[第1実施形態]
 図1~4は、本発明の第1実施形態を示している 。本実施形態の舵角可変式ステアリング装置 は、第一回転軸である入力軸8と、第二回転� �である出力軸9と、中間回転筒10と、回転駆� �手段である電動モータ11と、回転伝達部材で ある偏心プレート12と、第一回転伝達手段で� ��る第一ボール変速機構13と、第二回転伝達� �段である第二ボール変速機構14とを備える。 このうちの入力軸8は、ステアリングコラム15 の内径側に、1対の転がり軸受により回転自� �に支持されたもので、ステアリングホイー� �1の回転に伴って回転する。この様な入力軸8 の回転角度(及び必要に応じて回転角速度)は� ��上記ステアリングコラム15の一端部(上記ス� ��アリングホイール1側端部である、図1の上� �部)に設置した、入力側回転角センサ16によ� �検出自在としている。又、上記出力軸9は、� ��の入力側端部(図1の上端部)を、上記ステア� ��ングコラム15の他端部(上記ステアリングホ� ��ール1と反対側端部である、図1の下端部)に� ��合固定したハウジング17内に、上記入力軸8� ��同心に、且つ、この入力軸8に対する相対回 転を自在に支持している。

 又、上記中間回転筒10は、上記ハウジン� �17内で上記入力軸8と上記出力軸9との間部分� ��、これら入力軸8及び出力軸9と同心に、且� �、これら入力軸8及び出力軸9に対する相対回 転を可能に支持されている。尚、上記中間回 転筒10がこれら入力軸8及び出力軸9と同心で� �るとは、この回転中間筒10の外周面を基準と した状態である。本実施形態の場合、この中 間回転筒10は、大径部18と小径部19とを段付部 20により連続させる事で、断面クランク型で� ��体を段付円筒状に形成している。この様な� ��間回転筒10は、上記小径部19を上記出力軸9� �外周面に、転がり軸受21により回転自在に支 持する事で、この出力軸9を介して上記ハウ� �ング17内に、回転自在に支持している。

 上述の様な中間回転筒10は、上記ハウジ� �グ17内に設置した前記電動モータ11により、� ��望の方向に所望の回転速度で、回転駆動自� ��としている。この為に本実施形態の場合に� ��、上記中間回転筒10の外周面にロータ22を、 上記ハウジング17の一部内面でこのロータ22� �対向する部分にステータ23を、それぞれ設け ている。又、上記小径部19の外周面と上記ハ� ��ジング17の他部内面との間に、制御用回転� �センサ24を設けている。本実施形態の場合、 この制御用回転角センサ24として、レゾルバ� ��使用している。この構成により、上記中間� ��転筒10を、所望の方向に所望の回転速度で� �この回転速度を適切に規制しつつ、回転駆� �自在としている。

 上述の様な中間回転筒10を構成する、上� �大径部18の径方向に関する肉厚は、円周方向 に関して漸次変化させている。従って、この 大径部18の内周面の中心軸は、上記入力軸8及 び上記出力軸9に対し偏心している。そして� �この大径部18の内径側に前記偏心プレート12� ��、深溝型の玉軸受等の転がり軸受25により� �回転自在に支持している。この様な構成に� �り、上記偏心プレート12を、上記入力軸8及� �上記出力軸9と平行で且つこれら両軸8、9に� �し偏心した中心軸βを中心とする回転を可能 として、上記中間回転筒10の内径側に支持し� ��いる。

 上述の様にして、上記大径部18の内径側� �回転自在に支持した、上記偏心プレート12の 軸方向両側面と上記入力軸8及び上記出力軸9� ��の間に、前記第一ボール変速機構13と前記� �二ボール変速機構14とを設置している。そし て、このうちの第一ボール変速機構13により� ��上記入力軸8から上記偏心プレート12に、上� ��第二ボール変速機構14によりこの偏心プレ� �ト12から上記出力軸9に、それぞれ回転を減� �しつつ伝達可能としている。但し、上記入� �軸8とこの出力軸9との間の回転速度比は、前 記電動モータ11により上記偏心プレート12の� �転方向及び回転速度を調節する事で、調節� �能である。

 上記両ボール変速機構13、14のうちの第一 ボール変速機構13を構成する為、上記入力軸8 の先端部(図1の下端部)で前記ハウジング17内� ��位置する部分に取付フランジ部26を固設し� �この取付フランジ部26に、第一回転部材であ る駆動リング27を結合固定している。この駆� ��リング27の内周面と、上記出力軸9の基端部( 図1の上端部)に形成した突出軸部28の外周面� �の間に転がり軸受29を設けて、上記駆動リン グ27と上記出力軸9との同心性を厳密に確保で きる様にしている。更に本実施形態の場合に は、上記突出軸部28の先端部に螺合したナッ� ��38により、上記転がり軸受29を介して、上記 駆動リング27と後述する鍔部33との間に、互� �に近付く方向の力を付与している。又、上� �駆動リング27の軸方向両端面のうち、上記偏 心プレート12に対向する端面に、第一回転軸� ��案内溝である入力軸側案内溝30を形成して� �る。又、上記偏心プレート12の軸方向両側面 のうちでこの入力軸側案内溝30に対向する軸� ��向片側面部分に、回転伝達部材側第一案内� ��である、偏心プレート入力側案内溝31を形� �している。これら両案内溝30、31のピッチ円� ��径は互いに同じである。又、入力軸側案内� ��30のピッチ円の中心は、前記入力軸8の中心� ��α上に存在し、偏心プレート入力側案内溝31 のピッチ円の中心は、上記偏心プレート12の� ��転中心軸β上に存在する。本実施形態の場� �には、図3の(A)に示す様に、上記入力軸側案� ��溝30をエピサイクロイド形状とし、上記偏� �プレート入力側案内溝31をハイポサイクロイ ド形状としている。この偏心プレート入力側 案内溝31の形状と上記入力軸側案内溝30の形� �とは、互いに逆にしても良い。

