JP3734444B2

JP3734444B2 - 減速歯車機構及びこれを用いた電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3734444B2
Application number: JP2001400885A
Authority: JP
Inventors: 雅史魚田; 武夫飯野; 智行武井; 博之重村; 祥仁柴村
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP2003194157A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小歯車及び大歯車の回転中心間距離を調整可能とした減速歯車機構及びこれを用いた電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動式パワーステアリング装置が備える減速歯車機構はその一端が操舵補助用のモータの駆動軸に結合されたウォームと、該ウォームに噛合するウォームホイールとを備えている。このウォームホイールは回転軸に嵌合固定されており、該回転軸が一対の転がり軸受を介してハウジング内に支持されている。
ウォームは、前記回転軸の軸芯と交叉するように配置され、一対の転がり軸受を介して前記ハウジング内に支持されている。
【０００３】
このように減速歯車機構が用いられた電動式パワーステアリング装置にあっては、ウォーム及びウォームホイールの噛合部のバックラッシュ量を少なくし、転舵時のバックラッシュによる歯打ち音をなくするため、ウォーム及びウォームホイールの回転中心間距離が許容範囲となるようにウォーム、ウォームホイール、ハウジング、転がり軸受等が選択され組み立てられているが、この組立てに多くの時間を要することになり、また、ウォーム及びウォームホイールの歯の摩耗が増大することによってバックラッシュ量が増加することになり、改善策が要望されていた。
【０００４】
図５は本発明の出願人が先に提案した減速歯車機構の構成を示す断面図である。本発明の出願人はウォーム１００の反モータ側の他端を支持する転がり軸受に代えて、その周面にウォーム１００の他端が嵌合される嵌合孔１０１を有しウォーム１００をウォームホイール１０２に向けて押付ける方向への移動が可能な円柱形の押付体１０３と、該押付体１０３を付勢するコイルバネ１０４と、前記押付体１０３の移動を案内する案内部１０５と、該案内部１０５に螺着され前記押付体１０３を移動操作する操作体１０６とを設け、前記押付体１０３の移動によってウォーム１００をウォームホイール１０２に向けて押し付け、前記噛合部に予圧を加えることにより前記回転中心間距離Ｈを調整し、歯の摩耗が増大した場合においてもバックラッシュ量を少なくするように構成された電動式パワーステアリング装置を先に提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コイルバネ１０４によって噛合部に予圧が加えられるように構成された場合、ウォーム１００はモータ１０７側に配置された転がり軸受１０８への支持部を中心としてウォーム１００の全体が傾斜し、この傾斜した状態で前記回転中心間距離Ｈが長短となるように揺動するため、この揺動による振幅を小さくすることが要望されていた。つまり、減速歯車機構のウォーム歯車等は回転中心線に対しその歯すじが回転方向へ捩じれており、ウォーム１００からウォームホイール１０２へ回転トルクが加わるとき、換言すればモータ１０７の回転によって操舵補助する場合、ウォーム１００がウォームホイール１０２の歯すじに沿ってラジアル方向へ動くように分力（以下噛合反力と云う）が発生し、該噛合反力によってコイルバネ１０４の撓み量が多くなり、ウォーム１００がモータ側転がり軸受１０８への支持部を中心として傾斜し、この傾斜した状態で前記噛合反力と前記コイルバネ１０４の弾性復元力との関係によって前記回転中心間距離Ｈが長短となるようにウォーム１００が揺動するため、該ウォーム１００の他端を支持した押付体１０３が前記操作体１０６に当接して叩き音が発生したり、前記ウォーム１００がウォームホイール１０２の歯面に当接して歯打ち音が発生したりする。
【０００６】
