JP2003065422A - 歯車、減速歯車機構及び電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

歯車、減速歯車機構及び電動式パワーステアリング装置

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JP2003065422A
JP2003065422A JP2001260324A JP2001260324A JP2003065422A JP 2003065422 A JP2003065422 A JP 2003065422A JP 2001260324 A JP2001260324 A JP 2001260324A JP 2001260324 A JP2001260324 A JP 2001260324A JP 2003065422 A JP2003065422 A JP 2003065422A
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tooth
steering
lubricant
reduction gear
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Noritake Okawa
憲毅 大川
Masahiko Shiina
晶彦 椎名
Masayoshi Sakuta
雅芳 作田
Kazuya Yoshioka
加寿也 吉岡
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Koyo Seiko Co Ltd
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 歯面同士が圧接されるとき、歯面の間に潤滑
剤を保持することができ、歯面の摩耗を低減できるとと
もに、噛合い詰まり時の回転抵抗を低減することができ
るようにする。 【解決手段】 歯面１１ａに潤滑剤を保持すべき凹部１
２を設け、歯面間の潤滑性を高めるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は歯車、該歯車を備え
る減速歯車機構、及び該減速歯車機構を備え、操舵補助
力の発生源としてモータを用いてなる電動式パワーステ
アリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の舵取りは、車室の内部に配され
た操舵輪の回転操作を、舵取用の車輪（一般的には前
輪）の操向のために車室の外部に配された舵取機構に伝
えて行われる。
【０００３】図５は従来の電動式パワーステアリング装
置の構成を示す断面図、図６はモータに連結された従来
の減速歯車機構の構成を示す断面図である。自動車用の
電動式パワーステアリング装置としては、図５、図６に
示すように例えば舵取りのための操舵輪１００に連結さ
れる第１の操舵軸１０１と、該操舵軸１０１の下端にト
ーションバー１０２を介してその下端が同軸的に連結さ
れ、その下端が車輪に繋がる舵取機構に連結される第２
の操舵軸１０３と、操舵輪１００を回転することによっ
て第１の操舵軸１０１に加わるトルクを前記トーション
バー１０２に生じる捩れによって検出するトルクセンサ
１０４と、該トルクセンサ１０４の検出結果、車速、操
舵輪１００の操舵角等に基づいて駆動される操舵補助用
のモータ１０５の出力軸に繋がり、該出力軸の回転を減
速して前記第２の操舵軸１０３に伝達するウォーム１０
６及びウォームホイール１０７を有する減速歯車機構と
を備え、操舵輪１００の回転に応じた舵取機構の動作を
前記モータ１０５の回転により補助し、舵取りのための
運転者の労力負担を軽減するように構成されている。
【０００４】減速歯車機構を構成するウォームホイール
１０７は、前記ウォーム１０６に噛合する歯を有する合
成樹脂製の環状部材１０８及び該環状部材１０８の内側
に嵌合された金属製の芯部材１０９を備えており、該芯
部材１０９が前記操舵軸１０３に支持され、ウォーム１
０６との噛合による騒音を小さくするようにしてある。
【０００５】ウォーム１０６は、前記操舵軸１０３の軸
