JPS589034B2 - ラツク・ピニオン式ステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車のステアリング系統に用いられるラッ
ク・ピニオン式ステアリング装置の改良に関するもので
ある。

ラック・ビニオン式ステアリング装置は軽量で容積が小
さくてすみ、且つ価格が安いので最近の自動車のステア
リング系統に採用されてきている。

特にフロントエンジン兼前輪駆動方式（ＦＦ方式）の自
動車は長大なプロペラ軸を用いていないので軽量化され
ているが、ステアリング系統もこれに伴って軽量小型の
ラック・ピニオン式ステアリング装置を採用することが
要求されている。

しかしこの方式の装置は、ラックとピニオンとの完全な
可逆性の噛合を有しているので路面から受ける反カがハ
ンドルホイールに直接伝わる欠点がある。

現在普通に用いられているオーバーオールステアリング
比（ハンドルと車輪との旋回角の比）は普通車で１８〜
２１、大型車で２３〜２６である。

このステアリング比を、ハンドルのニュートラル位置又
はその左右の僅かの凹転位置（直進位置）で１８〜２１
、ハンドルの２００°〜３６０°旋回位置で２５〜２７
となるような可変比とすると、パワーステアリングを必
要とする３ ０ ０ ０ｃｃ−４ ０ ０ ０ｃ程度の
自動車にもマニュアル（手動の）ラック・ピニオン式ス
テアリング装置を採用することができる。

特にこのような可変ステアリング比を有すると、旋回反
力に抗する軽快なかじ取りを行うことができ、適当な保
舵力を得ることができ、復元性が向上し、車輪からの適
正な衝撃感覚を得ることができる。

従来技術の可変ステアリング比を有するラック・ピニオ
ン式ステアリング装置として、ラックの歯の圧力角を変
化させてピニオンとの噛合せピッチを変えるようにした
ビショップ（ＢＩＳＨＯＰ）の英国特許第１３５６１７
２号及び中間歯車とカム機構とを組合せたＦ．Ｊ．アダ
ムズ（Ｆ．Ｊ．ＡＤＡＭＳ）の英国特許第１４６８６９
１号、および第１４７９３１４号がある。

しかし、ビショップの特許ではラック上のピッチ、圧力
角を変化しそれに対応する複雑な歯形を形成することは
製造上極めて困難な技術と工法を必要とし、またこのよ
うな設計で得られるオーバーオール・ステアリング比の
増加は僅かｌＯ〜１５％にすぎない。

またアダムスの特許では歯車数の増加、カム機構の付加
で部品が増加し容積が大きくなる上に構造が複雑となる
。

本発明の目的は、製造上の困難を伴うことなく且つ容積
が大きくなることがなく、オーバーオールステアリング
比を可変することができるラック・ピニオン式ステアリ
ング装置を提供することにある。

本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明すると、第
１図は本発明のラック・ピニオン式ステアリング装置１
を示し、この装置は略円筒形のハウジング２と、このハ
ウジング２内に軸受３，３′で回転自在に支持されたピ
ニオン４と、ハウジング２内に摺動自在に支持されピニ
オン４に噛合うラツク５とから成っている。

ピニオン４は、相互に逆向きの螺旋歯６，６′をそれぞ
れ有する第１と第２のピニオン部分７，７から成ってい
る。

第１のピニオン部分７は軸受３から突出する部分にロー
レット部７ａを有し、このローレソト部は自動車のハン
ドル杆に接続される。

ラツク５は第２のピニオン部分７′に噛合っている。

これらの第１と第２のピニオン部分７，７′の相対する
端部は後にのべる理由で回転差を有するため相互に摩擦
接触するので図示のように球接触千段８で相互に独立し
て回転できるように接触しているのが好ましい。

ラック５は、図示のように、ハウジング２の突出部２ａ
内に保持され加圧ばね９によって第２のピニオン部分７
′の径方向に圧力を付与する加圧部材１０に係合してお
り、従ってラツク５は第２のピニオン部分７′に確実に
噛合っている。

