JP3704419B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トーションバーを用いたパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トーションバーを用いたパワーステアリング装置では、ステアリングホイールの手応えの一要因として、このトーションバーのねじれ抵抗をあげることができる。
ところが、ステアリングホイールの中立時には、トーションバーのねじれ抵抗がほとんどないため、その中立剛性が弱くなり、車両の直進走行時の安定性が悪くなってしまう。
そこで、プリセット力を付与して中立剛性を高めるパワーステアリング装置がいろいろ提案され、例えば、特開平６−１７１５２０号公報や特開平３−１３９４７０号公報等に記載されたものが従来から知られている。
【０００３】
特開平６−１７１５２０号公報に記載されたパワーステアリング装置は、入力軸を出力軸内に挿入するとともに、これら両軸間に空間を形成し、そこにリング状のバネ部材を組み込んでいる。このバネ部材は、一箇所を切断し、その切断箇所から左右に開く構成にしている。そして、入力軸側及び出力軸側の両方のピンを突出させ、これらピンをそれぞれ上記バネ部材の切断箇所に挿入している。
この状態で入力軸と出力軸とが相対回転すると、リング状のバネ部材が、その切断箇所から開くので、そのバネ反力がプリセット力として作用し、中立剛性を高めることになる。
【０００４】
また、特開平３−１３９４７０号公報に記載されたパワーステアリング装置は、出力軸の中に入力軸を挿入するとともに、これら両軸の対向部分に、それぞれ突起を形成している。そして、これら突起を挟むようにして板バネを設置している。
この状態で入力軸と出力軸とが相対回転すると、その突起同士の位相も食い違うので、板バネのバネ力がプリセット力として作用し、中立剛性を高めることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開平６−１７１５２０号公報に記載されたパワーステアリング装置では、そのプリセット力を特定することが難しくなってしまう。
例えば、プリセット力を大きくしようとすれば、初期設定時におけるリング状のバネ部材のたわみ量を大きくしなければならない。しかし、リング状のバネ部材を大きくたわませた状態では、その組付け性が悪くなってしまう。
そして、組付け性を向上させるため、初期設定時におけるリング状のバネ部材のたわみ量を小さくするには、それだけバネ定数を大きくしなければならない。しかし、バネ定数を大きくすれば、それだけバネの応力が大きくなるため、通常の使用領域でも、それが破損したりすることがあった。
【０００６】
特開平３−１３９４７０号公報に記載されたパワーステアリング装置では、両軸の突起がぴったりと対称になっていないと、プリセット力にばらつきが生じ、がたついてしまうことがある。そして、それを防止するため、これら突起をぴったりと対称にしようとすると、かなりの精度が必要となり、そのぶん生産性が悪くなってしまう。
この発明は、プリセット力を付与して中立剛性を高めることができ、しかも、その組付け性及び生産性に優れたパワーステアリング装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪に連係する出力軸と、これら入力軸と出力軸とを連結するトーションバーとを備え、このトーションバーをねじりながら入力軸と出力軸とを相対回転させ、この相対回転量に応じたアシスト力を付与するパワーステアリング装置を前提とする。そして、上記出力軸あるいは出力軸と一体に回転する部材に設けたバネ収納室と、このバネ収納室に収納し、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材と、これらバネ部材に形成した第１支持部と、入力軸の外周面に形成し、入力軸と出力軸との中立状態で第１支持部に対向させた第２支持部と、これら対向する第１、第２支持部間に介在させたボールあるいはローラーとを備え、入力軸と出力軸とが相対回転して、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが、バネ部材をたわませながら、バネ部材と入力軸の外周面との間を転動する構成を前提とする。
【０００８】
そして第１の発明は、バネ収納室に位置する入力軸の外周面に形成した第２支持部の両側に、第２支持部に連続する転がり面を形成し、この転がり面を入力軸の軸心を中心とする円弧面と一致しない面とし、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが上記バネ部材をたわませながら転がり面を転動するとともに、ボールあるいはローラーと上記転がり面との接点におけるバネ力が、入力軸の回転方向と同方向あるいは反対方向の分力を発生する構成とした点に特徴を有する。
第２の発明は、第１の発明を前提とし、転がり面を平坦面とした点に特徴を有する。
【０００９】
第３の発明は、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材のそれぞれに一対のストッパを形成し、入力軸と出力軸とが所定量だけ相対回転したとき、ボールあるいはローラーがストッパに当接する構成にした点に特徴を有する。
第４の発明は、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材が、Ｖ溝あるいはＵ溝からなる第１支持部と、この第１支持部の両側に連続する一対の平坦部あるいは傾斜部と、これら平坦部あるいは傾斜部の端部に連続する一対の凸部と、これら凸部に連続する一対の支脚部と、これら支脚部の先端に連続する一対の掛け止め部とを有する板バネからなり、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが、この板バネをたわませながら、平坦部あるいは傾斜部と入力軸の外周面との間を転動する構成にした点に特徴を有する。
【００１０】
第５の発明は、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材が、谷部を形成しながら連続する一対の傾斜部と、これら傾斜部の端部に連続する一対の凸部と、これら凸部に連続する一対の支脚部と、これら支脚部の先端に連続する一対の掛け止め部とを有する板バネからなり、上記谷部を第１支持部とし、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが、この板バネをたわませながら、傾斜部と入力軸の外周面との間を転動する構成にした点に特徴を有する。
第６の発明は、第４または５の発明において、板バネをバネ収納室に収納するとき、その掛け止め部を壁面に圧接させて掛け止めた点に特徴を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図５に、この発明の第１実施例のパワーステアリング装置を示す。
図１に示すインテグラルタイプのパワーステアリング装置では、パワーシリンダ１内に図示しないピストンを組み込み、このピストンに出力軸２を貫通させている。そして、これらピストンと出力軸２とを、図示しないボールナットを介して連係している。
このピストンには、図示しないセクタギヤにかみ合わせ、ピストンの移動にともなってこのセクタギヤが回動するようにしている。
【００１２】
上記パワーシリンダ１には、バルブケース３を固定している。そして、このバルブケース３で、上記出力軸２の基端を回転自在に支持している。
この出力軸２は、その内部を中空にするとともに、上記基端側には、入力軸４の先端を回転自在に挿入している。
これら入力軸４と出力軸２とは、トーションバー５を介して連結している。つまり、トーションバー５の一端を入力軸４内に挿入し、その挿入部分を貫通するピン６で固定している。また、トーションバー５の他端を、図示しないピンによって出力軸２に固定している。
このようにした入力軸４と出力軸２とは、トーションバー５をねじりながら相対回転することになる。
【００１３】
出力軸２内に挿入した入力軸４の外周面には、ロータリースプール７を一体に形成している。また、このロータリースプール７に対向する出力軸２の内周面を、ロータリースリーブ８としている。そして、これらロータリースプール７とロータリースリーブ８とを相対回転自在に嵌合して、ステアリングバルブｖを構成している。
いま、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、その回転方向に応じてステアリングバルブｖが切換わり、パワーシリンダ１内に区画された一方の圧力室に作動油を供給し、また、他方の圧力室の作動油をタンクに排出することになる。したがって、ピストンが移動して、セクタギヤを回動させることになり、それに連係する車輪にアシスト力を付与する。
【００１４】
