JP2005076793A - 減速比歯車機構のバックラッシ低減装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来はリングギアを撓み変形させて各歯車間のバックラッシ隙間を低減させているため、リングギアを回転させて減速比を可変にする機構には適用できなかった。
【解決手段】 減速比歯車機構１４は、入力軸１９と出力軸２３にそれぞれ固定された第１、第２外歯歯車２０、２４と、各外歯歯車にそれぞれ噛合した第１、第２プラネタリ歯車２２，２５と、第１，第２プラネタリ歯車を共通の支軸３７を介して回転自在に支持する支持部材２１とを備えている。前記支軸を、支持板３１，３２に形成された長孔状の支持孔３５，３６を介して径方向へ摺動自在に設けると共に、各プラネタリ歯車を支軸を介して第１，第２外歯歯車方向へ押圧する押圧機構４１，４２を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、車両の操舵制御装置等に用いられる減速比歯車機構のバックラッシ低減装置に関する。

従来の減速比歯車機構のバックラッシ低減装置としては、例えば減速比歯車機構として遊星歯車機構を用いた以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

概略を説明すれば、このバックラッシ低減装置が適用される遊星歯車機構は、ケーシングの内周に設けられた内歯式のリングギアに、該リングギアと同心の入力軸に偏心回転自在に設けられた偏心歯車を偏心回転させながら噛合させ、前記リングギアの歯数と前記偏心歯車の歯数との差によって出力軸が前記入力軸より遅く回転するようになっている。

そして、前記リングギアは、可撓性を有する断面チャンネル形状に形成されている一方、前記ケーシングは、前記リングギアを押圧して内方に撓ませる押圧部材を位置調整可能に形成してある。

したがって、押圧部材でリングギアを押圧すると、該リングギアが内方に撓み変形して偏心歯車と通常の噛合状態よりも深く噛合して、バックラッシ隙間を減少させるようになっている。
実開平５−３６９６号公報

しかしながら、前記従来のバックラッシ低減装置にあっては、リングギアが、ケーシングの内周面に固定されていると共に、押圧部材の押圧力によって内方へ撓み変形するようになっているため、該リングギアを電動モータによって回転させて減速比を可変にするような、いわゆる減速比可変機構には適用することが困難である。

本発明は、前記従来の減速比歯車機構のバックラッシ低減装置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、各プラネタリ歯車を、支軸を介して第１，第２外歯歯車方向へ押圧する押圧機構を設けたことを特徴としている。

この発明によれば、従来のように、リングギアを内方へ撓み変形させてバックラッシ隙間を低減させるのではなく、プラネタリ歯車を回転自在に支持する支軸を、支持部材に対して径方向へ移動可能に設けて、押圧機構により支軸を介してプラネタリ歯車を第１、第２外歯歯車方向へ押圧移動させることにより、該各外歯歯車の各歯部間にプラネタリ歯車の各歯部を通常よりも深く噛合させることができる。これによって、各歯車間のバックラッシ隙間を減少させることが可能になる。

請求項２に記載の発明は、前記支持部材を制御アクチュエータによって回転制御して、第１，第２プラネタリ歯車の公転速度を変化させることにより、前記入力軸から出力軸の回転減速比を可変にすることを特徴としている。

この発明は、請求項１の発明のように構成したことから、支持部材を制御アクチュエータによって回転制御することが可能になり、これによって入力軸と出力軸の回転減速比を可変にすることが可能になる。

この結果、入力軸と出力軸との減速比を高精度に制御することができ、これを、例えば車両の操舵制御装置のいわゆるステアバイワイヤー方式の操舵制御装置に適用すれば、転舵輪の転舵制御精度を高くすることができると共に、最適な操舵反力を得ることが可能になる。

請求項３に記載の発明は、前記押圧機構を、前記支持部材の内部に設けたことを特徴としている。

この発明によれば、押圧機構を支持部材内に設けたことから、装置のコンパクト化が図れる。

以下、本発明にかかる減速比歯車機構のバックラッシ低減装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、この減速比歯車機構は、車両の操舵制御装置のステアバイワイヤー方式の装置に適用したものを示している。

