JPH0710012A - パワーステアリング用変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝達効率が高く、パワーステアリングで必要
とされる減速比を達成でき、比可逆伝達機構として成立
し、しかも回転角に遅れを生じさせない。 【構成】 固定軸４に設けた第１歯車５とこの第１歯車
よりも歯数が１つ多い第２歯車７とを同軸上に隣合わせ
た状態で配置して両歯車を太陽歯車とし、太陽歯車の周
囲を回転可能なキャリヤー１１に取り付けたピニオン歯
車１２を第１歯車と第２歯車に噛合して該ピニオン歯車
をプラネタリー歯車とし、第２歯車は操舵系に操舵力を
伝達する出力軸６に固定し、キャリヤーにはモータ１０
の軸９を固定してモータの駆動力によりキャリヤーを回
転させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車輌のパワ
ーステアリング用変速機に関するものであり、特に電動
式パワーステアリングに適した変速機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高速走行時に車体の回転運動を少なくし
て安定性を向上させたり、或は低速時の小回り性の向上
を図るために四輪操舵の開発が盛んに行なわれている。
そして、この四輪操舵機構においても、路面からタイヤ
に力が加わって場合にタイヤの向きが変わることを阻止
する非可逆動力伝達機構が必要である。従来の非可逆動
力伝達機構としては、ウオームギアとウオームホイール
との噛み合せ機構の特性を活かし、順方向の力を伝達す
るがその逆方向の力の伝達は行なわないようにしたもの
が一般的である。しかし、この機構では伝達効率が20〜
30％と低いので、電動式パワーステアリングとする場合
にモータが大型になる欠点があった。この欠点を解消す
るために、例えば特開平1-257672号公報に記載されてい
るように、コイルスプリングクラッチと遊星歯車を使用
した装置が提案されている。この装置は、ステアリング
シャフトに対し所定の摩擦力を有して嵌合され、且つ両
端部にトルク伝達係合部を形成し、両トルク伝達係合部
に対してコイルの巻き方向に入力があると、ステアリン
グシャフトに対する巻き付けが緩んで締結解除状態とな
り、その反対方向に入力されると、巻き付けが強まり締
結状態となるように構成したものであり、この構成によ
り伝達効率の向上を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の装置は、伝達効率が高くても減速比が１／１０
程度であり、パワーステアリングで必要とされる大きな
減速比、例えば１／３０程度を達成できないし、この減
速比を達成するためには更に減速機構を必要とする。ま
た、コイルスプリングの締め付けを利用しているので、
入力軸が回り始めてから出力軸が回るまで回転角にして
約２０度の遅れが発生し、この遅れを解消するためには
別途制御機構が必要となる。さらに、コイルスプリング
の引張応力だけでロック力を受けもっているので、耐久
性が不充分である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記に
鑑み提案されたもので、ハウジング側に対して固定状に
設けた第１歯車とこの第１歯車とは歯数が異なる第２歯
車とを同軸上に隣合わせた状態で配置して両歯車を太陽
歯車とし、太陽歯車の周囲を回転可能なキャリヤーに取
り付けたピニオン歯車を上記第１歯車と第２歯車に噛合
して該ピニオン歯車を自転しながら公転するプラネタリ
ー歯車とし、上記第２歯車は操舵系に操舵力を伝達する
出力軸に固定し、上記キャリヤーには駆動源を連繋して
該駆動源の駆動力によりキャリヤーを回転せしめるよう
にしたものである。

