JPS625824B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は車両の舵取装置に関する。

従来、自動車等の舵取装置には、種々の形式が
あり、大型車の多い米国ではボールねじ式が多
く、比較的小形の欧州車にはラツクピニオン式が
採用されている。我国では一部の車種にラツクピ
ニオン式が採用されている他はボールねじ式が多
い。しかし、最近の省エネルギー傾向から前輪駆
動車が増加し、あわせて操向安定性その他の問題
からラツクピニオン式が増加する傾向がある。ま
た、ボールねじ式では可変歯車比の舵取装置が普
及しているが、ラツクピニオン式でもボールねじ
式同様に可変歯車比のものを要求されるようにな
つてきている。ラツクピニオン式の可変歯車比舵
取装置は実開昭50−114827号公報、特開昭50−
150129号公報および特公昭52−29049号公報等で
提案されているが、前２者は中間歯車を有するも
ので従来のラツクピニオン式に比較してギヤボツ
クスが大形化するのをまぬかれず、小形軽量化に
逆行する結果となつている。後者のものはラツク
の構造が複雑で歯切加工が容易でない欠点があ
る。いずれにしても、構造が簡単で加工が容易で
あり、小形軽量で製造コストが低いと云うラツク
ピニオン式の特徴がそこなわれている。

本発明は前記のようなラツクピニオン式舵取装
置の特徴をそこなうことなく可変歯車比舵取装置
を得る目的で開発したものである。前記目的を達
成する本発明は、一端にねじピニオン１１を備え
る車両のハンドル軸に連結したピニオン軸１と、
前記ねじピニオン１１に噛み合うねじラツク２１
を有し、車輪の操向を行うリンクに連結し、前記
ピニオン軸１の回転に伴い軸方向に移動可能なラ
ツク軸２と、該ラツク軸２の軸方向移動に伴い、
該ラツク軸２を回転させて前記ねじピニオン１１
とねじラツク２１の基準ピツチによるラツク軸２
の移動量に増減する案内装置とで構成する可変歯
車比を備える車両の舵取装置である。その構成の
特徴は、従来のラツクピニオン式と対比すれば、
ラツクにかわるねじラツク軸と、ピニオンにかわ
るねじピニオン軸と、可変歯車比を与えるべく前
記ねじラツク軸の運動を案内する装置とを有する
舵取装置にある。これを図の実施例について説明
すると、第１図および第２図の第１の実施例は車
両の直進走行状態、すなわち舵取装置の中立位置
を示し、ハンドル軸に連結するピニオン軸１には
ねじピニオン１１が設けられており、ねじピニオ
ン１１の両側に装着した針状ころ軸受１２および
玉軸受１３でギヤケース３に回転自在に軸支され
ている。ねじピニオン１１は鼓形をしており、ラ
ツク軸２に設けたねじラツク２１と噛み合つてい
る。ねじラツク２１は円周の一部を残して歯切加
工されており、一般のウオームのように全円周歯
切りされていない。ねじラツク２１の回転を後述
の案内装置で規制するので、全円周歯切りする必
要がなく、このようにされている。ラツク軸２を
かこむようにして管状のカム４がラツク軸２に溶
接されており、ねじピニオン１１側の管の壁は削
り取られてカム面４Ａが形成されている。ピニオ
ン軸１とラツク軸２を収容したギヤケース３はラ
ツク軸２方向にのびる管部分３１があり、管部分
３１の両端には車両にブラケツト（図示せず）を
介して固定される固定部３２，３３がある。ラツ
ク軸２はギヤケース３のねじピニオン１１に対向
した位置に設けられた支持部材８と、管部材３１
の一端側に嵌合した軸受２２とによつて支承され
ており、ラツク軸２の両端にそれぞれに固定され
た球接手２３を介して車両の操向を行うリンク
（図示せず）に連結している。支持部材８は、ギ
ヤケース３に摺動可能に嵌合しており、両端をギ
ヤケース３にボルト２０で固定した蓋１９と支持
部材８に接したばね７を介してラツク軸２と一体
化したカム４を支承している。蓋１９には調整ボ
ルト９がねじ込まれており、その先端は座金１０
を介して支持部材８に接し、ねじピニオン１１と
ねじラツク２１の噛み合いすきまを規制してい
る。ねじピニオン１１とねじラツク２１の噛み合
いはピニオン軸１の一端を軸支した玉軸受１３の
位置を移すことにより芯合わせが行なわれてい
る。すなわち、玉軸受１３はギヤケース３にはね
じ嵌合している調整ナツト１４にスナツプリング
１７およびスナツプリング１７がはずれるのを防
止する抜け止め部材１８により軸方向のすきまな
く固定されており、従つて、調整ナツト１４を進
退させることにより玉軸受１３の軸方向位置が動
き、それにつれて玉軸受１３の内側軌動溝を自体
に形成されたピニオン軸１が動いて、ねじピニオ
ン１１とねじラツク２１との中心が一致する。ね
じピニオン１１の両側に隣接してカムフオロワ
５，６が設けられている。一方のカムフオロワ６
はピニオン軸１に一体に形成されているが、他方
のカムフオロワ５は別体に形成されて針状ころ軸
受１２の嵌合するピニオン軸１の軸径部に嵌合し
ている。ねじピニオン１１とカムフオロワ５との
間には皿ばね２４が介設されている。２個のカム
フオロワ５，６はねじピニオン１１と反対側が小
径となる円すい外面をもつており、この円すい外
面でカム面４Ａに接触する。特に一方のカムフオ
ロワ５は皿ばね２４により確実に圧接する。な
お、他方のカムフオロワ６も同様に別体に構成し
てもよいことは勿論である。カムフオロワ５，６
の円すい外面の直径はなるべくねじラツク２１と
ねじピニオン１１とのかみあいピツチ円径に等し
くすることが望ましく、これによりカム面４Ａと
すべりの少いころがり接触をする。カムフオロワ
５，６とカム４とでラツク２の運動を案内する案
内装置を形成する。これは、ねじラツク２１とね
じピニオン１１との噛み合いにより、ハンドル軸
の回転を伝達されたラツク軸２は、回転運動をす
るが、案内装置により回転運動をある範囲に規制
しつつラツク軸２の軸方向運動を案内するもので
ある。すなわち、案内装置による規制されたラツ
ク軸２の回転運動は、ねじピニオン１１の回転に
対しねじラツク２１の軸方向の運動の遅れ、ある
いは、進みを生じさせる。その結果、ラツク軸２
の回転運動がないように規制されたねじピニオン
１１とねじラツク２１との基準ピツチによるラツ
ク軸２の軸方向の動き量に、このカム装置による
ラツク軸２のある範囲に規制された回転運動によ
る軸方向の動き量が増減する可変歯車比（ラツク
軸２の軸方向動き量に対しピニオン軸１の回転量
が変化する比率）のものとなる。

