JP5227853B2 - 揺動型歯車装置、伝達比可変機構、および車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、揺動型歯車装置、伝達比可変機構、および車両用操舵装置に関する。

揺動運動を行う歯車を含む揺動型歯車装置が提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照。）。特許文献１では、揺動型歯車装置が、舵角比を変更することのできる伝達比可変機構を含む車両用操舵装置に適用されている。また、特許文献２，３では、揺動型歯車装置が、変速装置に適用されている。
揺動型歯車装置は、互いに対向する第１および第４の歯車と、第１および第４の歯車の間に配置され第１および第４の歯車に対して傾斜した揺動歯車とを有している。揺動歯車は、第１の歯車に噛み合う第２の歯車と、第４の歯車に噛み合う第３の歯車とを有する。より具体的には、第１の歯車と第２の歯車との噛み合いは、第１の歯車に設けられたピンと、第２の歯車に設けられた歯溝との噛み合いとされている。

特開２００６−８２７１８号公報 特開２００５−３５１３８４号公報 特開２００６−４６４０５号公報

ところで、車両用操舵装置において、振動および騒音の発生の抑制が要請されている。また、変速装置においても同様に、振動および騒音の発生の抑制が要請されている。
そこで、本発明の目的は、振動および騒音の発生を抑制できる揺動型歯車装置、伝達比可変機構、および車両用操舵装置を提供することである。

本願発明者は、歯を構成するピンが３次元の揺動運動をしており、その３次元の揺動運動のうちで、ピンの中心軸線に平行な軸線の周りの揺動運動の量が大きいと、ピンが歯溝に出入りするときの振動が大きくなり、騒音の原因となるという知見を得た。
そこで、本願発明者は、ピンの上述の揺動運動の量を抑制できるように、一対の歯車の諸元を最適化することを通じて、振動および騒音の発生を抑制することに想到した。これにより、本願発明を完成するに至ったものである。

第１の発明の揺動型歯車装置（７８，８８，８９）は、第１の軸線（Ｚ１）上に中心軸線（Ｚ３１，Ｚ３４）を有しその中心軸線の回りに回転可能な軸心固定歯車（２１１，２１４）と、上記第１の軸線に対して傾斜した状態で揺動する第２の軸線（Ｚ２）上に中心軸線（Ｚ３２，Ｚ３３）を有しその中心軸線の回りに回転可能な軸心揺動歯車（２１２，２１３）と、を備え、上記軸心固定歯車および上記軸心揺動歯車のうちの一方の歯車（２１１，２１４）は、上記一方の歯車の側面（７０，７３）に上記一方の歯車の中心軸線を中心とする放射状に配列された複数の保持溝（７９，１０９）と、各保持溝にそれぞれ保持され上記一方の歯車の歯を構成するピン（７７，８７）と、を含み、上記ピンが、上記軸心固定歯車および上記軸心揺動歯車のうちの他方の歯車（２１２，２１３）の側面（７１，７２）に上記他方の歯車の中心軸線を中心とする放射状に配列された歯溝（８０，１１０）に噛み合うようにしてあり、互いに噛み合っている上記ピンおよび上記歯溝は、上記ピンの長手方向（Ｘ５）に関して所定長さの係合領域（Ｊ１１）で係合し、上記ピンの中心軸線（Ｊ１）は、上記係合領域とは上記ピンの径方向（Ｒ５）に対向する対向領域（Ｊ１１）を含み、上記対向領域内の上記ピンの中心軸線上の任意の点（Ｐ２）と上記第１の軸線との距離をｒ_COとし、上記任意の点と上記第２の軸線との距離をｒ_FOとし、上記第１の歯車の上記ピンの数をＺ_C とし、上記第２の歯車の上記歯溝の数をＺ_F とするときに、下記式(1) ：ｒ_CO／ｒ_FO＝Ｚ_C ／Ｚ_F ……(1) 、が成立することを特徴とする（請求項１）。

第２の発明は、第１の発明において、上記軸心固定歯車（２１１，２１４）が一対設けられ、上記一対の軸心固定歯車のそれぞれが、上記軸心揺動歯車の一対の側面（７１，７２）のうちの対応する側面に噛み合わされていることを特徴とする（請求項２）。
第３の発明の伝達比可変機構（５）は、本発明の揺動型歯車装置を用いた伝達比可変機構であって、上記一対の軸心固定歯車の一方（２１１）が設けられた入力部材（２０）と、上記一対の軸心固定歯車の他方（２１４）が設けられた出力部材（２２）と、上記軸心揺動歯車が設けられ上記入力部材および出力部材の差動回転を許容する中間部材（３９１）と、上記中間部材を駆動するための電動モータ（２３）と、を備え、上記入力部材から上記出力部材への伝達比を可変することを特徴とする（請求項３）。

第４の発明の車両用操舵装置（１）は、本発明の伝達比可変機構（５）を用いて操舵部材（２）の操舵角に対する転舵輪（４Ｌ，４Ｒ）の転舵角の比である伝達比を変更可能な車両用操舵装置であって、上記入力部材が上記操舵部材に連結され、上記出力部材が転舵輪側部材（１２）に連結されていることを特徴とする（請求項４）。
なお、上記括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を示すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

第１の発明によれば、上述の一方の歯車および他方の歯車が互いに噛み合って回転するときに、ピンの３次元の揺動運動のうちで、ピンの中心軸線に平行な軸線の周りの揺動運動の量が小さくなるので、ピンが歯溝に出入りするときの振動が小さくなる。その結果、揺動型歯車装置の振動および騒音の発生を抑制することができる。
なお、式(1) の距離ｒ_COは、実測値であってもよいし、実測値または目標値を用いて計算により求めた計算値であってもよい。距離ｒ_FOも同様である。これらの距離ｒ_COと距離ｒ_FOとから、式(1) の左辺のｒ比（ｒ比＝ｒ_CO／ｒ_FO）を算出し、算出したｒ比が歯数比と一致すればよい。このときに、式(1) が成立するといえる。

例えば、図８の模式図を参照して、上記第１の軸線Ｚ１と上記第２の軸線Ｚ２とのなす角度をλとし、上記第１の軸線Ｚ１が延びる方向に関して、上記第１の軸線Ｚ１および上記第２の軸線Ｚ２の交点Ｐ１と上記任意の点Ｐ２との距離をＡ_RCとし、上記第２の軸線が延びる方向に関して、上記交点Ｐ１と上記任意の点Ｐ２との距離をＡ_RFとしたときに、下記式(2) ，(3) が成り立つ。
Ａ_RF＝Ａ_RC×cos λ−ｒ_CO×sin λ ……(2)
ｒ_FO＝ｒ_CO×cos λ−Ａ_RC×sin λ ……(3)
揺動型歯車装置の諸元（目標値または測定値）として、角度λ、距離ｒ_CO、および距離Ａ_RF（または距離Ａ_RC）が与えられることがある。このときには、式(2) ，(3) と、与えられた諸元、すなわち、角度λ，距離ｒ_CO，距離Ａ_RF（または距離Ａ_RC）とを用いて、距離ｒ_FOを求めることができ、さらに、式(1) の左辺のｒ比を求めることができる。