【０００５】

【作用】キャリヤーを回転すると、ピニオン歯車が第１
歯車および第２歯車の回りを公転し、しかもこのピニオ
ン歯車は固定状態の第１歯車に噛み合っているので自転
する。ピニオン歯車が自転しながら公転すると、このピ
ニオン歯車には第２歯車も噛合しており、第２歯車と第
１歯車とは歯数がことなるので、第２歯車は、ピニオン
歯車の公転と自転とにより歯数分の歯数差だけ回転す
る。したがって、大きな減速比で駆動源の駆動力を出力
軸に伝達することができる。路面抵抗等による外力によ
り出力軸が回転しようとしても、出力軸に固定してある
第２歯車はピニオン歯車に噛合しており、このピニオン
歯車は固定状態の第１歯車に噛合して停止状態を維持し
ている。このため、第２歯車は、外力によって回転しよ
うとしても、この第２歯車はピニオン歯車により回転を
阻止される。したがって、第２歯車および出力軸は、キ
ャリヤーの回転によりピニオン歯車が遊星運動をしない
限り回転することができなず、非可逆機構として成立す
る。しかも歯車のバックラッシュ程度の回転角で確実に
止めることが可能である。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。図１乃至図４に示すパワーステアリング用変速
機１の実施例は、何れも四輪操舵の後輪用である。図１
及び図２に示す第１の実施例は、一端が開口して他端に
固定軸用開口部を有する略有底筒状のハウジングケース
２と、該ハウジングケース２の開口部に外側からねじ３
により止着された中空固定軸４と、ハウジングケース２
の室内に突出した固定軸４の先端部分に形成された第１
歯車５と、固定軸４の中空部内に挿通した出力軸６と、
室内に突出した出力軸６の先端に固定され第１歯車５と
同軸上で隣合う第２歯車７と、ハウジングケース２の一
端開口部に被せた蓋材８の中心開口部に軸９を通した状
態でハウジングケース２に取り付けられた駆動源として
のモータ１０と、モータ１０の軸９に取り付けられたキ
ャリヤー１１と、キャリヤー１１に軸着され上記第１歯
車５および第２歯車７に噛合するピニオン歯車１２など
からなる。

【０００７】第１歯車５は、第２歯車７と共に太陽歯車
として機能するもので、中心を固定軸４の中心に一致さ
せた状態で固定軸４の端部表面部分を切削することによ
り形成されており、歯数を２９ｚに設定してある。な
お、この第１歯車５は別途作成して固定軸４に固定して
もよい。

【０００８】第２歯車７は、中心が固定軸４及び第１歯
車５の中心に一致し、外径が第１歯車５と同じである
が、歯数は第１歯車５よりも１つだけ多い３０ｚに設定
してある。この様に、本実施例における第１歯車５と第
２歯車７は、同じ噛み合い中心距離をもちながら歯数が
１つだけ異なる転位歯車であり、ピニオン歯車１２が遊
星運動しても常に正しい噛合状態を保つことができる。

【０００９】キャリヤー１１は、第１歯車５と第２歯車
７を収納可能な円形空部を中心に有する有底筒状体であ
り、底部側は蓋材８に設けたベアリング１３により、開
口部側は固定軸４の基端に設けたベアリング１４により
支えられており、底部の中心にモータ１０の軸９を固定
し、このモータ１０の駆動により固定軸４、第１，第２
歯車５，７と同軸上で回転するように構成されている。
そして、このキャリヤー１１の厚肉壁部には外周から円
形空部まで貫通した取付空部１５を開設し、該取付空部
１５にプラネタリー歯車として機能するピニオン歯車１
２を軸１６により回転自在に取り付けてピニオン歯車１
２の歯が円形空部内に突出するようにしてある。したが
って、円形空部内に第１，第２歯車５，７を収納する状
態でキャリヤー１１を装着すると、ピニオン歯車１２が
第１歯車５と第２歯車７に噛合する。

【００１０】なお、ピニオン歯車１２の歯は、第１歯車
５の歯および第２歯車７の歯と円滑に噛み合うように設
定されており、歯数は１４ｚに設定してある。

【００１１】また、ハウジングケース２から突出した出
力軸６の端部に操舵用ギア１７を固定し、この操舵用ギ
ア１７は、後輪操舵用リンクに接続されたラックギアに
噛み合う。

【００１２】上記した構成からなる変速機１において、
モータ１０を作動してキャリヤー１１を回転すると、ピ
ニオン歯車１２が第１歯車５および第２歯車７の回りを
公転することとなり、しかもピニオン歯車１２は固定状
態の第１歯車５に噛み合っているのでこの第１歯車５と
の噛合により自転することとなる。即ち、ピニオン歯車
１２は自転しながら公転するプラネタリー歯車として機
能する。

