JP2008290593A - 舵角比可変ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブルな薄い金属筒に小さいモジュールの歯車を設けた精密で高価な部品を用いることなく大きな減速比を得る。
【解決手段】ステアリングホィールに連結され内周面に第１内歯１ａが形成された入力歯車１と、操舵機構のピニオン軸に連結され内周面に第２内歯２ａが形成された出力歯車２と、第１内歯１ａに噛み合う第１外歯１１ａが形成された第１遊星歯車１１と、該第１遊星歯車１１と一体形成され、第２内歯２に噛み合う第２外歯１２ａが形成された第２遊星歯車１２と、第１，第２遊星歯車１１，１２に形成された円形孔３４ａに設けられ第１外歯１１ａを第１内歯１ａに第２外歯１２ａを第２内歯２ａに夫々噛合させた噛合部Ａ，Ｂを円周方向に沿って移動させる回転カム１５と、該回転カム１５を駆動するモータ１８とを備え、第１内歯１ａ・第１外歯１１ａ間の第１減速比と、第２内歯２ａ・前記第２外歯１２ａ間の第２減速比とを異なる値にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、舵角比可変ステアリング装置に関し、特に中間軸に舵角比可変機構を備えたものである。

車両には、ステアリングホィールの回転角に対する車輪の操舵角度の比率を、走行速度に応じて増減させるため、舵角比可変ステアリング装置が設けられる。

従来の舵角比可変ステアリング装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。これは、ステアリングホィールの設けられたステアリングシャフトと操舵機構のピニオン軸とを連結する中間軸に舵角比可変ステアリング装置を設けたものである。

この舵角比可変ステアリング装置は、ステアリングシャフト側（入力側）と操舵機構のピニオン軸側（出力側）とに夫々歯数の異なる内歯を設け、外周面に歯を有する弾性変形可能な薄い筒状のフレクスプラインを前記夫々の内歯に円周方向の１８０度の間隔を有する２箇所で噛み合わせ、前記フレクスプラインの内部に設けられた楕円形状のカムを駆動モータにより回転させることで、フレクスプラインと内歯との噛み合い位置を円周方向に移動させるものである。駆動モータにより楕円形状のカムを回転させると、フレクスプラインの外周面の歯が夫々の内歯に押圧されて生じる噛み合い部が移動し、カムが１回転することでステアリングシャフト側の内歯とピニオン軸側の内歯との歯数の差分だけステアリングシャフトに対してピニオン軸が相対的に回転する。カムの１回転によりステアリングシャフトに対してピニオン軸が夫々の内歯の歯数差分だけカムの回転方向と反対方向へ回転することから、カムの回転数を増減させることにより、ステアリングシャフトに対するピニオン軸の相対的な回転数の差を増減させることができる。つまり、モータの回転方向と回転数とを変えることにより、ステアリングシャフトの回転数に対してピニオン軸の回転数を増減させることができる。
特開２０００−２１１５４１号公報

ところが、フレクスプラインは薄い筒形状の金属の外周面に歯を形成するため、加工が困難であり、そのために製造コストが高い。また、薄い筒形状であるため、トルク伝達に対する強度が小さく、大きな外力がタイヤに加わると、該タイヤから逆駆動されてフレクスプラインが変形し、フレクスプラインの歯がピニオン軸側の内歯に対して歯跳びを生じる虞れがある。

