JPS63267B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は制御入力部に遊星歯車機構を備えたパ
ワーステアリング装置の改良に関する。

従来この種のパワーステアリング装置は、本出
願人により数多く（例えば特開昭49−85728号及
び特開昭50−64927号等参照）提案されており、
これ等の基本的な部分の構造は以下のように構成
されている。

第１図において、１はシリンダハウジング、２
は差動機構ハウジング、３はインプツトシヤフト
でハンドルに連結してある。４はセクターギヤー
で、操舵輪のピツトマンアームに連結してあり、
最終的にインプツトシヤフト３の回転（入力）に
比例してセクターギヤ４が回転（出力）し、操舵
輪を転舵する。シリンダハウジング１内にはセク
ターギヤ４と噛合するピストン５が配置され、両
側に作動室Ａ，Ｂを区画形成している。筒状のス
クリユーシヤフト６はこのピストン５の内周面の
螺旋溝中に配列されたボール列などを介して螺合
し、ピン７，８によりトーシヨンバー９を介して
上記インプツトシヤフト３に連結してある。

遊星歯車機構Ｃとしてはインプツトシヤフト３
及びスクリユーシヤフト６の対向端部には、円周
ストツパ部１０を形成して両シヤフト３，６が所
定の相対回転角度以上では衝合して回転トルクを
伝え、トーシヨンバー９の捩れを規制できるよう
に嵌合すると共に、両シヤフト３，６の端部外周
には双方にまたがつて円筒状の共通のサンギヤ１
１を回転自在に嵌装配置し、かつこのサンギヤ１
１の外周には歯型部分１１ａ，１１ｂを形成する
と共に、これら両歯型部分１１ａ，１１ｂに夫々
噛合する複数のプラネツトキヤ１２ａ，１２ｂを
ピン１３ａ，１３ｂにて夫々インプツトシヤフト
３とスクリユーシヤフト６の各端部に対称的に配
設する。これ等各プラネツトギヤ１２ａ，１２ｂ
の外側は夫々回転自在なリングギヤ１４ａと固定
されたリングギヤ１４ｂとに噛合され、回動自在
に支承された一方のリングギヤ１４ａはロツド１
５を介して第２図に示す制御バルブ１７のスプー
ル１６に連結され、他方のリングギヤ１４ｂはハ
ウジング２に固定されている。制御バルブ１７は
このスプール１６の移行に伴つて環状の各ポート
Ｐ、Ｔ、M_AM_Bを適宜接続し、シリンダハウジン
グ１内に区画された作動室ＡあるいはＢへ圧力流
体を選択的に供給する。

ハンドルを転舵しインプツトシヤフト３を回転
させるとき、操向車輪に連結されたセクターギヤ
４は車輪の接地抵抗が大きいために言わば固定状
態にあるとみなすことができるため、これに噛合
するピストン５、更にはスクリユーシヤフト６は
静止しており、一方サンギヤ１１もブラネツトギ
ヤ１２ｂが公転できないのでリングギヤ１４ｂと
同様に固定状態に保持されている。従つて、イン
プツトシヤフト３側のプラネツトギヤ１２ａはサ
ンギヤ１１が固定状態にあるので、トーシヨンバ
ー９を捩りつつストツパ部１０が衝合するまでの
相対回転角度範囲内で自転しつつ公転を生じ、リ
ングギヤ１４ａを回転させてスプール１６を移行
させる。切換えられた制御バルブ１７は油圧ポン
プからの圧力流体をピストン５内の区画された作
動室ＡまたはＢの一方へ給送すると同時にＢまた
はＡの作動油をタンクへと戻す。これに伴つてピ
ストン５が移動を始めセクターギヤ４を回転させ
る。同時にインプツトシヤフト３の回転力（操舵
力）はトーシヨンバー９を捩りながら他方のスク
リユーシヤフト６に伝達されているため、ピスト
ン４の移動でスクリユーシヤフト６がインプツト
シヤフト３と同方向に回転しだすとサンギヤ１１
は結局僅かの回転位相遅れをもちつつこれ等と同
一回転速度で回転し始める。このサンギヤ１１と
噛み合うプラネツトギヤ１２ｂは、リングギヤ１
４ｂが固定されているため公転を始め、他方、リ
ングギヤ１４ａを回転させていたプラネツトギヤ
１２ａはサカギヤ１１の回転によつてスクリユー
シヤフト６側のプラネツトギヤ１２ｂと同様に自
転及び公転運動を併行し、この結果リングギヤ１
４ａをその位置に停止させる。つまり、制御バル
ブ１７を切換えた状態に維持し、以後インプツト
シヤフト３が停止されるまで作動室内に圧力流体
を供給し続ける。

