JP2017140901A - ステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】より回転可能量が多いステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリング装置1は、ステアリング軸2と、ステアリング軸2の回転が伝達されるホルダ60と、ホルダ60が回転することにより弾性変形するトーションスプリング70と、ステアリング軸2とホルダ60との間に介在されて、ステアリング軸2の回転を減速してホルダ60に伝達する遊星ギア6とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、ステアリング装置に関する。
従来、ステアリングの回転操作に対して反力を与えるステアリング装置が周知である。特許文献1のステアリング装置は、ステアリング軸が挿通されるトーションスプリングと、ステアリングとともに一体回転する係合部とを備えている。この構成によれば、係合部は、ステアリングが一方向に回転操作されたときトーションスプリングの一端と、ステアリングが先の一方向とは逆方向に回転操作されたときトーションスプリングの他端と、それぞれ係合しトーションスプリングが捩るように押圧する。これにより、トーションスプリングの弾性復帰しようとする弾性力がステアリングの回転操作に対する反力としてステアリングに与えられる。
特許文献1のステアリング装置では、ステアリングが1回転するとき、係合部がトーションスプリングの両方の端部と係合し、それ以上回転することができない。すなわち、ステアリングを1回転以上回転させることが困難であった。
本発明の目的は、よりステアリングの回転可能量が多いステアリング装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、ステアリング装置は、操作されることにより回転するステアリング軸と、前記ステアリング軸の回転が伝達される回転部材と、前記回転部材が回転することにより弾性変形する弾性部材と、前記ステアリング軸と前記回転部材との間に介在されて、前記ステアリング軸の回転を減速して前記回転部材に伝達する減速部とを備えることを要旨とする。
この構成によれば、ステアリング軸の回転は回転部材に減速して伝達される。したがって、ステアリング軸の回転角に対して回転部材の回転角は小さくなる。言い換えると、回転部材が1回転するときステアリング軸は1回転よりも多く回転できる。このため、従来と同様に、ステアリング軸が回転したときに弾性部材が弾性変形することによる反力を得ることができるとともに、従来と比較して、ステアリング軸の回転可能量が多い。
上記構成において、前記減速部は、前記ステアリング軸と同軸とされるとともに同ステアリング軸と一体回転するサンギアと、前記サンギアと噛合するプラネタリギアと、前記プラネタリギアと噛合するリングギアとを含んで構成される遊星ギアであって、前記回転部材は、前記プラネタリギアに連動して前記ステアリング軸周りを回転することが好ましい。
この構成によれば、回転部材がステアリング軸の周囲を回転する。すなわち、ステアリング軸の回転軸と回転部材の回転軸とが共通化されているので、ステアリング装置全体として小型となる。
上記構成において、前記プラネタリギアは、前記サンギア周りに等角度間隔で複数個設けられ、複数個の前記プラネタリギアのそれぞれに挿通される挿通部を有し、これら複数個の前記プラネタリギアの前記サンギア周りの回転を前記回転部材に伝達するプラネタリキャリアを備えることが好ましい。
この構成によれば、回転部材が回転することにより、同回転部材が弾性部材から受ける弾性力は、プラネタリキャリアを介して複数個のプラネタリギアに伝達される。ここで、複数個のプラネタリギアは、等角度間隔に配設されているので、弾性力も複数個のプラネタリギアに均等に伝達される。このため、プラネタリギアが弾性力を受けても、サンギアとリングギアとの間に軸ずれが発生しにくい。
上記構成において、前記減速部は、前記ステアリング軸と同軸とされるとともに同ステアリング軸と一体回転する第1のギアと、前記第1のギアに噛合し、前記ステアリング軸とは異なる減速用回転軸周りを回転する第2のギアとを含んで構成され、前記回転部材は、前記第2のギアに連動して前記減速用回転軸周りを回転することが好ましい。
