(57)【要約】  ロック作動時のステアリング操作に起因するフレキシブルスプラインとサーキュラスプラインとの間の歯飛びを効果的に抑制することのできる伝達比可変装置が提供される。伝達比可変装置１は、ステアリング操作に基づく入力軸３の回転にモータによる駆動に基づく回転を上乗せして出力軸４に伝達する波動歯車機構１０と、波動歯車機構１０及びモータ２を収容するとともに非回転部位に固定されるハウジング６と、ハウジング６とモータシャフト１５とを相対回転不能にロックするロック装置２１とを備える。波動歯車機構１０を構成するサーキュラスプライン１１，１２のうち、出力軸４と連結されるサーキュラスプライン１２の歯数は、入力軸３と連結されるサーキュラスプライン１１の歯数よりも大と設定される。
2007061042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング操作に基づく入力軸の回転にモータ駆動に基づく回転を付加して出力軸に伝達する差動機構と、前記差動機構及び駆動源であるモータを収容するとともに非回転部位に固定されるハウジングと、該ハウジングと前記モータの回転軸とを相対回転不能にロックするロック装置とを備え、前記差動機構には、同軸上に並置された一対のサーキュラスプラインと、前記各サーキュラスプラインの内側において該各サーキュラスプラインと部分的に噛み合うように同軸上に配置される筒状のフレキシブルスプラインと、モータによって駆動されることにより前記フレキシブルスプラインの噛合部を回転させる波動発生器とからなる波動歯車機構が用いられた伝達比可変装置であって、
前記各サーキュラスプラインのうち前記出力軸と連結されるサーキュラスプラインの歯数を前記入力軸と連結されるサーキュラスプラインの歯数よりも大とした伝達比可変装置。
【請求項２】
請求項１に記載の伝達比可変装置において、
前記出力軸と連結されるサーキュラスプラインの厚みを前記入力軸と連結されるサーキュラスプラインの厚みよりも大とした伝達比可変装置。
【請求項３】
ステアリング操作に基づく入力軸の回転にモータ駆動に基づく回転を付加して出力軸に伝達する差動機構と、前記差動機構及び駆動源であるモータを収容するとともに非回転部位に固定されるハウジングと、該ハウジングと前記モータの回転軸とを相対回転不能にロックするロック装置とを備え、前記差動機構には、サーキュラスプラインと、前記サーキュラスプラインの内側において該サーキュラスプラインと部分的に噛み合うように同軸上に配置される筒状のフレキシブルスプラインと、モータによって駆動されることにより前記フレキシブルスプラインの噛合部を回転させる波動発生器とからなる波動歯車機構が用いられた伝達比可変装置であって、
前記サーキュラスプラインには、前記フレキシブルスプラインよりも大きな歯数が設定されるとともに、前記出力軸と連結される伝達比可変装置。
【請求項４】
ステアリングホイールに連結された入力軸と、ラックシャフトに噛合するピニオンシャフトと、伝達比可変機構と、前記入力軸を支持し、ピニオンシャフト及び伝達比可変機構を収容するハウジングとを有する操舵装置であって、
前記伝達比可変機構は、
ステータ及びモータシャフトを備えたモータと、
第１及び第２のサーキュラスプライン及びフレキシブルスプラインを有する波動歯車減速装置と、
出力軸とを備え、
前記第１のサーキュラスプラインには前記入力軸が連結され、第２のサーキュラスプラインには出力軸が連結され、前記フレキシブルスプラインには前記モータシャフトが連結され、前記出力軸とピニオンシャフトとはトーションバーを介して連結され、
前記第２のサーキュラスプラインの歯数は第１のサーキュラスプラインの歯数よりも多く設定されている操舵装置。
【請求項５】
前記操舵装置はさらにトルクセンサを含み、そのトルクセンサは前記出力軸、ピニオンシャフト及びハウジングに取り付けられている請求項５に記載の操舵装置。
【請求項６】
前記伝達比可変機構はさらに、前記ハウジングとモータシャフトとを相対回転不能にロックするロック装置を有し、そのロック装置は、前記モータシャフトの下端に設けられたロックホルダと、ソレノイドによって駆動されるロックアームとを有する請求項５に記載の操舵装置。
【請求項７】
前記波動歯車減速機は、軸方向で前記モータと入力軸との間に配置されている請求項５に記載の操舵装置。
【請求項８】
前記モータシャフトは中空であり、
前記第２のサーキュラスプラインは第１のサーキュラスプラインの上方に配置され、
前記入力軸は拡径部を有し、その拡径部にて前記第１のサーキュラスプラインに連結され、
