JP5281353B2

JP5281353B2 - 車両用操舵力伝達装置

Info

Publication number: JP5281353B2
Application number: JP2008254782A
Authority: JP
Inventors: 肇田中; 知也山川
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010083336A

Description

本発明は、ステアリング操作部材に入力された操舵力を転舵装置に伝達する車両用操舵力伝達装置に関する。

近年では、運転者によって操作されるステアリング操作部材に一端部が連結される操作部材側シャフトの回転位相と、車輪を転舵する転舵装置に一端部が連結される転舵装置側シャフトの回転位相との差である回転位相差を変化させつつ、操作部材側シャフトの回転を転舵装置側シャフトに伝達する回転伝達機構を備えた車両用操舵力伝達装置の開発が進められている。下記特許文献には、その回転伝達機構を備えた操舵力伝達装置の一例が記載されている。
特開平３−２２７７７２号公報特開平５−１７８２２２号公報特開平６−９２２４５号公報

上記回転伝達機構を備えた操舵力伝達装置は、その機構を備えない操舵力伝達装置と比較して、操舵力伝達装置の軸線方向に長くなる虞がある。このため、回転伝達機構を備えた操舵力伝達装置においては、回転伝達機構を備えない操舵力伝達装置と比較して、車両への搭載スペースが車両の前後方向に長くなり、車両へ搭載し難くなる。上記回転伝達機構を備えた車両用操舵力伝達装置は、未だ開発途上であり、そのような問題を始めとする種々の問題を抱え、改良の余地を多分に残すものとなっている。そのため、種々の改良を施すことによって、その操舵力伝達装置の実用性が向上すると考えられる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高い車両用操舵力伝達装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両用操舵力伝達装置は、操作部材側シャフトと、そのシャフトの回転軸線と自身の回転軸線とが平行でありかつそれら回転軸線が所定距離ズレた状態で配設された転舵装置側シャフトと、(A)操作部材側シャフトと転舵装置側シャフトとの一方である第１シャフトの回転軸線からその第１シャフトの径方向に前記所定距離より離れた位置において、その第１シャフトの本体部からその第１シャフトの径方向に立設するその第１シャフトの立設部からその第１シャフトの回転軸線の延びる方向に突出した状態でその立設部に設けられ、操作部材側シャフトと転舵装置側シャフトとの他方である第２シャフトの他端部と係合する第１シャフトの係合部と、(B)その第２シャフトの他端部においてその第２シャフトの径方向に延びるようにして設けられ、第１シャフトの係合部を係合させるとともに、その係合部の第２シャフトの径方向における移動を許容する案内通路とを含んで構成され、操作部材側シャフトの回転を、回転位相差を変化させつつ、転舵装置側シャフトに伝達する回転伝達機構とを備えた操舵力伝達装置であって、第１シャフト本体部の第２シャフト側の端が、第１シャフトの回転軸線および第２シャフトの回転軸線である回転軸線方向において、第２シャフトの第１シャフト側の端よりも第２シャフトの一端部寄りに位置するように構成される。

本発明の車両用操舵力伝達装置は、操作部材側シャフトと転舵装置側シャフトとの一方の本体部の端部と、操作部材側シャフトと転舵装置側シャフトとの他方の端部とが、上記回転軸線方向において重なり合う構造とされている。したがって、本発明の車両用操舵力伝達装置によれば、装置の回転軸線方向の長さを短縮することが可能となり、車両への搭載のし易さ、つまり、車両への搭載性を向上させることが可能となる。このような利点から、本発明の装置によれば、回転伝達機構を備えた操舵力伝達装置の実用性を高くすることが可能となる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、請求項１に（３）項に記載の技術的特徴を付加したものが請求項２に、請求項２に（４）項および（５）項に記載の技術的特徴を付加したものが請求項３に、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに（７）項に記載の技術的特徴を付加したものが請求項４に、それぞれ相当する。

（１）運転者によって操作されるステアリング操作部材に一端部が連結され、回転可能に配設された操作部材側シャフトと、
車輪を転舵する転舵装置に一端部が連結され、前記操作部材側シャフトの回転軸線と自身の回転軸線とが平行でありかつそれら回転軸線が所定距離ズレた状態で回転可能に配設された転舵装置側シャフトと、
(A)前記操作部材側シャフトと前記転舵装置側シャフトとの一方である第１シャフトの回転軸線からその第１シャフトの径方向に前記所定距離より離れた位置において、その第１シャフトに設けられ、前記操作部材側シャフトと前記転舵装置側シャフトとの他方である第２シャフトの他端部と係合する前記第１シャフトの係合部と、(B)その第２シャフトの他端部においてその第２シャフトの径方向に延びるようにして設けられ、前記第１シャフトの係合部を係合させるとともに、その係合部の前記第２シャフトの径方向における移動を許容する案内通路とを含んで構成され、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの一方の回転によって、その第１シャフトの回転位相とその第２シャフトの回転位相との差である回転位相差を変化させつつ、他方が回転するように構成された回転伝達機構と
を備えた車両用操舵力伝達装置であって、
前記第１シャフトが、
その第１シャフトの本体部である第１シャフト本体部と、
その第１シャフト本体部の前記第２シャフト側の端から前記第１シャフトの回転軸線および前記第２シャフトの回転軸線の延びる方向である回転軸線方向において前記第２シャフトから離れる方向にシフトした位置において、前記第１シャフト本体部に前記第１シャフトの径方向に立設された立設部と、
その立設部から前記回転軸線方向における前記第２シャフト側に突出した状態で、前記第１シャフトの回転軸線からその第１シャフトの径方向に前記所定距離より離れた位置において前記立設部に設けられた突出部と
を有し、
前記第２シャフトが、
その第２シャフトの本体部である第２シャフト本体部と、
その第２シャフト本体部の前記第１シャフト側の端においてその第２シャフト本体部と一体的に設けられ、その第２シャフト本体部よりも第２シャフトの径方向に突出するとともに自身の一端面がその第２シャフトの前記第１シャフト側の端面を構成する鍔部と、
その鍔部の一端面に開口するとともに、前記第２シャフトの径方向に延びる溝と
を有し、
前記突出部が、前記鍔部の一端面に形成された前記溝に、その溝の開口を超えて係合することで、前記突出部が前記係合部として機能するとともに、前記溝が前記案内通路として機能し、
当該車両用操舵力伝達装置が、
前記第１シャフト本体部の前記第２シャフト側の端が、前記回転軸線方向において、前記第２シャフトの前記第１シャフト側の端よりも前記第２シャフトの一端部寄りに位置する構造とされた車両用操舵力伝達装置。

