JP3919943B2 - 可変舵角比操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両に搭載した可変舵角比操舵装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のパワーステアリングシステムには、ステアリングハンドルの操舵角に対する操向車輪の操舵角の割合、すなわち、舵角比を車速に応じて自動的に変化させるものがあり、例えば特開平７−２５７４０６号「車両用可変舵角比操舵装置」の技術がある。
この技術は、その公報の図１〜図３及び図８によれば、ステアリングホイール１（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）に連結した入力軸１１を、支持部材１４にこれと偏心して回転可能に支持し、支持部材１４をモータ２７にて回転させることで、出力軸１７に対する入力軸１１の偏心量を調整するというものである。この結果、入力軸１１の回転角に対する出力軸１７の回転角の割合、すなわち、ステアリングハンドルの操舵角と車輪の操舵角との舵角比は、公報の図５に示すように車速に応じて変わる。
【０００３】
入力軸１１と出力軸１７との連結構造は、その公報の図１及び図２によれば、入力軸１１の下端にカプリング１６を備え、カプリング１６の下面に下開放台形断面の水平な溝２３を形成し、溝２３の斜面にスライダ２１をスライド可能に嵌め（テーパによる嵌合）、スライダ２１の上下貫通した孔に軸受２２を介して中間軸１９を嵌合し、中間軸１９を出力軸１７の偏心した部位に設けるようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の入・出力軸１１，１７間の連結構造は、互いに平行な入力軸１１と出力軸１７とを連結するものであり、平行度を十分に高める必要がある。平行度が低いと、溝２３とスライダ２１の嵌合部分や、スライダ２１の孔と中間軸１９の嵌合部分に「こじり」が生じることによって、摩擦抵抗が大きくなるからである。さらには、摩擦抵抗を小さくするには、各部品（カプリング１６、スライダ２１、スライダ２１の孔、軸受２２並びに中間軸１９）の寸法精度も十分に高める必要がある。摩擦抵抗が大きいと、円滑な作動を阻害する。
このようなことから、入・出力軸１１，１７を含めた各部品の寸法精度を高めるために、各部品の寸法管理を十分に行う必要があり、製造工数が増す。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、各部品の寸法精度を高めることなく摩擦抵抗の小さい入・出力軸間の連結構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１は、ステアリングハンドルから操舵トルクを受けて回転する入力軸と、操向車輪に操舵トルクを伝達する出力軸とを、互いに偏心可能に配置するとともに、出力軸に対する入力軸の偏心量を変えることにより、ステアリングハンドルの操舵角に対する操向車輪の操舵角の割合を変えるようにした可変舵角比操舵装置において、可変舵角比操舵装置が、入・出力軸とは別の第３の軸を出力軸と同心に相対回転可能に配置し、入力軸の端部と第３の軸の端部との間に回転盤を介在させ、この回転盤の一方の面と入力軸側とを、複数のボールからなる第１ボール列を介して、互いに回転盤の径方向へスライド可能に連結し、また、回転盤の他方の面と第３の軸側とを、第１ボール列とは直交配列した複数のボールからなる第２ボール列を介して、互いに回転盤の径方向へスライド可能に連結することにより構成した、オルダム継手構造を利用した継手によって入力軸と第３の軸とを連結し、回転盤に出力軸の偏心した部位を連結し、これら回転盤と出力軸の偏心した部位とを、第１ボール列に平行な方向にのみ相対移動可能にしたことを特徴とする。
【０００７】
継手は、オルダム継手構造を利用したものであり、互いに直交する第１・第２ボール列を備えているので、入力軸と第３の軸とを互いに首振り可能に連結することができる。このため、第３の軸と入力軸との平行度が低くても、両者の連結関係は円滑である。しかも、第３の軸の端面に対して、回転盤は第２ボール列を中心にしてのみ首振り可能であり、首を振っても回転盤と出力軸の偏心した部位との連結関係は円滑である。従って、各部品の寸法精度を高めなくても、入・出力軸、第３の軸並びに回転盤の連結関係は円滑であり、摩擦抵抗は小さい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る車両用ステアリングシステムの全体構成図である。
車両用ステアリングシステム１は、車両のステアリングハンドル２から操向車輪３，３に至るステアリング系４に、可変舵角比操舵機構１０を備えた電動パワーステアリングシステムである。
詳しくは、車両用ステアリングシステム１は、ステアリングハンドル２にステアリングシャフト５、自在継手６，６を介して、操舵トルクセンサ３０付き可変舵角比操舵機構１０を連結したものである。
【０００９】
これにより、ステアリングハンドル２で発生したステアリング系４の操舵トルクを操舵トルクセンサ３０で検出し、この検出信号に基づいて制御手段７が制御信号を発生し、この制御信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを電動機１２が発生し、補助トルクを可変舵角比操舵機構１０のラック軸１８に付加することができる。
また、車両用ステアリングシステム１は、車速センサ８で検出した車速信号と、変位センサ７４で検出した可変舵角比操舵機構１０の入力軸２２の偏心量信号とに基づいて、制御手段７が車速に応じた舵角比制御信号を発生し、この舵角比制御信号に基づいて、舵角比制御用電動機７１にて可変舵角比操舵機構１０を駆動して、舵角比を制御するものである。
【００１０】
図２は本発明に係る操舵トルクセンサ付き可変舵角比操舵装置の全体構成図であり、要部を断面したものである。
操舵トルクセンサ３０付き可変舵角比操舵装置１０は、ラックアンドピニオン機構１１、電動機１２、ボールねじ１３を車幅方向に延びる固定ハウジング１４に収納したものである。
電動機１２は、固定ハウジング１４の一部をなす副ハウジング１４ａ内に収納した環状のステータ１５と、ステータ１５内に同心的に配置したロータ１６と、ロータ１６に固定した管状の出力軸１７とからなる。
ラックアンドピニオン機構１１のラック軸１８は、出力軸１７内に挿通するとともに、ボールねじ１３によって出力軸１７と連結したものである。
【００１１】
図３は図２の３−３線断面図である。
可変舵角比操舵装置１０は、固定ハウジング１４内に可動ハウジング２１を回転可能に支持し、可動ハウジング２１内に入力軸２２を回転可能に支持し、入力軸２２に継手４０によって出力軸２３を連結し、さらに、固定ハウジング１４に出力軸２３を回転可能に支持したものである。可動ハウジング２１の回転中心と入力軸２２の回転中心とは、図表裏方向に偏心している。この偏心については、後述する。入力軸２２と出力軸２３とは平行であり、しかも、対向し合う端部間が所定寸法だけ離間したものである。
【００１２】