前記出力軸は連結部を有し、その連結部にて前記第２のサーキュラスプラインに連結されるとともに前記モータシャフトを貫通している請求項５に記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波動歯車機構を用いた伝達比可変装置並びに操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、波動歯車機構を差動機構として用いることにより、ステアリング操作に基づく入力軸の回転に、モータ駆動に基づく回転を付加して出力軸に伝達する伝達比可変装置がある。そして、このような伝達比可変装置には、ハウジングが入力軸とともに一体回転するハウジング一体回転型のもの（例えば、特許文献１参照）と、ハウジングが車両の非回転部位に固定されるハウジング固定型のもの（例えば、特許文献２参照）とがある。【０００３】
波動歯車機構は、例えば、一対のサーキュラスプラインの内、何れか一方のサーキュラスプラインに、フレキシブルスプラインの歯数よりも大きな歯数を設定し、噛合部の回転に伴って発生するとともにその歯数差に起因する回転差を、減速比として取り出すものである。【０００４】
通常、こうした波動歯車機構を用いた伝達比可変装置には、フェールセーフのため、或いは車両のイグニッションオフ時に、波動発生器に連結されたモータシャフトとハウジングとを相対回転不能にロックするロック装置が備えられている。そして、同ロック装置の作動により、モータシャフトの自由回転を規制して、入力軸と出力軸との間のトルク伝達が不能となることを防止するようになっている。
【特許文献１】特開２００４−９９８２号公報
【特許文献２】特開２００４−１７５３３６号公報
【発明の開示】
【０００５】
ハウジング一体型の装置は、ハウジングと入力軸とが一体回転するように構成されている。そのため、ロック装置の作動によって、モータシャフトに連結された波動発生器は停止状態となり、波動歯車機構の作動が停止する。すなわち、一対のサーキュラースプライン、フレキシブルスプラインおよび波動発生器が一体回転する。言い換えると、モータシャフトと入出力軸が一体回転する。
【０００６】
しかしながら、ハウジング固定型の装置においては、ハウジングとモータシャフトとをロックすることで、操舵トルク或いは反力トルクの入力時におけるモータシャフトの自由回転は防止されるものの、波動歯車機構の作動が停止するわけではない。ハウジング固定型の装置においては、ロック装置の作動によって、モータシャフトに連結された波動発生器の自由回転は停止するものの、入出力軸はステアリング操作に伴い回転する。このため、見かけ上、波動発生器のフレキシブルスプライン押圧部位は、フレキシブルスプラインの内側において同フレキシブルスプラインと反対方向に回転し、これに伴い、フレキシブルスプラインとサーキュラスプラインとの噛合部が回転する。
【０００７】
この噛合部が回転する際の、フレキシブルスプラインの外歯のサーキュラスプラインの内歯間への没入・脱離は、その外歯及び内歯の側面間が摺接しながら行われ、その噛合部に大きなトルクが作用した場合、これに起因する歯飛び、即ち、ラチェッティングが発生する可能性があることが分かった。このように、ロック作動時におけるフレキシブルスプラインとサーキュラスプラインとの噛合部の回転が、ハウジング固定型特有の問題を引き起こす可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ロック作動時のステアリング操作に起因するフレキシブルスプラインとサーキュラスプラインとの間の歯飛びを効果的に抑制することのできる伝達比可変装置を提供することにある。
【０００９】
上記問題点を解決するために、本願発明の第１の態様によれば、ステアリング操作に基づく入力軸の回転にモータ駆動に基づく回転を付加して出力軸に伝達する差動機構と、前記差動機構及び駆動源であるモータを収容するとともに非回転部位に固定されるハウジングと、該ハウジングと前記モータの回転軸とを相対回転不能にロックするロック装置とを備え、前記差動機構には、同軸上に並置された一対のサーキュラスプラインと、前記各サーキュラスプラインの内側において該各サーキュラスプラインと部分的に噛み合うように同軸上に配置される筒状のフレキシブルスプラインと、モータによって駆動されることにより前記フレキシブルスプラインの噛合部を回転させる波動発生器とからなる波動歯車機構が用いられた伝達比可変装置が提供される。その伝達比可変装置において、前記各サーキュラスプラインのうち前記出力軸と連結されるサーキュラスプラインの歯数を前記入力軸と連結されるサーキュラスプラインの歯数よりも大としたこと、を要旨とする。
【００１０】
