JP5336822B2 - 歯車装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウォーム減速機を含み、一方軸から他方軸へ歯車を用いて動力を伝達する歯車装置、及び、この歯車装置を用いた電動パワーステアリング装置に関する。

歯車装置、特に、ウォーム減速機においては、その一方軸であるウォーム軸に、ウォームホイールとの噛み合わせを良好にしたり、歯面間の隙間範囲の振動によってよって生じる騒音（ラトル音）を軽減したりするため、このウォーム軸を軸方向に付勢することが行われている。

特許文献１から７には、そのような付勢を行う弾性体が記載されているが、その中には、歯車装置のケースに対して着脱可能な蓋を設け、この蓋と一方軸との間に弾性体を設けたものも含まれている。

一方、特許文献８及び９には、歯車装置のケースに対して着脱可能な蓋と前記ケースとの間には、外部とのシールを行うＯリング（各文献の符号５ｃ）が記載され、蓋を用いる場合にはなんらかのシールが必要であることが示唆されている。

しかしながら、蓋を用いている特許文献１、２、４及び５には、そのようなシールに関する記載は見つけることができなかった。

特開２００３−３２７１４３号公報（図２の符号３１） 特開２００８−１２６８７３号公報（図３の符号３６） 特開２００５−１１２０４７号公報（図１の符号２３） 特開２００７−２４７７３４号公報（図２の符号１７） 特開２００１−０１０５１２号公報（図２の符号２１） 特開平１０−２８１２３５号公報（図１の符号９） 特開２００１−１３０４２３号公報（図１の符号３） 特開２００７−１３０４２３号公報（図１の符号５ｃ） 特開２００８−０３９０４９号公報（図１の符号５ｃ）

本発明は、上記問題を改善しようとするもので、歯車装置の蓋と歯車軸との間に弾性体を介在させて歯車軸を弾性体で軸方向に付勢する際に、同時に、シールの問題も解決することができる歯車装置、この歯車装置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解決課題とする。

本発明の歯車装置は、一方軸から他方軸へ歯車を用いて動力を伝達する歯車装置であって、一方軸の少なくとも一端の軸受を、前記歯車装置のケースに対して着脱可能な蓋で支持し、前記蓋と前記軸受及び前記ケースとの間に、前記一方軸を軸方向に付勢し、かつ、該蓋と前記ケースとの間をシールする弾性体を備え、前記歯車がウォームとウォームホイールであって、前記一方軸が前記ウォームを軸支するウォーム軸であり、前記歯車装置が電動パワーステアリング装置の操舵出力軸の駆動に用いられていることを特徴とする。

本発明の電動パワーステアリング装置は、上記歯車装置をウォーム減速機とし、このウォーム減速機を操舵出力軸の駆動に用いたことを特徴とする。

本発明の歯車装置は、一方軸から他方軸へ歯車を用いて動力を伝達する歯車装置であって、一方軸の少なくとも一端の軸受を、前記歯車装置のケースに対して着脱可能な蓋で支持し、前記蓋と前記軸受及び前記ケースとの間に、前記一方軸を軸方向に付勢し、かつ、該蓋と前記ケースとの間をシールする弾性体を備え、前記歯車がウォームとウォームホイールであって、前記一方軸が前記ウォームを軸支するウォーム軸であり、前記歯車装置が電動パワーステアリング装置の操舵出力軸の駆動に用いられているので、歯車装置の蓋と歯車軸との間に弾性体を介在させて歯車軸を弾性体で軸方向に付勢する際に、同時に、シールの問題も解決することができる。

本発明の電動パワーステアリング装置は、上記歯車装置をウォーム減速機とし、このウォーム減速機を操舵出力軸の駆動に用いたので、上記歯車装置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について、図面を用いて説明する。

実施形態１

図１は、本発明の歯車装置の一例を示すもので、（ａ）はその要部断面図、（ｂ）はそのＡ矢視図、図２（ａ）は、図１（ｂ）の軸受孔部分だけを示す図、（ｂ）は、図１（ａ）の蓋を示す断面図、（ｃ）は、図１（ａ）の弾性体を示す断面図、（ｄ）は図１の付勢手段を示す拡大斜視図である。

この歯車装置１０は、歯車としてのウォーム１とこのウォーム１に噛み合うウォームホイール３とを用いて動力を伝達するウォーム減速機で、例えば、自動車の操舵を補助する電動パワーステアリング装置の操舵出力軸の回動に用いられるものである。

歯車装置１０は、前記ウォーム１と、このウォーム１を備えたウォーム軸（一方軸）２と、前記ウォームホイール３と、このウォームホイール３を同期回転して軸支する操舵出力軸（他方軸）１２とを備えている。

