WO2019045023A1 - ウォーム減速機 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to, for example, a worm reduction gear used by being incorporated into an electric power steering apparatus.
- FIG. 7 shows an example of a conventional structure of a steering apparatus for a car.
- the rotation of the steering wheel 1 is transmitted to the input shaft 3 of the steering gear unit 2, and with the rotation of the input shaft 3, the left and right tie rods 4 are pushed and pulled to give the front wheels a steering angle.
- the steering wheel 1 is supported and fixed to a rear end portion of the steering shaft 5, and the steering shaft 5 is rotatably supported by the steering column 6 in a state of being axially inserted into the cylindrical steering column 6.
- the front end of the steering shaft 5 is connected to the rear end of the intermediate shaft 8 via a universal joint 7, and the front end of the intermediate shaft 8 is connected to the input shaft 3 via another universal joint 9. .
- an electric power steering apparatus is incorporated that reduces the force required to operate the steering wheel 1 using the electric motor 10 as an auxiliary power source.
- a reduction gear is incorporated in the electric power steering apparatus.
- As the reduction gear a worm reduction gear having a large lead angle and having reversibility with respect to the power transmission direction is generally used.
- FIG. 8 shows an example of a conventional structure of a worm reduction gear described in Japanese Patent No. 4381024.
- the worm reduction gear 11 includes a housing 12, a worm wheel 13 and a worm 14.
- the housing 12 is supported and fixed with respect to the electric motor 10, exists at a position of twist with respect to the wheel housing portion 15 and the wheel housing portion 15, and an axially intermediate portion is opened in the wheel housing portion 15. And a worm accommodating portion 16.
- the worm wheel 13 has wheel teeth 24 on its outer circumferential surface, and is rotatably supported inside the wheel storage portion 15.
- the steering shaft is mounted on the front end of the steering shaft 5 (see FIG. 7) which is a driven shaft. It is supported and fixed coaxially with 5.
- the worm 14 has a worm tooth 17 that meshes with the wheel tooth 24 on the axially intermediate portion outer peripheral surface.
- the worm 14 is rotatably supported at the two axial positions sandwiching the worm teeth 17 inside the worm accommodating portion 16 by a pair of rolling bearings 18 a and 18 b such as deep groove ball bearings.
- the outer ring of the rolling bearing 18a on the tip end side of the worm 14 is press-fit into a holder 19 internally fitted with close fit inside the far end portion of the worm accommodating portion 16. .
- the inner ring of the rolling bearing 18a on the tip end side of the worm 14 is externally fitted to the large diameter portion 20 provided at a portion away from the worm teeth 17 at the tip end portion of the worm 14 via the bush 21 made of elastic material. It is done.
- the outer ring of the rolling bearing 18b on the base end side of the worm 14 is press-fit into the opening of the worm accommodating portion 16, and the inner ring of the rolling bearing 18b on the base end side of the worm 14 is on the base end portion of the worm 14. It is externally fitted with a clearance fit.
- the output shaft of the electric motor 10, which is a drive shaft, is connected to the base end portion (left end portion in FIG. 8) of the worm 14. That is, the worm 14 can be rotationally driven by the electric motor 10.
- a minute gap is provided between the outer peripheral surface of the large diameter portion 20 provided on the tip end portion of the worm 14 and the inner peripheral surface of the bush 21.
- a preload pad 22 made of synthetic resin is externally fitted to the end of the worm 14 by tight fitting, and a torsion coil spring 23 is provided between the preload pad 22 and the holder 19.
- the torsion coil spring 23 causes the tip end of the worm 14 to cross the central axis of the output shaft of the electric motor 10 and the central axis of the worm 14 via the preload pad 22 in a first direction D1 (FIG. In the upper and lower direction of (1), it is elastically pressed toward the worm wheel 13 side (upper side in FIG. 8).
- An object of the present invention is to realize a structure capable of more effectively suppressing the generation of rattling noise at a meshing portion between a wheel tooth and a worm tooth, in consideration of the above-mentioned circumstances.
- the worm reduction gear of the present invention includes a housing, a worm wheel, a worm, a bearing, a holder member, a guide member, and a first resilient biasing member.
- the housing has a guide holding portion.
- the worm wheel has wheel teeth.
- the worm has a worm tooth that meshes with the wheel tooth.
- the bearing is externally fitted to the tip of the worm.
- the holder member has a holder side holding surface on which the bearing is fitted and a holder side holding surface which is eccentric to a central axis of the holder side holding surface.
- the guide member has a guide-side holding surface which internally holds the holder member so that the holder member can be pivoted about the central axis of the holder-side held surface, and is internally fitted to the guide holding portion. It is done.
- the first resilient biasing member resiliently biases the distal end portion of the worm toward the worm wheel by resiliently biasing the holder member in the direction of rotating the holder member. Power up.
- an outer ring having an outer ring raceway on an inner peripheral surface, an inner ring having an inner ring raceway on an outer peripheral surface, and a rolling element disposed rollably between the outer ring raceway and the inner ring raceway And rolling bearings can be used.
- a rolling bearing is used as the bearing, more specifically, a radial ball bearing, a radial roller bearing, a radial tapered roller bearing or the like can be used.
- a slide bearing may be used as the bearing.
- the outer peripheral surface of the guide member may be formed in a cylindrical surface shape, and eccentric with respect to the central axis of the guide side holding surface.
- the first resilient biasing member may be a torsion coil spring.
- the second resilient biasing member can be a plate spring.
- a preload can be applied to the bearing by a spring load of the first elastic biasing member and the second elastic biasing member acting during operation of the worm reduction gear.
- the first elastic biasing member can be installed on the worm wheel side among the axially opposite side portions of the bearing.
- the generation of rattling noise at the meshing portion between the wheel teeth and the worm teeth can be suppressed more effectively.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part showing a worm reduction gear according to an example of the embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is an end face showing a state in which the cover is removed and viewed from the left at the position of line II-II in FIG.
- FIG. 3 is an end view showing a state in which the biasing mechanism is taken out and viewed from the right at the position of line III-III in FIG.
- FIG. 4 is an exploded perspective view showing the biasing mechanism and the rolling bearing on the tip side.
- FIG. 5 is a perspective view of the guide member as viewed from the back of FIG.
- FIG. 6A is an end view showing the urging mechanism and the rolling bearing on the tip side, and FIG.
- FIG. 6B is a state in which the rolling bearing on the tip side is pressed toward the worm wheel by the biasing mechanism.
- FIG. FIG. 7 is a partial cutaway side view showing an example of a conventional steering apparatus.
- FIG. 8 is an enlarged sectional view taken along line VIII-VIII of FIG.
- the worm reduction gear of this embodiment includes a housing 12a, a worm wheel 13, and a worm 14, as in the conventional worm reduction gear 11 shown in FIG.
- the housing 12 a has a wheel housing portion 15 and a worm housing portion 16 a which exists at a twisted position with respect to the wheel housing portion 15 and whose axial intermediate portion is opened in the wheel housing portion 15.
- the worm accommodating portion 16 a has a cylindrical planar guide holding portion 25 on the inner peripheral surface of one axial end portion (left end portion in FIG. 1).
- the guide holding portion 25 has a housing side engaging portion 54 which is a concave portion having a circular cross-section which is recessed outward in the radial direction at a portion located on the opposite side to the wheel accommodation portion 15 in the radial direction.
- the worm wheel 13 has wheel teeth 24 on its outer circumferential surface, and is rotatably supported inside the wheel storage portion 15.
- the steering shaft is mounted on the front end of the steering shaft 5 (see FIG. 7) which is a driven shaft. It is supported and fixed coaxially with 5.
- the worm wheel 13 for example, one in which a synthetic resin wheel tooth 24 is coupled and fixed around a disc-like member made of a metal material can be used.
- the entire worm wheel 13 may be made of a metal material or a synthetic resin.
- the worm 14 is made of a metal material, and in a state in which the worm teeth 17 provided at the axially intermediate portion are engaged with the wheel teeth 24, the proximal end is coupled to the output shaft of the electric motor 10 so as to transmit torque. It is done.
- the worm 14 is rotatably supported by the worm accommodating portion 16a of the housing 12a so as to be able to swing and displace about the proximal end.
- a pair of rolling bearings 18 b and 18 c are externally fitted at two positions on both sides of the worm 14 in the axial direction sandwiching the worm teeth 17.
- the pair of rolling bearings 18b and 18c are respectively configured by single-row deep groove radial ball bearings, radial roller bearings, radial tapered roller bearings, and the like.
- a specific structure for rotatably supporting the worm 14 in the worm accommodating portion 16a rotatably and pivotally about the proximal end will be described with reference to FIG. 8 related to the prior art.
- a bearing fitting portion 26 is provided at the opening of the worm housing portion 16a, and the housing side step portion 27 is directed to the other axial direction end (the right end portion in FIG. 8) of the bearing fitting portion 26. Is provided.
- the axial direction one side surface of the outer ring 28 constituting the rolling bearing 18b on the base end side is abutted against the housing side step portion 27, and the outer peripheral surface of the outer ring 28 is internally fitted in the bearing fitting portion 26 by tight fitting. ing.
- a retaining ring 29 engaged with a portion adjacent to the other axial direction side of the bearing fitting portion 26.
