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  • 再表WO2020009074-ステアリングホイールの反力付与装置 図000003
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2020年1月9日
【発行日】2021年7月8日
(54)【発明の名称】ステアリングホイールの反力付与装置
(51)【国際特許分類】
   B62D 5/04 20060101AFI20210611BHJP
【FI】
   B62D5/04
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】20
【出願番号】特願2020-528987(P2020-528987)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2019年7月1日
(31)【優先権主張番号】特願2018-126295(P2018-126295)
(32)【優先日】2018年7月2日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2019-18476(P2019-18476)
(32)【優先日】2019年2月5日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000811
【氏名又は名称】特許業務法人貴和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】疋田 真史
(72)【発明者】
【氏名】松田 靖之
(72)【発明者】
【氏名】森田 竜峰
【テーマコード(参考)】
3D333
【Fターム(参考)】
3D333CB02
3D333CB45
3D333CC13
3D333CD14
3D333CD16
3D333CD21
3D333CE04
(57)【要約】
【課題】小型に構成することができる、ステアリングホイールの反力付与装置の構造を実現する。
【解決手段】
二段歯車3a、3bは、ステアリングシャフト1と平行に配置された中間軸9と、該中間軸9に配され、かつ、ステアリングシャフト1のシャフト側歯部4と噛合する第1の歯部10と、該中間軸9のうちで第1の歯部10よりも電動モータ2側の部分に配され、かつ、電動モータ2のモータ側歯部8と噛合する第2の歯部11とを有する。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シャフト側歯部を有するステアリングシャフトと、
前記ステアリングシャフトと同軸に配置された出力軸と、該出力軸の先端部に配されたモータ側歯部とを有する電動モータと、
前記ステアリングシャフトと平行に配置された中間軸と、該中間軸に配され、かつ、前記シャフト側歯部と噛合する第1の歯部と、該中間軸のうちで該第1の歯部よりも前記電動モータ側の部分に配され、かつ、前記モータ側歯部と噛合する第2の歯部とを有する、少なくとも1個の二段歯車と、
を備える、ステアリングホイールの反力付与装置。
【請求項2】
前記少なくとも1個の二段歯車は、複数個の二段歯車により構成される、請求項1に記載のステアリングホイールの反力付与装置。
【請求項3】
前記少なくとも1個の二段歯車を、前記ステアリングシャフトの径方向に関して内側に向けて付勢する付勢機構をさらに備える、請求項1または2に記載のステアリングホイールの反力付与装置。
【請求項4】
前記中間軸がトーションバーであり、
前記少なくとも1個の二段歯車によりトルクを伝達していない状態において、前記中間軸が捩れ方向の弾力を発揮している、請求項1〜3のいずれか1項に記載のステアリングホイールの反力付与装置。
【請求項5】
前記少なくとも1個の二段歯車が、前記第1の歯部と前記第2の歯部とが所定角度以上相対回転することを阻止するストッパ機構をさらに有する、請求項4に記載のステアリングホイールの反力付与装置。
【請求項6】
前記ステアリングシャフトと前記出力軸との軸合わせを行う軸合わせ部をさらに備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載のステアリングホイールの反力付与装置。
【請求項7】
前記軸合わせ部は、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの一方に備えられた凹部と、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの他方に備えられ、かつ、前記凹部の内径側に配置された凸部と、前記凹部の内周面と前記凸部の外周面との間に、径方向に関するがたつきなく配置されたスリーブとを備える、請求項6に記載のステアリングホイールの反力付与装置。
【請求項8】
