JP4406819B2

JP4406819B2 - 減速機ならびにそれを用いた電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4406819B2
Application number: JP2003190861A
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: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: JP2005023212A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォームなどの小歯車と、ウォームホイールなどの大歯車とを有し、かつ潤滑剤組成物を充てんした減速機と、かかる減速機を備えた電動パワーステアリング装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動パワーステアリング装置には減速機が用いられる。例えばコラム型ＥＰＳでは、電動モータの回転を、減速機において、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減速するとともに出力を増幅したのち、コラムに付与することで、ステアリング操作をトルクアシストしている。
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。しかし、例えば歯車が正回転から逆回転に転じる際や、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り、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】
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る、いわゆる層別組み立てをしているが、かかる方法では生産性が著しく低いという問題がある。また層別組み立てをしたとしても、ウォームホイールの軸の偏芯による操舵トルクのむらが発生するという別の問題がある。
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、電動パワーステアリング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。
そこで本発明の目的は、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と、それを用いた電動パワーステアリング装置とを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の減速機は、小歯車と大歯車とを備え、前記両歯車の噛み合い部分を含む領域に、
グリースと、
ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ以上であるゴムまたは軟質樹脂からなる内核の外周を、ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ未満であるゴムまたは軟質樹脂からなる外殻で被覆した二重構造を有し、平均粒径が５０〜３００μｍである緩衝材粒子と、
を含み、ちょう度を、ＮＬＧＩ番号で表してＮｏ．２〜Ｎｏ．００とした潤滑剤組成物を充てんしたことを特徴とするものである。
【０００７】
また本発明の減速機は、小歯車と大歯車とを備え、前記両歯車の噛み合い部分を含む領域に、
動粘度が２０〜１００ｍｍ ^２／ｓ（４０℃）である潤滑油と、
ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ以上であるゴムまたは軟質樹脂からなる内核の外周を、ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ未満であるゴムまたは軟質樹脂からなる外殻で被覆した二重構造を有し、平均粒径が５０〜３００μｍである緩衝材粒子と、
を含む潤滑剤組成物を充てんしたことを特徴とするものである。
【０００８】
さらに本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータの出力を、上記減速機を介して減速して舵取機構に伝えることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、潤滑剤組成物中に分散した緩衝材粒子が、小歯車と大歯車との噛み合い部分に介在して、両歯車の歯面間の衝突を緩衝することによって、その騒音を低減することができる。しかもグリースまたは潤滑油（以下「潤滑剤」と総称する場合がある）に単に緩衝材粒子を添加するだけで、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。
【００１０】
なお潤滑剤に、緩衝材粒子などの微小な粒子を配合すると、その流動が阻害されることによって粘度が上昇して、電動パワーステアリング装置の操舵トルクが上昇する傾向がある。
しかし本発明で使用している二重構造を有する緩衝材粒子は、内核よりも軟らかい外殻が、摺動時の歯車の噛み合い抵抗を低減する働きをするため、上記の、操舵トルクの上昇を抑制することができる。
【００１１】
なお緩衝材粒子として、外殻と同じ比較的軟らかい緩衝材のみで形成した単層構造のものを用いた場合には、当該緩衝材粒子が、小歯車と大歯車との噛み合いによって押しつぶされてしまうため、上述した騒音を低減する効果が得られない。
粘度上昇に伴う操舵トルクの上昇を抑制しつつ、騒音を低減する効果を得るためには、緩衝材粒子が、小歯車と大歯車との噛み合いによって完全に押しつぶされることなく粒状を維持している必要があり、そのために緩衝材粒子は、前記の二重構造を有している必要がある。
【００１２】
緩衝材粒子の内核は、上記のように小歯車と大歯車との噛み合いによって完全に押しつぶされることなく粒状を維持する効果を十分に発揮させるために、ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ以上であるゴムまたは軟質樹脂にて形成する。
また外殻は、摺動時の歯車の噛み合い抵抗を低減して操舵トルクの上昇を抑制する効果をさらに向上するために、ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ未満であるゴムまたは軟質樹脂にて形成する。
【００１３】
潤滑剤は半固体状のグリースであってもよく、液状の潤滑油であってもよい。
潤滑剤がグリースである場合、減速機に使用するために、緩衝材粒子を添加した潤滑剤組成物のちょう度は、ＮＬＧＩ（ＮａｔｉｏｎａｌＬｕｂｒｉｃａｔｉｎｇＧｒｅａｓｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅ）番号で表してＮｏ．２〜Ｎｏ．００とする必要がある。
また潤滑剤が液状の潤滑油である場合は、減速機に使用するために、前記潤滑油の動粘度を２０〜１００ｍｍ／ｓ（４０℃）とする必要がある。
【００１４】
そして本発明の減速機は、小歯車と大歯車とを備え、両歯車の噛み合い部分を含む領域に、上記の潤滑剤組成物を充てんしたものゆえ、バックラッシに起因する騒音を小さくできる点で好ましい。
