JPWO2005022004A1

JPWO2005022004A1 - 減速機

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Publication number: JPWO2005022004A1
Application number: JP2005513466A
Authority: JP
Inventors: 九郎丸　善和; 善和九郎丸; 中野　史郎; 史郎中野; 西崎　勝利; 勝利西崎
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: JP4742869B2; WO2005022004A1; EP1662177B1; US20070006674A1; EP1662177A4; US7536930B2; EP1662177A1

Abstract

一対の歯車のバックラッシをある程度許容しつつ、歯打ち音による振動を低減する減速機を提供する。小歯車軸と大歯車軸とが平行で、小歯車軸に設けた小歯車１と大歯車軸に設けた大歯車２とを互いに噛合うよう配置し、小歯車軸の回転を大歯車軸に伝達する減速機において、小歯車１及び大歯車２を収納するハウジング１１を備え、ハウジング１１は、小歯車軸及び大歯車軸の軸方向に垂直な断面で、大歯車２を収納する円弧部分の端部と小歯車１を収納する円弧部分の端部との間での小歯車軸と大歯車軸との軸心間方向に垂直な方向の幅が、小歯車側から大歯車側に向かって単調に増加する形状の内面を有する。ハウジング１１は、小歯車１と大歯車２との噛合い部分の一部を浸す量の油脂潤滑剤１４を内部に有する。

Description

本発明は、操舵を補助する補助トルクを減速してステアリングシャフトに伝達する減速機に関する。

昨今の自動車用ステアリング装置においては、操舵補助機構として電動モータを活用した電動パワーステアリング装置が多く用いられる。従来の電動パワーステアリング装置は、電動モータの回転トルクを、ウォームギヤを介して、ステアリングコラムに補助トルクとして伝達する。

しかし、ウォームギヤは、一般に回転トルクの伝達効率が６０〜８０％と低いことから、減速比を不変とした場合、より大きな電動モータの出力トルクが必要となり、結果的に電動モータの外径が大きくなる。したがって、電動パワーステアリング装置全体をコンパクト化することが困難であるという問題点があった。最近では、斯かる問題点を解決するために、電動モータの出力軸をステアリングコラムと平行になるよう取り付け、減速機構として平歯車またははすば歯車を使用するものが開発されている。

平歯車またははすば歯車は、トルク伝達効率が約９５％と比較的高いことから、その分電動モータの出力トルクを減じることができる。したがって、電動モータの外形の肥大化を抑制することができ、電動パワーステアリング装置全体をコンパクトにすることが可能となる。

しかし、例えば平歯車を使用する減速機構で、電動モータの出力軸に設けられる歯車と、該歯車に噛合するステアリングコラムに取り付けられた歯車とを単純に噛合わせた一段構成で必要な減速比を得ようとすると、従動側歯車であるステアリングコラム側歯車のピッチ円が大きくなり、装置全体としてコンパクト化することが困難であるという状況は改善されない。

一方、平歯車を使用した単純な１段構成ではなく、例えば中間ギヤを介在させた多段構成とする方法では、バックラッシの増加による心地よい操舵感の減退、、減速機の構造の複雑化に伴うコストアップが生じる等、新たな問題点が生じる。

斯かる問題点を解決するために、例えば特許文献１では、高い減速比に設定された一対の平歯車、またははすば歯車で構成された減速機をハウジング内に収納し、電動モータをハウジングに近接して設けることで、電動モータ及び減速機を配置したステアリングコラム全体としてコンパクト化を図ることができるステアリング装置が開示されている。

また、特許文献２では、ウォームギヤを用いる場合の歯打ち音による振動等を軽減するために、歯車を収納するハウジング内に油脂潤滑剤を充填した減速機が開示されている。

特開平１１−１２４０４５号公報特開２００２−１４７５７５号公報

しかし、一対の歯車についてある程度のバックラッシを許容する場合、比較的高い周波数を有する路面反力がラック軸に入力されると、歯打ち音と呼ばれる騒音による振動が激しくなる。従来のようにウォームギヤを用いている場合、歯車間の芯間距離を調整する等により、バックラッシを極力詰めることで、歯打ち音による振動の軽減を図っているが、減速機の伝達効率は却って低下し、マッチング及び調整のための作業工数が増加する等の問題点が生じていた。

