JP4465240B2 - 変速歯車装置、およびそれを用いた自動車の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、様々な使用目的に適うアクチュエータの増減速装置として用いられる変速歯車装置に関する。

今日、モータ等の回転駆動源より得られた回転運動を、直線運動に変換して作動する位置決め装置としてのアクチュエータが、様々な機械装置に用いられている。このアクチュエータは、一般に回転軸の回転を変速歯車装置を介して減速し、より大きな駆動トルクを得た状態で被位置決め装置の位置決めを行う。

したがって、この種の変速歯車装置はアクチュエータの重要な構成要素の１つとなっている。従来、この種の変速歯車装置は、インボリュート歯車を組み合わせてなるものが一般的であった。ところが、インボリュート歯車の組み合わせにはバックラッシュが必要不可欠であり、精密な位置決めが要求されるアクチュエータの場合には、このバックラッシの影響が大きく、位置決め精度の悪化を招くこととなる。

そこで、可能な限りインボリュート歯車を使用しないで減速を行う変速歯車装置が、各種考案されている。本発明者はバックラッシの設定が不要でかつ大減速比を得る事が可能な変速歯車装置を発明し、特公平７−５６３２４号公報（特許文献１）にその詳細を開示している。この変速歯車装置は、内部に用いられている歯車がいわゆる搖動運動をすることから、揺動型変速歯車装置と称することができる。

図４には、本発明者の発明による揺動型歯車装置の要部断面が示されている。揺動型変速歯車装置は、入力軸１と出力軸２との間を、第１〜第４歯車Ａ1 〜Ａ4 で連結し、これらの歯車によって減速を行うものである。この第１〜第４歯車は傘歯車である。そして、第２歯車Ａ2 および第３歯車Ａ3 は１つの回転体３に設けられ、回転体３は入力軸１の傾斜部１ａで軸支されている。このように回転体３を傾斜支持すると、入力軸１の回転に伴って回転体３に揺動運動を発生させることができる。また、各歯車の歯にコロ４およびコロとの内接面５を用い、歯同士の噛み合い時に生ずる摺動をコロ４の回転で吸収している。したがって、バックラッシュの設定をなくし、かつ、歯同士に意図的に予圧を付与しても、歯同士の噛み合いによる発熱を回避することが可能となる。この手法によると、入力軸１の回転運動が出力軸２に伝達される際に、第１、第２歯車Ａ1 ，Ａ2 と、第３、第４歯車Ａ3 ，Ａ4 とで、２段階の減速作用を受けることになる。

したがって、上記揺動型変速歯車装置を、例えばアクチュエータの減速機に用いれば、小型、高精度かつ大出力のアクチュエータを得ることができる。
特公平７−５６３２４号公報

ところで、この種の揺動型変速歯車装置は、出力軸の回転を直接被位置決め装置に伝える位置決め装置としてのアクチュエータに適用できることはもちろんであるが、出力軸の回転運動を直線運動に変換して被位置決め装置に伝えるアクチュエータにも適用できる。特に、後者のアクチュエータは、ハウジングの軸方向を貫通する出力軸の内周に、送りナットと係合する送りねじ軸が嵌挿されており、出力軸の回転により送りねじ軸が軸方向に移動し、この変位により被位置決め部材を所定の位置に位置決めするように構成されている。したがって、図４のように回転体３の半径方向内方に入力軸１を配置する場合には、入力軸１を中実軸ではなく中空軸として形成し、その内周に上記出力軸２を嵌挿する必要がある。このため、出力軸２の軸径は入力軸１の軸径によって制約を受け、さらに出力軸の内周に嵌挿される位置決め部材としての送りねじ軸は出力軸２の軸径によって制約を受けることになる。結果として出力軸２の軸径および送りねじ軸の軸径を十分確保することができず、大出力を必要とする分野への適用に課題が残るものであった。

また、図４に示す従来の揺動型変速歯車装置は、揺動運動を行う回転体３が半径方向内方において入力軸１に支承されており、入力軸１と出力軸２とがハウジング６の軸方向において互いに対峙して配置されているので、入力軸１および出力軸２の支持が、ハウジング６の端部において、それぞれが独立的になされている。このため、高出力が伝えられる出力軸２においては曲げ荷重に対する支持剛性の確保が困難になるという問題がある。