即ち、ロック作動状態におけるステアリング操作時、出力軸と連結されたサーキュラスプラインの回転方向と波動発生器の回転方向とは互いに逆向きとなる。しかし、同サーキュラスプラインには、その操舵トルクに対抗する反力トルク、つまり波動発生器の回転方向と同方向のトルクが入力されることになる。このため、フレキシブルスプラインの外歯は、その側面がサーキュラスプラインの内歯の側面と摺接しながら、同サーキュラスプラインの隣接する内歯の間から脱離する方向、即ち径方向内側に変位する状態となり、フレキシブルスプラインは、このサーキュラスプラインの外歯がその内歯の間から離脱する際の摩擦によって径方向内側に引き込まれる形となる。従って、上記構成によれば、ロック作動時のステアリング操作に起因するフレキシブルスプラインとサーキュラスプラインとの間の歯飛びを効果的に抑制することができる。
【００１１】
第１の態様において、前記出力軸と連結されるサーキュラスプラインの厚みを前記入力軸と連結されるサーキュラスプラインの厚みよりも大とすることが望ましい。
出力軸と連結される側のサーキュラスプラインの歯数を大とすることで、操舵輪の縁石への衝突時等、大きな逆入力荷重が印加された場合の歯飛びが問題となる。しかしながら、こうした逆入力荷重は、瞬間的に極めて大きな値をとるものの、その印加時間は極短いものであり、こうした衝撃荷重に対しては、サーキュラスプラインの剛性を高めることで対処できる。従って、上記構成によれば、出力軸と連結されたサーキュラスプラインの剛性を高めて、逆入力荷重印加時における歯飛びを効果的に抑制することができる。
【００１２】
本願発明の第２の態様によれば、ステアリング操作に基づく入力軸の回転にモータ駆動に基づく回転を付加して出力軸に伝達する差動機構と、前記差動機構及び駆動源であるモータを収容するとともに非回転部位に固定されるハウジングと、該ハウジングと前記モータの回転軸とを相対回転不能にロックするロック装置とを備え、前記差動機構には、サーキュラスプラインと、前記サーキュラスプラインの内側において該サーキュラスプラインと部分的に噛み合うように同軸上に配置される筒状のフレキシブルスプラインと、モータに駆動されることにより前記フレキシブルスプラインの噛合部を回転させる波動発生器とからなる波動歯車機構が用いられた伝達比可変装置が提供される。その伝達比可変装置において、前記サーキュラスプラインは、前記フレキシブルスプラインよりも大きな歯数が設定されるとともに、前記出力軸と連結されている。
【００１３】
本願発明の第３の態様によれば、ステアリングホイールに連結された入力軸と、ラックシャフトに噛合するピニオンシャフトと、伝達比可変機構と、前記入力軸を支持し、ピニオンシャフト及び伝達比可変機構を収容するハウジングとを有する操舵装置が提供される。その操舵装置における前記伝達比可変機構は、ステータ及びモータシャフトを備えたモータと、第１及び第２のサーキュラスプライン及びフレキシブルスプラインを有する波動歯車減速装置と、出力軸とを備えている。前記第１のサーキュラスプラインには前記入力軸が連結され、第２のサーキュラスプラインには出力軸が連結され、前記フレキシブルスプラインには前記モータシャフトが連結され、前記出力軸とピニオンシャフトとはトーションバーを介して連結されている。前記第２のサーキュラスプラインの歯数は第１のサーキュラスプラインの歯数よりも多く設定されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の伝達比可変装置の概略構成を示す断面図。
【図２】（ａ），（ｂ）歯飛び（ラチェッティング）の発生メカニズムを示す説明図。
【図３】第２の実施形態の伝達比可変装置を示す断面図。
【図４】図３の４−４線における断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の実施形態
以下、本発明をハウジング固定型の伝達比可変装置に具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。【００１６】
図１に示すように、伝達比可変装置１は、駆動源であるモータ２と、ステアリング操作に基づく入力軸３の回転にモータ駆動に基づく回転を付加して出力軸４に伝達する差動機構５と、これらモータ２及び差動機構５を収容するハウジング６とを備えている。【００１７】
