JPH0672340A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操舵角に応じて転舵比が変化するステアリン
グ装置を提供する。 【構成】 ステアリングホイール１２が回転操作されれ
ば入力軸１６が回転させられ、第一，第二外歯車４６，
４８が第一，第二内歯車３０，３２に沿って転動する。
ピニオン４４は回転しつつラック５０の軸方向に平行で
入力軸１６の軸心を通る第一，第二内歯車３０，３２の
直径上を直線移動し、ラック５０は、ピニオン４４の直
線運動による移動ストロークと回転による移動ストロー
クとの差だけ移動する。この移動ストロークは操舵角φ
（入力軸１６の回転角θの８倍）に対して正弦曲線的に
増大し、操舵角φが増大するほど単位操作角Δφに対す
るラック５０の移動ストロークが減少して転舵比が小さ
くなるため、操舵車輪５６のかじ取り角の増大に伴うナ
ックルアーム５４の有効長さの減少に起因する転舵比の
増大が打ち消され、操舵角φの大きい領域における操舵
力が小さくて済むこととなる。

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）で操舵車輪の回動角（以
下、かじ取り角と称する）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】ステアリング装置は車両に設けられ、車
両の進行方向を変える装置である。このステアリング装
置の一種に、（ａ）運転者により回転操作されるステア
リングホイールと、（ｂ）ステアリング装置のハウジン
グと、（ｃ）そのステアリング装置のハウジングにより
回転可能に支持され、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、（ｄ）操舵車輪に連結
されて直線運動する可動部材と、（ｅ）それら入力軸と
可動部材との間に設けられ、入力軸の回転を可動部材の
直線運動に変換する運動変換機構とを含むものがある。

【０００３】この種の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、すなわち運転者のステアリングホイール
の操作に要する力が大きくなる。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に直
角な方向の長さ）が短くなるからであり、ナックルアー
ムの、タイロッドやドラッグリンクの軸方向における移
動ストロークは、操舵車輪のかじ取り角に対して正弦曲
線的に変化し、かじ取り角が大きくなるほど、単位回動
角度に対するナックルアームの移動ストロークが短くな
る。つまり、転舵比が大きくなって操舵に要する力が増
大するのである。

【０００４】そのため、特公昭６１−２５５７９号公報
に記載のステアリング装置においては、転舵比の増大が
抑えられるようにされている。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、
ハウジングにより入力軸に対して軸心方向に相対移動可
能かつ相対回転可能に支持された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、スリーブとピ
ニオン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、スリーブの回転がピニオンおよびラックを介し
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、ラックが可動部材を構成し、はすば外歯車，は
すば内歯車，スリーブ，ピニオン，ピンおよびカム溝が
運動変換機構を構成している。

【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、延いてはピニオンとの間で減速が行われ、ピニオ
ン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。この相対回転はピ
ニオン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）ステアリング装置のハウジング，（ｃ）入力軸，
（ｄ）可動部材および（ｅ）運動変換機構を含むステア
リング装置の運動変換機構を、（ア）ステアリング装置
のハウジングに入力軸の軸心を中心として固定的に設け
られた内歯車と、（イ）入力軸にその軸心に対して偏心
して設けられた偏心軸と、（ウ）その偏心軸により回転
可能に支持され、入力軸と偏心軸との偏心量に等しいピ
ッチ円半径を有して内歯車と噛み合う外歯車と、（エ）
その外歯車のピッチ円上から外歯車の回転軸線と平行に
突出させられるとともに可動部材に係合させられる係合
部材とを含むものとするとともに、外歯車を、ステアリ
ングホイールが回転操作されない中立位置にある状態で
は係合部材と入力軸とが同心となる位相で内歯車に噛み
合わせたものとしたことを要旨とするものである。

【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、内歯車は外歯車のピッチ円半径の２倍のピッチ
円半径を有することとなり、ステアリングホイールが回
転操作され、入力軸が回転させられるとき、外歯車が内
歯車上を転動するのに伴って係合部材が可動部材の軸方
向と平行で入力軸の軸心を通る内歯車の直径上を直線移
動し、その係合部材により可動部材が移動させられて操
舵車輪が回動させられる。この際、係合部材の移動スト
ロークは入力軸の回転角に対して正弦曲線的に変化す
る。そのため、ステアリングホイールの回転角に対する
可動部材の移動量、延いては操舵車輪の回動角度が正弦
曲線的に変化し、操舵角に応じて転舵比が変わることと
なる。