 何れにしても、エピサイクロイド形状の� ��内溝の波数が、ハイポサイクロイド形状の� ��内溝の波数よりも2個だけ少ない。本実施形 態の場合には、ハイポサイクロイド形状であ る上記偏心プレート入力側案内溝31の波数をN とし、エピサイクロイド形状である上記入力 軸側案内溝30の波数を「N-2」としている。そ� ��て、上記偏心プレート入力側案内溝31と上� �入力軸側案内溝30との間で、偏心プレート12� ��軸方向に関してこれら偏心プレート入力側� ��内溝31と入力軸側案内溝30とが重畳する部分 に、「N-1」個の入力側ボール32、32を配置し� �いる。

 又、前記第二ボール変速機構14を構成す� �為、前記出力軸9の基端寄り部分の外周面に� ��向フランジ状の鍔部33を形成し、この鍔部33 の軸方向両端面のうちで上記偏心プレート12� ��対向する端面に、第二回転軸側案内溝であ� ��出力軸側案内溝34を形成している。又、上� �偏心プレート12の軸方向両側面のうちでこの 出力軸側案内溝34に対向する軸方向他側面部� ��に、回転伝達部材側第二案内溝である、偏� ��プレート出力側案内溝35を形成している。� �れら両案内溝34、35のピッチ円直径は互いに� ��じである。又、出力軸側案内溝34のピッチ� �の中心は、上記出力軸9の中心軸α上に存在� �、偏心プレート出力側案内溝35のピッチ円の 中心は、上記偏心プレート12の回転軸β上に� �在する。本実施形態の場合には、図3の(B)に� ��す様に、上記出力軸側案内溝34をエピサイ� �ロイド形状とし、上記偏心プレート出力側� �内溝35をハイポサイクロイド形状としている 。この偏心プレート出力側案内溝35の形状と� ��記出力軸側案内溝34の形状とは、互いに逆� �しても良い。

 何れにしても、エピサイクロイド形状の� ��内溝の波数が、ハイポサイクロイド形状の� ��内溝の波数よりも2個だけ少ない。本実施形 態の場合には、ハイポサイクロイド形状であ る上記偏心プレート出力側案内溝35の波数をM とし、エピサイクロイド形状である上記出力 軸側案内溝34の波数を「M-2」としている。そ� ��て、上記偏心プレート出力側案内溝35と上� �出力軸側案内溝34との間で、偏心プレート12� ��軸方向に関してこれら偏心プレート出力側� ��内溝35と出力軸側案内溝34とが重畳する部分 に、「M-1」個の出力側ボール36、36を配置し� �いる。上記偏心プレート入力側案内溝31の波 数Nと上記偏心プレート出力側案内溝35の波数 Mとは、互いに異ならせている(N≠M)。上記各� ��力側ボール36、36と前記各入力側ボール32、3 2とには、前記ナット38の緊締に基づき、予圧 を付与している。従って、上記各ボール32、3 6と上記各案内溝31、30、35、34との転がり接触 部ががたつく事はない。

 それぞれが上述の様な構成を有し、前記� ��間回転筒10を介して組み合わされた、前記� �一ボール変速機構13と前記第二ボール変速機 構14とを有するボール式変速装置37を備えた� �本実施形態の舵角可変式ステアリング装置� �場合には、上記中間回転筒10の回転制御によ って、前記入力軸8と前記出力軸9との回転速� ��比(相対角)を自由に変更できる。この様な� �実施形態の舵角可変式ステアリング装置の� �用は、前述の特許文献6に記載されているボ� ��ル式変速装置を、固定部を持たない差動機� ��として看做す事により説明できる。即ち、� ��記特許文献6のハウジング(11)及び第一動力� �(12)を本発明の入力軸8とし、この特許文献6� �出力軸(21)を本実施形態の構造の出力軸9とし 、この特許文献6のクランク軸(20)を本実施形� ��の構造の中間回転筒10と看做す事により、� �記入力軸8と上記出力軸9との間に相対角を生 じさせる為の差動動作を説明できる。

 例えば、前記ステアリングホイール1を保持 して上記入力軸8を固定した状態では、上記� �許文献6に記載されたボール式変速装置と同� ��の動作を行なう。この状態での、上記出力� ��9が1回転する間での上記中間回転筒10の回転 数を、上記ボール変速装置37の減速比Kとする 。この減速比Kは、上記特許文敵6に記載され� ��いる様に、自由に設計する事ができる。一� ��、上記ステアリングホイール1が操作されて 、上記入力軸8が回転する場合は、機構全体� �回転すると考えれば、次の(1) 式の関係が成 り立つ事が分かる。
  K=(N ₁₀ -N ₈  )/(N ₉  -N ₈  ) --- (1) 
 この(1) 式中の符号N ₈  、N ₉ 、N ₁₀ は、それぞれ入力軸8、出力軸9、中間回転筒1 0の回転数若しくは回転角度を表している。

 一方、上記減速比Kは、前記各案内溝30、31� �34、35の波数によって定まる、設計可能な定� ��である。これらの事を考慮すれば、上記入� ��軸8の回転数若しくは回転角度N ₈  が定まれば、上記中間回転筒10の回転数若� �くは回転角度N ₁₀ を適宜調節する事により、上記出力軸9の回� �数若しくは回転角度N ₉ を任意に調節できる事が分かる。即ち、本実 施形態の舵角可変式ステアリング装置は、上 記入力軸8と上記出力軸9との回転速度比(相対 角)を自由に変更できる構造となっている。

 例えば、上記中間回転筒10の回転数若しく� �回転角度N ₁₀ を次の(2) 式の様に設定した場合に就いて考� ��る。
  N ₁₀ ={K(k-1)+1}N ₈   --- (2) 
 この(2) 式を上記(1) 式に代入する事で、次 の(3) 式を得られる。
  N ₉  =k・N ₈  --- (3) 
 この(3) 式から明らかな通り、上記中間回� �筒10の回転数若しくは回転角度N ₁₀ を上記(2) 式の様に規制する事で、本実施形� ��の構造は、舵角比kの舵角可変式ステアリン グ装置となる。その他にも、前記電動モータ 11により上記中間回転筒10の回転数若しくは� �転角度N ₁₀ を操作して、出力軸角N ₉ を自由に制御する事ができる。更には、車両 の横滑りやスピンを検知し、自動的に修正舵 (カウンターステア)を与える操作も可能とな� ��。

