JP2017198290A - ギヤ減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きい負荷が作用しても、異音を発生させることのない減速装置を構成する。【解決手段】ウォームシャフト２の両端の外端部に、先細り状で滑らかに外方に膨れ、駆動軸芯Ｘを中心とする回転面となる支軸面が形成され、一対の軸受機構Ｃとして、ウォームシャフト２の外端部２ａが挿入される開口部１１ａを有する軸受部１１を備えている。軸受部１１は、開口部１１ａが駆動軸芯Ｘに直交する方向への外端部２ａの変位を許容する形状で、且つ支軸面の外周に沿う内面形状となる軸受面を備えている。何れかの軸受部１１が、開口部１１ａに挿入された外端部２ａの支軸面に当接することによりウォームＡをホイールギヤＢに接近させる付勢力を作用させる付勢機構１５を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ウォームとホイールギヤとを備えたギヤ減速装置に関する。

特許文献１には、電動パワーステアリング装置を構成する機構の一部として、電動モータで駆動されるウォームと、これに咬合するホイールギヤとを備えたギヤ減速装置の技術が示されている。

この特許文献１では、ウォームの一対の端部のうち、電動モータで駆動される側が第１軸受で位置固定状態で回転自在に支持されている。また、ウォームの他方の端部側が、ホイールギヤの方向に向かう第１の方向に変位自在に支持されると共に、第１の方向と直交する第２の方向への変位が規制され状態で支持されている。

更に、特許文献１では、第１の方向に沿ってウォーム軸の歯部を、ホイールギヤの歯部に噛合させる付勢力を作用させるため圧縮コイルバネを有する付勢機構を備えている。

特許文献２は、特許文献１と同様に電動パワーステアリング装置を構成する機構の一部を構成するギヤ減速装置に関連する技術が示されている。具体的には、電動モータのモータ軸とウォーム軸との各々の対向する端部に凹面を形成し、これらの凹面に球体を嵌め込んだ構成の調芯手段を備え、モータ軸のトルクをウォーム軸に伝えるトルク伝動手段を備えている。

この特許文献２では、電動モータのモータ軸をボールベアリングで支持しており、ウォーム軸のうち調芯手段と反対側の端部は、ボールベアリングにより位置固定状態で支持されている。

特開２０１３‐８７８６８号公報 特開２０００‐２１１５３７号公報

電動モータ等でウォームを駆動し、このウォームに噛合するホイールギヤから減速動力を取り出すギヤ減速装置では、高い減速比を得ることが可能で、電動モータが停止した場合には、セルフロック状態に達しホイールギヤの回転が阻止される良好な面を有する。

しかしながら、この構成のギヤ減速装置では、大きい負荷が作用した場合に、ウォームとホイールギヤとの間に大きい力が作用するため、ウォームとホイールギヤとの位置関係が、一時的に適正な位置から外れ、異常な噛み合い状態に陥り、異音を発生させることもあった。

このような不都合に対し、特許文献１に示される技術では、大きい負荷が作用した場合に第２軸受において、ウォームの軸端がホイールギヤから離間する方向へ変位できるため、過剰な圧力の作用を抑制すると共に、異常な噛み合いを抑制できることも考えられる。

しかしながら、特許文献１の技術は、本来、バックラッシュを除去することを目的としたものであるため、ウォームの変位量が小さく、充分な効果を期待できないものであった。

また、特許文献２に示される技術でも、特許文献１と同様に、大きい負荷が作用した場合にはウォームの軸端がホイールギヤから離間する方向へ変位し、過剰な圧力の作用を抑制し、異常な噛み合いを抑制できることも考えられる。

しかしながら、特許文献２の技術は、軸剛性を確保する目的からウォームの調芯を行うものであるため、ウォームの変位量が小さく、充分な効果を期待できないものであった。

更に、異音の発生を抑制する技術として、ウォームの両端部分をボールベアリング等の軸受によって支持し、各々の軸受にバネ付勢力を作用させることで大きい負荷が作用した場合に、両端の軸受とともにホイールギヤから離間させるようにウォームを変位させる構成も考えられるが、この技術は大型化を招き易く、改善の余地がある。

