JP4200425B2

JP4200425B2 - 減速機およびこれを備える電動式動力舵取装置

Info

Publication number: JP4200425B2
Application number: JP2002308710A
Authority: JP
Inventors: 浩二北畑; 文明笠原; 良昌白井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: JP2004143263A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ウォームとウォームホイールなどの、小歯車と大歯車とを有する減速機、並びにこの減速機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る。例えばコラム型ＥＰＳでは、モータの回転力をウォーム等の小歯車からウォームホイール等の大歯車に伝えることでモータの回転を減速するとともに出力を増幅してコラムに付与し、ステアリング操作をトルクアシストしている。
ところで、減速機構としての小歯車と大歯車との噛み合いには適度なバックラッシが必要であるが、例えば歯車の正逆回転時や、石畳み等の悪路を走行してタイヤからの反力が入力された際などに、バックラッシに起因して歯打ち音が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。
【０００３】
同様の問題は電動式動力舵取装置の減速機に限らず、小歯車と大歯車とを有する一般の減速機においても存在する。
このため従来は、適正なバックラッシとなるように小歯車と大歯車との組み合わせを選別して減速機を組み立て（いわゆる層別組み立て）しているが、かかる方法では生産性が著しく低いという問題がある。
そこで、例えばウォーム軸をウォームホイールヘ向けて偏倚可能とするとともに、ウォーム軸をその偏倚方向へ付勢するばね体などの付勢手段を設けることで、バックラッシをなくするようにした、電動式動力舵取装置における減速機などが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−４３７３９号公報（第０００７欄〜第０００９欄、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１などの減速機は構造が極めて複雑になり、製造コストがかさむという問題がある。
そこでこの発明の目的は、騒音を、小歯車と大歯車とを組み合わせた際のバックラッシの大きさに関係なく、また構造を複雑化することなく、これまでよりも小さくすることができ、騒音の小さい減速機、およびこれを備える電動式動力舵取装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明の減速機は、金属製の小歯車および大歯車を含み、かつ両者の噛み合い部分を含む領域に、潤滑剤としてのグリースと、前記金属製の小歯車および大歯車よりも軟質の金属にて形成した、平均粒径５〜１５０μｍの軟質金属粉末とを少なくとも含み、前記軟質金属粉末を添加した状態でのちょう度が、ＮＬＧＩ番号で表してＮｏ．２〜Ｎｏ．０００である潤滑剤組成物を充填したことを特徴とするものである。
この発明の減速機によれば、潤滑初期には、小歯車と大歯車との噛み合い部分にあらかじめ軟質金属粉末が介在することによって、またそれ以降は、小歯車と大歯車との噛み合いによって軟質金属粉末が押しつぶされて、両歯車の金属面に層状に付着することによってバックラッシを適正化して、その騒音を大幅に低減することができる。しかも、潤滑剤としてのグリースに単に軟質金属粉末を添加するだけで、減速機の構造を複雑化することなく、コスト安価に騒音を低減することができる。
【０００７】
潤滑剤としてのグリースに軟質金属粉末を添加した、潤滑剤組成物としてのちょう度は、ＮＬＧＩ（ＮａｔｉｏｎａｌＬｕｂｒｉｃａｔｉｎｇＧｒｅａｓｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅ）番号で表してＮｏ．２〜Ｎｏ．０００であるのが、減速機に使用する上で必要である。
また軟質金属粉末の平均粒径は、小歯車と大歯車との噛み合い部分にあらかじめ介在して、減速機の騒音を低減する効果をさらに向上するために５０μｍ以上であるのが好ましい。また、軟質金属粉末は、潤滑剤組成物の流動性などを考慮すると、特に球状または粒状であるのが好ましい。さらに、小歯車および大歯車が鉄、または鋼からなる場合、軟質金属粉末は、青銅、銅、錫、銀、金、およびアルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属によって形成されているのが好ましい。
【０００８】
またこの発明の電動式動力舵取装置は、操舵補助用の電動モータの回転を、上記の減速機を介して減速するものゆえ、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。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明を説明する。
〈潤滑剤組成物〉
この発明の減速機に用いる潤滑剤組成物は、前記のように潤滑剤と、金属面よりも軟質の金属にて形成した、平均粒径５〜１５０μｍの軟質金属粉末とを少なくとも含むことを特徴とする。
【００１０】
このうち軟質金属粉末の平均粒径が５〜１５０μｍに限定されるのは、５μｍ以下では、とくに潤滑初期に小歯車と大歯車との噛み合い部分に介在して騒音を低減する効果に限界があり、減速機の騒音を大幅に低減できないためである。
また軟質金属粉末の平均粒径が１５０μｍを超えると、軟質金属粉末が潤滑剤から分離しやすくなって均一な潤滑剤組成物が得られないため、やはり潤滑初期に、小歯車と大歯車との噛み合い部分にあらかじめ軟質金属粉末をまんべんなく介在させて騒音を低減する効果が得られないためである。
【００１１】
なお減速機の、小歯車と大歯車との噛み合い部分にあらかじめ介在して、減速機の騒音を低減する効果をさらに向上するためには、軟質金属粉末の平均粒径は、上記の範囲内でも特に５０μｍ以上であるのが好ましい。
また軟質金属粉末の、潤滑剤からの分離を抑制して、潤滑剤組成物をより均一なものとすることで、小歯車と大歯車との噛み合い部分にあらかじめ軟質金属粉末をまんべんなく介在させて騒音を低減する効果をさらに向上するためには、軟質金属粉末の平均粒径は、上記の範囲内でも特に１３０μｍ以下であるのが好ましい。
【００１２】
また軟質金属粉末は、とくに潤滑初期に、小歯車と大歯車との噛み合い部分を隙間なく埋めて騒音を低減する効果を向上することを考慮すると、粒径の分布が単分散でなく、ある程度の粒度分布を有することが好ましい。つまり比較的粒径の大きい軟質金属粉末の隙間を、それよりも粒径の小さい軟質金属粉末で埋めることによって、とくに潤滑初期の騒音をより一層、低減することができる。
