JPS5916989B2

JPS5916989B2 - 舵取装置

Info

Publication number: JPS5916989B2
Application number: JP53155758A
Authority: JP
Inventors: 善雄鈴木; 博鉄園田
Original assignee: Jidosha Kiki Co Ltd
Current assignee: Jidosha Kiki Co Ltd
Priority date: 1978-12-19
Filing date: 1978-12-19
Publication date: 1984-04-18
Also published as: JPS5583669A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は車両の舵取装置、特にポールスクリュウを内蔵
するケーシングにポールスクリュウの中心軸線と直角な
方向に出力軸を支持し、前記ポールスクリュウのポール
ナツト外表面に設けたラックと噛合う円錐部分歯車（厳
密には円錐状部分歯車）が出力軸に支持され、前記円錐
部分歯車を軸方向に移動することによって円錐部分歯車
とラックとの噛合い間隙（バックラッシュ）を調整でき
るようになっている形式の舵取装置に関するものである
。

従来の舵取装置は、動力舵取装置の場合を第１図に例示
するように、ケーシング３３に形成したシリンダ４の内
部にピストン２０を嵌装し、該ピストン２０の一部外周
面にラック２２を形成する一方、前記ケーシング３３と
一体に形成した歯車箱２６の軸穴２５に出力軸１６の先
端側を軸受１５をもって支持し、歯車箱２６の開口３４
を閉鎖する閉鎖板１１に出力軸１６の基端側を軸受１３
をもって支持し、出力軸１６と一体に形成した円錐部分
歯車１７を前記ラック２２に噛合わせた構成となってい
る。

出力軸１６は前記開口３４側から歯車箱２６の内部へ挿
通される。

開口３４にシールリング１２を介して閉鎖板１１が嵌合
され、ボルト１で固定される。

そして、出力軸１６の先端（左端）側にセレーション１
を介してピットマンアームが結合され、さらにリンクを
介して操向車輪に連結されるようになっている。

ピストン２０の中心には一連のボール１９を介しボール
ねじ軸２１を螺合してポールスクリュウが構成される。

図示してないがボールねじ軸２１に結合した弁要素と操
舵軸に結合した弁要素とが、ケーシング３３の一端部に
設けた弁室の内部へ同心に配置され、これによってサー
ボ制御弁が構成される。

そして、ボールねじ軸２１と操舵軸とを互いに結合する
可撓軸３２のねじれを伴なう操舵軸とボールねじ軸２１
との相対回転運動によって前記サーボ制御弁が作動され
るようになっている。

一連のボール１９はボールねじ軸２１の回転操作に伴な
って螺合部から逆送管６を経て戻され、螺合部へと循環
するようになっている。

このような構成は公知であり、かつ本発明の要旨には関
係しないので説明を省略する。

軸受１５の外側にシール部材３，２が装着され、また軸
受１３の内側にシール部材１４が装着されている。

そして、前記閉鎖板１１に調節ボルト１０がねじ込まれ
、さらにロックナツト８によって所定の位置に固定され
ている。

調節ボルト１０の内端に一体に構成されたフランジ２４
が出力軸１６の右端部に設けたねじ穴９の閉鎖端壁に押
し付けられるように、前記ねじ穴９へ円筒状のねじ２３
がねじ込まれ、フランジ２４に押付けられる。

ねじ２３の右端部に薄肉円筒部が形成され、この薄肉円
筒部の一部が外側へ押し開かれ、ねじ穴９の端部の溝へ
保合され、これによってねじ２３の緩みが防止される。

ラック２２と円錐部分歯車１１との噛合い部の摩耗に伴
なって、噛合い間隙が増大した場合には、前記調節ボル
ト１０を締付けながら、出力軸１６を左方へ移動させれ
ば、円錐部分歯車１１がラック２２の歯底の方へ深く噛
合うこととなり、噛合い間隙が縮小される。

ラック２２は第２，３図に示すように、圧力角αで、出
力軸１６の中心軸線に対して、円錐部分歯車１７の円錐
角θだけ傾斜して噛合わされている。

そして、第２図ａに示すように、車両の直進位置で円錐
部分歯車１７の中央の歯と噛合うラック２２の歯面Ｙ
、Ｙ’で区画される歯溝の幅が狭く、両端側の歯溝の
幅が僅かに広くなっており、これによって使用頻度の高
い円錐部分歯車１１の中央の歯とラック２２との噛合い
部が摩耗しても、ラック２２の全噛合い域での円滑な噛
合いが維持されるようになっている。