そこで本発明は、上記の課題を解決した舵角比可変ステアリング装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、操舵部材に連結されると共に内周面に第１内歯が形成された入力歯車と、操舵機構のピニオン軸に連結されると共に内周面に第２内歯が形成された出力歯車と、前記第１内歯に噛み合う第１外歯が形成されると共に該第１外歯の数が前記第１内歯の数よりも１歯または２歯少ない第１遊星歯車と、該第１遊星歯車と一体形成され、前記第２内歯に噛み合う第２外歯が形成されると共に該第２外歯の数が前記第２内歯の数よりも１歯または２歯少ない第２遊星歯車と、前記第１遊星歯車および前記第２遊星歯車の中心に形成された円形孔の内部に設けられ前記第１内歯および前記第２内歯の中心に対して前記第１遊星歯車および前記第２遊星歯車を偏心回転させると共に前記第１外歯を前記第１内歯に噛合させた第１噛合部と前記第２外歯を前記第２内歯に噛合させた第２噛合部とを円周方向に沿って移動させる回転カムと、該回転カムを駆動すると共に前記入力歯車または出力歯車に設けられたモータとを備え、前記第１内歯と前記第１外歯との間の第１減速比と、前記第２内歯と前記第２外歯との間の第２減速比との大きさを異なる値にしたことを特徴とする。

この発明によれば、モータにより回転カムを回転させると、該回転カムの回転により第１遊星歯車および第２遊星歯車が、自らの偏心中心を中心として回転する。このため、第１遊星歯車の第１外歯が入力歯車の第１内歯に噛み合う第１噛合部と、第２遊星歯車の第２外歯が出力歯車の第２内歯に噛み合う第２噛合部とが円周方向の同じ位置となり、同じ位置のままで、第１噛合部，第２噛合部が円周方向へ移動する。このとき、第１遊星歯車，第２遊星歯車の歯数が入力歯車，出力歯車の歯数に対して少ない分だけ、第１遊星歯車，第２遊星歯車が回転カムの回転方向と反対の方向へ回転する。ここで、第１内歯と第１外歯との間の減速比と、第２内歯と第２外歯との間の減速比とが異なる値に設定されているので、第１遊星歯車と第２遊星歯車との回転量が異なることになるが、第１遊星歯車と第２遊星歯車とは一体に設けられているため、この回転量の差の分だけ第１内歯に対して第２内歯が回転することになる。即ち、モータにより回転カムを正逆回転させて回転量を増減させることにより、入力歯車に対する出力歯車の回転量を増減させることができる。

本発明に係る舵角比可変ステアリング装置によれば、操舵部材に連結されると共に内周面に第１内歯が形成された入力歯車と、操舵機構のピニオン軸に連結されると共に内周面に第２内歯が形成された出力歯車と、前記第１内歯に噛み合う第１外歯が形成されると共に該第１外歯の数が前記第１内歯の数よりも１歯または２歯少ない第１遊星歯車と、該第１遊星歯車と一体形成され、前記第２内歯に噛み合う第２外歯が形成されると共に該第２外歯の数が前記第２内歯の数よりも１歯または２歯少ない第２遊星歯車と、前記第１遊星歯車および前記第２遊星歯車の中心に形成された円形孔の内部に設けられ前記第１内歯および前記第２内歯の中心に対して前記第１遊星歯車および前記第２遊星歯車を偏心回転させると共に前記第１外歯を前記第１内歯に噛合させた第１噛合部と前記第２外歯を前記第２内歯に噛合させた第２噛合部とを円周方向に沿って移動させる回転カムと、該回転カムを駆動すると共に前記入力歯車または出力歯車に設けられたモータとを備え、前記第１内歯と前記第１外歯との間の第１減速比と、前記第２内歯と前記第２外歯との間の第２減速比との大きさを異なる値にしたので、薄い筒形状の金属の外周面に歯を形成した部品を用いる必要がなく、加工が容易で製造コストが安い。また、薄い筒形状の部品を用いないので、変形による歯跳びを生じることもない。

以下、本発明による舵角比可変ステアリング装置の実施の形態を説明する。
（ａ）実施の形態１
まず、実施の形態１について説明する。舵角比可変ステアリング装置の構成図を図１に示し、分解斜視図を図２，図３に示す。舵角比可変ステアリング装置２７には、入力歯車１と出力歯車２とが設けられている。入力歯車１は有底円筒形のホルダ本体５ａの内周面に一体成形されている。ホルダ本体５ａの右側の端面部には六角孔付きボルト６を介して筒状のモータホルダ７が結合され、該モータホルダ７にはボルト８を介して入力軸９が結合されている。該入力軸９は、軸心位置のスプライン結合部９ａにスプライン結合された図示しない中間軸を介して操舵部材としての図示しないステアリングホィールに連結されている。

