JP2007313910A - 舵角比可変ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングシャフトの半径方向および軸方向に小型化した。
【解決手段】ステアリングシャフトに連結された入力軸１１と操舵機構１に連結された出力軸１２とが同一直線状に配置され、これらの端部どうしが対向する対向端部に第１傘歯車１７，１８が固定されると共に入力軸１１，出力軸１２を中心として回転自在なデフケース１６が設けられ、該デフケース１６に入力軸１１，出力軸１２と直交する支持軸１９，２０を介して回転自在に設けた第２傘歯車１９，２０が第１傘歯車１７，１８の双方に噛合され、入力軸１１，出力軸１２と同心のウォームホィール２３がデフケース１６に一体に結合され、該ウォームホィール２３と噛み合うウォーム２４がモータ２５の出力軸２５ａに連結された構成において、デフケース１６は一対のデフケース片２６，２７により構成され、該一対のデフケース片２６，２７がウォームホィール２３を挟んだ状態で結合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、舵角比可変ステアリング装置に関し、ステアリングシャフトの半径方向および軸方向の長さを小さくして小型化したものである。

エンジンの駆動力を駆動輪に伝達するにはディファレンシャルギヤが用いられる。

従来のディファレンシャルギヤとしては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。左右の駆動輪に結合された右駆動軸と左駆動軸とが同一直線状に配置され、対向端部の位置には右駆動軸，左駆動軸に対して回転自在にデフケースが設けられている。右駆動軸と左駆動軸との対向端部には夫々第１傘歯車が固定されている。また、右駆動軸，左駆動軸と直行する支持軸がデフケースに設けられており、該支持軸に回転自在に設けられた第２傘歯車が前記第１傘歯車の双方と噛み合っている。そして、右駆動軸，左駆動軸と同心のハイポイドギヤがデフケースに一体に結合され、該ハイポイドギヤと噛み合うピニオンギヤが設けられ、該ピニオンギヤはエンジンのクランク軸に連結されている。

エンジンの駆動力によりピニオンギヤを介してハイポイドギヤおよびデフケースが共に回転されると、デフケースの回転が第１傘歯車，第２傘歯車を介してそのまま右駆動軸，左駆動軸に伝わり、右駆動軸，左駆動軸は同一方向へ回転する。車がコーナリングする際には内輪よりも外輪の回転数が多くなるが、右駆動軸と左駆動軸とは第２傘歯車を介して回転方向に連結されているので、一方の回転数が少なくなるとその分だけ他方の回転数が多くなり、車がコーナリングする際に内輪と外輪との回転数に差が生じるのを吸収する。

このディファレンシャルギヤの機構をステアリング装置に適用し、右駆動軸，左駆動軸の一方をステアリングシャフトに連結すると共に他方を操舵機構に連結し、ウォームをモータに連結し、モータの回転数を制御することにより、車速が大きいときにはステアリングホィールの回転数に対して舵角を略同じにし、車速が小さいときにはステアリングホィールの回転数に対して舵角を大きくする舵角比可変ステアリング装置を構成することができる。
特開２００２−１７４３２７号公報

ところが、ディファレンシャルギヤのハイポイドギヤに相当するウォームホィールをデフケースの外側に設けることになるため、舵角比可変ステアリング装置がステアリングシャフトの半径方向および軸方向に大型化してしまうという問題がある。

そこで本発明は、上記の課題を解決し、半径方向および軸方向に小型化した舵角比可変ステアリング装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、ステアリングシャフトに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸とが同一直線状に配置され、入力軸の端部と出力軸の端部とが対向する対向端部の位置に前記入力軸，出力軸を中心として回転自在にデフケースが設けられ、前記入力軸および前記出力軸の対向端部に夫々第１傘歯車が固定され、前記デフケースに前記入力軸，出力軸と直交する支持軸を介して回転自在に設けられた第２傘歯車が前記第１傘歯車の双方に噛合され、前記入力軸，出力軸と同心のウォームホィールがデフケースに一体に結合され、該ウォームホィールと噛み合うウォームがモータの出力軸に連結された舵角比可変ステアリング装置において、前記デフケースは一対のデフケース片により構成され、該一対のデフケース片が前記ウォームホィールを挟んだ状態で結合されていることを特徴とする。

