JP2005155844A

JP2005155844A - 減速装置

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Publication number: JP2005155844A
Application number: JP2003397689A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Kuroumaru; 善和九郎丸; Shiro Nakano; 史郎中野
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】同軸上に支持された入力軸から出力軸への減速伝動を、駆動源としてのモータを含めて入力軸及び出力軸の周囲に大なる占有スペースを要さずに実現する。
【解決手段】中空の入力軸１と一体回転するキャリア12の一面に軸心から離れて支持された駆動歯車３、３を、入力軸１の内部に挿通された出力軸２と一体回転する従動歯車５に噛合させる。また駆動歯車３，３と同軸上に連設された小プーリ４，４と、入力軸１及び出力軸２と同軸上に非回転状態に設けられた大プーリ６とにベルト７を巻き掛け、入力軸１の軸心回りに生じる駆動歯車３、３の公転が、大プーリ６による拘束下にて生じるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、同軸上に位置する入力軸と出力軸との間に高減速比での減速伝動を実現するための減速装置に関し、例えば、ステアリングホイール等の操舵部材と舵取機構とを連絡するコラム軸の中途に操舵補助用のモータを備えるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置において、コラム軸と同軸に構成されたモータからコラム軸への減速伝動すべく用いられる減速装置に関する。

ステアリングホイール等の操舵部材の操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取機構に伝えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置の一形式として、操舵部材と舵取機構とを連絡するコラム軸の中途に前記モータの回転を伝達し、該コラム軸の回転を補助するようにしたコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置がある。

この種の電動パワーステアリング装置の多くは、コラム軸を回転自在に支持するコラムハウジングの外側に操舵補助用のモータを取り付け、このモータの回転をコラムハウジングの内部に構成された減速装置を介してコラム軸に伝え、該コラム軸の回転を補助する構成となっている。前記減速装置は、小型、小出力のモータにより十分な操舵補助力を得るために必要なものであり、省スペースにて高減速比が得られることから、モータの出力端に連結されたウォームを前記コラム軸の中途に嵌着されたウォームホイールに噛合させてなるウォームギヤ減速装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−９５１２０号公報

ところが、以上の如きウォームギヤ減速装置を用いてなるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータを小型化することができる反面、出力端にウォームを備えるモータの軸方向がウォームホイールを備えるコラム軸と直交するため、前記モータがコラムハウジングの外側に接線方向に突出し、コラムハウジングが配設される車室の内部において運転者の足周りに干渉し、居住性の悪化を招来すると共に、アクセル操作、ブレーキ操作等の運転操作を阻害するという問題がある。

また、省スペースにて高減速比が得られる公知の減速装置として、外周面に歯を有するサンギヤと、該サンギヤの外側を囲繞し、内周に歯を有するリングギヤと、これらの間の環状空間内に等配され、サンギヤ及びリングギヤに噛合する複数の遊星ギヤとを備える遊星歯車装置がある。この遊星歯車装置は、例えば、リングギヤを固定しておき、サンギヤへの入力回転を複数の遊星ギヤを自転可能に保持するキャリアの公転出力として取り出すことにより、高減速比を有する減速装置として使用することができる。

この遊星歯車装置においては、入力軸としてのサンギヤの回転軸と、出力軸としての遊星ギヤのキャリアの回転軸とが同軸上に位置することから、前述した電動パワーステアリング装置に使用する場合、サンギヤに入力回転を与えるモータを出力軸としてのコラム軸と同軸に構成し、コラムハウジングの周辺へのモータの突出をなくすことができ、この点においては前述した問題の解消に有効である。

ところが一方、入力軸と出力軸とが同軸上に位置することから、前述した電動パワーステアリング装置に使用する場合、出力軸としてのコラム軸を挿通させるために入力軸を中空とし、この入力軸の外周にサンギヤを設けざるを得ず、このサンギヤの外側に遊星ギヤ及びリングギヤを配し、しかも所定の減速比が得られるように構成される遊星歯車装置の大型化は避けられず、コラムハウジングの該当部分が大径化して運転者の足周りに干渉することとなり、居住性の悪化及び運転操作の阻害を招来する。

