JPS587501B2 - 歯車比が変化するステアリング歯車装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ステアリング軸、ボールねじナット、ビット
マンアーム軸およびこのピットマンアーム軸に設けられ
その軸心に対して偏心して歯付けされたセグメント歯車
から構成され、歯車部品が中立位置から両偏向位置へ運
動する際に歯車比が変化するようなたとえば自動車用の
ステアリング歯車装置に関する。

この種の形式のボールねしナット形ステアリング歯車装
置は米国特許第２１５９２２５号明細書で知られている
。

その場合セグメント歯車は、それらの中心点がビットマ
ンアーム軸の回転中心に対して偏心して位置している円
形基準線をもった２つの部分から構成されている。

か１る２つの部分から成るセグメント歯車は特殊な工具
においてはじめて製作できる。

セグメント歯車は遊隙のないかみ合いによって、ステア
リング軸の軸心のまわクを回転して生ずるボールねじナ
ットの空動きを防止しなければならない。

ビットマンアーム軸は片側が蓋板に支持されている。

この蓋板はステアリング歯車装置ケーシング内に収納さ
れた偏心プッシュによって、ボールねじナットに対して
所定のバツクラツシを得るために調整できる。

ビットマンアーム軸に接続され歯形に対して同心的に回
転しかつ円錐状に形成されたセグメント歯車をもったス
テアリシグ歯車装置は西ドイツ特許出願公開第１４８０
６８０号公報で知られている。

ビットマンアーム軸は軸方向に移動可能に支持されてい
る。

この軸方向の移動によってセグメント歯車の円錐状の歯
形と関連して、ステアリング歯車装置は所定のかみ合い
空隙に調整できる。

中央かみ合い領域に発生した摩耗のために、追従の際に
歯形部分にかじシが生ずるのを防止するため、セグメン
ト歯車における中央のひとつの歯ないし複数の歯の歯面
部分が、他の残りの歯面部分に比べて強固に形成されて
いる。

この補強は、その歯面部分にセグメント歯車の偏向角度
に応じて異なる付加的な太きな転位置を設けることによ
って行なわれる。

このようにして、セグメント歯車の軸方向の追従の際に
、歯形の僅かしか摩耗していない外側部分が対向する歯
とかじることが防止される。

付加的な転位置を設けるために、特別な歯形切削装置が
必要とされる。

本発明は周知のステアリング歯車装置を有利に改良する
ものであり、本発明の目的は、偏向に応じて歯車比が変
化するステアリング歯車装置を、その歯形が創成法にお
いて普通の工具で作ることができ、ビットマンアーム軸
の周知の軸方向の移動によって所定のバツクラツシに、
好ましくは中立位置において零に調整ないし追随できる
ように作ることにある。

本発明の特徴は、両歯車部品がそれぞれ好ましくは円形
の基準線の一般的なインボリュート歯形を有し、回転す
る歯車部品の回転中心と歯形中心が、中立位置において
転り点Ｃｏを通りかつボールねしナットの軸心に対して
垂直な直線上に互に所定の間隔（偏心距離ｔｅｎ）を隔
てて位置し、両歯車部品の歯形がたとえば始点位置（中
立位位）で零で偏向が大きくなるにつれて増大するバン
クラツシを有していることにある。

この本発明に基づくステアリング歯車装置は、従来の周
知のステアリング歯車装置とは次のようなことにおいて
有利に異なっている。

すなわち両歯車部品の歯形を特殊な装置を用いずに一般
的な歯形切削機械で作ることができ、その場合たソ選択
された歯形（たとえば凸形、凹形）、歯形中心に関する
セグメント歯車の回転中心の位置、および両方の歯車の
基準線の半径の大きさによって、偏向範囲に亘って連続
的に変化する歯車比および中立位置から偏向位置に向っ
て増加するバックラッシが生ずる。

また摩耗した際に両歯車部品の軸方向の移動によって、
歯車装置は、偏向位置において作用する僅かしか一粍し
ていない歯車部分にかじりが生じないように追従できる
。

偏向位置においてバツクラツシによって生ずるボールね
じナットの空動きを防止するために、ボールねじナット
はその長手力向の運動の際に周知のように回転自在に案
内されると良い。

本発明の別の実施例において、両歯車部品はそれぞれ円
形基準線をもった外歯を備えている。

かかる歯車装置の歯車比およびバツクラツシは、中立位
置から偏向位置に向って連続的に増加する。

ステアリング範囲におけるか＼る歯車比の経過は、操舵
力がステアリング偏向の増加と共に増大するような手動
のステアリングに対して適している。

歯車比が偏向位置に向って連続的に増加するような本発
明に基づくステアリング歯車装置の別の実施例において
、直線運動する歯車部品は外歯として形成され、回転傅
動する歯車部品は内歯ないし極端な場合にはラックとし
て形成される。

歯車の中立位置において存在する転り点Ｃｏは、ボール
ねじナットの歯形の中心とビットマンアーム軸の歯形の
回転中心との間に位置する。

歯車比が偏向位置に向って連続的に減少するような本発
明に基づくステアリング歯車装置の別の実施例は、内歯
として形成されたラックをもったボールねじナットおよ
び外歯として形成されたセグメント歯車を有し、その回
転中心がランクおよびセグメント歯車の歯形中心間に位
置している。

終端偏向に向って歯車比が減少するステアリング特性は
たとえば液圧式ステアリング装置において有利である。

以下図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。

第１図には一定した歯車比をもった従来のステアリング
装置の歯形が示されている。

図において１は平歯のラックをもったステアリングナッ
トであり、２はこのラックにかみ合う外歯をもったセグ
メント歯車で１、このセグメント歯車２は回転中心Ｍの
まわりを回転可能に支持されている。

