JP2009120096A - 減速装置及びそれを備えた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハウジングへの装着が容易で噛合部の歯打ち音を抑制するホルダーを備えた減速装置、及びその減速装置を備えた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 ハウジング１１の袋状端部の底部にホルダー１９及び付勢部材２０が配置され、付勢部材２０とホルダー１９の外周との間にはコイルスプリング２１が巻回される。ハウジング１１の段部１１ａにホルダー１９及び玉軸受１５の外輪を装着する。玉軸受１５の外側に波ワッシャ１７及びリテーナ１６を配置して軸方向に押圧し固定する。コイルスプリング２１とブッシュ１８の弾性変形と波ワッシャ１７によりウォームは弾性的に変位可能で、ウォーム噛合部に予圧が付与され、噛合部の歯打ち音の発生を抑制ができる。リテーナ１６は複数の円弧状の端縁を有する切欠部１６ｄが設けられ、段部１１ａにリテーナ１６を押圧挿入するとき弾性変形が許容され、応力集中による強度低下がない。
【選択図】 図１

Description

この発明は、減速装置及びそれを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

車両用のステアリング装置においては、運転者の操舵負荷を軽減することを目的とした動力舵取装置が知られている。従来、動力舵取装置は、油圧式のパワーステアリング装置が広く使用されていた。しかしながら、近年の自動車の高効率化の傾向にしたがって、油圧式のパワーステアリング装置から、効率のよい電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に置き換えられる場合が多くなってきている。

図６は、このようなＥＰＳの基本構成の一例の概略を説明する図で、ステアリングホイール１０１を備えたステアリングシャフト１０２は減速装置１０４の入力軸に結合し、減速装置１０４の出力軸は自在継手１０７、中間軸１０８、自在継手１０９を経てウォーム軸１１０に結合している。ウォーム軸１１０に形成されたウォーム１１１はラック１１２に噛合し、ラック１１２の端部に連結されているタイロッド１１３を介して操向車輪１１４の向を操作するように構成されている。

ステアリングシャフト１０２には、シャフトに発生する操舵トルクを検出するトルクセンサ１０３が設けられている。制御装置１０６は、トルクセンサ１０３で検出されたトルク信号と図示しない車速センサから入力された車速信号とに基づいて操舵機構に供給すべき補助操舵力、即ちモータ１０５に供給する電流の大きさを決定する電流指令値を演算し、演算された電流指令値によりモータ１０５を駆動する。

図７は、上記減速装置１０４の構成の一例を説明する正面図で、一部を断面として示してある。減速装置１０４はウォーム減速装置である。モータ１０５の回転軸１０５ａにスプライン結合したウォーム１２１は、玉軸受１２２と、後述するホルダー１２５に保持された玉軸受１２３とで回転自在にハウジング１２０に保持されており、ウォーム１２１の一部に形成されたウォーム歯１２１ａは、ハウジング１２０に回転自在に保持されたウォームホイール１２４に形成されているウォームホイール歯１２４ａに噛合している。

図８は、上記したホルダー１２５及び玉軸受１２３の部分の構成の詳細を説明する図で、図８（ａ）はウォーム１２１の軸方向端面から見た正面図、図８（ｂ）はウォーム１２１の軸方向に沿った断面図である。

ホルダー１２５はハウジング１２０の底面に形成された孔１２０ｃ（図７参照）の内面に装着される。図８（ｂ）を参照すると明らかなように、ホルダー１２５には玉軸受１２３の外輪が嵌装され、玉軸受１２３の内輪には樹脂材料で構成された円環状のブッシュ１２６が嵌装され、ブッシュ１２６を介してウォーム１２１の軸端部を支承している。

