JP3847171B2

JP3847171B2 - 減速機及びこれを備える電動式動力舵取装置

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Publication number: JP3847171B2
Application number: JP2002010358A
Authority: JP
Inventors: 道敏満丸; 浩二北畑; 賢二山元; 文明笠原; 和俊山本; 良昌白井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: JP2003214529A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォーム及びウォームホイールを有する減速機、およびこれを備える電動式動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動式動力舵取装置には減速機が用いられている。例えばコラム型ＥＰＳでは、モータの回転力をウォームに伝え、さらにウォームホイールに伝えることでモータの回転を減速してモータの出力を増幅し、ステアリング操作をトルクアシストするようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、減速機構としてのウォーム及びウォームホイールの噛み合いには適度なバックラッシが必要であるが、例えば石畳み等の悪路を走行した場合、タイヤからの反力が上記のバックラッシに起因した歯打ち音として発生したり、軸受その他のクリアランスを有する部品がラトル音を発生する場合がある。これらの音が車室内に騒音として伝わると、運転者に不快感を与えることになる。
【０００４】
同様の問題は電動式動力舵取装置の減速機に限らず、ウォームとウォームホイールを有する一般の減速機において存在する。
そこで、本発明の課題は、騒音の少ない減速機及びこれを備える電動式動力舵取装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
前記課題を解決するため、請求項１の発明は、ウォーム及びウォームホイールを含む減速機において、前記ウォームとウォームホイールの噛み合い部分を少なくとも含む領域に、平均粒径０．１〜５０μｍの緩衝材を含む潤滑剤が充填され、前記緩衝材は平均分子量１０００〜２００００の合成樹脂を含み、潤滑剤に占める緩衝材の充填割合が３〜３０重量％であることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明では、ウォームとウォームホイールの噛み合い部分に微小な緩衝材が介在することで、歯打ち音を格段に低減することができる。しかも、潤滑剤としての例えば潤滑油やグリースに緩衝材を単に添加するだけで、各部材の設計変更を伴わずにコスト安価に騒音を低減することができる点で好ましい。
緩衝材の平均粒径が０．１μｍ未満では騒音低減の効果が小さく、また、緩衝材の平均粒径が５０μｍを超えると、バックラッシが詰まり過ぎて回転抵抗が大きくなるおそれがあるので、緩衝材の平均粒径を０．１〜５０μｍの範囲に設定してある。
【０００７】
また、前記潤滑剤に占める緩衝材の充填割合を３〜３０重量％の範囲にしてある。すなわち、３０重量％を超えると、混練が困難となり均一な潤滑剤が得られなくなるおそれがあるので、緩衝材の充填割合を前記の範囲に設定してある。また、３重量％以上であれば、例えば３デシベル以上の騒音低減効果が期待できる。
【０００８】
また、前記緩衝材として平均分子量１０００〜２００００の合成樹脂を用いた。すなわち、平均分子量が１０００未満では緩衝材が柔らくなり過ぎ、平均分子量が２００００を超えると緩衝材が硬くなり過ぎ、何れの場合にも、騒音防止効果が低下するおそれがあるので、平均分子量を前記の範囲に設定してある。合成樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹脂等や、前記樹脂の混合物（共析物を含む）を例示することができる。
【０００９】
また、前記緩衝材として合成ゴムを用いる場合がある。その合成ゴムとして、ＥＰＭ（エチレンプロピレンジエン共重合体）やＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン三元共重合体）等のエチレン・フロピレンゴムを例示することができる。
また、前記緩衝材が自己潤滑性を持つ場合には、摺動抵抗や摩耗量の低減を図ることができる点で好ましい。自己潤滑性を持つ緩衝材としては、ポリオレフィン、ポリアミド等の合成樹脂や、フッ素樹脂等を添加した合成ゴムを例示することができる。
【００１０】
