JP3233716B2 - 自動車用操舵装置 - Google Patents

自動車用操舵装置

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JP3233716B2 JP04050893A JP4050893A JP3233716B2 JP 3233716 B2 JP3233716 B2 JP 3233716B2 JP 04050893 A JP04050893 A JP 04050893A JP 4050893 A JP4050893 A JP 4050893A JP 3233716 B2 JP3233716 B2 JP 3233716B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ラック&ピニオン機構
を有する自動車用操舵装置の改良に関し、特に、ステア
リングホイールの操舵角に対する操向車輪の転舵角の割
合、すなわち舵角比が非線形の特性を有する操舵装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近時、自動車用操舵装置は、図8に示し
たようなラック&ピニオン機構を用いたものが一般に普
及している。これは周知のように、ステアリングホイー
ル1に一体結合されたステアリングシャフト2に対し、
自在継手を有する連結軸3を介して直結されたピニオン
4の回転運動を、ピニオン4に噛合したラック5の直線
運動に変換し、ラック5の直線運動を、タイロッド6及
びナックルアーム7を介して車輪8の転舵運動に変換す
るようになっている。
【0003】一方、在来形式の操舵装置は、ステアリン
グホイールの回転角度に対して車輪の転舵角度が実質的
に直線的に変化する線形の舵角特性を有しており、一般
に、ステアリングホイールの中立位置から左右に1.5
回転程度で最大転舵角が車輪に与えられるように設定さ
れている(図9の細線(A)参照)。ここで車両の取り
回し性のみを考慮すると、車輪の最大転舵角を得るため
のステアリングホイールの回転数は少ない方が好ましい
が、例えば図9に一点鎖線(B)で示したような舵角特
性に設定すると、操舵量が低減されるので低速域では好
ましい運動性が得られる反面、ステアリングホイールの
操舵角に対する車両挙動が過度に鋭敏になるために高速
域ではむしろハンドルを切りすぎないように配慮する必
要が生ずる。
【0004】そこでステアリングホイールの回転を操向
車輪に伝達するためのギヤボックスに非線形の特性を与
える機構を設けたステアリング装置を用いることが考え
られる(実開平1−161875号公報参照)。これに
より、図9に太線(C)で示すように、ステアリングホ
イールの操舵角が小さい領域ではピニオン歯車の回転角
度がより小さくなり、ステアリングホイールの操舵角が
大きくなる領域ではピニオン歯車の回転角度がより大き
くなる非線形の特性を実現し得る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、このような
非線形の舵角特性を実現しようとすると、歯車機構の複
雑化が避けられず、バックラッシュを生ずる要素が増え
るためにがたによる操舵の剛性感が阻害されるという不
都合が生ずる。
【0006】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、
低速走行時も高速走行時も操舵感覚がさほど変化しない
ように非線形の特性を与えることができ、しかも一つの
押圧手段によって複数の歯車のがたを除去することがで
きるように改良された自動車用操舵装置を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、ステアリングホイールの回転角度を操向輪
の転舵角度に変換するためのラック&ピニオン機構を有
すると共に、前記ステアリングホイールの出力軸と前記
ラック&ピニオン機構の入力軸との間を一対の非円形歯
車を介して連動連結してなり、且つ前記ラック&ピニオ
ン機構のピニオンと前記非円形歯車の一方とを一体的に
形成すると共に該一体形成された歯車部材の連結軸をそ
の軸線に直交する方向に変位可能に支持してなる自動車
用操舵装置の構成を、前記ラック&ピニオン機構のラッ
クを前記歯車部材に対して前記ステアリングホイールの
出力軸と同じ側に配設し、前記非円形歯車の他方へ向け
ての押圧力および前記ラック&ピニオン機構のラックへ
の押圧力を作用させるための押圧手段を、前記歯車部材
の前記ピニオンと前記非円形歯車の一方との間に設けら
れた軸受け部に設けたことを特徴とするもの、あるい
は、前記ラック&ピニオン機構のラックを前記歯車部材
を挟んで前記ステアリングホイールの出力軸の反対側に
配設し、前記非円形歯車の他方へ向けての押圧力および
前記ラック&ピニオン機構のピニオンへの押圧力を作用
させるための押圧手段を、前記ラックの反ラックギヤ面
側に設けたことを特徴とするものとすることによって達
成される。
【0008】
【作用】このような構成によれば、例えば楕円歯車のよ
