JP2014098470A - 伝達比可変装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡易な構成によりベアリングギヤに予圧を付与することができる伝達比可変装置を提供する。
【解決手段】予圧付与機構79は、ハウジング本体31の内周面に螺着されて回転移動する予圧調整プラグ78と、出力軸23とZ1ギヤ61との間にスラストニードルベアリング81と、スラストニードルベアリング81を転動可能に保持するプレート82とを備えている。Z1ギヤ61は、出力軸23の肩部においてスラストニードルベアリング81と、スラストニードルベアリング81の転動面用の円環状のプレート82とにより相対回転可能に支持されている。予圧調整プラグ78が出力軸23を押圧することにより、出力軸23の肩部は、プレート82、スラストニードルベアリング81およびZ1ギヤ61を軸方向にセンタベアリング63側へ押圧している。これにより、ベアリングギヤ25に予圧が付与されている。
【選択図】図3

Description

本発明は、伝達比可変装置に関するものである。
従来、伝達機構として、揺動歯車を用いたものが知られており、差動機構を用いて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上乗せして出力軸に伝達することにより、入出力軸間の回転伝達比(ステアリングギヤ比)を変化させる伝達比可変装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このような伝達比可変装置の減速機構は、入力軸と一体回転する第1歯車と、出力軸と一体回転する第4歯車と、第1歯車に噛み合う第2歯車および第4歯車に噛み合う第3歯車を有するとともに、第1および第4歯車の軸線に対して傾斜した軸線周りに回転する揺動歯車とを備えた揺動歯車機構を差動機構として設けている。揺動歯車は、軸受を介して入力軸の軸線方向の揺動を行いながら噛み合う第1歯車と第2歯車、および第4歯車と第3歯車との歯数の差により回転し、入力軸からの入力を出力軸へ減速して伝達するとともに、揺動歯車を駆動手段を用いて回転させることで入力軸と出力軸との回転伝達比を変更するように構成されている。
特開2006−82718号公報
こうした伝達比可変装置では、揺動歯車機構いわゆるベアリングギヤ(減速機)の歯車間にガタが生じて異音が発生する場合がある。そこで、安定した位置で噛み合いをさせ異音を抑えるため、ベアリングギヤの噛合部に軸方向の予圧(荷重)を付与する構造が用いられている。例えば、入力軸側に予圧用プラグを螺着させ、締付トルクを調整しながら締め付け固定する方法を用いることで、ベアリングギヤの噛み合い状態を良好に維持している。しかしながら、予圧用プラグで軸方向に引っ張られた入力軸が傾くことにより、入力軸に固定された第1歯車も傾く場合がある。その結果、歯車間の適切な噛み合いが維持されなくなり、歯の脱落や磨耗、あるいは噛み合い部分に生じたずれによる異音が増加する可能性がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成によりベアリングギヤに予圧を付与することができる伝達比可変装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の伝達比可変装置は、ステアリングホイールに連結される入力軸と、前記入力軸を相対回転可能に支持するハウジングと、前記ハウジングに対してモータ出力軸が相対回転可能に設けられたモータと、前記モータ出力軸に連結されモータ回転角を低減した転舵角を出力する減速機と、前記減速機から出力される前記転舵角を転舵輪側に伝達する出力軸と、前記減速機の歯車の噛合部に軸方向の予圧を付与する予圧付与機構と、を備え、前記減速機は、前記入力軸に一体回転可能に設けられ端面に第1歯が形成された第1歯車と、前記出力軸に一体回転可能に設けられ前記第1歯車の前記端面に対向する端面に第4歯が形成された第4歯車と、前記入力軸に対して斜めに設けられた傾斜軸と、前記傾斜軸に相対回転可能に支持されるとともに、前記第1および第4歯車とそれぞれ噛み合うように異なる端面に第2および第3歯が形成された第2歯車および第3歯車を有し、前記第1および第4歯車間で前記傾斜軸の回転にともない前記入力軸の軸方向の揺動を行いながら前記第1または第4歯車のいずれかと前記第2および第3歯車との歯数の差により回転する揺動歯車と、を備え、前記予圧付与機構は、前記ハウジングの内周面に軸方向移動可能に螺着されるとともに外部から回転可能に配置され、前記出力軸を前記揺動歯車側へ付勢する予圧調整プラグを備えたことを要旨とする。
