JP5296430B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のステアリング装置に関するものである。

従来、車両のステアリング装置には、継手機構を用いて偏心配置された第１軸及び第２軸を回転伝達可能に連結することにより、そのステアリング操作により生ずる操舵角変化と転舵輪の舵角（転舵角）変化との関係が非線形となるように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、図７に示すように、ステアリング装置２１において、ステアリング２２に連結された第１シャフト２３の軸端には、同第１シャフト２３と直交する方向に延設されたカム溝２６を有するカム部２７が設けられるとともに、そのカム溝２６には、同カム溝２６内を摺動するカムフォロワ２８が設けられている。また、ラック＆ピニオン機構（図示略）に連結される第２シャフト２４の軸端には連結部２９が形成されるとともに、同連結部２９には、第２シャフト２４との偏心位置においてその軸線方向に延びる偏心ピン３０が立設されている。そして、第１シャフト２３及び第２シャフト２４は、これら偏心ピン３０と上記カムフォロワ２８とを接続してなる継手機構２５により、偏心位置において回転伝達可能に連結されている。

即ち、上記第１シャフト２３の軸端に設けられたカム部２７の回転は、そのカム溝２６内におけるカムフォロワ２８の摺動、及び偏心ピン３０を中心とした同カムフォロワ２８の回転により許容される。そして、図８に示すように、同カムフォロワ２８に連結された偏心ピン３０が、上記カム部２７の回転及びカムフォロワ２８の摺動に伴い第２シャフト２４の同心円上を移動することにより、その第１シャフト２３の回転が第２シャフト２４に伝達される構成となっている。

ここで、同図中、破線に示す円は、上記カム部２７の回転に伴い移動する偏心ピン３０（の軸心）の軌跡であり、二点鎖線に示す各円は、そのカム部２７の回転角（６０°間隔）に応じた偏心ピン３０の位置（Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１´，Ｐ２´，Ｐ３）を示している。そして、同図は、偏心ピン３０の位置が「Ｐ０」に近いほど、カム部２７の回転角変化に対する同偏心ピン３０の位置変化が大きく、また同偏心ピン３０の位置が「Ｐ３」に近いほど、カム部２７の回転角変化に対する同偏心ピン３０の位置変化が小さくなることを示している。

このように、上記構成によれば、ステアリング操作により生ずる第１シャフト２３の回転角変化と転舵輪の舵角変化量を規定する第２シャフト２４の回転角変化との関係を非線形なものとすることができる。即ち、例えば、偏心ピン３０の位置が「Ｐ３」にある場合をステアリング中立位置（操舵角ゼロ）とし、「Ｐ０」にある場合を最大舵角とすることにより、操舵角の小さな領域では、その操舵角変化に対する転舵角変化を小さく抑える一方、操舵角の大きな領域では、当該操舵角変化に対する転舵角変化を大とすることができる。そして、これにより、簡素な構成にて、直進走行時における操縦安定性の向上と、大舵角領域における旋回性能の向上との両立を図ることができるようになる。
特開平７−３２３８５２号公報

しかしながら、上記従来の構成は、その伝達トルクが連結軸としての偏心ピン３０に集中する構造となっており、その十分な信頼性を確保するためには、当該偏心ピン３０の強度を高めることが必要になっている。そして、これが継手機構２５の大型化やコストを引き上げる一因となっており、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、継手機構の大型化やコスト上昇を招くことなく、簡素な構成にて、より高い信頼性を確保することのできるステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１及び２に記載の発明は、偏心配置された第１軸及び第２軸と、これらの各軸を回転伝達可能に連結する継手機構とを備え、前記継手機構は、前記第１軸と直交する方向に延びるカム溝を有するカム部と、前記カム溝内を摺動可能に設けられたカムフォロワと、前記第２軸との偏心位置において該第２軸と前記カムフォロワとを連結する連結軸とを備えてなるステアリング装置において、前記連結軸と同軸に配置されて該連結軸とともに前記カム溝内に配置される保護部材を備えること、を要旨とする。

上記構成によれば、容易且つ低コストにて、連結軸への応力集中を緩和することができる。更に、連結軸とカムフォロワとの連結部位が破断した場合等であっても、同カムフォロワに代わり、これら連結部及び保護部材が、カム溝内を摺動するスライド手段として機能する。これにより、第１軸及び第２軸間の回転伝達を維持することができ、その結果、より高い信頼性を確保することができるようになる。