 尚、上記入力軸8及び上記中間回転筒10の回� ��数若しくは回転角度N ₈  、N ₁₀ は、前記入力側、制御用、両回転角センサ16� ��24により計測可能である。但し、スペース� �の都合で、このうちの入力側回転角センサ16 を設置できず、上記入力軸8の回転数若しく� �回転角度N ₈ を計測できない場合も考えられる。この様な 場合には、前記出力軸9側に、この出力軸9の� ��転数若しくは回転角度N ₉  を計測する為の角度センサ(図示せず)を設� �る。そして、この回転角度N ₉ を使用して、上記(2) 式の代わりに次の(4) � �を利用して制御を行なえば、上記入力軸8の� ��転数若しくは回転角度N ₈  を計測した場合と同様に、上記(3) 式の様� �制御を行なえる。
  N ₁₀ ={K(1-1/k)+1/k}N ₉  --- (4) 

 尚、本実施形態の舵角可変式ステアリン� ��装置を構成するボール式変速装置37は、前� �した特許文献6に記載されたボール式変速装� ��の構造を基本としている。但し、特許文献6 に記載されたボール式変速装置の構造をその まま使用したのでは、この特許文献6に記載� �れたボール式変速装置を構成するクランク� �を電動モータで回転させしかも回転角度を� �御する為に、この電動モータ自身もボール� �変速装置と共に回転させなければならず、� �パイラルケーブル等の、高価で信頼性確保� �難しい部品を必要とする。これに対して本� �施形態の構造の場合には、上記舵角比kを変� ��させる為の部材として、外径側から偏心回� ��を制御可能な上記中間回転筒10を採用し、� �記電動モータ11のステータ23を固定可能な構� ��としている。そして、上記スパイラルケー� ��ル等の、高価で信頼性確保が難しい部品を� ��用する必要がない、簡単で安価に構成でき� ��しかも信頼性を確保し易い構造を実現して� ��る。

 更に、図示の例では、上記電動モータ11の� �障時にも、前記入力軸8の回転を上記出力軸9 に伝達可能にすべく、次の(a)(b)の様な構成を 合わせ持たせている。
(a) 上記両ボール変速機構13、14から成るボー ル式変速装置37の減速比Kを高く(例えば20~100� �度に)設定する。
(b) 前記偏心プレート入力側案内溝31及び前� �入力軸側案内溝30と上記各入力側ボール32、3 2との接触部、並びに、上記偏心プレート出� �側案内溝35及び上記出力軸側案内溝34と上記� ��出力側ボール36、36との接触部の滑りの要素 を大きく設定する。本実施形態の場合、この 様な設定を行なう為に、上記各案内溝31、30� �35、34の断面形状を、それぞれ図4に示す様な ゴシックアーチ状としている。より具体的に は、これら各案内溝31、30、35、34と上記各ボ� ��ル32、36とのレスト角θを25~60度とし、同じ� �溝R比(これら各案内溝31、30、35、34の曲率半� ��R/上記各ボール32、36の直径Da)を0.505~0.54の範 囲に設定する。
 そして、上記(a)(b)の様な構成を合わせ持た� ��る事により、上記電動モータ11が前記中間� �転筒10を回転駆動せず、上記偏心プレート12� ��対し、外部から公転運動方向の力が加わら� ��い状態で、この偏心プレート12と上記入力� �8及び上記出力軸9とが同期して回転する(上� �ボール式変速装置37がセルフロックする)様� �している。

 尚、本実施形態の構造の場合には、上記� ��力軸9に送り出されるトルクは、上記入力軸 8に入力されるトルクと、上記電動モータ11か ら加えられる(又は減じられる)トルクとの合� ��になる。従って、この電動モータ11による� �記中間回転筒10の回転駆動状態により、前記 ステアリングホイール1の操作感が変わる事� �なる。即ち、上記電動モータ11による上記中 間回転筒10の駆動トルクは、前記ボール式変� ��装置37の減速比Kの値と符号とにより変わり� ��上記ステアリングホイール1を回転させる為 に要する力(操舵力)も変化する。上記電動モ� ��タ11の駆動トルクがあまり大きいと、上記� �テアリングホイール1を操作する運転者に違� ��感を与えるので、上記減速比Rを20~100程度の 大きな値に設定する事が好ましい。上記特許 文献6に記載されている様に、上記ボール式� �速装置37の減速比Kの符号(加減状態)は、上記 各案内溝31、30、35、34の波数N、N-2、M、M-2の� �号(大小関係)を変える事で反転できる。従っ て、舵角比kを大きくする(又は小さくする)場 合に上記操舵力が大きくなるか、或いは小さ くなるかは、本実施形態の舵角可変式ステア リング装置を搭載する自動車の性格(スポー� �カーであるか商用車であるか等)により、設� ��的に定める(上記各案内溝31、30、35、34の形� ��に基づく、波数N、N-2、M、M-2の符号を規制� �る)。又、上記電動モータ11により付加され� �トルクを補償する様に、電動パワーステア� �ング装置を構成する別の電動モータによる� �シストトルクを調節する事で、上記電動モ� �タ11による制御の影響を運転者に感じさせな い様にする事もできる。

 更に、上記電動モータ11が故障し、上記� �間回転筒10が上記電動モータ11により回転駆� ��されない状態では、上記両ボール変速機構1 3、14がロックする。即ち、上記各入力側ボー ル32、32が入力軸側、偏心プレート入力側両� �内溝31、30同士の間に食い込むと共に、上記� ��出力側ボール36、36が出力軸側、偏心プレー ト出力側両案内溝35、34同士の間に食い込む� �この状態では、上記偏心プレート12と、入力 軸8及び出力軸9との相対回転が阻止され、こ� ��入力軸8の回転がこの出力軸9にそのまま伝� �る。この状態では、特に大きな抵抗を受け� �事なく、通常のステアリング装置と同様に� �て、操舵輪に舵角を付与できる。