この支持剛性を確保するには、軸受け部材としてのベアリング間の距離を長くする必要があるが、ベアリング間の距離を長くすれば、ハウジングの軸方向寸法が長くなり、装置としてのコンパクト性が損なわれることになる。

また、入力軸の内周に出力軸を嵌挿するタイプの位置決め装置においては、出力軸の回転角を検出する回転センサーとしてのエンコーダを直接出力軸上に取り付けるためには、入力軸への非嵌挿部すなわち第４歯車付近の出力軸上の限られた範囲に限定される。このため、第４歯車側のハウジング端部に直接被位置決め装置を取り付ける場合、エンコーダの取り付け位置が極めて限定され、装置の構造が複雑になるだけでなく、装置全体が大型化するといった問題がある。

また、図４の揺動型変速歯車装置においては、入力軸１は、モータなどによって駆動されることになるが、回転体３が半径方向内方において入力軸１に支承されているため、回転体３の内方においてモータを配置することができず、モータを回転体と並列的に入力軸上に取り付ける必要がある。モータと回転体とはハウジング内に共に配置する必要があり、必然的にハウジングの全長が長くなり、装置としてのコンパクト性が損なわれることになる。

本発明は、かかる点に着目してなされたもので、コンパクト性を損なうことなく出力軸を含む各部の設計の自由度を向上できる変速歯車装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の請求項１に係る手段は、入力軸と、該入力軸に対して相対回転可能に設けられた歯数ｎ1 の第１歯車と、出力軸と、該出力軸に対して相対回転不能に設けられた歯数ｎ4 の第４歯車とを、各々の軸芯を一致させて配置し、歯数ｎ2 の第２歯車および歯数ｎ3 の第３歯車を一体に設けた回転体を、第２歯車が上記第１歯車と噛み合い、第３歯車が上記第４歯車と噛み合うように前記入力軸の偏芯部において相対回転可能に支持してなる変速歯車装置であって、上記入力軸を中空軸として構成し、該入力軸の内周面に上記偏芯部を形成し、該偏芯部において上記回転体を軸受け部材を介して回転自在に支承したことを特徴とする。

上記構成によると、入力軸によって制約を受けることなく、回転体の内周側に大径の貫通空間を確保できるので、この貫通空間に出力軸を配置することによって出力軸の必要径を確保した上でアクチュエータとしての設計の自由度を拡大できる。

また、本発明の請求項２にかかわる手段は、請求項１において、上記回転体が、第２歯車および第３歯車の半径方向内方において軸方向に貫通する貫通孔を備え、上記出力軸を該貫通孔を貫通して配置したことを特徴とする。この構成によれば、従来のように入力軸によって出力軸の必要径が制約を受けることがなく、必要径を確保した上で出力軸の両端を被位置決め手段に連携させることができ、位置決め手段としてのアクチュエータの機能を向上させうる。

また、本発明の請求項３にかかわる手段は、請求項２において、上記出力軸が、該出力軸の他に少なくとも上記入力軸及び回転体を収容するハウジングを軸方向に貫通し、該ハウジングの両端において支承されていることを特徴とする。この構成によれば、ハウジングの軸方向の長さを長くすることなく、出力軸の支承距離を十分確保できるので、支持剛性を向上させ得る。

また、本発明の請求項４にかかわる手段は、請求項１ないし３のいずれか１つにおいて、上記出力軸が、内周面に送りナットが形成された中空軸として形成され、該中空軸内に送りナットと係合する送りねじ軸が貫通配置されていることを特徴とする。この構成によれば、位置決め手段としての送りナットおよび送りねじ軸の必要径を十分確保でき、回転運動を直線運動に変換する位置決め手段としての機能を高めることができる。

また、本発明の請求項５にかかわる手段は、請求項１ないし４のいずれか１つにおいて、上記出力軸が、軸方向一端において被位置決め手段に連携されていることを特徴とする。

この構成によれば、回転センサーなどの付属構成部品を出力軸の他端部に集中配置することができるので、被位置決め部材を第４歯車側のハウジング端部に直接取り付けることができ、装置全体の小型化に貢献する。

