(57)【要約】  【課題】  偏心カムを軸支するボールベアリングを特異な配置構成とすることにより、装置全体の径方向の小型化を図る。  【解決手段】  操舵軸２と出力軸４との間に設けられて、操舵軸から出力軸に伝達される回転力を所定のギア比に変換制御するギア比可変機構６は、操舵軸側の第１外歯歯車２１と第１内歯歯車２２及び出力軸側の第２内歯歯車２３と第２外歯歯車２４とを備えると共に、偏心孔２８で前記各内歯歯車間の結合部２５を相対回転自在に支持するほぼ円筒状の偏心カム１７を備えている。該偏心カムを回転自在に支持するボールベアリング２６，２７を、偏心カムの両端部１７ｃ、１７ｄの各内周面と小径な操舵軸２及び出力軸４の各外周面との間に配置した。  【選択図】  図２
2005180587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と同軸上に設けられた第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内歯歯車と、
該第１内歯歯車に軸方向から一体に設けられた第２内歯歯車と、
前記第２内歯歯車に偏心状態で噛合する第２外歯歯車と、
前記入力軸とほぼ同軸上に対向配置されて、前記第２外歯歯車が同軸上に設けられた出力軸と、
内部に形成された偏心孔の内周面で前記各内歯歯車間の外周面を回転自在に支持し、前記入力軸と同軸に回転する偏心カムと、
前記偏心カムを回転自在に支持する軸受と、
前記偏心カムを回転制御することにより前記両内歯歯車を公転させて前記入力軸と出力軸とのギア比を可変制御するアクチュエータとを備えたギア比可変機構であって、
前記軸受を、第１外歯歯車と第１内歯歯車との噛み合い部位及び第２外歯歯車と第２内歯歯車との噛み合い部位から軸方向へ離間した位置に設けることを特徴とするギア比可変機構。
【請求項２】
ステアリングホイールに連結された入力軸と、
該入力軸の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記入力軸とほぼ同軸上に配置され、転舵輪に連係された出力軸と、
前記転舵輪の転舵角を検出する実転舵角検出手段と、
前記転舵輪に前記出力軸を介して転舵力を付与する操舵機構と、
前記操舵角検出手段と実転舵角検出手段からのそれぞれの角度情報信号に基づいて前記操舵機構を制御する制御手段と、
を備えた車両の操舵制御装置であって、
前記請求項１に記載のギア比可変機構を、前記入力軸と出力軸との間に設けて、入力軸から出力軸に伝達される回転力を所定のギア比に変換制御することを特徴とするギア比可変機構を備えた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、入力軸の回転比を（ギア比）を可変にして出力軸に伝達するギア比可変機構及びこのギア比可変機構を用いた車両の操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の操舵制御装置に用いられた従来のギア比可変機構としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
概略を説明すれば、この車両の操舵制御装置は、ステアリングホイール側の入力軸と転舵角側の出力軸との間に、電動モータによってギア比を可変にするギア比可変機構が設けられている。
【０００４】
このギア比可変機構は、同軸上の前記入力軸と出力軸の各対向端部にそれぞれ外径の異なる第１，第２内歯歯車が設けられ、この各内歯歯車にそれぞれ外径の異なる第１、第２外歯歯車が噛合されて、この外歯歯車同士が回転軸に固定されている。
【０００５】
該回転軸には、該回転軸の公転を制御する偏心カムが相対回転自在支持されており、前記偏心カムは、ウォーム機構を介して電動モータにより回転制御されることによって、前記入力軸と出力軸との間に発生する相対回転量を制御するようになっている。