 又、本実施形態の構造の場合には、上記� ��間回転筒10と、この中間回転筒10を回転駆動 する為の電動モータ11とを径方向に重畳させ� ��状態で配置している為、軸方向寸法を短く� ��える事ができる。即ち、前述の特許文献1~2� ��記載されている従来構造の様に、遊星歯車� ��構と、この遊星歯車機構の構成部材を回転� ��動する為の電動モータとを軸方向にずらせ� ��配置した構造の場合には、軸方向寸法が嵩� ��事が避けられない。一方、ステアリング装� ��には、衝突事故の際に運転者を保護する為� ��衝撃を吸収しつつ軸方向寸法を縮める為の� ��撃吸収機構を組み込む。従って、舵角を調� ��する為の機構の軸方向寸法が嵩む事は、こ� ��衝撃吸収機構の設計の自由度を低くする為� ��好ましくない。これに対して本実施形態の� ��造によれば、舵角を調節する為の機構の軸� ��向寸法を短く抑えて、上記衝撃吸収機構の� ��計の自由度を高くできる。又、軸方向寸法� ��確保する事が難しい、ステアリングコラム� ��に設置する事も可能になる。

  [第2実施形態]
 図5~6は、本発明の第2実施形態を示している 。本実施形態の場合には、第一回転軸である 入力軸8の先端部(図5の下端部)に、回転伝達� �材である外歯歯車39を、結合部材である複数 本(図示の例では4本)の結合ピン40、40により� �径方向に関する相対変位及び回転力の伝達� �可能に結合している。これら各結合ピン40、 40の基半部は、上記入力軸8の先端部に固設し た外向フランジ状の支持鍔部41に形成した取� ��孔に、締り嵌めにより内嵌固定している。� ��の状態で上記各結合ピン40、40の先半部を、 上記支持鍔部41から軸方向に突出させている� ��一方、上記外歯歯車39は、円形の支持板部42 の外周縁に歯車部43を設けて成る。そして、� ��の支持板部42の円周方向複数個所で上記各� �合ピン40、40と整合する部分に、通孔44、44を 形成している。これら各通孔44、44の内径は� �上記各結合ピン40、40の外径よりも、次述す� ��入力軸8の中心軸αと外歯歯車39の中心軸βと の偏心量の2倍だけ大きい。そして、これら� �結合ピン40、40の先半部を、上記各通孔44、44 に、これら各結合ピン40、40の先半部の外周� �がこれら各通孔44、44の内周面に接する様に� ��入して、第一伝達手段を構成している。

 又、上記外歯歯車39は、上記入力軸8の先� ��部に、この入力軸8の中心軸αを中心とする� ��転と、この中心軸αに対し偏心した中心軸β を中心とする自転とを自在に支持している。 この為に本実施形態の場合には、上記支持板 部42の軸方向片側面に、上記歯車部43と同心� �設けた円筒部51を、中間回転筒10aの内径に設 けられた、上記中心軸βをその中心とする偏� ��孔に、転がり軸受25aを介して支持している� ��上記中間回転筒10aは、ハウジング17a内で上� ��入力軸8の先端部周囲部分に、深溝型玉軸受 等の転がり軸受21aにより、この入力軸8と同� �に、且つ、この入力軸8に対する相対回転を� ��能に支持されている。本実施形態の場合も� ��上記中間回転筒10aがこの入力軸8と同心であ るとは、この回転中間筒10aの外周面(電動モ� �タ11aを構成するロータ22aの外周面)を基準と� ��た状態である。

 又、上記中間回転筒10aは、上記ハウジン� ��17a内に設置した電動モータ11aにより、所望� ��方向に所望の回転速度で、回転駆動自在と� ��ている。この為に本実施形態の場合には、� ��記中間回転筒10aを構成する小径部19aの外周� ��にロータ22aを、上記ハウジング17aの一部内� ��でこのロータ22aと対向する部分にステータ2 3aを、それぞれ設けている。又、このステー� ��23aの軸方向一端面(図5の上端面)と上記ハウ� ��ング17aの他部内面との間に、制御用回転角� ��ンサ24aを設けている。本実施形態の場合、� ��の制御用回転角センサ24aとして、ホールセ� ��サ等の、磁気検知式の回転角度検出センサ� ��使用している。この構成により、上記中間� ��転筒10aを、所望の方向に所望の回転速度で� ��この回転速度を適切に規制しつつ、回転駆� ��自在としている。尚、上記入力軸8の回転方 向及び回転速度は、前述した第1実施形態と� �様の入力側回転角度センサ16(図1参照)により 検出自在としている。

 本実施形態の場合も、上記中間回転筒10a� ��構成し、段付部20aにより上記小径部19aと連� ��した、大径部18aの径方向に関する肉厚を、� ��周方向に関して漸次変化させて、この大径� ��18aの内周面の中心軸βを、上記入力軸8及び� ��力軸9の中心軸αに対し偏心させている。そ� ��て、上記大径部18aの内径側に前記外歯歯車3 9を、深溝型の玉軸受等の転がり軸受25aによ� �、回転自在に支持している。この様な構成� �より、上記外歯歯車39を、上記入力軸8及び� �記出力軸9の中心軸αを中心とする公転、及� �、この中心軸αと平行でこの中心軸αに対し� ��心した中心軸βを中心とする自転を可能と� �て、上記中間回転筒10aの内径側に支持して� �る。

 一方、第二回転軸である出力軸9の基端部 (図5の上端部)に、第二回転伝達手段である内 歯歯車45を、この出力軸9と同心に、且つ、こ の出力軸9と同期した回転を自在に結合して� �る。この為に本実施形態の場合には、上記� �力軸9の基端部と上記内歯歯車45とを、結合� �46を介して結合している。そして、この内歯 歯車45と上記外歯歯車39とを噛合させている� �尚、この内歯歯車45のピッチ円直径はこの外 歯歯車39のピッチ円直径よりも大きい事は勿� ��であるが、これら両歯車45、39の噛合(噛み� �いに基づく相対変位)が可能である限り、で� ��るだけ近い大きさ(「内歯歯車45のピッチ円� ��径/外歯歯車39のピッチ円直径」の値を、1よ りも大きく、できるだけ1に近い値)に設定す� ��。尚、上記内歯歯車45及び上記外歯歯車39の 形状は、サイクロイド曲線、トロコイド曲線 、円弧曲線等一般的な形状を使用できる。

