JPH0699821A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内歯減速機構を内蔵する操舵装置において、
減速機構の入力ピニオンの撓みを減少させて操舵感を良
くすると共に作動を円滑にし、耐久性も向上させる。 【構成】 動力舵取装置のサーボ弁２０を備えた入力軸
１１の動力操舵軸１２と出力軸１３の間に中間回転部材
３８を偏心して設け、入力軸の回転は入力ピニオン４１
と内歯ギア４２よりなる減速機構４０により減速して中
間回転部材３８に伝達され、更に出力軸１３からラック
バー１４に伝達される。筒状の軸受押え１９は、動力操
舵軸１２を支持する２つの軸受１７ｂ，１７ｃの一方を
ハウジング１０に押圧固定すると共に他方も支持し、ま
た動力操舵軸は軸受１７ｂの内輪にナット１１ｂにより
入力ピニオン４１と共締め固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車などの車輪を操
向する操舵装置、特にピニオンと内歯ギアよりなる減速
機構を内蔵した油圧式操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】出願人は先に、ステアリングギア比がハ
ンドル回転角の増大に応じて減少し、しかもその特性の
設計の自由度が高い操舵装置として、特願平３−２４０
３９８号に係る舵取装置を提案した。この技術は図４に
その主要部を示すように、入力軸１後端部に多少の相対
回動可能に弾性的に連結した動力操舵軸１ａと、これに
対し所定量偏心して配置した中間回転部材２の間に入力
ピニオン５ａと内歯ギア５ｂからなる減速機構５を設
け、また中間回転部材２と出力軸３の間にステアリング
ギア比（ハンドル回転角／タイヤ切れ角）を変えながら
回転を伝達する操舵特性付与機構４を設けたものであ
る。また、入力軸１に加わるトルクにより生じる入力軸
１と動力操舵軸１ａの間の相対回動に応じて作動するサ
ーボ弁によりパワーシリンダを作動させて、出力作動部
材（ラックバー）にアシスト力を与えるようにしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのもの
は、入力軸１と別体の動力操舵軸１ａはただ１個の軸受
６により支持されると共に減速機構５の入力ピニオン５
ａはこの軸受６から大きく突出する片持ち支持となって
いるので、作動に際して減速機構５の伝達トルクが増大
して噛合部に加わる荷重が増大すると軸受６への負荷が
増大し、これにより動力操舵軸１ａが傾いて入力ピニオ
ン５ａが撓み、このため操舵の剛性感が低下し、減速機
構５の噛合に悪影響を与え、操舵装置の円滑な作動を妨
げ、また耐久性を低下させるという問題がある。

【０００４】またこの従来技術は入力ピニオン５ａが動
力操舵軸１ａに一体形成されているので軸受６の内径に
より制限されてその径を大きくすることができず、この
ため同一のトルクを伝達する際に減速機構５の噛合部に
加わる力が増大するので、これによっても上述と同様な
問題が生じる。本発明はこのような問題を解決して、よ
い操舵感と円滑な作動が得られ、耐久性にも優れ、しか
も構造簡単で小形な操舵装置を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このために、本発明によ
る操舵装置は、図１〜図３に例示するように、操舵ハン
ドルに一端部が連結されて共に回転され、他端部に動力
操舵軸１２を同軸的に多少の相対回動可能に弾性的に連
結した入力軸１１と、出力軸１３及び連動機構１５を介
して前記動力操舵軸１２に連結され操舵リンクを介して
車輪を操舵する出力作動部材１４と、この出力作動部材
にアシスト力を与える増力装置３０と、前記入力軸１１
と動力操舵軸１２の間に設けられ、この両軸の間の相対
回動に応じて作動して前記増力装置３０が前記出力作動
部材１４に与えるアシスト力を変化させる制御装置２０
と、これら各部材を支持するハウジング１０を備えてな
る操舵装置において、前記動力操舵軸１２と出力軸１３
の間において同動力操舵軸に対し偏心して前記ハウジン
グ１０に支持され、同出力軸に回転を伝達する中間回転
部材３８と、前記動力操舵軸１２を支持する軸受１７ｂ
の内輪の端面と当接して同動力操舵軸に同軸的に嵌合さ
れた入力ピニオン４１と、前記動力操舵軸１２の端部に
螺合されて前記入力ピニオン４１を前記軸受の内輪と共
に動力操舵軸に共締め固定するねじ部材１１ｂと、前記
中間回転部材３８に一体的に設けられ前記入力ピニオン
４１と噛合してこれと共に前記動力操舵軸１２の回転を
減速して同中間回転部材に伝達する減速機構４０を構成
する内歯ギア４２と、前記ハウジング１０の内周面に前
記中間回転部材３８側からこれと同軸的に嵌合され、前
記動力操舵軸１２を支持する前記軸受１７ｂの外輪を同
弁ハウジングに押圧固定する筒状の軸受押え１９と、こ
の軸受押えの外端側の内周面に設けられ前記入力ピニオ
ン４１をその歯部４１ａと隣接するボス部の外周面で支
持する第２の軸受１７ｃを備えたことを特徴とするもの
である。