また、本発明の請求項６にかかわる手段は、請求項１ないし４のいずれか１つにおいて、上記出力軸が、複数の被位置決め部材に連携されていることを特徴とする。この構成によれば、コンパクト性を維持した上で複数の被位置決め手段を確実かつ正確に作動させることができる。

また、本発明の請求項７にかかわる手段は、請求項１ないし６のいずれか１つにおいて、上記入力軸には、半径方向外方において、ステータとロータとを備えたモータに連携されており、該モータの作動により入力軸が駆動されるように構成したことを特徴する。この構成によれば、モータの出力が、半径方向内方に位置する入力軸に直接伝えられることになり、動力の伝達経路が極めて簡略化され、装置のコンパクト化に大きく貢献する。

また、本発明の請求項８にかかわる手段は、請求項７において、上記入力軸は、上記モータのロータ内周面に嵌合されていることを特徴とする。この構成によれば、請求項７と同様に装置のコンパクト化に大きく貢献する。

また、本発明の請求項９にかかわる手段は請求項７または８において、上記モータが、コアレスモータであることを特徴とする。この構成によれば、半径方向のコンパクト化においてさらに有効となる。

本発明の請求項１０にかかわる手段は請求項１ないし９のいずれか１つにおいて、上記出力軸には、出力軸の回転数を検出する回転センサーが取り付けられていることを特徴とする。この構成によれば、装置のコンパクト性を損なうことなく出力軸の回転数を直接検出することができ、位置決め手段の位置制御を正確に行うことができる。

本発明の請求項１１にかかわる手段は、請求項１０において、上記回転センサーが、少なくとも上記入力軸、出力軸及び回転体を収容するハウジングの第一歯車側の端部において、出力軸上に取り付けられていることを特徴とする。この構成によれば、出力の取り出し側である第４歯車側のハウジング端面に被位置決め手段を直接取り付けることができ、全体としてコンパクトにまとめることができる。

本発明の請求項１２にかかわる手段は、請求項７ないし１１のいずれか１つにおいて、上記モータを制御する制御装置を備え、上記出力軸と入力軸相互間の回転差から装置内のねじれ量を求め、ねじれ量に基づいてモータの制御量を補正制御するように構成したことを特徴とする。この構成によれば、装置としてのコンパクト性を確保した上で位置決め精度を高めることができる。

本発明の請求項１３にかかわる手段は、請求項１ないし１２のいずれか１つにおいて、上記第１ないし第４歯車が傘歯車であることを特徴とする。この構成によれば、半径方向のコンパクト性を高めることができる。

本発明の請求項１４にかかわる手段は、請求項１ないし１２のいずれか１つにおいて、上記第１および第４歯車が内歯歯車であり、該第１および第４歯車と噛み合う第２および第３歯車が外歯歯車であることを特徴とする。この構成によれば、傘歯車に比べて軸方向のコンパクト性を高めることができる。

本発明の請求項１５にかかわる手段は、請求項１ないし１４のいずれか１つにおいて、上記入力軸が軸方向の両端においてベアリングにより回転可能に支承されていることを特徴とする。この構成によれば、入力軸の支持剛性を向上しうる。

本発明の請求項１６にかかわる手段は、自動車の操舵装置であって、入力軸と、該入力軸に対して相対回転可能に設けられた歯数ｎ1 の第１歯車と、出力軸と、該出力軸に対して相対回転不能に設けられた歯数ｎ4 の第４歯車とを、各々の軸芯を一致させて配置し、歯数ｎ2 の第２歯車および歯数ｎ3 の第３歯車を一体に設けた回転体を、第２歯車が上記第１歯車と噛み合い、第３歯車が上記第４歯車と噛み合うように前記入力軸の偏芯部において相対回転可能に支持で軸支してなる変速歯車装置を備えており、この変速歯車装置の入力軸が中空軸として構成され、該入力軸の内周面に上記偏芯部が形成され、該偏芯部において上記回転体が軸受け部材を介して回転自在に支承されていることを特徴とする。

