JP2004225768A

JP2004225768A - 減速機およびこれを備える電動式動力舵取装置

Info

Publication number: JP2004225768A
Application number: JP2003012573A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Oka; 邦洋岡; Sadaaki Mori; 貞明森
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP4182408B2

Abstract

【課題】ウォ−ムおよびウォームホイールの噛み合い面の面圧が極めて高い場合にも、潤滑を良好に行うことができる減速機およびこれを備える電動式動力舵取装置を提供する。
【解決手段】ウォームホイール１２の合成樹脂部材１２ｂの両側面５１，５２に潤滑剤循環溝５４を複数設ける。各潤滑剤循環溝５４は、ウォームホイール１２の対応する歯底部５３，５３間をそれぞれ連通している。ウォームの回転により潤滑剤が攪拌されると、潤滑剤は、攪拌圧力によって一方の歯底部５３から潤滑剤循環溝５４を通って他方の歯底部５３へ送られる。これにより、潤滑剤の循環量を格段に多くすることができ、ウォームホイール１２の噛み合い部分に潤滑剤を潤沢に供給することができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォームおよびウォームホイールを有する減速機、ならびにこれを備える電動式動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動式動力舵取装置（ＥＰＳ）には減速機が用いられている。例えばコラム型ＥＰＳでは、モータの回転力をウォームに伝え、さらにウォームホイールに伝えることでモータの回転を減速してモータの出力を増幅し、操舵軸に与えることで、ステアリング操作をトルクアシストしている。
通常、ウォームおよびウォームホイールの噛み合い領域にはグリース等の潤滑剤が充填されており、ウォームおよびウォームホイールの噛み合い面を潤滑している。
【０００３】
上記減速機の噛み合い面の潤滑を良好に行うことができるものとして、ウォームギヤとウォームホイールの互いに摺接する歯表面の少なくともいずれか一方に、複数個の微細な油溜まり溝を設けたウォーム減速装置（例えば、特許文献１参照）や、上記各歯表面の少なくともいずれか一方に、油溜まり部を形成したウォーム減速装置（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。これら各ウォーム減速装置は、油溜まり溝や油溜まり部に潤滑油を保持させて、噛み合い面の間の潤滑油量を増加させるようになっている。
【０００４】
また、ウォームホイールの歯車部の歯底部に油溜め部を設けた減速機も提案されている（例えば、特許文献３参照）。この減速機は、潤滑油を油溜め部に保持させておくことで、運転停止時の潤滑油の流下を防止し、運転開始時からウォームとウォームホイールとの噛み合い面を良好に潤滑できるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
実開平５−８１１１号公報。
【特許文献２】
特開平８−２２６５２６号公報。
【特許文献３】
特開平８−８６３４７号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＥＰＳの高出力化に伴い、減速機等が大型化しているが、ＥＰＳの配置空間は限られているため、減速機を極力小型にする必要がある。減速機を小型にするためにウォームおよびウォームホイールを小型のものにすると、噛み合い面の面圧がより高くなる。このため、噛み合い面の潤滑剤切れおよび歯部のすべりによる熱が発生し易くなり、ウォ−ムおよびウォームホイールが損傷して寿命が短くなる虞がある。また、潤滑剤切れは、ウォ−ムとウォームホイールとの噛み合い音の原因となり、運転者に不快感を与えてしまう。
【０００７】