【０００６】

【作用】操舵ハンドルと共に回転する入力軸１１の回転
は入力ピニオン４１及び内歯ギア４２よりなる減速機構
４０により減速されて中間回転部材３８に伝達され、操
舵特性付与機構４５を介して出力軸１３に伝達され、連
動機構１５及び出力作動部材１４を介して車輪を操舵す
る。

【０００７】この際、減速機構４０の伝達トルクの増大
に応じてその噛合部に加わる荷重も増大するが、本発明
によれば、減速機構４０の入力ピニオン４１を設けた動
力操舵軸１２は２個の軸受１７ｂ，１７ｃにより支持さ
れているので、支持剛性が増大して減速機構４０の噛合
部に加わる荷重による入力ピニオン４１の撓みは減少
し、また一方の軸受１７ｂに加わる負荷も減少する。ま
た、本発明によれば、軸受１７ｂの内径に制限されるこ
となく入力ピニオン４１の径を大きくすることができる
ので、同一のトルクを伝達する場合に減速機構４０の噛
合部に加わる荷重が減少し、従ってこの荷重による入力
ピニオン４１の撓みは減少し、また軸受１７ｂに加わる
負荷も減少する。

【０００８】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、減速機
構の噛合部に加わる荷重による入力ピニオンの撓みは減
少し、また軸受への負荷も減少するので、しっかりと手
ごたえのある良い操舵感が得られ、また作動が円滑で耐
久性にも優れた操舵装置が得られる。更に本発明によれ
ば、従来よりある軸受を弁ハウジングに固定する軸受押
えにより第２の軸受を保持させたので、部品点数の増加
はわずかであり、従って動力操舵軸を２個の軸受により
支持するようにしたにも係わらず、この部分の構造が簡
単で小形となる。また本発明によれば、外輪がハウジン
グに固定された軸受の内輪と入力ピニオンをねじ部材に
より動力操舵軸に共締め固定したので動力操舵軸の軸方
向位置保持のための構造が簡単となり、入力ピニオンを
動力操舵軸と別体としたにも係わらず小形となる。

【０００９】

【実施例】以下に図１〜図３に示す実施例により本発明
の説明をする。図１に示すように、本実施例の操舵装置
のハウジング１０は、互いにねじ止め固定された弁ハウ
ジング１０ａ及びギアハウジング１０ｂにより構成され
ている。互いに同軸的に配置された入力軸１１及び動力
操舵軸１２は、軸受１７ａ，１７ｂを介して弁ハウジン
グ１０ａ内に支持され、トーションバー１６により弾性
的に相対回動可能に連結されている。

【００１０】動力操舵軸１２を支持する軸受１７ｂの外
輪は、弁ハウジング１０ａの内周面に入力ピニオン４１
側からＯリングを介して液密にねじ込まれた筒状の軸受
押え１９により押圧されて、弁ハウジング１０ａに固定
されている。また動力操舵軸１２の後部には、軸受１７
ｂの内輪の端面と当接する入力ピニオン４１がキー１１
ｃにより回り止めされ、入力ピニオン４１と軸受１７ｂ
の内輪は動力操舵軸１２の先端に螺合されたナット１１
ｂにより動力操舵軸１２に共締め固定されている。これ
により動力操舵軸１２は、ハウジング１０に対し軸方向
位置が拘束されて回転自在に支持される。