詳述すると、本実施形態のハウジング６は、略円筒状に形成されている。入力軸３及び出力軸４は、それぞれ、その端部がハウジング６内に配置された状態で同ハウジング６の両開口端近傍に設けられた各軸受７，８により、同ハウジング６に対して相対回転可能に支持されている。具体的には、入力軸３は、ハウジング６のステアリングホイール側、即ち、同図１中、上側の開口端近傍に設けられた軸受７により支持されている。出力軸４、詳しくは出力軸４の端部に設けられた連結部材４ａは、ステアリングホイールとは反対側、即ち、図１の下側の開口端近傍に設けられた軸受８により支持されている。そして、ハウジング６内に配置された入力軸３及び出力軸４の端部は、それぞれハウジング６内に収容された差動機構５に連結されている。【００１８】
本実施形態の伝達比可変装置１は、ステアリングコラムに設けられる所謂コラム式の伝達比可変装置であり、入力軸３及び出力軸４は、それぞれ、ステアリングホイール（図示略）が連結されるコラムシャフトの入力側及び出力側を構成する。そして、ハウジング６は、非回転部位である車両のボディ（図示略）に固定されている。【００１９】
本実施形態では、差動機構５には波動歯車機構１０が採用されている。波動歯車機構１０は、同軸上に並置された一対のサーキュラスプライン１１，１２、各スプライン１１，１２と噛み合うように同軸上に配置された筒状のフレキシブルスプライン１３、及び、フレキシブルスプライン１３の内側に配置された波動発生器１４により構成されている。【００２０】
各サーキュラスプライン１１，１２には、互いに異なる歯数が設定されている。フレキシブルスプライン１３は、略楕円状に撓ませられた状態で、各サーキュラスプライン１１，１２の内側に配置され、その外歯が該各サーキュラスプライン１１，１２の内歯とそれぞれ部分的に噛合されている。そして、波動発生器１４は、モータ２によって駆動されることにより、撓ませられた略楕円形状のフレキシブルスプライン１３、即ち、両サーキュラスプライン１１，１２との噛合部を回転させる。【００２１】
駆動源であるモータ２には中空状のモータシャフト１５を有するブラシレスモータが採用されている。同モータ２は、波動歯車機構１０のステアリングホイール側において、入力軸３と同軸上に配置されている。モータシャフト１５は、軸受１６ａ，１６ｂに軸支されることにより、ハウジング６内に回転可能に収容されている。同モータシャフト１５に固着されたロータ１８の外側には、ハウジング６に固定されたステータ１９が設けられている。モータシャフト１５のステアリングホイール側の端部近傍には、同モータシャフト１５の回転角を検出するためのレゾルバ２０が設けられている。そして、このモータシャフト１５のステアリングホイールとは反対側の端部は、波動歯車機構１０を構成する波動発生器１４に連結されている。【００２２】
入力軸３はこのモータシャフト１５に挿通され、かつ、内側連結部材３ａを介して、両サーキュラスプライン１１，１２のうち、出力軸４側に配置された第１サーキュラスプライン１１と連結されている。そして、入力軸３側に配置された第２サーキュラスプライン１２は、内側連結部材３ａの径方向外側に位置する外側連結部材４ａを介して出力軸４に固定されている。【００２３】
ステアリング操作に伴う入力軸３の回転は、入力軸３に連結された第１サーキュラスプライン１１からフレキシブルスプライン１３を介して第２サーキュラスプライン１２に伝達され、これにより出力軸４へと伝達される。そして、フレキシブルスプライン１３の内側に配置された波動発生器１４がモータ２によって駆動され、撓ませられた楕円形状のフレキシブルスプライン１３の、両サーキュラスプライン１１，１２との噛合部が回転することにより、モータ駆動に基づく回転がステアリング操作に基づく回転に付加される。即ち、入力軸３と出力軸４との間の回転伝達比が変更される。【００２４】
また、本実施形態の伝達比可変装置１は、モータ２の回転軸であるモータシャフト１５とハウジング６とを相対回転不能にロック可能なロック装置２１を備えている。詳述すると、モータシャフト１５のステアリングホイール側の端部には、モータシャフト１５とともに一体回転する略円環状のロックホルダ２２が固定されている。ロックホルダ２２の周面には、軸方向に延びる複数の係合溝２２ａが凹設されている。また、ロックホルダ２２の外側において、ハウジング６には、モータシャフト１５の軸線に沿って平行に延びる回動軸２３が固定されている。同回動軸２３には、先端にロックホルダ２２の係合溝２２ａと係合可能な係合爪２４ａを備えたロックアーム２４が回動可能に支持されている。そして、ロック装置２１は、ロックホルダ２２及びロックアーム２４、並びに同ロックアーム２４を回動させる捻りコイルバネ及びソレノイド（図示略）により構成されている。【００２５】