そこで、上記課題を解決するために、ＥＰＳの減速機として、特許文献１もしくは２のウォーム減速装置、または特許文献３の減速機を用いることも考えられる。しかしながら、ウォ−ムおよびウォームホイールの噛み合い面の面圧が極めて高い場合には、上記ウォーム減速装置または減速機を用いても、上記噛み合い面の潤滑を良好に行えない虞がある。これは、油溜まり溝等から一旦出た潤滑剤が、再び油溜まり溝等に戻り難いからである。
【０００８】
同様の問題は、ＥＰＳの減速機に限らず、ウォームおよびウォームホイールを有する一般の減速機においても存在する。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、ウォ−ムおよびウォームホイールの噛み合い面の面圧が極めて高い場合にも、潤滑を良好に行うことができる減速機およびこれを備える電動式動力舵取装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１の発明は、ウォームおよびウォームホイールの少なくとも噛み合い領域に潤滑剤が充填され、ウォームホイールの少なくとも一方の側面にウォームホイールの歯底部間を連通する潤滑剤循環溝が複数設けられたことを特徴とする減速機を提供する。
本発明によれば、ウォームの回転による攪拌圧力によって、潤滑剤がウォームホイールの潤滑剤循環溝を通って一方の歯底部から他方の歯底部へ送られ、ウォームホイールの歯溝に充填されるようになっている。これにより、噛み合い領域への潤滑剤の循環量を格段に多くすることができる。したがって、噛み合い面の面圧が極めて高い場合でも潤滑剤切れが生じることを防止でき、噛み合い音の発生や寿命低下を防止できる。さらに、噛み合いにより生じる摩擦を低減することができ、操舵フィーリングの向上を図ることができる。また、潤滑剤の循環が良好に行われるため、ウォームおよびウォームホイールの噛み合いにより発生する熱が速やかに拡散され、寿命低下をより一層防止できる。また、潤滑剤循環溝をウォームホイールの両側面に設けることで、ウォームホイールがその回転方向の何れに回転した場合でも、上記の各効果を奏することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、上記ウォームホイールの周方向に所定の間隔を隔てた歯底部同士が対応する潤滑剤循環溝を介して連通され、上記所定の間隔はウォームホイールの中心角で１０〜９０度の範囲に相当することを特徴とする。本発明によれば、比較的短い間隔を隔てた歯底部同士を、対応する潤滑剤循環溝を介して連通している。これにより、ウォームホイールの回転動作が所定の範囲内（例えば±９０°）で行われた場合でも、潤滑剤の循環が良好に行われ、噛み合い部分に潤滑剤を潤沢に供給できる。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、ウォームおよびウォームホイールを収容するハウジングをさらに備え、少なくとも噛み合い領域におけるウォームおよびウォームホイールと上記ハウジングとの隙間を２ｍｍ以下にすることを特徴とする。本発明によれば、潤滑剤循環溝に潤滑剤を送り込み易くすることができる。
第４の発明は、第１，第２または第３の発明の減速機を備える電動式動力舵取装置を提供する。本発明によれば、車室内での騒音をコスト安価に低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
図１は、本発明の一実施の形態の電動式動力舵取装置の概略断面図である。図１を参照して、本電動式動力舵取装置では、ステアリングホイール等の操舵部材１を取り付けている第１の操舵軸２と、ラックアンドピニオン機構等の舵取機構（図示せず）に連結される第２の操舵軸３とが、トーションバー４を介して同軸的に連結されている。
【００１３】
第１および第２の操舵軸２、３を支持するハウジング５は、例えばアルミニウム合金からなり、車体（図示せず）に取り付けられている。ハウジング５は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング６とギヤハウジング７により構成されている。具体的には、ギヤハウジング７は筒状をなし、その上端の環状縁部７ａがセンサハウジング６の下端外周の環状段部６ａに嵌め合わされている。ギヤハウジング７は減速機構としてのウォームギヤ機構８を収容し、センサハウジング６はトルクセンサ９および制御基板１０等を収容している。ギヤハウジング７にウォームギヤ機構８を収容することで減速機５０が構成されている。
