JP3677383B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力軸と出力軸とをトーションバーを介して連結してなるパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トーションバーを用いたパワーステアリング装置では、ステアリングホイールの手応えの一要因として、トーションバーのねじれ抵抗がある。
ところが、ステアリングホイールの中立時には、トーションバーのねじれ抵抗がないため、その中立剛性が弱くなり、車両の直進走行時の安定性が悪くなってしまう。
そこで、プリセット力を付与して、中立剛性を高めるパワーステアリング装置として、例えば、特表平６−５０７３６２号公報や、特表平６−５０７３６３号公報に記載されたものが開示されている。
【０００３】
図１３に示すように、図面では現れていない出力軸に連係する支持体１０１を、入力軸１０２の周囲に配置している。
この支持体１０１には、その円周方向に等間隔に配置した摺動孔１０３を形成し、これら摺動溝１０３には、プランジャ１０４を摺動自在にはめ込んでいる。さらに、これらプランジャ１０４には、支持体１０１の周囲に設けたＣ字状ばね１０５の弾性力を付与している。したがって、これらプランジャ１０４は、それぞれ入力軸１０２の中心方向に押し付けられることになる。
上記プランジャ１０４の先端には、切欠き１０６を形成している。一方、入力軸１０２の外周面にも、入出力軸が中立状態にあるとき、上記切欠き１０６に対向する切欠き１０７を形成している。そして、これら切欠き１０６、１０７間に、ローラ１０８を介在させている。
【０００４】
このようにしたパワーステアリング装置では、ステアリングホイールの中立時に、Ｃ字状ばね１０５の弾性力が、プリセット力としてプランジャ１０４及びローラ１０８を介して入力軸１０２に作用する。
そして、ステアリングホイールを切って、所定のトルクを入力すると、入出力軸がトーションバー１０９を捩じりながら相対回転する。したがって、ローラ１０８が切欠き１０６、１０７から外れて、入力軸１０２の外周面とプランジャ１０の先端の転動面との間を転動することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のパワーステアリング装置では、プリセット力を付与するＣ字状ばね１０５の弾性力を、プランジャ１０４を介して入力軸１０２に作用させている。
しかし、これらプランジャ１０４は、支持体１０１に形成した摺動溝１０３に摺動自在にはめ込まなければならず、その組み付けが面倒となってしまう。
また、いかにその寸法精度が高くとも、プランジャ１０４には多少のガタが必ず生じる。そして、プランジャ１０４ががたつくと、その間はプリセット力が作用しないことになり、本来の効果を発揮できなくなる。また、ローラ１０８が転動しているときにも、入力軸１０２に作用する弾性力にばらつきが生じてしまう。
この発明の目的は、組み付けが簡単で、入力軸に作用する弾性力がばらつくことのないパワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪に連係する出力軸と、これら入力軸と出力軸とを連結するトーションバーとを備え、このトーションバーを捩じりながら両軸が相対回転したとき、その回転量に応じてアシスト力を発生させる構成にし、しかも、上記出力軸あるいは出力軸と一体に回転する部材に設けたバネ設置部と、入力軸を挟むようにバネ設置部に設置した一対の板バネと、これら板バネに設けたバネ側支持部と、入力軸の外周面に形成し、入力軸と出力軸との中立状態でバネ側支持部に対向させた軸側支持部と、これら対向する支持部間に介在させたボールあるいはローラとを備え、入力軸と出力軸とが相対回転すると、上記ボールあるいはローラが、板バネをたわませ、両支持部間を転動しながら外れるとともに、両支持部を外れてからは、板バネと入力軸との間を転動する構成にしたパワーステアリング装置を前提とする。
【０００７】
そして、第１の発明は、上記板バネは、第１板バネ及び第２板バネからなり、しかも、第１板バネは、ＶあるいはＵ溝からなるバネ側支持部と、このバネ側支持部の両側に連続する一対の転動面と、これら転動面に連続する一対の支脚部と、これら支脚部の先端に連続する一対の掛け止め部とを有し、その掛け止め部をバネ設置部の圧接面に圧接させて掛け止める構成とし、また、第２板バネは、第１板バネの背面から、ボールあるいはローラを入力軸側に押し付ける弾性力を付与する構成にした点に特徴を有する。
第２の発明は、第１の発明において、第１板バネには、転動面と支脚部との間に一対のストッパを設け、入力軸と出力軸とが所定量だけ相対回転したとき、ボールあるいはローラがストッパに当接する構成にした点に特徴を有する。
第３の発明は、第１、２の発明において、第１板バネの一対の支脚部を、入力軸側に向けて傾斜する形状とするとともに、これら支脚部に連続する一対の掛け止め部を、入力軸側から離れる方向に湾曲させた点に特徴を有する。
【０００８】
第４の発明は、第１〜３の発明において、掛け止め部をバネ設置部の圧接面に圧接させたとき、その圧接する部分を、中立状態でバネ側支持部がボールあるいはローラに接触する二点を結ぶほぼ延長線上に位置させた点に特徴を有する。
第５の発明は、第１〜４の発明において、入力軸には、その軸側支持部の両側に連続する転がり面を形成し、この転がり面を入力軸の軸中心を中心とする円弧面と一致しない面として、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、両支持部を外れたボールあるいはローラが第１板バネの転動面と入力軸の転がり面との間を転動するとともに、ボールあるいはローラと上記転がり面との接点における力が、入力軸の回転方向と同方向あるいは反対方向の分力を発生する構成にした点に特徴を有する。
【０００９】
第６の発明は、第１〜５の発明において、バネ設置部を設けた部材に挿入孔を形成し、この挿入孔に固定部材を挿入して、上記部材を出力軸に直接的あるいは間接的に連結する構成とし、しかも、上記挿入孔と固定部材との間に、上記部材の出力軸側に対する連結位置を微調整することのできる遊びを持たせる構成にした点に特徴を有する。
第７の発明は、第１〜６の発明において、第２板バネを複数枚重ね合わせて構成した点に特徴を有する。
第８の発明は、第７の発明において、複数枚からなる第２板バネを、予め２枚または３枚重ね合わせて固定した点に特徴を有する。
第９の発明は、第１〜８の発明において、第２板バネの両端を、入力軸側に湾曲させた点に特徴を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜４に、この発明のパワーステアリング装置の第１実施例を示す。
図１に示すインテグラルタイプのパワーステアリング装置では、パワーシリンダ１内に図示しないピストンを組み込み、このピストンに出力軸２を貫通させている。そして、これらピストンと出力軸２とを、図示しないボールナットを介して連係させている。
また、このピストンには、図示しないセクタギヤをかみ合わせ、ピストンの移動によってセクタギヤが回転するようにしている。そして、セクタギヤが回転すると、それに連係した車輪を転舵する構成としている。
【００１１】
上記パワーシリンダ１には、その端部を閉塞するようにバルブケース３を固定している。そして、このバルブケース３内で、上記出力軸２の基端を回転自在に支持している。
この出力軸２は、その内部を中空とするとともに、その基端側に、入力軸４の先端を回転自在に挿入している。
そして、これら入力軸４と出力軸２とは、トーションバー５を介して連結している。つまり、トーションバー５の一端を入力軸４内に挿入し、その挿入部分をピン６で固定する一方、トーションバー５の他端を出力軸２側に固定している。このようにした入力軸４と出力軸２とは、トーションバー５を捩じりながら相対回転することになる。
【００１２】
入力軸２の外周面には、ロータリスプール７を一体に形成している。また、このロータリスプール７に対向する出力軸２の内周面には、スリーブ８を一体的に形成している。そして、これらロータリスプール７とスリーブ８とを相対回転自在に嵌合して、ロータリバルブｖを構成している。
いま、図示しないステアリングホイールを切り、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、ロータリバルブｖが切換わる。そして、ロータリーバルブｖが切換わると、パワーシリンダ１内に区画されたいずれか一方の圧力室に作動油を供給し、かつ、他方の圧力室の作動油を排出するので、その圧力差によってピストンが移動し、セクタギヤを回転させて、アシスト力を付与することになる。
【００１３】
このようにしたパワーステアリング装置では、出力軸２の基端に、バネ設置部としてバネ収納室９を形成している。そして、このバネ収納室９をシール部材１０によって上記ロータリバルブｖから遮断している。
バネ収納室９は、図２に示すように、出力軸２の基端面をほぼ正方形にくり貫いた形状で、壁面１１、１２を形成している。
このバネ収納室９には、一対の第１板バネ１３と、一対の第２板バネ１４とを組み付けている。
【００１４】
第１板バネ１３は、図３に示すように、ＶあるいはＵ溝からなるバネ側支持部１７と、このバネ側支持部１７の両側に連続する一対の転動面１８と、これら転動面１８に連続する一対の支脚部１９と、これら支脚部１９に連続する湾曲形状の一対の掛け止め部２０とからなる。そして、この第１板バネ１３は、ノーマル状態で、その掛け止め部２０がＸ方向に広がった形状となっている。