また、前記押付体１０３はその周面に嵌合孔１０１を有する円柱形であり、前記嵌合孔１０１に嵌合支持されたウォーム１００の他端の軸部１０９及び前記嵌合孔１０１の間には軸部１０９の円滑な回転を補償する隙間が設けられているため、前記噛合反力によるウォーム１００の動き、及び減速歯車機構の全体の振動によって前記押付体１０３が前記案内部１０５の中心周りで微小回転することになり、この押付体１０３の回転によって嵌合孔１０１と軸部１０９とが当接し、音が発生することになるし、また、嵌合孔１０１が偏摩耗することになり、押付体１０３の耐久性、及びウォーム１００の回転性が低下することになり、改善策が要望されていた。
【０００７】
本発明は斯る事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は、前記噛合反力等によって小歯車がラジアル方向へ動くときに発生する音を低減することができる減速歯車機構、電動式パワーステアリング装置を提供することにある。
【０００８】
また、他の目的は、押付体の案内部内での回転によって発生する音を低減でき、押付体の耐久性を高めることができ、小歯車の回転性を高めることができる減速歯車機構、電動式パワーステアリング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る減速歯車機構は、軸部を有する小歯車と、該小歯車に噛合する大歯車と、前記軸部を支持し前記小歯車を大歯車に向けて押付ける方向への移動が可能な押付体と、該押付体を前記押付け方向へ付勢する付勢手段と、前記押付体の移動を案内する案内部とを備えた減速歯車機構において、前記案内部は前記押付体に対して前記付勢手段と反対側に閉鎖部を有しており、該閉鎖部と前記押付体との間に空気留まり部を有していることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る電動式パワーステアリング装置は、請求項１又は２に記載された減速歯車機構と、前記小歯車に連結された操舵補助用のモータと、該モータの回転に伴う前記大歯車の回転力を舵取機構に伝動する伝動手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
第１発明及び第３発明にあっては、小歯車に加わる噛合反力と前記付勢手段の付勢力との関係によって小歯車及び押付体が、前記回転中心間距離が長短となるように動く場合、前記回転中心間距離が短くなるときの小歯車及び押付体の動きを空気留まり部の留まり空気によって抑制でき、この抑制の繰り返しにより小歯車及び押付体の振幅速度、振幅量及び振幅回数を低減できる。この結果、前記噛合反力等によって小歯車及び押付体が動くときに発生する音を低減できる。
【００１２】
第２発明に係る減速歯車機構は、前記案内部は孔からなり、前記押付体を前記案内部の中心周りで非回転にするための回転止め手段を備えていることを特徴とする。
【００１３】
第２発明にあっては、案内部の中心周りで押付体が回転することを回転止め手段によって防ぐことができるため、前記噛合反力によってウォームがラジアル方向へ動いたり、減速歯車機構の全体が振動したりしたとき、小歯車の軸部が支持された押付体の支持部と前記軸部との衝突をなくすることができる。この結果、音の発生を低減でき、また、押付体の支持部の偏摩耗を少なくすることができ、押付体の耐久性、及び小歯車の回転性を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１は減速歯車機構の実施の形態１の構成を示す縦断面図である。
【００１５】
この減速歯車機構Ａは両端に軸部１ａ，１ｂを有する金属製のウォーム１と、該ウォーム１に噛合するウォームホイール２と、該ウォーム１及びウォームホイール２を回転可能に支持したアルミニウム製のハウジング３とを備えており、ウォーム１の他方の軸部１ｂに連結されるモータ４の回転を減速してウォームホイール２に伝達するように構成されている。
【００１６】
ウォームホイール２は、前記ウォーム１に噛合する複数の歯を有する合成樹脂製の環状部材２１と、該環状部材２１の内側に嵌合された金属製の芯部材２２とを備え、該芯部材２２の中心部に穿設された貫通孔２３に伝動軸５が嵌合固定されている。ウォーム１は前記伝動軸５の軸芯と交叉するように配置されている。
【００１７】
ハウジング３は、前記ウォーム１を収容し、該ウォーム１の軸部１ａ，１ｂを、嵌合孔６１からなる支持部を有する円柱形の押付体６及び転がり軸受７を介して回転可能に支持した第１収容部３ａと、前記ウォームホイール２を収容し、該ウォームホイール２を前記伝動軸５及び該伝動軸５に嵌合された２つの転がり軸受（後記する）を介して支持した第２収容部３ｂとを有する。
【００１８】
