JPH0672337A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操舵角で操舵車輪のかじ取り角を割った転舵
比を操舵角に応じて変え得るステアリング装置を提供す
る。 【構成】 入力軸１２の回転に伴って第三かさ歯車６２
が回転し、第三かさ歯車６２に固定の偏心軸とハウジン
グ１０に固定の内歯車６８とにより外歯車６６が自転お
よび公転させられる。それにより、外歯車６６に固定の
係合ピン７０が入力軸１２の軸方向に平行な方向に移動
し、スリーブ２４を共に移動させる。このスリーブ２４
の移動は、ねじれスプライン２２によりスリーブ２４の
回転に変換される。スリーブ２４は入力軸１２の回転に
よっても直接回転させられ、この回転から上記回転が減
じられる。スリーブ２４の回転は平行スプライン３６に
よりそのまま出力軸３４に伝達される。操舵角とスリー
ブ２４の移動との関係は非線形であり、ステアリングホ
イール１８の操舵角の増大につれて転舵比が増大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステアリング装置に関す
るものであり、特に、ステアリングホイールの回転操作
角（以下、操舵角と称する）で操舵車輪のかじ取り角を
割った値（以下、転舵比と称する）を操舵角に応じて変
えることが可能なステアリング装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ステアリング装置によって操舵車輪の向
きを変える場合、操舵角に応じて転舵比を変えることが
必要な場合がある。例えば、ステアリング装置において
は、ステアリングホイールの回転が減速され、操舵トル
クが増大させられて操舵車輪に伝達されるのが普通であ
るが、減速比が一定であれば、操舵角が大きくなるほど
操舵力が大きくなる。ナックルアームの回動により操舵
車輪が回動させられるとき、ナックルアームの有効長さ
（タイロッドやドラッグリンクの軸方向と直角な方向の
長さ）は、操舵車輪のかじ取り角に対して余弦的に短く
なるため、かじ取り角が大きくなるほど、かじ取りに要
する力が増大するからである。

【０００３】そのため、従来、ステアリング装置におい
て操舵角に応じて転舵比を変えることが行われている。
そして、この種のステアリング装置の一種に、（ａ）ス
テアリングホイールと、（ｂ）そのステアリングホイー
ルの回転操作により回転させられる入力軸と、（ｃ）そ
の入力軸と平行に設けられて入力軸に対して相対回転可
能な出力軸と、（ｄ）それら入力軸および出力軸と平行
に設けられ、入力軸および出力軸と軸方向に相対移動可
能に係合するとともに、その相対移動により入力軸と出
力軸とに相対回転を生じさせる中継部材と、（ｅ）入力
軸の回転の少なくとも一部を中継部材の軸方向移動に変
換する運動変換装置と、（ｆ）出力軸の回転を操舵車輪
に伝達する伝達装置とを含むものがある。

【０００４】特公昭６１−２５５７９号公報に記載のス
テアリング装置はその一例である。このステアリング装
置においては、入力軸と一体的にはすば外歯車が設けら
れ、中継部材としてのスリーブに設けられたはすば内歯
車に噛み合わされるとともに、スリーブと出力軸とが相
対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に連結され、スリ
ーブの回転が出力軸から伝達装置を介して操舵車輪に伝
達されるようになっている。また、スリーブには回転方
向に延びるカム溝が形成されるとともに、入力軸に直角
に取り付けられたピンが係合させられており、これらカ
ム溝およびピンが運動変換装置を構成している。

【０００５】入力軸が回転させられるとき、はすば外歯
車とはすば内歯車との歯数の違いにより、入力軸とスリ
ーブ、延いては出力軸との間で減速が行われ、出力軸が
回転させられて操舵車輪が回動させられる。また、入力
軸の回転に伴ってピンがカム溝内を移動し、カム溝の傾
斜部分に係合して移動するときスリーブを軸方向に移動
させ、はすば内歯車とはすば外歯車とが歯すじ方向に沿
って移動し、相対回転が生ずる。この相対回転は出力軸
の回転が入力軸の回転に対して遅れる方向に生ずるよう
にされており、ステアリングホイールの回転が減速され
たのに等しいこととなる。カム溝は操舵角が大きい領域
でスリーブを軸方向に移動させるように形成されてお
り、ステアリングホイールを大きく回転させる場合に大
きく減速されて、前記ナックルアームの有効長さの短縮
が打ち消される。