この発明によれば、一対のデフケース片がウォームホィールを軸方向から挟んだ状態で結合されていることから、デフケースの外周側をウォームホィールが囲繞するように結合させた構成を採用した場合に比べ、ウォームホィールの外径寸法を小さくすることができる。また、デフケースの軸方向での両端よりも内側にウォームホィールが位置する構成なので、デフケースの軸方向での一方の端面にウォームホィールを結合する構成を採用した場合に比べ、デフケースとウォームホィールとを結合した全体を軸方向に小型化できる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の舵角比可変ステアリング装置において、一対のデフケース片のうちの一方は前記ウォームホィールに結合され、他方は前記ウォームホィールとの間に隙間を介して一方のデフケース片に結合されていることを特徴とする。

この発明によれば、一方のデフケース片と他方のデフケース片とは直接に接触した状態で結合されているので、一対のデフケース片の夫々の内部に支持された入力軸，出力軸の第１傘歯車間の軸心が高精度で一致する。また、一対のデフケース片の間に芯ずれが生じないので、一対のデフケース片の間に支持軸を高精度に挟持することが可能となり、支持軸を挟持した場合の第１傘歯車と第２傘歯車との噛み合い精度が向上する。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の舵角比可変ステアリング装置において、前記支持軸は前記一対のデフケース片の間に挟まれた状態で支持され、前記ウォームホィールの内側に配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、支持軸は一対のデフケース片の間に挟んで支持されるので、入出力軸の円周方向，入出力軸の軸方向，支持軸の軸方向の３方向でのデフケースに対する支持軸の位置決めが行われ、第２傘歯車の芯出し作業（歯当たり調節）が容易である。また、デフケースに対する支持軸の回り止めの作業が不要であり、回り止め用のピン打ちの作業等が省略される。このため、組み付け性が向上する。

本発明に係る舵角比可変ステアリング装置によれば、一対のデフケース片がウォームホィールを挟んだ状態で結合されていることから、デフケースの外周側をウォームホィールが囲繞するように結合させた構成を採用した場合に比べ、ウォームホィールの外径寸法を小さくすることができ、舵角比可変ステアリング装置が半径方向に小型化する。また、デフケースの軸方向での両端よりも内側にウォームホィールが位置する構成なので、デフケースの軸方向での一方の端面にウォームホィールを結合する構成を採用した場合に比べ、デフケースとウォームホィールとを結合した全体が軸方向に小型化する。

以下、本発明による舵角比可変ステアリング装置の実施の形態を説明する。

舵角比可変ステアリング装置の全体図を図２に示す。ステアリングホィールが設けられた図示しないステアリングシャフトと操舵輪を操舵する操舵機構１との間には、パワーステアリング装置を構成する油圧制御弁２と舵角比可変ステアリング装置３とが設けられている。前記油圧制御弁２はバルブハウジング８に収容され、前記舵角比可変ステアリング装置３はデフハウジング９に収容され、前記操舵機構１は操舵ハウジング１０に収容されている。

前記油圧制御弁２の構成を簡単に説明する。図示しないステアリングシャフトの下部が油圧制御弁２のトーションバー４を介して舵角比可変ステアリング装置３の後述する入力軸１１に連結されている。トーションバー４は捩り変形可能であり、該トーションバー４の上部はピン５を介して中空のバルブシャフトの６の上部に結合され、トーションバー４とバルブシャフト６との上部はいずれの方向へも一体となって回動する。バルブシャフト６はバルブハウジング８の内部に設けられたバルブスリーブ７の内部に収容されており、トーションバー４が捩られることにより、バルブスリーブ７に対してバルブシャフト６がいずれかの方向へ相対的に回転する。これにより、図示しないポンプから吐出される圧油が図示しない油圧パワーシリンダの左室または右室へ供給され、後述するラック１４がステアリングホィールの操作によるラック１４の移動方向と同じ方向である図２の右方または左方へ駆動される。