可動ハウジング２１は、上部可動ハウジング２４と下部可動ハウジング２５とを同心上に重ねてボルト結合した、複合ハウジングである。
入力軸２２は、ステアリングハンドル２（図１参照）に自在継手６，６を介して連結した軸であり、直列に連結した第１入力軸部２６とトーションバー２７と第２入力軸部２８とからなる。詳しくは、入力軸２２は、管状の第１入力軸部２６内にトーションバー２７を挿入し、トーションバー２７の上部を第１入力軸部２６の上部にピン２９で結合し、トーションバー２７の下部を第２入力軸部２８の上部にセレーション結合したものである。
トーションバー（弾性部材）２７は、文字通りトルクに対して正確にねじれ角が発生するメンバーであって、操舵トルクが作用すると、第１入力軸部２６と第２入力軸部２８との間での相対ねじり変位を発生する。
出力軸２３は、ラックアンドピニオン機構１１の一部をなすピニオン２３ａを有し、このピニオン２３ａは、ラック軸１８のラック１８ａに噛み合うものである。
【００１３】
操舵トルクセンサ３０は、第１入力軸部２６と第２入力軸部２８とに掛け渡すことで、両軸部２６，２８間の相対ねじれ変位に応じて軸方向へ変位可能なコア３１付きスライダ３２と、このスライダ３２の変位量（コア３１の変位量）を電気信号に変換するべく上部可動ハウジング２４に取付けたコイル３３とからなる、非接触式操舵トルクセンサ（可変インダクタンス式センサ）である。
更に詳しくは、円筒形状のスライダ３２に傾斜溝３２ａと縦長のストレート溝３２ｂとを形成し、傾斜溝３２ａに第１入力軸部２６のピン３４を嵌合し、また、ストレート溝３２ｂに第２入力軸部２８のピン３５を嵌合することで、スライダ３２は相対ねじり変位に応じて軸方向へ変位可能である。
【００１４】
上記継手４０は、入・出力軸２２，２３とは別の第３の軸４１を、出力軸２３と同心に相対回転可能に配置するとともに、オルダム継手構造を利用した継手である。以下、継手４０について詳述する。
【００１５】
出力軸２３は上端部に、上開放の有底の支持孔２３ｂを開け、この支持孔２３ｂにて第３の軸４１を相対回転可能に支持したものである。
第２入力軸部２８（入力軸２２）は、第３の軸４１と対向する端部に、フランジ４２を一体に形成し、このフランジ４２と第３の軸４１の上端面４１ａ（端部）との間に、円盤状の回転盤４３を介在させたものである。
フランジ４２の面と回転盤４３の一方の面４３ａとは、図の左右方向に延びて互いに対向し合う横１列の第１連結溝４２ａ，４３ｂを形成したものである。これらの第１連結溝４２ａ，４３ｂに嵌合する第１ボール列４４を介して、入力軸２２側と回転盤４３の一方の面４３ａとは、互いに回転盤４３の径方向へスライド可能に連結したものである。
また、第３の軸４１の上端面４１ａと回転盤４３の他方の面４３ｃとは、図の表裏方向に延びて互いに対向し合う横１列の第２連結溝４１ｂ，４３ｄを形成したものである。これらの第２連結溝４１ｂ，４３ｄに嵌合する第２ボール列４５を介して、第３の軸４１側と回転盤４３の他方の面４３ｃとは、互いに回転盤４３の径方向へスライド可能に連結したものである。
【００１６】
第１連結溝４２ａ，４３ｂと第２連結溝４１ｂ，４３ｄとは、互いに直交配列したものであり、このため、第１ボール列４４と第２ボール列４５とは、互いに直交配列になる。このような連結構造により、入力軸２２と第３の軸４１とは互いに連結関係になる。第１・第２ボール列４４，４５は、１列に並べた複数のボール４６…（…は複数を示す。以下同じ。）からなる。
【００１７】
回転盤４３は他方の面４３ｃに、第１ボール列４４に平行な方向へ延びる下開放の第３連結溝４３ｅを形成し、この第３連結溝４３ｅに出力軸２３の連結ピン２３ｃを嵌合したものである。連結ピン２３ｃは、出力軸２３の偏心した部位から上方へ延びる円柱状のピンであり、例えば、出力軸２３と一体形成やねじ込みにて設ける。このため、回転盤４３と出力軸２３の偏心した部位（連結ピン２３ｃ）とは、第１ボール列４４に平行な方向にのみ相対移動可能に連結することになる。
【００１８】
図中、３６は圧縮ばね、３７はコネクタ、５１〜５５は軸受、５６はニードルベアリング、５７はスラストベアリング、５８，５９はナット、６１，６２はオイルシール、６３は調整ボルト、６４はラックガイド、Ｓは後述するウォーム軸７３の軸線である。
【００１９】
図４は図３の４−４線断面図であり、平面視において、ウォーム軸７３の軸直角方向へ且つ可動ハウジング２１の回転中心Ｏからウォーム軸７３と反対方向へ距離Ｌだけ偏心した位置に、入力軸２２（第２入力軸部２８）の回転中心Ａを設けたことを示す。
可変舵角比操舵機構１０は、駆動手段としての舵角比制御用電動機７１にてウォームギヤ機構７２を介して可動ハウジング２１を回転させることで、入力軸２２の回転中心Ａを変位させて、操舵角の割合を変えるようにしたものである。舵角比制御用電動機７１は、制御手段７（図１参照）の舵角比制御信号に応じて正・逆転する。
ウォームギヤ機構７２は、舵角比制御用電動機７１の出力軸７１ａに連結したウォーム軸７３と、ウォーム軸７３のウォーム７３ａに噛み合うホイール２５ａとからなる。ホイール２５ａは下部可動ハウジング２５の外周面の一部に形成した歯である。
【００２０】
固定ハウジング１４は、入力軸２２の変位量を検出する変位センサ７４を取付けたものである。詳しくは、変位センサ７４は、下部可動ハウジング２５の外周面に形成したカム面２５ｂの変化量を検出することにより、回転中心Ａの変位量を間接的に検出するものであり、カム面２５ｂに接した先端部７４ａが進退するポテンショメータからなる。下部可動ハウジング２５の回転角と回転中心Ａの変位量とは対応し、また、回転中心Ａの変位量とカム面２５ｂの変位量とは対応する関係にある。このため、変位センサ７４でカム面２５ｂの変化量を検出すれば、回転中心Ａの変位量を確実に検出することができる。
図中、７５は中空偏心スリーブ、７６は軸受、７７はニードルベアリング、７８はナットである。
【００２１】
図５は本発明に係るウォームギヤ機構、可動ハウジング及び入力軸の関係説明図である。
ウォーム７３ａは、車速に応じて舵角比制御用電動機７１（図４参照）で回転されるものである。ウォーム７３ａが正・逆転すると、可動ハウジング２１は回転角θの範囲で正・逆転する。回転中心Ｏと回転中心Ａとが偏心しているので、可動ハウジング２１の回転角θに対応して、回転中心ＡはＡ1〜Ａ2の範囲で変化する。すなわち、回転中心Ａは、角度Ａ1の位置から回転角θだけ時計方向に角度変位すると、角度Ａ2の位置となる。例えば、（１）高速域の車速では角度Ａ1の位置に変位し、（２）低速域の車速では角度Ａ2の位置に変位する。
なお、回転中心Ａの変位軌跡は、正確には回転中心Ｏを中心とした円弧である。しかし、回転中心Ａの径方向の変位量Ｚは、無視できる程度である。従って、以下の説明においては、回転中心Ａの変位軌跡が、この図の左右方向の直線である（回転中心Ａの径方向の変位量Ｚ＝０）として、説明する。
【００２２】
図６は図３の６−６線断面図であり、平面視において、▲１▼第１・第２ボール列４４，４５並びに第３連結溝４３ｅが、出力軸２３並びに第３の軸４１の回転中心Ｂを通って、回転盤４３の径方向へ延びていること、▲２▼第１ボール列４４と第２ボール列４５とが互いに直交配列していること、▲３▼第３連結溝４３ｅが第１ボール列４４に平行な方向（同一方向）に延びていることを示す。