前記軸合わせ部は、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの一方に備えられた凹部と、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの他方に備えられ、かつ、前記凹部の内径側に配置された凸部と、前記凹部の内周面と前記凸部の外周面との間に、転動自在に配置された複数個の転動体とを備える、請求項6に記載のステアリングホイールの反力付与装置。
【請求項9】
前記軸合わせ部は、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの一方に備えられた凹部と、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの他方に備えられ、前記凹部に径方向に関するがたつきなく、かつ、相対回転を可能に内嵌された凸部とを備える、請求項6に記載のステアリングホイールの反力付与装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ステアバイワイヤ方式のステアリングシステムに組み込まれる、ステアリングホイールの反力付与装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ステアバイワイヤ方式のステアリングシステムは、ステアリングホイールを有する操舵装置と、該操舵装置に電気的に接続された、1対の操舵輪に舵角を付与するための転舵装置とを備える。前記操舵装置は、ステアリングホイールの操作量を検出するためのセンサをさらに備え、該センサの出力信号に基づいて、転舵装置のアクチュエータを駆動することにより、1対の操舵輪に舵角を付与する。
【0003】
ステアバイワイヤ方式のステアリングシステムは、ステアリングホイールの操作量に対する操舵輪の舵角を、車両の走行速度などに応じて調節することができるといった利点を有する。特に、操舵装置と転舵装置とが機械的に接続されていない構造では、ステアリングシステムの設計の自由度の向上を図ることができ、かつ、右ハンドル車と左ハンドル車で部品を共通化することができる。
【0004】
ところで、ステアバイワイヤ方式のステアリングシステムは、ステアリングホイールに対し、電動モータにより操作反力を付与するように構成されている。
【0005】
特開2007−55453号公報に記載のステアリングシステムは、電動モータの動力をステアリングシャフトに、減速機構などを介することなく、直接付与するように構成されている。このようなダイレクトドライブ方式の構造では、電動モータが大型化するといった問題が生じる。
【0006】
これに対し、特開2009−73334号公報に記載のステアリングシステムは、1対の電動モータの出力軸をステアリングシャフトと平行に配置し、電動モータのそれぞれの動力を、二段歯車を介してステアリングシャフトに付与するように構成されている。具体的には、二段歯車のそれぞれの大径側歯部を、電動モータの出力軸に配したモータ側歯部に噛合させ、かつ、二段歯車のそれぞれの小径側歯部を、ステアリングシャフトに配したシャフト側歯部に噛合させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2007−55453号公報
【特許文献2】特開2009−73334号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特開2009−73334号公報に記載のステアリングシステムでは、1対の電動モータの出力軸をステアリングシャフトと平行に配置しているため、ステアリングシャフトの周囲に体積が嵩む電動モータが配置されることになり、ステアリングホイールに操作反力を付与する反力付与装置が全体として大型化するといった問題が生じる。
【0009】
本発明は、上述のような事情に鑑みて、小型に構成することができる、ステアリングホイールの反力付与装置の構造を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のステアリングホイールの反力付与装置は、ステアリングシャフトと、電動モータと、少なくとも1個の二段歯車とを備える。
前記ステアリングシャフトは、シャフト側歯部を有する。
前記電動モータは、前記ステアリングシャフトと同軸に配置された出力軸と、該出力軸の先端部に配されたモータ側歯部とを有する。
前記少なくとも1個の二段歯車は、前記ステアリングシャフトと平行に配置された中間軸と、該中間軸に配され、かつ、前記シャフト側歯部と噛合する第1の歯部と、該中間軸のうちで該第1の歯部よりも前記電動モータ側の部分に配され、かつ、前記モータ側歯部と噛合する第2の歯部とを有する。
【0011】
前記少なくとも1個の二段歯車は、複数個の二段歯車により構成されることが好ましく、3個の二段歯車により構成されることがより好ましい。ただし、前記少なくとも1個の二段歯車を、2個または4個以上の二段歯車により構成することもできるし、1個の二段歯車により構成することもできる。
【0012】