【特許文献１】西独国特許第１０１６０３１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来のギア比可変機構にあっては、前記偏心カムを回転自在に支持する軸受が、該偏心カムとハウジングとの間に介装されて、ハウジングによって支持されるようになっているため、該軸受の径方向の大きさ分だけ装置全体が径方向に大きくなってしまうといった問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記従来のギア比可変機構の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、とりわけ、偏心カムを回転自在に支持する軸受を、第１外歯歯車と第１内歯歯車との噛み合い部位及び第２外歯歯車と第２内歯歯車との噛み合い部位から軸方向へ離間した前記入力軸と出力軸の外周と偏心カムの内周との間に設けることを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、軸受を従来のようにハウジングとの間に配置するのではなく、各歯車の噛み合い部を避けた位置で設けたことから、軸受による径方向の拡大化が防止されて、装置全体の小型化を図ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のギア比可変機構を、前記入力軸と出力軸との間に設けて、入力軸から出力軸に伝達される回転力を所定のギア比に変換制御することを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、車両の操舵制御装置に適用されたギア比可変機構の偏心カムの軸受を、請求項１に記載された位置、つまり各歯車の噛み合い部を避けた位置で、かつ偏心カムの内周側に配置したことから、請求項１の発明と同一の作用効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るギア比可変機構を車両の操舵制御装置に適用した実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１は第１の実施形態における車両の操舵制御装置の概略を示し、ステアリングホィール１に連結された入力軸である操舵軸２と、前側左右の転舵輪ＦＬ、ＦＲを操舵するラック・ピニオン機構３と、該操舵軸２の操舵角に応じて出力軸４を介して前記ラック・ピニオン機構３を駆動させる操舵機構５と、該操舵機構５と分離独立して設けられて、前記操舵軸２の操舵角に応じて前記ラック・ピニオン機構３を駆動するギア比可変機構６とを備えている。
【００１３】
また、前記操舵軸２の操舵角や操舵トルクを検出する操舵角検出手段である操舵角センサ７と、前記ラック・ピニオン機構３のラックバーの摺動位置の応じて両転舵輪ＦＬ、ＦＲの実際の転舵角を検出する実転舵角検出手段である実転舵角センサ８と、該操舵角センサ７と実転舵角センサ８からの情報信号によって前記操舵手段５とギア比可変機構６を制御する電子コントローラ９とを備えている。
【００１４】
前記ラック・ピニオン機構３は、タイロッド１０に固定されたラックバー３ａと、該ラックバー３ａに噛合するピニオンギア３ｂとから構成され、前記ラックバー３ａは、タイロッド１０の両端部に連結されたナックルアーム１０ａ，１０ａを介して両転舵輪ＦＬ、ＦＲに連係している。
【００１５】
前記出力軸４は、図１に示すように、前記操舵軸２にギア比可変機構６を介して連係されているたアッパー軸４ａと、該アッパー軸４ａにトーションバー１１を介して、前記ラック・ピニオン機構３のピニオンギア３ｂに連結されたロアー軸４ｂとから構成されている。また、前記トーションバー１１の外周には、アッパー軸４ａとロアー軸４ｂとの間のトルク差である操舵トルクをトーションバー１１の捩れによって検出するトルクセンサ１１ａが設けられている。
【００１６】