即ち、本実施形態では、ロックアーム２４は、捻りコイルバネの弾性力により、その係合爪２４ａがロックホルダ２２に向かって回動するよう付勢されており、非ロック時には、ソレノイドの駆動力によって、その係合爪２４ａがロックホルダ２２の径方向外側に保持されている。そして、ロック時には、ソレノイドへの通電を停止し、ロックアーム２４の係合爪２４ａをロックホルダ２２の係合溝２２ａと係合させることにより、モータシャフト１５とハウジング６とが相対回転不能にロックされる。これにより、操舵トルク或いは反力トルクの入力時におけるモータシャフト１５の自由回転が規制され、入力軸３と出力軸４との間のトルク伝達が不能となることが防止される。【００２６】
さて、上述のように、本実施形態の伝達比可変装置１のようなハウジング固定型の装置においては、ハウジング６とモータシャフト１５とをロックしても、入力軸３の回転により、モータシャフト１５に対して入力軸３が相対回転することになる。【００２７】
即ち、ハウジング６とモータシャフト１５とがロックされた状態では、見かけ上は、波動発生器１４が、フレキシブルスプライン１３の内側において同フレキシブルスプライン１３及び第１，第２サーキュラスプライン１１，１２と反対方向に回転する状態となる。そして、このような状態において、大トルクが入力された場合、特にイグニッションオフ状態での操舵輪の据え切り時のように、比較的長時間にわたってその大トルク入力状態が継続する場合には、第１、第２サーキュラスプライン１１，１２のうちの歯数の大きな方と、フレキシブルスプライン１３との噛合部における歯飛び（ラチェッティング）が発生しやすいという問題がある。【００２８】
こうした大トルク入力状態における歯飛びの発生要因について、本願出願人は、実験により次のような知見を得た。
はじめに、波動発生器ＷＧの自由回転が規制された波動歯車機構において、歯数の大きな一つのサーキュラスプラインＣＳ側からトルクの入力を行った場合の、歯数の大きなサーキュラスプラインＣＳの内歯Ｔｃについて説明する。図２（ａ）に示すように、歯数の大きな一つのサーキュラスプラインＣＳと波動発生器ＷＧとが見かけ上、反対方向に回転した場合において、サーキュラスプラインＣＳに対するトルク入力方向Ｔ１が、波動発生器ＷＧの見かけ上の回転方向Ｒ２と反対方向である場合には、フレキシブルスプラインＦＳの外歯Ｔｆは、その側面ＴｆａがサーキュラスプラインＣＳの内歯Ｔｃの側面Ｔｃａと摺接しながら、同サーキュラスプラインＣＳの隣接する２つの内歯Ｔｃの間に没入する方向、即ち、矢印Ｓ１で示すように径方向外側に向かって変位する状態となる。このため、サーキュラスプラインＣＳは、その内歯Ｔｃの間にフレキシブルスプラインＦＳの外歯Ｔｆが没入する際、その摩擦によって径方向外側Ｌ１に押し広げられ、その結果として上述の歯飛びが発生することになる。【００２９】
次に、波動発生器ＷＧの自由回転が規制された波動歯車機構において、歯数の小さなサーキュラスプライン側からトルクの入力を行った場合の、歯数の大きなサーキュラースプラインＣＳの内歯Ｔｃについて説明する。図２（ｂ）に示すように、サーキュラスプラインＣＳに対するトルク入力方向Ｔ２が、波動発生器ＷＧの見かけ上の回転方向Ｒ２と同一方向である場合、即ちサーキュラスプラインＣＳの回転がフレキシブルスプラインＦＳの回転に伴う従属的なものであり、サーキュラスプラインＣＳには、これに対する反力トルクが印加されるような場合、フレキシブルスプラインＦＳの外歯Ｔｆは、その側面ＴｆａがサーキュラスプラインＣＳの内歯Ｔｃの側面Ｔｃａと摺接しながら、同サーキュラスプラインＣＳの隣接する２つの内歯Ｔｃの間から脱離する方向、即ち、矢印Ｓ２で示すように径方向内側に変位する状態となる。このため、サーキュラスプラインＣＳは、その内歯Ｔｃの間からフレキシブルスプラインＦＳの外歯Ｔｆが脱離する際、その摩擦によって径方向内側Ｌ２に引き込まれる形となる。従って、上述のような歯飛びの問題は発生しにくい。【００３０】
以上の知見を踏まえ、本実施形態の伝達比可変装置１では、出力軸４と連結された第２サーキュラスプライン１２の歯数は、入力軸３と連結された第１サーキュラスプライン１１（及びフレキシブルスプライン１３）の歯数よりも大と設定されている。具体的には、第１サーキュラスプライン１１及びフレキシブルスプライン１３の歯数は１００に設定され、出力軸４と連結された第２サーキュラスプライン１２の歯数は１０２に設定されている。【００３１】