第２の発明によれば、２対の軸心固定歯車および軸心揺動歯車を有する揺動型歯車装置において、振動および騒音を抑制することができる。
第３の発明によれば、電動モータが中間部材を駆動することにより、入力部材の回転角に対する出力部材の回転角の比を変更することができる。
第４の発明によれば、伝達比を可変可能とすることにより、車両の走行状態等に応じて、操舵部材の操舵に対する転舵輪の転舵角を最適にできる。例えば、車庫入れ動作を行うとき等の、車両の停止時または低速走行時には、伝達比を大きくすることで、操舵量に対して転舵輪の転舵量を大きくすることができ、操舵部材の操作量を少なくできる。また、車両が雪道等を走行しているときには、カウンタステア操作を伝達比可変機構で自動的に行ういわゆるアクティブ操舵が可能となる。

本発明の一実施の形態にかかる伝達比可変機構を備える車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 図１の要部のより具体的な構成を示す断面図である。 図２の伝達比可変機構およびその周辺の拡大図である。 図３の伝達比可変機構の要部の拡大図である。 第１の揺動型歯車装置の要部の斜視図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線に沿う要部の断面図である。 第１の揺動型歯車装置の側面図である。 第１の揺動型歯車装置の模式図である。 ピンと歯溝との相対移動の軌跡を示すグラフであり、（ａ）に式(1) が成立しない場合を示し、（ｂ）に式(1) が成立する場合を示す。（ａ）、（ｂ）の横軸は、歯車の回転方向に関する歯溝に対するピンの相対移動量を示す。（ａ）、（ｂ）の縦軸は、歯溝の深さ方向に関する歯溝に対するピンの相対移動量を示す。 図１０は、数式を説明するための第２の歯車の模式図である。 図１１は、図１０の第２の歯車のピンの運動の説明図である。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、揺動型歯車装置が、車両用操舵装置の伝達比可変機構に適用された場合に則して説明する。なお、本発明の揺動型歯車装置は、車両用操舵装置の伝達比可変機構以外の用途に用いることもできる。
図１は、本発明の一実施形態にかかる揺動型歯車装置が適用された車両用操舵装置の概略構成の模式図である。図１を参照して、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に付与された操舵トルクを、操舵軸としてのステアリングシャフト３等を介して左右の転舵輪４Ｌ，４Ｒのそれぞれに与えて転舵を行うものである。車両用操舵装置１は、操舵部材２の操舵角θ１に対する転舵輪の転舵角θ２の比としての伝達比θ２／θ１を変更することのできるＶＧＲ（Variable Gear Ratio ）機能を有している。

車両用操舵装置１は、操舵部材２と、操舵部材２に連なるステアリングシャフト３とを有している。ステアリングシャフト３は、互いに同軸上に配置された第１、第２および第３の軸１１，１２，１３を含んでいる。第１〜第３の軸１１〜１３のそれぞれの中心軸線は、当該第１〜第３の軸１１〜１３の回転軸線でもある。
第１の軸１１の一端に、操舵部材２が同行回転可能に連結されている。第１の軸１１の他端と第２の軸１２の一端とは、伝達比可変機構５を介して差動回転可能に連結されている。第２の軸１２と第３の軸１３とは、トーションバー１４を介して所定の範囲内で弾性的に相対回転可能、且つ動力伝達可能に連結されている。

第３の軸１３は、自在継手７、中間軸８、自在継手９、転舵機構１０等を介して、転舵輪４Ｌ，４Ｒと連なっている。
転舵機構１０は、自在継手９に連なるピニオン軸１５と、ピニオン軸１５の先端のピニオン１５ａに噛み合うラック１６ａを有し車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸１６とを有している。ラック軸１６の一対の端部のそれぞれにタイロッド１７Ｌ，１７Ｒを介してナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒが連結されている。

上述の構成により、操舵部材２の回転は、ステアリングシャフト３等を介して転舵機構１０に伝達される。転舵機構１０では、ピニオン１５ａの回転がラック軸１６の軸方向の運動に変換される。ラック軸１６の軸方向の運動は、各タイロッド１７Ｌ，１７Ｒを介して対応するナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒに伝えられ、これらのナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒがそれぞれ回転する。これにより、各ナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒに連結された対応する転舵輪４Ｌ，４Ｒがそれぞれ操向する。

伝達比可変機構５は、ステアリングシャフト３の第１および第２の軸１１，１２間の回転伝達比（伝達比θ２／θ１）を変更するためのものであり、ニューテーションギヤ機構とされている。この伝達比可変機構５は、第１の軸１１の他端に設けられた入力部材２０と、第２の軸１２の一端に設けられた出力部材２２と、入力部材２０と出力部材２２との間に介在する中間部材としての軌道輪ユニット３９と、を含んでいる。

入力部材２０は、操舵部材２および第１の軸１１とはトルク伝達可能に連結されている。出力部材２２は、転舵輪側部材としての第２の軸１２とはトルク伝達可能に連結されている。出力部材２２は、第２の軸１２や転舵機構１０等を介して転舵輪４Ｌ，４Ｒに連なっている。
入力部材２０は、当該入力部材２０の中心軸線の周りに回転可能に支持されている。出力部材２２は、当該出力部材２２の中心軸線の周りに回転可能に支持されている。入力部材２０の中心軸線と、出力部材２２の中心軸線とは、第１の軸線Ｚ１に一致している。

上述の軌道輪ユニット３９は、第１の軌道輪としての内輪３９１と、第２の軌道輪としての外輪３９２と、内輪３９１および外輪３９２間に介在する玉等の転動体３９３とを含んでおり、玉軸受を構成している。
転動体３９３としては、玉以外にも、円筒ころ、針状ころ、円錐ころを用いることができる。また、転動体３９３は、単列に配置されていてもよいし、複列に配置されていてもよい。複列にすると、外輪３９２に対する内輪３９１の倒れを防止するのに好適である。複列のものとして、複列アンギュラ軸受を例示できる。

内輪３９１は、入力部材２０と出力部材２２とを差動回転可能に連結するものである。内輪３９１および外輪３９２は、第１の軸線Ｚ１に対して傾斜する共通の中心軸線を有している。内輪３９１は、当該内輪３９１の中心軸線の周りに回転可能とされている。内輪３９１の中心軸線は、第２の軸線Ｚ２に一致している。第２の軸線Ｚ２は、第１の軸線Ｚ１に対して所定の傾斜角度をなして傾斜しており、後述するように第１の軸線Ｚ１に対して傾斜した状態で揺動するようになっている。

内輪３９１は、転動体３９３を介して外輪３９２に回転可能に支持されていることにより、第２の軸線Ｚ２の回りを回転可能である。また、内輪３９１は、外輪３９２を駆動するためのアクチュエータとしての電動モータである伝達比可変機構用モータ２３が駆動されることに伴い、第１の軸線Ｚ１の回りを回転可能である。内輪３９１および外輪３９２は、第１の軸線Ｚ１回りにコリオリ運動（首振り運動）可能である。

伝達比可変機構用モータ２３は、軌道輪ユニット３９の径方向外方に配置されている。伝達比可変機構用モータ２３の中心軸線は、第１の軸線Ｚ１と一致している。伝達比可変機構用モータ２３は、第１の軸線Ｚ１回りに関する外輪３９２の回転数を変更することにより、伝達比θ２／θ１を変更する。
伝達比可変機構用モータ２３は、例えばブラシレスモータからなり、軌道輪ユニット３９の外輪３９２を保持するロータ２３１と、このロータ２３１を取り囲むとともにステアリングコラムとしてのハウジング２４に固定されたステータ２３２とを含んでいる。ロータ２３１は、第１の軸線Ｚ１の回りを回転するようになっている。