ブッシュ１２６の軸方向外側（ウォーム１２１と反対側）には、ウォーム１２１の軸端１２１ｃに嵌合する孔１２７ａを備えた付勢部材１２７が配置され、ホルダー１２５の段部１２５ｂと付勢部材１２７の外側面との間にはコイルスプリング１２８が巻回され、コイルスプリング１２８の端部は付勢部材１２７の左右側面に形成された係止部１２７ｄに係止されている。

この構成により、付勢部材１２７の孔１２７ａにウォーム１２１の軸端１２１ｃが嵌合している状態では、コイルスプリング１２８の弾性変形によりウォーム１２１のウォーム歯１２１ａはウォームホイール１２４のウォームホイール歯１２４ａ方向に弾性的に付勢され、ウォーム歯１２１ａとウォームホイール歯１２４ａとの噛合部に予圧が付与されるから、噛合部の歯打ち音の発生を抑制することができる（特許文献１参照）。

以上の構成において、玉軸受１２３を保持するホルダー１２５はハウジング１２０に嵌装され、ホルダー１２５の外周面とハウジング１２０の内周面との摩擦接触により保持されているが、ハウジング内周面に保持されたホルダー等の軸方向移動を固定する手段として、中心部から外周縁に向かう多数の放射状の切欠き（スリット）を設けた平板状の止め輪をハウジングの内面に装着し、ホルダーの軸方向移動を固定するものが提案されている（特許文献２参照）。
特開２００５−０４２９１３号公報 特開２００２−１３０２３４号公報

上記した構成のホルダーは、ウォーム減速装置の噛合部の歯打ち音の抑制に有効なものであるが、ハウジングの底面の袋状の孔にホルダーを装着するために作業性が悪いほか、ホルダーに玉軸受の外輪を加締めて固定する等、組立工程が繁雑で、作業工数が多くなるなど、製造コストを高めていた。

また、上記した構成のホルダーをハウジング内面に固定する平板状の止め輪は、軸受の軸方向移動を固定するにしても、軸受外輪の軸方向移動を固定することはできない。さらに、止め輪の中心部から外周縁に向かう多数の放射状の切欠きの形状によっては、止め輪をハウジング内面に圧入するとき切欠き部に応力が集中して変形したり強度が低下し、ホルダーをハウジング内面に十分に固定保持することができないという不都合があった。

この発明は、上記した課題を解決した減速装置、及びそれを備えた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。

この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、ハウジング内部に配置されたウォーム軸の軸端部に嵌装される嵌装部を備えた付勢部材と、スプリングにより前記付勢部材をウォームとウォームホイールとの噛合方向に移動可能に支持するホルダーとを備え、前記ホルダーに並列配置された玉軸受によりウォーム軸をハウジング内部の保持孔に支承し、ウォーム軸を噛合方向に弾性的に予圧するウォーム及びウォームホイールを備えた減速装置において、前記ホルダー及び玉軸受の外輪の軸方向の一方の端部はハウジング内部の保持孔に形成された段部に位置決めされ、軸方向の他方の端部は弾性部材を介してハウジング内部の保持孔に押圧挿入される複数の円弧状の端縁を有する切欠部を備えた環状の固定部材により固定されることを特徴とする減速装置である。

そして、前記環状の固定部材は、中央部に開口部を備えた円板状のフランジ部とその外縁から略垂直に立上る外縁部とから構成され、前記フランジ部には外縁部に接近して複数の円弧状の端縁を有する切欠部が形成され、ハウジング内部の保持孔に固定部材を押圧挿入するとき、当該前記外縁部の半径方向の弾性変形を許容するものとする。

また、前記環状の固定部材のフランジ部に形成される複数の円弧状の端縁を有する切欠部は、少なくとも３か所以上設けるとよい。

また、前記環状の固定部材のフランジ部に形成される複数の円弧状の端縁を有する切欠部は、当該フランジ部を部分的に切り離す大きさの切欠部としてもよい。

そして前記ホルダーは軸方向に延びた凸部を備え、前記ハウジング内部の保持孔には前記凸部が嵌合する凹部を備え、前記ホルダーの凸部が前記ハウジング内部の保持孔の凹部に嵌合してウォーム軸の軸方向回りの位相が決められ、ホルダーの回転が規制されるものとする。

