JP2018016216A

JP2018016216A - ステアリング装置

Info

Publication number: JP2018016216A
Application number: JP2016148752A
Authority: JP
Inventors: 前田　篤志; Atsushi Maeda; 篤志前田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-02-01

Abstract

【課題】遊星歯車装置のウォームとウォームホイールとの干渉が生じにくいステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリング装置の遊星歯車装置１は、サンギヤ１１と、サンギヤ１１と同心に配されたリングギヤ１２と、サンギヤ１１及びリングギヤ１２に噛み合いサンギヤ１１の周りを公転するプラネタリギヤ１３と、プラネタリギヤ１３を回転自在に支持するキャリヤ１４と、を有している。プラネタリギヤ１３がウォームであり、サンギヤ１１及びリングギヤ１２がウォームホイールである。ウォーム１３の歯１３ａは、ウォームホイール１１、１２との噛み合い点を含む軸方向領域Ｘとウォームホイール１１、１２との噛み合い点を含まない軸方向領域Ｙとを有し、ウォームホイール１１、１２との噛み合い点を含まない軸方向領域Ｙの少なくとも一部は、ウォームホイール１１、１２との噛み合い点を含む軸方向領域Ｘよりも歯先円直径が小さい。【選択図】図４

Description

本発明はステアリング装置に関する。

自動車のステアリング装置においては、運転者の操舵によるステアリング軸の回転が入力軸に伝達され、入力軸に固定された遊星歯車装置のサンギヤがステアリング軸の回転に応じて回転するようになっているものもある。そして、サンギヤの回転は、プラネタリギヤを介してリングギヤに伝達され、リングギヤに固定された出力軸から転舵輪に回転が出力されるようになっている。

例えば特許文献１に開示の遊星歯車装置のように、プラネタリギヤにウォームが用いられ、サンギヤ及びリングギヤにウォームホイールが用いられる場合がある。この場合に、ウォームの歯の巻数が多いと、ウォームとウォームホイールとの噛み合い点以外の部分において、ウォームの歯がウォームホイールと干渉するため、ウォームとウォームホイールがロックしたり、干渉によりフリクションが増加したりするという問題があった。

ウォームの歯の巻数を少なくすることにより、上記問題の発生を抑制することはできるが、その反面、ウォームの歯の巻数が少ないことにより、ウォームの強度が低下する、ウォームとウォームホイールとの噛み合い率が低くなるなどの問題があった。さらには、噛み合い率が低いと、回転変動が生じやすいため、ステアリング装置の操舵感が悪化したり、異音が発生したりするおそれがあった。

国際公開第２０１４／１０８１４４号

そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、遊星歯車装置のウォームとウォームホイールとの干渉が生じにくいステアリング装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の一態様に係るステアリング装置は、運転者の操舵により回転するステアリング軸の回転が入力され該回転を減速又は増速して転舵輪に出力する遊星歯車装置と、遊星歯車装置による回転の減速又は増速の比率を変化させる可変機構と、を備え、遊星歯車装置は、サンギヤと、サンギヤと同心に配されたリングギヤと、サンギヤ及びリングギヤに噛み合いサンギヤの周りを公転するプラネタリギヤと、サンギヤ及びリングギヤと同心に配されプラネタリギヤを回転自在に支持するキャリヤと、を有し、プラネタリギヤがウォームであり、サンギヤ及びリングギヤがウォームホイールであり、ウォームの歯は、ウォームホイールとの噛み合い点を含む軸方向領域とウォームホイールとの噛み合い点を含まない軸方向領域とを有し、ウォームホイールとの噛み合い点を含まない軸方向領域の少なくとも一部は、ウォームホイールとの噛み合い点を含む軸方向領域よりも歯先円直径が小さいことを要旨とする。

