JP4224074B2 - ギア比変換型操向装置 - Google Patents

Description

本発明は，自動車のギア比変換型操向装置に関し，より詳しくは，遊星ギア装置を備えた自動車のギア比変換型操向装置に関する。

一般に，遊星ギア装置は，太陽ギアと，キャリアにより支持されて太陽ギアに外接する遊星ギアと，遊星ギアが内接する内ギアとを含んで構成される。このような遊星ギア装置は，簡単に構成することができ，太陽ギア，遊星ギアおよび内ギアからなる各々の構成ギアを各々固定側，入力側または出力側に設定することによって減速比（または，増速比）を容易に変更できる等の長所があり，多様な装置に用いられている。特に，自動車のギア比変換型操向装置に用いられる。

このような遊星ギア装置においては，太陽ギアのギア歯と遊星ギアのギア歯との間，および遊星ギアのギア歯と内ギアのギア歯との間にバックラッシュが存在するという問題がある。

バックラッシュは，互いに隣接するギア歯間の隙間をいい，より具体的には，一つのギアのギア歯ともう一つのギアのギア歯が噛合した際，噛み合ったギア歯の後方に生じる空間をいう。

一方，駆動ギアと従動ギアとが噛合するギア装置において，駆動ギアと従動ギアとの速度が一定の場合には問題がないが，何らかの原因により速度が一定でなくなる場合はバックラッシュが発生し，騷音が発生してしまう。

すなわち，互いに噛み合っていた駆動ギアのギア歯と従動ギアのギア歯とがその噛み合いを終える前に，従動ギアの他のギア歯が駆動ギアのギア歯の後方に突き当てられるために騷音が発生する。

自動車の操向装置の場合，バックラッシュにより発生する騷音は，操向時に不快感を起こす一方，ギア歯の摩耗が進行することによってさらに増加する。

一方，バックラッシュを減少させる方法として，従来は，図１Ａに示すように，中心距離が固定されたギアを軸方向や直径方向に移動させた後に固定したり，中心距離を調整した後に固定する静的な方法（Ｓｔａｔｉｃ Ｍｅｔｈｏｄ）や，図１Ｂに示すように，弾性体の弾性力を用いて中心距離を調整する動的な方法（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｔｈｏｄ）等が採択されていた。

しかしながら，このような従来の方法は，遊星ギア装置にそのまま適用できないという問題がある。これは，太陽ギアと遊星ギアとの間のバックラッシュをなくすために両ギアの中心距離を狭めれば遊星ギアと内ギアとの間のバックラッシュが増加するという問題が発生し，一方，遊星ギアと内ギアとの間のバックラッシュをなくすために両ギアの軸間距離を狭めれば太陽ギアと遊星ギアとの間のバックラッシュが増加することによる。

すなわち，従来の技術では，太陽ギアと遊星ギアとの間および遊星ギアと内ギアとの間のバックラッシュを同時に低減することができないという問題があった。

そこで，本発明は，上記問題に鑑みてなされたものであり，本発明の目的とするところは，バックラッシュを減少させることの可能な遊星ギア装置を備える，新規かつ改良されたギア比変換型操向装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，自動車のギア比変換型操向装置が提供される。かかるギア比変換型操向装置は，操向ホイールに連結される入力軸と，入力軸と同心上に形成され，入力軸を囲む太陽ギアと，太陽ギアに外接する第１遊星ギア対および第２遊星ギア対と，入力軸に結合され，第１遊星ギア対を連結する第１キャリアと，第２遊星ギア対を連結し，入力軸に対して相対回転可能に形成される第２キャリアと，第１遊星ギア対および第２遊星ギア対が内接する内ギアと，内ギアに連結される出力軸と，を含むことを特徴とする。

ここで，第１キャリアには，第２キャリアが挿入される装着溝が形成され，第１キャリアおよび第２キャリアは，弾性部材により連結される。このとき，第１キャリアは，第２キャリアに所定の圧力を加えるための押圧手段を備える。このため，第１キャリアには，装着溝の内周面から装着溝の外周方向に延長する挿入孔を形成してもよい。挿入孔の内側には，押圧手段が挿入される。

また，第２キャリアの外周面には，所定の深さを有する凹部が形成され，押圧手段と凹部との間には，鋼球を備えることもできる。さらに，第２キャリアの外部と連通されるように形成される挿入孔の内周面には，雌ねじが形成され，雌ねじに螺合する雄ねじを備える調節手段をさらに備えてもよい。ここで，押圧手段は，例えば弾性部材により形成することができる。