図３は本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に連結されたステアリングシャフト２と、左右前輪ＦＬ、ＦＲの操舵用のアクチュエータであるラック・ピニオン機構３と、前記ステアリングシャフト２の操舵角に応じて前記ラック・ピニオン機構３を駆動させる操舵手段４と、該操舵手段４と独立して設けられて、前記ステアリングシャフト２の操舵角に応じて前記ラック・ピニオン機構３を駆動するバックアップ手段５と、前記ステアリングシャフト２の操舵角に応じて前記操舵手段４やバックアップ手段５の後述する減速比可変用の電動モータを制御する電子コントローラ６とから構成されている。

前記ステアリングシャフト２は、操舵角センサ７によってその操舵角が検出されるようになっていると共に、先端部２ａが前記バックアップ手段５の後述する減速比歯車機構１４の入力軸に連結されている。

前記ラック・ピニオン機構３は、左右に前輪ＦＬ、ＦＲにタイロッド８，８とナックルアーム９，９を介して連係したラックバー１０と、該ラックバー１０に噛合するピニオンギア１１とから構成されている。

前記操舵手段４は、前記ピニオンギア１１に正逆回転力を付与するギア機構１２と、該ギア機構１２に正逆の回転力を付与するいわゆる可逆電動式の駆動モータ１３とから構成されている。この駆動モータ１３は、電子コントローラ６からの制御信号に基づいて正逆回転制御されている。

前記バックアップ手段５は、前記ステアリングシャフト２に連係された減速比歯車機構１４と、該減速比歯車機構１４の出力軸２６側に連結されたロアーシャフト１５と、該ロアーシャフト１５と前記ギア機構１２との間に配置されたトーションバー１６と、減速比歯車機構１４を作動させる制御アクチュエータである電動モータ４３とを備えている。

また、前記ラック・ピニオン機構３には、ラックバー１０に移動量に応じて各転舵輪ＦＬ、ＦＲの実転舵角を検出する実操舵角センサ１７が設けられている。

前記減速比歯車機構１４は、図１に示すように、ハウジング１８の内部に収容された第１歯車機構ユニットと、該第１歯車機構ユニットに直列に配置された第２歯車機構ユニットとを備え、前記第１歯車機構ユニットは、ステアリングシャフト２に軸方向から連結された入力軸１９と、該入力軸１９の先端に一体に設けられた第１外歯歯車２０と、該第１外歯歯車２０の外周に形成された歯部に噛合しつつこの外周側を支持部材２１を介して公転する複数（例えば３個）の第１プラネタリ歯車２２とから構成されている。

一方、第２歯車機構ユニットは、一端部が前記ロアーシャフト１５に軸方向から連結されて、他端部が前記入力軸１９の先端部に軸方向から相対回転自在に連係した出力軸２３と、該出力軸２３の他端部外周に固定された第２外歯歯車２４と、該第２外歯歯車２４の外周歯部に噛合しつつこの外周側を前記支持部材２１を介して公転する３個の第２プラネタリ歯車２５とから構成されている。

前記入力軸１９は、ハウジング１８のフロントカバー１８ａのほぼ中央に穿設された挿通孔の孔縁に保持されたボールベアリング２６によって回転自在に支持されていると共に、その先端部の内部軸心方向に嵌合穴１９ａが形成されている。

前記出力軸２３は、ハウジング１８のリアカバー１８ｂのほぼ中央に穿設された挿通孔の孔縁に保持されたボールベアリング２７によって回転自在に支持されていると共に、その先端部に前記入力軸１９の嵌合穴１９ａに挿通嵌合ししつつプレーンベアリング２８によって相対回転する突起２３ａが同軸上に設けられている。

前記第１外歯歯車２０は、前記第２外歯歯車２４よりも小径に形成されて、その外周の歯数が第２外歯歯車２４よりも少なく設けられている。

前記第１プラネタリ歯車２２と第２プラネタリ歯車２５は、軸方向から連結部２９を介して一体に連結されており、第１プラネタリ歯車２２は、第２プラネタリ歯車２５よりも大径に形成されて、その外周の歯数が第２プラネタリ歯車２５よりも多く設けられている。これによって、入力軸１９の回転に対する出力軸２３の回転減速比を小さくするようになっている。

前記支持部材２１は、図１に示すように、前記第１、第２外歯歯車２０，２４と第１、第２プラネタリ歯車２２，２５の全体を覆う形のほぼ円筒状のドラム状に形成されて、外周側の円筒部３０と、該円筒部３０の両側縁に一体に設けられた円板状の支持板３１，３２とから構成されている。