以下においてセグメンｇ歯形の中心点は符号Ｍ２ｏで表
わすことにする。

その場合の記号”２”はセグメント歯車ないしビットマ
ンアーム軸を意味し、記号゛０”はステアリング歯車装
置が中立位置にあることを意味している。

従って第１図における歯車装置の場合、回転中心Ｍとセ
グメント歯車２の歯形中心Ｍ２ｏとは一致している。

セグメント歯車およびラックは有限の厚さを有している
ので、点Ｍおよび点Ｍ２ｏは軸線である。

しかし以後においてもこれらを点と呼ぶことにする。

円錐形のセグメント歯車の場合、歯形特性の基準線は、
両端面間において歯形軸心に対して垂直な中央平面上に
のびている。

第１図において点Ｏを通る一点鎖線はステアリング軸の
軸心であり、Ｃｏは両方の歯形のピッチ点（瞬間中心）
である。

ピッチ点Ｃｏと回転中心Ｍとの間の距離がピッチ円半径
Ｒ２０である。

このピッチ円半径Ｒ２０が次式のようにステアリング軸
１のピツチｈと共に中立位置における歯車装置の歯車比
ｉ。

を決定する。第２図ないし第６図には、偏向範囲に亘っ
て連続的に変化する歯車比ｉがステアリングナットおよ
びセグメント歯車にある円形の歯形によって達せられる
ような本発明に基づく歯車装置が示されている。

その場合の歯車比ｉは次式で求められる。ｉ一２π／ｈ
・Ｒ２ なおＲ２はその都度の瞬間的なピッチ円半径、すなわち
回転中泊Ｍとその瞬間のピッチ点Ｃとの間の距離である
。

原理的には歯車比を変えるために次のようなことができ
る。

１．ステアリングナットの歯形１を外歯あるいは内歯平
歯車として形成する。

２．ビットマンアーム軸の歯形２を外歯あるいは内歯平
歯車として形成する。

３．ビットマンアーム軸の回転中心Ｍの位置をピットマ
ンアーム軸の歯形中心点（Ｍ２ｏ）の上側あるいは下側
に選定する。

その場合ステアリング歯車装置の中立位置における歯車
比（始点歯車比ｉ。

）は、半径Ｒ２０の大きさによって決められる。

この構成によれば普通の自動車のステアリング歯車装置
の場合、最終歯車比を始点歯車比よりも約３０％大きく
あるいは小さくでき、最大偏向角ψがψ＝４５°の場合
にバツクラツシを約０．２ｍｎにすることができる。

この連続的に増大するバツクラツシは、各偏向角ψにお
ける作用圧力角αないし軸間距離ａの変化によって生ず
る。

一定した歯車比をもった第１図のステアリング歯車装置
の場合、ピッチ点Ｃｏは作用線（セグメント歯車の右側
歯面においては）ＦＲないし（セグメント歯車の左側歯
面においては）ＥＬと歯形軸心ＯＭとの交点上の図示さ
れた位置に一定して位置する。

従って半径Ｒ２０（作用ピッチ円半径）の長さもおよび
それに伴なって歯車比も一定している。

作用線ＥＲの傾斜角（作用圧力角）十α０および作用線
ＥＬの傾斜角一α。

は歯車装置のすべてのかみ合い状態において一定してい
る。

従って歯車比の大きさとしての半径Ｒ２０は、第１ａ図
において横座標軸に対して平行な直線として示されてい
る。

第１ｂ図はバンクラツシが偏向角ψを示す横軸と平行に
走る直線で零であることを示している。

第２図は本発明の第１の実施例を示している。

ステアリングナットは半径ｒ０１の円形基準線の外歯を
有している。

Ｍ１０はこの歯形の中心点である。セグメント歯車は同
様に円形基準線をもった外歯を有し、その歯形半径は符
号ｒ０２で、図示の中立位置における歯形中心は符号Ｍ
２０で示されている。

またＣｏは中立位置におけるピッチ点、α０はその作用
圧力角である。

ビットマンアーム軸の回転中心は歯形中心Ｍ２ｏの上側
（Ｍ１）あるいは下側（Ｍ１）に位置させることができ
る。

始点歯車比１（に対して有効に作用する半径は、符号Ｒ
２０１ないしＲ２０１で示されている。

歯形中心Ｍ２ｏとビットマンアーム軸の回転中心との距
離は偏心距離ｅである。

またａ。は中立位置における両歯形中心Ｍ１ｏとＭ２ｏ
との間の距離である。

歯形中心Ｍ１ｏとビットマンアーム軸の回転中心Ｍ１な
いしＭ０との間の一定した間隔は符号ｂ１ないしｂＩで
示されている。

すなわち回転中心Ｍ１の場合、ａ０＝ｂ１＋ｅ１となり
、回転中心ＭＩの場合、ａｏ＝ｂＩ−ｅＩとなる。

第３図は第２図と同じステアリング歯車装置をステアリ
ングナット１が距離Ｖだけ右方に移動され、ビットマン
アーム軸が中心Ｍのまわシを角度ψだけ回転された状態
を拡大して示している。

その場合ｒｇｔおよびｒｇ２はそれぞれステアリングナ
ットおよびビットマンアーム軸の歯形基礎円の半径であ
る。

ステアリング偏向角度ψに亘る歯車比ｉの経過は、ピッ
チ点Ｃのその都度の位置によって決まるピッチ点の位置
はかみ合い運動の各時点において満足されねばならない
ような以下の条件に基づいている。

