JP2946383B2 - パワーステアリング機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車輌のパワ
ーステアリング機構に関し、特に電動式のパワーステア
リングに適したものである。

【０００２】

【従来の技術】高速走行時に車体の回転運動を少なくし
て安定性を向上させたり、或は低速時の小回り性の向上
を図るために四輪操舵の開発が盛んに行なわれている。
そして、この四輪操舵機構においても、路面からタイヤ
に力が加わった場合にタイヤの向きが変わることを阻止
する非可逆動力伝達機構が必要である。従来の非可逆動
力伝達機構としては、ウオームギアとウオームホイール
との噛み合せ機構の特性を活かし、順方向の力を伝達す
るがその逆方向の力の伝達は行なわないようにしたもの
が一般的である。しかし、この機構では伝達効率が２０
〜３０％と低いので、電動式パワーステアリングとする
場合にモータが大型になる欠点があった。この欠点を解
消するために、例えば特開平１−２５７６７２号公報に
記載されているように、コイルスプリングクラッチと遊
星歯車を使用した装置が提案されている。この装置は、
ステアリングシャフトに対し所定の摩擦力を有して嵌合
され、且つ両端部にトルク伝達係合部を形成し、両トル
ク伝達係合部に対してコイルの巻き方向に入力がある
と、ステアリングシャフトに対する巻き付けが緩んで締
結解除状態となり、その反対方向に入力されると、巻き
付けが強まり締結状態となるように構成したものであ
り、この構成により伝達効率の向上を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の装置は、伝達効率が高くても減速比が１／１０
程度であり、パワーステアリングで必要とされる大きな
減速比、例えば１／３０程度を達成できないし、この減
速比を達成するためには更に減速機構を必要とする。ま
た、コイルスプリングの締め付けを利用しているので、
入力軸が回り始めてから出力軸が回るまで回転角にして
約２０度の遅れが発生し、この遅れを解消するためには
別途制御機構が必要となる。さらに、コイルスプリング
の引張応力だけでロック力を受けもっているので、耐久
性が不充分である。このため、小型で減速比が大きく、
確実な非可逆動力伝達機構を備えたパワーステアリング
機構の開発が望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記に
鑑み提案されたもので、ステアリングシャフトの途中
に、出力側を当該ステアリングシャフトに接続した状態
で電磁クラッチを設け、この電磁クラッチの入力側を変
速機の出力軸側に接続し、上記変速機は、ハウジング側
に対して固定状に設けた第１歯車とこの第１歯車とは歯
数が異なるが外径が同一である第２歯車とを同軸上に隣
合わせた状態で配置して両歯車を太陽歯車とし、太陽歯
車の周囲を回転可能なキャリヤーに取り付けたピニオン
歯車を上記第１歯車と第２歯車に噛合して該ピニオン歯
車を自転しながら公転するプラネタリー歯車とし、上記
第２歯車は電磁クラッチ側に操舵力を伝達する出力軸に
固定し、上記キャリヤーには駆動源を連繋して該駆動源
の駆動力によりキャリヤーを回転せしめるようにした構
成であることを特徴とするパワーステアリング機構であ
る。