前記各支持板３１，３２は、中央部に形成された軸挿通孔に前記入力軸１９と出力軸２３にローラベアリング３３，３４によって回転自在に挿通支持されていると共に、径方向のほぼ中央位置に対向して形成された各支持孔３５，３６に、前記各プラネタリ歯車２２，２５を自転及び公転自在に支持する３本の支軸３７が挿通支持されている。

前記各支持孔３５，３６は、図２にも示すように、各支持板３１，３２の直径方向に沿った楕円形の長孔に形成されて、前記各支軸３７を入力、出力軸１９，２３の径方向へそれぞれ移動可能に保持している。

前記各支軸３７は、前記各支持孔３５，３６に跨って貫通配置され、各第１、第２プラネタリ歯車２２，２５の内部軸方向に貫通形成された貫通孔内に挿通されて、外周面と前記貫通孔の内周面との間に介装された円筒状のプレーンベアリング３８を介して各プラネタリ歯車２２，２５を回転自在に支持している。また、各支軸３７の両端部には、各支持孔３５，３６の外側孔縁に係止する抜け止め用のフランジ部３７ａ、３７ｂが一体に形成されている。さらに、この各支軸３７自体は、支持孔３５，３６内で非回転状態に保持されている。

なお、各プラネタリ歯車２２，２５と支持板３１，３２との間には、円滑な回転を確保するための円環状の摺動板３９、４０がそれぞれ介装されている。

また、支持板３１，３２の内部には、前記支軸３７を支持孔３５，３６を介して第１、第２外歯歯車２０，２４方向へ押圧する押圧機構４１、４２が設けられている。

具体的に説明すれば、前記各押圧機構４１、４２は、図２にも示すように、各支持板３１，３２の各支持孔３５，３６の長軸線上の外端側に形成された保持穴４１ａ、４２ａと、該各保持穴４１ａ、４２ａ内に弾装されて、前記各支軸３７を入、出力軸１９，２３方向へ押圧するばね部材であるコイルスプリング４１ｂ、４２ｂとから構成されている。

したがって、各第１、第２プラネタリ歯車２２，３２は、前記コイルスプリング４１ｂ、４２ｂのばね力によって各支軸３７を介して各歯部が第１、第２外歯歯車２０，２４の各歯部間に径方向から押し込まれる形になっている。

また、前記支持部材２１は、前記電動モータ４３により、伝達機構であるウォーム歯車機構４４によって回転制御されて、前記第１，第２プラネタリ歯車２２，２５の公転速度を変化させるようになっている。

前記電動モータ４３は、回転軸４３ａが電子コントローラ６からの制御電流によって正逆回転するようになっている、一方、ウォーム歯車機構４４は、電動モータ４３の回転軸４３ａに固定されたウォームホイール４４ａと、前記支持部材２１の円筒部３０の軸方向端部外周に一体に固定されて前記ウォームホイール４４ａと噛合するウォームギア４４ｂとから構成されている。

そして、電動モータ４３の回転力によってウォーム歯車機構４４を介して支持部材２１を回転させることにより、各支軸３７によって第１、第２プラネタリ歯車２２、２５を公転させることにより、入力軸１９と出力軸２３との回転比（減速比）を変化させるようになっている。また、電動モータ４３は、回転角センサ４５によって、現在の回転角ωが検出されるようになっている。

前記電子コントローラ６は、マイクロコンピュータが内蔵され、基本的な制御としては、図４に示すように、車速センサ４６から出力された現在の車速信号Ｖと、前記操舵角センサ７からの操舵角θとを入力して、実転舵角目標値δ１と、操舵反力目標値Ｔ１を演算あるいは予め設定されたマップによって決定する目標値決定回路５０と、該目標値決定回路５０から出力された実転舵角目標値δ１と、実操舵角センサ１７からの実転舵角信号δ（フィードバック）や回転角センサ４５からの電動モータ４３の現在の回転角度値ωなどに基づいてラック・ピニオン機構３を介して転舵輪ＦＬ、ＦＲの転舵角（転舵位置）を変更する転舵角変更回路５１とを備えている。

そして、転舵角変更回路５１から出力された変更信号によって前記操舵手段４の駆動モータ１３にフィードバック制御信号を出力して回転駆動させることにより、ギア機構１２を介してラック・ピニオン機構３を作動させて、前記転舵輪ＦＬ、ＦＲの転舵角を制御するようになっている。

