JP2011515627A - 軸方向弾性軸受を有するはすば歯車装置及びこれを装備する電動パワーステアリング - Google Patents

Abstract

歯車装置のハウジングの中に配置され、はすば歯車、特にウォーム歯車とかみ合う、電気駆動モータの駆動軸と連結可能なはすばピニオン、特にウォーム（１）を有し、はすばピニオン又はウォーム（１）が半径方向及び軸方向に支承されており、はすばピニオン又はウォーム（１）の軸方向支承のために、玉（２）を備えた軸受を含み、上記軸受が少なくとも１個の弾性部材（５）によって軸方向に固定されている電動パワーステアリングのためのはすば歯車装置、特にウォーム歯車装置（Ｇ）が提案される。このように設計されたはすば歯車装置又はウォーム歯車装置（Ｇ）によって、はすばピニオン又はウォームの自在支承のための特殊な自在軸受又は自動調心軸受の使用を廃止することができる。はすばピニオン又はウォームの軸方向支承は、例えばばね力をとりわけ調整ねじ（６）で調整できるばね（５）によって比較的簡単かつ安価に実現することができる。全体として、こうして低騒音のはすば歯車装置又はウォーム歯車装置の、製造が安価に、組立が簡単に行える構造が生まれる。

Description

本発明は請求項１の上位概念に基づくはすば歯車装置、特にウォーム歯車装置及び副次的請求項の上位概念に基づく、これを装備する電動パワーステアリングに関する。

電動パワーステアリングで使用するためのウォーム歯車装置として構成された上記類別に基づくはすば歯車装置はドイツ特許公開ＤＥ１０１６１７１５Ａ１により公知である。そこに記載された歯車装置はハウジングの中に配置され、ウォームとウォーム歯車を有し、ウォームは電気駆動モータの軸受に支えられた駆動軸と、クラッチを介して連結されている。そこに示された構造ではウォームは回転軸に対して垂直に旋回可能であり、自在又は自動調心軸受に支えられており、それによって歯車装置の全寿命のあいだバックラッシを一定に保つことができる。このためにウォームには半径方向に予圧力が働き、ウォーム歯車又ははすば歯車の歯に対して永久的に押し付けられる。ところがこのような公知の構造で、自在又は自動調心軸受が激しい騒音放出の原因となることがわかった。さらには、歯車装置の回転方向の変動又は負荷の変動の結果、現存するバックラッシと相俟って、はすばピニオン又はウォームの歯面とはすば歯車又はウォーム歯車の歯面がぶつかり合って衝撃騒音を引き起こすことになる。それでも組立の際にあまりに小さなバックラッシをセットすべきでない。それは歯車装置の効率と摩耗に対して否定的な影響があるからである。しかもそれによって例えばパワーステアリングのフィードバック性能が悪化し、またこのことによって運転者の操舵感覚が悪化する可能性がある。

そこで本発明の根底にあるのは、簡単かつ安価に実現される解決策によって上記の欠点を克服するという課題である。特に回転方向の変動の際のバックラッシに基づく衝突騒音が著しく減少したはすば歯車装置を提案しなければならない。またこれを装備するパワーステアリングを提案しなければならない。

この課題は請求項１の特徴を有するはすば歯車装置及び副次的請求項の特徴を有するパワーステアリングによって解決される。はすば歯車装置はウォーム歯車装置として設計することができる。

それによれば、はすば歯車装置がはすばピニオンの軸方向支承のために、少なくとも１個の弾性部材によって軸方向に固定された玉軸受を含むことを特徴とする電動パワーステアリング用のはすば歯車装置又はウォーム歯車装置が提案される。弾性部材はとりわけばねとして形成することができる。

このように設計されたはすば歯車装置又はウォーム歯車装置によって、はすばピニオン又はウォームの自在支承のための特殊な自在軸受又は自動調心軸受の使用をまったく廃止することさえできる。はすばピニオン又はウォームの軸方向支承は、例えば調整ねじでばね力を調整できるばねによって比較的簡単かつ安価に実現することができる。全体としてこうして低騒音のはすば歯車装置又はウォーム歯車装置の、製造を安価に、組立を簡単に行える構造が生じる。