- One axial side face abuts, whereby the axial displacement of the outer ring 28 is restricted.
- a small diameter portion 30 is provided at the proximal end of the worm 14, and a worm side step 31 directed to the other axial direction is provided at one axial end of the small diameter portion 30.
- the axial direction one side surface of the inner ring 32 constituting the rolling bearing 18b on the base end side is abutted against the worm side step portion 31 via the elastic body 33 such as a disc spring, and the inner peripheral surface of the inner ring 32 has a small diameter It is externally fitted to the part 30 by gap fitting.
- the tip end surface (axial direction one side surface) of a nut 34 screwed to the other axial end of the small diameter portion 30 is abutted against the other axial side surface of the inner ring 32 via the elastic body 33.
- the inner ring 32 is elastically held between the worm-side stepped portion 31 and the nut 34 via the pair of elastic bodies 33 in a state of being fitted to the small diameter portion 30 with a clearance fit.
- the base end of the worm 14 is supported by the opening of the worm accommodating portion 16a via the rolling bearing 18b on the base end side.
- the structure for supporting the worm 14 in the worm accommodating portion 16a so as to enable the swing displacement about the base end is not limited to the structure of this embodiment. That is, for example, by increasing the internal clearance of the rolling bearing 18b on the base end side, the worm 14 can be configured to be able to swing and displace about the base end.
- no bearing is provided around the base end of the worm 14, and the output shaft of the electric motor 10 and the base end of the worm 14 are connected via a joint including an elastic member elastically deformable in the radial direction. Also good.
- the tip end portion (left end portion in FIG. 1) of the worm 14 is supported on the inner diameter side of the guide holding portion 25 of the worm housing portion 16a by the rolling bearing 18c on the tip end side so that rotation and slight movement to the worm wheel 13 are possible. It is done.
- the inner ring constituting the rolling bearing 18 c on the tip end side is externally fitted and fixed to the tip portion of the worm 14 by tight fitting.
- the inner ring of the rolling bearing 18c on the front end side can be loosely fitted to the front end portion of the worm 14 to the extent that it does not rattle in the radial direction.
- the tip of the worm 14 is orthogonal to the center axis of the output shaft of the electric motor 10 and the center axis of the worm wheel 13 between the outer ring of the rolling bearing 18c on the tip side and the guide holding portion 25 of the worm housing 16a.
- a mechanism 35 is provided.
- the biasing mechanism 35 includes a holder member 36, a guide member 37, a torsion coil spring 38 which is a first resilient biasing member, and a plate spring 39 which is a second resilient biasing member.
- the holder member 36 is made of a synthetic resin or a light alloy such as an aluminum-based alloy or a magnesium-based alloy, and the whole is formed in a substantially cylindrical shape.
- the holder member 36 has a holder side holding surface 40 for holding the rolling bearing 18c on the tip end side in an inner peripheral surface, and radially inward from the other axial end of the holder side holding surface 40 Inward flange portion 63 which is bent in
- the axial position of the rolling bearing 18c on the tip side with respect to the holder member 36 is achieved by abutting the inward facing flange portion 63 with the axially outer portion of the outer ring of the rolling bearing 18c on the tip side.
- the outer peripheral surface of the outer ring is internally fitted to the holder side holding surface 40 by tight fitting.
- a rolling bearing on the tip side of the holder side holding surface 40 is provided by providing concave portions 41 having a substantially rectangular cross section which are recessed radially outward at two positions on the radially opposite side of the holder side holding surface 40. This makes it easy to press-fit the 18c outer ring.
- the holder side held surface 42 has a holder side mark portion 43 which is a concave portion having a semicircular arc-shaped cross section which is recessed radially inward at one position in the circumferential direction.
- the holder side mark portion 43 relates to the direction orthogonal to the eccentric direction of the central axis O 42 of the holder side held surface 42 with respect to the central axis O 40 of the holder side held surface 40 in the holder side held surface 42. It is provided at one end (the lower end in FIGS. 2 and 3).
- the holder member 36 has a displacement side pin portion 44 provided so as to protrude from the one circumferential position on the other axial side to the other axial side.
- the guide member 37 is made of a synthetic resin or a light alloy such as an aluminum-based alloy or a magnesium-based alloy, and includes an outer diameter side cylindrical portion 45, a side plate portion 46, and an inner diameter side cylindrical portion 47.
- the outer diameter side cylindrical portion 45 is formed in a substantially cylindrical shape, has a guide side holding surface 48 for holding the holder member 36 in the inner peripheral surface, and the center of the guide side holding surface 48 on the outer peripheral surface. It has a guide-side held surface 50 having a central axis O 50 eccentric to the axis O 48 .
- the guide side holding surface 48 has a guide side mark portion 49 which is a concave portion having a semicircular cross section which is recessed radially inward at one position in the circumferential direction.
- the guide side mark portion 49 is one side of the guide side holding surface 48 in the direction orthogonal to the eccentric direction of the center axis O 50 of the guide side held surface 50 with respect to the center axis O 48 of the guide side holding surface 48 . (The lower end of FIGS. 2 and 3).
- the guide-side holding surface 48 holds the holder member 36 so as to enable swinging about the central axis O 42 of the holder-side held surface 42. That is, the inner diameter of the guide side holding surface 48 is slightly larger than the outer diameter of the holder side held surface 42.
- the outer diameter side cylinder part 45 has the notch 51 in the part (upper end part of FIG. 2 and FIG. 3) located in the opposite side to the guide side mark part 49 regarding radial direction among outer peripheral surfaces.
- the proximal end portion of the holding pin portion 52 having a semicircular shape when viewed in the axial direction is supported on one axial direction side portion of the notch portion 51.
- a slit 53 is provided between the inner surface of the tip end portion (the other half in the axial direction) of the pressing pin portion 52 and the other side of the notch 51 in the axial direction.
- the tip inner surface of the pressing pin 52 and the other axial side portion of the notch 51 face each other through the slit 53 which is a minute gap in the radial direction.
- the cross-sectional shape of the slit 53 is corrugated along the base 60 of a plate spring 39 described later.
- the side plate portion 46 has an annular shape and is provided so as to extend radially inward from the other side edge of the outer diameter side cylindrical portion 45 in the axial direction.
- a partial arc-shaped through hole 55 for inserting the displacement side pin portion 44 is provided at one circumferential position of the side plate portion 46.
- the inner diameter side cylindrical portion 47 is substantially cylindrical and provided so as to extend from the inner peripheral edge of the side plate portion 46 to the other side in the axial direction.
- the inner diameter side cylindrical portion 47 has a positioning convex portion 57 projecting radially outward at a portion of the outer peripheral surface where the phase in the circumferential direction coincides with the meshing portion between the worm teeth 17 and the wheel teeth 24.
- the guide member 37 is engaged with the engagement portion between the worm tooth 17 and the wheel tooth 24 by loosely engaging the holding pin portion 52 and the housing side engaging portion 54 on the inner diameter side of the guide holding portion 25 of the housing 12a. It is internally fitted in a state in which rotation with respect to the guide holding portion 25 is substantially prevented to allow movement and not to inhibit this perspective movement. That is, in this example, the pressing pin portion 52 also has a function as a guide side engaging portion, and engages with the housing side engaging portion 54 in a concavo-convex manner. Further, in this example, by making the inner diameter of the guide holding portion 25 larger than the outer diameter of the guide-side holding surface 50, the guide member 37 is a worm in the first direction D1 on the inner diameter side of the guide holding portion 25.
- the guide holding portion 25 is not limited to the cylindrical surface shape as long as the guide member 37 can be fitted therein so as to allow the movement of the guide member 37 in the first direction D1 with respect to the worm wheel 13. It can also be in the shape of an oval, a rectangle or the like.
- the guide side holding surface 50 is not limited to the cylindrical surface shape, and the shape viewed from the axial direction may be an elliptical shape or an oval oval shape, or may be a rectangular cylindrical shape.
- the torsion coil spring 38 is formed by bending a metal wire, and includes a coil portion 58 and a pair of arm portions 59a and 59b.
- the inner diameter side cylindrical portion 47 of the guide member 37 is inserted into the coil portion 58.
- One arm 59 a of the pair of arms 59 a and 59 is pressed against the displacement pin 44 of the holder member 36, and the other arm 59 b is pressed against the stationary pin 56 of the guide member 37.
- the displacement side pin portion 44 is elastically pressed in the circumferential direction by the one arm portion 59a, the direction in which the holder member 36 rotates relative to the guide member 37 (counterclockwise in FIG. 2, clock in FIG. 3 ) Is elastically biased.
- the tip end of the positioning convex portion 57 of the inner diameter side cylindrical portion 47 abuts on the inner circumferential surface of the coil portion 58.
- the positioning convex portion 57 positions the contact portion between the outer peripheral surface of the inner diameter side cylindrical portion 47 and the inner peripheral surface of the coil portion 58.
- the circumferential phase in which the positioning convex portion 57 is provided is in the direction in which the guide member 37 is biased by the torsion coil spring 38, and accordingly, the direction in which the guide member 37 is biased by the positioning convex portion 57 You can check
- the leaf spring 39 is made of an elastic metal plate, and includes a corrugated base portion 60 and a pair of partially cylindrical arm portions 61 extending circumferentially from both side edges of the base portion 60.