上記回転伝達機構は、上記２本のシャフトの一方に立設された立設部から回転軸線方向に突出した状態でその立設部に設けられた突出部が他方の端部に形成された溝に係合する構造とされている。このような構造の回転伝達機構においては、突出部を円筒形状とし、その円筒形状の突出部を回転可能に立設部に設けることで、突出部を溝内で円滑に転動させることが可能となり、円滑な回転伝達が期待される。ただし、このような回転伝達機構を備えた操舵力伝達装置においては、第２シャフトに鍔部を設けるとともに、第１シャフトには回転軸線方向に突出する突出部を設ける必要があり、回転伝達機構を備えない操舵力伝達装置と比較して、操舵力伝達装置の軸線方向に長さ、つまり全長が長くなる虞がある。操舵力伝達装置の車両への搭載スペースは限られており、装置の全長が長くなれば、車両へ搭載し難くなる。

また、操舵力伝達装置が、転舵力を助勢するための助勢装置、いわゆるパワーステアリング装置を備えている場合があり、パワーステアリング装置の多くは、上記２本のシャフトのいずれかがトーションバーを含む２つ以上のパーツに分けられ、そのトーションバーの捩れ量に応じた大きさの転舵助勢力を発生させる構造とされている。トーションバーの強度に配慮すると、トーションバーはある程度の長さが必要であるため、そのトーションバーを備えたシャフトを回転軸線方向に短くすることは望ましくない。このため、回転伝達機構を備えた操舵力伝達装置においては、各シャフトの長さを短くすることなく、操舵力伝達装置の全長を短くすることが望ましい。

以上のことに鑑み、本項に記載の態様の操舵力伝達装置においては、それら２本のシャフトの一方のシャフト本体部の端部と他方の端部とが上記回転軸線方向において重なり合うように、それら２本のシャフトを配設している。したがって、本項に記載の態様の操舵力伝達装置によれば、各シャフトの長さを短くすることなく、操舵力伝達装置の全長を短くすることが可能となり、車両への搭載性を向上させることが可能となる。

本項に記載された「回転伝達機構」は、２本のシャフトの回転位相差を変化させるものであることから、操作部材側シャフトの回転角と転舵装置側シャフトの回転角との差が変化する。具体的に言えば、後に詳しく説明するが、例えば、２本のシャフトの回転角差（回転位相差）の無い状態の操作部材側シャフトの回転角である特定回転角から操作部材側シャフトが回転すると、操作部材側シャフトが１８０°回転するまでは、転舵装置側シャフトは、操作部材側シャフトの回転角より小さい回転角しか回転しない。そして、操作部材側シャフトが１８０°回転すると、転舵装置側シャフトも１８０°回転し、２本のシャフトの回転角の差がなくなる。つまり、操作部材側シャフトが特定回転角からもう１つの特定回転角である１８０°まで回転する際に、回転角差が０から増加し、途中から減少して０に到るのである。このように、２本のシャフトが回転する場合のギヤ比、つまり、操作部材側シャフトの回転速度に対する転舵装置側シャフトの回転速度の比は、操作部材側シャフトが特定回転角から１８０°まで回転するにつれて大きくなる。このため、前者の特定の回転角が、ステアリング操作部材が車輪の転舵中立位置に対応する位置、つまり、中立操作位置にあるときの状態での操作部材側シャフトの回転角である場合には、ステアリング操作部材の操作角が小さい場合においては、穏やかで安定感のあるハンドリングが実現され、ステアリング操作部材の操作角が大きくなるにつれて、レスポンスの良いハンドリングが実現されるのである。つまり、本項に記載された「操舵力伝達装置」を搭載した車両においては、電磁モータ等のアクチュエータに依拠してステアリング操作部材の操作量に対する車輪の転舵量を変更するステアリングシステム、いわゆる操舵転舵比可変ステアリングシステム（ＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio Steering））等を搭載することなく、ステアリング操作部材の操作フィーリングを上述したように変化させることができるのである。

本項に記載の「立設部」は、第１シャフト本体部の外周面の一部に第１シャフトの径方向に立設されるものであってもよく、第１シャフト本体部の外周面の全周にわたって第１シャフトの径方向に立設されるもの、具体的に言えば、例えば、円環状のフランジ部であってもよい。また、本項に記載の「鍔部」は、第２シャフト本体部の外周面の一部から第２シャフトの径方向に突出するものであってもよく、第２シャフト本体部の外周面の全周にわたって第２シャフトの径方向に突出するもの、具体的に言えば、例えば、円環状の鍔部であってもよい。なお、転舵装置側シャフトの一端部と転舵装置との連結、若しくは、操作部材側シャフトの一端部と操作部材との連結は、それらが直接的に連結されるものであってもよく、それらの間にイタミディエイトシャフト，ユニバーサルジョイント等を介して連結されるものであってもよい。

（２）前記溝が、
それぞれが前記突出部の移動が許容される方向に平行に延びかつ互いに向かい合うように配置されてその溝を区画し、その突出部を挟むことによってその突出部の前記第２シャフトの周方向における変位を規制する１対の側壁面を有する(1)項に記載の車両用操舵力伝達装置。

本項に記載の態様の操舵力伝達装置においては、溝の構造が具体的に限定されている。本項に記載の装置によれば、突出部を第２シャフトの回転に伴ってそのシャフトの径方向へ案内することが可能となる。

（３）前記第２シャフトが、前記鍔部の前記一端面に開口する凹所を有し、
その凹所内に、前記第１シャフト本体部の前記第２シャフト側の端部が収容されていることで、前記第１シャフト本体部の前記第２シャフト側の端が、前記回転軸線方向において、前記第２シャフトの前記第１シャフト側の端よりも前記第２シャフトの一端部寄りに位置する構造とされた(1)項または(2)項に記載の車両用操舵力伝達装置。