即ち、ハウジング６とモータシャフト１５とがロックされた状態で、操舵トルクが入力される時、第２サーキュラスプライン１２が入力軸３とともに一体回転することにより、見かけ上、波動発生器１４は、その回転方向と反対方向、つまり、第２サーキュラスプライン１２に対するトルク入力方向と反対方向に回転することになる。一方、出力軸４と連結された第２サーキュラスプライン１２と波動発生器１４との関係については、その回転方向は逆向きとなるものの、その入力トルクは、操舵トルクに対抗する反力トルクである。つまり、第２サーキュラスプライン１２には、波動発生器１４の回転方向と同方向のトルクが入力される。そして、本実施形態では、この出力軸４と連結された第２サーキュラスプライン１２の歯数を大とすることにより、イグニッションオフに伴うロック作動時の操舵輪の据え切り等、ロック作動時のステアリング操作による歯飛びの発生を防止するようになっている。【００３２】
尚、このように出力軸４と連結された第２サーキュラスプライン１２の歯数を大とすることで、縁石への操舵輪の衝突時等、大きな逆入力荷重が印加された場合の歯飛びが問題となる。しかしながら、こうした逆入力荷重は、瞬間的に極めて大きな応力が第２サーキュラスプライン１２とフレキシブルスプライン１３との噛合部に印加されるものの、その印加時間は極短いものであり、こうした衝撃荷重に対しては、第２サーキュラスプライン１２の剛性を高めることで対処することが可能である。そこで、本実施形態では、図１に示すように出力軸４と連結された第２サーキュラスプライン１２の厚みｄ１を入力軸３と連結された第１サーキュラスプライン１１の厚みｄ２よりも大とすることで、その高い剛性を確保するように構成されている。【００３３】
また、各スプラインの歯形は、その噛合部の噛み合い率の向上を図るため、特開昭５−１１５９４３号公報、並びに特開平５−１７２１９５号公報の記載を参照して定められている。【００３４】
第１の実施形態では、同軸上に並置された一対のサーキュラスプライン１１，１２を有するフラット型の波動歯車機構１０を用いることとしたが、一つのサーキュラスプラインとカップ状のフレキシブルスプラインとを有するカップ型の波動歯車機構を用いる構成としてもよい。そして、この場合には、出力軸にサーキュラスプラインを連結する構成とすればよい。
第２の実施形態
次に、本発明を具体化した第２の実施形態について、図面に従って詳細に説明する。【００３５】
図３に示すように、本実施形態の車両用操舵装置において、ステアリングホイール５２が固定されるステアリングシャフト５３の一部を構成する伝達軸６０は、ラックアンドピニオン機構５４により、ラックシャフト５５と連結されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト５３の回転は、ラックアンドピニオン機構５４によりラックシャフト５５の往復直線運動に変換される。【００３６】
伝達軸６０の下端に形成されたピニオン歯６０ａは、ラックシャフト５５のラック歯５５ａと噛合されている。そして、ステアリングシャフト５３の回転に伴うラックシャフト５５の往復直線運動が、ラックシャフト５５の両端に連結されたタイロッドを介してナックル（図示略）に伝達されることにより、車両の操舵輪の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。【００３７】
ラックシャフト５５はラックハウジング６３に収容されている。伝達軸６０には、操舵系のパワーアシスト制御に用いる操舵トルクを検出するためのトルクセンサ６６が設けられている。また、伝達軸６０には、ステアリングホイール５２と操舵輪の間の伝達比（ギヤ比）を可変可能な伝達比可変装置６８が設けられている。【００３８】
本実施形態では、ラックハウジング６３の上面には、略円筒状に形成されたピニオンハウジング７０が固定されている。伝達軸６０は、このピニオンハウジング７０内に挿通されることにより、その下端に形成されたピニオン歯６０ａがラックシャフト５５のラック歯５５ａと噛合された状態で回転自在に支承されている。【００３９】
ピニオンハウジング７０は、ラックハウジング６３の上部に固定された第１ハウジング７３と、第１ハウジング７３の上端に連結された第２ハウジング７４とにより構成されている。そして、前記トルクセンサ６６及び伝達比可変装置６８は、このピニオンハウジング７０内に収容されている。【００４０】
本実施形態の伝達軸６０は、ステアリング操作に伴う回転が入力される入力軸７５と、前記ピニオン歯６０ａが形成された従動軸７６とにより構成されている。伝達比可変装置６８は、これら入力軸７５及び従動軸７６の間に介在された差動機構７７と、その差動機構７７を駆動するモータ７８とにより構成されている。【００４１】
