JP2007313958A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディファレンシャルギヤ機構を採用する場合としない場合とで同一のラックを使用できるようにする。
【解決手段】ステアリングホィール１を設けたステアリングシャフト２の下端と、車体左右方向へ移動して一対の操舵車輪３を操舵するラック４に噛み合う第１ピニオン５との間を連結させた構成と、ディファレンシャルギヤ機構７を介在させた構成とが選択的に採用され、ディファレンシャルギヤ機構７は、ステアリングシャフト２の下端に連結される入力軸８と第１ピニオン５に連結されて入力軸８の回転方向と逆方向へ回転する出力軸９と、入力軸８の回転数に対する出力軸９の回転数の比を制御する舵角比制御用モータ１０とを有するステアリング装置において、第１ピニオン５が当接し得るラック４の両面に前面ラック歯４ａと後面ラック歯４ｂとを、ラック４の長さ方向の略同じ位置に夫々形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステアリング装置に関し、舵角比可変機構を設ける場合も設けない場合も同じラックが使えるようにしたものである。

エンジンの駆動力を駆動輪に伝達し、かつ左右の駆動輪に回転数の差が生じるのを許容するため、エンジンと駆動輪との間にはディファレンシャルギヤが用いられる。

ディファレンシャルギヤは以下のように構成されている。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上に配置され、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設けられ、該ウォーム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ウォームを介してウォームホィール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は、ステアリング装置の舵角比可変機構として用いることができる。この舵角比可変機構を備えたステアリング装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。このステアリング装置は、右駆動軸，左駆動軸の一方をステアリングシャフトの下端に連結すると共に他方を操舵機構のラックと噛み合うピニオンに連結し、ウォームを舵角比制御用モータに連結し、舵角比制御用モータの回転速度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角度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角度に対して舵角を大きくすることができる。

そして、ディファレンシャルギヤの右駆動軸，左駆動軸の一方を入力軸とし他方を出力軸として用いることから、入力軸の回転方向に対して出力軸の回転方向が逆になる。そのため、操舵車輪の軸から車体前方へ突出するナックルアームにラックの両端を連結した構成を採用する場合は、車体の左右方向へ移動するラックに対し、出力軸に設けたピニオンを車体の前面側で噛み合わせている。
特開昭４７−２０８３５号公報

ところが、舵角比可変機構を採用しないステアリング装置ではステアリングホィールとピニオンとの回転方向が同じなので、ラックに対し、ピニオンを車体後面側で噛み合わせることになり、舵角比可変機構を採用する場合としない場合とで前面側にラック歯を有するラックと後面側にラック歯を有するラックとの２種類のラックを準備しなければならず、煩雑である。

そこで本発明は、上記の課題を解決し、舵角比可変機構の採用の有無に拘らず１種類のラックで対応できる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、ステアリングホィールを有するステアリングシャフトの下端と、車体左右方向へ移動して一対の操舵車輪を操舵するラックに噛み合う第１ピニオンとの両者を連結させた構成と、両者間に舵角比可変機構を介在させた構成とが選択的に採用され、前記舵角比可変機構は、前記ステアリングシャフトの下端に連結される入力軸と前記第１ピニオンに連結されて前記入力軸の回転方向と逆方向へ回転する出力軸と前記入力軸の回転数に対する前記出力軸の回転数の比を制御する舵角比制御用モータとを有するステアリング装置において、前記ラックの一方側面と反対側の他方側面とに、夫々一方側ラック歯と他方側ラック歯とを、前記ラックの長さ方向の略同じ位置に夫々所定長さ分形成することにより、前記第１ピニオンを前記一方側ラック歯と前記他方側ラック歯とに選択的に連結できるようにしたことを特徴とする。