本発明のステアリング装置は、遊星歯車装置のウォームとウォームホイールとの干渉が生じにくい。

本発明の一実施形態に係るステアリング装置の断面図（軸方向に沿う平面で切断した断面図）である。図１のステアリング装置のII−II断面図である。図１のステアリング装置の分解斜視図である。遊星歯車装置のウォームの構造を示す図である。

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１〜３に示すステアリング装置は、運転者の操舵により回転するステアリング軸（図示せず）の回転が入力され該回転を減速又は増速して転舵輪（図示せず）に出力する遊星歯車装置１と、遊星歯車装置１による前記回転の減速又は増速の比率を変化させる可変機構２と、を備えている。

遊星歯車装置１は、ステアリング軸が接続されステアリング軸の回転が入力される入力軸３と、入力軸３に同軸に固定されたリングギヤ１２と、リングギヤ１２と同心に配されたサンギヤ１１と、サンギヤ１１及びリングギヤ１２に噛み合いサンギヤ１１の周りを公転するプラネタリギヤ１３と、サンギヤ１１及びリングギヤ１２と同心に配されプラネタリギヤ１３を回転（自転）自在に支持するキャリヤ１４と、サンギヤ１１が同軸に固定され且つ転舵輪に接続されており、遊星歯車装置１により減速又は増速された回転を転舵輪に出力する出力軸４と、を備えている。キャリヤ１４と出力軸４は同軸に配されているが、キャリヤ１４と出力軸４との間には転がり軸受３１が介在しているので、キャリヤ１４と出力軸４は独立して回転することが可能となっている。

そして、遊星歯車装置１においては、プラネタリギヤ１３としてウォームが用いられ、サンギヤ１１及びリングギヤ１２としてウォームホイールが用いられている。本実施形態においてはプラネタリギヤ１３の個数が３個である例が示されているが、プラネタリギヤ１３の個数は特に限定されるものではなく、遊星歯車装置１が機能するならば１個でもよいし２個でもよいし４個以上でもよい。なお、以下、プラネタリギヤ１３をウォーム１３と記すこともあり、サンギヤ１１をウォームホイール１１と記すこともあり、リングギヤ１２をウォームホイール１２と記すこともある。

プラネタリギヤ１３としてウォームを用い、ウォームホイールであるサンギヤ１１及びリングギヤ１２に噛み合わせれば、入力軸３の回転方向と出力軸４の回転方向が逆方向とならず同一方向となる。よって、入力軸３の回転方向と出力軸４の回転方向を同一方向とするための機構（例えば、一対の歯車）を別途設ける必要がないので、本実施形態のステアリング装置は小型、軽量、安価である。
また、一般的に噛み合い率の高いウォームをプラネタリギヤ１３として用いれば、平歯車、斜歯歯車、傘歯車を用いた場合とは異なり、バックラッシ等に起因する歯打ち音が発生しにくい。よって、本実施形態のステアリング装置は低騒音である。

プラネタリギヤ１３はサンギヤ１１とリングギヤ１２の両方と噛み合っているが、本実施形態においてはサンギヤ１１との噛み合い半径（噛み合い点と遊星歯車装置１の回転中心との間の径方向距離）とリングギヤ１２との噛み合い半径は異なっている。すなわち、図１、２から分かるように、プラネタリギヤ１３は、遊星歯車装置１の径方向内方側の面でサンギヤ１１と噛み合っており、遊星歯車装置１の軸方向入力軸側の面でリングギヤ１２と噛み合っている。したがって、プラネタリギヤ１３とリングギヤ１２との噛み合い半径の方が、プラネタリギヤ１３とサンギヤ１１との噛み合い半径よりも大となる。
また、互いに噛み合うプラネタリギヤ１３とサンギヤ１１は、逆作動可能な進み角を有している。同様に、互いに噛み合うプラネタリギヤ１３とリングギヤ１２も、逆作動可能な進み角を有している。

