(57)【要約】【課題】ウォームとウォームホイールとの噛み合い部分での歯打ち音の発生を抑制しつつ、円滑に動作させることができるウォーム減速機を提供する。【解決手段】ウォームホイール１７は、転がり軸受２２を介して、コラムシャフトの軸方向中間部（メイン軸）２０に一体回転可能でかつ軸方向移動を規制されて結合されている。ウォームホイールの内径側であるメイン軸２０から径方向にアーム２３が延出し、その先端はウォームホイール１７（外径側）内に形成された空間部２５に挿入されている。空間部２５には、粘性流体２６が充填されており、この空間部２５とアーム２３とで緩衝器２４が形成され周方向に作動する。【選択図】図２
2013024355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に軸受を介して支持されたウォームホイールと、
前記ウォームホイールに動力伝達可能に噛み合うウォームと、を備えたウォーム減速機において、
前記回転軸から径方向に延出するアームと、
前記ウォームホイール内に形成され、前記アームの先端が挿入されるとともに、粘性流体が封入された空間と、
前記アームの先端と前記空間との間で形成され周方向に作用する緩衝器と、を備えることを特徴とするウォーム減速機。
【請求項２】
請求項１に記載のウォーム減速機において、
前記アームの先端と前記空間が近接した場合にのみ、前記緩衝器内の前記粘性流体の粘性抵抗が作用することを特徴とするウォーム減速機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のウォーム減速機において、
前記緩衝器の固定部に直列に、または前記アームの先端と前記空間との間に形成された前記緩衝器と並列に弾性体を配置することを特徴とするウォーム減速機。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のウォーム減速機において、
前記回転軸の角度と、
前記回転軸に作用するトルクと、
前記ウォームホイールの角度と、に基づき、
前記回転軸と前記ウォームホイールの角度差が０となるように、フィードバック制御により前記ウォームを回転制御することを特徴とするウォーム減速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォーム減速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の電動パワーステアリング装置として、トルクセンサにより検出される操舵トルクに基づいて操舵補助（アシスト）用のモータを駆動制御するものが知られている。モータの回転は、ウォーム減速機を介して減速され、この減速された回転力がアシスト力としてステアリングシャフトに印加される。ウォーム減速機は、モータの回転軸に連結されるウォームと、ステアリングシャフトに一体回転可能に設けられるウォームホイールとを有している。
【０００３】
ウォーム減速機において、ウォームおよびウォームホイールの円滑な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て、ウォームおよびウォームホイールの噛み合い部分において、いわゆる歯打ち音が発生するおそれがある。そこで、この歯打ち音の発生を抑制するために、例えば特許文献１に記載されるウォーム減速機が従来提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３９３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このウォーム減速機では、ウォームホイールの歯先面に形成された突部により、ウォームホイールの歯とウォームの歯底との間の頂隙が詰められている。そして、ウォームおよびウォームホイールの噛み合い部分において、突部の先端は、ウォームの歯底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抑制されることにより、歯打ち音の発生が低減される。
【０００６】
しかしながら、ステアリングホイールの回転操作が開始されたとき、ウォームホイールを介して、ウォームには自身を回転させようとする力が作用する。ウォームが回転するためには、ウォームホイールを介してウォームに伝達される力が、ウォームとウォームホイールとの間に働く静止摩擦力に打ち勝つ必要がある。そしてその静止摩擦が大きくなる分だけウォームおよびウォームホイールの円滑な回転が阻害されることにより、いわゆる引っ掛かり感が発生するおそれがある。さらに、バックラッシを詰めることにより、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すると、エネルギーロスが増加するため、省エネ上好ましくない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部分での歯打ち音の発生を抑制しつつ、円滑に動作させることができるウォーム減速機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸と、前記回転軸に軸受を介して支持されたウォームホイールと、前記ウォームホイールに動力伝達可能に噛み合うウォームと、を備えたウォーム減速機において、前記回転軸から径方向に延出するアームと、前記ウォームホイール内に形成され、前記アームの先端が挿入されるとともに、粘性流体が封入された空間と、前記アームの先端と前記空間との間に形成され周方向に作用する緩衝器と、を備えることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、ウォームホイールは径（ラジアル）方向に機構が分割され、軸受を介して回転軸に結合されている。