【００１４】
上記ウォームギヤ機構８は、図２に示すように、電動モータＭの回転軸３２に例えばスプライン継手３３等の継手機構を介して一体回転可能に連結され、この電動モータＭにより駆動されるウォーム１１と、このウォーム１１と噛み合い、且つ図１に示すように、第２の操舵軸３の軸方向中間部に一体回転可能で且つ軸方向移動を規制されたウォームホイール１２とを備える。
図１および図２を参照して、ウォームホイール１２は、第２の操舵軸３に相対回転不能に結合される環状の芯金１２ａと、芯金１２ａの周囲を取り囲んで芯金１２ａに一体回転可能かつ相対回転不能に結合され、かつ外周面部に歯を形成する合成樹脂部材１２ｂとを備える。芯金１２ａは例えば合成樹脂部材１２ｂの樹脂形成時に金型内にインサートされるものである。
【００１５】
ギヤハウジング７内において、ウォーム１１およびウォームホイール１２の噛み合い領域Ａに潤滑剤が充填されている。すなわち、潤滑剤は噛み合い領域Ａのみに充填しても良いし、噛み合い領域Ａとウォーム１１の周縁全体に充填しても良いし、ギヤハウジング７内全体に充填しても良い。
また、噛み合い領域Ａにおけるウォーム１１およびウォームホイール１２とハウジング５のギヤハウジング７との隙間Ｂは、２ｍｍ以下にされている。
【００１６】
図１を参照して、第２の操舵軸３は、ウォームホイール１２を軸方向の上下に挟んで配置される第１および第２の転がり軸受１３、１４により回転自在に支持されている。
第１の転がり軸受１３の外輪１５は、センサハウジング６の下端の筒状突起６ｂ内に設けられた軸受保持孔１６に嵌め入れられて保持されている。第１の転がり軸受１３の外輪１５の上端面は環状の段部１７に当接しており、センサハウジング６に対する軸方向上方への移動が規制されている。一方、第１の転がり軸受１３の内輪１８は第２の操舵軸３に締まりばめにより嵌め合わされている。内輪１８の下端面は、ウォームホイール１２の芯金１２ａの上端面に当接している。
【００１７】
また、第２の転がり軸受１４の外輪１９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔２０に嵌め入れられて保持されている。第２の転がり軸受１４の外輪１９の下端面は、環状の段部２１に当接し、ギヤハウジング７に対する軸方向下方への移動が規制されている。第２の転がり軸受１４の内輪２２は、第２の操舵軸３に一体回転可能で且つ軸方向相対移動を規制されて取り付けられている。内輪２２は第２の操舵軸３の段部２３と、第２の操舵軸３のねじ部に締めこまれるナット２４との間に挟持されている。
【００１８】
トーションバー４は第１および第２の操舵軸２，３を貫通している。トーションバー４の上端４ａは、連結ピン２５により第１の操舵軸２と一体回転可能に連結され、トーションバー４の下端４ｂは、連結ピン２６により第２の操舵軸３と一体回転可能に連結されている。第２の操舵軸３の下端は、図示しない中間軸を介してラックアンドピニオン機構等の舵取機構に連結されている。
上記の連結ピン２５は、第１の操舵軸２と同軸に配置される第３の操舵軸２７を、第１の操舵軸２と一体回転可能に連結している。第３の操舵軸２７はステアリングコラムを構成するチューブ２８内を貫通している。
【００１９】
第１の操舵軸２の上部は、例えば針状ころ軸受からなる第３の転がり軸受２９を介してセンサハウジング６に回転自在に支持されている。第１の操舵軸２の下部の縮径部３０と第２の操舵軸３の上部の孔３１とは、第１および第２の操舵軸２，３の相対回転を所定の範囲に規制するように、回転方向に所定の遊びを設けて嵌め合わされている。
次いで、図２を参照して、ウォーム１１はギヤハウジング７により保持される第４および第５の転がり軸受３４、３５によりそれぞれ回転自在に支持されている。第４および第５の転がり軸受３４、３５は例えば玉軸受からなる。
【００２０】
第４および第５の転がり軸受３４、３５の内輪３６、３７がウォーム１１の対応するくびれ部に嵌合されている。また、第４および第５の転がり軸受３４、３５の外輪３８、３９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔４０、４１にそれぞれ保持されている。