芯と交叉するように配置され、一対の転がり軸受１１
１，１１２を介してハウジング１１３内に支持されてお
り、ウォームホイール１０７を支持した操舵軸１０３は
一対の転がり軸受１１４，１１５を介してハウジング１
１３内に支持されており、ウォーム１０６及びウォーム
ホイール１０７のラジアル方向及びアキシアル方向への
移動が阻止されている。
【０００６】操舵補助力の発生源としてモータ１０５を
用いた場合、モータ１０５の回転が減速歯車機構のウォ
ーム１０６からウォームホイール１０７に機械的に伝達
されるため、モータ１０５の出力の増大に伴い、減速歯
車機構の荷重負荷が大きくなり、この結果、ウォーム１
０６、ウォームホイール１０７の歯面の摩耗が増大する
ことになる。
【０００７】この歯面の摩耗の増大を抑制するため、ウ
ォーム１０６、ウォームホイール１０７の歯に粘性が高
いグリース等の潤滑剤が塗布されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、モータ１０
５の回転がウォーム１０６からウォームホイール１０７
へ伝達されるとき、ウォーム１０６の歯面とウォームホ
イール１０７の歯面とが圧接され、この圧接によって前
記潤滑剤が歯面から外側へと掻き出され、歯面の間に潤
滑剤が殆どなくなった状態で歯面同士が圧接されること
になるため、歯面が摩耗し易くなり、改善策が要望され
ていた。
【０００９】また、ウォームホイール１０７の環状部材
１０８は合成樹脂製であり、芯部材１０９とウォーム１
０６とは金属製であり、何れも材質の線膨張係数が異な
るにも拘らず、線膨張係数を考慮することなく、個々の
部品が許容寸法となるように加工されているため、組み
立てるときの室温及び湿度においてバックラッシュ量が
適正であったものが、雰囲気温度等による減速歯車機構
の温度上昇、減速歯車機構周りの湿度上昇によって合成
樹脂製の環状部材１０８が金属製の芯部材１０９及びウ
ォーム１０６に比べて大きく膨張し、歯面同士の圧接力
が増加して噛合い詰まりが発生し、回転抵抗が増大して
いる。
【００１０】本発明は斯る事情に鑑みてなされたもので
あり、主たる目的は、歯面同士が圧接されるとき、歯面
の間に潤滑剤を保持することができ、歯面の摩耗を低減
できるとともに、噛合い詰まり時の回転抵抗を低減する
ことができる歯車、減速歯車機構及び電動式パワーステ
アリング装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１発明に係る歯車は、
歯面に潤滑剤を保持すべき凹部を有していることを特徴
とする。
【００１２】第１発明にあっては、予め歯に塗布された
潤滑剤の一部が歯面の凹部に入り、該凹部に潤滑剤が保
持されるため、歯車同士の噛合によって歯面同士が圧接
されるとき、歯面の間の潤滑性を良好にでき、歯面の摩
耗を低減できる。また、歯車の膨張によって歯面同士の
圧接力が増加し、噛合い詰まりが発生した場合において
も、前記凹部の潤滑剤によって歯面間の潤滑性を良好に
でき、回転抵抗を低減できる。
【００１３】第２発明に係る歯車は、前記凹部はショッ
トピーニング加工によって形成されていることを特徴と
する。第２発明にあっては、既存の歯車と同様に加工さ
れた歯車素体の歯面に鋼粒を吹付けることによって簡単
に凹部が形成されるため、複数の凹部を簡単に得ること
ができ、また、凹部を有する割にコストを低減できる。
【００１４】第３発明に係る減速歯車機構は、請求項１
又は２に記載された歯車を備えていることを特徴とす
る。第３発明にあっては、予め歯に塗布された潤滑剤の
一部が歯面の凹部に入り、該凹部に潤滑剤が保持される
ため、歯車同士の噛合によって歯面同士が圧接されると
き、歯面の間の潤滑性を良好にでき、歯面の摩耗を低減
できる。
【００１５】第４発明に係る減速歯車機構は、外周に歯
を有する合成樹脂製の環状部材及び該環状部材の内側に
嵌合された芯部材を有する従動歯車と、該従動歯車に噛
合する駆動歯車とを備えた減速歯車機構において、前記
従動歯車及び駆動歯車の少なくとも一方の歯面は潤滑剤
を保持すべき凹部を有していることを特徴とする。
【００１６】第４発明にあっては、予め歯に塗布された
