JP2518314Y2

JP2518314Y2 - 四輪操舵用リヤステアリングボックス

Info

Publication number: JP2518314Y2
Application number: JP1990021348U
Authority: JP
Inventors: 昇目黒
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2005-03-01
Also published as: JPH03112474U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は、自動車の四輪操舵（4WS）装置、なかで
も、前輪の操舵角すなわちハンドルの舵角（切り角）に
対応して後輪の操舵角が決まる舵角応動型四輪操舵装置
の一部であるリヤステアリングボックスに関する。

［従来の技術］車速に関係なくハンドルの舵角のみに対応して後輪が
操舵される舵角応動型の四輪操舵装置は、一般に、軸や
歯車・レバーなどの機械的な伝動手段のみによって構成
される。

そのような舵角応動型の四輪操舵装置に関して、一例
を第６図に示す。同図は、（株）日整連出版社発行の
「自動車と整備」1989年８月号に紹介されたもので、前
輪の操舵角（ハンドルの舵角）に対応したステアリング
シャフト23の回転変位を、車体左右へのリヤタイロッド
24の変位に変換するリヤステアリングボックス300の内
部模式図である。ステアリングシャフト23に連結される
入力軸301に対し偏心位置にオフセット軸302が設けら
れ、固定されたインターナルギヤ304に噛み合いかつ軸3
02に通されてプラネタリギヤ303が配備されている。し
たがって、入力軸301が回転するとき、プラネタリギヤ3
03のオフセット軸305は、いわゆる内転サイクロイドの
軌跡を描く。軸305とタイロッド24との間には上下変位
の自在なスライダ306が介装されているので、その軌跡
のうち左右成分のみがタイロッド24に伝達される。

同図のリヤステアリングボックス300においては、入
力軸301の回転向きが一定であっても、その回転変位が
所定値以上になるとタイロッド24の変位の向き（左また
は右）がそれまでとは逆になる。これは、前輪に対する
後輪の操舵方向を、ハンドルの舵角が小さいうちは同位
相（同じ向き）にするものの、舵角が所定値を超えたと
きには、逆位相（逆向き）にして自動車の旋回半径を小
さくするためのものである。こういった位相の逆転は、
機構的には、軸305が描く内転サイクロイドの軌跡が入
力軸301の回転につれて図の左右一方の領域から他方の
領域へ移るように、入力軸301・軸302・軸305間の各偏
心量やギヤ303・ギヤ304間の歯数比などを設定すること
により実現される。

［考案が解決しようとする課題］第６図に示す従来のリヤステアリングボックス300
は、軸305が描く内転サイクロイド軌跡をうまく利用し
て後輪位相の逆転を実現したもので、主として歯車の噛
み合いにより操舵力を伝達することから機械効率が高い
が、前輪に対する後輪の操舵特性を自由には設定し難い
という点で好ましくない。すなわち、前輪操舵角に対す
る後輪操舵角が上記の内転サイクロイド軌跡によって定
まるので、その軌跡を少しでも外れるような関係を前・
後輪の操舵角間に設けることはできない。たとえば、前
輪操舵角が所定の範囲にあるときは後輪操舵角を変化さ
せないとか、ある範囲では両者の関係をリニア（比例関
係）にするといった微妙な設定は不可能である。

この考案の目的は、位相の逆転を含む後輪の操舵特性
を、簡単な構造に基づいて自由に設定することのできる
四輪操舵用リヤステアリングボックスを提供することで
ある。

［課題を解決するための手段］本考案のリヤステアリングボックスは、下記のおよ
びを組み合わせたカム機構をのケース内に内蔵した
ものである。・・とはすなわち、前輪操舵角（もしくはハンドル舵角）の相当量を周方
向にとり後輪操舵角相当量を軸方向にとって描いた曲線
状の溝または突起を外周面に具備し、ステアリングシャ
フトとともに回転する円筒状原動体（円筒カム）、上記溝または突起に内周部が係合し、原動体の回転時
にその軸方向に変位する中空円筒状の従動体、および、円筒状の中空部内に摺動可能に従動体を収容するとと
もに、原動体の軸方向（つまり従動体の変位する方向）
に延びたキーを介して当該従動体と係合し、かつ、従動
体の変位に連動する（つまり連動して回転または往復す
る）軸状の出力部材の取出し部を有する密封式のケース
−である。なお、上記で操舵角「相当量」と表わしてい
るのは、本ボックスにおける原動体もしくは従動体の変
位は、他の歯車やレバーなどで大きさや方向が変えられ
て、前・後輪の操舵角そのものには一致しないのが普通
だからである。