【００１１】入力ピニオン４１は、歯部４１ａに隣接す
るボス部４１ｂ外周が軸受押え１９に保持された第２の
軸受１７ｃにより支持され、２つの軸受１７ｂ，１７ｃ
の間には軸受押え１９の内周面により液密に嵌合支持さ
れ内周のリップ部が入力ピニオン４１のボス部４１ｂの
外周面に液密かつ相対回転可能に当接されるオイルシー
ル４９が設けられている。動力操舵軸１２と入力ピニオ
ン４１の嵌合面はＯリング１１ｄにより液密にシールさ
れている。

【００１２】入力軸１１の後側にはこれと平行に偏心し
て中間回転部材３８が、２個の軸受１８ｃを介してギア
ハウジング１０ｂ内に支持され、この両者１１，３８の
回転軸線Ｏ１，Ｏ２の間の偏心量はｅである。この中間
回転部材３８の前半部に同軸的に形成された内歯ギア４
２は入力ピニオン４１の歯部４１ａと互いに噛合して、
入力軸１１の回転を減速して中間回転部材３８に伝達す
る減速機構４０を構成している。

【００１３】後述する操舵特性付与機構４５の出力フラ
ンジ３９がキー３９ａを介して同軸的に前端に固定され
る出力軸１３は、軸受１８ａ，１８ｂを介して入力軸１
１後方のギアハウジング１０ｂに支持されている。ギア
ハウジング１０ｂには出力軸１３と立体的に交差して軸
動可能にラックバー（出力作動部材）１４が支持され、
この両者１３，１４は連動機構１５により連動されてい
る。本実施例においては、連動機構１５は、出力軸１３
に形成されたピニオン１５ａと、ラックバー１４の一部
に形成されてピニオン１５ａと噛合するラック１５ｂに
より構成され、ラックバー１４の両端はそれぞれ操舵リ
ンクを介して左右の前輪（何れも図示省略）に連結され
ている。

【００１４】次に図１及び図２により、操舵中立位置か
らの回転角の増大に応じて減速比を次第に減少させなが
ら中間回転部材３８の回転を出力軸１３に伝達する操舵
特性付与機構４５の説明をする。中間回転部材３８の後
端面には、直径方向に延びるカム溝４７が形成され、ま
たこれと対向する出力フランジ３９の前端面には、突起
４８が出力軸１３の回転軸線Ｏ３から距離Ｒだけ偏心し
て軸方向に突出して設けられている。この距離Ｒは両部
材３８，１３の回転軸線Ｏ２，Ｏ３の間の偏心量ｅより
も大である。突起４８は、回転軸線Ｏ３と平行に出力フ
ランジ３９に植設固定されたピン４８ａと、ニードルロ
ーラ４８ｃを介してピン４８ａに回転自在に設けられた
ローラ４８ｂにより構成され、ローラ４８ｂの外周面は
カム溝４１内に実質的に隙間なく転動可能に係合されて
いる。

【００１５】図１に示すように、本実施例の前輪操舵装
置は、サーボ弁２０とパワーシリンダ３０よりなる油圧
式の動力舵取り装置を備えている。サーボ弁２０のロー
タ弁部材２１は入力軸１１に一体的に形成され、スリー
ブ弁部材２２は内外周面がそれぞれロータ弁部材２１の
外周面と弁ハウジング１０ａの内周面にそれぞれ回転可
能に嵌合され、係合ピン２３により動力操舵軸１２に連
結されている。弁ハウジング１０ａにはサーボ弁２０の
４つのポート、すなわち入力ポート２５、排出ポート２
６及び１対の分配ポート２７ａ，２７ｂが形成されてい
る。