すなわち■．ピッチ点において、運動する両方の歯車部
品の速度が大きさおよび方向において同じである。

２．接触点（作用線）における歯面垂線がピッチ点を通
る。

ステアリングナットの速度の方向は常にステアリング軸
軸心に対して平行に走り、セグメント歯車の速度の方向
は円周方向に走る。

両方の速度は線Ｍ１ｏＭ（第２図参照）上だけでしか同
一方向になれないので、ピッチ点は条件１に基づいて常
に線Ｍ１ｏＭ上に位置する。

歯車垂線は常に共通の基礎円接線と同じである。

すなわちピッチ点は直線Ｍ１ｏＭと基礎円接線との交点
である。

その場合瞬間歯車比ｉに対して有効に作用するピッチ円
半径は、瞬間ピッチ点とビットマンアーム軸の回転中心
との間隔と同じである。

すなわちＲ２＝ＭＣである。

両作用線ＥＲおよびＥＬは中立位置（第２図）において
は共通のピッチ点Ｃｏで交叉するが、偏向位置（第３図
）においては２つのピッチ点が生Ｘる。

すなわち右方向に操舵する場合にセグメント歯車の左側
歯面に作用する点Ｃと、左方向に操舵する場合にラック
に作用する点Ｃ′とか生ずる。

中立位置から左方への偏向運動の際、右側のセグメント
歯車歯面が作用される。

距離ＭＣは同じま＼である。

従って両側へのステアリング偏向運動の際の歯車比の大
きさに対して、それぞれ距離ＭＣが作用する。

ステアリングナット１がセグメント歯車２を図示された
位置から左方へ中立位置に戻す場合、歯車比に対してそ
れぞれ距離ＭＣ’が作用する。

従ってステアリングナットの偏向運動および復帰運動に
対して、歯車比の異なった経過が生ずる。

次に歯車比を瞬間ピッチ点Ｃだけについて考察する（第
３図）。

復帰運動はほとんど荷重をかけずに行なわれるので、本
発明に基づくステアリング歯車装置の復帰運動の場合、
異なった歯車比は考慮しないでよい。

第２ａ図および第２ｂ図は、第２図に基づく歯車装置の
歯形中心点の上側に回転中心Ｍ１がある場合の偏向角度
ψとピッチ円半径およびバックラツシとの関係を線図で
示している。

ピッチ円半径（歯車比ｉ）およびバツクラッシＳｅは連
続的に上昇する。

第２ｃ図および第２ｄ図における相応した線図は歯形中
心点の下側に回転中心ＭＩがある場合に適用される。

その場合の歯車比の勾配は僅かに急峻になっている。

バソクラッシの曲線は急勾配になっている。

大きな有効半径Ｍ１ＣＯに相応して、第２ｃ図における
ψｏ＝０の場合の始点歯車比ｉ。

は、第２ａ図におけるそれよりも大きい。

第４図は偏向角度ψの増加と共に連続的に歯車比が減少
するようなステアリング歯車装置を示している。

ステアリングナット１は円形の基準線をもった内歯を有
している。

セグメント歯車は第２図および第３図における実施例と
同じように外歯として形成されている。

セグメント歯車の回転中心として点Ｍ１およびＭＩが考
えられる。

第４ａ図および第４ｃ図は歯車比の低下傾向を示し、第
４ｂ図は本発明のすべての実施例と同じように偏向角度
ψと共に増大するバックラッシを示している。

外側に位置する回転点Ｍ１をもったセグメント歯車で図
示のように２つの歯車部品を組み合わせることは有用な
歯車装置を生ずる。

内側に位置する回転中心Ｍ１をもった歯車装置の場合、
第４ｄ図に示すようにバツクラツシは負となり、従って
内側に位置する回転中心Ｍ１をもった第４図に基づく歯
車装置は利用できない。

第５図は、セグメント歯車２が回転中心Ｍ１のまわりを
角度ψだけ時計方向に回転された状態の第４図に基づく
歯車装置を示している。

ステアリングナット１は距離Ｖだけ中立位置から右方へ
移動されている。

半径ｒｇ４およびｒｇｚの基礎円における接線ＥＬ（左
側セグメント歯車歯面の作用線）は瞬間ピッチ点Ｃにお
いて直線Ｍ１ｏＭＩと交叉する。

その距離ＣＭ．はセグメント歯車の有効半径Ｒ２である
。

ステアリングナットが中立位置から逆に左方に偏向運動
する場合、セグメント歯車Ｃ右側歯面がステアリングナ
ットの歯に接触する。

その場合右方への偏向運動の際のピッチ点Ｃと一致する
ような瞬間ピッチ点Ｃ（図示せず）が生ずる。

従って中立位置から右方へあるいは左方へ偏向する場合
、同じ歯車比の経過が得られる。

外歯のステアリングナット１および内歯のセグメント歯
車２をもった第６図に基づく歯車装置は回転中心Ｍが両
歯形中心Ｍ１ｏおよびＭ２ｏの外側に位置している場合
、中立位置から増大するような歯車比をもつステアリン
グ歯車装置に対する有効な解決策となる。

