JP4207449B2

JP4207449B2 - 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: JP4207449B2
Application number: JP2002103019A
Authority: JP
Inventors: 哲也村上; 博之重村; 雅史魚田; 祥仁柴村
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2022-04-04
Also published as: JP2003301890A

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、操舵補助用のモータによって回転する小歯車であるウォーム及び大歯車であるウォームホイールの回転中心間距離を調整可能としたものが知られている。
【０００３】
このような減速歯車機構は、ウォームの一端部をハウジング内に回転自在に支持する転がり軸受と、ウォームの他端部側でウォームをウォームホイールに向けて付勢するコイルバネとを備え、該コイルバネによってウォーム及びウォームホイールの回転中心間距離を調整し、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て転舵時のバックラッシュによる歯打ち音をなくするように構成されている。また、付勢手段によって噛合部に予圧を加えているため、前記噛合部の歯が摩耗した場合においてもバックラッシュ量の増加を抑制することができ、さらに、前記噛合部の歯打ち音を低減すべく合成樹脂製のウォームホイールが用いられた場合において、ウォームホイールの膨潤による駆動トルクの増大を防止することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コイルバネ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、ウォームはモータ側に配置された転がり軸受で支持される支持部を中心としてウォームの全体が傾斜し、この傾斜した状態で前記回転中心間距離が長短となる方向に揺動することになる。また、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、ウォームからウォームホイールへ回転トルクが加わるとき、換言すればモータの回転によって操舵補助する場合、ウォームがウォームホイール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の撓み量が多くなり、ウォームがモータ側転がり軸受で支持される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の付勢力との関係によって前記回転中心間距離が長短となる方向にウォームが揺動するため、前記コイルバネの付勢力が比較的小さい場合、前記噛合反力に対する前記回転中心間距離の保持力が小さく、噛合反力によるウォームの動き量が比較的大きくなって噛合部のバックラッシュ量が多くなり、コイルバネによる歯打ち音の低減効果が乏しくなる。また、前記コイルバネの付勢力が比較的大きい場合、前記噛合部に加わる摩擦力が増大し、ウォーム及びウォームホイールの耐久性が悪くなるとともに、モータによる駆動負荷が増大し、改善策が要望されていた。
【０００５】
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、噛合部に加わる摩擦力を低減することができるとともに、噛合反力に対する前記回転中心間距離の保持力を大きく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。
【０００６】
【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、静止部材に軸受を介してその一端部が支持される小歯車と、該小歯車に噛合する大歯車と、前記小歯車の他端部側で小歯車を大歯車に向けて付勢する付勢手段と、前記小歯車の他端部を支持し、前記付勢力によって移動する移動体と、前記付勢手段の付勢力よりも小さい対抗力を前記小歯車に加える対抗手段とを備え、前記移動体の移動を案内する案内部を前記静止部材に設けてある減速歯車機構において、前記対抗手段は、前記移動体の外周りに巻回して該移動体に保持される巻回部、及び該巻回部から前記移動体の移動方向へ突設され、前記案内部に接触する複数の湾曲片を有し、前記移動体の移動に抵抗を加える抵抗体であることを特徴とする。
【０００７】
第４発明に係る電動式パワーステアリング装置は、請求項１乃至３の何れか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。
【０００８】
第１発明及び第４発明にあっては、付勢手段が小歯車を付勢するとき、前記抵抗体により、小歯車には前記付勢力よりも小さい対抗力が加わっているため、付勢力から対抗力を差し引いた比較的小さい押付力で小歯車を大歯車に向けて押付けることができ、噛合部に加わる摩擦力を低減することができる。しかも、対抗力よりも大きい付勢力は前記噛合反力による小歯車の移動を抑制することができる大きさに設定することができるため、噛合反力に対する前記回転中心間距離の保持力を大きくすることができ、噛合反力による小歯車の移動を抑制することができ、この移動による異音の発生を抑制することができる。
【０００９】
第２発明に係る減速歯車機構は、静止部材に軸受を介してその一端部が支持される小歯車と、該小歯車に噛合する大歯車と、前記小歯車の他端部側で小歯車を大歯車に向けて付勢する付勢手段と、前記小歯車の他端部を支持し、前記付勢力によって移動する移動体と、前記付勢手段の付勢力よりも小さい対抗力を前記小歯車に加える対抗手段とを備えた減速歯車機構において、前記移動体は円柱形をなし、前記対抗手段は、前記移動体の周面の一部に接触する接触面を有する抵抗体と、該抵抗体を前記移動体の周面に向けて押付ける弾性体とを有することを特徴とする。