うに角度に対するピッチ円周の長さが不均等になる非円
形歯車を用いることにより、ステアリングホイールの操
舵角が小さい領域ではピニオンの回転角度が小さくな
り、ステアリングホイールの操舵角が大きくなる領域で
はピニオンの回転角度も大きくなるので、ステアリング
ホイールの回転角度とラックストロークとの関係に非線
形の特性を与えることができる。そして一つの押圧手段
をもって、ラック&ピニオン機構と一対の非円形歯車
の噛み合い隙間が小さくなる方向に常時押圧力を作用さ
せることができる。
【0009】
【実施例】以下に添付の図面に示された具体的な実施例
に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。
【0010】図1は、本発明に基づき構成された操舵装
置の第1の実施例を示している。本装置は、図8に想像
線で示した部分に介設される。
【0011】ステアリングホイール1に連結される入力
軸11には、図1の下方位置に第1の楕円歯車12が一
体的に設けられている。この入力軸11と第1楕円歯車
12とは、第1楕円歯車12を挟んで配置された球軸受
13及びニードル軸受14を介し、ギヤケース15に回
転自在に支持されている。
【0012】第1楕円歯車12には、第2の楕円歯車1
6が噛合している。この第2楕円歯車16には、その下
方に軸部17とピニオンとしてのヘリカル歯車18とが
一体的に形成されている。そして軸部17は、自動調心
軸受19を介して回転自在にかつ揺動自在にギヤケース
15に支持されている。
【0013】自動調心軸受19は、図2に示すように、
ギヤケース15の内部に軸部17の軸線に直交する向き
に長く形成された長溝20に遊嵌しており、これによ
り、第1・第2両楕円歯車12・16の軸間距離が、長
溝20の範囲で調整されるようになっている。また自動
調心軸受19の外輪に於ける反入力軸側の面には、スプ
リングガイド21が当接している。このスプリングガイ
ド21は、自動調心軸受19の外輪に向けてコイルばね
22によって押圧されている。
【0014】ヘリカル歯車18は、入力軸11と同じ側
に延設されたラック5に設けられたラック歯23に噛合
している。そしてラック5は、ラックガイド24を介し
てギヤケース15に直線摺動自在に支持されている。こ
れらにより、ラック&ピニオン機構が構成されている。
【0015】前記したコイルばね22が発生する押圧力
により、第2楕円歯車16とヘリカル歯車18とは、共
に相手の第1楕円歯車12並びにラック歯23に対し、
バックラッシュを生ずることなく噛み合うことができ
る。
【0016】ところで、一対の楕円歯車12・16は、
図3に示すように、各楕円の一焦点が回転中心C1・C2
となり、かつステアリングホイールの中立位置にあって
は、各楕円の長軸が共通の直線上に置かれるように設定
されている。
【0017】このように一対の楕円歯車12・16を用
いて構成された非円形歯車式操舵装置によれば、ステア
リングホイール1とピニオン4との回転角度の関係を、
極めて簡単な構成をもって、図9に太線で示した非線形
の特性とすることができる。即ち本装置に於ては、ステ
アリングホイールの操舵角度の小さい領域では、在来の
操舵装置に比してラックストロークが小さくなるので、
より一層鈍感(安定)な特性を実現でき、操舵角度の大
きい領域では、在来の操舵装置に比してラックストロー
クが大きくなるので、より一層敏感(シャープ)な特性
を実現できる。
【0018】これにより、結果的に走行速度に応じて実
用転舵角が変化するのと同様な効果が得られ、在来の操
舵装置に於ける走行速度に対するステアリングホイール
回転角度の関係が図4の細線(D)で示す特性に相当す
るのに比して太線(E)で示す特性となり、速度変化に
よる操舵感覚の変化が低減される。
【0019】次に本発明の第2の実施例について図5〜
図7を参照して説明する。なお、上記第1実施例に対応
する部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。本第2実施例に於ける一対の楕円歯車12・16の
うちの第2楕円歯車16には、図5の下方位置にヘリカ
ル歯車18が一体的に設けられており、この第2楕円歯
車16とヘリカル歯車18とを一体形成した歯車部材G
の両軸端が、球軸受25及びニードル軸受26によって
ギヤケース15に回転自在に支持されている。
【0020】球軸受25及びニードル軸受26の各外輪
は、外周部がギヤケース15に転動自在に嵌合した円筒
形の支持部材27a・27bの内周部に嵌合支持されて
いる。この支持部材27a・27bは、図6並びに図7
に示すように、その外周部中心と内周部中心との間がオ
フセット(a寸法)しており、ギヤケース15の内部に
於て支持部材27a・27bの外周部の中心回りで歯車
部材Gの中心軸が回転することにより、オフセット量の
分だけ歯車部材Gが変位し得ることとなり、これによっ
て入力軸11との軸間距離が調整される。さらに、図示
されないブリッジ部材によって支持部材27a・27b