この構成によれば、ステアリング軸に対する回転部材及び弾性部材の搭載自由度が高い。また、この構成がステアバイワイヤの車両に採用される場合、ステアリング軸と減速用回転軸との2つの回転軸を有するので、ステアリング軸の回転角度を検出する回転角検出機器の搭載自由度が高い。
本発明のステアリング装置は、よりステアリングの回転可能量が多いという効果を有する。
以下、ステアリング装置の一実施形態について図面に従って説明する。
<構成>
図1に示すように、ステアリング装置1は、ステアリング軸2と、ケース3と、リッド4と、反力生成機構5とを備える。ステアリング軸2は、ケース3及びリッド4に対して相対回転可能に軸支される(図2参照)。ケース3は円筒状の収容部3aを有する。リッド4は、収容部3aを塞ぐようにケース3に取り付けられる。なお、ケース3の収容部3aにおいてリッド4が取り付けられる部位の反対側を底部3bと規定する。反力生成機構5は、ケース3の収容部3aに収容される、より正確には底部3bとリッド4との間に挟まれるものであって(図2参照)、ステアリング軸2が軸方向である回転軸O周りに回転したとき、その回転軸O周りとは反対方向へステアリング軸2を回転させる力(反力)を生成する。なお、ステアリング装置1は、例えばステアバイワイヤ方式の車両に設けられるものであって、ステアリング軸2の一方の端部は車室内に露出し、同端部にはステアリングホイールが固定されている。
<構成>
図1に示すように、ステアリング装置1は、ステアリング軸2と、ケース3と、リッド4と、反力生成機構5とを備える。ステアリング軸2は、ケース3及びリッド4に対して相対回転可能に軸支される(図2参照)。ケース3は円筒状の収容部3aを有する。リッド4は、収容部3aを塞ぐようにケース3に取り付けられる。なお、ケース3の収容部3aにおいてリッド4が取り付けられる部位の反対側を底部3bと規定する。反力生成機構5は、ケース3の収容部3aに収容される、より正確には底部3bとリッド4との間に挟まれるものであって(図2参照)、ステアリング軸2が軸方向である回転軸O周りに回転したとき、その回転軸O周りとは反対方向へステアリング軸2を回転させる力(反力)を生成する。なお、ステアリング装置1は、例えばステアバイワイヤ方式の車両に設けられるものであって、ステアリング軸2の一方の端部は車室内に露出し、同端部にはステアリングホイールが固定されている。
図1に示すように、反力生成機構5は、リングギア10、プラネタリギア20、サンギア30、プラネタリキャリア40、スペーサ50、ホルダ60、及びトーションスプリング70を備える。
リングギア10は、円環状のリングの内周面に歯数Z3のギアが形成されている。リングギア10は、リッド4がケース3に取り付けられることにより、ステアリング軸2が挿通された状態でケース3に固定されている。したがって、リングギア10は、ケース3に対して回転しない。
プラネタリギア20は、4つのプラネタリギア21,22,23,24の総称である。これら4つのプラネタリギア21〜24は、リングギア10の内径よりも小さい外径を有する円板状であって、それぞれ外周面に歯数Z2のギアが形成されている。また、4つのプラネタリギア21〜24の中央部には、それぞれステアリング軸2に対して平行な貫通孔20aが設けられている。これら4つのプラネタリギア21〜24は、ステアリング軸2(回転軸O)の軸周りにおいて互いに接触しないように且つ等角度間隔となるようにリングギア10に噛合している。なお、以後、プラネタリギア21〜24と区別の必要がない場合は、プラネタリギア20として説明する。
サンギア30は、ステアリング軸2の外径よりも大きい外径を有する円板状であって、外周面に歯数Z1のギアが形成されている。サンギア30の中央部には、ステアリング軸2と同軸の嵌合孔が設けられており、サンギア30は、同嵌合孔を介してステアリング軸2と嵌合した状態で、プラネタリギア20と噛合している。なお、リングギア10、プラネタリギア20が遊星ギア6を構成するとともに、減速部に相当する。
