JP2006275282A - 歯付ベルト伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーボ式ステアリング装置の歯付ベルト伝動装置に、簡単に実施できる効果的な騒音減衰処置を施す。
【解決手段】第１および第２歯付プーリー３，４に対して、歯付ベルト２がかみ合わされている構造の歯付ベルト伝動装置１である。この伝動装置１は、次のうち少なくとも１つの構成を備えている。まず、歯付プーリー３と歯付ベルト２との間にピッチ差が存在する。次に、歯付プーリー３が斜歯を有し、歯付ベルト２が直歯を有する。また、歯付プーリー３が歯付ベルト２と同じか僅かに異なる傾斜角を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯付プーリーにかみ合わされた歯付ベルトを利用している、特に車両のサーボ式ステアリング装置の歯付ベルト伝動装置に関する。

特許文献１において、車両の電気サーボ式ステアリング装置の歯付ベルト伝動装置が理解できる。その電気サーボモータのモータ軸は第１歯付プーリーを有している。第２歯付プーリーは、例えばボール循環ナットのような伝動装置に固く結合され、そのボール循環ナットは、その回転運動をスピンドルに、従って、伝動装置の変位可能な構成要素の調整運動に伝達するために使われる。車両の車輪は公知のように、その舵取り角を調整するために、センタリンクおよび車輪ナックルアームで、変位可能な構成要素に連動接続されている。歯付ベルトはその歯付プーリーにぴったり合った形状で、第１および第２歯付プーリーに巻き掛けられ、サーボモータのモータ軸のトルクおよび回転数を、伝動装置に遊びなしにかみ合い結合で伝達するために用いられる。

そのような歯付ベルト伝動装置の騒音発生は最低にされていない。

特許文献２は、歯付ベルト伝動装置の設計者に、伝達可能な荷重が最大にされ、あるいは、歯付ベルトの運転騒音が歯末の形状の適当な選択によって低減されるようにするために、歯付ベルトの歯元の面の幾何パラメータあるいは幾分丸められた歯末の面のような歯付ベルトの歯形状についての設計基準を提供している。騒音を低減するために、歯付ベルト歯の歯末の面を丸めることが提案されている。

特許文献３に、摩耗が少なく騒音発生が小さい歯付ベルトおよび歯付ベルト伝動装置が記載されている。その歯付ベルトは、その歯ピッチが標準歯車の歯に合わされている歯形によって特徴づけられている。また、その歯付ベルトの歯の全歯たけは、歯付ベルトの歯がプーリーのピッチ円直径を越えて半径方向内側にプーリーの歯溝の中に延びるように決定されている。これによって、プーリーが歯付ベルトと転がり運動で係脱することが達成され、それに伴って、摩擦が小さくなり、摩耗が減少される。歯付プーリーとして標準歯車を利用する場合、歯付ベルトのプーリーへの係脱時における転がり運動が可能となる。これによって、摩耗が小さくなり、騒音発生が最低にされる。

非特許文献１では、歯付ベルト伝動装置において予測される騒音原因およびその原因についての重大原因と軽微原因への区分けの系統的研究が取り上げられている。音響発生が多くの設計・運転パラメータに関係して研究された。非特許文献１では、歯付プーリーの回転数およびベルト幅が歯付伝動装置の設計・運転パラメータの他のあらゆる影響を上回っていることを証明している。その場合、歯付ベルト幅が、音響エネルギが発せられる周波数帯域を決定する。ベルト幅が増大すればするほど、周波数は低下する。歯付ベルト伝動装置の運転騒音の原因として、歯のかみ合い衝突、歯付ベルト横振れ、かみ合う歯溝からの空気の流出、回転数、ベルト速度、および歯かみ合い周波数が挙げられる。音響発生要因としてのベルト共振以外を十分に排除できるベルト自由部分長に比べて、明らかに高いレベルは歯付プーリーで測定される。