第２発明にあっては、移動体の周りに対抗手段としての抵抗体を設けることができるため、抵抗体を有する割に構造を簡単にできる。
【００１０】
第３発明に係る減速歯車機構は、静止部材に軸受を介してその一端部が支持される小歯車と、該小歯車に噛合する大歯車と、前記小歯車の他端部側で小歯車を大歯車に向けて付勢する付勢手段と、前記小歯車の他端部を支持し、前記付勢力によって移動する移動体と、前記付勢手段の付勢力よりも小さい対抗力を前記小歯車に加える対抗手段とを備えた減速歯車機構において、前記対抗手段は、前記移動体に対して前記付勢手段と反対側に設けられた弾性体であることを特徴とする。
第３発明にあっては、付勢手段及び対抗手段としての弾性体の力関係を容易に設定することができ、しかも、付勢手段とは別にコイルバネ等の弾性体を設けることにより簡単に構成することができる。
【００１１】
【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の構成を示す断面図である。
【００１２】
この減速歯車機構Ａは、両端に軸部１ａ，１ｂを有するウォーム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を回転自在に支持したハウジング３とを備えており、ウォーム１の一方の軸部１ａ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に伝動するように構成されている。
【００１３】
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歯体２ａと、該環状歯体２ａの内側に嵌合された金属製の芯体２ｂとを備え、該芯体２ｂの中心部に穿設された貫通孔２ｃ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。
【００１４】
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、転がり軸受６及び円柱形の移動体７を介して回転自在に支持した第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。
【００１５】
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は前記転がり軸受６を介して前記軸部１ａを支持する支持孔３１及び該支持孔３１に連なるねじ孔３２及びモータ取付部３３が設けられており、前記ねじ孔３２に前記転がり軸受６を固定するためのねじ環８が螺着されている。また、前記モータ取付部３３に円筒部を有する前記モータ４が取付けられている。
【００１６】
また、第１収容部３ａの他端には、前記ウォーム１の他端に設けられた軸部１ｂが挿入される凹孔３４及び該凹孔３４の内面に臨み、前記軸部１ｂ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に向けて押付ける方向に穿設された円柱形の孔からなる案内部３５が設けられており、該案内部３５に前記軸部１ｂが回転自在に嵌合される前記移動体７と、該移動体７を前記押付ける方向へ付勢するコイルバネ９からなる付勢手段と、前記移動体７を移動操作するための操作体１０とが収容されている。
【００１７】
図２は移動体の構成を示す側面図である。
移動体７はその長手方向の途中、換言すれば前記案内部３５に沿って移動する移動方向の途中に環状凹部７１と、該環状凹部７１を貫通し、前記移動方向と直交するように穿設された嵌合孔７２からなる支持部とが設けられており、また、長手方向の一端には円形の凹部７３が設けられている。
【００１８】
図３は抵抗体の構成を示す斜視図である。
環状凹部７１には前記コイルバネ９の付勢力よりも小さい対抗力を前記移動体７及びウォーム１に加える対抗手段としての抵抗体１１が嵌合保持されており、また、前記嵌合孔７２にはすべり軸受１２を介して前記軸部１ｂが嵌合支持されており、さらに、前記凹部７３には前記操作体１０の端面と接触して前記移動体７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９が収容されている。
【００１９】
抵抗体１１は細幅の巻回部１１ａと、該巻回部１１ａの幅方向両側に突設された複数の湾曲片１１ｂとを有する金属板、換言すれば板ばねからなり、巻回部１１ａを円形に巻回することにより前記環状凹部７１に保持し、湾曲片１１ｂを撓ませつつ該湾曲片１１ｂの凸部を前記案内部３５の周面に接触させ、この接触による接触抵抗が前記対抗力となるようにしてある。尚、湾曲片１１ｂは前記案内部３５の周面との接触によって撓みが可能としてあり、また、巻回部１１ａの長手方向両端間に前記嵌合孔７２が臨むようにしてある。
【００２０】
操作体１０は周面にねじを有し、該ねじ部が前記案内部３５に螺合されている。また、前記コイルバネ９と反対側端に工具が嵌合される回転操作部１０ａを有している。
【００２１】
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４は本発明に係る電動式パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。
【００２２】