 更に、上記中間回転筒10aの外周面に、円� ��方向に関して凹部と凸部とを交互に配置し� ��、歯車状の凹凸係合部47を設けている。そ� �て、上記中間回転筒10aを収納した、前記ハ� �ジング17a内でこの凹凸係合部47に対向する部 分に、ストッパ片49を設けている。このスト� ��パ片49は、ソレノイド等のアクチュエータ48 の出力ロッド50の先端部に支持しており、こ� ��アクチュエータ48により上記中間回転筒10a� �径方向に変位して、上記凹凸係合部47と係脱 する。そして、係合時に、上記中間回転筒10a の回転を阻止する。

 上述の様に構成する本実施形態の舵角可変� ��ステアリング装置の場合、前記入力軸8の回 転は、前記各結合ピン40、40を介して上記外� �歯車39に伝わり、この外歯歯車39を回転させ� ��。この外歯歯車39は、上記中間回転筒10aの� �径側に、偏心した状態で支持されているの� �、上記入力軸8の回転に伴って上記外歯歯車3 9は、前記中心軸βを中心として自転しつつ、 上記中間回転筒10aの回転に伴って前記中心軸 αの周囲を公転する。この際、この中間回転� ��10aが停止していると仮定した場合には、上� ��外歯歯車39と上記内歯歯車45とにより構成さ れる歯車伝達機構による回転力の伝達状態は 、上記中心軸βを中心として自転する上記外� ��歯車39の回転が、上記中心軸αを中心として 自転する上記内歯歯車45に伝達されると考え� ��事ができる。従って、この状態では、上記� ��力軸8が1回転すると、前記出力軸9は、上記� ��歯歯車39の歯数N ₃₉ と上記内歯歯車45の歯数N ₄₅ との比(N ₃₉ /N ₄₅ )に応じた分回転する。

 これに対して、上記入力軸8を固定した状態 を考えると、上記中間回転筒10aを1回転させ� �事で上記出力軸9が、上記外歯歯車39の歯数N ₃₉ と上記内歯歯車45の歯数N ₄₅ との差に応じた分、即ち、(N ₃₉ -N ₄₅ )/N ₃₉ だけ回転する。尚、この値は負であり、上記 出力軸9が上記中間回転筒10aと逆方向に回転� �る事を意味する。(N ₃₉ -N ₄₅ )/N ₃₉ =Kとし、このKを減速比とすれば、上記入力軸 8及び上記出力軸9の回転数若しくは回転角度� ��上記中間回転筒10aの回転数若しくは回転角� ��との関係は、前述した第1実施形態と等価で ある。即ち、前述の(1) 式の動作が可能であ� ��、舵角比の変更や自動カウンタステア(修正 舵)の動作を、上記第1実施形態と同様に行な� ��る。

 上記電動モータ11aの故障時には、前記ア� ��チュエータ48により前記ストッパ片49を前進 させ、このストッパ片49を前記凹凸係合部47� �係合させ、上記中間回転筒10aの回転を阻止� �れば、上記入力軸8の回転に伴って上記出力� ��9が、上記両歯車39、45の歯数の比に応じた� �転速度で回転する。上述の様な本実施形態� �構造は、セルフロックの特性を持たせる事� �難しいので、上述の様なストッパ片49と凹凸 係合部47とによるロック機構が必要になるが� ��その分、トルク伝達機構の効率が高い。従� ��て、上記電動モータ11aの小型化や省電力化� ��可能になる。

  [第3実施形態]
 図7~9は、第3実施形態を示している。尚、本 実施形態を表す図7~8の上下方向と実際に車体 に組み付ける状態での上下方向との関係は、 前述の図1、2、5の場合とは異ならせている。 この理由は、本実施形態は、衝突事故の際に 運転者保護の為の収縮代の確保を意図してお り、図面上の前後方向と車体の前後方向とを 近く描く方が、本実施形態の意図が分かり易 くなると考えられる為である。尚、前後は車 体への組み付け状態で言い、後とは図7~8の右 側。反対に、図7~8の左側を前と言う。本実施 形態の構造と前述の第1~2実施形態の構造とが 、車体への組み付け時で組み付け方向が大き く異なる訳ではない。実際の組み付け時には 、図7の状態よりも少し反時計方向に回動さ� �、後方に向かう程上方に向かう様に傾斜さ� �る。本実施形態の場合も、電動モータ11bと� �ール式変速装置37aとを組み合わせて、入力� �8aと出力軸9aとの回転速度比を可変とする部� ��の基本的な構造及び作用は、前述の図1~4に� ��した第1実施形態の場合と同様である。就い ては、同等部分に関する説明は、省略若しく は簡略にし、以下、上記第1実施形態の場合� �異なる、本実施形態の特徴部分を中心に説� �する。

 本実施形態の場合、入力軸8aとして、イ� �ナシャフト52とアウタチューブ53とを、衝撃� ��重に基づいて収縮可能に組み合わせて成る� ��ラプシブルステアリングシャフトを使用し� ��いる。又、ステアリングコラム15aとして、� ��ンナコラム54とアウタコラム55とを衝撃荷重 に基づいて収縮可能に組み合わせて成るコラ プシブルステアリングコラムを使用している 。衝突事故の際には、上記入力軸8aと上記ス� ��アリングコラム15aとが、衝撃エネルギを吸� ��しつつ、上記アウタコラム55の前端縁がハ� �ジング17bの後面に突き当たるまで、図7のス� ��ロークL分だけ縮む。この様に、衝突事故の 際に上記入力軸8aと上記ステアリングコラム1 5aとが縮む量(コラプスストローク)を確保す� �事が、運転者の保護を充実させる面から重� �である。本実施形態の場合には、以下に述� �る様な構造により、電動式パワーステアリ� �グ装置56を設けた構造で、上記コラプススト ロークの確保を図っている。

 本実施形態の場合には、前述の図1~4に示� ��た第1実施形態の構造に電動式パワーステア リング装置56を組み込んでいる。この電動式� ��ワーステアリング装置56は、電動モータ57に より出力軸9aに操舵補助力(アシスト力)を付� �自在とすると共に、この出力軸9a部分で伝達 されるトルクを測定して、上記電動モータ57� ��の通電量を調節し、上記操舵補助力を適正� ��調節する様にしている。この様な電動式パ� ��ーステアリング装置56を構成する為に本実� �形態の場合には、上記出力軸9aを、円管状の 外筒58と、この外筒58内に挿入されたトーシ� �ンバー59とから構成している。そして、この トーションバー59の後端部で上記外筒58の後� �に突出した部分を、基本的に上記第1実施形� ��のボール式変速装置37(図1~2参照)と同様の構 成を有するボール式変速装置37aの出力部材60� ��、ピン61aにより結合固定している。従って� ��記トーションバー59の後端部は、この出力� �材60と共に回転する。これに対してこのトー ションバー59の前端部は、上記外筒58の前端� �に、別のピン61bにより結合固定している。� �って上記トーションバー59の前端部は、上記 外筒58と共に回転する。