このような理由から、大きい負荷が作用しても異音を発生させることのない減速装置を小型に構成することが求められる。

本発明の特徴は、駆動軸芯を中心に回転するウォームシャフトの中央位置にウォーム歯部を備えたウォームと、
前記ウォーム歯部に噛合するホイール歯部を外周に備え、前記駆動軸芯と直交する姿勢の出力軸芯を中心に回転するホイールギヤとを備えると共に、
前記ウォームシャフトの両端の外端部に、先細り状で前記駆動軸芯を基準にして滑らかに外方に膨れ前記駆動軸芯を中心とする回転面となる支軸面が形成され、
前記ウォームの両端部を支持する軸受機構が、前記ウォームシャフトの前記外端部が挿入される開口部を有する軸受部で構成され、
前記開口部が、前記ホイール歯部から前記ウォーム歯部が離間する方向への変位を許容する方向に延びる形状で、且つ前記支軸面の外周に沿う内面形状となる軸受面を備えており、
一対の前記軸受部の少なくとも何れか一方に、前記開口部に挿入された前記外端部に当接して前記ウォーム歯部を前記ホイール歯部に噛合させる方向に付勢力を作用させる付勢機構を備えている点にある。

これによると、ウォームシャフトの両端が軸受機構により支持される状況では、付勢機構の付勢力によりウォーム歯部がホイール歯部に噛合する状態が維持される。また、ウォームシャフトの支軸面が、先細り状で駆動軸芯を基準にして滑らかに外方に膨れる回転面として形成され、軸受部の軸受面が支軸面の外周に沿う形状であるため、支軸面が軸受面に当接することによりウォームシャフトは、両端部において調芯状態で支持される。
そして、ホイールギヤに大きい負荷が作用した場合には、軸受機構の開口部においてウォームシャフトの変位が許容されることにより、付勢機構の付勢力に抗してウォーム歯部がホイール歯部から離間する方向に変位が可能となり、この変位時にはウォーム歯部がホイール歯部の歯幅方向に変位しないため、異常な噛み合い状態に陥ることがない。特に、この構成ではボールベアリング等の軸受を必要としないため、装置の大型化を招くこともない。
従って、大きい負荷が作用しても異音を発生させることのない減速装置が小型に構成された。

本発明は、前記駆動軸芯に直交する方向視で前記支軸面の曲率が、前記駆動軸芯に直交する方向視で前記軸受面の曲率より大きく設定されても良い。

これによると、軸受面に支軸面が当接する状態では、これらが比較的小さい面積の領域で当接し、この当接領域の外周位置の軸受面と支軸面との間に間隙が形成されるため、ウォームシャフトの姿勢の変化が可能となる。また、支軸面が駆動軸芯を中心とした回転面として形成されているため、調芯機能を維持しつつ、ウォームシャフトの姿勢を滑らかに変化させることも可能となる。

本発明は、一対の前記軸受部の何れか少なくとも一方の前記開口部のうち、前記軸受面が形成される部位における前記駆動軸芯と直交する断面が、前記ウォームを前記ホイールギヤに対して離間可能な方向に延びる長孔として形成されると共に、この開口部の内面の一部のうち、前記長孔の長手方向の端部位置に前記支軸面が形成されても良い。

これによると、ウォームがホイールギヤから離間する方向に変位する場合でも、ウォームシャフトの外端部が長孔の長手方向に沿って変位するため、ウォーム歯部が、ホイール歯部の歯幅方向に変位する不都合を招くことがなく、異常な噛み合い状態に陥ることもない。