第１の実施例の案内装置は、手動式可変歯車比
舵取装置のためのもので、車両の直進走行状態す
なわち舵取装置の中立位置で最低の歯車比を有
し、左右に所要角度操舵すると最高の歯車比を得
るものである。第１図に示すカム面４Ａの曲線
は、中央部分と両端部分に直線部分を含むもので
ある。図は手前側のカム面を示し、裏側には手前
側のカム面の凹凸を逆にしたカム面が形成されて
いる。ラツク軸２とピニオン軸１が直交する本図
の場合は、手前側の最低部と裏側の最高部とが軸
方向の同一位置にある。次にカム面の形状と歯車
比の関係について説明する。第３図は横軸にラツ
ク軸２の軸方向移動量ｌをとり縦軸にカム案内に
よつて生ずるラツク軸２の回転θをとつた説明図
で、ここに示された線はカム曲線に相当する。
の線はθ＝０、すなわち、ラツク軸の回転を案内
装置で零に規制した場合を示す。ねじラツク２１
のピツチ円径をＤ、ねじラツク２１のねじれ角を
β、ラツクのリードをＬ、円周率をπとすると、 Ｌ＝π・Ｄ・tanβ ………(1) ラツク軸２の回転をさせない場合には、ピニオ
ン軸１の回転とラツク軸２の軸方向移動の関係は
一定であるので、歯車比は変化せずねじピニオン
とねじラツクの基準ピツチでラツク軸が移動する
等歯車比の舵取装置が得られる。このときの歯車
比をGoとする。

