JPWO2008069172A1

JPWO2008069172A1 - ボールねじを用いたステアリング装置

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Publication number: JPWO2008069172A1
Application number: JP2008548273A
Authority: JP
Inventors: 雄二太刀掛; 元気阿部
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2010-03-18
Also published as: DE112007002890T5; WO2008069172A1; US20100095793A1

Abstract

小型化、軽量化が可能であり、前輪駆動車等のエンジンルームが狭い車輛にも容易に適合可能なステアリング装置であって、ギヤケーシング(5)に回転自在に支承され、螺旋状のボール転動溝が形成されたリレーロッド(3)と、ステアリング軸(2)の回転が伝達される入力軸(20)と、この入力軸の回転を前記リレーロッドの回転運動に変換すると共に該リレーロッドの軸方向への移動を許容する回転伝達手段(21,38,35)と、多数のボールを介して前記リレーロッドのボール転動溝に螺合すると共に前記ギヤケーシングに固定され、かかるリレーロッドの回転に応じて該リレーロッドを軸方向へ移動させるスクリューナット(36)と、前記リレーロッドの軸方向移動に伴って転舵輪を動かす一対のタイロッド(10)と、前記リレーロッドの回転運動を前記タイロッドに伝達することなく該リレーロッドの軸方向移動を前記タイロッドに伝達する一対の球面軸受(11)と、から構成されている。

Description

本発明は、ステアリング軸の回転に応じて転舵輪を操作するためのステアリング装置に係り、特に、ボールねじを用いることでステアリング軸の回転運動をリレーロッドの軸方向の運動に変換するタイプのステアリング装置に関する。

従来、車輛の転舵輪を操作するためのステアリング装置としては、ラック＆ピニオン式と称されるものが知られている。

このラック＆ピニオン式は、タイロッドを介して転舵輪のナックルアームに連結されるリレーロッドにラックギヤを形成する一方、運転者によって回転が与えられるステアリング軸の先端には前記ラックギヤと噛み合うピニオンギヤを設け、ステアリング軸の回転運動を直接的にリレーロッドの軸方向への運動に変換し、前記タイロッドでナックルアームを押し引きすることで転舵輪の向きを変更するように構成されている（特開２００５−１９９７７６号公報）。

一方、ラックギヤを用いることなくリレーロッドに対して軸方向の運動を与える他の方式として、ボールねじを用いたものが知られている。

具体的には、前記リレーロッドに螺旋状のボール転動溝を形成する一方、このボール転動溝には多数のボールを介してスクリューナットを螺合させ、ステアリング軸の回転量に応じて前記スクリューナットを回転させることで前記リレーロッドに軸方向の運動を与え、それによって転舵輪の向きを変更するように構成されている（特開２００４−２８４４０７号公報）。
特開２００５−１９９７７６号公報特開２００４−２８４４０７号公報

しかし、前記ラック＆ピニオン式のステアリング装置では、リレーロッドの一部にラックギヤが形成されていることから、かかるラックギヤの強度を考慮すると、リレーロッドの軸径にある程度以上の太さが必要であり、転舵輪の操作に必要とされるリレーロッド本来の機械的強度からしてみれば、かかるラックギヤが形成されたリレーロッドの軸径は過大なものとならざるを得ない。また、ラックギヤが形成されることから、リレーロッドを中空軸とすることもできない。このため、リレーロッドの軽量化を図り難いといった問題点があった。

また、前記ラック＆ピニオン式のステアリング装置では、転舵輪の路面抵抗が前記ラック軸に直接作用していることから、ラック軸を軸方向へ移動させるには大きな力が必要であり、ピニオンギヤをラックギヤに押さえつけなければ、かかるピニオンギヤが空回りをしてしまう。このため、ラック＆ピニオン式のステアリング装置においては、ラック軸におけるラックギヤの背後にリテーナスプリングで付勢されたラックガイドが設けられており、かかるラックガイドがラックギヤを一定の圧力でピニオンギヤに押し付けている。

しかし、このようにラックガイドをラック軸に対して圧接させると、両者間の摩擦力によってラック軸の動きが重くなり、かかるラック軸の円滑な運動が阻害されるといった問題点がある。また、電動パワーステアリング装置を構成した場合も、ラック軸の軸方向への運動に大きな抵抗が作用することから、電動モータが大きな回転トルクを発生する必要があり、電動モータが大型化してしまう他、コストが嵩んでしまうといった問題点があった。また、前記ラックガイドが必要となることから、ラックギヤ及びピニオンギヤを収容したステアリングギヤボックス自体が大型化してしまうといった問題点もあった。

一方、ボールねじを利用した従来のステアリング装置では、スクリューナットを回転させることによってリレーロッドを軸方向へ移動させていることから、前記スクリューナットは回転軸受を介してステアリングギヤボックスに装着する必要があり、その分だけステアリングギヤボックスが大型化、重量化せざるを得なかった。

また、スクリューナットにはリレーロッドから軸方向の荷重が作用することから、スクリューナットの回転を支承する軸受はラジアル荷重及びスラスト荷重の双方を十分に負荷し得るものでなければならず、かかる回転軸受の大型化、ひいてはステアリングギヤボックスが大型化、重量化せざるを得なかった。

