(57)【要約】【課題】エネルギロスを抑制することができ、且つ歯打ち音を低減することのできる安価な減速機、およびこれを備える電動式動力舵取装置を提供する。【解決手段】ウォームホイール１２の合成樹脂部材１２ｂの歯５１の歯先面５２に凸部５４を設けて、ウォームホイール１２の歯５１とウォーム１１の頂げきＢを詰める。噛み合い領域Ａにおいて、凸部５４の先端５５が、ウォーム１１の歯底５６上を適度な摩擦抵抗を発生しつつ摺動する。バックラッシに起因する歯当たり時の衝突速度が十分に抑制され、歯打ち音が低減される。【選択図】            図３
2004239371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォームと、
上記ウォームと動力伝達可能に噛み合うウォームホイールとを備え、
ウォームホイールの歯先面に、ウォームホイールの歯とウォームの頂げきを詰めるための凸部を設けることを特徴とする減速機。
【請求項２】
請求項１において、上記凸部はウォームホイールの周方向に延びる断面略山形の凸条からなることを特徴とする減速機。
【請求項３】
請求項１または２において、上記ウォームは金属からなり、上記凸部は合成樹脂からなることを特徴とする減速機。
【請求項４】
請求項１，２または３において、上記凸部は弾性を有することを特徴とする減速機。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の減速機を備える電動式動力舵取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォームおよびウォームホイールを有する減速機、およびこれ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（ＥＰＳ）には減速機が用いられている。例えばコラム型ＥＰＳでは、電動モータの回転力をウォームに伝え、さらにウォームホイールに伝えることで電動モータの回転を減速して出力を増幅する。ウォームホイールに与えられた電動モータの出力は、このウォームホイールに連結された操舵軸に与えられ、ステアリング操作をトルクアシストする。
【０００３】
ウォームおよびウォームホイールの噛み合いには適度なバックラッシが必要であるが、例えば上記の悪路等を直進走行した場合、タイヤからの反力により、上記バックラッシに起因した歯打ち音が発生することがある。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。
そこで、騒音を低減するためにバックラッシを小さくする動力舵取装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
実用新案登録第２５５６８９０号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バックラッシを小さくしようとすると、加工精度の範囲内でウォームとウォームホイールとの間に生ずるバックラッシ量を厳密に管理する必要がある。例えば、ウォームおよびウォームホイールのそれぞれを寸法精度のばらつき度合に応じて選別し、互いの組合せ精度が適正になるもの同士を組み合わせたりする作業（いわゆるマッチング組立作業）が必要となるが、この作業に非常に手間がかかり、製造コストが高くなる。
【０００６】
また、バックラッシを詰めると、ウォームとウォームホイールとの噛み合いによる摩擦抵抗が増大し、エネルギロスが増加するため、省エネ上好ましくない。
同様の課題は、ＥＰＳの減速機に限らず、ウォームおよびウォームホイールを有する一般の減速機においても存在する。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、エネルギロスを抑制することができ、且つ歯打ち音を低減することのできる安価な減速機、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を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１の発明は、ウォームと、上記ウォームと動力伝達可能に噛み合うウォームホイールとを備え、ウォームホイールの歯先面に、ウォームホイールの歯とウォームの頂げきを詰めるための凸部を設けることを特徴とする減速機を提供する。
本発明によれば、凸部が噛み合い領域でウォームと局部的に接触して、適度な摩擦抵抗を発生するので、歯当たり時の衝突速度を十分に抑制でき、バックラッシを詰めることなく歯打ち音を低減できる。バックラッシを詰める必要が無いので、減速機のエネルギロスを抑制することができ、省エネ上好ましく、また安価である。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、上記凸部はウォームホイールの周方向に延びる断面略山形の凸条からなることを特徴とする。このような凸条であれば、ウォームの歯底に連続的に接触することができ、歯当たり時の衝突速度の抑制効果が高いので、騒音低減に格段の効果を発揮できる。
第３の発明は、第１または第２の発明において、上記ウォームは金属からなり、上記凸部は合成樹脂からなることを特徴とする。本発明によれば、凸部を構成する合成樹脂が撓むことで、接触音を極めて小さくできる。
【０００９】
第４の発明は、第１，２または第３の発明において、上記凸部は弾性を有することを特徴とする。本発明によれば、凸部の弾性変形により、緩衝効果を高めて歯当たり時の衝突速度をより低減することで、騒音をより小さくすることができる。