本発明は、一対の前記軸受部のうちの一方に前記駆動軸芯に沿う方向に貫通孔が形成され、
当該軸受部に挿入される前記ウォームシャフトの前記外端部と、前記ウォームを駆動回転するアクチュエータの駆動軸とを連結するバネ材が、前記貫通孔に挿通して配置されても良い。

これによると、ウォームがホイールギヤから離間する方向に変位することにより、ウォームシャフトの外端部と、アクチュエータの駆動軸との相対的な位置関係が変化する場合でも、バネ材が弾性変形することによりアクチュエータの駆動軸の駆動力をウォームシャフトに伝えることが可能となる。

本発明は、前記付勢機構が、前記ウォームシャフトの前記外端部または前記支軸面に当接する球状の当接面を有する当接部材と、この当接部材を付勢するスプリングとを備えても良い。

これによると、スプリングで付勢された当接部材が当接することにより、付勢力によって支軸面を軸受面に当接させる状態を維持できる。また、ウォームシャフトが回転する場合には、ウォームシャフトの外端部または支軸面の外面に当接部材が当接するためウォームシャフトの円滑な回転を可能にする。

ギヤ減速装置の断面図である。 第１軸受機構と第２軸受機構との断面図である。 負荷増大時の第１軸受機構と第２軸受機構との断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図３のＶ−Ｖ線断面図である。 別実施形態の第１軸受機構と第２軸受機構との断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、駆動軸芯Ｘを中心に回転自在なウォームＡと、駆動軸芯Ｘに直交する出力軸芯Ｙを中心に回動自在なホイールギヤＢとをハウジング１に収容してギヤ減速装置１００が構成されている。

ギヤ減速装置１００は、例えば、自動車等の車両において、運転座席のシートバックの姿勢の設定や、パワースライドドアの作動、あるいは、サンルーフの開閉等の駆動源として用いられる。

ウォームＡは、金属材料や樹脂材料により形成されるものであり、駆動軸芯Ｘと同軸芯で配置されるウォームシャフト２の中央部に駆動軸芯Ｘを中心とする螺旋状のウォーム歯部３を備えている。このウォームシャフト２は、両端部が軸受機構Ｃによって回転自在にハウジング１に支持されている。

ホイールギヤＢは、出力軸芯Ｙを中心に円形となるディスク状部５の外周に複数のホイール歯部６を形成しており、ディスク状部５の中央には出力軸芯Ｙと同軸芯で出力シャフト７を備えている。また、ホイールギヤＢは、ハウジング１に対してボールベアリング等の軸受によって回転自在に支持される。

この構成から、アクチュエータとしての電動モータ９でウォームＡを駆動回転することにより、ホイールギヤＢが回転し、出力シャフト７から減速動力が出力される。

特に、このギヤ減速装置１００では、出力シャフト７に作用する負荷が増大し、ウォームＡをホイールギヤＢから離間させる方向に大きい力が作用した場合でも、この力の作用による異音の発生を抑制するようにウォームシャフト２の駆動軸芯Ｘの変位を許容するように軸受機構Ｃが構成されている。

〔軸受機構〕
図１、図２に示すように、軸受機構Ｃは、駆動軸芯Ｘに沿う方向で電動モータ９から離間する位置（図１で左側）の第１軸受機構Ｃ１と、この反対側で電動モータ９に近接する位置（図１で右側）の第２軸受機構Ｃ２とで構成されている。各々の軸受機構Ｃには、ブロック状の軸受部１１を備えており、これらの軸受部１１はハウジング１に対して嵌め込む状態で支持されている。

ウォームシャフト２の両端の外端部２ａには、先細り状で滑らかに外方に膨れ、駆動軸芯Ｘを中心とする回転面となる支軸面２ａｓが形成されている。尚、支軸面２ａｓは調芯機能を有するものであればどのような形状でも良いが、本実施形態では、半球状に成形された支軸面２ａｓを示している。