- the plate spring 39 is supported relative to the guide member 37 by inserting the base 60 into the slit 53 of the guide member 37.
- the curvature of the pair of arm portions 61 in the free state before the biasing mechanism 35 is attached to the inner diameter side of the guide holding portion 25 is smaller than the curvature of the guide holding portion 25. Therefore, in a state where the biasing mechanism 35 is assembled on the inner diameter side of the guide holding portion 25, both circumferential end portions of the pair of arm portions 61 are pressed against the inner circumferential surface of the guide holding portion 25.
- the end of the guide-side held surface 50 of the guide member 37 on the side closer to the worm wheel 13 in the first direction D1 (the lower side in FIG. 2) is elastically pressed against the guide holding portion 25. .
- the operation of the worm reduction gear is performed at the end (upper side in FIG. 2) far from the worm wheel 13 in the first direction D1.
- a gap is provided to allow the guide member 37 to be displaced based on the meshing reaction force applied to the worm 14 sometimes.
- the distal end portion of the worm 14 is displaced in the direction away from the worm wheel 13 in the first direction D1 based on the meshing reaction force applied to the worm 14 from the meshing portion between the wheel teeth 24 and the worm teeth 17 It is possible.
- the distal end of the worm 14 When the distal end of the worm 14 is displaced in a direction away from the worm wheel 13 in the first direction D1, the distal end of the worm 14 with respect to the distal end of the worm 14 is moved by the plate spring 39 with respect to the first direction D1.
- a force (elastic force) for elastically pressing toward the worm wheel 13 side is applied.
- the spring constant of the plate spring 39 is set sufficiently small.
- the curvature of the pair of arm portions 61 of the guide holding portion 25 can be adjusted by biasing the tip end of the worm 14 in a direction away from the worm wheel 13 in the first direction D1 by the plate spring 39.
- the curvature may be smaller or larger than the curvature.
- the tip end of the worm 14 can be biased by the leaf spring 39 so as to be displaced in the direction away from the worm wheel 13 in the first direction D1
- the lengths of the pair of arms 61 can be set arbitrarily. .
- the biasing mechanism 35 having such a configuration is assembled on the inner diameter side of the guide holding portion 25 as follows. First, the outer ring of the rolling bearing 18c on the tip end side is fitted and held in the holder side holding surface 40 of the holder member 36 by press fitting. Next, with the phase in the circumferential direction of the holder side mark portion 43 and the guide side mark portion 49 matched, the holder side held surface 42 of the holder member 36 is placed on the guide side holding surface 48 of the guide member 37. Hold inside. Then, the tip end portion of the displacement side pin portion 44 is protruded from the other side surface in the axial direction of the side plate portion 46 through the through hole 55.
- the holder side mark portion 43 of the holder member 36 is positioned on the clockwise advancing side with respect to the guide side mark portion 49 of the guide member 37.
- the central axis O 42 of the holder side held surface 42 with respect to the central axis O 40 of the holder side holding surface 40 Is horizontal along the second direction D2 (the left and right direction in FIGS. 2, 3 and 6).
- the eccentric direction (right direction in FIG. 2) of the central axis O 42 of the holder side holding surface 42 with respect to the central axis O 40 of the holder side holding surface 40 and the central axis O 48 of the guide side holding surface 48 The eccentric directions (left direction in FIG. 2) of the center axis O 50 of the guide side holding surface 50 are opposite to each other, and the holder side holding surface with respect to the center axis O 40 of the holder side holding surface 40 42 an eccentric amount of the center axis O 42 of the eccentric amount of the center axis O 50 of the guide side held surface 50 with respect to the central axis O 48 of the guide-side holding surface 48 and has become the same as each other.
- the base 60 of the plate spring 39 is press-fit into the slit 53 of the guide member 37 to support the plate spring 39 with respect to the guide member 37. Further, the inner diameter side cylindrical portion 47 is inserted into the coil portion 58 of the torsion coil spring 38, and the pair of arm portions 59a and 59b is pressed against the displacement side pin portion 44 and the stationary side pin portion 56, respectively. Then, while the holding pin portion 52 and the housing side engaging portion 54 are engaged with each other, the guide side held surface 50 of the guide member 37 is fitted to the guide holding portion 25 of the housing 12a while the tip side rolling bearing The tip of the worm 14 is press-fit into the inner ring 18c.
- the procedure for assembling the rolling bearing 18c on the tip end side and the biasing mechanism 35 can be performed in the same order or at the same time as long as no contradiction arises. Specifically, for example, after the inner ring of the rolling bearing 18c on the tip side is press-fit into the tip portion of the worm 14, the biasing mechanism 35 is assembled between the rolling bearing 18c on the tip side and the guide holding portion 25. You may do so.
- the central axis O 42 of the holder side holding surface 42 which is the outer peripheral surface of the holder member 36 is shown with respect to the central axis O 40 of the holder side holding surface 40 which is the inner peripheral surface. It is eccentric in the right direction of 2.
- a force for elastically urging the holder member 36 in the direction of rotating the holder member 36 with respect to the guide member 37 by the torsion coil spring 38 is directed to the tip of the worm 14 toward the worm wheel 13 with respect to the first direction D1.
- the central axis O 40 of the holder side holding surface 40 is as shown in FIG. (B), the displacement in the counterclockwise direction about the center axis O 42 of the holder-side held surface 42.
- the thickness of the portion of the holder member 36 located at the end closer to the meshing portion in the radial direction becomes smaller.
- the tip end of the worm 14 fitted and held in the holder side holding surface 40 is elastically biased toward the worm wheel 13 in the first direction D1.
- the elasticity of the torsion coil spring 38 is adjusted so that the meshing resistance at the meshing portion between the worm teeth 17 and the wheel teeth 24 does not become excessively large, and the elasticity of the torsion coil spring 38 is adjusted.
- the force for elastically pressing the distal end portion of the worm 14 toward the worm wheel 13 in the first direction D1 is sufficiently reduced.
- the worm reduction gear of this embodiment backlash at the meshing portion between the worm teeth 17 and the wheel teeth 24 is suppressed, and dimensional errors and assembly errors of members constituting the worm reduction gear, the wheel teeth 24 and the like Regardless of wear of the tooth surface of the worm tooth 17 or the like, variation in the meshing position between the worm tooth 17 and the wheel tooth 24 is suppressed. That is, when dimensional errors or assembly errors occur in the members constituting the worm reduction gear, or the tooth surfaces of the wheel teeth 24 and the worm teeth 17 wear, the worm 14 is made of The tip end portion is pressed toward the worm wheel 13 with respect to the first direction D1, and the shift of the meshing position between the wheel teeth 24 and the worm teeth 17 is corrected.
- the force to elastically press the distal end portion of the worm 14 toward the worm wheel 13 with respect to the first direction D1 is adjusted to an appropriate magnitude by the torsion coil spring 23.
- the manufacturing cost of the worm reduction gear 11 may be increased. That is, in the conventional worm reduction gear 11, the holder 19 is press-fit into the worm accommodating portion 16 of the housing 12, and the outer ring of the rolling bearing 18 a on the tip side is press-fitted into the holder 19.
- the inner ring of the rolling bearing 18a on the tip end side is fitted on the bush 21 without any gap, and this bush 21 is fitted on the large diameter portion 20 of the worm 14 via a minute gap in the radial direction.
- a torsion coil spring 23 is provided between the holder 19 and the preload pad 22 pressed into the end of the worm 14, and the torsion coil spring 23 causes the end of the worm 14 to move in the first direction D1. It is elastically pressed to the worm wheel 13 side, and backlash is suppressed.
- the center axis O 50 of the guide-side support surface 50 which is the outer peripheral surface of the guide member 37, is the inner peripheral surface of the guide member 37, and the guide side holding for holding the holder member 36 inward. and it is eccentric to the central axis O 48 of the surface 48.
- the amount of eccentricity of the central axis O 50 of the guide-side held surface 50 with respect to each other is the same as each other. Therefore, even when the holder member 36 is rotated with respect to the guide member 37, the tip end in the second direction D2 (the left and right direction in FIGS. 2, 3 and 5) which is a direction parallel to the axial direction of the worm wheel 13.
- the rolling bearings 18c on the side can be arranged approximately in the middle position.
- the tip of the worm 14 elastically squeezes the leaf spring 39 based on the presence of the gap at a portion located at the end remote from the worm wheel 13 in the first direction D1. It is displaced in the direction away from the worm wheel 13 with respect to the first direction D1. Thereby, the meshing state between the wheel teeth 24 and the worm teeth 17 is properly maintained.
- the worm 14 when the operation of the worm reduction gear is stopped and the meshing reaction force is not applied to the worm 14 from the meshing portion, the worm 14 is pressed toward the worm wheel 13 in the first direction D1 by the plate spring 39. , The worm 14 returns to its original position. That is, the guide-side held surface 50 and the guide-holding portion 25 abut each other at a portion where the phase in the circumferential direction matches the meshing portion between the worm teeth 17 and the wheel teeth 24. Therefore, in the gap existing between the guide-side held surface 50 and the guide holding portion 25, the gap in the portion located at the end far from the worm wheel 13 in the first direction D1 is maintained for a long period of time can do.