また、前記ホルダー及び玉軸受の外輪の端部と当該ホルダー及び玉軸受の外輪の端部を固定する環状の固定部材との間に介在する弾性部材は、環状の波形ワッシヤである。

請求項７の発明は、車両用の電動パワーステアリング装置であって、前記請求項１乃至６のいずれかに記載の減速装置を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

この発明のウォーム軸を噛合方向に弾性的に予圧するウォーム及びウォームホイールを備えた減速装置では、ホルダー及び玉軸受の外輪の軸方向の一方の端部はハウジング内部の保持孔に形成された段部に位置決めされ、ホルダー及び玉軸受の外輪の軸方向の他方の端部は弾性部材を介してハウジング内部の保持孔に押圧挿入される複数の円弧状の端縁を有する切欠部を備えた環状の固定部材により固定される。

そして、環状の固定部材は、中央部に開口部を備えた円板状のフランジ部とその外縁から略垂直に立上る外縁部とから構成され、前記フランジ部には外縁部に接近して半径方向外側に向かう複数の円弧状の端縁を有する切欠部が形成され、ハウジング内部の保持孔に固定部材を押圧挿入するとき、当該前記外縁部の半径方向の弾性変形を許容する。

これにより、固定部材は半径方向の弾性変形が許容されるので、装着が容易に行えるほか、フランジ部に形成される切欠部は円弧状の端縁を有するから、部分的に応力が集中して変形したり強度が低下することがなく、ホルダー及び玉軸受をハウジング内面に十分な強度で固定することができる。

そしてこの構成により、ハウジング底面の袋状の孔にホルダー及び玉軸受を容易に装着することができ、組立工程が簡単になり、製造コストを高めることなく、減速装置の噛合部の噛打ち音を抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態の減速装置、及びその減速装置を備えた電動パワーステアリング装置について説明するが、電動パワーステアリング装置の全体構成は先に図６を参照して説明した従来技術の電動パワーステアリング装置と類似した構成であり、また、電動パワーステアリング装置の減速装置の構成も先に図７を参照して説明した従来技術の構成と類似し、その減速装置のウォーム軸端部の支持構造が相違するだけであるから、ここでは電動パワーステアリング装置の全体構成、及び減速装置の全体構成については説明を省略し、この発明の特徴部分の構成である減速装置のウォーム軸端部の支持構造について説明する。

図１は、減速装置のウォーム軸端部の支持構造の詳細を説明する断面図で、先に図７を参照して説明した減速装置のウォーム軸端部の支持構造に対応する。

図２は、図１に示すウォーム軸端部の支持構造の構成部材を説明する図で、図２（ａ）は固定部材であるリテーナ１６の断面図、図２（ｂ）は弾性部材である環状の波ワッシャ１７の断面図、図２（ｃ）はブッシュ１８が内径部に装着された軸受である玉軸受１５の断面図、図２（ｄ）はホルダー１９及び付勢部材２０の断面図である。図３は図２（ｄ）に示すホルダー１９及び付勢部材２０を軸端部方向から見た正面図、図４はホルダー１９の外観図、図５は環状の固定部材であるリテーナ１６の構成を説明する図である。

図１乃至図５を参照してウォーム軸端部の支持構造を説明する。図１において、１１はハウジング、１２はウォーム軸で、ここでは軸端部が示されている。ハウジング１１の端部は袋状に閉じられており、その底部に後述するホルダー１９及び付勢部材２０が配置される。また、ハウジング１１の端部付近の内側には保持孔である段部１１ａが形成されており、玉軸受１５の外輪の外周面及びがホルダー１９の外周面が段部１１ａに嵌着される。玉軸受１５の外輪の軸方向端部の側面はホルダー１９に接触する。