なお、転動面１８と支脚部１９との間には、ストッパとして一対の凸部２１を形成している。
一方、第２板バネ１４は、図４に示すように、湾曲部１５と、その両端に形成したフラット部１６とからなる。
【００１５】
上記第２板バネ１４のフラット部１６を、バネ収納室９の壁面１２に接触させるとともに、上記第１板バネ１３をこの第２板バネ１４に重ねる。このとき、第１板バネ１３は、広がった状態にある掛け止め部２０を、壁面１１に圧接して固定する。
このようにして第１、２板バネ１３、１４を設置したとき、第２板バネ１４の湾曲部１５の頂点が、ちょうど第１板バネ１３のバネ側支持部１７の裏側に位置するようにしている。そして、第１板バネ１３の掛け止め部２０の下端と壁面１２とによってフラット部１６を挟み込んで、第２板バネ１４も固定するようにしている。
【００１６】
一方、図２に示すように、バネ収納室９に挿入された入力軸４の外周面には、その径方向に対向させたＶあるいはＵ溝からなる一対の軸側支持部２２を形成している。
そして、入力軸４と出力軸２とが相対回転していない中立状態で、バネ側支持部１７と軸側支持部２２とを対向させ、その間にボールあるいはローラ２３を介在させている。このとき、支持部１７、２２がボールあるいはローラ２３に対してそれぞれ二点接触することで、このボールあるいはローラ２３が支えられることになる。
【００１７】
このようにしてボールあるいはローラ２３を支持部１７、２２間に介在させると、図２のＹ方向とは逆方向に第２板バネ１４が押し付けられて変形する。したがって、この第２板バネ１４にＹ方向へのイニシャル荷重が発生し、そのイニシャル荷重がボールあるいはローラ２３を介して入力軸４にプリセット力として作用する。
このとき、第１板バネ１３には、Ｙ方向のイニシャル荷重と、その掛け止め部２０を壁面に圧接させるだけのＸ方向のイニシャル荷重とが発生している状態にしている。
【００１８】
次に、この第１実施例のパワーステアリング装置の作用を説明する。
いま、ステアリングホイールを中立位置に保っていれば、入力軸４と出力軸２とは、図２に示す中立状態にある。
この中立状態では、第２板バネ１４のＹ方向へのイニシャル荷重が、プリセット力として入力軸４に作用する。したがって、そのプリセット力により中立剛性を高めて、車両の直進走行時の安定性を確保することができる。
【００１９】
上記中立状態からステアリングホイールを切り、例えば、入力軸４を出力軸２に対して、図２の矢印ａ方向に回転させようとしたとする。
このとき、所定のトルクが入力されると、ボールあるいはローラ２３は、プリセット力に抗して第１、２板バネ１３、１４をたわませ、図２の矢印ｂ方向に転動しながら支持部１７、２２から外れる。
そして、入力軸４と出力軸２とがさらに相対回転すると、ボールあるいはローラ２３は、入力軸４の外周面と第１板バネ１３の転動面１８との間を転動することになる。
【００２０】
この状態では、ボールあるいはローラ２３の転動により、第１板バネ１３には、方向Ｘのうち左右いずれか一方に力が作用する。そのため、壁面１１に掛け止め部２０を圧接する第１板バネ１３の弾性力が、一方では大きくなり、他方では小さくなる。
そこで、第１板バネ１３の掛け止め部２０を壁面１１に圧接させるとき、その掛け止め部２０で弾性力が不均一になってもずれることのないよう、予め大きなイニシャル荷重で圧接させるようにしている。したがって、掛け止め部２０で弾性力が不均一になっても、第１板バネ１３がＸ方向にずれるのを防止することができる。
【００２１】
そして、第１板バネ１３の弾性力が掛け止め部２０で不均一になったとしても、方向Ｙに作用する第２板バネ１４の弾性力には無関係なので、この方向Ｙヘの弾性力がばらつくことがない。
なお、ボールあるいはローラ２３が支持部１７、２２から外れるとき、第１板バネ１３もたわむので、この第１板バネ１３にもＹ方向の弾性力が発生する。したがって、Ｙ方向の弾性力は、第１板バネ１３と第２板バネ１４との合成によって決められるが、このＹ方向の弾性力は、第２板バネ１４の依存度が大きくなるように設定している。そして、第１板バネ１３のＸ方向の弾性力が掛け止め部２０で不均一になったとしても、この第１板バネのＹ方向への弾性力はほとんど変化することがない。
また、第１板バネ１３は、その掛け止め部２０を壁面１１に圧接させるだけの弾性力をＸ方向に発揮するように設計してもよい。そして、第１板バネ１３には、Ｙ方向にたわんでもわずかな弾性力しか発生させないようにして、このＹ方向ヘの弾性力のほぼ全てを、上記第２板バネ１４によって決めてもよい。
【００２２】
なお、入力軸４と出力軸２とが最大量だけ相対回転すると、ボールあるいはローラ２３は、第１板バネ１３の凸部２１に当接する。したがって、この凸部２１がストッパとして機能し、ボールあるいはローラ２３の動きをそこで規制するので、このボールあるいはローラ２３が第１板バネ１３の転動面１８と入力軸４の外周面との間から脱落してしまうことがない。
以上述べたようにして入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、前述したとおりロータリバルブｖが切換わり、パワーシリンダ１内の作動油を制御してアシスト力を発生させる。そして、このアシスト力により車輪が目標値まで転舵されると、両軸２、４が中立状態に復帰するが、このとき、ボールあるいはローラ２３も転動しながら支持部１７、２２の位置に戻り、図２に示す中立状態に復帰することになる。
【００２３】
以上述べた第１実施例のパワーステアリング装置によれば、プリセット力を付与して中立剛性を高め、車両の直進走行時の安定性を確保することができる。
しかも、第２板バネ１４に第１板バネ１３を重ねるとともに、第１板バネ１３の掛け止め部２０を壁面１１に圧接させるだけでよいので、その組み付けが非常に簡単である。
また、Ｙ方向に弾性力を付与するとともに、Ｘ方向にも弾性力を付与し、その方向にずれるのを防止する第１板バネ１３と、Ｙ方向に弾性力を付与する第２板バネ１４とを別々にしたので、その両方の機能を一枚の板バネに持たせるのに比べて、Ｙ方向への弾性力にばらつきが生じにくくなる。つまり、入力軸４と出力軸２とが中立状態にあるときのプリセット力は、第２板バネ１３に大きく依存して決められるので、ばらつきが生じることはない。しかも、ボールあるいはローラ２３が転動しているとき、第１板バネ１３の掛け止め部２０で弾性力が不均一になっても、Ｙ方向への弾性力は第２板バネ１４に大きく依存しているので、ほとんどばらつきは生じない。
【００２４】
さらに、第１、２板バネ１３、１４を別々にすることで、それぞれを薄く成形でき、加工性を向上させることができる。
さらにまた、第１、２板バネ１３、１４に別々にすることで、その機能を一枚の板バネに持たせるのに比べて、耐久性を向上させることができる。例えば、第１板バネ１３は、ほとんど方向Ｘの弾性力を発揮するので、その分応力を緩和させ、耐久性を向上させることができる。また、第２板バネ１４も、方向Ｙヘの弾性力を発揮するだけでよいので、簡単な形状にすることができ、応力集中を避けて、耐久性を向上させることができる。
【００２５】
図５に示す第２実施例は、第１板バネ１３の形状を変更しただけであり、以下ではその相違点を中心に説明するとともに、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第１板バネ１３は、上記第１実施例と同じく、ＶあるいはＵ溝からなるバネ側支持部１７と、このバネ側支持部１７の両側に連続する一対の転動面１８と、これら転動面１８に連続する一対の凸部２１とを備えている。
ただし、これら凸部２１に連続する一対の支脚部１９は、凸部２１に対して段差を形成するのではなく、第１実施例とは逆に、その凸部２１方向、すなわち、入力軸４側に向けて傾斜する形状となっている。
【００２６】
さらに、これら支脚部１９に連続する一対の掛け止め部２０も、第１実施例とは逆に、入力軸４側から離れる方向に湾曲している。
そして、第１実施例と同じように、この第１板バネ１３を第２板バネ１４に重ねて、第２板バネ１４の湾曲部１５の頂点が、ちょうど第１板バネ１３のバネ側支持部１７の裏側に位置するようにしている。
このようにした第１板バネ１３も、その掛け止め部２０を壁面１１に圧接して固定している。
【００２７】
以上述べた第２実施例のパワーステアリング装置によれば、第１実施例に比べて、第１板バネ１３の寿命を長くすることができる。
つまり、ボールあるいはローラ２３が支持部１７、２２から外れるとき、第１、２板バネ１３、１４をたわませるが、このとき、上記第１実施例では、第１板バネ１３の掛け止め部２０が、壁面１１に圧接する方向（図２の矢印ｘ方向）に押し付けられる。したがって、第１板バネ１３に作用する力がそれだけ大きくなり、大きな応力が発生して、その寿命が短くなってしまう。
【００２８】
それに対して、この第２実施例の場合、第１、２板バネ１３、１４がたわむとき、第１板バネ１３の掛け止め部２０が、壁面１１から離れる方向（図５の矢印ｘ方向）に引っ張られる。したがって、第１板バネ１３に作用する力がそれだけ小さくなり、応力を緩和して、その寿命を長くすることができる。
