JP2012057660A - Worm gear mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はウォームギヤ機構の改良技術に関する。 The present invention relates to an improved technique for a worm gear mechanism.
例えば、電動パワーステアリング装置に搭載されているウォームギヤ機構は、電動モータに連結されたウォームと、負荷に連結されたトルク伝達用のウォームホイールとによって構成されている。電動モータが発生したトルクは、ウォームからウォームホイールを介して負荷に伝達される。このようなウォームギヤ機構においては、ウォームの歯とウォームホイールの歯との間のバックラッシを低減する技術が開発されてきた(例えば、特許文献1参照。)。 For example, a worm gear mechanism mounted on an electric power steering apparatus includes a worm connected to an electric motor and a worm wheel for torque transmission connected to a load. Torque generated by the electric motor is transmitted from the worm to the load via the worm wheel. In such a worm gear mechanism, a technique for reducing backlash between worm teeth and worm wheel teeth has been developed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1で知られているウォームギヤ機構は、次の2つの技術のいずれかを採用することによって、バックラッシを低減している。 The worm gear mechanism known from Patent Document 1 uses one of the following two techniques to reduce backlash.
第1の技術は、ウォームを有しているウォーム軸をウォームホイールへ向かって変位可能とし、バネによりウォーム軸をウォームホイールへ向けて付勢することによって、バックラッシを低減するものである。しかし、第1の技術では、ウォーム軸が傾き動作をするので、ウォーム軸と電動モータの出力軸との連結構成に配慮を払う必要がある。 In the first technique, the worm shaft having a worm is displaceable toward the worm wheel, and the backlash is reduced by urging the worm shaft toward the worm wheel by a spring. However, in the first technique, since the worm shaft tilts, it is necessary to pay attention to the connection configuration between the worm shaft and the output shaft of the electric motor.
第2の技術は、ウォームホイールをウォーム軸へ向かって変位可能とし、付勢手段によりウォームホイールをウォーム軸へ向けて付勢することによって、バックラッシを低減するものである。付勢手段は、合成ゴムの弾性リングから成る。ウォームホイールは、弾性リングを介して回転軸に回転力の伝達が可能に嵌合されている。回転軸に対してウォームホイールの中心がウォーム軸側にオフセットすることにより、弾性リングは一部が圧縮される。この結果、弾性リングは弾性力によって、ウォームホイールをウォーム軸へ向けて付勢する In the second technique, the worm wheel is displaceable toward the worm shaft, and the backlash is reduced by urging the worm wheel toward the worm shaft by the urging means. The biasing means is made of a synthetic rubber elastic ring. The worm wheel is fitted to the rotary shaft through an elastic ring so that a rotational force can be transmitted. As the center of the worm wheel is offset toward the worm shaft with respect to the rotation shaft, the elastic ring is partially compressed. As a result, the elastic ring urges the worm wheel toward the worm shaft by the elastic force.
しかし、第2の技術では、弾性リングは、径方向へ弾性変位する他に、トルクを伝達する回転方向にも弾性変位してしまう。このため、トルクがウォームホイールから回転軸へ伝わるタイミングが若干遅れる、いわゆる時間遅れが発生し得る。例えば、電動パワーステアリング装置においては、ステアリングホイールを切り返し操舵したときの、弾性リングの追従性が課題となる。トルクをウォームホイールから回転軸へ時間遅れ無く迅速に且つ確実に伝えるためには、改良の余地がある。さらには、弾性リングの耐久性を高めるためにも、改良の余地がある。 However, in the second technique, the elastic ring is elastically displaced not only in the radial direction but also in the rotational direction in which torque is transmitted. For this reason, the timing at which the torque is transmitted from the worm wheel to the rotating shaft may be slightly delayed, so-called time delay may occur. For example, in an electric power steering device, the followability of an elastic ring becomes a problem when the steering wheel is steered back. In order to transmit the torque from the worm wheel to the rotating shaft quickly and reliably without time delay, there is room for improvement. Furthermore, there is room for improvement in order to increase the durability of the elastic ring.
本発明は、ウォームとウォームホイールとの間のバックラッシを抑制することができるとともに、ウォームから回転軸へトルクを迅速に且つ確実に伝えることができる技術を、提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing backlash between a worm and a worm wheel and transmitting torque from the worm to the rotating shaft quickly and reliably.