第１収容部３ａはウォーム１の軸長方向に長くなっており、その長手方向一端に、前記ウォーム１の一端に設けられた軸部１ａが挿入される凹孔３１及び該凹孔３１の内面に臨み、前記軸部１ａのラジアル方向に向けて穿設、換言すればウォーム１をウォームホイール２に向けて押し付ける方向に穿設された円柱形の孔からなる案内部３２が設けられており、該案内部３２に前記押付体６と、該押付体６を前記押し付ける方向へ付勢するコイルバネ８からなる付勢手段と、前記押付体６を移動操作するための操作体９とが収容されている。
【００１９】
また、第１収容部８ａの他端には前記転がり軸受７を介して前記軸部１ｂを支持する支持孔３３及び該支持孔３３に連なるねじ孔３４及びモータ取付部３５が設けられており、前記ねじ孔３４に前記転がり軸受７を固定するためのねじ環１０が螺着されている。また、前記モータ取付部３５に円筒部を有する前記モータ４が取付けられている。
【００２０】
案内部３２は、ハウジング３の内側となる一端、換言すれば前記押付体６に対して前記コイルバネ８と反対側の端を前記第２収容部３ｂと連通しない閉鎖部３６とし、該閉鎖部３６と前記押付体６の一端との間に前記押付体６の前記コイルバネ８による移動を抑制する空気留まり部３７を設けてある。案内部３２の周面と押付体６の周面との間の隙間は約５０μｍであり、コイルバネ８によって押付体６が付勢されたとき、前記空気留まり部３７に留っている空気は前記隙間から流出し難い。また、前記案内部３２の周面には前記押付体６の移動性を良好にすべくグリース等の潤滑剤が塗布されており、該潤滑剤によって前記空気留まり部３７の気密性はより一層高くなっている。また、案内部３２の他端はハウジング３の外部に開口し、該開口部に前記操作体９が螺着されている。
【００２１】
押付体６はその軸長方向の中間位置、換言すれば前記案内部３２に沿って移動する移動方向の中間位置に前記移動方向と直交するように穿設された嵌合孔６１からなる支持部が設けられており、該嵌合孔６１に前記軸部１ａが回転可能に嵌合された焼結合金製のすべり軸受１１を設けてあり、該すべり軸受１１を介して前記軸部１ａを押付体６に支持してある。また、押付体６の他端には円形の凹部６２が設けられている。
【００２２】
この凹部６２には前記操作体９の端面と接触して前記押付体６をウォーム１のウォームホイール２との噛合部に予圧を加えるべく前記移動方向へ付勢するための前記コイルバネ８が収容されている。
【００２３】
操作体９は周面にねじを有し、該ねじ部が前記案内部３２に螺合されている。また、前記コイルバネ８と反対側端に工具が嵌合される回転操作部９ａを有している。
【００２４】
このように構成された減速歯車機構Ａは、例えば電動式パワーステアリング装置に使用される。
図２は本発明に係る電動式パワーステアリング装置の断面図である。
電動式パワーステアリング装置は、上端が舵取りのための操舵輪１２に繋がり、下端に筒部を有する入力軸１３と、前記筒部内に挿入されてその上端が前記入力軸１３の筒部に同軸的に連結され、前記操舵輪１２に加わる操舵トルクの作用によって捩れるトーションバー１４と、下端が前記トーションバー１４の下端に同軸的に連結される出力軸１５と、前記トーションバー１４の捩れに応じた入力軸１３及び出力軸１５の相対回転変位量によって前記操舵輪１２に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ１６と、該トルクセンサ１６が検出したトルクに基づいて駆動される操舵補助用の前記モータ４と、該モータ４の回転に連動し、該回転を減速して出力軸１５に伝動する前記減速歯車機構Ａと、該減速歯車機構Ａが収容された前記ハウジング３とを備え、このハウジング３がブラケット（不図示）を介して車体に取付けられる。
【００２５】
ハウジング３には前記トルクセンサ１６を収容した筒形のハウジング１７が連結されており、該ハウジング１７内と前記ハウジング３内とに嵌合支持された２つの転がり軸受１８，１９及び該転がり軸受１８，１９に嵌合された前記出力軸１５を介して前記ウォームホイール２がハウジング３内に配置されている。尚、出力軸１５が前記伝動軸５を構成している。
【００２６】
減速歯車機構Ａは、ウォーム１の軸部１ｂが前記モータ４の駆動軸４ａに繋がっており、また、ウォームホイール２が前記出力軸１５の途中に嵌合固定されており、これらウォーム１及びウォームホイール２の噛合により前記駆動軸４ａの回転を減速して出力軸１５に伝達し、該出力軸１５からユニバーサルジョイントを経て例えばラックピニオン式の舵取機構（図示せず）へ伝達するようにしている。尚、出力軸１５及びユニバーサルジョイントが、ウォームホイール２の回転力を舵取機構に伝達する伝動手段を構成している。
