JP2016094159A - 減速機および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機のトルク効率を向上し、ウォームおよびウォームホイールの摩耗を防止して、ラトル音の発生を抑制した減速機およびその減速機を使用した電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】互いに噛み合うウォーム１１およびウォームホイール１２と、潤滑するグリースＧと、ウォーム１１およびウォームホイール１２を収容するハウジング７とを備えるとともに、ハウジング７に、ウォームホイール１２の外周との間に径方向に間隔を隔てて配設される略円筒状の内部空間Ｂを備え、内部空間Ｂより重力方向下部方向に凹んだグリース溜まり部７ｄを形成し、その円周方向両側にウォームホイール１２およびハウジング７間でラビリンスシール７ｅ、７ｆを形成し、ウォームホイール１２の一部をグリース溜まり部７ｂのグリースＧに浸漬するとともに、ウォームホイール１２に付着した一部のグリースＧをラビリンスシール７ｅ、７ｆで掻き落とすようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、減速機および減速機を備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

一般に電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用の電動モータの回転軸の回転を、減速機を介して減速し、ステアリングシャフトに伝えることで、運転者のステアリング操作をトルクアシストしている。
減速機としては、通常、互いに噛み合うウォームおよびウォームホイールと、当該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とを備え、ウォームおよびウォームホイールの噛み合い部を潤滑するグリースを充填したものが用いられる。

充填されたグリースは、ウォームおよびウォームホイールの噛み合い部に介在して油膜を形成し、ステアリング操作による転舵機構の動作のトルクアシスト時の摩擦トルクを低下させて効率を向上させる。また、ウォームおよびウォームホイールの摩耗を防止してバックラッシの増加によるラトル音を防止している。

練り状のグリースは、ウォームホイールの側面あるいはハウジングの内部に付着すると、ウォームホイールの歯溝に戻りにくい。

これに対し、特許文献１では、ハウジングの内部に互いに噛合うウォームとウォームホイールを互いに交差する軸線回りに回転可能に設け、ハウジングの内部にウォームホイールの外周の一部を包囲する包囲部を設け、この包囲部は、ウォームホイールの外周および側面との間隔が左右の回転方向に沿って減少する一対の第１の区間と、一対の第１の区間の間に設けられ、ウォームホイールの外周および側面との間隔が最も小さくなる第２の区間とを有し、ウォームホイールの歯溝から排除され、ウォームホイールの外周および側面に付着したグリースを、ウォームホイールの回転に伴って包囲部によりウォームホイールの歯溝に戻すことが開示されている。

また、特許文献２では、デファレンシャルケースの内部に互いに噛合うピニオンギヤおよびリングギヤを互いに交差する軸線回りに回転可能に設け、デファレンシャルケースの内部の下方に油溜まりを設け、油溜まりの潤滑油をリングギヤで掻き揚げ、ピニオンギヤおよびリングギヤの噛合い箇所に供給するとともに、ピニオンギヤを回転可能に支持する軸受にも供給し、デファレンシャルケースの内面およびピニオンギヤおよびリングギヤの外面に撥油加工を施し、潤滑油を油溜まりに集めやすくしたことが開示されている。

特開２００５−６９４７６号公報 特開２０１０−１９６８００号公報

特許文献１の装置は、包囲部によりウォームホイールの外周および側面に付着したグリースをウォームホイールの歯溝に戻すだけで、ハウジングの内部へ飛散したグリースをウォームホイールの歯溝に戻す構造になっていない。

特許文献２の装置は、グリースに比べて流動性の良い潤滑油を使用しており、リングギヤの外周に付着した余分なグリースを取り除く構造になっていない。

そこで、本発明の目的は、グリースの飛散を抑えながら、グリースを確実に回収し、ウォームホイールの歯溝にグリースを必要量だけ供給し、減速機のトルクアシスト時のトルク効率を向上し、ウォームおよびウォームホイールの摩耗を防止して、ラトル音の発生を抑制した減速機およびその減速機を使用した電動パワーステアリング装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、互いに噛み合うウォームおよびウォームホイールと、前記ウォームおよびウォームホイールを潤滑するグリースと、前記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とを備えるとともに、前記ハウジングに、前記ウォームホイールの外周の配設される略円筒状の内部空間を備え、前記ハウジングに前記内部空間より重力方向下部方向に凹んだグリース溜まり部を形成し、前記グリース溜まり部の前記ウォームホイールの円周方向両側に前記ウォームホイールおよび前記ハウジング間でラビリンスシールを形成し、前記ウォームホイールの一部を前記グリース溜まり部のグリースに浸漬するとともに、前記ウォームホイールに付着した一部の前記グリースを前記ラビリンスシールで掻き落とすようにしたことを要旨としている。