スクリユーシヤフト６の回転により、これと螺
合するピストン５はピツチ比例量移行するのであ
るが作動室ＡまたはＢに給送された上記圧力流体
により、この移行動作は円滑に行なわれ、操縦者
は極めて僅かの力でセクターギヤ４を回転させ、
転向操作させることができる。そして、インプツ
トシヤフト３が回転している間はピストン５はこ
のピツチ比例量だけ作動流体により移行され追従
していく。

インプツトシヤフト３を停止させると、サンギ
ヤ１１はトーシヨンバー９に付与された捩り量相
当分だけ逆回転して停止する。この停止するまで
の僅かの間プラネツトギヤ１２ａ，１２ｂは継続
して回転しているため、今まで停止していたリン
グギヤ１４ａは逆方向に回転し初期位置で停止す
る。つまり、インプツトシヤフト３の回転時に付
与したトーシヨンバー９の捩り量相当分だけリン
グギヤ１４ａは回動したことになりこれに応じて
スプール１６も中立位置に復帰することになる。

以上のように構成される結果、装置のコンパク
ト化がはかれるという利点をもつのであるが、反
面、この種遊星ギヤ列を用いるとギヤの噛み合い
上バツクラツシユを伴うため、実験によると、第
３図に示すような入力と出力との特性関係におい
て、微小変動（いわゆるビビリ）を生じるという
問題が明らかになつた。

このビビリの原因について入力角とビビリの関
係を調べると、ビビリ１ピツチの角度はリングギ
ヤの歯数Ｚとの間360゜／Ｚと略々一致し遊星歯車
機構における歯車の噛み合い状態が大きな影響を
与えることが確認された。

つまり、制御バルブ１７を作動させるのはリン
グギヤ１４ａであつて、しかも、バルブストロー
クとリングギヤ回動量との関係からこのリングギ
ヤ１４ａが微小回転しても、制御バルブ１７の流
量変化は相当に大きいものとなり、結局、このリ
ングギヤ１４ａが多少でも回転変位を生じるとす
ると、即座に入―出力特性にビビリが生じてしま
う。

そして、このリングギヤ１４ａはプラネツトギ
ヤ１２ａを介して駆動されるため、これらの噛み
合い状態に遊びや変動が生じたり、あるいは噛み
合い率が低いと、どうしても安定した回転伝達支
持が得られないために、リングギヤ１４ａは微小
な回転変位を生じ、上記のようなビビリの原因と
なつていた。

即ち、各歯車の加工精度がたとえ良好であつて
もとくに噛み合い率が低い場合、例えば一対の歯
同志しか噛み合つていない状態では、リングギヤ
は次の一対の歯が噛み合うまで逆転可能であるの
で、その分噛み合いが不安定となつてビビリを発
生し、一方ギヤの噛み合い率が高ければ、複数組
の歯が同時に噛み合つている比率がそれだけ大き
くなるため、各組の接触歯間の滑りはほとんど無
視でき、リングギヤは安定して回転伝達支持され
るので、逆転もなくビビリはそれだけ少なくな
る。

ところで、現行のプラネツトギヤ１２ａは第２
図にも明らかなように、荷重配分を均等化するた
めに、Θ＝120゜の等間隔で３個が配設されてお
り、この状態では、各プラネツトギヤ１２ａは互
いに全く同一的な噛み合い状態をもつてサンギヤ
１１とリングギヤ１４ａとに噛み合つているため
に、全体的な噛み合い率は、単一のプラネツトギ
ヤ１２ａの噛み合い率と変わりはない。