また、上記玉軸受１５の内輪には樹脂材料で構成され弾性変形可能な環状のブッシュ１８が嵌装され、ブッシュ１８を介してウォーム軸１２の細径部１２ｂが支承される。

さらに、上記玉軸受１５の軸方向外側（ウォーム軸１２と反対側）には、略円環状のホルダー１９が配置され、ホルダー１９の外縁の側面は、玉軸受１５の外輪側面に接触している。また、ホルダー１９の軸方向外側（ウォーム軸１２と反対側）には環状の溝１９ｂが形成されており、溝１９ｂの内部にウォーム軸１２の軸端１２ｃに嵌合する孔２０ａを備えた付勢部材２０が配置され、付勢部材２０の外周とホルダー１９の外周との間にはばね部材であるコイルスプリング２１が巻回され、コイルスプリング２１の端部はホルダー１９の左右側面に形成された係止部１９ｄに係止されている。

図５は、環状の固定部材であるリテーナ１６の構成を説明する図で、図５（ａ）はリテーナ１６の平面図、図５（ｂ）はリテーナ１６の側面図である。

図５に示すように、リテーナ１６は、フランジ部１６ａと、フランジ部１６ａの外縁から略垂直に立上る外縁部１６ｂとから構成される。

フランジ部１６ａは玉軸受１５の外輪側面に当接する面を構成し、フランジ部１６ａの中央部にはウォーム軸１２と環状のブッシュ１８が貫通する孔１６ｃが形成されている。また、フランジ部１６ａの外縁から略垂直に立上る外縁部１６ｂは、ハウジング１１の内面の段部１１ａに当接する面を構成する。

前記フランジ部１６ａには外縁部１６ｂに接近して、複数の円弧状の端縁を有する切欠部１６ｄが形成される。隣接する切欠部１６ｄの間にはフランジ部１６ａの一部である部分１６ｅが残るが、切欠部１６ｄの円弧状の端縁を外縁部１６ｂにまで拡げ、外縁部１６ｂを残してフランジ部１６ａを部分的に切り離す大きさの切欠部としてもよい。

リテーナ１６をハウジング内部の保持孔１１ａに押圧挿入するとき、当該切欠部１６ｄにより前記外縁部１６ｂの半径方向の弾性変形を許容することができる。

前記フランジ部１６ａに形成される複数の切欠部１６ｄは、外縁部１６ｂに接近して少なくとも３か所以上（図５では４ヶ所）設けるとよい。

フランジ部１６ａに形成する切欠部１６ｄの大きさと個数は、リテーナ１６をハウジング内部の保持孔１１ａに押圧挿入したとき、外縁部１６ｂが保持孔である段部１１ａに摩擦保持される締め代のをどの程度にするかにより決まるもので、実験により最適の大きさを決定するとよい。

リテーナ１６に複数の円弧状の端縁を有する切欠部１６ｄを設けることにより、ハウジング１１の保持孔である段部１１ａにリテーナ１６が押圧挿入されるとき、切欠部１６ｄの一部に応力が集中することなく半径方向に縮径する弾性変形が許容され、リテーナ１６の強度が低下することがなく、玉軸受１５の軸方向の僅かな移動は許容される。

次に、上記した部材の組立について説明する。まず、準備作業として、付勢部材２０の外周とホルダー１９の外周との間にコイルスプリング２１を巻回しておく。次に、ハウジング１１の端部の袋状に閉じられている底部に、コイルスプリング２１が巻回されたホルダー１９及び付勢部材２０を配置し、ハウジング１１の段部１１ａに、ホルダー１９、及びブッシュ１８が装着された玉軸受１５の外輪を装着する。

さらに、玉軸受１５の外輪の外側（ウォーム側）に環状の波ワッシャ１７を配置し、その外側にリテーナ１６を配置して軸方向に押圧挿入し、リテーナ１６の外縁部１６ｂをハウジング１１の段部１１ａに圧接した状態で固定する。