請求項１の構成によれば、ハウジング内に重力方向下部方向に凹んだ凹部のグリース溜まり部を形成することで、ハウジング内に飛散したグリースが重力でグリース溜り部へ回収されて、常時グリースが充填されたグリース溜まり部を形成している。そして、ウォームホイールの両方向回転に伴ってウォームホイールの一部がグリース溜まり部を通過してグリース溜まり部のグリースをすくい取ることで、ウォームホイールにグリースが供給される。さらに、グリース溜まり部のウォームホイールの円周方向両側に設けられたラビリンスシールによって、過剰なグリースを掻き落とすと同時に、ウォームホイールの歯溝へ必要量のグリースを押し込むので、グリースの拡散量を少なくして、減速機のトルクアシスト時のトルク効率を向上し、ウォームおよびウォームホイールの摩耗を防止して、ラトル音の発生を抑制できる。

請求項２に記載の発明は、前記グリースは、混和ちょう度が２８０から３００であることを要旨としている。

請求項２の構成によると、２８０から３００の混和ちょう度を有するグリースは、従来のものに比べて高い流動性を示すため、ウォームホイールの回転に伴って、ハウジング内に飛散してもグリース溜まり部に速やかに回収される。そして、新たなグリースとして、ウォームホイールの回転に伴ってウォームホイールの歯溝に速やかに供給される。そのため、減速機のトルクアシスト時のトルク効率を向上し、ウォームおよびウォームホイールの摩耗を防止して、ラトル音の発生を抑制できる。

請求項３に記載の発明は、請求項1または請求項２に記載の減速機を備えた電動パワーステアリング装置であることを要旨としている。

請求項３の構成によると、請求項１または請求項２の減速機を電動パワーステアリング装置に組み込むことにより、トルクアシスト時のトルク効率を向上し、ウォームおよびウォームホイールの摩耗を防止して、ラトル音の発生を抑制した電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明によれば、グリースの飛散を抑えながら、グリースを確実に回収し、ウォームホイールの歯溝にグリースを必要量だけ供給し、減速機のトルクアシスト時のトルク効率を向上し、ウォームおよびウォームホイールの摩耗を防止して、ラトル音の発生を抑制した減速機および電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明の第一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図。 本発明の第一実施形態に係る図１のＡ―Ａ断面図。 本発明の第一実施形態に係る図２のＸ部拡大図、またはウォームホイール右回転時の状態図。 本発明の第一実施形態に係る図２のＸ部拡大図、またはウォームホイール左回転時の状態図。

図１は、本発明の一実施形態を示すもので、減速機、およびそれを組み込んだ電動パワーステアリング装置の概略断面図である。また図２は、図１のＡ−Ａ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において、ステアリングホイール１を取り付けている入力軸２と、操舵装置４９に連結されている出力軸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。

入力軸２および出力軸３を支持するハウジング５は、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アッパーハウジング６と、ロアーハウジング７とによって構成されている。具体的には、ロアーハウジング７は筒状をなし、その上端の環状縁部７ａが、トルクセンサー９および制御基板１０等が収容されているアッパーハウジング６の下端外周の環状段部６ａに嵌め合わされている。

減速機４８は、ロアーハウジング７とロアーハウジング７に収容されているウォームギヤ機構から構成されている。
ウォームギヤ機構８は、出力軸３の軸方向中間部に、一体回転可能で、かつ、軸方向移動が規制されたウォームホイール１２と、このウォームホイール１２と噛み合わされていると共に、電動モータＭの回転軸３２に、スプライン継手３３を介して連結されるウォーム１１（図２参照）とを備えている。

このうち、ウォームホイール１２は、出力軸３に一体回転可能に結合された、環状の芯金１２ａと、芯金１２ａの周囲を取り囲んで外周面部に歯が形成された、合成樹脂部材１２ｂとを備えている。芯金１２ａは、例えば、合成樹脂部材１２ｂの樹脂成形時に、芯金１２ａをインサートして合成樹脂部材１２ｂとが一体化されている。出力軸３は、軸方向において、第一転がり軸受１３および第二転がり軸受１４を軸方向に挟んで回転自在に支持されている。