上記構成によると、自動車の操舵装置において上記請求項１の変速歯車装置を適用することによって設計の自由度を拡大できる。

本発明は以上のように構成したので、入力軸によって制約を受けることなく、回転体の内周側に大径の貫通空間を確保できるので、この貫通空間に出力軸を配置することによって出力軸の必要径を確保した上でアクチュエータとしての設計の自由度を拡大できる。

以下、本発明の第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来例と同じないしは相当部分については同一符号で示し、詳しい説明は省略する。

図１に示す第１実施形態の揺動型変速歯車装置は、入力軸１、出力軸２、回転体３、動力源としてのモータ７およびこれらの各部を収容するハウジング６とで構成されている。なお、ハウジング６は筒状の外周壁６aとその両側に位置する端壁６b，６ｃとで構成されている。

入力軸１は中空軸として構成され、軸方向両端において、ハウジング６の内周面に対しベアリング８、８を介して回転可能に支承されている。なお、入力軸はハウジング６の軸芯と同芯的に支承されている。入力軸１の内周面には、入力軸１の軸芯Ｘに対し、所定角度傾斜した軸芯Ｙを有する偏芯部としての傾斜部１aを備えている。入力軸１の傾斜部１aには軸受け部材としてのベアリング９，９を介して、回転体３が回転自在に支承されている。

回転体３は、軸心Ｙを中心に回転することになるので、入力軸１の回転により軸心Ｘに対し、揺動運動すなわち首振り運動を行うことになる。また、回転体３の軸方向の端面には第2歯車A2および第3歯車A3が形成されている。第2歯車A2は、ハウジング６の端壁6bにボルトにて一体に固定されたスリーブ6dの軸方向端面に形成された第1歯車A1と噛み合い、また、第3歯車A3は、出力軸２に一体に固定されたスリーブ２a軸方向端面に形成された第4歯車A4と噛み合うように構成されている。

第1ないし第4歯車A1ないしA4は傘歯車として構成され、その噛み合い部には図５に示す従来の歯車装置と同様にコロ４が介在されており、その内接面５は、コロ４に対応するように半円形状に形成されている。したがって、歯同士の噛み合い時に生ずる摺動をコロ４の回転で吸収できるので、バックラッシュの設定をなくし、かつ、歯同士に意図的に予圧を付与しても、歯同士の噛み合いによる発熱を回避することが可能となる。また、回転体３の半径方向内方には、第２および第３歯車A2,A3より内方において、軸方向に貫通する大径の貫通孔3aが形成されている。

出力軸２は、貫通孔3aおよびハウジング６を軸方向において貫通して設けられており、第4歯車側端部の一端は、端壁6cに固定されたスリーブ2aの嵌挿部においてベアリング11を介してハウジング６に支承されている。また、他端はベアリング12を介してハウジング６の端壁6bすなわちスリーブ6dに支承されている。また、出力軸２は、その大径部2bにおいて被位置決め部材（図示せず）に連携されている。この場合、出力軸２の回転は、被位置決め部材の形態によって回転変位を直接伝えるようにすることも可能で、また、回転運動を直線運動に変換して伝えることも可能である。また、出力軸２と被位置決め部材との連携にあたって、両者間に中間部材を介在させることも可能であるが、被位置決め部材をハウジング６の一方の端壁6cに直接取り付けることも可能である。後者の場合、出力歯車としての第4歯車に近接して取り付けることが出来るので、装置全体としてのコンパクト性が向上するだけでなく、伝達効率が向上する。

また、出力軸２の他端小径部2cには、回転センサーとしてのエンコーダ10のデイスク10aが直接取り付けられており、このデイスク10aとハウジング側に取り付けられている検出部10ｂとで出力軸２の回転数（回転角）を検出するように構成されている。回転センサーの取り付け位置としては、出力軸上であれば、どの位置でもよく、例えば大径部2b側でも良いが、本実施形態のように大径部2bとは反対側である小径部2ｃに設けることによって、被位置決め部材を第4歯車A4に近接して取り付けることが出来るので、構造も簡単になり、効率も良い。本実施形態において、出力軸２は、回転体３内周の大径の貫通孔3aおよびその延長上においてその空間を専用空間とすることができるので回転センサーの取り付け位置の自由度の拡大のみならず、多くの設計上の自由度が生まれる。