上記構成によれば、ハウジングの内周面に移動可能に螺着された予圧調整プラグにより出力軸が押圧され、出力軸が減速機の第1歯車を軸方向揺動歯車側に付勢し、減速機の歯車の噛合部に予圧を付与するように予圧付与機構を構成したので、入力軸が径方向に傾くことを防止できる。これにより、入力軸に嵌合固定された第1歯車の傾きが抑えられ減速機の歯車間の良好な噛み合い状態を維持することができる。その結果、減速機の歯の脱落や磨耗、あるいは噛み合い部分に生じたずれによる異音の発生を低減することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の伝達比可変装置において、前記予圧付与機構は、前記出力軸と前記第1歯車との間に配置され前記出力軸に対して前記第1歯車を相対回転可能に支持するスラスト軸受と、前記出力軸の肩部に当接し前記スラスト軸受を転動可能に保持する円環状のカラーと、を備えたことを要旨とする。上記構成によれば、出力軸は、予圧調整プラグを進退させることにより軸方向に押さえ付けられ、さらに出力軸肩部に当接したカラーおよびスラスト軸受を介して第1歯車の端面を軸方向に押圧するので、減速機の噛合部に軸方向の予圧が付与され、歯車間の良好な噛み合い状態を維持することができる。
本発明によれば、簡易な構成によりベアリングギヤに予圧を付与することができる伝達比可変装置を提供できる。
本発明の一実施形態に係る伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置の概略構成を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る伝達比可変装置の縦断面図。 図2における予圧付与機構の拡大断面図。
次に、本発明の実施形態に係る車両に搭載される伝達比可変装置について、図に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る伝達比可変装置15を備えた車両用操舵装置1の概略構成を示す模式図、図2は、本発明の一実施形態に係る伝達比可変装置15の縦断面図である。図1に示すように、車両用操舵装置1において、ステアリングホイール2が固定されたステアリングシャフト3は、ラックアンドピニオン機構4を介してラック軸5と連結されている。これにより、ステアリング操作にともなうステアリングシャフト3の回転は、ラックアンドピニオン機構4によりラック軸5の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト3は、コラム軸8、中間軸9、およびピニオン軸10を連結して構成されている。そして、このステアリングシャフト3の回転にともなうラック軸5の往復直線運動がラック軸5の両端に連結されたタイロッド11を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪12の舵角、すなわち、車両の進行方向が変更される。なお、本実施形態の車両用操舵装置1は、アシスト用モータ13の回転をボールねじ機構14によってラック軸5の往復動に変換して伝達することにより、このモータトルクをアシスト力として操舵系に付与するいわゆるラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置として構成されている。
車両用操舵装置1には、ステアリングホイール2の舵角(操舵角)に対する転舵輪12の舵角(タイヤ角)の比率、すなわち伝達比(ステアリングギヤ比)を可変させる伝達比可変装置15がコラム軸8の途中に設けられている。図2に示すように、伝達比可変装置15は、自動車の車体(図示略)に固定される略円筒状のハウジング21と、ステアリング操作にともなう回転が入力される入力軸としての第1軸(以下、入力軸という)22と、中間軸9(図1参照)に連結される出力軸としての第2軸(以下、出力軸という)23とを備えている。これら入力軸22および出力軸23は、ハウジング21に対して回転可能に支持されており、上記コラム軸8(図1参照)を構成している。つまり、ハウジング21は、入力軸22の回転によって回転しない非回転部材となっている。