【００１０】例えば、上記運動変換機構による転舵比の
変化がナックルアームの有効長さの変化に起因する転舵
比の変化を打ち消すように運動変換機構の諸元が設定さ
れた場合には、ステアリング装置全体としての総転舵比
がほぼ一定となる。また、運動変換機構による転舵比の
変化の傾向がナックルアームの有効長さの変化に起因す
る転舵比の変化の傾向と同じになるように運動変換機構
の諸元が設定された場合には、操舵角が大きくなるほど
総転舵比が大きくなり、最大操舵角を小さくすることが
できる。運動変換機構の諸元をさらに種々に変化させれ
ば、種々の総転舵比の変化傾向を有するステアリング装
置が得られる。

【００１１】

【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
ることができるステアリング装置を得ることができる。

【００１２】

【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は当該ステアリング装置
のハウジングであり、１２は運転者により回転操作され
るステアリングホイールである。このステアリングホイ
ール１２の回転は、ハウジング１０に取り付けられたギ
ヤ列１４により８分の１に減速されて入力軸１６に伝達
される。ステアリングホイール１２が２回転させられる
とき、入力軸１６が９０度回転させられるようになって
いるのである。ギヤ列１４は、ステアリングホイール１
２により回転させられる回転軸１８に固定の小歯車２
０，別の回転軸２１に固定で小歯車２０に噛み合わされ
た大歯車２２，回転軸２１に取り付けられた小歯車２４
および入力軸１６に固定で小歯車２４に噛み合わされた
大歯車２６を有する。

【００１３】入力軸１６は軸受２８を介してハウジング
１０により回転可能に支持されている。また、ハウジン
グ１０には、第一，第二の内歯車３０，３２が入力軸１
６の軸心を中心とし、入力軸１６の軸心方向に距離を隔
てた位置に固定されている。入力軸１６には、その軸心
から第一内歯車３０のピッチ円半径の２分の１の長さに
等しい距離偏心した第一偏心軸３４が一体的に設けられ
ている。

【００１４】また、ハウジング１０の第二内歯車３２側
には、支持軸３６が軸受３８を介して入力軸１６と同心
にかつ回転可能に支持されるとともに、支持軸３６には
第一偏心軸３４と同心の第二偏心軸４０が一体的に設け
られている。

【００１５】これら第一，第二偏心軸３４，４０にはそ
れぞれ、ピニオン４４の両端に一体的に設けられた第
一，第二外歯車４６，４８が相対回転可能に嵌合される
とともに第一，第二内歯車３０，３２に噛み合わされて
いる。これら第一，第二外歯車４６，４８は、入力軸１
６と第一偏心軸３４との偏心量、すなわち第一内歯車３
０の半径の２分の１の長さに等しい大きさのピッチ円半
径を有しており、ピニオン４４は第一，第二外歯車４
６，４８のピッチ円上から第一，第二外歯車４６，４８
の回転軸線と平行に突出した状態で設けられている。ま
た、第一，第二外歯車４６，４８は、ステアリングホイ
ール１２が回転操作されない中立位置にある状態で、ピ
ニオン４４と入力軸１２とが同心となる位相で第一，第
二内歯車３０，３２に噛み合わされている。

【００１６】上記ピニオン４４は、ラック５０に噛み合
わされている。ラック５０は、ハウジング１０により軸
方向に移動可能に支持されるとともに、図２に示すよう
に、タイロッド５２およびナックルアーム５４を介して
操舵車輪５６が連結されており、ラック５０の移動によ
り操舵車輪５６の向きが変えられる。

【００１７】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、ラック５０が可動部材、ピニオン４４が係
合部材として機能し、第一，第二内歯車３０，３２，第
一，第二外歯車４６，４８，第一，第二偏心軸３４，４
０等とピニオン４４とによって入力軸１６の回転を可動
部材たるラック５０の直線運動に変換する運動変換機構
６０が構成されている。