ベルト入り込み時にすぐに標準的レベルが生じ、その際、歯付ベルトの駆動側と従動側との間に顕著な差は存在しない。歯付ベルト騒音は大部分が、駆動歯付プーリーの歯かみ合い時における歯付ベルトのプーリーへの衝撃によって引き起こされるが、固体伝送音によっても引き起こされることが、新たな研究によって証明された。その場合、歯元の面の摩擦が減衰作用をする。

歯付ベルトの衝突騒音は多角形効果によって説明される。歯付ベルトおよび歯付プーリーの接触は、歯形によって幾何学的接点において周期的に中断され、これによって、歯付ベルトと歯付プーリーとの相対速度の半径方向成分が生ずる。歯かみ合い時に、歯付ベルトは歯付プーリーの回転軸線に向かう下降運動を有し、歯付プーリーにおける歯は、半径方向において歯付プーリーの回転軸線から上昇運動を有する。衝突速度は歯付ベルトと歯付プーリーとの半径方向速度間のベクトル差である。その衝突速度は回転数とピッチに関係し、これに対して、利用される歯付プーリーの歯数および大きさには、ほとんど無関係である。

歯付ベルト伝動装置における特殊性は、ベルト入り込み時に歯溝に封じ込まれた空気を共振振動させる歯かみ合い周波数の高調波にある。歯における空気体積の空洞体共振は、歯かみ合い場所において高いレベルで、空気音として直接発せられる。衝撃の減衰によって、あるいは空洞体構造が流入する空気に対抗する処置によって、かなりの音位減少が達成される。効果的な騒音低下処置として、非特許文献１に、歯付ベルトの縦溝および歯付ベルト走行面上における軟らかい歯付ベルト覆い織物ないしポリアミド覆い織物の利用が提案されている。
独国特許出願公開第１００５２２７５号明細書 独国特許第３１４６９７５号明細書 独国特許出願公開第１９８３６８９７号明細書 フォルトシュリット−ベリヒテ（Fortschritt-Berichte） ＶＤＩ Ｎｏ．１３６に掲載のＵ．ヤンセン、ＴＵ アアヒェン共著の論文「ゲロウシュフェアハルテン ウント ゲロウシュミンデルング フォン ツァーンリーメントリーベン（Gerauschverhalten und Gerauschminderung von Zahnriementrieben）

本発明の課題は、歯付ベルト伝動装置における簡単に実施できる効果的な騒音減衰処置を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する歯付ベルト伝動装置によって解決される。すなわち、歯付ベルトと少なくとも１つの第１歯付プーリーとを備えた歯付ベルト伝動装置が作られ、そのピッチ差が、歯付プーリーが歯付ベルトと異なるピッチ、好適には、僅かに異なるピッチを有し、および／又は、歯付プーリーが斜（はす）歯を、且つ歯付ベルトが直（すぐ）歯を有し、および／又は、歯付プーリーの歯が歯付ベルトの歯の傾斜角と同じか僅かに異なる、ことにより形成される。これによって、歯付プーリーの歯溝に歯付ベルトが入り込む際に空気が押し出され、それに伴って、空気体積の空洞体共振が生ずることが防止され、且つ、歯付ベルトにおける異なる非対称的および／又は交互の引張り応力分布が生じさせられ、これによって、その騒音発生に関する歯付ベルトの共振挙動が効果的に影響され、固体伝送音が最低にされる。そのピッチとは、転がり円上における直近の２つの歯元面の間隔であり、歯付プーリーおよび歯付ベルトにおけるピッチの差は、歯付ベルトの僅かな長さ公差によっても形成できる。はすば歯車ないし歯付プーリーの傾斜角とは、うず巻線への接線が接触点において母線と成す鋭角である。