【００１６】一方パワーシリンダ３０はラックバー１４
の途中に設けられており、ギアハウジング１０ｂと一体
的に形成されラックバー１４を同軸的かつ液密に貫通さ
せるシリンダ３１と、ラックバー１４に固定されシリン
ダ３１の内周に液密に嵌合してその内部を左右の作動室
に分離するピストン３２により構成されている。この左
右の作動室はそれぞれ連通路によりサーボ弁２０の各分
配ポート２７ａ，２７ｂに連通され、また入力ポート２
５及び排出ポート２６はそれぞれ連通路により供給ポン
プ３５及びリザーバ３６に連通されている。

【００１７】このサーボ弁２０はトーションバー１６の
捩れにより生じる入力軸１１と動力操舵軸１２の間の相
対回動に応じて作動し、供給ポンプ３５からパワーシリ
ンダ３０の各作動室への作動流体の供給及び各作動室か
らリザーバ３６への作動流体の排出を、各分配ポート２
５，２６，２７ａ，２７ｂを介して制御するものであ
る。これにより前記トルクに応じた操舵アシスト力がラ
ックバー１４を介して前輪に与えられる。なお、入力軸
１１と動力操舵軸１２の間には、この両者１１，１２の
間の捩りばね特性を変化させて動力操舵特性を変化させ
る反力機構２９が設けられているが、詳細な構造は省略
する。

【００１８】次に上記実施例の作動の説明をする。

【００１９】入力軸１１がハンドル軸を介して操舵ハン
ドル（何れも図示省略）と一緒に回転すれば、トーショ
ンバー１６を介して動力操舵軸１２も共に回転され、中
間回転部材３８は入力ピニオン４１及び内歯ギア４２よ
りなる減速機構４０により減速して回転される。図２に
示す前輪操舵中立位置から中間回転部材３８が左右何れ
かに回転するにつれて、突起４８のローラ４８ｂはカム
溝４７内に沿って半径方向外向きに転動して出力軸１３
は回転され、この回転は連動機構１５を介してラックバ
ー１４の軸動に変換され、図略のリンクを介して前輪を
操舵する。中間回転部材３８の回転角α及び操舵ハンド
ルに連結された入力軸１１の回転角βに対する出力軸１
３の回転角θは、それぞれ次の通りとなる。

【００２０】

【数１】α＝tan^-1（sinθ／（cosθ−ｒ）） β＝tan^-1（sinθ／（cosθ−ｒ））／ｇ 但し ｒ＝ｅ／Ｒ ｇ：減速機構４０の減速比 中間回転部材３８と出力軸１３の間の減速比は前式の微
分値dθ／dαであり、中間回転部材回転角αが中立位置
から離れて１８０度に近付くにつれて次第に減少し、そ
れを過ぎれば増大する。また操舵ハンドル回転角βに対
するステアリングギア比の特性は後式の微分値dθ／dβ
に比例し、減速機構４０の減速比ｇに応じて図３に示す
ようになる。すなわち、操舵中立位置ではステアリング
ギア比は大きく、操舵ハンドル回転角の増大に応じて次
第に減少し、減速比ｇに応じた所定の操舵ハンドル回転
角位置で最小値となり、それ以上の操舵ハンドル回転角
では増大傾向、すなわち逆の特性となる。このステアリ
ングギア比が最小となる操舵ハンドル回転角位置は、図
示のように、減速機構４０の減速比ｇが１の場合は１８
０度であり、減速比ｇの増大に応じて増大する。図３は
ｒ＝０.４の場合に減速比ｇを変化させた一例を示す。
本実施例では減速機構４０の減速比ｇは１．４であり、
そのときの特性を実線で示す。この場合のステアリング
ギア比が最小となる操舵ハンドル回転角位置は２５２度
であるが、ストッパにより２４０度以上は操舵されな
い。