このリヤステアリングボックスについてはさらに、請
求項２に記載のとおり、上記原動体に上記の溝も突起も
有しない小径軸部を形成するとともに、従動体にも小径
筒部を形成してその筒部内に原動体の小径軸部を摺動可
能に挿入し、従動体の当該筒部の外側にラックを形成し
てピニオンと噛み合わせ、そのピニオンと一体の軸を上
記の出力部材とするのもよい。

［作用］いわゆる円筒カムを原動体とするカム機構では、その
原動体に回転変位を与えるとき、これに係合する従動体
が原動体の軸方向に変位（直線変位もしくは揺動変位）
する。

本考案のリヤステアリングボックスにおいては、ステ
アリングシャフトとともに回転する円筒状原動体の外周
面に曲線状の溝または突起を設け、これに対して、従動
体を、原動体の軸方向に変位可能に係合させている。こ
の原動体外周面の溝または突起の曲線は、前輪操舵角
（ハンドル舵角）相当量を周方向にとり（したがって円
柱座標系におけるθ座標とし）、それに対応づけて、位
相の逆転を含めて設定した後輪操舵角相当量を軸方向に
とって（同じくｚ座標として）描いたものであるため、
前輪の操舵とともにステアリングシャフトで原動体を回
転させると、従動体には、設定したとおりの後輪操舵角
相当量の変位が生じる。従動体のこの変位は、ギヤやレ
バーなどを介してリヤタイロッドを車体左右に変位させ
ることができるので、上記の曲線で定めた所期の操舵特
性に従って後輪が左右に操舵されることになる。

前輪に対する後輪の操舵特性をこのように定める上記
の溝または突起の曲線については、原動体の回転につれ
軸方向にスムーズに従動体が動き得るだけの滑らかさが
求められるものの、その曲率や向きを自由に設定できる
ので、前述した位相の逆転をはじめ、後輪操舵角に不変
範囲を設けることなども容易である。そのため、本ボッ
クスによれば、従来は不可能であった微妙な操舵特性を
実現することが可能となる。また、ボックス内の原動体
を他の曲線状の溝または突起をもつ原動体と交換するだ
けで、後輪の操舵特性を変更することができる。

［実施例］第１図〜第３図は、本考案の第一実施例に関する図面
である。第１図はリヤステアリングボックス100の断面
図、第２図はそのボックス100を含む四輪操舵装置の全
体模式図、第３図はボックス100内の円筒カム121の外周
面展開図である。

第２図のとおり、リヤステアリングボックス100は、
ステアリングシャフト23とリヤタイロッド24との間に配
備される。同図に従ってこの四輪操舵装置を説明する
と、まず前輪10は、ハンドル１とともに回転するピニオ
ン11とそれに噛みあうラック12の作用で各ナックルアー
ム13とともに左右に操舵される。一方、デファレンシャ
ル32・ドライブシャフト33を介してプロペラシャフト31
により駆動される後輪20は、タイロッド24が左右に変位
するとき、ナックルアーム25を介して操舵角を変える。
ハンドル１の切り角すなわち前輪10の操舵角に応じて後
輪20が操舵されるよう、前記したラック12とリヤタイロ
ッド24とは、ピニオン21や自在継手22・ステアリングシ
ャフト23、それにボックス100を介して連結されてい
る。つまりボックス100は、前輪10を操舵するときシャ
フト23に生じる回転変位を入力軸120で受け、揺動レバ
ー142の揺動変位に置き換えて後輪させる機能をはた
す。

第１図（ａ）に示すように、このリヤステアリングボ
ックス100は、ケース111（およびカバー112・113）の内
部に、入力軸120・従動軸130・出力軸140などを内蔵し
たものである。入力軸120は、カバー112から突出した部
分がステアリングシャフト23（第２図）と連結される回
転軸であるが、ケース111の内側になる箇所には、外周
面上に溝121aを有する円筒カム121を一体に形成してい
る。従動軸130については、大径の中空部分の内側に固
定ピン131を介して取り付けたローラ131aを上記カム121
の溝121aに係合させる一方、出力軸140寄りの部分で、
ケース111との間にキー132を介装して軸方向にのみ移動
自在とし、かつ側面の一部にラック133を形成した。ま
た出力軸140は、従動軸130のラック133と噛み合うピニ
オン141を形成したうえ、ケース111から突出する部分に
第１図（ｂ）のとおり揺動レバー142を取り付けてい
る。以上により、カム121が原動体として回転すると
き、その従動体である従動軸130が軸方向に変位して出
力軸140とともにレバー142を揺動させるので、タイロッ
ド24（第２図）が車体左右に変位することになる。なお
第１図（ａ）において、111aはケース111の車体への取
付用ブラケット、120a・120bは入力軸120を支持する軸
受（ただし軸受120bは、軸方向の転がり案内を兼ねるボ
ールブシュ）、120cはオイルシール、131bはピン131を
後動軸130に固定するための止めピンである。また同図
（ｂ）で、114はカバー、140a・140bは軸140用の軸受、
140cはオイルシールである。