請求項1に係る発明では、ウォームと、このウォームに噛み合うウォームホイールと、からなるウォームギヤ機構であって、前記ウォームホイールは、回転軸に対して相対回転を規制して取り付けられる回転盤と、この回転盤の一方の面に対して一方が対面する中間盤と、この中間盤の他方の面に対して一方が対面する円形状のホイール本体と、前記回転盤と前記中間盤の互いに対向し合う面同士を連結する複数の第1ボールと、前記中間盤と前記ホイール本体の互いに対向し合う面同士を連結する複数の第2ボールと、からなり、前記回転盤と前記中間盤の互いに対向し合う面は、互いに対向しつつ前記回転軸の径方向へ直線状に延びる第1嵌合溝をそれぞれ有し、これらの第1嵌合溝に嵌合された前記複数の第1ボールによって、前記回転軸の径方向にのみ互いに連結され、前記中間盤と前記ホイール本体の互いに対向し合う面は、互いに対向しつつ前記回転軸の径方向へ直線状に延びる第2嵌合溝をそれぞれ有し、これらの第2嵌合溝に嵌合された前記複数の第2ボールによって、前記回転軸の径方向にのみ互いに連結され、前記第2嵌合溝は、前記第1嵌合溝に対して直交して位置しており、前記ホイール本体は、前記ウォームに噛み合う歯を外周面に有し、この歯が前記ウォームに噛み合う方向へ付勢部材によって付勢されていることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a worm gear mechanism comprising a worm and a worm wheel meshing with the worm, wherein the worm wheel is mounted on a rotating disk that is mounted with its relative rotation restricted with respect to a rotating shaft, An intermediate disk that faces one side of the rotating disk, a circular wheel body that faces the other surface of the intermediate disk, and the rotating disk and the intermediate disk face each other. A plurality of first balls for connecting the surfaces, and a plurality of second balls for connecting the mutually facing surfaces of the intermediate plate and the wheel body, the rotating plate and the intermediate plate facing each other. The mating surfaces each have a first fitting groove that extends linearly in the radial direction of the rotating shaft while facing each other, and the plurality of first balls fitted in these first fitting grooves, Times The surfaces of the intermediate plate and the wheel body facing each other only in the radial direction of the shaft have second fitting grooves extending linearly in the radial direction of the rotating shaft while facing each other, The plurality of second balls fitted in the second fitting grooves are connected to each other only in the radial direction of the rotating shaft, and the second fitting grooves are orthogonal to the first fitting grooves. The wheel body has teeth on the outer peripheral surface that mesh with the worm, and is biased by a biasing member in a direction that meshes with the worm.
請求項2に係る発明では、前記付勢部材は、前記ウォームホイールを収納するためのハウジングと、前記ホイール本体と、の間に設けられていることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that the biasing member is provided between a housing for housing the worm wheel and the wheel body.
請求項3に係る発明では、前記ホイール本体は、前記回転軸を貫通する貫通孔を有し、前記付勢部材は、前記回転軸と前記貫通孔との間に介在した弾性体から成ることを特徴とする。 In the invention according to claim 3, the wheel main body has a through hole penetrating the rotating shaft, and the urging member is made of an elastic body interposed between the rotating shaft and the through hole. Features.
請求項1に係る発明では、オルダム継手のメカニズムを応用して、回転盤と中間盤とホイール本体と第1及び第2ボールとを組み合わせている。オルダム継手とは、第1の軸の回転を、この第1の軸と同一中心線上にはなく且つ第1の軸と平行な第2の軸に、そのまま伝達することが可能な継手のことである。このような構成とすることにより、ホイール本体は回転軸に対し、回転軸の「径方向」にのみ相対移動可能で且つ回転軸の「回転方向」には相対回転が規制されて、連結されている。つまり、ホイール本体は回転軸に対し、回転軸の径方向への変化に対しては柔軟性があり、回転軸の回転方向に対しては堅固に連結された状態にある。このため、回転軸の軸心に対してウォームホイールの回転中心が相違している場合であっても、ホイール本体から回転軸にトルクを確実に伝達することが可能である。 In the invention which concerns on Claim 1, the mechanism of an Oldham coupling is applied and the rotary disk, the intermediate disk, the wheel main body, and the 1st and 2nd ball | bowl are combined. The Oldham joint is a joint that can transmit the rotation of the first shaft as it is to the second shaft that is not on the same center line as the first shaft and is parallel to the first shaft. is there. By adopting such a configuration, the wheel body can be moved relative to the rotating shaft only in the “radial direction” of the rotating shaft, and the relative rotation is restricted and connected to the “rotating direction” of the rotating shaft. Yes. In other words, the wheel body is flexible with respect to the rotation axis in the radial direction of the rotation axis, and is firmly connected to the rotation direction of the rotation axis. For this reason, even if the rotation center of the worm wheel is different from the axis of the rotation shaft, torque can be reliably transmitted from the wheel body to the rotation shaft.
さらに、ホイール本体は、外周面に有している歯が、ウォームに噛み合う方向へ付勢部材によって付勢されている。つまり、ホイール本体には、回転軸の径方向へ移動するように付勢力が作用している。これに対し、ホイール本体は回転軸に対し、この回転軸の径方向に相対移動可能である。従って、付勢力によって、ホイール本体の歯はウォームの歯に常に押し付けられている。ウォームの歯とホイール本体の歯とは、常にバックラッシを有することなく、良好な噛み合い状態を維持することができる。 Further, the wheel main body is urged by the urging member in a direction in which teeth on the outer peripheral surface mesh with the worm. In other words, the urging force acts on the wheel body so as to move in the radial direction of the rotation shaft. On the other hand, the wheel body is movable relative to the rotation axis in the radial direction of the rotation axis. Therefore, the teeth of the wheel body are always pressed against the teeth of the worm by the biasing force. The teeth of the worm and the teeth of the wheel body can always maintain a good meshing state without having backlash.
一方、回転軸の回転方向に対しては、ホイール本体が回転軸に堅固に連結され、つまり、回転軸の回転方向に相対回転が規制されている。このため、ウォームからホイール本体へ伝わったトルクを、ホイール本体から回転軸へ時間遅れ無く迅速に且つ確実に伝えることができる。例えば、負荷を制御するために刻々と変化する制御トルクを、ウォームから回転軸へ伝達する場合に、ホイール本体から回転軸へ制御トルクを伝達するときの、時間遅れが無い。従って、負荷を制御する制御性が高まる。 On the other hand, with respect to the rotation direction of the rotation shaft, the wheel body is firmly connected to the rotation shaft, that is, relative rotation is restricted in the rotation direction of the rotation shaft. For this reason, the torque transmitted from the worm to the wheel body can be transmitted quickly and reliably from the wheel body to the rotating shaft without time delay. For example, when a control torque that changes every moment for controlling the load is transmitted from the worm to the rotating shaft, there is no time delay when the control torque is transmitted from the wheel body to the rotating shaft. Therefore, the controllability for controlling the load is enhanced.