第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかに記載の減速機を備える電動式動力舵取装置を提供する。本発明によれば、車室内での騒音をコスト安価に低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の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１を参照して、本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。
【００１１】
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。
【００１２】
上記減速機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継手３３等の継手機構を介して一体回転可能に連結されるウォーム１１と、このウォーム１１と動力伝達可能に噛み合い、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１および図２を参照して、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。
【００１３】
ギヤハウジング７内において、ウォーム１１およびウォームホイール１２の噛み合い領域Ａに潤滑剤が充填されている。すなわち、潤滑剤は噛み合い領域Ａのみに充填しても良いし、噛み合い領域Ａとウォーム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。
図１を参照して、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。
【００１４】
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の芯金１２ａの上端面に当接している。
【００１５】
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のねじ部に締めこまれるナット２４との間に挟持されている。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
また、ウォーム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１１の位置決め段部４３に当接することにより、ウォーム１１の他端部１１ｂ側への移動が規制されている。
【００１９】
ウォーム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１１の位置決め段部４４に当接することにより、ウォーム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１１を軸方向に位置決めしている。ロックナット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。
【００２０】
図３は、図１の噛み合い領域Ａの拡大部分断面図である。図３を参照して、ウォームホイール１２の合成樹脂部材１２ｂの歯５１の歯先面５２には、ウォームホイール１２の歯５１とウォーム１１の頂げきＢを詰めるための凸部５４が設けられている。
凸部５４は、歯５１の歯先面５２の歯幅方向中央部に配置されており、断面略山形をなしている。この凸部５４の先端５５は、噛み合い領域Ａにおいてウォーム１１の歯底５６と接触して摺動可能となっている。頂げきＢは、例えば０．２〜０．５ｍｍ程度（本実施の形態では０．２５ｍｍ）であり、歯５１の歯幅方向中央部（先端５５が設けられている部分）の全歯たけＤ（例えば３．５ｍｍ）に対する割合は例えば約７％である。
【００２１】
ウォーム１１は、例えば鋼、合金鋼等の金属からなる。凸部５４は、例えばポリアミド樹脂（例えばナイロン６６）、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等の合成樹脂からなる。また、この凸部５４は弾性を有しており、ウォーム１１の歯底５６と接触したときに弾性変形できるようになっている。
凸部５４は、ウォームホイール１２の合成樹脂部材１２ｂの一部からなり、歯５１と一体である。この凸部５４は、合成樹脂部材１２ｂの樹脂成形後に切削加工等により形成されるものである。
【００２２】
図４は、図２の噛み合い領域Ａの拡大部分断面図である。図４を参照して、凸部５４は、ウォームホイール１２の周方向５７に延びる凸条をなしている。自由状態での凸部５４の高さ、すなわち、自由高さＥ（自由時突出量）は、例えば０．３ｍｍであり、この自由高さＥの頂げきＢに対する割合は例えば１２０％に設定される。
頂げきＢに対する自由高さＥの割合は、１１０％〜１５０％の範囲にあることが望ましい。頂げきＢに対する自由高さＥの割合が１１０％未満では歯打ち音（振動）の減衰効果が小さく、１５０％を超えると摩擦抵抗が増大し、伝達効率が低下するためである。なお、頂げきＢに対する自由高さＥの割合が１２０％〜１３０％の範囲であれば、より好ましい。但し、凸部５４の形状を変形させることにより、上記数値は若干変動する。
【００２３】
噛み合い領域Ａにおいて、ウォーム１１の歯５３とウォームホイール１２の歯５１の間には、バックラッシＦが存在している。このため、ウォームホイール１２とウォーム１１との噛み合いにはバックラッシＦに相当する遊びがある。