そして、回転軸から延びたアームの先端とウォームホイール内の粘性流体が充填された空間との間に、ある程度のガタを持って緩衝器を形成する。緩衝器は、回転軸の回転にともない周方向に作用する。これにより、ウォームとウォームホイールとの歯面同士の接触時の衝撃を緩和できるため、バックラッシを詰めることなく歯打ち音を低減できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のウォーム減速機において、前記アームの先端と前記空間が近接した場合にのみ、前記緩衝器内の前記粘性流体の粘性抵抗が作用することを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、アームの先端がウォームホイール内の空間に近接し、粘性流体の粘性抵抗（摩擦）が増加した場合、ウォームとウォームホイールとの歯面同士の接触による衝撃が緩和される。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のウォーム減速機において、前記緩衝器の固定部に直列に、または前記アームの先端と前記空間との間に形成された前記緩衝器と並列に弾性体を配置することを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、緩衝器の固定部分に弾性体を介在させることにより、この弾性体に流体の抵抗力を作用させたり、あるいは、緩衝器に並列にアームの先端とウォームホイール内の空間との間を弾性体で繋ぐことによって、この弾性体に流体の抵抗力を発生させることにより、ウォームとウォームホイールとの歯面同士の接触による衝撃をより吸収緩和できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のウォーム減速機において、前記回転軸の角度と、前記回転軸に作用するトルクと、前記ウォームホイールの角度と、に基づき、前記回転軸と前記ウォームホイールの角度差が０となるように、フィードバック制御により前記ウォームを回転制御することを要旨とする。
【００１５】
上記構成によれば、回転軸に設けられたトルクセンサにより検出される操舵トルクが所定値以下の場合に、ウォームホイールとアームのそれぞれに設けた角度センサにより検出した角度より演算した角度差が０近傍になるまでウォームに連結されたアシスト用モータを回転駆動する。これにより、ウォームホイールとアームとが一方に接触したままの状態で直進走行に移った場合、ウォームの噛み合い摩擦をステアリングシャフトから分離した状態にできるため、操舵フィーリングの低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
ウォームとウォームホイールとの噛み合い部分での歯打ち音の発生を抑制しつつ、円滑に動作させることができるウォーム減速機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電動パワーステアリング装置の概略構成を示す構成図。
【図２】本実施の形態のウォームホイール部分の正面図。
【図３】図２のウォームホイール部分をＡ方向矢印から見た断面図。
【図４】図２の緩衝器部分を拡大した概念図。
【図５】角度差と粘性抵抗の関係をあらわす概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を、電動パワーステアリング装置に具体化した一実施の形態を図に基づいて説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１において、ステアリングホイール２と一体回転するステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２側からコラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９およびピニオンシャフト１０の順に連結されている。ピニオンシャフト１０は、これに直交して設けられるラック軸５のラック部分５ａに噛合されている。ステアリング操作にともなうステアリングシャフト３の回転は、ピニオンシャフト１０およびラック部分５ａからなるラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。この往復直線運動が、ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルアームに伝達されることにより、転舵輪（タイヤ）１２の舵角が変更される。
【００１９】
また、電動パワーステアリング装置１は、操舵系にステアリング操作を補助するための操舵補助（アシスト）力を付与する操舵力補助装置（パワーアシストユニット）１３、および操舵力補助装置１３の作動を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵという）１４を備えている。