このように、ウォームとウォームホイールとの間のバックラッシを抑制することができるとともに、ウォームから回転軸へトルクを迅速に且つ確実に伝えることができる。 Thus, backlash between the worm and the worm wheel can be suppressed, and torque can be transmitted quickly and reliably from the worm to the rotating shaft.
さらに請求項1は、ホイール本体をウォームに噛み合う方向へ付勢している。このため従来技術の、ウォーム及びウォーム軸を、ホイール本体に噛み合う方向へ付勢する場合のように、ウォームを駆動するための電動モータ等の動力源の軸とウォーム軸との、連結構成に配慮を払う必要がない。 Further, according to the first aspect of the present invention, the wheel body is urged in a direction to engage with the worm. For this reason, consideration is given to the connection configuration between the shaft of the power source such as an electric motor for driving the worm and the worm shaft, as in the case of urging the worm and the worm shaft in the direction of meshing with the wheel body. No need to pay.
請求項2に係る発明では、付勢部材が、ウォームホイールを収納するためのハウジングとホイール本体との間に設けられている。このため、付勢部材の構成を簡単にすることができる。 In the invention according to claim 2, the urging member is provided between the housing for housing the worm wheel and the wheel body. For this reason, the structure of a biasing member can be simplified.
請求項3に係る発明では、ホイール本体の貫通孔と回転軸との間に介在した弾性体により、ホイール本体をウォームに噛み合う方向へ付勢している。このため、付勢部材の構成を簡単にすることができる。しかも、ホイール本体は、回転軸に対する回転方向への相対回転が規制されている。このため、回転軸及びホイール本体が回転した場合に、弾性体にはトルクが作用しない。つまり、弾性体は、ホイール本体をウォームに噛み合う方向へ付勢する機能だけを有していればよく、耐久性を高めることができる。しかも、ウォームからホイール本体へ伝わったトルクを、ホイール本体から回転軸へ時間遅れ無く迅速に且つ確実に伝えることができる。 In the invention which concerns on Claim 3, the wheel main body is urged | biased in the direction which meshes with a worm | warm by the elastic body interposed between the through-hole of the wheel main body, and the rotating shaft. For this reason, the structure of a biasing member can be simplified. In addition, the wheel body is restricted from rotating relative to the rotation axis in the rotation direction. For this reason, when the rotating shaft and the wheel body rotate, no torque acts on the elastic body. That is, the elastic body only needs to have a function of urging the wheel body in the direction of meshing with the worm, and durability can be improved. In addition, the torque transmitted from the worm to the wheel body can be transmitted quickly and reliably from the wheel body to the rotating shaft without time delay.
本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing this invention is demonstrated below based on an accompanying drawing.
実施例1に係るウォームギヤ機構を電動パワーステアリング装置に搭載した例を説明する。 An example in which the worm gear mechanism according to the first embodiment is mounted on an electric power steering apparatus will be described.
図1に示されるように、実施例1の電動パワーステアリング装置10は、車両のステアリングホイール21から車両の操舵車輪29,29(例えば前輪)に至るステアリング系20と、このステアリング系20に補助トルクを加える補助トルク機構40とからなる。
As shown in FIG. 1, the electric
ステアリング系20は、ステアリングホイール21にステアリングシャフト22及び自在軸継手23,23を介してピニオン軸24(回転軸24)を連結し、ピニオン軸24にラックアンドピニオン機構25を介してラック軸26を連結し、ラック軸26の両端に左右のタイロッド27,27及びナックル28,28を介して左右の操舵車輪29,29を連結したものである。
In the
ラックアンドピニオン機構25は、ピニオン軸24に形成されたピニオン31と、ラック軸26に形成されたラック32とからなる。
The rack and
ステアリング系20によれば、運転者がステアリングホイール21を操舵することで、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構25及び左右のタイロッド27,27を介して、左右の操舵車輪29,29を操舵することができる。