車両用操舵装置１は、ステアリングシャフト３に操舵補助力を付与するための操舵補助力付与機構１９を備えている。操舵補助力付与機構１９は、伝達比可変機構５の出力部材２２に連なる入力軸としての上述の第２の軸１２と、転舵機構１０に連なる出力軸としての上述の第３の軸１３と、第２の軸１２と第３の軸１３との間に伝達されるトルクを検出する後述のトルクセンサ４４と、操舵補助用のアクチュエータとしての操舵補助用モータ２５と、操舵補助用モータ２５と第３の軸１３との間に介在する減速機構２６とを含んでいる。

操舵補助用モータ２５は、ブラシレスモータ等の電動モータからなる。この操舵補助用モータ２５の出力は、減速機構２６を介して第３の軸１３に伝達される。
減速機構２６は、例えばウォームギヤ機構からなる。減速機構２６は、操舵補助用モータ２５の出力軸２５ａに連結された駆動歯車としてのウォーム軸２７と、ウォーム軸２７と噛み合い且つ第３の軸１３に同行回転可能に連結された従動歯車としてのウォームホイール２８とを含んでいる。なお、減速機構２６は、ウォームギヤ機構に限らず、平行軸歯車機構等の他の歯車機構を用いてもよい。上述の平行軸歯車機構は、例えば、互いに噛み合う一対の平歯車を含んでおり、平歯車に代えてはすば歯車を用いてもよい。

伝達比可変機構５および操舵補助力付与機構１９は、ハウジング２４に配置されている。ハウジング２４は、車両の乗員室（キャビン）内に配置されている。なお、ハウジング２４を、中間軸８を取り囲むように配置してもよいし、車両のエンジンルーム内に配置してもよい。
伝達比可変機構用モータ２３および操舵補助用モータ２５の駆動は、それぞれ、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含む制御部２９によって制御される。制御部２９は、駆動回路４０を介して伝達比可変機構用モータ２３と接続されているとともに、駆動回路４１を介して操舵補助用モータ２５と接続されている。

制御部２９には、操舵角センサ４２、伝達比可変機構用モータ２３の回転角を検出するためのモータレゾルバからなる回転角検出センサ４３、トルク検出手段としてのトルクセンサ４４、転舵角センサ４５、車速センサ４６およびヨーレートセンサ４７がそれぞれ接続されている。
操舵角センサ４２から制御部２９へは、操舵部材２の直進位置からの操作量である操舵角θ１に対応する値として、第１の軸１１の回転角についての信号が入力される。

回転角検出センサ４３から制御部２９へは、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１の回転角θｒについての信号が入力される。
トルクセンサ４４から制御部２９へは、操舵部材２に作用する操舵トルクＴに対応する値として、第２および第３の軸１２，１３間に作用するトルクについての信号が入力される。

転舵角センサ４５から制御部２９へは、転舵角θ２に対応する値として第３の軸１３の回転角についての信号が入力される。
車速センサ４６から制御部２９へは、車速Ｖについての信号が入力される。
ヨーレートセンサ４７から制御部２９へは、車両のヨーレートγについての信号が入力される。

制御部２９は、上述の各センサ４２〜４７の信号等に基づいて、伝達比可変機構用モータ２３および操舵補助用モータ２５の駆動を制御する。
上述の構成により、伝達比可変機構５の出力は、操舵補助力付与機構１９を介して転舵機構１０に伝達される。より具体的には、操舵部材２に入力された操舵トルクは、第１の軸１１を介して伝達比可変機構５の入力部材２０に入力され、出力部材２２から操舵補助力付与機構１９の第２の軸１２に伝達される。

第２の軸１２に伝達された操舵トルクは、トーションバー１４および第３の軸１３に伝わり、操舵補助用モータ２５からの出力と合わさって中間軸８等を介して転舵機構１０に伝達される。
図２は、図１の要部のより具体的な構成を示す断面図である。図２を参照して、ハウジング２４は、例えば、アルミニウム合金等の金属を筒状に形成してなるものであり、第１のハウジング５１、第２のハウジング５２、および第３のハウジング５３を含んでいる。ハウジング２４内には、第１の軸受３１、第２の軸受３２、第３の軸受３３、第４の軸受３４、第５の軸受３５、第６の軸受３６、および第７の軸受３７（簡略化して図示）が収容されている。例えば、第１〜第７の軸受３１〜３７のそれぞれは、転がり軸受である。より具体的には、第１〜第５の軸受３１〜３５および第７の軸受３７は、それぞれ、アンギュラ玉軸受である。第６の軸受３６は、針状ころ軸受である。

第１のハウジング５１は筒状をなしており、差動機構としての伝達比可変機構５を収容する差動機構ハウジングを構成しているとともに、伝達比可変機構用モータ２３を収容するモータハウジングを構成している。第１のハウジング５１の一端は、端壁部材５４によって覆われている。第１のハウジング５１の一端と端壁部材５４とは、ボルト等の締結部材５５を用いて互いに固定されている。第１のハウジング５１の他端の内周面５６に、第２のハウジング５２の一端の環状凸部５７が嵌合されている。これら第１および第２のハウジング５１，５２は、ボルト等の締結部材（図示せず）を用いて互いに固定されている。

第２のハウジング５２は筒状をなしており、トルクセンサ４４を収容するセンサハウジングと、回転角検出センサ４３を収容するレゾルバハウジングとを構成している。第２のハウジング５２の他端の外周面５９に、第３のハウジング５３の一端の内周面６０が嵌合している。
第３のハウジング５３は、筒状をなしており、減速機構２６を収容する減速機構ハウジングを構成している。第３のハウジング５３の他端には端壁部６１が設けられている。端壁部６１は環状をなしている。端壁部６１により、第３のハウジング５３の他端が塞がれている。

図３は、図２の伝達比可変機構５およびその周辺の拡大図である。図３を参照して、伝達比可変機構５の入力部材２０、出力部材２２および軌道輪ユニット３９の内輪３９１は、それぞれ、環状をなしている。
入力部材２０と内輪３９１とは、互いに噛み合う第１の歯車２１１および第２の歯車２１２により、動力伝達可能に互いに連結されている。内輪３９１と出力部材２２とは、互いに噛み合う第３の歯車２１３および第４の歯車２１４により、動力伝達可能に互いに連結されている。

入力部材２０は、第１の歯車２１１を有している。第１の歯車２１１は、歯車本体としての入力部材本体２０１と、入力部材本体２０１に保持される複数のピン７７と、複数のピン７７を入力部材本体２０１に保持するための内保持器７５および外保持器７６とを含んでいる。
また、入力部材２０は、入力部材本体２０１の径方向内方に配置され入力部材本体２０１と同行回転可能な筒状部材２０２を有している。入力部材本体２０１および筒状部材２０２は、単一の材料を用いて一体に形成されている。

第１の軸１１の他端は、筒状部材２０２の挿通孔２０２ａを挿通している。伝達比可変機構５の入力軸としての第１の軸１１の他端と、筒状部材２０２とは、例えばセレーション係合によって、トルク伝達可能に連結されている。
出力部材２２は、第４の歯車２１４を有している。第４の歯車２１４は、歯車本体としての出力部材本体２２１と、出力部材本体２２１に保持される複数のピン８７と、複数のピン８７を出力部材本体２２１で保持するための内保持器８５および外保持器８６とを含んでいる。