 上記電動モータ57から上記出力軸9aに操舵 補助力を付与自在とする為に、上記出力軸9a� ��うちの外筒58の中間部にウォームホイール62 を外嵌固定し、このウォームホイール62と、� ��記電動モータ57の出力軸に固定したウォー� �63とを噛合させている。又、このウォームホ イール62の前後に1対の回転角センサ64a、64bを 配置して、上記出力軸9a部分で伝達されるト� ��クを測定自在としている。本実施形態の場� ��、上記両回転角センサ64a、64bとしてレゾル� ��を使用している。そして、後側の回転角セ� ��サ64aを、上記出力部材60の外周面とハウジ� �グ17bの内周面との間に設けている。これに� �して、前側の回転角センサ64bを、このハウ� �ング17bの内周面と上記外筒58の外周面との間 に設けている。これら両回転角センサ64a、64b の出力信号の位相は、上記トーションバー59� ��捩れ角度分だけずれるので、これら両回転� ��センサ64a、64bの出力信号の位相のずれに基� ��いて、上記出力軸9a部分で伝達されるトル� �を求められる。

 本実施形態の場合には、この様に出力軸9 a部分で伝達されるトルクを求める為の1対の� ��転角センサ64a、64bを、前記電動式パワース� ��アリング装置56を構成するウォームホイー� �62の前後に振り分けて配置する事により、こ の電動式パワーステアリング装置56の軸方向� ��法の短縮を図っている。即ち、上記ウォー� ��ホイール62の軸方向両側内径寄り部分に存� �する余裕空間を有効利用する事で、上記両� �転角センサ64a、64bを含む、上記電動式パワ� �ステアリング装置56の軸方向寸法の短縮を図 り、前記コラプスストロークLを確保し易い� �造としている。又、上記両回転角センサ64a� �64b同士の間に上記ウォームホイール62を配置 する事により、これら両回転角センサ64a、64b 同士の間隔を確保すると同時に、これら両回 転角センサ64a、64b同士の間での磁気的、電気 的な干渉を防止して、これら両回転角センサ 64a、64bの性能(測定精度、耐ノイズ性)を向上� ��せられる様にしている。

 尚、本実施形態の場合、上記電動式パワ� ��ステアリング装置56を設けた事に伴って、� �力軸9aの前端位置が、この電動式パワーステ アリング装置56を設けていない、前記第1実施 形態の構造の場合よりも前方に位置する。こ の為、上記出力軸9aの前端部と中間シャフト4 の後端部とを接続する自在継手3(図12参照)の� ��後位置がずれ、上記出力軸9aと、ステアリ� �グギヤユニット5の入力軸6(図12参照)との等� �性を確保する為の条件がずれる可能性があ� �。但し、このずれは、中間シャフト4の両端� ��にそれぞれ自在継手を、同じジョイント角� ��位相を整えて組み込む限り、一般的には僅� ��で、操舵感に殆ど影響しない為、無視でき� ��場合が多い。又、無視できない場合でも、� ��れの方向及び大きさは規則的で予測できる� ��、前記電動モータ11とボール式変速装置37a� �を組み合わせて成る舵角可変機構により上� �ずれを補償(ずれを打ち消して、上記出力軸9 aと上記入力軸6との等速性を確保)できる。

 又、トルク測定用に上記後側の回転角セ� ��サ64aを設置したのに伴って、制御用回転角� ��ンサ24bを、中間回転筒10bの後端部外周面と� ��記ハウジング17bの内周面との間に設置して� ��る。本実施形態の場合には、この様な構成� ��より、上記制御用回転角センサ24bを、第一� ��ール変速機構13aを構成する駆動リング27aの� ��径側に配置して、この制御用回転角センサ2 4bの設置部分の軸方向寸法の短縮を図ってい� ��。この様な軸方向寸法の短縮も、前記コラ� ��スストロークLを確保して、衝突事故の際の 運転者保護に役立つ。尚、前記インナシャフ ト52の前端部外周面と上記駆動リング27aの内� ��面とはスプライン係合して、このインナシ� ��フト52からこの駆動リング27aへの、回転力� �伝達を自在としている。

 又、本実施形態の場合には、上記ボール� ��変速装置37aを構成する各入力側ボール32、32 と各出力側ボール36、36とに予圧を付与する� �のナット38と駆動リング27aとの間に、スラス ト軸受65を設けている。このスラスト軸受65� �しては、例えばスラストニードル軸受を使� �する。上記ナット38の締め付け力を、軸方向 に関する剛性が高い、上記スラスト軸受65を� ��して上記駆動リング27aに伝達する事で、上� ��各ボール32、36と各案内溝31、30、35、34との� ��がり接触部のがたつきを、より確実に防止� ��きる様にしている。

 尚、上記スラスト軸受65の内径側に予圧� �座(シム)80を設け、この予圧間座80として適� �な厚さ寸法を有するものを選択使用する。� �して、上記ナット38の締め付けに伴って、上 記スラスト軸受65に過度なスラスト荷重を加� ��る事なく上記ボール式変速装置37aに適切な� ��圧を付与し、このボール式変速装置37a内部� ��がたつきを抑えて、このボール式変速装置3 7aの動力伝達性能の維持を図っている。即ち� ��上記ボール式変速装置37aを構成する上記駆� ��リング27aと次述する従動リング67との間で� �ルクを伝達する際には、上記各ボール32、36� ��上記各案内溝30、31、34、35に乗り上げる傾� �になって、上記両リング27a、67同士を、軸方 向に関して互いに離す方向の力が働く。この 為、上記スラスト軸受65の剛性が低いと、上� ��両リング27a、67同士の間隔が拡がり、上記� �ール式変速装置37aのトルク伝達方向に関す� �剛性(捩れ剛性)が低下し、このボール式変速 装置37aを組み込んだ舵角可変式ステアリング 装置の操舵感が低下する。これに対して、上 記スラスト軸受65は剛性が高い為、上記捩れ� ��性の低下を防止して、上記操舵感の低下を� ��止できる。