本発明によれば，押圧手段により支持される第２キャリアを第１キャリアに挿入して，第２キャリアが太陽ギアを中心に相対的に回転可能にすることによってバックラッシュを減少させることができる。したがって，円滑で，かつ，確実な噛み合い状態を維持することができ，バックラッシュによる騷音発生が防止される。

また，本発明の別の観点によれば，太陽ギアと，太陽ギアに外接する複数の遊星ギアと，複数の遊星ギアのうち，第１遊星ギアおよび第２遊星ギアを連結する第１リンクと，複数の遊星ギアのうち，第３遊星ギアに一端が連結され，第１リンクに対して相対回転可能な第２リンクと，複数の遊星ギアが内接する内ギアとを含む，遊星ギア装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば，バックラッシュを減少させることの可能な遊星ギア装置を備える，新規かつ改良されたギア比変換型操向装置を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
図２は，本発明の第１の実施形態にかかる遊星ギア装置を示す断面図である。

本発明の第１実施形態にかかる遊星ギア装置は，図２に示すように，太陽ギア２０１，第１遊星ギア対２０３，第２遊星ギア対２０４，第１リンク２０５，第２リンク２０７，弾性部材２０９および内ギア２１１を含んで構成される。

第１遊星ギア対２０３は，第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５を含んで形成され，第２遊星ギア対２０４は，第３遊星ギア２１７および第４遊星ギア２１９を含んで形成される。なお，本実施形態にかかる遊星ギア装置は，必要に応じて，第４遊星ギア２１９を除外した残りの３つの遊星ギアだけで形成されることができ，逆に，一つ以上の遊星ギアを更に含むこともできる。

第１リンク２０５は，第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５を互いに連結し，第２リンク２０７は，第３遊星ギア２１７および第４遊星ギア２１９を互いに連結する。第２リンク２０７は，第２リンク２０７の中央部が結合ピン２２０により第１リンク２０５に連結されており，第１リンクに対して相対回転をすることができる。

一方，遊星ギアの個数が本実施形態の遊星ギアの個数より少ない場合，例えば第４遊星ギア２１９が除外される場合には，第２リンク２０７の一端が第３遊星ギア２１７に連結され，他端は第１リンク２０５に相対回転可能に連結される。

また，第１リンク２０５と第２リンク２０７との間には，引張スプリングまたは圧縮スプリング等の弾性部材２０９が備えられており，第１リンク２０５と第２リンク２０７とを引っ張ったり押圧したりするように設けられる。

次に，図３Ａおよび３Ｂは，本実施形態にかかる遊星ギア装置において，バックラッシュが生じた状態およびバックラッシュが低減された状態を示す断面図である。以下，図３Ａおよび３Ｂを参照して本実施形態にかかる遊星ギア装置のバックラッシュ低減過程を説明する。

まず，図３Ａに示すように，太陽ギア２０１と第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５との間，そして太陽ギア２０１と第３遊星ギア２１７および第４遊星ギア２１９との間に，それぞれバックラッシュが生じているとする。また，第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５と内ギア２１１との間，そして第３遊星ギア２１７および第４遊星ギア２１９と内ギア２１１との間にもそれぞれバックラッシュが存在すると仮定する。

このような状態で，図３Ｂに示すように，弾性部材２０９の弾性力が第１リンク２０５および第２リンク２０７にそれぞれ作用して，第１リンク２０５が結合ピン２２０を中心にして時計回り方向に回転すると，第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５は回転軸３０１を中心にして時計回り方向に自転すると同時に空転して，第１ギア２１３および第２遊星２１５のギア歯が内ギア２１１のギア歯に接することになる。

すなわち，第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５の各ギア歯が，内ギア２１１の両側ギア歯から離隔した後，第１リンク２０５が時計回り方向に相対回転することによって，第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５も時計回り方向に回転する。この結果，第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５の各ギア歯が内ギア２１１の一方のギア歯に接触することになる。また，第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５の各ギア歯は，太陽ギア２０１の両側ギア歯から離隔した後，時計回り方向に移動することにより，太陽ギア２０１の一側のギア歯に接触することになる。

同様に，第２リンク２０７が反時計回り方向に相対回転すると，第３遊星ギア２１７および第４遊星ギア２１９の各ギア歯は，太陽ギア２０１および内ギア２１１の一側のギア歯に接触することになる。