まず、出力軸２は、従来のように入力軸１によって半径方向に制約を受けることがないので、大径にすることが出来、このことにより、高出力型の位置決め装置への適用が可能となる。

また出力軸２は従来のように軸方向においても制約を受けることがないので出力軸２を、ハウジング６を軸方向に貫通配置することが出来るので、その支承位置をハウジング６の軸方向両端部で行うことが可能となり、曲げ荷重に対する支持剛性を向上しうる。

また、出力軸２が、その軸方向両端において、被位置決め部材との連携を図ることが出来、しかも連携構造の簡略化が可能となる。

モータ７は、ステータ7a、ロータ7b、モータケース7cとを備えたいわゆるコアレスモータで、ステータ7aは、鉄心がなく巻き線が樹脂などにより固められて環状に形成されモータケース7cに固定されている。ロータ7bは永久磁石からなり、入力軸１の外周に直接圧入嵌合されている。このコアレスモータは文字どおりステータのコアが省略されているため、半径方向の幅寸法を小さくでき装置の小型化に貢献する。また、モータケース7cはハウジング６の外周壁6aとして構成され、このケースと両側に位置する端壁6b,6cとでハウジング６を構成している。また、入力軸１の外周部には回転センサーとしての入力軸エンコーダ（またはレゾルバ）１3が設けられている。

図２には、本実施形態にかかわる変速歯車装置を制御する制御装置の概略をブロック図で示している。この制御装置は、回転センサーとしての各エンコーダ10，13からの信号を処理するインターフェース14と、各種信号を受け制御信号を出力するCPU15と、CPU15からの制御信号を受けモータ７への作動信号を出力するドライバー16とで構成されている。

以上のように構成された図１および図２に示す変速歯車装置の動作は以下のとおりである。

まず、本発明の実施の形態に係る揺動型変速歯車装置の原理について説明する。

入力軸１が回転すると、傾斜部１aが揺動すなわち首を振るような運動をし、これに軸支される回転体３は、あたかも停止寸前のこまのように揺動運動をする。そして、回転体３は揺動運動をすることにより、第2歯車A2 を第1歯車A1 に、また、第3歯車A3 を第4歯車A4に夫々噛み合わせていく。すると、第2歯車A2 は、１周期の揺動運動（入力軸１の１回転）当り、第1歯車A1 との歯数差に相当する分だけ第1歯車A1 に対して回転する。すなわち、第1歯車A1 と、第2歯車A2 との間で、１段階の減速がなされる。

ここで、第1歯車A1 の歯数を 100、第2歯車A2 の歯数を 101とした場合を考える。入力軸１が１回正回転すると、第1歯車A1 に対して第2歯車A2 は１/101だけ正回転する。第2歯車A2 の運動は、第3歯車A3 に直接伝わり、第3歯車A3 と第4歯車A4 との間でも、同様の噛み合いを行う。この場合、第3歯車A3 の歯数を 100、第4歯車A4 の歯数を99とすると、第3歯車A3 に対して第4歯車A4 は1/99だけ逆回転する。よって、第3歯車A3 と第4歯車A4 との間でも、１段階の減速がなされる。すなわち、入力軸１の回転運動が出力軸２に伝達される際に、第1、第2歯車A1 ，A2 と、第3第4歯車A3 ，A4 とで、２段階の減速作用を受けることになる。

上記揺動型変速歯車装置の減速比をＲ（入力軸１が１回転したときの出力軸２の回転数）とすると、Ｒ＝１−（ｎ1 ×ｎ3 ）／（ｎ2 ×ｎ4 ） ……（ｉ）
ここで、ｎ1 ：第1歯車A1 の歯数、ｎ2 ：第2歯車A2 の歯数、ｎ3 ：第3歯車A3 の歯数、ｎ4 ：第4歯車A4 の歯数で求めることができる。ここで、ｎ1 ＝1000，ｎ2 ＝1001，ｎ3 ＝1000，ｎ4 ＝999とすると、減速比Ｒ＝1/100万（正回転）となる。このように、揺動型変速歯車装置は、僅か４枚の歯車で大きな減速比を得ることができるものである。