【０００６】以上、ナックルアームの有効長さの変化を
打ち消す目的で転舵比が変えられる場合について説明し
たが、これとは別の目的で転舵比を変えることが必要に
なる場合もある。操舵角が小さい領域では転舵比を小さ
くして車両の直進性を良くする一方、操舵角が大きい領
域では転舵比を大きくして最大操舵角が小さくて済むよ
うにしたいという要求がその一例である。この場合には
転舵比の変化を上記の場合と逆の傾向にすることが必要
となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、種々の目的
で操舵角に応じて転舵比を変えることが要求された場合
に、上記公報に記載の構成とは異なる構成でその要求を
満たし得るステアリング装置を提供することを課題とし
て為されたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るステアリン
グ装置は、上記の課題を解決するために、前記（ａ）ス
テアリングホイール，（ｂ）入力軸，（ｃ）出力軸，
（ｄ）中継部材，（ｅ）運動変換装置および（ｆ）伝達
装置を含むステアリング装置の運動変換装置を、（ア）
入力軸の軸線と直角な軸線のまわりに回転可能な回転体
と、（イ）その回転体に入力軸の回転を伝達する回転伝
達機構と、（ウ）回転体の軸線から偏心した位置に設け
られて回転体と共に回転する偏心軸と、（エ）回転体と
同軸にかつその回転体と偏心軸との偏心量の２倍のピッ
チ円半径を備えて回転不能に設けられた内歯車と、
（オ）回転体と偏心軸との偏心量と同じピッチ円半径を
有し、偏心軸の軸心まわりに回転可能で、内歯車と噛み
合う外歯車と、（カ）その外歯車のピッチ円上において
その外歯車の軸線と平行に延び、その外歯車と共に回転
するとともに、中継部材に軸方向の相対移動不能に係合
させられた係合部材とを含み、ステアリングホイールが
中立位置にある状態で、係合部材が回転体と同軸となる
ように構成される。

【０００９】

【作用】以上のように構成されたステアリング装置にお
いては、ステアリングホイールが操作され、入力軸が回
転させられれば、回転体が回転させられるとともに外歯
車が内歯車との噛み合い位置を変えつつ移動する。外歯
車のピッチ円半径は内歯車のピッチ円半径の半分であ
り、内歯車が回転体と同軸であるため、外歯車が移動す
るとき、係合部材は内歯車の、中継部材の移動方向に平
行な直径上を直線移動し、それにより中継部材が入力軸
および出力軸に平行な方向に移動させられて入力軸と出
力軸とに相対回転が生じ、転舵比が変えられる。この
際、入力軸と出力軸との相対回転を入力軸の回転方向に
対していずれの方向に生じさせるかにより、転舵比を小
さくあるいは大きくすることができる。また、ステアリ
ングホイールが中立位置にある状態で係合部材は回転体
と同軸になるため、ステアリングホイールが正方向に回
転させられる場合と逆方向に回転させられる場合とでは
係合部材の移動方向が逆になり、正，逆いずれの方向の
回転時にも入力軸の回転に対して出力軸が多く回転する
か少なく回転するかが同じになって転舵比の変化が同じ
になる。

【００１０】

【発明の効果】このように、本発明によれば、従来公知
のステアリング装置とは全く異なる構成で転舵比を変え
ることができる運動変換装置を備えたステアリング装置
を得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１において１０はハウジングであり、図
示しない車体に固定されている。ハウジング１０には入
力軸１２が軸受１４を介して回転可能に支持されてお
り、入力軸１２の一端部には、シャフト１６によりステ
アリングホイール１８が連結されている。

