(57)【要約】【課題】  入力軸，出力軸の対向する端部の第１外歯歯車，第２外歯歯車が、歯車体の第１内歯歯車部，第２内歯歯車部の内周面の一部で噛合っているため、入力軸と出力軸との端部が撓み易い。【解決手段】  第１外歯歯車２ａの端部に一体に突出形成した入出力軸接続部２ｂを、第２外歯歯車４ａの端部に形成した凹部４ｄに挿入して軸支し、入出力軸接続部２ｂと、第１内歯歯車部，第２内歯歯車部間の歯車連結部２２との間に、これらの部材と相対回転可能に設けられ内周円の中心が前記入出力軸接続部２ｂの軸心とほぼ一致する一方、外周円の中心が前記歯車連結部２２の軸心とほぼ一致する偏心カム２５を設け、第１外歯歯車２ａ，第２外歯歯車４ａの外周面が常に第１内歯歯車部１９，第２内歯歯車部２０の内周面に押圧されるようにしてバックラッシュが生じないようにした。【選択図】  図１
2006117032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と同一軸心を有する第１外歯歯車と、該第１外歯歯車に偏心状態で噛合する第１内歯歯車部と、出力軸と同一軸心を有する第２外歯歯車と、該第２外歯歯車に偏心状態で噛合する第２内歯歯車部と、前記第１内歯歯車部と前記第２内歯歯車部とを歯車連結部を介して軸方向一体に結合して構成される歯車体と、前記第１外歯歯車と前記第２外歯歯車とのいずれか一方に一体に突出形成され他方に相対回転自在に軸支された入出力軸接続部と、該入出力軸接続部と該入出力軸接続部の半径方向外側の前記歯車連結部との間にこれらの部材と相対回転可能に設けられ内周円の中心が前記入出力軸接続部の中心とほぼ一致すると共に外周円の中心が前記歯車連結部の中心とほぼ一致する偏心カムと、前記歯車体の回転方向および回転数を制御することにより前記入力軸に対する前記出力軸の回転数を変えるギヤ比制御手段とから構成されることを特徴とするギヤ比可変機構。
【請求項２】
ステアリングホィールを設けた入力軸と、該入力軸の転舵角度を検出する第１舵角センサと、前記入力軸とほぼ同一の軸心を有すると共に操舵輪に連係された出力軸と、該出力軸の転舵角度を検出する第２舵角センサと、前記出力軸に操舵力を付与する操舵機構と、該操舵機構を前記第１舵角センサおよび前記第２舵角センサからの角度情報に基づいて制御する操舵制御手段とを備えた車両の操舵制御装置であって、
請求項１に記載のギヤ比可変機構を前記入力軸と前記出力軸との間に設け、前記入力軸から前記出力軸へ伝達される回転運動を所定のギヤ比で変換制御することを特徴とする車両の操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸に対する出力軸の回転比が換えられる車両のギヤ比可変機構に関し、入力軸と出力軸との対向する端部が撓んで異音が発生するのを防止したものである。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホィールに接続された入力軸の回転数に対して出力軸の回転数を変えて操舵輪の操舵を行うため、車両にはギヤ比可変機構が用いられる。
【０００３】
従来のギヤ比可変機構としては、例えば特許文献１に記載のものがある。このギヤ比可変機構は、入力軸と出力軸との対向する端部に夫々径の異なる外歯歯車を形成し、この夫々の外歯歯車に径が異なりかつ外歯歯車よりも歯数の多い内歯歯車部を噛合させ、この内歯歯車部どうしを軸方向に連結して歯車体を構成している。この歯車体は、該歯車体を夫々の外歯歯車に噛合させながら公転させて結果として歯数の差分だけ歯車体を回転（自転）させるために、偏心カムの内部に歯車体を相対回転可能に支持している。一方、偏心カムには電動機の出力軸が接続されており、電動機によって偏心カムを回転させて歯車体の公転方向および公転数を制御することにより、入力軸に対する出力軸の回転数を制御している。
【特許文献１】特願２００３−４２２２６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、このような構成の可変ギヤ機構においては、入力軸と出力軸とが対向する部分は支持されていない片持ち構造なので撓みやすく、内歯と外歯とが噛み合って回転力を伝える部分では歯と歯との間に半径方向に反発する力が作用することから、入出力軸の端部には撓みが発生しやすいという問題がある。また、撓むことにより噛み合い状態が変化し、騒音を発生する場合がある。