出力部材２２は、出力部材本体２２１の径方向内方に配置され出力部材本体２２１と同行回転可能な筒状部材２２２を有している。出力部材本体２２１および筒状部材２２２は、単一の材料を用いて一体に形成されている。
第２の軸１２の一端は、出力部材２２の筒状部材２２２の挿通孔２２２ａを挿通している。伝達比可変機構５の出力軸としての第２の軸１２の中間部と、出力部材２２とは、例えばセレーション係合によって、トルク伝達可能に連結されている。

軌道輪ユニット３９の内輪３９１は、全体が単一の部材を用いて一体に形成されており、入力部材２０と出力部材２２との間に配置されている。内輪３９１は、入力部材２０の第１の歯車２１１と対をなす第２の歯車２１２と、出力部材２２の第４の歯車２１４と対をなす第３の歯車２１３とを有している。内輪３９１は、当該内輪３９１の軸方向に関しての第１の端部３９１ａおよび第２の端部３９１ｂを有している。第１の端部３９１ａは、第２の歯車２１２の歯車本体として形成されている。第２の端部３９１ｂは、第３の歯車２１３の歯車本体として形成されている。第１および第２の端部３９１ａ，３９１ｂは、互いの軸線が合致しており、この合致する軸線としての第２の軸線Ｚ２の回りを同行回転可能である。

外輪３９２は、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１の内周に形成された傾斜孔６３に圧入状態で固定されている。外輪３９２は、ロータ２３１とは第１の軸線Ｚ１の回りを同行回転する。ロータ２３１が第１の軸線Ｚ１の回りを回転することに伴い、軌道輪ユニット３９がコリオリ運動する。
なお、本実施形態では、上述のように構成された軌道輪ユニット３９に則して説明するが、以下のように構成してもよい。すなわち、外輪３９２が入力部材２０および出力部材２２を差動回転可能に連結するとともに、内輪３９１が伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１と同行回転可能に連結されるようにしてもよい。この場合、軌道輪ユニット３９は、内輪支持型となる。また、第２の歯車２１２および第３の歯車２１３は、中間部材としての外輪３９２の側面に設けられる。

図４は、図３の伝達比可変機構５の要部の拡大図である。図４を参照して、第１の歯車２１１の中心軸線Ｚ３１は、入力部材２０の中心軸線と一致しており、第１の軸線Ｚ１にも一致している。第１の歯車２１１は、当該第１の歯車２１１の中心軸線Ｚ３１の周りに回転可能とされている。
第４の歯車２１４の中心軸線Ｚ３４は、出力部材２２の中心軸線と一致しており、第１の軸線Ｚ１にも一致している。第４の歯車２１４は、当該第４の歯車２１４の中心軸線Ｚ３４の周りに回転可能とされている。

第２の歯車２１２の中心軸線Ｚ３２は、第２の軸線Ｚ２に一致している。第２の歯車２１２は、当該第２の歯車２１２の中心軸線Ｚ３２の周りに回転可能とされている。
第３の歯車２１３の中心軸線Ｚ３３は、第２の軸線Ｚ２に一致している。第３の歯車２１３は、当該第３の歯車２１３の中心軸線Ｚ３３の周りに回転可能とされている。
第２の歯車２１２の中心軸線Ｚ３２および第３の歯車２１３の中心軸線Ｚ３３は、第１の軸線Ｚ１に対して傾斜した状態で、第１の軸線Ｚ１の周りを回動するようになっている。そこで、第２の歯車２１２および第３の歯車２１３を、軸心揺動歯車ともいう。

これに対して、第１の歯車２１１の中心軸線Ｚ３１および第４の歯車２１４の中心軸線Ｚ３４は、回動も変位もしない。そこで、第１の歯車２１１および第４の歯車２１４を、軸心固定歯車ともいう。
第１の歯車２１１と、この第１の歯車２１１に動力伝達可能に噛み合う第２の歯車２１２とによって、第１の揺動型歯車装置７８が構成されている。また、第３の歯車２１３と、この第３の歯車２１３に動力伝達可能に噛み合う第４の歯車２１４とによって、第２の揺動型歯車装置８８が構成されている。また、第１の揺動型歯車装置７８と、第２の揺動型歯車装置８８とによって、第３の揺動型歯車装置８９が形成されている。

第３の揺動型歯車装置８９の入力部材２０および出力部材２２は、それぞれの中心軸線が合致しており、内輪３９１の第１の端部３９１ａおよび第２の端部３９１ｂを挟んで配置されている。
第１の歯車２１１は、側面７０を有している。側面７０は、入力部材２０の軸方向端部に設けられている。また、第４の歯車２１４は、側面７３を有している。側面７３は、出力部材２２の軸方向端部に設けられている。

内輪３９１は、第２の歯車２１２の側面７１と、第３の歯車２１３の側面７２とを有している。第２の歯車２１２の側面７１と、第３の歯車２１３の側面７２とは、内輪３９１の軸線方向に互いに対向している。第２の歯車２１２の側面７１は、内輪３９１の第１の端部３９１ａの一部として形成されており、第１の歯車２１１の側面７０に対向している。第３の歯車２１３の側面７２は、内輪３９１の第２の端部３９１ｂの一部として形成されており、第４の歯車２１４の側面７３に対向している。

図５は、第１の揺動型歯車装置７８の要部の斜視図である。図４および図５を参照して、第１の歯車２１１は、当該第１の歯車２１１の側面７０に形成された複数の保持溝７９と、各保持溝７９に保持された複数のピン７７とを有している。
第２の歯車２１２は、当該第２の歯車２１２の側面７１に形成され対応するピン７７に係合する複数の歯溝８０を含んでいる。歯溝８０とピン７７とが互いに係合できるようになっている。

保持溝７９およびピン７７は、側面７０において、入力部材２０の周方向についての全域に亘って、入力部材２０の周方向に等間隔に配置されている。
歯溝８０は、側面７１において、内輪３９１の周方向についての全域に亘って、内輪３９１の周方向に等間隔に配置されている。
保持溝７９およびピン７７のそれぞれは、例えば３８個が配置されている。歯溝８０の数は、ピン７７の数とは異なる数、例えば、ピン７７の数よりも多い数である４０個とされている。なお、軸心固定歯車の歯数は、軸心揺動歯車の歯数よりも少なくなる。

各ピン７７は、第１の歯車２１１の歯８１を形成するためのものであり、例えば円柱状をなす針状ころである。これらのピン７７は、第１の歯車２１１の中心軸線Ｚ３１を中心とする放射状に配置されている。各ピン７７の半部は、対応する保持溝７９から突出して断面半円形形状をなしている。この突出している半部が、第１の歯車２１１の歯８１とされている。各ピン７７のうち、第１の歯車２１１の径方向Ｒ１に関する外端７７ａは、環状の外保持器７６によって一括して保持されており、第１の歯車２１１の径方向Ｒ１に関する内端７７ｂは、環状の内保持器７５によって一括して保持されている。

各ピン７７は、これら外保持器７６および内保持器７５によって、入力部材本体２０１の保持溝７９に接触状態で保持されている。外保持器７６および内保持器７５のそれぞれは、弾性を有する部材、例えば合成樹脂により形成されており、入力部材本体２０１に取り付けられている。
図５を参照して、保持溝７９は、第１の歯車２１１の中心軸線Ｚ３１を中心に放射状に細長に形成されて、第１の歯車２１１の径方向に関して側面７０の全域に延びており、第１の歯車２１１の周方向に等間隔に配置されている。保持溝７９の数は、ピン７７の数と等しくされており、各保持溝７９にピン７７が保持されている。なお、図５では、内保持器７５および外保持器７６は図示していない。

