JP3677383B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【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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