駆動源としてのモータを含めた減速装置の小型化は、以上の如きコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に限らず、各種の産業分野において広く要求されており、このような要求に応え得る減速装置の実現が切望されている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、駆動源としてのモータを含めて入力軸及び出力軸の周囲にコンパクトに構成することができ、例えば、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用した場合に、運転者の足回りへの干渉程度を軽減して、居住性の悪化及び運転操作の阻害を有効に解消し得る減速装置を提供することを目的とする。

本発明の第１発明に係る減速装置は、同軸上に支持された入力軸と出力軸とを備え、前記入力軸の回転を前記出力軸に減速伝動する減速装置において、前記入力軸と一体回転するキャリアと、該キャリアの一面の前記入力軸の軸心から離れた位置に支持され、前記入力軸と平行をなす支軸回りに自転しつつ前記入力軸の軸心回りに公転する駆動歯車と、該駆動歯車に噛合され前記出力軸と一体回転する従動歯車と、前記駆動歯車と同軸上に連設された小プーリと、前記入力軸及び出力軸と同軸上に非回転状態に設けられた大プーリと、該大プーリ及び前記小プーリに巻き掛けられた無端部材とを備えることを特徴とする。

本発明においては、入力軸からの伝動によるキャリアの回転に応じて、該キャリアに支持された駆動歯車が小プーリと共に公転する。この公転は、小プーリと大プーリとの間に巻き掛けられたベルト、チェーン等の無端部材の作用により、非回転状態にある大プーリの拘束下にて生じ、小プーリ及び駆動歯車が支軸回りに自転し、駆動歯車に噛合する従動歯車を介して出力軸に回転が伝達される。即ち、駆動歯車のキャリアの回転軸を入力軸とし、出力軸と一体回転する従動歯車への伝動がなされ、同軸上に支持された入力軸から出力軸への減速伝動がコンパクトに実現される。また入力軸に回転を伝えるモータを、入力軸及び出力軸と平行に配置することができ、モータを含めた配設スペースのコンパクト化が可能となる。

また第２発明に係る減速装置は、前記入力軸を前記出力軸が内部に挿通された中空軸とし、該入力軸をロータとするモータが一体構成してあることを特徴とする。

この発明においては、中空軸として構成された入力軸に出力軸を挿通した同軸配置を実現し、入力軸自体をロータとして備えるモータを同軸に構成して、モータを含めた減速装置の更なるコンパクト化を実現する。

本発明に係る減速装置においては、同軸上に支持された入力軸と出力軸との間の減速伝動を、入力軸及び出力軸の周囲に大なる占有スペースを要さずに実現することができ、駆動源となるモータの平行配置又は同軸配置により、該モータを含めてコンパクトに構成することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る減速装置の全体構成を示す縦断面図、図２は、図１のII−II線による横断面図、図３は、図１の III−III 線による横断面図である。

本発明に係る減速装置は、中空円筒形の入力軸１と、該入力軸１の中空部内に一部を挿通された出力軸２とを備えている。入力軸１は、図１中に一部を示すハウジング10の内部に軸受11を介して回転自在に支持されている。この軸受11による支持部の一側に突出する入力軸１の軸端部には、図２に示す如く、径方向外向きに互いに逆方向に延びるアーム形のキャリア12，12が設けてあり、これらのキャリア12，12の先端部には、入力軸１と平行をなす支軸30，30により駆動歯車３，３が回転自在に支持されている。

なお図示のキャリア12，12は、入力軸１と一体に構成されているが、入力軸１と別体に構成し、中心に設けたボス部を介して入力軸１に嵌着固定することも可能である。またキャリア12，12は、２つの駆動歯車３，３を支持する機能を果たし得ればよく、図２に示すアーム形に限らず、入力軸１の軸端部に嵌着された円板等、他の適宜の形態にて実施可能である。

駆動歯車３，３は、外周面に歯を備える平歯車であり、夫々の一側端面（キャリア12，12による支持側と逆側の端面）には、これらよりも小径の円柱形をなす小プーリ４，４が同軸をなして連設されている。これらの小プーリ４，４の一側端面（駆動歯車３，３との連設側と逆側の端面）には、夫々と同軸をなして支軸40，40が突設されており、これらの支軸40，40は、共通の支持板41に設けられた支持孔に各別に挿通支持されている。

以上の構成により入力軸１が回転せしめられた場合、キャリア12，12に支持された駆動歯車３，３及び小プーリ４，４は、入力軸１の軸心を中心として夫々の支持位置に対応する円周に沿って回転（公転）し、この公転円周の各位置において、夫々の支軸30，30及び支軸40，40を中心として回転（自転）することができる。