本発明のステアリングホイールの反力付与装置は、前記少なくとも1個の二段歯車を、前記ステアリングシャフトの径方向に関して内側に向けて付勢する付勢機構をさらに備えたものとすることができる。なお、前記少なくとも1個の二段歯車が、前記複数個の二段歯車により構成されている場合には、該複数個の二段歯車のうちの少なくとも1個の二段歯車に関して、前記付勢機構を備えることができる。
【0013】
前記中間軸をトーションバーとし、前記少なくとも1個の二段歯車によりトルクを伝達していない状態において、前記中間軸に捩れ方向の弾力を発揮させることができる。この場合、前記少なくとも1個の二段歯車は、前記第1の歯部と前記第2の歯部とが所定角度以上相対回転することを阻止するストッパ機構をさらに有することができる。なお、前記少なくとも1個の二段歯車が、前記複数個の二段歯車により構成されている場合には、該複数個の二段歯車のうちの少なくとも1個の二段歯車の前記中間軸をトーションバーとし、前記少なくとも1個の二段歯車によりトルクを伝達していない状態において、前記中間軸に捩れ方向の弾力を発揮させる。
【0014】
前記ステアリングシャフトと前記出力軸との軸合わせを行う軸合わせ部をさらに備えることが好ましい。
【0015】
前記軸合わせ部は、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの一方に備えられた凹部と、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの他方に備えられ、かつ、前記凹部の内径側に配置された凸部と、前記凹部の内周面と前記凸部の外周面との間に、径方向に関するがたつきなく配置されたスリーブとを備えることができる。
【0016】
あるいは、前記軸合わせ部は、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの一方に備えられた凹部と、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの他方に備えられ、かつ、前記凹部の内径側に配置された凸部と、前記凹部の内周面と前記凸部の外周面との間に、転動自在に配置された複数個の転動体とを備えることができる。
【0017】
あるいは、前記軸合わせ部は、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの一方に備えられた凹部と、前記ステアリングシャフトと前記出力軸とのうちの他方に備えられ、前記凹部に径方向に関するがたつきなく、かつ、相対回転を可能に内嵌された凸部とを備えることができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明のステアリングホイールの反力付与装置によれば、電動モータの出力軸をステアリングシャフトと同軸に配置しているため、装置全体として小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1図1は、本発明の実施の形態の第1例に係るステアリングホイールの反力付与装置を示す斜視図である。
図2図2は、本発明の実施の形態の第1例に係るステアリングホイールの反力付与装置について、減速機構を取り出して示す斜視図である。
図3図3は、図2の左側から見た端面図である。
図4図4は、本発明の実施の形態の第1例に係るステアリングホイールの反力付与装置を示す、要部拡大断面図である。
図5図5は、本発明の実施の形態の第2例に係るステアリングホイールの反力付与装置について、二段歯車を取り出して示す斜視図である。
図6図6は、本発明の実施の形態の第2例に係るステアリングホイールの反力付与装置について、二段歯車を取り出して示す断面図である。
図7図7は、図6のX−X断面図である。
図8図8は、本発明の実施の形態の第3例に係るステアリングホイールの反力付与装置を示す、要部拡大断面図である。
図9図9は、本発明の実施の形態の第3例に係るステアリングホイールの反力付与装置について、ステアリングシャフトと、電動モータの出力軸と、スリーブとを取り出して示す、分解斜視図である。
図10図10は、本発明の実施の形態の第4例に係るステアリングホイールの反力付与装置を示す、要部拡大断面図である。
図11図11は、本発明の実施の形態の第5例に係るステアリングホイールの反力付与装置を示す、要部拡大断面図である。
図12図12は、本発明の実施の形態の第6例に係るステアリングホイールの反力付与装置を示す、要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
[実施の形態の第1例]
図1図4は、本発明の実施の形態の第1例を示している。本例のステアリングホイールの反力付与装置は、ステアリングシャフト1と、電動モータ2と、3個の二段歯車3a、3bとを備える。
【0021】