According to the
補助トルク機構40は、ステアリングホイール21に加えたステアリング系20の操舵トルクを操舵トルクセンサ41で検出し、この操舵トルクセンサ41のトルク検出信号に基づき制御部42で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータ43で発生し、この補助トルクをウォームギヤ機構44を介してピニオン軸24に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸24からステアリング系20のラックアンドピニオン機構25に伝達するようにした機構である。
The
操舵トルクセンサ41は、ピニオン軸24に加えられたトルクを検出し、トルク検出信号として出力するものであり、例えば磁歪式トルクセンサやトーションバー式トルクセンサによって構成される。
The
電動パワーステアリング装置10によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ43の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸26で操舵車輪29,29を操舵することができる。
According to the electric
図2に示されるように、ハウジング51は車幅方向(図左右方向)に延びており、ラック軸26を軸方向にスライド可能に収容している。ラック軸26は、ハウジング51から突出した長手方向両端にボールジョイント52,52を介してタイロッド27,27を連結している。
As shown in FIG. 2, the
図3に示されるように、電動パワーステアリング装置10は、ピニオン軸24、ラックアンドピニオン機構25、操舵トルクセンサ41及びウォームギヤ機構44をハウジング51に収納し、ハウジング51の上部開口を上部カバー部53で塞いだものである。操舵トルクセンサ41は、上部カバー部53に取付けたものである。
As shown in FIG. 3, the electric
ハウジング51は、上下に延びるピニオン軸24の上部24u、長手中央部24m及び下端24dを3個の軸受(上から下方へ順に第1軸受55、第2軸受56、第3軸受57)を介して回転可能に支持したものであり、さらに電動モータ43を取付けるとともに、ラックガイド60を備えている。3個の軸受55〜57はボールベアリングからなる。第3軸受57の外輪は、ハウジング51の嵌合孔に圧入することによって固定されている。
The
ラックガイド60は、ラック32とは反対側からラック軸26に当てるガイド部61と、このガイド部61を圧縮ばね62を介して押す調整ボルト63とからなる、押圧手段である。
The
図4に示されるように、電動モータ43は、横向きのモータ軸43aを備えるとともに、ハウジング51に取付けたものである。モータ軸43aはハウジング51内に延びて、カップリング45によりウォーム軸46に連結されている。ハウジング51は、水平に延びるウォーム軸46の両端部を、軸受47,48を介して回転可能に支承している。
As shown in FIG. 4, the
図3及び図4に示されるように、ウォームギヤ機構44は、電動モータ43で発生した補助トルクをピニオン軸24に伝達する補助トルク伝達機構、すなわち倍力機構である。詳しく述べると、ウォームギヤ機構44は、ウォーム70と、このウォーム70に噛み合うウォームホイール80とからなる。ウォームホイール80のことを、以下「ホイール80」と略称する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
ウォーム70は、ウォーム軸46に一体に形成されている、金属製品である。ホイール80は、ピニオン軸24(回転軸24)に対して、軸直角方向への相対移動が可能に、且つ相対回転が規制されて取り付けられている。駆動側のウォーム70に負荷側のホイール80を噛合わせることによって、ウォーム70からホイール80を介して負荷にトルクを伝達することができる。
The
次に、ホイール80の具体的な構成について詳しく説明する。図5及び図6に示されるように、ホイール80は、回転盤81と中間盤82とホイール本体83と複数の第1ボール84と複数の第2ボール85と第1ボール保持器86と第2ボール保持器87とからなる。複数の第1ボール84の集合のことを「第1ボール列88」という。複数の第2ボール85の集合のことを「第2ボール列89」という。
Next, a specific configuration of the
回転盤81は、ピニオン軸24に対し相対回転を規制して取り付けられた円盤状の部材である。例えば、ピニオン軸24の長手中央部24mに位置する回転板取付部24m1に対して、回転盤81は圧入の嵌合により取り付けられ、又は軸を貫通したピン101(図5に想像線によって図示)、スプライン、セレーション、キーのいずれかによって取り付けられる。圧入又はピン101による取り付けの場合には、ピニオン軸24に対する回転盤81の軸方向への相対移動も規制される。図5〜図7に示されるように、この回転盤81は、一方の面81aが平坦に形成され、他方の面81bの中央にはピニオン軸24に嵌合される円筒状のボス部81cが一体に形成されている。回転盤81の回転中心線CLは、ピニオン軸24の軸線CL(中心線)に合致する。この回転盤81に対して、第1ボール保持器86と中間盤82と第2ボール保持器87とホイール本体83とが、この順に重ねられている。
The
図6及び図7に示されるように、中間盤82は、回転盤81の一方の面81aに対し、第1ボール保持器86を介して一方の面82aが対面した、円盤状の部材であって、中央にはピニオン軸24を通す貫通孔82cを有する。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
図6及び図7に示されるように、ホイール本体83は、中間盤82の他方の面82bに、第2ボール保持器87を介して一方の面83aが対面する部材であって、外周面の全周にわたって複数の歯83cを有している。この複数の歯83cは、図5に示されるウォーム70の歯71に噛み合う。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
詳しく述べると、ホイール本体83は、軸方向の一方から回転盤81及び中間盤82に被せることによって覆うことが可能な空間Spを有した、有底円筒状(いわゆる、概ね冠状、キャップ状)に形成されており、外周面に歯83cを有し、内側の平坦な底面83aをホイール本体83の一方の面83aとしている。
More specifically, the wheel