第一転がり軸受１３の外輪１５は、アッパーハウジング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。また、外輪１５は、その上端面が、環状の段部１７に当接されることで、アッパーハウジング６に対する軸方向上方への移動が規制されている。一方、第一転がり軸受１３の内輪１８は、出力軸３に、締まりばめによって嵌め合わされている。また、内輪１８の下端面は、ウォームホイール１２の芯金１２ａの上端面に当接されている。

第二転がり軸受１４の外輪１９は、ロアーハウジング７の軸受保持孔２０に嵌め入れられて、保持されている。また外輪１９は、その下端面が、環状の段部２１に当接されることで、ロアーハウジング７に対する、軸方向下方への移動が規制されている。一方、第二転がり軸受１４の内輪２２は、出力軸３に、一体回転可能で、かつ、軸方向の相対移動が規制された状態で、取り付けられている。また、内輪２２は、出力軸３の段部２３と、出力軸３のネジ部に締め込まれるナット２４との間に挟持されている。

トーションバー４は、入力軸２および出力軸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、入力軸２と一体回転可能に連結され、下端４ｂは、連結ピン２６により、出力軸３と一体回転可能に連結されている。出力軸３の下端は、図示しない中間軸を介して、先に説明したように、ラックアンドピニオン機構等の操舵装置４９に連結されている。

入力軸２の上部は、例えば、針状ころ軸受からなる第三転がり軸受２９を介して、アッパーハウジング６に回転自在に支持されている。入力軸２の下部の縮径部３０と、出力軸３の上部の孔３１とは、入力軸２および出力軸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。
図２に示すように、ウォーム１１は、ロアーハウジング７によって保持される第四転がり軸受３４および第五転がり軸受３５によって、それぞれ、回転自在に支持されている。第四転がり軸受３４の内輪３６および第五転がり軸受３５の内輪３７は、ウォーム１１の、対応するくびれ部に嵌合されている。外輪３８、３９は、ロアーハウジング７の軸受保持孔４０、４１に、それぞれ保持されている。ロアーハウジング７は、ウォーム１１を収容する筒状部７ｂを含んでいる。

ウォーム１１の一端部１１ａを支持する第四転がり軸受３４の外輪３８は、ロアーハウジング７の段部４２に当接して位置決めされている。一方、内輪３６は、ウォーム１１の位置決め段部４３に当接されることによって、他端部１１ｂ側への移動が規制されている。また、ウォーム１１の、他端部１１ｂ（継手側端部）の近傍を支持する第五転がり軸受３５の内輪３７は、ウォーム１１の位置決め段部４４に当接されることによって、一端部１１ａ側への移動が規制されている。

外輪３９は、予圧調整用のねじ部材４５によって、第四転がり軸受３４側へ付勢されている。ねじ部材４５は、ロアーハウジング７に形成されるねじ孔４６にねじ込まれることで、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、ねじ部材４５に係合されるロックナット４７で予圧調整後のねじ部材４５を止定している。

図１に示すように、操舵装置４９は、例えば出力軸３に、中間軸を介して一体回転可能に設けられたピニオン５０と、ピニオン５０に噛み合い、車両の左右方向に延びるラック軸５１とを含むラックアンドピニオン機構からなる。
ラック軸５１は、その軸長方向に直線往復動自在に支持されている。ラック軸５１の両端部にはそれぞれタイロッド５２が結合されている。各タイロッド５２は、図示しないナックルアームを介して対応する転舵輪５３に連結されている。

ステアリングホイール１が操作されて入力軸２および出力軸３が回転されると、前記回転が、ピニオン５０およびラック軸５１によって、自動車の左右方向に沿うラック軸５１の直線運動に変換されて、転舵輪５３が転舵される。

図２を参照して、本発明の一実施形態のロアーハウジング７について詳述する。ロアーハウジング７は、略円筒状の円筒部７ｃを備え、円筒部７ｃの内周面とウォームホイール１２の外周１２ｃとの間に径方向に一定間隔の内部空間Ｂを備えている。
円筒部７ｃの内周面の重力方向下部に、内径側へ突出するとともに、内周側に水平面を有する肉厚部が形成されている。肉厚部のところだけ、内部空間Ｂが少ないか殆ど無い状態である。
肉厚部に重力方向下部方向に凹んだグリース溜まり部７ｄを形成し、グリース溜まり部７ｄによって肉厚部とウォームホイール１２との干渉を避けるとともに、グリース溜まり部７ｄのウォームホイール１２の円周方向両側にウォームホイール１２および肉厚部間でラビリンスシール７ｅおよびラビリンスシール７ｆを形成している。ラビリンスシール７ｅおよびラビリンスシール７ｆは、ウォームホイール１２の円周方向において、グリース溜まり部７ｄに向かうにつれて、径方向の間隔が小さくなるように設定されている。