【０００５】
そこで本発明は、上記の課題を解決して撓みの生じないギヤ比可変機構および車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、入力軸と同一軸心を有する第１外歯歯車と、該第１外歯歯車に偏心状態で噛合する第１内歯歯車部と、出力軸と同一軸心を有する第２外歯歯車と、該第２外歯歯車に偏心状態で噛合する第２内歯歯車部と、前記第１内歯歯車部と前記第２内歯歯車部とを歯車連結部を介して軸方向一体に結合して構成される歯車体と、前記第１外歯歯車と前記第２外歯歯車とのいずれか一方に一体に突出形成され他方に相対回転自在に軸支された入出力軸接続部と、該入出力軸接続部と該入出力軸接続部の半径方向外側の前記歯車連結部との間にこれらの部材と相対回転可能に設けられ内周円の中心が前記入出力軸接続部の中心とほぼ一致すると共に外周円の中心が前記歯車連結部の中心とほぼ一致する偏心カムと、前記歯車体の回転方向および回転数を制御することにより前記入力軸に対する前記出力軸の回転数を変えるギヤ比制御手段とから構成されることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、入出力軸が入出力軸接続部によって互いに接続されているため、入出力軸間の高い撓み剛性を確保することができる。そして、入出力軸接続部と歯車連結部との半径方向での間に偏心カムを設けることにより、入出力軸接続部と偏心カムとの間、および偏心カムと歯車連結部との間に隙間が形成されず、入出力軸接続部に撓みが生じるのを抑制することができる。よって、この入出力軸接続部に一体成形または軸支された入出力軸の撓み剛性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、ステアリングホィールを設けた入力軸と、該入力軸の転舵角度を検出する第１舵角センサと、前記入力軸とほぼ同一の軸心を有すると共に操舵輪に連係された出力軸と、該出力軸の転舵角度を検出する第２舵角センサと、前記出力軸に操舵力を付与する操舵機構と、該操舵機構を前記第１舵角センサおよび前記第２舵角センサからの角度情報に基づいて制御する操舵制御手段とを備えた車両の操舵制御装置であって、請求項１に記載のギヤ比可変機構を前記入力軸と前記出力軸との間に設け、前記入力軸から前記出力軸へ伝達される回転運動を所定のギヤ比で変換制御することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、ギヤ比可変機構を車両の操舵制御装置に適用したので、車両の操舵制御装置について請求項１の発明の効果と同一の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明によるギヤ比可変機構および該ギヤ比可変機構を適用した車両の操舵制御装置の実施の形態を説明する。
【００１１】
図５は車両の操舵制御装置の概略を示すものである。ステアリングホィール１の取り付けられた操舵軸（入力軸）２が、操舵ギヤ比可変機構６により転舵角度を変えられ、操舵軸２とほぼ同一の軸心を有すると共に操舵輪ＦＬ，ＦＲに連係されたアッパ軸（出力軸）４ａに出力される。これにより、操舵軸２の回転運動はアッパ軸４ａへ伝達される際に、所定のギヤ比で変換制御される。アッパ軸４ａは、トーションバー１１ａを介してロア軸４ｂに連結されている。該トーションバー１１ａの外周面には、トーションバー１１ａの捩れを検出することによってアッパ軸４ａとロア軸４ｂとのトルク差である操舵トルクを検出するトルクセンサ１１が設けられている。
【００１２】
ロア軸４ｂには、操舵機構５が連係されている。操舵機構５は、操舵輪ＦＬ，ＦＲに操舵アシスト力を付与するものであり、正逆回転可能なモータ１２と歯車群とから構成されている。また、ロア軸４ｂはラック・ピニオン機構３を介して操舵輪ＦＬ，ＦＲに連係されている。即ち、ロア軸４ｂに設けられたピニオンギヤ３ｂがラック３ａと噛み合い、ラック３ａはタイロッド１０ａおよびナックルアーム１０ｂを介して操舵輪ＦＬ，ＦＲに連結されている。
【００１３】