さらに本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータの出力を、上記減速機を介して減速して、舵取機構に伝えるものゆえ、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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を説明する。
〈潤滑剤組成物〉
本発明の減速機に充てんする潤滑剤組成物は、前記のように潤滑剤と、緩衝材粒子とを含むものである。
このうち緩衝材粒子ＢＰとしては、図３に示すように緩衝材からなる内核ＢＰ１の外周を、それよりも軟らかい緩衝材からなる外殻ＢＰ２で被覆した二重構造を有するものを用いる。
【００１６】
上記のうち内核ＢＰ１は、前述したように小歯車と大歯車との噛み合いによって完全に押しつぶされることなく粒状を維持する効果を十分に発揮させるために、ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ以上であるゴムまたは軟質樹脂にて形成する。また小歯車と大歯車との噛み合い部分に介在して、両歯車の歯面間の衝突を緩衝することによって騒音を低減する効果を十分に発揮させることを考慮すると、内核ＢＰ１を形成するゴムまたは軟質樹脂のヤング率は、上記の範囲内でも特に１０５ＭＰａ以下であるのが好ましい。
【００１７】
一方の外殻ＢＰ２は、これも前記のように、摺動時の歯車の噛み合い抵抗を低減して操舵トルクの上昇を抑制する効果をさらに向上するために、ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ未満であるゴムまたは軟質樹脂にて形成する。また、外殻ＢＰ２を形成するゴムまたは軟質樹脂のヤング率は、上記の範囲内でも特に０．１ＭＰａ以上であるのが好ましい。
ヤング率が０．１ＭＰａ未満では外殻ＢＰ２が軟らかくなりすぎるため、小歯車と大歯車との噛み合い部分に介在して、両歯車の歯面間の衝突を緩衝することによって、その騒音を低減する効果が不十分になるおそれがある。また、小歯車と大歯車との噛み合い部分に介在してバックラッシを低減する効果が不十分になって、ハンドル操作時に違和感を生じるおそれもある。
【００１８】
かかる内核ＢＰ１および外殻ＢＰ２を形成するゴムまたは軟質樹脂としては、ゴム弾性を有する種々の、ゴムまたは軟質樹脂を挙げることができる。
このうち軟質樹脂としては、例えば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、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性または硬化性（架橋性）のウレタン樹脂等を挙げることができる。また、例えばオレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系などの耐油性の熱可塑性エラストマーを用いることもできる。
【００１９】
一方、ゴムとしては、例えばエチレン−プロピレン共重合ゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム（Ｕ）等をあげることができる。
内核ＢＰ１よりも外殻ＢＰ２を軟らかくするためには、上記軟質樹脂やゴムのうちヤング率の異なる２種の材料で内核ＢＰ１と外殻ＢＰ２とを形成すればよい。
【００２０】
また、例えば内核ＢＰ１と外殻ＢＰ２とをともに硬化性のウレタン樹脂にて形成するとともに、内核ＢＰ１の架橋度を外殻ＢＰ２よりも高くすることによって、内核ＢＰ１よりも外殻ＢＰ２が軟らかい二重構造を有する緩衝材粒子ＢＰを形成することもできる。
緩衝材粒子ＢＰの平均粒径Ｄ_２は、５０〜３００μｍである必要がある。
平均粒径Ｄ_２が５０μｍ未満では十分な緩衝作用が得られないおそれがあり、逆に３００μｍを超える場合には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おそれがある。なお緩衝作用をより一層、向上することを考慮すると、緩衝材粒子ＢＰの平均粒径Ｄ_２は、上記の範囲内でも５０μｍ以上、とくに１００μｍ以上であるのが好ましい。
【００２１】
また内核ＢＰ１の平均粒径Ｄ_１と、外殻ＢＰ２の外径でもある緩衝材粒子ＢＰの平均粒径Ｄ_２との比Ｄ_１／Ｄ_２は、１／３〜１／２であるのが好ましい。
この範囲より内核ＢＰ１の平均粒径Ｄ_１が小さい場合には、当該内核ＢＰ１による、小歯車と大歯車との噛み合いによって完全に押しつぶされることなく粒状を維持する効果が得られないおそれがあり、逆に内核ＢＰ１の平均粒径Ｄ_１が大きい場合には、相対的に外殻ＢＰ２の厚みが小さくなって、当該外殻ＢＰ２による、摺動時の歯車の噛み合い抵抗を低減して操舵トルクの上昇を抑制する効果が得られないおそれがある。
【００２２】
緩衝材粒子ＢＰ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、とくに図３に示した球状や、あるいは粒状が好ましい。
緩衝材粒子は、潤滑剤１００重量部に対して２０〜２００重量部の割合で配合するのが好ましい。
緩衝材粒子の割合が２０重量部未満では、当該緩衝材粒子による緩衝作用が不十分になるおそれがあり、逆に２００重量部を超える場合には潤滑剤組成物の流動性が低下して、潤滑剤として機能しえなくなるおそれがある。
【００２３】
上記緩衝材粒子を分散させる潤滑剤としては、液状の潤滑油と半固体状のグリースのいずれを用いても良い。
このうち潤滑油としては、動粘度が２０〜１００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）である潤滑油を用いる。
潤滑油としては、合成炭化水素油（例えばポリαオレフィン油）が好ましいが、シリコーン油、フッ素油、エステル油、エーテル油等の合成油や鉱油などを用いることもできる。潤滑油は、それぞれ単独で使用できる他、２種以上を混合しても良い。
【００２４】
また潤滑油には、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）、リン系や硫黄系の極圧添加剤、トリブチルフェノール、メチルフェノール等の酸化防止剤、防錆剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤、油性剤などを添加してもよい。
一方、グリースとしては、緩衝材粒子を添加した潤滑剤組成物としてのちょう度が、ＮＬＧＩ（ＮａｔｉｏｎａｌＬｕｂｒｉｃａｔｉｎｇＧｒｅａｓｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅ）番号で表してＮｏ．２〜Ｎｏ．００となるものを用いる。
【００２５】
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）が好ましいが、シリコーン油、フッ素油、エステル油、エーテル油等の合成油や鉱油などを用いることもできる。潤滑基油の動粘度は２０〜１００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であるのが好ましい。