本発明の装置１は、第１のピニオン部分７から第２のピ
ニオン部分７′に回転比を変化させて回転力を伝達する
減速比可変装置１１を備えている。

この減速比可変装置は、ハウジング２内に回転自在で且
つ軸線方向に摺動自在に支持され第１と第２のピニオン
部分７，７′に跨って嵌合された減速比可変スリーブ１
２とこの可変スリーブ１２を螺旋運動によって軸線方向
に摺動させるスリーブ螺旋運動千段１３とから成ってい
る。

減速比可変スリーブ１２は、第２図に示すように、第１
と第２のピニオン部分７，７′の螺旋歯６，６′にそれ
ぞれ噛合う内歯１４，１４’を有し、従って、この可変
スリーブ１２が第１と第２のピニオン部分７，７′に対
し軸線方向に静止していれば、第１さ第２のピニオン部
分７，７′は同じ角度宛回転するようにこれらを連結す
る。

第１のピニオン７および第２ピニオン７′のスリーブ嵌
合歯部をラック歯に噛合う歯よりピッチの小なる多条ね
じとし、スリーブ内歯をこれに噛合うめねじとすること
によりピニオンのスリーブ嵌合部断面積を大きくするこ
とにより、ピニオンのねじりと曲げ剛性を高めると共に
冷間転造により低コストと多量生産を可能にすることが
できるい１図、および第２図参照）。

又、前記ピニオン７，７′の多条ねじ山形をボールねじ
山形とし、スリーブ内歯として、ピニオンのボールねじ
に繋合するボールを回転のみ可能となるようピニオン軸
に水平に円周に固定したものとすることができる。

この構造により、回動スリーブは第１ピニオンの完全な
カップリングの役目をはたすと同時にピニオン軸方向の
摺動を軽快ならしめる。

またスリーブの製作法を容易にし、製造コストの低減を
計り得る。

スリーブ螺旋運動手段１３は、ハウジング２と可変スリ
ーブ１２との接触面間に設けられておりこの手段は図示
の実施例では可変スリーブ１２の外周面に設けられたカ
ム溝１５とハウジング２の内周面に取付けられカム溝１
５に係入するピン１６とから成っている。

ピン１６はハウジング２の突出部２ｂに二一ドル軸受１
７によって回転自在に支持され突出部２ｂのねじ蓋１８
によって圧縮される皿ばね１９によってカム溝１５に圧
接されている。

カム溝１５は、第４図の曲線ａで示すように、中央のリ
ード角はＯであり、それ以外ではリード角はβであり、
従って可変リード角を有する。

リード角Ｏの溝部分１５ａは後にのべるようにハンドル
のニュートラル位置及びその左右の僅かの回転位置付近
に相応する角度にわたっている。

第４図の曲線ａで示すようにこの溝部分１５ａは３６０
°より僅かに小さいことが判る。

尚、この溝部分１５ａのリード角は、第４図の曲線ｂで
示すようにハンドルのニュートラル位置から左右に逆対
称に山形に変化してもよい。

第１図の実施例と異なってカム溝１５はハウジング２の
内周面に設け、ピン１６は可変スリーブ１２の外周面に
取付けてもよい。

次に本発明のステアリング装置の動作を説明する。

ハンドルがニュートラル位置にあるときには第１図に示
すように可変スリーブ１２は第１と第２のヒニオン部分
７，７′に同じ寸法で跨っていてピン１６はカム溝１５
のリード角０の溝部分１５ａの中間に位置している。

この状態でハンドルを回転して第１のピニオン部分７を
矢印方向に回転すると、可変スリーブ１２も同方向に回
転するが、ハンドルの最初の１８０°までの回転の間は
ピン１６が溝部分１５ａに係大しているので可変スリー
ブ１２は螺旋運動しないのでこの可変スリーブは内歯１
４，１４’によってインボリュート・スパイラル・セレ
ーション型の継手として働いて、第１のピニオン部分７
の回転はそのま５第２のピニオン部分７′に伝達されラ
ツク５が紙面の下向きに動かされてタイロツドを右旋回
方向に運動せしめる。