【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５６の向きを変える必要が生じた場合
には、ステアリングホイール１２が操作される。それに
より第一，第二偏心軸３４，４０が入力軸１６および支
持軸３６の軸心を中心とする円周上を移動させられ、第
一，第二外歯車４６，４８が入力軸１６および支持軸３
６の軸心のまわりを公転させられるとともに、第一，第
二内歯車３０，３２により第一，第二偏心軸３４，４０
のまわりに自転させられる。第一，第二偏心軸３４，４
０が第一，第二内歯車３０，３２の半径の２分の１の長
さに等しい距離、入力軸１６，支持軸３６に対して偏心
させられるとともに、第一，第二外歯車４６，４８のピ
ッチ円が第一，第二内歯車３０，３２の半径の２分の１
とされているため、第一，第二外歯車４６，４８が公転
および自転させられるとき、ピニオン４４は、図４に示
すように、第一，第二内歯車３０，３２の一直径上を直
線移動する。この直径は入力軸１６の軸心を通り、ラッ
ク５０の軸方向に平行な直径であり、ピニオン４４の直
線移動に伴ってラック５０も移動する。

【００１９】また、ピニオン４４はその軸心まわりに入
力軸１６と等しい角度回転させられるため、このピニオ
ン４４の回転によってもラック５０が移動させられる。
本実施例においては、ピニオン４４の直線移動によるラ
ック５０の移動方向とピニオン４４の回転によるラック
５０の移動方向とが逆になるように第一，第二内歯車３
０，３２と第一，第二外歯車４６，４８とが噛み合わさ
れており、かつ、ラック５０のピニオン４４の直線移動
による移動ストロークの方が回転による移動ストローク
より小さくなるように、ピニオン４４の半径および第
一，第二外歯車４６，４８のピッチ円半径が設定されて
いる。したがって、例えば、図４において入力軸１６が
反時計方向に角度θ回転させられれば、ピニオン４４が
Ｌだけ右方へ移動するとともに、角度θだけ時計方向に
回転し、この回転によりラック５０はＲ₁ θ左方へ移動
する。Ｒ₁ は、ピニオン４４の半径である。

【００２０】また、第一，第二外歯車４６，４８の半径
をＲ₂ とすれば、図４に示すように、ピニオン４４の移
動ストロークは２Ｒ₂ sin θであり、ラック５０は、図
５のグラフに斜線を施して示す（２Ｒ₂ sin θ−Ｒ₁
θ）で表される距離だけ図４において右方へ移動し、操
舵車輪５６が図２において反時計方向に回動することと
なる。

【００２１】したがって、ラック５０の移動ストローク
は入力軸１６のπ／２ラジアンの回転角に対して正弦曲
線的に変化し、操舵角φ（＝８θ）が増大するほど単位
操舵角Δφに対するラック５０の移動ストロークが減少
する。転舵比が正弦曲線的に小さくなるのである。

【００２２】一方、図３に示すように、ナックルアーム
５４の、タイロッド５２の軸方向における移動ストロー
クＳは、操舵車輪５６のかじ取り角ψに対して、図３に
示すようにＳ＝ａ・sin （ψ＋α）（ａはナックルアー
ム５４の長さ、αはかじ取り角ψが０のときにタイロッ
ド５２の軸方向に直角な方向に対してナックルアーム５
４のなす角度）となる。したがって、少なくともかじ取
り角が大きい領域では操舵車輪５６のかじ取り角ψが大
きくなるほど、かじ取り角ψに対するナックルアーム５
４の移動ストロークが小さくなり、転舵比が大きくな
る。しかし、上記のように運動変換機構６０において転
舵比が小さくなる傾向がナックルアーム５４の有効長さ
が短くなることに起因する転舵比の増大傾向を打ち消
し、あるいはそれに打ち勝つため、ステアリング装置全
体としての総転舵比は操舵角θの増大に対してぼほ一定
に保たれるか、逆に減少させられ、操舵が重くなること
が回避される。

【００２３】なお、上記実施例においては、ピニオン４
４の直線移動によるラック５０の移動と、ピニオン４４
の回転によるラック５０の移動との差がラック５０の移
動ストロークとされていたが、それらの和がラック５０
の移動ストロークとなるようにラック５０をピニオン４
４に噛み合わせてもよい。例えば、図１においてラック
５０をピニオン４４の右側に移動させるのであるが、こ
のようにしてもラック５０の移動ストロークは入力軸１
６の回転角に対して正弦曲線的に増大し、操舵角φが増
大するほど操舵力が大きくなるため、操舵車輪５６のか
じ取り角ψの大きい領域においても操舵が重くなること
が回避される。