この発明によれば、ステアリングシャフトの下端と第１ピニオンとの間に舵角比可変機構を介在させる場合は第１ピニオンを一方側ラック歯に噛み合せ、介在させないでステアリングシャフトの下端と第１ピニオンとを連結する場合は第１ピニオンを他方側ラック歯に噛み合せることになり、１種類のラックで対応できる。また、一方側ラック歯と他方側ラック歯とがラックの長さ方向の略同じ位置に所定長さ分形成されているので、ラック歯の硬度を上げるために施す熱処理はラックの長さ方向での１箇所となり、ラックの両端近傍に熱処理を施す場合のようにラックが反ったり捩れたりすることがない。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のステアリング装置において、前記ステアリングシャフトの下端と前記第１ピニオンとの間に前記舵角比可変機構を介在させ、前記一方側ラック歯には、前記第１ピニオンを噛み合せる一方、前記他方側ラック歯には、パワーステアリング機構の出力軸に連結した第２ピニオンを噛み合せたことを特徴とする。

この発明によれば、舵角比可変機構とパワーステアリング機構との双方を備えているので、車の走行速度に対応して舵角比が変化し、かつステアリングホィールを回す操舵力が小さくてすむ。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載のステアリング装置において、前記ステアリングシャフトの下端と前記第１ピニオンとを連結させ、前記他方側ラック歯には、前記第１ピニオンを噛み合せ、前記ステアリングシャフトの下端と前記第１ピニオンとの間にパワーステアリング機構の出力軸を連結したことを特徴とする。

この発明によれば、舵角比可変機構を備えない場合においても、舵角比は常に一定である。一方、パワーステアリング機構を備えているので、ステアリングホィールを回す操舵力が小さくてすむ。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のステアリング装置において、前記舵角比可変機構としてディファレンシャルギヤ機構を設けたことを特徴とする。

この発明によれば、舵角比可変機構としてディファレンシャルギヤ機構を用いるので、ディファレンシャルギヤ機構における右駆動軸，左駆動軸の一方が舵角比可変機構の入力軸となり、他方が出力軸となる。従って、入力軸と出力軸とが１対１で対応し、入力軸の回転方向と出力軸の回転方向とが逆になる。

請求項１に係るステアリング装置によれば、ステアリングシャフトの下端と第１ピニオンとの間に、入力軸の回転方向に対して出力軸の回転方向が逆になる舵角比可変機構を介在させる構成と、介在させないで連結する構成とを選択的に採用するステアリング装置において、ラックの一方側面には一方側ラック歯を他方側面には他方側ラック歯を夫々形成したので、舵角比可変機構を介在させる場合は第１ピニオンを一方側ラック歯に噛み合せ、介在させないで連結する場合は第１ピニオンを他方側ラック歯に噛み合せればよく、舵角比可変機構を介在させる場合も介在させない場合も同じラックを用いることができる。これにより、舵角比可変機構の有無に拘わらず同一の部品を共有できる。従って、１種類のラックを用いてステアリング装置の種々のバリエーションに対応することができる。

本発明に係るステアリング装置の具体的な実施の形態を説明する前に、ステアリング装置に舵角比可変機構を設けた場合の構成を図１に基づいて説明する。図１は車体を側方から見た場合の説明図である。

ステアリング装置は、ステアリングホィール１を有するステアリングシャフト２と、車体左右方向へ移動して一対の操舵車輪３を操舵するラック４に第１ピニオン５を噛み合わせた操舵機構６とを備えている。そして、図２のようにステアリングシャフト２の下端と操舵機構６の第１ピニオン５との間に舵角比可変機構を介在させた構成と、図４のように舵角比可変機構を介在させることなくステアリングシャフト２の下端と操舵機構６の第１ピニオン５とを連結する構成とが選択的に採用できるようになっている。

この実施の形態では、前記舵角比可変機構としてディファレンシャルギヤ機構７が用いられる。ディファレンシャルギヤ機構７は、図１に示すように、ステアリングシャフト２の下端に自在継手２５を介して連結される入力軸８と第１ピニオン５に連結されて入力軸８の回転方向と逆方向へ回転する出力軸９と舵角比制御用モータ１０とを有する。入力軸８と出力軸９とが同一直線上に配置され、入力軸８の端部と出力軸９の端部とが対向する対向端部の位置に入力軸８，出力軸９を中心として回転自在にデフケース１２が設けられ、入力軸８および出力軸９の対向端部に夫々第１傘歯車１３が固定され、デフケース１２に入力軸８，出力軸９と直交する支持軸１４を介して回転自在に設けられた第２傘歯車１５が第１傘歯車１３の双方に噛合され、入力軸８，出力軸９と同心のウォームホィール１６がデフケース１２に一体結合され、該ウォームホィール１６と噛み合うウォーム１７が舵角比制御用モータ１０の出力軸１１に結合されている。