- the worm teeth 17 are spirally formed on the outer circumferential surface of the worm 14 in the axial direction. For this reason, when the worm 14 is rotationally driven and the driving force is transmitted from the worm 14 to the worm wheel 13, not only the axial direction of the worm 14 and the first direction D1 but also the second is transmitted from the worm wheel 13 to the worm 14.
- a torsion coil It is provided by the balance of the two spring loading characteristics of spring 38 and leaf spring 39.
- a preload is also applied to the rolling bearing 18 c by the spring load of the torsion coil spring 38 and the plate spring 39 acting during the operation of the worm reduction gear. That is, as the moving distance in the first direction D1 by the biasing mechanism 35 increases, the adjustment of the gap switches from adjustment by the spring load of the plate spring 39 to adjustment by the spring load of the torsion coil spring 38.
- preloading of the rolling bearing 18c is mainly performed by the plate spring 39, and in the first direction D1 of the biasing mechanism 35.
- the preload of the rolling bearing 18c is mainly performed by the torsion coil spring 38.
- the amount by which the distal end portion of the worm 14 can be displaced in the first direction D1 is the amount of the gap between the guide-side held surface 50 and the inner circumferential surface of the guide holding portion 25 in the first direction D1. It depends on the radial dimension of the gap at the portion located at the end far from the worm wheel 13.
- the management (adjustment) of the radial dimension is the size of a minute gap provided over the entire circumference between the outer peripheral surface of the large diameter portion 20 and the inner peripheral surface of the bush 21 as in the conventional structure shown in FIG. This can be done relatively easily compared to managing the height.
- the meshing position of the worm teeth 17 and the wheel teeth 24 varies or the assembly error of the holder 19 with respect to the housing 12 becomes large based on the dimensional error and the assembly error of the worm 14 and the worm wheel 13.
- the minute gaps there is a possibility that it becomes difficult to secure the radial dimension of the minute gap at a portion located at an end portion remote from the worm wheel 13 in the first direction D1.
- the radial dimension of the gap in the portion located at the end far from the worm wheel 13 in the first direction D1 in the gap is secured by the guide member 37 for the guide holding portion 25. This can be achieved by adjusting the mounting position of Therefore, it is possible to relatively easily secure the amount by which the tip of the worm 14 can be displaced in the first direction D1, and it is possible to suppress an increase in the manufacturing cost of the worm reduction gear.
- the spring constant of the plate spring 39 is sufficiently small, the rotational speed of the worm wheel 13 or the worm 14, the magnitude of the torque transmitted at the meshing portion between the worm teeth 17 and the wheel teeth 24, the housing 12a Regardless of the change in the distance between the central axes of the worm wheel 13 and the worm 14 due to the temperature change inside, the change in the meshing resistance at the meshing portion can be reduced.
- the torsion coil spring 38 is provided around the inner diameter side cylindrical portion 47 provided so as to extend from the outer peripheral edge of the side plate portion 46 of the guide member 37 to the other side in the axial direction. That is, the torsion coil spring 38 is installed on the worm wheel 13 side in the axial direction both side portions of the rolling bearing 18 c on the tip end side. For this reason, the dimension regarding the axial direction of the worm accommodating part 16a of the housing 12a can be restrained small, and it is easy to achieve size reduction and weight reduction of a worm reduction gear.
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Abstract
ホルダ部材(36)は、先端側の転がり軸受(18c)を内嵌保持するホルダ側保持面(40)と、該ホルダ側保持面(40)の中心軸に対し偏心したホルダ側被保持面(42)とを有する。ガイド部材(37)は、ハウジング(12a)のガイド保持部(25)に内嵌保持され、かつ、ホルダ部材(36)を、ホルダ側被保持面(42)の中心軸を中心とする揺動を可能に内嵌保持するガイド側保持面(48)を有する。第1の弾性付勢部材は、ホルダ部材(36)をガイド部材(37)に対して回転させる方向に弾性的に付勢することにより、ウォーム(14)の先端部をウォームホイール側に向けて弾性的に付勢する。これにより、ホイール歯とウォーム歯との噛合部での歯打ち音の発生をより効果的に抑える事ができる構造を実現する。
Description
本発明は、例えば電動式パワーステアリング装置に組み込んで使用するウォーム減速機に関する。
