JP4773869B2 - ウォーム、減速機及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウォームとウォームホイールとを備えた減速機で用いられるウォーム、このウォームを用いた減速機及びこの減速機を用いた電動パワーステアリング装置に関する。

ウォームとウォームホイールとを備えた、一般にウォーム減速機と称される減速機においては、ウォームとウォームホイールとの間の動力伝達は滑り接触で行われるため、双方の歯面の潤滑、特に、より少ない歯数で繰り返し用いられるウォーム歯面（ウォームの歯面を意味し、ウォームホイールの歯面を意味しない。）の潤滑性を向上させることが長年の解決課題であり、これまでにも種々の提案が為されている。

図５は、特許文献１で提案されたものであり、（ａ）はそのウォームを示す外観斜視図、（ｂ）はそのウォームとウォームホイールとの噛み合い状態の断面図である。

図５（ａ）に示すウォーム３１は、そのウォーム歯面３１ａに、潤滑用の潤滑溝３２を備えており、この潤滑溝３２は、このウォーム３１のウォームピッチ円Ｐｗ（図中に２点鎖線で示す。）を挟んで、これと同じ円弧形状で歯筋に沿った形状となっている。

特許文献１によれば、この潤滑溝３２を備えたウォーム３１は、図５（ｂ）に示すように、ウォーム３１のウォームピッチ円Ｐｗとウォームホイール３３とホイールピッチ円Ｐｈとを基準として噛み合うが、その際に、ウォームピッチ円Ｐｗの近傍には潤滑溝がないので、この部分の接触面積を減少させることがなく、一方、このピッチ円Ｐｗを挟むように設けられた潤滑溝３２内の潤滑剤が遠心力によりピッチ円Ｐｈ付近にまで及び、ウォーム歯面の潤滑は達成されるとある。

しかしながら、このウォーム３１においては、潤滑溝３２が、ウォームピッチ円Ｐｗと重ならないようにという配慮は為されているが、その溝形状について、ウォームの作動時におけるウォームホイールとの噛み合い特性を積極的に利用するようなことは着想されていなかった。

また、特許文献２〜５では、ウォームホイール側に潤滑溝を設けて、これにより間接的にウォーム歯面の潤滑性を向上させる提案がなされているが、いずれの場合も、より重要なウォーム歯面を直接潤滑するものではなく、また、上記と同様に、ウォームの作動時におけるウォームホイールとの噛み合い特性を積極的に利用することを着想しているものではなかった。
特開２００３−２０７０３１号公報（図２の符号２） 特開２００４−１９８７８号公報（図３の符号５０、５１、５２） 特開２００４−８２７７３号公報（図５の符号９、１０） 特開２００４−１５５２２３号公報（図５の符号６３） 特開２００４−２２５７６８号公報（図３の符号５４）

本発明は、上記問題を改善しようとするもので、簡単な構成でありながら、ウォームとウォームホイールとの噛み合い特性を積極的を利用した有効な潤滑を可能とするウォーム、このウォームを用いた減速機、この減速機を用いた電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

本発明のウォームは、ウォームとウォームホイールとを備えた減速機で用いられるウォームであって、ウォーム歯面に潤滑剤を行き渡らせるための潤滑溝が設けられ、この潤滑溝の形状が、ウォーム歯面の外縁側から歯底側へ、該ウォーム歯面上を軸正方向に進行するにつれ、その曲率半径が小さくなるような螺旋形状であることを特徴とする。

本発明の減速機は、上記本発明のウォームが用いられていることを特徴とし、本発明の電動パワーステアリング装置は、この減速機が操舵出力軸の駆動に用いられていることを特徴とする。

本発明のウォームによれば、ウォームとウォームホイールとを備えた減速機で用いられるウォームであって、ウォーム歯面に潤滑剤を行き渡らせるための潤滑溝が設けられ、この潤滑溝の形状が、前記ウォームと前記ウォームホイールとの滑り噛み合いを利用した形状とされているので、ウォームとウォームホイールとの噛み合い特性を積極的を利用した有効な潤滑を可能とする。