一方、出力歯車２はホルダ本体５ａの内部であって入力歯車１の左側にリング状の滑り軸受１０を介して回転自在に設けられている。出力歯車２には六角孔付きボルト３を介して出力軸４のフランジ部４ａが結合され、該出力歯車２およびフランジ部４ａを軸方向に規制するため、ホルダ本体５ａの軸方向での左側の開口部にはスラスト軸受１３を介して蓋体５ｂがねじ結合されている。

入力歯車１，出力歯車２の内側には前記第１内歯１ａに噛み合う第１外歯１１ａが形成された第１遊星歯車１１と、前記第２内歯２ａに噛み合う第２外歯１２ａが形成された第２遊星歯車１２とが一体形成されて遊星歯車３４が構成されている。

前記第１内歯１ａの歯数は３２であり、第１外歯１１ａの数歯はこれよりも２つ少ない３０となっている。一方、前記第２内歯２ａの歯数は２５であり、第２外歯１２ａの数歯はこれよりも２つ少ない２３となっている。

遊星歯車３４における第１遊星歯車１１および第２遊星歯車１２の軸心位置には円形孔３４ａが形成されている。該円形孔３４ａの内部には、リング状の滑り軸受１４を介して一対の回転カム片１５ａ，１５ｂからなる回転カム１５が収容されている。該回転カム１５は、第１外歯１１ａを第１内歯１ａに噛合させた第１噛合部Ａと、第２外歯１２ａを第２内歯２ａに噛合させた第２噛合部Ｂとを円周方向に沿って移動させるものであり、回転カム片１５ａ，１５ｂには同じ量だけ偏心した位置を中心とする偏心孔１６ａが形成されている。回転カム片１５ａ，１５ｂには夫々円周方向に沿って長孔１６ｂが形成され、該長孔１６ｂの内部には単一のばね１７が収容されている。

回転カム１５を回転駆動するため、前記入力歯車１と一体に回転するモータホルダ７の内部にはモータ１８が設けられている。モータ１８は、モータホルダ７と入力軸９との間に挟持して結合された支持部材１８ｄと、該支持部材１８ｄに軸受１８ｅ，１８ｆを介して回転自在に支持された出力軸１８ａと、該出力軸１８ａに設けられた回転子１８ｂと、該回転子１８ｂの両側に設けられたコイル１８ｃとによって構成されている。出力軸１８ａの先端にはスプライン部２２が形成され、該スプライン部２２は、ホルダ本体５ａの端面部および出力歯車２の軸孔の位置にリング状の滑り軸受１９，２０を介して支持された中空の駆動軸２１の内部に挿通されスプライン嵌合している。駆動軸２１の外周面には回転カム片１５ａ，１５ｂの偏心孔１６ａ，１６ａに嵌合する支持部２１ａが形成されている。該支持部２１ａには半径方向へ突出するようにキー部２１ｂが形成されており、該キー部２１ｂは、前記偏心孔１６ａ，１６ａの外周側に形成されたキー溝１６ｃに遊嵌され、駆動軸２１と共に回転カム片１５ａ，１５ｂが一体的に回転するようになっている。図４に示すように、回転カム片１５ａ，１５ｂに形成されたキー溝１６ｃの円周方向の長さは、駆動軸２１のキー部２１ｂの幅寸法よりも少し大きめに形成されている。これは、ばね１７の作用により回転カム片１５ａ，１５ｂが互いに逆回転する方向へ付勢されて偏心量が増え、遊星歯車３４が第１内歯１ａ，第２内歯２ａへ押し付けられ、第１噛合部Ａ，第２噛合部Ｂのバックラッシュが無くなるが、駆動軸２１を回転させた際にキー部２１ｂが回転カム片１５ａ，１５ｂのキー溝１６ｃの一方側端面を押圧することにより回転カム片１５ａ，１５ｂの位置が一致して重なり、これにより偏心量が減少して第１噛合部Ａ，第２噛合部Ｂにバックラッシュが生じ、噛合部の移動が円滑になるようにしたものである。