操舵補助用の電動モータの回転を前述した減速機を介して減速する電動式動力舵取装置であれば、車室内での騒音をコスト安価に低減できる点で好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の電動式動力舵取装置の概略断面図である。図１を参照して、本電動式動力舵取装置（以下では単に動力舵取装置という）では、ステアリングホイール１を取り付けている入力軸としての第１の操舵軸２と、ラックアンドピニオン機構等の舵取機構（図示せず）に連結される出力軸としての第２の操舵軸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。
【００１２】
第１及び第２の操舵軸２，３を支持するハウジング５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５は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング６とギヤハウジング７により構成されている。具体的には、ギヤハウジング７は筒状をなし、その上端の環状縁部７ａがセンサハウジング６の下端外周の環状段部６ａに嵌め合わされている。ギヤハウジング７は減速機構としてのウォームギヤ機構８を収容し、センサハウジング６はトルクセンサ９及び制御基板１０等を収容している。ギヤハウジング７にウォームギヤ機構８を収容することで減速機５０が構成されている。
【００１３】
上記ウォームギヤ機構８は、図２に示すように、電動モータＭの回転軸３２に例えばスプライン３３継手等の継手機構を介して連結されるウォーム軸１１と、このウォーム軸１１と噛み合い、且つ図１に示すように、第２の操舵軸３の軸方向中間部に一体回転可能で且つ軸方向移動を規制されたウォームホイール１２とを備える。図示していないが、ウォーム軸１１はギヤハウジング７内に一対の軸受を介して回転自在に支持されている。
【００１４】
ウォームホイール１２は第２の操舵軸３に一体回転可能に結合される環状の芯金１２ａと、芯金１２ａの周囲を取り囲んで外周面部に歯を形成する合成樹脂部材１２ｂとを備えている。芯金１２ａは例えば合成樹脂部材１２ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
ギヤハウジング７内において、ウォーム軸１１とウォームホイール１２の噛み合い部分Ａを少なくとも含む領域に潤滑剤が充填されている。すなわち、潤滑剤は噛み合い部分Ａのみに充填しても良いし、噛み合い部分Ａとウォーム軸１１の周縁全体に充填しても良いし、ギヤハウジング７内全体に充填しても良い。
【００１５】
第２の操舵軸３は、ウォームホイール１２を軸方向の上下に挟んで配置される第１及び第２の転がり軸受１３，１４により回転自在に支持されている。
第１の転がり軸受１３の外輪１５は、センサハウジング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。第１の転がり軸受１３の外輪１５の上端面は環状の段部１７に当接しており、センサハウジング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１の転がり軸受１３の内輪１８は第２の操舵軸３に締まりばめにより嵌め合わされている。内輪１８の下端面はウォームホイール１２の芯金１２ａの上端面に当接している。
【００１６】
また、第２の転がり軸受１４の外輪１９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔２０に嵌め入れられて保持されている。第２の転がり軸受１４の外輪１９の下端面は、環状の段部２１に当接し、ギヤハウジング７に対する軸方向下方への移動が規制されている。第２の転がり軸受１４の内輪２２は、第２の操舵軸３に一体回転可能で且つ軸方向相対移動を規制されて取り付けられている。内輪２２は第２の操舵軸３の段部２３と、第２の操舵軸３のねじ部に締め込まれるナット２４との間に挟持されている。
【００１７】
トーションバー４は第１及び第２の操舵軸２，３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により第１の操舵軸２と一体回転可能に連結され、トーションバー４の下端４ｂは、連結ピン２６により第２の操舵軸３と一体回転可能に連結されている。第２の操舵軸３の下端は、図示しない中間軸を介してラックアンドピニオン機構等の舵取機構に連結されている。
上記の連結ピン２５は、第１の操舵軸２と同軸に配置される第３の操舵軸２７を、第１の操舵軸２と一体回転可能に連結している。第３の操舵軸２７はステアリングコラムを構成するチューブ２８内を貫通している。
【００１８】