もちろん、第１板バネ１３の掛け止め部２０が壁面１１から離れる方向（図５の矢印ｘ方向）に引っ張られたときにも、掛け止め部２０には、第１板バネ１３がずれないだけの弾性力をＸ方向に残すようにしておく。
【００２９】
図６〜８に示す第３実施例では、上記第１、２実施例のように出力軸２に直接ではなく、出力軸２と一体に回転する部材にバネ設置部を設けている。
つまり、図６、７に示すように、第１実施例と同じようなインテグラルタイプのパワーステアリング装置を構成するが、ロータリバルブｖを構成するスリーブ８を、出力軸２に一体に形成するのはなく、別部材として出力軸２にピン２４を介して連結させている。そして、バルブケース３の拡径部分にドーナツ状の円板部材２５を収納して、この円板部材２５を、上記スリーブ８の端部にボルト２６によって連結している。
このように、バネ設置部を設けた円板部材２５を、別部材としたスリーブ８を介して出力軸２に連結させているので、この円板部材２５は、出力軸２と一体に回転することになる
【００３０】
図７に示すように、上記円板部材２５には、バネ設置部として４つの台部２７を設け、これら台部２７に、第１板バネ１３を設けるための第１段部２８と、第２板バネ１４を設けるための第２段部２９とを形成している。
そして、第１段部２８の対向する側面３０に、第２実施例と同じタイプの第１板バネ１３の掛け止め部２０を圧接している。
ここで、第１板バネ１３の掛け止め部２０を側面３０に圧接させるとき、この図７に示すように、その圧接する部分を、中立状態でバネ側支持部１７がボールあるいはローラ２３に接触する二点を結ぶ延長線ｃ上にほぼ位置させるのが望ましい。
【００３１】
もし、掛け止め部２０を圧接する部分が、延長線ｃから大きくずれた位置にあると、ボールあるいはローラ２３が転動して、第１板バネ１３にＸ方向の力が作用したとき、そのＸ方向への力と、側面３０から第１板バネ１３に作用する反力とがずれて発生してしまう。そのため、第１板バネ１３がずれやすくなってしまう。
それに対して、掛け止め部２０を圧接する部分が、延長線ｃ上に位置していれば、ボールあるいはローラ２３が転動して、第１板バネ１３にＸ方向の力が作用したときに、そのＸ方向への力と、側面３０から第１板バネ１３に作用する反力とをほぼ対向させることができる。したがって、第１板バネ１３をずれにくくすることができる。
【００３２】
また、台部２７の第２段部２９には、第２板バネ１４の端部を乗せている。ここでは、この第２板バネ１４にフラット部を形成していないが、その機能は、第１、２実施例の第２板バネ１４と全く同じである。
さらに、ここでは第２板バネ１４を３枚重ねて使用しているが、その枚数は、必要プリセット力に応じて適宜変更すればよい。
そして、図８に示すように、複数枚の第２板バネ１４を、スポット溶接等によって予め固定しておいてもよい。なお、符号３８は、スポット溶接部を示す。
【００３３】
以上述べた第３実施例のパワーステアリング装置によれば、円板部材２５に第１、２板バネ１３、１４を設置するので、ロータリバルブｖのセンタリング調整をしてから、この円板部材２５の連結位置を決めることができる。つまり、具体的には図示しないが、円板部材２５に形成した挿入孔としてのボルト孔と、固定部材としてのボルト２６との間に遊びを持たせ、この円板部材２５を回転方向及びラジアル方向に動かせるようにしておけば、円板部材２５の連結位置を微調整することができる。したがって、ロータリバルブｖのセンタリング調整をしてから、第１、２板バネ１３、１４を組み付けてプリセット力を調整することが可能となり、そのアシスト力特性を管理しやすくなる。
【００３４】
また、第２板バネ１４の枚数を変更することによって、プリセット力をより簡単に変えることができる。
さらに、複数枚の第２板バネ１４を、スポット溶接等によって予め固定しておけば、組み付け時に第２板バネ１４がバラバラになったりせず、組み付け易い。特に、２枚または３枚重ね合わせた第２板バネ１４を１組として固定しておけば、第２板バネ１４の重ね合わせ枚数が多くなったとしても対応できる。例えば、第２板バネ１４を４枚必要とする場合には２枚組のものを２組使用し、第２板バネ１４を５枚必要とする場合には２枚組のものと３枚組のものを重ね合わせればよい。このようにすれば、第２板バネ１４の必要枚数が多くなったとしても組み付け易く、また、その枚数を確認し易い。このようなことから、第２板バネ１４を組み付けるときの作業性が向上する。
【００３５】
なお、この第３実施例のロータリバルブでは、図６に示すように、入力軸４内のトーションバー５を組み込んだ中空部分を、ロータリーバルブｖのタンク通路３１として利用している。そして、このタンク通路３１を、円板部材２５を収納したバルブケース３の拡径部分→バルブケース３に形成した通路３２を介して、図示しないタンクに接続している。したがって、第１、２板バネ１３、１４を設置した部分に油が流れることになり、それが潤滑油として機能して、ボールあるいはローラ２３の転動を滑らかにすることができる。
【００３６】
図９、１０に示す第４実施例は、上記第３実施例の第２板バネ１４の形状を変えた例である。
図示するように、第２板バネ１４の両端を入力軸４側に湾曲して、この部分を湾曲部１４ｂ、１４ｂとする。そして、この湾曲部１４ｂ、１４ｂを、第２段部２９に押し付けている。このようにすると、以下に説明する上記第３実施例の問題点を解決することができる。
【００３７】
すなわち、入力軸４と円盤部材２５とが相対回転して、ボールあるいはローラ２３が支持部１７、２２から外れると、第１、２板バネ１３、１４が外方向に押される。そのため、第２板バネ１４の両端は、第２段部２９に押しつけられる。このとき、上記第３実施例では、図７に示すように第２板バネ１４の両端部１４ａ、１４ａが第２段部２９上を摺動することになる。
しかし、第２板バネ１４の端部１４ａは、切断したままの鋭いエッジになっているので、両者間の摩擦力は非常に大きい。そのため、これら第２板バネ１４の両端部１４ａ、１４ａと第２段部２９との接触面の摩耗が激しく、このように接触面が摩耗してしまうと、第２板バネ１４によるプリセット力が変わり、アシスト力特性も変わってしまうという問題が生じる。
【００３８】
これに対して第４実施例の場合、第２板バネ１４の両端に形成した湾曲部１４ｂ、１４ｂを、第２段部２９に当接することで滑り易くしている。このようにすれば、第２板バネ１４と第２段部２９との摩擦力が小さくなり、その分摩耗も少なくなる。したがって、より長期間安定したアシスト力特性を維持することができる。
なお、この第４実施例の第２板バネ１４の形状は、第１、２実施例にも適用できる。そして、この場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
図１１に示す第５実施例では、入力軸４の外周面に軸側支持部２２の両側に連続する転がり面３３を形成している。そして、入力軸４と出力軸２とが相対回転したとき、両支持部１７、２２から外れたボールあるいはローラ２３が、この転がり面３３と第１板バネ１３の転動面１８との間を転動するようにしている。
上記第１実施例では、両支持部１７、２２から外れたボールあるいはローラ２３が、円筒形状の入力軸４の外周面と第１板バネ１３の転動面１８との間を転動する構成となっている。このとき、ボールあるいはローラ２３が入力軸４の外周面に一点接触しながら転動するが、第１、２板バネ１３、１４の弾性力は、この接触点において入力軸４の中心に向かって作用する。
【００４０】
したがって、入力軸４の回転方向には、操舵反力となる分力が発生しないことになる。つまり、上記第１実施例では、ステアリングホイールを切って、ボールあるいはローラ２３が転動しているときの操舵反力は、トーションバー５のねじれ抵抗のみからなることになる。
それに対して、この第５実施例では、軸側支持部２２の両側に連続する転がり面３３を形成し、これら転がり面３３を、入力軸４の軸中心Ｏを中心とする円弧面、すなわち、入力軸４の外周面と一致しない面としている。
【００４１】
図１１では、中立状態を実線で示し、ボールあるいはローラ２３が、転がり面３３と転動面１８との間を転動するときの状態を二点鎖線で示している。
中立状態での両支持部１７、２２の中心と入力軸４の軸中心Ｏとを通る基準線をｓとする。そして、入力軸４が、この基準線ｓに対して角度βだけ回転したとき、ボールあるいはローラ２３と転がり面３３との接点Ｐにおける力Ｗは、線分ＯＰに対してθの角度を持つ。したがって、入力軸４の回転方向、すなわち、線分ＯＰに直交する方向には、Ｆ＝Ｗ・ｓｉｎθとなる分力が発生することになる。そして、この分力Ｆは、入力軸４を回転させようとするトルクに抗して作用するので、操舵反力となることになる。
つまり、この第５実施例では、ステアリングホイールを切って、ボールあるいはローラ２３が転動しているときの操舵反力は、トーションバー５のねじれ抵抗と上記分力Ｆとを合成したものとなる。
【００４２】
ただし、転がり面３３の形状としては、この実施例のものに限るものではない。つまり、転がり面３３は、入力軸４の軸中心を中心とする円弧面と一致させなければ、どのような形状であってもθ≠０となり、分力を発生させることができる。
例えば、図１１では、常にｓｉｎθ＞０なので、分力Ｆが入力軸４の回転方向と反対に発生し、操舵反力を増加させるように作用する。