これに対して、特許文献２のように、歯車を収納するハウジング内に高い粘度を有する油脂潤滑剤を充填することで歯打ち音による振動を緩和しようとすると、入力される回転トルクに対して粘性感が強くなり、操舵感覚の低下及び操舵応答性の低下を招くという問題点もあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、一対の歯車のバックラッシをある程度許容しつつ、歯打ち音による振動を低減する減速機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係る減速機は、小歯車軸と大歯車軸とが平行で、前記小歯車軸に設けた小歯車と前記大歯車軸に設けた大歯車とを互いに噛合うよう配置し、前記小歯車軸の回転を前記大歯車軸に伝達する減速機において、前記小歯車及び前記大歯車を収納するハウジングを備え、前記ハウジングは、前記小歯車軸及び前記大歯車軸の軸方向に垂直な断面で、前記大歯車を収納する円弧部分の端部と前記小歯車を収納する円弧部分の端部との間での前記小歯車軸と前記大歯車軸との軸心間方向に垂直な方向の幅が、小歯車側から大歯車側に向かって単調に増加する形状の内面を有することを特徴とする。

第１発明に係る減速機では、一対の小歯車と大歯車とを収納するハウジングを備え、該ハウジングの内面の形状が油脂潤滑剤がスムーズに流れるような滑らかな形状を有していることから、ハウジング内に油脂潤滑剤を注入した場合、車の姿勢が変化しても油脂潤滑剤がスムーズに移動することができ、車の姿勢変化に伴う歯打ち音による振動の増減に起因する操舵感覚のムラを低減することも可能となる。

また、第２発明に係る減速機は、前記ハウジングは、前記小歯車と前記大歯車との噛合い部分の一部を浸す量の油脂潤滑剤を内部に有することを特徴とする。

第２発明に係る減速機では、一対の小歯車と大歯車とを包含するハウジングを備え、該ハウジング内で小歯車と大歯車との噛合い部分の一部が油脂潤滑剤で満たされることから、バックラッシを詰めることなく路面反力に起因する歯打ち音による振動を軽減することができ、油脂潤滑剤充填の過多による操舵感覚の低下及び操舵応答の低下を軽減することが可能となる。

また、第３発明に係る減速機は、第２発明において、前記油脂潤滑剤は、周囲の温度が−３０℃の場合、動粘度が１００，０００ｍｍ^２／ｓ以下であり、周囲の温度が６０℃の場合、動粘度が３００ｍｍ^２／ｓ以上であることを特徴とする。

第３発明に係る減速機では、車内の周囲の温度が−３０℃で、動粘度が１００，０００ｍｍ^２／ｓ以下であり、周囲の温度が６０℃で、動粘度が３００ｍｍ^２／ｓ以上であることにより、操舵感覚の低下及び操舵応答性の低下を防ぎつつ、歯打ち音による振動を緩和することが可能となる。

また、第４発明に係る減速機は、第２発明または第３発明において、前記小歯車軸を支持する軸受、もしくは前記大歯車軸を支持する軸受、または前記小歯車軸及び前記大歯車軸を支持する軸受は、前記油脂潤滑剤の漏洩を防止する潤滑剤シールを備えることを特徴とする。

第４発明に係る減速機では、小歯車軸を支持する軸受、もしくは大歯車軸を支持する軸受、または小歯車軸及び大歯車軸を支持する軸受に潤滑剤シールを備えることで、ハウジング内へ注入された油脂潤滑剤の漏洩を防止することが可能となる。

以上詳述した如く本発明によれば、バックラッシを詰めることなく路面反力に起因する歯打ち音による振動を軽減することができ、油脂潤滑剤充填の過多による操舵感覚の低下及び操舵応答の低下を軽減することが可能となる。

また、ハウジングの内面の形状が油脂潤滑剤がスムーズに流れるような滑らかな形状を有していることから、車の姿勢変化に伴う操舵感覚のムラを低減することも可能となる。

本発明の実施の形態に係る減速機を用いる電動パワーステアリング装置の、ステアリングシャフトの中心軸と電動モータの回転中心軸とを含む平面での断面図である。減速機における一対の歯車を収納するハウジングの大歯車及び小歯車の回転軸と垂直な方向の断面図である。減速機における一対の歯車を収納する他のハウジングの大歯車及び小歯車の回転軸と垂直な方向の断面図である。ハウジング内に油脂潤滑剤を注入した状態を示すハウジングの車の側面から見た部分拡大断面図である。本発明の実施の形態に係る減速機の潤滑剤シール材の配置説明図である。本発明の実施の形態に係る減速機の潤滑剤シール材の配置説明図である。