円筒カム121の外周面には、展開すれば第３図の曲線
Ｘを描くよう溝121aを形成している。図の原点Ｏ（0,
0）を中心にして図の左右の位置がカム121の回転変位を
示すθ座標にあたり、図の上下が、カム121の軸方向に
一致するｚ座標である。カム121はハンドル１（第２
図）の切り角および前輪10の操舵角に対応して回転変位
をするので、θ座標は前輪10の操舵角に相当する値をも
つといえる。また、溝121aに係合するピン131のｚ座標
によって従動軸130（第１図）の変位が定まり、レバー1
42（第２図）の揺動量やリヤタイロッド24の変位量も決
まるので、ｚ座標は後輪20の操舵角相当の大きさをも
つ。この実施例では、ハンドル１（前輪10）を中立位置
よりも右へ切ったとき、ピン131が第３図のθ＞０の位
置になるようカム121が回転し、曲線Ｘに沿ってピン131
がｚ＞０の点に来ると後輪20が右を向く。

図の曲線Ｘは、右・左に曲がるときの後輪20の操舵特
性が同じになるよう原点Ｏに関して点対称にしてある
が、θが０から（＞０の範囲で）増えるとき、ｚが一旦
は正（＞０）となったのち負（＜０）の領域に入り、逆
にθが０以下に減るときはｚが負から正に変わる滑らか
な曲線である。ｚの正負が途中で逆転するのは、同じ向
きにハンドル１（第２図）が切られるときでも、その切
り角の大きい範囲では前輪10に対し後輪20の位相（操舵
方向）を逆転し、旋回半径を小さくするためである。さ
らに、この曲線Ｘについては、θの極めて小さい（０に
近い）範囲にｚが０のまま変化しない部分を設けてい
る。ハンドル１の切り角がごく小さいうちは、後輪20を
中立状態に保ち前輪10のみによる操舵を行う方が、運転
者が自然な走行感覚をもつことがあるからである。

なお、こういった後輪20の操舵特性は、入力軸120
（第１図）を、円筒カム121上に曲線Ｘ（第３図）とは
異なる曲線状の溝121aを備えたものに交換する（もしく
は、別体にしたカム121のみを交換する）だけで、変更
することができる。上記したｚ＝０となるθの範囲を変
えることはもちろん、同位相の最大操舵角をもたらす点
Ｐの座標（θ_P，Z_P）や、曲率半径R₁・R₂の大きさ、逆
位相になるθやそのｚの大きさなどを変更することも自
在である。

第４図（ａ）は、以上に説明したリヤステアリングボ
ックス100において従動軸130の一部を改変した第二実施
例を示す断面図である。改変したのは、円筒カム121の
溝121aに係合する部分であって、同図（ｂ）のように、
コの字形状の固定ピン136を、止めピン136bにより従動
軸130に固定し、そのピン136の内側に球136aを転動自在
に嵌め入れている。その他の部分は、第一実施例（第１
図〜第３図）と同一なので、同じ符号を付して説明を省
略する。

また第５図は、第三実施例としてのリヤステアリング
ボックス200を示す断面図である。このボックス200が第
一実施例のボックス100と異なる主な点は、つぎのとお
りである。

イ）円筒カム221の外周面に、前記の溝121a（第１図）
に代えて曲線状に連続する突起221aを形成したこと。

ロ）従動軸230に、自己潤滑性のある材料よりなるスラ
イドピース231を図のように取り付け、その凹部を上記
の突起221aに係合させたこと。

ハ）キー232を従動軸230の大径部の外側に固定するとと
もに、それをケース211に対し軸方向に摺動可能に係合
させて従動軸230の回転を防止していること。

ニ）第一実施例のようにギヤ（第１図のラック133・ピ
ニオン141）を内蔵しないで、従動軸230の軸方向の変位
をそのままボックス200の出力として取り出しているこ
と。

ホ）ケース211から突出する従動軸230の先端は、支点24
2aを車体に固定してリヤタイロッド25に連結したレバー
242の一端部242bに対し、クレビス234を介して図のよう
に接続したこと。

このボックス200によると、入力軸220が回転すれば、
カム221の作用で従動軸230が軸方向に変位してレバー24
2を揺動させ、それによりタイロッド25が変位して後輪
が操舵される。なお符号230aはＯリングであるが、以上
のほかは、第一実施例のボックス100と同様の部分に同
様の符号（百の位を２とし、それ以下を同じにした符
号）を付して説明を省略している。

以上、三つの実施例を紹介したが、本考案は下記のよ
うに実施することもできる。

１）第一実施例のレバー142（第２図）、もしくは第
三実施例のレバー242（第５図）に関し、油圧シリンダ
を組み込むなどにより腕の長さ（レバー長）を変更可能
にしておけば、同じ円筒カムを使用しながら後輪操舵特
性を多少変更することもできる。自動車の速度に応じて
上記シリンダを伸縮させれば、車速感応性のある四輪操
舵も実現できる。