を互いに連動連結することにより、歯車部材Gの中心軸
を円滑に回転させることができる。
【0021】本第2実施例に於ては、ラック5は、歯車
部材Gを挟んで入力軸11の反対側に位置しており、ラ
ック5の背面には、ラック5を摺動自在に支持するラッ
クガイド24、及びラックガイド24を押圧するコイル
ばね22が設けられている。この押圧力により、楕円歯
車12・16及びラック歯23とヘリカル歯車18のそ
れぞれの噛み合いに於けるバックラッシュが除去され
る。
【0022】本実施例に於ては、先に述べた第1実施例
に比較して、第2楕円歯車16とヘリカル歯車18とを
一体形成した歯車部材Gの軸が、入力軸11との平行状
態を保って変位し得るので、歯車の噛み合いがより一層
良好となり、円滑な作動が得られる。
【0023】以上、楕円歯車を用いた実施例について説
明したが、この他にも、二葉楕円、三つ葉楕円、対数螺
旋歯車等を利用しても良い。
【0024】
【発明の効果】このように本発明によれば、駐車時の取
り回し性、中低速時のシャープなハンドリング、及び高
速時の安定性を同時に向上させることのできる望ましい
操舵特性を、きわめて簡単な構成にて獲得することがで
きる。しかも、ラック&ピニオン機構と一対の非円形歯
車との両噛合部のバックラッシュを単一の押圧手段で同
時に除去し、がたのない剛性の高い操舵感を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の第1の実施例の構成を示す縦断面
図。
【図2】図1のII−II線に沿う横断面図。
【図3】図1のIII−III線に沿う横断面図。
【図4】従来装置と本発明装置との特性比較線図。
【図5】本発明装置の第2の実施例の構成を示す縦断面
図。
【図6】図5のVI−VI線に沿う横断面図。
【図7】図5のVII−VII線に沿う横断面図。
【図8】本発明が適用される車両用操舵装置の概略全体
図。
【図9】種々の操舵特性の比較線図。
【符号の説明】
1 ステアリングホイール 2 ステアリングシャフト 3 連結軸 4 ピニオン 5 ラック 6 タイロッド 7 ナックルアーム 8 車輪 11 入力軸 12 第1楕円歯車 13 球軸受 14 ニードル軸受 15 ギヤケース 16 第2楕円歯車 17 軸部 18 ヘリカル歯車 19 自動調心軸受 20 長溝 21 スプリングガイド 22 コイルばね 23 ラック歯 24 ラックガイド 25 球軸受 26 ニードル軸受 27a・27b 支持部材
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F16H 1/26 F16H 1/26 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 3/00 - 3/12 F16H 1/06 F16H 1/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステアリングホイールの回転角度を操向
    輪の転舵角度に変換するためのラック&ピニオン機構を
    有すると共に、前記ステアリングホイールの出力軸と前
    記ラック&ピニオン機構の入力軸との間を一対の非円形
    歯車を介して連動連結してなり、且つ前記ラック&ピニ
    オン機構のピニオンと前記非円形歯車の一方とを一体的
    に形成すると共に該一体形成された歯車部材の軸をその
    軸線に直交する方向に変位可能に支持してなる自動車用
    操舵装置であって、 前記ラック&ピニオン機構のラックを前記歯車部材に対
    して前記ステアリングホイールの出力軸と同じ側に配設
    し、 前記非円形歯車の他方へ向けての押圧力および前記ラッ
    ク&ピニオン機構のラックへの押圧力を作用させるため
    の押圧手段を、前記歯車部材の前記ピニオンと前記非円
    形歯車の一方との間に設けられた軸受け部に設けた こと
    を特徴とする自動車用操舵装置。
  2. 【請求項2】 ステアリングホイールの回転角度を操向
    輪の転舵角度に変換するためのラック&ピニオン機構を
    有すると共に、前記ステアリングホイールの出力軸と前
    記ラック&ピニオン機構の入力軸との間を一対の非円形
    歯車を介して連動連結してなり、且つ前記ラック&ピニ
    オン機構のピニオンと前記非円形歯車の一方とを一体的
    に形成すると共に該一体形成された歯車部材の連結軸を
    その軸線に直交する方向に変位可能に支持してなる自動
    車用操舵装置であって、 前記ラック&ピニオン機構のラックを前記歯車部材を挟
    んで前記ステアリングホイールの出力軸の反対側に配設
    し、 前記非円形歯車の他方へ向けての押圧力および前記ラッ
    ク&ピニオン機構のピニオンへの押圧力を作用させるた
    めの押圧手段を、前記ラックの反ラックギヤ面側に設け
    たことを特徴とする自動車用操舵装置。
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