符号の説明

１小歯車
２大歯車
３減速機
４電動モータ
５ステアリングホイール
６ステアリングシャフト
７トーションバー
８歯車用シャフト
１０回転軸
１１ハウジング
１２、１３軸受
１４油脂潤滑剤
１５潤滑剤シール材

図１は本発明の実施の形態に係る減速機を用いる電動パワーステアリング装置の概略構成を示す、ステアリングシャフトの中心軸と電動モータの回転中心軸とを含む平面での断面図である。図１に示すように、ハンドル５に作用する操舵トルクをステアリングシャフト６、トーションバー７、歯車用シャフト８を介して操向車輪側に伝達すると共に、電動モータ４の補助トルクを減速機３及び歯車用シャフト８を介して操向車輪側に伝達する。

ステアリングシャフト６は、ハンドル５に連結されており、このハンドル５に作用する操舵トルクを操向車輪側に伝達するトルク伝達手段の一構成要素となっている。

トーションバー７は、ステアリングシャフト６と歯車用シャフト８とを連結すると共に、操舵トルクによって捩れ変形を生じ、ステアリングシャフト６と歯車用シャフト８との間に相対的な回転角の変位を生じさせる。該トーションバー７は、トルク伝達手段の一構成要素となっていると共に、トルク検出機構の一構成要素ともなっている。

歯車用シャフト８は、トーションバー７からの操舵トルクを操向車輪側に伝達すると共に、減速機３からの電動モータ４の補助トルクを操向車輪側に伝達する。この歯車用シャフト８もトルク伝達手段の一構成要素となっている。

減速機３は、歯車用シャフト８に設けた大歯車２と、電動モータ４の回転軸１０に設けた小歯車１とを備える。大歯車２及び小歯車１は、平歯車またははすば歯車である。大歯車２及び小歯車１に平歯車またははすば歯車を用いることで、大きな減速比の場合であっても、電動モータ４の出力である補助トルクを効率良く歯車用シャフト８に伝達することができる。

トルク検出機構９は、トーションバー７が操舵トルクによって捻られ、これによって生じる歯車用シャフト８とステアリングシャフト６との相対的な回転角の変位を検出することによって、操舵トルクを検出する。

図２は本発明の実施の形態に係る減速機３における一対の歯車を収納するハウジング１１の大歯車２及び小歯車１の回転軸と垂直な方向の断面図である。大歯車２と小歯車１とを収納するように、両歯車の噛合い部分と反対側の端部は円弧形状を有する。該端部の間は、双方の円弧の外接線で結ばれている。

なお、ハウジング１１の大歯車２と小歯車１とを収納する端部の間は、図２のように必ずしも両歯車を収納する円弧の外接線である必要は無く、例えば図３（ａ）に示すように小歯車１側の円弧の半径を大きくしても良いし、図３（ｂ）に示すように円弧ではなく滑らかな曲線形状を有するものであってもよい。ただし、ハウジング１１の内部には油脂潤滑剤が注入されることから、油脂潤滑剤の移動流れをせき止めるような角部、または突起部が生じないようにする必要があり、さらに油脂潤滑剤が滞留する部分が生じないようにする必要がある。

したがって、ハウジング１１は、小歯車軸及び大歯車軸の軸方向に垂直な断面で、大歯車２を収納する円弧部分の端部と小歯車１を収納する円弧部分の端部との間での小歯車軸と大歯車軸との軸心間方向に垂直な方向の幅が、小歯車側から大歯車側に向かって単調に増加する形状の内面を有することが必要となる。斯かる形状とすることで、ハウジング１１に注入される油脂潤滑剤は、ハウジング１１の内面において滞留することがなく、車の姿勢変動に応じてハウジング１１内を円滑に移動することができる。

なお、油脂潤滑剤としてはグリース等が用いられるが、車内の温度が−３０℃の場合に、動粘度が１００，０００ｍｍ^２／ｓ以下であり、周囲の温度が６０℃の場合、動粘度が３００ｍｍ^２／ｓ以上であることが好ましい。一般に車内の温度が上昇すると、油脂潤滑剤の粘度は急速に低下する。粘度が所定の値を下回ると、入力される回転トルクに対して粘性感が生じにくく、操舵感覚の低下及び操舵応答性の低下を防ぐことはできるが、歯打ち音による振動を緩和することができず、路面からの反力を吸収することができない。したがって、車内の温度が６０℃の場合に、動粘度が３００ｍｍ^２／ｓ以上であることで、操舵感覚の低下及び操舵応答性の低下を防ぎつつ、歯打ち音による振動を緩和することができる。