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）が使用できる。
【００２６】
さらにグリースには、やはり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）、リン系や硫黄系の極圧添加剤、トリブチルフェノール、メチルフェノール等の酸化防止剤、防錆剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤、油性剤などを添加してもよい。
〈減速機および電動パワーステアリング装置〉
図１は、本発明の一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置の概略断面図である。また図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。
【００２７】
図１を参照して、この例の電動パワーステアリング装置では、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。
【００２８】
ウォームギヤ機構８は、第２の操舵軸３の軸方向中間部に一体回転可能でかつ軸方向移動を規制されたウォームホイール１２と、このウォームホイール１２と噛み合い、かつ電動モータＭの回転軸３２に、スプライン継手３３を介して連結されるウォーム軸１１（図２参照）とを備える。
このうちウォームホイール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。
【００２９】
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。また外輪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。
【００３０】
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。また内輪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。
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。また外輪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。
【００３１】
一方、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、かつ軸方向の相対移動を規制されて取り付けられている。また内輪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。
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、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、前記のように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。
【００３２】
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。
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。
【００３３】
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の内輪３６、３７は、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。
【００３４】
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に当接して位置決めされている。一方、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って他端部１１ｂ側への移動が規制されている。
【００３５】
またウォーム軸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って一端部１１ａ側への移動が規制されている。また外輪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、当該ねじ部材４５に係合されるロックナットである。
【００３６】
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は、先に述べた緩衝材粒子を分散した潤滑剤組成物が充填される。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。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば本発明の減速機の構成を、電動パワーステアリング装置以外の装置用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に記載された事項の範囲内で、種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、一実施形態にかかる電動パワーステアリング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。
【図３】本発明の潤滑剤組成物に含有させる、二重構造を有する緩衝材粒子の断面図である。
【符号の説明】
ＢＰ緩衝材粒子
ＢＰ１内核
ＢＰ２外殻
Ａ噛み合い部分
Ｍ電動モータ
１１ウォーム軸（小歯車）
１２ウォームホイール（大歯車）
５０減速機

Claims

小歯車と大歯車とを備え、前記両歯車の噛み合い部分を含む領域に、
グリースと、
ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ以上であるゴムまたは軟質樹脂からなる内核の外周を、ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ未満であるゴムまたは軟質樹脂からなる外殻で被覆した二重構造を有し、平均粒径が５０〜３００μｍである緩衝材粒子と、
を含み、ちょう度を、ＮＬＧＩ番号で表してＮｏ．２〜Ｎｏ．００とした潤滑剤組成物を充てんしたことを特徴とする減速機。
小歯車と大歯車とを備え、前記両歯車の噛み合い部分を含む領域に、
動粘度が２０〜１００ｍｍ ^２／ｓ（４０℃）である潤滑油と、
ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ以上であるゴムまたは軟質樹脂からなる内核の外周を、ゴム弾性を有し、ヤング率が１００ＭＰａ未満であるゴムまたは軟質樹脂からなる外殻で被覆した二重構造を有し、平均粒径が５０〜３００μｍである緩衝材粒子と、
を含む潤滑剤組成物を充てんしたことを特徴とする減速機。
操舵補助用のモータの出力を、請求項１または２記載の減速機を介して減速して舵取機構に伝えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。