ただし，第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５の各ギア歯は，回転軸３０１を中心に太陽ギア２０１および内ギア２１１のギア歯のうち，時計回り方向のギア歯に接する反面，第３遊星ギア２１７および第４遊星ギア２１９の各ギア歯は，太陽ギア２０１および内ギア２１１のギア歯のうち，反時計回り方向のギア歯に接することになる。

したがって，太陽ギア２０１が時計回り方向に回転する場合，太陽ギア２０１のギア歯は，第３遊星ギア２１７および第４遊星ギア２１９のギア歯より第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５のギア歯に先に噛み合って回転するので，円滑で，かつ，確実な噛み合い状態が維持されて，バックラッシュによる騷音発生が防止される。

一方，太陽ギア２０１が反時計回り方向に回転する場合には，太陽ギア２０１のギア歯は，第１遊星ギア２１３および第２遊星ギア２１５のギア歯より第３遊星ギア２１７および第４遊星ギア２１９のギア歯に先に噛み合って回転する。

以上，第１の実施形態にかかる遊星ギア装置について説明した。次に，本発明の第２の実施形態にかかる自動車のギア比変換型操向装置について説明する。

（第２の実施形態）
図４は，本発明の第２の実施形態にかかる自動車のギア比変換型操向装置を示す部分断面図である。図５は，本実施形態にかかる自動車のギア比変換型操向装置を示す要部分解斜視図である。

図４および図５に示すように，本実施形態にかかる自動車のギア比変換型操向装置は，操向ホイール４０１に連結される入力軸４０３と，入力軸４０３と同心上に形成され，入力軸４０３を囲む太陽ギア２０１と，太陽ギア２０１に外接する第１遊星ギア対２０３および第２遊星ギア対２０４と，入力軸４０３に連結される第１遊星ギア対２０３を連結する第１キャリア４０５と，第２遊星ギア対２０４を連結し，入力軸４０３に対して相対回転できるように形成される第２キャリア４０７と，第１遊星ギア対２０３および第２遊星ギア対２０４が内接する内ギア２１１および内ギア２１１に連結される出力軸４０９とを含んで構成される。

入力軸４０３は，上端が操向ホイール４０１に連結され，下端は後述する第１キャリア４０５に固定結合される。したがって，運転者が操向ホイール４０１を回転すると，入力軸４０３および第１キャリア４０５が回転することになる。

太陽ギア２０１は，入力軸４０３と同心上に形成され，入力軸４０３を囲むように形成されるが，必要に応じて，太陽ギア２０１の上側（操向ホイール４０１側）にワームホイール４１１を備えることによって，モータ４１３をはじめとする各種アクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）から動力が伝達されるようにすることもできる。

第１キャリア４０５は，第１キャリア胴体部５０１，装着溝５０３，第１結合孔５０５および挿入孔５０７を含んで構成される。

第１キャリア胴体部４０５は，直径が一定な円板形状の部材であって，第２キャリア４０７が内側に挿入できるように，全体的に第２キャリア４０７の厚さより厚く形成されることが好ましいが，これに限定されない。一方，第１キャリア胴体部４０５の中心には，入力軸４０３の下端が固定結合されるので，入力軸４０３の回転によって第１キャリア４０５も回転することになる。

装着溝５０３は，第２キャリア４０７が第１キャリア４０５に挿入されるように，第１キャリア胴体部５０１の中心から所定の距離だけ離隔した位置まで，所定深さを有するように形成される。また，装着溝５０３に挿入された第２キャリア４０７は，入力軸４０３を中心にして第１キャリア４０５に対して相対的に回転できる空間を備える必要があるため，装着溝５０３の大きさは，第２キャリア４０７の大きさより大きく形成されなければならない。

第１結合孔５０５は，入力軸４０３を中心として互いに対向するように第１キャリア胴体部５０１に形成される。第１結合孔５０５には，第１遊星ギア対２０３の回転軸３０１がそれぞれ挿入される。好ましくは，第１結合孔５０５の内周面と第１遊星ギア対２０３の回転軸３０１の外周面との間にベアリングを備えるのがよい。

挿入孔５０７は，装着溝５０３の内周面の一側から外側に延長して形成される。この挿入孔５０７は，例えば図５に示すように，第１結合孔５０５を結ぶ直線上には形成されないようにすることができる。挿入孔５０７の内側には，圧縮スプリング５０９が，その一端を第２キャリア４０７に接するように挿入される。圧縮スプリング５０９は，第２キャリア４０７に圧力を加えることによって第２キャリア４０７が第１キャリア４０５に対して相対回転できるようにするが，圧縮スプリング５０９の代わりに，必要に応じてゴムや合成ゴムなどの多様な弾性体を使用することもできる。