図４は、ハウジング１１内に油脂潤滑剤１４を注入した状態を示すハウジング１１の車の側面から見た部分拡大断面図である。図４に示すように、油脂潤滑剤１４をハウジング１１内に目いっぱい充填するのではなく、小歯車１と大歯車２とが噛合う部分の一部が油脂潤滑剤１４に浸る状態であれば足りる。このようにハウジング１１内に油脂潤滑剤１４を完全に充填しないことにより、入力される回転トルクに対して粘性感を感じるのを軽減し、操舵感覚の低下及び操舵応答性の低下を軽減する。また、油脂潤滑剤１４の存在によって、歯打ち音による振動を緩和することも可能となり、両者のバランスを保つことが可能となる。

また、図４では油脂潤滑剤１４の量が少ないので、車の挙動による油脂潤滑剤１４の拡散範囲が限定される。したがって、回転軸１０を支持する軸受１２に対して、ハウジングの内部側に潤滑剤シール材１５を設けることで、油脂潤滑剤１４がハウジング１１の外部へ漏洩するのを防止することが可能となる。

油脂潤滑剤１４の注入量が増加するに伴って車の挙動による油脂潤滑剤１４の拡散範囲が拡大する。したがって、例えば図５に示すように、歯車用シャフト８を支持する軸受１３に対しても、ハウジング１１の内部側に潤滑剤シール材１５を設けることで、油脂潤滑剤１４がハウジング１１の外部へ漏洩するのを確実に防止することが可能となる。

なお、潤滑剤シール材１５は、ハウジング１１の内部側に設けることに限定されるものではなく、例えば図６に示すように、ハウジング１１の外部側に設けるものであってもよい。潤滑剤シール材１５を設ける軸受についても油脂潤滑剤１４の注入量が少なければ回転軸１０を支持する軸受１２に対してのみ設け、油脂潤滑剤１４の注入量が増加するに伴って歯車用シャフト８を支持する軸受１３に対しても設ければよい。

以上のように潤滑剤シール材１５を設けることで、車の姿勢が変化した場合であっても、油脂潤滑剤１４が軸受を介して外部へ漏洩することがなく、また小歯車１と大歯車２とが噛合う部分の一部分が油脂潤滑剤１４に浸る状態を確実に維持することができることから、入力される回転トルクに対して粘性感を感じるのを軽減し、操舵感覚の低下及び操舵応答性の低下を軽減することができる。また、油脂潤滑剤１４の存在によって、歯打ち音による振動を緩和することも可能となり、両者をバランスよく両立することが可能となる。

Claims

小歯車軸と大歯車軸とが平行で、前記小歯車軸に設けた小歯車と前記大歯車軸に設けた大歯車とを互いに噛合うよう配置し、前記小歯車軸の回転を前記大歯車軸に伝達する減速機において、
前記小歯車及び前記大歯車を収納するハウジングを備え、
前記ハウジングは、
前記小歯車軸及び前記大歯車軸の軸方向に垂直な断面で、前記大歯車を収納する円弧部分の端部と前記小歯車を収納する円弧部分の端部との間での前記小歯車軸と前記大歯車軸との軸心間方向に垂直な方向の幅が、小歯車側から大歯車側に向かって単調に増加する形状の内面を有することを特徴とする減速機。
前記ハウジングは、前記小歯車と前記大歯車との噛合い部分の一部を浸す量の油脂潤滑剤を内部に有することを特徴とする請求項１記載の減速機。
前記油脂潤滑剤は、
周囲の温度が−３０℃の場合、動粘度が１００，０００ｍｍ^２／ｓ以下であり、
周囲の温度が６０℃の場合、動粘度が３００ｍｍ^２／ｓ以上であることを特徴とする請求項２記載の減速機。
前記小歯車軸を支持する軸受、もしくは前記大歯車軸を支持する軸受、または前記小歯車軸及び前記大歯車軸を支持する軸受は、前記油脂潤滑剤の漏洩を防止する潤滑剤シールを備えることを特徴とする請求項２または３記載の減速機。