【００１２】入力軸１２の他端部には、ねじれスプライ
ン２２が同心状に設けられ、中継部材としてのスリーブ
２４の内周面に設けられたねじれスプライン穴２６に嵌
合されている。スリーブ２４はハウジング１０により、
軸受３０を介して入力軸１２の軸心まわりに回転可能か
つ軸方向に移動可能に支持されている。スリーブ２４の
ねじれスプライン穴２６が設けられた部分に対して入力
軸１２とは反対側の部分の内周面には、スリーブ２４の
軸線に平行な平行スプライン穴３２が設けられ、出力軸
３４の一端部に設けられた平行スプライン３６と嵌合さ
れている。

【００１３】出力軸３４は、ハウジング１０により軸受
３８，４０を介して入力軸１２と同軸にかつ回転可能に
支持されている。同軸は平行の特殊な場合なのである。
この出力軸３４にはピニオン４２が一体的に設けられ、
ラック４４に噛み合わされている。ラック４４はタイロ
ッド４６およびナックルアーム４８により操舵車輪５０
に連結されており、出力軸３４の回転は、ピニオン４２
およびラック４４によって直線運動に変換され、タイロ
ッド４６およびナックルアーム４８により操舵車輪５０
の回動に変換される。ピニオン４２，ラック４４，タイ
ロッド４６およびナックルアーム４８が伝達装置を構成
しているのである。

【００１４】前記入力軸１２には、第一かさ歯車５４が
相対回転不能に取り付けられるとともに、ハウジング１
０により軸受５６を介して入力軸１２の軸心と平行な軸
線まわりに回転可能に支持された第二かさ歯車５８に噛
み合わされている。また、第二かさ歯車５８は、ハウジ
ング１０に軸受６０を介して入力軸１２の軸心と直角な
軸線まわりに回転可能に支持された回転体としての第三
かさ歯車６２に噛み合わされており、入力軸１２の回転
は第一，第二かさ歯車５４，５８により第三かさ歯車６
２に伝達される。第一，第二かさ歯車５４，５８が回転
伝達機構を構成しているのであり、これら第一，第三か
さ歯車５４，６２はモジュールおよび外径寸法が同じと
されており、入力軸１２と第三かさ歯車６２とは１対１
に対応して回転する。

【００１５】第三かさ歯車６２の入力軸１２側の端面に
は、図２に示すように、第三かさ歯車６２の軸線から偏
心した位置に偏心軸６４が立設されており、偏心軸６４
には、第三かさ歯車６２と偏心軸６４との偏心量と同じ
ピッチ円半径を有する外歯車６６が回転可能に嵌合され
ている。この外歯車６６は、ハウジング１０に固定され
た内歯車６８に噛み合わされている。内歯車６８は、第
三かさ歯車６２と偏心軸６４との偏心量の２倍のピッチ
円半径を備え、第三かさ歯車６２と同軸に固定されてい
る。

【００１６】また、外歯車６６のピッチ円上には、外歯
車６６の軸線と平行に延びる係合部材としての係合ピン
７０が突設され、前記スリーブ２４の上端部に軸受７４
を介して回転可能に嵌合されたリング７６の係合穴７８
に軸受８０を介して嵌合されている。第三かさ歯車６２
の回転により外歯車６６が自転しつつ公転するとき、係
合ピン７０は図５に示すように内歯車６８の直径上を直
線移動するのであるが、外歯車６６は、ステアリングホ
イール１８が中立位置にある状態で、係合ピン７０が第
三かさ歯車６２と同軸となり、かつ、ステアリングホイ
ール１８が図１において中立位置から左方向に回転操作
されるとき、係合ピン７０がスリーブ２４の軸方向に平
行な方向において下方へ移動し、中立位置から右方向に
回転操作されるとき上方へ移動し、それに伴ってスリー
ブ２４が軸方向に移動するように噛み合わされている。

【００１７】また、前記ねじれスプライン２２およびね
じれスプライン穴２６のねじれの方向は、ステアリング
ホイール１８が中立位置から回転操作され、係合ピン７
０の移動によってスリーブ２４が移動させられるとき、
スリーブ２４，延いては出力軸３４の回転が入力軸１２
の回転に対して遅れる向きに設定されている。