前記操舵機構５は、前記ロアー軸４ｂを介してピニオンギアに連係した減速用のギア機構１２と、該ギア機構１２を介してピニオンギアを回転駆動する正逆回転可能な電動式の駆動モータ１３とから構成されており、前記ギア機構１２には、ラックバー３ａに摺動位置を検出して現在の実転舵角を検出する前記実転舵角センサ８が設けられている。
【００１７】
前記ギア比可変機構６は、図２〜図５に示すように、ハウジング１４内に前後直列に配置された操舵軸２側の第１ギア歯車１５と、出力軸４側の第２ギア歯車１６とを有すると共に、該第１，第２ギア歯車１５，１６の外周側に配置されて、偏心回動によって両ギア歯車１５，１６に公転力を付与する偏心カム１７と、前記電子コントローラ９を介して前記偏心カム１７を回転制御するアクチュエータ１８とを備えている。
【００１８】
前記操舵軸２と出力軸４とは、対向する先端部２ａとアッパー軸４ａがハウジング１４内で同軸上に配置され、前記アッパー軸４ａの端部に軸方向に沿って形成された支持孔４ｃ内に円筒状のブッシュ１９を介して前記先端部２ａの先端部位２ｂが相対回転自在に支持されていると共に互いに軸方向へ僅かに移動可能になっている。
【００１９】
前記ハウジング１４は、図２に示すように、車体に固定されていると共に、段差円筒状に形成され、前後端部内に設けられたボールベアリング２０，２０によって前記操舵軸２の先端部２ａ及び出力軸４のアッパー軸４ａの端部を回転自在に支持している。
【００２０】
前記第１ギア歯車１５は、図２及び図４に示すように、前記操舵軸の先端部２ａの外周面に同軸一体に設けられた第１外歯歯車２１と、該第１外歯歯車２１に外側から偏心状態で噛合する円筒状の第１内歯歯車２２とを備えている。
【００２１】
一方、第２ギア歯車１６は、図２及び図５に示すように、前記第１内歯歯車２２に軸方向から一体に結合された円筒状の第２内歯歯車２３と、前記出力軸４のアッパー軸４ａの端部外周面に同軸一体に設けられて、前記第２内歯歯車２３が偏心状態で噛合する第２外歯歯車２４とを備えている。
【００２２】
また、前記第１外歯歯車２１は、図６にも示すように、その外径ｄが第２外歯歯車２４の外径ｄ１よりも小さく形成されている。
【００２３】
また、第１内歯歯車２２と第２内歯歯車２３は、図７にも示すように、ほぼ中央の薄肉な円筒状の結合部２５によって一体に連結されていると共に、第１内歯歯車２２の各内径ｄ３が第２内歯歯車２３の内径ｄ４よりも小さく形成されている。したがって、前記結合部２５は、各内歯歯車２２，２３の境目が段差部２５ａになっている。
【００２４】
さらに、前記各歯車２１〜２４の内外にそれぞれ形成された歯部は、図６及び図７に示すように、ヘリカル歯２１ａ〜２４ａに形成されていると共に、その捩り方向が同一方向に設定されている。また、前記各ヘリカル歯２１ａ〜２４ａの捩り角度θ１及びθ２がほぼ同一に設定されている。
【００２５】
前記偏心カム１７は、図２、図３、図８、図９に示すように、ほぼ円筒状に形成されて、その前後両端部１７ｃ、１７ｄが第１軸受である２つのボールベアリング２６、２７を介して操舵軸２と出力軸４を相対回転自在に支持している。
【００２６】
すなわち、偏心カム１７は、その軸方向の両端部１７ｃ、１７ｄが、第１外歯歯車２１と第１内歯歯車２２の各ヘリカル歯２１ａ、２２ａの噛み合い部及び第２内歯歯車２３と第２外歯歯車２４の各ヘリカル歯２３ａ、２４ａの噛み合い部から離間した軸方向へ延設され、この各両端部１７ｃ、１７ｄの各内周面と操舵軸２及び出力軸４の各外周面間に前記２つの前記ボールベアリング２６，２７が配置されている。
【００２７】
また、偏心カム１７は、その中心Ｐが両軸２，４の軸心と同心上に配置されていると共に、操舵軸２側の本体１７ａの内部に中心Ｐ１が中心Ｐから所定量だけ偏心した偏心孔２８が形成されている。
【００２８】
また、前記偏心孔２８の内周面に固定された第２軸受である１つのボールベアリング２９を介して前記両内歯歯車２２、２３間の結合部２５が回転自在に支持されている。
【００２９】