グリース溜まり部７ｄにグリースＧを図３の破線で示す位置まで満杯にした状態で、ウォームホイール１２の歯部１２eがグリース溜り部１２ｄのグリースＧの液面から最大深さＤだけ浸漬する。

ウォームホイール１２の歯部１２eの先端と、肉厚部との間の、ラビリンスシール７ｅおよびラビリンスシール７ｆはウォームホイール１２の径方向のラビリンス距離Ｌの最短距離が１．６ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、ラビリンスシール７ｅおよびラビリンスシール７ｆは過剰なグリースＧを掻き落とすと同時に、ウォームホイール１２の歯溝１２ｆへ必要量のグリースＧを押し込むように機能する。

ロアーハウジング７のグリ−ス溜まり部７ｄに充填される練り状のグリースＧとしては、混和ちょう度が２８０から３００を用いられている。
なお前記グリースＧの練り状の程度をあらわすための混和ちょう度を、本発明の実施形態では、ちょう度計（ＪＩＳＫ２２２０）によって測定した値でもって表すこととする。

混和ちょう度が２８０未満では、硬い練り状のグリースとなり、流動性が低く、一旦噛み合い部Ｃから掻きだされたり、回転による遠心力によって飛ばされたりしたら、そこにとどまり、油溜まり部７ｄに回収されない恐れがある。逆に、混和ちょう度が３００以上では軟らかくなりすぎて、歯同士の噛合いによって油膜切れが発生し、ウォームホイール１２とウォーム１１が固体接触して、摩耗を促進し、たりラトル音が発生するおそれがある。

前記グリースＧのもとになる基油としては、例えば合成炭化水素油〔例えばポリ−α−オレフィン油（ＰＡＯ）〕、シリコーン油、フッ素油、エステル油、エーテル油等の合成油や、あるいは鉱油等の１種または２種以上が挙げられる。特に合成炭化水素油が好ましい。
また増ちょう剤としては、例えば石けん系増ちょう剤、ウレア系増ちょう剤、有機系増ちょう剤、無機系増ちょう剤等の種々の増ちょう剤の１種または２種以上が挙げられる。

このうち石けん系増ちょう剤としては、例えばアルミニウム石けん、カルシウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん等の金属石けん型増ちょう剤、リチウム−カルシウム石けん、ナトリウム−カルシウム石けん等の混合石けん型増ちょう剤、アルミニウムコンプレックス、カルシウムコンプレックス、リチウムコンプレックス、ナトリウムコンプレックス等のコンプレックス型増ちょう剤等の１種または２種以上が挙げられる。

またウレア系増ちょう剤としてはポリウレア等が挙げられ、有機系増ちょう剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ナトリウムテレフタラート等の１種または２種が挙げられる。さらに無機系増ちょう剤としては、例えば有機ベントナイト、グラファイト、シリカゲル等の１種または２種以上が挙げられる。
またグリースＧには、必要に応じてフッ素樹脂（ＰＴＦＥ等）、二硫化モリブデン、グラファイト、ポリオレフィン系ワックス（アマイド等を含む）等の固体潤滑剤、リン系や硫黄系の極圧添加剤、トリブチルフェノール、メチルフェノール等の酸化防止剤、防錆剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤、油性剤等の１種または２種以上を添加しても良い。

これにより、２８０から３００の混和ちょう度を有する比較的低粘度のグリースＧが、例えば電動パワーステアリング装置に組み込んだ減速機４８へ充填した場合、減速機４８の動作時に、従来のものに比べて高い流動性を示すため、ウォーム１１およびウォームホイール１２の回転に伴ってウォームホイール１２の歯溝１２ｆから掻き出されても、掻き出されたグリースＧが、重力作用によりグリース溜まり部７ｄに回収される。

また、ハウジング７の円筒部７ｃの内周面に撥油性の被膜を設ける。被膜としては、フッソ樹脂、シリコーン樹脂、ＤＬＣ等が考えられる。
この撥油性の被膜により、グリースＧがハウジング７の円筒部７ｃの内周面に飛散したグリースが、より流動しやすくなり、確実にグリース溜まり部７ｄに回収されやすい効果が期待できる。

図３を使用して、上記構成による減速機４８のウォームホイール１２の右回転時の動作を説明する。
図３は、減速機４８のウォームホイール１２の右回転時のウォームホイール１２とハウジング７の図２のＸ部拡大図を示している。