【００２４】また、上記実施例において可動部材はラッ
ク５０により構成され、係合部材はピニオン４４によっ
て構成されていたが、係合部材を外歯車から突出するピ
ンとし、可動部材をそのピンが係合させられる長手形状
の部材としてもよい。このようにすれば係合部材は回転
せず、直線運動するのみであり、係合部材の移動ストロ
ークそのものが可動部材の移動距離となる。

【００２５】さらに、上記実施例においてピニオン４４
は、その両端にそれぞれ外歯車４６，４８が設けられ、
内歯車３０，３２に噛み合わされるようになっていた
が、ピニオン４４の入力軸１６が設けられた側のみに外
歯車を設け、偏心軸に支持させるとともに内歯車に噛み
合わせ、他方の側はハウジングによって直線移動可能か
つ回転可能に支持させるのみでもよい。

【００２６】さらにまた、上記実施例においてステアリ
ングホイール１２の回転を減速して入力軸１６に伝達す
るためのギヤ列１４は４個の歯車により構成されていた
が、ウォームギヤとウォームホイール等他の歯車によっ
て構成してもよい。

【００２７】また、上記実施例においては、操舵角が大
きくなるほど転舵比が小さくなるようにされていたが、
転舵比が大きくなるようにすることもできる。例えば、
図６に示すように、ピニオン４４の回転によるラック５
０の移動ストロークＲ₁ θがピニオン４４の移動による
移動ストローク２Ｒ₂ sin θより大きくなるようにＲ
₁ ，Ｒ₂ を設定し、ピニオン４４の移動方向がラック５
０のピニオン４４の回転による移動方向とは逆になるよ
うにするのである。また、本実施例においては、ステア
リングホイール１２の回転が２分の１に減速されて入力
軸１６に伝達されるようになっているものとする。

【００２８】図６において斜線を施した部分がラック５
０の移動ストロークであり、ステアリングホイール１２
の回転が１／２に減速されて入力軸１６に伝達されるも
のとすれば、入力軸の回転角θがπラジアン、したがっ
て操舵角φ（＝２θ）が２πラジアンに達するまで転舵
比が増大する。このようにすれば、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５６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１２
の所要操作量を低減することができる。

【００２９】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を概略的に示す図であ
る。

【図３】上記ステアリング装置により操舵される操舵車
輪のかじ取り角とナックルアームの移動ストロークとの
関係を示す図である。

【図４】上記ステアリング装置におけるステアリングホ
イール操作時のピニオンの移動を説明する図である。

【図５】上記ステアリング装置における入力軸の回転角
とラックの移動ストロークとの関係を示すグラフであ
る。

【図６】本発明の別の実施例であるステアリング装置に
おける入力軸の回転角とラックの移動ストロークとの関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ ハウジング １２ ステアリングホイール １６ 入力軸 ３０ 第一内歯車 ３２ 第二内歯車 ３４ 第一偏心軸 ４０ 第二偏心軸 ４４ ピニオン ４６ 第一外歯車 ４８ 第二外歯車 ５０ ラック ５６ 操舵車輪 ６０ 運動変換機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 運転者により回転操作されるステアリン
   グホイールと、 当該ステアリング装置のハウジングと、 そのステアリング装置のハウジングにより回転可能に支
   持され、前記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、 操舵車輪に連結されて直線運動する可動部材と、 それら入力軸と可動部材との間に設けられ、入力軸の回
   転を可動部材の直線運動に変換する運動変換機構とを含
   むステアリング装置において、 前記運動変換機構を、 前記ステアリング装置のハウジングに前記入力軸の軸心
   を中心として固定的に設けられた内歯車と、 前記入力軸にその軸心に対して偏心して設けられた偏心
   軸と、 その偏心軸により回転可能に支持され、前記入力軸と前
   記偏心軸との偏心量に等しいピッチ円半径を有して前記
   内歯車と噛み合う外歯車と、 その外歯車のピッチ円上から外歯車の回転軸線と平行に
   突出させられるとともに前記可動部材に係合させられる
   係合部材とを含むものとするとともに、前記外歯車を、
   前記ステアリングホイールが回転操作されない中立位置
   にある状態では前記係合部材と前記入力軸とが同心とな
   る位相で前記内歯車に噛み合わせたことを特徴とするス
   テアリング装置。