【００２３】
図７は本発明に係る入力軸、継手及び出力軸の関係説明図であり、第１連結溝４２ａ，４３ｂ並びに第２連結溝４１ｂ，４３ｄを側断面視略半円状の溝とし、これら半円状の溝にボール４６…の上半部又は下半部が嵌合することを示す。
入力軸２２と回転盤４３とは第１ボール列４４を介して、平面視でＸ軸方向（図の０゜−１８０゜の方向）へ相対的にスライド可能である。また、第３の軸４１と回転盤４３とは第２ボール列４５を介して、Ｙ軸方向（図の９０゜−２７０゜の方向）へ相対的にスライド可能である。
ボール４６…が、第１連結溝４２ａ，４３ｂ内並びに第２連結溝４１ｂ，４３ｄ内を転がる構成なので、入力軸２２と回転盤４３とのスライドに伴う摩擦抵抗や、回転盤４３と第３の軸４１とのスライドに伴う摩擦抵抗は極めて小さい。
【００２４】
入力軸２２の回転中心（軸心）Ａが角度Ａ1の位置にあるとき、回転中心Ａと、出力軸２３並びに第３の軸４１の回転中心（軸心）Ｂと、連結ピン２３ｃの作用点（ピン中心）Ｃとは、Ｘ軸上に１列に配列したものである。回転中心Ａは、回転中心Ｂと作用点Ｃとの間にある。
ここで、回転中心Ａから回転中心Ｂまでの距離をｖ（偏位量ｖ）とし、回転中心Ｂから作用点Ｃまでの距離をｗ（偏位量ｗ）とする。回転中心ＡがＡ1〜Ａ2の範囲で変化するのに対して、回転中心Ｂは固定位置にある。
４７，４８は板状のボール保持器である。
【００２５】
図８（ａ）〜（ｇ）は本発明に係る継手の作用説明図である。（ａ）は継手４０の模式図であり、（ｂ）〜（ｆ）は（ａ）の平面視の作用図である。偏位量ｖが一定として説明する。
（ａ），（ｂ）は各部材が上記図７と同一の配列関係にあり、出力軸２３の回転中心Ｂと、連結ピン２３ｃの作用点Ｃと、これらのＢ，Ｃ間にある入力軸２２の回転中心ＡとがＸ軸上にあることを示す。第１連結溝４２ａ，４３ｂ（第１ボール列）はＸ軸上に延び、第２連結溝４１ｂ，４３ｄ（第２ボール列）はＹ軸上に延び、第１連結溝４２ａ，４３ｂと第２連結溝４１ｂ，４３ｄとの交点Ｄは、出力軸２３の回転中心Ｂ位置にある。
【００２６】
入力軸２２が回転すると、第１連結溝４２ａ，４３ｂと第１ボール列の連結関係により、回転盤４３が回転し、第２連結溝４１ｂ，４３ｄと第２ボール列の連結関係により、第３の軸４１が回転する。例えば、入力軸２２が図時計回り方向へ４５゜回転すると、（ｃ）のように第１・第２連結溝４１ｂ，４３ｄが同方向へ４５゜回転するので、交点Ｄは図時計回り方向へ９０゜旋回する。この結果、回転盤４３が回転中心Ａを基準に４５゜回転して、作用点Ｃを旋回させる。作用点Ｃは、回転中心Ｂを中心に図時計回り方向へ旋回する。回転中心Ａを基準とした作用点Ｃの回転角は４５゜である。
【００２７】
（ｄ）は入力軸２２が図時計回り方向へ９０゜回転したことを示す。このとき、交点Ｄは図時計回り方向へ１８０゜旋回して、回転中心Ａに重なる。作用点Ｃは、回転中心Ｂを中心に更に旋回する。回転中心Ａを基準とした作用点Ｃの回転角は９０゜である。
（ｅ）は入力軸２２が図時計回り方向へ１３５゜回転したことを示す。このとき、交点Ｄは図時計回り方向へ２７０゜旋回する。作用点Ｃは、回転中心Ｂを中心に更に旋回する。回転中心Ａを基準とした作用点Ｃの回転角は１３５゜である。
（ｆ）は入力軸２２が図時計回り方向へ１８０゜回転したことを示す。このとき、交点Ｄは図時計回り方向へ３６０゜旋回して、回転中心Ｂに戻る。作用点Ｃは、回転中心Ｂを中心に更に旋回する。回転中心Ａを基準とした作用点Ｃの回転角は１８０゜である。すなわち、作用点Ｃは回転中心Ｂを中心に１８０゜回転したことになる。
【００２８】
以上の説明を要約すると、（ｇ）に示すように、入力軸２２が図時計回り方向へ１８０゜回転したとき、交点Ｄは同方向へ３６０゜旋回する。このとき、作用点Ｃは回転中心Ｂを中心に１８０゜旋回する。この結果、出力軸２３も図時計回り方向へ１８０゜回転することになる。
【００２９】
次に、偏位量ｖの変化に伴う舵角比の変化について、図９〜図１０に基づき説明する。
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る可変舵角比操舵機構の作動原理説明図であり、高速域の車速における舵角比の変化を模式的に示す。
図９（ａ）は上記図７の構成を模式的に表したものであり、この（ａ）に示すように、高速域では入力軸の回転中心Ａが角度Ａ1の位置にある。このとき、出力軸の回転中心Ｂと、入力軸の回転中心Ａと、係合ピンの作用点Ｃとは、図左から右へこの順に一直線上に配列しており、この状態を模式的平面図として表したものが、図９（ｂ）である。すなわち、図７におけるＡ，Ｂ，Ｃの並びが図９（ｂ）のＡ，Ｂ，Ｃ（Ｃ0）の並びに相当する。
【００３０】
なお、作用点Ｃは、回転中心Ｂを中心として旋回するものであるため、右の点Ｃと左の点Ｃとで区別がつきにくい。そこで、角度０゜又は角度１８０゜を添字としたＣ0，Ｃ180を付記することで、明瞭化した。作用点Ｃが、Ｃ0を起点として図時計回り（矢印方向）に旋回することで、以下の説明を行う。
【００３１】
図９（ｂ）において、入力軸の回転角がαであるときについて考える。このとき、第１連結溝（第１ボール列）が角度αの線Ｍ1上に延びるので、第１連結溝と第２連結溝との交点Ｄは、角度αの線Ｍ1上にある。また、第２連結溝（第２ボール列）は回転中心Ｂと交点Ｄとを通る線Ｍ2上に延びる。∠ＢＤＡは常に直角であり、回転中心Ｂと交点Ｄとの距離はｕである。なお、交点Ｄは、偏位量ｖを直径とする円の軌跡Ｑ上を変位するものである。
【００３２】
作用点Ｃは常に線Ｍ1上にあるので、入力軸の回転角がαであるときに、作用点Ｃは点Ｃ0から点Ｃａへ変位することになる。点Ｃａを通りＸ軸（図の０゜−１８０゜に延びる線）と平行な線をＭ3とする。出力軸の回転角をβとすると、次の関係式が導かれる。
ｕ＝ｗ・ｓｉｎ（α−β）＝ｖ・ｓｉｎα ……(1)
であるから、出力軸の回転角βは
β＝α−ｓｉｎ-1（（ｖ／ｗ）・ｓｉｎα ……(2)
で表される。
【００３３】
作用点Ｃが点Ｃ0から点Ｃａへ角度変位したときに、入力軸の回転角はαであり、出力軸の回転角はβである。回転中心Ｂと作用点Ｃとの間に回転中心Ａがあるので、回転角βは回転角αよりも小さい（α＞β）。
ところで、回転中心Ａと回転中心Ｂとを一致させたときには、偏位量ｖは０（ｖ＝０）である。この結果、上記(2)式において、α＝βである。
このように、偏位量ｖを適宜設定すれば、入力軸の回転角αに対する出力軸の回転角βを一致させたり、不一致にさせることができる。
【００３４】
図１０は本発明に係る可変舵角比操舵機構の舵角比特性線図である。
この図は、横軸を入力軸２２の回転角（第２入力軸部２８の回転角）αとし、右の縦軸を出力軸２３の回転角βとし、左の縦軸をラック１８ａのストロークとして表したものであって、線Ｖ0，Ｖ1，Ｖ2に基づき、入力軸の回転角αに対する、出力軸の回転角βの割合並びにラック１８ａのストロークの割合を示す。
▲１▼線Ｖ0は、偏位量ｖを０にした場合の舵角比特性を示す。
（低速域の車速における舵角比特性）
▲２▼線Ｖ1，Ｖ2は、偏位量ｖを変化させた場合の舵角比特性を示す。