このようなステアリングギヤボックスの大型化は車輛重量の増大に直結し、車輛重量が増加すると、ステアリング装置の操作により大きな操作力が必要となる。近年ではステアリング装置の操作力を軽減するものとしてパワーステアリング装置が普及しているが、パワーステアリング装置を搭載した場合も車輛重量は増加し、エンジンの燃費が悪化することになる。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、小型化、軽量化を促進することが可能であり、前輪駆動車等のエンジンルームが狭い車輛にも容易に適合可能なステアリング装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、小型車等の軽量な車輛に使用した場合に、パワーステアリング装置を用いることなく軽い操作力で操舵することが可能であり、省エネルギー化に貢献することが可能なステアリング装置を提供することにある。

すなわち、本発明は、ギヤケーシングと、このギヤケーシングを貫通すると共に該ギヤケーシングに対して回転自在に支承され、外周面には螺旋状のボール転動溝が形成されたリレーロッドと、ステアリング軸の回転が伝達される入力軸と、この入力軸の回転を前記リレーロッドの回転運動に変換すると共に該リレーロッドの軸方向への移動を許容する回転伝達手段と、多数のボールを介して前記リレーロッドのボール転動溝に螺合すると共に前記ギヤケーシングに固定され、かかるリレーロッドの回転に応じて該リレーロッドを軸方向へ移動させるスクリューナットと、前記リレーロッドの軸方向の両端に結合されて、かかるリレーロッドの軸方向移動に伴って転舵輪を動かす一対のタイロッドと、前記リレーロッドとタイロッドとの間に設けられて、かかるリレーロッドの回転運動を前記タイロッドに伝達することなく該リレーロッドの軸方向移動を前記タイロッドに伝達する一対の球面軸受と、から構成されている。

このような本発明のステアリング装置では、運転者がステアリングホイールを操作し、ステアリング軸の回転が入力軸に伝達されると、この入力軸の回転が前記回転伝達手段によってリレーロッドに伝達される。リレーロッドに螺合するスクリューナットはギヤケーシングに固定されていることから、前記リレーロッドが回転すると、かかるリレーロッドはその回転方向及び回転量に応じて軸方向へ移動することになる。このリレーロッドの軸方向の運動はタイロッドを経て操舵輪に伝達される。また、リレーロッドとタイロッドは球面軸受を介して連結されていることから、リレーロッドの回転は前記球面軸受によって吸収され、タイロッドには伝達されない。

本発明において、前記リレーロッドにはボール転動溝が形成されるが、ラックギヤを形成する場合と比較して、かかるリレーロッドはその軸径を小さくしても十分な強度を維持することができ、リレーロッドの小型化、軽量化を図り易いといった特質がある。また、ボール転動溝が形成されていても、リレーロッドそのものは中空軸に形成することが可能であり、この点においてもリレーロッドの軽量化を図り、ひいてはステアリング装置全体の軽量化を達成することが可能である。

また、入力軸の回転はスクリューナットに伝達されるのではなく、前記回転伝達手段を介してリレーロッドに伝達され、この回転伝達手段はリレーロッドの軸方向への移動を許容するので、かかるリレーロッドに作用している軸方向の荷重が回転伝達手段に作用することはなく、前記回転伝達手段を簡易な構成とすることが可能になる。従って、この点においても本発明のステアリング装置は小型化、軽量化を図ることが可能となっている。

このように本発明のステアリング装置は従来のそれと比較して小型化、軽量化が可能であり、小型車に最適である。また、ステアリング装置そのものの小型化、軽量化により、操舵輪に作用する荷重が減少するので、運転車の操舵時における負担が軽減され、パワーステアリング装置を省略してエネルギー効率の向上を図ることも可能となる。

ステアリング装置の一例を示す概略図である。本発明を適用したステアリング装置のギヤケーシング内の機構を示す斜視図である。スプラインナット及び入力軸のギヤケーシングに対する組み付け状態を示す分解斜視図である。保持機構の第一の実施形態を示す分解斜視図である。転舵輪の直進位置に対応した保持機構の様子を示す拡大図である。転舵輪を操作した際の保持機構の様子を示す拡大図である。保持機構とリレーロッドとの係合状態が解除された際の保持機構の様子を示す拡大図である。保持機構の第二の実施形態を示す拡大図である。図８に示す保持機構の分解斜視図である。転舵輪を操作した際の第二の実施形態の保持機構の様子を示す拡大図である。保持機構とリレーロッドとの係合状態が解除された際の第二の実施形態の保持機構の様子を示す拡大図である。保持機構の第三の実施形態を示す拡大図である。図１２に示す保持機構の分解斜視図である。転舵輪を操作した際の第三の実施形態の保持機構の様子を示す拡大図である。