また、電子コントローラ６は、前記目標値決定回路５０からの操舵反力目標値信号Ｔ１や、前記操舵角センサ７からの操舵角信号θ及び回転角センサ５４から出力された電動モータ４３の現在の回転角度値ωに基づいて減速比歯車機構１４の支持部材２１の角速度値ω３（電動モータ４３の回転角目標値）を演算する回転角目標決定回路５２と、この回転角目標決定回路５２から出力された角速度値ω３と、操舵角センサ７からの現在の操舵角信号θとによって出力軸２３の回転角度θ２を演算して、この演算値信号を電動モータ４３にフィードバック制御信号を出力するモータ制御回路５３とを備えている。そして、このモータ制御回路５３は、前記出力軸２３の回転角度θ２を実転舵角δに追従させながら操舵反力の制御を行うようになっている。

したがって、この実施形態によれば、支持部材２１を電動モータ４３によって回転制御するようにしたため、入力軸１９と出力軸２３の回転減速比を任意に可変制御することができる。すなわち、回転角目標決定回路５２とモータ制御回路５３により、電動モータ４３の回転を制御することにより、減速比歯車機構１４を介してステアリングホイール１操作時の操舵反力を最適に制御することができる。

この結果、入力軸１９と出力軸２３との減速比を高精度に制御することが可能になり、これによって、転舵輪ＦＬ、ＦＲの転舵制御精度を高くすることができると共に、最適な操舵反力を得ることが可能になる。

しかも、従来技術のように、リングギアを内方へ撓み変形させてバックラッシ隙間を低減させるのではなく、各支軸３７を、支持部材２１の支持板３１，３２に対して押圧機構４１，４２により径方向へ押圧することにより、各プラネタリ歯車２２，２５を第１、第２外歯歯車２０，２４方向へ押圧移動させて、該各外歯歯車２０，２４の各歯部間にプラネタリ歯車の各歯部を通常よりも深く噛合させることができる。これによって、各歯車間のバックラッシ隙間を減少させることが可能になる。

また、前記押圧機構４１，４２を、前記支持部材２１の支持板３１，３２の内部に設けたため、装置のコンパクト化が図れる。

さらに、各支軸３７自体は回転せずに、各プラネタリ歯車２２，２５のみが各支軸３７上を回転するだけであるから、コイルスプリング４２ｂと支軸３７との間の摺動摩擦抵抗の発生を防止できる。

また、支軸３７の径方向の移動を許容させる手段として、支持孔３５，３６単純な長孔によって構成したため、構造が簡素化されると共に、製造作業能率の低下を防止できる。

また、入力軸１９と出力軸２３を、互いに嵌合穴１９ａと突起２３ａによって軸方向から同軸上に嵌合させるようにしたため、該入、出力軸１９，２３の同軸性を確保できると共に、径方向への撓みを抑制することができる。

なお、この実施形態では、操舵手段４の駆動モータ１３などが故障して作動不良となった場合には、前記ステアリングホイール１の回転操作に伴いステアリングシャフト２が回転してバックアップ手段５とトーションバー１６を介してラック・ピニオン機構３を作動させることにより、両転舵輪ＦＬ、ＦＲを転舵させることが可能である。このとき、減速比歯車機構１４による減速、増速比制御は行われず、電動モータ４３によって操舵アシストを行うことができる。

図５は本発明の第２の実施形態を示し、押圧機構４１，４２の構造を変更したもので、円筒部３０の軸方向のほぼ中央部に径方向に沿って貫通形成された摺動用孔４１ｃ、４２ｃと、該摺動用孔４１ｃ、４２ｃ内を外端部に有する小径部が摺動保持されるピン状の押圧部材４１ｄ、４２ｄと、該押圧部材４１ｄ、４２ｄを前記連結部２９の外面から出力軸２３の軸心方向へ径方向に押圧するコイルスプリング４１ｅ、４２ｅとから構成されている。他の構成は第１実施形態と同様である。

したがって、この実施形態によれば、押圧部材４１ｄ、４２ｄが、それぞれコイルスプリング４１ｅ、４２ｅのばね力によって各プラネタリ歯車２２，２５を第１、第２外歯歯車２０，２４方向へ押圧するため、バックラッシ隙間を減少させるといった第１実施形態と同様な作用効果が奏せられる。