次にの線は回転角θがラツク軸２の軸方向移
動量ｌに対して一定比で増加するもの、すなわ
ち、ラツク軸２はねじピニオン１１の１回転に対
し一定角度だけ案内装置により回転を許されるも
のであつて、カム形状を第４図に示す。このカム
形状は手前側と点線で示した後側とは第１図の場
合と同じく逆になつている。

ラツク軸の軸方向移動はの線の場合より進む
場合とおくれる場合とがある。すなわち、ねじラ
ツク２１が左ねじで、ラツク軸２が左方向に移動
する場合にラツク軸２を第４図において右側から
みて反時計方向に回転させると進み、時計方向に
回転させるとおくれる。ラツク軸の回転によつて
生ずる、ピニオン軸１単位回転角当りのラツク軸
２の進み量が△ｌあるものとし、ピニオン軸単位
回転角当りのラツク軸の総移動量をl′とし、進み
量が無い場合の移動量（基準ピツチによる移動
量）をl₀とすると、 l′＝l₀＋△ｌ ………(2) となる。

この場合でも、ピニオン軸１の回転とラツク軸
２の軸方向移動の関係は一定であるので、等歯車
比の舵取装置が得られ、その歯車比をG₁とする
と、ピニオンとラツクおよびリンク関係の諸元が
同一であれば、G₁＜G₀である。またおくれ量△
ｌがある場合（例えば第４図のカム面が逆の傾斜
の場合）には l″＝l₀−△ｌ ………(2)′ となり、その歯車比をG₂とすると、G₂＞G₀とな
る。

この型式の舵取装置の歯車比Ｇは、ナツクルア
ームの回転角に対するピニオン軸１の回転角の比
であるから、ナツクルアームの長さをＡとし、ピ
ニオン軸１の単位回転角１゜に対してラツク軸２
がｌ移動したとすると、ナツクルアームの回転角
はｌ／２πＡ×360゜であり、一方、ピニオン軸１の回 転角は単位回転角で１゜である。従つて、歯車比 と定義される。ただし、実際の機構では、ナツク
ルアームは回転運動であり、ラツク軸は直線運動
であるほか、サスペンシヨンの運動もあり、ギヤ
比の関係は複雑に変化するので、理解を容易にす
るため、単純化し、上記のG₀の定義を用いた。

同様に、 G₀＝２・π・Ａ／３６０・ｌ_０ ………(4) (3)、(4)式からＧ／G₀＝l₀／ｌすなわち、 Ｇ＝G₀×ｌ_０／ｌ ………(5) ピニオン軸１の単位回転角あたりのラツク軸２の
回転角をθ_０とし、ピニオン軸１の任意の回転角
に対するラツク軸２のすすみ量△ｌは、ねじラツ
ク２１のピツチ円径をＤとすると、 △ｌ＝π・Ｄ・ｔａｎβ／３６０×θ_０………(6
) (5)式に(2)式と(6)式を代入すると、 Ｄ、βはギヤの諸元で一定であり、l₀も一定値に
なるので、θ_０のみが変数であり、定数をまとめ
てＣとおくと(7)式は、 Ｇ＝G₀・（１／１＋Ｃ・θ_０） ………(8) 次にの線は第１の実施例に示した可変歯車比の
場合であつて、イ−ロ、およびニ−ホの部分は直
線であり、等歯車比の範囲を示す。

ロ−ニ間は可変歯車比の範囲を示すもので、ハ
点ではθ_０＝０であつて、Ｇ＝G₀である。

ロ−ハの間は θ_０が正の区間である。そして、ハ−ニの間は
ラツク軸の回転方向が逆転したθ_０が負の区間で
ある。

従つて(8)式中の１／１＋Ｃ・θ_０はロ−ハの間で１
よ りも小さく、ハ−ニの間で１よりも大となるの
で、ロ−ハの間では、Ｇ＜G₀ハ−ニの間でG₀＜
Ｇとなる。従つて、イ−ロ間で最低の一定歯車比
となりニ−ホで最高の一定歯車比、その中間のロ
−ニで漸増する歯車比が得られる。同様にラツク
軸２が中立位置から左に移動する場合には、ロと
ロ′、ハとハ′、ニとニ′およびホとホ′が対応して
同じように変化する歯車比が得られ、その歯車比
の変化の状況を第５図に示す。すなわち、直進状
態で最低の歯車比G′₁であり、ピニオン軸の回転
角の大きな位置で最高の歯車比G′₂となる。