図7は、自動車用の操舵装置の従来構造の1例を示している。ステアリングホイール1の回転は、ステアリングギヤユニット2の入力軸3に伝達され、入力軸3の回転に伴って左右1対のタイロッド4が押し引きされて、前車輪に舵角が付与される。ステアリングホイール1は、ステアリングシャフト5の後端部に支持固定されており、ステアリングシャフト5は、円筒状のステアリングコラム6に軸方向に挿通された状態で、ステアリングコラム6に回転可能に支持されている。ステアリングシャフト5の前端部は、自在継手7を介して中間シャフト8の後端部に接続され、中間シャフト8の前端部は、別の自在継手9を介して、入力軸3に接続されている。
図示の例では、電動モータ10を補助動力源としてステアリングホイール1を操作するために要する力の低減を図る、電動式パワーステアリング装置が組み込まれている。電動式パワーステアリング装置には減速機が組み込まれているが、この減速機として、大きなリード角を有し、動力の伝達方向に関して可逆性を有するウォーム減速機が、一般的に使用されている。図8は、特許第4381024号公報に記載されている、ウォーム減速機の従来構造の1例を示している。ウォーム減速機11は、ハウジング12と、ウォームホイール13と、ウォーム14とを備える。
ハウジング12は、電動モータ10に対して支持固定されており、ホイール収容部15と、ホイール収容部15に対し捩れの位置に存在し、かつ、軸方向中間部がホイール収容部15内に開口したウォーム収容部16とを有する。ウォームホイール13は、外周面にホイール歯24を有し、ホイール収容部15の内側に回転自在に支持された、被駆動軸であるステアリングシャフト5(図7参照)の前端寄り部分に、ステアリングシャフト5と同軸に支持固定されている。
ウォーム14は、軸方向中間部外周面にホイール歯24と噛合するウォーム歯17を有している。ウォーム14は、ウォーム歯17を挟んだ軸方向2箇所位置を、深溝型玉軸受などの1対の転がり軸受18a、18bにより、ウォーム収容部16の内側に回転自在に支持されている。1対の転がり軸受18a、18bのうち、ウォーム14の先端側の転がり軸受18aの外輪は、ウォーム収容部16の奥端寄り部分の内側に締り嵌めで内嵌されたホルダ19に圧入されている。また、ウォーム14の先端側の転がり軸受18aの内輪は、ウォーム14の先端寄り部分でウォーム歯17から外れた部分に設けられた大径部20に、弾性材製のブッシュ21を介して外嵌されている。一方、ウォーム14の基端側の転がり軸受18bの外輪は、ウォーム収容部16の開口部に圧入されており、ウォーム14の基端側の転がり軸受18bの内輪は、ウォーム14の基端部に隙間嵌で外嵌されている。ウォーム14は、基端部(図8の左端部)に、駆動軸である電動モータ10の出力軸が接続されている。すなわち、ウォーム14は、電動モータ10により回転駆動可能となっている。
従来のウォーム減速機11では、ホイール歯24とウォーム歯17との噛合部に、ウォーム減速機11を構成する部材のそれぞれの寸法誤差や組立誤差などに基づいて、不可避のバックラッシュが存在する。このバックラッシュの存在に基づき、ステアリングシャフト5の回転方向を変える際に、噛合部で耳障りな歯打ち音が発生する場合がある。これに対し、図示の例では、基端側の転がり軸受18bの内輪の内周面と、ウォーム14の基端部外周面との間に微小隙間が設けられ、ウォーム14の基端部がウォーム収容部16に対し、若干の揺動変位を可能に支持されている。ウォーム14の先端寄り部分に設けられた大径部20の外周面と、ブッシュ21の内周面との間には微小隙間が設けられている。ウォーム14の先端部には合成樹脂製の予圧パッド22が締り嵌めで外嵌され、予圧パッド22とホルダ19との間には捩りコイルばね23が設けられている。この捩りコイルばね23により、予圧パッド22を介して、ウォーム14の先端部が、電動モータ10の出力軸の中心軸およびウォーム14の中心軸に直交する方向である第1の方向D1(図8の上下方向)に関して、ウォームホイール13側(図8の上側)に向け弾性的に押圧されている。この結果、ホイール歯24とウォーム歯17との間のバックラッシュが抑えられ、歯打ち音の発生を抑えられる。ただし、ウォーム歯17とホイール歯24との噛合部での歯打ち音の発生をより効果的に抑える面からは改良の余地がある。また、特に、ホイール歯とウォーム歯の歯面が摩耗した場合でも、該噛合部での歯打ち音の発生をより効果的に抑えることが求められている。
本発明は、上述のような事情に鑑み、ホイール歯とウォーム歯との噛合部での歯打ち音の発生をより効果的に抑えることができる構造を実現することを目的としている。
本発明のウォーム減速機は、ハウジングと、ウォームホイールと、ウォームと、軸受と、ホルダ部材と、ガイド部材と、第1の弾性付勢部材とを備える。
前記ハウジングは、ガイド保持部を有する。
前記ウォームホイールは、ホイール歯を有する。
前記ウォームは、前記ホイール歯と噛合するウォーム歯を有する。
前記軸受は、前記ウォームの先端部に外嵌されている。
前記ホルダ部材は、前記軸受を内嵌保持するホルダ側保持面と、該ホルダ側保持面の中心軸に対し偏心したホルダ側被保持面とを有する。
前記ガイド部材は、前記ホルダ部材を、前記ホルダ側被保持面の中心軸を中心とする揺動を可能に内嵌保持するガイド側保持面を有し、かつ、前記ガイド保持部に内嵌保持されている。
前記第1の弾性付勢部材は、前記ホルダ部材を前記ガイド部材に対して回転させる方向に弾性的に付勢することにより、前記ウォームの先端部を前記ウォームホイール側に向けて弾性的に付勢する。
前記ハウジングは、ガイド保持部を有する。
前記ウォームホイールは、ホイール歯を有する。
前記ウォームは、前記ホイール歯と噛合するウォーム歯を有する。
前記軸受は、前記ウォームの先端部に外嵌されている。
前記ホルダ部材は、前記軸受を内嵌保持するホルダ側保持面と、該ホルダ側保持面の中心軸に対し偏心したホルダ側被保持面とを有する。
前記ガイド部材は、前記ホルダ部材を、前記ホルダ側被保持面の中心軸を中心とする揺動を可能に内嵌保持するガイド側保持面を有し、かつ、前記ガイド保持部に内嵌保持されている。
前記第1の弾性付勢部材は、前記ホルダ部材を前記ガイド部材に対して回転させる方向に弾性的に付勢することにより、前記ウォームの先端部を前記ウォームホイール側に向けて弾性的に付勢する。
なお、前記軸受としては、例えば、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に配置された転動体とを備える転がり軸受を使用することができる。前記軸受として転がり軸受を使用する場合、より具体的には、ラジアル玉軸受やラジアルころ軸受、ラジアル円すいころ軸受などを使用できる。または、前記軸受として、滑り軸受を使用しても良い。
前記ガイド部材の外周面を、円筒面状とし、かつ、前記ガイド側保持面の中心軸に対し偏心させることができる。
前記ホルダ側保持面の中心軸に対する前記ホルダ側被保持面の中心軸の偏心方向と、前記ガイド側保持面の中心軸に対する前記ガイド部材の外周面の中心軸の偏心方向とが互いに反対方向となっており、かつ、前記ホルダ側保持面の中心軸に対する前記ホルダ側被保持面の中心軸の偏心量と、前記ガイド側保持面の中心軸に対する前記ガイド部材の外周面の中心軸の偏心量とが互いに同じであるようにしてもよい。
前記第1の弾性付勢部材を捩りコイルばねとすることができる。
前記ガイド部材を前記ウォームホイール側に向けて弾性的に付勢する、第2の弾性付勢部材をさらに備えることができる。この場合、前記第2の弾性付勢部材を板ばねとすることができる。
前記軸受には、前記ウォーム減速機の運転時に作用している、前記第1の弾性付勢部材と前記第2の弾性付勢部材とのばね荷重によって予圧が付与されるようにできる。
前記ハウジングに設けられたハウジング側係合部と、前記ガイド部材に設けられたガイド側係合部とを凹凸係合させることにより、前記ハウジングに対し前記ガイド部材が回転することを規制することができる。
前記第1の弾性付勢部材を、前記軸受の軸方向両側部分のうち、前記ウォームホイール側に設置することができる。
上述のような本発明のウォーム減速機によれば、ホイール歯とウォーム歯との噛合部での歯打ち音の発生をより効果的に抑えることができる。
図1~図6は、本発明の実施の形態の1例を示している。本例のウォーム減速機は、図8に示した従来構造のウォーム減速機11と同様に、ハウジング12aと、ウォームホイール13と、ウォーム14とを備える。ハウジング12aは、ホイール収容部15と、ホイール収容部15に対し捩れの位置に存在し、かつ、軸方向中間部がホイール収容部15内に開口したウォーム収容部16aとを有する。ウォーム収容部16aは、軸方向片端部(図1の左端部)内周面に、円筒面状のガイド保持部25を有する。ガイド保持部25は、径方向に関してホイール収容部15と反対側に位置する部分に、径方向外方に凹んだ断面円形の凹部であるハウジング側係合部54を有する。
ウォームホイール13は、外周面にホイール歯24を有し、ホイール収容部15の内側に回転自在に支持された、被駆動軸であるステアリングシャフト5(図7参照)の前端寄り部分に、ステアリングシャフト5と同軸に支持固定されている。ウォームホイール13は、例えば、金属材料製の円盤状部材の周囲に合成樹脂製のホイール歯24を結合固定したものを使用することができる。あるいは、ウォームホイール13全体を、金属材料または合成樹脂により構成しても良い。
ウォーム14は、金属材料製で、軸方向中間部に設けられたウォーム歯17をホイール歯24に噛合させた状態で、基端部を電動モータ10の出力軸に、トルクの伝達を可能に連結されている。ウォーム14は、ハウジング12aのウォーム収容部16aに、回転自在に、かつ、基端部を中心とする揺動変位を可能に支持されている。このために、ウォーム14のうち、ウォーム歯17を挟んだ軸方向両側2箇所位置に、1対の転がり軸受18b、18cが外嵌されている。なお、1対の転がり軸受18b、18cはそれぞれ、単列深溝型のラジアル玉軸受やラジアルころ軸受、ラジアル円すいころ軸受などにより構成されている。