本発明の減速機は、上記本発明のウォームが用いられているので、上記ウォームの効果を減速機として発揮し、本発明の電動パワーステアリング装置は、この減速機が操舵出力軸の駆動に用いられているので、かかる減速機の効果を、電動パワーステアリング装置として発揮する。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１（ａ）は、本発明のウォームの一例を示す外観斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ矢視状態を概念的に示すウォーム歯面の潤滑溝パターン図、（ｃ）は、本発明のウォームの他例の潤滑溝パターン図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すウォーム１は、２条の右ネジタイプのウォーム１であり、そのウォーム歯面１ａは、内周側のウォーム歯底１ｃから外周側のウォーム外縁１ｂまで達しており、それぞれ各条の連続したウォーム歯面１ａ（ウォームの歯面を意味し、ウォームホイールの歯面を意味しない。）は、一つおきに、この図１（ａ）の外観斜視図で手前側に見えるようになっている。

このウォーム１は、このウォーム歯面１ａに、図１（ａ）、（ｂ）に示したように、潤滑溝２が設けられ、その潤滑溝２の形状が、ウォーム歯面１ａの外周側のウォーム外縁１ｂから内周側のウォーム歯底１ｃへ、該ウォーム歯面上１ａを軸正方向（図のＡ矢視方向）に進行するにつれ、その曲率半径が小さくなるような螺旋形状となっている点を特徴とする。

この軸正方向といのは、右ネジのウォーム１が正の回転駆動方向ＷＲ＋に回転した場合に、ウォーム１が相対的に進む方向であり、上述したように、図１（ａ）におけるＡ矢視方向と一致する方向である。

このような螺旋形状の潤滑溝２の形状は、この右ネジのウォーム１が、駆動側として図中に符号ＷＲ＋で示したように右回転すると、これに噛み合うウォームホイールは、図１（ａ）に２点鎖線の想像線で示すように、全体としてウォーム１の右ネジの進む軸正方向に反対する手前側方向Ｈ＋の回転駆動力を得るという点を利用したものである。

つまり、この際、図１（ａ）に示した手前面のウォーム歯面１ａがウォームホイールの歯面（以下、「ホイール歯面」という。）と滑り接触し、その際、本発明者の知見によれば、ウォーム歯面１ａとホイール歯面との滑り接触の噛み合いは、内から外への順に生じるという点を利用したものである。

この噛み合いあるいは歯当たりが生じる部分では、両者間の隙間である潤滑溝２に保持された潤滑剤は、その噛み合いが進行する方向に引きずられて移動すると考えられ、この引きずる力は、背景技術で用いられていた遠心力に比べはるかに大きく、確実なものであり、これにより潤滑剤は強力にウォーム歯面１ａのウォーム歯底１ｃ側からウォーム外縁１ｂ側に移動させられる。

要するに、この潤滑溝２は、ウォーム１が駆動側として作動する場合に、ウォーム歯面１ａとホイール歯面との滑り噛み合いが生じる滑り噛み合い線に沿った形状、つまり、ウォーム１とウォームホイールとの滑り噛み合いを利用した形状となっており、これにより、ウォーム歯面１ａのウォーム歯底１ｃ側からウォーム外縁１ｂ側に効率よく潤滑剤を移動させる。

一方、このウォーム１は、後述するように電動パワーステアリング装置の操舵出力軸の駆動用の減速機に用いられるもので、そのリード角が比較的大きくなっており、ウォーム１が従動側として駆動され得るようになっている。

そして、ウォーム１が従動側として作動する場合には、図１（ａ）では見えていないウォーム歯面１ａ上において、ウォーム歯面１ａとホイール歯面との滑り接触の噛み合いは、同じ曲率の螺旋形状ではあるが外から内への順に生じるので、同じ形状の潤滑溝２がウォーム歯面１ａのウォーム外縁１ｂ側からウォーム歯底１ｃ側に効率よく潤滑剤を移動させるものとなる。

このウォーム１の駆動側としての動作と従動側の動作とは通常、繰り返して、交互に起こるものであるので、その際、本発明の潤滑溝２により、ウォーム１近辺の潤滑剤は、ウォーム歯面１ａの内から外、外から内へと交互に繰り返して移動させられ、全体として、潤滑剤がウォーム歯面１ａに効率よく循環し、行き渡るようになる。

換言すれば、この潤滑溝２は、ウォームとウォームホイールとの噛み合い特性を積極的を利用した有効な潤滑を可能とするものである。しかも、この潤滑溝２は、特に、潤滑の必要なウォーム側に設けられている点でも有効である。