（高速域の車速における舵角比特性）
線Ｖ2は、偏位量ｖを最大にしたときの舵角比特性であり、線Ｖ1は偏位量ｖを０と最大の中間にしたときの舵角比特性である。
線Ｖ1，Ｖ2は、図右肩上がりの直線である線Ｖ0よりも下方に湾曲した曲線であり、この曲線は、入力軸の回転角αが概ね９０°以下において勾配が緩く、９０°を越えると勾配がきつい曲線である。しかも、フル操舵の状態（操向車輪３，３が最大操舵角の状態）では、回転角βは車速と無関係に一定である。
【００３５】
図から明らかなように、偏位量ｖを０にすれば線Ｖ0のように、入力軸の回転角αに対する出力軸の回転角βの割合、すなわち、ステアリングハンドルの操舵角に対する操向車輪の操舵角の割合（舵角比）は等しい。また、偏位量ｖを連続的に変化させることにより、舵角比を連続的に変化させることができる。従って、偏位量ｖを車速に応じて制御すれば、舵角比特性を最適条件に変化させることができる。
【００３６】
次に、入・出力軸２２，２３、第３の軸４１並びに回転盤４３の連結関係が常に円滑である理由を説明する。
図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係る継手の模式的説明図であり、（ａ）は継手４０廻りの模式的断面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
（ａ）のように、第３の軸４１の上端面４１ａに対して、第２ボール列４５を中心にしてのみ、回転盤４３が首振り可能である。また、（ｂ）のように、回転盤４３に対して、第１ボール列４４を中心にしてのみ、入力軸２２が首振り可能である。第１ボール列４４と第２ボール列４５とは平面視で直交した配置である。この結果、第３の軸４１の上端面４１ａに対して入力軸２２は、平面視で全方位に首振り可能である。
このように、継手４０はオルダム継手構造を利用したものであり、互いに直交する第１・第２ボール列４４，４５を備えているので、入力軸２２と第３の軸４１とを、互いに首振り可能に連結することができる。このため、入力軸２２と第３の軸４１との平行度が低くても、両者２２，４１の連結関係は円滑である。
【００３７】
さらには、出力軸２３と第３の軸４１とは、同心に相対回転可能に配置したものである。
（ａ）のように、回転盤４３の第３連結溝４３ｅと連結ピン２３ｃ（出力軸２３の偏心した部位）とを、第１ボール列４４に平行な方向にのみ、相対移動可能に連結した。すなわち、第３連結溝４３ｅは回転盤４３の径方向に長い溝である。第３の軸４１の上端面４１ａに対して、第２ボール列４５を中心に、回転盤４３が首振りした場合に、第３連結溝４３ｅと連結ピン２３ｃとの連結関係は変わることがなく、常に円滑である。
【００３８】
また、第３の軸４１の上端面４１ａに対して、第１ボール列４４を中心に、回転盤４３が首振りすることはない。（ｂ）のように、回転盤４３に対して第１ボール列４４を中心に、第２入力軸部２８が首振りした場合に、第３連結溝４３ｅと連結ピン２３ｃとの連結関係は変わることがなく、常に円滑である。
従って、各部品の寸法精度を高めなくても、入・出力軸２２，２３、第３の軸４１並びに回転盤４３の連結関係は円滑である。
【００３９】
なお、上記本発明の実施の形態及び変形例において、（１）可動ハウジング２１は、上部・下部可動ハウジング２４，２５を一体的に形成したものであってもよい。
（２）入力軸２２は、第１・第２入力軸部２６，２８を一体的に形成したものであってもよい。
（３）連結ピン２３ｃは、第３連結溝４３ｅと接する先端部を球状にしたり、ベアリングを設けることで、摩擦抵抗を一層低減することができる。
（４）回転盤４３と出力軸２３の偏心した部位とは、第１ボール列４４に平行な方向にのみ相対移動可能であればよく、例えば、出力軸２３に第３連結溝４３ｅを形成し、回転盤４３に連結ピン２３ｃを設けたものであってもよい。
（５）第１連結溝４２ａ，４３ｂ並びに第２連結溝４１ｂ，４３ｄは、半円状断面の他に、例えば、角断面や台形断面の溝であってもよい。
（６）第１・第２ボール列４４，４５のボール４６…の数量は複数であればよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、可変舵角比操舵装置が、入・出力軸とは別の第３の軸を出力軸と同心に相対回転可能に配置し、入力軸の端部と第３の軸の端部との間に回転盤を介在させ、この回転盤の一方の面と入力軸側とを、複数のボールからなる第１ボール列を介して、互いに回転盤の径方向へスライド可能に連結し、また、回転盤の他方の面と第３の軸側とを、第１ボール列とは直交配列した複数のボールからなる第２ボール列を介して、互いに回転盤の径方向へスライド可能に連結することにより構成した、オルダム継手構造を利用した継手によって入力軸と第３の軸とを連結し、回転盤に出力軸の偏心した部位を連結し、これら回転盤と出力軸の偏心した部位とを、第１ボール列に平行な方向にのみ相対移動可能にしたので、入力軸側の軸線と出力軸側の軸線とが非平行状態であっても、入・出力軸やこれら入・出力軸を連結する継手の各連結部分に「こじれ」が発生することがない。この結果、摩擦抵抗が小さいので、入・出力軸間をより一層円滑に連結することができる。しかも、各部品の寸法精度を高める必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用ステアリングシステムの全体構成図
【図２】本発明に係る操舵トルクセンサ付き可変舵角比操舵装置の全体構成図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】本発明に係るウォームギヤ機構、可動ハウジング及び入力軸の関係説明図
【図６】図３の６−６線断面図
【図７】本発明に係る入力軸、継手及び出力軸の関係説明図
【図８】本発明に係る継手の作用説明図
【図９】本発明に係る可変舵角比操舵機構の作動原理説明図
【図１０】本発明に係る可変舵角比操舵機構の舵角比特性線図
【図１１】本発明に係る継手の模式的説明図
【符号の説明】
１…車両用ステアリングシステム、２…ステアリングハンドル、３…操向車輪、１０…可変舵角比操舵装置、２２…入力軸、２６…第１入力軸部、２８…第２入力軸部、２３…出力軸、２３ｃ…出力軸の偏心した部位（連結ピン）、４０…継手、４１…第３の軸、４１ａ…第３の軸の端部（上端面）、４１ｂ…第２連結溝、４２…入力軸の端部（フランジ）、４２ａ…第１連結溝、４３…回転盤、４３ａ…回転盤の一方の面、４３ｂ…第１連結溝、４３ｃ…回転盤の他方の面、４３ｄ…第２連結溝、４３ｅ…第３連結溝、４４…第１ボール列、４５…第２ボール列、４６…ボール。
【発明の属する技術分野】
本発明は車両に搭載した可変舵角比操舵装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のパワーステアリングシステムには、ステアリングハンドルの操舵角に対する操向車輪の操舵角の割合、すなわち、舵角比を車速に応じて自動的に変化させるものがあり、例えば特開平７−２５７４０６号「車両用可変舵角比操舵装置」の技術がある。