【０００５】

【作用】電磁クラッチを繋いだ状態でキャリヤーを回転
すると、ピニオン歯車が第１歯車および第２歯車の回り
を公転し、しかもこのピニオン歯車は固定状態の第１歯
車に噛み合っているので自転する。ピニオン歯車が自転
しながら公転すると、このピニオン歯車には第２歯車も
噛合しており、第２歯車と第１歯車とは歯数がことなる
ので、第２歯車は、ピニオン歯車の公転と自転とにより
歯数分の歯数差だけ回転する。したがって、大きな減速
比で駆動源の駆動力を出力軸に伝達することができ、こ
の力によりステアリングシャフトの回転を補助すること
ができる。路面抵抗等による外力により出力軸が回転し
ようとしても、出力軸に固定してある第２歯車はピニオ
ン歯車に噛合しており、このピニオン歯車は固定状態の
第１歯車に噛合して停止状態を維持している。このた
め、第２歯車は、外力によって回転しようとしても、こ
の第２歯車はピニオン歯車により回転を阻止される。し
たがって、第２歯車および出力軸は、キャリヤーの回転
によりピニオン歯車が遊星運動をしない限り回転するこ
とができず、非可逆機構として成立する。しかも歯車の
バックラッシュ程度の回転角で確実に止めることが可能
である。そして、タイヤが縁石に乗り上げるなどして外
部からステアリングシャフトに不慮の大入力があった場
合には、電磁クラッチが滑べり、このクラッチの滑べり
により大入力を逃すことができる。したがって、上記歯
車等の破損を防止するこ とができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。図１及び図２に示すパワーステアリング用変速
機１の第１の実施例は、一端が開口して他端に固定軸用
開口部を有する略有底筒状のハウジングケース２と、該
ハウジングケース２の開口部に外側からねじ３により止
着された中空固定軸４と、ハウジングケース２の室内に
突出した固定軸４の先端部分に形成された第１歯車５
と、固定軸４の中空部内に挿通した出力軸６と、室内に
突出した出力軸６の先端に固定され第１歯車５と同軸上
で隣合う第２歯車７と、ハウジングケース２の一端開口
部に被せた蓋材８の中心開口部に軸９を通した状態でハ
ウジングケース２に取り付けられた駆動源としてのモー
タ１０と、モータ１０の軸９に取り付けられたキャリヤ
ー１１と、キャリヤー１１に軸着され上記第１歯車５お
よび第２歯車７に噛合するピニオン歯車１２などからな
る。

【０００７】第１歯車５は、第２歯車７と共に太陽歯車
として機能するもので、中心を固定軸４の中心に一致さ
せた状態で固定軸４の端部表面部分を切削することによ
り形成されており、歯数を２９ｚに設定してある。な
お、この第１歯車５は別途作成して固定軸４に固定して
もよい。

【０００８】第２歯車７は、中心が固定軸４及び第１歯
車５の中心に一致し、外径が第１歯車５と同じである
が、歯数は第１歯車５よりも１つだけ多い３０ｚに設定
してある。この様に、本実施例における第１歯車５と第
２歯車７は、同じ噛み合い中心距離をもちながら歯数が
１つだけ異なる転位歯車であり、ピニオン歯車１２が遊
星運動しても常に正しい噛合状態を保つことができる。

【０００９】キャリヤー１１は、第１歯車５と第２歯車
７を収納可能な円形空部を中心に有する有底筒状体であ
り、底部側は蓋材８に設けたベアリング１３により、開
口部側は固定軸４の基端に設けたベアリング１４により
支えられており、底部の中心にモータ１０の軸９を固定
し、このモータ１０の駆動により固定軸４、第１，第２
歯車５，７と同軸上で回転するように構成されている。
そして、このキャリヤー１１の厚肉壁部には外周から円
形空部まで貫通した取付空部１５を開設し、該取付空部
１５にプラネタリー歯車として機能するピニオン歯車１
２を軸１６により回転自在に取り付けてピニオン歯車１
２の歯が円形空部内に突出するようにしてある。したが
って、円形空部内に第１，第２歯車５，７を収納する状
態でキャリヤー１１を装着すると、ピニオン歯車１２が
第１歯車５と第２歯車７に噛合する。

【００１０】なお、ピニオン歯車１２の歯は、第１歯車
５の歯および第２歯車７の歯と円滑に噛み合うように設
定されており、歯数は１４ｚに設定してある。

【００１１】また、ハウジングケース２から突出した出
力軸６の端部に出力ギア１７を固定する。

【００１２】上記した構成からなる変速機１において、
モータ１０を作動してキャリヤー１１を回転すると、ピ
ニオン歯車１２が第１歯車５および第２歯車７の回りを
公転することとなり、しかもピニオン歯車１２は固定状
態の第１歯車５に噛み合っているのでこの第１歯車５と
の噛合により自転することとなる。即ち、ピニオン歯車
１２は自転しながら公転するプラネタリー歯車として機
能する。