ステアリングシャフト1は、シャフト側歯部4を有する。本例では、シャフト側歯部4は、ステアリングシャフト1の先端部(前端部。図1図2および図4の右端部)に備えられている。シャフト側歯部4は、ステアリングシャフト1と同軸に配置されており、該ステアリングシャフト1と一体的に回転する。シャフト側歯部4は、所定のピッチ円直径および所定の歯数を有する。なお、ステアリングシャフト1は、車体に対し支持されたステアリングコラム5の内径側に、転がり軸受6を介して回転自在に支持されている。ステアリングコラム5の後端部よりも後方に突出した、ステアリングシャフト1の後端部(図1の左端部)には、図示しないステアリングホイールが取り付けられる。
【0022】
電動モータ2は、ステアリングシャフト1と同軸に配置された出力軸7と、該出力軸7の先端部(後端部)に配されたモータ側歯部8とを有する。モータ側歯部8は、出力軸7と同軸に配置されており、該出力軸7と一体的に回転する。また、モータ側歯部8は、シャフト側歯部4のピッチ円直径よりも小さいピッチ円直径を有し、かつ、シャフト側歯部4の歯数よりも少ない歯数を有する。
【0023】
二段歯車3a、3bのそれぞれは、中間軸9と、第1の歯部10と、第2の歯部11とを有する。中間軸9は、ステアリングシャフト1の径方向に関して該ステアリングシャフト1の外方に、該ステアリングシャフト1と平行に配置されている。第1の歯部10は、中間軸9の軸方向に関してステアリングシャフト1側の部分(後側部分)の周囲に、中間軸9を中心とする回転を自在に配され、かつ、ステアリングシャフト1のシャフト側歯部4と噛合する。第1の歯部10は、所定のピッチ円直径および歯数を有する。第2の歯部11は、中間軸9の軸方向に関して電動モータ2側の部分(前側部分)の周囲に、第1の歯部10と同期して回転するように配され、かつ、電動モータ2のモータ側歯部8と噛合する。第2の歯部11は、第1の歯部10のピッチ円直径よりも大きいピッチ円直径を有し、かつ、第1の歯部10の歯数よりも多い歯数を有する。
【0024】
本例では、ステアリングシャフト1のシャフト側歯部4と、第1の歯部10および第2の歯部11を有する二段歯車3a、3bと、電動モータ2のモータ側歯部8とにより、電動モータ2の動力を減速してステアリングシャフト1に伝達するための減速機構12を構成している。なお、ステアリングシャフト1と電動モータ2の出力軸7との間の減速比は、3以上6以下であることが好ましい。
【0025】
本例では、減速機構12を、ハウジング13内に収納している。ハウジング13は、前方に配置された前側ハウジング素子14と、後方に配置された後側ハウジング素子15とを、ボルト16により結合固定してなる。前側ハウジング素子14には、電動モータ2が支持固定されており、後側ハウジング素子15は、ステアリングコラム5の前端部に支持固定されている。
【0026】
本例のステアリングホイールの反力付与装置は、二段歯車3a、3bのうちの1個の二段歯車3aを、ステアリングシャフト1の径方向に関して内側に向けて弾性的に付勢する付勢機構17をさらに備える。
【0027】
本例では、3個の二段歯車3a、3bは、ステアリングシャフト1および電動モータ2の出力軸7の周囲に円周方向に関して不等間隔に設置されている。具体的には、ステアリングシャフト1の中心軸Oおよび付勢機構17により付勢される二段歯車3aの中心軸Oに直交する仮想直線αと、ステアリングシャフト1の中心軸Oおよび付勢機構17により付勢されない二段歯車3bの中心軸Oに直交する仮想直線βとのなす角度θが、仮想直線β同士のなす角度φよりも小さくなっている(θ<φ)。ただし、3個の二段歯車3a、3bを、ステアリングシャフト1および電動モータ2の出力軸7の周囲に円周方向に関して等間隔に設置することもできる。二段歯車を複数個備える場合、二段歯車同士の円周方向に関する間隔は、二段歯車の総数、第1の歯部の歯数および第2の歯部の歯数に応じて決定される。
【0028】
本例では、二段歯車3a、3bのそれぞれは、中間軸9を構成する軸部材18と、筒形状を有する筒部材19と、1対の転がり軸受20a、20bとを備える。軸部材18は、軸方向中間部の大径部21と、該大径部21の軸方向両端部から軸方向に突出し、かつ、矩形の断面形状を有する1対の平板部22とを有する。筒部材19は、軸方向中間部に径方向外方に突出したフランジ部23を備え、かつ、軸方向に関してフランジ部23よりもステアリングシャフト1側の外周面に形成された第1の歯部10と、フランジ部23の外周面に形成された第2の歯部11とを有する。
【0029】
二段歯車3a、3bのそれぞれは、軸部材18の大径部21の外周面の軸方向両端部と、筒部材19の内周面の軸方向両端部との間に転がり軸受20a、20bをそれぞれ設置して、軸部材18の軸方向中間部の周囲に筒部材19を回転自在に支持することにより構成されている。図示の例では、転がり軸受20a、20bとして、深溝玉軸受を使用しているが、円筒ころ軸受や円すいころ軸受、滑り軸受などを使用することもできる。また、筒部材19は、全体を一体に構成されているが、第1の歯部10を有する第1の部材と、第2の歯部11とを有する第2の部材とを相対回転不能に結合することにより構成することもできる。
【0030】