ただし、基準線ｓに直交する線ｔに対する転がり面３３の角度αによっては、この分力Ｆの向きを入力軸４の回転方向と同じにして、操舵反力を減少させることもできる。例えば、図１１において、線分ＯＰと基準線ｓとの角度をγとすると、θ＝α＋β−γであることから、角度αを変えてやれば、ｓｉｎθ＜０とすることもでき、分力Ｆの向きを入力軸４の回転方向と同じにすることができる。なお、これら角度θ、α、β、γは、図中矢印ｋの方向を正としているものとする。
【００４３】
また、図１１において、符号ｈはボールあるいはローラ２３が転動することによって生じる第１、２板バネ１３、１４のたわみ量であり、このたわみ量ｈによってＹ方向への弾性力が決められ、接点における力Ｗが発生する。そして、このたわみ量ｈは、転がり面３３の形状、第１板バネ１３の形状や第２板バネ１４のバネ定数等によって変化させることができる。
このように、転がり面３３の形状、第１板バネ１３の形状や第２板バネ１４のバネ定数等を適宜決めてやり、適当な分力Ｆを発生させるようにすれば、この分力Ｆとトーションバー５のねじれ抵抗とを合成させて、操舵反力を増加・低減させたり、一定に保ったりすることが可能となる。したがって、車種やユーザーからの要望に応じて、適切な操舵フィーリングを決めてやることができる。
なお、ここでは転がり面３３を平面に形成しているが、曲面としてもかまわない。
【００４４】
以上述べた第１〜５実施例では、インテグラルタイプの油圧パワーステアリング装置について説明したが、それ以外のタイプでもかまわない。
また、入力軸４と出力軸２とがトーションバー５を捩じりながら相対回転し、アシスト力を発生させる構成にしたものであれば、油圧パワーステアリング装置だけでなく、電動パワーステアリング装置であってもよい。
例えば、図１２に示す第５実施例では、入力軸４と出力軸２との外周に設けたスライダ３４を、出力軸２にはネジ部３５で結合し、かつ、入力軸４にはスプライン部３６で結合している。したがって、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、スライダ３４は、その回転が規制されて、軸方向に移動することになる。
【００４５】
そして、このスライダ３４の移動量によってトルクセンサ３７が入力トルクを検出し、そのトルクに応じて図示しない電動モータを駆動して、アシスト力を発生させるようにしている。
このようにした電動パワーステアリング装置においても、出力軸２の端部に形成したバネ収納室９内に第１、２板バネ１３、１４を設置すれば、プリセット力を付与して中立剛性を高めることができる。ただし、その詳細な構成及び効果については油圧パワーステアリング装置の場合と同じなので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００４６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、プリセット力を付与して中立剛性を高め、車両の直進走行時の安定性を確保することができる。
しかも、第１板バネの掛け止め部を圧接面に圧接させるだけでよいので、その組み付けが非常に簡単である。
また、第１、２板バネを別々にしたので、その両方の機能を一枚の板バネに持たせるのに比べて、ボールあるいはローラを入力軸側に押し付ける弾性力にばらつきが生じにくくなる。さらに、第１、２板バネを別々にすることで、それぞれを薄く成形でき、加工性を向上させることができる。さらにまた、第１、２板バネに別々にすることで、その機能を一枚の板バネに持たせるのに比べて、耐久性を向上させることができる。
【００４７】
第２の発明によれば、第１の発明において、ストッパを設けたので、例えば、入力軸と出力軸とが最大量だけ相対回転したとき、ボールあるいはローラの転動をそこで規制することができる。したがって、ボールあるいはローラが入力軸と第１板バネとの間から脱落するのを防止することができる。
第３の発明によれば、第１、２の発明において、第１、２板バネがたわむとき、第１板バネの掛け止め部が圧接面から離れる方向に引っ張られる。したがって、第１板バネに作用する力がそれだけ小さくなり、応力を緩和して、その寿命を長くすることができる。
【００４８】
第４の発明によれば、第１〜３の発明において、第１板バネに、その掛け止め部の圧接方向の力が作用したときに、その方向への力と、圧接面から第１板バネに作用する反力とをほぼ対向させることができ、第１板バネをずれにくくすることができる。
第５の発明によれば、第１〜４の発明において、ボールあるいはローラが、第１、２板バネをたわませながら、第１板バネの転動面と入力軸の転がり面との間を転動するとき、その回転方向に分力を発生させることができる。したがって、操舵反力は、その分力とトーションバーのねじれ抵抗とを合成させたものとなる。そして、この分力の大きさを適当に変えてやれば、操舵反力を増加・低減させたり、一定に保ったりすることが可能となり、車種やユーザーからの要望に応じて、適切な操舵フィーリングを決めることができる。
【００４９】
第６の発明によれば、第１〜５の発明において、バネ設置部を設けた部材の連結位置を微調整することができるので、入力軸と出力軸とのセンタリング調整をしてから、第１、２板バネ組み付けてプリセット力を調整することが可能となり、そのアシスト力特性を管理しやすくなる。
第７の発明によれば、第１〜６の発明において、第２板バネの枚数を変えることによって、プリセット力を調節できるので、アシスト力特性を管理しやすくなる。
【００５０】
第８の発明によれば、２枚または３枚の第２板バネを重ね合わせて、それを予め固定しているので、組み付け時に第２板バネがバラバラになったりしない。また、第２板バネを、２枚または３枚で１組にしているので、重ね合わせ枚数が多い場合でも、その枚数を簡単に確認することができる。このようなことから第２板バネの組み付け作業性が向上する。
第９の発明によれば、第２板バネの両端を入力軸側に湾曲して、その滑りをよくしている。このようにすれば、第２板バネに作用する摩擦力が小さくなり、摩耗も少なくなる。したがって、より長期間安定したアシスト力特性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の油圧パワーステアリング装置の断面図である。
【図２】第１実施例の油圧パワーステアリング装置のバネ収納室９部分を示す断面図である。
【図３】第１板バネ１３を示す斜視図である。
【図４】第２板バネ１４を示す斜視図である。
【図５】第２実施例の油圧パワーステアリング装置のバネ収納室９部分を示す断面図である。
【図６】第３実施例の油圧パワーステアリング装置の断面図である。
【図７】第３実施例の油圧パワーステアリング装置のバネ収納室９部分を示す断面図である。
【図８】第３実施例の第２板バネ１４を２枚スポット溶接した図である。
【図９】第４実施例の第２板バネ１４を示す図である。
【図１０】第４実施例の油圧パワーステアリング装置のバネ収納室９部分を示す断面図である。
【図１１】第５実施例において転がり面３３付近を示す拡大図である。
【図１２】電動パワーステアリング装置を示す断面図である。
【図１３】従来例のパワーステアリング装置のうちプリセット力付与機構を示した図である。
【符号の説明】
２ 出力軸
４ 入力軸
５ トーションバー
９ バネ収納室
１１ 壁面
１３ 第１板バネ
１４ 第２板バネ
１４ｂ 湾曲部
１７ バネ側支持部
１８ 転動面
１９ 支脚部
２０ 掛け止め部
２１ 凸部
２２ 軸側支持部
２３ ボールあるいはローラ
２５ 円板部材
２６ ボルト
２７ 台部
２８ 第１段部
２９ 第２段部
３０ 側面
３３ 転がり面
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力軸と出力軸とをトーションバーを介して連結してなるパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トーションバーを用いたパワーステアリング装置では、ステアリングホイールの手応えの一要因として、トーションバーのねじれ抵抗がある。
ところが、ステアリングホイールの中立時には、トーションバーのねじれ抵抗がないため、その中立剛性が弱くなり、車両の直進走行時の安定性が悪くなってしまう。
そこで、プリセット力を付与して、中立剛性を高めるパワーステアリング装置として、例えば、特表平６−５０７３６２号公報や、特表平６−５０７３６３号公報に記載されたものが開示されている。
【０００３】
図１３に示すように、図面では現れていない出力軸に連係する支持体１０１を、入力軸１０２の周囲に配置している。
この支持体１０１には、その円周方向に等間隔に配置した摺動孔１０３を形成し、これら摺動溝１０３には、プランジャ１０４を摺動自在にはめ込んでいる。さらに、これらプランジャ１０４には、支持体１０１の周囲に設けたＣ字状ばね１０５の弾性力を付与している。したがって、これらプランジャ１０４は、それぞれ入力軸１０２の中心方向に押し付けられることになる。
上記プランジャ１０４の先端には、切欠き１０６を形成している。一方、入力軸１０２の外周面にも、入出力軸が中立状態にあるとき、上記切欠き１０６に対向する切欠き１０７を形成している。そして、これら切欠き１０６、１０７間に、ローラ１０８を介在させている。
【０００４】
このようにしたパワーステアリング装置では、ステアリングホイールの中立時に、Ｃ字状ばね１０５の弾性力が、プリセット力としてプランジャ１０４及びローラ１０８を介して入力軸１０２に作用する。