以下、添付図面に基づいて本発明のステアリング装置を詳細に説明する。

図１はステアリング装置の一例を示す概略図である。このステアリング装置は、ステアリングホイール１の回転が伝達されるステアリング軸２と、このステアリング軸２の回転に応じて軸方向へ移動するリレーロッド３と、前記ステアリング軸２の回転を前記リレーロッド３の軸方向への運動に変換するステアリングギヤボックス４とを有しており、前記リレーロッド３はステアリングギヤボックス４のギヤケーシング５を貫通している。左右の転舵輪６を支えるハブ７にはナックルアーム９が設けられており、前記リレーロッド３の両端はタイロッド１０を介してそれぞれに左右のナックルアーム９に連結されている。また、ナックルアーム９とタイロッド１０の連結、タイロッド１０とリレーロッド３の連結は球面軸受１１を介して行われている。

前記ステアリングホイール１を回してステアリング軸２を矢線Ａ方向に沿っていずれかの方向へ回転させると、その回転方向に応じてリレーロッド３が軸方向（矢線Ｂ方向）へ移動し、タイロッド１０がナックルアーム９を押し引きする結果として、左右の転舵輪６が矢線Ｃ方向へ揺れ動いてその向きを変更することになる。

図２は本発明を適用した前記ステアリングギヤボックス４の一例を示すものであり、ギヤケーシング５を取り去った状態の斜視図である。前記リレーロッド３はステアリングギヤボックス４のギヤケーシングを貫通するように設けられており、その表面にはリレーロッド３の軸方向に沿ってスプライン溝３０が形成されると共に、螺旋状のねじ溝３１も形成されている。これらスプライン溝３０とねじ溝３１はリレーロッド３外周面上に重なることなく形成されており、スプライン溝３０とねじ溝３１との間には環状の係合溝３２が形成されている。

前記スプライン溝３０には多数のボールを介してスプラインナット３５が係合している。このスプラインナット３５はリレーロッド３に対してその軸方向へ移動自在であると共に、かかるリレーロッド３との間で回転トルクを伝達することが可能となっている。また、スプラインナット３５は前記ギヤケーシングに対して回転自在に支承されており、ギヤケーシングに対してスプラインナット３５を回転させると、スプラインナット３５と共にリレーロッド３が回転するように構成されている。

一方、前記ねじ溝３１には多数のボールを介してスクリューナット３６が螺合しており、リレーロッド３とスクリューナット３６とによってボールねじが構成されている。このスクリューナット３６はギヤケーシングに固定されており、前記リレーロッド３が回転すると、その回転量に応じて該リレーロッド３がスクリューナット３６に対して軸方向へ移動するようになっている。

すなわち、前記スプラインナット３５に対して回転を与え、リレーロッド３をスプラインナット３５と共に回転させると、前記スクリューナット３６の働きによってリレーロッド３が回転方向及び回転量に応じて軸方向へ移動する。このとき、スプラインナット３５はリレーロッド３の軸方向への移動を許容しながら該リレーロッド３を回転させることになる。

また、前記リレーロッド３の両端には球面軸受３７を介して前記タイロッド１０が夫々連結されている。図２において、リレーロッド３の左端に設けられた球面軸受３７は一部を切り欠いて描いてある。この球面軸受３７は、タイロッド１０の一端に設けられたボール部３７ａと、前記リレーロッド３の端部に固定されると共に前記タイロッド１０のボール部３７ａを包持したホルダ３７ｂとから構成されており、タイロッド１０はリレーロッド３に対して回転自在に且つ揺動自在に連結されている。前記タイロッド１０の揺動中心はリレーロッド３の軸心と合致している。また、図２には示されていないが、前述ように、タイロッド１０のボール部３７ａと反対側の端部はナックルアーム９に連結されている。このため、リレーロッド３が軸方向へ移動すると、タイロッド１０を介して前記ナックルアーム９が押し引きされることになり、リレーロッド３の軸方向移動量に応じて転舵輪６の向きを変化させることができるようになっている。リレーロッド３は軸方向への移動に伴って回転を生じているが、タイロッド１０の一端は球面軸受３７を介することによってリレーロッド３に対して回転自在に連結されており、しかも他端はナックルアーム９に連結されているので、リレーロッド３が回転しても前記球面軸受３７が当該回転を吸収し、タイロッド１０が回転を生じることはない。

前記ステアリング軸２の回転は図２に示す入力軸２０に伝達され、この入力軸２０がステアリング軸２の回転に応じて前記スプラインナット３５を回転させるように構成されている。入力軸２０の先端には駆動側の傘歯車２１が固定されており、この傘歯車２１は前記スプラインナット３５に設けられた従動側の傘歯車３８と噛み合っている。これにより、運転者がステアリングホイール１を回転させると、その回転がスプラインナット３５に伝達され、リレーロッド３が回転するようになっている。すなわち、これらの傘歯車２１，３８及びスプラインナット３５が本発明における回転伝達手段に相当している。