【００２７】
以上のように構成された電動式パワーステアリング装置は、ウォーム１を組み込む場合、該ウォーム１の軸部１ａは押付体６の軸長方向中間に設けられたすべり軸受１１に嵌合されている。また、操作体９の回転操作によりコイルバネ８を介して押付体６を移動させ、さらに、すべり軸受１１を介してウォーム１を移動させ、該ウォーム１をウォームホイール２の歯面に接触させ、前記回転中心間距離Ｈを調整する。このとき、ウォームホイール２を回してバックラッシュが生じていないのを確認することによってウォーム１及びウォームホイール２の噛合部のバックラッシュ量をなくすることができる。また、押付体６と操作体９との間に介在されたコイルバネ８がウォーム１をウォームホイール２に向けて付勢し、該ウォーム１のウォームホイール２との噛合部に予圧を加えている。
【００２８】
操舵補助によってウォーム１がウォームホイール２の歯すじに沿うようにラジアル方向へ押圧され、この押圧力、換言すれば上述したラジアル方向への噛合反力が軸部１ａから押付体６に加わった場合、噛合反力と前記コイルバネ８の弾性復元力との関係によってウォーム１及び押付体６が、前記回転中心間距離Ｈが長短となるように動くことになる。
【００２９】
このとき、ウォーム１はモータ側転がり軸受７への支持部を中心として傾斜し、押付体６を付勢するコイルバネ８が前記噛合反力によって撓み、ウォーム１及び押付体６は前記回転中心間距離Ｈが長くなる方向へ動き、さらに、コイルバネ８の弾性復元力によって前記回転中心間距離Ｈが短くなる方向へ動き、この押付体６の動きが繰り返されることになるが、前記案内部３２の閉鎖部３６と押付体６の一端との間には空気留まり部３７が設けられているため、前記回転中心間距離Ｈが短くなるときのウォーム１及び押付体６の動きを空気留まり部３７の留まり空気によって抑制でき、この抑制の繰り返しによりウォーム１及び押付体６の振幅速度、振幅量及び振幅回数を低減できる。従って、前記噛合反力等によって前記押付体６が前記操作体９に当接したときに発生する叩き音、及び前記ウォーム１がウォームホイール２の歯面に当接したときに発生する歯打ち音を低減できる。因に、前記空気留まり部３７が設けられていない減速歯車機構が発生する音と、前記空気留まり部３７が設けられた減速歯車機構Ａが発生する音とをウォーム側の外部で測定した結果、前者の空気留まり部の設けられていない構成では６５ｄＢであったのに対し、後者の空気留まり部３７を有する構成では５７ｄＢであり、約１２％低減できた。
【００３０】
実施の形態２
図３は図１のIII −III 線で切断した実施の形態２の拡大断面図である。
この実施の形態２の減速歯車機構は、案内部３２及び押付体６を円柱形とする代わりに、角柱形の案内部３２ａ及び押付体６ａとし、押付体６ａを前記案内部３２ａの中心周りで非回転にしたものである。
【００３１】
実施の形態２において、案内部３２ａはウォーム１をウォームホイール２に向けて押し付ける方向に穿設されており、その中心と直交する断面形状を方形、矩形等の多角形としてある。また、案内部３２ａの一端には前記閉鎖部３６が設けられており、該閉鎖部３６と前記押付体６ａの一端との間に前記空気留まり部３７を設けてある。
【００３２】
押付体６ａは案内部３２ａに沿って移動可能であるが、案内部３２ａの中心周りで非回転となるように案内部３２ａに挿入されており、移動方向と直交する断面形状を方形、矩形等の多角形としてある。また、押付体６ａに穿設された前記嵌合孔６１には前記すべり軸受１１が設けられており、該すべり軸受１１の周面と前記軸部１ａの周面との間には軸部１ａの円滑な回転を補償するための隙間（約１００μｍ）が設けられている。
【００３３】
実施の形態２にあっては、ウォーム１の軸部１ａを支持した押付体６ａは案内部３２ａの中心周りで非回転になっているため、前記噛合反力によるウォーム１のラジアル方向への動きによって案内部３２ａの中心周りで回転する方向の力が押付体６ａに加わったり、ハウジング３の振動（減速歯車機構の全体の振動）によって案内部３２ａの中心周りで回転する方向の力が押付体６ａに加わったりした場合においても、押付体６ａの微小回転を防ぐことができ、該押付体６ａの嵌合孔６１に設けられたすべり軸受１１の周面と軸部１ａとの衝突を防ぐことができ、音の発生をなくすることができる。しかも、すべり軸受１１の周面の偏摩耗を防ぐことができ、押付体６ａの耐久性、及びウォーム１の回転性を高めることができる。