一方出力軸２は、入力軸１からの突出部分の中途に従動歯車５を備えている。この従動歯車５は、外周面に歯を備える平歯車であり、前記駆動歯車３，３の内側に軸長方向に整合するように位置決めされ、これらの駆動歯車３，３の夫々と、図２に示す如く噛合させてある。なお図１に示す従動歯車５は、出力軸２と一体に構成されているが、別体に構成された平歯車を出力軸２の該当位置に嵌着固定せしめて構成することも可能である。

また出力軸２の同側への延長部は、図中に一部を示すハウジング10に内嵌保持された軸受13により、入力軸１と同軸上での回転自在に支持されている。この支持部は、前記小プーリ４，４の内側に達するまで延長され、これらの小プーリ４，４よりも大径の円筒形をなす大プーリ６が一体形成されており、この大プーリ６と前記小プーリ４，４との外側には、図３に示す如く、所定の張力下にてベルト（無端部材）７が巻き架けられている。

なお図１に示す大プーリ６は、ハウジング10と一体に構成されているが、別体に構成された円筒形のプーリをハウジング10の該当位置に、出力軸２と同軸をなすように固着して構成することも可能である。またベルト７は、軸長方向の張架位置を示すべく、図１中に２点鎖線により図示してある。

本発明に係る減速装置は、以上の如き駆動歯車３，３，従動歯車５、小プーリ４，４、大プーリ６及びベルト７を備えて構成されており、入力軸１の回転を出力軸２に減速伝動すべく以下に示す動作を行う。

入力軸１が適宜の入力回転速度Ｎ₁にて回転せしめられた場合、前述の如く、駆動歯車３，３及び小プーリ４，４が入力軸１の軸心回りに公転する。ここで小プーリ４，４は、ベルト７により大プーリ６に連絡されており、この大プーリ６は、ハウジング10と共に非回転状態に保たれた固定プーリであることから、小プーリ４，４の公転は、ベルト７を介して大プーリ６により拘束された状態にて生じる。

小プーリ４，４が図３中に白抜矢符にて示す向きに公転せしめられた場合、ベルト７には、この公転の方向の上流側での大プーリ６との間の張架部に引張力が加わる。ここで小プーリ４，４は、各別の支軸40，40回りに自転可能であり、ベルト７からの引張力が加えられた場合、図３中に矢符により示す如く、前記公転の向きと逆向きに自転することとなる。このような公転速度と自転速度との関係は、小プーリ４，４の直径ｄ₁及び公転半径Ｒと、大プーリ６の直径ｄ₂との関数として与えられる。

また、以上の如き小プーリ４，４の公転及び自転が生じた場合、これらと一体形成された駆動歯車３，３も、小プーリ４，４と同向き及び等速度にて公転及び自転することとなり、これらの内側に噛合する従動歯車５は、図２中に白抜矢符にて示す如く回転せしめられ、この回転が出力軸２の出力回転速度Ｎ₂として取り出される。このときの出力軸２の出力回転速度Ｎ₂と駆動歯車３，３の公転速度及び自転速度との関係は、駆動歯車３，３の直径（ピッチ円直径）Ｄ₁及び公転半径Ｒと、従動歯車５の直径（ピッチ円直径）Ｄ₂との関数として与えられる。

ここで、駆動歯車３，３の公転速度及び自転速度は、小プーリ４，４の公転速度及び自転速度と等しく、また、駆動歯車３，３及び小プーリ４，４の公転速度は、入力軸１に与えられる入力回転速度Ｎ₁であることから、この入力回転速度Ｎ₁に対する出力軸２の出力回転速度Ｎ₂の比、即ち、本発明に係る減速装置の減速比（＝Ｎ₂／Ｎ₁）は、公転半径Ｒを含まない次式により与えられる。