従動軸７６は、第１ハウジング７３に設けられた軸受７９ａ，７９ｂにより回転自在に支承され、その上端が第２ハウジング７４内に突入している。また、駆動源であるモータ７８には、中空状のモータシャフト８０を有するブラシレスモータが採用されている。モータ７８のステータ８１は第２ハウジング７４の内周に固定されることにより、非回転部位である同第２ハウジング７４（ピニオンハウジング７０）に対して相対回転不能に設けられている。第２ハウジング７４内に突入された従動軸７６の上端は、このモータシャフト８０に挿通され、第２ハウジング７４の上端部７４ａ近傍まで延びている。【００４２】
一方、入力軸７５は、第２ハウジング７４の上端部７４ａに設けられた軸受８３により回転自在に支承されている。モータ７８とともに伝達比可変装置６８を構成する差動機構７７は、同モータ７８の軸線に沿ってモータ７８と並置され、第２ハウジング７４の上端部７４ａ近傍に設けられている。【００４３】
差動機構７７には波動歯車機構９５が用いられている。その波動歯車機構９５は、同軸上に並置された一対の第１、第２のサーキュラスプライン９１，９２と、各サーキュラスプライン９１，９２と部分的に噛み合うように同軸上に配置された筒状のフレキシブルスプライン９３と、モータ７８の駆動によりフレキシブルスプライン９３の噛合部を回転させる波動発生器９４とからなる。【００４４】
各サーキュラスプライン９１，９２には、互いに異なる歯数が設定されている。フレキシブルスプライン９３は、略楕円状に撓ませられた状態で各サーキュラスプライン９１，９２の内側に配置され、それにより、その外歯が各サーキュラスプライン９１，９２の内歯とそれぞれ部分的に噛合される。波動発生器９４は、フレキシブルスプライン９３の内側に配置された状態で、その中心部分に形成された連結部９４ａがモータシャフト８０とスプライン嵌合されている。従って、モータ７８によって駆動される波動発生器９４は、フレキシブルスプライン９３を略楕円状に撓ませつつ、そのフレキシブルスプライン９３の両サーキュラスプライン９１，９２との噛合部を回転させる。【００４５】
そして、本実施形態では、モータ７８の近傍に配置された第１のサーキュラスプライン９１には、入力軸７５が連結されている。第２ハウジング７４の上端部７４ａの近傍に配置された第２のサーキュラスプライン９２には、モータシャフト８０に挿通されることにより両サーキュラスプライン９１，９２よりも上方に突出された従動軸７６の上端が連結されている。【００４６】
従動軸７６と第２のサーキュラスプライン９２との間には連結部材９６が設けられている。連結部材９６は、従動軸７６の外周に嵌合される筒状部９６ａと、その外周から径方向外側に延設されて第２のサーキュラスプライン９２の内周に嵌合されるフランジ部９６ｂとを備えており、その連結部材９６により、従動軸７６が第２のサーキュラスプライン９２に連結されている。【００４７】
また、入力軸７５の下端には、その内径が各サーキュラスプライン９１，９２の外径よりも大径に形成された筒状の拡径部７５ａが設けられている。入力軸７５は、この拡径部７５ａ内に波動歯車機構９５及び連結部材９６を収容した状態で、その内周が第１のサーキュラスプライン９１の外周に嵌合されることにより、同第１のサーキュラスプライン９１と連結されている。【００４８】
そして、本実施形態では、このように入力軸７５及び従動軸７６、並びにモータシャフト８０に対してそれぞれ連結された波動歯車機構９５を、モータ７８によって駆動することにより、ステアリングホイール５２と操舵輪との間の伝達比（ギヤ比）を変更することが可能である。【００４９】
即ち、ステアリング操作に伴う入力軸７５の回転は、その入力軸７５に連結された第１のサーキュラスプライン９１からフレキシブルスプライン９３を介して第２のサーキュラスプライン９２に伝達され、これにより従動軸７６へと伝達される。また、波動発生器９４がモータ７８によって駆動され、撓ませられたフレキシブルスプライン９３と両サーキュラスプライン９１，９２との噛合部が回転することにより、両サーキュラスプライン９１，９２間の歯数差に基づく回転差が、モータの駆動に基づく回転として上記ステアリング操作に基づく回転に付加されて、従動軸７６へと伝達される。そして、これにより、入力軸７５と従動軸７６との間の回転伝達比、即ちステアリングホイール５２と操舵輪との間の伝達比（ギヤ比）が変更される。【００５０】
また、本実施形態では、従動軸７６は、その上端が波動歯車機構９５に連結される中間シャフト９８と、下端にピニオン歯６０ａが形成されたピニオンシャフト９９とを、トーションバー１００を介して連結することにより形成されている。そして、トルクセンサ６６は、そのトーションバー１００の捻れ角を測定することにより、操舵系に入力される操舵トルクを検出する。なお、中間シャフト９８は波動歯車機構９５の出力軸として機能する。【００５１】