また、第2歯車A2 、第3歯車A3 が揺動運動をしながら、第1歯車A1、第4歯車A4 と噛み合う際には、各噛み合い面には摺動を生ずる。この摺動により発生する騒音、振動および発熱による焼き付きを防止する為に、各歯車の歯には、コロ４およびコロとの内接面５を採用している。具体的には、図５に示すように第1歯車A1 （第4歯車A4 ）に形成されたコロとの内接面５にコロ４を浮遊支持し、半円筒状の凸歯を形成している。また、第2歯車A2 （第3歯車A3 ）にもコロとの内接面５を形成し、半円溝状の凹歯を形成する。そして、回転体３が矢印Ｂで示す方向に揺動運動を行うと、第2歯車A2 （第3歯車A3 ）は矢印Ｃで示す方向に移動し、各凹歯と凸歯とを噛み合わせていく。そして、各凹歯と凸歯との間に生ずる摺動を、コロ４の回転で吸収している。したがって、バックラッシの設定を不要とするばかりか、各歯車間に予圧を付与して、精密な噛み合わせを行うことができる。

なお、前述のごとく、第1歯車A1 の歯数と第2歯車A2 の歯数差が１の場合には、揺動運動が１周期進むと、第1歯車A1 と第2歯車A2 との間で、噛み合う歯は１つづれる。また、同歯数差が２の場合は、揺動運動が１周期進むと、第1歯車A1 と第2歯車A2 との間で、噛み合う歯は２つづれる。同様にして、歯数差がｎの場合には、噛み合う歯はｎ個ずれることになる。このことは、第3、第4歯車A3 ，Ａ4 の関係においても同じである。

以上のごとく、本発明にかかわる揺動型変速歯車装置は、その大きさの割りに大きなトルクを伝達することが可能であり、しかも、出力軸の分解能は、入力側回転センサーのパルス数に減速比を乗算した値となり、高精度化がメカ的に可能となる。したがって、電動モータなどを動力源とするアクチュエータに使用すれば、小型、高精度かつ大出力のアクチュエータを構成することができる。

以上のような原理で作動する揺動型変速歯車装置について、図２に基づいてその制御について説明する。

CPU15から信号を受けてモータ７が作動すると、モータ７のロータ７bと一体に結合された入力軸１が回転する。入力軸１の回転により、回転体３が入力軸１の傾斜部１aにより規制されて揺動運動つまり首振り運動を行う。この首振り運動により、第1歯車A1と第2歯車A2の噛み合い位置が順次第1歯車A1上を移動することになる。このとき、回転体３は、入力軸１の一回転に対し、第1歯車A1と第2歯車A2の歯数差に相当する回転角だけ入力軸１と同方向に回転し一段目の減速が行われる。つまり、第2歯車の歯数が第1歯車より一枚多い場合には、一歯分に相当する回転角だけ回転する。

また同時に、回転体３は第4歯車A4に対しても首振り運動を行い、ここで二段目の減速が行われることになる。したがって、モータ７により駆動される入力軸１の回転は、二段階で大幅に減速されると共に出力が大幅に増幅されて出力軸２に伝達されることになる。

この場合、出力軸２の回転角は、基本的につまり無負荷状態では、入力軸１の回転角に対し第1ないし第4歯車間の減速比によって決まるものであるが、現実には出力軸２は被位置決め部材に連携されており、被位置決め部材の負荷によって装置の各部にねじれが発生する。出力軸２の回転角は、このねじれ量によって初期の回転角より小さい回転角となり、この狂いは位置決め制度に悪影響を与えることになる。本実施形態においては、この狂いは制御装置によるモータ７の制御によって是正される。