ステアリングホィール１を例えば右回りに回転させ、ディファレンシャルギヤ機構７の入力軸８が同じく右回りに回転すると、出力軸９は左回りに回転する。このため、操舵車輪３が右向きになるには、図１のようにラック４における車体の前面側で第１ピニオン５が噛み合うようにする。一方、ディファレンシャルギヤ機構７を介在させることなくステアリングシャフト２の下端と操舵機構６の第１ピニオン５とを連結する場合は、図１に仮想線で示すように、ラック４の後面側で第１ピニオン５が噛み合うようにする。このため、本発明では、ラック４に前面ラック歯４ａおよび後面ラック歯４ｂが形成されている。

以下に示すステアリング装置の実施の形態１〜２は、ラック４に前面ラック歯４ａおよび後面ラック歯４ｂを形成したものであり、実施の形態１に設けられているディファレンシャルギヤ機構７は図１に示す構成のものである。
（ａ）実施の形態１
まず、実施の形態１を図２に示す。図２は、右ハンドル車であって、かつラック４およびナックルアーム２２が操舵車輪３の軸３ａに対して車体前方に配置される場合の実施例である。

図１で説明したように、ステアリングシャフト２に連結された第１ピニオン５は、前記ラック４の一方側面である前面、または他方側面である後面に当接し得ることになる。このため、ラック４の前面には前面ラック歯４ａが形成され、後面には後面ラック歯４ｂが形成されている。前面ラック歯４ａ，後面ラック歯４ｂは、ラック４の長さ方向に対し、車体の右側であって略同じ位置に夫々所定長さ分だけ形成されている。この実施の形態では、ステアリングシャフト２の下端と第１ピニオン５との間にディファレンシャルギヤ機構７を介在させている。そのため、図１に示したのと同様に、前面ラック歯４ａにはディファレンシャルギヤ機構７の出力軸９に設けた第１ピニオン５が噛み合っている。

一方、後面ラック歯４ｂにはパワーステアリング機構を構成するパワーステアリング用モータ１８の出力軸１８ａに連結した第２ピニオン１９が噛み合っている。即ち、出力軸１８ａにはウォーム２０が設けられ、該ウォーム２０が第２ピニオン１９と一体に回転するウォームホィール２１と噛み合っている。ステアリングホィール１とディファレンシャルギヤ機構７との間には、図示しないトルクセンサが設けられ、ステアリングシャフト２の回転方向とトルクとを検出する。そして、該検出値に基づいて前記パワーステアリング用モータ１８が回転し、操舵力を補助する。

ラック４と操舵車輪３との関係を説明する。図２（ａ）に示すように、ラック４の両端を延長するようにタイロッド２６が設けられ、該タイロッド２６と、操舵車輪３の軸３ａと一体のナックルアーム２２とがボールジョイント２３を介して連結されている。これにより、ラック４が左右へ移動すると、軸３ａと操舵車輪３とが回動軸２４を中心として回動し、操舵車輪３が右または左を向く。

次に、ステアリング装置の作用を説明する。

ステアリングホィール１を例えば右回転させると、ディファレンシャルギヤ機構７の入力軸８が右回転し、出力軸９が左回転して出力される。そして、第１ピニオン５が左回転するので、ラック４が右へ移動する。すると、ボールジョイント２３が右方へ押されるので、ナックルアーム２２が回動軸２４を中心として右方へ回動し、操舵車輪３が右へ向く。ステアリングホィール１を左回転させると、同様にして操舵車輪３が左へ向く。