さらに、可変機構２は、キャリヤ１４に一体的に固定され同心に回転するウォームホイールであるキャリヤ駆動用歯車２１と、キャリヤ駆動用歯車２１と噛み合うキャリヤ駆動用ウォーム２５と、キャリヤ駆動用歯車２１を回転させる回転駆動源２３（例えばモータ）と、を備えている。回転駆動源２３の回転軸２３ａにはキャリヤ駆動用ウォーム２５が固定されており、回転駆動源２３の回転軸２３ａの回転によってキャリヤ１４をサンギヤ１１と同心に回転させることができるようになっている。その結果、プラネタリギヤ１３がサンギヤ１１と噛み合いつつサンギヤ１１の周りを公転することとなる。
また、回転駆動源２３は、回転軸２３ａの回転量及び回転方向を変化させる回転制御機能を有しているので、キャリヤ１４の回転量及び回転方向は任意に変化させることが可能となっている。

さらに、本実施形態のステアリング装置のウォーム１３は、以下のような構成を有している。すなわち、ウォーム１３の歯１３ａは、ウォームホイール１１、１２との噛み合い点を含む軸方向領域Ｘとウォームホイール１１、１２との噛み合い点を含まない軸方向領域Ｙとを有している。そして、図４に示すように、軸方向領域Ｙの歯先円直径ｄ₂は軸方向領域Ｘの歯先円直径ｄ₁よりも小さい。

図４に示す例では、軸方向領域Ｙが、軸方向領域Ｘを挟んでウォーム１３の軸方向一端部及び軸方向他端部にそれぞれ位置している。すなわち、ウォーム１３の軸方向略中央部に軸方向領域Ｘが位置し、軸方向両端部に軸方向領域Ｙがそれぞれ位置している。
図４に示す例では、軸方向領域Ｙの全体の歯先円直径ｄ₂が軸方向領域Ｘの歯先円直径ｄ₁よりも小さく形成されているが、これに限らず、軸方向領域Ｙの一部の歯先円直径ｄ₂が軸方向領域Ｘの歯先円直径ｄ₁よりも小さく、他部の歯先円直径ｄ₂は軸方向領域Ｘの歯先円直径ｄ₁と同一でもよい。
また、図４に示す例では、軸方向領域Ｙの歯先円直径ｄ₂が、軸方向一端部の軸方向領域Ｙ、軸方向他端部の軸方向領域Ｙいずれにおいても、ウォーム１３の軸方向中央部側から軸方向端部側に向かって徐々に小さくなっている。

そして、図４のようにウォーム１３を側方から見た場合において、ウォーム１３の歯１３ａの歯先を結んだ線とウォーム１３の中心軸とのなす角度が、軸方向一端部側の軸方向領域Ｙと軸方向他端部側の軸方向領域Ｙとで異なる。図４に示す例では、ウォーム１３の歯１３ａの歯先を結んだ線とウォーム１３の中心軸とのなす角度は、ウォーム１３のねじれ方向の関係からウォームホイール１１、１２との干渉が比較的生じやすい軸方向左端部側の軸方向領域Ｙの方が大きく、ウォームホイール１１、１２との干渉が比較的生じにくい軸方向右端部側の軸方向領域Ｙの方が小さくなっている。

ウォーム１３の歯１３ａが上記のような構成を有していれば、ウォーム１３の歯１３ａの巻数を少なくすることなく、ウォーム１３とウォームホイール１１、１２との噛み合い点以外の部分におけるウォーム１３とウォームホイール１１、１２との干渉を抑制することができる。

よって、ウォーム１３とウォームホイール１１、１２とのロックや、干渉によるフリクションの増加を抑制することができる。また、ウォーム１３の歯１３ａの巻数を少なくしないので、ウォーム１３とウォームホイール１１、１２との噛み合い率が低下しにくい。よって、ウォーム１３の強度低下が生じにくいとともに、ステアリング装置の操舵感の悪化や異音の発生が生じにくい。