７は操舵角センサ（第１舵角センサ）であり、操舵軸２の操舵角や操舵トルクを検出する。８はアッパ軸４ａの転舵角度を検出する実転舵角センサ（第２舵角センサ）であり、前記ラック３ａの摺動位置に応じて操舵輪ＦＬ，ＦＲの実際の転舵角を検出する。これらの操舵角センサ７からの操舵角θ，実転舵角センサ８からの実舵角θ´，トルクセンサ１１ａからの操舵トルクＴ，車速センサにより検出された車速Ｖ，制御回路によって求められた目標実舵角などの角度情報信号や，目標アシストトルク指令信号などを入力してモータを正逆回転させ操舵機構５とギヤ比可変機構６とを制御する電子コントローラ（操舵制御手段）９が設けられている。
【００１４】
次に、前記ギヤ比可変機構６の構成を、図１に基づいて詳細に説明する。前記ギヤ比可変機構６は、大きく分けて、前記操舵軸（入力軸）２と前記アッパ軸（出力軸）４ａとを機械的に接続するギヤユニット１６と、該ギヤユニット１６に対して必要に応じて作用するモータ１７とによって構成される。操舵軸２は軸心Ｐを中心として回転自在にボールベアリング１８により支持され、アッパ軸４ａも軸心Ｐを中心として回転自在にボールベアリング１９により支持されている。操舵軸２とアッパ軸４ａとの対向部の先端どうしは、以下のようにして接続されている。即ち、操舵軸２の先端に円柱形の入出力軸接続部２ｂが一体に突出形成され、アッパ軸４ａの先端に形成された凹部４ｄに軸受２１および球体３５を介して相対回転自在に軸支されている。なお、入出力軸接続部をアッパ軸４ａに形成し、凹部を操舵軸２に形成してもよい。
【００１５】
操舵軸２の入出力軸接続部２ｂの近傍には、Ｐを軸心とする第１外歯歯車２ａが形成されており、該第１外歯歯車２ａにはＱを軸心とする第１内歯歯車部１９の一部が偏心状態で噛み合っている。また、アッパ軸４ａには、Ｐを軸心とする第２外歯歯車４ｃが形成されており、該第２外歯歯車４ｃにもＱを軸心とする第２内歯歯車部２０の一部が偏心状態で噛み合っている。一部が噛み合っている状態を図２，図４に示す。第１内歯歯車部１９，第２内歯歯車部２０の歯数は、第１外歯歯車２ａ，第２外歯歯車４ｃの歯数よりも多くなっている。これらの外歯歯車および内歯歯車部の歯部はいずれもヘリカル歯であり、これらのヘリカル歯は同一方向へ同一角度だけ捩られている。
【００１６】
第１内歯歯車部１９と第２内歯歯車部２０との間には円環状の歯車連結部２２が設けられている。そして更に歯車連結部２２の両側には一対の円板２２ａが設けられ、これらの第１内歯歯車部１９，第２内歯歯車部２０，歯車連結部２２，円板２２ａが、円周方向に等間隔に配置した４本のボルト２３を介して一体に結合され歯車体２４を構成している。
【００１７】
前記入出力軸接続部２ｂと歯車連結部２２との半径方向での間には、軸方向での一対の円板２２ａ間に、内周円の中心が入出力軸接続部２ｂの軸心Ｐとほぼ一致する一方、外周円の中心が歯車連結部２２の軸心Ｑとほぼ一致する偏心カム２５が設けられ、該偏心カム２５はこれらの部材と相対回転可能になっている。そして、入出力軸接続部２ｂと偏心カム２５との間、および偏心カム２５と歯車連結部２２との間には、ボールベアリング（軸受）２６，２７が夫々設けられている。偏心カム２５には円周方向で半径方向の厚さの最も大きい位置に、この偏心カム２５の内周側に開口する径方向孔２５ａが設けられ、該径方向孔２５ａにはばね（付勢手段）２８が圧縮した状態で収容されている。この径方向孔２５ａは、偏心カム２５の外周側まで貫通して形成されている。
【００１８】
歯車体２４の回転方向および回転数を制御して、前記操舵軸２の回転数に対する前記アッパ軸４ａの回転数を変えるためのギヤ比制御手段２９が設けられている。ギヤ比制御手段２９は、可逆式の前記モータ１７と公転カム３０とにより構成される。この公転カム３０は、図４において、第１内歯歯車部１９を軸心Ｐの回りに公転させることにより、第１外歯歯車２ａの外周面に第１内歯歯車部１９の内周面を円周に沿って順番に押し付けていくために設けられる。第１内歯歯車部１９の歯数が第１外歯歯車２ａの歯数よりも多いので、第１内歯歯車部１９が１回公転すると、多い歯数の分だけ公転した方向へ第１内歯歯車部１９が回転（自転）させられることになる。つまり、差動伝動機構の動きにより、公転カム３０の１回転に対し、第１内歯歯車部１９が大幅に減速されて両者の歯数の差分だけ公転カム３０の回転方向と同一方向へ少し回転することになる。
【００１９】