舵角比可変ステアリング装置３の内部には、前記入力軸１１と出力軸１２とが同一直線状に配置されている。そして、出力軸１２の下端は、操舵ハウジング１０に軸受５２を介して回転自在に設けられたピニオンギヤ１３の上端部に一体回転可能に挿着されている。該ピニオンギヤ１３には、図面の左右方向へスライド自在なラック１４が噛み合って操舵機構１を構成している。そして、ピニオンギヤ１３の回転数を検出するために、該ピニオンギヤ１３の下端部にはセンサーシャフト１５ａの上端が一体回転可能に挿着され、該センサーシャフト１５ａの下端には回転センサ１５の入力軸１５ｂの上端部が一体回転可能に挿着されている。なお、５３は操舵ハウジング１０を車体に取り付けるための取付孔である。

次に、舵角比可変ステアリング装置３について説明する。ステアリングシャフトに連結された前記入力軸１１と前記操舵機構に連結された出力軸１２とが同一直線状に配置されている。入力軸１１の端部と出力軸１２の端部とが対向する対向端部の位置に入力軸１１，出力軸１２を中心として回転自在にデフケース１６が設けられている。換言すれば、デフケース１６に対して入力軸１１，出力軸１２が回転自在に設けられている。入力軸１１および出力軸１２の対向端部には夫々第１傘歯車１７，１８が固定されている。デフケース１６には、前記入力軸１１，出力軸１２と直交する支持軸１９，２０を介して第２傘歯車２１，２２が回転自在に設けられ、該第２傘歯車２１，２２は前記第１傘歯車１７，１８の双方に噛み合っている。そして、前記入力軸１１，出力軸１２と同心のウォームホィール２３がデフケース１６に一体に結合され、該ウォームホィール２３と噛み合うウォーム２４がモータ２５の出力軸２５ａに連結されている。

上記の舵角比可変ステアリング装置３の詳細を、図１の分解斜視図に基づいて説明する。デフケース１６は一対のデフケース片２６，２７により構成され、該一対のデフケース片２６，２７がウォームホィール２３を挟んだ状態で結合されている。即ち、以下のように構成されている。ウォームホィール２３は円環部２３ａと該円環部２３ａから内側へ張り出して対向面どうしが相互に略平行な略半円状の一対の取付部２３ｂとによって構成されている。一対の取付部２３ｂは相互に１８０度をなす反対位置に設けられ、これら一対の取付部２３ｂの間には前記支持軸１９，２０を配置するための貫通空間２３ｃが形成されている。

一方、一対のデフケース片２６，２７は略筒形状であり、大径部２６ａ，２７ａと小径部２６ｂ，２７ｂとによって構成されている。小径部２６ｂ，２７ｂの内部には小径部２６ｂ，２７ｂ側から嵌め込まれた軸受２８，２９を介して入力軸１１，出力軸１２が回転自在に支持されている。入力軸１１，出力軸１２の対向端部には、夫々第１傘歯車１７，１８が挿通され、ナット１７ａ，１８ａにより固定されている。前記軸受２８，２９は、スナップリング３０（図示せず），３１を介して小径部２６ｂ，２７ｂの内部に固定されている。

大径部２６ａ，２７ａには、ウォームホィール２３の円環部２３ａの内周面であるインロー部２３ｄに嵌め込むことにより芯出しされる嵌入部２６ｃ，２７ｃが形成され、該嵌入部２６ｃ，２７ｃの相互に１８０度をなす位置には、軸方向へのびる一対の突出部２６ｄ，２７ｄが形成されている。一対のデフケース片２６，２７を組み付けて２組の突出部２６ｄ，２７ｄどうしを付き合わせた状態で、入力軸１１，出力軸１２と直交する軸を中心とする半円凹部２６ｅ，２７ｅが形成されており、該半円凹部２６ｅ，２７ｅの内周面には内側へ突出する円周凸部２６ｆ，２７ｆが形成されている。