この技術は、その公報の図１〜図３及び図８によれば、ステアリングホイール１（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）に連結した入力軸１１を、支持部材１４にこれと偏心して回転可能に支持し、支持部材１４をモータ２７にて回転させることで、出力軸１７に対する入力軸１１の偏心量を調整するというものである。この結果、入力軸１１の回転角に対する出力軸１７の回転角の割合、すなわち、ステアリングハンドルの操舵角と車輪の操舵角との舵角比は、公報の図５に示すように車速に応じて変わる。
【０００３】
入力軸１１と出力軸１７との連結構造は、その公報の図１及び図２によれば、入力軸１１の下端にカプリング１６を備え、カプリング１６の下面に下開放台形断面の水平な溝２３を形成し、溝２３の斜面にスライダ２１をスライド可能に嵌め（テーパによる嵌合）、スライダ２１の上下貫通した孔に軸受２２を介して中間軸１９を嵌合し、中間軸１９を出力軸１７の偏心した部位に設けるようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の入・出力軸１１，１７間の連結構造は、互いに平行な入力軸１１と出力軸１７とを連結するものであり、平行度を十分に高める必要がある。平行度が低いと、溝２３とスライダ２１の嵌合部分や、スライダ２１の孔と中間軸１９の嵌合部分に「こじり」が生じることによって、摩擦抵抗が大きくなるからである。さらには、摩擦抵抗を小さくするには、各部品（カプリング１６、スライダ２１、スライダ２１の孔、軸受２２並びに中間軸１９）の寸法精度も十分に高める必要がある。摩擦抵抗が大きいと、円滑な作動を阻害する。
このようなことから、入・出力軸１１，１７を含めた各部品の寸法精度を高めるために、各部品の寸法管理を十分に行う必要があり、製造工数が増す。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、各部品の寸法精度を高めることなく摩擦抵抗の小さい入・出力軸間の連結構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１は、ステアリングハンドルから操舵トルクを受けて回転する入力軸と、操向車輪に操舵トルクを伝達する出力軸とを、互いに偏心可能に配置するとともに、出力軸に対する入力軸の偏心量を変えることにより、ステアリングハンドルの操舵角に対する操向車輪の操舵角の割合を変えるようにした可変舵角比操舵装置において、可変舵角比操舵装置が、入・出力軸とは別の第３の軸を出力軸と同心に相対回転可能に配置し、入力軸の端部と第３の軸の端部との間に回転盤を介在させ、この回転盤の一方の面と入力軸側とを、複数のボールからなる第１ボール列を介して、互いに回転盤の径方向へスライド可能に連結し、また、回転盤の他方の面と第３の軸側とを、第１ボール列とは直交配列した複数のボールからなる第２ボール列を介して、互いに回転盤の径方向へスライド可能に連結することにより構成した、オルダム継手構造を利用した継手によって入力軸と第３の軸とを連結し、回転盤に出力軸の偏心した部位を連結し、これら回転盤と出力軸の偏心した部位とを、第１ボール列に平行な方向にのみ相対移動可能にしたことを特徴とする。
【０００７】
継手は、オルダム継手構造を利用したものであり、互いに直交する第１・第２ボール列を備えているので、入力軸と第３の軸とを互いに首振り可能に連結することができる。このため、第３の軸と入力軸との平行度が低くても、両者の連結関係は円滑である。しかも、第３の軸の端面に対して、回転盤は第２ボール列を中心にしてのみ首振り可能であり、首を振っても回転盤と出力軸の偏心した部位との連結関係は円滑である。従って、各部品の寸法精度を高めなくても、入・出力軸、第３の軸並びに回転盤の連結関係は円滑であり、摩擦抵抗は小さい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る車両用ステアリングシステムの全体構成図である。
車両用ステアリングシステム１は、車両のステアリングハンドル２から操向車輪３，３に至るステアリング系４に、可変舵角比操舵機構１０を備えた電動パワーステアリングシステムである。
詳しくは、車両用ステアリングシステム１は、ステアリングハンドル２にステアリングシャフト５、自在継手６，６を介して、操舵トルクセンサ３０付き可変舵角比操舵機構１０を連結したものである。
【０００９】
これにより、ステアリングハンドル２で発生したステアリング系４の操舵トルクを操舵トルクセンサ３０で検出し、この検出信号に基づいて制御手段７が制御信号を発生し、この制御信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを電動機１２が発生し、補助トルクを可変舵角比操舵機構１０のラック軸１８に付加することができる。
また、車両用ステアリングシステム１は、車速センサ８で検出した車速信号と、変位センサ７４で検出した可変舵角比操舵機構１０の入力軸２２の偏心量信号とに基づいて、制御手段７が車速に応じた舵角比制御信号を発生し、この舵角比制御信号に基づいて、舵角比制御用電動機７１にて可変舵角比操舵機構１０を駆動して、舵角比を制御するものである。
【００１０】
図２は本発明に係る操舵トルクセンサ付き可変舵角比操舵装置の全体構成図であり、要部を断面したものである。
操舵トルクセンサ３０付き可変舵角比操舵装置１０は、ラックアンドピニオン機構１１、電動機１２、ボールねじ１３を車幅方向に延びる固定ハウジング１４に収納したものである。
電動機１２は、固定ハウジング１４の一部をなす副ハウジング１４ａ内に収納した環状のステータ１５と、ステータ１５内に同心的に配置したロータ１６と、ロータ１６に固定した管状の出力軸１７とからなる。
ラックアンドピニオン機構１１のラック軸１８は、出力軸１７内に挿通するとともに、ボールねじ１３によって出力軸１７と連結したものである。
【００１１】
図３は図２の３−３線断面図である。
可変舵角比操舵装置１０は、固定ハウジング１４内に可動ハウジング２１を回転可能に支持し、可動ハウジング２１内に入力軸２２を回転可能に支持し、入力軸２２に継手４０によって出力軸２３を連結し、さらに、固定ハウジング１４に出力軸２３を回転可能に支持したものである。可動ハウジング２１の回転中心と入力軸２２の回転中心とは、図表裏方向に偏心している。この偏心については、後述する。入力軸２２と出力軸２３とは平行であり、しかも、対向し合う端部間が所定寸法だけ離間したものである。
【００１２】
可動ハウジング２１は、上部可動ハウジング２４と下部可動ハウジング２５とを同心上に重ねてボルト結合した、複合ハウジングである。
入力軸２２は、ステアリングハンドル２（図１参照）に自在継手６，６を介して連結した軸であり、直列に連結した第１入力軸部２６とトーションバー２７と第２入力軸部２８とからなる。詳しくは、入力軸２２は、管状の第１入力軸部２６内にトーションバー２７を挿入し、トーションバー２７の上部を第１入力軸部２６の上部にピン２９で結合し、トーションバー２７の下部を第２入力軸部２８の上部にセレーション結合したものである。
トーションバー（弾性部材）２７は、文字通りトルクに対して正確にねじれ角が発生するメンバーであって、操舵トルクが作用すると、第１入力軸部２６と第２入力軸部２８との間での相対ねじり変位を発生する。