第１のピニオン部分７の回転が更に進んでピン１６が可
変スリーブ１２のカム溝のリード角βの部分に達すると
、可変スリーブ１２はカム溝１５のリード角βにより第
２図の矢印ａ方向に距離ｌだけ軸線方向に移動するよう
に螺旋運動する。

この距離ｌはピニオン部分７，７′の螺線歯のリード角
α、ハンドルの回転角θ、カム溝１５のピッチ半径γ、
ピニオン部分７，７′のピッチ半径をＲとすると、 となる。

この可変スリーブのａ方向の移動はピニオン７のリード
角αにそって行われるので可変スリーブ１２は内歯１４
によって だけ第１のピニオン部分７の回転方向と反対方向に回転
する。

この間、第２のピニオン部分７′は可変スリーブの螺旋
運動で回転力が伝達されない（第３図参照）。

上記から判るように、可変スリーブ１２が螺旋運動（軸
線運動）しない場合にはラック５の変位量Ｌ０は、 であるが、可変スリーブ１２が螺旋運動して軸線方向に
距離ｌだけ移動する場合にはラック５の変位量Ｌ１は、 である。

従って、可変スリーブ１２のカム溝１５の螺旋部分がピ
ン１６に達すると、以後ハンドルの回転角θの変化につ
れてラツク５の変位量 Ｌｌが変化し減速比が可変する
。

実際に装置を設計するに当っては、性能に応じて厳格な
条件と正確な計算とが必要となるが、具体的数１直に基
いて概念的な理解を容易にするため単純な近似計算を行
うと下記の通りである。

ａ＝３０”，Ｒ＝６ｍｍ，γ＝２６ｍｍとし、ハンドル
の右１回転以後の減速比を４０％減少しようとすると、
ハンドルの半回転までのラック変位量Ｌｏは、 Ｌｏ ＝ ｙｒ Ｒ＝ ６ πｍｙｎ であり、それ以後のラック変位量Ｌ１は、Ｌ１＝２１ｔ
ａｎａ＝０．４×６ π であるから、 からβ＝４°３０′となる。

第４図は、スリーブ螺旋運動千段１３のカム溝１５の展
開図とそれに相応したハンドル回転角及びオーバーオー
ル・ステアリング比とを示す。

同図において、曲線ａ，ｂはそれぞれ前にのべたように
リード角０の溝部分１５ａを有する場合とリード角が山
形に変化する溝部分１５ａを有する場合のカム溝１５の
展開図であり、ａの場合には自動車の直進時にオーバー
オール・ステアリング比を低くして直進性を向上し、据
切、車庫入れの時にはオーバーオール・ステアリング比
を高くしてハンドル入力即ち操舵力を軽くしようとする
のに適し、またｂの場合には長時間停車後の据切、車庫
出の時に操舵力を特に軽くすると共に車庫人時の操舵力
も軽くするのに適している。

曲線ａ′、ｂ’はカム溝１５が曲線ａ，ｂに示す形状の
場合のオーバーオール・ステアリング比をそれぞれ示し
、この比がハンドル回転角に応じて変化していることが
判る。

尚、曲線Ｃはオーバーオール・ステアリング比が一定の
場合を示すが、この場合でも車輪の円運動に影響されて
ハンドル操作の全行程で幾分変化していることが判る。

第５図は本発明の他の実施例を示し、この実施例では第
２のピニオン部分７′と可変スリーブ１２との連結が前
の実施例のように内歯１４′によってでなく可変スリー
ブ１２を第２のピニオン部分７′に直接機械的に接続さ
れている点で前の実施例と異なる。

この場合には可変スリーブ１２が螺旋運動を行う時第２
のピニオン部分７′がラツク５上を交差して移動するが
、その他の動作は前の実施例と全く同じである。

本発明によれば、上記のように、ピニオンを２つの独立
したピニオン部分に分割しこれらの間に減速比可変スリ
ーブとこのスリーブを螺旋運動する手段とを設けるのみ
で極めて単純で小型のまゝで大きなオーバーオール・ス
テアリング比の変化を得ることができるので操舵性のよ
いステアリング装置を提供することができる。