図１に示すように、公転カム３０はその外周面に設けたボールベアリング３１を介してギヤユニット１６の内部に支持されており、軸心Ｐを中心として回転自在となっている。内部には軸心Ｑの位置に、ボールベアリング３２を介して第１内歯歯車部１９が嵌め込まれている。そして、前記モータ１７の出力軸１７ａであって前記操作軸２が挿通された状態の出力軸１７ａが、ボールベアリング３３，３４を介して回転自在に支持されており、出力軸１７ａの端部と公転カム３０の端部とがスプライン嵌合している。なお、スプライン嵌合に代えてカップリングによる結合でもよい。
【００２０】
なお、ボールベアリング２６，２７，３２については、転がり軸受を採用したが、滑り軸受にすることもできる。
【００２１】
次に、ギヤ比可変機構の作用を説明する。
【００２２】
モータ１７を回転させることなくステアリングホィール１を回転させると、操舵軸２と共に第１外歯歯車２ａが軸心Ｐを中心として回転し、これと噛み合う第１内歯歯車部１９を有する歯車体２４が軸心Ｑを中心として同じ方向へ回転する。歯車体２４の第２内歯歯車部２０は第２外歯歯車４ｃと噛み合うので、第２外歯歯車４ｃとアッパ軸４ａとが軸心Ｐを中心として回転する。このとき、公転カム３０は回転させず歯車体２４は公転しないので、操舵軸２とアッパ軸４ａとの回転比は１：１である。
【００２３】
次に、ステアリングホィール１を時計方向へ回転させながらモータ１７を回転させる場合について説明する。モータ１７の回転は、出力軸１７ａを介して公転カム３０に伝達される。図４において、第１外歯歯車２ａが停止していると仮定したときに、公転カム３０を例えば時計方向へ１回転させると、公転カム３０の回転中心である軸心Ｐとは偏心した軸心Ｑを中心とする第１内歯歯車部１９が軸心Ｐの回りを時計方向へ公転する。このため、第１内歯歯車部１９の内周面が第１外歯歯車２ａの外周面へ押し付けられてできる噛合部Ｋ（図８参照）が円周に沿って移動して時計方向へ例えば１回転する。このとき、順番に噛み合いが行われるので、第１内歯歯車部１９の歯数が第１外歯歯車２ａの歯数よりも多い差分だけ第１内歯歯車部１９が時計方向へ少しだけ回転（自転）することになる。そして、モータ１７により歯車体２４が時計方向へ回され、その分だけアッパ軸４ａの回転数が多くなる。一方、公転カム３０を反時計方向へ回転させると歯車体２４も反時計方向へ公転および自転し、歯車体２４が反時計方向へ回転した分だけアッパ軸４ａの回転数が少なくなる。まとめると、モータ１７により公転カム３０がいずれかの方向へ回転すると歯車体２４が公転し、歯数の差分だけ歯車体２４が同じ方向へ自転し、歯車体２４が自転した分だけアッパ軸４ａの回転数が増加あるいは減少されて出力されることになり、ギヤ比が変化する。
【００２４】
この発明によれば、操舵軸２とアッパ軸４ａとが入出力軸接続部２ｂによって互いに接続されているため、操舵軸２，アッパ軸４ａ間の高い撓み剛性を確保することができる。そして、入出力軸接続部２ｂと歯車連結部２２との半径方向の間に偏心カム２５を設けることにより、入出力軸接続部２ｂと偏心カム２５との間、および偏心カム２５と歯車連結部２２との間に隙間が形成されず、入出力軸接続部２ｂに撓みが生じるのを抑制することができる。よって、この入出力軸接続部２ｂに一体成形または軸支された操舵軸２，アッパ軸４ａの撓み剛性を向上させることができる。
【００２５】
この発明によれば、入出力軸接続部２ｂと偏心カム２５との間にボールベアリング２６を設けたので、入出力軸接続部２ｂと偏心カム２５との剛性を落とすことなく、両者間の摩擦抵抗を大幅に削減することができる。
【００２６】
この発明によれば、偏心カム２５と歯車連結部２２との間にボールベアリング２７を設けたので、偏心カム２５と歯車連結部２２との剛性を落とすことなく、両者間の摩擦抵抗を大幅に削減することができる。
【００２７】
この発明によれば、径の異なる内歯歯車部どうしを一体成形するのは加工が非常に困難であるが、第１内歯歯車部１９，第２内歯歯車部２０，歯車連結部２２をボルト２３を介して結合して歯車体２４を構成したので、夫々の部材を別部品として形成して最終的に一体的に結合することができ、内歯歯車の成形性を向上させることができる。
【００２８】
この発明によれば、歯車体２４に設けられたばね２８が操舵軸２，アッパ軸４ａを押圧することにより、第１，第２外歯歯車２ａ，４ｃが第１，第２内歯歯車部１９，２０に押しつけられ、歯車間のバックラッシュの発生が抑制される。
【００２９】
この発明によれば、偏心カム２５の径方向孔２５ａは、偏心カム２５の外周側まで貫通して形成されているので、径方向孔２５ａを偏心カム２５の外周側から加工することができ、径方向孔２５ａの成形が容易になる。