本項に記載の装置においては、第２シャフトが一端面に開口する空洞を有しており、その空洞内に第１シャフト本体部が収容されている。本項に記載の装置によれば、操舵力伝達装置の全長を、第１シャフト本体部の空洞内に収容された部分の軸線方向の長さに相当する分短くすることが可能となる。

（４）前記溝が、前記第２シャフトの回転軸線に近い一端である基端において、前記凹所に開口する構造とされた(3)項に記載の車両用操舵力伝達装置。

（５）前記第２シャフトが、
前記凹所の深さと前記溝の深さとが同じである構造とされた(4)項に記載の車両用操舵力伝達装置。

上記２つの項に記載の操舵力伝達装置においては、溝および凹所の構造が具体的に限定されている。上記２つの項の装置によれば、溝および凹所の構造を簡素化することが可能となり、溝および凹所の第２シャフトへの形成に有利である。

（６）前記溝が、
それぞれが前記突出部の移動が許容される方向に平行に延びかつ互いに向かい合うように配置されてその溝を区画し、その突出部を挟むことによってその突出部の前記第２シャフトの周方向の変位を規制する１対の側壁面を有し、
前記突出部が、
外周面が前記１対の側壁面によって挟まれた状態で前記溝内を転動するローラを有する(1)項ないし(5)項のいずれか１つに記載の車両用操舵力伝達装置。

本項に記載の操舵力伝達装置においては、突出部の構造が具体的に限定されている。本項に記載の装置においては、各シャフトの回転角にかかわらず、突出部をガタつきなく１対の側壁面に沿って移動させることが可能となる。したがって、本項に記載の装置によれば、操作部材側シャフトの回転を円滑に転舵装置側シャフトに伝達することが可能となる。

（７）前記第１シャフト本体部が、前記第１シャフトの回転軸線に沿って延びる空間を有する中空状に形成されるとともに、
前記第１シャフトが、
前記空間に配設され、一端部が前記第１シャフト本体部の前記第２シャフト側の端部によって回転不能に保持され、前記第１シャフトに加わる回転力によって捩られるトーションバーを有し、
当該車両用操舵力伝達装置が、前記トーションバーの捩れ量に応じた大きさの転舵助勢力を発生させる助勢装置を備えた(1)項ないし(6)項のいずれか１つに記載の車両用操舵力伝達装置。

本項に記載の装置においては、いわゆるパワーステアリング装置が備えられている。パワーステアリング装置を備えた操舵力伝達装置においては、操作部材側シャフトと転舵装置側シャフトとのいずれかにトーションバーが同軸的に接続され、そのトーションバーの捩れ量に応じた大きさの転舵助勢力が発生させられる場合がある。トーションバーの強度に配慮すると、トーションバーの長さはある程度必要である。このため、トーションバーを備えたシャフトを短くすることは望ましくない。したがって、それら２本のシャフトを回転軸線方向において重ねあうようにすれば操舵力伝達装置の全長をコンパクトにすることが可能となり、シャフトを短くすることなく操舵力伝達装置の全長を短くすることが可能となる。このため、本項に記載の操舵力伝達装置では、２本のシャフトの重ね合わせの効果が充分に活かされる。

（８）前記第１シャフトが前記転舵装置側シャフトであり、前記第２シャフトが前記操作部材側シャフトである(7)項に記載の車両用操舵力伝達装置。

上記助勢装置による転舵助勢力は相当に大きいため、回転伝達機構を構成する係合部等への負荷を考慮すれば、転舵助勢力が回転伝達機構に入力されることは望ましくない。本項に記載の装置においては、転舵助勢力が回転伝達機構に入力されないため、本項に記載の装置によれば、回転伝達機構への負荷を軽減することが可能となり、回転伝達機構の耐久性を向上させることが可能となる。

以下、請求可能発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本請求可能発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

＜車両用ステアリングシステムの全体構成＞
図１に、実施例の車両用操舵力伝達装置を備えたステアリングシステムの全体構成を示す。本ステアリングシステムは、運転者によって操作されるステアリング操作部材としてのステアリングホイール１０と、一端部においてステアリングホイール１０を保持する操舵力伝達装置１２と、車輪を転舵する転舵装置１４と、操舵力伝達装置１２と転舵装置１４との間に位置するインタミディエイトシャフト（以下、「Ｉ／Ｍシャフト」と略す場合がある）１６とを含んで構成されている。さらに、Ｉ／Ｍシャフト１６の一端部と操舵力伝達装置１２の備える出力シャフト１８とは、ユニバーサルジョイント２０によって連結され、Ｉ／Ｍシャフト１６の他端部と転舵装置１４の備える入力シャフト２２の一端部とは、もう１つのユニバーサルジョイント２４によって連結されている。

本システムは、図１において右側、つまり、ステアリングホイール１０側が車両後方を、左側、つまり、転舵装置１４側が車両前方を向くように配設されており、Ｉ／Ｍシャフト１６は、車室とエンジン室とを区画するダッシュパネル２６に設けられた穴を通るようにして配設されており、Ｉ／Ｍシャフト１６のその穴を通る部分はブーツ２８に被われている。

転舵装置１４は、入力シャフト２２と、外殻部材としてのハウジング３０と、車輪を転舵するための転舵ロッド３２とを備えており、その転舵ロッド３２は、それの軸線方向に移動可能にそのハウジング３０に保持されるとともに、車幅方向に延びるように配設されている。転舵ロッド３２は、それの両端部が、左右の前輪の各々を保持するステアリングナックル（図示省略）に連結されている。また、入力シャフト２２は、ハウジング３０に回転可能に保持され、そのハウジング３０内において、転舵ロッド３２と係合している。入力シャフト２２の車両前方側の端部にはピニオン（図示省略）が形成されており、転舵ロッド３２の軸線方向における中間部に形成されたラック（図示省略）がそのピニオンと噛合することで、転舵ロッド３２と入力シャフト２２とが係合しているのである。