【００２０】
操舵力補助装置１３の駆動源であるモータ１５は、ウォーム１６およびウォームホイール１７からなる減速機構（以下、ウォーム減速機という）１８を介してコラムシャフト８に作動連結されている。モータ１５の回転力はウォーム減速機１８により減速されて、この減速された回転力がアシスト力として操舵系、正確にはコラムシャフト８に伝達される。ＥＣＵ１４は、このアシスト力を以下のようにして制御する。すなわち、ＥＣＵ１４は、転舵輪１２等に設けられる車速センサ１９を通じて車速Ｖを、また、コラムシャフト８のトーションバーに設けられるトルクセンサ７を通じてステアリングホイール２に印加される操舵トルクτを取得する。そして、ＥＣＵ１４は、これら車速Ｖおよび操舵トルクτに基づき目標アシスト力を算出し、この算出される目標アシスト力を発生させるためモータ１５の給電制御を行う。このモータ１５の給電制御を通じて操舵系に印加されるアシスト力が制御される。
【００２１】
図２は、ウォーム減速機１８のウォームホイール部分の正面図である。
図２に示すように、ウォームホイール１７は、転がり軸受２２を介して、コラムシャフト８（図１参照）の軸方向中間部（以下、メイン軸という）２０に一体回転可能でかつ軸方向移動を規制されて結合されている。ウォームホイール１７の内径側であるメイン軸２０から径方向にアーム２３が延出し、そのアーム２３の先端は外径側のウォームホイール１７内に形成された空間部２５に挿入されている。空間部２５には、粘性流体２６が充填されており、このウォームホイール１７内の空間部２５とアーム２３の先端とで緩衝器２４が形成され、図２の緩衝器部分２９が周方向に作動する。
【００２２】
図３は、図２のウォーム減速機１８のウォームホイール部分をＡ方向矢印から見た断面図である。ここで、ウォームホイール１７内の空間部２５に、ウォームホイールギヤ２１とウォーム１６との噛み合い部に封入される潤滑剤（例えば、グリス）と同じ潤滑剤を使用した粘性流体２６が充填されている。また、緩衝器２４は底面側から見た形状が円形を有している。
【００２３】
図４は、図２のウォーム減速機１８の緩衝器部分２９を拡大した概念図である。図４に示すように、緩衝器２４は、ウォームホイール１７内の空間部２５をオリフィス２７、アーム２３側をニードル２８として構成されている。緩衝器２４のオリフィス２７とニードル２８は、それぞれ段差が設けられた段付き円柱状に成形され、アーム２３の先端が回転し互いに近接するほど粘性流体２６が圧縮される断面積を増加させるように形成されている。さらに、上記オリフィス２７およびニードル２８が近接した場合にのみ、充填された粘性流体２５の粘性抵抗Ｆが作用する。この場合の粘性流体２６の流れに対する粘性抵抗Ｆは、回転（周）方向に対して反対方向に働く。
【００２４】
さらに上記構成に加え、緩衝器２４の固定部に直列に、または、アーム２３とウォームホイール１７内の空間部２５との間に緩衝器２４と並列に弾性体を配置することも可能である。本構成によれば、緩衝器２４の固定部分に弾性体を介在させることにより、この弾性体に速度に依存する粘性流体２６の抵抗力を作用させることにより、あるいは、アーム２３の先端とウォームホイール１７内の空間部２５との間を弾性体で繋ぐことにより弾性体に距離に比例する粘性流体２６の抵抗力を発生させ、弾性変形によって緩衝効果を高めて、より接触による衝撃を吸収緩和できる。
【００２５】
続いて、ステアリング操作時の操舵トルクτが所定値以下の場合のウォーム減速機１８の動作について説明する。図１を参照して、ＥＣＵ１４は、ウォームホイール１７およびアーム２３にそれぞれ装着された角度センサ（図示せず）の検出値から角度差θを演算する。トルクセンサ７により検出された操舵トルクτが所定値以下での操舵の場合、上記角度差θが０になるようにフィードバック制御（位置制御）を行いモータ１５を回転駆動させ、ウォーム１６を回転制御する。
【００２６】
図５は、このときのウォームホイール１７とアーム２３との角度差θと粘性抵抗Ｆの関係をあらわす概念図である。図５に示すように、角度差θが０近傍の所定値以下であれば、粘性抵抗Ｆは０となり、所定の角度差θ以上で角度差θが増加するにともない粘性抵抗Ｆは比例して増加する。
【００２７】
これにより、操舵トルクτが所定値以下でウォームホイール１７とアーム２３とが一方に接触したままの状態で直進走行に移った場合、ウォームホイール１７とアーム２３との角度差θが０近傍になるまでモータ１５を回転駆動させ、ウォーム１６を回転制御する。その結果、粘性抵抗Ｆが０となり、ウォーム１６およびウォームホイール１７の噛み合い摩擦をステアリングシャフト３から分離できるため、操舵フィーリングの低下を抑制できる。
【００２８】
次に、上記のように構成された本実施形態のウォーム減速機の作用および効果について説明する。
【００２９】
上記構成によれば、ウォームホイールは径方向に機構が分割され、外径側のウォームホイール１７は、軸受２２を介してメイン軸２０に結合されている。そして、メイン軸２０から径方向に延びたアーム２３の先端とウォームホイール１７内の粘性流体２６が充填された空間部２５との間に、ある程度のガタを持って緩衝器２４を形成する。緩衝器２４は、メイン軸２０の回転にともない周方向に作用し、アーム２３の先端がウォームホイール１７内の空間部２５に近接した場合、粘性流体２６の粘性抵抗Ｆが増加する。