両歯形中心Ｍ１ｏおよびＭ２ｏ内に位置する回転中心は
有用な解決策とならない。

極端な場合として真直ぐなランクの形の歯形を用いるこ
ともできる（図示せず）。

その場合半径ｒ０２は無限大（ｃ）になる（第６図）。

第７図および第８図は第２図および第３図における歯車
装置の中立位置（第７図）および偏向位置（第８図）の
歯の形状を示している。

その場合ｒｇ１は歯形中心Ｍ１ｏをもったステアリング
ナットの歯の基礎円の半径である。

セグメント歯車の歯形はｒ８２の基礎円および歯形中心
Ｍ２ｏを有している（第７図参照）。

セグメント歯車の左側歯面に対する共通の歯面垂線は点
ＮＩＯおよび点Ｎ２０において両方の基礎円に接してい
る。

この歯面垂線は水平軸線と角度一αを成している。

右側歯面に対する相応した垂線は水平線と角度十αを成
している。

両方の歯面垂線は直線Ｍ１ｏＭ２ｏ上にあるピッチ点ｃ
ｏにおいて交叉している。

角度十αないし一αはその中立位置において歯の作用圧
力角である。

接触点ＮＩＯおよびＮ２０を通る半径ｒｇ１および半径
ｒｇ２はそれぞれ直線Ｍ１ｏＭ２ｏと同じ大きさの角度
αを成している。

同様に右側歯面に対する歯面垂線の接触点（図示せず）
を通る別の両基礎円半径は、それぞれ直線Ｍ１ｏＭ２ｏ
と角度十αを成している。

瞬間歯形データの計算 以下の考察および計算は、駆動ラックにおいて両方向へ
のステアリング偏向に対して適用される。

同様に駆動ランクにおいて両ステアリング位置からの復
帰運動に対してはこの歯形データの符号を変えることに
よって得られる。

ピツチＣＯと回転中心Ｍとの距離は、始点歯車比ｉ０を
決定する有効半径Ｒ２０である。

歯車比の計算は後述する。

ステアリングナットを距離Ｖだけ移動した場合（第８図
）、セグメント歯車は角度ψだけ回転する。

接線接触点ＮＩＯおよびＮ２０は、点Ｎ１ないし点Ｎ２
に移っている。

右側歯面および左側歯面に対して作用圧力角ａＲないし
αＬおよび２つの異なったピッチ点（転り運動の瞬間中
心）ＣおよびＣ′が生ずる。

このために２つの異なった有効半鶴Ｒ２およびＲ２′も
生じ、これらの有効半径はステアリング運動および復帰
運動に対するその都度の歯車比を決定する。

その場合Ｒ２−ＣＭおよびＲ２′二ＣＭ’である。

新たな接触点Ｎ１およびＮ２のほかに、各歯車部分の移
動後ないし回転後に位置する接触点ＮＩＯおよびＮ２ｏ
の位置が破線で示されている。

すなわち移動された点ＮＩＯおよびＮ２０による半径ｒ
ｇ１およびｒ２が破線で示されている。

第７図および第８図において展開条件（線長）から次式
が生ずる。

ＮＩＮ２＝ＮｌＯＮ２０＋ＮＩＮ１０−Ｎ２０Ｎ２ＮＩ
Ｎ２＝（ｂ十ｅ）ｓｉｎαＢ＋ｒｇＩＣａ−α０）一ｒ
ｇ２（ψ十α。

一α）・・・・・・・・・（１）第４図および第５図に
基づく凹面状に湾曲されたステアリングナット歯形をも
った歯車装置に対しては、式（１）においてｒα１を−
ｒαｉに、ｂを−ｂに、ｅをーｅにそれぞれ置き換えた
式が得られる。

その場合この式に−１を掛けて次式が得られる。

ＮｘＮ２＝（ｂ十ｅ）ｓｉｎｃｏ−ｒｇ１（ａＢ−ａ）
＋ｒｇ２（ψ十α。

一α）・・・・・・（１ａ）第７図および第８図におい
て水平のＸ方向の長さについて次式が生ずる。

ＮＩＮ２−ｃｏｓα＝ｒｇ２ｓｉｎα−ｅｓｉｎψ−ｖ
＋ｒｇｌ Ｓｉｎα ＮＩＮ２：（ｒｇｌ＋ｒｇ２）ｔａｎａ−ｅｓｉｎ＋ｖ
／ＣＯＳα・・・・・・・・・（２） 第４図および第５図においては次式の通りになる。

ＮＩＮ２＝（ｒｇｌ−ｒｇ２）ｔａｎａ＋ｖ−ｅｓｉｎ
＋ｖ／ＣＯＳα・・・・・・・・・（２ａ） 第７図および第８図においてＹ方向の長さについて次式
が生ずる。

ｂ＋ｅｃｏｓψ＝ｒｇＩＣＯ８α＋ＮＩＮ２ｓｉｎα＋
ｒｇ２ｅ０８α ＮＩＮ２＝−（ｒｇ１＋ｒｇ２）−ｃｏｔａ十ｂ＋ｅｃ
ｏｓψ／Ｓｌｎα・・・・・・・・・（３） 第４図および第５図においては相応して次式の通りにな
る。

ＮＩＮ２＝ｂ＋ｅｃｏｓψ．／Ｓｉｎα−（ｒｇ１−ｒ
ｇ２）ｃｏｔα・・・・・・・・・（３ａ） ３つの式（１）から（３）ないし（１ａ）から（３ａ）
は４つの未知数、すなわちＮ１Ｎ２，α，ψ，■を含ん
でいる。