操舵力伝達装置１２は、いわゆるステアリングコラムとして構成されたものであり、インパネリインフォースメント３４に設けられたステアリングサポート３６において、車体の一部に固定支持される。操舵力伝達装置１２は、支持された状態では、図に示すように、車両前方側が下方に位置するように傾斜した姿勢で配置されることになる。操舵力伝達装置１２には、それの前方部に前方ブラケット３８が設けられるとともに、その前方ブラケット３８より車両後方側にブレークアウェイブラケット（以下、「Ｂ.Ａ.ＢＫＴ」と略す場合がある）４０が設けられており、それら前方ブラケット３８とＢ.Ａ.ＢＫＴ４０との各々が、ステアリングサポート３６に取り付けられることで、操舵力伝達装置１２は、２箇所において支持される。支持された操舵力伝達装置１２は、後方に位置する部分がインパネ４２から車両後方側に突出する状態とされ、その突出する後端部に、ステアリングホイール１０が取り付けられている。操舵力伝達装置１２のインパネ４２から突出する部分は、コラムカバー４４によって覆われ、また、下部は、インパネロアカバー４６によってカバーされる。

図２に、操舵力伝達装置１２の側面断面図を示す。操舵力伝達装置１２は、大きくは、ステアリングホイール１０を保持するとともに軸線方向に伸縮可能とされたコラムセクション５０と、電動式パワーステアリング機能を実現する主体となるＥＰＳセクション５２とに区分することができ、それら２つのセクション５０，５２が一体化されたものとなっている。以下、それら各セクションについて、順に説明する。

コラムセクション５０は、ステアリングホイール１０を車両後方側の端部において保持する操作部材側シャフトとしてのメインシャフト５４と、そのメインシャフト５４を挿通させた状態で回転可能に保持するハウジングとしてのコラムチューブ５６とを含んで構成されている。メインシャフト５４は、車両後方側つまり上方側に位置させられるアッパシャフト５８と、車両前方側つまり下方側に位置させられるロアシャフト６０とを含んで構成されている。アッパシャフト５８はパイプ状に、ロアシャフト６０はロッド状に形成され、アッパシャフト５８の前方部にロアシャフト６０の後方部が挿入されている。アッパシャフト５８とロアシャフト６０とはスプライン嵌合されており、アッパシャフト５８とロアシャフト６０とは、回転軸線方向に相対移動可能かつ相対回転不能な状態で接続されている。つまり、メインシャフト５４は、回転軸線方向に伸縮可能な構造とされている。なお、ロアシャフト６０は、それの後方側のシャフト本体部６２と、そのシャフト本体部６２の前方側のそのシャフト本体部６２の外径より大きな外径の鍔部としての円形フランジ部６４とから構成されており、その円形フランジ部６４において、後に説明するＥＰＳセクション５２に連結されている。なお、本操舵力伝達装置１２では、ロアシャフト６０のシャフト本体部６２とアッパシャフト５８とによって、メインシャフト５４のシャフト本体部が構成されている。

コラムチューブ５６は、車両後方側（上方）に位置させられるアッパチューブ６６と、車両前方側（下方）に位置させられるロアチューブ６８とを含んで構成されている。アッパアチューブ６６およびロアチューブ６８は、ともに筒状のものであり、第１筒部材としてのアッパチューブ６６の前方部に第２筒部材としてのロアチューブ６８の後方部が嵌入されている。ロアチューブ６８は、段付形状とされており、それの後方の部分においてアッパチューブ６６の内径より小さな外径の小径部７０と、前方の部分においてアッパチューブ６６の内径より大きな外形の大径部７２と、小径部７０と大径部７２とをつなぐ段差部７４とを有している。ロアチューブ６８の小径部７０とアッパチューブ６６との間には、図示を省略するライナが設けられており、このライナを介することによって、ロアチューブ６８がアッパチューブ６６にがたつきなく嵌入されるとともに、アッパチューブ６６とロアチューブ６８との回転軸線方向の相対移動を容易ならしめている。つまり、コラムチューブ５６は、回転軸線方向に伸縮可能な構造とされている。

また、アッパチューブ６６の後端部とロアチューブ６８の前端部とには、それぞれ、ラジアルベアリング７６，７８が設けられ、コラムチューブ５６は、それらベアリング７６，７８を介して、メインシャフト５４を回転可能に保持している。このような構造とされていることで、コラムセクション５０は、メインシャフト５４の回転を担保しつつ、伸縮可能とされているのである。

図３に、ＥＰＳセクション５２の側面断面図を示す。ＥＰＳセクション５２は、ステアリングホイール１０に加えられた操作力を転舵装置１４に対して出力するための出力シャフト１８と、動力源としての電磁モータ８０を有してそのモータ８０によって出力シャフト１８の回転出力を助勢する助勢装置８２と、出力シャフト１８を回転可能に保持するとともに助勢装置８２を収容するＥＰＳハウジング８４とを含んで構成されている。出力シャフト１８は、出力側シャフト８６，入力側シャフト８８，トーションバー９０の３つが一体化されたものとして構成されている。出力側シャフト８６は、ＥＰＳハウジング８４の車両前方側から延出しており、その延出する部分において、ユニバーサルジョイント２０を介して、Ｉ／Ｍシャフト１６に接続され、転舵装置１４へ回転を出力する。

出力側シャフト８６は、中空構造とされており、その出力側シャフト８６の車両後方側の部分に入力側シャフト８８が挿入している。出力側シャフト８６の内周面と入力側シャフト８８の外周面との間には、軸受９２が介在させられており、出力側シャフト８６と入力側シャフト８８とは相対回転可能とされている。入力側シャフト８８は、車両前方側の端面に開口して回転軸線方向に延びる有底穴を有している。トーションバー９０の一端部は、その有低穴の底部にピン９４によって固定されており、また、トーションバー９０のもう一方の端部は、出力側シャフト８６を回転軸線方向に貫通する貫通穴の前方側の端部にピン９６によって固定されている。このような構成により、出力シャフト１８は、トーションバー９０の捩りを許容し、その分だけ自身も捩じられるものとされているのである。また、出力側シャフト８６は、その外周において２つのラジアルベアリング９８，１００を介してＥＰＳハウジング８４に回転可能に保持され、入力側シャフト８８は、その外周においてニードルベアリング１０２を介してＥＰＳハウジング８４に回転可能に保持されている。