プラネタリキャリア40は、ケース3の内径よりも若干小さい外径を有する円板とされ、その中央部にはステアリング軸2の外径よりも若干大きい貫通孔40aを有する。また、プラネタリキャリア40は、貫通孔40aの周りに等角度間隔でリッド4側に向かって突出する4つの円柱軸41,42,43,44を有する。これら円柱軸41〜44は、全て同形状とされ、その外径は、プラネタリギア20における貫通孔20aの内径よりも若干小さく設定されている。プラネタリキャリア40は、貫通孔40aにステアリング軸2が挿通された状態、且つ、円柱軸41〜44がそれぞれ対応するプラネタリギア21〜24の貫通孔20aに挿入された状態で、遊星ギア6よりもケース3の底部3b側に設けられている。円柱軸41〜44は挿通部に相当する。なお、プラネタリキャリア40は、円柱軸41と円柱軸42との中間部に嵌合孔45を有している。
スペーサ50は、ステアリング軸2の外径よりも大きい内径とプラネタリキャリア40の外径よりも小さい外径を有し、ステアリング軸2と同軸方向に延びる円筒状とされている。スペーサ50は、プラネタリキャリア40よりも底部3b側において、ステアリング軸2に外挿されている。
ホルダ60は、スペーサ50と同等の軸長を有する円柱軸とされている。ホルダ60は、プラネタリキャリア40の嵌合孔45に圧入されている。
トーションスプリング70は、スペーサ50の外径よりも若干大きい内径を有するとともにケース3の内径よりも小さい外径とされ、同スペーサ50に外挿されている。トーションスプリング70を構成する金属線材の両端部は、それぞれ外側に向かって折り曲げられている。したがって、トーションスプリング70は、ホルダ60が回転軸O周りを回転することによりホルダ60と当接する。このため、ホルダ60がトーションスプリング70の弾性力に抗して回転することにより、トーションスプリング70は弾性変形する。なお、ホルダ60が回転部材に、トーションスプリング70が弾性部材に、それぞれ相当する。
トーションスプリング70は、スペーサ50の外径よりも若干大きい内径を有するとともにケース3の内径よりも小さい外径とされ、同スペーサ50に外挿されている。トーションスプリング70を構成する金属線材の両端部は、それぞれ外側に向かって折り曲げられている。したがって、トーションスプリング70は、ホルダ60が回転軸O周りを回転することによりホルダ60と当接する。このため、ホルダ60がトーションスプリング70の弾性力に抗して回転することにより、トーションスプリング70は弾性変形する。なお、ホルダ60が回転部材に、トーションスプリング70が弾性部材に、それぞれ相当する。
次に、ステアリング装置1の作用及び効果について説明する。なお、ここでは、ステアリング軸2が右方向に1回転したものとして説明する。
図3(a)及び図3(b)に示すように、図示しないステアリングホイールが操作されてステアリング軸2が回転軸O周りに回転すると、同ステアリング軸2に嵌合しているサンギア30も回転軸O周りにステアリング軸2と一体回転する。サンギア30は、プラネタリギア21〜24のそれぞれと噛合している。これらプラネタリギア21〜24は、ケース3に固定されるリングギア10と噛合しているため、サンギア30の回転は、プラネタリキャリア40に減速して伝達される。例えば、サンギア30の歯数Z1と、プラネタリギア20の歯数Z2と、リングギア10の歯数Z3との関係が、Z1:Z2:Z3=16:8:32で規定されている場合、サンギア30とプラネタリキャリア40とのギア比は1+(Z3/Z1)=3となる。すなわち、サンギア30が回転軸O周り右方向に1回転する間に、プラネタリキャリア40は回転軸O周り右方向に1/3(120°)だけ回転する。
図3(a)及び図3(b)に示すように、図示しないステアリングホイールが操作されてステアリング軸2が回転軸O周りに回転すると、同ステアリング軸2に嵌合しているサンギア30も回転軸O周りにステアリング軸2と一体回転する。サンギア30は、プラネタリギア21〜24のそれぞれと噛合している。これらプラネタリギア21〜24は、ケース3に固定されるリングギア10と噛合しているため、サンギア30の回転は、プラネタリキャリア40に減速して伝達される。例えば、サンギア30の歯数Z1と、プラネタリギア20の歯数Z2と、リングギア10の歯数Z3との関係が、Z1:Z2:Z3=16:8:32で規定されている場合、サンギア30とプラネタリキャリア40とのギア比は1+(Z3/Z1)=3となる。すなわち、サンギア30が回転軸O周り右方向に1回転する間に、プラネタリキャリア40は回転軸O周り右方向に1/3(120°)だけ回転する。