また、伝達比可変装置15は、ハウジング21内に収容されるモータ24および差動機構としてのベアリングギヤ(減速機)25を備えている。そして、伝達比可変装置15は、ベアリングギヤ25を用いて入力軸22の回転にモータ駆動に基づく回転を上乗せして出力軸23に伝達するようになっている。さらに、伝達比可変装置15は、必要に応じてモータ24の回転をロック(拘束)して伝達比を機械的に固定可能なロック機構26を備えている。
詳しくは、ハウジング21は、モータ24およびベアリングギヤ25が収容される円筒状のハウジング本体31と、ハウジング本体31の軸方向一端側(図2における右側:矢印a1側)を覆う円環状のアッパカバー32と、を備えている。ハウジング本体31には、その略中央に径方向内側に延出された円環状の隔壁部34が形成されており、隔壁部34の矢印a1側がモータ24の収容されるモータ収容部35とされ、隔壁部34の矢印a2側がベアリングギヤ25の収容されるギヤ収容部36とされている。また、ハウジング21は、アッパカバー32の矢印a1側に固定される有底円筒状のロックケース37を備えている。ロックケース37内には、ロック機構26が収容されている。そして、入力軸22は、ロックケース37の底部に設けられたボール軸受38により回転可能に支持されるとともに、出力軸23は、後述する予圧調整プラグ78に設けられたボール軸受39により回転可能に支持されている、なお、入力軸22と出力軸23とは、互いに同軸上に配置されている。
モータ24は、モータ収容部35内に固定されるステータ41と、ステータ41の内側に回転可能に設けられるロータ42とを備えたブラシレスモータとして構成されている。モータ回転軸(モータ出力軸)45は、中空状に形成されており、モータ回転軸45の内部には入力軸22が同軸上に嵌挿されている。また、モータ回転軸45の軸方向長さは、モータ収容部35の軸方向長さよりも長く設定されており、その矢印a1側の軸端部はロックケース37内に配置されるとともに、その矢印a2側の軸端部は、ギヤ収容部36内に配置されている。そして、モータ回転軸45は、アッパカバー32に設けられたボール軸受48、および隔壁部34に設けられたボール軸受49により回転可能に支持されている。なお、アッパカバー32の中央には、モータ収容部35側に凹んだ収容凹部が形成されており、この収容凹部内には、ロータ42の回転角を検出する回転角センサ(例えば、レゾルバなど)52が収容されている。
図2に示すように、モータ回転軸45の矢印a2側の軸端部には、傾斜軸53が一体回転可能に連結されている。傾斜軸53は、モータ回転軸45の軸心L1(入力軸22および出力軸23の軸心)に対して傾斜した軸心L2を有している。傾斜軸53の外周面は、軸心L1に対して傾斜した円筒状とされている。
ベアリングギヤ25は、入力軸22と一体回転可能に連結されたZ1ギヤ(第1歯車)61と、出力軸23と一体回転可能に連結されたZ4ギヤ(第4歯車)62と、Z1ギヤ61とZ4ギヤ62との間に配置されるとともに、傾斜軸53を介してモータ回転軸45に連結されたセンタベアリング(揺動歯車)63とを備えている。
詳しくは、Z1ギヤ61は、円板状に形成されており、Z1ギヤ61の外周縁には、矢印a1側に突出する複数の第1歯が周方向に並んで設けられている。なお、本実施形態では、各第1歯は、Z1ギヤ61に対して放射状に配置されるとともにその軸線周りに回転可能に配置された円柱状のコロにより構成されている。また、Z1ギヤ61には、その中央に軸方向に貫通した貫通孔が形成されている。そして、Z1ギヤ61は、貫通孔に入力軸22の軸端部がセレーション嵌合されることにより、入力軸22と同軸上で一体回転可能に連結されている。つまり、Z1ギヤ61の軸心は、モータ回転軸45の軸心L1と一致している。