第１噛合部Ａを構成する第１内歯１ａの歯数が３２で第１外歯１１ａの歯数が３０であるのに対し、第２噛合部Ｂを構成する第２内歯２ａの歯数が２５で第２外歯１２ａの歯数が２３であって、第１噛合部Ａを構成する歯車よりも第２噛合部Ｂを構成する歯車の歯数が少ないので、第１内歯１ａと第１外歯１１ａとの間の第１減速比Ｇ１は３２／（３２−３０）＝１６であるのに対し、第２内歯２ａと第２外歯１２ａとの間の第２減速比Ｇ２は２５／（２５−２３）＝１２．５であり、異なる値に設定されている。

モータ１８はステアリングホィールの回転に伴って回転するホルダ５と一体に回転し、回転するモータ１８に通電しなければならないので、入力軸９の外周部にはケーブル収納部２３が設けられ、該ケーブル収納部２３に収納されたスパイラルケーブル２３ａの一端がモータ１８に接続される一方、他端は図示しない舵角比可変ステアリング装置の制御装置に接続されている。モータ１８は入力軸９と共にいずれの方向へも１〜２回転するので、スパイラルケーブル２３ａには少しのたるみを持たせてある。

次に、舵角比可変ステアリング装置２７の作用を説明する。

図示しないステアリングホィールを回転させると、図示しない中間軸を介して入力軸９が回転し、該入力軸９に結合されたモータホルダ７とホルダ５とが一体に回転する。このとき、モータ１８を駆動しなければ、第１噛合部Ａを介してホルダ５と遊星歯車３４とが一体に回転し、第２噛合部Ｂを介して遊星歯車３４と出力歯車２とが一体に回転することから、出力軸４が入力軸９と一体に回転することになる。一方、この時にモータ１８に通電して出力軸１８ａを回転させると、駆動軸２１が回転して回転カム１５が一体に回転する。回転カム１５は駆動軸２１の回転中心に対して偏心した位置に中心を有するため、回転カム１５の回転により遊星歯車３４を構成する第１遊星歯車１１および第２遊星歯車１２が、入力歯車１の第１内歯１ａおよび出力歯車２の第２内歯２ａに噛み合いながら旋回する。図４（ｂ）に示すように第１遊星歯車１１の第１外歯１１ａが入力歯車１の第１内歯１ａに噛み合う第１噛合部Ａと、図４（ａ）に示すように第２遊星歯車１２の第２外歯１２ａが出力歯車２の第２内歯２ａに噛み合う第２噛合部Ｂとが円周方向の同じ位置を占め、回転カム１５の回転により第１噛合部Ａ，第２噛合部Ｂが１回りしたとする。このとき、第１遊星歯車１１，第２遊星歯車１２の歯数が入力歯車１，出力歯車２の歯数に対して少ない分だけ、第１遊星歯車１１，第２遊星歯車１２が回転カム１５の回転方向と反対の方向へ回転する。このことは、見方を変えると、逆に第１遊星歯車１１に対して入力歯車１は歯数が多い分だけ回転カム１５の回転方向と同じ方向へ回転し、第２遊星歯車１２に対して出力歯車２は歯数が多い分だけ回転カム１５の回転方向と同じ方向へ回転したことになる。即ち、第１内歯１ａと第１外歯１１ａとの間の減速比Ｇ１を「１６」にし、第２内歯２ａと第２外歯１２ａとの間の減速比Ｇ２を「１２．５」に設定しているため、回転カム１５を１回転させると、入力歯車１は逆方向へ（１／１６）回転し、出力歯車２も逆方向へ（１／１２．５）回転する。ここで、入力歯車１と出力歯車２との回転量が異なるため、この回転量の差が入力歯車１に対する出力歯車２の相対的な回転量となる。