第１の操舵軸２の上部は、例えば針状ころ軸受からなる第３の転がり軸受２９を介してセンサハウジング６に回転自在に支持されている。第１の操舵軸２の下部の縮径部３０と第２の操舵軸３の上部の孔３１とは、第１及び第２の操舵軸２，３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。
次いで、図２を参照して、ウォーム軸１１はギヤハウジング７により保持される第４及び第５の転がり軸受３４，３５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の転がり軸受３４，３５は例えば玉軸受からなる。
【００１９】
第４及び第５の転がり軸受３４，３５の内輪３６，３７がウォーム軸１１の対応するくびれ部に嵌合されている。また、第４及び第５の転がり軸受３４，３５の外輪３８，３９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔４０，４１にそれぞれ保持されている。
ギヤハウジング７は、ウォーム軸１１の周面の一部に対して径方向に対向する部分７ｂを含んでいる。また、ウォーム軸１１の一端部１１ａを支持する第４の転がり軸受３４の外輪３８は、ギヤハウジング７の段部４２に当接し位置決めされている。一方、第４の転がり軸受３４の内輪３６は、ウォーム軸１１の位置決め段部４３に当接することにより、ウォーム軸１１の他端部１１ｂ側への移動が規制されている。
【００２０】
ウォーム軸１１の他端部１１ｂ（継手側端部）の近傍を支持する第５の転がり軸受３５の内輪３７はウォーム軸１１の位置決め段部４４に当接することにより、ウォーム軸１１の一端部１１ａ側への移動が規制されている。
また、第５の転がり軸受３５の外輪３９は予圧調整用のねじ部材４５により、第４の転がり軸受３４側へ付勢されている。ねじ部材４５は、ギヤハウジング７に形成されるねじ孔４６にねじ込まれることにより、一対の転がり軸受３４，３５に予圧を付与すると共に、ウォーム軸１１を軸方向に位置決めしている。４７は予圧調整後のねじ部材４５を止定するためにねじ部材４５に係合されるロックナットである。
【００２１】
次いで、前述した潤滑剤について説明する。この潤滑剤は、液体潤滑剤としての潤滑油であっても良いし、半固体潤滑剤としてのグリースであっても良いが、潤滑剤には、緩衝材としての平均粒径０．１〜５０μｍの弾性材の微粉末（丸形ブロック状でも良いし、スティック状でも良い）が含まれる。この微小な緩衝材がウォーム軸１１とウォームホイール１２の噛み合い部分Ａに介在することで、歯打ち音を格段に低減することができる。
【００２２】
潤滑剤に用いる潤滑油としては、例えば動粘度が１０〜５００ｍｍ²／ｓ（４０°Ｃ）の範囲の潤滑油を用いることができ、合成炭化水素油（例えばポリαオレフィン油）が好ましく使用されるが、その他、鉱油、シリコーン油、フッ素系合成油等を用いることができる。必要に応じて、固体潤滑剤（二硫化モリブデン、グラファイト、ＰＴＦＥ）、リン系や硫黄系の化合物等の極圧添加剤、トリブチルフェノール、トリメチルフェノール等の酸化防止剤等を添加剤として添加しても良い。
【００２３】
潤滑剤に用いるグリースとしては、例えば、ちょう度がＮＬＧ１番号０００〜２のグリースが好ましく用いられる。グリースにおける基油としては、合成炭化水素油（例えばポリαオレフィン油）が好ましく使用されるが、その他、鉱油、シリコーン油、フッ素系合成油等を用いることができる。また、増ちょう剤として、従来公知の種々の増ちょう剤（石けん系、非石けん系）が使用可能であり、固体潤滑剤（二硫化モリブデン、グラファイト、ＰＴＦＥ）、リン系や硫黄系の化合物等の極圧添加剤、トリブチルフェノール、トリメチルフェノール等の酸化防止剤等を添加剤として添加しても良い。
【００２４】
特に、潤滑剤に緩衝材を添加するのみで、各部材の設計変更を伴わずにコスト安価に騒音を低減することができるので、非常に好ましい。
さらに、減速機５０の使用時間の経過と共に、噛み合い部分Ａで圧縮された緩衝材がギヤ歯の表面に固着して薄い被膜を形成していくものと考えられ、したがって、長期にわたって高い騒音低減効果を維持することが可能となる。
緩衝材の平均粒径を０．１〜５０μｍの範囲に設定するのは、緩衝材の平均粒径が０．１μｍ未満では騒音低減の効果が小さく、また、緩衝材の平均粒径が５０μｍを超えると、バックラッシが詰まり過ぎて回転抵抗が大きくなるおそれがあるからである。
【００２５】
また、前記潤滑剤に占める緩衝材の充填割合が０．１〜３０重量％であれば好ましい。というのは、０．１重量％未満では騒音低減効果がほとんど期待できず、また、３０重量％を超えると、基油に緩衝材を混合して潤滑剤を生成するときに均一に混合することが困難になるおそれがあるからである。