そして、ステアリングホイールを切って、所定のトルクを入力すると、入出力軸がトーションバー１０９を捩じりながら相対回転する。したがって、ローラ１０８が切欠き１０６、１０７から外れて、入力軸１０２の外周面とプランジャ１０の先端の転動面との間を転動することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のパワーステアリング装置では、プリセット力を付与するＣ字状ばね１０５の弾性力を、プランジャ１０４を介して入力軸１０２に作用させている。
しかし、これらプランジャ１０４は、支持体１０１に形成した摺動溝１０３に摺動自在にはめ込まなければならず、その組み付けが面倒となってしまう。
また、いかにその寸法精度が高くとも、プランジャ１０４には多少のガタが必ず生じる。そして、プランジャ１０４ががたつくと、その間はプリセット力が作用しないことになり、本来の効果を発揮できなくなる。また、ローラ１０８が転動しているときにも、入力軸１０２に作用する弾性力にばらつきが生じてしまう。
この発明の目的は、組み付けが簡単で、入力軸に作用する弾性力がばらつくことのないパワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪に連係する出力軸と、これら入力軸と出力軸とを連結するトーションバーとを備え、このトーションバーを捩じりながら両軸が相対回転したとき、その回転量に応じてアシスト力を発生させる構成にし、しかも、上記出力軸あるいは出力軸と一体に回転する部材に設けたバネ設置部と、入力軸を挟むようにバネ設置部に設置した一対の板バネと、これら板バネに設けたバネ側支持部と、入力軸の外周面に形成し、入力軸と出力軸との中立状態でバネ側支持部に対向させた軸側支持部と、これら対向する支持部間に介在させたボールあるいはローラとを備え、入力軸と出力軸とが相対回転すると、上記ボールあるいはローラが、板バネをたわませ、両支持部間を転動しながら外れるとともに、両支持部を外れてからは、板バネと入力軸との間を転動する構成にしたパワーステアリング装置を前提とする。
【０００７】
そして、第１の発明は、上記板バネは、第１板バネ及び第２板バネからなり、しかも、第１板バネは、ＶあるいはＵ溝からなるバネ側支持部と、このバネ側支持部の両側に連続する一対の転動面と、これら転動面に連続する一対の支脚部と、これら支脚部の先端に連続する一対の掛け止め部とを有し、その掛け止め部をバネ設置部の圧接面に圧接させて掛け止める構成とし、また、第２板バネは、第１板バネの背面から、ボールあるいはローラを入力軸側に押し付ける弾性力を付与する構成にした点に特徴を有する。
第２の発明は、第１の発明において、第１板バネには、転動面と支脚部との間に一対のストッパを設け、入力軸と出力軸とが所定量だけ相対回転したとき、ボールあるいはローラがストッパに当接する構成にした点に特徴を有する。
第３の発明は、第１、２の発明において、第１板バネの一対の支脚部を、入力軸側に向けて傾斜する形状とするとともに、これら支脚部に連続する一対の掛け止め部を、入力軸側から離れる方向に湾曲させた点に特徴を有する。
【０００８】
第４の発明は、第１〜３の発明において、掛け止め部をバネ設置部の圧接面に圧接させたとき、その圧接する部分を、中立状態でバネ側支持部がボールあるいはローラに接触する二点を結ぶほぼ延長線上に位置させた点に特徴を有する。
第５の発明は、第１〜４の発明において、入力軸には、その軸側支持部の両側に連続する転がり面を形成し、この転がり面を入力軸の軸中心を中心とする円弧面と一致しない面として、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、両支持部を外れたボールあるいはローラが第１板バネの転動面と入力軸の転がり面との間を転動するとともに、ボールあるいはローラと上記転がり面との接点における力が、入力軸の回転方向と同方向あるいは反対方向の分力を発生する構成にした点に特徴を有する。
【０００９】
第６の発明は、第１〜５の発明において、バネ設置部を設けた部材に挿入孔を形成し、この挿入孔に固定部材を挿入して、上記部材を出力軸に直接的あるいは間接的に連結する構成とし、しかも、上記挿入孔と固定部材との間に、上記部材の出力軸側に対する連結位置を微調整することのできる遊びを持たせる構成にした点に特徴を有する。
第７の発明は、第１〜６の発明において、第２板バネを複数枚重ね合わせて構成した点に特徴を有する。
第８の発明は、第７の発明において、複数枚からなる第２板バネを、予め２枚または３枚重ね合わせて固定した点に特徴を有する。
第９の発明は、第１〜８の発明において、第２板バネの両端を、入力軸側に湾曲させた点に特徴を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜４に、この発明のパワーステアリング装置の第１実施例を示す。
図１に示すインテグラルタイプのパワーステアリング装置では、パワーシリンダ１内に図示しないピストンを組み込み、このピストンに出力軸２を貫通させている。そして、これらピストンと出力軸２とを、図示しないボールナットを介して連係させている。
また、このピストンには、図示しないセクタギヤをかみ合わせ、ピストンの移動によってセクタギヤが回転するようにしている。そして、セクタギヤが回転すると、それに連係した車輪を転舵する構成としている。
【００１１】
上記パワーシリンダ１には、その端部を閉塞するようにバルブケース３を固定している。そして、このバルブケース３内で、上記出力軸２の基端を回転自在に支持している。
この出力軸２は、その内部を中空とするとともに、その基端側に、入力軸４の先端を回転自在に挿入している。
そして、これら入力軸４と出力軸２とは、トーションバー５を介して連結している。つまり、トーションバー５の一端を入力軸４内に挿入し、その挿入部分をピン６で固定する一方、トーションバー５の他端を出力軸２側に固定している。このようにした入力軸４と出力軸２とは、トーションバー５を捩じりながら相対回転することになる。
【００１２】
入力軸２の外周面には、ロータリスプール７を一体に形成している。また、このロータリスプール７に対向する出力軸２の内周面には、スリーブ８を一体的に形成している。そして、これらロータリスプール７とスリーブ８とを相対回転自在に嵌合して、ロータリバルブｖを構成している。
いま、図示しないステアリングホイールを切り、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、ロータリバルブｖが切換わる。そして、ロータリーバルブｖが切換わると、パワーシリンダ１内に区画されたいずれか一方の圧力室に作動油を供給し、かつ、他方の圧力室の作動油を排出するので、その圧力差によってピストンが移動し、セクタギヤを回転させて、アシスト力を付与することになる。
【００１３】
このようにしたパワーステアリング装置では、出力軸２の基端に、バネ設置部としてバネ収納室９を形成している。そして、このバネ収納室９をシール部材１０によって上記ロータリバルブｖから遮断している。
バネ収納室９は、図２に示すように、出力軸２の基端面をほぼ正方形にくり貫いた形状で、壁面１１、１２を形成している。
このバネ収納室９には、一対の第１板バネ１３と、一対の第２板バネ１４とを組み付けている。
【００１４】
第１板バネ１３は、図３に示すように、ＶあるいはＵ溝からなるバネ側支持部１７と、このバネ側支持部１７の両側に連続する一対の転動面１８と、これら転動面１８に連続する一対の支脚部１９と、これら支脚部１９に連続する湾曲形状の一対の掛け止め部２０とからなる。そして、この第１板バネ１３は、ノーマル状態で、その掛け止め部２０がＸ方向に広がった形状となっている。
なお、転動面１８と支脚部１９との間には、ストッパとして一対の凸部２１を形成している。
一方、第２板バネ１４は、図４に示すように、湾曲部１５と、その両端に形成したフラット部１６とからなる。
【００１５】
上記第２板バネ１４のフラット部１６を、バネ収納室９の壁面１２に接触させるとともに、上記第１板バネ１３をこの第２板バネ１４に重ねる。このとき、第１板バネ１３は、広がった状態にある掛け止め部２０を、壁面１１に圧接して固定する。
このようにして第１、２板バネ１３、１４を設置したとき、第２板バネ１４の湾曲部１５の頂点が、ちょうど第１板バネ１３のバネ側支持部１７の裏側に位置するようにしている。そして、第１板バネ１３の掛け止め部２０の下端と壁面１２とによってフラット部１６を挟み込んで、第２板バネ１４も固定するようにしている。
【００１６】
一方、図２に示すように、バネ収納室９に挿入された入力軸４の外周面には、その径方向に対向させたＶあるいはＵ溝からなる一対の軸側支持部２２を形成している。
そして、入力軸４と出力軸２とが相対回転していない中立状態で、バネ側支持部１７と軸側支持部２２とを対向させ、その間にボールあるいはローラ２３を介在させている。このとき、支持部１７、２２がボールあるいはローラ２３に対してそれぞれ二点接触することで、このボールあるいはローラ２３が支えられることになる。
【００１７】
このようにしてボールあるいはローラ２３を支持部１７、２２間に介在させると、図２のＹ方向とは逆方向に第２板バネ１４が押し付けられて変形する。したがって、この第２板バネ１４にＹ方向へのイニシャル荷重が発生し、そのイニシャル荷重がボールあるいはローラ２３を介して入力軸４にプリセット力として作用する。
このとき、第１板バネ１３には、Ｙ方向のイニシャル荷重と、その掛け止め部２０を壁面に圧接させるだけのＸ方向のイニシャル荷重とが発生している状態にしている。