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１３に繋がり、下端に筒部１４ａを有する入力軸１４と、前記筒部１４ａ内に挿入されてその上端が前記入力軸１４の筒部１４ａに同軸的に連結され、前記操舵輪１３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１５と、下端が前記トーションバー１５の下端に同軸的に連結される出力軸１６と、前記トーションバー１５の捩れに応じた入力軸１４及び出力軸１６の相対回転変位量によって前記操舵輪１３に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ１７と、該トルクセンサ１７が検出したトルク、車速、操舵角度等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１６に伝動する前記減速歯車機構Ａとを備え、該減速歯車機構Ａ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。
【００２３】
ハウジング３には前記トルクセンサ１７を収容した筒形のハウジング１８が連結されており、該ハウジング１８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１９，２０及び該転がり軸受１９，２０に嵌合された前記出力軸１６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１６が前記伝動軸５を構成している。
【００２４】
減速歯車機構Ａは、ウォーム１の軸部１ａ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１６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１６に伝動し、該出力軸１６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）へ伝動するようにしている。尚、出力軸１６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動する伝動手段を構成している。
【００２５】
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、操作体１０の回転操作によりコイルバネ９を介して移動体７及び該移動体７にすべり軸受１２を介して支持されたウォーム１をラジアル方向へ移動させ、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を調整することにより、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。この場合、移動体７と操作体１０との間に介在されたコイルバネ９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るが、移動体７にはコイルバネ９の付勢力よりも小さい所定の対抗力が前記抵抗体１１により加えられているため、ウォーム１をウォームホイール２に向けて押付ける力、換言すれば前記噛合部に予圧を加える力は付勢力から対抗力を差し引いた比較的小さい力となり、噛合部に加わる摩擦力を低減することができ、ウォーム１及びウォームホイールの耐久性を高めることができる。
【００２６】
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１ｂから移動体７に加わった場合、該移動体７は前記噛合反力によるウォーム１の移動を抑制するための付勢力で付勢されているため、噛合反力に対する前記回転中心間距離の保持力を大きくすることができる。この結果、噛合反力によるウォーム１の移動を抑制することができ、この移動による異音の発生を抑制することができる。
【００２７】
尚、実施の形態１において、前記抵抗体１１は金属板からなる板ばねである他、合成樹脂板からなる板ばねであってもよいし、また、ゴム製であってもよい。また、抵抗体１１は移動体７に保持する他、前記案内部３５の周面に保持してもよい。
【００２８】
実施の形態２
図５は減速歯車機構の実施の形態２の移動体部分の構成を示す断面図、図６は移動体部分の構成を示す斜視図である。
この実施の形態２の減速歯車機構Ａは、対抗手段としての抵抗体１１を移動体７に保持する代わりに、円柱形の移動体７ａの移動に抵抗を加える抵抗体２１を静止部材としての前記ハウジング３に設けたものである。
【００２９】
実施の形態２において、ハウジング３には前記案内部３５の周面から移動体７ａの移動方向と直交する方向へ凹設された凹所３６を設け、移動体７ａの周面に接触する円弧形の接触面２１ａを有する抵抗体２１と、該抵抗体２１を移動体７ａの周面に向けて押付けるコイルバネ等の弾性体２２とを前記凹所３６に設け、この弾性体２２が抵抗体２１を押付けることにより移動体７ａの移動に抵抗を加えるようにしてある。尚、図５において、２３は前記弾性体２２の一端を支持する支持体、２４は止め輪である。
【００３０】
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。
【００３１】
実施の形態３
図７は減速歯車機構の実施の形態３の構成を示す断面図である。
この実施の形態３の減速歯車機構Ａは、対抗手段として前記抵抗体１１，２１を設ける代わりにコイルバネからなる弾性体２５を用い、該弾性体２５を前記移動体７ａに対して前記コイルバネ９と反対側に設けたものである。
【００３２】
実施の形態３において、ハウジング３の案内部３５は前記移動体７ａに対して前記コイルバネ９と反対側に受座３７を有しており、該受座３７と前記移動体７ａとの間に前記弾性体２５を介装してある。コイルバネ９の付勢力と弾性体２５の対抗力との差は前記噛合部に加える予圧と等しくしてある。例えばコイルバネ９の付勢力が１００Ｎとした場合、弾性体２５の対抗力は９５Ｎとし、付勢力から対抗力を差し引いた力（１００Ｎ−９５Ｎ＝５Ｎ）を前記噛合部に加える予圧としてある。尚、コイルバネ９及び弾性体２５は夫々のばね定数を変えることにより、移動体７ａ及びウォーム１の移動量に対する付勢力及び対抗力の変化量を変えることができる。