つまり、第２図すに示すように、歯面ｙ／ｚ／間のピ
ッチｐ１よりも歯面Ｙ−Ｚ間のピッチｐ２を太きくし、
ラック２２の移動に伴なって歯面Ｚが噛合う時に円錐部
分歯車１γの２番目の歯と干渉するのを防ぐようになっ
ている。

ラック２２が歯幅方向について歯厚および歯溝の寸法が
一定となっているのに対して、円錐部分歯車１１は小径
端面Ａおよび大径端面Ｂの歯形が第２図ａに示すように
軸心Ｏを中心とする基礎円３８を共通とするインボリュ
ート曲線となっている。

つまり、円錐部分歯車１１の歯厚が小径端面Ａで薄く、
大径端面Ｂに至るに従って厚くなっている転位歯車を構
成する。

いま、ラック２２が第２図ａに示す中立位置（車両の直
進状態）から矢印Ｘ方向へ駆動される場合についてみる
と、円錐部分歯車１１は小径端面Ａではｍ点で、大径端
面Ｂではｎ点でそれぞれ噛合っており、第３図に示すよ
うにｍ点とｎ点を結ぶ線３９が噛合い線となる。

この噛合い線３９は出力軸１６の中心軸線に対して角度
δだけ傾いている。

したがって、ラック２２が矢印Ｘ方向に移動すると、円
錐部分歯車１１の小径端面Ａと歯面Ｙとの噛合い点は作
用線４０に沿って斜め下方へ移動し、ラック２２の歯先
がｂ点にきたところで噛合いが終る。

そして、歯面Ｙに続く歯面Ｚが円錐部分歯車１Ｔの２番
目の歯とａ点で噛合い、同様に作用線４０に沿って斜め
下方へ移動する。

円錐部分歯車１１の大径端面Ｂと歯面Ｙとの噛合い点も
ラック２２の矢印Ｘ方向の移動に伴なって、作用線４０
に沿って斜め下方へ移動し、ラック２２の歯先がｄ点に
きたところで噛合いが終り。

歯面Ｙに続く歯面Ｚが円錐部分歯車１１の２番目の歯と
０点で噛合うこととなる。

この関係は第４図に示すように横軸をラック２２の移動
方向とすると、ラック２２の歯面Ｙに対して円錐部分歯
車１１の中央の歯は０点における点接触による噛合いか
ら始まり、次第に噛合い幅が拡がり、ａ点にきたところ
で全歯幅で噛合う。

そして、ｄ点から次第に噛合い幅が狭くなり、ｂ点にお
ける点接触による噛合いで終る。

前述したように歯面Ｙ、Ｙ’間の溝幅よりも歯面ｚ
、ｚ’間の溝幅が広くなっているので、歯面Ｙと円
錐部分歯車１１の中央の歯との噛合いが終っても、歯面
Ｚはまだ円錐部分歯車１１と噛合っておらず、第４，５
図に示すストロークＴだけラック２２が移動したところ
で、歯面Ｚが円錐部分歯車１１の２番目の歯と噛合うの
である。

すなわち、前述の場合と同様に１円錐部分歯車１Ｔの大
径端面Ｂにおいて２番目の歯がラック２２の歯面Ｚの歯
先とのＣ’Ａでの点接触による噛合いに始まり、円錐部
分歯車１１の小径端面Ａにおいて２番目の歯の歯先がラ
ック２２の歯面Ｚとのｂ′点での点接触による噛合いで
終る。

なお、ラック２２がストロークＴだけ移動する間、ラッ
ク２２が円錐部分歯車１１から離れることはなく、ラッ
ク２２の歯先が円錐部分歯車１１と接してはいるが正規
の噛合いをしなくなるだけで、このためにラック２２の
移動に対して円錐部分歯車１１が等角速度で回転されな
くなる。

上述のように、従来の舵取装置では、第２図すに示すよ
うに、ラック２２のピッチｐ１とｐ２とが異なるために
、ラック２２の歯面Ｙの噛合いが終るまで、次の歯面Ｚ
の噛合いができないばかりでなく、各歯面Ｙ、Ｚが各ｃ
、ｂ、ｃ’ｔｂ憔で点接触となるので歯面疲
労が生じやすく、歯車損傷の主要な原因となる。