次に、ウォーム軸１２を挿入する。まず、ウォーム軸１２の軸端１２ｃを付勢部材２０の孔２０ａに挿入し、ウォーム軸１２の細径部１２ｂを玉軸受１５の内輪に装着されたブッシュ１８に挿入して支承する。

この構成により、付勢部材２０の孔２０ａにウォーム軸１２の軸端１２ｃが嵌合している状態では、コイルスプリング２１の弾性変形とブッシュ１８の弾性変形とにより、ウォーム１２のウォーム歯はウォームホイールのウォームホイール歯方向に弾性的に付勢されて変位可能であり、また、波ワッシャ１７を配置したので玉軸受１５及びホルダー１９は軸方向に押圧されてガタが生じることがなく、ウォーム歯とウォームホイール歯との噛合部に予圧が付与され、噛合部の歯打ち音の発生を抑制することができる。

以上の構成によれば、ハウジング１１の端部が袋状に形成されていても、容易にホルダー１９、付勢部材２０及び玉軸受１５をハウジング１１の内部に装着し、ウォーム軸１２を玉軸受１５により回転自在に支持させることができる。

また、リテーナ１６に複数の円弧状の端縁を有する切欠部１６ｄを設けることにより、ハウジング１１の保持孔である段部１１ａにリテーナ１６の外縁部１６ｂが押圧挿入されるとき、切欠部１６ｄの一部に応力が集中することなく半径方向に縮径する弾性変形が許容され、切欠部１６ｄに応力が集中して変形したり強度が低下することがなく、玉軸受１５の軸方向の僅かな移動は許容される。

さらに、リテーナ１６の組み付け作業において切欠部１６ｄから波ワッシャ１７を目視により確認可能であるので、波ワッシャ１７の組み付け忘れを防止することができる。

ホルダー１９には、軸方向に平行に延びた凸部１９ｃが形成されており、一方、ハウジング１１の端部底面には前記凸部１９ｃに対応する凹部１１ｃが形成されており、ホルダー１９がハウジング１１の端部底面に配置されると、ホルダー１９の凸部１９ｃがハウジング１１の凹部１１ｃに係合して、ホルダー１９の軸方向回りの位相（回転角度）が決められ、ホルダー１９の回転が規制され、組み付けが容易になる。

前記したホルダー１９の凸部１９ｃは、コイルスプリング２１の端部を係止する係止部１９ｄの一方と兼用することができる。この場合、一方の係止部１９ｄを軸方向に平行に延長して凸部１９ｃとする（図４参照）。コイルスプリング２１は巻き方向により軸方向の腕位置（コイルスプリングの端部位置）が決まり、凸部１９ｃに係止する。ホルダー１９の凸部１９ｃは、ハウジング１１の凹部１１ｃに係合してハウジング１１に埋没するから、コイルスプリング２１はハウジング１１により規制され、脱落することはない。

なお、図１、図２で示された凸部１９ｃの位相と、図３に示されたコイルスプリング２１の端部を係止する係止部１９ｄの位相とは、位相がずれているが、これは、図１において、ホルダーの凸部１９ｃがハウジングの凹部１１ｃに係合する様子を断面図で説明するため、位相をずらして図示したものである。

上記したホルダーの材料は、合成樹脂或いは焼結金属でもよい。また、弾性部材である波ワッシャ１７は、波ワッシャ１７に限らず、ゴムや皿バネを使用してもよい。

以上、この発明の減速装置、及びその減速装置を備えた電動パワーステアリング装置について説明したが、この発明の減速装置は電動パワーステアリング装置のほか、一般機械の減速装置にも適用できることは言うまでもない。

ウォーム軸の軸端にホルダーを備えた減速装置、及びその減速装置を備えた電動パワーステアリング装置であって、ホルダーはウォーム減速装置の噛合部の歯打ち音の抑制に効果的で、ハウジングへのホルダーの装着が容易な構成を提供する。