Z4ギヤ62は、円環状に形成されており、Z4ギヤ62には、矢印a2側に突出する複数の第4歯が周方向に並んで設けられている。なお、本実施形態では、各第4歯は、Z1ギヤ64と同様に、Z4ギヤ62に対して放射状に配置されるとともにその軸線周りに回転可能に配置された円柱状のコロにより構成されている。また、Z4ギヤ62は、円筒状に形成された連結筒67の内周に固定されており、この連結筒67を介して出力軸23に連結されている。そして、連結筒67は、隔壁部34の矢印a2側に隣接して設けられたボール軸受68により回転可能に支持されるとともに、出力軸23と同軸上で一体回転可能に連結されている。つまり、Z4ギヤ62は、連結筒67を介して出力軸23と同軸上で一体回転可能に連結されており、Z4ギヤ62の軸心は、モータ回転軸45の軸心L1と一致している。なお、連結筒67とZ1ギヤ61との間、および傾斜軸53とZ4ギヤ62との間には、ボール軸受69,70がそれぞれ介在している。
センタベアリング63は、円筒状の内輪と、円筒状の外輪歯車と、内輪と外輪歯車との間に介在する転動体(ボール)とを備えている。外輪歯車における矢印a2側(Z1ギヤ61側)の端面には、第1歯と噛合可能な複数の第2歯が周方向に並んで設けられている。一方、外輪歯車における矢印a1側(Z4ギヤ62側)の端面には、第4歯と噛合可能な複数の第3歯が周方向に並んで設けられている。すなわち、外輪歯車によってZ2ギヤ(第2歯車)76およびZ3ギヤ(第3歯車)77が構成されている。なお、本実施形態では、第1歯の歯数N1は、第2歯の歯数N2よりも1つ少なく設定されるとともに、第3歯の歯数N3は、第4歯の歯数N4と同数に設定されている。例えば、歯数N1=19、歯数N2=20、歯数N3=20、歯数N4=20の場合、この段階でのモータ回転軸45と出力軸23との減速比は20に設定されている。
そして、内輪は、傾斜軸53の矢印a2側の端部に固定される固定部材によって、傾斜軸53の外周にモータ回転軸45と一体回転可能に連結されている。すなわち、センタベアリング63の軸心は、傾斜軸53の軸心L2と一致しており、センタベアリング63は、Z1ギヤ61およびZ4ギヤ62の軸線に対して傾斜した軸線周りに回転する。そして、外輪歯車は、Z2ギヤ76の一部のみがZ1ギヤ61に噛合するとともに、Z3ギヤ77の一部のみがZ4ギヤ62に噛合している。なお、Z1ギヤ61とZ2ギヤ76との噛合部と、Z4ギヤ62とZ3ギヤ77との噛合部とは、Z1およびZ4ギヤ61,62の軸心を中心として略180°離れている。
また、ベアリングギヤ25には、予圧付与機構79によってZ1ギヤ61とZ4ギヤ62とが互いに近接するように軸方向の予圧が付与されている。この予圧付与機構79は、ハウジング本体31の出力軸23側軸端部の内周面に螺着された予圧調整プラグ78が外部から締め付けられて移動することにより、軸方向にZ1ギヤ61を付勢するように構成されており、センタベアリング25に付与する軸方向の予圧を調整可能かつ維持可能に構成されている。
このように入力軸22、出力軸23、およびモータ回転軸45がそれぞれ連結されたベアリングギヤ25では、入力軸22の回転はZ1ギヤ61からセンタベアリング63を介してZ4ギヤ62に伝達され、連結筒67および出力軸23へと伝達される。また、モータ24が駆動されモータ回転軸45が回転すると、モータ回転軸45に連結された傾斜軸53が偏心運動(首振り運動)する。これにより、傾斜軸53に固定された内輪とともに外輪歯車が偏心運動し、Z1ギヤ61とZ2ギヤ76との噛合部、およびZ4ギヤ62とZ3ギヤ77との噛合部が同一方向に回転する。
その結果、Z1ギヤ61とZ2ギヤ76、およびZ4ギヤ62とZ3ギヤ77との歯数差に基づく回転差が、モータ駆動に基づく回転として入力軸22に上乗せされて出力軸23へと伝達される(例えば、減速比が20の場合、モータ回転軸45が20回転につき出力軸23が1回転分上乗せされて)。つまり、モータ駆動に基づく回転に応じて入力軸22と出力軸23との間の回転伝達比、すなわちステアリングホイール2(図1参照)と転舵輪12(図1参照)との間の伝達比(ステアリングギヤ比)が変更されるようになっている。