【００１３】ピニオン歯車１２が自転しながら公転する
と、このピニオン歯車１２には第２歯車７も噛合してお
り、しかも第２歯車７は第１歯車５よりも歯数が１つだ
け多い。このため、第２歯車７は、ピニオン歯車１２の
公転と自転とにより歯数分の歯数差だけキャリヤー１１
と同じ方向に回転することになる。即ち、本実施例では
モータ１０がキャリヤー１１を一回転すると、第２歯車
７がキャリヤー１１と同じ回転方向に１／３０だけ回転
することになり、換言すればモータ１０の回転に対して
１／３０の減速比で第２歯車７および出力軸６が回転す
る。

【００１４】出力軸６がモータ１０の１／３０の減速比
で回転すると、約３０倍のトルクで操舵系を駆動して車
輪をステアすることができ、しかも平歯車の噛み合せに
より伝達しているので伝達効率が高い。したがって、小
型モータ１０でも充分な操舵駆動力が得られる。

【００１５】なお、第１歯車５の歯数を２８ｚ、第２歯
車７の歯数を３０ｚに設定すると、モータ１０の入力と
同じ方向に１／１５の減速比で出力軸６が回転する。ま
た、第１歯車５の歯数を３０ｚ、第２歯車７の歯数を２
９ｚに設定すると、出力軸６がモータ１０の入力とは反
対方向に１／２９の減速比で回転する。

【００１６】次に、非可逆性について説明する。路面抵
抗等により車輪にステアしようとする力が作用すると、
この力は操舵系を介して出力ギア１７に伝達され、出力
軸６を回転しようとする。しかしながら、出力軸６が外
力により回転しようとしても、出力軸６に固定してある
第２歯車７はピニオン歯車１２に噛合しており、このピ
ニオン歯車１２は固定状態の第１歯車５に噛合して停止
状態を維持している。このため、第２歯車７はピニオン
歯車１２によって回転を阻止される。したがって、第２
歯車７および出力軸６は、キャリヤー１１の回転により
ピニオン歯車１２が遊星運動をしない限り回転すること
ができない。具体的に説明すると、外力の作用により第
２歯車７の歯が、その時点で噛合しているピニオン歯車
１２の歯の一方の歯面（図１中右半手前の面）を押圧し
てピニオン歯車１２を回転させようとした時に、ピニオ
ン歯車１２の当該歯の他方の歯面（図１中左半奥の面）
は第１歯車５の歯に当接する。この状態で、第１歯車５
の歯は固定されているので回転不能である。したがっ
て、ピニオン歯車１２の歯の右半部分が第２歯車７に押
圧された場合、この右半部分は回転しようとするが、当
該歯の左半部分が第１歯車５の歯に当たって回転が阻止
される。このため、ピニオン歯車１２は回転することが
できず、単に第１歯車５の歯面を押圧するだけである。
この様に、ピニオン歯車１２は、第２歯車７から回転力
が与えられても、第２歯車７に噛合している歯の一部分
（図１中の右半部分）と、第１歯車５に噛合している歯
の一部分（図１中の左半部分）との境界部分に剪断力を
受けるだけであって、回転することはない。ピニオン歯
車１２が回転しないと、第７歯車７も回転できない。そ
して、第２歯車７の回転力がピニオン歯車１２に作用し
ても、この回転力が上記剪断力を発生するだけでピニオ
ン歯車１２を回転する力として作用しないと、ピニオン
歯車１２の軸１６やキャリヤー１１に公転力が作用する
こともない。したがって、本減速機は非可逆機構として
成立する。しかも、外力を受けた際に、第２歯車７の歯
がピニオン歯車１２の歯を押圧し、押圧された当該歯が
第１歯車５の歯に当接するまでのバックラッシュ程度の
回転角で第２歯車７の回転を確実に止めることが可能で
ある。なお、キャリヤー１１が回転した場合には、第１
歯車５に噛合した状態でピニオン歯車１２の左半部分が
回転しようとした際に、ピニオン歯車１２の右半部分に
噛合した第２歯車７が固定されていないので、前記した
様に、ピニオン歯車１２が回転し、第２歯車７がピニオ
ン歯車１２の回転により回転する。