【００２１】本実施例による操舵装置の作動の際、減速
機構４０の伝達トルクの増大に応じてその噛合部に加わ
る荷重も増大するが、互いに一体的に結合された動力操
舵軸１２及び入力ピニオン４１は２個の軸受１７ｂ，１
７ｃにより支持されているので、支持剛性が増大して作
動時に加わる荷重による入力ピニオン４１の撓みが減少
し、また軸受１７ｂに加わる負荷も減少する。また、ナ
ット１１ｂにより動力操舵軸１２に締付け固定された入
力ピニオン４１の歯部４１ａは、軸受１７ｂの内径に制
限されることなくその径を大きくすることができるの
で、同一のトルクを伝達する場合に減速機構４０の噛合
部に加わる荷重が減少し、従ってこの荷重によっても入
力ピニオン４１の撓みは減少し、軸受１７ｂに加わる負
荷も減少する。これによりしっかりと手ごたえのあるよ
い操舵感が得られると共に、軸受１７ｂにこじりを生じ
たり減速機構４０の噛合に不具合が生じたりしないので
作動が円滑となり耐久性も向上する。しかも軸受１７ｂ
を弁ハウジング１０ａに固定すると共にオイルシール４
９の保持部材を兼用する軸受押え１９により第２の軸受
１７ｃを保持させたので、動力操舵軸１２を２個の軸受
により支持するようにしたにも係わらず部品点数の増加
はわずかであり、また、外輪が弁ハウジング１０ａに固
定された軸受１７ｂの内輪と入力ピニオン４１をナット
１１ｂにより動力操舵軸１２に共締め固定したので入力
ピニオンを動力操舵軸と別体としたにも係わらず動力操
舵軸１２の軸方向位置保持のための構造が簡単となり、
操舵装置を全体として小形にする なお上記各実施例は、油圧式の動力舵取装置を使用した
例を示したが、本発明は他の形式の動力舵取装置、例え
ば電気式の動力舵取装置を使用して実施することもでき
る。また本発明は、連動機構１５としてボールスクリュ
ー式、ウオームピン式などラックピニオン式以外のもの
を使用した前輪操舵装置に実施することもできる。ま
た、前輪操舵装置に限らず、後輪操舵装置にも適用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による操舵装置の一実施例の全体縦断
面図である。

【図２】 図１の２−２断面図である。

【図３】 本発明による操舵装置のステアリングギア比
特性の一例を示す図である。

【図４】 従来技術による操舵装置の要部を破断した側
面図である。

【符号の説明】

１０…ハウジング、１１…入力軸、１１ｂ…ねじ部材
（ナット）１２…動力操舵軸、１３…出力軸、１４…出
力作動部材（ラックバー）、１５…連動機構、１７ｂ…
軸受、１７ｃ…第２の軸受、１９…軸受押え、２０…制
御装置、３０…増力装置、３８…中間回転部材、４０…
減速機構、４１…入力ピニオン、４１ａ…歯部、４２…
内歯ギア、４５…操舵特性付与機構、４９…オイルシー
ル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河上 清治 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 久代 育生 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 丹羽 悟 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】 操舵ハンドルに一端部が連結されて共に
   回転され、他端部に動力操舵軸を同軸的に多少の相対回
   動可能に弾性的に連結した入力軸と、 出力軸及び連動機構を介して前記動力操舵軸に連結され
   操舵リンクを介して車輪を操舵する出力作動部材と、 この出力作動部材にアシスト力を与える増力装置と、 前記入力軸と動力操舵軸の間に設けられ、この両軸の間
   の相対回動に応じて作動して前記増力装置が前記出力作
   動部材に与えるアシスト力を変化させる制御装置と、 これら各部材を支持するハウジングを備えてなる操舵装
   置において、 前記動力操舵軸と出力軸の間において同動力操舵軸に対
   し偏心して前記ハウジングに支持され、同出力軸に回転
   を伝達する中間回転部材と、 前記動力操舵軸を支持する軸受の内輪の端面と当接して
   同動力操舵軸に同軸的に嵌合されて、同動力操舵軸に同
   軸受の内輪と共締め固定された入力ピニオンと、 前記中間回転部材に一体的に設けられ前記入力ピニオン
   と噛合してこれと共に前記動力操舵軸の回転を減速して
   同中間回転部材に伝達する減速機構を構成する内歯ギア
   と、 前記ハウジングの内周面に前記中間回転部材側からこれ
   と同軸的に嵌合され、前記動力操舵軸を支持する前記軸
   受を同弁ハウジングに押圧固定する筒状の軸受押えと、 この軸受押えの外端側の内周面に設けられ前記入力ピニ
   オンをその歯部と隣接するボス部の外周面で支持する軸
   受を備えたことを特徴とする操舵装置。