ｖ＝ｖ（ψ）の関係を求めてみる。式（３）および（１
）からＮ１Ｎ２の消去によって勾括関数α＝α（ψ）が
得られる。

（ｂ＋ｅ）ｓｉｎα。

十ｒｇ１（α−αＯ）−ｒｇ２（ψ＋α。

−α）＋（ｒｇｌ＋ｒｇ２）ｃｏｔα一ｅＣＯＳψ十ｂ
／ｓｉｎα一〇・・・・・・・・・・・・・・・（４）
式（３ａ）および式（１ａ）から次式が生ずる（ｂ十ｅ
）ｓｉｎα０−ｒｇ１（α０−ａ）＋ｒｇ２（ψ＋α０
−α）＋（ｒｇｌｒｇ２）ｃｏｔα−ｅｓｏｓψ十ｂ／
Ｓｉｎα＝０・・・・・・・・・・・・（４ａ）所定の
値のｒｇｌ，ｒｇ２．ｅ，ｂおよびα。

において、各ψに対する式（４）ｉいし式（４ａ）はα
に基づく近似法で解くことができる。

式（２）および式（３）から移動距離ｖ＝ｖ（ψ）に対
して次式が生ずる。

ｖ一ｒｇ１＋ｒｇ２／Ｓｉｎα ｅｃｏｓψ＋ｂ／ｔａ
ｎａ−ｅｓｉｎ＠−（５）同様に式（２ａ）および式（
３ａ）から次式が生ずる。

ｖ＝ｅｓｉｎｃ＋ｂ＋ｅｃｏｓψ／ｔａｎα−ｒｇ１−
ｒ／ｓｉｎα・・・・・・（５ａ） この式（５）は式（４）との関連において、ｒ２１＋ｒ
ｇ２ｔαｏ，ｅおよびｂが決められているすべてのステ
アリング歯車装置に対して計算できるような運動法則ｖ
＝ｖ（ψ）を意味している。

第２図から次式が得られる。

ｃｏ８α。

＝ｒｇ１＋ｒｇ２／ｅ十ｂ・・・・・・・・・・・・（
６）歯車比ｉは次の２つの方法で求められる。

１ 導函数ないし微分商として求める。

すなわち２．その都度存在する歯車比についてだけの場
合、セグメント歯車の瞬間的な有効半径貴がら直接求め
る。

第９図からは次式が生ずる。

Ｒ２＝ｒｇ２−ｅ−ｃｏｓ（α−９）／ｅＯｓα・・・
・・・・・・（７）ｉ＝２π／ｈ・Ｒ２・・・・・・・
・・（７ａ）第７図においては始点位置ψ−０であるの
で式（７）から次式が生ずる。

Ｒｚｏ−ｒｇ２−ｅｅ０８’０３−ｅ／ＣＯＳｏＣＯＳ
ｏ・・・・・・・・｛８）ｉｏ一２π／ｈＲ２０−２π
（ｒｇ２−ｅ）／ｈｅ＋ｂ＝ａ０−ｒｇ１＋ｒｇ２／ｃ
ｏｓα０・・・・・・・・・・・・・・・（９）上述の
導函数は偏向位置において駆動するラックにおける作用
線に関係している。

しかしその関係式は、圧力角αおよびα。

に逆の符号を付ければ、復帰するラックにおける作用線
に対しても適用できる。

その場合偏向運動および復帰運動の際の同じ回転角度ψ
に対して、ラックが運動の逆転および歯面の交代の際に
、空動き点においてバツクラツシＳｅを通るので、異な
った移動距離ｖを生ずる。

偏向運動および復帰運動に対し駆動するランクにおいて
有効な作用線の異なった勾配は、異なった有効レバー長
さＲ２およびＲ２′を、およびそれに伴なって異なった
歯車比を生ずる。

バツクラツイは第８図および第１０図から変化する距離
Ｍ１Ｍ２に関して次のようにして言慣される。

すなわち第８図において次式が生ずる。ＭＩＭ２−√［
ａＯ−ｅ（１−ｃｏｓψ）〕２〔ｖ＋ｓｉｎ＠／ｅ〕２
・・・・・・・・・αＯ 第４図および第５図に基づく歯車については同様に次式
が生ずる。

ＭＩＭ２＝√〔ａｏ−ｅ（１−ｃｏｓψ）〕２＋ｖ−ｅ
ｓｉｎψ〕２・・・・・・・・・（１０ａ） 第１０図に基づいて次の式（１１）が、第４図および第
５図に基づいて式（ｌｌａ）が生ずる。

バツクラッシＳｅは歯の形に関して求められる。

Ｓｅ−ＮＩＮ２−（αＭＩＭ２＋ｅＶａｏ）／（ｒｇ１
＋ｒｇ２）・・・・・・・・・（１２） 第４図および第５図に基づく歯車装置に対しては次式が
生ずる。

Ｓｅ＝ＮＩＮｚ＋（αＭＩＭ２＋ｅｒａ０）（ｒｇｌ一
ｒｇ２）・・・・・・・・・・・・（１２ａ）αＭＩＭ
２は次式によって求められる。

ｊａｎαＭＩＭ２＝ＮＩＮ２／ｒｇＩ±ｒｇ２数値例 次に本発明に基づく歯車装置の歯形データの求め方につ
いて説明する。

まず中立位置における歯車比ｉ。

が与えられる。ｉｏ一２π／ｈＥＲ２０・・・・・・・
・・・・・（１３）の式からステアリング歯車装置の中
立位置におけるセグメント歯車の有効半径Ｒ２ｏが計算
される。

それから圧力角に対して歯車技術において一般的な値た
とえば２５°が選定される。

更に歯形軸間距離ａ。

および歯数比Ｕが選定される。

Ｚ２／Ｚ１＝ｒｇ２／ｒｇ１・・・・・・・・・・・・
（１４）この条件に基づいて基礎円半径ｒ２１およびｒ
ｇ２．偏心距離ｅおよび歯形の距離ｂが次のようにして
求められる。