【００３３】
実施の形態３にあっては、移動体７ａと操作体１０との間に介在されたコイルバネ９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るが、移動体７ａにはコイルバネ９の付勢力よりも小さい所定の対抗力が前記弾性体２５によって加えられているため、ウォーム１をウォームホイール２に向けて押付ける力、換言すれば前記噛合部に予圧を加える力は付勢力から対抗力を差し引いた比較的小さい力となり、噛合部に加わる摩擦力を低減することができ、ウォーム１及びウォームホイール２の耐久性を高めることができる。しかも、ラジアル方向への噛合反力が軸部１ｂから移動体７ａに加わった場合、コイルバネ９が撓むことになるが、このコイルバネ９は弾性体２５の弾性復元力（対抗力）よりも大きい弾性復元力（付勢力）に設定されており、コイルバネ９の撓み量に対する弾性復元力を比較的大きくすることができるため、噛合反力に対する前記回転中心間距離の保持力を大きくすることができ、噛合反力によるウォーム１及び移動体７ａの移動を抑制することができ、この移動体７ａの前記操作体１０との当接を回避でき、移動体７ａが移動することによる異音の発生をなくすることができる。尚、噛合反力によってウォーム１及び移動体７ａが、前記回転中心間距離が長短となる方向に動く場合、前記回転中心間距離が短くなるときのウォーム１及び移動体７ａの動きを弾性体２５の弾性復元力によって抑制でき、この抑制の繰り返しによりウォーム１及び移動体７ａの振幅速度、振幅量及び振幅回数を低減できるため、前記噛合反力によってウォーム１及び移動体７ａが動くときに発生する音を低減できる。
【００３４】
その他の構成及び作用は実施の形態１，２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】
尚、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。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した如く第１発明及び第４発明によれば、付勢力から対抗力を差し引いた比較的小さい押付力で小歯車を大歯車に向けて押し付けることができるため、噛合部に加わる摩擦力を低減することができ、小歯車及び大歯車の耐久性を高めることができるとともに、噛合反力に対する前記回転中心間距離の保持力を大きくすることができ、小歯車の移動による異音の発生を抑制することができる。
【００３７】
第２発明によれば、対抗手段の構造を簡単にできる。
第３発明によれば、付勢手段及び対抗手段の力関係を容易に設定することができるとともに、対抗手段の構造を簡単に構成することができる。
【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の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１の移動体の構成を示す側面図である。
【図３】実施の形態１の抵抗体の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態２の移動体部分の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態２の移動体部分の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る減速歯車機構の実施の形態３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）
２ウォームホイール（大歯車）
３ハウジング（静止部材）
４モータ
６軸受（転がり軸受）
７，７ａ移動体
９コイルバネ（付勢手段）
１１抵抗体（対抗手段）
１６出力軸（伝動手段）
２１抵抗体（対抗手段）
２５弾性体（対抗手段）
Ａ減速歯車機構

Claims

静止部材に軸受を介してその一端部が支持される小歯車と、該小歯車に噛合する大歯車と、前記小歯車の他端部側で小歯車を大歯車に向けて付勢する付勢手段と、前記小歯車の他端部を支持し、前記付勢力によって移動する移動体と、前記付勢手段の付勢力よりも小さい対抗力を前記小歯車に加える対抗手段とを備え、前記移動体の移動を案内する案内部を前記静止部材に設けてある減速歯車機構において、前記対抗手段は、前記移動体の外周りに巻回して該移動体に保持される巻回部、及び該巻回部から前記移動体の移動方向へ突設され、前記案内部に接触する複数の湾曲片を有し、前記移動体の移動に抵抗を加える抵抗体であることを特徴とする減速歯車機構。
静止部材に軸受を介してその一端部が支持される小歯車と、該小歯車に噛合する大歯車と、前記小歯車の他端部側で小歯車を大歯車に向けて付勢する付勢手段と、前記小歯車の他端部を支持し、前記付勢力によって移動する移動体と、前記付勢手段の付勢力よりも小さい対抗力を前記小歯車に加える対抗手段とを備えた減速歯車機構において、前記移動体は円柱形をなし、前記対抗手段は、前記移動体の周面の一部に接触する接触面を有する抵抗体と、該抵抗体を前記移動体の周面に向けて押付ける弾性体とを有することを特徴とする減速歯車機構。
静止部材に軸受を介してその一端部が支持される小歯車と、該小歯車に噛合する大歯車と、前記小歯車の他端部側で小歯車を大歯車に向けて付勢する付勢手段と、前記小歯車の他端部を支持し、前記付勢力によって移動する移動体と、前記付勢手段の付勢力よりも小さい対抗力を前記小歯車に加える対抗手段とを備えた減速歯車機構において、前記対抗手段は、前記移動体に対して前記付勢手段と反対側に設けられた弾性体であることを特徴とする減速歯車機構。
請求項１乃至３の何れか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。