更に、請求項１に記載の発明は、前記保護部材は、前記連結軸の外側に配置されるとともに、その前記カム溝との対向面が曲面状に形成されてなること、を要旨とする。
上記構成によれば、連結軸の変形等により、当該連結軸が上記スライド手段として機能する際には、保護部材がカム溝に摺接することで、その連結軸にかかる負荷を最小化することができる。そして、そのカム溝との摺接面を曲面とすることにより、当該スライド手段として機能する際における円滑な摺動性を確保することができる。その結果、連結軸における損傷の深刻化を抑制することができる。

更に、請求項２に記載の発明は、前記カム溝の開口部には、前記カム溝の長さ方向に沿って延設された一対のフランジが対向配置されること、を要旨とする。
上記構成によれば、カム溝内に対向して突出する各フランジにより、カムフォロワが配置される内部側の溝幅と比して、その連結軸（及び連結部材）が配置される開口部の溝幅を狭小とすることができる。これにより、例えば、連結軸の変形時等には、いち早く当該連結軸（及び保護部材）を上記スライド手段として機能させることができ、その結果、連結軸における損傷の深刻化を未然に防止して、より高い信頼性を確保することができる。加えて、カムフォロワと連結軸との接続が破断した場合であっても、カム溝からカムフォロワが脱落することを防止することができる。その結果、その脱落したカムフォロワが引き起こす不具合を未然に防止することができる。

請求項３に記載の発明は、前記各フランジは、前記カム部とは別体に形成されたフランジ部材を取着することにより形成されること、を要旨とする。
上記構成によれば、カム溝及び各フランジの形成が容易になる。また、軸方向からカムフォロワをカム溝内に取着することが可能になることで、継手機構の組み立てを容易なものとすることができる。

請求項４に記載の発明は、前記フランジ部材は、弾性変形可能に形成されること、を要旨とする。
上記構成によれば、各フランジ部材の取着後に、軸方向からカムフォロワをカム溝内に取着することが可能になる。その結果、継手機構の組み立てをより容易なものとすることができる。

本発明によれば、継手機構の大型化やコスト上昇を招くことなく、簡素な構成にて、より高い信頼性を確保することが可能なステアリング装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のステアリング装置１は、ステアリング２が連結された第１シャフト３と、ラック＆ピニオン機構（図示略）に連結される第２シャフト４と、これら第１シャフト３及び第２シャフト４を偏心位置において回転伝達可能に連結する継手機構５とを備えてなる。

詳述すると、第１シャフト３の軸端には、同第１シャフト３と直交する方向に延びるカム溝６を有するカム部７が設けられるとともに、同カム溝６には、当該カム溝６内を摺動可能に設けられたカムフォロワ８が配置されている。また、第２シャフト４の軸端に形成された連結部９には、同第２シャフト４との偏心位置において、当該連結部９とカムフォロワ８とを連結する連結軸としての偏心ピン１０が立設されている。尚、本実施形態では、円形に形成されたカムフォロワ８の周縁部には、図示しないベアリング部が設けられている。そして、これにより、同カムフォロワ８は、偏心ピン１０を中心とした自由回転が可能な構成になっている。

即ち、本実施形態の継手機構５は、カム溝６内におけるカムフォロワ８の摺動、及び偏心ピン１０を中心とした同カムフォロワ８の自由回転を許容することで、そのカム部７の回転に応じて、同カムフォロワ８が第２シャフト４の同心円上を移動するように構成されている。そして、これにより、上記偏心配置された第１シャフト３及び第２シャフト４を回転伝達可能に連結し、且つその第１シャフト３の回転角変化と第２シャフト４の回転角変化との関係を非線形なものとすることが可能となっている（図８参照）。

（継手機構のフェールセーフ構造）
次に、本実施形態における継手機構のフェールセーフ構造について説明する。
上述のように、本実施形態のような継手機構５においては、その伝達トルクが連結軸としての偏心ピン１０に集中することから、信頼性を確保すべく偏心ピン１０を高強度とする必要があり、これが継手機構５の大型化、或いはコスト上昇の一因となっている。