すなわち式（９）において（ｒｇＩ＋ｒｇ２）＝ａｏｃ
ｏｓα。

式（１４）においてｒｇ２＝ｕｒｇ１ ｒｇ１十ｕ−ｒｇ１＝ａ０ｃｏｓαＯ ｒｇｌ−ａ０ｅＯｓαＯ／ｕ＋１ 式（８）においてｅ＝ｒｇ２／００８ａ０一Ｒ２０式（
１３）において・＝ｒｇ２／ｅ０８αｏ−ｉ０゜５／２
・π式（９）においてｂ＝ａ０−ｅ 更にすべてのステアリング位置（偏向角度ψ）に対し、
および特に最終偏向角度ψＥＮＤたとえばψＥＮＤ＝４
８°に対して、次のように大きさが計算される。

式（４）において瞬間的に作用圧力角α、式（５）にお
いて移動距離Ｖ，特にｖＥＮＤ式（７）において瞬間ピ
ッチ円半径Ｒ２、特にＲ２ＥＮＤ（最終歯車比に比例）
、 式（６）において瞬間バックラッシＳｅ，％ＫＳｅＥＮ
Ｄ、が求められる。

この計算を選択された一連の値ａ。

およびＵに対して繰シ返して行なう場合、選択された大
きさａ０およびＵに関連して最終的な大きさが表示され
ているようなひとつの線図を作成することができる。

第１１図はいずれも外歯をもったステアリング軸および
ビットマンアーム軸に対するそのような線図を示してい
る。

この線図からたとえば必要な最終歯車比ｉｇＮＤおよび
必要な最終バックラツシＳｅＦＮＤを生ずるような一対
の最適値ａ０およびＵを読み取ることができる。

それによって必要な条件に関連した最終歯車比およびバ
ツクラッシに相応したステアリング歯車装置が生ずる。

その場合にステアリング偏向に関連してのバツクラツシ
Ｓｅ、移動距離Ｖおよび有効半径Ｒ２の経過を校正のた
めに所定の式から計算することもできる。

最終的な設計において、たとえば所定のステアリング軸
直径を得るために、歯形を所定のＶ一零転位量とするこ
ともできる。

バツクラツシの調整および追従をするために、周知のよ
うにしてセグメント歯車あるいはステアリングナットあ
るいはその両方をかさ歯歯車として形成でき、ビットマ
ンア＝ム軸を軸方向に調整自在にできる。

たとえばセグメント歯車が円錐状に形成されている場合
、セグメント歯車の転位量に、歯幅に亘って連続的に変
化する転位量が重なり合わされる。

その場合セグメント歯車の中央断面の合成Ｘ値は、所定
のステアリングナットのねじ径においてステアリング軸
の歯の最小の歯元直径を決定づける。

後述の計算例における例１は、ステアリング軸の歯車１
が外歯平歯車として形成され、ビットマンアーム軸の歯
車２が外歯平歯車として形成されているような第２図お
よび第３図に基づく歯車に関するものである。

また例２は、ステアリング軸の歯車１が内歯平歯車とし
て形成され、ビットマンアーム軸の歯車２が外歯セグメ
ント歯車として形成されているような第４図および第５
図に基づく歯車に関するものである。

第６図の例は第４図および第５図に基づく計算例１の逆
となるが、第２図および第３図と同じように偏向角度ψ
が増大すると共に歯車比が上昇する（第６ａ図）。

例１ 第２図には中立位置が示されている。

一般には遊隙のない調整（Ｓｅψ。

二〇）が前提となる。半径Ｒ２０は中立位置におけるス
テアリング歯車装置の歯車比および回転中心の位置を決
定する。

ビットマンアーム軸がたとえば角度ψ＝４８°だけ回転
される場合（第３図）、ステアリング軸は、距離Ｖだけ
ステアリング軸軸心の方向に移動する。

その場合最初の軸間距離ａ。

は増犬あるいは減少する。

軸間距離ａ。の減少は、歯が互に入シ込むので、歯車が
使用できないということを意味する。

軸間距離ａ。

の増大に対しては、次のような新たな軸間距離ａが生ず
る。

ａ＝ａ０＋△ａ △ａの大きさは任意の角度ψに対するバツクラツシを決
定する（第１０図）。

瞬間歯車比ｉは瞬間半径Ｒ２によって決定される。

その場合、作用線と中心線Ｍ１Ｍ２との異なった２つの
交点のために、半径Ｒ２に対して２つの値が生ずること
になる。

従って瞬間歯車比ｉは、駆動ステアリング軸による偏向
運動かあるいは復帰運動かのいずれが対象になるかに応
じて異なっている。

必要な最終歯車比ないし必要な最終バツクラツシに対し
ては、第１１図から一対の値ａｏ・Ｕが選択される。

その線図において所定の始点歯車比ｉｏ＝ｉ９＝ｏは（
Ｒ２０＝２８．２ｍｍ−ｔψ＝ｏ二１５．５）が基礎に
なっている。

ラックに対しては４個の歯が必要であり、セグメント歯
車は５個の歯を有している。

中立位置における歯車比ｉ。

＝１５．５である。ステアリング軸のピツチｈ＝１１．
４ｍｍとすれば、中立位置におけるビットマンアーム軸
の有効レバー長さＲ２０は式（１３）から次のように求
められる。

Ｒ２ｏ−１５．５・１１．４／２π １７６．７／６．
２８３２Ｒ２０＝２８．１ｍｍ 必要な最終歯車比ｉ＝１９および必要な最大バックラツ
シＳｅ＝０．３ｍｍに対して、第１１図から中立位置に
おける両歯車中心点の距離ａ。