助勢装置８２は、上記電磁モータ８０と、その電磁モータ８０のモータ軸に連結されたウォーム１０４と、そのウォーム１０４に噛合させられるウォームホイール１０６とを含んで構成されている。そのウォームホイール１０６は、出力シャフト１８の出力側シャフト８６に固定されており、出力側シャフト８６に対して相対回転不能とされている。このような構造により、電磁モータ８０によってウォーム１０４に回転力が付与され、ウォームホイール１０６に回転力が付与される。つまり、助勢装置８２は、電磁モータ８０によって出力シャフト１８の回転出力が助勢されて、車輪の転舵を助勢する転舵助勢力（「操舵助勢力」と言うこともできる）を発生させる構造とされている。

また、ＥＰＳセクション５２は、回転角センサ１０８を備えている。回転角センサ１０８は、トーションバー９０の車両前方部が固定される出力側シャフト８６の回転角度位置と、トーションバー９０の車両後方部が固定される入力側シャフト８８の回転角度位置との差である相対回転変位量を検出するためのデバイスとされている。２本のシャフト８６，８８の相対回転変位量に基づいて操舵トルクを推定することが可能であり、その操舵トルクの大きさに応じた転舵助勢力を発生させるように電磁モータ８０の作動が制御される。

また、出力シャフト１８は、メインシャフト５４の回転軸線と自身の軸線とが平行であり、かつ、それら回転軸線が所定量ズレた状態で配設されており、メインシャフト５４の車両前方側の端部に連結されている。詳しく言えば、メインシャフト５４を構成するロアシャフト６０は、円形フランジ部６４の前方側の端面に開口する凹所１１４を有しており、その凹所１１４内に出力シャフト１８を構成する入力側シャフト８８の後方側の端部が収容されている。凹所１１４内に収容された入力側シャフト８８の後方側の端部より前方側のそのシャフト８８の部分には、円環状の円環プレート１１６が固定的に嵌合されており、入力側シャフト８８に立設される立設部として機能している。その円環プレート１１６の後方側の端面とロアシャフト６０の円形フランジ部６４の前方側の端面とは、小さな間隔をあけて向かい合っている。

円環プレート１１６には、回転軸線方向に延びる貫通穴が形成されており、その貫通穴にピン１１８が固定的に嵌入されている。そのピン１１８は、円環プレート１１６から車両後方側に突出しており、そのピン１１８の突出する部分には、ニードルベアリング１２０を介して、円筒形状のローラ１２２が設けられている。本操舵力伝達装置１２においては、ピン１１８，ニードルベアリング１２０，ローラ１２２とによって、円環プレート１１６から入力側シャフト８８の回転軸線の延びる方向に突出する突出部が構成されており、その突出部と出力シャフト１８と円環プレート１１６とによって、第１シャフトとしての転舵装置側シャフトが構成されているのである。その転舵装置側シャフトのシャフト本体部は、入力側シャフト８８と出力側シャフト８６とによって構成されている。ちなみに、操作部材側シャフトとしてのメインシャフト５４は、第２シャフトとして機能している。

円形フランジ部６４の前方側の端面には、円環プレート１１６から後方側に突出するローラ１２２と対向する位置に溝１２４が形成されている。その溝１２４は、図３のＡ−Ａ’断面図である図４に示すように、凹所１１４からその円形フランジ部６４の径方向に延びるように形成されており、その溝１２４の幅は、ローラ１２２の外径より僅かに大きくされている。その溝１２４にローラ１２２が係合することで、入力側シャフト８８、つまり、出力シャフト１８が、メインシャフト５４を構成するロアシャフト６０に連結されている。ちなみに、円形フランジ部６４に形成された凹所１１４と溝１２４とは、互いに同じ深さとされている。なお、本操舵力伝達装置１２では、ピン１１８，ニードルベアリング１２０，ローラ１２２とによって構成される突出部が、係合部として機能している。

運転者によってステアリングホイール１０が回転操作されると、メインシャフト５４が自身の回転軸線回りに回転する。その際、ロアシャフト６０の円形フランジ部６４に形成された溝１２４に係合するローラ１２２は、溝１２４の有する１対の側壁面１２６によってそのロアシャフト６０の周方向への変位が規制されるとともに、その溝１２４によってそのシャフト６０の径方向への移動が許容される。つまり、１対の側壁面１２６が１対の案内面として機能し、溝１２４が案内通路として機能するのである。ロアシャフト６０の回転に伴って、ローラ１２２が溝１２４内を移動させられる際に、そのロアシャフト６０の回転力が、ローラ１２２，ピン１１８，円環プレート１１６等を介して、入力側シャフト８８に伝達されて、その入力側シャフト８８が自身の回転軸線回りに回転するのである。つまり、操舵力伝達装置１２は、ロアシャフト６０の回転軸線回りの回転を、自身の回転軸線がロアシャフト６０の回転軸線からずれて配設された入力側シャフト８８に伝達する回転伝達機構を備えるものとされてる。上述のような構造によって、操舵力伝達装置１２は、ステアリングホイール１０に入力された操舵力を、インタミディエイトシャフト１６等を介して転舵装置１４に伝達するのである。なお、本操舵力伝達装置１２では、その回転伝達機構は、溝１２４，ローラ１２２，ピン１１８，ニードルベアリング１２０を含んで構成されている。

操舵力伝達装置１２は、ＥＰＳセクション５２の前方端部と、コラムセクション５０のアッパチューブ６６とにおいて、車体の一部に取り付けられている。ＥＰＳセクション５２のＥＰＳハウジング８４には、先に説明した前方ブラケット３８が固定的に設けられており、この前方ブラケット３８には、軸挿通穴１３０が設けられている。ステアリングサポート３６には、軸穴１３２が穿設された軸受部材１３４が固定されており、前方ブラケット３８の軸挿通穴１３０と軸受部材１３４の軸穴１３２とに、支持軸１３６が挿通されることで、操舵力伝達装置１２は、その支持軸１３６を中心に揺動可能に支持される。