このホイール本体83は、外周面に複数の歯83cを有している環状のホイール部91と、このホイール部91の内周部に一体に形成されている有底円筒状(いわゆる、概ね冠状)の基部92とからなる。ホイール部91はナイロン樹脂等の樹脂製品である。基部92は、ホイール部91の芯材となるようにホイール部91の内側に固定された金属製品であり、概ね下方が開放されたカップ状に形成されている。この基部92は、平坦な中空円盤状の底板92a(上板92aともいう)と、この底板92aの外周からホイール部91の内周面に沿いつつ回転盤81へ向かって下方へ延びた円筒部92bとからなる。底板92aは中央に、ピニオン軸24を通す貫通孔92cを有する。上記空間Spは、底板92aと円筒部92bとによって形成されている。なお、ホイール本体83は、ホイール部91が基部92を兼ねた、単一材によって構成してもよい。
The wheel
回転盤81と中間盤82の互いに対向し合う面81a,82a同士は平行である。これらの互いに対向し合う面81a,82aは、互いに対向しつつピニオン軸24の径方向へ直線状に延びる第1嵌合溝81d,82dをそれぞれ有する。回転盤81と中間盤82とは、第1嵌合溝81d,82dに嵌合された複数の第1ボール84によって、ピニオン軸24の径方向(軸直角方向)にのみ互いに連結されている。つまり、回転盤81に対して中間盤82は、軸直角方向への相対移動が可能に、且つ相対回転が規制されて連結されている。
The mutually facing
中間盤82とホイール本体83の互いに対向し合う面82b,83a同士は平行である。これらの互いに対向し合う面82b,83a同士は、互いに対向しつつピニオン軸24の径方向へ直線状に延びる第2嵌合溝82e,83eをそれぞれ有する。第2嵌合溝82e,83eは、第1嵌合溝81d,82dに対して直交して位置している。つまり、中間盤82を一方の面82aから見たときに、第1嵌合溝81d,82dと第2嵌合溝82e,83eとは十字状に配置されている。これら全ての嵌合溝81d,82d,82e,83eは、互いに同一形状に且つ同一寸法に設定されるとともに、溝深さが均一であり、回転盤81と中間盤82とホイール本体83との、各々の中心を通っている。各々の嵌合溝81d,82d,82e,83eの断面形状は、例えば円弧状断面(アーチ状断面、ゴシックアーク状断面)や、それぞれの面から先細りとなるテーパ状断面である。
The mutually facing
中間盤82とホイール本体83とは、第2嵌合溝82e,83eに嵌合された複数の第2ボール85によって、ピニオン軸24の径方向(軸直角方向)にのみ互いに連結されている。つまり、中間盤82に対してホイール本体83は、軸直角方向への相対移動が可能に、且つ相対回転が規制されて連結されている。
The
第1ボール保持器86は、回転盤81の一方の面81aと中間盤82の一方の面82aとの間に介在した、薄肉の円盤状の部材であって、中央にはピニオン軸24を通す貫通孔86aを有する。第1ボール保持器86は、複数の第1ボール84を所定のピッチで保持するための複数の保持孔86bを有する。
The
第2ボール保持器87は、第1ボール保持器86と実質的に同じ構成である。この第2ボール保持器87は、中間盤82の他方の面82bとホイール本体83の一方の面83aと間に介在した、薄肉の円盤状の部材であって、中央にはピニオン軸24を通す貫通孔87aを有する。ここで、第2ボール保持器87は、複数の第2ボール85を所定のピッチで保持するための複数の保持孔87bを有する。
The
なお、複数の第1ボール84及び複数の第2ボール85は、全て同じ径に設定された鋼球である。第1及び第2ボール保持器86,87の有無は任意である。
The plurality of
図7に示されるように、ホイール本体83の空間Spの大きさは、回転盤81(ボス部81cを除く)と中間盤82と複数の第1及び第2ボール84,85と第1及び第2ボール保持器86,87とを収納することが可能な大きさに設定されている。これらの部材を空間Spに収納することによって、ホイール80全体を小型化することができる。
As shown in FIG. 7, the size of the space Sp of the
中間盤82の貫通孔82cの径、ホイール本体83の貫通孔92c(基部92の貫通孔92c)の径、第1及び第2ボール保持器86,87の貫通孔86a,87aの径は、共にd1(以下、孔径d1という。)である。これに対し、ピニオン軸24において、各貫通孔82c,86a,87a,92cが位置する部位24m2、つまりピニオン軸24の長手中央部24mに位置するホイール嵌合部24m2の軸径はd2である。ホイール嵌合部24m2は、回転板取付部24m1に隣接している。孔径d1は軸径d2よりも大きい(d1>d2)。各貫通孔82c,86a,87a,92cとピニオン軸24との間の隙間の大きさδ1は「δ1=(d1−d2)/2」によって表される。
The diameter of the through
冠状に形成されるホイール本体83の、円筒部分の内径(基部92の内径)はD1である。これに対し、回転盤81の外径、中間盤82の外径、第1及び第2ボール保持器86,87の外径は、共にD2である。内径D1は外径D2よりも大きい(D1>D2)。回転盤81、中間盤82、第1及び第2ボール保持器86,87とホイール本体83との間の隙間の大きさδ2は「δ2=(D1−D2)/2」によって表される。
The inner diameter of the cylindrical portion of the wheel
ピニオン軸24に対してホイール本体83が径方向へ変位することが可能な許容変位量ΔSLは、隙間の大きさδ1と隙間の大きさδ2との、小さい方の値と同じである。各隙間の大きさδ1,δ2の大きさは、ウォーム70とホイール80との間のバックラッシを抑制するのに必要な、十分な大きさに設定される。
The allowable displacement amount ΔSL that allows the
図3〜図5に示されるように、ホイール本体83は、歯83cがウォーム70の歯71に噛み合う方向へ付勢部材102によって付勢されている。この付勢部材102は、ホイール80を収納するためのハウジング51と、ホイール本体83と、の間に設けられている帯板状の「板ばね」によって構成されている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
詳しく述べると、図4に示されるように、ハウジング51は円弧状の内周面に形成された凹部51aを有している。この凹部51aは、ピニオン軸24の中心線CLに対しウォーム70とは反対側に位置し、中心線CLを基準とした円弧状に形成されている。さらに、この凹部51aは、ピニオン軸24の中心線CLに直交し且つウォーム70の中心線WLにも直交する直線CrLに対して、左右対称に形成されている。
More specifically, as shown in FIG. 4, the
板ばね102を板厚方向へ弓なりに撓ませつつ両端を、円弧状の凹部51aの両端に嵌め込むことにより、板ばね102はハウジング51に掛け止められる。ハウジング51に取り付けられた状態の板ばね102は、ピニオン軸24の中心線CLを中心とした円弧状、つまりホイール本体83の外周面を包み込むように円弧状に撓んでいる。このため、板ばね102は、ホイール本体83の外周面(例えば、歯83cの歯先面)を、ホイール本体83の歯83cがウォーム70の歯71に噛み合う方向、つまり歯71,83c同士のバックラッシが無くなる方向へ付勢する。