大径部２６ａ，２７ａの内周側には、一対の突出部２６ｄ，２７ｄどうしの間に前記取付部２３ｂと対向する略半円形状の結合部２６ｇ，２７ｇが形成されている。結合部２６ｇ，２７ｇには、ピン孔２６ｈ，２７ｈ（図示せず）が形成されている。このピン孔２６ｈ，２７ｈは、前記半円凹部２６ｅ，２７ｅおよび前記円周凸部２６ｆ，２７ｆを加工する際に、一対のデフケース片２６，２７を組み付けておこなうため、図示しないピンを挿入して一対のデフケース片２６，２７の相対的な位置決めを行うために形成されている。また、一対のデフケース片２６，２７の結合部２６ｇ，２７ｇには４つの挿通孔２６ｉ，２７ｉが形成されている。ウォームホィール２３の取付部２３ｂには、挿通孔２６ｉ，２７ｉと同一の軸線上にボルト３２とねじ結合する４つの螺子孔２３ｅが形成されている。

デフケース片２６の嵌入部２６ｃをウォームホィール２３のインロー部２３ｄに嵌め込み、４本のボルト３２を挿通孔２６ｉに挿入してウォームホィール２３の螺子孔２３ｅにねじ込むことにより、一方のデフケース片２６にウォームホィール２３が結合されたことになる。そして、一方のデフケース片２６に対するウォームホィール２３の軸芯合わせは、インロー部２３ｄに嵌入部２６ｃを嵌め込むことによって行われている。そして、突出部２６ｄ，２７ｄの側面を取付部２３ｂの相互に略平行な対向面に当接させることにより、ウォームホィール２３に対する一対のデフケース片２６，２７の円周方向での位置決めが行われている。そして、ウォームホィール２３の取付部２３ｂから突出する４本のボルト３２の先端を４つの挿通孔２７ｉに挿通させた状態でボルト３２にナット３３をねじ込むことにより、一対の突出部２６ｄ，２７ｄどうしを付き合わせた状態で、一対のデフケース片２６，２７が結合されている。このときの一対のデフケース片２６，２７の軸芯合わせは、インロー部２３ｄに嵌入部２７ｃを嵌め込むことによって行われている。そして、一対のデフケース片２６，２７の円周方向での位置決めは、半円凹部２６ｅ，２７ｅに支持軸１９，２０を嵌め込むことによって行われている。ウォームホィール２３の取付部２３ｂと他方のデフケース片２７の結合部２７ｇとの間には、軸方向に僅かな隙間が形成され、ウォームホィール２３とデフケース片２７との間に相互関係が生じないようになっている。

一対のデフケース片２６，２７とウォームホィール２３とが一体に組み込まれた状態で、前記半円凹部２６ｅ，２７ｅの位置に支持軸１９，２０が挟持されている。支持軸１９，２０の外端部には支持軸１９，２０の倒れを防止するために大径のフランジ部１９ａ，２０ａが一体形成され、フランジ部１９ａ，２０ａの外周面には軸方向へ移動しないようにストッパとして機能する円周溝１９ｂ，２０ｂが形成されている。フランジ部１９ａ，２０ａの外周面と円周溝１９ｂ，２０ｂとの半径寸法および厚さ寸法は、前記半円凹部２６ｅ，２７ｅと円周凸部２６ｆ，２７ｆとの半径寸法および厚さ寸法と対応しており、フランジ部１９ａ，２０ａが隙間なく嵌合されている。そして、半円凹部２６ｅ，２７ｅにフランジ部１９ａ，２０ａを嵌合して組み付けることにより一対のデフケース片２６，２７の円周方向での相対的な位置決めがされたことになる。ウォームホィール２３の外径寸法を最小限に抑えるため、図３に示すように、フランジ部１９ａ，２０ａの外端面には、ウォームホィール２３のインロー部２３ｄの円弧に沿った球面１９ｃ，２０ｃが形成されている。支持軸１９，２０には軸受３４を介して第２傘歯車２１，２２が回転自在に設けられ、支持軸１９，２０には軸受３４を固定するためのナット３５がねじ込まれている。これにより、支持軸１９，２０および第２傘歯車２１，２２は一対のデフケース片２６，２７の間に挟まれた状態で、ウォームホィール２３の内側に配置されている。