また、このウォーム１は、潤滑溝２の形状を合目的な螺旋形状としただけであるので、その構成つまり形状は簡単なものである。

なお、ウォーム１が駆動側として作動する場合で、左回転（図中のＷＲ＋と反対方向）する場合には、図１（ａ）に見える反対側のウォーム歯面１ａがウォームホイールのホイール歯面と当接するが、この場合には、ウォームホイールも図中の方向Ｈ＋と反対方向である奥側方向に回転し、両歯面の滑り接触の噛み合いは、変わらず、内から外への順に生じ、裏面のウォーム歯面１ａの同形状の潤滑溝２が、潤滑剤を内から外へ移動させる。

また、この場合も、ウォーム１が従動側として作動する場合には、右回転の場合と同様に、図１（ａ）に見える側のウォーム歯面１ａ上の潤滑溝２が、潤滑剤を外から内へ移動させる働きをして、同様に、全体として、潤滑剤がウォーム歯面１ａに効率よく循環し、行き渡るようになる。

なお、潤滑溝２は、ウォーム歯面１ａとホイール歯面との間の滑り噛み合い線に沿った形状とされていることから、ウォーム１とウォームホイールとの間の接触面積を低下させるのではないかという懸念も考えられる。

この問題については、潤滑溝２の開口部分の幅を考慮したり、潤滑溝２を上記歯当たりの線にどのように沿わせるかを検討したり、潤滑溝２の形状を該滑り噛み合い線を適宜横切るジグザグ形状としたりすることなどで十分解決可能である。

また、積極的に潤滑溝２とこの滑り噛み合い線との関係を、上記条件を考慮しながら、最適化することも可能である。

また、潤滑溝２のウォーム１とウォームホイールとの滑り噛み合いを利用した形状は、上記例のような、滑り噛み合い線に沿った形状や、滑り噛み合い線に平行な線をなす形状であってもよく、上述したジグザグ形状や図２（ａ）の潤滑溝２Ａのように、滑り噛み合い線と何度も交差するような形状であってもよく、また、滑り噛み合い線との交差が一回だけのものであってもよい。

図１（ｃ）に示すウォーム１Ｌは、図１（ａ）、（ｂ）の２条の右ネジタイプのウォーム１に比べ、そのリードが、左ネジタイプとなっており、これに対応して、その潤滑溝２Ｌも左ネジタイプとなっている点のみが異なっている。

この場合、この左ネジタイプのウォーム１Ｌ場合の軸正方向は、ウォーム１Ｌが左回転する場合に、相対的に進む方向であり、結果的には、右ネジタイプのウォーム１と同じ方向となる。

したがって、このウォーム１Ｌによれば、リードが左右と異なっているのみなので、上記ウォーム１と同様の効果を発揮することができる。

なお、潤滑溝のウォームとウォームホイールとの滑り噛み合いを利用した形状は、原則としては、上述したように、ウォームのリードの方向に沿うものとするのが良いが、この図１（ｃ）に示した潤滑溝２Ａを、右ネジタイプのウォーム１に適用してもよい。

つまり、潤滑溝が、滑り噛み合い線の螺旋方向に逆行する方向に交差するものであってもよい。なんとなれば、このような交差であっても、潤滑溝に収容され潤滑剤は、ウォームとウォームホイールとの滑り噛み合いにより強力に引きずられ、移動し得ると考えられるからである。

図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明のウォームの他例の潤滑溝パターン図である。これより、既に説明した部分と同じ部分については、同じ符号を付して重複説明を省略する。

図２（ａ）のウォーム１Ａは、その潤滑溝２Ａが、図１（ａ）、（ｂ）のウォーム１の潤滑溝１と同様に、ウォーム１Ａのウォーム歯面１ａの外縁１ｂ側から歯底１ｃ側へ、該ウォーム歯面１ａ上を軸正方向に進行するにつれ、その曲率半径が小さくなっているが、その小さくなる度合いがより急であり、ウォーム１Ａのウォーム歯面１ａのウォーム外縁１ｂとウォーム歯底１ｃとをより短距離で結ぶものとなっている。

このような潤滑溝２Ａであっても、実施例１のものと同様の潤滑剤移動の効果を有することは明らかであり、また、この場合は、ウォーム滑り噛み合い線と順に交差するような形で潤滑剤の移動潤滑を達成しているものと考えられる。