図３はギヤケーシングに対するスプラインナット３５及び入力軸２０の組み付け状態を示す分解斜視図である。スプラインナット３５の外周面には回転軸受３９が嵌合しており、スプラインナット３５はこの回転軸受３９を介してギヤケーシング５に装着されている。前記リレーロッド３はスプラインナット３５に対して軸方向へ移動自在であり、スプラインナット３５はリレーロッド３の軸方向荷重を負荷することはない。このため、前記回転軸受３９はリレーロッド３の軸方向に沿ったスラスト荷重を負荷する必要はなく、ラジアル荷重のみを負荷すれば良い。これにより、かかる回転軸受３９の小径化、低コスト化を図ることが可能となっている。尚、図３中の符号４１はスプラインナット３５におけるボールの無限循環路を形成するためのエンドキャップであり、スプラインナット３５の軸方向の両端面に固定されて使用される。

一方、前記傘歯車２１が設けられた入力軸２０も回転軸受２２を介してギヤケーシング５に固定されている。

スプラインナット３５はスラスト荷重を負荷する必要がないので、リレーロッド３の軸方向に関してはスプラインナット３５をギヤケーシング５に対して厳密に固定する必要はない。このため、前記回転軸受３９とギヤケーシング５のとの間にはリング状の弾性部材４０が設けられ、回転軸受３９及びスプラインナット３５を傘歯車２１，３８が噛み合う方向へ背後から押圧している。また、前記入力軸の回転を支承する回転軸受２２とギヤケーシング５との間にも弾性部材２３が設けられ、傘歯車２１は傘歯車３８と噛み合う方向へ付勢されている。これにより、傘歯車２１と傘歯車３８との間のバックラッシュが排除され、ステアリングホイール１の操作に対するリレーロッド３の軸方向運動の応答性が向上する。

このステアリング装置では、車輛の直進安定性を高めると共に適度な操舵感を運転者に与えるため、ギヤケーシング５に対してリレーロッド３を所定位置に復元させるための保持機構５０が設けられている。この所定位置は転舵輪６の直進位置に対応している。図２に示すように、前記保持機構５０はリレーロッド３に係合した状態でギヤケーシング５内に納められ、かかるギヤケーシング５に対して固定されている。

図３は前記保持機構５０の詳細を示す分解斜視図である。この保持機構５０は、リレーロッド３の係合溝３２に嵌合する規制ブロック５１と、この規制ブロック５１をリレーロッド３の軸方向に沿って案内するガイドプレート５２と、コイルスプリング５３によって付勢されると共に前記規制ブロック５１を相対向する方向から押圧する一対のピストン部材５４とを備えている。前記ガイドプレート５２の表面にはリレーロッド３の軸方向に沿って突条が形成されており、前記規制ブロック５１は突条に嵌合した状態でガイドプレート５２の表面を移動自在となっている。前記ピストン部材５４は先端部を規制ブロック５１の側面に当接させた状態で前記コイルブロック５３に付勢されており、ガイドプレート５２の長手方向の両端には各コイルスプリング５３を係止するためのエンドプレート５５が立設されている。

また、この保持機構５０では前記ガイドプレート５２上における規制ブロック５１の位置に応じ、かかる規制ブロック５１がリレーロッド３に向けて進退し、リレーロッド３の係合溝３２に対する規制ブロック５１の嵌合状態が維持又は解除されるようになっている。

このような規制ブロック５１の動作を実現するために、前記ガイドプレート５２の上には一対のエンドプレート５５を跨ぐようにして制御プレート５６が設けられている。規制ブロック５１はこの制御プレート５６に設けられたスリットを介してリレーロッド３の係合溝３２と嵌合するように構成されている。制御プレート５６おけるスリットの形成部位はリレーロッド３に向けて台形状に突出しており、中央の直線領域５６ａと、この両側に位置するテーパ領域５６ｂを含んでいる。規制ブロック５１の内部にはコイルスプリング５７が格納されており、このコイルスプリング５７は規制ブロック５１をガイドプレート５２から離間する方向、すなわちリレーロッド３に向けて付勢している。従って、規制ブロック５１は常に制御プレート５６に当接した状態でガイドプレート５２の上を移動し、前記直線領域５６ａからテーパ領域５６ｂに差しかかると、ガイドプレート５２に向けて押し下げられるようになっている。また、このような規制ブロック５１の進退を可能とするため、ガイドプレート５２の表面には制御プレート５６のテーパ領域５６ｂに対応して凹所５２ａが形成されている。尚、図４中の符号５８はコイルスプリング５７とガイドレール５２の突条との間に介装される滑走駒である。

このような構成により、規制ブロック５１に対して何ら外力を及ぼしていない状態では、一対のピストン部材５４の作用により、かかる規制ブロック５１がガイドプレート５２の中央に保持されるようになっている。このとき、規制ブロック５１はリレーロッド３の係合溝３２に嵌合している。また、いずれか一方のコイルスプリング５３の付勢力に逆らって前記規制ブロック５１をガイドプレート５２上でリレーロッド３の軸方向に沿って移動させると、かかる規制ブロック５１が制御プレート５６の直線領域５６ａからテーパ領域５６ｂに移行するにつれ、かかる規制ブロック５１はガイドプレート５２に向けて徐々に押し下げられ、最終的にはリレーロッド３の係合溝３２に対する規制ブロック５１の嵌合状態が解除されるようになっている。