The
このように、ホイール80は、オルダム継手(Oldham coupling)のメカニズムを応用することにより、ホイール本体83がピニオン軸24に対し、ピニオン軸24の径方向にのみ相対移動可能で且つピニオン軸24の回転方向には相対回転が規制されて、連結されている。ここで、オルダム継手とは、第1の軸の回転を、この第1の軸と同一中心線上にはなく且つ第1の軸と平行な第2の軸に、そのまま伝達することが可能な継手である。回転盤81と中間盤82とホイール本体83と複数の第1ボール84と複数の第2ボール85との組み合わせ構造は、実質的にオルダム継手を成す。
As described above, the
ピニオン軸24及びハウジング51に対する、第2軸受56及びホイール80の取付構造は次の通りである。
図3及び図5に示されるように、第2軸受56の内輪は、ピニオン軸24の長手中央部24mに圧入されている。ピニオン軸24の長手中央部24mの下部には、止め輪105(カシメリング105)が嵌め込まれている。この止め輪105は、スペーサ106を介して第2軸受56の内輪の下端面を位置決めしている。このため、第2軸受56は、ピニオン軸24の下端24d側への軸方向の位置ずれを規制される。
The attachment structure of the
As shown in FIGS. 3 and 5, the inner ring of the
第2軸受56の外輪は、ハウジング51の嵌合孔51bの段差面51cと、ハウジングの嵌合孔51bにねじ込まれた環状のロックナット107と、によって上下に挟み込まれることにより、ハウジング51に位置決めされ且つ組み付けられている。ロックナット107は一端部に薄肉部を有しており、この薄肉部をハウジング51の切欠き溝に合わせてカシメをすることによって、ハウジング51に対する緩みが規制される。
なお、ロックナット107は、図6に示される回転盤81の作業用孔81f,81fを通した工具によって締め付けられる。
The outer ring of the
The
第1嵌合溝81d,82dと複数の第1ボール84との間、及び第2嵌合溝82e,83eと複数の第2ボール85との間には、予圧調節部110によって適切な付勢力、つまり予圧(「プリロード」とも言う)が付与されている。予圧が付与されることによって、第1嵌合溝81d,82dに対する複数の第1ボール84の作動状態や、第2嵌合溝82e,83eに対する複数の第2ボール85の作動状態は、最適な状態となる。
An appropriate biasing force is applied between the first
予圧調節部110は、雄ねじ111と皿ばね112と調節ナット113とロックナット114とからなる。雄ねじ111は、ピニオン軸24の長手中央部24mにおいて、ホイール嵌合部24m2に隣接して形成されている。皿ばね112は、ピニオン軸24を貫通して、ホイール本体83の他方の面83b(第2嵌合溝82e,83eを有していない方の面83b)に当てられている。調節ナット113は、雄ねじ111に対するねじ込み量を加減することにより、皿ばね112を介してホイール本体83の他方の面83bを付勢する付勢力(予圧)を調節する部材である。ロックナット114は、調節後の調節ナット113の緩みを規制するものである。
The
上述のように、回転盤81がピニオン軸24に圧入又はピン101によって固定されている場合には、ピニオン軸24に対する回転盤81の軸方向の位置が自ずから決まる。このため、ハウジング51に対するピニオン軸24の位置も決まる。また、回転盤81と予圧調節部110との間に、中間盤82とホイール本体83と複数の第1ボール84と複数の第2ボール85とが挟み込まれるので、ピニオン軸24及びハウジング51に対するホイール80の位置も決まる。ホイール80は、ピニオン軸24に対する軸方向の位置ずれを規制される。
As described above, when the
一方、回転盤81がピニオン軸24にスプライン、セレーション、キーのいずれかによって、相対回転だけが規制されて取り付けられている場合には、第2軸受56の内輪と予圧調節部110との間に、中間盤82とホイール本体83と複数の第1ボール84と複数の第2ボール85とが挟み込まれているので、ピニオン軸24及びハウジング51に対するホイール80の位置が決まる。ホイール80は、ピニオン軸24に対する軸方向の位置ずれを規制される。
On the other hand, when the
次に、上記構成のウォームギヤ機構44の作用を説明する。
図3に示されるように、板ばね102は、ホイール本体83をウォーム70に噛み合う方向へ常に付勢している。このため、ウォーム70の歯71とホイール本体83の歯83cとの間にはバックラッシを有していない。その後、電動モータ43が補助トルクを発生し始め、この補助トルクが大きくなってくると、ウォーム70の歯71の圧力角の分の分力が、次第に大きくなる。大きくなった分力がホイール本体83の歯83cに作用することにより、ホイール本体83は板ばね102の付勢力に抗して、ウォーム70の歯71から離反する方向へ変位する。この結果、ウォーム70の歯71とホイール本体83の歯83cとは、最適な噛み合い状態で回転する。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 3, the
このように、電動モータ43が発生した補助トルクは、ウォーム70からホイール本体83へ伝わり、さらに図7に示されるホイール本体83の第2嵌合溝83e、複数の第2ボール85、中間盤82の第2嵌合溝82e、中間盤82、中間盤82の第1嵌合溝82d、複数の第1ボール84、回転盤81の第1嵌合溝81d、回転盤81の経路でピニオン軸24に伝達される。
Thus, the auxiliary torque generated by the
以上の説明から明らかなように、実施例1では、ホイール80は、オルダム継手のメカニズムを応用して、回転盤81と中間盤82とホイール本体83と複数の第1ボール84と複数の第2ボール85とを組み合わせている。このような構成とすることにより、ホイール本体83はピニオン軸24に対し、ピニオン軸24の径方向にのみ相対移動可能で且つピニオン軸24の回転方向には相対回転が規制されて、連結されている。つまり、ホイール本体83はピニオン軸24に対し、このピニオン軸24の径方向への変化に対しては柔軟性があり、ピニオン軸24の回転方向に対しては堅固に連結された状態にある。このため、ピニオン軸24の軸心CLに対してホイール80の回転中心が相違している場合であっても、ホイール本体83からピニオン軸24にトルクを確実に伝達することが可能である。
As is apparent from the above description, in the first embodiment, the