一方、コラムセクション５０は、Ｂ.Ａ.ＢＫＴ４０に保持され、そのＢ.Ａ.ＢＫＴ４０がステアリングサポート３６に取り付けられている。詳しく説明すれば、図５に示すように、Ｂ.Ａ.ＢＫＴ４０は、アッパチューブ６６に固定された被保持部材１４０を保持する保持部材１４２と、その保持部材１４２に固定されてステアリングサポート３６に取り付けられる取付プレート１４４とを有しており、その取付プレート１４４に設けられたスロット１４６を利用してステアリングサポート３６に締結されている。被保持部材１４０，保持部材１４２には、それぞれ長穴１４８，１５０が穿設され、それらにはロッド１５２が貫通しており、図では省略するが、そのロッド１５２を利用して保持部材１４２が被保持部材１４０を挟持するようにされている。この挟持力によって、アッパチューブ６６の変位が禁止される構造とされている。操作レバー１５４を操作することによって、その挟持力を弱めることが可能とされており、挟持力が弱められた状態では、ロッド１５２の長穴１４８に沿った移動が許容されることで、アッパチューブ６６のロアチューブ６８に対する軸線方向の移動が、アッパシャフト５８のロアシャフト６０に対する軸線方向の移動とともに許容され、コラムセクション５０の伸縮が許容される。また、ロッド１５２の長穴１５０に沿った移動が許容されることで、前方ブラケット３８に挿通された支持軸１３６を中心とした操舵力伝達装置１２の揺動が許容されることになる。つまり、本操舵力伝達装置１２は、そのような構造のチルト・テレスコピック機構１５６を備えているのである。

車両の衝突に起因して運転者がステアリングホイール１０に二次衝突した場合には、Ｂ.Ａ.ＢＫＴ４０がステアリングサポート３６から離脱するとともに、コラムセクション５０が収縮させられる。本操舵力伝達装置１２には、二次衝突の衝撃を吸収する衝撃吸収機構１５７が設けられており、ステアリングコラム５６の収縮に伴ってＥＡプレート１５８が変形させられることによって、二次衝突の衝撃が効果的に吸収される。

＜回転伝達機構の機能＞
本操舵力伝達装置１２においては、互いの軸線が平行にズレた状態で配設された２本のシャフト６０，８８が、上記回転伝達機構によって連結されていることから、ロアシャフト６０の回転位相と入力側シャフト８８の回転位相とがズレて、それら２本のシャフト６０，８８の回転位相の差である回転位相差が変化するものとされている。以下に、具体的に図を用いて説明する。

図６に、ロアシャフト６０の円形フランジ部６４とその円形フランジ部６４に連結される入力側シャフト８８とその円形フランジ部６４に形成された溝１２４に係合するローラ１２２との断面図（図３のＡ−Ａ’断面図に相当する）を示す。図６（ａ）は、ステアリングホイール１０が車輪の転舵中立位置に対応する位置、つまり、中立操作位置にあるときの状態を、図６（ｂ）は、ステアリングホイール１０が中立操作位置から左旋回方向に９０゜回転操作された位置にあるときの状態を、図６（ｃ）は、ステアリングホイール１０が中立操作位置から右旋回方向に９０゜回転操作された位置にあるときの状態を、図６（ｄ）は、ステアリングホイール１０が中立操作位置から右、若しくは左旋回方向に１８０゜回転操作された位置にあるときの状態を、それぞれ示している。

図から解るように、ステアリングホイール１０が中立操作位置から右、若しくは左旋回方向に９０゜回転操作された場合には、ロアシャフト６０は自身の回転軸線を中心に９０°回転するが、入力側シャフト８８は自身の回転軸線を中心に９０°までは回転せずに、入力側シャフト８８の回転角は９０°未満となる。そして、ステアリングホイール１０が、さらに回転操作されて、中立操作位置から右、若しくは左旋回方向に１８０゜回転操作された場合に、ロアシャフト６０および入力側シャフト８８は共に１８０°回転する。ロアシャフト６０の回転角αと入力側シャフト８８の回転角βとの関係は、図７に示すように、ステアリングホイール１０が中立操作位置から１８０°未満回転操作される場合には、入力側シャフト８８の回転角βはロアシャフト６０の回転角αより小さく、ステアリングホイール１０が中立操作位置から１８０°回転操作されると、入力側シャフト８８の回転角βがロアシャフト６０の回転角αと同じとなる。つまり、ロアシャフト６０の回転位相が、ロアシャフト６０の回転位相と入力側シャフト８８の回転位相とが一致する特定回転位相となる場合、具体的にいえば、ロアシャフト６０の回転角αが０°若しくは１８０°となる場合には、各回転角α，βがともに同じとなり、回転位相差は０となる。一方、ロアシャフト６０の回転角αが０°から１８０°に変化する間に、回転位相差は徐々に増加し、ある回転角からは逆に、徐々に減少し、０となるのである。この場合の２本のシャフト６０，８８のギヤ比（ｄβ／ｄα）、つまり、ロアシャフト６０の回転速度（ｄα／ｄｔ）に対する入力側シャフト８８の回転速度（ｄβ／ｄｔ）の比（ｄβ／ｄα）は、図８に示すように、ロアシャフト６０の回転角αに応じて変化する。

図から解るように、ロアシャフト６０の回転角αが０°の場合には、ギヤ比（ｄβ／ｄα）は最も小さく、ロアシャフト６０の回転角αが大きくなるにつれてギヤ比（ｄβ／ｄα）は大きくなる。つまり、本操舵力伝達装置１２においては、ステアリングホイール１０の操作角が小さい場合においては、穏やかで安定感のあるハンドリングが実現され、ステアリングホイール１０の操作角が大きくなるにつれて、レスポンスの良いハンドリングが実現されるのである。なお、本システムにおいては、ステアリングホイール１０の操作範囲が、図示を省略する操作範囲制限機構によって、中立操作位置から左右約１８０゜に制限されている。