具体的に説明すると、図４（ｂ）において、回転カム１５が時計方向へ１回転し、入力歯車１の（イ）の位置を占めていた第１遊星歯車１１の第１外歯１１ａは、入力歯車１に対して第１遊星歯車１１の歯数が足りない歯２つ分（３２−３０＝２）だけ反時計方向へ回転した（ロ）の位置を占めることになる。このとき、図４（ａ）に示すように円周方向で図４（ｂ）の（ロ）の位置と同じ（ロ）の位置を占めている第２遊星歯車１２の第２外歯１２ａが存在する。次に、図４（ａ）において（ロ）の位置を占めている第２遊星歯車１２の第２外歯１２ａが、回転カム１５が時計方向へ１回転する前に占めていた位置を考えると、（ロ）の位置よりも出力歯車２に対して第２遊星歯車１２の歯数が足りない歯２つ分（２５−２３＝２）だけ右の（ハ）の位置であったと考えられる。従って、入力歯車１の（イ）の位置に対する出力歯車２の（ハ）の位置が、両者が相対的に回転した角度となる。本実施の形態では、回転カム１５が入力歯車１に対して時計方向へ１回転すると、出力歯車２は入力歯車１に対して時計方向へ、（１／１２．５）−（１／１６）≒（１／５７）回転することになる、
これにより、入力歯車１の回転数に対して出力歯車２の回転数が増加する。また、モータ１８の回転数を増減させることにより増加量は変化する。モータ１８の回転方向を逆にすれば出力歯車２の回転数は減少し、回転数を増減させることにより減少量は変化する。なお、モータ１８を歯数の少ない側（本実施の形態では出力軸側）に設けた場合には、回転カムの回転方向に対して入力歯車の回転方向は逆になる。

一方、タイヤに外力が加わることにより出力軸側（逆方向）から出力歯車２が回転駆動されると、図４（ａ）において出力歯車２が遊星歯車３４を回転駆動しようとするが、遊星歯車３４はモータの慣性，減速比，回転カムのカム角の関係から逆駆動されることはない。また、歯の剛性が大きいため、歯跳びすることもない。つまり、一対の回転カム片１５ａ，１５ｂに回転力が伝わることはなく、モータ１８が外部から駆動されることはない。従って、エンジン停止や電気系統の故障によりモータ１８が回転しない場合にモータ１８の出力軸１８ａをロックするロック手段を設ける必要がない。
（ｂ）実施の形態２
次に、実施の形態２について説明する。この実施の形態は実施の形態１の一部を変更したものなので、同一部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。

この実施の形態は、モータ１８の出力軸１８ａが回転しないようにロックするロック手段を設けたものである。実施の形態１の図１，図２と対応する図面を図５，図６に示すように、モータ１８を支持する支持部材１８ｄの軸心部を切り欠いて挿通孔１８ｇが形成され、該挿通孔１８ｇから右方へモータ１８の出力軸１８ａが延長され、該出力軸１８ａの端部にロックプレート２４が装着されている。

該ロックプレート２４は、図６に示すように円盤の外周面に９０度毎に切欠部２４ａを４つ形成し、中央部に軸孔２４ｂを形成したものである。一方、出力軸１８ａの端部には小判形状の小径部が形成され、該小径部よりも先端におねじ部１８ｈが形成されている。該小判形状の小径部にロックプレート２４の小判形状の軸孔２４ｂが挿通され、おねじ部１８ｈにはナット２５がねじ込まれている。なお、小判形状による嵌合に代えてセレーション嵌合としてもよい。