各々の軸受部１１は、ウォームシャフト２の外端部２ａが挿入される開口部１１ａを、駆動軸芯Ｘに沿う方向での一方の端面に形成すると共に、他方の端面には開口部１１ａに連通する貫通孔１１ｂを駆動軸芯Ｘに沿う方向に形成している。開口部１１ａには、支軸面２ａｓの外周に沿う内面形状となる軸受面１１ａｓを備えている。

特に、駆動軸芯Ｘに直交する方向視における支軸面２ａｓの曲率が、駆動軸芯Ｘに直交する方向視における軸受面１１ａｓの曲率より少し大きく設定されている。この実施形態では、支軸面２ａｓが半球状であるため、この支軸面２ａｓの半径が、軸受面１１ａｓの半径より小さく設定される。

図４、図５に示すように、各々の軸受部１１に形成される開口部１１ａのうち、軸受面１１ａｓが形成される部位において前記駆動軸芯Ｘと直交する姿勢の断面は、ウォームＡをホイールギヤＢから離間可能な方向に延びる長孔状に形成され、この開口部１１ａの内面のうち、長孔の長手方向の両端側（図では上下方向の端部）に前述した軸受面１１ａｓが形成される。

つまり、開口部１１ａの長手方向をホイールギヤＢのディスク状部５が形成される仮想平面に沿って延びる方向に設定している。これにより、ウォームシャフト２の外端部２ａが、開口部１１ａに沿って変位する場合でも、ウォーム歯部３が、ホイール歯部６の歯幅方向に変位せず、偏った噛合を抑制するように構成されている。

具体的な構成として、図４、図５に示すように、開口部１１ａのうち長孔の長手方向の長さ寸法Ｌが、ウォームシャフト２の外端部２ａの直径より充分に大きい値となり、開口部１１ａのうち長孔の長手方向に直交する幅寸法Ｗが、ウォームシャフト２の外端部２ａの直径より僅かに大きい値に設定されている。

尚、第１軸受機構Ｃ１と第２軸受機構Ｃ２とにおいて、ウォームシャフト２の一対の外端部２ａに形成される支軸面２ａｓは等しい形状で形成されている。また、各々の軸受部１１の軸受面１１ａｓも等しい形状で形成されている。

第１軸受機構Ｃ１の軸受部１１には、ウォームＡをホイールギヤＢに接近させる付勢力を作用させる付勢機構１５を備えている。

付勢機構１５は、ウォームシャフト２の外端部２ａの外周面に当接可能な半球状の当接面を有し、軸受部１１のガイド孔部１１ｃにスライド移動自在に収容された当接部材１５ａと、この当接部材１５ａを突出付勢する圧縮コイル型のスプリング１５ｂとを備えて構成されている。

更に、第２軸受機構Ｃ２の軸受部１１に支持されるウォームシャフト２の外端部２ａと、電動モータ９の出力軸９ａとがバネ材１７よってトルク伝達自在に連結されている。このバネ材１７は貫通孔１１ｂに挿通する位置に配置される。

バネ材１７は、断面形状が角状で、曲げ方向に柔軟に弾性変形し得る材料が用いられている。そして、このバネ材１７の一端側をウォームシャフト２の外端部２ａの嵌合孔部に挿通し、他端側を電動モータ９の出力軸９ａの嵌合孔に挿通している。尚、バネ材１７の一方の端部を、嵌合孔に対してスライド移動自在に挿入しても良い。

〔駆動形態〕
電動モータ９が停止する状況、又は、低負荷で駆動される状況では出力シャフト７に作用する負荷が低いため、第１軸受機構Ｃ１では、図２に示す如く付勢機構１５の付勢力により、ウォームシャフト２の支軸面２ａｓが、軸受部１１の開口部１１ａのうち、ホイールギヤＢに近い位置の軸受面１１ａｓに当接する状態が維持される。

このように付勢機構１５の付勢力でウォームシャフト２の姿勢が決まるため、第２軸受機構Ｃ２では、ウォームシャフト２の支軸面２ａｓが、軸受部１１の開口部１１ａのうち、ホイールギヤＢから離間する位置の軸受面１１ａｓに当接する状態が維持される。