ちなみに、図８の縦軸に示されているｅは、ローラ１２２が溝１２４に係合する位置の入力側シャフト８８の回転軸線からのオフセット量Ｌ（図４）に対する入力側シャフト８８の回転軸線とロアシャフト６０の回転軸線とのズレ量ｄ（図４）の比率であり、ステアリングホイール１０の操作フィーリングを左右するものとなっている。

また、ステアリングホイール１０操作時に、入力側シャフト８８がロアシャフト６０の円形フランジ部６４の内周面に干渉しないように、円形フランジ部６４の内径が設定されている。具体的に言えば、図６（ａ）に相当する図９（ａ）に示すように、円形フランジ部６４の内径Ｒ₁の１／２が、入力側シャフト８８の外径Ｒ₂の１／２と２本のシャフト６０，８８の回転軸線のズレ量ｄとの合計した値より大きくなるようされている。つまり、円形フランジ部６４の内径Ｒ₁が、以下の数式を満たすように設定されている。
Ｒ₁＞Ｒ₂＋２＊ｄ
本操舵力伝達装置１２においては、このように円形フランジ部６４の内径Ｒ₁が設定され、ステアリングホイール１０操作時の入力側シャフト８８と円形フランジ部６４の内周面との干渉が防止されている。

また、ステアリングホイール１０操作時に、ローラ１２２がロアシャフト６０の円形フランジ部６４の外周面から突出しないように、円形フランジ部６４の外径が設定されている。具体的に言えば、図６（ｄ）に相当する図９（ｂ）に示すように、円形フランジ部６４の外径Ｒ₃の１／２が、ローラ１２２の外径Ｒ₄の１／２と２本のシャフト６０，８８の回転軸線のズレ量ｄとローラ１２２のオフセット量Ｌとの合計した値より大きくなるようされている。つまり、円形フランジ部６４の外径Ｒ₃が、以下の数式を満たすように設定されている。
Ｒ₃＞Ｒ₄＋２＊（ｄ＋Ｌ）
本操舵力伝達装置１２においては、このように円形フランジ部６４の外径Ｒ₃が設定され、ステアリングホイール１０操作時のローラ１２２の円形フランジ部６４の外周面からの突出が防止されている。

＜本操舵力伝達装置と他の操舵力伝達装置との比較＞
上記操舵力伝達装置１２においては、転舵装置側シャフトのシャフト本体部を構成する入力側シャフト８８の車両後方側の端が、出力シャフト１８の回転軸線およびメインシャフト５４の回転軸線の延びる方向である回転軸線方向において、操作部材側シャフトとしてのメインシャフト５４の車両前方側の端より車両後方側に位置している。このようにメインシャフト５４と出力シャフト１８とを配設するのに対して、出力シャフトのシャフト本体部の後方側の端とメインシャフトの前方側の端とが小さな間隔をあけて向かい合うように、それら２本のシャフトを配設した場合を考える。そのように２本のシャフトが配設された操舵力伝達装置１７０を、比較例として、図１０（ａ）に示す。

図１０（ａ）に示す操舵力伝達装置１７０においては、出力シャフト１７２を構成する入力側シャフト１７３が、車両後方側の端において、円環状の円環プレート１７４に固定的に嵌合されている。その円環プレート１７４には、車両後方側に突出するピン１７６が固定的に設けられており、そのピン１７６の突出する部分には、ニードルベアリング１７８を介して、ローラ１８０が設けられている。メインシャフト１８２を構成するロアシャフト１８３は、前方側の端部に円形フランジ部１８４を有しており、メインシャフト１８２は、その円形フランジ部１８４とメインシャフト１８２を構成するアッパシャフト１８５の後方側の端部において、ラジアルベアリング１８６、１８７を介して操舵力伝達装置１７０の外殻部材としてのハウジング１８８に回転可能に保持されている。円環プレート１７４の後方側の端面とロアシャフト１８３の円形フランジ部１８４の前方側の端面とは、小さな間隔をあけて向かい合っており、その円形フランジ部１８４の前方側の端面には、円環プレート１７４から後方側に突出するローラ１８０と対向する位置に溝１９０が形成されている。その溝１９０は、円形フランジ部１８４の端面の中心部からその円形フランジ部１８４の径方向に延びるように形成されており、その溝１９０の幅は、ローラ１８０の外径より僅かに大きくされている。その溝１９０にローラ１８０が係合することで、ロアシャフト１８３と入力側シャフト１７３とが連結され、メインシャフト１８２の回転に伴って出力シャフト１７２が回転するのである。

ちなみに、それら２本のシャフト１７３，１８３の回転軸線のズレ量は、上記操舵力伝達装置１２の２本のシャフト６０，８８の回転軸線のズレ量ｄと同じとされており、ローラ１８０が溝１９０に係合する位置の入力側シャフト１７３の回転軸線からのオフセット量は、上記操舵力伝達装置１２のローラ１２２が溝１１６に係合する位置の入力側シャフト８８の回転軸線からのオフセット量Ｌと同じとされている。つまり、本操舵力伝達装置１７０は、上記操舵力伝達装置１２と同じ操作フィーリングを有するものとされている。

図１０（ｂ）に上記操舵力伝達装置１２を示すが、その操舵力伝達装置１２の回転軸線方向の長さ、つまり全長は、比較例の操舵力伝達装置１７０と比較して、短くなっている。２つの操舵力伝達装置１２，１７０の全長の差ΔＬは、概ね、上記操舵力伝達装置１２における出力シャフト１８のロアシャフト６０への挿入寸法（凹所１１４への入り込み量）Ｓに相当している。このように、本操舵力伝達装置１２においては、同様の操作フィーリングを有する操舵力伝達装置１７０と比較して、回転軸線方向にコンパクト化が図られており、車両への搭載性が向上しているのである。

操舵力伝達装置の全長を短くすることが可能ということは、裏を返せば、その長さの差ΔＬだけ、コラムセクション５０の全長を長くすることが可能となり、そのコラムセクション５０の伸縮ストロークを長くすることが可能となる。したがって、本操舵力伝達装置１２においては、運転者のステアリングホイール１０への衝突である二次衝突の衝撃の吸収性を高めることが可能とされているのである。