次に、図3は、図2における予圧付与機構79の拡大断面図である。図3に示すように、予圧付与機構79は、ハウジング本体31の内周面に螺着されてハウジング本体31の軸方向出力軸23側端部を覆い回転移動する予圧調整プラグ78と、出力軸23とZ1ギヤ61との間で軸受として機能するスラストニードルベアリング(スラスト軸受)81と、出力軸23の肩部に当接してスラストニードルベアリング81を転動可能に保持するプレート(カラー)82とを有している。予圧調整プラグ78は、金属材料(例えば、アルミニウム合金など)により円板状に形成されており、その外周にはハウジング本体31の端部に螺着する雄ねじ部が形成されている。ここで、出力軸23は、予圧調整プラグ78に設けられた軸受39により相対回転可能に支持されており、予圧調整プラグ78は、外部から締め付けられて移動することにより、出力軸23の外周部を軸方向に付勢している。
Z1ギヤ61の背面には、段つき状の軸受受部が形成され、このZ1ギヤ61は、軸受受部において出力軸19のスラスト支持部(肩部)にスラストニードルベアリング81と、スラストニードルベアリング81の転動面用の円環状のプレート82とにより相対回転可能に支持されている。出力軸19の肩部は、プレート82、スラストニードルベアリング81およびZ1ギヤ61を軸方向にセンタベアリング63側へ押圧している。これにより、ベアリングギヤ25に予圧が付与されている。ここで、予圧調整プラグ78の予圧荷重だけでベアリングギヤ20の反力を受けると、ステアリングホイール2(図1参照)のトルクが大きいときに、繰り返し負荷によりベアリングギヤ25が塑性変形する場合があるため、プレート82が出力軸23の肩部に固定されてストッパとして作用している。プレート82として、炭素鋼(例えば、軸受鋼SUJ2やSCM415の熱処理材)などの高硬度の鋼材が用いられる。
次に、予圧調整機構79および予圧の力の流れについて説明する。上記構成によれば、予圧調整プラグ78によりベアリングギヤ25に付与される予圧の力は、予圧調整プラグ78が軸方向に出力軸23の肩部を押圧することにより、プレート82およびスラストニードルベアリング81を介して、Z1ギヤ61、センタベアリング63の両端の2つの噛合部(Z2ギヤ76、およびZ3ギヤ77)、Z4ギヤ62、および連結筒67を経由して出力軸23へ至る伝達経路を形成している。また、この予圧を付与する経路の部材は、鉄材料のみで構成されている。
次に、上記のように構成された本実施形態である伝達比可変装置15の作用および効果について説明する。
上記構成によれば、ハウジング本体31の出力軸23側端部の内周面に移動可能に螺着された円板状の予圧調整プラグ78により出力軸23の外周部が軸方向に押圧され、これにより、出力軸23がベアリングギヤ25のZ1ギヤ61を軸方向に付勢し、ベアリングギヤ25の歯車の噛合部に予圧を付与するように予圧付与機構79を構成している。また、出力軸23は、予圧調整プラグ78を進退させることにより軸方向に押さえ付けられ、さらに出力軸23の肩部とZ1ギヤ61との間に設けられたスラストニードルベアリング81および円環状のプレート82を介して出力軸23に対して相対回転可能に設けられたZ1ギヤ61の端面を軸方向に押圧している。
これにより、入力軸22が径方向に傾くことが防止され、入力軸22に嵌合固定されたZ1ギヤ61の傾きが抑えられ、ベアリングギヤ25の歯車間の良好な噛み合い状態を維持することができる。その結果、ベアリングギヤ25の歯の脱落や磨耗、あるいは噛み合い部分に生じたずれによる異音の発生を低減することができる。
以上のように、本発明の実施形態によれば、簡易な構成によりベアリングギヤに予圧を付与することができる伝達比可変装置を提供できる。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
上記実施形態では、出力軸23がスラストニードルベアリング81を介してZ1ギヤ61を直接押圧してベアリングギヤ25に予圧を付与する構成としたが、これに限らず、出力軸23とスラストニードルベアリング81との間にウェーブワッシャーなどのばね部材やゴムなどの弾性体を設け、その弾性力によってベアリングギヤ25に予圧を付与するようにしてもよい。