第３図のの線も実施例を第６図に示したが
の線と同様可変歯車比の舵取装置のカム面形状を
示すもので、ラツク軸の軸方向位置l₁からl₂まで
θ_０が正であり、かつ凸形の曲線にし、その前後
は直線にしてあるので、l₂から先の位置で最高の
歯車比、l₁−l₁位置で最低の歯車比が得られる。

の線は中立位置付近（直進付近）で最高の歯
車比を有し、左右位置でそれより小なる歯車比を
有する動力舵取装置用のカム面形状を示す。

第７図は案内装置の他の実施例であり、カム４
０はラツク軸２の軸方向に沿つて設けた突条４０
Ａを有し、突条４０Ａは可変歯車比を得るために
ラツク軸２の軸線２Ａに対し第７図において左右
にくねつて形成される。カム４０はラツク軸２に
溶接されている。カムフオロワ５０は支持部材８
０に軸８１で回転自在に軸支されており、前記突
条４０Ａに嵌合する凹溝５０Ａを持つ転動体にな
つている。ねじピニオン１１およびねじラツク２
１は第１の実施例と同様であり、ピニオン軸１の
支持構造、支持金具のギヤケース３への取付等も
同様である。第８図および第９図も案内装置の他
の実施例であつて、第７図の実施例の突状４０Ａ
に代つて凹溝１４０Ａを設け、支持部材８０に凹
溝１４０Ａに嵌合する突起１５０Ａ，２５０Ａを
備えた転動体１５０，２５０をカムフオロワとし
たもので、転動体１５０はころ、転動体２５０は
転り軸受類似の構造としたものである。なお、こ
れらカムフオロワは転動体でなく、ギヤケース３
等に固定されたものでもよい。また、カムをギヤ
ケース３に固定し、カムフオロワをラツク軸２に
設けてもよい。さらに、ラツク軸径に強度上の余
裕があれば、ラツク軸２に凹溝を刻設してカムと
してもよい。

以上のように構成した本発明の舵取装置は、車
両のハンドル軸に連結したねじピニオンと、ねじ
ピニオンに噛み合うねじラツクとを有し車両の操
向を行うリンクに連結し、軸方向に摺動可能なラ
ツク軸と、ラツク軸の回転運動を案内する案内装
置とを有するが、ねじピニオンおよびねじラツク
は特殊な形状をしておらず、公知の歯切法により
現在のラツクおよびピニオンよりむしろ容易に加
工でき、実施例のねじラツクでは円周の一部を残
して歯切り加工されるなど工数が少なくすみ、従
来のラツクピニオン式の可変歯車比舵取装置では
ラツクの加工が困難であつたのに比較して歯切加
工がきわめて容易である。案内装置の加工工数の
増加が製造コストに影響するが、従来の可変歯車
比のラツクの加工に比較すれば比較的わずかなコ
スト上昇で足りるので、安価な可変歯車比の舵取
装置を提供できる効果がある。従来のラツクピニ
オン式の舵取装置では歯車比を大きくしようとす
ると、ピニオン径を小にしなければならないの
で、強度上問題があり、小さい車両にしか使われ
なかつた。

しかし、本発明はねじピニオンとねじラツクを
使うので、噛み合いは従来のラツクピニオンに比
較して実質的に歯丈が高くなつたことになり、噛
合率が向上し歯の強度に余裕ができかつ噛み合い
も円滑になる。さらに実施例のねじラツクでは円
周の一部を残して歯切りしてあるので切り上り部
があることになつて一層強度が向上する。このた
め、ねじピニオンの歯数を減らしたり、歯のモジ
ユールを小さくできることになり、ねじピニオン
を小形にすることができ、大きな歯車比が得られ
る利点があり、荷重条件の苛酷な車両にも使用で
きる効果がある。また、ラツクの半径方向端部に
エツジ部分がないことも強度上有利に作用してい
る。本発明では案内装置でピニオン軸の回転に対
するラツク軸の軸方向移動量を制御できる。