歯溝８０は、第２の歯車２１２の中心軸線Ｚ３２を中心に放射状に細長に形成されて、第２の歯車２１２の径方向（内輪３９１の径方向でもある。）に関して側面７１の全域に延びており、第２の歯車２１２の周方向に等間隔に配置されている。歯溝８０の数は、ピン７７の数とは異なる数にされている。ピン７７の数と歯溝８０の数との差に応じて、入力部材本体２０１と内輪３９１との間で変速を行うことができる。

再び図４を参照して、内輪３９１の第２の軸線Ｚ２が入力部材２０の第１の軸線Ｚ１に対して所定角度λだけ傾斜していることにより、第１の歯車２１１の複数のピン７７のうちの一部のピン７７と、第２の歯車２１２の複数の歯溝８０のうちの一部の歯溝８０とが、互いに噛み合っている。
図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線に沿う要部の断面図である。図６は、歯溝８０に噛み合っているピン７７の長手方向と直交する断面を示している。図５および図６を参照して、ピン７７の外周面は、円筒面により形成されている。ピン７７の中心軸線Ｊ１に沿う方向に関して、ピン７７の外周面の直径は、一定とされている。

歯溝８０は、断面凹湾曲形状の樋状をなして延びている。また、ピン７７の中心軸線に直交する断面において、歯溝８０の内面は、例えば、いわゆるゴシックアーク形状とされている。歯溝８０の底８０１が先鋭な形状とされている。歯溝８０の底８０１とピン７７とは、互いに接触しないようになっている。また、歯溝８０の断面形状は、歯溝８０の長手方向の全域に亘って同じ形状を有している。歯溝８０は、底８０１を挟んで第２の歯車２１２の周方向に並ぶ一対の接触部分８０２を含んでいる。ピン７７の突出端が、歯溝８０の最も奥にまで達したときに、一対の接触部分８０２とピン７７の外周面とがそれぞれ接触できるようになっている。各接触部分８０２は、円弧面により形成されている。この円弧面の曲率半径は、ピン７７の外周面の半径よりも大きくされている。

図４を参照して、第３の歯車２１３は、下記の点を除いて、第２の歯車２１２と同じに構成されている。また、第４の歯車２１４は、下記の点を除いて、第１の歯車２１１と同じに構成されている。すなわち、第４の歯車２１４は、出力部材２２に設けられている。また、第３の歯車２１３は、内輪３９１の第２の端部３１９ｂに設けられている。また、第３の歯車２１３と第４の歯車２１４の歯数差は、第１の歯車２１１と第２の歯車２１２との歯数差とは、異なっている。例えば、本実施形態では、第１の歯車２１１と第２の歯車２１２との歯数差は、第３の歯車２１３と第４の歯車２１４の歯数差よりも大きくされているが、逆にすることも考えられる。

また、第３の歯車２１３の側面７２は、複数の歯溝１１０を有している。歯溝１１０は、上述の歯溝８０と同様に形成されている。
第４の歯車２１４の側面７３は、複数の保持溝１０９と、複数のピン８７と、ピン８７を保持するための内保持器８５および外保持器８６とを有している。保持溝１０９は、第１の歯車２１１の保持溝７９と同じに構成されている。ピン８７は、第１の歯車２１１のピン７７と同じに構成されている。内保持器８５および外保持器８６は、内保持器７５および外保持器７６と同じに構成されている。

第３の歯車２１３および第４の歯車２１４の噛み合い状態は、第１の歯車２１２と第２の歯車２１２との噛み合い状態と同じである。第３の歯車２１３および第４の歯車２１４についての詳しい説明は省略するが、第３の歯車２１３および第４の歯車２１４においても、第１の歯車２１２と第２の歯車２１２との関係において得られる作用および効果を得ることができる。以下では、第１の歯車２１２と第２の歯車２１２との関係に則して説明する。

図３を参照して、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１は、軸方向Ｓに延びる筒状のロータコア１１２を含んでいる。
本実施形態では、軌道輪ユニット３９の外輪３９２を支持するロータコア１１２が、第１の軸受３１を介して入力部材２０の筒状部材２０２を回転可能に支持するとともに、第３の軸受３３を介して出力部材２２の筒状部材２２２を回転可能に支持している。

また、第１の軸受３１の外輪は、ロータコア１１２の段部により軸方向に位置決めされている。第３の軸受３３の外輪は、ロータコア１１２の段部により軸方向に位置決めされている。軌道輪ユニット３９の外輪３９２は、ロータコア１１２の段部により軸方向に位置決めされている。これにより、外輪３９２と、入力部材２０と、出力部材２２との、互いの軸方向の相対移動が規制されている。

また、ロータコア１１２は、第１および第３の軸受３１，３３を軸方向Ｓに挟む第２および第４の軸受３２，３４によって、両持ち支持されている。
第２の軸受３２は、第１のハウジング５１の一端の内径部に形成された環状凸部１１４に保持されている。第４の軸受３４は、第２のハウジング５２の他端の内径部に形成された環状の延伸部１１５に保持されている。

環状の延伸部１１５は、第２のハウジング５２の他端に設けられた隔壁部１１６から、軸方向Ｓの一方Ｓ１側に延びる筒状をなしており、ロータコア１１２の内方に挿入されている。
図７は、第１の揺動型歯車装置７８の側面図である。図７を参照して、第１の歯車２１１の複数のピン７７および第２の歯車２１２の複数の歯溝８０が、互いに同時に係合している。一方で、同時に互いに係合するピン７７と歯溝８０とが、複数対あるので、ピン７７と歯溝８０との干渉が生じ易くなる。この干渉が生じると、周方向に振動および騒音が生じる。

本実施形態では、上述の干渉の発生を抑制できるように、後述する式（１）が成立するように、第１の揺動型歯車装置７８が構成されている。
なお、第２の揺動型歯車装置８８においても、同様に式（１）が成立するように構成されている。また、第３の揺動型歯車装置８９においては、第１および第２の揺動型歯車装置７８，８８の両方で式（１）が成立するのが好ましいが、第１および第２の揺動型歯車装置７８，８８の一方で式（１）が成立するようにしてもよい。以下では、第１の揺動型歯車装置７８に則して説明する。

図８は、第１の揺動型歯車装置７８の模式図である。図８を参照して、第１の揺動型歯車装置７８において、互いに噛み合っているピン７７および歯溝８０は、ピン７７の長手方向Ｘ５に関して所定長さＸ２の係合領域７７１，８０３で係合している。係合領域７７１は、ピン７７の外周面にある。係合領域８０３は、歯溝８０の内面にある。
ピン７７の中心軸線Ｊ１は、係合領域７７１，８０３とはピン７７の径方向Ｒ５に対向する対向領域Ｊ１１を含んでいる。対向領域Ｊ１１内のピン７７の中心軸線Ｊ１上の任意の点Ｐ２と第１の軸線Ｚ１との距離をｒ_COとし、任意の点Ｐ２と第２の軸線Ｚ２との距離をｒ_FOとし、第１の歯車２１１のピン７７の数をＺ_C とし、第２の歯車２１２の歯溝８０の数をＺ_F とするときに、下記式(1) ：ｒ_CO／ｒ_FO＝Ｚ_C ／Ｚ_F ……(1) 、が成立している。