図５乃至図７はリレーロッド３の軸方向位置に対する保持機構５０の動作を示すものである。図５は前記規制ブロック５１に対して何ら外力が作用していない状態を示している。この状態において規制ブロック５１の両側におけるコイルスプリング５３の付勢力は釣り合っており、規制ブロック５１はガイドプレート５２の中央位置に保持されると共に、リレーロッド３の係合溝３２に対して嵌合している。この状態は転舵輪６の直進位置に対応している。

この状態から運転者がステアリングホイール１を回転させて転舵操作を行うと、前述のようにリレーロッド３は回転しながら軸方向へ移動することになる。このため、図６に示すように、規制ブロック５１はリレーロッド３の係合溝３２と嵌合した状態のままガイドプレート５２上を強制的に移動させられ、規制ブロック５１を付勢している一方のコイルスプリング５３のみが圧縮される。圧縮量が大きくなるほど、コイルスプリング５３は大きな付勢力で規制ブロック５１を中央位置へ押し戻そうとし、この付勢力は規制ブロック５１が嵌合するリレーロッド３にも作用する。従って、リレーロッド３には転舵輪６を直進位置へ保持しようとする軸方向の力が作用していることになり、この軸力はスクリューナット３６によってリレーロッド３及びスプラインナット３５の回転トルクに変換され、入力軸２０及びステアリング軸２を介してステアリングホイール１に伝達される。

すなわち、このステアリング装置では転舵輪６を常に直進位置々保持しようとする力が作用することになり、車輛の直進安定性が増すようになっている。また、運転者がステアリングホイール１から手を離すと、ステアリングホイール１は自ずと車輛の直進に対応した中央位置へ戻るので、運転操作に対する負担を軽減することも可能である。更に、前記規制ブロック５１を付勢しているコイルスプリング５３のばね定数を適宜選択することにより、ステアリングホイール１の操作に対して適度な抵抗感を与えることができ、ステアリング装置の操作感を自由に変えることが可能となる。

その一方、転舵輪６の向きを大きく変える場合には、前記規制ブロック５１がリレーロッド３の係合溝３２から離脱し、コイルスプリング５３による付勢力が規制ブロック５１からリレーロッド３に伝達されないようになっている。図６に示す状態からリレーロッド３を更に軸方向へ移動させると、規制ブロック５１は制御プレート５６の直線領域５６ａからテーパ領域５６ｂへと移行し、規制ブロック５１は制御プレート５６によってガイドプレート５２へ向けて押し下げられ、遂には図７に示すように、規制ブロック５１とリレーロッド３の係合溝３２との嵌合が解除されることになる。このようにして規制ブロック５１とリレーロッド３の係合状態が解除されると、リレーロッド３はコイルスプリング５３の付勢力を受けることなく軸方向へ移動可能であり、運転者は容易にステアリングホイール１を操作することが可能となる。

制御プレート５６によって押し下げられた規制ブロック５１はガイドプレート５２の凹所５２ａに沈み込んでおり、規制ブロック５１が再びリレーロッド３の係合溝５２に嵌合しない限り、規制ブロック５１は前記凹所５２ａから抜け出してガイドプレート５２上を移動することができない。従って、運転者が図７に示す状態からステアリングホイール１を元の中央位置に向けて逆転させると、図６に示すように、リレーロッド３の係合溝３２と規制ブロック５１とが再度嵌合し、以降はコイルスプリング５３の付勢力を利用してステアリングホイール１を中央位置へ戻すことが可能となる。

すなわち、このように構成された保持機構５０を用いることにより、電気的な制御を用いることなく機械的な構造のみで、ステアリングホイール１の操作に対して適度な操舵感を与えることができ、しかもステアリングホイール１の操作量が大きい場合にはステアリングホイール１の操舵を軽くすることができ、小型且つ低コストで良質な操作感のステアリング装置を提供することが可能となる。

図８は前記保持機構の他の例を示すものである。図２及び図４に示した保持機構５０はリレーロッド３に隣接して設けられていたが、この図８に示す保持機構６０はリレーロッド３を取り囲むようにしてその同一軸心上に設けられている。

図９は前記保持機構６０の分解斜視図である。この保持機構６０は、リレーロッド３の周囲に遊嵌する固定外筒６１と、この固定外筒６１とリレーロッド３との隙間に介装される規制スリーブ６２と、リレーロッド３と同一軸心上に設けられると共に前記規制スリーブ６２を相対向して付勢する一対のコイルスプリング６３と、前記規制スリーブ６２とリレーロッド３との係合状態を作り出す複数のボール６４とから構成されている。尚、図９において、前記固定外筒６１及び規制スリーブ６２は一部を切り欠いて描いてある。