潤滑剤の一部が歯面の凹部に入り、該凹部で潤滑剤を保
持することができるため、環状部材の膨張によって歯面
同士の圧接力が増加し、噛合い詰まりが発生した場合に
おいても、前記凹部の潤滑剤によって歯面間の潤滑性を
良好にでき、回転抵抗を低減できる。
【００１７】第５発明に係る電動式パワーステアリング
装置は、請求項３又は４に記載された減速歯車機構と、
該減速歯車機構の駆動歯車に連結された操舵補助用のモ
ータと、該モータの回転に伴う従動歯車の回転力を舵取
機構に伝達する伝達手段とを備えていることを特徴とす
る。
【００１８】第５発明にあっては、モータの回転が駆動
歯車から従動歯車へ伝達され、歯車同士の歯面が圧接さ
れるとき、歯面同士の間に潤滑剤が保持された凹部を有
するため、歯面の間の潤滑性を良好にでき、また、従動
歯車の膨張によって歯面同士の圧接力が増加し、噛合い
詰まりが発生した場合においても、前記凹部の潤滑剤に
よって歯面間の潤滑性を良好にでき、回転抵抗を低減で
きる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。 実施の形態１ 図１は本発明に係る歯車の実施の形態１の構成を示す正
面図、図２は本発明に係る歯車の要部を拡大したもの
で、(a) は歯の断面図、(b) は歯面の凹部の断面図であ
る。歯車は直円柱部材の外周を例えばホブによってホブ
切りすることにより複数の歯１１を有する歯部１ａが形
成されたウォーム１であり、両端には軸部１ｂ，１ｃを
有する。このウォーム１の歯１１の歯面１１ａには、潤
滑剤を保持させるべき複数の凹部１２が設けられてい
る。
【００２０】この凹部１２はホブによって歯１１が形成
された後、歯１１の表面、換言すれば歯面１１ａ、歯先
面１１ｂ及び歯底面１１ｃにショットピーニング加工を
施すことによりランダムに形成されている。ショットピ
ーニング加工は、小さな鋼粒を歯１１の表面にたたきつ
けることにより歯１１の表面を窪ませるものであり、凹
部１２は開口縁の直径寸法が約０．０５乃至０．５mm、
深さが約０．０５乃至０．５mm程度の大きさに形成され
ている。
【００２１】以上のように構成された歯車は、減速歯車
機構Ａのウォームとして使用される。図３は減速歯車機
構の構成を示す断面図である。この減速歯車機構Ａは金
属製のウォーム１と、該ウォーム１の歯１１に噛合し、
その中心部の嵌合孔２ａが回転軸３に嵌合固定されたウ
ォームホイール２と、前記ウォーム１の歯部１ａの両端
に連なる軸部１ｂ，１ｃに嵌合された軸受４，５と、該
軸受４，５を介して前記ウォーム１を回転可能に支持し
たアルミニウム製のハウジング６とを備えており、一方
の軸部１ｃに軸継手７を介して継合されるモータ８の回
転を減速してウォームホイール２に伝達し、回転軸３を
回転させるように構成されている。
【００２２】ウォームホイール２は、外周に歯２ｂを有
する合成樹脂製の環状部材２１と、該環状部材２１の内
側に嵌合された金属製の芯部材２２とを備えている。
【００２３】環状部材２１は、軟鋼等の金属材料によっ
て円板形に形成された前記芯部材２２を射出成形型にイ
ンサートとして収容配置し、溶融された合成樹脂材料を
射出することにより成形してあり、芯部材２２と一体に
結合してある。この芯部材２２の中心部には嵌合孔２ａ
が穿設されており、該嵌合孔２ａに回転軸３（例えば後
記する第２の操舵軸３１）が嵌合される。
【００２４】このように構成された減速歯車機構Ａは、
例えば電動式パワーステアリング装置に使用される。図
４は本発明に係る電動式パワーステアリング装置の構成
を示す断面図である。
【００２５】電動式パワーステアリング装置は、上端が
舵取りのための操舵輪９に繋がり、下端に筒部を有する
第１の操舵軸１０と、前記筒部内に挿入されてその上端
が前記操舵軸１０の筒部に同軸的に連結され、前記操舵
輪９に加わる操舵トルクの作用によって捩れるトーショ
ンバー３０と、下端が前記トーションバー３０の下端に
同軸的に連結される第２の操舵軸３１と、前記トーショ
ンバー３０の捩れに応じた第１及び第２の操舵軸１０，
３１の相対回転変位量によって前記操舵輪９に加わる操
舵トルクを検出するトルクセンサ３２と、該トルクセン