出力軸２３は、ラックアンドピニオン機構１１の一部をなすピニオン２３ａを有し、このピニオン２３ａは、ラック軸１８のラック１８ａに噛み合うものである。
【００１３】
操舵トルクセンサ３０は、第１入力軸部２６と第２入力軸部２８とに掛け渡すことで、両軸部２６，２８間の相対ねじれ変位に応じて軸方向へ変位可能なコア３１付きスライダ３２と、このスライダ３２の変位量（コア３１の変位量）を電気信号に変換するべく上部可動ハウジング２４に取付けたコイル３３とからなる、非接触式操舵トルクセンサ（可変インダクタンス式センサ）である。
更に詳しくは、円筒形状のスライダ３２に傾斜溝３２ａと縦長のストレート溝３２ｂとを形成し、傾斜溝３２ａに第１入力軸部２６のピン３４を嵌合し、また、ストレート溝３２ｂに第２入力軸部２８のピン３５を嵌合することで、スライダ３２は相対ねじり変位に応じて軸方向へ変位可能である。
【００１４】
上記継手４０は、入・出力軸２２，２３とは別の第３の軸４１を、出力軸２３と同心に相対回転可能に配置するとともに、オルダム継手構造を利用した継手である。以下、継手４０について詳述する。
【００１５】
出力軸２３は上端部に、上開放の有底の支持孔２３ｂを開け、この支持孔２３ｂにて第３の軸４１を相対回転可能に支持したものである。
第２入力軸部２８（入力軸２２）は、第３の軸４１と対向する端部に、フランジ４２を一体に形成し、このフランジ４２と第３の軸４１の上端面４１ａ（端部）との間に、円盤状の回転盤４３を介在させたものである。
フランジ４２の面と回転盤４３の一方の面４３ａとは、図の左右方向に延びて互いに対向し合う横１列の第１連結溝４２ａ，４３ｂを形成したものである。これらの第１連結溝４２ａ，４３ｂに嵌合する第１ボール列４４を介して、入力軸２２側と回転盤４３の一方の面４３ａとは、互いに回転盤４３の径方向へスライド可能に連結したものである。
また、第３の軸４１の上端面４１ａと回転盤４３の他方の面４３ｃとは、図の表裏方向に延びて互いに対向し合う横１列の第２連結溝４１ｂ，４３ｄを形成したものである。これらの第２連結溝４１ｂ，４３ｄに嵌合する第２ボール列４５を介して、第３の軸４１側と回転盤４３の他方の面４３ｃとは、互いに回転盤４３の径方向へスライド可能に連結したものである。
【００１６】
第１連結溝４２ａ，４３ｂと第２連結溝４１ｂ，４３ｄとは、互いに直交配列したものであり、このため、第１ボール列４４と第２ボール列４５とは、互いに直交配列になる。このような連結構造により、入力軸２２と第３の軸４１とは互いに連結関係になる。第１・第２ボール列４４，４５は、１列に並べた複数のボール４６…（…は複数を示す。以下同じ。）からなる。
【００１７】
回転盤４３は他方の面４３ｃに、第１ボール列４４に平行な方向へ延びる下開放の第３連結溝４３ｅを形成し、この第３連結溝４３ｅに出力軸２３の連結ピン２３ｃを嵌合したものである。連結ピン２３ｃは、出力軸２３の偏心した部位から上方へ延びる円柱状のピンであり、例えば、出力軸２３と一体形成やねじ込みにて設ける。このため、回転盤４３と出力軸２３の偏心した部位（連結ピン２３ｃ）とは、第１ボール列４４に平行な方向にのみ相対移動可能に連結することになる。
【００１８】
図中、３６は圧縮ばね、３７はコネクタ、５１〜５５は軸受、５６はニードルベアリング、５７はスラストベアリング、５８，５９はナット、６１，６２はオイルシール、６３は調整ボルト、６４はラックガイド、Ｓは後述するウォーム軸７３の軸線である。
【００１９】
図４は図３の４−４線断面図であり、平面視において、ウォーム軸７３の軸直角方向へ且つ可動ハウジング２１の回転中心Ｏからウォーム軸７３と反対方向へ距離Ｌだけ偏心した位置に、入力軸２２（第２入力軸部２８）の回転中心Ａを設けたことを示す。
可変舵角比操舵機構１０は、駆動手段としての舵角比制御用電動機７１にてウォームギヤ機構７２を介して可動ハウジング２１を回転させることで、入力軸２２の回転中心Ａを変位させて、操舵角の割合を変えるようにしたものである。舵角比制御用電動機７１は、制御手段７（図１参照）の舵角比制御信号に応じて正・逆転する。
ウォームギヤ機構７２は、舵角比制御用電動機７１の出力軸７１ａに連結したウォーム軸７３と、ウォーム軸７３のウォーム７３ａに噛み合うホイール２５ａとからなる。ホイール２５ａは下部可動ハウジング２５の外周面の一部に形成した歯である。
【００２０】
固定ハウジング１４は、入力軸２２の変位量を検出する変位センサ７４を取付けたものである。詳しくは、変位センサ７４は、下部可動ハウジング２５の外周面に形成したカム面２５ｂの変化量を検出することにより、回転中心Ａの変位量を間接的に検出するものであり、カム面２５ｂに接した先端部７４ａが進退するポテンショメータからなる。下部可動ハウジング２５の回転角と回転中心Ａの変位量とは対応し、また、回転中心Ａの変位量とカム面２５ｂの変位量とは対応する関係にある。このため、変位センサ７４でカム面２５ｂの変化量を検出すれば、回転中心Ａの変位量を確実に検出することができる。
図中、７５は中空偏心スリーブ、７６は軸受、７７はニードルベアリング、７８はナットである。
【００２１】
図５は本発明に係るウォームギヤ機構、可動ハウジング及び入力軸の関係説明図である。
ウォーム７３ａは、車速に応じて舵角比制御用電動機７１（図４参照）で回転されるものである。ウォーム７３ａが正・逆転すると、可動ハウジング２１は回転角θの範囲で正・逆転する。回転中心Ｏと回転中心Ａとが偏心しているので、可動ハウジング２１の回転角θに対応して、回転中心ＡはＡ1〜Ａ2の範囲で変化する。すなわち、回転中心Ａは、角度Ａ1の位置から回転角θだけ時計方向に角度変位すると、角度Ａ2の位置となる。例えば、（１）高速域の車速では角度Ａ1の位置に変位し、（２）低速域の車速では角度Ａ2の位置に変位する。
なお、回転中心Ａの変位軌跡は、正確には回転中心Ｏを中心とした円弧である。しかし、回転中心Ａの径方向の変位量Ｚは、無視できる程度である。従って、以下の説明においては、回転中心Ａの変位軌跡が、この図の左右方向の直線である（回転中心Ａの径方向の変位量Ｚ＝０）として、説明する。
【００２２】
図６は図３の６−６線断面図であり、平面視において、▲１▼第１・第２ボール列４４，４５並びに第３連結溝４３ｅが、出力軸２３並びに第３の軸４１の回転中心Ｂを通って、回転盤４３の径方向へ延びていること、▲２▼第１ボール列４４と第２ボール列４５とが互いに直交配列していること、▲３▼第３連結溝４３ｅが第１ボール列４４に平行な方向（同一方向）に延びていることを示す。
【００２３】
図７は本発明に係る入力軸、継手及び出力軸の関係説明図であり、第１連結溝４２ａ，４３ｂ並びに第２連結溝４１ｂ，４３ｄを側断面視略半円状の溝とし、これら半円状の溝にボール４６…の上半部又は下半部が嵌合することを示す。
入力軸２２と回転盤４３とは第１ボール列４４を介して、平面視でＸ軸方向（図の０゜−１８０゜の方向）へ相対的にスライド可能である。また、第３の軸４１と回転盤４３とは第２ボール列４５を介して、Ｙ軸方向（図の９０゜−２７０゜の方向）へ相対的にスライド可能である。