ここで、プラネタリギア21〜24の各中央部に設けられる貫通孔20aには、プラネタリキャリア40に設けられる円柱軸41〜44が挿入されている。したがって、プラネタリキャリア40は、プラネタリギア21〜24と回転軸O周り右方向に一体回転する。
プラネタリキャリア40の嵌合孔45には、ホルダ60が挿嵌されている。したがって、ホルダ60は、プラネタリキャリア40と一体回転する。なお、ホルダ60が回転軸O周りに回転することによりトーションスプリング70が弾性変形する。
すなわち、ステアリング軸2の回転軸O周りの回転は、遊星ギア6及びプラネタリキャリア40によって減速されてホルダ60に伝達される。このため、従来と同様に、ステアリング軸2が回転したときにトーションスプリング70が弾性変形することによる反力を得ることができるとともに、従来と比較して、ステアリング軸2の回転可能量が多い。
また、遊星ギア6を採用したことにより、ステアリング軸2の回転軸Oとホルダ60の回転軸Oとが共通化されているので、ステアリング装置1全体として小型となる。
さらに、遊星ギア6において、4つのプラネタリギア21〜24は、等角度間隔に配設されているので、トーションスプリング70の弾性力が、4つのプラネタリギア21〜24に均等に伝達される。このため、4つのプラネタリギア21〜24が弾性力を受けても、サンギア30とリングギア10との間に軸ずれが発生しにくい。
さらに、遊星ギア6において、4つのプラネタリギア21〜24は、等角度間隔に配設されているので、トーションスプリング70の弾性力が、4つのプラネタリギア21〜24に均等に伝達される。このため、4つのプラネタリギア21〜24が弾性力を受けても、サンギア30とリングギア10との間に軸ずれが発生しにくい。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、遊星ギア6を減速部として採用したが、これとは異なる減速部を採用してもよい。
・上記実施形態では、遊星ギア6を減速部として採用したが、これとは異なる減速部を採用してもよい。
例えば、図4,5に示すステアリング装置101は、ステアリング軸102、ケース103、リッド104,105、第1のギア106、第2のギア111、減速用回転軸112、ホルダ113、スペーサ114、及びトーションスプリング115を備える。
ステアリング軸102及び減速用回転軸112は、互いに軸方向が平行な位置関係とされている。これらステアリング軸102及び減速用回転軸112は、対向する位置関係でケース103を閉塞するリッド104,105に、それぞれ回転軸O1,O2を中心に回転可能に軸支されている。
第1のギア106は、その中央部にステアリング軸102が挿通された状態で同ステアリング軸102に固定されている。第1のギア106は、ステアリング軸102に連動して回転軸O1周りを回転する。
第2のギア111は、第1のギア106よりも歯数が多いものであって、その中央部に減速用回転軸112が挿通された状態で同減速用回転軸112に固定されるとともに、第1のギア106と噛合している。第2のギア111は、第1のギア106に連動して回転軸O2周りを回転する。
ホルダ113は、第2のギア111に固定され減速用回転軸112(回転軸O2)の周りを回転する。
トーションスプリング115は、減速用回転軸112に外挿されるスペーサ114にさらに外挿されている。トーションスプリング115は、ホルダ113が減速用回転軸112(回転軸O2)周りを回転することによりホルダ113と当接する。このため、ホルダ113がトーションスプリング115の弾性力に抗して回転することにより、トーションスプリング115は弾性変形する。
トーションスプリング115は、減速用回転軸112に外挿されるスペーサ114にさらに外挿されている。トーションスプリング115は、ホルダ113が減速用回転軸112(回転軸O2)周りを回転することによりホルダ113と当接する。このため、ホルダ113がトーションスプリング115の弾性力に抗して回転することにより、トーションスプリング115は弾性変形する。