一方，好ましくは，圧縮スプリング５０９と第２キャリア４０７との間に鋼球（Ｓｔｅｅｌ Ｂａｌｌ）５２１を備えるのがよい。これにより，圧縮スプリング５０９の一端と第２キャリア４０７との摩擦による圧縮スプリング５０９の摩耗を防止する一方，外部の衝撃から圧縮スプリング５０９と第２キャリア４０７との接触状態を安定に維持することができる。

また，圧縮スプリング５０９の十分な長さを確保するために，挿入孔５０７は，２つの第１結合孔５０５を連結した直線と平行するよりは，斜めに形成することが好ましい。

また，挿入孔５０７の内周面には雌ねじが形成されており，一端に雌ねじと螺合する雄ねじが形成されている調節手段５１１を備えるようにしてもよい。調節手段５１１による調節により，圧縮スプリング５０９の圧縮程度を調節して，第２キャリア４０７に加わる圧力を調節することができる。調節手段５１１としては，無頭レンチボルトが好ましいが，これに限定されない。

第２キャリア４０７は，第２キャリア胴体部５１３，入力軸貫通孔５１５および第２結合孔５１７を含んで構成される。

第２キャリア胴体部５１３は，一方の径（長径）が他方の径（短径）より長い略楕円形に形成された，所定の厚さを有する板形状の部材である。第２キャリア胴体部５１３の中心部には，入力軸貫通孔５１５が形成される。入力軸４０３が貫通結合する入力軸貫通孔５１５の中心から第２キャリア胴体部５１３の長径方向に所定の距離だけ離隔した位置には，第２遊星ギア対２０４の回転軸３０１がそれぞれ挿入される第２結合孔５１７が形成される。

また，第２キャリア胴体部５１３の外周面には，略Ｖ字形状の凹部５１９が形成され，圧縮スプリング５０９の一端と凹部５１９との間に鋼球（Ｓｔｅｅｌ Ｂａｌｌ）５２１が設けられる。なお，必要に応じて，鋼球５２１の代わりにプラスチックやセラミック材質からなる他の媒介体を使用することができ，その形態も球に限定されない。

入力軸貫通孔５１５は，第２キャリア胴体部５１３の中心部に形成されるが，好ましくは，この入力軸貫通孔５１５の内周面と入力軸４０３の外周面との間に，ベアリング５２３を備えるのがよい。

第２キャリア胴体部５１３の中心から長径方向に所定の距離だけ離隔した位置に形成される第２結合孔５１７には，第２遊星ギア対２０４の回転軸３０１がそれぞれ第２結合孔５１７に挿入される。また，必要に応じて，第２結合孔５１７の内周面と第２遊星ギア対２０４の回転軸３０１の外周面との間にベアリングを備えることができる。

内ギア２１１の内周面には，第１遊星ギア対２０３および第２遊星ギア対２０４が接することになり，内ギア２１１の下端には出力軸５２５が結合される。一方，出力軸５２５は，内ギア２１１と一体形成することができる。

以下に，図６Ａ，６Ｂ，７Ａおよび７Ｂを参照して，本実施形態にかかる自動車のギア比変換型操向装置の作動に関して説明する。図６Ａおよび６Ｂは，図４のＡ−Ａ方向の断面図であって，各々バックラッシュが存在する状態およびバックラッシュが低減された状態を示している。図７Ａおよび７Ｂは，図４のＢ−Ｂ方向の断面図であって，各バックラッシュが存在する状態およびバックラッシュが低減された状態を示す。

図６Ａおよび７Ａに示すように，太陽ギア２０１と第１遊星ギア対２０３との間および第１遊星ギア対２０３と内ギア２１１との間に，それぞれバックラッシュが存在すると仮定する。

このような状態で，図６Ｂおよび７Ｂに示すように，調節手段５１１を回転して圧縮スプリング５０９に圧力を加えることによって，第２キャリア４０７が入力軸４０３を中心にして時計回り方向に回転すると，第１遊星ギア対２０３のギア歯が内ギア２１１の一方のギア歯に接することになる。