【００１３】ピニオン歯車１２が自転しながら公転する
と、このピニオン歯車１２には第２歯車７も噛合してお
り、しかも第２歯車７は第１歯車５よりも歯数が１つだ
け多い。このため、第２歯車７は、ピニオン歯車１２の
公転と自転とにより歯数分の歯数差だけキャリヤー１１
と同じ方向に回転することになる。即ち、本実施例では
モータ１０がキャリヤー１１を一回転すると、第２歯車
７がキャリヤー１１と同じ回転方向に１／３０だけ回転
することになり、換言すればモータ１０の回転に対して
１／３０の減速比で第２歯車７および出力軸６が回転す
る。

【００１４】出力軸６がモータ１０の１／３０の減速比
で回転すると、約３０倍のトルクで後輪の操舵系を駆動
して後輪をステアすることができ、しかも平歯車の噛み
合せにより伝達しているので伝達効率が高い。したがっ
て、小型モータ１０でも充分な操舵駆動力が得られる。

【００１５】なお、第１歯車５の歯数を２８ｚ、第２歯
車７の歯数を３０ｚに設定すると、モータ１０の入力と
同じ方向に１／１５の減速比で出力軸６が回転する。ま
た、第１歯車５の歯数を３０ｚ、第２歯車７の歯数を２
９ｚに設定すると、出力軸６がモータ１０の入力とは反
対方向に１／２９の減速比で回転する。

【００１６】次ぎに、非可逆性について説明する。路面
抵抗等により後輪にステアしようとする力が作用する
と、この力は操舵系を介して操舵用ギア１７に伝達さ
れ、出力軸６を回転しようとする。しかしながら、出力
軸６が外力により回転しようとしても、出力軸６に固定
してある第２歯車７はピニオン歯車１２に噛合してお
り、このピニオン歯車１２は固定状態の第１歯車５に噛
合して停止状態を維持している。このため、第２歯車７
はピニオン歯車１２によって回転を阻止される。したが
って、第２歯車７および出力軸６は、キャリヤー１１の
回転によりピニオン歯車１２が遊星運動をしない限り回
転することができない。即ち、本減速機は非可逆機構と
して成立する。しかも歯車のバックラッシュ程度の回転
角で確実に止めることが可能である。

【００１７】次ぎに、図３および図４に示す第２の実施
例について説明する。この変速機１は、第１実施例に示
した変速機１の構成に補助ピニオン歯車１２′をピニオ
ン歯車１２の反対側に付加したものでありる。なお、共
通する構成については同じ符号を付してある。

【００１８】キャリヤー１１の壁部には外周から円形空
部まで貫通した取付空部１５を１８０度位相を変えて
（中心を挟んで反対側に）２箇所開設し、一方の取付空
部１５ａにピニオン歯車１２を軸１６により回転自在に
取り付けてピニオン歯車１２の歯を円形空部内に突出さ
せ、他方の取付空部１５ｂに補助ピニオン歯車１２′を
軸１６′により回転自在に取り付けて該補助ピニオン歯
車１２′の歯を円形空部内に突出させる。

【００１９】補助ピニオン歯車１２′は、第１歯車５に
噛合する歯１２ａと第２歯車７に噛合する歯１２ｂとに
区画して形成するとともに、区画した一方の歯と他方の
歯との位相をそれぞれ噛合する歯車の位相に対応させて
形成してある。本実施例では、第１歯車５の歯数が２９
ｚ、第２歯車７の歯数が３０ｚなので、ピニオン歯車１
２が噛合している位置では第１歯車５の歯の山と第２歯
車７の歯の山とが同じ位相で一直線上に位置している
が、補助ピニオン歯車１２′が噛合する位置では、両歯
車の山が同じ位相ではなく、第１歯車５の歯の山と第２
歯車７の歯の谷とが一直線上に位置している。したがっ
て、補助ピニオン歯車１２′の歯は、区画した一方の歯
の山と他方の歯の谷とが一直線上に位置するようにして
形成する。なお、補助ピニオン歯車１２′の歯数は、ピ
ニオン歯車１２と同じ１４ｚである。