本実施形態によれば、上述の一方の歯車としての第１の歯車２１１および他方の歯車としての第２の歯車２１２が互いに噛み合って回転するときに、ピン７７の３次元の揺動運動のうちで、ピン７７の中心軸線Ｊ１に平行な軸線の周りの揺動運動の量が小さくなるので、ピン７７が歯溝８０に出入りするときの振動が小さくなる。その結果、第１の揺動型歯車装置７８の振動および騒音の発生を抑制することができる。

式(1) の距離ｒ_COは、実測値であってもよいし、実測値または目標値を用いて計算により求めた計算値であってもよい。距離ｒ_FOも同様である。これらの距離ｒ_COと距離ｒ_FOとから、式(1) の左辺のｒ比（ｒ比＝ｒ_CO／ｒ_FO）を算出し、算出したｒ比が歯数比と一致すればよい。このときに、式(1) が成立するといえる。
例えば、第１の軸線Ｚ１と第２の軸線Ｚ２とのなす角度をλとし、第１の軸線Ｚ１が延びる方向に関して、第１の軸線Ｚ１および第２の軸線Ｚ２の交点Ｐ１と任意の点Ｐ２との距離をＡ_RCとし、第２の軸線Ｚ２が延びる方向に関して、交点Ｐ１と任意の点Ｐ２との距離をＡ_RFとしたときに、下記式(2) ，(3) が成り立つ。
Ａ_RF＝Ａ_RC×cos λ−ｒ_CO×sin λ ……(2)
ｒ_FO＝ｒ_CO×cos λ−Ａ_RC×sin λ ……(3)
例えば、第１の揺動型歯車装置７８の第１および第２の歯車２１１，２１２の諸元（目標値または測定値）として、角度λ、距離ｒ_COおよび距離Ａ_RF（または距離Ａ_RC）が与えられることがある。このときには、式(2) ，(3) と、与えられた諸元、すなわち、角度λ，距離ｒ_CO，距離Ａ_RF（または距離Ａ_RC）とを用いて、距離ｒ_FOを求めることができ、さらに、式(1) の左辺のｒ比を求めることができる。

例えば、上述の任意の点Ｐ２は、第１の軸線Ｚ１および第２の軸線Ｚ２をともに含む平面Ｐ１２（図６参照）に含まれている。より具体的には、上述の任意の点Ｐ２は、ピン７７の中心軸線Ｊ１上において、対向領域Ｊ１１の中央位置に配置されている。この場合、振動を効果的に抑制できる。
式(1) が成立する場合には、上述の任意の点Ｐ２を通り第１の軸線Ｚ１を中心とする円に沿って測ったときの第１の歯車２１１のピン７７のピッチと、上述の任意の点Ｐ２を通り第２の軸線Ｚ２を中心とする円に沿って測ったときの第２の歯車２１２の歯溝８０のピッチとが、互いに等しくなる。

換言すれば、式(1) が成立するように諸元（例えば、距離ｒ_CO、距離ｒ_FO）を設定することにより、第１の歯車２１１および第２の歯車２１２の歯のピッチを互いに等しくすることを、確実に且つ容易に達成できる。従って、第１の揺動型歯車装置７８の振動および騒音の低減を確実に且つ容易に達成できる。
なお、従来の揺動型歯車装置においては、第１および第２の歯車の歯のピッチは、あまり重要視されていなかった。その結果、例えば、上述の諸元の設定において、式(1) が成立するようには設定されていなかったので、第１および第２の歯車の歯のピッチは、互いに異なっていた。その結果、上述の振動および騒音の原因となっていた。

また、振動を抑制できるようなピンまたは歯溝の形状を採用することが考えられる。このような形状は、複雑なので、加工が困難であり、また、製造コストが高価になる。これに対して、本実施形態では、振動の発生を抑制するために、上述の式(1) が成立する値に一対の歯車の諸元を設定するので、ピンおよび歯溝の形状を簡素化できる。従って、製造コストを安価にできる。しかも、振動と騒音との発生を抑制できる。

また、上述の式(1) が成立することによる効果を、具体的に説明する。すなわち、互いに噛み合う特定のピン７７および歯溝８０の相対移動を考える。式(1) が成立するときの歯溝８０に対するピン７７の相対移動の軌跡を、後述する式(4) により求めた。また、式(1) が成立しないときの歯溝に対するピンの相対移動の軌跡を、同様に求めた。
図９は、ピンと歯溝との相対移動の軌跡の計算結果を示すグラフであり、（ａ）に式(1) が成立しない従来の場合を示し、（ｂ）に式(1) が成立する本実施形態の場合を示す。（ａ）、（ｂ）の横軸は、歯車の回転方向に関する歯溝に対するピンの相対移動量を示す。（ａ）、（ｂ）の縦軸は、歯溝の深さ方向に関する歯溝に対するピンの相対移動量を示す。また、（ａ），（ｂ）のグラフは、歯溝に対するピンの中心位置を示す点を計算により求め、求められた点を線で結んだものであり、ピンの中心が歯溝の底に最も接近したときのピンの中心位置を点Ｇ０で図示している。

図９（ａ）および図９（ｂ）のグラフによると、ピン７７は、対応する歯溝８０に出入りするときに、歯溝８０の深さ方向（グラフの縦方向に相当）に相対移動するとともに、第１の歯車２１１（第２の歯車２１２でもよい。）の回転方向（グラフで横方向に相当）に相対移動する。
式(1) が成立する場合（図９（ｂ）参照。）には、式(1) が成立しない場合（図９（ａ）参照。）と比較して、グラフの横軸に関するピンの相対移動量が相対的に小さい。すなわち、回転方向についてのピン７７と歯溝８０との相対変位量が小さいといえる。

また、図９（ｂ）を参照して、点Ｇ０から、ピン７７が、歯溝８０の深さ方向に所定距離Ｇ４で離れると、ピン７７と歯溝８０との係合が解除されることになる。この係合が解除されるときの点Ｇ５は、２つある。２つの点Ｇ５間の回転方向の距離Ｇ１を求める。同様に、図９（ａ）を参照して、２つの点Ｇ５間の回転方向の距離Ｇ２を求める。
これらの距離Ｇ１，Ｇ２が大きいほどに、互いに噛み合うピンと歯溝との間で、回転方向の振動が生じ易くなる。式（１）が成立するときの距離Ｇ１は、成立しないときの距離Ｇ２よりも小さい。従って、振動が生じ難いといえる。

図９（ａ）および図９（ｂ）のグラフを求めるための後述する式(4) は、揺動型歯車装置の第１の歯車２１１が歯溝を有し、第２の歯車２１２がピンを有する場合について、第２の歯車２１２が首振り運動するときのピンの任意の点の位置を求めるものである。上述の任意の点の位置は、図１０の点Ｐ３を、図１１の３つの回転運動により移動させた点Ｐ５の位置として与えられる。なお、ピンと歯溝との中心同士の相対運動を求めるときには、ピンおよび歯溝が何れの歯車にあってもよい。