すなわち、ボールベアリング２９は、アウターレース２９ａが偏心孔２８の内周面に形成された段差溝２８ａに操舵軸２側の軸方向への移動を規制されながら保持されている一方、インナーレース２９ｂが前記結合部２５の段差部２５ａに出力軸４側の軸方向への移動を規制されながら保持されている。
【００３０】
また、前記各内歯歯車２２，２３は、偏心カム本体１７ａの最大肉厚部内に径方向に沿って設けられた保持穴１７ｂのばね部材３０によって前記ボールベアリング２９を介して各外歯歯車２１，２４方向へ付勢されている。
【００３１】
前記アクチュエータ１８は、ハウジング１４の内部外周側に保持された可逆式の電動モータ３１と、該電動モータ３１と偏心カム１７との間に設けられた減速歯車とから構成されている。
【００３２】
前記減速歯車は、図２に示すように、前記電動モータ３１の回転軸に結合されたウォームシャフト３２ａと、偏心カム１７の本体１７ａの段差径部の外周面に固定されて、前記ウォームシャフト３２ａに噛合するウォームホイール３２ｂとから構成されている。
【００３３】
そして、電動モータ３１から伝達された回転力を減速歯車により偏心カム１７に伝達し、この偏心カム１７の正逆回転によって各内歯歯車２２，２３を公転させて操舵軸２から出力軸４に対するギア比（減速、増速比）を可変制御するようになっている。
【００３４】
前記電子コントローラ９は、マイクロコンピュータが内蔵され、図１に示すように、前記操舵角センサ７と実操舵角センサ８からのそれぞれの操舵角θ、実舵角θ’やトルクセンサ１１ａによって検出された操舵トルクＴ、図外の車速センサによって検出された現在の車速Ｖ、制御回路によって求められた目標実舵角、目標アシストトルク指令信号などの情報信号を入力して前記前記駆動モータ１３と電動モータ３１に制御電流を出力するようになっている。
【００３５】
すなわち、電子コントローラ９は、ステアリングホイール１を左右回転操作することにより、操舵角θや実舵角θ’、車速Ｖなどの情報信号に基づいて駆動モータ１３を正逆回転させ、これによってラック・ピニオン機構３を介して転舵輪ＦＬ、ＦＲに対する通常の転舵制御を行う。
【００３６】
一方、電動モータ３１に通電しない状態でステアリングホイール１を回転操作すると、操舵軸２の回転に伴って第１外歯歯車２１が同方向へ回転すると共に、これに噛み合った第１内歯歯車２５が自転により回転する。と同時に第２内歯歯車２３が同方向へ回転（自転）し、これに噛み合った第２外歯歯車２４が回転して出力軸４に回転トルクを伝達させることになる。
【００３７】
また、車両の所定の運転状態時に、ステアリングホイール１を回転操作すると、これに応じて前記電動モータ３１に通電してウォーム歯車３２ａ、３２ｂを介して、偏心カム１７を一方向（例えば右方向）へ回転させると、第１内歯歯車２１が第１外歯歯車２１の回りを一方向へ公転しながら自転する、と同時に、第２内歯歯車２３も第２外歯歯車２４の回りを公転しながら自転する。
【００３８】
このため、出力軸４には、ギア比が変化して例えば増速された回転トルクが伝達されることになる。
【００３９】
一方、ステアリングホイール１を回転操作すると、これに応じて前記電動モータ３１により偏心カム１７を反対方向（例えば左方向）へ回転させると、第１内歯歯車２１が第１外歯歯車２１の回りを他方向へ公転しながら自転する、と同時に、第２内歯歯車２３も第２外歯歯車２４の回りを同じく同方向へ公転しながら自転する。
【００４０】
このため、出力軸４には、ギア比が変化して例えば減速された回転トルクが伝達されることになる。
【００４１】
このとき、第１外歯歯車２１ａを、図６に示すように、例えば右方向（白矢印方向）へ回転させた場合において、第１内歯歯車２２のヘリカル歯２２ａの歯側面に作用する分力は、ヘリカル歯２２ａの歯側面２２ｂ方向（捩り方向）に対してほぼ直角な接線方向ｆ１、ｆ２の力と、ヘリカル歯２２ａの捩り方向に沿った第２内歯歯車２３方向側の軸方向ｆ３への力に振り分けられる。
【００４２】