【００３４】
その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【００３５】
実施の形態３
図４は図１のIV−IV線で切断した実施の形態３の拡大断面図である。
この実施の形態３の減速歯車機構Ａは、円柱形に形成された前記案内部３２及び押付体６の周面に回転止め手段を設けた案内部３２ｂ及び押付体６ｂとしたものである。
【００３６】
実施の形態３において、案内部３２ｂ及び押付体６ｂの周面の一方に回り止め凸部４０を設け、他方に該回り止め凸部４０に係合する回り止め凹部４１を設け、押付体６ｂを前記案内部３２ｂの中心周りで非回転にしてある。回り止め凸部４０は押付体６ｂの移動方向に長い条形としてあるが、その形状は特に制限されない。
【００３７】
実施の形態３にあっては、ウォーム１の軸部１ａを支持した押付体６ｂは案内部３２ｂの中心周りで非回転になっているため、前記噛合反力によるウォーム１のラジアル方向への動きによって案内部３２ｂの中心周りで回転する方向の力が押付体６ｂに加わったり、ハウジング３の振動（減速歯車機構の全体の振動）によって案内部３２ｂの中心周りで回転する方向の力が押付体６ｂに加わったりした場合においても、押付体６ｂの微小回転を防ぐことができ、該押付体６ｂの嵌合孔６１に設けられたすべり軸受１１の周面と軸部１ａとの衝突を防ぐことができ、音の発生をなくすることができる。しかも、すべり軸受１１の周面の偏摩耗を防ぐことができ、押付体６ｂの耐久性、及びウォーム１の回転性を高めることができる。
【００３８】
その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【００３９】
尚、以上説明した実施の形態では、押付体６を付勢する付勢手段として、コイルバネ８を用いたが、その他、板ばね、ゴム部材であってもよい。
【００４０】
また、以上説明した実施の形態の減速歯車機構Ａは、ウォーム１である小歯車及びウォームホイール２である大歯車を備えたウォーム歯車である他、ハイポイドピニオンである小歯車及びハイポイドホイールである大歯車を備えたハイポイド歯車であってもよいし、また、ベベルギヤであってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述した如く第１発明及び第３発明によれば、空気留まり部の留まり空気によって小歯車及び押付体の振幅速度、振幅量及び振幅回数を低減でき、音を低減できる。
【００４２】
第２発明にあっては、音の発生をより一層低減できるとともに、押付体の耐久性、及び小歯車の回転性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る減速歯車機構の実施の形態１の構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の断面図である。
【図３】図１のIII −III 線で切断した実施の形態２の拡大断面図である。
【図４】図１のIV−IV線で切断した実施の形態３の拡大断面図である。
【図５】本発明の出願人が先に提案した減速歯車機構の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ウォーム（小歯車）
１ａ軸部
２ウォームホイール（大歯車）
４モータ
６，６ａ，６ｂ押付体
８コイルバネ（付勢手段）
１５出力軸（伝動手段）
３２，３２ａ，３２ｂ案内部
３６閉鎖部
３７空気留まり部
４０回り止め凸部（回転止め手段）
４１回り止め凹部（回転止め手段）

Claims

軸部を有する小歯車と、該小歯車に噛合する大歯車と、前記軸部を支持し前記小歯車を大歯車に向けて押付ける方向への移動が可能な押付体と、該押付体を前記押付け方向へ付勢する付勢手段と、前記押付体の移動を案内する案内部とを備えた減速歯車機構において、前記案内部は前記押付体に対して前記付勢手段と反対側に閉鎖部を有しており、該閉鎖部と前記押付体との間に空気留まり部を有していることを特徴とする減速歯車機構。
前記案内部は孔からなり、前記押付体を前記案内部の中心周りで非回転にするための回転止め手段を備えている請求項１記載の減速歯車機構。
請求項１又は２に記載された減速歯車機構と、前記小歯車に連結された操舵補助用のモータと、該モータの回転に伴う前記大歯車の回転力を舵取機構に伝動する伝動手段とを備えていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。