また、付勢機構１５の付勢力でウォームシャフト２の姿勢が決まる状態において、ウォーム歯部３と、ホイール歯部６とが最適な状態で噛合するように設計されている。更に、各々の軸受部１１では、ウォームシャフト２の支軸面２ａｓが軸受面１１ａｓに当接するため、各々の軸受部１１においてウォームシャフト２の外端部２ａが調芯状態に達し、ウォームシャフト２の姿勢（駆動軸芯Ｘの姿勢）が安定する。

そして、電動モータ９が駆動され出力シャフト７に作用する負荷が、予め設定された値を超えて上昇した場合には、ウォーム歯部３に対してホイール歯部６から離間させる力が作用する。これにより、第１軸受機構Ｃ１の軸受部１１では、図３に示すように、付勢機構１５のスプリング１５ｂの付勢力に抗して変位する結果、ウォームシャフト２の支軸面２ａｓが、軸受部１１の開口部１１ａのうち、付勢機構１５を備えた位置の軸受面１１ａｓに当接する状態に達する。

このようにウォームシャフト２の姿勢が決まるため、第２軸受機構Ｃ２では図３に示す如く、ウォームシャフト２の支軸面２ａｓが、軸受部１１の開口部１１ａのうち、ホイールギヤＢに近接する位置の軸受面１１ａｓに当接する状態が維持される。

また、電動モータ９の出力軸９ａの回転力をウォームシャフト２の外端部２ａに対してバネ材１７によって伝えるため、ウォームシャフト２の姿勢が変化した場合でもバネ材１７が撓むように弾性変形した状態で駆動が行われる。

このようにウォームシャフト２の姿勢が変化した場合にも、各々の軸受部１１では、ウォームシャフト２の支軸面２ａｓが軸受面１１ａｓに当接するため、各々の軸受部１１においてウォームシャフト２の外端部２ａが調芯状態に達し、ウォームシャフト２の姿勢（駆動軸芯Ｘの姿勢）が安定する。

このような構成から、出力シャフト７に過大な負荷が作用した場合には、ウォームＡが、ホイールギヤＢから離間する方向に変位する。この変位は、長孔状に形成された開口部１１ａに沿って行われるため、ウォーム歯部３がホイール歯部６の歯幅方向で一方に偏る位置関係に陥ることはない。その結果、ウォーム歯部３とホイール歯部６とが異常な噛み合い状態に陥る不都合を抑制し、異音を発生させることもない。尚、ウォームＡが変位することによりウォーム歯部３とホイール歯部６との破損も抑制される。

特に、この構成では、ボールベアリング等の軸受を用いない構成でありながら、ウォームシャフト２の駆動軸芯Ｘの精度を高く維持することを可能にしており、軸受を必要としないため、装置の小型化を可能にし、コストの低減も実現している。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図６に示すように、ウォームシャフト２の両端の外端部２ａに対し、先細り状で滑らかに外方に膨れ、駆動軸芯Ｘを中心とする回転面となる支軸面２ａｓとして、半球と比較して駆動軸芯Ｘの方向に突出する形状に成形する。

この別実施形態では、軸受部１１の開口部１１ａが実施形態と同様に長孔状に形成されるものであり、支軸面２ａｓの曲率が軸受面１１ａｓの曲率より大きく設定される。特に、軸受機構Ｃを構成する第１軸受機構Ｃ１に対し、実施形態と同様の構成の付勢機構１５を備えるものの、付勢機構１５の付勢力により支軸面２ａｓが当接する位置（同図の下側）にだけ軸受面１１ａｓを形成している。

また、軸受機構Ｃを構成する第２軸受機構Ｃ２では、実施形態と同様に長孔の長手方向（図６で上下方向）の両端側に対して、前述した軸受面１１ａｓが形成される。

このような構成ものでも、出力シャフト７に作用する負荷が変動した場合には、第２軸受機構Ｃ２において調芯状態でウォームシャフト２の外端部２ａを支持することが可能となる。