前記固定外筒６１はギヤケーシング５に保持されており、リレーロッド３は固定外筒６１内を貫通して自由に軸方向へ移動可能となっている。また、前記規制スリーブ６２はリレーロッド３の外径よりも大きな内径を有する一方、前記固定外筒６１の内径よりも小さな外径を有しており、固定外筒６１とリレーロッド３との間を自由に軸方向へ移動することが可能となっている。また、この規制スリーブ６２には前記ボール６４の収容孔６２ａが周方向に配列されており、規制スリーブ６２は収容孔６２ａにボール６４を保持した状態で固定外筒６１とリレーロッド３との間に介装されている。ボール６４は固定外筒６１とリレーロッド３の隙間よりも大きな直径を有しているが、リレーロッド３には周方向に沿った係合溝６５が形成されており、規制スリーブ６２の収容孔６２ａに保持されたボール６４が前記係合溝６５に落ち込んでいる状態では、ボール６４に阻害されることなく前記固定外筒６１を規制スリーブ６２に被せることが可能となっている。そして、固定外筒を規制スリーブに被せると、ボールはリレーロッドの係合溝から離脱不能となり、規制スリーブとリレーロッドとの係合状態が維持される。

各コイルスプリング６３はその一端を規制スリーブ６２に当接される一方、他端がギヤケーシング５によって係止されており、前記規制スリーブ６２を相対向する方向へ付勢するように作用している。また、各コイルスプリング６３の付勢力が釣り合って前記規制スリーブ６２が停止する位置は、前記リレーロッド３の係合溝６５が固定外筒６１の軸方向長さの中央に対応する位置である。従って、ステアリングホイール１を操作せず、リレーロッド３に対して何ら軸方向の外力を作用させていない状態では、リレーロッド３の係合溝６５が固定外筒６１の長手方向の中央に位置していることになる。

また、前記固定外筒６１の内周面には、各開口端から僅かに内側に変位した位置に周方向に沿った保持溝６１ａが形成されており、固定外筒６１に対するリレーロッド３の移動に伴って、規制スリーブ６２に保持されたボール６４が前記保持溝６１ａの形成位置に到達すると、各ボール６４がリレーロッド３の係合溝６５から離脱して固定外筒６１の保持溝６１ａに入り込むように構成されている。これにより、リレーロッド３と規制スリーブ６２との係合状態が解除されるようになっている。

また、リレーロッド３には軸方向に沿ったキー溝６６が形成されており、規制スリーブ６２を貫通するピン６２ｂの先端が前記キー溝６６に入り込んでいる。これにより、リレーロッド３が回転すると、規制スリーブ６２もリレーロッド３と共に固定外筒６１の内部で回転する。

図８は、一対のコイルスプリング６３が均等に付勢力を発揮しており、転舵輪６が直進位置に保持された状態を示している。このとき、規制スリーブの収容孔に保持されたボールはリレーロッドの嵌合溝に入り込んでおり、かかるボールは固定スリーブの長手方向の中央に位置している。この状態から運転者がステアリングホイール１を回転させて転舵操作を行うと、前述のようにリレーロッド３は回転しながら軸方向へ移動することになる。このとき、ボール６４はリレーロッド３の係合溝６５に嵌合しており、規制スリーブ６２とリレーロッド３との係合状態が維持されているので、図１０に示すように、規制スリーブ６２はリレーロッド３と共に固定外筒６１の内部を軸方向へ強制的に移動させられ、規制スリーブ６２を付勢している一方のコイルスプリング６３のみが圧縮される。これにより、規制スリーブ６２にはこれを中央位置へ押し戻そうとする付勢力がコイルスプリング６３から作用し、この付勢力はボール６４を介してリレーロッド３にも作用する。従って、リレーロッド３には転舵輪６を直進位置へ保持しようとする軸方向の力が作用していることになり、この軸力はスクリューナット３６によってリレーロッド３及びスプラインナット３５の回転トルクに変換され、入力軸２０及びステアリング軸２を介してステアリングホイール１に伝達される。

その一方、転舵輪６の向きを大きく変える場合には、前記ボール６４がリレーロッド３の係合溝６５から離脱し、コイルスプリング６３による付勢力が規制スリーブ６２からリレーロッド３に伝達されないようになっている。図１０に示す状態からリレーロッド３を更に軸方向へ移動させると、図１１に示すように、ボール６４は固定外筒６１の保持溝６１ａの形成位置に到達し、リレーロッドの係合溝６５から離脱することが可能となる。このため、ボール６４はリレーロッド３の係合溝６５から離脱して固定外筒６１の保持溝６１ａに入り込み、リレーロッド３と規制スリーブ６２の係合状態が解除される。このようにして規制スリーブ６２とリレーロッド３の係合状態が解除されると、リレーロッド３はコイルスプリング６３の付勢力を受けることなく軸方向へ移動可能であり、運転者は容易にステアリングホイール１を操作することが可能となる。

また、運転者がステアリングホイール１を元の中央位置に向けて逆転させ、リレーロッド３の嵌合溝６５が保持溝６１ａと重なる位置まで戻ってくると、ボール６４は再びリレーロッド３の嵌合溝６５に入り込んで固定外筒６１の保持溝６１ａからは離脱し、規制スリーブ６２がリレーロッド３に係合した状態となる。これにより、以降はコイルスプリング６３の付勢力を利用してステアリングホイール１を中央位置へ戻すことが可能となる。