減速装置のウォーム軸端部の支持構造の詳細を説明する断面図。 図１に示すウォーム軸端部の支持構造の構成部材を説明する図。 ホルダー及び付勢部材を軸端部方向から見た正面図。 ホルダーの外観図。 リテーナ（環状の固定部材）の構成を説明する図。 従来のＥＰＳの基本構成の一例の概略を説明する図。 従来の減速装置の構成の一例を説明する正面図。 従来の減速装置のホルダー及び玉軸受部分の構成の詳細を説明する図。

符号の説明

１１ ハウジング
１１ａ 段部
１１ｃ 凹部
１２ ウォーム軸
１２ｂ 細径部
１２ｃ 軸端
１５ 玉軸受
１６ 固定部材、（環状の固定部材、リテーナ）
１６ａ フランジ部（リテーナのフランジ部）
１６ｂ 外縁部（リテーナの外縁部）
１６ｃ 孔
１６ｄ 切欠部（複数の円弧状の端縁を有する切欠部）
１６ｅ 部分（隣接する切欠部１６ｄの間に残るフランジ部１６ａの一部）
１７ 波ワッシャ（弾性部材）
１８ ブッシュ
１９ ホルダー
１９ｂ 溝
１９ｃ 凸部
１９ｄ 係合部
２０ 付勢部材
２０ａ 孔
２１ コイルスプリング

Claims (7)

1. ハウジング内部に配置されたウォーム軸の軸端部に嵌装される嵌装部を備えた付勢部材と、スプリングにより前記付勢部材をウォームとウォームホイールとの噛合方向に移動可能に支持するホルダーとを備え、前記ホルダーに並列配置された玉軸受によりウォーム軸をハウジング内部の保持孔に支承し、ウォーム軸を噛合方向に弾性的に予圧するウォーム及びウォームホイールを備えた減速装置において、
   前記ホルダー及び玉軸受の外輪の軸方向の一方の端部はハウジング内部の保持孔に形成された段部に位置決めされ、軸方向の他方の端部は弾性部材を介してハウジング内部の保持孔に押圧挿入される複数の円弧状の端縁を有する切欠部を備えた環状の固定部材により固定されること
   を特徴とする減速装置。
2. 前記環状の固定部材は、中央部に開口部を備えた円板状のフランジ部とその外縁から略垂直に立上る外縁部とから構成され、前記フランジ部には外縁部に接近して複数の円弧状の端縁を有する切欠部が形成され、ハウジング内部の保持孔に固定部材を押圧挿入するとき、当該前記外縁部の半径方向の弾性変形を許容すること
   を特徴とする請求項１に記載の減速装置。
3. 前記環状の固定部材のフランジ部に形成される複数の円弧状の端縁を有する切欠部は、少なくとも３か所以上設けられていること
   を特徴とする請求項２に記載の減速装置。
4. 前記環状の固定部材のフランジ部に形成される複数の円弧状の端縁を有する切欠部は、当該フランジ部を部分的に切り離す大きさの切欠部であること
   を特徴とする請求項２に記載の減速装置。
5. 前記ホルダーは軸方向に延びた凸部を備え、前記ハウジング内部の保持孔には前記凸部が嵌合する凹部を備え、前記ホルダーの凸部が前記ハウジング内部の保持孔の凹部に嵌合してウォーム軸の軸方向回りの位相が決められ、ホルダーの回転が規制されること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の減速装置。
6. 前記ホルダー及び玉軸受の外輪の端部と当該ホルダー及び玉軸受の外輪の端部を固定する環状の固定部材との間に介在する弾性部材は、環状の波形ワッシヤであること
   を特徴とする請求項１に記載の減速装置。
7. 車両用の電動パワーステアリング装置であって、前記請求項１乃至６のいずれかに記載の減速装置を備えること
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。

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