一方、前記第１内歯歯車２２の回転に伴い第２内歯歯車２３が同期回転して、第２外歯歯車２４に回転トルクを伝達するが、このとき、第２外歯歯車２４から第２内歯歯車２３に反力が作用し、この分力は、第２内歯歯車２３のヘリカル歯２３ａの歯側面２３ｂに対してほぼ直角な接線方向（第１内歯歯車２２とは逆の接線方向）の力ｆ４、ｆ５と、ヘリカル歯２３ａの捩り角度に沿った第１内歯歯車２２方向側の軸方向の力ｆ６に振り分けられる。
【００４３】
このように、両内歯歯車２２，２３に発生する分力方向、特に軸方向の分力ｆ３，ｆ６が、互いに対向する方向（圧縮する方向）へ指向していることから、該各内歯歯車２２，２３は互いの分力が打ち消し合って、同一軸方向への自由移動が抑制されることになる。
【００４４】
したがって、各内歯歯車２２，２３を支持する軸受２９でのガタの発生が十分に抑制されて、各歯車２１〜２４の回転トルク伝達効率や操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
【００４５】
また、各内歯歯車２２，２３が反対に回転した場合は、それぞれに掛かる分力も互いに離れる方向に作用することから、各内歯歯車２２，２３の軸方向の自由移動が抑制される。
【００４６】
また、操舵軸２と出力軸４がブッシュ１９を介して互いに軸方向へ僅かに相対移動可能になっていることから、各ヘリカル歯２１ａ〜２４ａ間を常に密着状態に噛合させることが可能になる。このため、各歯車２１〜２４の回転トルク伝達効率が良好になる。
【００４７】
また、第１内歯歯車２２と第２内歯歯車２３の結合部２５の外周面にボールベアリング２９を設けたため、該結合部２５の剛性が大きくなる。このため、前記各内歯歯車２２、２３に掛かる圧縮、引っ張り方向の各分力に十分に対抗することが可能になる。
【００４８】
さらに、ばね部材３０によって各内歯歯車２２，２３を各外歯歯車２１，２４側に押し付けることによってバックラッシを消失することができるので、各ヘリカル歯２１ａ〜２４ａ間での打音の発生を防止できる。
【００４９】
しかも、この実施形態によれば、前記偏心カム１７を回転自在に支持する前記各ボールベアリング２６，２７を、ハウジングではなく、各歯車２１〜２４の噛み合い部を避けた操舵軸２及び出力軸４との間に設けたことから、各ボールベアリング２６，２７による径方向の拡大化が防止されて、装置全体の小型化を図ることができる。
【００５０】
さらに、前記各ボールベアリング２６，２７を比較的小径な操舵軸２と出力軸４の外周にそれぞれ設けたため、偏心カム１７の外周とハウジングとの間に配置した場合に比較して、各ボールベアリング２６、２７の外径をさらに小さくすることが可能になる。
【００５１】
このため、前記装置の小型化に加えて、装置の軽減化と製造コストの低廉化が図れる。
【００５２】
さらに、偏心カム１７の両端部１７ｃ、１７ｄをそれぞれボールベアリング２６，２７によって支持したため、該偏心カム１７を安定に支持することが可能になる。
【００５３】
また、第２軸受であるボールベアリング２９によって偏心カム１７と両内歯歯車２２，２３を常時円滑に相対回転させることが可能になると共に、該ボールベアリング２９の外径を十分に小さくすることができる。また、このボールベアリング２９を、各内歯歯車２２，２３のほぼ中央位置である結合部２５に配置したことから、第１、第２内歯歯車２２，２３をそれぞれバランス良く支持することができる。
【００５４】
また、電動モータ３１の回転トルクを減速歯車であるウォームシャフト３２ａとウォームホイール３２ｂとによって偏心カム１７に伝達するようにしたため、そのトルク伝達効率が良好になる。
【００５５】
前記実施形態から把握される前記各請求項に記載した発明以外の技術的思想について、その作用効果とともに以下に説明する。
（１）前記軸受を、前記偏心カムと少なくとも前記入力軸あるいは出力軸のいずれか一方との間に設けたことを特徴とする請求項１に記載のギア比可変機構。
【００５６】