歯付ベルトの歯は、本発明で提案された個々の各構造的処置を実施する際、および騒音を減少するための提案されたすべての構造的処置においても、その歯元の面が半径方向だけでなく、歯付プーリーの軸方向にも歯付プーリーの歯元の面上を走り、あるいは、歯付プーリーおよび歯付ベルトの斜歯の場合のように、複数の歯が当たる。これによって、かみ合い歯パートナーの歯元の面のやさしく擦り合った当たりのほかに、歯付プーリーの軸方向に歯付プーリーの歯溝から空気が逃げることができ、このために、空洞体共振が減少される。また、引張り応力分布は歯付ベルト幅について非対称および／又は交互となる。このようにして、歯付ベルトの共振発生は、歯付ベルト伝動装置の運転騒音への影響を最低にする。

本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

歯付ベルト伝動装置の運転中における歯付ベルトの幅にわたる不均一な、好適には、交互の引張り応力分布を可能にするために、それぞれ歯付ベルトが巻き掛けられている第１歯付プーリーおよび第２歯付プーリーの軸線は、（僅かにずれた軸平行の意味で）互いに傾斜されている。第１および第２の両歯付プーリーの軸線が互いに成している鋭角は、歯付ベルト伝動装置の特に有利な実施態様において、約０．２°〜０．５°である。

所望の歯かみ合い状態および／又は歯付ベルトにおける所望の応力分布を、直歯が付けられた歯付プーリー上を回転する歯付ベルトの、特に僅かな斜歯によって生じさせることが目的に適っている。第１歯付プーリーの傾斜角は第２歯付プーリーの傾斜角と正反対にされるか、あるいは同じにされる。歯付ベルト伝動装置の上述した本発明に基づく特徴の１つないし複数を組み合わせることによって、歯付ベルトにおける歯形状は凸状歯形、あるいは半円形ないし放物曲線形に選択される。歯付プーリーの歯溝への歯付ベルト歯のやさしい入り込みは、歯付ベルトの背面における歯によっても生じさせられる。歯付ベルトを軸方向に支持するために、少なくとも１つの歯付プーリーに、当て板ないしフランジ板を、好適には、歯付プーリーと一体に配置すること、あるいはサーボモータのモータ軸の歯付プーリーの両側に当て板を配置することを推奨する。

上述の歯付ベルト伝動装置は、サーボ式ステアリング装置の利用に適している。その場合、歯付プーリーは、好適には、ボール循環式伝動装置のボール循環ナットを駆動する。そのボール循環式伝動装置は、車両の舵取り車輪に結合された変位可能な構成要素をその舵取り角調整のために駆動する。この歯付ベルト伝動装置は、好適には、乗用車ないし軽量商用車の電気サーボ式ステアリング装置の一部である。

以下図に示した実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。
図１には、電気サーボ（電動アシスト）式ステアリング装置８が縦断面図で示されている。そのステアリング装置８は主にボール循環ナット１２付きのボール循環伝動装置１１から成り、そのボール循環ナット１２はねじ付きスピンドル１０として形成された変位可能な構成要素９の周りを回転可能に配置されている。ねじ付きスピンドル１０は、ボール循環ナット１２の回転時、軸方向に移動される。これによって、車両の１つないし複数の舵取り車輪が揺動される。軸方向に固定支持されたボール循環ナット１２上に、第２歯付プーリー４が固定されている。この第２歯付プーリー４は、歯付ベルト２を介して、歯付ベルト伝動装置１の第１歯付プーリー３に対して、滑りなしにかみ合い結合されている。その第１歯付プーリー３は、電気サーボモータ７のモータ軸３上に固定して置かれている。第１および第２歯付プーリー３，４と歯付ベルト２が、歯付ベルト伝動装置１を形成している。