このように構成した場合でも、ステアリング軸2の回転軸O1周りの回転は、第1のギア106及び第2のギア111によって減速されて回転軸O2周りを回転するホルダ113に伝達される。このため、従来と同様に、ステアリング軸2が回転したときにトーションスプリング115が弾性変形することによる反力を得ることができるとともに、従来と比較して、ステアリング軸2の回転可能量が多い。
また、ステアリング軸2に対するホルダ113及びトーションスプリング115の搭載自由度が高い。なお、この構成がステアバイワイヤの車両に採用される場合、ステアリング軸102と減速用回転軸112との2つの回転軸を有するので、ステアリング軸102の回転角度を検出する回転角検出機器の搭載自由度も高い。
・上記実施形態において、プラネタリギアの数は適宜変更してもよい。また、プラネタリギアを等角度間隔に配設しなくてもよい。
・上記実施形態において、プラネタリギアを一つとした場合、そのプラネタリギアにホルダ60を直接取り付けてもよい。なお、この場合、プラネタリキャリアの省略が可能である。
・上記実施形態において、プラネタリギアを一つとした場合、そのプラネタリギアにホルダ60を直接取り付けてもよい。なお、この場合、プラネタリキャリアの省略が可能である。
・上記実施形態において、プラネタリキャリア40は円板とされたが、その形状は、プラネタリキャリア40の回転を許容し、その回転をホルダ60に伝達できれば、適宜変更可能である。
・上記実施形態において、プラネタリキャリア40とホルダ60とが一体であってもよい。また、プラネタリキャリア40とスペーサ50とが一体であってもよい。さらに、プラネタリキャリア40、スペーサ50、及びホルダ60が一体であってもよい。
・上記別例において、ステアリング軸102及び減速用回転軸112は平行な関係であったが、ねじれの位置関係にあってもよい。
・上記実施形態及び上記別例において、スプリングを保持できればスペーサは省略してもよい。
・上記実施形態及び上記別例において、スプリングを保持できればスペーサは省略してもよい。
・上記実施形態及び上記別例のステアリング装置は、実際の車両だけでなく、ディスプレイに表示される車両を運転するドライビングゲーム機等に使用してもよい。
1,101…ステアリング装置、2,102…ステアリング軸、3,103…ケース、4,104,105…リッド、5…反力生成機構、6…遊星ギア、10…リングギア、20〜24…プラネタリギア、30…サンギア、40…プラネタリキャリア、50,114…スペーサ、60,113…ホルダ、70,115…トーションスプリング、106…第1のギア、111…第2のギア、112…減速用回転軸。
Claims (4)
- 操作されることにより回転するステアリング軸と、
前記ステアリング軸の回転が伝達される回転部材と、
前記回転部材が回転することにより弾性変形する弾性部材と、
前記ステアリング軸と前記回転部材との間に介在されて、前記ステアリング軸の回転を減速して前記回転部材に伝達する減速部とを備えるステアリング装置。 - 請求項1に記載のステアリング装置において、
前記減速部は、前記ステアリング軸と同軸とされるとともに同ステアリング軸と一体回転するサンギアと、
前記サンギアと噛合するプラネタリギアと、
前記プラネタリギアと噛合するリングギアとを含んで構成される遊星ギアであって、
前記回転部材は、前記プラネタリギアに連動して前記ステアリング軸周りを回転するステアリング装置。 - 請求項2に記載のステアリング装置において、
前記プラネタリギアは、前記サンギア周りに等角度間隔で複数個設けられ、
複数個の前記プラネタリギアのそれぞれに挿通される挿通部を有し、これら複数個の前記プラネタリギアの前記サンギア周りの回転を前記回転部材に伝達するプラネタリキャリアを備えるステアリング装置。 - 請求項1に記載のステアリング装置において、
前記減速部は、前記ステアリング軸と同軸とされるとともに同ステアリング軸と一体回転する第1のギアと、
前記第1のギアに噛合し、前記ステアリング軸とは異なる減速用回転軸周りを回転する第2のギアとを含んで構成され、
前記回転部材は、前記第2のギアに連動して前記減速用回転軸周りを回転するステアリング装置。
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