【００３０】
これにより、歯当たり時の衝突速度を小さくでき、ウォーム２１とウォームホイール１７との歯面同士の接触時の衝撃を緩和できるため、バックラッシを詰めることなく歯打ち音を低減できる。また、ウォーム２１とウォームホイール１７とが噛み合い始めたとき、若干の動力伝達が行われることにより、ウォーム１６は緩やかに回転する。その後、本格的な動力伝達が開始される。このように、操舵初期時において、ウォーム１６およびウォームホイール１７は、それぞれ滑らかに回転を開始する。
【００３１】
ここで、バックラッシに起因する歯打ち音の発生を抑制するために、ウォーム１６とウォームホイール１７との歯面同士を押し付け合うことによりバックラッシを最小限に維持する機構をウォーム減速機１８に組み込むことも考えられる。この場合には、歯面同士が押し付けられる分だけ、ウォーム減速機１８の作動開始時の静止摩擦が大きくなって、滑らかな作動が阻害されるおそれがある。この点、本実施形態によれば、バックラッシを存在させながらも、歯打ち音の発生を抑制することが可能である。また、バックラッシが存在することにより、ウォーム１６およびウォームホイール１７の円滑な作動、あるいは円滑な噛み合いが確保される。さらに、バックラッシを詰める必要がないので、ウォーム減速機１８のエネルギー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。
【００３２】
また、上記実施形態のウォーム減速機１８によれば、ウォーム１６とウォームホイール１７との噛み合い部分での歯打ち音の発生を抑制しつつ、ウォーム減速機１８の作動初期時においてウォーム１６およびウォームホイール１７を円滑に動作させることができる。このため、本実施形態のウォーム減速機１８は、電動パワーステアリング装置の減速機構として好適である。操舵初期時の、いわゆる引っ掛かり感の発生が抑制されるので、操舵フィーリングを向上させることが可能である。
【００３３】
さらに、電動パワーステアリング装置に本実施形態のウォーム減速機１８を使用したとき、タイヤ反力等の小刻みな高周波の逆入力が発生した場合、その振動トルクがステアリングシャフト３を介してステアリングホイール２に伝達されるおそれがあるのに対し、緩衝器２４がこの微小振動を抑制すように作用する。加えて、アシスト力が発生しない程度の微小操舵トルクが出力される領域において、モータ１５の慣性に起因して発生するステアリングホイール２における微小振動が抑制されるため、より操舵フィーリングを向上できる。
【００３４】
上記構成を採用することにより、ウォーム１６とウォームホイール１７とが噛み合う際には、ウォーム１６は自身の軸方向へ若干変位しながらウォームホイール１７と噛み合うことになる。これにより、ステアリングホイール２の操舵初期における、ウォームホイール１７およびウォーム１６の歯面間の衝突が緩和される。また、ウォーム１６の回転を妨げる要因が低減することにより、いわゆる引っ掛かり感についてもいっそうの低減が期待できる。
【００３５】
以上のように、ウォームとウォームホイールとの噛み合い部分での歯打ち音の発生を抑制しつつ、円滑に動作させることができるウォーム減速機を提供できる。
【００３６】
以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
【００３７】
上記実施形態では、緩衝器のウォームホイール側のオリフィスおよびアーム側のニードルにそれぞれ段差を設けた円柱形状としたが、相対する面が単純な円錐面形状を有していてもよい。
また、上記実施形態では、ウォームホイールに充填した粘性流体を密封していないが、ウォームホイールハウジングと一体成形にすることにより、あるいは、円板状に成形したアームをウォームホイール内の空間部にＯリング等を介装して封止することにより密封状態に維持するようにしてもよい。
上記実施形態では、周方向に一対の緩衝器を設けたが、複数の緩衝器を設けてもよい。また、アームに対して左右の緩衝器の個数が同数であれば、緩衝器は非対称に配置されていてもよい。
【００３８】
さらに、上記実施形態では、電動パワーステアリング装置の減速機構を例に挙げて説明したが、他の装置の減速機構として適用してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１：電動パワーステアリング装置、２：ステアリングホイール、
３：ステアリングシャフト、７：トルクセンサ、１２：転舵輪、１３：操舵力補助装置、
１４：ＥＣＵ、１５：モータ、１６：ウォーム、１７：ウォームホイール、
１８：ウォーム減速機、２０：メイン軸、２１：ウォームホイールギヤ、２２：軸受、
２３：アーム、２４：緩衝器、２５：ウォームホイール空間部、２６：粘性流体、
２７：オリフィス、２８：ニードル、２９：ウォームホイール緩衝器部分
τ：操舵トルク、Ｆ：粘性抵抗、θ：角度差
【図１】
2013024355.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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