第２歯付プーリー４の軸線６は、変位可能な構成要素９およびねじ付きスピンドル１０の軸線と一致している。図示の実施形態において、第１歯付プーリー３の軸線５は、第２歯付プーリー４の軸線６に対して平行に延びているが、第２歯付プーリー４の軸線６と約０．２°〜０．５°の小さな角度を成して傾斜して配置することもできる。第１歯付プーリー３および第２歯付プーリー４のピッチｐは、歯付ベルト２のピッチに対して僅かに、例えば０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍだけ異なる。これによって、歯付ベルト２の歯が、歯付プーリー３、４の歯溝に減衰されてやさしく入り込み、従って、歯付ベルト伝動装置１の騒音が低下される。

車両の歯付ベルト伝動装置を備えたボール循環伝動装置の概略縦断面図。

符号の説明

１ 歯付ベルト伝動装置
２ 歯付ベルト
３ 第１歯付プーリー
４ 第２歯付プーリー
５ 軸線
６ 軸線
７ サーボモータ
８ ステアリング装置
９ 変位可能な構成要素
１０ ねじ付きスピンドル
１１ ボール循環伝動装置
１２ ボール循環ナット
１３ モータ軸
ｐ ピッチ

Claims (13)

1. 第１歯付プーリー（３）にかみ合わされた歯付ベルト（２）を利用している、特に車両のサーボ式ステアリング装置の歯付ベルト伝動装置において、
   以下のａ）、ｂ）およびｃ）のうち少なくとも１つの構成を備えていることを特徴とする歯付ベルト伝動装置：
   ａ）歯付プーリー（３）と歯付ベルト（２）との間にピッチ差が存在する；
   ｂ）歯付プーリー（３）が斜歯を有し、歯付ベルト（２）が直歯を有する；
   ｃ）歯付プーリー（３）が歯付ベルト（２）と同じか僅かに異なる傾斜角を有する。
2. 歯付ベルト（２）が第１歯付プーリー（３）および第２歯付プーリー（４）にかみ合わされ、第１および第２の両歯付プーリー（３、４）の軸線（５、６）が互いに傾斜している、ことを特徴とする請求項１記載の歯付ベルト伝動装置。
3. 第１および第２の両歯付プーリー（３、４）の軸線（５、６）が互いに、約０．２°〜０．５°の傾斜角を成している、ことを特徴とする請求項２記載の歯付ベルト伝動装置。
4. 歯付ベルト（２）が斜歯を付けられている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の歯付ベルト伝動装置。
5. 第１歯付プーリー（３）の傾斜角が第２歯付プーリー（４）の傾斜角と正反対になっている、ことを特徴とする請求項４記載の歯付ベルト伝動装置。
6. 歯付ベルト（２）が凸状歯形を有している、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の歯付ベルト伝動装置。
7. 歯形が半円形ないし放物曲線形をしている、ことを特徴とする請求項６記載の歯付ベルト伝動装置。
8. 歯付ベルト（２）の背面が直歯ないし斜歯を有している、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の歯付ベルト伝動装置。
9. 少なくとも１つの歯付プーリー（３、４）が少なくとも１つの突当て側板を有している、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の歯付ベルト伝動装置。
10. 歯付ベルト伝動装置（１）がサーボ式ステアリング装置（８）のサーボモータ（７）で駆動される、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の歯付ベルト伝動装置。
11. サーボモータ（７）が歯付ベルト伝動装置（１）を介して伝動装置の変位可能な構成要素（９）を駆動し、その変位可能な構成要素（９）が舵取り車輪に連動結合されている、ことを特徴とする請求項１０記載の歯付ベルト伝動装置。
12. 変位可能な構成要素（９）が、ボール循環式伝動装置（１１）を介して駆動されるねじ付きスピンドル（１０）であり、そのボール循環式伝動装置（１１）のボール循環ナット（１２）上に、歯付プーリー（３、４）が固定されている、ことを特徴とする請求項１１記載の歯付ベルト伝動装置。
13. 歯付ベルト伝動装置（１）が、乗用車ないし軽量商用車の電気サーボ式ステアリング装置の一部である、ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の歯付ベルト伝動装置。

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