このようにしたパワーステアリング装置では、出力軸２の端部にバネ収納室９を形成するとともに、このバネ収納室９をシール部材１０によってステアリングバルブｖから遮断している。
上記バネ収納室９は、図２に示すように、出力軸２の端部をほぼ正方形にくり貫いたものである。
そして、このバネ収納室９の中には、入力軸４を挿入し、この入力軸４を挟むように一対のバネ部材１３を設け、バネ部材１３と入力軸４との間には、ボールあるいはローラー２１を介在させている。
上記入力軸４の外周面には、一対の平坦面１１を平行に形成している。そして、これら平坦面１１を、バネ収納室９の壁面１２にそれぞれ対向させ、入力軸４と出力軸２とが相対回転していない中立状態で、平坦面１１と壁面１２とを平行に保っている。
また、この平坦面１１には、Ｖ溝あるいはＵ溝等からなる第２支持部２０を形成し、この第２支持部２０で、上記ボールあるいはローラー２１を支持するようにしている。
【００１５】
上記バネ部材１３は、図３に示すように、板バネからなり、Ｖ溝あるいはＵ溝からなる第１支持部１７と、この第１支持部１７の両側に連続する一対の平坦部１４と、これら平坦部１４の端部に連続する一対の凸部１５と、これら凸部１５に連続する一対の支脚部１６と、これら支脚部１６の先端に連続する一対の掛け止め部１８とを形成している。
なお、上記凸部１５は、第１、第２支持部１７、２０から外れたボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３と入力軸４との間から脱落しないようにストッパの役割を果たす。
【００１６】
上記バネ部材１３がフリーの状態の時には、両側の掛け止め部１８、１８間の距離が、バネ収納室９の壁面１２の幅よりも長くなっている。
そのため、図２に示すように、バネ収納室９に収納すると、バネ部材１３は圧縮され、その掛け止め部１８が、バネ収納室９のコーナー部分で、壁面１２とこれら壁面１２に直角な壁面１９に圧接して掛け止められる。
そして、入力軸４と出力軸２とが相対回転していない中立状態で、上記第２支持部２０を、上記バネ部材１３の第１支持部１７に対向させるが、このように、バネ部材１３を掛け止めた状態では、第１支持部１７と第２支持部２０との距離が、ボールあるいはローラー２１を介在させた時よりも、小さくなるようになっている。
そこで、この第１、第２支持部間にボールあるいはローラー２１を介在させると、入力軸４の中心に向かうバネ力が発生し、このバネ力がイニシャル荷重として発生するようにしている。
また、ボールあるいはローラー２１が上記第１、第２支持部１７、２０を外れると、第２支持部２０の両側に連続する平坦面１１を転動するが、この実施例では、上記平坦面１１が、転がり面を構成している。
【００１７】
次に、この第１実施例のパワーステアリング装置の作用を説明する。
いま、ステアリングホイールを中立位置に保っていれば、入力軸４と出力軸２とは、図２に示す中立状態にある。そして、入力軸４には、上記バネ部材１３のイニシャル荷重が、ボールあるいはローラー２１を介してプリセット力として作用している。
したがって、中立剛性を高めることができ、直進走行時の安定性を得ることができる。
ただし、中立位置において、上記イニシャル荷重を発生させなくても、第１支持部１７と第２支持部２０間の距離が、ボールあるいはローラー２１を保持できる大きさであれば良い。このような場合にも、入力軸４が出力軸２に対して相対回転しようとしてボールあるいはローラー２１が移動しようとすると、バネ部材１３のバネ力によって、中立剛性を高めることができる。このときのバネ力がプリセット力となる。
【００１８】
上記中立状態からステアリングホイールを切り、例えば、入力軸４が出力軸２に対して矢印ｋ方向に回転したとする。
このとき、図４に示すように、ボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３をたわませながら転動して、第１、第２支持部１７、２０から外れる。
そして、入力軸４と出力軸２とがさらに相対回転すると、ボールあるいはローラー２１は、バネ部材１３をたわませながら、バネ部材１３の平坦部１４と入力軸４の平坦面１１との間を、矢印ｍ方向に転動することになる。
図５は、この時の、ボールあるいはローラー２１が転動する転がり面付近の拡大図である。この図５から、ボールあるいはローラー２１と転がり面である平坦面１１との接点Ｐ1には、平坦面１１に垂直な方向にバネ力Ｗ1が作用する。このバネ力Ｗ1の方向は、入力軸４の中心Ｏに向かう方向からずれている。転がり面が、入力軸４の軸芯を中心とする円弧面ではなく、平坦面１１だからである。したがって、このバネ力Ｗ1は、回転方向の分力Ｆ1＝Ｗ1・ｓｉｎθ1を持つことがわかる。
この分力Ｆ1は、入力軸４の回転方向ｋと反対方向、つまり、操舵反力と同方向の力である。なお、ここでは、回転方向の分力、つまり操舵反力に合成される方向の分力をバネ分力ということにする。
【００１９】
したがって、このときの操舵反力は、トーションバー５のねじれ抵抗と、バネ部材１３のバネ分力Ｆ1とを合成したものとなる。つまり、このバネ分力Ｆ1を発生させることによって、入力軸４と出力軸２との相対回転時の操舵反力を変化させることができる。
このような操舵反力を発生させながら、入力軸４と出力軸２とが相対回転し、その相対回転量が最大になったとき、ボールあるいはローラー２１はバネ部材１３の凸部１５に当接する。したがって、この凸部１５がストッパとして機能し、ボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３の平坦部１４と入力軸４の平坦面１１との間から脱落してしまうことはない。
なお、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、前述したように、ステアリングバルブｖが切換わり、パワーシリンダ１の作動油を制御して、アシスト力を付与することになる。そして、アシスト力の付与により、車輪が目標値まで転舵されると、入力軸４と出力軸２とが中立状態に復帰するが、このとき、ボールあるいはローラー２１も逆方向に転動しながら第１、第２支持部１７、２０の位置に復帰し、図２の中立状態に戻ることになる。
【００２０】
この第１実施例のパワーステアリング装置では、プリセット力を付与して中立剛性を高め、車両の直進走行時の安定性を得ることができる。
そして、このプリセット力を付与するため、入力軸４の両側にバネ部材１３を配置したので、プリセット力のバランスを保つことができる。したがって、中立剛性がステアリングホイールの切った方向によって異なることがない。
また、上記バネ部材１３は、従来例のように入力軸の突起にバネ部材を合わせたりする必要がなく、入力軸４と別にバネ収納室９に組み込むことができるので、組付け性を向上させることができる。
【００２１】
さらに、プリセット力は、バネ部材１３のバネ力はもちろんのこと、入力軸４の平坦面１１の長さや、ボールあるいはローラー２１の径等によっても簡単に調整できる。
しかも、入力軸４と出力軸２とが相対回転するとき、ボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３の平坦部１４と入力軸４の平坦面１１との間を転動しながら移動するので、そのときのフリクションを小さくすることができる。したがって、ステアリングホイールの入力トルクと、両軸２、４の相対回転量との特性を滑らかにすることができる。
さらに、バネ分力Ｆ1により、操舵反力を調整することもできる。
このバネ分力Ｆ1は、図５に示すように、Ｆ1＝ｓｉｎθ1・Ｗ1なので、θ1やバネ力Ｗ1を変化させれば、バネ分力Ｆ1を調整できる。なお、θ1およびＷ1は、入力軸４の相対回転量、転がり面の形状、バネ部材のバネ定数や形状などによって変化するものである。
【００２２】
なお、バネ部材１３の形状は上記第１実施例のものに限らない。
例えば、図６に示す第２実施例では、バネ部材１３を構成する板バネのうち、その支脚部１６を湾曲させた形状にしている。ただし、それ以外の構成および特性については第１実施例と全く同じなので、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図７に示す第３実施例では、バネ部材１３を構成する板バネのうち、その平坦部１４を傾斜部２２に変更している。ただし、それ以外の構成および特性については上記第１実施例と全く同じなので、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この第３実施例のように、ボールあるいはローラー２１が転動する面を傾斜部２２とした場合、この傾斜部２２が、第１支持部１７あるいは凸部１５に、連続する部分が形成する角度が、第１実施例のように平坦部１４を形成した時にその両端に形成される角度と比べて、大きくなる。このように、連続部分の角度を大きくすると、その部分に応力集中が発生しにくくなり、バネ部材１３の耐久性を高めて、パワーステアリング装置としての信頼性を向上させることができる。