一方、ステアリングホィール１を右または左へ回転させる際には、図示しない前記トルクセンサがステアリングシャフト２の回転方向とトルクとを検出し、該検出値に基づいてパワーステアリング用モータ１８が回転し、該回転による回転力がウォーム２０とウォームホィール２１とを介して第２ピニオン１９へ伝わり、ラック４を駆動する。これにより、ステアリングホィール１による操舵力を補助することになる。

図３は操舵機構６の平面図である。図のように、ラック４の前面ラック歯４ａに噛み合う第１ピニオン５と、後面ラック歯４ｂに噛み合う第２ピニオン１９とがラック４の長さ方向の略同じ位置に設けられている。このため、ディファレンシャルギヤ機構７とパワーステアリング用モータ１８とは一本のラック４の長さ方向の略同じ位置に近接配置せざるを得ないことになる。しかし、近接配置すると両者が干渉するという問題がある。このため、図３に示すようにラック４の幅寸法Ｗが大きな値に設定されている。幅寸法Ｗを大きな値に設定したので、ディファレンシャルギヤ機構７とパワーステアリング用モータ１８とを相互に干渉することなく配置することができる。そして、両者をひとつのケースにまとめて収容することが可能となる。

また、ラック４にはステアリングシャフト２に連結されたピニオン５とパワーステアリング用モータ１８の出力軸１８ａに連結されたピニオン１９とを噛み合わせる必要があり、ラック４の長さ方向での中央部はエンジンと干渉するため、従来はステアリングシャフト２に連結されたピニオン５が噛み合うラック歯と、パワーステアリング用モータ１８に連結された第２ピニオン１９が噛み合うラック歯とをラック４の両端に配置しており、ラック歯の部分の硬度を上げるためにラック４の両端を熱処理したことによりラック４が反ったり捩れたりして、ラック４を覆うラックケースの内面とラック４との摺動抵抗が大きくなるという問題がある。本発明では、前面ラック歯４ａ，後面ラック歯４ｂをラック４の長さ方向の略同じ位置の１箇所に夫々形成するので、このような問題が生じない。

この発明によれば、ステアリングシャフト２の下端と第１ピニオン５との間にディファレンシャルギヤ機構７を介在させる実施の形態１の場合には第１ピニオン５をラック４における一方側ラック歯としての前側ラック歯４ａに噛み合せ、後述する実施の形態２のようにステアリングシャフト２の下端と第１ピニオン５とを連結する場合には第１ピニオン５を他方側ラック歯としての後側ラック歯４ｂに噛み合せることになり、いずれの場合も１種類のラック４で対応できることになる。

この発明によれば、舵角比可変機構としてディファレンシャルギヤ機構７を用いるので、ディファレンシャルギヤ機構７における右駆動軸，左駆動軸の一方が舵角比可変機構の入力軸となり、他方が出力軸となる。従って、入力軸と出力軸とが１対１で対応し、入力軸の回転方向と出力軸の回転方向とは逆になる。

この発明によれば、ディファレンシャルギヤ機構７とパワーステアリング用モータ１８からなるパワーステアリング機構との双方を備えているので、車の走行速度に対応して舵角比が変化し、かつステアリングホィール１を回す操舵力が小さくてすむ。
（ｂ）実施の形態２
次に、実施の形態２を図４に示す。なお、この実施の形態は実施の形態１の一部を変更したものなので、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

この実施の形態ではディファレンシャルギヤ機構を設けないので、ステアリングシャフト２の下端と第１ピニオン５とが、延長シャフト２ａを介して連結されている。そして、前述したように、ステアリングシャフト２の下端と第１ピニオン５とを連結するため、第１ピニオン５の回転方向はステアリングホィール１の回転方向と同じになり、そのために第１ピニオン５をラック４における他方側ラック歯としての後側ラック歯４ｂに噛み合せることになる。

この第１ピニオン５には、パワーステアリング用モータ１８の出力軸１８ａが連結されている。即ち、延長シャフト２ａにウォームホィール２１が設けられ、該ウォームホィール２１に、パワーステアリング用モータ１８の出力軸１８ａに設けられたウォーム２０が噛み合っている。