 尚、上記駆動リング27aは前記出力部材60� �周囲に、単列深溝型の玉軸受等、心合わせ� �の転がり軸受29aにより、同心に保ったまま� �転自在に支持している。又、前記中間回転� �10bは、上記駆動リング27aの周囲に、単列深� �型の玉軸受等の転がり軸受66により、回転自 在に支持している。更に、上記駆動リング27a の他部内径側に偏心プレート12と従動リング6 7とを、それぞれ単列深溝型の玉軸受等の転� �り軸受25、68により、回転自在に支持してい� ��。上記各転がり軸受29a、66、25、68は何れも� ��各転動体(玉)に予圧を付与すると共に、内� �両輪を相手面に、締り嵌め若しくは接着に� �り嵌合固定してラジアル方向のがたつきを� �くし、必要とする同心性及び偏心量の確保� �図っている。尚、上記従動リング67は、前述 した第1実施形態の鍔部33(図1~2参照)の代わり� ��なるもので、上記出力部材60の中間部外周� �にスプライン係合させて、この出力部材60と 共に回転する様にしている。これら出力部材 60と従動リング67とは、一体としても良い。

 本実施形態の場合には、上述の様にして� ��記ボール式変速装置37aを構成する各部材27a� ��12、60の同心性或いは偏心量を確保すると共 に、上記各ボール32、36と各案内溝31、30、35� �34との転がり接触部のがたつきを抑えている 。この為、上記ボール式変速装置37aの剛性を 高くして、ステアリングホイール1(図1参照)� �操舵感を良好にできる。又、上記ボール式� �速装置37aの逆効率(上記駆動リング27a及び上� ��従動リング67の回転が上記中間回転筒10aに� �わる割合)を低くして、逆作動(上記駆動リン グ27a及び上記従動リング67の回転に伴って上� ��中間回転筒10bが回転する現象)が発生しにく くできる。この結果、電動モータ11bの故障時 に、この中間回転筒10aを停止した状態のまま 、上記駆動リング27aから上記従動リング67へ� ��トルク伝達が可能になって、必要最小限の� ��能を確保できる(フェールセーフを図れる)� �造を実現できる。

 前記スラスト軸受65として使用するスラ� �トニードル軸受は、各ニードルの転動面と� �スラスト軌道面との接触部の差動滑りが大� �く、動トルクが大きい(損失が大きい)為、上 記ボール式変速装置37aの伝達効率が低下する 。本実施形態の場合には、上記電動モータ11b の故障時のフェイルセーフを図る為に、上記 ボール式変速装置37aの逆効率が0である事が� �まれる。この点で、予圧付与の為の軸受と� �て、動トルクが大きなスラストニードル軸� �を使用する事は有利である。上記スラスト� �受65として、スラストニードル軸受に代えて スラスト滑り軸受を使用すれば、スラスト軸 受としての効率が更に低く抑えられるので、 上記逆効率を完全に0にし易い。スラスト滑� �軸受は、スラストニードル軸受よりも剛性� �高く、負荷容量も大きい為、上記ボール式� �速装置37a部分で伝達するトルクが大きく、� �記スラスト軸受65に加わる荷重が大きくなる 場合に有利である。尚、このスラスト軸受65� ��設置する、前記インナシャフト52の前端と� �記駆動リング27aの後側面とは、相対回転速� �が遅く、総回転数も極端に大きくなる事は� �い。この為、逆効率を低くする為に、上記� �ラスト軸受65として動トルクが大きなものを 使用しても、舵角可変式ステアリング装置全 体としての極端に効率が悪くなったり、上記 スラスト軸受65の設置部分で著しい磨耗が発� ��する事はない。従って、上記スラストニー� ��ル軸受や上記滑り軸受を使用できる。

 更に、本実施形態の場合には、下記の(A) ~( C) の点を工夫している。
 (A) 前記電動モータ11bを構成する永久磁石� �のロータ22bを、高分子材料等の非磁性材製� �薄肉のカバー69により覆っている。
 万一、上記ロータ22bが割れたり、或いは剥� ��れたりした場合でも、このロータ22bの破片� ��が、上記ボール式変速装置37a等、前記ハウ� ��ング17b内に収納された各部に入り込んで、� ��作不良、誤動作等を起こす事を防止する為� ��ある。

 (B) 上記インナシャフト52の前端と前記出力 部材60との間に、ファイナルバックアップ機� ��70を設けている。
 このファイナルバックアップ機構70は、万� �、上記ボール式変速装置37aが破損しても、� �舵輪に対し舵角を付与する為の必要最低限� �機能を確保する為に、上記インナシャフト52 の前端面に設けた係合凹部71に、上記出力部� ��60の後端部に設けた係合凸部72を挿入する事 で構成している。これら係合凹部71と係合凸� ��72とは、通常状態では図9の(A)に示す様に、� ��対回転可能に係合している。これに対して� ��故障時に、上記インナシャフト52を上記出� �部材60に対し大きく回動させると、図9の(B)� �示す様に、上記係合凸部72が上記係合凹部71� ��端部にくさび状に食い込み、上記インナシ� ��フト52と上記出力部材60とが同期して回転す る様にして、上記必要最低限の機能を確保す る。この状態では、ステアリングホイールの 中立位置が正常時とはずれるが、操舵輪に対 し舵角を付与する事は可能になる。

 (C) 上記インナシャフト52と上記ハウジング 17bとの間部分に、サポート軸受73及びダスト� ��ール74を設けている。
 上記サポート軸受73としては、ラジアル滑� �軸受が適切である。上記間部分は、本来特� �負荷が加わる部分ではないので、この部分� �使用する上記サポート軸受73として、低コス トでしかも設置スペースが嵩まないラジアル 滑り軸受を使用する事により、省スペース、 低コストを図れる。又、上記ダストシール74� ��合わせて、上記インナシャフト52の前端部� �適度な摩擦を付与する事により、このイン� �シャフト52の微振動を抑えて、操舵感を改善 できる。

