JP2012207737A - ウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期にわたって、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部にグリースを供給して、潤滑不良を防止することができるウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ハウジング１１と、ハウジング１１により軸受を介して支持されるウォーム２０と、ウォーム２１に噛み合うウォームホイール２１とを備え、ウォーム２０とウォームホイール２１の噛み合い部Ａは、ハウジング１１内に充填されたグリースにより潤滑されるウォーム減速機１４において、ウォームホイール２１の回転軸と同心に、ウォームホイール２１の上端面に隣接して、第１プーリ６１が設けられ、ウォームホイール２１の歯部より径方向外側で、回転軸に平行な軸のまわりに回転自在に支持される第２プーリ６２が設けられており、第１プーリ６１と第２プーリ６２がベルトを介して連結され、ベルト６０がハウジング１１とわずかな隙間を介して配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置に関する。

ウォーム減速機は、ウォームとウォームホイールを螺合させて、電動モータを駆動させると、ウォームとウォームホイールの歯数の違いにより、電動モータの回転を減速するとともに出力を増幅するものである。例えば、自動車用のコラム型電動パワーステアリング装置では、電動モータの回転を、ウォーム減速機により、ウォームからウォームホイールに伝えることで、減速するとともに出力を増幅した後、操舵軸に付与することで、ステアリング操作をトルクアシストしている。このウォームとウォームホイールの噛み合い部は、ハウジング内に供給されるグリースにより潤滑されている。

ウォームとウォームホイールの噛み合いにおいて、ウォームの歯は螺旋方向に沿うため、ウォームの回転にともない、グリースがウォームの端部に向かい流動する。これにより、ウォームを支持する軸受近傍にグリースが滞留し、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部のグリースが不足し、潤滑不良を生じるという問題があった。

例えば、特許文献１に記載された従来技術では、ウォームの回転にともないウォームの端部に向かって流動するグリースの流動方向を、ウォームホイールの外周に導くように変更する案内部材が設けられている。この案内部材は、ウォームを囲む周壁を有する筒形状となっており、一端が周壁の内部に対向し、他端がウォームホイールの外周に対向するグリース流路が形成されている。この構成により、グリース流路を介して、ウォームの端部に向かって流動するグリースを、ウォームホイールの外周に導かれるようにして滞留を防ぎ、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部のグリースが不足するのを防止している。（特許文献１の図２参照）

特開平１１−２９０５７号公報

しかしながら、ウォームとウォームホイールとの噛み合いにおいて、グリースはウォームを支持する軸受近傍に滞留するだけでなく、ウォームホイールの上下方向にも掻き出されて滞留している。これは、グリースがウォームホイールの下方向に掻き出された場合、重力によりハウジング内に落下することにより、循環して再使用されるが、ウォームホイールの上方向に掻き出された場合、ウォームホイールの上端面及びウォームホイール上端面に対向する軸受側面に滞留するためである。これにより、長期にわたる使用において、循環されずに滞留するグリース量が増加することで、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部のグリースが不足し、潤滑不良を生じるという問題があった。このような潤滑不良は、ウォーム及びウォームホイールの焼き付きによる破損等、耐久性を低下させる。また、電動パワーステアリング装置においては、円滑なトルクアシストを阻害するために操舵フィーリングを低下させる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、長期にわたって、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部にグリースを供給して、潤滑不良を防止することができるウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために提供される請求項１に記載の発明は、ハウジングと、前記ハウジングにより軸受を介して支持されるウォームと、前記ウォームに噛み合うウォームホイールとを備え、前記ウォームとウォームホイールの噛み合い部は、前記ハウジング内に充填されたグリースにより潤滑されるウォーム減速機において、前記ウォームホイールの回転軸と同心に、前記ウォームホイールの上端面に隣接して、第１プーリが設けられ、前記ウォームホイールの歯部より径方向外側で、前記回転軸に平行な軸のまわりに回転自在に支持される第２プーリが設けられており、前記第１プーリと前記第２プーリがベルトを介して連結され、前記ベルトが前記ハウジングとわずかな隙間を介して配置されることを特徴とする。