二段歯車3a、3bのうち、付勢機構17により付勢される1個の二段歯車3aは、中間軸9の軸方向両端部(平板部22)をハウジング13の内側に、ステアリングシャフト1の径方向に関する変位を可能に支持されている。
【0031】
本例では、二段歯車3aは、軸部材18の平板部22のそれぞれを径方向に貫通する貫通孔24を有する。
【0032】
また、ハウジング13は、1対のガイド孔25と、1対のねじ孔26と、1対の円孔27とを有する。1対のガイド孔25は、互いに対向する、前側ハウジング素子14の後側面と後側ハウジング素子15の前側面との互いに整合する部分、すなわちステアリングシャフト1の径方向および円周方向に関する位置が一致する部分に形成されている。ガイド孔25は、ステアリングシャフト1の径方向に一致する方向の長径と、該ステアリングシャフト1の径方向(該長径の方向)および軸部材18の軸方向に直交する方向の短径とを有する長円形の断面形状を備える。1対のねじ孔26は、前側ハウジング素子14および後側ハウジング素子15の外周面とガイド孔25の内周面とを、ステアリングシャフト1の径方向に連通するように形成されている。1対の円孔27は、前側ハウジング素子14および後側ハウジング素子15の内周面とガイド孔25の内周面とを、ステアリングシャフト1の径方向に連通するように形成されている。
【0033】
二段歯車3aは、平板部22をガイド孔25の内側に、支持部材28を用いて、ステアリングシャフト1の径方向に関する変位を可能に支持している。支持部材28は、軸部29と、軸部29の基端部(図4の上端部)に形成された頭部30と、該頭部30の外周面に形成された雄ねじ部31とを有する。支持部材28は、軸部29の先端部を円孔27に挿入し、軸部29の中間部を、ガイド孔25の内側に挿入された平板部22の貫通孔24に、がたつきなく、かつ、支持部材28の軸方向に関する相対変位を可能に挿通するとともに、雄ねじ部31をねじ孔26に螺合している。これにより、二段歯車3aを、ステアリングシャフト1の径方向に関する変位を可能に支持している。
【0034】
本例では、支持部材28の頭部30の座面32と、該座面32に対向する、二段歯車3aの平板部22の平坦面との間に、弾性部材33を挟持し、該弾性部材33の弾力により、二段歯車3aを、ステアリングシャフト1の径方向に関して内側に弾性的に付勢している。これにより、第1の歯部10をシャフト側歯部4に向けて弾性的に付勢し、かつ、第2の歯部11をモータ側歯部8に向けて弾性的に付勢している。すなわち、本例では、弾性部材33により、付勢機構17が構成されている。弾性部材33は、たとえば、捩りコイルばねや円筒形状を有するゴムなどにより構成される。
【0035】
二段歯車3a、3bのうち、付勢機構17により付勢されない2個の二段歯車3bは、中間軸9の軸方向両端部をハウジング13の内側に支持固定している。具体的には、本例では、前側ハウジング素子14の後側面と後側ハウジング素子15の前側面との互いに整合する部分に矩形孔が形成され、かつ、二段歯車3bの平板部22が該矩形孔にがたつきなく挿入または圧入されている。
【0036】
本例のステアリングホイールの反力付与装置は、運転者によりステアリングホイールが操作されると、電動モータ2の出力軸7を回転駆動する。出力軸7の回転トルクは、減速機構12により増大され、ステアリングシャフト1に伝達され、該ステアリングシャフト1を介して、ステアリングホイールに操作反力が付与される。なお、ステアリングホイールに付与する操作反力の大きさは、センサにより取得した、ステアリングホイールの操舵角やステアリングシャフト1が伝達するトルクなどに応じて決定される。
【0037】
本例のステアリングホイールの反力付与装置では、ステアリングシャフト1と、ステアリングホイールに付与する操作反力の発生源である電動モータ2の出力軸7とを同軸に配置している。したがって、本例のステアリングホイールの反力付与装置は、特開2009−73334号公報に記載の構造のように、1対の電動モータをステアリングシャフトの周囲に配置した構造と比較して、装置全体として小型に構成することができる。
【0038】
本例では、電動モータ2の動力を、モータ側歯部8と二段歯車3a、3bとシャフト側歯部4とからなる減速機構12により減速してステアリングシャフト1に付与するようにしている。このため、本例のステアリングホイールの反力付与装置では、特開2007−55453号公報に記載の構造のように、電動モータの動力をステアリングシャフトに直接付与するダイレクトドライブ方式の構造と比較して、電動モータを小型化でき、かつ、電動モータ2として、汎用品を使用することができる。
【0039】