つまり、プラネツトギヤ１２ａの歯山がサンギ
ヤ１１に噛み合つているときは、リングギヤ１４
ａに対しても歯山で噛み合い、たとえばプラネツ
トギヤ１２ａの歯山でサンギヤ１１に噛み合つい
るときにリングギヤ１４ａに対しては歯谷で噛み
合うというように、サンギヤ１１とリングギヤ１
４ａに対する噛み合い状態が異なることがなく、
このような関係が他の２つのプラネツトギヤ１２
ａについても同様に維持されるので、全体的には
３つのプラネツトギヤ１２ａによりサンギヤ１１
とリングギヤ１４ａとの間で噛み合いが行なわれ
るにも拘わらず、その噛み合い率は単一のプラネ
ツトギヤ１２ａの噛み合い率と変わらないのであ
る。

今、サンギヤ１１の歯数Z₁＝42、リングギヤ１
４ａの歯数Z₂＝66で噛み合い率を計算すると約
1.48を得るが（例えば「歯車入門」株式会社オー
ム社 昭和38年１月20日発行参照）、噛み合い率
1.48ということは、例えば第５図Ａに示すよう
に、ある１対の歯が噛み合いを始めて終了するま
での間を１とすると、噛み合せの始めと終わりの
0.48の間は２対の歯が噛み合つているが、他の
0.52の間は１対の歯しか噛み合つていないことを
意味し、結局、低い噛み合い率しか確保できない
ために、上記したような噛み合い上の不具合を生
じビビリの解消は困難であつた。また、噛み合い
率を高める最も簡単な方法は、歯数を増すことで
あるが、設置スペースを大きくせずに歯数を増す
にはモジユールを下げる他なく、大幅な変更と強
度上の問題も生じてくる。

本発明はかかる点に鑑み、リングギヤとサンギ
ヤに対して噛み合うプラネツトギヤを、互いの位
置関係が荷重配分を大きく乱さない範囲内で、配
置角度間隔を異ならせて、サンギヤとリングギヤ
に対する各プラネツトギヤの噛み合い状態を異な
るように設定することにより、全体としての噛み
合い率を著しく高めて噛み合いのガタを減らし、
もつて入―出力特性の微少変動が極めて少ないパ
ワーステアリング装置を提供するものである。

以下、実施例を図面に基づいて説明する。

第４図は遊星歯車機構の正面図であつて、サン
ギヤ１１ａの歯数Z₁＝42、リングギヤ１４ａの歯
数Z₂＝66で、３個のプラネツトギヤ１２Ａ，１２
Ｂ，１２Ｃをその内の１ケの噛み合い状態が正反
対となるように配置する場合を示し、第１のプラ
ネツトギヤ１２Ａを基準として時計方向にΘ＝
90゜の位置に第２のプラネツトギヤ１２Ｂ、さら
に210゜と240゜との間、即ち、本発明の場合は240゜
の場合でプラネツトギヤ１２Ｂとの角度間隔Θ₂
＝150゜の位置に第３のプラネツトギヤ１２Ｃが配
置される（Θ₃＝120゜）。なお、参考のために従来
の120゜の等間隔の配置状態も示してある。

この場合、遊星歯車の噛み合い定理から、プラ
ネツトギヤ１２Ａを基準として、30゜毎に噛み合
い状態は逆になる。

たとえば基準のプラネツトギヤ１２Ａがサンギ
ヤ１１ａに対して歯山で噛み合うときに、リング
ギヤ１４ａに対しても歯山で噛み合うとすると、
30゜ずれた位置ではサンギヤ１１ａに対しては歯
谷で噛み合うと共に、リングギヤ１４ａに対して
も歯谷で噛み合うのであり、60゜ずれた位置では
元に戻つて共に歯山が噛み合う。

したがつてこの噛み合い状態は、30゜―逆転、
60゜―同一、90゜―逆転、120゜―同一、150゜―逆転
…というようになる。

したがつて、基準プラネツトギヤ１２Ａの噛み
合い状態に対して第２のプラネツトギヤ１２Ｂは
逆の噛み合い状態、第３のプラネツトギヤ１２Ｃ
はその中間の噛み合い状態となる。

このため、プラネツトギヤ１２Ａと１２Ｂと１
２Ｃとにおける個々の噛み合い率そのものは、従
来と同一であつても互いの噛み合い状態が相違す
ることにより、その分だけ全体として噛み合い接
触状態が増してくるのであり、本発明では全体的
な噛み合い率としては、約1.96となり、例えば第
５図Ｂに示すように、２対の歯が噛み合つている
区域が増すのでガタ等がなく安定した回転伝達支
持を得ることができ、回転ずれの生じない最低噛
み合い率の2.0に極めて近い状態にするこてがで
きる。