ロックプレート２４を配置するスペースを設けるため、図５に示すように入力軸９に筒部９ｂが形成され、該筒部９ｂの内部に前記ロックプレート２４が収容されている。筒部９ｂの内部であって下方にはソレノイド２６が設けられている。該ソレノイド２６は、ロッド２６ａを突出する方向へ付勢する図示しないばねと、該ばねの付勢力に抗してロッド２６ａを吸引するコイル２６ｂとにより構成され、コイル２６ｂへの通電時にはロッド２６ａはロックプレート２４の切欠部２４ａに入り込むことなく切欠部２４ａの近傍に保持されている。ソレノイド２６は、スパイラルケーブル２３ｂを介して図示しない舵角比可変ステアリング装置の制御装置に接続されている。

斯かる舵角比可変ステアリング装置２７では、エンジン停止や電気系統の故障によりモータ１８が回転しない場合は、ソレノイド２６への通電が停止される。このため、図示しないばねの付勢力によりロッド２６ａがロックプレート２４の切欠部２４ａへ入り込む。これにより、モータ１８の出力軸１８ａがロックされ、入力歯車１の回転が遊星歯車３４を介してそのまま出力歯車２へ伝達される。従って、入力歯車１と出力歯車２とが回転数比１：１で同一方向へ回転する。

その他の構成，作用は実施の形態１と同じなので、説明を省略する。

なお、実施の形態１，２は、第１内歯と第１外歯との間の第１減速比Ｇ１を、第２内歯と第２外歯との間の第２減速比Ｇ２よりも小さくしたが、逆に大きくすることもできる。また、入力歯車にモータを設けたが、出力歯車に設けるようにすることもできる。

舵角比可変ステアリング装置を示す構成図（実施の形態１）。 舵角比可変ステアリング装置の分解斜視図（実施の形態１）。 舵角比可変ステアリング装置を一部組み立てた分解斜視図（実施の形態１）。 （ａ）は図１のＡ−Ａ矢視図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視図（実施の形態１）。 舵角比可変ステアリング装置を示す構成図（実施の形態２）。 舵角比可変ステアリング装置の分解斜視図（実施の形態２）。

符号の説明

１…入力歯車
１ａ…第１内歯
２…出力歯車
２ａ…第２内歯
１１…第１遊星歯車
１１ａ…第１外歯
１２…第２遊星歯車
１２ａ…第２外歯
１５…回転カム
１８…モータ
３４…遊星歯車
３４ａ…円形孔
Ａ，Ｂ…噛合部

Claims (1)

1. 操舵部材に連結されると共に内周面に第１内歯が形成された入力歯車と、操舵機構のピニオン軸に連結されると共に内周面に第２内歯が形成された出力歯車と、前記第１内歯に噛み合う第１外歯が形成されると共に該第１外歯の数が前記第１内歯の数よりも１歯または２歯少ない第１遊星歯車と、該第１遊星歯車と一体形成され、前記第２内歯に噛み合う第２外歯が形成されると共に該第２外歯の数が前記第２内歯の数よりも１歯または２歯少ない第２遊星歯車と、
   前記第１遊星歯車および前記第２遊星歯車の中心に形成された円形孔の内部に設けられ前記第１内歯および前記第２内歯の中心に対して前記第１遊星歯車および前記第２遊星歯車を偏心回転させると共に前記第１外歯を前記第１内歯に噛合させた第１噛合部と前記第２外歯を前記第２内歯に噛合させた第２噛合部とを円周方向に沿って移動させる回転カムと、該回転カムを駆動すると共に前記入力歯車または出力歯車に設けられたモータとを備え、
   前記第１内歯と前記第１外歯との間の第１減速比と、前記第２内歯と前記第２外歯との間の第２減速比との大きさを異なる値にしたことを特徴とする舵角比可変ステアリング装置。

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