この点を踏まえ、図１及び図２に示すように、本実施形態の継手機構５では、その偏心ピン１０の外側には、同偏心ピン１０の外周を包囲する保護部材としての外筒部１１が設けられている。そして、これら偏心ピン１０及び外筒部１１の少なくとも一部をカム溝６内に配置することにより、その偏心ピン１０にかかる応力を緩和し、及び当該偏心ピン１０が損傷した場合におけるフェールセーフを図る構成となっている。

詳述すると、本実施形態では、円筒状をなす外筒部１１は、上記第２シャフト４の軸端に設けられた連結部９と一体に形成されており、偏心ピン１０は、その基端が外筒部１１の筒内に圧入されることにより連結部９に固定されている。また、本実施形態のカム溝６の溝深さＤは、カムフォロワ８の軸方向長さＬよりも大きく設定されている。そして、偏心ピン１０の先端がカムフォロワ８に接続されることにより、外筒部１１は、偏心ピン１０と同軸位置において該偏心ピン１０の外周を包囲した状態で、その少なくとも一部が偏心ピン１０ととともに、カム溝６内に配置される構成となっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）偏心ピン１０と同軸に保護部材（外筒部１１）を設けることにより、容易且つ低コストにて、偏心ピン１０への応力集中を緩和することができる。

（２）偏心ピン１０及び保護部材（外筒部１１）の少なくとも一部をカム溝６内に配置することにより、カムフォロワ８との連結部位の破断した場合等であっても、同カムフォロワ８に代わり、これら偏心ピン１０及び保護部材が、カム溝６内を摺動するスライド手段として機能する。そして、これにより、第１シャフト３及び第２シャフト４間の回転伝達を維持することができ、その結果、より高い信頼性を確保することができるようになる。

（３）保護部材は、偏心ピン１０の外周を包囲する外筒部１１により構成される。このような構成とすれば、偏心ピン１０の変形により、当該偏心ピン１０及び外筒部１１が、カム溝６内を摺動するスライド手段として機能する場合であっても、当該カム溝６の壁面に対しては、その外筒部１１が摺接する。これにより、偏心ピン１０にかかる負荷を最小化することができ、その結果、当該偏心ピン１０における損傷の深刻化を抑制することができる。

（４）外筒部１１は、円筒状に形成される。これにより、カム溝６の壁面との対向面が曲面となり、スライド手段として機能する際における円滑な摺動性を確保することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付すこととして、その説明を省略する。

図３及び図４に示すように、本実施形態では、カム溝６の開口部には、同カム溝６の長さ方向に沿って延設された一対のフランジ１２が対向配置されている。そして、このカム溝６内に突出するこれら各フランジ１２によって、同カム溝６の溝幅は、そのカムフォロワ８が配置される内部側の溝幅Ｗ０よりも、上記偏心ピン１０及び外筒部１１が配置される開口部の溝幅Ｗ１の方が狭小となっている。

具体的には、その開口部の溝幅Ｗ１は、カムフォロワ８の直径Ｒよりも小さく設定されている。また、カム溝６の壁面とカムフォロワ８との間隔は、各フランジ１２と外筒部１１との間隔よりも広く設定されている。そして、上記各フランジ１２は、このように各溝幅を設定してカム溝６を形成（切削加工）することにより、該カム溝６の壁面（つまりはカム部７）と一体に形成されている。

即ち、上記構成によれば、偏心ピン１０の変形時には、いち早く当該偏心ピン１０及び外筒部１１を上記スライド手段として機能させることができる。その結果、偏心ピン１０における損傷の深刻化を未然に防止して、より高い信頼性を確保することができる。加えて、カムフォロワ８と偏心ピン１０との連結が破断した場合であっても、カム溝６からカムフォロワ８が脱落することを防止することができる。その結果、当該脱落したカムフォロワ８が引き起こす不具合を未然に防止することができるようになる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、保護部材としての外筒部１１は、連結部９と一体に形成されることとした。しかし、これに限らず、カムフォロワ８と一体に形成してもよく、或いは連結部９やカムフォロワ８とは別体に形成する構成であってもよい。