すなわち、図８に示した保持機構６０も図２に示した保持機構５０と同じ機能を発揮する。但し、保持機構６０はリレーロッド３と同一軸心上に設けられていることから、ギヤケーシング５内の設置スペースを省スペース化することができ、ステアリング装置全体を一層小型化、軽量化することが可能となる。

図１２は前記保持機構の第三の実施形態を示すものである。

この第三の実施形態における保持機構７０は、図８に示した第二の実施形態の保持機構６０と同様にリレーロッド３を取り囲むようにしてその同一軸心上に設けられている。但し、第二の実施形態の保持機構６０ではリレーロッド３と一緒に回転する規制スリーブ６２に対して多数のボール６４を配列し、一対のコイルスプリング６３が前記規制スリーブ６２に突き当たるように構成していたが、この第三の実施形態では前記規制スリーブ６を省略する一方、リレーロッド３に対して回転自在な一対の軸受リング７１をボール６４と各コイルスプリング６３との間に設け、かかるコイルスプリング６３が前記軸受リング７１に対して圧接するように構成した。

図１３は前記保持機構７０の分解斜視図である。この保持機構７０は、前記リレーロッド３の周方向に沿って配列された規制部材としての複数のボール６４と、これらボール６４を係合させるべく前記リレーロッド３の周方向に沿って形成された環状の係合溝６５と、前記ギヤケーシングに固定されると共に前記ボール６４をリレーロッド３との間に挟み込む固定外筒６１と、前記ボール６４をリレーロッド３の軸方向の両側から相対向する方向へ付勢する一対のコイルスプリング６３と、これらコイルスプリング６３とボール６４との間に介装される一対の軸受リング７１から構成されている。尚、前記固定外筒６１、ボール６４、コイルスプリング６３、係合溝６５の構成は図８〜１１を用いて説明した第三の実施形態と同一である。また、図１３において前記固定外筒６１は一部を切り欠いて描いてある。

この第三の実施形態においても、ボール６４は固定外筒６１とリレーロッド３の隙間よりも大きな直径を有しており、ボール６４がリレーロッド３の係合溝６５に落ち込んでいる状態では、ボール６４に阻害されることなく前記固定外筒６１をボール６４に被せることが可能となっている。そして、係合溝６５に配列されたボール６４に対して固定外筒６１を被せると、ボール６４はリレーロッド３の係合溝６５から離脱不能となり、ボール６４がリレーロッド３の軸方向に関して該リレーロッド３と係合した状態となる。

また、リレーロッド３の係合溝６５に配列されたボール６４の両側には軸受リング７１が設けられており、各コイルスプリング６３はこれら軸受けリング７１を介して前記ボール６４を相対向する方向へ付勢するように作用している。各コイルスプリング６３の付勢力が釣り合う位置は前記リレーロッド３の係合溝６５が固定外筒６１の軸方向長さの中央に対応する位置である。従って、ステアリングホイール１を操作せず、リレーロッド３に対して何ら軸方向の外力を作用させていない状態では、図１２に示すように、リレーロッド３の係合溝６５が固定外筒６１の長手方向の中央に位置していることになる。

また、第二の実施形態と同様に、前記固定外筒６１の内周面には、各開口端から僅かに内側に変位した位置に一対の保持溝６１ａが形成されているので、ステアリングホイール１の操作に伴ってリレーロッド３が軸方向に移動し、リレーロッド３の係合溝６５に入り込んでいるボール６４が前記保持溝６１ａの形成位置に到達すると、各ボール６４がリレーロッド３の係合溝６５から離脱して固定外筒６１の保持溝６１ａに入り込む。これにより、リレーロッド３と規制スリーブ６２との係合状態が解除されるようになっている。

図１２は、一対のコイルスプリング６３が均等に付勢力を発揮しており、転舵輪６が直進位置に保持された状態を示している。このとき、ボール６４はリレーロッド３の嵌合溝６５に入り込んでおり、かかるボール６４は固定スリーブ６１の長手方向の中央に位置している。この状態から運転者がステアリングホイール１を回転させて転舵操作を行うと、前述のようにリレーロッド３は回転しながら軸方向へ移動する。このとき、ボール６４はリレーロッド３の係合溝６５に嵌合しており、図１４に示すように、ボール６４はリレーロッド３と共に固定外筒６１の内部を軸方向へ強制的に移動させられ、軸受リング７１を介してボール６４を軸方向へ付勢している一方のコイルスプリング６３のみが圧縮される。これにより、ボール６４にはこれを固定スリーブ６１の中央位置へ押し戻そうとする付勢力がコイルスプリング６３から作用し、この付勢力はボール６４を介してリレーロッド３に作用する。そして、最終的には転舵輪６を直進位置へ保持しようとする力としてステアリングホイール１に伝達される。