本請求項のウォーム減速機は、ウォームホイールが回転すると、第１プーリが回転し、第１プーリと第２プーリとの間に巻き掛けられたベルトが、回転するウォームホイール上端面の上を移動する。ウォームホイール上端面とベルトとの隙間は小さくされているので、ウォームホイールの回転とともに、ウォームホイール上端面に滞留したグリースは、ベルトと接触し、上記隙間からはみ出たグリースが、ベルトに掻き出される。ベルトは移動しているので、掻き出されたグリースは、ベルトの外周面に付着して移動する。ベルトはウォームホイールの径方向外方へ移動し、ウォームホイールの歯部の外側に位置する、ハウジング側面を通過する。このハウジング側面とベルトとの間の隙間は小さくされているので、ベルトに付着したグリースは、ハウジング側面と接触し、上記隙間からはみ出たグリースが、ハウジング側面に掻き出される。

上記問題点を解決するために提供される請求項２に記載の発明は、請求項１記載のウォーム減速機において、前記第２プーリの直径は、前記第１プーリの直径よりも小さいことを特徴とする。

本請求項のウォーム減速機は、第２プーリの直径が、第１プーリの直径よりも小さいため、第１プーリと第２プーリとの間に巻き掛けられたベルトは、ウォームホイールの径方向に対し、斜め方向に移動する。ウォームホイールの回転により、ウォームホイールの径方向内方から外方へと移動するベルトは、ウォームホイールの径方向に対し、斜め方向に移動するので、グリースをウォームホイール上端面に滞留させることなく、効率的に径方向外方へと移動させることができる。

上記問題点を解決するために提供される請求項３に記載の発明は、請求項１記載のウォーム減速機において、前記ベルトの外周面には、突起部又は溝部が設けられていることを特徴とする。

本請求項のウォーム減速機は、ベルトの外周面に突起部又は溝部が設けられているので、ウォームホイール上端面に滞留したグリースを効率的に掻き出して、ベルトに付着させて移動することができる。

上記問題点を解決するために提供される請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のウォーム減速機において、前記回転軸と前記第１プーリとが、ワンウェイクラッチを介して取り付けられていることを特徴とする。

本請求項のウォーム減速機は、第１プーリの回転軸にワンウェイクラッチが取り付けられているので、第１プーリと第２プーリとの間に巻き掛けられたベルトは、ウォームホイールの回転方向によらず、一方向にのみ移動する。これにより、ベルトとウォームホイールの歯部の径方向外側のハウジング側面との隙間、すなわち、ベルトに付着したグリースを掻き出す場所が１箇所に限定されるので、掻き出したグリースを１箇所に集めることができる。１箇所に集められたグリースは、容易に流動して、重力方向下方に位置するウォームケース内に溜ることができる。

上記問題点を解決するために提供される請求項５に記載の発明は、電動モータの動力を、請求項１〜４のいずれか一項に記載のウォーム減速機を介して操舵機構に伝達することを特徴とする。

本請求項の電動パワーステアリング装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のウォーム減速機を備えているので、長期にわたって、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部にグリースを供給して、潤滑不良を防止することができる。従って、長期にわたって、円滑な操舵補助力を伝達するとともに、操舵フィーリングを低下させない電動パワーステアリング装置を作ることができる。

本発明によれば、長期にわたって、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部にグリースを供給して、潤滑不良を防止することができるウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本発明の実施形態のウォーム減速機が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。 図１のII‐II線に沿う断面図。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るウォーム減速機が適用された電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図２は、図１のII‐II線に沿う断面図である。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１では、ステアリングホイール等の操舵部材２を取り付けている第１操舵軸３と、ピニオン軸４に連結される第２操舵軸５とが、トーションバー６を介して同軸的に連結されている。ピニオン軸４の端部近傍に形成されたピニオン歯４ａに、車両の左右方向に延びる転蛇軸としてのラックバー７のラック歯７ａが噛み合っており、ピニオン軸４及びラックバー７からなるラックアンドピニオン機構によって操舵機構が構成されている。

ラックバー７は、車体に固定されるハウジング（図示せず）内に直線往復動自在に支持されていて、ハウジング（図示せず）の外側に突出するラックバー７の両端部にはそれぞれタイロッド８が結合されている。各タイロッド８、は対応するナックルアーム９を介して、対応する操向輪１０に連結されている。第１及び第２操舵軸３、５を支持するハウジング１１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１１は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング１２と、筒状のギヤハウジング１３とにより構成されている。具体的には、ギヤハウジング１３の上端１３ａが、センサハウジング１２の外周の環状段部１２ａに嵌め合わされている。ギヤハウジング１３は、ウォームギヤ機構からなるウォームギヤ減速機１４を収容し、センサハウジング１２はトルクセンサ１５及び制御基板１６等を収容している。