加えて、この潤滑溝２Ａは、図示したように、ウォーム１Ａのウォーム歯面１ａの外縁１ｂ側から歯底１ｃ側へ、該ウォーム歯面１ａ上を軸正方向に進行するにつれ、その断面積が小さくなるような形状でもある点が特徴である。

このような形状であっても、潤滑剤移動効果が生じると考えれ、この潤滑溝２Ａは、上記形状による移動効果に加え、この断面積減少による移動効果も発揮する。つまり、このような断面積減少という潤滑溝２Ａの形状も、ウォームとウォームホイールとの滑り噛み合いを利用した形状のひとつである。

この断面積の減少は、ウォーム歯面の歯面方向の溝幅の減少による方法で達成してもよいし、ウォーム歯面の歯面方向に直交する溝深さの減少による方法で達成してもよいし、双方を同時に進行させる方法で達成してもよい。

図２（ｂ）のウォーム１ＡＬは、図２（ａ）のウォーム１Ａに対して、実施例１のウォーム１に対するウォーム１Ｌに相当するものであり、つまり、リードを右ネジから左ネジに変えただけのものであり、ウォーム１Ａと同様の効果を発揮する。

図２（ｃ）のウォーム１Ｂは、図１（ａ）、（ｂ）のウォーム１に比べ、更に、潤滑溝２Ｂの内径側終点に、潤滑剤溜まり２ａが設けられている点が異なっており、特徴点である。

このような潤滑剤溜まり２ａがあると、潤滑溝２Ｂによりウォーム１Ｂのウォーム歯面１ａ上を移動されてきた潤滑剤を貯留することができ、移動がスムーズに行われて、潤滑溝２Ｂへの潤滑剤の供給がされやすくなる。

つまり、このウォーム１Ｂによれば、ウォーム１の効果に加え、潤滑剤の供給がされやすくなるという効果が発揮される。

図２（ｄ）のウォーム１ＢＬは、図２（ｃ）のウォーム１Ｂに対して、実施例１のウォーム１に対するウォーム１Ｌに相当するものであり、つまり、リードを右ネジから左ネジに変えただけのものであり、ウォーム１Ｂと同様の効果を発揮する。

図２（ｅ）のウォーム１Ｃは、図１（ａ）、（ｂ）のウォーム１に比べ、更に、潤滑溝２Ｃの外径側始点に、潤滑剤取入切り欠き２ｂが設けられている点が異なり、特徴点である。

このような潤滑剤取入切り欠き２ｂがあると、ウォーム１Ｃ外周側にある潤滑剤をより効率よく潤滑溝２Ｃ側に掻き採ることができる。

つまり、このウォーム１Ｃによれば、ウォーム１の効果に加え、外側の潤滑剤の掻き採り効率が向上するという効果が発揮される。

図２（ｆ）のウォーム１Ｌは、図２（ｅ）のウォーム１Ｃに対して、実施例１のウォーム１に対するウォーム１Ｌに相当するものであり、つまり、リードを右ネジから左ネジに変えただけのものであり、ウォーム１Ｃと同様の効果を発揮する。

図３は、本発明のウォームと、これと噛み合わせて用いられるウォームホイールとの一例とを示す要部断面図である。

このウォーム１は、図１（ａ）、（ｂ）のウォーム１と同じものであり、ウォームホイール３は、このウォーム１に噛み合うものであるが、そのホイール歯底を、意図的に、ウォーム１のウォーム外縁１ｂに対し、所定量の潤滑剤を貯留可能なスペースを確保するホイール潤滑剤溜まり３ｂを形成するものとしている点が特徴である。

なお、この図では、ウォーム１のウォーム歯面１ａに対し滑り接触するウォームホイール３の歯面を、ホイール歯面３ａとしている。また、このようなウォーム１とウォームホイール３とを備えたものを、減速機５としている。

このウォームホイール３によれば、潤滑剤溜まり３ｂを備えているので、実施例２のウォーム１Ｂの潤滑剤溜まり２ａと同様に、潤滑剤の供給がされやすくなるという効果が発揮される。

また、ウォーム１とウォームホイール３とを備えた減速機５は、これらのウォーム１とウォームホイール３との効果を減速機として発揮する。

なお、ウオーム１の代わりに、ウォーム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｌ、１ＡＬ、１ＢＬ、１ＣＬを用いることも可能であり、その場合には、減速機は、それらの効果を減速機として発揮する。