【００１８】
次に、この第１実施例のパワーステアリング装置の作用を説明する。
いま、ステアリングホイールを中立位置に保っていれば、入力軸４と出力軸２とは、図２に示す中立状態にある。
この中立状態では、第２板バネ１４のＹ方向へのイニシャル荷重が、プリセット力として入力軸４に作用する。したがって、そのプリセット力により中立剛性を高めて、車両の直進走行時の安定性を確保することができる。
【００１９】
上記中立状態からステアリングホイールを切り、例えば、入力軸４を出力軸２に対して、図２の矢印ａ方向に回転させようとしたとする。
このとき、所定のトルクが入力されると、ボールあるいはローラ２３は、プリセット力に抗して第１、２板バネ１３、１４をたわませ、図２の矢印ｂ方向に転動しながら支持部１７、２２から外れる。
そして、入力軸４と出力軸２とがさらに相対回転すると、ボールあるいはローラ２３は、入力軸４の外周面と第１板バネ１３の転動面１８との間を転動することになる。
【００２０】
この状態では、ボールあるいはローラ２３の転動により、第１板バネ１３には、方向Ｘのうち左右いずれか一方に力が作用する。そのため、壁面１１に掛け止め部２０を圧接する第１板バネ１３の弾性力が、一方では大きくなり、他方では小さくなる。
そこで、第１板バネ１３の掛け止め部２０を壁面１１に圧接させるとき、その掛け止め部２０で弾性力が不均一になってもずれることのないよう、予め大きなイニシャル荷重で圧接させるようにしている。したがって、掛け止め部２０で弾性力が不均一になっても、第１板バネ１３がＸ方向にずれるのを防止することができる。
【００２１】
そして、第１板バネ１３の弾性力が掛け止め部２０で不均一になったとしても、方向Ｙに作用する第２板バネ１４の弾性力には無関係なので、この方向Ｙヘの弾性力がばらつくことがない。
なお、ボールあるいはローラ２３が支持部１７、２２から外れるとき、第１板バネ１３もたわむので、この第１板バネ１３にもＹ方向の弾性力が発生する。したがって、Ｙ方向の弾性力は、第１板バネ１３と第２板バネ１４との合成によって決められるが、このＹ方向の弾性力は、第２板バネ１４の依存度が大きくなるように設定している。そして、第１板バネ１３のＸ方向の弾性力が掛け止め部２０で不均一になったとしても、この第１板バネのＹ方向への弾性力はほとんど変化することがない。
また、第１板バネ１３は、その掛け止め部２０を壁面１１に圧接させるだけの弾性力をＸ方向に発揮するように設計してもよい。そして、第１板バネ１３には、Ｙ方向にたわんでもわずかな弾性力しか発生させないようにして、このＹ方向ヘの弾性力のほぼ全てを、上記第２板バネ１４によって決めてもよい。
【００２２】
なお、入力軸４と出力軸２とが最大量だけ相対回転すると、ボールあるいはローラ２３は、第１板バネ１３の凸部２１に当接する。したがって、この凸部２１がストッパとして機能し、ボールあるいはローラ２３の動きをそこで規制するので、このボールあるいはローラ２３が第１板バネ１３の転動面１８と入力軸４の外周面との間から脱落してしまうことがない。
以上述べたようにして入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、前述したとおりロータリバルブｖが切換わり、パワーシリンダ１内の作動油を制御してアシスト力を発生させる。そして、このアシスト力により車輪が目標値まで転舵されると、両軸２、４が中立状態に復帰するが、このとき、ボールあるいはローラ２３も転動しながら支持部１７、２２の位置に戻り、図２に示す中立状態に復帰することになる。
【００２３】
以上述べた第１実施例のパワーステアリング装置によれば、プリセット力を付与して中立剛性を高め、車両の直進走行時の安定性を確保することができる。
しかも、第２板バネ１４に第１板バネ１３を重ねるとともに、第１板バネ１３の掛け止め部２０を壁面１１に圧接させるだけでよいので、その組み付けが非常に簡単である。
また、Ｙ方向に弾性力を付与するとともに、Ｘ方向にも弾性力を付与し、その方向にずれるのを防止する第１板バネ１３と、Ｙ方向に弾性力を付与する第２板バネ１４とを別々にしたので、その両方の機能を一枚の板バネに持たせるのに比べて、Ｙ方向への弾性力にばらつきが生じにくくなる。つまり、入力軸４と出力軸２とが中立状態にあるときのプリセット力は、第２板バネ１３に大きく依存して決められるので、ばらつきが生じることはない。しかも、ボールあるいはローラ２３が転動しているとき、第１板バネ１３の掛け止め部２０で弾性力が不均一になっても、Ｙ方向への弾性力は第２板バネ１４に大きく依存しているので、ほとんどばらつきは生じない。
【００２４】
さらに、第１、２板バネ１３、１４を別々にすることで、それぞれを薄く成形でき、加工性を向上させることができる。
さらにまた、第１、２板バネ１３、１４に別々にすることで、その機能を一枚の板バネに持たせるのに比べて、耐久性を向上させることができる。例えば、第１板バネ１３は、ほとんど方向Ｘの弾性力を発揮するので、その分応力を緩和させ、耐久性を向上させることができる。また、第２板バネ１４も、方向Ｙヘの弾性力を発揮するだけでよいので、簡単な形状にすることができ、応力集中を避けて、耐久性を向上させることができる。
【００２５】
図５に示す第２実施例は、第１板バネ１３の形状を変更しただけであり、以下ではその相違点を中心に説明するとともに、同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第１板バネ１３は、上記第１実施例と同じく、ＶあるいはＵ溝からなるバネ側支持部１７と、このバネ側支持部１７の両側に連続する一対の転動面１８と、これら転動面１８に連続する一対の凸部２１とを備えている。
ただし、これら凸部２１に連続する一対の支脚部１９は、凸部２１に対して段差を形成するのではなく、第１実施例とは逆に、その凸部２１方向、すなわち、入力軸４側に向けて傾斜する形状となっている。
【００２６】
さらに、これら支脚部１９に連続する一対の掛け止め部２０も、第１実施例とは逆に、入力軸４側から離れる方向に湾曲している。
そして、第１実施例と同じように、この第１板バネ１３を第２板バネ１４に重ねて、第２板バネ１４の湾曲部１５の頂点が、ちょうど第１板バネ１３のバネ側支持部１７の裏側に位置するようにしている。
このようにした第１板バネ１３も、その掛け止め部２０を壁面１１に圧接して固定している。
【００２７】
以上述べた第２実施例のパワーステアリング装置によれば、第１実施例に比べて、第１板バネ１３の寿命を長くすることができる。
つまり、ボールあるいはローラ２３が支持部１７、２２から外れるとき、第１、２板バネ１３、１４をたわませるが、このとき、上記第１実施例では、第１板バネ１３の掛け止め部２０が、壁面１１に圧接する方向（図２の矢印ｘ方向）に押し付けられる。したがって、第１板バネ１３に作用する力がそれだけ大きくなり、大きな応力が発生して、その寿命が短くなってしまう。
【００２８】
それに対して、この第２実施例の場合、第１、２板バネ１３、１４がたわむとき、第１板バネ１３の掛け止め部２０が、壁面１１から離れる方向（図５の矢印ｘ方向）に引っ張られる。したがって、第１板バネ１３に作用する力がそれだけ小さくなり、応力を緩和して、その寿命を長くすることができる。
もちろん、第１板バネ１３の掛け止め部２０が壁面１１から離れる方向（図５の矢印ｘ方向）に引っ張られたときにも、掛け止め部２０には、第１板バネ１３がずれないだけの弾性力をＸ方向に残すようにしておく。
【００２９】
図６〜８に示す第３実施例では、上記第１、２実施例のように出力軸２に直接ではなく、出力軸２と一体に回転する部材にバネ設置部を設けている。
つまり、図６、７に示すように、第１実施例と同じようなインテグラルタイプのパワーステアリング装置を構成するが、ロータリバルブｖを構成するスリーブ８を、出力軸２に一体に形成するのはなく、別部材として出力軸２にピン２４を介して連結させている。そして、バルブケース３の拡径部分にドーナツ状の円板部材２５を収納して、この円板部材２５を、上記スリーブ８の端部にボルト２６によって連結している。
このように、バネ設置部を設けた円板部材２５を、別部材としたスリーブ８を介して出力軸２に連結させているので、この円板部材２５は、出力軸２と一体に回転することになる
【００３０】
図７に示すように、上記円板部材２５には、バネ設置部として４つの台部２７を設け、これら台部２７に、第１板バネ１３を設けるための第１段部２８と、第２板バネ１４を設けるための第２段部２９とを形成している。
そして、第１段部２８の対向する側面３０に、第２実施例と同じタイプの第１板バネ１３の掛け止め部２０を圧接している。
ここで、第１板バネ１３の掛け止め部２０を側面３０に圧接させるとき、この図７に示すように、その圧接する部分を、中立状態でバネ側支持部１７がボールあるいはローラ２３に接触する二点を結ぶ延長線ｃ上にほぼ位置させるのが望ましい。
【００３１】
もし、掛け止め部２０を圧接する部分が、延長線ｃから大きくずれた位置にあると、ボールあるいはローラ２３が転動して、第１板バネ１３にＸ方向の力が作用したとき、そのＸ方向への力と、側面３０から第１板バネ１３に作用する反力とがずれて発生してしまう。そのため、第１板バネ１３がずれやすくなってしまう。