【００１８】以上のように構成されたステアリング装置
において操舵車輪５０を回動させる必要が生じた場合に
はステアリングホイール１８が右あるいは左に回転操作
される。それにより入力軸１２が回転させられ、ねじれ
スプライン２２，ねじれスプライン穴２６，スリーブ２
４，平行スプライン穴３２および平行スプライン３６を
経て出力軸３４に回転が伝達され、ピニオン４２が回転
させられるとともにラック４４が移動させられ、操舵車
輪５０がステアリングホイール１８の操作方向と同じ方
向に回動させられる。

【００１９】また、入力軸１２の回転は、第一，第二か
さ歯車５４，５８により第三かさ歯車６２に伝達され、
第三かさ歯車６２の回転に伴って外歯車６６が自転しつ
つ公転し、係合ピン７０が移動させられ、スリーブ２４
が図３あるいは図４に示すように入力軸１２および出力
軸３４に対して軸方向に相対移動させられるとともに、
ねじれスプライン２２およびねじれスプライン穴２６の
ねじれにより、入力軸１２との間に相対回転が生ずる。

【００２０】例えば、ステアリングホイール１８が図１
において左方向に回転操作されたとすれば、係合ピン７
０と共にスリーブ２４は下方へ移動を開始する。係合ピ
ン７０は、図５に示すように、外歯車６６が角度θ公転
するとき、第三かさ歯車６２の回転軸線と、外歯車６６
の回転軸線とを結ぶ直線から２θ回動した位置へ移動す
るため、外歯車６６が９０度公転すれば移動端に達する
こととなる。本ステアリング装置においては、入力軸１
２の回転が１対１で第三かさ歯車６２に伝達されるた
め、入力軸１２が０から９０度回転させられるとき、係
合ピン７０およびスリーブ２４がが下降端へ移動し、こ
の間、スリーブ２４、延いては出力軸３４の入力軸１２
に対する回転に遅れが生じ、その遅れが徐々に増大す
る。転舵比が小さくなるのである。

【００２１】そして、入力軸１２が９０度〜１８０度回
転させられるときには、係合ピン７０が下降端から第三
かさ歯車６２と同軸となる位置へ戻るため、出力軸３４
の入力軸１２に対する回転遅れが減少する。転舵比が大
きくなるのであり、入力軸が１８０度回転させられたと
き転舵比が最大となる。

【００２２】もし、入力軸１２がさらに１８０度から２
７０度回転させられれば、係合ピン７０およびスリーブ
２４が図１において上方へ移動し、出力軸３４は入力軸
１２より進んで回転する状態となって転舵比が減少に転
じ、入力軸１２が２７０度回転させられたとき、係合ピ
ン７０およびスリーブ２４は上方への移動端に達し、入
力軸１２がさらに２７０度から３６０度回転させられる
とき、移動端から第三かさ歯車６２と同軸となる位置へ
戻って転舵比が当初の値に戻ることになる。しかし、本
実施例装置においては、図示しないストッパによりステ
アリングホイール１８が左，右各方向にそれぞれ１８０
度以上操舵されないように規制されている。

【００２３】ステアリングホイール１８の操舵角θとラ
ック４４の移動量Ｓとの関係を図７のグラフに示す。こ
の関係は、式Ｓ＝ｒ（θ−２sin θ）で表される。ステ
アリングホイール１８が操舵されるとき、入力軸１２と
第三かさ歯車６２とは１対１に対応して回転するように
されているため、操舵角をθ，外歯車６６の第三かさ歯
車６２に対する偏心量をＲとすれば、スリーブ２４の移
動量は２Ｒsin θとなる。そして、本実施例において
は、このスリーブ２４の移動に起因するラック４４の移
動量も２Ｒsin θとなるようにされている。ピニオン４
２のピッチ円半径，ねじれスプライン２２のピッチ円半
径およびねじれ角を適宜に設定することによってスリー
ブ２４の移動量とラック４４の移動量とが等しくされて
いるのである。したがって、入力軸１２の回転がねじれ
スプライン２２からスリーブ２４を経て出力軸３４に伝
達されてピニオン４２が回転させられるときのラック４
４の移動量ｒθ（ｒはピニオン４２のピッチ円半径）か
ら２Ｒsin θを引くことによりステアリングホイール１
８の操舵角θに対するラック４４の移動量を求めること
ができる。その上、本実施例においては、ピニオン４２
のピッチ円半径ｒと外歯車６６の偏心量Ｒとが等しくさ
れているため、ラック４４の移動距離はｒ（θ−２sin
θ）で表されるのであり、ステアリングホイールの操舵
角が小さい状態では転舵比が小さく、操舵角θがπラジ
アン（半回転）に達するまでは操舵角θが大きくなるに
従って転舵比が大きくなることがわかる。