ウォーム減速機１４は、第２操舵軸５の軸方向中間部に、一体回転可能でかつ軸方向移動を不能に連結されたウォームホイール２１と、図２に示すように、電動モータＭの回転軸１７に、例えば、スプライン継手１８等の継手機構を介して、一体回転可能に連結されたウォーム２０とを備える。ギヤハウジング１３内において、ウォーム２０およびウォームホイール２１は、噛み合い領域Ａにて噛み合っている。

ウォームホイール２１は、第２操舵軸５に相対回転不能に結合される環状の芯金２１ａと、芯金２１ａの周囲を取り囲んで芯金２１ａに一体回転可能かつ相対回転不能に結合され、かつ外周に複数の歯（図示せず）が形成された合成樹脂部材２１ｂとを備える。芯金２１ａは、例えば、合成樹脂部材２１ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。なお、ウォームホイール２１の上端面は平坦となるように、芯金２１ａ及び合成樹脂部材２１ｂは形成されている。

第２操舵軸５は、ウォームホイール２１を軸方向の上下に挟んで配置される第１及び第２転がり軸受２２、２３により回転自在に支持されている。第１転がり軸受２２の外輪２４は、センサハウジング１２下端の筒状突起１２ｂ内に設けられた軸受保持孔２５に嵌め入れられて保持されている。また、外輪２４の上端面は環状の段部２６に当接しており、外輪２４は、センサハウジング１２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転がり軸受２２の内輪２７は、第２操舵軸５に締まりばめにより嵌め合わされている。また、内輪２７の下端面は、ウォームホイール２１の芯金２１ａの上端面に当接している。第２転がり軸受２３の外輪２８は、ギヤハウジング１３の軸受保持孔２９に嵌め入れられている。外輪２８の下端面は、環状の段部３０に当接し、外輪２８は、ギヤハウジング１３に対する軸方向下方への移動が規制されている。

一方、第２転がり軸受２３の内輪３１は、第２操舵軸５に一体回転可能で、かつ第２操舵軸５に対する軸方向移動を規制された状態に取り付けられている。また、内輪３１は、第２操舵軸５の段部３２と、第２操舵軸５のねじ部に締めこまれるナット３３との間に挟持されている。トーションバー６は、第１及び第２操舵軸３、５を貫通している。トーションバー６の上端６ａは、連結ピン３４により、第１の操舵軸３と一体回転可能に連結され、下端６ｂは、連結ピン３５により、第２操舵軸５と一体回転可能に連結されている。第２操舵軸５の下端は、中間軸（図示せず）を介して、ピニオン軸４に連結されている。

上記の連結ピン３４は、第１操舵軸３と同軸に配置される第３の操舵軸３６を、第１の操舵軸３と一体回転可能に連結している。第３操舵軸３６は、ステアリングコラムを構成するチューブ３７内を貫通している。第１操舵軸３の上部は、例えば、針状ころ軸受からなる第３転がり軸受３８を介してセンサハウジング１２に回転自在に支持されている。第１操舵軸３の下部の縮径部３９と、第２操舵軸５の上部の孔４０とは、第１及び第２操舵軸３、５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。

なお、電動パワーステアリング装置１は、車体に取り付けられた状態において、ウォームギヤ減速機１４は、ウォーム２０及び電動モータＭ部分を重力方向下側にして、第１操舵軸３を上方に、第２操舵軸５を下方にして斜め方向に配置されている。

次に、図２に示すように、ウォーム２０は、ギヤハウジング１３により保持される第４及び第５転がり軸受４３、４４により、それぞれ回転自在に支持されている。第４及び第５転がり軸受４３、４４の内輪４５、４６は、ウォーム２０の対応するくびれ部に嵌合されている。また、外輪４７、４８は、ギヤハウジング１３の軸受保持孔４９、５０に、それぞれ保持されている。

ギヤハウジング１３は、ウォーム２０の周面の一部に対して径方向に対向する部分１３ｂを含んでいる。（以下、この部分をウォームケース１３ｃという）また、ウォーム２０の一端部２０ａを支持する第４転がり軸受４３の外輪４７は、ギヤハウジング１３の段部５１に当接して位置決めされている。一方、内輪４５は、ウォーム２０の位置決め段部５２に当接することによって、他端部２０ｂ側への移動が規制されている。