また、ウォーム１１の一端部１１ｂ（継手側端部）の近傍を支持する第５の転がり軸受３５の外輪３９は、ギヤハウジング７に装着された止め輪４２に当接し位置決めされている。さらに、第５の転がり軸受３５の内輪３７は、ウォーム１１の位置決め段部４４に当接することにより、ウォーム１１の他端部１１ａ側への移動が規制されている。
【００２１】
ウォーム１１の他端部１１ａを支持する第４の転がり軸受３４の内輪３６はウォーム１１の位置決め段部４３に当接することにより、ウォーム１１の一端部１１ｂ側への移動が規制されている。
また、第４の転がり軸受３４の外輪３８は予圧調整用のねじ部材４５により、第５の転がり軸受３５側へ付勢されている。ねじ部材４５は、ギヤハウジング７に形成されるねじ孔４６にねじ込まれることにより、一対の転がり軸受３４、３５に予圧を付与すると共に、ウォーム１１を軸方向に位置決めしている。
【００２２】
図３は、ウォームホイール１２の合成樹脂部材１２ｂの一部拡大斜視図である。図３を参照して、ウォームホイール１２の合成樹脂部材１２ｂの例えば両側面５１，５２にはそれぞれ、ウォームホイール１２の対応する歯底部５３，５３間を連通する潤滑剤循環溝５４が複数設けられている。両側面５１，５２における潤滑剤循環溝５４の構成は同様であるため、一方の側面５１の潤滑剤循環溝５４について説明する。
【００２３】
側面５１の各潤滑剤循環溝５４の一端５５および他端５６は、ウォームホイール１２の合成樹脂部材１２ｂの対応する歯底部５３，５３にそれぞれ開放されている。これら各潤滑剤循環溝５４の一端５５および他端５６は、ウォームホイールの歯５７を数枚（例えば２〜１０枚。本実施の形態においては２枚）挟むようにして配置されており、ウォームホイール１２の周方向に所定の間隔を隔てた歯底部５３，５３同士が対応する潤滑剤循環溝５４を介して連通され、上記所定の間隔は、ウォームホイール１２の中心角θで１０〜９０度（本実施の形態では１５度）の範囲に相当する。
【００２４】
また、潤滑剤循環溝５４は、側面５１の周方向に複数形成されていて、各潤滑剤循環溝５４は、歯５７を例えば１枚隔てて隣接して配置されている。
潤滑剤循環溝５４は、ウォームホイール１２の合成樹脂部材１２ｂの樹脂成形時に歯５７と共に形成しても良いし、合成樹脂部材１２ｂの樹脂成形後に形成しても良い。
再び図１を参照して、ウォーム１１およびウォームホイール１２の一部は、ハウジング５に取り囲まれている。
【００２５】
具体的には、ウォーム１１の外周面は、ギヤハウジング７の内周面７ｂに取り囲まれている。図２を参照して、ギヤハウジング７のうち、ウォーム１１の歯が形成されている部分を取り囲む部分６１は、後述する軸受３４、３５を取り囲む部分６２，６３よりも小径に形成されており、ギヤハウジング７の内周面７ｂとウォーム１１の外周面との距離をより小さくしている。
図１を参照して、ウォームホイール１２の合成樹脂部材１２ｂは、潤滑剤循環溝５４を含む外周側の部分が、センサハウジング６およびギヤハウジング７により取り囲まれている。
【００２６】
図４は、図２の噛み合い領域Ａの拡大部分断面図である。図４を参照して、電動モータＭの回転軸３２の回転に伴いウォーム１１が回転すると、このウォーム１１の回転に伴いウォームホイール１２が一方向（例えば図４において白抜き矢符で示す時計回り方向）に回転する。
この際、ウォーム１１の回転により潤滑剤が攪拌され、この攪拌された潤滑剤の一部は、黒塗り矢符で示すように潤滑剤循環溝５４の一端５５に圧力をもって押し込まれる。このように、潤滑剤は、ウォーム１１の回転により一方の歯底部５３から潤滑剤循環溝５４の一端５５に押し込まれていく。
【００２７】
潤滑剤循環溝５４の一端５５に押し込まれた潤滑剤は、他端５６へ向けて圧送され、この他端５６の開放する他方の歯底部５３へ次々と押し出され、歯溝に充填されて噛み合い領域Ａに移動する。これにより、潤滑剤は噛み合い領域Ａに循環する。
この様に、本実施の形態によればウォーム１１の回転による攪拌圧力によって、潤滑剤が潤滑剤循環溝５４を通って一方の歯底部５３から他方の歯底部５３へ送られるようになっている。これにより、噛み合い領域Ａの噛み合い部分Ｅへの潤滑剤の循環量を格段に多くすることができる。