【００２４】その上、伝達装置を構成するナックルアー
ム４８の有効長さａ´と操舵車輪５０のかじ取り角ψと
の間には、図６に示すようにａ´＝ａ・cos （ψ＋α)
(a はナックルアーム４８の実際の長さ，αはかじ取り
角ψが０のとき、ナックルアーム４８がタイロッド４６
の軸方向に直角な方向に対してなす角度）の関係があ
り、操舵車輪５０のかじ取り角ψが大きいほど、ナック
ルアーム４８の有効長さが小さくなる。かじ取り角ψが
大きくなるほど、すなわちステアリングホイール１８の
操舵角θが大きくなるほど、転舵比が大きくなるのであ
る。

【００２５】このように本実施例においては、スリーブ
２４の移動に伴う転舵比の変化と、ナックルアーム４８
の有効長さの変化に起因する転舵比の変化とが同方向
に、すなわちステアリングホイール１８の操舵角が大き
くなるほど転舵比が大きくなる方向に生ずるのである。
したがって、本実施例のステアリング装置においては、
操舵角が小さいときには転舵比が小さく、ステアリング
ホイール１８が多少ふらついても操舵車輪５０は殆どふ
らつかず、高速走行時に安定して操舵を行うことができ
る一方、操舵角が大きいほど転舵比が大きくなり、小さ
い最大操作角で大きい最大かじ取り角が得られ、ステア
リングホイール１８の所要操作量を低減することができ
る。

【００２６】なお、偏心軸６４の偏心量，内歯車６８お
よび外歯車６６のピッチ円半径を変えれば、係合ピン７
０の移動量を変えることができ、それにより出力軸３４
の入力軸１２に対する位相差を調節し、転舵比を変える
ことができる。

【００２７】また、上記実施例においては、操舵角が大
きいほど転舵比が大きくなるようにされていたが、逆に
転舵比が殆ど変化しないようにすることも可能である。
例えば、スリーブの移動方向あるいはねじれスプライン
のねじれ方向を上記実施例とは逆にして、スリーブ２４
の移動に起因する転舵比の変化が、操舵角が大きくなる
ほど転舵比が小さくなる方向に生じ、ナックルアーム４
８の有効長さの変化に起因する転舵比の増大を打ち消す
ようにするのである。

【００２８】ナックルアーム４８の有効長さの変化に起
因する転舵比の変化を、スリーブ２４の移動に基づく転
舵比の変化でできる限り正確に打ち消させるためには、
外歯車６６の最大公転角を適正値に決定することが必要
である。上記実施例においては、入力軸１２と第三かさ
歯車６２との回転角度が等しくされているため、外歯車
６６の最大公転角が決まればステアリングホイールの最
大操舵角も決まってしまう。この最大操舵角が望ましい
値でない場合には、入力軸１２と第三かさ歯車６２との
間の減速比を変えればよい。例えば、最大公転角が９０
度の場合に減速比を１／８にすれば、ステアリングホイ
ール１８の最大操舵角は７２０度（２回転）となるので
ある。

【００２９】上記のように、操舵角が大きくなるほど転
舵比が大きくなり、あるいは殆ど変化しないようにする
他、操舵角が大きくなるほど小さくなるようにすること
も可能である。この場合には、操舵角が大きいほど軽く
操舵を行うことができる。