また、ウォーム２０の他端部２０ｂ（継手側端部）の近傍を支持する第５転がり軸受４４の内輪４６は、ウォーム２０の位置決め段部５４に当接することによって、一端部２０ａ側への移動が規制されている。また、外輪４８は、予圧調整用のねじ部材５５により、第４転がり軸受４３側へ付勢されている。ねじ部材５５は、ギヤハウジング１３に形成されるねじ孔５６にねじ込まれることにより、一対の転がり軸受４３、４４に予圧を付与するとともに、ウォーム２０を軸方向に位置決めしている。予圧調整後のねじ部材５５を固定するために、ねじ部材５５にロックナット５７が係合されている。

ギヤハウジング１３内において、ウォーム２０及びウォームホイール２１の噛み合い領域Ａを含む領域に、グリースが充填されている。そして、第１転がり軸受２２の内輪２７の下端面とウォームホイール２１の上端面との間の第２操舵軸５に、第１プーリ６１が嵌め合わせられている。ウォームホイール２１の外周の合成樹脂部材２１ｂの外側には、半円筒形状の第２プーリハウジング６５が形成されており、第２プーリハウジング６５内に、第２操舵軸５と平行な軸のまわりに、回転自在に第２プーリ６２が支持されている。第２プーリハウジング６５は、第１プーリ６１の方向に対して開口部を有しており、この開口部とギヤハウジング１３の内周面との間には、エッジ部６４が形成されている。第２プーリの直径は、第１プーリの直径よりも小さい。第１プーリ６１と第２プーリ６２の間には、第２プーリハウジング６５の開口部を通り、ベルト６０が巻き掛けられている。ベルト６０の側面とウォームホイール２１上端面との間には、わずかな隙間を有しており、ベルト６０の外周面とエッジ部６４との間にも、わずかな隙間が形成されて配置されている。

上記構成によれば、操舵によりウォームホイール２１は回転し、この回転にともない、ウォーム２０とウォームホイール２１とが噛み合い、グリースはウォームホイールの上下方向に掻き出される。ウォームホイール２１の下方向に掻き出されたグリースは、重力によりハウジング１１内に落下し、ウォームケース１３ｃ内に溜ることにより、循環して再使用される。ウォームホイール２１の上方向に掻き出されたグリースは、ウォームホイール２１の上端面に滞留する。

ここで、ウォームホイール２１の回転とともに第１プーリ６１が回転し、第１プーリ６１と第２プーリ６２との間に巻き掛けられたベルト６０が、回転するウォームホイール２１上端面の上を移動する。ウォームホイール２１上端面とベルト６０との隙間は小さくされており、ウォームホイール２１上端面は平坦に形成されているので、ベルト６０との隙間の大きさは一様となっている。これにより、ウォームホイール２１の回転とともに、ウォームホイール２１上端面に滞留したグリースは、ベルト６０と接触し、上記隙間からはみ出たグリースが、ベルト６０に掻き出される。ベルト６０は移動しているので、掻き出されたグリースは、ベルト６０の外周面に付着して移動する。なお、第２プーリ６２の直径は、第１プーリ６１の直径よりも小さいため、第１プーリ６１と第２プーリ６２との間に巻き掛けられたベルト６０は、ウォームホイール２１の径方向に対し、斜め方向に移動する。ウォームホイール２１の上端面を、径方向内方から外方へ、かつ、ウォームホイール２１の径方向に対し、斜め方向に移動するベルト６０は、グリースをウォームホイール２１上端面に滞留させることなく、効率的に径方向外方へと移動させることができる。

次に、ベルト６０はウォームホイール２１の径方向外方へと移動し、ウォームホイール２１の歯部の外側に位置する、第２プーリハウジング６５のエッジ部６４の側面を通過する。このエッジ部６４とベルト６０の外周面との間の隙間は小さくされているので、ベルト６０の外周面に付着したグリースは、エッジ部６４と接触し、上記隙間からはみ出たグリースが、エッジ部６４に掻き出される。エッジ部６４に掻き出されグリースは、エッジ部６４の周辺に落下し、近傍のウォームホイール２１の歯部に潤滑を供給するとともに、ハウジング１１内に溜まる。

なお、ウォームホイール２１の上端面を、径方向内方から外方へ移動したベルト６０は、第２プーリ６２を通過すると、移動方向を逆にして、ウォームホイール２１の上端面を、径方向外方から内方へと移動する。このとき、ベルト６０の外周面に付着したグリースは、すでにエッジ部６４に掻き出されているので、ウォームホイール２１の上端面にグリースを戻してしまうことはない。図２では、ウォームホイール２１の回転方向をＣとした場合の、ベルト６０の移動方向Ｄ１，Ｄ２を示している。