【００２３】
図８、図９に示す第４実施例では、入力軸４に平坦面１１を形成せず、円筒形の入力軸４の外周面をそのまま残した状態で転がり面とし、Ｖ溝あるいはＵ溝等からなる第２支持部２０を形成している。ただし、それ以外の構成については上記第１実施例と全く同じなので、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この第４実施例のパワーステアリング装置でも、入力軸４と出力軸２とが相対回転したとき、ボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３をたわませながら転動して、第１、第２支持部１７、２０から外れる。そして、入力軸４と出力軸２とがさらに相対回転すると、これらボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３をたわませながら、バネ部材１３の平坦部１４と入力軸４の外周面との間を転動することになる。
【００２４】
この時、図９示すように、転がり面とボールあるいはローラー２１との接点Ｐ2におけるバネ力Ｗ2は、入力軸４の中心Ｏに向かう力なので、図５のθ1に対応する角度が０である。つまり、バネ力Ｗ2は、入力軸４の回転方向に作用する成分を持たない。したがって、第１実施例とは違って、ボールあるいはローラー２１が入力軸の外周面を転動している間、操舵反力にバネ力の成分が含まれない。
そして、これら第１、４実施例のいずれを選択するかは、車両の特性に応じて決めればよい。例えば、ステアリングホイールを切ったとき、バネ力によって操舵反力を変化させたい場合には、第１実施例の平坦面１１のように、入力軸４の軸芯を中心とする円弧面に一致しない転がり面を形成すればよい。逆に、ステアリングホイールを切ったときの操舵反力を、トーションバー５のねじれ抵抗だけで構成したい場合は、第４実施例のように円筒の入力軸４の外周面をそのまま残しておけばよい。
ただし、バネ部材１３のたわみ量は、転がり面の形状だけでなく、バネ部材１３の形状によっても、変化する。これら転がり面やバネ部材の形状によって、バネ力Ｗの大きさや向きを変化させ、操舵反力を変化させることができる。
【００２５】
図１０、図１１に示す第５実施例では、バネ部材１３を構成する板バネの形状を第１実施例のバネ部材から変更している。ただし、それ以外の構成については上記第１実施例と全く同じなので、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１０、図１１に示すように、板バネは、谷部２５を形成しながら連続する一対の傾斜部２６と、これら傾斜部２６の端部に連続する一対の凸部２７と、これら凸部２７に連続する一対の支脚部２８と、これら支脚部２８の先端に連続する一対の掛け止め部２９とが形成されている。
【００２６】
この板バネは、第１実施例と同様、その掛け止め部２９を、バネ収納室９のコーナー部分に圧接させて掛け止めるようにしている。そして、入力軸４と出力軸２とが相対回転していない中立状態で、一対の傾斜部２６が形成する谷部２５を、入力軸４に形成した第２支持部２０に対向させ、その間にボールあるいはローラー２１を介在させている。つまり、この第５実施例では、谷部２５が、ボールあるいはローラー２１を支持する第１支持部を構成することになる。
入力軸４と出力軸２とが相対回転したとき、ボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３をたわませながら転動して、谷部２５及び第２支持部２０から外れる。そして、入力軸４と出力軸２とがさらに相対回転すると、これらボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３をたわませながら、バネ部材１３の傾斜部２６と入力軸４の外周面との間を転動することになる。なお、凸部２７がストッパとして機能することは第１実施例と同じである。
【００２７】
このようにした第５実施例のパワーステアリング装置では、第１支持部として、わざわざＶ溝あるいはＵ溝を形成するのではなく、一対の傾斜部２６が形成する谷部２５を利用している。したがって、板部材を多く曲げてＶ溝あるいはＵ溝を形成する場合と比べて、板バネの成形加工を容易にすることができる。しかも、Ｖ溝あるいはＵ溝には、大きな応力集中が発生するが、そのＶ溝あるいはＵ溝を形成しなければ、その応力集中を避けて、板バネの耐久性を高めることができる。特に、この谷部２５の谷底の角度を大きく形成しておけば、さらに応力集中を避けることができる。
なお、図１０、図１１に示すように凸部２７の作る角度も大きく形成しておけば、その部分での応力集中を避けて、さらにバネ部材１３の耐久性を高めることができる。
【００２８】
以上述べた第１〜５実施例では、出力軸２の端部に直接にバネ収納室９を形成しているが、このバネ収納室９を、出力軸２と一体に回転する部材に形成してもかまわない。
例えば、図１２に示す第６実施例は、ラックアンドピニオンタイプのパワーステアリング装置で、操舵ロッド２４に連係する出力軸２に、ピン２３を介してロータリースリーブ８を連結している。そして、出力軸２ではなく、それと一体に回転するロータリースリーブ８にバネ収納室９を形成している。ただし、そこに入力軸４を位置させ、バネ部材１３によってプリセット力を付与することは同じである。
なお、バネ収納室９は、出力軸２に直接形成しても、あるいは、出力軸２と一体に回転する部材形成してもよいことは、前述したインテグラルタイプの場合も同様である。
【００２９】
また、上記第１〜６実施例では、バネ収納室９を正方形としているが、もちろん円形等その他の形状であってもよい。そして、バネ部材１３の掛け止め部１８も、バネ収納室９の形状等に合わせて変更すればよく、例えば、バネ収納室９の壁面にスリットを形成し、そこにバネ部材１３の端部を差し込んで、バネ部材１３を掛け止めるようにしてもよい。
【００３０】
上記では、油圧式のパワーステアリング装置を用いた実施例を説明したが、電動パワーステアリング装置にも、同様なプリセット力付与機構を設けることができる。
図１３に示す第７実施例は、出力軸２と入力軸４との相対回転量に応じて、図示しない電動モーターによって、アシスト力を発生させる電動パワーステアリング装置である。
そして、上記相対回転量を、入力トルクの大きさや向きとして検出して、電動モーターに信号を送るようにしている。
この第７実施例では、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、出力軸２および入力軸４の外周に設けたスライダ３４が軸方向に移動し、この移動量によってトルクセンサ３５が入力トルクを検出する機構になっている。上記スライダ３４は、出力軸２にネジ部３２で結合され、入力軸４にスプライン３３で結合されていて、回転方向の移動が規制され、軸方向への移動のみが許容される構成にしている。
そのため、入力軸４が出力軸２に対して相対回転すると、スライダ３４が軸方向に移動するようになっている。
【００３１】
そして、出力軸２の端部に形成したバネ収納室９内で、入力軸４を挟むように設置したバネ部材１３によって、プリセット力を付与する構成は、第１実施例と同様である。ただし、第１実施例だけでなく、上記第１〜第６実施例の全てのプリセット力付与機構を、電動パワーステアリング装置に設けることができる。
また、入力トルクを検出する方法は、上記方法に限らない。例えば、トーションバー５に歪み計を設けて、その検出値を入力トルクに換算する方法もある。
【００３２】
図１４に示す第８実施例は、他の実施例と転がり面３０の形状を変化させ、操舵反力を変化させる例である。
そして、図１４は、ボールあるいはローラー２１が転動する転がり面３０付近の拡大図である。
この転がり面３０は、バネ収納室の壁面に平行な平坦な線１１’に対して角度αを持った平坦面で構成されているが、転がり面の形状以外は、第１実施例と同様の構成である。そこで、同じ構成要素には、同じ符号をつける。また、プリセット力を付与する機構は、第１実施例と同じなので、ここではその説明は省略し、ボールあるいはローラー２１が転動しているときの操舵反力について説明する。
【００３３】
この図１４では、中立位置を実線で示し、入力軸４が回転角βだけ矢印ｋ方向に回転した状態を、２点鎖線で示している。また、中立位置での第２支持部２０の中心と入力軸の中心Ｏを通る直線を基準線ｓとする。
入力軸４とｋ方向に角β回転させる時、接点Ｐ3におけるバネ力Ｗ3は、線分ＯＰ3に対してθ3の角度を持ち、Ｆ3＝Ｗ・ｓｉｎθ3となるバネ分力Ｆ3を発生する。そして、このバネ分力Ｆ3は、操舵反力と同方向で、操舵反力を増加させるように作用する。
また、図１４においてｘは、ボールあるいはローラー２１が転動することによって生じるバネ部材１３のたわみ量である。このたわみ量ｘは、ボールあるいはローラー２１の位置によって変化する値であるが、このたわみ量ｘによって、その時のバネ力Ｗ3が決まる。