次に、ステアリング装置の作用を説明する。

ステアリングホィール１を例えば右回転させると、第１ピニオン５が右回転するので、ラック４が右へ移動する。そのため、実施の形態１の場合と同様に操舵車輪３が右へ向く。逆に、ステアリングホィール１を左回転させると、操舵車輪３が左へ向く。

一方、パワーステアリング用モータ１８も、実施の形態１の場合と同様にステアリングホィール１の回転方向と同じ方向へ回転し、操舵力を補助する。

その他の構成，作用は実施の形態１と同じなので、説明を省略する。

この発明によれば、ディファレンシャルギヤ機構を備えていないので、舵角比は常に一定である。一方、パワーステアリング機構を備えているので、ステアリングホィール１を回す操舵力が小さくてすむ。

なお、実施の形態１〜２は入力軸と出力軸との回転方向が逆になる舵角比可変機構がディファレンシャルギヤ機構である場合を示したが、入力軸と出力軸との回転方向が逆であればディファレンシャルギヤ機構とは異なる構成の舵角比可変機構であってもよい。

また、本実施の形態では、第１ピニオンの軸心を略鉛直方向に沿って配置したので一方側ラック歯，他方側ラック歯がラックの前後に位置する前面ラック歯，後面ラック歯となるが、第１ピニオンの軸心を水平方向に沿って配置するとラックの上下に位置する上面ラック歯，下面ラック歯となる。

ステアリング装置にディファレンシャルギヤ機構を介在させた場合と介在させないで連結した場合とを比較して示す説明図。 ステアリング装置に係り、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図（実施の形態１）。 ラックとピニオンとの関係を示す平面図（実施の形態１）。 ステアリング装置に係り、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図（実施の形態２）。

符号の説明

１…ステアリングホィール
２…ステアリングシャフト
３…操舵車輪
４…ラック
４ａ…前面ラック歯（一方側ラック歯）
４ｂ…後面ラック歯（他方側ラック歯）
５…第１ピニオン
６…操舵機構
７…ディファレンシャルギヤ機構（舵角比可変機構）
８…入力軸
９…出力軸
１０…舵角比制御用モータ
１８…パワーステアリング用モータ（パワーステアリング機構 ）
１９…第２ピニオン

Claims (4)

1. ステアリングホィールを有するステアリングシャフトの下端と、車体左右方向へ移動して一対の操舵車輪を操舵するラックに噛み合う第１ピニオンとの両者を連結させた構成と、両者間に舵角比可変機構を介在させた構成とが選択的に採用され、
   前記舵角比可変機構は、前記ステアリングシャフトの下端に連結される入力軸と前記第１ピニオンに連結されて前記入力軸の回転方向と逆方向へ回転する出力軸と前記入力軸の回転数に対する前記出力軸の回転数の比を制御する舵角比制御用モータとを有するステアリング装置において、
   前記ラックの一方側面と反対側の他方側面とに、夫々一方側ラック歯と他方側ラック歯とを、前記ラックの長さ方向の略同じ位置に夫々所定長さ分形成することにより、前記第１ピニオンを前記一方側ラック歯と前記他方側ラック歯とに選択的に連結できるようにしたことを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記ステアリングシャフトの下端と前記第１ピニオンとの間に前記舵角比可変機構を介在させ、
   前記一方側ラック歯には、前記第１ピニオンを噛み合せる一方、
   前記他方側ラック歯には、パワーステアリング機構の出力軸に連結した第２ピニオンを噛み合せた
   ことを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記ステアリングシャフトの下端と前記第１ピニオンとを連結させ、
   前記他方側ラック歯には、前記第１ピニオンを噛み合せ、
   前記ステアリングシャフトの下端と前記第１ピニオンとの間にパワーステアリング機構の出力軸を連結した
   ことを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のステアリング装置において、
   前記舵角比可変機構としてディファレンシャルギヤ機構を設けた
   ことを特徴とするステアリング装置。
   

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