本例のステアリングホイールの反力付与装置は、電動モータ2の出力軸7のモータ側歯部8とステアリングシャフト1のシャフト側歯部4との間で動力を伝達する、二段歯車3a、3bを3個備える。すなわち、電動モータ2の動力を、3個の二段歯車3a、3bに分散してステアリングシャフト1に伝達することができる。したがって、二段歯車を1個だけ備える構造と比較して、二段歯車3a、3bの1個当たりが伝達するトルクを小さく抑えることができ、その分だけ二段歯車3a、3bの外径寸法を小さく抑える(二段歯車3a、3bを構成する歯部を小さくする)ことができる。このため、二段歯車を1個だけ備える構造と比較して、電動モータ2の動力を減速してステアリングシャフト1に伝達する減速機構12の小型化することができる。
【0040】
さらに、本例では、二段歯車3a、3bのうちの1個の二段歯車3aを、付勢機構17により、ステアリングシャフト1の径方向に関して内側に向けて弾性的に付勢している。これにより、二段歯車3aの第1の歯部10とステアリングシャフト1のシャフト側歯部4との噛合部、および、二段歯車3aの第2の歯部11と電動モータ2のモータ側歯部8との噛合部のバックラッシュを抑えている。したがって、ステアリングシャフト1を回転させ始める際やステアリングシャフト1の回転方向を変える際に、前記噛合部で歯打ち音が発生するのを防止することができる。
【0041】
なお、本例では、付勢機構17により1個の二段歯車3aを付勢すると、この二段歯車3aによりステアリングシャフト1および電動モータ2の出力軸7が、付勢機構17により付勢されない2個の二段歯車3bの円周方向中間部に向けて付勢される。これにより、二段歯車3bの第1の歯部10とステアリングシャフト1のシャフト側歯部4との噛合部、および、二段歯車3bの第2の歯部11と電動モータ2のモータ側歯部8との噛合部についてもバックラッシュを抑えることができる。
【0042】
なお、本例のステアリングホイールの反力付与装置は、二段歯車3a、3bを3個備えるが、本発明のステアリングホイールの反力付与装置は、電動モータとステアリングシャフトとの間で伝達される動力の大きさなどによっては、二段歯車を1個だけ備えるように構成することもできる。あるいは、本発明のステアリングホイールの反力付与装置は、二段歯車を、2個もしくは4個以上備えるように構成することもできる。
【0043】
また、本例のステアリングホイールの反力付与装置は、3個の二段歯車3a、3bのうちの1個の二段歯車3aに関してのみ、該二段歯車3aを、ステアリングシャフト1の径方向に関して内側に向けて弾性的に付勢する付勢機構17を備える。ステアリングシャフト1を回転させ始める際やステアリングシャフト1の回転方向を変える際に、噛合部での歯打ち音の発生を防止する面からは、本例のように、1個の二段歯車3aに関してのみ、付勢機構17を備えれば足りる。ただし、複数個の二段歯車を備える場合、2個以上またはすべての二段歯車に関して、該二段歯車をステアリングシャフトの径方向に関して内側に弾性的に付勢する付勢機構を備えることもできる。
【0044】
[実施の形態の第2例]
図5図7は、本発明の実施の形態の第2例を示している。本例では、噛合部に存在するバックラッシュを抑えて、ステアリングシャフト1を回転させ始める際やステアリングシャフト1(図1参照)の回転方向を変える際に、歯打ち音の発生を防止する構造が、実施の形態の第1例に係るステアリングホイールの反力付与装置と異なる。
【0045】
複数個の二段歯車3cのうち、歯打ち音の発生を防止するための構造を有する二段歯車3cは、第1の部材34と第2の部材35とを、トーションバーである中間軸9aにより、相対回転可能に連結することにより構成されている。
【0046】
第1の部材34は、段付円筒形状を有し、ステアリングシャフト1側(後側。図5および図6の左側)の第1の小径筒部36と電動モータ2側(前側。図5および図6の右側)の第1の大径筒部37とを、ステアリングシャフト1側に向かうほど小さくなる外径寸法を有する円すい筒部38により接続してなる。
【0047】
第1の小径筒部36は、径方向反対側2箇所位置に、互いに同軸の円孔39aを有する。
【0048】
第1の大径筒部37は、後側部外周面に、ステアリングシャフト1のシャフト側歯部4と噛合する第1の歯部10を有し、かつ、中間部外周面に、径方向外方に突出した内径側凸部40を円周方向に関して等間隔に配置してなる雄ストッパ部41を有する。さらに、第1の大径筒部37は、前側部外周面に、軸方向に関して変化しない外径寸法を有する内径側円筒面部42を備える。内径側円筒面部42は、雄ストッパ部41の歯底円直径よりも小さい外径を有し、かつ、雄ストッパ部41は、シャフト側歯部4の歯底円直径よりも小さい歯先円直径を有する。さらに、第1の大径筒部37は、前端部を除き、軸方向に関して内径が変化しない単一円筒面状の内周面を有する。
【0049】
第2の部材35は、電動モータ2側の第2の小径筒部43とステアリングシャフト1側の第2の大径筒部44とを、略円輪形状を有する側板部45により接続してなる。
【0050】
第2の小径筒部43は、径方向反対側2箇所位置に、互いに同軸の円孔39bを有する。
【0051】