さらに軟質金属粉末は、潤滑剤１００重量部に対して３〜５０重量部の割合で添加するのが好ましい。
【００１３】
軟質金属粉末が３重量部未満では低減する効果があまり期待できず、逆に５０重量部を超えると潤滑剤組成物の流動性が低下して、潤滑剤として機能し得なくなるおそれがある。
なお騒音を低減する効果をより一層、向上するためには、潤滑剤１００重量部に対する軟質金属粉末の添加量は１０重量部以上であるのがさらに好ましい。
また、潤滑剤組成物の流動性を向上することを考慮すると、潤滑剤１００重量部に対する軟質金属粉末の添加量は３０重量部以下であるのがさらに好ましい。
【００１４】
軟質金属粉末の形状は球状、粒状、薄片状、棒状等の種々の形状が選択できるが、潤滑剤組成物の流動性などを考慮すると、特に球状または粒状であるのが好ましい。
軟質金属粉末としては、小歯車や大歯車などの金属面よりも軟質である、種々の金属や合金からなる粉末を用いることができる。かかる軟質金属粉末の具体例としては、たとえば金属面が鉄、鋼などである場合、青銅、銅、錫、亜鉛、銀、金、アルミニウムなどの粉末を用いることができる。
【００１５】
軟質金属粉末は、電解法、粉砕法、アトマイズ法などの、従来公知の種々の方法によって製造することができる。
潤滑剤としては、半固体状のグリースを用いる。
【００１６】
グリースとしては、軟質金属粉末を添加した潤滑剤組成物としてのちょう度がＮＬＧＩ番号で表してＮｏ．２〜Ｎｏ．０００となるものを用いるのが、減速機に使用する上で必要である。
【００１７】
グリースは、従来同様に潤滑基油に、増ちょう剤を添加して形成される。
潤滑基油としては、合成炭化水素油（例えばポリαオレフィン油）が好適に使用されるが、鉱油、シリコーン油、フッ素系合成樹脂等を用いることもできる。また増ちょう剤としては、従来公知の種々の増ちょう剤（石けん系、非石けん系）が使用可能である。潤滑基油の動粘度は、５〜２００ｍｍ²／ｓであるのが好ましい。
【００１８】
さらにグリースには、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等）、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などを添加剤として添加しても良い。
〈減速機および電動式動力舵取装置〉
図１は、この発明の一実施形態にかかる電動式動力舵取装置の概略断面図である。
【００１９】
図１を参照して、この例の電動式動力舵取装置では、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。
第１および第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および制御基板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。
【００２０】
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。
【００２１】
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ギヤである。
ウォーム軸１１とウォームホイール１２はともに、鉄、鋼等の金属にて形成される。
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、先に説明した潤滑剤組成物が充填されている。すなわち潤滑剤組成物は、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。
【００２２】
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および第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の上端面に当接している。
【００２３】
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。
【００２４】
トーションバー４は第１および第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。
【００２５】
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および第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および第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および第５の転がり軸受３４，３５は例えば玉軸受からなる。
【００２６】
第４および第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および第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。
【００２７】
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。
【００２８】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えばこの発明の減速機の構成を、電動式動力舵取装置以外の装置用の、一般の減速機に適用することができる等、この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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の、一実施形態にかかる電動式動力舵取装置の概略断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【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

金属製の小歯車および大歯車を含み、かつ両者の噛み合い部分を含む領域に、潤滑剤としてのグリースと、前記金属製の小歯車および大歯車よりも軟質の金属にて形成した、平均粒径５〜１５０μｍの軟質金属粉末とを少なくとも含み、前記軟質金属粉末を添加した状態でのちょう度が、ＮＬＧＩ番号で表してＮｏ．２〜Ｎｏ．０００である潤滑剤組成物を充填したことを特徴とする減速機。
軟質金属粉末の平均粒径が５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の減速機。
軟質金属粉末が球状または粒状であることを特徴とする請求項１記載の減速機。
小歯車および大歯車が鉄、または鋼からなり、軟質金属粉末が青銅、銅、錫、銀、金、およびアルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属からなることを特徴とする請求項１記載の減速機。
操舵補助用の電動モータの回転を、請求項１ないし４のいずれか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。