【００２０】したがって、円形空部内に第１，第２歯車
５，７を収納する状態でキャリヤー１１を装着すると、
ピニオン歯車１２が第１歯車５と第２歯車７に噛合する
とともに、その反対側で補助ピニオン歯車１２′が第１
歯車５と第２歯車７に支障なく噛合する。

【００２１】この様な構成からなる変速機１において、
モータ１０の作動によりキャリヤー１１を回転すると、
ピニオン歯車１２および補助ピニオン歯車１２′が第１
歯車５および第２歯車７の回りを公転することとなり、
しかも両ピニオン歯車１２，１２′は固定状態の第１歯
車５に噛み合っているのでこの第１歯車５との噛合によ
り自転することとなる。即ち、補助ピニオン歯車１２′
も自転しながら公転するプラネタリー歯車として機能す
る。

【００２２】両ピニオン歯車１２，１２′が自転しなが
ら公転すると、前記実施例と同様に、第２歯車７ががキ
ャリヤー１１と同じ回転方向に１／３０だけ回転する。
そして、この場合にはモータ１０の出力がピニオン歯車
１２と補助ピニオン歯車１２′との２つのピニオンギア
を介して伝達されるので耐久性が向上し、また、回転す
るキャリヤー１１に対して負荷が対象に作用するのでバ
ランスがとれて振動を抑制することができる。

【００２３】なお、本実施例において、出力軸６が外力
により回転しようとしても、出力軸６に固定してある第
２歯車７が両ピニオン歯車１２，１２′に噛合してお
り、両ピニオン歯車１２，１２′は固定状態の第１歯車
５に噛合しているので、第２歯車７は両ピニオン歯車１
２，１２′により回転を阻止される。したがって、非可
逆機構として成立し、歯車のバックラッシュ程度の回転
角で確実に止めることが可能である。

【００２４】また、本実施例ではピニオン歯車１２の他
に補助ピニオン歯車１２′を１つ設けたが、この補助ピ
ニオン歯車１２′の数はこれに限定されるものではない
し、また、位置もピニオン歯車１２の反対側に限定され
るものではない。

【００２５】図５に示す第３の実施例は、前記した第２
実施例の変速機１を前輪用として使用したものである。
なお、ハウジングケースの構造は前記実施例とは多少異
なるが基本構造は同じである。また、共通する構成につ
いては同じ符号を付し、説明の重複を回避している。
尚、２３，２４はベアリング、２５はオイルシールであ
り、これらはステアリングシャフト１８と変速機の噛み
合い中心距離を確実にするためのものである。

【００２６】この前輪用においては、運転者の操作によ
り回転して前輪を操舵するステアリングシャフト１８の
途中に電磁クラッチ１９を設け、該電磁クラッチ１９を
介してステアリングシャフト１８と本発明に係る変速機
１とを接続する。具体的には電磁クラッチ１９の出力側
をステアリングシャフト１８に接続し、電磁クラッチ１
９の入力側に取り付けた第１中間歯車２０と変速機１の
出力軸６に取り付けた第２中間歯車２１とを噛み合せ
る。そして、本実施例では第１歯車５の歯数を２８ｚ、
第２歯車７の歯数を３０ｚ、ピニオン歯車１２および補
助ピニオン歯車１２′の歯数を１４ｚに設定し、また、
第１中間歯車２０の歯数を３４ｚ、第２中間歯車２１の
歯数を１７ｚに設定する。

【００２７】上記した構成のパワーステアリングで電磁
クラッチ１９を繋いだ状態でモータ１０の作動によりキ
ャリヤー１１を回転すると、両ピニオン歯車１２，１
２′が自転しながら公転する。両ピニオン歯車１２，１
２′には第２歯車７も噛合しており、第２歯車７は、両
ピニオン歯車１２，１２′の公転と自転とにより歯数分
の歯数差だけキャリヤー１１と同じ方向に回転すること
になる。即ち、本実施例では、第２歯車７がキャリヤー
１１と同じ回転方向に１／１５だけ回転することにな
り、モータ１０の回転に対して１／１５の減速比で出力
軸６が回転する。