特に、この実施形態では、第１，第２プラネタリ歯車２２，２５の中央部である連結部２９を押圧することから、押圧機構４１，４２を各支持板３１，３２にそれぞれ設ける場合に比較して、押圧機構の数を減少させることが可能になり、製造コストの低減化が図れる共に、組立作業性も向上する。

図６は第３の実施形態を示し、押圧機構４１，４２として、各支軸３７と各プラネタリ歯車２２，２５を一体に設けると共に、支軸３７の両端部にボールベアリング６０，６１を設け、該各ボールベアリング６０，６１を介して各支軸３７を各支持板３１，３２の長孔である支持孔３５，３６内を径方向に移動可能に設けた。また、各支持板３１，３２の保持穴４１ａ、４２ａ内に弾装されたコイルスプリング４１ｂ、４２ｂによって前記各ボールベアリング６０，６１を介して各支軸３７を入、出力軸１９，２３の軸心方向へ押圧したものである。

よって、この実施形態も第１、第２実施形態と同様な作用効果が得られることは勿論のこと、支軸３７と各プラネタリ歯車２２，２５を一体化したので、その製造作業性が向上する。

前記各実施形態から把握できる前記請求項に記載の発明以外の技術的思想について以下に記載する。
（１）前記支軸を支持部材に対して非回転状態に固定すると共に、前記第１、第２プラネタリ歯車を支軸に回転自在に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の減速比歯車機構のバックラッシ低減装置。

この発明によれば、支軸自体は回転せずに、各プラネタリ歯車のみが支軸上を回転するだけであるから、押圧機構と支軸との間の摺動摩擦抵抗の発生を防止できる。
（２）前記支持部材に前記支軸を径方向へ移動させる長孔を形成したことを特徴とする請求項１〜（１）のいずれかに記載の減速比歯車機構のバックラッシ低減装置。

この発明によれば、支軸の径方向の移動を許容させる手段を、単純な長孔によって構成したため、構造が簡素化されると共に、製造作業能率の低下を防止できる。
（３）前記入力軸と出力軸の軸方向から対向する各先端部を、軸方向から嵌合したことを特徴とする減速比歯車機構のバックラッシ低減装置。

この発明によれば、軸方向からの嵌合によって入力軸と出力軸の同軸性を確保できると共に、径方向への撓みを抑制することができる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、減速比歯車機構として２つの歯車機構ユニットではなく、１つの歯車機構ユニットとして形成することも可能であり、また他の減速比歯車機構にも適用することも可能である。

本発明に係るバックラッシ低減装置の第１実施形態に供される減速比歯車機構の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明が適用される本実施形態の車両の操舵制御装置を示す概略である。 本実施形態における電子コントローラの制御ブロック図である。 本発明の第２実施形態に供される減速比歯車機構を示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態に供される減速比歯車機構を示す縦断面図である。

符号の説明

１４…減速比歯車機構
１９…入力軸
２０…第１外歯歯車
２１…支持部材
２２…第１プラネタリ歯車
２３…出力軸
２４…第２外歯歯車
２５…第２プラネタリ歯車
３０…円筒部
３１・３２…支持板
３６…支持孔
３７…支軸
４１・４２…押圧機構
４１ａ・４２ａ…保持穴
４１ｂ・４２ｂ…コイルスプリング
４３…電動モータ（制御アクチュエータ）
ＦＬ、ＦＲ…転舵輪

Claims (3)

1. 入力軸に固定された第１外歯歯車と、
   前記入力軸に同軸上に配置された出力軸と、
   該出力軸に固定された第２外歯歯車と、
   前記第１外歯歯車と第２外歯歯車にそれぞれ噛合し、互いに軸方向から連結された第１プラネタリ歯車及び第２プラネタリ歯車と、
   該第１，第２プラネタリ歯車を共通の支軸を介して回転自在に支持する支持部材とを備えた減速比歯車機構において、
   各プラネタリ歯車を、前記支軸を介して第１，第２外歯歯車方向へ押圧する押圧機構を設けたことを特徴とする減速比歯車機構のバックラッシ低減装置。
2. 前記支持部材を制御アクチュエータによって回転制御して、第１，第２プラネタリ歯車の公転速度を変化させることにより前記入力軸から出力軸の回転減速比を可変にすることを特徴とする請求項１に記載の減速比歯車機構のバックラッシ低減装置。
3. 前記押圧機構を、前記支持部材の内部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の減速比歯車機構のバックラッシ低減装置。
   

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