すなわち，第１遊星ギア対２０３のギア歯が内ギア２１１の両側ギア歯から離隔した後，第２キャリア４０７が時計回り方向に回転することによって第１遊星ギア対２０３も時計回り方向に自転すると同時に空転する。その結果，第１遊星ギア対２０３のギア歯は，内ギア２１１の一側のギア歯に接触する。また，第１遊星ギア対２０３が時計回り方向に回転すると，同様に第１遊星ギア対２０３のギア歯が太陽ギア２０１の両側ギア歯から離隔した後，時計回り方向に移動して太陽ギア２０１の一側のギア歯に接触する。

したがって，太陽ギア２０１が時計回り方向に回転する場合，太陽ギア２０１のギア歯が第２遊星ギア対２０４のギア歯より第１遊星ギア対２０３のギア歯に先に噛み合って回転するので，バックラッシュによる騷音発生が防止される。この原理は，第１の実施形態で既に詳細に説明したので，これ以上の説明は省略する。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，自動車のギア比変換型操向装置に適用可能であり，特に，遊星ギア装置を備えた自動車のギア比変換型操向装置に適用可能である。

従来技術にかかるバックラッシュ低減法を示す概略図である。 従来技術にかかるバックラッシュ低減法を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態にかかる遊星ギア装置を示す断面図である。 同実施形態にかかる遊星ギア装置において，バックラッシュが存在する状態を示す断面図である。 同実施形態にかかる遊星ギア装置において，バックラッシュが低減された状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかる自動車のギア比変換型操向装置を示す部分断面図である。 同実施形態にかかる自動車のギア比変換型操向装置を示す要部分解斜視図である。 図４のＡ−Ａ方向の断面図であり，バックラッシュが存在する状態を示す。 図４のＡ−Ａ方向の断面図であり，バックラッシュが低減された状態を示す。 図４のＢ−Ｂ方向の断面図であり，バックラッシュが存在する状態を示す。 図４のＢ−Ｂ方向の断面図であり，バックラッシュが低減された状態を示す。

符号の説明

２０１ 太陽ギア
２０３ 第１遊星ギア対
２０４ 第２遊星ギア対
２０５ 第１リンク
２０７ 第２リンク
２０９ 弾性部材
２１１ 内ギア
２１３ 第１遊星ギア
２１５ 第２遊星ギア
２１７ 第３遊星ギア
２１９ 第４遊星ギア
２２０ 結合ピン
４０１ 操向ホイール
４０３ 入力軸
４０５ 第１キャリア
４０７ 第２キャリア
４０９ 出力軸
４１１ ワームホイール
４１３ モータ
５０１ 第１キャリア胴体部
５０３ 装着溝
５０５ 第１結合孔
５０７ 挿入孔
５０９ 圧縮スプリング
５１１ 調節手段
５１３ 第２キャリア胴体部
５１５ 入力軸貫通孔
５１７ 第２結合孔
５１９ 凹部
５２１ 鋼球（Ｓｔｅｅｌ Ｂａｌｌ）
５２３ ベアリング
５２５ 出力軸

Claims (3)

1. 操向ホイールに連結される入力軸と，
   前記入力軸と同心上に形成され，前記入力軸を囲む太陽ギアと，
   前記太陽ギアに外接する第１遊星ギア対および第２遊星ギア対と，
   前記入力軸に結合され，前記第１遊星ギア対を連結する第１キャリアと，
   前記第２遊星ギア対を連結し，前記入力軸に対して相対回転可能に形成される第２キャリアと，
   前記第１遊星ギア対および前記第２遊星ギア対が内接する内ギアと，
   前記内ギアに連結される出力軸と，
   を含むギア比変換型操向装置において，
   前記第１キャリアには，前記第２キャリアが挿入される装着溝，および前記装着溝の内周面から前記装着溝の外周方向に延長する挿入孔が形成され，
   前記挿入孔には，前記第２キャリアに対して所定の圧力を加える弾性部材が挿入されることを特徴とする，ギア比変換型操向装置。
2. 前記第２キャリアの外周面には，所定の深さを有する凹部が形成され，
   前記弾性部材の一部は，前記凹部に位置し，
   前記弾性部材と前記凹部との間には，鋼球が備えられることを特徴とする，請求項１に記載のギア比変換型操向装置。
3. 前記第２キャリアの外部と連通されるように形成される前記挿入孔の内周面には，雌ねじが形成され，
   前記雌ねじに螺合する雄ねじを備える調節手段をさらに備えることを特徴とする，請求項１に記載のギア比変換型操向装置。

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