詳述すると、本実施形態では、中間シャフト９８には、下方の軸端９８ａから軸線に沿って上方に延びる中空部１０１が形成され、トーションバー１００は、この中空部１０１内に収容されている。一方、ピニオンシャフト９９にもまた、上方の軸端９９ａから軸線に沿って下方に延びる中空部１０２が形成され、中間シャフト９８の軸端９８ａの近傍がその中空部１０２内に遊嵌されている。中間シャフト９８及びピニオンシャフト９９は、上記軸受７９ａ，７９ｂによってそれぞれ独立に支承されており、これにより互いに相対回転可能である。トーションバー１００は、その上端が中空部１０１の底部１０１ａに固定されるとともに、その下端は中空部１０１から下方に突出されてピニオンシャフト９９の中空部１０２の底部１０２ａに固定されている。【００５２】
また、第１ハウジング７３内には、従動軸７６と同軸上に位置するように並置された一対のレゾルバ１０３ａ，１０３ｂが収容されている。第１のレゾルバ１０３ａは、中間シャフト９８の外周を包囲する位置に配置され、第２のレゾルバ１０３ｂは、ピニオンシャフト９９の外周を包囲する位置に配置されている。そして、トルクセンサ６６は、各レゾルバ１０３ａ，１０３ｂの出力信号により検出される中間シャフト９８及びピニオンシャフト９９間の回転角の差に基づいて、トーションバー１００の捻れ角を測定し、これにより操舵トルクを検出する。【００５３】
また、本実施形態の伝達比可変装置は、モータ７８のモータシャフト８０とハウジング７０とを相対回転不能にロック可能なロック装置１１１を備えている。詳述すると、モータシャフト８０の下端部には、モータシャフト８０とともに一体回転する略円環状のロックホルダ１１２が固定されている。ロックホルダ１１２の周面には、軸方向に延びる複数の係合溝１１２ａが凹設されている。また、ロックホルダ１１２の外側において、ハウジング７０には、モータシャフト８０の軸線に沿って平行に延びる回動軸１１３が固定されている。同回動軸１１３には、先端にロックホルダ１１２の係合溝１１２ａと係合可能な係合爪１１４ａを備えたロックアーム１１４（図４参照）が回動可能に支持されている。そして、ロック装置１１１は、ロックホルダ１１２及びロックアーム１１４、並びに同ロックアーム１１４を回動させる捻りコイルバネ１１５及びソレノイド１１６により構成されている。【００５４】
即ち、本実施形態では、ロックアーム１１４は、捻りコイルバネ１１５の弾性力により、その係合爪１１４ａがロックホルダ１１２に向かって回動するよう付勢されている。アンロック時には、ソレノイド１１６への通電によって生じる駆動力によって、その係合爪１１４ａが係合溝１１２ａから離脱し、ロックホルダ１１２の径方向外側に保持される。そして、ロック時には、ソレノイド１１６への通電を停止し、捻りコイルバネ１１５の弾性力によってロックアーム１１４の係合爪１１４ａをロックホルダ１１２の係合溝１１２ａと係合させることにより、モータシャフト８０とハウジング７０とが相対回転不能にロックされる。これにより、操舵トルク或いは反力トルクの入力時におけるモータシャフト８０の自由回転が規制され、入力軸７５と従動軸７６との間のトルク伝達が不能となることが防止される。【００５５】
上記のように構成された第２の実施形態では、前記第１の実施形態と同様に、従動軸７６と連結された第２のサーキュラスプライン９２の歯数を、入力軸７５に連結された第１のサーキュラスプライン９１の歯数よりも多くすることにより、イグニッションオフに伴うロック作動時の操舵輪の据え切り等、ロック作動時のステアリング操作による歯飛びの発生を防止することができる。【００５６】
また、第２の実施形態では、以下の効果が得られる。すなわち、トルクセンサ６６を従動軸７６の下端近傍において、その従動軸７６及びハウジング７０に取り付けたので、伝達比の可変制御と、電動パワーステアリングの制御との干渉が生じることがなく、操舵時に運転者が受ける感触を向上させることが可能になる。【００５７】
ロック装置１１１をモータシャフト８０の下端に設けたため、組付けが容易になる。具体的には、第１及び第２ハウジング７３，７４の組付け前に、第２ハウジング２４の下部開口からロック装置１１１を組み付けることができる。【００５８】
波動歯車機構９５がモータ７８と入力軸７５との間に配置され、同軸上に多くの部品を配置する必要がなくなるため、装置全体の外径を小さくすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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