また、ハンドルを右回転しようとするとスリーブは第２
ピニオン歯のリード角によりハンドル方向の荷重が加わ
り、更にスリーブの右回転によって第１ピニオン歯のリ
ード角によりハンドル方向分力が発生する。

即ちハンドル右回転によりスリーブはハンドル方向に動
く力が生じスリーブ外周溝とピンの作動によるハンドル
方向移動を容易にすることができる。

左回転の場合はスリーブ負荷方向は正反対に作動する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るラック・ピニオン式ステアリング
装置の垂直断面図、第２図は第１図の装置に用いられる
減速比可変スリーブの一半部垂直断面にした正面図、第
３図は、第１と第２のピニオン部分の角度変位を示す図
、第４図は、スリーブ螺旋運動手段のカム溝の展開状態
と装置のオーバーオール・ステアリング比との関係を示
す線図、第５図は本発明の他の実施例の垂直断面図であ
る。 １……ラック・ピニオン式ステアリング装置、２……ハ
ウジング、４……ピニオン、５……ラック、６，６’…
…螺旋歯、７，７’……第１と第２のピニオン部分、１
１……減速比可変装置、１２……減速比可変スリーブ、
１３……スリーブ螺旋運動手段、１４，１４’……内歯
、１５……カム溝、１６……ピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングと、前記ハウジング内に回転自在に支持
   されハンドルから回転を受けるピニオンと前記ハウジン
   グ内に摺動自在に支持され前記ピニオンに噛合っていて
   タイロッドに連結されているラックとから成るランク・
   ピニオン式ステアリング装置において前記ピニオンは相
   互に逆向きの螺旋歯を有し相互に独立して回転する第１
   と第２のピニオン部分から成っていて前記第１のピニオ
   ン部分は前記ハンドルに連結され前記第２のピニオン部
   分は前記ランクに噛合っており、また前記ハウジング内
   に回転自在で且つ軸線方向に摺動自在に支持され前記第
   １のピニオン部分に噛合う螺旋内歯を有し前記第２のピ
   ニオン部分に回転力を受けるように連結された減速比可
   変スリーブと、前記ハウジングと前記可変スリーブとの
   接触面間に設けられ可変リード角のカム溝と前記カム溝
   に係入されたピンとを含むスリーブ螺旋運動手段とから
   成る減速比可変位置を更に備えていることを特徴とする
   ランク・ピニオン式ステアリング装置。 ２ 前記減速比可変スリーブは前記第２のピニオン部分
   に噛合う螺旋内歯を有し前記螺旋内歯によって前記第２
   のピニオン部分に連結されている特許請求の範囲第１項
   に記載のラック・ピニオン式ステアリング装置。 ３ 前記減速比可変スリーブは前記第２のピニオン部分
   に直接機械的に接続されている特許請求の範囲第１項に
   記載のラック・ピニオン式ステアリング装置。 ４ 前記スリーブ螺旋運動手段のカム溝は前記可変スリ
   ーブの外周面に設けられ、ピンは前記ハウジングの内周
   面に取付けられている特許請求の範囲第１項、第２項又
   は第３項に記載のラック・ピニオン式ステアリング装置
   。 ５ 前記スリーブ螺旋運動手段のカム溝は前記ハウジン
   グの内周面に設けられ、ピンは前記可変スリーブの外周
   面に取付けられている特許請求の範囲第１項、第２項又
   は第３項に記載のラック・ピニオン式ステアリング装置
   。 ６ 前記カム溝の可変リード角は前記ハンドルのニュー
   トラル位置及びその左右の僅かの回転位置付近で０であ
   る特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の
   ラック・ピニオン式ステアリング装置。 ７ 前記カム溝の可変リード角は前記ハンドルのニュー
   トラル位置及びその左右の僅かの回転位置付近で山形に
   小さく変化している特許請求の範囲第１項乃至第５項の
   いずれかに記載のラック・ピニオン式ステアリング装置
   。