ウォーム14をウォーム収容部16aに、回転自在に、かつ、基端部を中心とする揺動変位を可能に支持するための具体的な構造について、従来技術に関する図8を参照しながら説明する。ウォーム収容部16aの開口部には軸受嵌合部26が設けられており、軸受嵌合部26の軸方向片端部(図8の右端部)には軸方向他方に向いたハウジング側段差部27が設けられている。基端側の転がり軸受18bを構成する外輪28の軸方向片側面は、ハウジング側段差部27に突き当てられており、外輪28の外周面は、軸受嵌合部26に締り嵌めで内嵌されている。外輪28の軸方向他側面(図8の左側面)には、ウォーム収容部16aの開口部のうち、軸受嵌合部26の軸方向他側に隣接する部分に係止された止め輪29の軸方向片側面が突き当られており、これにより、外輪28の軸方向変位が規制されている。ウォーム14の基端部には、小径部30が設けられており、小径部30の軸方向片端部には、軸方向他方に向いたウォーム側段差部31が設けられている。基端側の転がり軸受18bを構成する内輪32の軸方向片側面は、皿ばねなどの弾性体33を介してウォーム側段差部31に突き当てられており、内輪32の内周面は、小径部30に隙間嵌で外嵌されている。内輪32の軸方向他側面には、小径部30の軸方向他端部に螺合されたナット34の先端面(軸方向片側面)が、弾性体33を介して突き当られている。換言すれば、内輪32は、小径部30に隙間嵌で外嵌された状態で、ウォーム側段差部31とナット34との間で、1対の弾性体33を介して弾性的に挟持されている。これにより、ウォーム14の基端部がウォーム収容部16aの開口部に対し、基端側の転がり軸受18bを介して支持されている。
ただし、ウォーム14をウォーム収容部16aに、基端部を中心とする揺動変位を可能に支持するための構造は、本例の構造に限定されるものではない。すなわち、例えば、基端側の転がり軸受18bの内部隙間を大きくすることで、ウォーム14を、基端部を中心とする揺動変位を可能に構成することもできる。あるいは、ウォーム14の基端部周囲に軸受を設けず、電動モータ10の出力軸とウォーム14の基端部とを、径方向に弾性変形可能な弾性部材を備えた継手を介して連結しても良い。
ウォーム14の先端部(図1の左端部)は、ウォーム収容部16aのガイド保持部25の内径側に、先端側の転がり軸受18cにより、回転およびウォームホイール13に対する若干の遠近動を可能に支持されている。先端側の転がり軸受18cを構成する内輪は、ウォーム14の先端部に締り嵌めで外嵌固定されている。ただし、先端側の転がり軸受18cの内輪を、ウォーム14の先端部に、径方向にがたつかない程度に緩く外嵌することもできる。
先端側の転がり軸受18cの外輪と、ウォーム収容部16aのガイド保持部25との間には、ウォーム14の先端部を、電動モータ10の出力軸の中心軸およびウォームホイール13の中心軸に直交する第1の方向D1(図1~図3および図6の上下方向)に関して、ウォームホイール13側(図1~図3および図6の下側)に向けて弾性的に押圧するための付勢機構35が設けられている。付勢機構35は、ホルダ部材36と、ガイド部材37と、第1の弾性付勢部材である捩りコイルばね38と、第2の弾性付勢部材である板ばね39とを備える。
ホルダ部材36は、合成樹脂製、または、アルミニウム系合金若しくはマグネシウム系合金などの軽合金製で、全体を略円筒状に構成されている。ホルダ部材36は、内周面に、先端側の転がり軸受18cを内嵌保持するためのホルダ側保持面40を有し、かつ、ホルダ側保持面40の軸方向他端部から径方向内方に折れ曲がった内向フランジ部63を有する。本例では、先端側の転がり軸受18cの外輪の軸方向他側面の外径寄り部分を内向フランジ部63に突き当てることにより、ホルダ部材36に対する先端側の転がり軸受18cの軸方向に関する位置決めを図りつつ、この外輪の外周面をホルダ側保持面40に締り嵌めで内嵌している。なお、本例では、ホルダ側保持面40の径方向反対側2箇所位置に、径方向外方に凹んだ断面略矩形の凹部41を設けることにより、ホルダ側保持面40に先端側の転がり軸受18cの外輪を圧入しやすくしている。
また、ホルダ部材36は、外周面に、ホルダ側保持面40の中心軸O40に対し偏心した中心軸O42を有するホルダ側被保持面42を有する。ホルダ側被保持面42は、円周方向1箇所位置に径方向内方に凹んだ断面半円弧形の凹部である、ホルダ側目印部43を有する。本例では、ホルダ側目印部43は、ホルダ側被保持面42のうち、ホルダ側保持面40の中心軸O40に対するホルダ側被保持面42の中心軸O42の偏心方向に直交する方向に関する片側の端部(図2および図3の下端部)に設けられている。
さらに、ホルダ部材36は、軸方向他側面の円周方向1箇所位置から軸方向他側に突出するように設けられた変位側ピン部44を有する。
ガイド部材37は、合成樹脂製、または、アルミニウム系合金若しくはマグネシウム系合金などの軽合金製で、外径側筒部45と、側板部46と、内径側筒部47とを備える。外径側筒部45は、略円筒状に構成され、内周面に、ホルダ部材36を内嵌保持するためのガイド側保持面48を有し、外周面に、ガイド側保持面48の中心軸O48に対し偏心した中心軸O50を有するガイド側被保持面50を有する。ガイド側保持面48は、円周方向1箇所位置に径方向内方に凹んだ断面半円形の凹部である、ガイド側目印部49を有する。本例では、ガイド側目印部49は、ガイド側保持面48のうち、ガイド側保持面48の中心軸O48に対するガイド側被保持面50の中心軸O50の偏心方向に直交する方向に関する片側の端部(図2および図3の下端部)に設けられている。
ガイド側保持面48は、ホルダ部材36を、ホルダ側被保持面42の中心軸O42を中心とする揺動を可能に保持する。すなわち、ガイド側保持面48の内径は、ホルダ側被保持面42の外径よりもわずかに大きくなっている。
また、外径側筒部45は、外周面のうち、径方向に関してガイド側目印部49と反対側に位置する部分(図2および図3の上端部)に、切り欠き部51を有する。切り欠き部51の軸方向片側部には、軸方向から見た形状が半円形である抑えピン部52の基端部が支持されている。抑えピン部52の先端部(軸方向他半部)内側面と、切り欠き部51の軸方向他側部との間にはスリット53が設けられている。換言すれば、抑えピン部52の先端部内側面と切り欠き部51の軸方向他側部とは、径方向に関する微小隙間であるスリット53を介して対向している。なお、本例では、スリット53の断面形状は、後述する板ばね39の基部60に沿って、波形になっている。
側板部46は、円輪状で、外径側筒部45の軸方向他側縁から径方向内方に伸長するように設けられている。側板部46の円周方向1箇所位置には、変位側ピン部44を挿通するための部分円弧形の透孔55が設けられている。このような構成により、ホルダ部材36をガイド側保持面48内に内嵌保持した状態で、変位側ピン部44の先端部が、透孔55を通じて側板部46の軸方向他側面から突出するようになっている。また、図5も参照して、側板部46の軸方向他側面のうち、径方向に関して透孔55と略反対側となる部分には、静止側ピン部56が軸方向他方に突出するように設けられている。
内径側筒部47は、略円筒状で、側板部46の内周縁から軸方向他側に伸長するように設けられている。内径側筒部47は、外周面のうち、円周方向に関する位相がウォーム歯17とホイール歯24との噛合部と一致する部分に、径方向外方に突出する位置決め用凸部57を有する。
ガイド部材37は、ハウジング12aのガイド保持部25の内径側に、抑えピン部52とハウジング側係合部54とを緩く係合させることにより、ウォーム歯17とホイール歯24との噛合部に対する遠近動を可能に、かつ、この遠近動を阻害しない程度にガイド保持部25に対する回転を実質的に阻止した状態で内嵌されている。すなわち、本例では、抑えピン部52が、ガイド側係合部としての機能も有し、ハウジング側係合部54と凹凸係合する。また、本例では、ガイド保持部25の内径を、ガイド側被保持面50の外径よりも大きくすることにより、ガイド部材37がガイド保持部25の内径側で、第1の方向D1に関してウォームホイール13に対する遠近動が可能になっている。ただし、ガイド保持部25は、ガイド部材37を、第1の方向D1に関してウォームホイール13に対する遠近動を可能に内嵌できれば、円筒面状に限らず、軸方向から見た形状を楕円形や小判型の長円形、矩形状などにすることもできる。さらに、ガイド側被保持面50についても、円筒面状に限らず、軸方向から見た形状を楕円形や小判型の長円形としたり、矩形筒状としたりすることもできる。
捩りコイルばね38は、金属線を曲げ成形してなり、コイル部58と、1対の腕部59a、59bとを備える。コイル部58には、ガイド部材37の内径側筒部47が挿入されている。1対の腕部59a、59のうちの一方の腕部59aは、ホルダ部材36の変位側ピン部44に押し付けられ、他方の腕部59bは、ガイド部材37の静止側ピン部56に押し付けられる。一方の腕部59aにより、変位側ピン部44が円周方向に弾性的に押圧されると、ホルダ部材36がガイド部材37に対して回転する方向(図2の反時計回り、図3の時計回り)に弾性的に付勢される。なお、捩りコイルばね38が弾力を発揮した状態では、内径側筒部47の位置決め用凸部57の先端部が、コイル部58の内周面と当接する。換言すれば、位置決め用凸部57により、内径側筒部47の外周面とコイル部58の内周面との当接部の位置決めが図られている。また、位置決め用凸部57が設けられる円周方向位相は、捩りコイルばね38によってガイド部材37が付勢される方向となり、したがって、位置決め用凸部57によって、ガイド部材37が付勢される方向を確認できる。
板ばね39は、弾性を有する金属板製で、波形に湾曲した基部60と、この基部60の両側縁から円周方向に伸長する部分円筒状の1対の腕部61とを備える。板ばね39は、基部60を、ガイド部材37のスリット53に内に挿入することで、ガイド部材37に対して支持されている。