第2の大径筒部44は、軸方向中間部に、径方向外方に突出したフランジ部23aを有し、かつ、フランジ部23aの外周面に、電動モータ2のモータ側歯部8と噛合する第2の歯部11を有する。また、第2の大径筒部44は、前側部内周面に、軸方向に関して変化しない内径寸法を有する外径側円筒面部46を有し、かつ、後側部内周面に、径方向内方に突出した外径側凸部47を円周方向に関して等間隔に配置してなる雌ストッパ部48を有する。外径側円筒面部46は、雌ストッパ部48の歯先円直径よりも小さい内径を有する。
【0052】
中間軸9aは、捩れ変形しやすいトーションバーであり、軸方向両端部に、径方向に貫通する貫通孔24aを有する。
【0053】
第1の部材34と第2の部材35とは、内径側円筒面部42に外径側円筒面部46を、円筒形状を有するカラー49を介して相対回転可能に外嵌し、かつ、雄ストッパ部41の内径側凸部40と雌ストッパ部48の外径側凸部47とを円周方向に関するに若干の相対変位を可能に交互に配置することに組み合わされる。なお、カラー49は、内径側円筒面部42および外径側円筒面部46に対する摺動抵抗が小さい材料により構成される。あるいは、カラー49の代わりに、内径側円筒面部42と外径側円筒面部46との間に、ラジアルニードル軸受を配することもできる。また、第1の部材34と第2の部材35とを組み合わせた状態で、雄ストッパ部41の内径側凸部40の円周方向側面と雌ストッパ部48の外径側凸部47の円周方向側面との間には、隙間が存在する。
【0054】
中間軸9aの軸方向両端部は、第1の部材34の第1の小径筒部36の内径側および第2の部材35の第2の小径筒部43の内径側に挿入されており、かつ、結合ピン50が、貫通孔24aと円孔39a、39bとに掛け渡すように挿入または圧入されている。これにより、第1の部材34と第2の部材35とを若干の相対回転を可能に結合している。
【0055】
二段歯車3cは、該二段歯車3cによりトルクを伝達していない状態において、中間軸9aが捩れ方向の弾力を発揮している。換言すれば、二段歯車3cによりトルクを伝達していない状態において、中間軸9aに捩れ方向の弾性が付与されている。具体的には、本例では、二段歯車3cは、トーションバーである中間軸9cを捩れ方向に弾性変形させた状態で、第1の歯部10をシャフト側歯部4に噛合させ、第2の歯部11をモータ側歯部8に噛合させている。
【0056】
このため、シャフト側歯部4の歯面と第1の歯部10の歯面とが弾性的に当接し、かつ、モータ側歯部8の歯面と第2の歯部11の歯面とが弾性的に当接する。これにより、噛合部でのバックラッシュを抑えることができる。
【0057】
また、本例では、第1の部材34の雄ストッパ部41と第2の部材35の雌ストッパ部48とを円周方向の隙間を介して係合させることにより、第1の部材34と第2の部材35とが過度に相対回転するのを防止している。すなわち、本例では、雄ストッパ部41と雌ストッパ部48との係合部により、第1の歯部10と第2の歯部11とが所定角度以上相対回転するのを阻止するストッパ機構52を構成している。このようなストッパ機構52により、トーションバーである中間軸9aが、捩れ方向に過度に変形することを防止している。
【0058】
なお、ストッパ機構52は、本例のように、雄ストッパ部41と雌ストッパ部48とを係合させる構造以外にも、たとえば、第1の部材の前端面の周方向に離隔した2箇所位置に配置された第1の凸部と、第2の部材の後端面のうち、周方向に関して第1の凸部の間に配置された第2の凸部との係合により、第1の部材と第2の部材とが過度に相対回転するのを防止する構造、その他の適用可能な公知の構造により構成することができる。その他の部分の構成および作用効果は、実施の形態の第1例と同様である。
【0059】
[実施の形態の第3例]
図8および図9は、本発明の実施の形態の第3例を示している。本例のステアリングホイールの反力付与装置は、ステアリングシャフト1aと、電動モータ2aの出力軸7aとが同軸に配置されるように軸合わせを行うための軸合わせ部53を備える。本例の軸合わせ部53は、凹部54と、凸部55と、スリーブ56とを備える。
【0060】
凹部54は、出力軸7aの先端面に、軸方向に関してステアリングシャフト1aから離れる方向に凹むように形成されている。凸部55は、ステアリングシャフト1aの先端部に備えられ、かつ、凹部54の内径側に該凹部54と同軸に配置されている。スリーブ56は、含油メタルなど、ステアリングシャフト1aを構成する材料および出力軸7aを構成する材料に対する摩擦係数が小さい材料により構成されている。スリーブ56は、凹部54の内周面と凸部55の外周面との間に、径方向に関するがたつきなく、かつ、ステアリングシャフト1aと出力軸7aとのうちの少なくとも一方に対する相対回転を自在に配置されている。
【0061】
本例のステアリングホイールの反力付与装置は、軸合わせ部53を備える。このため、本例のように、後側ハウジング素子15にステアリングシャフト1aを、ステアリングコラム5および転がり軸受6を介して支持するとともに、前側ハウジング素子14に電動モータ2aの出力軸7aを支持した構造においても、ステアリングシャフト1aと出力軸7aとの同軸性を良好に確保することができる。その他の部分の構成および作用効果は、実施の形態の第1例および第2例と同様である。