発明の有利な改良と改善策が、従属請求項及び以下で添付の概略図に基づき説明する実施例により明かである。

本発明に基づくウォーム歯車装置の第１の実施例の横断面図を示す。 図１のウォーム歯車装置のウォームの支承の詳細図を示す。 図１のウォーム歯車装置のウォームの支承の詳細図を示す。 図１のウォーム歯車装置のウォームの支承の詳細図を示す。 ウォームの支承のための別の実施例の詳細図を示す。 ウォームの支承のための別の実施例の詳細図を示す。 ウォームの支承のための別の実施例の詳細図を示す。 ２つの玉列によるウォームの支承のための別の実施例の詳細図を示す。 ２つの玉列によるウォームの支承のための別の実施例の詳細図を示す。 ２つの玉列によるウォームの支承のための別の実施例の詳細図を示す。

図１及び図２ａ〜図２ｃに示す第１の実施形態は、ウォーム１が玉２を備えた軸受によって軸方向ｘに弾支された、本発明に基づき形成されたウォーム歯車装置Ｇを例示する。しかし本発明は特にウォーム歯車装置に限定されるものでなく、一般にあらゆる種類のはすば歯車装置に適用することができる。

この図で分かるように、はすば又はウォーム歯車装置Ｇは電気駆動モータの駆動軸と連結することができるウォーム１を有する。ウォーム１は歯車装置のハウジングの中に配置され、ウォーム歯車とかみ合う。特に負荷変動の際に誘起される歯面衝突騒音を減少するために、駆動軸と連結されるウォーム端部に弾性支承が設けられ、ウォーム１に対して軸方向ｘに予圧力を働かせる。

ウォーム１の軸方向支承はおおむね玉（ボール）２で実現される軸受によって得られ、軸受は弾性部材、この場合はばね５によって軸方向ｘに固定されている。ばね５は軸方向に移動可能な軌道輪４に作用し、一方、軌道輪４は図示の玉軸受（ボールベアリング）の一部であり、玉を軸方向にも半径方向にも支える。これと相対して、移動不能な軌道輪３が配置され、機枠に固定して歯車装置Ｇのハウジングと連結されている。玉２は２つの軌道輪３及び４によって外側を支えられる。内側では玉は、例えばウォームに直接形成された軌道８の中で転動する。

軌道８は対称にも非対称にも形成することができ、その場合特性曲線「ウォームの軸方向動程対軸方向力」は２つの運動方向ｘ又は−ｘでとりわけ同一でなければならない。軌道８及び２つの軌道輪３及び４の軌道の勾配の経過は、歯車装置Ｇの使用時にそのとき発生する半径方向力が支点で確実に伝達され、ウォーム１が半径方向に、即ちｙ方向に移動しないように設計することが好ましい。それが不可能ならば、半径方向力を補助遊動軸受１０により伝達しなければならない。この支承の機能を特に図２ａ〜図２ｃに基づいて詳しく説明する。

図２ａは、補償すべき軸方向力が差当たりウォーム１に作用しない状態を示す。玉２は設けられた軌道８の中央で転動し、その際機枠に固定された軌道輪３とウォーム１の端面との間に第１の間隔ｓが生じる。また玉２によって決まる直径ＫＬが生じる。ここでウォーム１に軸方向力を働かせると、この力は、図２ｂ又は図２ｃに示すように、循環軌道８の中の玉２を縁端区域寄りに移動させる。

図２ｂは、正の力がｘ方向に働き、このため玉２が軌道８の左側の縁端区域に衝突し、この軌道８の形状に従って左上へ持ち上げられる状況を示す。それによって軌道８の有効直径ＫＬが拡大し、間隔ｓが縮小する。一方、このことはばね部材５の圧縮をもたらし、それによってばね部材５はウォームの偏り又は変位に対抗して働く復元力を生じる。