【００３０】また、上記実施例において、入力軸１２と
スリーブ２４とはねじれスプラインにより嵌合されてい
たが、入力軸に直径方向に貫通するピンを取り付け、ス
リーブ２４の内周面に開口する溝に係合させるのみでも
よい。この溝はスリーブ２４の軸心に対して傾斜させら
れ、スリーブ２４の軸方向の移動により出力軸３４に入
力軸１２に対する相対回転を生じさせるものとされる。

【００３１】さらに、上記実施例においては、偏心軸６
４が第三かさ歯車６２に固定され、外歯車６６が偏心軸
６４に回転可能に嵌合されていたが、外歯車６６を偏心
軸に固定し、第三かさ歯車６２に偏心軸を回転可能に保
持させてもよい。

【００３２】また、上記実施例においては、入力軸１２
と出力軸３４とが同軸とされるとともに、入力軸１２お
よび出力軸３４とスリーブ２４とも同軸とされていた
が、軸方向とは直角な方向においてずれた位置において
平行に設けてもよい。この場合、並列に並べてもよく、
軸方向にずらして設けてもよい。

【００３３】その他、特許請求の範囲を逸脱することな
く、当業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施した
態様で本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるステアリング装置を示
す正面断面図である。

【図２】上記ステアリング装置に設けられた外歯車およ
び内歯車を示す正面図である。

【図３】上記ステアリング装置のステアリングホイール
操作時におけるスリーブの移動を示す図である。

【図４】上記ステアリング装置の図３の場合とは逆方向
へのステアリングホイール操作時におけるスリーブの移
動を示す図である。

【図５】上記ステアリング装置の外歯車に設けられた係
合ピンの移動を説明する図である。

【図６】上記ステアリング装置による操舵車輪回動時の
操舵車輪の回動角度とナックルアームの移動ストローク
との関係を説明する図である。

【図７】上記ステアリング装置における操舵角とラック
の移動量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１２ 入力軸 １８ ステアリングホイール ２４ スリーブ ３４ 出力軸 ４２ ピニオン ４４ ラック ４６ タイロッド ４８ ナックルアーム ５０ 操舵車輪 ５４ 第一かさ歯車 ５８ 第二かさ歯車 ６２ 第三かさ歯車 ６４ 偏心軸 ６６ 外歯車 ６８ 内歯車 ７０ 係合ピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 喜多 禎人 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールと、 そのステアリングホイールの回転操作により回転させら
   れる入力軸と、 その入力軸と平行に設けられて入力軸に対して相対回転
   可能な出力軸と、 それら入力軸および出力軸と平行に設けられ、入力軸お
   よび出力軸と軸方向に相対移動可能に係合するととも
   に、その相対移動により入力軸と出力軸とに相対回転を
   生じさせる中継部材と、 前記入力軸の回転の少なくとも一部を前記中継部材の軸
   方向移動に変換する運動変換装置と、 前記出力軸の回転を操舵車輪に伝達する伝達装置とを含
   むステアリング装置において、 前記運動変換装置を、 前記入力軸の軸線と直角な軸線のまわりに回転可能な回
   転体と、 その回転体に入力軸の回転を伝達する回転伝達機構と、 前記回転体の軸線から偏心した位置に設けられて回転体
   と共に回転する偏心軸と、 前記回転体と同軸にかつその回転体と前記偏心軸との偏
   心量の２倍のピッチ円半径を備えて回転不能に設けられ
   た内歯車と、 前記回転体と偏心軸との偏心量と同じピッチ円半径を有
   し、偏心軸の軸心まわりに回転可能で、前記内歯車と噛
   み合う外歯車と、 その外歯車のピッチ円上においてその外歯車の軸線と平
   行に延び、その外歯車と共に回転するとともに、前記中
   継部材に軸方向の相対移動不能に係合させられた係合部
   材とを含み、前記ステアリングホイールが中立位置にあ
   る状態で、前記係合部材が前記回転体と同軸となること
   を特徴とするステアリング装置。