バックラッシＦは、ウォームホイール１２の中心角で例えば１．５′である。
例えば悪路を直進走行しているときに図示しないタイヤからの逆入力を受けると、ウォームホイール１２が上記遊びの範囲で周方向５７に沿って微振動を起こそうとするが、このとき、噛み合い領域Ａの凸部５４の先端５５が、ウォーム１１の歯底５６上を適度な摩擦抵抗を発生しつつ周方向５７に摺動する。
【００２４】
この適度な摩擦抵抗により、ウォームホイール１２の歯５１とウォーム１１の歯５３の歯面が衝突するときの速度を格段に低減することができる。
このように、本実施の形態によれば、凸部５４が噛み合い領域Ａでウォーム１１の歯底５６と局部的に接触して、適度な摩擦抵抗を発生するので、歯当たり時の衝突速度を十分に抑制でき、バックラッシＦを詰めることなく歯打ち音を低減できる。バックラッシＦを詰める必要が無いので、減速機８のエネルギロスを抑制することができ、省エネ上好ましく、また安価である。
【００２５】
また、凸部５４を周方向５７に延びる断面略山形の凸条とすることで、ウォーム１１の歯底５６に連続的に接触することができる。このため、歯当たり時の衝突速度の抑制効果を高くすることができ、騒音低減に格段の効果を発揮できる。
また、凸部５４を構成する合成樹脂部材１２ｂが撓むことで、接触音を極めて小さくできる。さらに、凸部５４の弾性変形により、緩衝効果を高めて歯当たり時の衝突速度をより低減することで騒音をより小さくすることができる。
【００２６】
このように、バックラッシＦを詰めることなく減速機８の騒音を低減することができるため、車室内での騒音をコスト安価に低減することができる。
図５は、本発明の他の実施の形態にかかる噛み合い領域Ａの拡大部分断面図である。図５に示す実施の形態において、図１〜４に示す実施の形態と同様の構成には図に同一符号を付して、その説明を省略する。図５を参照して、本実施の形態では、ウォームホイール１２の歯５１を形成する第１の合成樹脂部材１２ｃと、この第１の合成樹脂部材１２ｃと別体に形成された凸部形成体としての第２の合成樹脂部材５８を歯５１に一体的に設け、この第２の合成樹脂部材５８に凸部５４を形成している。
【００２７】
凸部形成体としての第２の合成樹脂部材５８は、第１の合成樹脂部材１２ｃに埋設され固定される、例えば断面略Ｔ字形形状をなす埋設部５９を備える。この埋設部５９は、歯先面５２と面一をなす露出面６０を有し、この露出面６０に凸部５４が突出形成されている。埋設部５９の、第１の合成樹脂部材１２ｃに埋設される何れかの面に、第１の合成樹脂部材１２ｃに対する固定強度を高めるための凹凸を設けても良い。
【００２８】
歯５１を有する第１の合成樹脂部材１２ｃは、比較的剛性の高いポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等の合成樹脂からなる。
また、第２の合成樹脂部材５８は、第１の合成樹脂部材１２ｃよりも融点の高い合成樹脂からなり、例えばポリテトラフルオロエチレン（Ｐｏｌｙ  Ｔｅｔｒａ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ，  ＰＴＦＥ）を示すことができる。この第２の合成樹脂部材５８は、例えば、第１の合成樹脂部材１２ｃの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。凸部５４は、第１の合成樹脂部材１２ｃの樹脂成形後に切削加工により形成される。
【００２９】
本実施の形態においても、図１〜４に示す実施の形態と同様の効果を奏することができる。さらに、歯５１と凸部５４とを別部材で構成することにより、下記の利点がある。すなわち、第１の合成樹脂部材１２ｃの材質として、ウォームホイール１２の歯５１の強度を確保できる材料を選択し、且つ、第２の合成樹脂部材５８として、歯打ち音の低減効果をより高めることができる弾性に優れた材料を選択することができる。結果として、歯打ち音をより一層低減することができる。
【００３０】
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、上記各実施の形態において、凸部５４を、各歯５１にそれぞれ１条ずつ設ける構成としたが、これに限らず、例えばそれぞれ複数条ずつ設ける構成であっても良い。
また、凸部５４の形状は、断面略山形のものに限らず、例えば、断面略三角形のものや、断面略半月形のものでも良い。
【００３１】
さらに、本発明の減速機を、電動式動力舵取装置以外の装置の一般の減速機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の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。
【図３】図１の噛み合い領域の拡大部分断面図である。
【図４】図２の噛み合い領域の拡大部分断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかる噛み合い領域の拡大部分断面図である。
【符号の説明】
８    減速機
１１  ウォーム
１２  ウォームホイール
５２  歯先面
５１  歯
５４  凸部
５７  周方向
Ｂ    頂げき
Ｅ    （凸部の）自由高さ
【図１】
2004239371.tif 000003
【図２】
2004239371.tif 000004
【図３】
2004239371.tif 000005
【図４】
2004239371.tif 000006
【図５】
2004239371.tif 000007