Ｎ₂／Ｎ₁＝１−（ｄ₂・Ｄ₁）／（ｄ₁・Ｄ₂）

ここでｄ₁，ｄ₂，Ｄ₁，Ｄ₂は、前述の如く、ｄ₁＜ｄ₂，ｄ₁＜Ｄ₁，Ｄ₁＜Ｄ₂なる大小関係を有しており、例えば、ｄ₂＝ 1.8ｄ₁、Ｄ₁＝ 1.5ｄ₁、Ｄ₂＝ 1.2Ｄ₁＝2.16ｄ₁とした場合、上式により求まる減速比（＝Ｎ₂／Ｎ₁）は、0.25となり、高減速比での減速伝動がなされることがわかる。なお上記の数値例は、図１に示す実施の形態と略対応するものである。

以上の如く構成された本発明に係る伝動装置においては、出力軸２に設けられた従動歯車５と、これの外側に噛合され、入力軸１に設けられたキャリア12に支持された駆動歯車３，3 とにより、駆動歯車３，３と一体回転する小プーリ４，４と、これらの間に位置する大プーリ６とに巻き掛けられたベルト７による拘束下にて減速伝動が行われるから、入力軸１及び出力軸２の周囲に大なる占有スペースを必要とせず、コンパクトな構成にて高減速比での減速伝動が可能となる。

また実施の形態に示す如く、入力軸１を中空軸とし、これの内側に出力軸２を挿通せしめた同軸配置を、全体構成の大形化を伴うことなく実現することができる。これにより、例えば、コラムアシスト形の電動パワーステアリング装置において、操舵部材と舵取機構とを連絡するコラム軸の中途に操舵補助用のモータの回転を減速伝動する用途に適用した場合、前記モータを小型化し、コラム軸と平行に配設することが可能となり、減速装置自体の小型化との相乗効果により、運転者の足周り空間を十分に確保して、居住性の悪化及び運転操作の阻害を防止することができる。

また中空軸として構成された入力軸１自体をロータとして利用し、このロータを囲繞するステータをハウジング10の内部に固設して、操舵補助用のモータを、出力軸２としてのコラム軸と同軸に配置することが可能となり、このようなモータの同軸配置により、更なる足周り空間の更なる拡大が可能となり、居住性の悪化及び運転操作の阻害を一層有効に防止することができる。

以上の如き電動パワーステアリング装置への適用は、本発明に係る減速装置の一つの適用例であり、本発明の減速装置は、同軸上に位置する入力軸１から出力軸２への高減速比での伝動を、コンパクトな装置構成により実現することが要求される用途全般に適用可能であることは言うまでもない。

なお、実施の形態に示すベルト７は、小プーリ４，４を、非回転部材としての大プーリ６による拘束下にて公転させる作用をなすべく用いられており、この拘束作用を強化すべく、内周面に多数の歯を並設してなるタイミングベルトを用い、小プーリ４，４及び大プーリ６との間の滑りを排除して拘束作用を強化する構成としてもよく、更には、ベルト７に代えてチェーン等の他の無端部材を用いてもよい。

小プーリ４，４の拘束は、大プーリ６との直接的な接触、更には、夫々の外周に設けた歯の噛合によっても実現し得るが、この場合、小プーリ４，４と大プーリ６との直径比、並びにこれらと駆動歯車３，３及び従動歯車５との直径比の選定に制限が生じ、また所望の接触又は噛合状態を得るために各部の加工及び組み立て精度に高い精度を要求されることとなり、好ましい形態ではない。

本発明に係る減速装置の全体構成を示す縦断面図である。図１のII−II線による横断面図である。図１の III−III 線による横断面図である。

符号の説明

１入力軸
２出力軸
３駆動歯車
４小プーリ
５従動歯車
６大プーリ
７ベルト（無端部材）
12 キャリア
30 支軸

Claims

同軸上に支持された入力軸と出力軸とを備え、前記入力軸の回転を前記出力軸に減速伝動する減速装置において、
前記入力軸と一体回転するキャリアと、
該キャリアの一面の前記入力軸の軸心から離れた位置に支持され、前記入力軸と平行をなす支軸回りに自転しつつ前記入力軸の軸心回りに公転する駆動歯車と、
該駆動歯車に噛合され前記出力軸と一体回転する従動歯車と、
前記駆動歯車と同軸上に連設された小プーリと、
前記入力軸及び出力軸と同軸上に非回転状態に設けられた大プーリと、
該大プーリ及び前記小プーリに巻き掛けられた無端部材と
を備えることを特徴とする減速装置。
前記入力軸を前記出力軸が内部に挿通された中空軸とし、該入力軸をロータとするモータが一体構成してある請求項１記載の減速装置。