また、このような点接触はラック２２を構成するピスト
ンにこれを回転させるような力を及ぼすことにもなり、
舵取装置としての操舵感覚に微妙な悪影響を及ぼす。

さらに、従来の舵取装置では、歯車箱２６の限られたス
ペースに収まるように、円錐部分歯車１１として、小形
で伝達運動量が大きく、大荷重に耐え得る低歯が採用さ
れている。

しかし、円錐部分歯車１７の小径端側を転位Ｏとすると
、大径端側か大きくなり、このことはそれだけラック２
２の歯を長くしなければならず、これが強度上問題とな
る。

さらに、円錐部分歯車１７と一体をなす出力軸１６を歯
車箱２６が大きくなるばかりでなく、これを歯車箱２６
の内部へ収容するための第１図に示す開口３４も大きく
なる。

そこで、円錐部分歯車１１を低歯とする場合に、転位Ｏ
の部分を歯幅方向の中間部分に設定し、小径端側を負の
転位歯とすることによって、円錐部分歯車１７を小型に
している。

しかし、この場合は第２゜６図に示すように、転位Ｏと
なる作用線４０とピッチ円Ｐ、０、Ｄ、との交
点ｐよりも小径端側の負の転位となる部分ですべり率が
大きくなり、小径端とラック２２の歯先との噛合点すで
はすべり率が非常に大きくなる。

また、全体として噛合い率が極端に小さいので負の転位
となる部分のすべり率が大きいこととあいまって異常摩
耗が生じやすいという問題がある。

本発明の目的はこのような不具合を構造が簡単で歯車の
諸元を変更しないで解消し得るようにした歯車噛合い部
をもつ舵取装置を提供することにある。

本発明の他の目的はラックと円錐部分歯車との噛合い部
のすべり率を最小限に抑えることができる舵取装置を提
供することにある。

このため、本発明の構成はポールスクリュウを内蔵する
ケーシングに前記ポールスクリュウの中心軸線と直角な
方向に出力軸を支持し、前記ポールスクリュウのポール
ナツト外表面に設けたラックに前記出力軸の円錐部分歯
車を噛合わせ、該円錐部分歯車を軸方向に移動すること
によって噛合い間隙が調節される舵取装置において、前
記ラックの歯先および前記円錐部分歯車の歯先をそれぞ
れ全幅にわれって、前記ラックと前記円錐部分歯車との
噛合い線に沿ってカットしたものである。

本発明を実施例に基づいて説明すると、第７図に示すよ
うに、ラック２２について円錐部分歯車１１の中央の歯
と噛合う歯面Ｙ、Ｙ’間の距離つまり歯溝の幅よりも両
端側の歯溝の幅を広くする一方、円錐部分歯車１１につ
いては従来のものと同様に等ピッチとする。

そして、第８図に示すように、円錐部分歯車１１の全て
の歯について、歯先１７ａを全歯幅にわたって噛合いの
始めと終りが線接触となるように噛合い線３９と平行に
カットされる。

さらに、ラック２２の全ての歯についても歯先２２ａを
全歯幅にわたって噛合い始めと噛合い終りが線接触とな
るように噛合い線３９と平行にカットされる。

そして、好ましくは、円錐部分歯車１１の歯型を並歯と
し、小径端側を転位Ｏまたは正転位歯とし、大径端側に
至るに従って正転位量を大きくする。

本発明は上述のように構成したから、第９図に示すよう
に、ラック２２が矢印Ｘ方向へ移動する場合、円錐部分
歯車１Ｔの中央の歯は噛合い線に沿ってカットされた歯
先１７ａがラック２２の歯面Ｙに線接触して噛合いが始
り、噛合い部分が円錐部分歯車１７の歯元へ移り、ラッ
ク２２の歯先２２ａが円錐部分歯車１１の歯元に線接触
したところで噛合いが終る。

円錐部分歯車１１の２番目の歯の歯先１７ａにラック２
２の歯面Ｚが接触するまでの間、つまり、ラック２２が
ストロークＴだけ移動する間、円錐部分歯車１１はラッ
ク２２の歯先によって引き続き送られるが、正規の噛合
いではないので円錐部分歯車１７の角速度が変化する。

しかし、この非正規の噛合いは極めて催かの期間であっ
て操舵感覚には殆ど影響しない。

ラック２２がストロークＴだけ移動すると、歯面Ｚと２
番目の歯との噛合いが線接触で始り、以下前述の場合と
同様の噛合いを通じてラック２２の運動が円錐部分歯車
１γに伝達される。