それに対して、掛け止め部２０を圧接する部分が、延長線ｃ上に位置していれば、ボールあるいはローラ２３が転動して、第１板バネ１３にＸ方向の力が作用したときに、そのＸ方向への力と、側面３０から第１板バネ１３に作用する反力とをほぼ対向させることができる。したがって、第１板バネ１３をずれにくくすることができる。
【００３２】
また、台部２７の第２段部２９には、第２板バネ１４の端部を乗せている。ここでは、この第２板バネ１４にフラット部を形成していないが、その機能は、第１、２実施例の第２板バネ１４と全く同じである。
さらに、ここでは第２板バネ１４を３枚重ねて使用しているが、その枚数は、必要プリセット力に応じて適宜変更すればよい。
そして、図８に示すように、複数枚の第２板バネ１４を、スポット溶接等によって予め固定しておいてもよい。なお、符号３８は、スポット溶接部を示す。
【００３３】
以上述べた第３実施例のパワーステアリング装置によれば、円板部材２５に第１、２板バネ１３、１４を設置するので、ロータリバルブｖのセンタリング調整をしてから、この円板部材２５の連結位置を決めることができる。つまり、具体的には図示しないが、円板部材２５に形成した挿入孔としてのボルト孔と、固定部材としてのボルト２６との間に遊びを持たせ、この円板部材２５を回転方向及びラジアル方向に動かせるようにしておけば、円板部材２５の連結位置を微調整することができる。したがって、ロータリバルブｖのセンタリング調整をしてから、第１、２板バネ１３、１４を組み付けてプリセット力を調整することが可能となり、そのアシスト力特性を管理しやすくなる。
【００３４】
また、第２板バネ１４の枚数を変更することによって、プリセット力をより簡単に変えることができる。
さらに、複数枚の第２板バネ１４を、スポット溶接等によって予め固定しておけば、組み付け時に第２板バネ１４がバラバラになったりせず、組み付け易い。特に、２枚または３枚重ね合わせた第２板バネ１４を１組として固定しておけば、第２板バネ１４の重ね合わせ枚数が多くなったとしても対応できる。例えば、第２板バネ１４を４枚必要とする場合には２枚組のものを２組使用し、第２板バネ１４を５枚必要とする場合には２枚組のものと３枚組のものを重ね合わせればよい。このようにすれば、第２板バネ１４の必要枚数が多くなったとしても組み付け易く、また、その枚数を確認し易い。このようなことから、第２板バネ１４を組み付けるときの作業性が向上する。
【００３５】
なお、この第３実施例のロータリバルブでは、図６に示すように、入力軸４内のトーションバー５を組み込んだ中空部分を、ロータリーバルブｖのタンク通路３１として利用している。そして、このタンク通路３１を、円板部材２５を収納したバルブケース３の拡径部分→バルブケース３に形成した通路３２を介して、図示しないタンクに接続している。したがって、第１、２板バネ１３、１４を設置した部分に油が流れることになり、それが潤滑油として機能して、ボールあるいはローラ２３の転動を滑らかにすることができる。
【００３６】
図９、１０に示す第４実施例は、上記第３実施例の第２板バネ１４の形状を変えた例である。
図示するように、第２板バネ１４の両端を入力軸４側に湾曲して、この部分を湾曲部１４ｂ、１４ｂとする。そして、この湾曲部１４ｂ、１４ｂを、第２段部２９に押し付けている。このようにすると、以下に説明する上記第３実施例の問題点を解決することができる。
【００３７】
すなわち、入力軸４と円盤部材２５とが相対回転して、ボールあるいはローラ２３が支持部１７、２２から外れると、第１、２板バネ１３、１４が外方向に押される。そのため、第２板バネ１４の両端は、第２段部２９に押しつけられる。このとき、上記第３実施例では、図７に示すように第２板バネ１４の両端部１４ａ、１４ａが第２段部２９上を摺動することになる。
しかし、第２板バネ１４の端部１４ａは、切断したままの鋭いエッジになっているので、両者間の摩擦力は非常に大きい。そのため、これら第２板バネ１４の両端部１４ａ、１４ａと第２段部２９との接触面の摩耗が激しく、このように接触面が摩耗してしまうと、第２板バネ１４によるプリセット力が変わり、アシスト力特性も変わってしまうという問題が生じる。
【００３８】
これに対して第４実施例の場合、第２板バネ１４の両端に形成した湾曲部１４ｂ、１４ｂを、第２段部２９に当接することで滑り易くしている。このようにすれば、第２板バネ１４と第２段部２９との摩擦力が小さくなり、その分摩耗も少なくなる。したがって、より長期間安定したアシスト力特性を維持することができる。
なお、この第４実施例の第２板バネ１４の形状は、第１、２実施例にも適用できる。そして、この場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
図１１に示す第５実施例では、入力軸４の外周面に軸側支持部２２の両側に連続する転がり面３３を形成している。そして、入力軸４と出力軸２とが相対回転したとき、両支持部１７、２２から外れたボールあるいはローラ２３が、この転がり面３３と第１板バネ１３の転動面１８との間を転動するようにしている。
上記第１実施例では、両支持部１７、２２から外れたボールあるいはローラ２３が、円筒形状の入力軸４の外周面と第１板バネ１３の転動面１８との間を転動する構成となっている。このとき、ボールあるいはローラ２３が入力軸４の外周面に一点接触しながら転動するが、第１、２板バネ１３、１４の弾性力は、この接触点において入力軸４の中心に向かって作用する。
【００４０】
したがって、入力軸４の回転方向には、操舵反力となる分力が発生しないことになる。つまり、上記第１実施例では、ステアリングホイールを切って、ボールあるいはローラ２３が転動しているときの操舵反力は、トーションバー５のねじれ抵抗のみからなることになる。
それに対して、この第５実施例では、軸側支持部２２の両側に連続する転がり面３３を形成し、これら転がり面３３を、入力軸４の軸中心Ｏを中心とする円弧面、すなわち、入力軸４の外周面と一致しない面としている。
【００４１】
図１１では、中立状態を実線で示し、ボールあるいはローラ２３が、転がり面３３と転動面１８との間を転動するときの状態を二点鎖線で示している。
中立状態での両支持部１７、２２の中心と入力軸４の軸中心Ｏとを通る基準線をｓとする。そして、入力軸４が、この基準線ｓに対して角度βだけ回転したとき、ボールあるいはローラ２３と転がり面３３との接点Ｐにおける力Ｗは、線分ＯＰに対してθの角度を持つ。したがって、入力軸４の回転方向、すなわち、線分ＯＰに直交する方向には、Ｆ＝Ｗ・ｓｉｎθとなる分力が発生することになる。そして、この分力Ｆは、入力軸４を回転させようとするトルクに抗して作用するので、操舵反力となることになる。
つまり、この第５実施例では、ステアリングホイールを切って、ボールあるいはローラ２３が転動しているときの操舵反力は、トーションバー５のねじれ抵抗と上記分力Ｆとを合成したものとなる。
【００４２】
ただし、転がり面３３の形状としては、この実施例のものに限るものではない。つまり、転がり面３３は、入力軸４の軸中心を中心とする円弧面と一致させなければ、どのような形状であってもθ≠０となり、分力を発生させることができる。
例えば、図１１では、常にｓｉｎθ＞０なので、分力Ｆが入力軸４の回転方向と反対に発生し、操舵反力を増加させるように作用する。
ただし、基準線ｓに直交する線ｔに対する転がり面３３の角度αによっては、この分力Ｆの向きを入力軸４の回転方向と同じにして、操舵反力を減少させることもできる。例えば、図１１において、線分ＯＰと基準線ｓとの角度をγとすると、θ＝α＋β−γであることから、角度αを変えてやれば、ｓｉｎθ＜０とすることもでき、分力Ｆの向きを入力軸４の回転方向と同じにすることができる。なお、これら角度θ、α、β、γは、図中矢印ｋの方向を正としているものとする。
【００４３】
また、図１１において、符号ｈはボールあるいはローラ２３が転動することによって生じる第１、２板バネ１３、１４のたわみ量であり、このたわみ量ｈによってＹ方向への弾性力が決められ、接点における力Ｗが発生する。そして、このたわみ量ｈは、転がり面３３の形状、第１板バネ１３の形状や第２板バネ１４のバネ定数等によって変化させることができる。
このように、転がり面３３の形状、第１板バネ１３の形状や第２板バネ１４のバネ定数等を適宜決めてやり、適当な分力Ｆを発生させるようにすれば、この分力Ｆとトーションバー５のねじれ抵抗とを合成させて、操舵反力を増加・低減させたり、一定に保ったりすることが可能となる。したがって、車種やユーザーからの要望に応じて、適切な操舵フィーリングを決めてやることができる。
なお、ここでは転がり面３３を平面に形成しているが、曲面としてもかまわない。
【００４４】
以上述べた第１〜５実施例では、インテグラルタイプの油圧パワーステアリング装置について説明したが、それ以外のタイプでもかまわない。
また、入力軸４と出力軸２とがトーションバー５を捩じりながら相対回転し、アシスト力を発生させる構成にしたものであれば、油圧パワーステアリング装置だけでなく、電動パワーステアリング装置であってもよい。
例えば、図１２に示す第５実施例では、入力軸４と出力軸２との外周に設けたスライダ３４を、出力軸２にはネジ部３５で結合し、かつ、入力軸４にはスプライン部３６で結合している。したがって、入力軸４と出力軸２とが相対回転すると、スライダ３４は、その回転が規制されて、軸方向に移動することになる。
【００４５】
そして、このスライダ３４の移動量によってトルクセンサ３７が入力トルクを検出し、そのトルクに応じて図示しない電動モータを駆動して、アシスト力を発生させるようにしている。