図１０は、第２の歯車のピンの任意の点Ｐ３を説明するための第２の歯車の模式図である。図１１は、図１０の第２の歯車のピンの運動の説明図である。なお、図１１には、第２の歯車２１２が首振り運動するときのピンの外周上の任意の点の軌跡と、この軌跡の包絡線（二点鎖線で図示）も図示されている。
図１０を参照して、第２の軸線Ｚ２は座標軸のＺ軸に沿っている。Ｐ３は、第２の歯車２１２のピンの任意の点であり、ピンの外周面上にある場合を図示されている。ｒ_R は、任意の点Ｐ３を表すための変数であり、任意の点Ｐ３とピンの中心軸線Ｊ１との距離である。任意の点Ｐ３がピンの外周面上にあるときには、距離ｒ_R はピンの外周面の半径に等しい。λ_R は、第２の軸線Ｚ２と直交する平面に対するピンの中心軸線Ｊ１のなす角度である。また、θ_R は、任意の点Ｐ３を表すための変数であり、ピンの中心軸線Ｊ１の周りの角度である。ｄは、任意の点Ｐ３を表すための変数であり、ピンの中心軸線Ｊ１に沿う方向に関するピンの中心Ｐ４と点Ｐ３との距離である。ｒ_F3は、ピンの中心軸線Ｊ１上にあるピンの中心Ｐ４と、第２の軸線Ｚ２との距離である。Ｂ_RFは、第２の軸線Ｚ２が延びる方向に関して、上記交点Ｐ１とピンの中心Ｐ４との距離である。

図１１を参照して、任意の点Ｐ３から点Ｐ５への３つの回転運動は、Ｚ軸周りの角度−Φでの回転と、Ｘ軸周りの角度λでの回転と、Ｚ軸周りの角度ｉΦでの回転を含んでいる。点Ｐ５の位置Ｐ₀₅は、下記の式(4) により得られる。
Ｐ₀₅＝Ｍ₁ ・Ｍ₂ ・Ｍ₃ ・Ｐ₀₃……(4)
ここで、
Ｐ₀₃＝［Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ］
Ｘ₀ ＝ｒ_R ・sin θ_R
Ｙ₀ ＝ｄ・ cosλ_R ＋ｒ_R ・sin λ_R ・ cosθ_R ＋ｒ_F3
Ｚ₀ ＝−ｄ・ sinλ_R ＋ｒ_R ・ cosλ_R ・ cosθ_R ＋Ｂ_RF
また、Ｐ₀₃は、ピンの任意の点Ｐ３の位置であり、Ｘ₀ は、点Ｐ３のＸ座標であり、Ｙ₀ は、点Ｐ３のＹ座標であり、Ｚ₀ は、点Ｐ３のＺ座標である。また、Ｍ₁ は、任意の点を、Ｚ軸まわりに角度−Φで回転させたときの点の位置を求めるためのマトリックスであり、Φの関数である。また、Ｍ₂ は、任意の点を、Ｘ軸まわりに角度λで回転させたときの点の位置を求めるためのマトリックスであり、λの関数である。また、Ｍ₃ は、任意の点を、Ｚ軸まわりに角度ｉΦで回転させたときの点の位置を求めるためのマトリックスであり、ｉΦの関数である。

また、Φは、第２の歯車２１２の首振り運動の回転角度である。また、ｉは、歯数比である。ここで、歯数比ｉ＝Ｚ_F ／Ｚ_C ＝（出力歯数）／（入力歯数）である。例えば、出力歯数は、第２の歯車２１２の歯数である。入力歯数は、第１の歯車２１１の歯数である。
式(4) において、ｒ_R ＝０とおき、Ｙ＝ｒ_C0について解き、ｒ_F3＝ｒ_FO、ｒ_CO／ｒ_FO＝Ｚ_C ／Ｚ_F とおくと、図９（ｂ）のグラフが得られる。

また、式(4) において、ｒ_R ＝０とおき、Ｙ＝ｒ_C0について解き、ｒ_F3＝ｒ_FO、ｒ_CO／ｒ_FO＝α・Ｚ_C ／Ｚ_F （α＞１）とおくと、図９（ａ）のグラフが得られる。
図４を参照して、本実施形態では、軸心固定歯車が一対、すなわち、第１および第４の歯車２１１，２１４が設けられている。一対の歯車２１１，２１４のそれぞれが、軸心揺動歯車としての内輪３９１の対応する側面７１，７２に噛み合わされている。この場合、２対の軸心固定歯車および軸心揺動歯車を有する第３の揺動型歯車装置８９において、振動および騒音を抑制することができる。

また、本実施形態の伝達比可変機構５は、本実施形態の第３の揺動型歯車装置８９を用いている。一対の軸心固定歯車の一方としての第１の歯車２１１が設けられた入力部材２０と、一対の軸心固定歯車の他方としての第４の歯車２１４が設けられた出力部材２２と、軸心揺動歯車としての第２および第３の歯車２１２，２１３が設けられ入力部材２０および出力部材２２の差動回転を許容する中間部材としての内輪３９１と、中間部材を駆動するための伝達比可変機構用の電動モータ２３と、を備えている。この場合、電動モータ２３が上述の中間部材を駆動することにより、入力部材２０の回転角に対する出力部材２２の回転角の比を変更することができる。

図１を参照して、本実施形態の車両用操舵装置１は、伝達比可変機構５を用いて操舵部材２の操舵角に対する転舵輪４Ｌ，４Ｒの転舵角の比である伝達比を変更可能とされている。入力部材２０が操舵部材２に連結され、出力部材２２が転舵輪側部材としての第２の軸１２に連結されている。
これにより、伝達比を可変とすることにより、車両の走行状態等に応じて、操舵部材２の操舵に対する転舵輪の転舵角を最適にできる。例えば、車庫入れ動作を行うとき等の、車両の停止時または低速走行時には、伝達比を大きくすることで、操舵量に対して転舵輪の転舵量を大きくすることができ、操舵部材の操作量を少なくできる。また、車両が雪道等を走行しているときには、カウンタステア操作を伝達比可変機構で自動的に行ういわゆるアクティブ操舵が可能となる。

図１および図２を参照して、ＶＧＲ機能の動作は、以下の通りである。伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１が回転しており、且つ運転者が操舵部材２を保持していることにより入力部材２０の回転が規制されている場合には、ロータ２３１が第１の軸線Ｚ１の周りを回転することにより、軌道輪ユニット３９がいわゆるコリオリ運動する。これにより、内輪３９１が入力部材２０と出力部材２２とを互いに逆回転させようとする。しかしながら、入力部材２０の回転が規制されていることにより、出力部材２２のみが回転する。

このとき、第１の歯車２１１と第２の歯車２１２との間に第１の歯数差があり、第３の歯車２１３と第４の歯車２１４との間に第２の歯数差があり、第１の歯数差および第２の歯数差が互いに異なる。これにより、軌道輪ユニット３９の外輪３９２が１回転しているときに、内輪３９１は、第１の歯数差に応じた量で回転する。さらに、出力部材２２は、第２の歯数差に応じた量で回転する。その結果、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１の回転が減速されて出力される。

伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１が回転しており、且つ運転者が操舵部材２を操舵していることにより入力部材２０が回転している場合には、出力部材２２の回転量は、上述の場合（ロータ２３１が回転し且つ運転者が操舵部材２を保持していることにより入力部材２０の回転が規制されている場合）の回転量に入力部材２０（操舵部材２）の回転量を加えた値となる。

これにより、車両が比較的低速で走行している場合には、操舵角θ１を増幅して運転者の操舵を補助する機能を発揮することができる。
また、車両が比較的高速で走行している場合には、例えば、操舵角θ１と車両のヨーレートγとを比較し、車両の挙動を判定する。その結果、操舵角θ１から判定される車両の挙動と検出されたヨーレートγから判定される車両の挙動とが一致していないときには、伝達比可変機構用モータ２３のロータ２３１の回転を増速したり、減速したりすることにより、車両のスタビリティコントロール（姿勢安定制御）を行う。なお、このとき、カウンタステア操作が行われるように伝達比可変機構用モータ２３の駆動を制御することもできる。