【００３０】
なお、本実施の形態ではギヤ比可変機構を車両の操舵制御装置として用いた場合について示したが、これに限らず、入力軸の回転数に対して出力軸の回転数を増減させるギヤ比可変機構を、その他の装置に用いることもできる。また、歯車体を回転させるギヤ比制御手段は、端数の少ない外歯歯車に対して端数の多い内歯歯車部の一部を噛み合わせ、偏心した位置に外歯歯車を回転自在に嵌め込んだ公転カムを１回転公転させることにより、双方の歯車の噛合部を１回りさせたときの双方の歯車の差分だけ歯車体が少し回転する構成としたが、このような構成に限るものではない。更に、本実施の形態では、第１内歯歯車部１９，第２内歯歯車部２０，歯車連結部２２を別個に製造し、ボルト２３を介して結合して歯車体２４を構成したが、歯車体２４を一体形成して加工してもよい。
【００３１】
前記実施の形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について、以下に説明する。
（１）請求項１に記載のギヤ比可変機構において、前記入出力軸接続部と前記偏心カムとの間に軸受を設けたことを特徴とするギヤ比可変機構。
【００３２】
この発明によれば、入出力軸接続部と偏心カムとの剛性をを落とすことなく、両者間の摩擦抵抗を大幅に削減することができる。
（２）請求項１または（１）に記載のギヤ比可変機構において、前記偏心カムと前記歯車連結部との間に軸受を設けたことを特徴とするギヤ比可変機構。
【００３３】
この発明によれば、偏心カムと歯車連結部との剛性を落とすことなく、両者間の摩擦抵抗を大幅に削減することができる。
（３）請求項１または（１）〜（２）のいずれかに記載のギヤ比可変機構において、前記歯車体は、前記第１内歯歯車部と、前記第２内歯歯車部と、前記歯車連結部とが夫々別部材によって構成され、これらが結合されて一体化していることを特徴とするギヤ比可変機構。
【００３４】
この発明によれば、径の異なる内歯歯車部どうしを一体成形するのは加工が非常に困難であるが、夫々を別部品として形成して最終的に一体的に結合することにより、内歯歯車の成形性を向上させることができる。
（４）請求項１または（１）〜（３）のいずれかにに記載のギヤ比可変機構において、前記偏心カムには円周方向における半径方向の厚さの最も大きい位置に、この偏心カムの内周側に開口する径方向孔を設け、該径方向孔に付勢手段を収容したことを特徴とするギヤ比可変機構。
【００３５】
この発明によれば、付勢手段が入出力軸接続部を押圧することにより、第１，第２外歯歯車が第１，第２内歯歯車部に押しつけられ、バックラッシュの発生を抑制することができる。
（５）（４）に記載のギヤ比可変機構において、前記径方向孔は、前記偏心カムの外周側まで貫通していることを特徴とするギヤ比可変機構。
【００３６】
この発明によれば、径方向孔を偏心カムの外周側から加工することができるため、径方向孔の成形が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるギヤ比可変機構の断面図（実施の形態）。
【図２】1のＡ−Ａ矢視図（実施の形態）。
【図３】1のＢ−Ｂ矢視図（実施の形態）。
【図４】1のＣ−Ｃ矢視図（実施の形態）。
【図５】車両の操舵制御装置の構成図（実施の形態）。
【符号の説明】
【００３８】
２…操舵軸（入力軸）
２ａ…第１外歯歯車
２ｂ…入出力接続部
４ａ…アッパ軸（出力軸）
４ｃ…第２外歯歯車
５…操舵機構
６…ギヤ比可変機構
７…操舵角センサ（第１舵角センサ）
８…実転舵角センサ（第２舵角センサ）
９…電子コントローラ（操舵制御手段）
１９…第１内歯歯車部
２０…第２内歯歯車部
２２…歯車連結部
２３…ボルト
２４…歯車体
２５…偏心カム
２５ａ…径方向孔
２６，２７…ボールベアリング
２８…ばね（付勢手段）
２９…ギヤ比制御手段
【図１】
2006117032.tif 000003
【図２】
2006117032.tif 000004
【図３】
2006117032.tif 000005
【図４】
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【図５】
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