ただし、バネ部材１３のボールあるいはローラー２１の位置によるたわみ量ｘは、転がり面の形状だけでなく、バネ部材１３の形状によっても、変化する。
【００３４】
なお、入力軸４の回転方向と同方向あるいは反対方向のバネ分力を発生させる転がり面の形状は、第１〜第３、第８実施例の形状に限らない。入力軸の中心Ｏを中心とする円弧面でなければ、どんな形状でもθ≠０となり、バネ分力Ｆ≠０となる。そして、この転がり面は、平坦面でなく、曲面で構成されていてもかまわない。
そして、上記第１〜第３、第８実施例では、常にｓｉｎθ＞０なので、バネ分力Ｆが入力軸４の回転方向ｋと反対になり、操舵反力を増加させるように作用するが、角度αによっては、バネ分力Ｆの向きを、入力軸４の回転方向ｋと同じにして、操舵反力を減少させることもできる。図１４において、Ｐ3Ｏと基準線ｓとの角度をγとすると、θ3＝α＋β−γであることから、角度αを選べば、ｓｉｎθ3＜０となり、バネ分力Ｆの向きが変わることが解る。ただし、各角度は、図１４中で矢印の方向を正とする。
このように、転がり面やバネ部材の形状によって、バネ力Ｗの大きさや向きを変化させるとともに、バネ分力Ｆを変化させ、これによって、操舵反力を変化させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、プリセット力を付与して中立剛性を高め、車両の直進走行時の安定性を得ることができる。
そして、このプリセット力を付与するため、入力軸の両側にバネ部材を配置したので、プリセット力のバランスを保つことができる。したがって、中立剛性がステアリングホイールの切った方向によって異なることがない。
また、従来例のように入力軸の突起にバネ部材を合わせたりする必要がなく、バネ部材は入力軸と別にバネ収納室に組み込むことができるので、組付け性を向上させることができる。
また、プリセット力は、バネ部材のバネ力はもちろん、ボールあるいはローラーの径等によっても簡単に調整することができる。
しかも、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、ボールあるいはローラーが、バネ部材をたわませながら転動して、第１、第２支持部から外れるので、フリクションを小さくすることができる。
【００３６】
また、入力軸と出力軸とが相対回転するとき、ボールあるいはローラーが、バネ部材と入力軸の外周面との間を転動しながら移動するので、フリクションを小さくすることができる。したがって、ステアリングホイールの入力トルクと、入出力軸の相対回転量との特性を滑らかにできる。
【００３７】
そして第１の発明によれば、第１、第２支持部を外れたボールあるいはローラーが、入力軸に形成した転がり面を転動するとき、操舵反力に合成されるバネ力の分力を発生し、操舵反力を変化させることができる。したがって、この転がり面の形状を決めることによって、ステアリングホイールを切ったとき、それに応じて操舵反力を変化させることができる。
第２の発明によれば、第１の発明において、転がり面を平坦面としたので、円弧面などにする場合と比べて、形成が簡単である。
第３の発明によれば、入力軸と出力軸との相対回転が大きくなって、ボールあるいはローラーが大きく動いても、それがストッパに当接するので、脱落したりするの防止することができる。
【００３８】
第４、５の発明によれば、バネ部材として安価な板バネを用いたので、コストダウンが可能となる。
特に、第５の発明によれば、第１支持部として、一対の傾斜部が形成する谷部を利用しているので、板バネの成形加工を容易にすることができる。しかも、板バネを大きく曲げて形成されるＶ溝あるいはＵ溝には、大きな応力集中が発生するが、そのＶ溝あるいはＵ溝を形成しなければ、応力集中を避けることができ、板バネの耐久性を高めることができる。
第６の発明によれば、第４、５の発明において、バネ部材を、そのバネ力を利用して掛け止めることができるので、しっかりとその位置を保持できる。また、バネ収納室側を加工したり、別の部材を設けたりする必要がなく、組付け性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例のパワーステアリング装置の断面図である。
【図２】 第１実施例のパワーステアリング装置のバネ収納室９の断面図である。
【図３】 第１実施例のバネ部材１３を構成する板バネの斜視図である。
【図４】 図２で、入力軸４と出力軸２とが相対回転したときの状態を示した断面図である。
【図５】 図４の部分拡大図である。
【図６】 第２実施例のパワーステアリング装置のバネ収納室９の断面図である。
【図７】 第３実施例のパワーステアリング装置で用いた板バネの斜視図である。
【図８】 第４実施例のパワーステアリング装置のバネ収納室９の断面図である。
【図９】 図８で、入力軸４と出力軸２とが相対回転したときの状態を示した断面図である。
【図１０】 第５実施例のパワーステアリング装置のバネ収納室９の拡大断面図である。
【図１１】 第５実施例のバネ部材１３を構成する板バネの拡大図である。
【図１２】 第６実施例のラックアンドピニオンタイプのパワーステアリング装置を示す断面図で、バネ収納室９をロータリースリーブ８に設けた例を示している。
【図１３】 第７実施例の電動式パワーステアリング装置の断面図である。
【図１４】 第８実施例の転がり面付近の拡大図である。
【符号の説明】
２ 出力軸
４ 入力軸
５ トーションバー
９ バネ収納室
１１ 平坦面
１３ バネ部材
１４ 平坦部
１５ 凸部
１６ 支脚部
１７ 第１支持部
１８ 掛け止め部
２０ 第２支持部
２１ ボールあるいはローラー
２２ 傾斜部
２５ 谷部
２６ 傾斜部
２７ 凸部
２８ 支脚部
２９ 掛け止め部
３０ 転がり面
Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3 バネ力
Ｆ1、Ｆ3 分力
ｋ 回転方向
Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3 接点
【発明の属する技術分野】
この発明は、トーションバーを用いたパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トーションバーを用いたパワーステアリング装置では、ステアリングホイールの手応えの一要因として、このトーションバーのねじれ抵抗をあげることができる。
ところが、ステアリングホイールの中立時には、トーションバーのねじれ抵抗がほとんどないため、その中立剛性が弱くなり、車両の直進走行時の安定性が悪くなってしまう。
そこで、プリセット力を付与して中立剛性を高めるパワーステアリング装置がいろいろ提案され、例えば、特開平６−１７１５２０号公報や特開平３−１３９４７０号公報等に記載されたものが従来から知られている。
【０００３】
特開平６−１７１５２０号公報に記載されたパワーステアリング装置は、入力軸を出力軸内に挿入するとともに、これら両軸間に空間を形成し、そこにリング状のバネ部材を組み込んでいる。このバネ部材は、一箇所を切断し、その切断箇所から左右に開く構成にしている。そして、入力軸側及び出力軸側の両方のピンを突出させ、これらピンをそれぞれ上記バネ部材の切断箇所に挿入している。
この状態で入力軸と出力軸とが相対回転すると、リング状のバネ部材が、その切断箇所から開くので、そのバネ反力がプリセット力として作用し、中立剛性を高めることになる。
【０００４】
また、特開平３−１３９４７０号公報に記載されたパワーステアリング装置は、出力軸の中に入力軸を挿入するとともに、これら両軸の対向部分に、それぞれ突起を形成している。そして、これら突起を挟むようにして板バネを設置している。
この状態で入力軸と出力軸とが相対回転すると、その突起同士の位相も食い違うので、板バネのバネ力がプリセット力として作用し、中立剛性を高めることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開平６−１７１５２０号公報に記載されたパワーステアリング装置では、そのプリセット力を特定することが難しくなってしまう。
例えば、プリセット力を大きくしようとすれば、初期設定時におけるリング状のバネ部材のたわみ量を大きくしなければならない。しかし、リング状のバネ部材を大きくたわませた状態では、その組付け性が悪くなってしまう。
そして、組付け性を向上させるため、初期設定時におけるリング状のバネ部材のたわみ量を小さくするには、それだけバネ定数を大きくしなければならない。しかし、バネ定数を大きくすれば、それだけバネの応力が大きくなるため、通常の使用領域でも、それが破損したりすることがあった。
【０００６】
特開平３−１３９４７０号公報に記載されたパワーステアリング装置では、両軸の突起がぴったりと対称になっていないと、プリセット力にばらつきが生じ、がたついてしまうことがある。そして、それを防止するため、これら突起をぴったりと対称にしようとすると、かなりの精度が必要となり、そのぶん生産性が悪くなってしまう。