−１１２、および歯数比ｕ＝０．８２＝Ｚ２／Ｚｌがそ
れぞれ読み取られる。

モジュールｍｎ＝４．０ｍｍとすれば歯数の合計が次の
ように求められる。

Ｚ１＋Ｚ２＝２・ａ０／ｍｎ：２・１１２／４＝５６Ｚ
１＋０．８２．Ｚ１＝５６ Ｚ１＝５６／１．８２＝３０．８ Ｚ１：３１に選ばれる。

Ｚ２＝５６−３１＝２５ 再計算によりｕ二３１／２５＝０．８０６が求められる
。

第１１図の線図におしてこの変数値Ｕに相応して最犬の
歯車比ｉψ＝１８．９６が読み取れる。

歯の圧力角はα。

−２５°に選定される。それから式（９）および式（１
３）に基づいて計算される。

ｒｇ２−ａ（）ｅ０８α。

／１＋１／Ｕ−１１２．０．９０６３１／２２４０６ｒ
ｇ２＝４５．３ｍｍ ｒｇＩ十ｒｇ２＝１１２Ｅ０．９０６３１＝
１０１．５１ ｒｇｌ−５６・２ 式（８）から偏心距離が求められる。

ｅ＝ｒｇ２／ＣＯＳα０−Ｒ２６＝４９．９８−２８．
１２ｅ＝２１．９ｍｍ ステアリングナットの歯車中心Ｍ１とビットマンアーム
軸の回転中氾どの間の間隔ｂが求められる。

ｂ＝１１２−２１．９＝９０．Ｉｍｍ 上述のｒｇ１・ｒｇ２・ｅ，ｂ，α。

の値によって、式（４）において偏向角ψ−４８°とし
て作用圧力角α＝４７°５０が算出される。

最終偏向の際のバツクラツシＳｅは式（１０）、式（１
１）および式（１２）から次のように求められる。

ＭＩＭ２＝１１２．５６ｍｍ ＮＩＮ２＝４８．６４ｍｍ αＭ１Ｍ２＝２５．６° Ｓｅ＝０．２５ｍｍ それから式（５）からボールねしナットがψ−４８°ま
で中立位置から回転した場合の移動距離Ｖ＝２４．９ｍ
ｍが生ずる。

瞬間転り半径Ｒ２（第３図）が式（７）からＲ２＝３４
．４ｍｍとして求められる。

転り半径Ｒ２は、第３図においてステアリングナット１
が右方に移動されセグメント歯車の右側歯面が接触する
ような右方へのステアリングの場合に適用される。

左方へのステアリングの際には同じ長さの相応した半径
Ｒ２が有効となる。

セグメント歯車の回転中心とステアリングナットの軸心
との間の構造寸法ａ。

（第２図、第３図）は、選択されたねじ径および距離Ｒ
２０から求められ、この例の場合にはａＥ＝５４ｍｍと
なる。

例２ ２個の外歯歯車で発生される変動歯車比は、外方に向っ
て増大する歯車比（ないし半径Ｒ２）に対する有用な解
決策を生ずる。

ステアリング軸の外歯が内歯によって置き換えられる場
合、機能的な歯車装置にするために、ビットマンアーム
軸の回転中心を歯形中心点より外方に移動しなければな
らない。

第４ａ図は、内歯のステアリングナットをもった第４図
および第５図に基づく歯車において、回転角ψが大きく
なる際に歯車比ないし半径が小さくなるように変化する
ことを示している。

また回転角が小さい場合、歯車比は最初上昇することも
できる。

例１の場合と違って、第４図および第５図に基づく歯車
においては、減少する半径Ｒ２ないし減少する歯車比ｉ
が生ずる。

ステアリング軸の内歯歯車１は構造上次のようなステア
リング歯車装置の特性をもたらす。

内歯歯車のピッチ円の逆向きの曲率によって、ステアリ
ング軸が外歯平歯車に比べて、ステアリング軸の他の歯
に対して大きな構造空間が生ずる。

最犬の偏向の際にかみ合い不良が生じないようにするた
めに、場合によってはステアリング軸歯形上には、外歯
歯形の場合よりも２個余分な歯が必要である。

このためにステアリング軸の歯形長さは外歯歯形の場合
よりも大きくなる。

内歯歯形の凹状歯面における小さな面圧のために、歯形
は相応して薄くできる。

必要な最終歯車比ないしバツクラツシに対する一対の値
ａ。

，Ｕは第１２図から読み取れる。ψ＝４８°のステアリ
ング偏向を可能にするために、内歯歯車に対しては６個
の歯数が必要である。

第１２図の線図は、ψ一０の場合にαｎ０＝２５°，ピ
ツチｈ＝１１．４ｍｍ、モジュールｍｎ＝４．０ｍｍお
よび始点歯車比ｉ＝１８．０の一定した値をもった一連
の歯車に対して適用される。

図中横軸には歯数比Ｕ＝Ｚ２／Ｚ１が、縦軸には偏向角
度ψ＝４８°における最終歯車比が示されている。

パラメータはψ＝４８°においてとられる軸間距離ａ。

およびバックラッシである。

中立位置における有効レビー長さＲ２０は式（１３）か
ら求められる。

Ｆ２０＝１８．０−１１．４／２＝３２．６ｍｍ第１２
図から必要な最終歯車比ｉ＝１５．５および最大バツク
ラッシＳｅ＝０．２に対して、ｉψ−４３０＝１５．４
７およびｕ＝０．２６８の設計点が読み取られる。