また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を主に説明する。なお、他の構成については、説明を省略するが、上述の実施形態と同様であり、同一符号を付してある。
例えば、上述の実施形態では、入力部材２０の第１の歯車２１１に保持溝７９およびピン７７を設け、内輪３９１の第２の歯車２１２に歯溝８０を設ける場合を説明したが、これには限定されない。例えば、内輪３９１の第２の歯車２１２に保持溝７９およびピン７７を設け、入力部材２０の第１の歯車２１１に歯溝８０を設けてもよい。同様に、内輪３９１の第３の歯車２１３に保持溝１０９およびピン８７を設け、出力部材２２の第４の歯車２１４に歯溝１１０を設けてもよい。

要は、軸心固定歯車および軸心揺動歯車のうちの一方の歯車は、上記一方の歯車の側面に上記一方の歯車の中心軸線を中心とする放射状に配列された複数の保持溝と、各保持溝にそれぞれ保持され上記一方の歯車の歯を構成するピンと、を含む。ピンが、上記軸心固定歯車および上記軸心揺動歯車のうちの他方の歯車の側面に上記他方の歯車の中心軸線を中心とする放射状に配列された歯溝８０に噛み合うようにしてあればよい。

また、図示しないが、ピン７７および歯溝８０に代えて、円錐台形状のピンと、このピンの形状に合致する形状の歯溝とを用いてもよい。この歯溝の内面は、円錐面の一部により形成され、ピンの外周面と線接触または面接触できるようになっている。また、ピンを有する歯車の径方向内方に向かうにしたがって、ピンの直径が小さくなっている。また、ピン７７と保持溝７９とが単一部材により一体に形成される場合も考えられる。ピン８７と歯溝１１０についても同様である。

また、第１の歯車２１１の歯数と第２の歯車２１２の歯数とが互いに同数にされる場合と、第３の歯車２１３の歯数と第４の歯車２１４の歯数とが互いに同数にされる場合とのいずれか一方が採用される場合も考えられる。この場合、歯数が異なる一対の歯車に式(1) を適用できる。
また、上述の各実施形態では、伝達比可変機構５は、操舵軸としてのステアリングシャフト３に適用されていたが、操舵軸としての中間軸８およびピニオン軸１５に適用することも考えられる。これらの場合には、出力部材２２は、操舵力が伝達される伝達経路において出力部材２２よりも転舵輪４Ｌ，４Ｒ寄りにある転舵輪側部材（例えば、上述の実施形態では、第２の軸１２）に連結される。

また、本発明の伝達比可変機構および揺動型歯車機構を、車両用操舵装置以外の他の装置に適用することができる。例えば、本発明の伝達比可変機構および揺動型歯車機構を、車両の車輪のトー角を可変可能なトー角可変機構や、車両の車輪のキャンバー角を可変可能なキャンバー角可変機構や、車両のショックアブソーバの減衰力を可変可能な減衰力可変機構等に適用できる。本発明の伝達比可変機構および揺動型歯車機構を、車両用操舵装置以外の他の一般の他の歯車装置であって、一対の軸心固定歯車および軸心揺動歯車を有する歯車装置に適用できる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、４Ｒ，４Ｌ…転舵輪、５…伝達比可変機構、１２…第２の軸（転舵輪側部材）、２０…入力部材、２２…出力部材、２３…伝達比可変機構用モータ（電動モータ）、７０…第１の歯車の側面、７１…第２の歯車の側面、７２…第３の歯車の側面、７３…第４の歯車の側面、７７，８７…ピン、７８…第１の揺動型歯車装置、７９，１０９…保持溝、８０，１１０…歯溝、８８…第２の揺動型歯車装置、８９…第３の揺動型歯車装置、２１１…第１の歯車（軸心固定歯車、一方の歯車）、２１２…第２の歯車（軸心揺動歯車、他方の歯車）、２１３…第３の歯車（軸心揺動歯車、他方の歯車）、２１４…第４の歯車（軸心固定歯車、一方の歯車）、３９１…内輪（中間部材）、７７１，８０３…係合領域、Ｊ１…ピンの中心軸線、Ｊ１１…対向領域、Ｐ２…任意の点、Ｒ５…ピンの径方向、ｒ_CO…任意の点と第１の軸線との距離、ｒ_FO…任意の点と第２の軸線との距離、Ｘ２…所定長さ、Ｘ５…ピンの長手方向、Ｚ１…第１の軸線、Ｚ２…第２の軸線、Ｚ３１…第１の歯車の中心軸線、Ｚ３２…第２の歯車の中心軸線、Ｚ３３…第３の歯車の中心軸線、Ｚ３４…第４の歯車の中心軸線。

Claims (4)

1. 第１の軸線上に中心軸線を有しその中心軸線の回りに回転可能な軸心固定歯車と、
   上記第１の軸線に対して傾斜した状態で揺動する第２の軸線上に中心軸線を有しその中心軸線の回りに回転可能な軸心揺動歯車と、を備え、
   上記軸心固定歯車および上記軸心揺動歯車のうちの一方の歯車は、上記一方の歯車の側面に上記一方の歯車の中心軸線を中心とする放射状に配列された複数の保持溝と、各保持溝にそれぞれ保持され上記一方の歯車の歯を構成するピンと、を含み、
   上記ピンが、上記軸心固定歯車および上記軸心揺動歯車のうちの他方の歯車の側面に上記他方の歯車の中心軸線を中心とする放射状に配列された歯溝に噛み合うようにしてあり、
   互いに噛み合っている上記ピンおよび上記歯溝は、上記ピンの長手方向に関して所定長さの係合領域で係合し、
   上記ピンの中心軸線は、上記係合領域とは上記ピンの径方向に対向する対向領域を含み、
   上記対向領域内の上記ピンの中心軸線上の任意の点と上記第１の軸線との距離をｒ_COとし、
   上記任意の点と上記第２の軸線との距離をｒ_FOとし、
   上記第１の歯車の上記ピンの数をＺ_C とし、
   上記第２の歯車の上記歯溝の数をＺ_F とするときに、下記式(1) が成立することを特徴とする揺動型歯車装置。
   ｒ_CO／ｒ_FO＝Ｚ_C ／Ｚ_F ……(1)
2. 請求項１において、上記軸心固定歯車が一対設けられ、上記一対の軸心固定歯車のそれぞれが、上記軸心揺動歯車の一対の側面のうちの対応する側面に噛み合わされていることを特徴とする揺動型歯車装置。
3. 請求項２に記載の揺動型歯車装置を用いた伝達比可変機構であって、上記一対の軸心固定歯車の一方が設けられた入力部材と、上記一対の軸心固定歯車の他方が設けられた出力部材と、上記軸心揺動歯車が設けられ上記入力部材および出力部材の差動回転を許容する中間部材と、上記中間部材を駆動するための電動モータと、を備え、上記入力部材から上記出力部材への伝達比を可変することを特徴とする伝達比可変機構。
4. 請求項３に記載の伝達比可変機構を用いて操舵部材の操舵角に対する転舵輪の転舵角の比である伝達比を変更可能な車両用操舵装置であって、上記入力部材が上記操舵部材に連結され、上記出力部材が転舵輪側部材に連結されていることを特徴とする車両用操舵装置。

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