【００１７】次ぎに、図３および図４に示す第２の実施
例について説明する。この変速機１は、第１実施例に示
した変速機１の構成に補助ピニオン歯車１２′をピニオ
ン歯車１２の反対側に付加したものでありる。なお、共
通する構成については同じ符号を付してある。

【００１８】キャリヤー１１の壁部には外周から円形空
部まで貫通した取付空部１５を１８０度位相を変えて
（中心を挟んで反対側に）２箇所開設し、一方の取付空
部１５ａにピニオン歯車１２を軸１６により回転自在に
取り付けてピニオン歯車１２の歯を円形空部内に突出さ
せ、他方の取付空部１５ｂに補助ピニオン歯車１２′を
軸１６′により回転自在に取り付けて該補助ピニオン歯
車１２′の歯を円形空部内に突出させる。

【００１９】補助ピニオン歯車１２′は、第１歯車５に
噛合する歯１２ａと第２歯車７に噛合する歯１２ｂとに
区画して形成するとともに、区画した一方の歯と他方の
歯との位相をそれぞれ噛合する歯車の位相に対応させて
形成してある。本実施例では、第１歯車５の歯数が２９
ｚ、第２歯車７の歯数が３０ｚなので、ピニオン歯車１
２が噛合している位置では第１歯車５の歯の山と第２歯
車７の歯の山とが同じ位相で一直線上に位置している
が、補助ピニオン歯車１２′が噛合する位置では、両歯
車の山が同じ位相ではなく、第１歯車５の歯の山と第２
歯車７の歯の谷とが一直線上に位置している。したがっ
て、補助ピニオン歯車１２′の歯は、区画した一方の歯
の山と他方の歯の谷とが一直線上に位置するようにして
形成する。なお、補助ピニオン歯車１２′の歯数は、ピ
ニオン歯車１２と同じ１４ｚである。

【００２０】したがって、円形空部内に第１，第２歯車
５，７を収納する状態でキャリヤー１１を装着すると、
ピニオン歯車１２が第１歯車５と第２歯車７に噛合する
とともに、その反対側で補助ピニオン歯車１２′が第１
歯車５と第２歯車７に支障なく噛合する。なお、本実施
例のように、第１歯車５と第２歯車７の歯数の差が奇数
の場合には、補助ピニオン歯車１２′を区画して山と谷
の位置をずらす（位相を異ならせる）必要が有るが、歯
数の差が偶数であれば、図５に示すように、山と谷の位
置を同じ位置（同じ位相）でよい。

【００２１】この様な構成からなる変速機１において、
モータ１０の作動によりキャリヤー１１を回転すると、
ピニオン歯車１２および補助ピニオン歯車１２′が第１
歯車５および第２歯車７の回りを公転することとなり、
しかも両ピニオン歯車１２，１２′は固定状態の第１歯
車５に噛み合っているのでこの第１歯車５との噛合によ
り自転することとなる。即ち、補助ピニオン歯車１２′
も自転しながら公転するプラネタリー歯車として機能す
る。

【００２２】両ピニオン歯車１２，１２′が自転しなが
ら公転すると、前記実施例と同様に、第２歯車７ががキ
ャリヤー１１と同じ回転方向に１／３０だけ回転する。
そして、この場合にはモータ１０の出力がピニオン歯車
１２と補助ピニオン歯車１２′との２つのピニオンギア
を介して伝達されるので耐久性が向上し、また、回転す
るキャリヤー１１に対して負荷が対象に作用するのでバ
ランスがとれて振動を抑制することができる。

【００２３】なお、本実施例において、出力軸６が外力
により回転しようとしても、出力軸６に固定してある第
２歯車７が両ピニオン歯車１２，１２′に噛合してお
り、両ピニオン歯車１２，１２′は固定状態の第１歯車
５に噛合しているので、第２歯車７は両ピニオン歯車１
２，１２′により回転を阻止される。したがって、非可
逆機構として成立し、歯車のバックラッシュ程度の回転
角で確実に止めることが可能である。

【００２４】また、本実施例ではピニオン歯車１２の他
に補助ピニオン歯車１２′を１つ設けたが、この補助ピ
ニオン歯車１２′の数はこれに限定されるものではない
し、また、位置もピニオン歯車１２の反対側に限定され
るものではない。