請求可能発明の実施例である車両用操舵力伝達装置を備えた車両用ステアリングシステムを示す模式図である。図１の車両用ステアリングシステムの備える車両用操舵力伝達装置を示す断面図である。車両用操舵力伝達装置の備えるＥＰＳセクションを示す断面図である。図３に示すＡＡ’線における断面図である。車両用操舵力伝達装置の備えるコラムセクションを保持するブレークアウェイブラケットを示す斜視図である。ステアリングホイールが回転操作される際の図３に示すＡＡ’線における断面図である。操作部材側シャフトの回転角と転舵装置側シャフトの回転角との関係を示すグラフである。操作部材側シャフトの回転角に応じて変化する操作部材側シャフトと転舵装置側シャフトとのギヤ比を示すグラフである。図３に示すＡＡ’線における断面図に操作部材側シャフトの円形フランジ部の内径寸法および外径寸法を記載したものである。図２の車両用操舵力伝達装置と比較例の車両用操舵力伝達装置とを並べて示す図である。

符号の説明

１０：ステアリングホイール（ステアリング操作部材）１２：車両用操舵力伝達装置１４：転舵装置１８：出力シャフト（転舵装置側シャフト）（第１シャフト）（第１シャフト本体部）５４：メインシャフト（操作部材側シャフト）（第２シャフト）５８：アッパシャフト（第２シャフト本体部）６２：シャフト本体部（第２シャフト本体部）６４：円形フランジ部（鍔部）８２：助勢装置８６：出力側シャフト（第１シャフト本体部）８８：入力側シャフト（第１シャフト本体部）９０：トーションバー１１４：凹所１１６：円環プレート（立設部）１１８：ピン（突出部）（係合部）（回転伝達機構）１２０：ニードルベアリング（突出部）（係合部）（回転伝達機構）１２２：ローラ（突出部）（係合部）（回転伝達機構）１２４：溝（案内通路）（回転伝達機構）１２６：１対の側壁面

Claims

運転者によって操作されるステアリング操作部材に一端部が連結され、回転可能に配設された操作部材側シャフトと、
車輪を転舵する転舵装置に一端部が連結され、前記操作部材側シャフトの回転軸線と自身の回転軸線とが平行でありかつそれら回転軸線が所定距離ズレた状態で回転可能に配設された転舵装置側シャフトと、
(A)前記操作部材側シャフトと前記転舵装置側シャフトとの一方である第１シャフトの回転軸線からその第１シャフトの径方向に前記所定距離より離れた位置において、その第１シャフトに設けられ、前記操作部材側シャフトと前記転舵装置側シャフトとの他方である第２シャフトの他端部と係合する前記第１シャフトの係合部と、(B)その第２シャフトの他端部においてその第２シャフトの径方向に延びるようにして設けられ、前記第１シャフトの係合部を係合させるとともに、その係合部の前記第２シャフトの径方向における移動を許容する案内通路とを含んで構成され、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの一方の回転によって、その第１シャフトの回転位相とその第２シャフトの回転位相との差である回転位相差を変化させつつ、他方が回転するように構成された回転伝達機構と
を備えた車両用操舵力伝達装置であって、
前記第１シャフトが、
その第１シャフトの本体部である第１シャフト本体部と、
その第１シャフト本体部の前記第２シャフト側の端から前記第１シャフトの回転軸線および前記第２シャフトの回転軸線の延びる方向である回転軸線方向において前記第２シャフトから離れる方向にシフトした位置において、前記第１シャフト本体部に前記第１シャフトの径方向に立設された立設部と、
その立設部から前記回転軸線方向における前記第２シャフト側に突出した状態で、前記第１シャフトの回転軸線からその第１シャフトの径方向に前記所定距離より離れた位置において前記立設部に設けられた突出部と
を有し、
前記第２シャフトが、
その第２シャフトの本体部である第２シャフト本体部と、
その第２シャフト本体部の前記第１シャフト側の端においてその第２シャフト本体部と一体的に設けられ、その第２シャフト本体部よりも第２シャフトの径方向に突出するとともに自身の一端面がその第２シャフトの前記第１シャフト側の端面を構成する鍔部と、
その鍔部の一端面に開口するとともに、前記第２シャフトの径方向に延びる溝と
を有し、
前記突出部が、前記鍔部の一端面に形成された前記溝に、その溝の開口を超えて係合することで、前記突出部が前記係合部として機能するとともに、前記溝が前記案内通路として機能し、
当該車両用操舵力伝達装置が、
前記第１シャフト本体部の前記第２シャフト側の端が、前記回転軸線方向において、前記第２シャフトの前記第１シャフト側の端よりも前記第２シャフトの一端部寄りに位置する構造とされた車両用操舵力伝達装置。
前記第２シャフトが、前記鍔部の前記一端面に開口する凹所を有し、
その凹所内に、前記第１シャフト本体部の前記第２シャフト側の端部が収容されていることで、前記第１シャフト本体部の前記第２シャフト側の端が、前記回転軸線方向において、前記第２シャフトの前記第１シャフト側の端よりも前記第２シャフトの一端部寄りに位置する構造とされた請求項１に記載の車両用操舵力伝達装置。
前記溝が、前記第２シャフトの回転軸線に近い一端である基端において、前記凹所に開口する構造とされるとともに、
前記第２シャフトが、前記凹所の深さと前記溝の深さとが同じである構造とされた請求項２に記載の車両用操舵力伝達装置。
前記第１シャフト本体部が、前記第１シャフトの回転軸線に沿って延びる空間を有する中空状に形成されるとともに、
前記第１シャフトが、
前記空間に配設され、一端部が前記第１シャフト本体部の前記第２シャフト側の端部によって回転不能に保持され、前記第１シャフトに加わる回転力によって捩られるトーションバーを有し、
当該車両用操舵力伝達装置が、前記トーションバーの捩れ量に応じた大きさの転舵助勢力を発生させる助勢装置を備えた請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の車両用操舵力伝達装置。