付勢機構35をガイド保持部25の内径側に組み付ける以前の自由状態での、1対の腕部61の曲率は、ガイド保持部25の曲率よりも小さくなっている。このため、付勢機構35をガイド保持部25の内径側に組み付けた状態では、1対の腕部61の周方向両端部が、ガイド保持部25の内周面に押し付けられる。そして、ガイド部材37のガイド側被保持面50のうち、第1の方向D1に関してウォームホイール13に近い側(図2の下側)の端部が、ガイド保持部25に対し弾性的に押し付けられる。この結果、ガイド側被保持面50とガイド保持部25との間部分のうちで、第1の方向D1に関してウォームホイール13から遠い側(図2の上側)の端部に、ウォーム減速機の運転時にウォーム14に加わる噛み合い反力に基づいてガイド部材37が変位することを許容するための隙間が設けられる。このような構成により、ホイール歯24とウォーム歯17との噛合部からウォーム14に加わる噛み合い反力に基づいて、ウォーム14の先端部が、第1の方向D1に関してウォームホイール13から離れる方向に変位可能となっている。ウォーム14の先端部が、第1の方向D1に関してウォームホイール13から離れる方向に変位すると、板ばね39により、ウォーム14の先端部に対し、このウォーム14の先端部を、第1の方向D1に関してウォームホイール13側に向けて弾性的に押圧する力(弾力)が付与される。なお、板ばね39のばね定数は、十分に小さく設定されている。なお、板ばね39によって、ウォーム14の先端部が、第1の方向D1に関してウォームホイール13から離れる方向に変位するように付勢できれば、1対の腕部61の曲率は、ガイド保持部25の曲率よりも小さくてもよいが、大きくしてもよい。また、板ばね39によって、ウォーム14の先端部が、第1の方向D1に関してウォームホイール13から離れる方向に変位するように付勢できれば、1対の腕部61の長さも、任意に設定される。
このような構成を有する付勢機構35は、次のようにしてガイド保持部25の内径側に組み付けられる。まず、ホルダ部材36のホルダ側保持面40に、先端側の転がり軸受18cの外輪を圧入により内嵌保持する。次に、ホルダ側目印部43とガイド側目印部49との円周方向に関する位相を一致させた状態で、ホルダ部材36のホルダ側被保持面42を、ガイド部材37のガイド側保持面48に内嵌保持する。そして、変位側ピン部44の先端部を、透孔55を通じて側板部46の軸方向他側面から突出させる。なお、捩りコイルばね38に付勢力が作用していない自由状態、或いは、変位側ピン部44が図3に示す透孔55の反時計方向の進み側の端部に当接した状態では、図2において、ホルダ部材36のホルダ側目印部43がガイド部材37のガイド側目印部49に対して時計方向の進み側に位置している。一方、ホルダ側目印部43とガイド側目印部49との円周方向に関する位相を一致させた状態では、ホルダ側保持面40の中心軸O40に対するホルダ側被保持面42の中心軸O42とは、第2の方向D2(図2、図3および図6の左右方向)に沿って、水平となっている。なお、本例では、ホルダ側保持面40の中心軸O40に対するホルダ側被保持面42の中心軸O42の偏心方向(図2の右方向)と、ガイド側保持面48の中心軸O48に対するガイド側被保持面50の中心軸O50の偏心方向(図2の左方向)とが互いに反対方向となっており、かつ、ホルダ側保持面40の中心軸O40に対するホルダ側被保持面42の中心軸O42の偏心量と、ガイド側保持面48の中心軸O48に対するガイド側被保持面50の中心軸O50の偏心量とが互いに同じとなっている。
次いで、ガイド部材37のスリット53に、板ばね39の基部60を圧入して、ガイド部材37に対し板ばね39を支持する。また、捩りコイルばね38のコイル部58に内径側筒部47を挿入し、1対の腕部59a、59bを、変位側ピン部44と静止側ピン部56とにそれぞれ押し付ける。そして、抑えピン部52とハウジング側係合部54とを係合させながら、ガイド部材37のガイド側被保持面50を、ハウジング12aのガイド保持部25に内嵌しつつ、先端側の転がり軸受18cの内輪に、ウォーム14の先端部を圧入する。このようにして、ウォーム14の先端部と、ハウジング12aのガイド保持部25との間に、先端側の転がり軸受18cと付勢機構35とを組み付けた後、本例では、ハウジング12aの軸方向片端部をカバー62により塞いでいる。
なお、先端側の転がり軸受18cと付勢機構35とを組み付ける手順は、矛盾を生じない限り、その順番を入れ替えたり、同時に実施したりすることができる。具体的には、例えば、ウォーム14の先端部に、先端側の転がり軸受18cの内輪を圧入した後で、先端側の転がり軸受18cとガイド保持部25との間に、付勢機構35を組み付けるようにしても良い。
本例のウォーム減速機では、ホルダ部材36のうち、外周面であるホルダ側被保持面42の中心軸O42が、内周面であるホルダ側保持面40の中心軸O40に対し、図2の右方向に偏心している。これにより、捩りコイルばね38により、ホルダ部材36をガイド部材37に対し回転させる方向に弾性的に付勢する力を、ウォーム14の先端部を、第1の方向D1に関してウォームホイール13側に向けて弾性的に付勢する力に変換可能としている。すなわち、捩りコイルばね38の弾力により、ホルダ部材36がガイド部材37に対し、図2の反時計回りに回転すると、ホルダ側保持面40の中心軸O40は、図6(A)→図6(B)に示すように、ホルダ側被保持面42の中心軸O42を中心として反時計方向に変位する。この結果、ホルダ部材36のうち、径方向に関して噛合部に近い側の端部に位置する部分の肉厚が小さくなる。そして、ホルダ側保持面40に内嵌保持されたウォーム14の先端部が、第1の方向D1に関してウォームホイール13側に向けて弾性的に付勢される。
なお、本例では、ウォーム歯17とホイール歯24との噛合部における噛み合い抵抗が過度に大きくなることがないように、捩りコイルばね38の弾力を調整して、この捩りコイルばね38の弾力に基づき、ウォーム14の先端部を、第1の方向D1に関してウォームホイール13側に向けて弾性的に押圧する力を十分小さくしている。
本例のウォーム減速機によれば、ウォーム歯17とホイール歯24との噛合部でのバックラッシュが抑えられるとともに、ウォーム減速機を構成する部材のそれぞれの寸法誤差や組立誤差、ホイール歯24やウォーム歯17の歯面の摩耗などにかかわらず、ウォーム歯17とホイール歯24との噛合位置のばらつきが抑えられる。すなわち、ウォーム減速機を構成する部材のそれぞれに寸法誤差や組立誤差が生じたり、ホイール歯24やウォーム歯17の歯面が摩耗したりすると、捩りコイルばね38の弾力に基づいて、ウォーム14の先端部が、第1の方向D1に関してウォームホイール13側に向けて押圧されて、ホイール歯24とウォーム歯17との噛合位置のずれが補正される。このため、本例のウォーム減速機では、ウォーム減速機を構成する部材のそれぞれの寸法精度や組立精度を特に高くしなくても、このような寸法誤差や組立誤差を効果的に吸収でき、ウォーム歯17とホイール歯24との噛み合い位置のばらつきが抑えられ、さらに、ホイール歯24の歯面が摩耗した場合でもこの噛み合い位置のばらつきが防止される。この結果、ウォーム歯17とホイール歯24との噛合部での歯打ち音の発生がより効果的に防止される。
これに対し、図7に示した従来構造では、捩りコイルばね23により、ウォーム14の先端部を、第1の方向D1に関してウォームホイール13側に弾性的に押圧する力を適切な大きさに調節するためには、ウォーム減速機11を構成する部材のそれぞれの寸法精度および組立精度を十分に確保する必要があり、このウォーム減速機11の製造コストが増大する可能性がある。すなわち、従来のウォーム減速機11では、ハウジング12のウォーム収容部16の内側にホルダ19が圧入され、このホルダ19に、先端側の転がり軸受18aの外輪が圧入されている。先端側の転がり軸受18aの内輪はブッシュ21に隙間なく外嵌され、このブッシュ21が、ウォーム14の大径部20に径方向の微小隙間を介して外嵌されている。ウォーム14の先端部に圧入された予圧パッド22と、ホルダ19との間に捩りコイルばね23が設けられており、この捩りコイルばね23により、ウォーム14の先端部が、第1の方向D1に関してウォームホイール13側に弾性的に押圧され、バックラッシュが抑えられている。したがって、ウォーム減速機11を構成する部材のそれぞれの寸法誤差や組立誤差により、径方向の微小隙間の径方向寸法がばらつくと、ウォーム14の先端部をウォームホイール13側に弾性的に押圧する力を適切な大きさに調節できなくなる可能性がある。
なお、本例では、ガイド部材37の外周面であるガイド側被保持面50の中心軸O50を、ガイド部材37の内周面であり、ホルダ部材36を内嵌保持するためのガイド側保持面48の中心軸O48に対し偏心させている。そして、ホルダ側保持面40の中心軸O40に対するホルダ側被保持面42の中心軸O42の偏心方向と、ガイド側保持面48の中心軸O48に対するガイド側被保持面50の中心軸O50の偏心方向とを互いに反対方向とし、かつ、ホルダ側保持面40の中心軸O40に対するホルダ側被保持面42の中心軸O42の偏心量と、ガイド側保持面48の中心軸O48に対するガイド側被保持面50の中心軸O50の偏心量とを互いに同じとしている。このため、ホルダ部材36がガイド部材37に対し回転した場合でも、ウォームホイール13の軸方向と平行な方向である第2の方向D2(図2、図3および図5の左右方向)に関して、先端側の転がり軸受18cをほぼ中央位置に配置することができる。
また、本例では、ウォーム減速機の運転時に、ウォーム歯17とホイール歯24との噛合部からウォーム14に噛み合い反力が加わると、ガイド側被保持面50とガイド保持部25との間に存在する隙間のうち、第1の方向D1に関してウォームホイール13から遠い側の端部に位置する部分における隙間の存在に基づき、ウォーム14の先端部が、板ばね39を弾性的に押し潰しつつ、第1の方向D1に関してウォームホイール13から離れる方向に変位する。これにより、ホイール歯24とウォーム歯17との噛合状態が適正に維持される。また、本例では、ウォーム減速機の運転を停止し、噛合部からウォーム14に噛み合い反力が加わらなくなると、板ばね39により、ウォーム14が第1の方向D1に関してウォームホイール13側に押圧され、ウォーム14が元の位置に戻る。すなわち、ガイド側被保持面50とガイド保持部25とが、円周方向に関する位相が、ウォーム歯17とホイール歯24との噛合部と一致する部分で当接する。したがって、ガイド側被保持面50とガイド保持部25との間に存在する隙間のうち、第1の方向D1に関してウォームホイール13から遠い側の端部に位置する部分における隙間を、長期間にわたって維持することができる。