ハウジング１１内に溜まったグリースは、一旦ウォームケース１３ｃ内に溜り、ウォーム２０の回転により、ウォーム２０の歯面に付着して、ウォーム２０とウォームホイール２１との噛み合い部に、再度グリースを供給することができる。

このように、本発明のウォーム減速機１４は、ウォームホイール２１上端面に付着して滞留状態のグリースが効率的に回収されて、グリースとして再使用されることにより、グリースを切れることなく循環させることができる。このため、本発明のウォーム減速機１４は、長期にわたって、ウォーム２０とウォームホイール２１との噛み合い部にグリースを供給して、潤滑不良を防止することができる。そして、本発明のウォーム減速機１４を備えることにより、長期にわたって、円滑な操舵補助力を伝達するとともに、操舵フィーリングを低下させない電動パワーステアリング装置１を作ることができる。

１：電動パワーステアリング装置、
２：操舵部材、 ３：第１操舵軸、
４：ピニオン軸（操舵機構）、 ４ａ：ピニオン歯、
５：第２操舵軸、 ６：トーションバー、 ６ａ：上端、
７：ラックバー、 ７ａ：ラック歯、 ８：タイロッド、
９：ナックルアーム、 １０：操向輪、 １１：ハウジング、
１２：センサハウジング、 １３：ギヤハウジング、
１３ａ：上端、 １３ｂ：内周面、 １３ｃ：ウォームケース、
１４：ウォーム減速機、
１５：トルクセンサ、 １６：制御基板、 １７：回転軸、
１８：スプライン継手、 ２０：ウォーム、 ２０ａ：一端部、
２０ｂ：他端部（継手側端部）、 ２１：ウォームホイール、
２１ａ：芯金、 ２１ｂ：合成樹脂部材、
２２：第１転がり軸受、 ２３：第２転がり軸受、
２４：外輪、 ２５：軸受保持孔、 ２６：段部、 ２７：内輪、 ２８：外輪、
２９：軸受保持孔、 ３０：段部、 ３１：内輪、 ３２：段部、 ３３：ナット、
３４：連結ピン、 ３５：連結ピン、 ３６：第３操舵軸、 ３７：チューブ、
３８：第３転がり軸受、 ３９：縮径部、 ４０：孔、
４３：第４転がり軸受、 ４４：第５転がり軸受、
４５：内輪、 ４６：内輪、 ４８：外輪、 ４９：軸受保持孔、
５０：軸受保持孔、 ５１：段部、 ５２：位置決め段部、 ５４：位置決め段部、
５５：ねじ部材、 ５６：ねじ孔、 ５７：ロックナット、
６０：ベルト、 ６１：第１プーリ、 ６２：第２プーリ、 ６３：回転軸、
６４：エッジ部、 ６５：第２プーリハウジング
Ａ：噛み合い領域、 Ｍ：電動モータ、
Ｃ：回転方向、 Ｄ１，Ｄ２：移動方向

Claims (5)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングにより軸受を介して支持されるウォームと、
   前記ウォームに噛み合うウォームホイールとを備え、
   前記ウォームとウォームホイールの噛み合い部は、
   前記ハウジング内に充填されたグリースにより潤滑されるウォーム減速機において、
   前記ウォームホイールの回転軸と同心に、前記ウォームホイールの上端面に隣接して、第１プーリが設けられ、
   前記ウォームホイールの歯部より径方向外側で、前記回転軸に平行な軸のまわりに回転自在に支持される第２プーリが設けられており、
   前記第１プーリと前記第２プーリがベルトを介して連結され、前記ベルトが前記ハウジングとわずかな隙間を介して配置される
   ことを特徴とするウォーム減速機。
2. 請求項１記載のウォーム減速機において、
   前記第２プーリの直径は、前記第１プーリの直径よりも小さい
   ことを特徴とするウォーム減速機。
3. 請求項１記載のウォーム減速機において、
   前記ベルトの外周面には、突起部又は溝部が設けられている
   ことを特徴とするウォーム減速機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のウォーム減速機において、
   前記回転軸と前記第１プーリとが、ワンウェイクラッチを介して取り付けられている
   ことを特徴とするウォーム減速機。
5. 電動モータの動力を、請求項１〜４のいずれか一項に記載のウォーム減速機を介して操舵機構に伝達する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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