サ３２が検出したトルク、車速、操舵輪９の舵角等に基
づいて駆動される操舵補助用のモータ８と、該モータ８
の回転に連動し、該回転を減速して第２の操舵軸３１に
伝達する前記減速歯車機構Ａと、前記トルクセンサ３２
及び前記減速歯車機構Ａが収容されたハウジング６とを
備え、このハウジング６に前記モータ８が取付けられて
いる。尚、第２の操舵軸３１が前記回転軸３を構成して
いる。
【００２６】減速歯車機構Ａは、ウォーム１の軸部１ｃ
が前記モータ８の出力軸８ａに繋がっており、また、ウ
ォームホイール２が前記第２の操舵軸３１の中間に嵌合
固定されており、これらウォーム１及びウォームホイー
ル２の噛合により前記出力軸８ａの回転を減速して第２
の操舵軸３１に伝達し、該第２の操舵軸３１からユニバ
ーサルジョイントを経て例えばラックピニオン式の舵取
機構（図示せず）へ伝達するようにしている。尚、第２
の操舵軸３１及びユニバーサルジョイントが、ウォーム
ホイール２の回転力を舵取機構に伝達する伝達手段を構
成している。
【００２７】以上の如く構成された減速歯車機構Ａ、電
動式パワーステアリング装置において、ウォーム１の歯
面１１ａには潤滑剤を保持すべき凹部１２が設けられて
いるため、ウォーム１及びウォームホイール２の歯１
１，２ｂに予め塗布されているグリース等の潤滑剤が凹
部１２に保持されている。この結果、モータ８の回転に
よってウォーム１の歯面１１ａとウォームホイール２の
歯面とが圧接され、この歯面同士の圧接によって前記塗
布されている潤滑剤が歯面１１ａから外側へと掻き出さ
れたとき、歯面１１ａの凹部１２に保持されている潤滑
剤の殆どは、歯面１１ａから掻き出されることなく保持
状態が維持され、この凹部１２内の潤滑剤によって歯面
１１ａの潤滑性を高めることができ、歯面１１ａの摩耗
を低減できる。尚、歯１１，２ｂの噛合関係が変わるこ
とにより圧接状態の歯面が非圧接状態になったとき、歯
面同士の圧接によって歯面から外側へと掻き出されてい
た潤滑剤がその粘性によって歯面に戻るため、この戻っ
た潤滑剤が凹部１２に補充される。
【００２８】また、組み立てるときの室温及び湿度にお
いて減速歯車機構Ａのバックラッシュ量が適正であった
ものが、雰囲気温度等による減速歯車機構Ａの温度上
昇、減速歯車機構Ａ周りの湿度上昇によって合成樹脂製
の環状部材２１が金属製の芯部材２２及びウォーム１に
比べて大きく膨張し、歯面同士の圧接力が増加して噛合
い詰まりが発生した場合、歯面１１ａに設けられた凹部
１２内の潤滑剤によって歯面１１ａの潤滑性を高めるこ
とができ、歯面１１ａの摩耗を低減できる。
【００２９】実施の形態２ 実施の形態２の歯車は、ショットピーニング加工によっ
て凹部１２を形成する代わりに、鉄等の焼結材料を焼結
することによって表面に複数の凹部１２を有するウォー
ム１形成したものである。凹部１２は焼結による表面粗
さの凹部からなり、該凹部１２に潤滑剤が含浸保持され
る。
【００３０】この実施の形態２にあっては、ショットピ
ーニング加工等によって凹部１２を形成する必要がな
く、焼結によって凹部１２を得ることができるため、加
工工程を低減でき、コストの低減を図り得る。
【００３１】その他の構成及び作用は実施の形態１と同
様であるため、その構成の詳細な説明及び作用の説明を
省略する。
【００３２】尚、以上説明した実施の形態ではウォーム
１の歯面１１ａに凹部１２を設けたが、その他、例えば
ウォームホイール２の歯面に前記凹部１２を設けてもよ
いし、また、ウォーム１及びウォームホイール２の歯面
に設けてもよい。また、凹部１２は歯１１の歯面１１
ａ、歯先面１１ｂ及び歯底面１１ｃに設けられる他、歯
面１１ａだけに設けられてもよいし、また、全面的に設
けられてもよい。
【００３３】また、以上説明した実施の形態では、合成
樹脂製の環状部材２１に芯部材２２を嵌合してなるウォ
ームホイール２を用いたが、その他、このウォームホイ
ール２は全体が合成樹脂材料、または、金属材料によっ
て形成されてもよい。
【００３４】また、以上説明した実施の形態の減速機構
Ａは、ウォーム１である駆動歯車及びウォームホイール
２である従動歯車を備えたウォーム歯車である他、ハイ
ポイドピニオンである駆動歯車及びハイポイドホイール