上記実施形態において、出力軸23側にステアリングホイール2を連結するとともに、入力軸22に中間軸9を連結してもよい。すなわち、入力軸22を出力軸とし、出力軸23を入力軸としてもよい。また、入力軸22の回転によってハウジング21が回転しないタイプの伝達比可変装置15に適用したが、これに限らず、例えば、ハウジングが入力軸と一体で回転するタイプの伝達比可変装置に適用してもよい。
上記実施形態では、本発明をベアリングギヤタイプの伝達比可変装置に適用したが、これに限らず、波動歯車タイプの伝達比可変装置に適用してもよい。また、コラム搭載タイプに限らず、インタミ(中間軸)搭載タイプやピニオンギヤ一体タイプの伝達比可変装置に適用してもよい。
上記実施形態では、本発明を車両用操舵装置1の伝達比可変装置15に適用したが、これ以外の用途に用いる他の一般の装置にも適用することができる。また、車両用操舵装置1は、ステアリングシャフト3にモータアシスト力を付与する操舵補助機構を備えたラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置として構成したが、これに限らず、コラムアシストタイプやピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置でもよいし、操舵補助機構を廃止してもよい。
1:車両用操舵装置、2:ステアリングホイール、3:ステアリングシャフト、4:ラックアンドピニオン機構、5:ラック軸、8:コラム軸、9:中間軸、10:ピニオン軸、11:タイロッド、12:転舵輪、13:アシスト用モータ、14:ボールねじ機構、
15:伝達比可変装置、17:ステアリングシャフト、21,31,32,37:ハウジング、22:入力軸、23:出力軸、24:モータ、25:ベアリングギヤ(減速機)、26:ロック機構、34:隔壁部、35:モータ収容部、36:ギヤ収容部、38,39,48,49,68,69,70:ボール軸受、41:ステータ、42:ロータ、
45:モータ回転軸(モータ出力軸)、52:回転角センサ、53:傾斜軸、61:Z1ギヤ(第1歯車)、62:Z4ギヤ(第4歯車)、63:センタベアリング(揺動歯車)、67:連結筒、76:Z2ギヤ(第2歯車)、77:Z3ギヤ(第3歯車)、78:予圧調整プラグ、79:予圧付与機構、81:スラストニードルベアリング(スラスト軸受)、82:プレート(カラー)、N1〜N4:歯数、L1,L2:軸心

Claims (2)

  1. ステアリングホイールに連結される入力軸と、
    前記入力軸を相対回転可能に支持するハウジングと、
    前記ハウジングに対してモータ出力軸が相対回転可能に設けられたモータと、
    前記モータ出力軸に連結されモータ回転角を低減した転舵角を出力する減速機と、
    前記減速機から出力される前記転舵角を転舵輪側に伝達する出力軸と、
    前記減速機の歯車の噛合部に軸方向の予圧を付与する予圧付与機構と、を備え、
    前記減速機は、
    前記入力軸に一体回転可能に設けられ端面に第1歯が形成された第1歯車と、
    前記出力軸に一体回転可能に設けられ前記第1歯車の前記端面に対向する端面に第4歯が形成された第4歯車と、
    前記入力軸に対して斜めに設けられた傾斜軸と、
    前記傾斜軸に相対回転可能に支持されるとともに、前記第1および第4歯車とそれぞれ噛み合うように異なる端面に第2および第3歯が形成された第2歯車および第3歯車を有し、前記第1および第4歯車間で前記傾斜軸の回転にともない前記入力軸の軸方向の揺動を行いながら前記第1または第4歯車のいずれかと前記第2および第3歯車との歯数の差により回転する揺動歯車と、を備え、
    前記予圧付与機構は、前記ハウジングの内周面に軸方向移動可能に螺着されるとともに外部から回転可能に配置され、前記出力軸を前記揺動歯車側へ付勢する予圧調整プラグを備えたことを特徴とする伝達比可変装置。
  2. 請求項1に記載の伝達比可変装置において、
    前記予圧付与機構は、前記出力軸と前記第1歯車との間に配置され、前記出力軸に対して前記第1歯車を相対回転可能に支持するスラスト軸受と、前記出力軸の肩部に当接し前記スラスト軸受を転動可能に保持する円環状のカラーと、を備えたことを特徴とする伝達比可変装置。
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