なお、中間の噛み合い状態となるプラネツトギ
ヤ１２Ｃについては、場合によつては、他のプラ
ネツトギヤ１２Ａまたは１２Ｂに対して等角度配
置としてもよく、このときは、荷重バランスを考
慮して、プラネツトギヤ１２Ａと１２Ｂとの角度
間隔が90゜、プラネツトギヤ１２Ａと１２Ｃとの
角度間隔Θ₃＝135゜に設定するとよい。

以上のように構成した結果、リングギヤ１４ａ
に対して、プラネツトギヤ１２Ａ，１２Ｂ，１２
Ｃの全体的な噛み合い率は約2.0に近づき、極め
てガタや滑りが少なく、従つて微少な回転変位も
生じなくなり、このため、制御バルブ１７のリタ
ーンスプリングの中立ポジシヨン付勢力による、
１対の歯の噛み合いから次の歯の噛み合いまでの
間の噛合間隙に起因したリングギヤ１４ａの微少
回転変位に基づく制御バルブ１７の微少ストロー
クの変位を確実に防止できるのである。

これにより、制御バルブ１７を介して制御され
る流量の変動もなく、安定化できるので、いわゆ
るビビリ現象を実用上殆んど無視できる程度に解
消できる。また、リングギヤ１４ａ，１４ｂとサ
ンギヤ１１との歯数は３ケのプラネツトギヤ１２
ａ，１２ｂ，１２ｃに対し、３の倍数に設定され
ているので、プラネツトの所定位置での自転が可
能で、公転方向の送りが発生しないように構成さ
れている。

以上のように本発明によれば、各プラネツトギ
ヤ相互の配置角度間隔を異ならせて、各プラネツ
トギヤのリングギヤとサンギヤに対する噛み合い
状態を異ならせ、噛み合い接触の多い噛合状態に
することにより、極めて簡単な手段でありながら
リングギヤの安定した回転伝達支持を図り、制御
バルブの微少ストローク変位を押さえることがで
き、これによりパワーステアリングの入―出力特
性のビビリ現象を回避することができ、円滑な比
例特性をもつたパワーステアリング装置を提供す
ると共に、その操舵フイーリングの改善が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の縦断面図、第２図は第１図
の−線断面図、第３図はその出力特性図、第
４図は本発明の遊星歯車部の正断面図、第５図
Ａ，Ｂは遊星歯車部の噛み合い状態をモデル化し
たグラフである。 ３…インプツトシヤフト、４…セクターギヤ、
５…ピストン、６…スクリユーシヤフト、１０…
円周ストツパ部、１１…サンギヤ、１２Ａ，１２
Ｂ，１２Ｃ…プラネツトギヤ、１４ａ，１４ｂ…
リングギヤ、１６…スプール、１７…制御バル
ブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パワーシリンダへの供給流体を制御する制御
   バルブを、トーシヨンバーを介して連係されたイ
   ンプツトシヤフトとスクリユーシヤフトとの差動
   状態に対応して作動するよう互いに共通のサンギ
   ヤを介して直列的に組合わされた２組の遊星歯車
   機構のインプツトシヤフト側のリングギヤを介し
   て切換制御するようにしたパワーステアリング装
   置において、上記２個のリングギヤと共通のサン
   ギヤとの間に各々介装される少なくとも３個のプ
   ラネツトギヤを、相互の配置角度間隔を異ならせ
   てサンギヤとリングギヤに対する互いの噛み合い
   状態の少なくとも１つは他と異なるように配設し
   てなるパワーステアリング装置。 ２ 前記サンギヤとリングギヤに対するプラネツ
   トギヤの各噛み合い状態は、第１のプラネツトギ
   ヤを共に歯山で噛み合うものとしたとき、第２の
   プラネツトギヤは共に歯谷で噛み合い、第３のプ
   ラネツトギヤはこの中間の噛み合い状態になるよ
   うに噛み合せてなる特許請求の範囲第１項記載の
   パワーステアリング装置。