軸方向領域Ｙの歯先円直径ｄ₂を軸方向領域Ｘの歯先円直径ｄ₁よりも小さくする手段は特に限定されるものではないが、例えば、ウォーム１３の歯１３ａは、歯底側から歯先側に向かって歯１３ａの厚さが小さくなるテーパ状をなしているので、そのテーパ角が、軸方向領域Ｘと軸方向領域Ｙとで異なるような形状にウォーム１３の歯１３ａを形成する手段があげられる。

このような構成であれば、ウォーム１３の歯１３ａの断面形状（ウォーム１３の軸に直交する平面で切断した場合の断面形状）は略三角形となり、テーパ角の違いにより、軸方向領域Ｘと軸方向領域Ｙとでウォーム１３の歯１３ａの高さ（歯たけ）が異なることとなる。すなわち、軸方向領域Ｘのウォーム１３の歯１３ａのテーパ角を軸方向領域Ｙのウォーム１３の歯１３ａのテーパ角よりも大きくすれば、軸方向領域Ｙの歯先円直径ｄ₂を軸方向領域Ｘの歯先円直径ｄ₁よりも小さくすることができる。

また、軸方向領域Ｘのウォーム１３の歯１３ａの断面形状を略三角形とし、軸方向領域Ｙのウォーム１３の歯１３ａの断面形状を略台形とすれば、軸方向領域Ｘと軸方向領域Ｙとのテーパ角を同一としても、軸方向領域Ｙの歯先円直径ｄ₂を軸方向領域Ｘの歯先円直径ｄ₁よりも小さくすることができる。

さらに、軸方向領域Ｘ及び軸方向領域Ｙのウォーム１３の歯１３ａの断面形状を略台形とし、軸方向領域Ｘよりも軸方向領域Ｙのウォーム１３の歯１３ａの高さ（歯たけ）を低くすれば、軸方向領域Ｘと軸方向領域Ｙとのテーパ角を同一としても、軸方向領域Ｙの歯先円直径ｄ₂を軸方向領域Ｘの歯先円直径ｄ₁よりも小さくすることができる。

次に、本実施形態のステアリング装置の動作について説明する。運転者の操舵によってステアリング軸が回転すると、その回転が入力軸３に入力され、リングギヤ１２がステアリング軸と同一方向に回転する。リングギヤ１２の回転はプラネタリギヤ１３を介してサンギヤ１１に伝達され、出力軸４がステアリング軸と同一方向に回転する。そして、出力軸４の回転は転舵輪に伝達され、転舵輪が転舵される。

このとき、プラネタリギヤ１３とサンギヤ１１との噛み合い半径はプラネタリギヤ１３とリングギヤ１２との噛み合い半径とは異なっているので、リングギヤ１２の回転量とサンギヤ１１の回転量は異なるものとなる。すなわち、ステアリング軸の回転が所定の比率に減速又は増速され、運転者の操舵によるステアリング軸の操舵角に対する転舵輪の転舵角の伝達比が所定の値となる。

また、運転者の操舵時には、回転駆動源２３によりキャリヤ１４が回転する。キャリヤ１４の回転によりプラネタリギヤ１３がサンギヤ１１の周りを公転するので、キャリヤ１４の回転量や回転方向に応じて、サンギヤ１１（すなわち出力軸４）の回転量が変化する。これにより、運転者の操舵によるステアリング軸の操舵角に対する転舵輪の転舵角の伝達比が前記所定の値から変化する。

よって、自動車等の車速に応じてキャリヤ１４の回転量及び回転方向の少なくとも一方を変化させれば、運転者の操舵によるステアリング軸の操舵角に対する転舵輪の転舵角の伝達比を、その車速において好適な数値に設定することができる。
このような本実施形態のステアリング装置は、自動車等のステアリング装置として使用することができる。また、本発明は、デファレンシャルギヤ（差動歯車）を有する装置に適用することが可能である。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、入力軸３にリングギヤ１２を固定し、出力軸４にサンギヤ１１を固定したが、これとは逆に、入力軸３にサンギヤ１１を固定し、出力軸４にリングギヤ１２を固定してもよく、本実施形態のステアリング装置の場合と同様の作用効果が奏される。