【００２８】
したがって、噛み合い面の面圧が極めて高い場合でも潤滑剤切れが生じることを防止でき、噛み合い音の発生や寿命低下を防止できる。さらに、噛み合いにより生じる摩擦を低減することができ、操舵フィーリングの向上を図ることができる。また、潤滑剤の循環が良好に行われるため、ウォーム１１およびウォームホイール１２の噛み合いにより発生する熱が速やかに拡散され、寿命低下をより一層防止できる。また、潤滑剤循環溝５４をウォームホイールの両側面５１，５２に設けることで、ウォームホイール１２がその回転方向の何れに回転した場合でも、上記の各効果を奏することができる。
【００２９】
さらに、比較的短い間隔を隔てた歯底部５３同士を、対応する潤滑剤循環溝５４を介して連通している。これにより、ウォームホイール１２の回転動作が所定の範囲内（例えば±９０°）で行われた場合でも、潤滑剤の循環が良好に行われ、噛み合い部分Ｅに潤滑剤を潤沢に供給できる。
また、隙間Ｂを２ｍｍ以下にすることで、潤滑剤循環溝５４に潤滑剤を送り込み易くすることができる。さらにまた、ウォームホイール１２の両側面５１，５２に潤滑剤循環溝５４を設ける簡易な構成により、車室内での騒音をコスト安価に低減することができる。
【００３０】
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、図３および図４に示す潤滑剤循環溝５４に代えて、図５に示す潤滑剤循環溝６０を、ウォームホイール１２の両側面５１，５２に設けても良い。本実施の形態において、図３および図４に示す実施の形態と異なるのは、各潤滑剤循環溝６０がそれぞれ、３箇所の歯底部５３を連通させている点である。各潤滑剤循環溝６０の周方向中間部から、潤滑剤循環溝６０の一端５５および他端５６に挟まれた歯底部５３に向けて溝がさらに形成されている。
【００３１】
本実施の形態においても、図３および図４に示す実施の形態と同様の効果を奏することができる。さらに、上記実施の形態に比べて、潤滑剤循環溝６０を介してより多数の歯底部５３に潤滑剤を送ることができる。
上記各実施の形態において、各潤滑剤循環溝５４，６０は、ウォームホイール１２の合成樹脂部材１２ｂの側面５１，５２の一部のみに形成されていても良い。また、各潤滑剤循環溝５４，６０のカーブをより滑らかにすることで、各潤滑剤循環溝５４，６０内の潤滑剤の移動をよりスムーズなものとすることができる。さらに、各潤滑剤循環溝５４，６０の隣接する溝同士を連通させても良い。
【００３２】
また、本発明の減速機を電動式動力舵取装置以外の装置の一般の減速機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動式動力舵取装置の概略断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】ウォームホイールの合成樹脂部材の一部拡大斜視図である。
【図４】図２の噛み合い領域の拡大部分断面図である。
【図５】本発明の別の実施の形態に係るウォームホイールの合成樹脂部材の一部拡大斜視図である。
【符号の説明】
５ハウジング
１１ウォーム
１２ウォ−ムホイール
５０減速機
５１側面
５２側面
５３歯底部
５４潤滑剤循環溝
６０潤滑剤循環溝
Ａ噛み合い領域
Ｂ隙間
θ 中心角

Claims

ウォームおよびウォームホイールの少なくとも噛み合い領域に潤滑剤が充填され、ウォームホイールの少なくとも一方の側面にウォームホイールの歯底部間を連通する潤滑剤循環溝が複数設けられたことを特徴とする減速機。
請求項１において、上記ウォームホイールの周方向に所定の間隔を隔てた歯底部同士が対応する潤滑剤循環溝を介して連通され、上記所定の間隔はウォームホイールの中心角で１０〜９０度の範囲に相当することを特徴とする減速機。
請求項１または２において、ウォームおよびウォームホイールを収容するハウジングをさらに備え、少なくとも噛み合い領域におけるウォームおよびウォームホイールと上記ハウジングとの隙間を２ｍｍ以下にすることを特徴とする減速機。
請求項１，２または３に記載の減速機を備える電動式動力舵取装置。