在して結合し、前記内周軸に径方向に延在するストッパフランジ部を突設し、前記ストッパフランジ部と係合して前記内周軸と前記円筒部材との所定角度以上の相対回転を規制する切欠溝を前記円筒部材に形成したことを特徴とする同軸カップリング。
12. 請求項１１において、前記同軸カップリングが、ステアリングホイールの回転が伝達される操舵軸と、転舵輪に転舵角を付与するステアリングギヤに回転を伝達する転舵軸とから構成される回転伝達経路を備えたステアリング装置における前記ステアリングホイールと前記ステアリングギヤとの間の前記回転伝達経路の途中に設けられることを特徴とする同軸カップリング。

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