次に、ウォーム２４とモータ２５との近傍の構造を図３に基づいて説明する。前記ウォームホィール２３と噛み合うウォーム２４は、軸受４１を介してデフハウジング９の内部に回転自在に支持されている。デフハウジング９の図中上部にはボルト４２を介して第１補助ハウジング４３およびモータ２５が取り付けられている。ウォーム２４は軸受４４，４４を介して第１補助ハウジング４３にも支持され、前記ウォーム２４の一端はモータ２５の出力軸２５ａの端部に連結されている。デフハウジング９の図中下部には、ボルト４５を介して第２補助ハウジング４６が結合され、該第２補助ハウジング４６の図中下部には、ボルト４７を介して第３補助ハウジング４８が取り付けられている。第２補助ハウジング４６の内部には、舵角比可変ステアリング装置に異常が生じたような場合にウォーム２４をロックして入力軸１１の回転数と出力軸１２の回転数の比が１：１の本来の設定となるように保持するロック手段４９が設けられ、第３補助ハウジング４８の内部にはモータ２５の回転数を検出する回転数検出手段５０が設けられている。

以上のように構成された舵角比可変ステアリング装置３の前記デフケース１６は、入力軸１１，出力軸１２を中心として回転することから、デフケース１６を支持するために図２のようにデフハウジング９が設けられ、デフハウジング９の内部に一対の軸受３７を介して回動自在にデフケース１６が支持されている。そして、デフハウジング９の上下の端面には上蓋体３８，下蓋体３９がボルト４０を介して装着され、上蓋体３８には前記バルブハウジング８がボルト５４を介して結合されている。上蓋体３８と入力軸１１との間には軸受５１が設けられている。

次に、舵角比可変ステアリング装置の作用を説明する。

図２において、図示しないステアリングホィールを回転させることにより図示しないステアリングシャフトが回転すると、ステアリングシャフトの回転は、トーションバー４を介して舵角比可変ステアリング装置３の入力軸１１へ伝わる。トーションバー４がいずれかの方向へ捩られることにより、バルブスリーブ７に対してバルブシャフト６がいずれかの方向へ相対的に回転し、油圧制御弁２が作動してパワーステアリング装置により、操舵力が補助される。

舵角比可変ステアリング装置３の入力軸１１が回転駆動されると、入力軸１１の下端に設けた第１傘歯車１７が回転するので、第２傘歯車２１，２２が回転させられ、第２傘歯車２１，２２の回転が第１傘歯車１８および出力軸１２を入力軸１１と反対方向へ回転させる。このとき、デフケース１６が回転しない場合は、出力軸１２の回転数は入力軸１１の回転数と同じで１：１で対応しており、出力軸１２の回転数は増減されない。

次に、車速に応じてモータ２５が回転されると、モータ２５の出力軸２５ａの回転がウォーム２４およびウォームホィール２３を介してデフケース１６へ伝わる。そして、デフケース１６が回転する分だけ第１傘歯車１８の回転数が増加また減少することになる。図４は、車速が低速，中速，高速の場合に、入力軸１１の回転角度と出力軸１２の回転角度とを示すグラフである。図中（イ）は中速走行中の状態であり、入力軸１１の回転角と出力軸１２の回転角とが１：１で対応していることを示している。これに対し、（ロ）は高速走行中の状態であり、入力軸１１の回転方向と同じ方向へデフケース１６が回転し、入力軸１１よりも出力軸１２が減速されて操舵輪の舵角が小さくなることを示しており、（ハ）は低速走行中の状態であり、入力軸１１の回転方向と反対方向へデフケース１６が回転し、入力軸１１よりも出力軸１２が増速されて操舵輪の舵角が大きくなることを示している。

出力軸１２の回転はピニオンギヤ１３を介してラック１４へ伝わり、ラック１４が図２の左右方向へ移動することにより、操舵輪の操舵が行われる。入力軸１１の回転数であるステアリングシャフトの回転数（ｓ）は図示しない回転センサが検出し、モータ２５の回転数（ｍ）は回転数検出手段５０が検出し、出力軸１２の回転数であるピニオンギヤ１３の回転数（ｐ）は回転センサ１５が検出する。ステアリングシャフトの回転数（ｓ）に対するピニオンギヤ１３の回転数（ｐ）の減速比は車速によって予め設定されており、決められた回転数（ｐ）となるようにモータ２５の回転数（ｍ）が制御される。