【００２８】出力軸６がモータ１０の１／１５の減速比
で回転すると、第２中間歯車２１と第１中間歯車２０と
の噛み合せにより更に１／２の減速比でステアリングシ
ャフト１８に伝達される。したがって、ステアリングシ
ャフト１８はモータ１０の１／３０の減速比で回転し、
この回転力により運転者のハンドル操作力が補助され
る。なお、本実施例では運転者のハンドル操作力を補助
するだけなので、モータ１０は後輪用よりも低出力でよ
い。

【００２９】運転者がハンドル操作力の補助を必要とす
る時、例えば車庫入れなどの低速や中速走行時には電磁
クラッチ１９を繋いでパワーステアリングとして機能さ
せる。しかし、高速走行時にはハンドル操作が軽くなる
ので補助力を必要としない。そこで、補助力を必要とし
ないときには電磁クラッチ１９をオフにして適度なハン
ドル操作抵抗力をもたせて安全性を向上させる。

【００３０】なお、本発明のキャリヤー１１は、前記し
た厚肉カップ状に限定されるものではなく、ピニオン歯
車１２，１２′を回転自在な状態で支持することがで
き、必要とされる強度を確保できればどのような形状で
もよい。また、駆動源は、電機モータ１０が小型で構造
も簡単であって望ましいが、必要に応じて油圧モータな
どでもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ウ
オームギアを使用しないで平歯車の噛み合せにより伝達
するので、伝達効率が高く、しかもパワーステアリング
で必要とされる減速比を簡単な構造で達成できる。ま
た、固定状に設けた第１歯車とピニオン歯車との噛み合
せにより比可逆機構としてあるので、バックラッシュ程
度の回転角で確実に止めることが可能である。更に、本
発明に係る変速機はコイルスプリングの引張応力だけで
力を受けもつことがないので耐久性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパワーステアリング用変速機の断
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】ピニオン歯車の他に補助ピニオン歯車を設けた
第２実施例の断面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】前輪用としてステアリングシャフトに電磁クラ
ッチを介して接続した実施例の要部の断面図である。

【符号の説明】

１ パワーステアリング用変速機 ２ ハウジングケース ４ 固定軸 ５ 第１歯車 ６ 出力軸 ７ 第２歯車 ８ ハウジングケースの蓋材 ９ モータの軸 １０ モータ １１ キャリヤー １２ ピニオン歯車 １２′補助ピニオン歯車 １７ 操舵用ギア １８ ステアリングシャフト １９ 電磁クラッチ ２０ 第１中間歯車 ２１ 第２中間歯車

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング側に対して固定状に設けた第
   １歯車とこの第１歯車とは歯数が異なる第２歯車とを同
   軸上に隣合わせた状態で配置して両歯車を太陽歯車と
   し、太陽歯車の周囲を回転可能なキャリヤーに取り付け
   たピニオン歯車を上記第１歯車と第２歯車に噛合して該
   ピニオン歯車を自転しながら公転するプラネタリー歯車
   とし、上記第２歯車は操舵系に操舵力を伝達する出力軸
   に固定し、上記キャリヤーには駆動源を連繋して該駆動
   源の駆動力によりキャリヤーを回転せしめるようにした
   ことを特徴とするパワーステアリング用変速機。
2. 【請求項２】 第１歯車の歯数を第２歯車の歯数よりも
   少なく設定した請求項１に記載のパワーステアリング用
   変速機。
3. 【請求項３】 キャリヤーに補助ピニオン歯車を設け、
   該補助ピニオン歯車の歯を第１歯車に噛合する歯と第２
   歯車に噛合する歯に区画して形成すると共に噛合する歯
   車の位相に対応させて位相を異ならせたことを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載のパワーステアリング
   用変速機。