以下、制御装置の制御手順を説明する。
(１)まず、出力軸２に所望の回転角を得るために必要な回転角をCPU15で割り出す。
(2)CPUの指令によりモータ７が作動し、入力軸１は所定回転数（回転角）回転する。
(3)入力軸１の回転は、第1ないし第4歯車による減速作用により減速され、出力軸２は回転変位する。このとき、入力軸１および出力軸２の回転角は入、出力軸エンコーダ10，13によって検出され、その出力はCPU15に伝えられる。CPU内において出力差つまり回転角の差を求め、その差を減速比に対応した所期の値に対する未達角として求める。この未達角に対応した補正制御値をメモリーから読み出し、上記未達角に応じてモータ７の回転を上昇させ、出力軸２を初期の回転角になるように補正制御する。上記入、出力軸間の偏差は、装置のねじれに相当するもので、このねじれ量は装置に作用する負荷の大きさに対応しており、負荷が高いほど大きくなり、その分上記補正値は大きくなる。したがって、負荷とねじれ量との関係をあらかじめ計測しメモリーに記憶させ、この値でもって出力軸の回転角が初期の値になるように補正制御することになる。
(4)入、出力軸２の回転角が所期の値になると、CPU15はモータ７の作動を停止させ、位置決めが完了する。

次に、図３に示す本願変速歯車装置の第２実施形態について説明する。第１実施形態と同一ないしは相当部分については同一符号を付し説明を省略する。

図３に示す変速歯車装置は、出力軸２の内周部に形成された送りナット20と、この送りナット20と複数のボール21を介して係合する送りねじ軸22とで構成されるボールナット式の位置決め装置として構成されている。送りねじ軸22は、出力軸２の回転運動に対し送りナット20との係合関係により、軸方向に変位するように構成されており、その軸方向の変位により、両端において連携する被位置決め部材のそれぞれの位置決めが可能となる。

以上のとおり第２実施形態においても、入力軸１がケーシング６の半径方向外方向の筒状部6aの内周に対し回転自在に支承され、しかも出力軸２が、回転体３の貫通孔3aを軸方向において貫通配置する構造であるため、出力軸２が入力軸１によって制約を受けることなく、出力軸２の必要径を確保した上でアクチュエータの設計自由度を拡大できる。すなわち、モータ７からの動力が、半径方向外方から半径方向内方に向かって伝えられることになるので、半径方向内方は軸方向の全域にわたって出力軸２の専用スペースとして活用でき、出力軸２の径を大出力に対応した大径に設定することもでき、その内周を貫通する位置決め部材としての送りねじ軸22の径も十分確保でき、設計の自由度が極めて拡大できる。

また、送りねじ軸22は、アクチュエータの専用の構成要素として構成することもできるが、被位置決め部材の構成要素の軸を兼用するものであってもよい。

なお、出力軸２の一端には応力センサー23が装着されており、外力により生ずる応力値と、装置に生じているねじり量を検出することが可能となる。

また、本実施形態においては、入力軸１と出力軸２にそれぞれ回転センサーとしてのエンコーダ10，13が設けられており、このエンコーダによっても装置のねじれ量を求めることができる。この場合、一方を基本制御の信号として用い、他方を故障時のバックアップとして用いることができる。

また、本実施形態においては、ねじれ量を正確に計測できるので、ねじれ量とトルク、荷重の実測地を記録することで、より正確なトルクや荷重が計測できる計測器に適用できる。

（他の実施形態）
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記実施形態１および２に示す変速歯車装置は、回転体を入力軸に形成した傾斜部で支承し、回転体を揺動させるいわゆる揺動型の歯車装置を例示しているが、入力軸に対し所定の偏芯量を与え、回転体を偏芯回転運動させるタイプの変速歯車装置にも適用可能である。この場合、第1歯車および第4歯車は内歯歯車とし、第2歯車および第3歯車は外歯歯車にする必要がある。

また、上記実施形態においては位置決め装置への適用について説明したが、位置決め装置に限らず、たとえば、自動車などの操舵装置のパワーアシスト装置としても適用できる。

また、第1ないし第4歯車の歯数設定、傾斜部と入力軸との傾斜角度の設定によって、第1歯車と第2歯車間での減速作用と、第3歯車と第4歯車間での減速作用の2段階の減速作用が得られるようにすることもでき、第1、第2歯車間による１段階のみの減速作用に限定することもでき、必要に応じて任意に設定できる。

本発明の第１実施形態に係わる変速歯車装置の断面図。 図１に示す変速歯車装置の制御ブロック図。 本発明の第２実施形態に係わる変速歯車装置の断面図。 従来の変速歯車装置の断面図。 図１および図４に示す変速歯車装置の噛み合い部の展開説明図。