【００２５】図５に示す実施例は、前記した第２実施例
の変速機１を前輪用として使用したものである。なお、
ハウジングケースの構造は前記実施例とは多少異なるが
基本構造は同じである。また、共通する構成については
同じ符号を付し、説明の重複を回避している。尚、２
３，２４はベアリング、２５はオイルシールであり、こ
れらはステアリングシャフト１８と変速機の噛み合い中
心距離を確実にするためのものである。

【００２６】このパワーステアリング機構においては、
運転者の操作により回転して前輪を操舵するステアリン
グシャフト１８の途中に電磁クラッチ１９を設け、該電
磁クラッチ１９を介してステアリングシャフト１８と変
速機１とを接続する。具体的には電磁クラッチ１９の出
力側をステアリングシャフト１８に接続し、電磁クラッ
チ１９の入力側に取り付けた第１中間歯車２０と変速機
１の出力軸６に取り付けた第２中間歯車２１とを噛み合
せる。そして、本実施例では第１歯車５の歯数を２８
ｚ、第２歯車７の歯数を３０ｚ、ピニオン歯車１２およ
び補助ピニオン歯車１２′の歯数を１４ｚに設定し、ま
た、第１中間歯車２０の歯数を３４ｚ、第２中間歯車２
１の歯数を１７ｚに設定する。

【００２７】上記した構成のパワーステアリング機構で
電磁クラッチ１９を繋いだ状態でモータ１０の作動によ
りキャリヤー１１を回転すると、両ピニオン歯車１２，
１２′が自転しながら公転する。両ピニオン歯車１２，
１２′には第２歯車７も噛合しており、第２歯車７は、
両ピニオン歯車１２，１２′の公転と自転とにより歯数
分の歯数差だけキャリヤー１１と同じ方向に回転するこ
とになる。即ち、本実施例では、第２歯車７がキャリヤ
ー１１と同じ回転方向に１／１５だけ回転することにな
り、モータ１０の回転に対して１／１５の減速比で出力
軸６が回転する。

【００２８】出力軸６がモータ１０の１／１５の減速比
で回転すると、第２中間歯車２１と第１中間歯車２０と
の噛み合せにより更に１／２の減速比でステアリングシ
ャフト１８に伝達される。したがって、ステアリングシ
ャフト１８はモータ１０の１／３０の減速比で回転し、
この回転力により運転者のハンドル操作力が補助され
る。なお、本実施例では運転者のハンドル操作力を補助
するだけなので、モータ１０は後輪用よりも低出力でよ
い。

【００２９】運転者がハンドル操作力の補助を必要とす
る時、例えば車庫入れなどの低速や中速走行時には電磁
クラッチ１９を繋いでパワーステアリングとして機能さ
せる。しかし、高速走行時にはハンドル操作が軽くなる
ので補助力を必要としない。そこで、補助力を必要とし
ないときには電磁クラッチ１９をオフにして適度なハン
ドル操作抵抗力をもたせて安全性を向上させる。そし
て、車が曲線路から直線路に出る場合に、一般的にはハ
ンドルの握り力を緩めてタイヤの路面抵抗（キャスター
アクション効果）によりハンドルを直進状態に戻すが、
本発明における変速機１は非可逆機構であるので、本発
明では電磁クラッチ１９を切る（断状態にする）。この
様に電磁クラッチ１９を切ると、変速機１の非可逆機構
がステアリングシャフトに作用しないので、ハンドルは
ステア状態から直進状態に円滑に戻ることができ、その
際の感覚も不自然さを与えない。 また、低速や中速走行
時に電磁クラッチ１９を繋いだ状態で、車輪を縁石に乗
り上げるなどして外部からステアリングシャフト１８に
不慮の大入力があった場合には、電磁クラッチ１９が滑
べり、このクラッチ１９の滑べりにより大入力を逃すこ
とができる。したがって、変速機１内の第１，第２歯車
５，７やピニオン歯車１２等の破損を防止することがで
きる。