また、本実施形態においては、可変機構２の回転駆動源２３によりキャリヤ１４を回転させたが、サンギヤ１１又はリングギヤ１２を回転させてもよい。可変機構２の回転駆動源２３によりサンギヤ１１を回転させる場合には、入力軸３にリングギヤ１２及びキャリヤ１４のうち一方を固定し、出力軸４にリングギヤ１２及びキャリヤ１４のうち他方を固定する。また、可変機構２の回転駆動源２３によりリングギヤ１２を回転させる場合には、入力軸３にサンギヤ１１及びキャリヤ１４のうち一方を固定し、出力軸４にサンギヤ１１及びキャリヤ１４のうち他方を固定する。

互いに噛み合うプラネタリギヤ１３とサンギヤ１１は、逆作動可能な進み角を有しており、また、互いに噛み合うプラネタリギヤ１３とリングギヤ１２も、逆作動可能な進み角を有しているので、ステアリング軸の回転や回転駆動源２３の回転がサンギヤ１１、リングギヤ１２、及びキャリヤ１４のいずれに入力されても遊星歯車装置１が回転し、ステアリング軸の回転の減速又は増速が達成される。

１遊星歯車装置
２可変機構
３入力軸
４出力軸
１１サンギヤ（ウォームホイール）
１２リングギヤ（ウォームホイール）
１３プラネタリギヤ（ウォーム）
１３ａ歯
１４キャリヤ
Ｘウォームホイールとの噛み合い点を含む軸方向領域
Ｙウォームホイールとの噛み合い点を含まない軸方向領域

Claims

運転者の操舵により回転するステアリング軸の回転が入力され該回転を減速又は増速して転舵輪に出力する遊星歯車装置と、前記遊星歯車装置による前記回転の減速又は増速の比率を変化させる可変機構と、を備え、
前記遊星歯車装置は、サンギヤと、該サンギヤと同心に配されたリングギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤに噛み合い前記サンギヤの周りを公転するプラネタリギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤと同心に配され前記プラネタリギヤを回転自在に支持するキャリヤと、を有し、
前記プラネタリギヤがウォームであり、前記サンギヤ及び前記リングギヤがウォームホイールであり、
前記ウォームの歯は、前記ウォームホイールとの噛み合い点を含む軸方向領域と前記ウォームホイールとの噛み合い点を含まない軸方向領域とを有し、前記ウォームホイールとの噛み合い点を含まない軸方向領域の少なくとも一部は、前記ウォームホイールとの噛み合い点を含む軸方向領域よりも歯先円直径が小さいステアリング装置。
前記ウォームホイールとの噛み合い点を含まない軸方向領域が、前記ウォームホイールとの噛み合い点を含む軸方向領域を挟んで前記ウォームの軸方向一端部及び軸方向他端部にそれぞれ位置し、前記ウォームホイールとの噛み合い点を含まない軸方向領域の全体が、前記ウォームホイールとの噛み合い点を含む軸方向領域よりも歯先円直径が小さい請求項１に記載のステアリング装置。
前記ウォームホイールとの噛み合い点を含まない軸方向領域の歯先円直径は、前記ウォームの軸方向中央部側から軸方向端部側に向かって徐々に小さくなっている請求項２に記載のステアリング装置。
前記ウォームの歯の歯先を結んだ線と前記ウォームの中心軸とのなす角度が、軸方向一端部側の前記ウォームホイールとの噛み合い点を含まない軸方向領域と軸方向他端部側の前記ウォームホイールとの噛み合い点を含まない軸方向領域とで異なる請求項３に記載のステアリング装置。