１ 入力軸
１a 偏芯部
２ 出力軸
３ 回転体
３a 貫通孔
６ ハウジング
７ モータ
10 回転センサー
13 回転センサー
20 送りナット
22 送りねじ軸
A1 第1歯車
A2 第2歯車
A3 第3歯車
A4 第4歯車

Claims (16)

1. 入力軸と、該入力軸に対して相対回転可能に設けられた歯数ｎ1 の第１歯車と、出力軸と、該出力軸に対して相対回転不能に設けられた歯数ｎ4 の第４歯車とを、各々の軸芯を一致させて配置し、歯数ｎ2 の第２歯車および歯数ｎ3 の第３歯車を一体に設けた回転体を、第２歯車が上記第１歯車と噛み合い、第３歯車が上記第４歯車と噛み合うように前記入力軸の偏芯部において相対回転可能に支持してなる変速歯車装置であって、
   上記入力軸を中空軸として構成し、該入力軸の内周面に上記偏芯部を形成し、該偏芯部において上記回転体を軸受け部材を介して回転自在に支承したことを特徴とする変速歯車装置。
2. 上記回転体は、第２歯車および第３歯車の半径方向内方において軸方向に貫通する貫通孔を備え、上記出力軸を該貫通孔を貫通して配置したことを特徴とする請求項１に記載の変速歯車装置。
3. 上記出力軸は、該出力軸の他に少なくとも上記入力軸及び回転体を収容するハウジングを軸方向に貫通し、該ハウジングの両端において支承されていることを特徴とする請求項２に記載の変速歯車装置。
4. 上記出力軸は、内周面に送りナットが形成された中空軸として形成され、該中空軸内に送りナットと係合する送りねじ軸が貫通配置され、該出力軸の回転により該送りねじ軸が直線的に変位するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の変速歯車装置。
5. 上記出力軸は、軸方向の一端において被位置決め手段に連携されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の変速歯車装置。
6. 上記出力軸は、複数の被位置決め部材に連携されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の変速歯車装置。
7. 上記入力軸は、半径方向外方において、ステータとロータとを備えたモータに連携されており、該モータの作動により入力軸が駆動されるように構成されていることを特徴する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の変速歯車装置。
8. 上記入力軸は、上記モータのロータ内周面に嵌合されていることを特徴とする請求項７に記載の変速歯車装置
9. 上記モータが、コアレスモータであることを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の変速歯車装置。
10. 上記出力軸には、出力軸の回転数を検出する回転センサーが取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の変速歯車装置。
11. 上記回転センサーは、少なくとも上記入力軸、出力軸及び回転体を収容するハウジングの第一歯車側の端部において、出力軸上に取り付けられていることを特徴とする請求項１０に記載の変速歯車装置。
12. 上記モータを制御する制御装置を備え、上記出力軸と入力軸相互間の回転差から装置内のねじれ量を求め、ねじれ量に基づいてモータの制御量を補正制御するように構成したことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１つに記載の変速歯車装置。
13. 上記第１ないし第４歯車が傘歯車であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の変速歯車装置。
14. 上記第１および第４歯車が内歯歯車であり、該第１および第４歯車と噛み合う第２および第３歯車が外歯歯車であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の変速歯車装置。
15. 上記入力軸は、軸方向の両端においてベアリングにより回転可能に支承されていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の変速歯車装置。
16. 自動車の操舵装置であって、
    入力軸と、該入力軸に対して相対回転可能に設けられた歯数ｎ1 の第１歯車と、出力軸と、該出力軸に対して相対回転不能に設けられた歯数ｎ4 の第４歯車とを、各々の軸芯を一致させて配置し、歯数ｎ2 の第２歯車および歯数ｎ3 の第３歯車を一体に設けた回転体を、第２歯車が上記第１歯車と噛み合い、第３歯車が上記第４歯車と噛み合うように前記入力軸の偏芯部において相対回転可能に支持してなる変速歯車装置を備えており、
    上記変速歯車装置の入力軸が中空軸として構成され、該入力軸の内周面に上記偏芯部が形成され、該偏芯部において上記回転体が軸受け部材を介して回転自在に支承されていることを特徴とする自動車の操舵装置。

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