この発明は、プリセット力を付与して中立剛性を高めることができ、しかも、その組付け性及び生産性に優れたパワーステアリング装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪に連係する出力軸と、これら入力軸と出力軸とを連結するトーションバーとを備え、このトーションバーをねじりながら入力軸と出力軸とを相対回転させ、この相対回転量に応じたアシスト力を付与するパワーステアリング装置を前提とする。そして、上記出力軸あるいは出力軸と一体に回転する部材に設けたバネ収納室と、このバネ収納室に収納し、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材と、これらバネ部材に形成した第１支持部と、入力軸の外周面に形成し、入力軸と出力軸との中立状態で第１支持部に対向させた第２支持部と、これら対向する第１、第２支持部間に介在させたボールあるいはローラーとを備え、入力軸と出力軸とが相対回転して、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが、バネ部材をたわませながら、バネ部材と入力軸の外周面との間を転動する構成を前提とする。
【０００８】
そして第１の発明は、バネ収納室に位置する入力軸の外周面に形成した第２支持部の両側に、第２支持部に連続する転がり面を形成し、この転がり面を入力軸の軸心を中心とする円弧面と一致しない面とし、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが上記バネ部材をたわませながら転がり面を転動するとともに、ボールあるいはローラーと上記転がり面との接点におけるバネ力が、入力軸の回転方向と同方向あるいは反対方向の分力を発生する構成とした点に特徴を有する。
第２の発明は、第１の発明を前提とし、転がり面を平坦面とした点に特徴を有する。
【０００９】
第３の発明は、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材のそれぞれに一対のストッパを形成し、入力軸と出力軸とが所定量だけ相対回転したとき、ボールあるいはローラーがストッパに当接する構成にした点に特徴を有する。
第４の発明は、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材が、Ｖ溝あるいはＵ溝からなる第１支持部と、この第１支持部の両側に連続する一対の平坦部あるいは傾斜部と、これら平坦部あるいは傾斜部の端部に連続する一対の凸部と、これら凸部に連続する一対の支脚部と、これら支脚部の先端に連続する一対の掛け止め部とを有する板バネからなり、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが、この板バネをたわませながら、平坦部あるいは傾斜部と入力軸の外周面との間を転動する構成にした点に特徴を有する。
【００１０】
第５の発明は、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材が、谷部を形成しながら連続する一対の傾斜部と、これら傾斜部の端部に連続する一対の凸部と、これら凸部に連続する一対の支脚部と、これら支脚部の先端に連続する一対の掛け止め部とを有する板バネからなり、上記谷部を第１支持部とし、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが、この板バネをたわませながら、傾斜部と入力軸の外周面との間を転動する構成にした点に特徴を有する。
第６の発明は、第４または５の発明において、板バネをバネ収納室に収納するとき、その掛け止め部を壁面に圧接させて掛け止めた点に特徴を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図５に、この発明の第１実施例のパワーステアリング装置を示す。
図１に示すインテグラルタイプのパワーステアリング装置では、パワーシリンダ１内に図示しないピストンを組み込み、このピストンに出力軸２を貫通させている。そして、これらピストンと出力軸２とを、図示しないボールナットを介して連係している。
このピストンには、図示しないセクタギヤにかみ合わせ、ピストンの移動にともなってこのセクタギヤが回動するようにしている。
【００１２】
上記パワーシリンダ１には、バルブケース３を固定している。そして、このバルブケース３で、上記出力軸２の基端を回転自在に支持している。
この出力軸２は、その内部を中空にするとともに、上記基端側には、入力軸４の先端を回転自在に挿入している。
これら入力軸４と出力軸２とは、トーションバー５を介して連結している。つまり、トーションバー５の一端を入力軸４内に挿入し、その挿入部分を貫通するピン６で固定している。また、トーションバー５の他端を、図示しないピンによって出力軸２に固定している。
このようにした入力軸４と出力軸２とは、トーションバー５をねじりながら相対回転することになる。
【００１３】
出力軸２内に挿入した入力軸４の外周面には、ロータリースプール７を一体に形成している。また、このロータリースプール７に対向する出力軸２の内周面を、ロータリースリーブ８としている。そして、これらロータリースプール７とロータリースリーブ８とを相対回転自在に嵌合して、ステアリングバルブｖを構成している。
いま、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、その回転方向に応じてステアリングバルブｖが切換わり、パワーシリンダ１内に区画された一方の圧力室に作動油を供給し、また、他方の圧力室の作動油をタンクに排出することになる。したがって、ピストンが移動して、セクタギヤを回動させることになり、それに連係する車輪にアシスト力を付与する。
【００１４】
このようにしたパワーステアリング装置では、出力軸２の端部にバネ収納室９を形成するとともに、このバネ収納室９をシール部材１０によってステアリングバルブｖから遮断している。
上記バネ収納室９は、図２に示すように、出力軸２の端部をほぼ正方形にくり貫いたものである。
そして、このバネ収納室９の中には、入力軸４を挿入し、この入力軸４を挟むように一対のバネ部材１３を設け、バネ部材１３と入力軸４との間には、ボールあるいはローラー２１を介在させている。
上記入力軸４の外周面には、一対の平坦面１１を平行に形成している。そして、これら平坦面１１を、バネ収納室９の壁面１２にそれぞれ対向させ、入力軸４と出力軸２とが相対回転していない中立状態で、平坦面１１と壁面１２とを平行に保っている。
また、この平坦面１１には、Ｖ溝あるいはＵ溝等からなる第２支持部２０を形成し、この第２支持部２０で、上記ボールあるいはローラー２１を支持するようにしている。
【００１５】
上記バネ部材１３は、図３に示すように、板バネからなり、Ｖ溝あるいはＵ溝からなる第１支持部１７と、この第１支持部１７の両側に連続する一対の平坦部１４と、これら平坦部１４の端部に連続する一対の凸部１５と、これら凸部１５に連続する一対の支脚部１６と、これら支脚部１６の先端に連続する一対の掛け止め部１８とを形成している。
なお、上記凸部１５は、第１、第２支持部１７、２０から外れたボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３と入力軸４との間から脱落しないようにストッパの役割を果たす。
【００１６】
上記バネ部材１３がフリーの状態の時には、両側の掛け止め部１８、１８間の距離が、バネ収納室９の壁面１２の幅よりも長くなっている。
そのため、図２に示すように、バネ収納室９に収納すると、バネ部材１３は圧縮され、その掛け止め部１８が、バネ収納室９のコーナー部分で、壁面１２とこれら壁面１２に直角な壁面１９に圧接して掛け止められる。
そして、入力軸４と出力軸２とが相対回転していない中立状態で、上記第２支持部２０を、上記バネ部材１３の第１支持部１７に対向させるが、このように、バネ部材１３を掛け止めた状態では、第１支持部１７と第２支持部２０との距離が、ボールあるいはローラー２１を介在させた時よりも、小さくなるようになっている。
そこで、この第１、第２支持部間にボールあるいはローラー２１を介在させると、入力軸４の中心に向かうバネ力が発生し、このバネ力がイニシャル荷重として発生するようにしている。
また、ボールあるいはローラー２１が上記第１、第２支持部１７、２０を外れると、第２支持部２０の両側に連続する平坦面１１を転動するが、この実施例では、上記平坦面１１が、転がり面を構成している。
【００１７】
次に、この第１実施例のパワーステアリング装置の作用を説明する。
いま、ステアリングホイールを中立位置に保っていれば、入力軸４と出力軸２とは、図２に示す中立状態にある。そして、入力軸４には、上記バネ部材１３のイニシャル荷重が、ボールあるいはローラー２１を介してプリセット力として作用している。