歯車装置１０は、上記基本構成に加えて、ウォーム軸２の少なくとも一端の軸受２ａを、歯車装置１０のケース４対して着脱可能な蓋６で支持し、この蓋６と軸受２ａ及びケース４との間に、ウォーム軸２を軸方向に付勢し、蓋６とケース４との間をシールする弾性体７を備えたことを特徴とする。

また、歯車装置１０は、ウォームホイール３の操舵出力軸１２の軸心線と、ウォーム軸２の軸心線とがねじれの位置（食い違い軸の関係）にあるが、これはウォーム減速機に共通する関係である。

この関係に対応して、歯車装置１０は、ウォーム軸２の一端の軸受２ａをウォームホイール３の操舵出力軸１２の方向（軸間距離調整方向）と、この軸間距離調整方向と直交し、ウォームホイール３の半径方向平面に直交する方向（進み角調整方向）とに付勢する２つの付勢手段８を備えている。

ここで、図１（ａ）見ると解るように、蓋６はケース４に対して、ネジ回動してウォーム軸２の軸方向に進退可能であり、この蓋６とケース４及びウォーム軸２の一方の軸受２ａとの間に介在している弾性体７は、ウォーム軸２を軸方向に付勢すると同時に、ケース４と蓋６との間を外部に対してシールしている。

なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ矢視図であるが、蓋６と弾性体７とを除いた状態を示している。

弾性体７は、蓋６からの力を利用することでウォーム軸２の軸方向への付勢を達成し、かつ、ケース４と蓋６との間にも介在して、ケース４と蓋６との間のシールも達成しているのである。

つまり、この歯車装置１０は、歯車装置１０の蓋６とウォーム軸（歯車軸）２との間に弾性体７を介在させてウォーム軸（歯車軸）２を弾性体７で軸方向に付勢する際に、同時に、シールの問題も解決することができる。

なお、この弾性体７はまた、ウォーム軸２を軸方向に付勢することで、ガタ付きを抑え、軸方向隙間をなくす役割を果たしている。

図２を用いて、歯車装置１０の上記特徴部分の構造についてより詳しく説明する。

図２（ａ）は、図１（ｂ）の矢視図から、更に、ウォーム軸２、軸受２ａを除いて、ケース４の軸受２ａと蓋６とを受ける部分を示したものである。

図２（ａ）で解るように、ケース４のこの部分には、最奥部にウォーム２を収容するウォーム収容部４ａが見え、それから手前方向に、軸受２ａを収容する軸受収容孔４ｂと、軸受収容孔４ｂより大きい内径で蓋６とネジ係合する蓋用雌ネジ孔４ｆとが形成されている。

図１（ｂ）に示すように、軸受収容孔４ｂの内径は、軸受２ａの外径より大きく、かつ、この外径の大きい分だけ、この図で左４５度斜め上方向に偏心している。よって、この左４５度斜め上部分での軸受収容孔４ｂの内周と軸受２ａの外周との隙間Ｃが一番大きく、その反対側の右４５度斜め下部分での両者の隙間はゼロとなっている。

軸間距離調整方向への付勢手段８に対応する位置には隙間ＣＢが、進み角調整方向への付勢手段８に対応する位置には隙間ＣＬが形成されている。

軸受収容孔４ｂと蓋用雌ネジ孔４ｆとの段差部分は、弾性体７が面接触するシール面４ｅとなっている。軸受収容孔４ｂの外周の２箇所には、上述の２つの付勢手段８を収容する２箇所の付勢手段収容凹部４ｃと４ｄとが設けられている。

付勢手段収容凹部４ｃは、軸間距離調整方向への付勢手段８を収容するもので、付勢手段収容凹部４ｄは、進み角調整方向への付勢手段８を収容するものである。

付勢手段収容凹部４ｃ、４ｄに収容された付勢手段８は、シール面４ｅから突出しないか、あるいは、突出する場合には弾性体７に逃がし部分が設けられ、また、弾性体７は、この付勢手段収容凹部４ｃ、４ｄの周縁を含めて、シール面４ｅをシールするものである。

図２（ｂ）に示す蓋６は、ケース４の蓋用雌ネジ孔４ｆにネジ係合する雄ネジ部６ｂを外周に設けた円盤状で、一方端面側には、弾性体７を径方向に拘束して嵌め込む弾性体嵌め込み凹部６ａが設けられ、他方端面には、蓋６を回動させて締付固定するための、例えば六角形状の回動用凹部６ｃが設けられている。

蓋６の弾性体嵌め込み凹部６ａの周縁端部６ｄは、ケース４のシール面４ｅに接触して、雄ネジ部６ｂと蓋用雌ネジ孔４ｆのネジ係合を締付固定する役割をしている。

図２（ｃ）に示す弾性体７は、天然ゴムあるいはゴム系合成樹脂で成形されたものであり、全体として円盤リング状であり、蓋６の弾性体嵌め込み凹部６ａに隙間無く嵌まり込む嵌合部７ａと、その軸方向の反対側で、ウォーム軸２の軸受けを嵌め受ける嵌め受け部７ｂと、この嵌め受け部７ｂの端表面であって、ケース４のシール面４ｅに接触するシール面７ｃとを備えている。