ボール４６…が、第１連結溝４２ａ，４３ｂ内並びに第２連結溝４１ｂ，４３ｄ内を転がる構成なので、入力軸２２と回転盤４３とのスライドに伴う摩擦抵抗や、回転盤４３と第３の軸４１とのスライドに伴う摩擦抵抗は極めて小さい。
【００２４】
入力軸２２の回転中心（軸心）Ａが角度Ａ1の位置にあるとき、回転中心Ａと、出力軸２３並びに第３の軸４１の回転中心（軸心）Ｂと、連結ピン２３ｃの作用点（ピン中心）Ｃとは、Ｘ軸上に１列に配列したものである。回転中心Ａは、回転中心Ｂと作用点Ｃとの間にある。
ここで、回転中心Ａから回転中心Ｂまでの距離をｖ（偏位量ｖ）とし、回転中心Ｂから作用点Ｃまでの距離をｗ（偏位量ｗ）とする。回転中心ＡがＡ1〜Ａ2の範囲で変化するのに対して、回転中心Ｂは固定位置にある。
４７，４８は板状のボール保持器である。
【００２５】
図８（ａ）〜（ｇ）は本発明に係る継手の作用説明図である。（ａ）は継手４０の模式図であり、（ｂ）〜（ｆ）は（ａ）の平面視の作用図である。偏位量ｖが一定として説明する。
（ａ），（ｂ）は各部材が上記図７と同一の配列関係にあり、出力軸２３の回転中心Ｂと、連結ピン２３ｃの作用点Ｃと、これらのＢ，Ｃ間にある入力軸２２の回転中心ＡとがＸ軸上にあることを示す。第１連結溝４２ａ，４３ｂ（第１ボール列）はＸ軸上に延び、第２連結溝４１ｂ，４３ｄ（第２ボール列）はＹ軸上に延び、第１連結溝４２ａ，４３ｂと第２連結溝４１ｂ，４３ｄとの交点Ｄは、出力軸２３の回転中心Ｂ位置にある。
【００２６】
入力軸２２が回転すると、第１連結溝４２ａ，４３ｂと第１ボール列の連結関係により、回転盤４３が回転し、第２連結溝４１ｂ，４３ｄと第２ボール列の連結関係により、第３の軸４１が回転する。例えば、入力軸２２が図時計回り方向へ４５゜回転すると、（ｃ）のように第１・第２連結溝４１ｂ，４３ｄが同方向へ４５゜回転するので、交点Ｄは図時計回り方向へ９０゜旋回する。この結果、回転盤４３が回転中心Ａを基準に４５゜回転して、作用点Ｃを旋回させる。作用点Ｃは、回転中心Ｂを中心に図時計回り方向へ旋回する。回転中心Ａを基準とした作用点Ｃの回転角は４５゜である。
【００２７】
（ｄ）は入力軸２２が図時計回り方向へ９０゜回転したことを示す。このとき、交点Ｄは図時計回り方向へ１８０゜旋回して、回転中心Ａに重なる。作用点Ｃは、回転中心Ｂを中心に更に旋回する。回転中心Ａを基準とした作用点Ｃの回転角は９０゜である。
（ｅ）は入力軸２２が図時計回り方向へ１３５゜回転したことを示す。このとき、交点Ｄは図時計回り方向へ２７０゜旋回する。作用点Ｃは、回転中心Ｂを中心に更に旋回する。回転中心Ａを基準とした作用点Ｃの回転角は１３５゜である。
（ｆ）は入力軸２２が図時計回り方向へ１８０゜回転したことを示す。このとき、交点Ｄは図時計回り方向へ３６０゜旋回して、回転中心Ｂに戻る。作用点Ｃは、回転中心Ｂを中心に更に旋回する。回転中心Ａを基準とした作用点Ｃの回転角は１８０゜である。すなわち、作用点Ｃは回転中心Ｂを中心に１８０゜回転したことになる。
【００２８】
以上の説明を要約すると、（ｇ）に示すように、入力軸２２が図時計回り方向へ１８０゜回転したとき、交点Ｄは同方向へ３６０゜旋回する。このとき、作用点Ｃは回転中心Ｂを中心に１８０゜旋回する。この結果、出力軸２３も図時計回り方向へ１８０゜回転することになる。
【００２９】
次に、偏位量ｖの変化に伴う舵角比の変化について、図９〜図１０に基づき説明する。
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る可変舵角比操舵機構の作動原理説明図であり、高速域の車速における舵角比の変化を模式的に示す。
図９（ａ）は上記図７の構成を模式的に表したものであり、この（ａ）に示すように、高速域では入力軸の回転中心Ａが角度Ａ1の位置にある。このとき、出力軸の回転中心Ｂと、入力軸の回転中心Ａと、係合ピンの作用点Ｃとは、図左から右へこの順に一直線上に配列しており、この状態を模式的平面図として表したものが、図９（ｂ）である。すなわち、図７におけるＡ，Ｂ，Ｃの並びが図９（ｂ）のＡ，Ｂ，Ｃ（Ｃ0）の並びに相当する。
【００３０】
なお、作用点Ｃは、回転中心Ｂを中心として旋回するものであるため、右の点Ｃと左の点Ｃとで区別がつきにくい。そこで、角度０゜又は角度１８０゜を添字としたＣ0，Ｃ180を付記することで、明瞭化した。作用点Ｃが、Ｃ0を起点として図時計回り（矢印方向）に旋回することで、以下の説明を行う。
【００３１】
図９（ｂ）において、入力軸の回転角がαであるときについて考える。このとき、第１連結溝（第１ボール列）が角度αの線Ｍ1上に延びるので、第１連結溝と第２連結溝との交点Ｄは、角度αの線Ｍ1上にある。また、第２連結溝（第２ボール列）は回転中心Ｂと交点Ｄとを通る線Ｍ2上に延びる。∠ＢＤＡは常に直角であり、回転中心Ｂと交点Ｄとの距離はｕである。なお、交点Ｄは、偏位量ｖを直径とする円の軌跡Ｑ上を変位するものである。
【００３２】
作用点Ｃは常に線Ｍ1上にあるので、入力軸の回転角がαであるときに、作用点Ｃは点Ｃ0から点Ｃａへ変位することになる。点Ｃａを通りＸ軸（図の０゜−１８０゜に延びる線）と平行な線をＭ3とする。出力軸の回転角をβとすると、次の関係式が導かれる。
ｕ＝ｗ・ｓｉｎ（α−β）＝ｖ・ｓｉｎα ……(1)
であるから、出力軸の回転角βは
β＝α−ｓｉｎ-1（（ｖ／ｗ）・ｓｉｎα ……(2)
で表される。
【００３３】
作用点Ｃが点Ｃ0から点Ｃａへ角度変位したときに、入力軸の回転角はαであり、出力軸の回転角はβである。回転中心Ｂと作用点Ｃとの間に回転中心Ａがあるので、回転角βは回転角αよりも小さい（α＞β）。
ところで、回転中心Ａと回転中心Ｂとを一致させたときには、偏位量ｖは０（ｖ＝０）である。この結果、上記(2)式において、α＝βである。
このように、偏位量ｖを適宜設定すれば、入力軸の回転角αに対する出力軸の回転角βを一致させたり、不一致にさせることができる。
【００３４】
図１０は本発明に係る可変舵角比操舵機構の舵角比特性線図である。
この図は、横軸を入力軸２２の回転角（第２入力軸部２８の回転角）αとし、右の縦軸を出力軸２３の回転角βとし、左の縦軸をラック１８ａのストロークとして表したものであって、線Ｖ0，Ｖ1，Ｖ2に基づき、入力軸の回転角αに対する、出力軸の回転角βの割合並びにラック１８ａのストロークの割合を示す。
▲１▼線Ｖ0は、偏位量ｖを０にした場合の舵角比特性を示す。
（低速域の車速における舵角比特性）
▲２▼線Ｖ1，Ｖ2は、偏位量ｖを変化させた場合の舵角比特性を示す。
（高速域の車速における舵角比特性）
線Ｖ2は、偏位量ｖを最大にしたときの舵角比特性であり、線Ｖ1は偏位量ｖを０と最大の中間にしたときの舵角比特性である。
線Ｖ1，Ｖ2は、図右肩上がりの直線である線Ｖ0よりも下方に湾曲した曲線であり、この曲線は、入力軸の回転角αが概ね９０°以下において勾配が緩く、９０°を越えると勾配がきつい曲線である。しかも、フル操舵の状態（操向車輪３，３が最大操舵角の状態）では、回転角βは車速と無関係に一定である。
【００３５】