したがって、中立剛性を高めることができ、直進走行時の安定性を得ることができる。
ただし、中立位置において、上記イニシャル荷重を発生させなくても、第１支持部１７と第２支持部２０間の距離が、ボールあるいはローラー２１を保持できる大きさであれば良い。このような場合にも、入力軸４が出力軸２に対して相対回転しようとしてボールあるいはローラー２１が移動しようとすると、バネ部材１３のバネ力によって、中立剛性を高めることができる。このときのバネ力がプリセット力となる。
【００１８】
上記中立状態からステアリングホイールを切り、例えば、入力軸４が出力軸２に対して矢印ｋ方向に回転したとする。
このとき、図４に示すように、ボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３をたわませながら転動して、第１、第２支持部１７、２０から外れる。
そして、入力軸４と出力軸２とがさらに相対回転すると、ボールあるいはローラー２１は、バネ部材１３をたわませながら、バネ部材１３の平坦部１４と入力軸４の平坦面１１との間を、矢印ｍ方向に転動することになる。
図５は、この時の、ボールあるいはローラー２１が転動する転がり面付近の拡大図である。この図５から、ボールあるいはローラー２１と転がり面である平坦面１１との接点Ｐ1には、平坦面１１に垂直な方向にバネ力Ｗ1が作用する。このバネ力Ｗ1の方向は、入力軸４の中心Ｏに向かう方向からずれている。転がり面が、入力軸４の軸芯を中心とする円弧面ではなく、平坦面１１だからである。したがって、このバネ力Ｗ1は、回転方向の分力Ｆ1＝Ｗ1・ｓｉｎθ1を持つことがわかる。
この分力Ｆ1は、入力軸４の回転方向ｋと反対方向、つまり、操舵反力と同方向の力である。なお、ここでは、回転方向の分力、つまり操舵反力に合成される方向の分力をバネ分力ということにする。
【００１９】
したがって、このときの操舵反力は、トーションバー５のねじれ抵抗と、バネ部材１３のバネ分力Ｆ1とを合成したものとなる。つまり、このバネ分力Ｆ1を発生させることによって、入力軸４と出力軸２との相対回転時の操舵反力を変化させることができる。
このような操舵反力を発生させながら、入力軸４と出力軸２とが相対回転し、その相対回転量が最大になったとき、ボールあるいはローラー２１はバネ部材１３の凸部１５に当接する。したがって、この凸部１５がストッパとして機能し、ボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３の平坦部１４と入力軸４の平坦面１１との間から脱落してしまうことはない。
なお、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、前述したように、ステアリングバルブｖが切換わり、パワーシリンダ１の作動油を制御して、アシスト力を付与することになる。そして、アシスト力の付与により、車輪が目標値まで転舵されると、入力軸４と出力軸２とが中立状態に復帰するが、このとき、ボールあるいはローラー２１も逆方向に転動しながら第１、第２支持部１７、２０の位置に復帰し、図２の中立状態に戻ることになる。
【００２０】
この第１実施例のパワーステアリング装置では、プリセット力を付与して中立剛性を高め、車両の直進走行時の安定性を得ることができる。
そして、このプリセット力を付与するため、入力軸４の両側にバネ部材１３を配置したので、プリセット力のバランスを保つことができる。したがって、中立剛性がステアリングホイールの切った方向によって異なることがない。
また、上記バネ部材１３は、従来例のように入力軸の突起にバネ部材を合わせたりする必要がなく、入力軸４と別にバネ収納室９に組み込むことができるので、組付け性を向上させることができる。
【００２１】
さらに、プリセット力は、バネ部材１３のバネ力はもちろんのこと、入力軸４の平坦面１１の長さや、ボールあるいはローラー２１の径等によっても簡単に調整できる。
しかも、入力軸４と出力軸２とが相対回転するとき、ボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３の平坦部１４と入力軸４の平坦面１１との間を転動しながら移動するので、そのときのフリクションを小さくすることができる。したがって、ステアリングホイールの入力トルクと、両軸２、４の相対回転量との特性を滑らかにすることができる。
さらに、バネ分力Ｆ1により、操舵反力を調整することもできる。
このバネ分力Ｆ1は、図５に示すように、Ｆ1＝ｓｉｎθ1・Ｗ1なので、θ1やバネ力Ｗ1を変化させれば、バネ分力Ｆ1を調整できる。なお、θ1およびＷ1は、入力軸４の相対回転量、転がり面の形状、バネ部材のバネ定数や形状などによって変化するものである。
【００２２】
なお、バネ部材１３の形状は上記第１実施例のものに限らない。
例えば、図６に示す第２実施例では、バネ部材１３を構成する板バネのうち、その支脚部１６を湾曲させた形状にしている。ただし、それ以外の構成および特性については第１実施例と全く同じなので、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図７に示す第３実施例では、バネ部材１３を構成する板バネのうち、その平坦部１４を傾斜部２２に変更している。ただし、それ以外の構成および特性については上記第１実施例と全く同じなので、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この第３実施例のように、ボールあるいはローラー２１が転動する面を傾斜部２２とした場合、この傾斜部２２が、第１支持部１７あるいは凸部１５に、連続する部分が形成する角度が、第１実施例のように平坦部１４を形成した時にその両端に形成される角度と比べて、大きくなる。このように、連続部分の角度を大きくすると、その部分に応力集中が発生しにくくなり、バネ部材１３の耐久性を高めて、パワーステアリング装置としての信頼性を向上させることができる。
【００２３】
図８、図９に示す第４実施例では、入力軸４に平坦面１１を形成せず、円筒形の入力軸４の外周面をそのまま残した状態で転がり面とし、Ｖ溝あるいはＵ溝等からなる第２支持部２０を形成している。ただし、それ以外の構成については上記第１実施例と全く同じなので、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この第４実施例のパワーステアリング装置でも、入力軸４と出力軸２とが相対回転したとき、ボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３をたわませながら転動して、第１、第２支持部１７、２０から外れる。そして、入力軸４と出力軸２とがさらに相対回転すると、これらボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３をたわませながら、バネ部材１３の平坦部１４と入力軸４の外周面との間を転動することになる。
【００２４】
この時、図９示すように、転がり面とボールあるいはローラー２１との接点Ｐ2におけるバネ力Ｗ2は、入力軸４の中心Ｏに向かう力なので、図５のθ1に対応する角度が０である。つまり、バネ力Ｗ2は、入力軸４の回転方向に作用する成分を持たない。したがって、第１実施例とは違って、ボールあるいはローラー２１が入力軸の外周面を転動している間、操舵反力にバネ力の成分が含まれない。
そして、これら第１、４実施例のいずれを選択するかは、車両の特性に応じて決めればよい。例えば、ステアリングホイールを切ったとき、バネ力によって操舵反力を変化させたい場合には、第１実施例の平坦面１１のように、入力軸４の軸芯を中心とする円弧面に一致しない転がり面を形成すればよい。逆に、ステアリングホイールを切ったときの操舵反力を、トーションバー５のねじれ抵抗だけで構成したい場合は、第４実施例のように円筒の入力軸４の外周面をそのまま残しておけばよい。
ただし、バネ部材１３のたわみ量は、転がり面の形状だけでなく、バネ部材１３の形状によっても、変化する。これら転がり面やバネ部材の形状によって、バネ力Ｗの大きさや向きを変化させ、操舵反力を変化させることができる。
【００２５】
図１０、図１１に示す第５実施例では、バネ部材１３を構成する板バネの形状を第１実施例のバネ部材から変更している。ただし、それ以外の構成については上記第１実施例と全く同じなので、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１０、図１１に示すように、板バネは、谷部２５を形成しながら連続する一対の傾斜部２６と、これら傾斜部２６の端部に連続する一対の凸部２７と、これら凸部２７に連続する一対の支脚部２８と、これら支脚部２８の先端に連続する一対の掛け止め部２９とが形成されている。
【００２６】