【００３０】なお、本発明のキャリヤー１１は、前記し
た厚肉カップ状に限定されるものではなく、ピニオン歯
車１２，１２′を回転自在な状態で支持することがで
き、必要とされる強度を確保できればどのような形状で
もよい。また、駆動源は、電機モータ１０が小型で構造
も簡単であって望ましいが、必要に応じて油圧モータな
どでもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
テアリングシャフトの途中に、出力側を当該ステアリン
グシャフトに接続した状態で電磁クラッチを設け、この
電磁クラッチの入力側を変速機の出力軸側に接続するの
で、タイヤが縁石に乗り上げるなどして外部からステア
リングシャフトに不慮の大入力があった場合には、電磁
クラッチが滑べり、このクラッチの滑べりにより大入力
を逃すことができる。し たがって、非可逆機構である減
速機内の歯車等の破損を防止することができる。そし
て、減速機は、ウオームギアを使用しないで平歯車の噛
み合せにより伝達するので、伝達効率が高く、しかもパ
ワーステアリングで必要とされる減速比を簡単な構造で
達成できる。また、歯数が異なる第１歯車と第２歯車を
同軸上に隣合わせた状態で配置するばかりでなく第１歯
車と第２歯車を同じ外径にしたので、両歯車に噛合する
ピニオン歯車も外径が同一のロングピニオン歯車とする
ことができる。したがって、本発明のピニオン歯車は、
外径が異なるピニオン歯車を製造する場合に比較して容
易である。さらに、固定状に設けた第１歯車とこの第１
歯車と外径が同一である第２歯車とを同軸上に隣合わせ
た状態で配置して、両歯車にピニオン歯車を噛合したの
で、外力が第２歯車に作用してピニオン歯車の歯が回転
しようとしても、この歯は第２歯車と同じ外径の第１歯
車によって回転が阻止されており、回転しようとする力
と阻止しようとする反力とが確実に相殺され、このため
ピニオン歯車の軸やキャリヤーに公転力が作用すること
もない。したがって、減速機は非可逆機構として成立
し、歯車のバックラッシュ程度の回転角で確実に止める
ことが可能である。更に、本発明に係る変速機はコイル
スプリングの引張応力だけで力を受けもつことがないの
で耐久性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパワーステアリング機構に用いる
変速機の断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】ピニオン歯車の他に補助ピニオン歯車を設けた
変速機の第２実施例の断面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】本発明に係るパワーステアリング機構の要部の
断面図である。

【符号の説明】

１ パワーステアリング用変速機 ２ ハウジングケース ４ 固定軸 ５ 第１歯車 ６ 出力軸 ７ 第２歯車 ８ ハウジングケースの蓋材 ９ モータの軸 １０ モータ １１ キャリヤー １２ ピニオン歯車 １２′補助ピニオン歯車 １７ 出力ギア １８ ステアリングシャフト １９ 電磁クラッチ ２０ 第１中間歯車 ２１ 第２中間歯車

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングシャフトの途中に、出力側
   を当該ステアリングシャフトに接続した状態で電磁クラ
   ッチを設け、この電磁クラッチの入力側を変速機の出力
   軸側に接続し、 上記変速機は、 ハウジング側に対して固定状に設けた第
   １歯車とこの第１歯車とは歯数が異なるが外径が同一で
   ある第２歯車とを同軸上に隣合わせた状態で配置して両
   歯車を太陽歯車とし、太陽歯車の周囲を回転可能なキャ
   リヤーに取り付けたピニオン歯車を上記第１歯車と第２
   歯車に噛合して該ピニオン歯車を自転しながら公転する
   プラネタリー歯車とし、上記第２歯車は電磁クラッチ側
   に操舵力を伝達する出力軸に固定し、上記キャリヤーに
   は駆動源を連繋して該駆動源の駆動力によりキャリヤー
   を回転せしめるようにした構成であることを特徴とする
   パワーステアリング機構。
2. 【請求項２】 キャリヤーに補助ピニオン歯車を設け、
   該補助ピニオン歯車の歯を第１歯車に噛合する歯と第２
   歯車に噛合する歯に区画して形成すると共に噛合する歯
   車の位相に対応させたことを特徴とする請求項１に記載
   のパワーステアリング機構。