図から明らかなように、偏位量ｖを０にすれば線Ｖ0のように、入力軸の回転角αに対する出力軸の回転角βの割合、すなわち、ステアリングハンドルの操舵角に対する操向車輪の操舵角の割合（舵角比）は等しい。また、偏位量ｖを連続的に変化させることにより、舵角比を連続的に変化させることができる。従って、偏位量ｖを車速に応じて制御すれば、舵角比特性を最適条件に変化させることができる。
【００３６】
次に、入・出力軸２２，２３、第３の軸４１並びに回転盤４３の連結関係が常に円滑である理由を説明する。
図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係る継手の模式的説明図であり、（ａ）は継手４０廻りの模式的断面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
（ａ）のように、第３の軸４１の上端面４１ａに対して、第２ボール列４５を中心にしてのみ、回転盤４３が首振り可能である。また、（ｂ）のように、回転盤４３に対して、第１ボール列４４を中心にしてのみ、入力軸２２が首振り可能である。第１ボール列４４と第２ボール列４５とは平面視で直交した配置である。この結果、第３の軸４１の上端面４１ａに対して入力軸２２は、平面視で全方位に首振り可能である。
このように、継手４０はオルダム継手構造を利用したものであり、互いに直交する第１・第２ボール列４４，４５を備えているので、入力軸２２と第３の軸４１とを、互いに首振り可能に連結することができる。このため、入力軸２２と第３の軸４１との平行度が低くても、両者２２，４１の連結関係は円滑である。
【００３７】
さらには、出力軸２３と第３の軸４１とは、同心に相対回転可能に配置したものである。
（ａ）のように、回転盤４３の第３連結溝４３ｅと連結ピン２３ｃ（出力軸２３の偏心した部位）とを、第１ボール列４４に平行な方向にのみ、相対移動可能に連結した。すなわち、第３連結溝４３ｅは回転盤４３の径方向に長い溝である。第３の軸４１の上端面４１ａに対して、第２ボール列４５を中心に、回転盤４３が首振りした場合に、第３連結溝４３ｅと連結ピン２３ｃとの連結関係は変わることがなく、常に円滑である。
【００３８】
また、第３の軸４１の上端面４１ａに対して、第１ボール列４４を中心に、回転盤４３が首振りすることはない。（ｂ）のように、回転盤４３に対して第１ボール列４４を中心に、第２入力軸部２８が首振りした場合に、第３連結溝４３ｅと連結ピン２３ｃとの連結関係は変わることがなく、常に円滑である。
従って、各部品の寸法精度を高めなくても、入・出力軸２２，２３、第３の軸４１並びに回転盤４３の連結関係は円滑である。
【００３９】
なお、上記本発明の実施の形態及び変形例において、（１）可動ハウジング２１は、上部・下部可動ハウジング２４，２５を一体的に形成したものであってもよい。
（２）入力軸２２は、第１・第２入力軸部２６，２８を一体的に形成したものであってもよい。
（３）連結ピン２３ｃは、第３連結溝４３ｅと接する先端部を球状にしたり、ベアリングを設けることで、摩擦抵抗を一層低減することができる。
（４）回転盤４３と出力軸２３の偏心した部位とは、第１ボール列４４に平行な方向にのみ相対移動可能であればよく、例えば、出力軸２３に第３連結溝４３ｅを形成し、回転盤４３に連結ピン２３ｃを設けたものであってもよい。
（５）第１連結溝４２ａ，４３ｂ並びに第２連結溝４１ｂ，４３ｄは、半円状断面の他に、例えば、角断面や台形断面の溝であってもよい。
（６）第１・第２ボール列４４，４５のボール４６…の数量は複数であればよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、可変舵角比操舵装置が、入・出力軸とは別の第３の軸を出力軸と同心に相対回転可能に配置し、入力軸の端部と第３の軸の端部との間に回転盤を介在させ、この回転盤の一方の面と入力軸側とを、複数のボールからなる第１ボール列を介して、互いに回転盤の径方向へスライド可能に連結し、また、回転盤の他方の面と第３の軸側とを、第１ボール列とは直交配列した複数のボールからなる第２ボール列を介して、互いに回転盤の径方向へスライド可能に連結することにより構成した、オルダム継手構造を利用した継手によって入力軸と第３の軸とを連結し、回転盤に出力軸の偏心した部位を連結し、これら回転盤と出力軸の偏心した部位とを、第１ボール列に平行な方向にのみ相対移動可能にしたので、入力軸側の軸線と出力軸側の軸線とが非平行状態であっても、入・出力軸やこれら入・出力軸を連結する継手の各連結部分に「こじれ」が発生することがない。この結果、摩擦抵抗が小さいので、入・出力軸間をより一層円滑に連結することができる。しかも、各部品の寸法精度を高める必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用ステアリングシステムの全体構成図
【図２】本発明に係る操舵トルクセンサ付き可変舵角比操舵装置の全体構成図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】本発明に係るウォームギヤ機構、可動ハウジング及び入力軸の関係説明図
【図６】図３の６−６線断面図
【図７】本発明に係る入力軸、継手及び出力軸の関係説明図
【図８】本発明に係る継手の作用説明図
【図９】本発明に係る可変舵角比操舵機構の作動原理説明図
【図１０】本発明に係る可変舵角比操舵機構の舵角比特性線図
【図１１】本発明に係る継手の模式的説明図
【符号の説明】
１…車両用ステアリングシステム、２…ステアリングハンドル、３…操向車輪、１０…可変舵角比操舵装置、２２…入力軸、２６…第１入力軸部、２８…第２入力軸部、２３…出力軸、２３ｃ…出力軸の偏心した部位（連結ピン）、４０…継手、４１…第３の軸、４１ａ…第３の軸の端部（上端面）、４１ｂ…第２連結溝、４２…入力軸の端部（フランジ）、４２ａ…第１連結溝、４３…回転盤、４３ａ…回転盤の一方の面、４３ｂ…第１連結溝、４３ｃ…回転盤の他方の面、４３ｄ…第２連結溝、４３ｅ…第３連結溝、４４…第１ボール列、４５…第２ボール列、４６…ボール。
Claims (1)
- ステアリングハンドルから操舵トルクを受けて回転する入力軸と、操向車輪に操舵トルクを伝達する出力軸とを、互いに偏心可能に配置するとともに、出力軸に対する入力軸の偏心量を変えることにより、ステアリングハンドルの操舵角に対する操向車輪の操舵角の割合を変えるようにした可変舵角比操舵装置において、前記可変舵角比操舵装置は、前記入・出力軸とは別の第３の軸を出力軸と同心に相対回転可能に配置し、入力軸の端部と第３の軸の端部との間に回転盤を介在させ、この回転盤の一方の面と入力軸側とを、複数のボールからなる第１ボール列を介して、互いに回転盤の径方向へスライド可能に連結し、また、回転盤の他方の面と第３の軸側とを、第１ボール列とは直交配列した複数のボールからなる第２ボール列を介して、互いに回転盤の径方向へスライド可能に連結することにより構成した、オルダム継手構造を利用した継手によって入力軸と第３の軸とを連結し、前記回転盤に前記出力軸の偏心した部位を連結し、これら回転盤と出力軸の偏心した部位とを、第１ボール列に平行な方向にのみ相対移動可能にしたことを特徴とする可変舵角比操舵装置。
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