図２ｃには、逆向きの力が働き、ウォーム１の左への移動を引き起こす同様の状況が示されている。またこの移動は軌道８の内部で玉２の持ち上がりと、弾性部材又はばね５の偏りをもたらし、一方、ばね５は逆向きの復元力を生じる。全体として、こうして軸方向に働く弾性部材又はばね５によって、現れるウォーム１１の移動に対抗して働く復元力がそれぞれ生じる。

ウォーム１のこのような弾性支承によって、有害な騒音が大幅に減少される。在来の歯車装置では負荷方向の変動の際にバックラッシの結果、ウォーム１とウォーム歯車の歯面が互いにぶつかり合い、比較的高い騒音放出を引き起こす。ここで提案する本発明の構造によって、このような場合にウォーム１がばね５のばね力に逆らって移動させられ、こうして衝突エネルギー（運動エネルギー）が弾性エネルギー（位置エネルギー）に変換され、その結果衝突の強さの著しい減少と騒音の減少が生じる。

ウォーム１の軸方向変位ｄｘは特性曲線「ウォームの軸方向動程対軸方向力」及び歯車装置Ｇでそのとき生じる歯の力に依存する。軌道８の特殊な設計によって、騒音の発生のないウォーム１の軸方向変位が可能である。これは玉軸受の内輪９の設計（図３ａ及び図３ｃを参照）によっても可能である。

ウォーム１が軸方向に移動させられると、玉２はその軌道直径を変化し、移動可能な軌道輪４は機枠に固定した軌道輪３に対して相対的にｘ方向に移動させられる。軌道輪４のこの移動によって、これと接触するばね５が緊圧される。力の釣り合いが現れると、ウォームの軸方向移動が終わる。歯の力が減少すると、ウォーム１は自動的に再び初期位置に逆動する。

例えば調整ねじ６として形成された調整手段によって、すでに歯車装置Ｇの組立のときに、所望の特性曲線が生じるようにばね５を最適に予備調整又は予圧することができる。特性曲線は概ね、ばね５のばね特性曲線、軌道８及び軌道輪３の軌道の形状設計、並びに場合によっては存在する玉軸受保持器の弾性によって決まる。

玉２は、必ずというわけではないが、玉軸受保持器によって固定することができる。その場合は、玉軸受保持器を周方向に弾性的に形成することができる。代案として、玉軸受保持器がその形状に基づき、玉２をロックすることなく軌道直径の変化を許すようにすることができる。玉軸受保持器のための材料として、とりわけ金属又はプラスチックを使用することができる。

図３ａ〜図３ｃに別の実施例を示す。その場合図３ａ及び図３ｃは、玉が玉軸受内輪９の中で転動する実施形態をそれぞれ示す。図３ｂ及び図３ｃは、ウォームがさらに半径方向支承を有する実施形態をそれぞれ示す。半径方向支承はとりわけ上記の弾性軸方向軸受に直接並置される遊動軸受１０によって実現される。この半径方向遊動軸受１０は、使用時に発生する半径方向力を支点で完全かつ確実に伝達させることが、特に軌道の勾配の経過及び弾性部材５の特性曲線の経過の関係上、十分にできない場合に特に有意義である。このような場合に補助遊動軸受１０は、ウォーム１が半径方向に移動しないことを保証することができる。

ウォームの軸方向及び半径方向支承が２つの玉列によって形成された別の実施形態が図４ａ〜図４ｃに示されている。その場合弾性部材５はとりわけ２つの玉循環路の間に配置されている。この場合軌道８は少なくとも２つの玉循環路をその中に配置できるような幅に形成されている。図４ｂ及び図４ｃが詳しく示すように、ウォームの変位の結果、２つの玉循環路のそれぞれ一方だけが偏らされ、それ対応して逆向きの復元力を弾性部材５に生じる。この実施形態は特に低騒音であることが証明された。

Ｇ ウォーム歯車装置の形のはすば歯車装置
１ ウオームの形のはすばピニオン
２ 玉軸受の玉
３ 機枠に固定された第１の軌道輪
４ 移動可能な第２の軌道輪
５ ばねの形の弾性部材
６ 調整ねじ
７ 遊動軸受
８ 軌道
９ 玉軸受内輪
１０ 補助遊動軸受
ｓ 間隔
ｄｘ 軸方向変位
ΦＫＬ 軌道の直径
ｄΦ 直径の変化