一対のデフケース片２６，２７の間にウォームホィール２３と支持軸１９，２０とを挟むようにしてウォームホィール２３と支持軸１９，２０とを支持し、支持軸１９，２０および一対の第２傘歯車２１，２２がウォームホィール２３の内側の貫通空間２３ｃに配置されているため、デフケース１６は半径方向および軸方向に小型化されるだけでなく、組み付け性および寸法精度が向上する。

この発明によれば、一対のデフケース片２６，２７がウォームホィール２３を軸方向から挟んだ状態で結合されていることから、単体構成のデフケースの外周側を囲繞するようにウォームホィールが結合される構成を採用した場合に比べ、ウォームホィールの外径寸法を小さくすることができる。また、デフケースの軸方向での両端よりも内側にウォームホィールが位置する構成なので、デフケースの軸方向での一方の端面にウォームホィールを結合する構成を採用した場合に比べ、デフケースとウォームホィールとを結合した全体を軸方向に小型化できる。

この発明によれば、一方のデフケース片２６と他方のデフケース片２７とは直接に接触した状態で結合されているので、一対のデフケース片２６，２７の夫々の内部に支持された入力軸１１，出力軸１２の第１傘歯車１７，１８間の軸心が高精度で一致する。また、一対のデフケース片２６，２７の間に芯ずれが生じないので、一対のデフケース片２６，２７の間に支持軸１９，２０を高精度に挟持することが可能となり、支持軸１９，２０を挟持した場合の第１傘歯車１７，１８と第２傘歯車２１，２２との噛み合い精度が向上する。

この発明によれば、支持軸１９，２０は一対のデフケース片２６，２７の間に挟んで支持されるので、入出力軸１１，１２の円周方向、入出力軸１１，１２の軸方向、支持軸１９，２０の軸方向の３方向でのデフケース１６に対する支持軸１９，２０の位置決めが容易であり、芯出し作業（歯当たり調節）が容易である。また、デフケース１６に対する支持軸１９，２０の回り止めの作業が不要であり、回り止め用のピン打ちの作業等が省略される。このため、組み付け性が向上する。

なお、本実施の形態では、デフケースに設ける第２傘歯車の数を２つにしたが、１つであってもよい。

舵角比可変ステアリング装置を示す斜視図（実施の形態）。 舵角比可変ステアリング装置の近傍の構成を示す断面図（実施の形態）。 図２のＡ−Ａ矢視図（実施の形態）。 車速ごとの、入力軸の回転角度と出力軸の回転角度との関係を示すグラフ。

符号の説明

１…操舵機構
３…舵角比可変ステアリング装置
１１…入力軸
１２…出力軸
１６…デフケース
１７，１８…第１傘歯車
１９，２０…支持軸
２１，２２…第２傘歯車
２３…ウォームホィール
２４…ウォーム
２５…モータ
２５ａ…出力軸
２６，２７…デフケース片

Claims (3)

1. ステアリングシャフトに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸とが同一直線状に配置され、入力軸の端部と出力軸の端部とが対向する対向端部の位置に前記入力軸，出力軸を中心として回転自在にデフケースが設けられ、前記入力軸および前記出力軸の対向端部に夫々第１傘歯車が固定され、前記デフケースに前記入力軸，出力軸と直交する支持軸を介して回転自在に設けられた第２傘歯車が前記第１傘歯車の双方に噛合され、前記入力軸，出力軸と同心のウォームホィールがデフケースに一体に結合され、該ウォームホィールと噛み合うウォームがモータの出力軸に連結された舵角比可変ステアリング装置において、
   前記デフケースは一対のデフケース片により構成され、該一対のデフケース片が前記ウォームホィールを挟んだ状態で結合されていることを特徴とする舵角比可変ステアリング装置。
2. 請求項１に記載の舵角比可変ステアリング装置において、
   一対のデフケース片のうちの一方は前記ウォームホィールに結合され、他方は前記ウォームホィールとの間に隙間を介して一方のデフケース片に結合されていることを特徴とする舵角比可変ステアリング装置。
3. 請求項２に記載の舵角比可変ステアリング装置において、
   前記支持軸は前記一対のデフケース片の間に挟まれた状態で支持され、前記ウォームホィールの内側に配置されていることを特徴とする舵角比可変ステアリング装置。
   

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