相応した軸間距離ａ。はａ。＝６０ｍｍである。

ｚ２／ｚｌ＝０．２６８．Ｚ２＝０．２６８．Ｚ１Ｚ１
−Ｚ２＝２・６０／４＝３０，Ｚ１（１−０．２６８）
３０Ｚｌ−３０／０．７３２＝４１ Ｚ２二１１ 式（９）は内歯歯形をもった歯車装置に対して適用ｉさ
れる。

ｒｇｌ−ｒｇ２＝ａＯＣＯＳｃＯ ｒｇ２＝ｕｒｇｌ ｒｇ１＝ａ０ｃ０８α０／１−ｕ ６０．０．９０６／
Ｏ．７３２＝７４．５ｒｇ２二７４．５・０．２６８＝
２０ 第４図から次のように偏心距離ｅが求められる。

ｅ−Ｒ２０−ｒｇ２／ｃｏｓαｏ＝３２．６−２０／Ｏ
．９０６ｅ＝１０．５ ステアリングナットの歯形中心Ｍ１とビットマンアーム
軸の回転中心Ｍとの間の間隔ｂが次のように求められる
（第４図）。

ｂ−ａｏ−ｅ二６０−１０．５−４９．５ｒｇ１ｔｒｇ
２、ｅ＋ｂおよびα。

の求められた値に基づいて、式（４ａ）から偏向角度ψ
＝４８°に対する作用圧力角αが次のように計算で求め
られる。

α＝５°２９′３０′ また式（５ａ）からステアリングナットの移動距離Ｖが
求められる。

ｖ＝２６．２ｍｍ 最大ステアリング偏向の際のバックラツシＳｅは式（１
０ａ，ｌｌａ，および１２ａ）から次のように求められ
る。

Ｓｅ二０．２７ｍｍ。

【図面の簡単な説明】

第１図は直線ラック付きのボールねじナットとセグメン
ト歯車とから成り一定した歯車比をもった従来のステア
リング歯車装置の概略図、第１ａ図および第１ｂ図はそ
れぞれ第１図のステアリング歯車装置におけるステアリ
ング偏向角度とピッチ円半径（歯車比に比例）およびバ
ツクラツシとの関係を示す線図、第２図は凸面歯のラッ
クおよび凸面歯のセグメント歯車とをもった本発明に基
づくステアリング歯車装置の中立位置における概略図、
第２ａ図および第２ｂ図はそれぞれセグメント歯車が点
Ｍ１のまわりを回転する場合のピッチ円半径およびバツ
クラツシの経過を示す線図、第２ｃ図および第２ｄ図は
それぞれセグメント歯車が点ＭＨＩのまわりを回転する
場合のピッチ円半径およびバツクラツシの経過を示す線
図、第３図は第２図に基づく歯形をもったステアリング
歯車装置の偏向位置における長手断面図、第４図は内歯
を備えたラックをもった本発明に基づく別の実施例の概
略図、第４ａ図および第４ｂ図はそれぞれ第４図のステ
アリング歯車装置のピッチ円半径およびバツクラツシを
示す線図、第４ｃ図および第４ｄ図はそれぞれ第４図に
おいてセグメント歯車の回転中心Ｍ１では実施できない
歯形の歯車比およびバツクラツシの線図、第５図は偏向
位置にある第４図の歯形の概略図、第６図は内歯セグメ
ント歯車をもった実施例の概略図、第６ａ図および第６
ｂ図はそれぞれセグメント歯車を点ＭＴ１のまわりを回
転した場合の第６図の歯形の歯車比およびバックラツシ
の線図、第７図および第８図はそれぞれ第２図のステア
リング歯車装置における零点位置および偏向位置の歯の
形状の概略図、第９図は第８図の部分詳細図、第１０図
はバツクラツシを決めるための図、第１１図は第２図お
よび第３図に基づくステアリング歯車装置の軸間距離お
よび歯数比を決定するための線図、第１２図は第４図お
よび第５図の歯車装置の軸間距離および歯数比を選択す
るための線図である。 １・・・ステアリングナット（ステアリング軸）、２・
・・セグメント歯車（ビットマンアーム軸），ｃｏ・・
・ピッチ点、Ｍ１＊Ｍ１０・・・ステアリングナットの
歯形中心、Ｍ２，Ｍ２０・・・セグメント歯車の歯形中
心、Ｍ，Ｍ１，Ｍ２・・・セグメント歯車の回転中心、
ｅ・・・偏心距離、ψ・・・偏向角度、Ｒ２０・・・有
効牛径（歯車比ｉに比例）、Ｓｅ・・・バツクラツシ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ステアリング軸、采一ルねじナット、ビットマンア
   ーム軸およびこのビットマンアーム軸に設けられその軸
   心に対して偏心して歯付けされたセグメント歯車から構
   成され、歯車部品が中立位置から両偏向位置へ運動する
   際に歯車比が変化するようなたとえば自動車用のステア
   リング歯車装置において、前記ボ一ルねじナットおよび
   セグメント歯車はそれぞれ互いに噛合う円形の基準線の
   一般的なインボリュート歯形を有し、セグメント歯車の
   回転中心と歯形中心は、その両中心を結ぶ線が中立位置
   においてピッチ点Ｃｏを通り、かつボールねじナットの
   軸心に対して垂直な直線上に互いに所定の間隔（偏心距
   離ｅ）を隔てて位置し、前記ボールねしナットおよびセ
   グメント歯車の歯形が中立位置で零で偏向が大きくなる
   につれて増大するバックラツシを有していることを特徴
   とする歯車比が変化するステアリング歯車装置。