その一方、転舵輪６の向きを大きく変える場合には、前記ボール６４が固定外筒６１の保持溝６１ａに到達した時点で、リレーロッド３とボール６４が切り離され、コイルスプリング６３による付勢力がリレーロッド３に対して作用しない状態となる。図１４はボールが固定外筒６１の保持溝６１ａに到達した状態を示している。この状態からステアリングホイール１を操作してリレーロッド３を更に軸方向へ移動させると、リレーロッド３に対してはコイルスプリング６３の付勢力が作用しないので、リレーロッドを軸方向へ容易に移動可能であり、運転者は軽い操舵力でステアリングホイール１を操作することが可能となる。

また、運転者がステアリングホイール１を元の中央位置に向けて逆転させ、リレーロッド３の嵌合溝６５が固定外筒６１の保持溝６１ａと重なる位置まで戻ってくると、ボール６４は再びリレーロッド３の嵌合溝６５に入り込んで固定外筒６１の保持溝６１ａからは離脱し、ボール６４がリレーロッド３に係合した状態となる。これにより、以降はコイルスプリング６３の付勢力を利用してステアリングホイール１を中央位置へ戻すことが可能となる。

前述した第二の実施形態では、リレーロッド３と一緒に回転する規制スリーブ６２に対して一対のコイルスプリング６３が直接接触しており、コイルスプリング６３の付勢力が大きい場合に、両者の間の摩擦力が大きくなり、リレーロッド３の回転、すなわちステアリングホイール１の操作が重くなってしまう懸念があった。しかし、この第三の実施形態ではリレーロッド３の係合溝６５に配列されたボール６４の両側に低摩擦の軸受リング７１が設けられており、前記コイルスプリング６３はこの軸受リング７１に対して接触している。この軸受リング７１はリレーロッド３及びボール６４に対して自由に回転することができ、また、軸受リング７１と接触しているボール６４もリレーロッド３の周方向に対して自由に移動し得ることから、コイルスプリング６３の付勢力によってリレーロッド３の回転が妨げられることはなく、前記第二の実施形態と比較してステアリングホイール１を軽く操作することが可能となっている。

Claims

ギヤケーシング(5)と、
このギヤケーシング(5)を貫通すると共に該ギヤケーシングに対して回転自在に支承され、外周面には螺旋状のボール転動溝が形成されたリレーロッド(3)と、
ステアリング軸(2)の回転が伝達される入力軸(20)と、
この入力軸(20)の回転を前記リレーロッド(3)の回転運動に変換する回転伝達手段(21,38,35)と、
多数のボールを介して前記リレーロッド(3)のボール転動溝に螺合すると共に前記ギヤケーシング(5)に固定され、かかるリレーロッド(3)の回転に応じて該リレーロッドを軸方向へ移動させるスクリューナット(36)と、
前記リレーロッド(3)の軸方向の両端に結合され、かかるリレーロッドの軸方向移動に伴って転舵輪を動かす一対のタイロッド(10)と、
前記リレーロッド(3)とタイロッド(10)との間に設けられて、かかるリレーロッド(3)の回転運動を前記タイロッド(10)に伝達することなく該リレーロッド(3)の軸方向移動を前記タイロッド(10)に伝達する一対の球面軸受(11)と、
から構成されることを特徴とするステアリング装置。
前記回転伝達手段は、前記リレーロッド(3)の外周面に軸方向に沿って形成されたスプライン溝(30)と、多数のボールを介して前記リレーロッドのスプライン溝(30)に嵌合すると共に前記ギヤケーシング(5)に対して回転自在に支承され、前記リレーロッド(3)に対してその軸方向へ移動自在なスプラインナット(35)と、前記入力軸(20)の回転を前記スプラインナット(35)に伝達するギヤ部材(21,38)とから構成されることを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
前記ギヤ部材(21,38)は入力軸(20)及びスプラインナット(35)に固定された一対の傘歯車であり、各傘歯車は互いに噛み合う方向に向けて付勢されていることを特徴とする請求項２記載のステアリング装置。
前記ギヤケーシング(5)に対して前記リレーロッド(3)を所定の軸方向位置に復帰させるための保持機構(50)を設ける一方、かかる保持機構(50)は軸方向に関して前記リレーロッド(3)と係合する規制部材(51)を備え、この規制部材(51)はリレーロッド(3)を前記転舵輪の直進位置に対応して保持するよう、軸方向の両側から一対の弾性部材(53)によって付勢されていることを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
前記規制部材(51)とリレーロッド(3)の係合状態は、かかるリレーロッド(3)が前記転舵輪の直進位置から所定距離以上移動した際に解除されることを特徴とする請求項４記載のステアリング装置。
前記保持機構(50)は、リレーロッド(3)の周方向に沿って配列された前記規制部材(51)としての複数のボールと、これらボールを係合させるべく前記リレーロッド(3)の周方向に沿って形成された環状の係合溝(32)と、前記ギヤケーシング(5)に固定されると共に前記ボールをリレーロッド(3)との間に挟み込み、リレーロッド(3)の軸方向の移動量に応じて該リレーロッド(3)とボールとの係合状態を解除する固定外筒(61)と、前記ボールを軸方向の両側から付勢する一対のコイルスプリング(63)と、これらコイルスプリング(63)とボールとの間に介装される一対の軸受リング(71)とから構成されることを特徴とする請求項５記載のステアリング装置。