  [第4実施形態]
 図10~11は、本発明の第4実施形態を示してい� ��。本実施形態の場合には、出力軸9a部分で� �達されるトルクを測定する為に、ホールICや MRセンサの如き磁気検出素子を組み込んだ、� ��ルクセンサ75を使用している。この様な磁� �式のトルクセンサ75を構成する為に本実施形 態の場合には、上記出力軸9aを構成する外筒5 8とトーションバー59とのうち、外筒58の側に� ��久磁石を組み込んだ被検出リング76と磁気� �出素子を組み込んだ検出リング77とのうちの 一方のリングを、トーションバー59の基端部( 入力側端部)側に他方のリングを、それぞれ� �筒58及びトーションバー59と同心に支持して� ��る。これら両リング76、77は、このトーショ ンバー59の入力側端部と上記外筒58との相対� �転に伴って相対回転(捩り方向に相対変位)し 、上記検出リング77に設けた各磁気検出素子� ��特性を変化させて、出力を変化させる。こ� ��様な磁気検出式のトルクセンサ75を構成す� �場合に、上記被検出リング76に設けた永久磁 石と上記検出リング77に組み込んだ磁気検出� ��子とを半径方向に対向させれば、上記トル� ��センサ75の軸方向寸法を小さく(薄く)できる 。この為、ボール式変速装置37a等を収納した ハウジング17cをステアリングコラム15aの前端 部に設置した、コラム式の舵角可変機構と組 み合わせる事で、設置スペースの自由度が高 くなったり、コラプスストロークを確保し易 い等の効果を得られる。

 又、本実施形態の場合には、中間回転筒1 0cの回転角度を求める為の制御用回転角セン� ��24cとして、磁気検出素子とエンコーダとを� ��み合わせた、磁気検知式のものを使用して� ��る。前述した各実施形態の様に、中間回転� ��の回転角度をレゾルバで検出する場合には� ��高価なデジタル変換用ICを使用するか、演� �負荷の大きいソフトウェア処理を行なう必� �がある。これに対して、磁気検知式の回転� �センサは、従来からアンチロックブレーキ� �ステム(ABS)等に広く使用されており、低コス トでしかも演算負荷も小さい。但し、上記磁 気検知式の回転角センサは、角度の変化分し か分からず、角度の絶対値は分からない。こ の為、上記中間回転筒10cを回転駆動する電動 モータ11cであるブラシレスDCモータの始動時� ��、この電動モータ11cを回転させる為に必要� ��転流角度を求める動作を自動的に行なう(自 動転流角検知)。

 この自動転流検知では、始動時に上記電� ��モータ11cに直流を流して、この電動モータ1 1cを構成するロータが落ち着く角度を検出す� ��。直流電流に対するこのロータの落ち着き� ��置が一度でも分かれば、上記電動モータ11c� ��極数と、上記制御用回転角センサ24cを構成� ��るエンコーダのカウント数及び回転方向と� ��関係は予め分かっているので、どのタイミ� ��グで転流すれば上記電動モータ11cを回転さ� ��られるかが分かる。尚、自動転流検知を行� ��う場合には、単純に直流を流すだけではな� ��、上記ロータの回転角度を測定しながら適� ��に電流を制御し、少ない回転で検知したり� ��頼性を上げる工夫を行なう事もできる。

 上述の様な自動転流検知を行なう際には� ��上記電動モータ11cのロータが回転するので� ��一般的には自動転流検知が使えない場合が� ��る。これに対して本実施形態の場合には、� ��記モータ11cにより回転駆動する中間回転筒1 0cが、差動機構であるボール式変速装置37aを� ��成するものである事、上記電動モータ11cの� ��数が多く、上記転流角を検知する際の回転� ��度が小さくて済む事、上記ボール式変速装� ��37a減速比が大きい事、このボール式変速装� ��37aの入力側、出力側に結合したインナシャ� ��ト52と出力軸9aの外筒58が固定されていても� ��間に存在するトーションバー59が捻じれる� �等から、上記ロータを回転させて行なう、� �記自動転流検知が可能である。例えばステ� �リングホイール1を回転させた状態でも、上� ��電動モータ11cに直流を流せば、この電動モ� ��タ11cを構成するロータの位置が、落ち着き� ��置に固定される。この事から、上記自動転� ��検知が使用可能な事が分かる。

 尚、上述の図10~11に示した機構中には、� �テアリングホイールの操作角を検出する為� �手段がない。従って、この操作角を検出す� �為に、ハンドルスイッチパック78(方向指示� �やライトのスイッチ類等をステアリングホ� �ール部に収納したユニット)に内蔵された舵� ��センサを利用する事等を考慮する。又、ス� ��アリングコラム部に舵角センサを設置する� ��ができない場合には、ステアリングギヤユ� ��ット5(図12参照)に設けたピニオン軸に舵角� �ンサを配置する事もできる。

 又、本実施形態の場合には、上記中間回� ��筒10cの回転角度を検出する為、この中間回� ��筒10cに外嵌固定したセンサギア79の外周縁� �、フェイルセーフの為の凹凸係合部47(図5参� ��)の代わりに利用している。即ち、上記セン サギア79の外周縁と、アクチュエータ48によ� �進退するストッパ片49とにより、前述の図5� �示した第2実施形態と同様のフェイルセーフ� ��構を構成している。この様なフェイルセー� ��機構は、上記電動モータ11cを小型化する為� ��上記ボール式変速装置37aの効率を高くして� ��ルフロック構造としない場合や、セルフロ� ��クよりも確実なフェイルセーフを期待する� ��合に用いる。上記電動モータ11cの故障時に� ��、上記アクチュエータ48のコイルへの通電� �断たれ、上記ストッパ片49がばねの弾力によ り上記センサギア79の外周面に押し付けられ� ��、前記中間回転筒10cがロックする。この状� ��で前記出力軸9aは、ステアリングシャフト2� ��ほぼ同じ角速度で回転する。この様な本実� ��形態の構造は、上記センサギア79をフェイ� �セーフ機構の構成部品として利用するので� �スペース効率を高くして、小型に構成でき� �。