図４は、本発明のウォーム減速機を備えた電動パワーステアリング装置の一例を示すもので、（ａ）はその全体構成を概念的に示す図、（ｂ）は、その要部縦断面図である。

この電動パワーステアリング装置２０は、ウォーム減速機５、操舵入力軸１１、操舵出力軸１２、トーションバー１３、ステアリングラック１４、ステアリングハウジング１５及びトルクセンサー１６を備えている。

舵取り操作のためのハンドルＨは、操舵入力軸１１に連結され、操舵入力軸１１と操舵出力軸１２とはトーションバー１３を介して連結され、操舵の際このトーションバー１３に生じるトルクをトルクセンサー１６で検知して、ウォーム減速機５によって、ウォームホイール３と共回転する操舵出力軸１２を回転駆動する。

操舵出力軸１２には、ステアリングラック１４に噛み合うステアリングピニオン１２ａが設けられているので、これにより、ステアリングラック１４がスライドし、このスライドに伴い、自動車などの車輪Ｔの操舵が行われる。

この電動パワーステアリング装置２０は、上記のようにして、操舵力を補助しているが、その際、ウォーム減速機５は操舵出力軸１２の駆動に用いられている。

したがって、電動パワーステアリング装置２０は、ウォーム減速機５の効果を、電動パワーステアリング装置として発揮することができる。

なお、ウォーム減速機５のウオーム１の代わりに、ウォーム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｌ、１ＡＬ、１ＢＬ、１ＣＬを用いた減速機とすることも可能であり、その場合には、電動パワーステアリング装置は、それらの減速機の効果を電動パワーステアリング装置として発揮する。

なお、上記では、本発明のいくつかの実施例を説明したが、本発明のウォーム、減速機及び電動パワーステアリング装置は、これらの実施例に限定されないものである。また、これらの組み合わせも例示したものに限定されないものである。

本発明のウォーム、減速機及び電動パワーステアリング装置は、簡単な構成でありながら、ウォームとウォームホイールとの噛み合い特性を積極的を利用した有効な潤滑を可能とすることが要請される産業分野に用いることができる。

（ａ）は、本発明のウォームの一例を示す外観斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ矢視状態を概念的に示すウォーム歯面の潤滑溝パターン図、（ｃ）は、本発明のウォームの他例の潤滑溝パターン図 （ａ）〜（ｄ）は、本発明のウォームの他例の潤滑溝パターン図 本発明のウォームと、これと噛み合わせて用いられるウォームホイールとの一例とを示す要部断面図 本発明の減速機を備えた電動パワーステアリング装置の一例を示すもので、（ａ）はその全体構成を概念的に示す図、（ｂ）は、その要部縦断面図 本発明の背景技術であるウォームの一例を示すもので、（ａ）はそのウォームを示す外観斜視図、（ｂ）はそのウォームとウォームホイールとの噛み合い状態の断面図

符号の説明

１〜１ＣＬ ウォーム
１ａ ウォーム歯面
２〜２ＣＬ 潤滑溝
２ａ 潤滑剤溜まり
２ｂ 潤滑剤取入切り欠き
３ ウォームホイール
３ｂ ホイール潤滑剤溜まり
５ 減速機
１１ 操舵入力軸
１２ 操舵出力軸
１３ トーションバー
１４ ステアリングラック
１５ ステアリングハウジング
１６ トルクセンサー
２０ 電動パワーステアリング装置

Claims (6)

1. ウォームとウォームホイールとを備えた減速機で用いられるウォームであって、ウォーム歯面に潤滑剤を行き渡らせるための潤滑溝が設けられ、この潤滑溝の形状が、ウォーム歯面の外縁側から歯底側へ、該ウォーム歯面上を軸正方向に進行するにつれ、その曲率半径が小さくなるような螺旋形状であることを特徴とする記載のウォーム。
2. 潤滑溝の形状が、ウォーム歯面の外縁側から歯底側へ、該ウォーム歯面上を軸正方向に進行するにつれ、その断面積が小さくなるような形状であることを特徴とする請求項１記載のウォーム。
3. 潤滑溝の内径側終点に、潤滑剤溜まりが設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のウォーム。
4. 潤滑溝の外径側始点に、潤滑剤取入切り欠きが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載のウォーム。
5. 請求項１から４のいずれか記載のウォームが用いられていることを特徴とする減速機。
6. 請求項５の減速機が操舵出力軸の駆動に用いられていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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