図３に示すように、ウォームホイール１２の右回転時は、グリース溜まり部７ｄに充填したグリースＧに、ウォームホイール１２の歯部１２eが最大深さＤだけ浸漬するため、ウォームホイール１２が回転してグリース溜まり部７ｄを通過するたびに、グリース溜まり部のグリースＧをすくい取る。そして、ウォームホイール１２および肉厚部間のラビリンスシール７ｅにより過剰なグリースＧは掻き落とされて、同時に、ウォームホイール１２の歯溝１２ｆへ必要量のグリースＧを押し込むのでウォーム１１およびウォームホイール１２の噛み合い部Ｃに必要量が供給される。

また、内部空間Ｂに充填したグリースＧが、ウォーム１１およびウォームホイール１２の噛み合い部ＣからグリースＧがかき出されても、重力作用により落下し、グリース溜まり部７ｄに回収される。

図４を使用して、ウォームホイール１２の左回転時の動作を説明する。
図４は、減速機のウォームホイール１２の左回転時のウォームホイール１２とロアーハウジング７の図２のＸ部拡大図を示している。

図４に示すように、ウォームホイール１２の左回転時にも、ウォームホイール１２の右回転時と同じように、グリース溜まり部７ｄに充填したグリースＧが、ウォームホイール１２が回転してグリース溜まり部７ｄを通過するたびに、ウォームホイール１２および肉厚部間のラビリンスシール７ｆにより過剰なグリースＧは掻き落とされて、同時にウォームホイール１２の歯溝１２ｆに必要量が供給される。

また、ウォーム１１およびウォームホイール１２の噛み合い部CからからグリースＧがかき出されても、重力作用により落下し、グリース溜まり部７ｄに回収される。

上記構成によって、前記ウォーム１１とウォームホイール１２の歯面間の摺動の摩擦係数を、前記油膜による潤滑によって良好に低減できる上、前記油膜によって歯面同士の衝突を緩和してラトル音が生じるのを防止できる。
また、グリースＧの飛散を減らすとともにグリースＧの充填量を必要最小限に抑えることができる。

なお本発明は、図１〜図４の実施形態には限定されない。例えば本発明の減速機の構成は、電動パワーステアリング装置以外の他の装置用の減速機に適用することができる。その他、本発明の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で、種々の変更を施すことができる。

１：操舵部材、３：ステアリングシャフト、３ａ：入力軸、３ｂ：出力軸、４：トーションバー、１４：トルクセンサ、７：ロアーハウジング、７ａ：筒状部、７ｂ：円筒部、７ｃ：内周面、７ｄ：グリース溜まり部、７ｅ：ラビリンスシール、７ｆ：ラビリンスシール、Ｍ：電動モータ、１１：ウォーム、１１ａ：一端部、１１ｂ：他端部、１２：ウォームホイール、１２ａ：芯金、１２ｂ：歯、１２ｃ：合成樹脂部材、３２：回転軸、３３：スプライン継手、３４：軸受、３５：軸受、２６：内輪、２７：内輪、２８：外輪、２９：外輪、３０：軸受保持孔、３１：軸受保持孔、４５：ねじ部材、Ｂ：空間（内部空間）、Ｃ：噛み合い部、Ｄ：最大深さ、Ｌ：ラビリンス距離、Ｇ：グリース、４８：減速機、５０：ピニオンシャフト、５１：ラックバー、４９：転舵機構、１０：ラックハウジング、５２：タイロッド、５３：転舵輪

Claims (3)

1. 互いに噛み合うウォームおよびウォームホイールと、前記ウォームおよびウォームホイールを潤滑するグリースと、前記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とを備えるとともに、前記ハウジングに、前記ウォームホイールの外周との間に径方向に間隔を隔てて配設される略円筒状の内部空間を備え、前記ハウジングに前記内部空間より重力方向下部方向に凹んだグリース溜まり部を形成し、前記グリース溜まり部の前記ウォームホイールの円周方向両側に前記ウォームホイールおよび前記ハウジング間でラビリンスシールを形成し、前記ウォームホイールの一部を前記グリース溜まり部のグリースに浸漬するとともに、前記ウォームホイールに付着した一部の前記グリースを前記ラビリンスシールで掻き落とすようにしたことを特徴とする減速機。
2. 前記グリースは、混和ちょう度が２８０から３００であることを特徴とする請求項１に記載の減速機。
3. 請求項1または請求項２に記載の減速機を備えた電動パワーステアリング装置。

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