さらに、ホイール本体83は、外周面に有している歯83cが、ウォーム70に噛み合う方向へ板ばね102(付勢部材102)によって付勢されている。つまり、ホイール本体83には、ピニオン軸24の径方向へ移動するように付勢力が作用している。これに対し、ホイール本体83はピニオン軸24に対し、このピニオン軸24の径方向に相対移動可能である。従って、付勢力によって、ホイール本体83の歯83cはウォーム70の歯71に常に押し付けられている。ウォーム70の歯71とホイール本体83の歯83cとは、常にバックラッシを有することなく、良好な噛み合い状態を維持することができる。
Further, the
一方、ピニオン軸24の回転方向に対しては、ホイール本体83がピニオン軸24に堅固に連結され、つまり、ピニオン軸24の回転方向に相対回転が規制されている。このため、ウォーム70からホイール本体83へ伝わったトルクを、ホイール本体83からピニオン軸24へ時間遅れ無く迅速に且つ確実に伝えることができる。例えば、負荷を制御するために刻々と変化する制御トルクを、ウォームからピニオン軸24へ伝達する場合に、ホイール本体83からピニオン軸24へ制御トルクを伝達するときの、時間遅れが無い。従って、負荷を制御する制御性が高まる。
On the other hand, with respect to the rotation direction of the
図1に示される電動パワーステアリング装置10においては、ステアリングホイール21を切り返し操舵したときに、電動モータ43が発生した補助トルクは、ホイール本体83からピニオン軸24へ時間遅れ無く迅速に且つ確実に伝わる。このため、補助トルクが電動モータ43からステアリング系20へ時間遅れ無く迅速に且つ確実に伝わる。運転者の操舵トルクに電動モータ43の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸26で操舵車輪29,29を迅速に且つ確実に操舵することができる。
In the electric
このように、ウォーム70とホイール80との間のバックラッシを抑制することができるとともに、ウォーム70からピニオン軸24へトルクを迅速に且つ確実に伝えることができる。
Thus, backlash between the
さらに実施例1は、ホイール本体83をウォーム70に噛み合う方向へ付勢している。このため従来技術の、ウォーム70及びウォーム軸46を、ホイール本体83に噛み合う方向へ付勢する場合のように、ウォーム70を駆動するための電動モータ43のモータ軸43aとウォーム軸46との、連結構成に配慮を払う必要がない。
Further, in the first embodiment, the
さらに実施例1では、付勢部材102が、ホイール80を収納するためのハウジング51とホイール本体83との間に設けられている。このため、付勢部材102の構成を簡単にすることができる。
Further, in the first embodiment, the urging
次に、実施例2に係るウォームギヤ機構を図8及び図9に基づき説明する。図8は実施例2を上記図4に対応させて表している。図9は実施例2を上記図7に対応させて表している。実施例2のウォームギヤ機構44Aは、図3〜図5に示される実施例1の付勢部材102を、図8及び図9に示される付勢部材120に変更したことを特徴とし、他の構成については上記図1〜図7に示される構成と同じなので、説明を省略する。
Next, the worm gear mechanism according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows Example 2 corresponding to FIG. FIG. 9 shows Example 2 corresponding to FIG. The
具体的には、実施例2の付勢部材120は、ピニオン軸24(回転軸24)とホイール本体83の貫通孔92cとの間に介在した弾性体から成る。詳しく述べると、実施例2の付勢部材120は環状の部材であって、内輪121と外輪122と弾性環123とからなる、一体成型品である。内輪121と外輪122と弾性環123とは、同心上に配列されている。環状の内輪121及び環状の外輪122は、金属材等の剛性を有した材料からなる。弾性環123は、内輪121と外輪122との間に介在した環状の部材であり、ラバー等の弾性材料からなる。例えば、弾性環123は、内輪121と外輪122とに加硫接着によって一体化される。ピニオン軸24のホイール嵌合部24m2を内輪121に嵌合するとともに、外輪122をホイール本体83の貫通孔92cに嵌合することにより、付勢部材120はピニオン軸24とホイール本体83の間に介在することになる。
Specifically, the urging
図8に示されるように、ウォーム70の歯71に対して、ホイール80の歯83cは接触するように、つまりバックラッシが無いように噛み合っている。この状態において、ピニオン軸24の中心CLに対し、ホイール本体83の中心HLはウォーム70の歯71から離れるように、ホイール本体83の径方向外方へ、オフセット量Ofだけオフセットしている。このため、弾性環123は、ウォーム70寄りの部分が径方向に圧縮されている。弾性環123の圧縮された部位は、自己の弾性力によって、歯71,83c同士が噛み合う方向へ付勢する。
As shown in FIG. 8, the
このように、実施例2では、上記実施例1の作用、効果を発揮する他に次の作用、効果を発揮する。つまり、ホイール本体83の貫通孔92cとピニオン軸24との間に介在した弾性体120により、ホイール本体83をウォーム70に噛み合う方向へ付勢している。このため、付勢部材120(弾性体120)の構成を簡単にすることができる。しかも、ホイール本体83は、ピニオン軸24に対する回転方向への相対回転が規制されている。このため、ピニオン軸24及びホイール本体83が回転した場合に、弾性体120にはトルクが作用しない。つまり、弾性体120は、ホイール本体83をウォーム70に噛み合う方向へ付勢する機能だけを有していればよく、耐久性を高めることができる。しかも、ウォーム70からホイール本体83へ伝わったトルクを、ホイール本体83からピニオン軸24へ時間遅れ無く迅速に且つ確実に伝えることができる。
Thus, in Example 2, in addition to exhibiting the function and effect of Example 1, the following function and effect are exhibited. That is, the
本発明のウォームギヤ機構44,44Aは、ステアリングホイール21で発生した操舵トルクを操舵トルクセンサ41にて検出し、この操舵トルクセンサ41の検出信号に応じて電動モータ43が補助トルクを発生し、この補助トルクをウォームギヤ機構44を介してステアリング系20に伝える車両用電動パワーステアリング装置10に好適である。