軸受を比較的小径な入力軸あるいは出力軸の外周に設けたため、偏心カムの外周とハウジングとの間に配置した場合に比較して、軸受の外径をさらに小さくすることが可能になる。このため、装置の軽減化と製造コストの低廉化が図れる。
（２）前記偏心カムと各内歯歯車との間に、該偏心カムに対して各内歯歯車を回転自在に支持する第２軸受を設けたことを特徴とする請求項１に記載のギア比可変機構。
【００５７】
この発明によれば、第２軸受によって偏心カムと各内歯歯車を常時円滑に相対回転させることができると共に、第２軸受の外径を十分に小さくすることができる。
（３）前記第２軸受を、第１内歯歯車と第２内歯歯車との間の結合部に配置したことを特徴とする請求項１に記載のギア比可変機構。
【００５８】
この発明によれば、第２軸受を両内歯歯車のほぼ中央に位置する結合部に配置したことから、第１、第２内歯歯車をそれぞれバランス良く支持することができる。
（４）前記偏心カムを前記各内歯歯車の軸方向に沿ってほぼ円筒状に形成し、前記軸受を偏心カムの軸方向の一端部と入力軸との間及び他端部と出力軸との間にそれぞれ介装したことを特徴とする請求項１及び（１）〜（３）のいずれかに記載のギア比可変機構。
【００５９】
この発明によれば、偏心カムの軸方向の両端部が２つの軸受によって支持されることから、該偏心カムを安定に支持することができる。
（５）前記アクチュエータは、ハウジングの内部外周側に保持された可逆式の電動モータと、該電動モータと偏心カムとの間に設けられた減速歯車とから構成されていると共に、
前記減速歯車は、前記電動モータの回転軸に結合された第３歯車部と、偏心カムの外周面に固定されて、前記第３歯車部に噛合する第４歯車部とから構成され、
前記第４歯車部を前記軸受の近傍に配置したことを特徴とする請求項１に記載のギア比可変機構。
【００６０】
この発明によれば、第３歯車部と第４歯車部とを減速歯車として用い、さらこの減速歯車の近傍に軸受を設けたので、電動モータの回転トルクを偏心カムに効率良く伝達することができる。
【００６１】
この発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、偏心カム１７を支持する２つのボールベアリング２６，２７を、プレーンベアリングで構成することも可能であり、また１つをボールベアリングで、他方をプレーンベアリングで構成してもよい。また、前記減速歯車を、ウォーム歯車に代えて平歯車によって構成してもよい。また、前記軸受を偏心カムの外周とハウジングとの間に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態の車両の操舵制御装置の全体概略図である。
【図２】本実施形態に供されるギア比可変機構の縦断面である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】本実施形態に供される第１、第２外歯歯車を示す正面図である。
【図７】本実施形態に供される第１、第２内歯歯車を示す縦断面図である。
【図８】本実施形態に供される偏心カムを示す上半分断面図である。
【図９】同偏心カムの側面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…ステアリングホイール
２…操舵軸（入力軸）
３…ラック・ピニオン機構
４…出力軸
５…操舵機構
６…ギア比可変機構
７…操舵角センサ（操舵角検出手段）
８…実転舵角センサ（実転舵角検出手段）
９…電子コントローラ（制御手段）
１３…駆動モータ
１７…偏心カム
１７ｃ、１７ｄ…延長両端部
１８…アクチュエータ
２１…第１外歯歯車
２２…第１内歯歯車
２３…第２内歯歯車
２４…第２外歯歯車
２６，２７…ボールベアリング（第１軸受）
２８…偏心孔
２９…ボールベアリング（第２軸受）
ＦＬ・ＦＲ…転舵輪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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