更に、本発明の案内装置は、ラツク軸をねじラ
ツクの部分を残して含む形状で固着し、その一部
にカム面を備えるカムと、このカム面を回転して
案内するカムフオロワとからなるので、所望する
カム特性を備えたカムが製作し易く、しかも、回
転案内によるスムーズなカム特性が得られる。

従つて、案内装置のカム特性を選択すれば、歯
車比の可変範囲を広くすることが可能であり、従
来のラツクピニオン式やボールねじ式のように歯
形の無理な設計変更や困難な歯切加工にしわよせ
する必要がないなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は舵取装
置のラツク軸についての縦断面図、第２図は第１
図の−における横断面図、第３図はカム面の
高低をラツク軸の軸方向の各位置におけるラツク
軸の回転角で示した説明図、第４図は第３図の
の線で示すカムの側面図、第５図は第１の実施例
の案内装置により得られる歯車比の変化の状態を
示す説明図、第６図は第３図のの線で示すカム
の側面図、第７図は案内装置の他の実施例で第２
図に相当する横断面図、第８図は案内装置の他の
実施例を示す要部の横断面図、第９図は第８図同
様の他の実施例を示す要部横断面図である。 符号の説明、１：ピニオン軸、２：ラツク軸、
３：ギヤケース、４：カム、５，６：カムフオロ
ワ、１１：ねじピニオン、２１：ねじラツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端にねじピニオン１１を備える車両のハン
   ドル軸に連結したピニオン軸１と、前記ねじピニ
   オン１１に噛み合うねじラツク２１を有し、車両
   の操向を行うリンクに連結し、前記ピニオン軸１
   の回転に伴い軸方向に移動可能なラツク軸２と、
   該ラツク軸２の軸方向移動に伴なうラツク軸２の
   回転運動を規制し、前記ねじピニオン１１とねじ
   ラツク２１の基準ピツチによるラツク軸２の移動
   量に増減する案内装置とで構成する可変歯車比を
   備える車両の舵取装置であつて、前記案内装置は
   前記ラツク軸２をねじラツク２１の部分を残して
   包む形状で固着し、その一部にカム面４Ａを備え
   るカム４，４０と、前記カム面４Ａを回転して案
   内するカムフオロア５，５０，１５０，２５０と
   からなる車両の舵取装置。 ２ 前記ねじラツク２１は円周の一部を残して歯
   切り加工されている特許請求の範囲第１項記載の
   車両の舵取装置。 ３ 前記カム４は、その縁にカム面４Ａを有し、
   該カム面４Ａを回転案内するカムフオロア５は、
   前記ピニオン軸１上に回転可能に軸支されている
   特許請求の範囲第１項記載の車両の舵取装置。 ４ 前記カム４０は、その中央部分に前記ラツク
   軸２の軸線と平行な線に対してねじれて軸方向に
   延びる突条４０Ａを有し、該突条４０Ａを回転案
   内するカムフオロア５０は、凹溝５０Ａを有し、
   支持部材８０に軸８１で回転自在に軸支されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の車両の舵取装置。 ５ 前記カムは、その中央部分に前記ラツク軸２
   の軸線と平行な線に対してねじれて軸方向に延び
   る凹溝１４０Ａ，２４０Ａを有し、該凹溝１４０
   Ａ，２４０Ａを回転案内するカムフオロアは、突
   起１５０Ａ，２５０Ａを有する転動体１５０，２
   ５０で、支持部材８０に軸８１で回転自在に軸支
   されている特許請求の範囲第１項記載の車両の舵
   取装置。 ６ 前記カムは、前記ラツク軸２を回転させて得
   られた可変の歯車比が車両の直進走行時に最低と
   なる形状である特許請求の範囲第３ないし第５項
   のいずれかの項記載の車両の舵取装置。 ７ 前記カムは、前記ラツク軸２を回転させて得
   られた可変の歯車比が車両の直進走行時に最高と
   なる形状である特許請求の範囲第３ないし第５項
   のいずれかの項記載の車両の舵取装置。