なお、ウォーム歯17は、ウォーム14の軸方向中間部外周面にらせん状に形成されている。このため、ウォーム14が回転駆動され、ウォーム14からウォームホイール13に駆動力が伝達されると、ウォームホイール13からウォーム14に、ウォーム14の軸方向および第1の方向D1だけでなく、第2の方向D2の成分を含む噛み合い反力が加わる。本例では、ウォーム歯17とホイール歯24との噛合部からウォーム14に噛み合い反力が加わっていない状態で、ガイド側被保持面50のうち、円周方向に関する位相が噛合部と一致する部分が、ガイド保持部25の内周面に当接しており、板ばね39により、ガイド部材37をウォームホイール13側に弾性的に付勢している。このため、電動モータ10の出力軸の回転方向が変わる際に、ウォーム14の先端部が第2の方向D2に変位することを、前述の図7に記載した構造と比較して小さく抑えられて、噛合部での歯打ち音の発生をより確実に抑えることができる。
また、ガイド側被保持面50とガイド保持部25との間に存在する隙間のうち、第1の方向D1に関してウォームホイール13から遠い側の端部に位置する部分における隙間の維持は、捩りコイルばね38と板ばね39の2つのばね荷重特性のバランスによって与えられる。
その際、転がり軸受18cにも、ウォーム減速機の運転時に作用している、捩りコイルばね38と板ばね39のばね荷重によって予圧が付与される。即ち、付勢機構35による第1の方向D1への移動距離が大きくなるにつれて、該隙間の調整は、板ばね39のばね荷重による調整から捩りコイルばね38のばね荷重による調整へと切り換わる。このため、付勢機構35の第1の方向D1への移動距離が短い場合には、転がり軸受18cの予圧は、主に板ばね39によって行われ、付勢機構35の第1の方向D1への移動距離が長い場合には、転がり軸受18cの予圧は、主に捩りコイルばね38によって行われる。
その際、転がり軸受18cにも、ウォーム減速機の運転時に作用している、捩りコイルばね38と板ばね39のばね荷重によって予圧が付与される。即ち、付勢機構35による第1の方向D1への移動距離が大きくなるにつれて、該隙間の調整は、板ばね39のばね荷重による調整から捩りコイルばね38のばね荷重による調整へと切り換わる。このため、付勢機構35の第1の方向D1への移動距離が短い場合には、転がり軸受18cの予圧は、主に板ばね39によって行われ、付勢機構35の第1の方向D1への移動距離が長い場合には、転がり軸受18cの予圧は、主に捩りコイルばね38によって行われる。
なお、ウォーム14の先端部が第1の方向D1に変位可能な量は、ガイド側被保持面50と、ガイド保持部25の内周面との間の隙間のうち、第1の方向D1に関してウォームホイール13から遠い側の端部に位置する部分における隙間の径方向寸法に依存する。この径方向寸法の管理(調整)は、図7に記載の従来構造のように、大径部20の外周面とブッシュ21の内周面との間に全周にわたって設けられた微小隙間の大きさを管理する場合に比べて、比較的容易に行うことができる。すなわち、従来構造では、ウォーム14やウォームホイール13の寸法誤差や組立誤差に基づいて、ウォーム歯17とホイール歯24との噛み合い位置がばらついたり、ハウジング12に対するホルダ19の組み付け誤差が大きくなったりすると、前記微小隙間のうち、第1の方向D1に関してウォームホイール13から遠い側の端部に位置する部分における微小隙間の径方向寸法が確保し難くなる可能性がある。これに対し、本例では、前記隙間のうち、第1の方向D1に関してウォームホイール13から遠い側の端部に位置する部分における隙間の径方向寸法の確保は、ガイド保持部25に対するガイド部材37の組み付け位置を調整することにより図ることができる。したがって、ウォーム14の先端部が第1の方向D1に変位可能な量の確保を比較的に容易に図ることができ、ウォーム減速機の製造コストの上昇を抑えられる。
なお、本例では、板ばね39のばね定数を十分に小さいため、ウォームホイール13やウォーム14の回転速度、ウォーム歯17とホイール歯24との噛合部で伝達されるトルクの大きさ、ハウジング12a内の温度変化に伴う、ウォームホイール13とウォーム14との中心軸同士の距離の変化にかかわらず、噛合部における噛み合い抵抗の変化を小さくできる。
また、本例では、捩りコイルばね38を、ガイド部材37の側板部46の外周縁から軸方向他側に伸長するように設けられた内径側筒部47の周囲に設けるようにしている。すなわち、捩りコイルばね38を、先端側の転がり軸受18cの軸方向両側部分のうち、ウォームホイール13側に設置している。このため、ハウジング12aのウォーム収容部16aの軸方向に関する寸法を小さく抑えられ、ウォーム減速機の小型化および軽量化を図りやすい。
本出願は、2017年8月31日出願の日本特許出願2017-167675に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1 ステアリングホイール
2 ステアリングギヤユニット
3 入力軸
4 タイロッド
5 ステアリングシャフト
6 ステアリングコラム
7 自在継手
8 中間シャフト
9 自在継手
10 電動モータ
11 ウォーム減速機
12、12a ハウジング
13 ウォームホイール
14 ウォーム
15 ホイール収容部
16、16a ウォーム収容部
17 ウォーム歯
18a~18c 転がり軸受
19 ホルダ
20 大径部
21 ブッシュ
22 予圧パッド
23 捩りコイルばね
24 ホイール歯
25 ガイド保持部
26 軸受嵌合部
27 ハウジング側段差部
28 外輪
29 止め輪
30 小径部
31 ウォーム側段差部
32 内輪
33 弾性体
34 ナット
36 ホルダ部材
37 ガイド部材
38 捩りコイルばね
39 板ばね
40 ホルダ側保持面
41 凹部
42 ホルダ側被保持面
43 ホルダ側目印部
44 変位側ピン部
45 外径側筒部
46 側板部
47 内径側筒部
48 ガイド側保持面
49 ガイド側目印部
50 ガイド側被保持面
51 切り欠き部
52 抑えピン部
53 スリット
54 ハウジング側係合部
55 透孔
56 静止側ピン部
57 位置決め用凸部
58 コイル部
59a、59b 腕部
60 基部
61 腕部
62 カバー
63 内向フランジ部
2 ステアリングギヤユニット
3 入力軸
4 タイロッド
5 ステアリングシャフト
6 ステアリングコラム
7 自在継手
8 中間シャフト
9 自在継手
10 電動モータ
11 ウォーム減速機
12、12a ハウジング
13 ウォームホイール
14 ウォーム
15 ホイール収容部
16、16a ウォーム収容部
17 ウォーム歯
18a~18c 転がり軸受
19 ホルダ
20 大径部
21 ブッシュ
22 予圧パッド
23 捩りコイルばね
24 ホイール歯
25 ガイド保持部
26 軸受嵌合部
27 ハウジング側段差部
28 外輪
29 止め輪
30 小径部
31 ウォーム側段差部
32 内輪
33 弾性体
34 ナット
36 ホルダ部材
37 ガイド部材
38 捩りコイルばね
39 板ばね
40 ホルダ側保持面
41 凹部
42 ホルダ側被保持面
43 ホルダ側目印部
44 変位側ピン部
45 外径側筒部
46 側板部
47 内径側筒部
48 ガイド側保持面
49 ガイド側目印部
50 ガイド側被保持面
51 切り欠き部
52 抑えピン部
53 スリット
54 ハウジング側係合部
55 透孔
56 静止側ピン部
57 位置決め用凸部
58 コイル部
59a、59b 腕部
60 基部
61 腕部
62 カバー
63 内向フランジ部
Claims (9)
- ガイド保持部を有するハウジングと、
ホイール歯を有するウォームホイールと、
前記ホイール歯と噛合するウォーム歯を有するウォームと、
前記ウォームの先端部に外嵌された軸受と、
前記軸受を内嵌保持するホルダ側保持面と、該ホルダ側保持面の中心軸に対し偏心したホルダ側被保持面とを有するホルダ部材と、
前記ホルダ部材を、前記ホルダ側被保持面の中心軸を中心とする揺動を可能に内嵌保持するガイド側保持面を有し、かつ、前記ガイド保持部に内嵌保持されたガイド部材と、
前記ホルダ部材を前記ガイド部材に対して回転させる方向に弾性的に付勢することにより、前記ウォームの先端部を前記ウォームホイール側に向けて弾性的に付勢する、第1の弾性付勢部材と
を備えるウォーム減速機。 - 前記ガイド部材の外周面が、円筒面状で、かつ、前記ガイド側保持面の中心軸に対し偏心している、請求項1に記載のウォーム減速機。
- 前記ホルダ側保持面の中心軸に対する前記ホルダ側被保持面の中心軸の偏心方向と、前記ガイド側保持面の中心軸に対する前記ガイド部材の外周面の中心軸の偏心方向とが互いに反対方向となっており、かつ、
前記ホルダ側保持面の中心軸に対する前記ホルダ側被保持面の中心軸の偏心量と、前記ガイド側保持面の中心軸に対する前記ガイド部材の外周面の中心軸の偏心量とが互いに同じである、請求項2に記載のウォーム減速機。 - 前記第1の弾性付勢部材が捩りコイルばねである、請求項1~3のうちの何れか1項に記載のウォーム減速機。
- 前記ガイド部材を前記ウォームホイール側に向けて弾性的に付勢する、第2の弾性付勢部材をさらに備える、請求項1~4のうちの何れか1項に記載のウォーム減速機。
- 前記第2の弾性付勢部材が板ばねである、請求項5に記載のウォーム減速機。
- 前記軸受には、前記ウォーム減速機の運転時に作用している、前記第1の弾性付勢部材と前記第2の弾性付勢部材とのばね荷重によって予圧が付与される、請求項5又は6に記載のウォーム減速機。
- 前記ハウジングに設けられたハウジング側係合部と、前記ガイド部材に設けられたガイド側係合部とを凹凸係合させることにより、前記ハウジングに対し前記ガイド部材が回転することが規制されている、請求項1~7のうちの何れか1項に記載のウォーム減速機。
- 前記第1の弾性付勢部材が、前記軸受の軸方向両側部分のうち、前記ウォームホイール側に設置されている、請求項1~8のうちの何れか1項に記載のウォーム減速機。
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