特に、前記潤滑剤に占める緩衝材の充填割合が３〜１０重量％であれば好ましい。というのは、後述する実施例に示す如く、３重量％以上であれば、例えば３デシベル以上の騒音低減効果が期待できる一方で、１０重量％を超えて緩衝材の充填割合を増加しても、騒音レベルのさらなる低下は見込めないからである。その中でコストパフォーマンスを考慮すると、３〜５重量％が最も好ましい。
【００２６】
また、前記緩衝材として平均分子量１０００〜２００００の合成樹脂を用いることができる。平均分子量が１０００未満では緩衝材が柔らくなり過ぎ、平均分子量が２００００を超えると緩衝材が硬くなり過ぎ、何れの場合にも、騒音防止効果が低下するおそれがあるので、平均分子量を前記の範囲に設定してある。合成樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹脂等や前記樹脂の混合物（共析物を含む）を例示することができる。
【００２７】
また、前記緩衝材として合成ゴムを用いることができる。合成ゴムとして、ＥＰＭ（エチレンプロピレンジエン共重合体）やＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン三元共重合体）等のエチレン・フロピレンゴムを例示することができる。
また、前記緩衝材が自己潤滑性を持つ場合には、摺動抵抗や摩耗量の低減を図ることができる点で好ましい。自己潤滑性を持つ緩衝材としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂や、それらにフッ素樹脂を添加した混合物（共析物を含む）等の合成樹脂や、フッ素樹脂等を添加した合成ゴムを例示することができる。
【００２８】
そして、本実施の形態の減速機５０を備える電動式動力舵取装置であれば、ウォームギヤ機構８のバックラッシによる歯打ち振動等に起因する騒音を低減でき、したがって、車室内での騒音をコスト安価に低減することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、本発明の減速機を電動式動力舵取装置以外の装置の一般の減速機に適用することができる等、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【００２９】
【実施例】
石けん系グリースに下記の緩衝材を下記の充填割合でそれぞれ充填して用いる実施例１〜５と、同じ石けん系グリースに緩衝材を添加しないで用いる比較例１に関して、電動式動力舵取装置の実機にて騒音テストを実施したところ、下記の試験結果を得た。なお、ウォーム軸のバックラッシは通常（１〜２’）よりも少し多めの４’に設定して試験を実施した。
【００３０】
緩衝材（衝撃吸収材）：平均分子量５０００で平均粒径３μｍの直鎖型ＰＥを含むポリエチレン系ワックス
試験結果（図３参照）
比較例１（添加量０重量％）：５０ｄＢ
実施例１（添加量１重量％）：４９ｄＢ
実施例２（添加量３重量％）：４７ｄＢ
実施例３（添加量５重量％）：４６ｄＢ
実施例４（添加量１０重量％）：４５ｄＢ
実施例５（添加量１５重量％）：４５ｄＢ
以上のように、何れの実施例１〜５においても騒音レベルを低下させることが実証された。特に、添加量が３重量％以上であれば、比較例１に比較して３デシベル以上の騒音低減効果を得ることができることが判明した。また、添加量が１０重量％を超えて充填しても騒音レベルにあまり変化がないことが判明した。この観点から、緩衝材の添加量を３〜１０重量％に設定することが好ましく、特に３〜５重量％の範囲であれば、実用上、十分な騒音レベルを実現できることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動式動力舵取装置の要部の断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】試験結果において、緩衝材の充填割合と騒音レベルの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
７ギヤハウジング
８ウォームギヤ機構
１１ウォーム軸（ウォーム）
１２ウォームホイール
Ａ噛み合い部分
５０減速機
Ｍ電動モータ

Claims

ウォーム及びウォームホイールを含む減速機において、前記ウォームとウォームホイールの噛み合い部分を少なくとも含む領域に、平均粒径０．１〜５０μｍの緩衝材を含む潤滑剤が充填され、前記緩衝材は平均分子量１０００〜２００００の合成樹脂を含み、潤滑剤に占める緩衝材の充填割合が３〜３０重量％であることを特徴とする減速機。
請求項１に記載の減速機において、前記緩衝材は自己潤滑性を持つことを特徴とする減速機。
操舵補助用の電動モータの回転を請求項１または２に記載の減速機を介して減速することを特徴とする電動式動力舵取装置。