Claims (16)

1. はすば歯車装置（Ｇ）が、歯車装置のハウジングの中に配置され、はすば歯車とかみ合う、電気駆動モータの駆動軸と連結可能なはすばピニオン（１）を有し、はすばピニオン（１）が半径方向及び軸方向に支承されている、電動パワーステアリングのためのはすば歯車装置（Ｇ）において、
   はすば歯車装置（Ｇ）がはすばピニオン（１）の軸方向支承のために玉（２）を備えた軸受を含み、上記軸受が少なくとも１個の弾性部材（５）によって軸方向（ｘ）に固定されていることを特徴とするはすば歯車装置（Ｇ）。
2. はすば歯車装置がウォーム歯車装置（Ｇ）として形成されており、はすば歯車がウォーム歯車として形成され、はすばピニオンがウォーム歯車とかみ合うウォーム（１）として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
3. 弾性部材がばね（５）として形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
4. 玉（２）を備えた軸受が、軌道を備えた軸方向（ｘ）に移動可能な軌道輪（４）を有し、この軌道輪（４）に弾性部材（５）が作用することを特徴とする、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
5. 玉（２）を備えた軸受が、軌道を備えた軸方向（ｘ）に移動不能な軌道輪（３）を有することを特徴とする、上記請求項のいずれか１つに記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
6. 弾性部材（５）によって発生される軸方向復元力が調整手段、特に調整ねじ（６）によって変更可能であることを特徴とする、上記請求項のいずれか１つに記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
7. はすば歯車装置（Ｇ）が玉（２）のために、特にはすばピニオン又はウォーム（１）に形成された、少なくとも１つの軌道（８）を有することを特徴とする、上記請求項のいずれか１つに記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
8. 少なくとも１つの軌道（８）が、玉軸受の内輪（９）の軌道として形成されていることを特徴とする、請求項７に記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
9. 少なくとも１つの軌道（８）が、少なくとも２つの玉列のための軌道として形成されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
10. 弾性部材（５）が、多列形玉軸受の玉循環路の間に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
11. はすば歯車装置（Ｇ）が、ウォーム（１）の軸方向支承ための玉（２）を備えた軸受の他に、さらにウォーム（１）の半径方向支承のための少なくとも１個の軸受、特に少なくとも１個の遊動軸受（７、１０）を有することを特徴とする、上記請求項のいずれか１つに記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
12. ウォーム（１）の半径方向支承ための軸受（１０）の少なくとも１つが、ウォーム（１）の軸方向支承のための軸受に直接並列して配置されていることを特徴とする、上記請求項のいずれか１つに記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
13. 玉（２）が、特に金属又はプラスチック製の、少なくとも１個の玉軸受保持器に納められていることを特徴とする、上記請求項のいずれか１つに記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
14. 少なくとも１個の玉軸受保持器が、周方向に弾性を有するように設計されていることを特徴とする、請求項１３に記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
15. 少なくとも１個の玉軸受保持器が、玉（２）の軌道直径の変化を許すように設計されていることを特徴とする請求項１３に記載のはすば歯車装置（Ｇ）。
16. 歯車装置のハウジングの中に配置され、はすば歯車、特にウォーム歯車とかみ合う、電気駆動モータの駆動軸と連結可能なはすばピニオン、特にウォーム（１）を有し、はすばピニオン又はウォーム（１）が半径方向及び軸方向に支承されているはすば歯車装置、特にウォーム歯車装置（Ｇ）を設けた自動車用電動パワーステアリングにおいて、はすば歯車装置（Ｇ）がはすばピニオン又はウォーム（１）の軸方向支承のために、玉（２）を備えた軸受を含み、上記軸受が少なくとも１個の弾性部材（５）により軸方向（ｘ）に固定されていることを特徴とする電動パワーステアリング。

Images