である従動歯車を備えたハイポイド歯車であってもよ
い。さらに、減速歯車機構はベベルギヤであってもよ
い。
【００３５】
【発明の効果】第１発明によれば、歯車同士の噛合によ
って歯面同士が圧接されるとき、歯面の間の潤滑性を良
好にでき、歯面の摩耗を低減できる。また、歯車の膨張
によって歯面同士の圧接力が増加し、噛合い詰まりが発
生した場合においても、前記凹部の潤滑剤によって歯面
間の潤滑性を良好にでき、回転抵抗を低減できる。
【００３６】第２発明によれば、複数の凹部を簡単に得
ることができ、また、凹部を有する割にコストを低減で
きる。
【００３７】第３発明によれば、歯車同士の噛合によっ
て歯面同士が圧接されるとき、歯面の間の潤滑性を良好
にでき、歯面の摩耗を低減できる。
【００３８】第４発明によれば、環状部材の膨張によっ
て歯面同士の圧接力が増加し、噛合い詰まりが発生した
場合においても、前記凹部の潤滑剤によって歯面間の潤
滑性を良好にでき、回転抵抗を低減できる。
【００３９】第５発明によれば、モータの回転が駆動歯
車から従動歯車へ伝達され、歯車同士の歯面が圧接され
るとき、歯面の間の潤滑性を良好にでき、また、従動歯
車の膨張によって歯面同士の圧接力が増加し、噛合い詰
まりが発生した場合においても、前記凹部の潤滑剤によ
って歯面間の潤滑性を良好にでき、回転抵抗を低減でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歯車の実施の形態１の構成を示す
正面図である。
【図２】本発明に係る歯車の要部を拡大したもので、
(a) は歯の断面図、(b) は歯面の凹部の断面図である。
【図３】本発明に係る減速歯車機構の構成を示す断面図
である。
【図４】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の
構成を示す断面図である。
【図５】従来の電動式パワーステアリング装置の構成を
示す断面図である。
【図６】モータに連結された従来の減速歯車機構の構成
を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ウォーム（歯車） １１ 歯 １１ａ 歯面 １２ 凹部 ２ ウォームホイール（歯車） ２１ 環状部材 ２２ 芯部材 ８ モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 作田 雅芳 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 吉岡 加寿也 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D033 CA04 3J030 AC01 BA03 BB06 BC01 BC02 BC03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 歯面に潤滑剤を保持すべき凹部を有して
    いることを特徴とする歯車。
  2. 【請求項２】 前記凹部はショットピーニング加工によ
    って形成されている請求項１記載の歯車。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載された歯車を備え
    ていることを特徴とする減速歯車機構。
  4. 【請求項４】 外周に歯を有する合成樹脂製の環状部材
    及び該環状部材の内側に嵌合された芯部材を有する従動
    歯車と、該従動歯車に噛合する駆動歯車とを備えた減速
    歯車機構において、前記従動歯車及び駆動歯車の少なく
    とも一方の歯面は潤滑剤を保持すべき凹部を有している
    ことを特徴とする減速歯車機構。
  5. 【請求項５】 請求項３又は４に記載された減速歯車機
    構と、該減速歯車機構の駆動歯車に連結された操舵補助
    用のモータと、該モータの回転に伴う従動歯車の回転力
    を舵取機構に伝達する伝達手段とを備えていることを特
    徴とする電動式パワーステアリング装置。
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