【0062】
[実施の形態の第4例]
図10は、本発明の実施の形態の第4例を示している。本例のステアリングホイールの反力付与装置の軸合わせ部53aは、ステアリングシャフト1bの先端面に備えられた凹部54aと、電動モータ2bの出力軸7bの先端部に備えられた凸部55aと、凹部54aの内周面と凸部55bの外周面との間に配置されたスリーブ56とを備える。その他の部分の構成および作用効果は、実施の形態の第1例〜第3例と同様である。
【0063】
[実施の形態の第5例]
図11は、本発明の実施の形態の第5例を示している。本例のステアリングホイールの反力付与装置の軸合わせ部53bは、電動モータ2aの出力軸7aの先端面に備えられた凹部54の内周面と、ステアリングシャフト1aの先端部に備えられた凸部55の外周面との間に、保持器57により保持された複数個の転動体58を転動自在に配置してなる。換言すれば、本例の軸合わせ部53bは、出力軸7aの凹部54の内周面とステアリングシャフト1aの凸部55の外周面との間に、実施の形態の第3例の軸合わせ部53のスリーブ56に代えて、保持器57と複数個の転動体58とからなるラジアルニードル軸受を配置してなる。
【0064】
本例のステアリングホイールの反力付与装置によれば、前述した実施の形態の第3例のステアリングホイールの反力付与装置と比較して、ステアリングシャフト1aと出力軸7aとが相対回転する際の抵抗を小さくすることができる。なお、本例では、転動体58として、ニードルを使用しているが、玉やころを使用することもできる。また、ステアリングシャフトの先端面に備えられた凹部の内周面と、電動モータの出力軸の先端部に備えられた凸部の外周面との間に、保持器により保持された複数個の転動体を転動自在に配置することにより、軸合わせ部を構成することもできる。その他の部分の構成および作用効果は、実施の形態の第1例および第3例と同様である。
【0065】
[実施の形態の第6例]
図12は、本発明の実施の形態の第6例を示している。本例のステアリングホイールの反力付与装置の軸合わせ部53cは、電動モータ2cの出力軸7cの先端面に備えられた凹部54bと、ステアリングシャフト1cの先端部に備えられた凸部55bとを、径方向に関するがたつきなく、かつ、相対回転を可能に嵌合させてなる。換言すれば、本例の軸合わせ部53cは、出力軸7cの凹部54bとステアリングシャフト1cの凸部55bとをインロー嵌合することにより構成されている。
【0066】
本例のステアリングホイールの反力付与装置によれば、前述した実施の形態の第3例のステアリングホイールの反力付与装置と比較して、部品点数を削減することができる。なお、ステアリングシャフトの先端面に備えられた凹部と、電動モータの出力軸の先端部に備えられた凸部とを、径方向に関するがたつきなく、かつ、相対回転を可能に嵌合させることにより、軸合わせ部を構成することもできる。その他の部分の構成および作用効果は、実施の形態の第1例および第3例と同様である。
【0067】
なお、上述した実施の形態の第1例〜第6例は、矛盾を生じない限り、適宜組み合わせて実施することができる。具体的には、たとえば、実施の形態の第1例の構造と第2例の構造とを組み合わせて実施することもできるし、実施の形態の第5例および第6例の構造を、実施の形態の第2例および第4例に適用することも可能である。
【符号の説明】
【0068】
1、1a、1b、1c ステアリングシャフト
2、2a、2b、2c 電動モータ
3a、3b、3c 二段歯車
4 シャフト側歯部
5 ステアリングコラム
6 転がり軸受
7、7a、7b、7c 出力軸
8 モータ側歯部
9 中間軸
10 第1の歯部
11 第2の歯部
12 減速機構
13 ハウジング
14 前側ハウジング素子
15 後側ハウジング素子
16 ボルト
17 付勢機構
18 軸部材
19 筒部材
20a、20b 転がり軸受
21 大径部
22 平板部
23、23a フランジ部
24、24a 貫通孔
25 ガイド孔
26 ねじ孔
27 円孔
28 支持部材
29 軸部
30 頭部
31 雄ねじ部
32 座面
33 弾性部材
34 第1の部材
35 第2の部材
36 第1の小径筒部
37 第1の大径筒部
38 円すい筒部
39a、39b 円孔
40 内径側凸部
41 雄ストッパ部
42 内径側円筒面部
43 第2の小径筒部
44 第2の大径筒部
45 側板部
46 外径側円筒面部
47 外径側凸部
48 雌ストッパ部
49 カラー
50 結合ピン
51a、51b 転がり軸受
52 ストッパ機構
53、53a、53b、53c 軸合わせ部
54、54a、54b 凹部
55、55a、55b 凸部
56 スリーブ
57 保持器
58 転動体
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
【国際調査報告】