（ｂ）付勢機構１５を、第１軸受機構Ｃ１と第２軸受機構Ｃ２との双方に備える。このように付勢機構１５を備える場合に、低負荷でウォームシャフト２が実施形態と同様の姿勢に維持されるように、第１軸受機構Ｃ１では、実施形態と同じ方向に付勢力を作用させ、第２軸受機構Ｃ２では、これと反対側に付勢力を作用させるように構成できる。

（ｃ）電動モータ９の駆動力をウォームシャフト２に伝える伝動構造として、ウォームシャフト２の端部と、出力軸９ａの端部との間に、トルク伝達自在に嵌合するスプライン構造や、ドッグクラッチと同様の構造を備えることにより、バネ材１７を用いないように構成しても良い。

本発明は、ウォームと、これに噛合するホイールギヤとを備えたギヤ減速装置に利用することができる。

２ ウォームシャフト
２ａ 外端部
２ａｓ 支軸面
３ ウォーム歯部
６ ホイール歯部
９ 電動モータ（アクチュエータ）
１１ 軸受部
１１ａ 開口部
１１ｂ 貫通孔
１１ａｓ 軸受面
１５ 付勢機構
１５ａ 当接部材
１５ｂ スプリング
１７ バネ材
１００ ギヤ減速装置
Ａ ウォーム
Ｂ ホイールギヤ
Ｃ 軸受機構
Ｘ 駆動軸芯
Ｙ 出力軸芯

Claims (5)

1. 駆動軸芯を中心に回転するウォームシャフトの中央位置にウォーム歯部を備えたウォームと、
   前記ウォーム歯部に噛合するホイール歯部を外周に備え、前記駆動軸芯と直交する姿勢の出力軸芯を中心に回転するホイールギヤとを備えると共に、
   前記ウォームシャフトの両端の外端部に、先細り状で前記駆動軸芯を基準にして滑らかに外方に膨れ前記駆動軸芯を中心とする回転面となる支軸面が形成され、
   前記ウォームの両端部を支持する軸受機構が、前記ウォームシャフトの前記外端部が挿入される開口部を有する軸受部で構成され、
   前記開口部が、前記ホイール歯部から前記ウォーム歯部が離間する方向への変位を許容する方向に延びる形状で、且つ前記支軸面の外周に沿う内面形状となる軸受面を備えており、
   一対の前記軸受部の少なくとも何れか一方に、前記開口部に挿入された前記外端部に当接して前記ウォーム歯部を前記ホイール歯部に噛合させる方向に付勢力を作用させる付勢機構を備えているギヤ減速装置。
2. 前記駆動軸芯に直交する方向視で前記支軸面の曲率が、前記駆動軸芯に直交する方向視で前記軸受面の曲率より大きく設定されている請求項１に記載のギヤ減速装置。
3. 一対の前記軸受部の何れか少なくとも一方の前記開口部のうち、前記軸受面が形成される部位における前記駆動軸芯と直交する断面が、前記ウォームを前記ホイールギヤに対して離間可能な方向に延びる長孔として形成されると共に、この開口部の内面の一部のうち、前記長孔の長手方向の端部位置に前記支軸面が形成されている請求項１又は２に記載のギヤ減速装置。
4. 一対の前記軸受部のうちの一方に前記駆動軸芯に沿う方向に貫通孔が形成され、
   当該軸受部に挿入される前記ウォームシャフトの前記外端部と、前記ウォームを駆動回転するアクチュエータの駆動軸とを連結するバネ材が、前記貫通孔に挿通して配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のギヤ減速装置。
5. 前記付勢機構が、前記ウォームシャフトの前記外端部または前記支軸面に当接する球状の当接面を有する当接部材と、この当接部材を付勢するスプリングとを備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載のギヤ減速装置。

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