The
10…電動パワーステアリング装置、20…ステアリング系、21…ステアリングホイール、24…回転軸、29…操舵車輪、43…電動モータ、44,44A…ウォームギヤ機構、51…ハウジング、70…ウォーム、71…歯、80…ウォームホイール、81…回転盤、81a…回転盤の一方の面、81d…第1嵌合溝、82…中間盤、82a…中間盤の一方の面、82b…中間盤の他方の面、82d…第1嵌合溝、82e…第2嵌合溝、83…ホイール本体、83a…ホイール本体の一方の面、83c…歯、83e…第2嵌合溝、84…第1ボール、85…第2ボール、102…付勢部材、120…弾性体(付勢部材)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ウォームホイールは、
回転軸に対して相対回転を規制して取り付けられる回転盤と、
この回転盤の一方の面に対して一方が対面する中間盤と、
この中間盤の他方の面に対して一方が対面する円形状のホイール本体と、
前記回転盤と前記中間盤の互いに対向し合う面同士を連結する複数の第1ボールと、
前記中間盤と前記ホイール本体の互いに対向し合う面同士を連結する複数の第2ボールと、からなり、
前記回転盤と前記中間盤の互いに対向し合う面は、互いに対向しつつ前記回転軸の径方向へ直線状に延びる第1嵌合溝をそれぞれ有し、これらの第1嵌合溝に嵌合された前記複数の第1ボールによって、前記回転軸の径方向にのみ互いに連結され、
前記中間盤と前記ホイール本体の互いに対向し合う面は、互いに対向しつつ前記回転軸の径方向へ直線状に延びる第2嵌合溝をそれぞれ有し、これらの第2嵌合溝に嵌合された前記複数の第2ボールによって、前記回転軸の径方向にのみ互いに連結され、
前記第2嵌合溝は、前記第1嵌合溝に対して直交して位置しており、
前記ホイール本体は、前記ウォームに噛み合う歯を外周面に有し、この歯が前記ウォームに噛み合う方向へ付勢部材によって付勢されていることを特徴とするウォームギヤ機構。 A worm gear mechanism comprising a worm and a worm wheel meshing with the worm,
The worm wheel is
A turntable that is mounted with its relative rotation restricted to the rotation axis;
An intermediate board with one side facing one side of the rotating board;
A circular wheel body, one of which faces the other surface of the intermediate board,
A plurality of first balls that connect the mutually facing surfaces of the rotating disk and the intermediate disk;
A plurality of second balls connecting the mutually facing surfaces of the intermediate plate and the wheel body,
The mutually facing surfaces of the rotating disk and the intermediate disk have first fitting grooves that extend in a straight line in the radial direction of the rotating shaft while facing each other, and are fitted into these first fitting grooves. The plurality of first balls are connected to each other only in the radial direction of the rotation shaft,
The mutually facing surfaces of the intermediate plate and the wheel main body have second fitting grooves that extend in a straight line in the radial direction of the rotating shaft while facing each other, and are fitted into these second fitting grooves. The plurality of second balls are connected to each other only in the radial direction of the rotation shaft,
The second fitting groove is positioned orthogonal to the first fitting groove,
The wheel body has teeth engaging with the worm on an outer peripheral surface, and the teeth are urged by a urging member in a direction engaging with the worm.
前記付勢部材は、前記回転軸と前記貫通孔との間に介在した弾性体から成ることを特徴とする請求項1記載のウォームギヤ機構。 The wheel body has a through-hole penetrating the rotating shaft,
2. The worm gear mechanism according to claim 1, wherein the urging member is made of an elastic body interposed between the rotating shaft and the through hole.
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CN111336217A (en) * | 2020-03-12 | 2020-06-26 | 山东飞越电子科技有限公司 | Dynamic clearance compensation method for improving position precision of holder |
-
2010
- 2010-09-06 JP JP2010199131A patent/JP2012057660A/en not_active Withdrawn
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