この板バネは、第１実施例と同様、その掛け止め部２９を、バネ収納室９のコーナー部分に圧接させて掛け止めるようにしている。そして、入力軸４と出力軸２とが相対回転していない中立状態で、一対の傾斜部２６が形成する谷部２５を、入力軸４に形成した第２支持部２０に対向させ、その間にボールあるいはローラー２１を介在させている。つまり、この第５実施例では、谷部２５が、ボールあるいはローラー２１を支持する第１支持部を構成することになる。
入力軸４と出力軸２とが相対回転したとき、ボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３をたわませながら転動して、谷部２５及び第２支持部２０から外れる。そして、入力軸４と出力軸２とがさらに相対回転すると、これらボールあるいはローラー２１が、バネ部材１３をたわませながら、バネ部材１３の傾斜部２６と入力軸４の外周面との間を転動することになる。なお、凸部２７がストッパとして機能することは第１実施例と同じである。
【００２７】
このようにした第５実施例のパワーステアリング装置では、第１支持部として、わざわざＶ溝あるいはＵ溝を形成するのではなく、一対の傾斜部２６が形成する谷部２５を利用している。したがって、板部材を多く曲げてＶ溝あるいはＵ溝を形成する場合と比べて、板バネの成形加工を容易にすることができる。しかも、Ｖ溝あるいはＵ溝には、大きな応力集中が発生するが、そのＶ溝あるいはＵ溝を形成しなければ、その応力集中を避けて、板バネの耐久性を高めることができる。特に、この谷部２５の谷底の角度を大きく形成しておけば、さらに応力集中を避けることができる。
なお、図１０、図１１に示すように凸部２７の作る角度も大きく形成しておけば、その部分での応力集中を避けて、さらにバネ部材１３の耐久性を高めることができる。
【００２８】
以上述べた第１〜５実施例では、出力軸２の端部に直接にバネ収納室９を形成しているが、このバネ収納室９を、出力軸２と一体に回転する部材に形成してもかまわない。
例えば、図１２に示す第６実施例は、ラックアンドピニオンタイプのパワーステアリング装置で、操舵ロッド２４に連係する出力軸２に、ピン２３を介してロータリースリーブ８を連結している。そして、出力軸２ではなく、それと一体に回転するロータリースリーブ８にバネ収納室９を形成している。ただし、そこに入力軸４を位置させ、バネ部材１３によってプリセット力を付与することは同じである。
なお、バネ収納室９は、出力軸２に直接形成しても、あるいは、出力軸２と一体に回転する部材形成してもよいことは、前述したインテグラルタイプの場合も同様である。
【００２９】
また、上記第１〜６実施例では、バネ収納室９を正方形としているが、もちろん円形等その他の形状であってもよい。そして、バネ部材１３の掛け止め部１８も、バネ収納室９の形状等に合わせて変更すればよく、例えば、バネ収納室９の壁面にスリットを形成し、そこにバネ部材１３の端部を差し込んで、バネ部材１３を掛け止めるようにしてもよい。
【００３０】
上記では、油圧式のパワーステアリング装置を用いた実施例を説明したが、電動パワーステアリング装置にも、同様なプリセット力付与機構を設けることができる。
図１３に示す第７実施例は、出力軸２と入力軸４との相対回転量に応じて、図示しない電動モーターによって、アシスト力を発生させる電動パワーステアリング装置である。
そして、上記相対回転量を、入力トルクの大きさや向きとして検出して、電動モーターに信号を送るようにしている。
この第７実施例では、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、出力軸２および入力軸４の外周に設けたスライダ３４が軸方向に移動し、この移動量によってトルクセンサ３５が入力トルクを検出する機構になっている。上記スライダ３４は、出力軸２にネジ部３２で結合され、入力軸４にスプライン３３で結合されていて、回転方向の移動が規制され、軸方向への移動のみが許容される構成にしている。
そのため、入力軸４が出力軸２に対して相対回転すると、スライダ３４が軸方向に移動するようになっている。
【００３１】
そして、出力軸２の端部に形成したバネ収納室９内で、入力軸４を挟むように設置したバネ部材１３によって、プリセット力を付与する構成は、第１実施例と同様である。ただし、第１実施例だけでなく、上記第１〜第６実施例の全てのプリセット力付与機構を、電動パワーステアリング装置に設けることができる。
また、入力トルクを検出する方法は、上記方法に限らない。例えば、トーションバー５に歪み計を設けて、その検出値を入力トルクに換算する方法もある。
【００３２】
図１４に示す第８実施例は、他の実施例と転がり面３０の形状を変化させ、操舵反力を変化させる例である。
そして、図１４は、ボールあるいはローラー２１が転動する転がり面３０付近の拡大図である。
この転がり面３０は、バネ収納室の壁面に平行な平坦な線１１’に対して角度αを持った平坦面で構成されているが、転がり面の形状以外は、第１実施例と同様の構成である。そこで、同じ構成要素には、同じ符号をつける。また、プリセット力を付与する機構は、第１実施例と同じなので、ここではその説明は省略し、ボールあるいはローラー２１が転動しているときの操舵反力について説明する。
【００３３】
この図１４では、中立位置を実線で示し、入力軸４が回転角βだけ矢印ｋ方向に回転した状態を、２点鎖線で示している。また、中立位置での第２支持部２０の中心と入力軸の中心Ｏを通る直線を基準線ｓとする。
入力軸４とｋ方向に角β回転させる時、接点Ｐ3におけるバネ力Ｗ3は、線分ＯＰ3に対してθ3の角度を持ち、Ｆ3＝Ｗ・ｓｉｎθ3となるバネ分力Ｆ3を発生する。そして、このバネ分力Ｆ3は、操舵反力と同方向で、操舵反力を増加させるように作用する。
また、図１４においてｘは、ボールあるいはローラー２１が転動することによって生じるバネ部材１３のたわみ量である。このたわみ量ｘは、ボールあるいはローラー２１の位置によって変化する値であるが、このたわみ量ｘによって、その時のバネ力Ｗ3が決まる。
ただし、バネ部材１３のボールあるいはローラー２１の位置によるたわみ量ｘは、転がり面の形状だけでなく、バネ部材１３の形状によっても、変化する。
【００３４】
なお、入力軸４の回転方向と同方向あるいは反対方向のバネ分力を発生させる転がり面の形状は、第１〜第３、第８実施例の形状に限らない。入力軸の中心Ｏを中心とする円弧面でなければ、どんな形状でもθ≠０となり、バネ分力Ｆ≠０となる。そして、この転がり面は、平坦面でなく、曲面で構成されていてもかまわない。
そして、上記第１〜第３、第８実施例では、常にｓｉｎθ＞０なので、バネ分力Ｆが入力軸４の回転方向ｋと反対になり、操舵反力を増加させるように作用するが、角度αによっては、バネ分力Ｆの向きを、入力軸４の回転方向ｋと同じにして、操舵反力を減少させることもできる。図１４において、Ｐ3Ｏと基準線ｓとの角度をγとすると、θ3＝α＋β−γであることから、角度αを選べば、ｓｉｎθ3＜０となり、バネ分力Ｆの向きが変わることが解る。ただし、各角度は、図１４中で矢印の方向を正とする。
このように、転がり面やバネ部材の形状によって、バネ力Ｗの大きさや向きを変化させるとともに、バネ分力Ｆを変化させ、これによって、操舵反力を変化させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、プリセット力を付与して中立剛性を高め、車両の直進走行時の安定性を得ることができる。
そして、このプリセット力を付与するため、入力軸の両側にバネ部材を配置したので、プリセット力のバランスを保つことができる。したがって、中立剛性がステアリングホイールの切った方向によって異なることがない。
また、従来例のように入力軸の突起にバネ部材を合わせたりする必要がなく、バネ部材は入力軸と別にバネ収納室に組み込むことができるので、組付け性を向上させることができる。
また、プリセット力は、バネ部材のバネ力はもちろん、ボールあるいはローラーの径等によっても簡単に調整することができる。
しかも、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、ボールあるいはローラーが、バネ部材をたわませながら転動して、第１、第２支持部から外れるので、フリクションを小さくすることができる。
【００３６】
また、入力軸と出力軸とが相対回転するとき、ボールあるいはローラーが、バネ部材と入力軸の外周面との間を転動しながら移動するので、フリクションを小さくすることができる。したがって、ステアリングホイールの入力トルクと、入出力軸の相対回転量との特性を滑らかにできる。
【００３７】
そして第１の発明によれば、第１、第２支持部を外れたボールあるいはローラーが、入力軸に形成した転がり面を転動するとき、操舵反力に合成されるバネ力の分力を発生し、操舵反力を変化させることができる。したがって、この転がり面の形状を決めることによって、ステアリングホイールを切ったとき、それに応じて操舵反力を変化させることができる。
第２の発明によれば、第１の発明において、転がり面を平坦面としたので、円弧面などにする場合と比べて、形成が簡単である。