ラック２２が矢印Ｘと反対方向に駆動される場合は、歯
面Ｙ′が円錐部分歯車１Ｔと噛合うだけで、噛合いの変
化は前述の場合と同様である。

本発明によれば上述のように、円錐部分歯車１１とラッ
ク２２との噛合いはｌ歯ずつ独立に行われ、歯の交替時
期に円錐部分歯車１１は歯車としての正規の回転が一時
的に得られなくなるが、歯先１γａの線接触で始まり、
歯先２２ａの線接触で終るから、ラック２２および円錐
部分歯車１７に局部的に面圧の高いところが生じること
がなく、歯先が損傷したり、あるいは歯先と噛合う歯面
が異常に摩耗するのを防止することができる。

そして、全歯幅にわたって同時に歯合いが始まり、かつ
終るので、ラック２２に不平衡な力が発生せず、ラック
２２を備えるピストンにこれを回転させるような力は生
じない。

通常噛合っている円錐部分歯車１１の中央の歯とラック
２２との噛合い部に摩耗が生じた場合には、円錐部分歯
車１７を軸方向に移動すれば、円錐部分歯車１１とラッ
ク２２の噛合い間隙を縮小することができる。

このような噛合い間隙の調節を行なった後には、ラック
２２の歯面Ｙから歯面Ｚの歯合いに移る時円錐部分歯車
１１の角速度が変化する期間は短縮されることとなり、
円錐部分歯車１７とラック２２との噛合いが線接触で始
まり、線接触で終ることに変わりはない。

また、本発明によれば、円錐部分歯車１１が小径端側で
転位Ｏあるいは正転位歯とし、大径端側へ至るに従って
正転位量が犬となっており、従来の低歯を用いるものに
比べて、負の転位部分がないので噛合い部のすべり率を
小さく抑えることができ、したがって、噛合い部の摩耗
が少なく、長期使用に耐え得る。

さらに、ラック２２および円錐部分歯車１１の歯先が円
錐角と平行ではなく、噛合い線に沿ってカットされてい
るので、両者の軸間距離を小さくすることができ、また
円錐部分歯車１７の大径端側の外径が小さくなり、それ
だけ歯車箱の小型化、ひいては舵取装置全体の小型化に
役立つ。

また、円錐部分歯車を並歯としたので、従来の低歯に比
べて歯数が少なくなり、それに伴ってラックの歯数も少
なくなり、加工工数が大幅に低減され、コスト低減に役
立つ。

なお、本発明は動力舵取装置だけでなく、一般的な機械
式舵取装置にも適用することができるのはいうまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の動力舵取装置を例示する正面断面図、第
２図ａは同装置の歯車噛合い部の側面断面図、第２図す
は同装置の不゛ンクについての説明図、第３図は同正面
断面図、第４図は同噛合い線図、第５図は同噛合い特性
線図、第６図は同噛合い部のすべり特性線図、第７図は
本発明に係る舵取装置の歯車噛合い部の側面断面図、第
ａ−図は同正面断面図、第９図は同噛合い線図である。４ニジリンダ、１０：調節ボルト、１１：閉鎖板、１３
，１５：軸受、１６：出力軸、１１：円錐部分歯車、１
１ａ：歯先、２０：ピストン、２２ニラツク、２２ａ：
歯先、２６：歯車箱、３３：ケーシング、３８二基礎円
、３９：噛合い線、４０：作用線。

Claims

【特許請求の範囲】１ボールスクリュウを内蔵するケーシングに前記ポー
ルスクリュウの中心軸線と直角な方向に出力軸を支持し
、前記ポールスクリュウのボールナツト外表面に設けた
ラックに前記出力軸の円錐部分歯車を噛合わせ、該円錐
部分歯車を軸方向に移動することによって噛合い間隙が
調節される舵取装置において、前記ラックの歯先および
前記円錐部分歯車の歯先をそれぞれ全幅にわたって、前
記ラックと前記円錐部分歯車との噛合い線に沿ってカッ
トしたことを特徴とする舵取装置。２前記円錐部分歯車が並歯であって、小径端側か転位
０または正転位歯であり、大径端側に至るに従って正転
位量が大きくなっている特許請求の範囲１に記載の舵取
装置。