シール面７ｃの高さ（弾性体７の全厚）は、弾性体７を嵌め込んだ蓋６の周縁端部６ｄがケース４のシール面４ｅに接触した際に、ケース４のシール面４ｅとの間でシール効果を発揮できる程度に、弾性体嵌め込み凹部６ａから突出するものとされている。

嵌め受け部７ｂの深さは、弾性体７を嵌め込んだ蓋６の周縁端部６ｄがケース４のシール面４ｅに接触した際に、ウォーム２の軸受２ａに必要十分な付勢力を与える程度の深さとされている。

付勢手段８は、矩形形状のバネ鋼板をその一辺に平行な折り曲げ線で９０度折り曲げて、全体として「コ」の字形状としたもので、その一方側は、押圧突起８ａを経て開口端となっている。この押圧突起８ａは、開口端のエッジが軸受２ａに当たるのを回避し、また、軸受２ａの軸方向長さの中央部分で、軸受２ａを押圧するためのものである。

この付勢手段８は、「コ」の字形状の開口部分の間隔が大小することで、その大小する方向に弾性付勢力を発生させるものであり、その際、押圧突起８ａが軸受２ａに接触して、その弾性付勢力を軸受２ａに与える。

このような構成のケース４と、蓋６と、弾性体７とを備えることで、この歯車装置１０によれば、上述したように、蓋６を単に周縁端部６ｄがケース４のシール面４ｅに接触して締付固定するだけで、ウォーム２の軸受２ａに必要十分な付勢力を与え、かつ、ケース４と蓋６との間の外部に対するシールを達成することができる。

なお、弾性体７によるシールは、特に、電動パワーステアリング装置として車両の室外に設置される場合、雨水や砂ぼこり等の影響が過酷な環境に置かれるので、これらに対する歯車装置１０の密閉機能を達成するという意味合いが重要である。

また、２つの付勢手段８は、上述した方向に軸受２ａを付勢するものであるが、軸間距離調整方向の付勢手段８は、隙間ＣＢの範囲でウォーム１とウォームホイール３との間の歯面間隙間（バックラッシュ）の調整に有効であり、ラトル音の軽減に有効である。

進み角調整方向への付勢手段８は、隙間ＣＬの範囲でウォームの進み角が、ウォームホイールの進み角に対して大きくなるようにして、特許文献９に記載の調整手段（同文献における符号８〜８Ｃ）と同様な効果、つまり、両者間の噛み合い効率を下げることなく、ウォームとウォームホイールの加工に高精度が不要で組立が容易でありながら、両者間の良好な噛み合いを実現することができる（特許文献９の段落［００６３］〜［００６５］）という効果を発揮する。

また、２つの付勢手段８の付勢方向が相互に直交しているので、一方の付勢力が他方の付勢力に影響しない、という特徴があり、それぞれを独立して調整することができる。なお、この点で、２つの付勢手段８に便宜上同じ符号を付したが、これらは異なる弾性付勢力を与えるものであってもよい。

これらの付勢手段８による付勢力に対し、弾性手段７は、蓋６に径方向に固定された状態で、軸受２ａをその弾性範囲内で前記付勢力を緩衝する役割を果たし、この両者の共動で適度なバックラッシュの調整と維持、それによるラトル音の軽減、ウォーム１とウォームホイール３との良好な噛み合いを実現している。

なお、この例では、弾性手段７の嵌合部７ａが蓋６の弾性体嵌め込み凹部６ａに嵌まり込んで、弾性手段７が径方向に拘束され、上記効果を発揮しているが、弾性手段の外径をケース側に嵌め込んで拘束するようにしてもよく、その場合にも、同様の効果を発揮する。

実施形態２

図３（ａ）、（ｂ）は本発明の歯車装置の他例を示す要部断面図である。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ことがある。

図３（ａ）の歯車装置（ウォーム減速機）１０Ａは、図１の歯車装置１０に比べ、弾性体７Ａと、蓋６Ａとが相互に径方向に拘束せず、ウォーム軸２の軸方向の付勢力とケース４との間のシール機能とだけを発生させるものである点が異なっている。

また、蓋６Ａの軸方向長さは図１の蓋６より長く、その雄ネジ部６ｅの一部がケース４より突出し、この突出部分に、ロックナット６ｆが設けられている。このロックナット６ｆは、蓋６Ａの進退位置が、弾性体の付勢力とシール機能とが好適に発揮させるような位置で締付固定するものである。この機能は、図２の蓋６の周縁端部６ｄと同様のものである。