第３の発明によれば、入力軸と出力軸との相対回転が大きくなって、ボールあるいはローラーが大きく動いても、それがストッパに当接するので、脱落したりするの防止することができる。
【００３８】
第４、５の発明によれば、バネ部材として安価な板バネを用いたので、コストダウンが可能となる。
特に、第５の発明によれば、第１支持部として、一対の傾斜部が形成する谷部を利用しているので、板バネの成形加工を容易にすることができる。しかも、板バネを大きく曲げて形成されるＶ溝あるいはＵ溝には、大きな応力集中が発生するが、そのＶ溝あるいはＵ溝を形成しなければ、応力集中を避けることができ、板バネの耐久性を高めることができる。
第６の発明によれば、第４、５の発明において、バネ部材を、そのバネ力を利用して掛け止めることができるので、しっかりとその位置を保持できる。また、バネ収納室側を加工したり、別の部材を設けたりする必要がなく、組付け性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例のパワーステアリング装置の断面図である。
【図２】 第１実施例のパワーステアリング装置のバネ収納室９の断面図である。
【図３】 第１実施例のバネ部材１３を構成する板バネの斜視図である。
【図４】 図２で、入力軸４と出力軸２とが相対回転したときの状態を示した断面図である。
【図５】 図４の部分拡大図である。
【図６】 第２実施例のパワーステアリング装置のバネ収納室９の断面図である。
【図７】 第３実施例のパワーステアリング装置で用いた板バネの斜視図である。
【図８】 第４実施例のパワーステアリング装置のバネ収納室９の断面図である。
【図９】 図８で、入力軸４と出力軸２とが相対回転したときの状態を示した断面図である。
【図１０】 第５実施例のパワーステアリング装置のバネ収納室９の拡大断面図である。
【図１１】 第５実施例のバネ部材１３を構成する板バネの拡大図である。
【図１２】 第６実施例のラックアンドピニオンタイプのパワーステアリング装置を示す断面図で、バネ収納室９をロータリースリーブ８に設けた例を示している。
【図１３】 第７実施例の電動式パワーステアリング装置の断面図である。
【図１４】 第８実施例の転がり面付近の拡大図である。
【符号の説明】
２ 出力軸
４ 入力軸
５ トーションバー
９ バネ収納室
１１ 平坦面
１３ バネ部材
１４ 平坦部
１５ 凸部
１６ 支脚部
１７ 第１支持部
１８ 掛け止め部
２０ 第２支持部
２１ ボールあるいはローラー
２２ 傾斜部
２５ 谷部
２６ 傾斜部
２７ 凸部
２８ 支脚部
２９ 掛け止め部
３０ 転がり面
Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3 バネ力
Ｆ1、Ｆ3 分力
ｋ 回転方向
Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3 接点
Claims (6)
- ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪に連係する出力軸と、これら入力軸と出力軸とを連結するトーションバーとを備え、このトーションバーをねじりながら入力軸と出力軸とを相対回転させ、この相対回転量に応じたアシスト力を付与する構成にしたパワーステアリング装置において、上記出力軸あるいは出力軸と一体に回転する部材に設けたバネ収納室と、このバネ収納室に収納し、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材と、これらバネ部材に形成した第１支持部と、入力軸の外周面に形成し、入力軸と出力軸との中立状態で第１支持部に対向させた第２支持部と、これら対向する第１、第２支持部間に介在させたボールあるいはローラーとを備え、
上記第２支持部の両側には、第２支持部に連続する転がり面を形成し、この転がり面を入力軸の軸心を中心とする円弧面と一致しない面とし、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが上記バネ部材をたわませながら転がり面を転動するとともに、ボールあるいはローラーと上記転がり面との接点におけるバネ力が、入力軸の回転方向と同方向あるいは反対方向の分力を発生する構成にしたことを特徴とするパワーステアリング装置。 - 第２支持部に連続する転がり面を平坦面としたことを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置。
- ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪に連係する出力軸と、これら入力軸と出力軸とを連結するトーションバーとを備え、このトーションバーをねじりながら入力軸と出力軸とを相対回転させ、この相対回転量に応じたアシスト力を付与する構成にしたパワーステアリング装置において、上記出力軸あるいは出力軸と一体に回転する部材に設けたバネ収納室と、このバネ収納室に収納し、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材と、これらバネ部材に形成した第１支持部と、入力軸の外周面に形成し、入力軸と出力軸との中立状態で第１支持部に対向させた第２支持部と、これら対向する第１、第２支持部間に介在させたボールあるいはローラーとを備え、上記バネ部材のそれぞれに一対のストッパを形成し、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが上記バネ部材をたわませながらバネ部材と入力軸の外周面との間を転動するとともに、入力軸と出力軸とが所定量だけ相対回転したとき、ボールあるいはローラーがストッパに当接する構成にしたことを特徴とするパワーステアリング装置。
- ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪に連係する出力軸と、これら入力軸と出力軸とを連結するトーションバーとを備え、このトーションバーをねじりながら入力軸と出力軸とを相対回転させ、この相対回転量に応じたアシスト力を付与する構成にしたパワーステアリング装置において、上記出力軸あるいは出力軸と一体に回転する部材に設けたバネ収納室と、このバネ収納室に収納し、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材と、これらバネ部材に形成した第１支持部と、入力軸の外周面に形成し、入力軸と出力軸との中立状態で第１支持部に対向させた第２支持部と、これら対向する第１、第２支持部間に介在させたボールあるいはローラーとを備え、上記バネ部材は、Ｖ溝あるいはＵ溝からなる第１支持部と、この第１支持部の両側に連続する一対の平坦部あるいは傾斜部と、これら平坦部あるいは傾斜部の端部に連続する一対の凸部と、これら凸部に連続する一対の支脚部と、これら支脚部の先端に連続する一対の掛け止め部とを有する板バネからなり、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが、この板バネをたわませながら、平坦部あるいは傾斜部と入力軸の外周面との間を転動する構成にしたことを特徴とするパワーステアリング装置。
- ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪に連係する出力軸と、これら入力軸と出力軸とを連結するトーションバーとを備え、このトーションバーをね じりながら入力軸と出力軸とを相対回転させ、この相対回転量に応じたアシスト力を付与する構成にしたパワーステアリング装置において、上記出力軸あるいは出力軸と一体に回転する部材に設けたバネ収納室と、このバネ収納室に収納し、バネ収納室に位置する入力軸を挟むように配置した一対のバネ部材と、これらバネ部材に形成した第１支持部と、入力軸の外周面に形成し、入力軸と出力軸との中立状態で第１支持部に対向させた第２支持部と、これら対向する第１、第２支持部間に介在させたボールあるいはローラーとを備え、上記バネ部材は、谷部を形成しながら連続する一対の傾斜部と、これら傾斜部の端部に連続する一対の凸部と、これら凸部に連続する一対の支脚部と、これら支脚部の先端に連続する一対の掛け止め部とを有する板バネからなり、かつ、上記谷部を第１支持部とし、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、第１、第２支持部から外れたボールあるいはローラーが、この板バネをたわませながら、傾斜部と入力軸の外周面との間を転動する構成にしたことを特徴とするパワーステアリング装置。
- 板バネをバネ収納室に収納するとき、その掛け止め部を壁面に圧接させて掛け止めたことを特徴とする請求項４または５に記載のパワーステアリング装置。
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