２）リヤステアリングボックスの使用態様、すなわちど
んな自動車のどの位置に配備するかは、実施例（第２
図）に限定されず、多様に想定される。たとえば、前輪
操舵用のラックを介してステアリングシャフトおよび原
動体（入力軸）に回転変位が伝わるのでなく、ハンドル
のシャフトそのものからステアリングシャフトが回転変
位を得る場合にも、このボックスは同様に配備できる。
また、このボックスが後輪駆動車（（FR車など）専用の
ものでないことは言うまでもない。

［考案の効果］考案の四輪操舵用リヤステアリングボックスによれ
ば、後輪位相の逆転はもちろん、操舵角の不変範囲など
を含む微妙な後輪操舵特性を自由に設定することができ
る。すなわち、後輪の操舵特性を、たとえば内転サイクロイドのよう
に幾何学的に規定される曲線ではなく、原動体（円筒カ
ム）上に比較的自由に描いた曲線によって任意に決める
ことができる。

原動体の外周面上に設ける溝または突起の上記曲線が
いわゆるカム線図に相当し、これが後輪の操舵特性を一
目瞭然に表わすので、自動車の走行性能に対応づけた機
構設計が容易である。

原動体を、他の曲線状の溝または突起をもつものと交
換するだけで、後輪の操舵特性を容易に変更することが
できる。

ボックスの構造がシンプルなので、所定の溝または突
起を外周面に有する原動体を鋳造法などにより量産すれ
ば、製造コストは従来のボックスに比べて大幅に低減さ
れる。

また、円筒状原動体が中空円筒状の従動体内に入って
おり、さらにその従動体が密封式ケースの円筒状の中空
部内に収容されているので、全体をコンパクトにし、か
つ自動車への取付けを容易にすることが可能である。ケ
ースが密封式であるため、内部にホコリ等が入るのを防
止したり、オイルを封入して原動体・従動体間等の潤滑
をはかったりすることも容易である。

請求項２のリヤステアリングボックスの場合はさら
に、リヤタイロッドを変位させやすい回転変位式の軸を
含むにもかかわらず、やはり全体がコンパクトである。
原動体の一部に小径軸部を形成し、従動体にも小径筒部
を形成して前記軸部をこれに挿入し、それらの外側にラ
ックアンドピニオンの機構とともに当該回転変位式の軸
を配置するからである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、本考案の第一実施例に関する図面で
ある。第１図（ａ）はリヤステアリングボックスの水平
断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるｂ−ｂ断面
図、第２図はそのボックスを含む四輪操舵装置の全体を
示す模式図、また第３図は原動体（円筒カム）の外周面
展開図である。第４図は本考案の第二実施例を示し、同図（ａ）はリヤ
ステアリングボックスの水平断面図、同図（ｂ）はその
ｂ−ｂ断面図。そして第５図は、本考案の第三実施例と
してのリヤステアリングボックス等を示す平面（一部断
面）図である。一方、第６図は従来のリヤステアリングボックスに関す
る内部模式図である。１……ハンドル、10……前輪、20……後輪、23……ステ
アリングシャフト、24……リヤタイロッド、100・200…
…リヤステアリングボックス、120・220……入力軸、12
1・221……円筒カム（原動体）、121a……溝、221a……
突起、130・230……従動軸（従動体）。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】前輪の操舵にともなうステアリングシャフ
トの回転変位を、リヤタイロッドの左右への変位に変換
するための四輪操舵用リヤステアリングボックスであっ
て、前輪操舵角相当量を周方向にとり後輪操舵角相当量を
軸方向にとって描いた曲線状の溝または突起を外周面に
具備し、ステアリングシャフトとともに回転する円筒状
原動体と、上記溝または突起に内周部が係合し、原動
体の回転時にその軸方向に変位する中空円筒状の従動体
とを組み合わせたカム機構を、円筒状の中空部内に摺動可能に従動体を収容するとと
もに、原動体の軸方向に延びたキーを介して当該従動体
と係合し、かつ、従動体の変位に連動する軸状の出力部
材の取出し部を有する密封式のケースに内蔵したことを特徴とする四輪操舵用リヤステアリン
グボックス。
【請求項２】上記原動体に上記の溝も突起も有しない小
径軸部を形成するとともに、従動体にも小径筒部を形成
してその筒部内に原動体の小径軸部を摺動可能に挿入
し、従動体の当該筒部の外側にラックを形成してピニオ
ンと噛み合わせ、そのピニオンと一体の軸を上記の出力
部材とした請求項１に記載の四輪操舵用リヤステアリン
グボックス。