このようにした電動パワーステアリング装置においても、出力軸２の端部に形成したバネ収納室９内に第１、２板バネ１３、１４を設置すれば、プリセット力を付与して中立剛性を高めることができる。ただし、その詳細な構成及び効果については油圧パワーステアリング装置の場合と同じなので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００４６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、プリセット力を付与して中立剛性を高め、車両の直進走行時の安定性を確保することができる。
しかも、第１板バネの掛け止め部を圧接面に圧接させるだけでよいので、その組み付けが非常に簡単である。
また、第１、２板バネを別々にしたので、その両方の機能を一枚の板バネに持たせるのに比べて、ボールあるいはローラを入力軸側に押し付ける弾性力にばらつきが生じにくくなる。さらに、第１、２板バネを別々にすることで、それぞれを薄く成形でき、加工性を向上させることができる。さらにまた、第１、２板バネに別々にすることで、その機能を一枚の板バネに持たせるのに比べて、耐久性を向上させることができる。
【００４７】
第２の発明によれば、第１の発明において、ストッパを設けたので、例えば、入力軸と出力軸とが最大量だけ相対回転したとき、ボールあるいはローラの転動をそこで規制することができる。したがって、ボールあるいはローラが入力軸と第１板バネとの間から脱落するのを防止することができる。
第３の発明によれば、第１、２の発明において、第１、２板バネがたわむとき、第１板バネの掛け止め部が圧接面から離れる方向に引っ張られる。したがって、第１板バネに作用する力がそれだけ小さくなり、応力を緩和して、その寿命を長くすることができる。
【００４８】
第４の発明によれば、第１〜３の発明において、第１板バネに、その掛け止め部の圧接方向の力が作用したときに、その方向への力と、圧接面から第１板バネに作用する反力とをほぼ対向させることができ、第１板バネをずれにくくすることができる。
第５の発明によれば、第１〜４の発明において、ボールあるいはローラが、第１、２板バネをたわませながら、第１板バネの転動面と入力軸の転がり面との間を転動するとき、その回転方向に分力を発生させることができる。したがって、操舵反力は、その分力とトーションバーのねじれ抵抗とを合成させたものとなる。そして、この分力の大きさを適当に変えてやれば、操舵反力を増加・低減させたり、一定に保ったりすることが可能となり、車種やユーザーからの要望に応じて、適切な操舵フィーリングを決めることができる。
【００４９】
第６の発明によれば、第１〜５の発明において、バネ設置部を設けた部材の連結位置を微調整することができるので、入力軸と出力軸とのセンタリング調整をしてから、第１、２板バネ組み付けてプリセット力を調整することが可能となり、そのアシスト力特性を管理しやすくなる。
第７の発明によれば、第１〜６の発明において、第２板バネの枚数を変えることによって、プリセット力を調節できるので、アシスト力特性を管理しやすくなる。
【００５０】
第８の発明によれば、２枚または３枚の第２板バネを重ね合わせて、それを予め固定しているので、組み付け時に第２板バネがバラバラになったりしない。また、第２板バネを、２枚または３枚で１組にしているので、重ね合わせ枚数が多い場合でも、その枚数を簡単に確認することができる。このようなことから第２板バネの組み付け作業性が向上する。
第９の発明によれば、第２板バネの両端を入力軸側に湾曲して、その滑りをよくしている。このようにすれば、第２板バネに作用する摩擦力が小さくなり、摩耗も少なくなる。したがって、より長期間安定したアシスト力特性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の油圧パワーステアリング装置の断面図である。
【図２】第１実施例の油圧パワーステアリング装置のバネ収納室９部分を示す断面図である。
【図３】第１板バネ１３を示す斜視図である。
【図４】第２板バネ１４を示す斜視図である。
【図５】第２実施例の油圧パワーステアリング装置のバネ収納室９部分を示す断面図である。
【図６】第３実施例の油圧パワーステアリング装置の断面図である。
【図７】第３実施例の油圧パワーステアリング装置のバネ収納室９部分を示す断面図である。
【図８】第３実施例の第２板バネ１４を２枚スポット溶接した図である。
【図９】第４実施例の第２板バネ１４を示す図である。
【図１０】第４実施例の油圧パワーステアリング装置のバネ収納室９部分を示す断面図である。
【図１１】第５実施例において転がり面３３付近を示す拡大図である。
【図１２】電動パワーステアリング装置を示す断面図である。
【図１３】従来例のパワーステアリング装置のうちプリセット力付与機構を示した図である。
【符号の説明】
２ 出力軸
４ 入力軸
５ トーションバー
９ バネ収納室
１１ 壁面
１３ 第１板バネ
１４ 第２板バネ
１４ｂ 湾曲部
１７ バネ側支持部
１８ 転動面
１９ 支脚部
２０ 掛け止め部
２１ 凸部
２２ 軸側支持部
２３ ボールあるいはローラ
２５ 円板部材
２６ ボルト
２７ 台部
２８ 第１段部
２９ 第２段部
３０ 側面
３３ 転がり面
Claims (9)
- ステアリングホイールに連係する入力軸と、車輪に連係する出力軸と、これら入力軸と出力軸とを連結するトーションバーとを備え、このトーションバーを捩じりながら両軸が相対回転したとき、その回転量に応じてアシスト力を発生させる構成にし、しかも、上記出力軸あるいは出力軸と一体に回転する部材に設けたバネ設置部と、入力軸を挟むようにバネ設置部に設置した一対の板バネと、これら板バネに設けたバネ側支持部と、入力軸の外周面に形成し、入力軸と出力軸との中立状態でバネ側支持部に対向させた軸側支持部と、これら対向する支持部間に介在させたボールあるいはローラとを備え、入力軸と出力軸とが相対回転すると、上記ボールあるいはローラが、板バネをたわませ、両支持部間を転動しながら外れるとともに、両支持部を外れてからは、板バネと入力軸との間を転動する構成にしたパワーステアリング装置において、上記板バネは、第１板バネ及び第２板バネからなり、しかも、第１板バネは、ＶあるいはＵ溝からなるバネ側支持部と、このバネ側支持部の両側に連続する一対の転動面と、これら転動面に連続する一対の支脚部と、これら支脚部の先端に連続する一対の掛け止め部とを有し、その掛け止め部をバネ設置部の圧接面に圧接させて掛け止める構成とし、また、第２板バネは、第１板バネの背面から、ボールあるいはローラを入力軸側に押し付ける弾性力を付与する構成にしたことを特徴とするパワーステアリング装置。
- 第１板バネには、転動面と支脚部との間に一対のストッパを設け、入力軸と出力軸とが所定量だけ相対回転したとき、ボールあるいはローラがストッパに当接する構成にしたことを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置。
- 第１板バネの一対の支脚部を、入力軸側に向けて傾斜する形状とするとともに、これら支脚部に連続する一対の掛け止め部を、入力軸側から離れる方向に湾曲させたことを特徴とする請求項１又は２記載のパワーステアリング装置。
- 掛け止め部をバネ設置部の圧接面に圧接させたとき、その圧接する部分を、中立状態でバネ側支持部がボールあるいはローラに接触する二点を結ぶほぼ延長線上に位置させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載のパワーステアリング装置。
- 入力軸には、その軸側支持部の両側に連続する転がり面を形成し、この転がり面を入力軸の軸中心を中心とする円弧面と一致しない面として、入力軸と出力軸とが相対回転したとき、両支持部を外れたボールあるいはローラが第１板バネの転動面と入力軸の転がり面との間を転動するとともに、ボールあるいはローラと上記転がり面との接点における力が、入力軸の回転方向と同方向あるいは反対方向の分力を発生する構成にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載のパワーステアリング装置。
- バネ設置部を設けた部材に挿入孔を形成し、この挿入孔に固定部材を挿入して、上記部材を出力軸に直接的あるいは間接的に連結する構成とし、しかも、上記挿入孔と固定部材との間に、上記部材の出力軸側に対する連結位置を微調整することのできる遊びを持たせる構成にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載のパワーステアリング装置。
- 第２板バネは、複数枚を重ね合わせてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一に記載のパワーステアリング装置。
- 第２板バネは、複数枚からなり、これら第２板バネを予め２枚または３枚重ね合わせて固定したことを特徴とする請求項７記載のパワーステアリング装置。
- 第２板バネの両端を、入力軸側に湾曲させたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一に記載のパワーステアリング装置。
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