こうして、この歯車装置１０Ａによれば、図１の歯車装置１０と同様の効果、つまり、歯車装置１０Ａの蓋６Ａと歯車軸２との間に弾性体７Ａを介在させて歯車軸２を弾性体７Ａで軸方向に付勢する際に、同時に、シールの問題も解決することができるという効果を発揮することができる。

図３（ｂ）の歯車装置１０Ｂは、相互に噛み合う歯車１Ａ、３Ａが、図１の歯車装置１０に比べ、ハス歯歯車であって、ケース４Ａと一方軸２Ａの一方側の軸受２ｂもこれらのハス歯歯車に対応したものとなっている点が異なっている。なお、符号５は、他方軸を示す。

また、この歯車装置１０Ｂでは付勢手段も設けられていない。一方、蓋６Ｂ、弾性体７Ｂは相互に径方向に拘束しない点で、図３（ａ）の歯車装置１０Ａと共通しており、蓋６Ｂの雄ネジ部６ｇ、ロックナット６ｈも、この歯車装置１０Ａの雄ネジ部６ｅ、ロックナット６ｆと同様の機能、作用効果を発揮するものである。

ハス歯歯車の場合、軸方向の力が発生するが、その場合に、この軸方向力を調節する付勢力を与えると同時に、蓋とケースとの間のシールを達成する本発明の歯車装置１０Ｂは有効である。

実施形態３

図４（ａ）は図１の歯車装置を用いた電動パワーステアリング装置の全体構成を概念的に示す図、（ｂ）は（ａ）の要部断面図である。

この電動パワーステアリング装置２０は、図１のウォーム減速機（歯車装置）１０、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。なお、符号９は、ウォーム軸２を回転駆動させる電動モータである。

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１０によって、ウォームホイール３と共に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の操舵補助が行われる。

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１０は操舵出力軸１２の駆動に用いられている。

したがって、この電動パワーステアリング装置２０は、ウォーム減速機１０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、電動パワーステアリング装置は、ウォーム減速機１０の代わりにウォーム減速機１０Ａを用いることもでき、その場合、ウォーム減速機１０Ａ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、本発明の歯車装置及び電動パワーステアリング装置は、上記の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲、実施形態の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能であり、これらの変形例、組み合わせもその権利範囲に含むものである。

例えば、図３（ａ）のロックナット６ｆで締付固定する蓋６Ａを、図１の蓋６の代わりに用いてもよい。

本発明の歯車装置及び電動パワーステアリング装置は、歯車装置の蓋と歯車軸との間に弾性体を介在させて歯車軸を弾性体で軸方向に付勢する際に、同時に、シールの問題も解決することができることが要請される産業分野に用いることができる。

本発明の歯車装置の一例を示すもので、（ａ）はその要部断面図、（ｂ）はそのＡ矢視図 （ａ）は図１（ｂ）の軸受孔部分だけを示す図、（ｂ）は図１（ａ）の蓋を示す断面図、（ｃ）は図１（ａ）の弾性体を示す断面図、（ｄ）は図１（ｄ）の付勢手段を示す拡大斜視図 （ａ）、（ｂ）は本発明の歯車装置の他例を示す要部断面図 （ａ）は図１の歯車装置を用いた電動パワーステアリング装置の全体構成を概念的に示す図、（ｂ）は（ａ）の要部断面図

符号の説明

１ ウォーム（歯車）
１Ａ 歯車
２ 一方軸（ウォーム軸）
２Ａ 一方軸
２ａ 軸受
２ｂ 軸受
３ ウォームホイール（歯車）
３Ａ 歯車
４、４Ａ ケース
５ 他方軸
６〜６Ｂ 蓋
７〜７Ｂ 弾性体
１０、１０Ａ ウォーム減速機（歯車装置）
１２ 他方軸（操舵出力軸）
２０ 電動パワーステアリング装置

Claims (4)

1. 一方軸から他方軸へ歯車を用いて動力を伝達する歯車装置であって、
   一方軸の少なくとも一端の軸受を、前記歯車装置のケースに対して着脱可能な蓋で支持し、
   前記蓋と前記軸受及び前記ケースとの間に、前記一方軸を軸方向に付勢し、かつ、該蓋と前記ケースとの間をシールする弾性体を備え、
   前記歯車がウォームとウォームホイールであって、前記一方軸が前記ウォームを軸支するウォーム軸であり、前記歯車装置が電動パワーステアリング装置の操舵出力軸の駆動に用いられていることを特徴とする歯車装置。
2. 弾性体は、ウォーム軸の一端の軸受を弾性支持することで前記ウォーム軸を軸方向に弾性支持することを特徴とする請求項１に記載の歯車装置。
3. 弾性体は、ウォーム軸の一端の軸受を嵌め受けることで前記ウォーム軸を径方向に弾性支持することを特徴とする請求項１または２に記載の歯車装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の歯車装置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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