・上記各実施形態では、外筒部１１は、円筒状に形成されることとしたが、偏心ピン１０への応力集中緩和の観点からすると、必ずしも円筒状でなくともよい。尚、スライド手段としての機能を考慮するならば、やはりカム溝６と摺動する対向面については、曲面形状とすることが望ましいことはいうまでもない。

・上記各実施形態では、偏心ピン１０により連結軸が構成され、外筒部１１により保護部材が構成されることとした。しかし、これに限らず、中空状の筒体により連結軸が構成される場合には、その中空部に軸状部材を配置し、これを保護部材としてもよい。このような構成としても、その連結軸への応力集中を緩和する効果が期待できる。

・上記第２の実施形態では、各フランジ１２は、カム溝６を形成する際に同カム溝６の壁面（カム部７）と一体に形成されることとした。しかし、これに限らず、図５示すように、カム溝６の開口部にカム部７と別体に形成された一対のフランジ部材１３を取着することにより、各フランジ１２を形成する構成としてもよい。このような構成とすることで、カム溝６及び各フランジ１２の形成が容易になる。また、軸方向からカムフォロワ８をカム溝６内に取着することが可能になることで、継手機構５の組み立てを容易なものとすることができる。

・更に、各フランジ部材１３は、ゴムや樹脂等の弾性材料を用いて弾性変形可能に形成することよい（図６参照）。これにより、各フランジ部材１３の取着後に、軸方向からカムフォロワ８をカム溝６内に取着することが可能になる。その結果、継手機構５の組み立てをより容易なものとすることができる。

・上記各実施形態では、第１シャフト３が第１軸を構成し、第２シャフト４が第２軸を構成するが、第１軸及び第２軸の定義については、これに限定されるものではなく、例えば、第１シャフト３と第２シャフト４との間における継手機構５の接続を逆転させた構成としてもよい。

第１の実施形態におけるステアリング装置の概略構成図。 偏心ピン近傍のＡ−Ａ断面図。 第２の実施形態におけるステアリング装置の概略構成図。 継手機構のＢ−Ｂ断面図。 別例の継手機構の概略構成を示す断面図。 別例の継手機構の概略構成を示す断面図。 従来のステアリング装置の概略構成図。 偏心ピンを用いた継手機構の作用説明図。

符号の説明

１…ステアリング装置、２…ステアリング、３…第１シャフト、４…第２シャフト、５…継手機構、６…カム溝、７…カム部、８…カムフォロワ、９…連結部、１０…偏心ピン、１１…外筒部、１２…フランジ、１３…フランジ部材、Ｄ…溝深さ、Ｌ…軸方向長さ、Ｒ…直径、Ｗ０，Ｗ１…溝幅。

Claims (4)

1. 偏心配置された第１軸及び第２軸と、これらの各軸を回転伝達可能に連結する継手機構とを備え、前記継手機構は、前記第１軸と直交する方向に延びるカム溝を有するカム部と、前記カム溝内を摺動可能に設けられたカムフォロワと、前記第２軸との偏心位置において該第２軸と前記カムフォロワとを連結する連結軸とを備えてなるステアリング装置において、
   前記連結軸と同軸に配置されて該連結軸とともに前記カム溝内に配置される保護部材を備え、
   前記保護部材は、前記連結軸の外側に配置されるとともに、その前記カム溝との対向面が曲面状に形成されてなること、を特徴とするステアリング装置。
2. 偏心配置された第１軸及び第２軸と、これらの各軸を回転伝達可能に連結する継手機構とを備え、前記継手機構は、前記第１軸と直交する方向に延びるカム溝を有するカム部と、前記カム溝内を摺動可能に設けられたカムフォロワと、前記第２軸との偏心位置において該第２軸と前記カムフォロワとを連結する連結軸とを備えてなるステアリング装置において、
   前記連結軸と同軸に配置されて該連結軸とともに前記カム溝内に配置される保護部材を備え、
   前記カム溝の開口部には、前記カム溝の長さ方向に沿って延設された一対のフランジが対向配置されること、を特徴とするステアリング装置。
3. 請求項２に記載のステアリング装置において、
   前記各フランジは、前記カム部とは別体に形成されたフランジ部材を取着することにより形成されること、を特徴とするステアリング装置。
4. 請求項３に記載のステアリング装置において、
   前記フランジ部材は、弾性変形可能に形成されること、
   を特徴とするステアリング装置。

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