(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るウォーム減速機1が適用された電動パワーステアリング装置2の概略構成を示す模式図である。
図1を参照して、電動パワーステアリング装置2は、操舵機構3および転舵機構4を備えている。電動パワーステアリング装置2は、運転者によるステアリングホイール(操舵部材)5の操作に基づいて転舵輪6を転舵させる。操舵機構3は、運転者によるステアリングホイール5の操作を補助するアシスト機構7を備えている。
【0016】
操舵機構3は、ステアリングホイール5の回転に連動して回転するステアリングシャフト8を含む。ステアリングシャフト8は、コラムシャフト9、インターミディエイトシャフト10およびピニオンシャフト11を含む。
コラムシャフト9は、ステアリングホイール5に連結される入力シャフト9aと、インターミディエイトシャフト10に連結される出力シャフト9bと、入力シャフト9aおよび出力シャフト9bを同軸上に連結するトーションバー9cとを含む。
【0017】
出力シャフト9bは、自在継手12を介して、インターミディエイトシャフト10に連結されている。インターミディエイトシャフト10は、自在継手13を介して、ピニオンシャフト11に連結されている。ピニオンシャフト11には、ピニオン11aが形成されている。
転舵機構4は、ラックシャフト14およびタイロッド15を有している。ラックシャフト14には、ピニオン11aに噛み合うラック14aが形成されている。タイロッド15は、その一端がラックシャフト14に連結されて、その他端が転舵輪6に連結されている。
【0018】
運転者のステアリングホイール5の操作に応じて、ステアリングホイール5が回転すると、コラムシャフト9およびインターミディエイトシャフト10を介して、ピニオンシャフト11が回転される。ピニオンシャフト11の回転は、ラックアンドピニオン機構により、ラックシャフト14の軸方向への往復運動に変換される。ラックシャフト14の往復運動により、転舵輪6の転舵角が変化する。
【0019】
アシスト機構7は、トルクセンサ16、車速センサ17、ECU(Electronic Control Unit )18、電動モータ19およびウォーム減速機1を有している。
トルクセンサ16は、入力シャフト9aと出力シャフト9bとの間の捩れ量に基づき操舵トルクTを検出する。ECU18は、トルクセンサ16により検出された操舵トルクTと車速センサ17により検出された車速Vとに基づいて、アシストトルクを決定する。電動モータ19は、ECU18により駆動制御される。電動モータ19の回転力(動力)は、ウォーム減速機1を介してステアリングシャフト8のコラムシャフト9の出力シャフト9bに伝達される。その結果、アシストトルクが出力シャフト9bに付与されて、運転者のステアリング操作が補助される。
【0020】
本実施形態では、コラムシャフト9に電動モータ19の動力が付与される電動パワーステアリング装置を例にして説明するが、本発明は、これに限られず、ウォーム減速機を備えた電動パワーステアリング装置に適用することができる。
次に、ウォーム減速機1の構成を説明する。
図2は、ウォーム減速機1の要部の断面図である。
図3は、
図2におけるIII−III線に沿った断面の模式図であり、
図4は、
図2におけるIV−IV線に沿った断面の模式図である。
【0021】
図2を参照して、ウォーム減速機1は、ハウジング20、ウォームシャフト21、第1軸受22、第2軸受23、ウォームホイール24、付勢部材25、弾性部材60および蓋部材29を含む。
ウォームシャフト21は、その軸方向Xに離隔する第1端部21aおよび第2端部21bと、第1端部21aおよび第2端部21b間の中間部である歯部21cとを含む。第1端部21aは、電動モータ19側とは反対側におけるウォームシャフト21の軸方向端部である。第2端部21bは、電動モータ19側におけるウォームシャフト21の軸方向端部である。
【0022】
ウォームホイール24は、コラムシャフト9の出力シャフト9bに一体回転可能に連結されている。ウォームホイール24は、出力シャフト9bに一体回転可能に結合された環状の芯金24aと、芯金24aに外嵌された環状の樹脂部材24bとを含む。樹脂部材24bの外周面には、歯部24cが形成されている。ウォームホイール24の歯部24cは、ウォームシャフト21の歯部21cと噛み合っている。
【0023】
ウォームシャフト21は、電動モータ19の出力軸19aと略同軸上に配置されている。ウォームシャフト21の第2端部21bと、電動モータ19の出力軸19aの端部とは、動力伝達継手27を介して、トルク伝達可能に、かつ、揺動可能に連結されている。
動力伝達継手27は、第1回転要素27a、第2回転要素27bおよび中間要素27cを有する。第1回転要素27aは、ウォームシャフト21の第2端部21bに一体回転可能に連結されている。第2回転要素27bは、電動モータ19の出力軸19aに一体回転可能に連結されている。中間要素27cは、第1回転要素27aおよび第2回転要素27bの間に介在され、回転要素27a,27b間にトルクを伝達する。中間要素27cは、ゴムなどの弾性体で形成されている。
【0024】
ウォームシャフト21の第1端部21aには、第1軸受22が取り付けられている。ウォームシャフト21の第1端部21aは、第1軸受22を介してハウジング20に回転可能に支持されている。ウォームシャフト21の第2端部21bには、第2軸受23が取り付けられている。ウォームシャフト21の第2端部21bは、第2軸受23を介してハウジング20に回転可能に支持されている。動力伝達継手27の中間要素27cが弾性変形することによって、第2軸受23の軸受中心を中心とした、電動モータ19の出力軸19aに対するウォームシャフト21の揺動が許容される。
【0025】
第1軸受22は、たとえば、玉軸受により構成されている。第1軸受22は、内輪40、外輪41および複数の転動体42を含む。第1軸受22の内輪40は、ウォームシャフト21の第1端部21aの外周に設けられた嵌合凹部43に嵌合されている。そのため、内輪40は、ウォームシャフト21と一体回転可能である。内輪40は、ウォームシャフト21の第1端部21aの外周に設けられた位置決め段部44に軸方向Xから当接している。これにより、ウォームシャフト21に対する内輪40の軸方向移動が規制されている。
【0026】
第2軸受23は、たとえば、玉軸受により構成されている。第2軸受23は、内輪30、外輪31および複数の転動体32を含む。第2軸受23の内輪30は、ウォームシャフト21の第2端部21bに一体回転可能に隙間嵌めにより嵌合されている。外輪31は、ハウジング20に設けられた位置決め段部34と、ハウジング20の内面20aに設けられたねじ部にねじ嵌合された止定部材35との間で軸方向Xに挟持されている。これにより、外輪31の軸方向移動が規制されている。
【0027】
図3に示すように、付勢部材25は、たとえば、圧縮コイルばねである。付勢部材25は、第1軸受22を介してウォームシャフト21の第1端部21aをウォームホイール24に向けて弾性的に付勢している。弾性部材60は、たとえばゴムなどの弾性材料からなる。
図5は、ウォームシャフト21の第1端部21aの周辺の構造の断面図である。
図6は、ハウジング20の要部の断面図である。
図7は、ハウジング20の要部、付勢部材25および弾性部材60の分解斜視図である。
図8は、
図7とは別角度から見た弾性部材60の斜視図である。
【0028】
まず、弾性部材60の概略構成を説明する。
図4、
図5および
図7に示すように、弾性部材60は、緩衝部61と、回転規制部62と、連結部63と、軸方向付勢部64とを含む。
図4に示すように、緩衝部61は、円弧状をなし、ハウジング20の内面20aと第1軸受22の外輪41の外周面との間に介在している。
回転規制部62は、緩衝部61から第1軸受22の径方向Rの外方(ウォームホイール側とは反対側)に延設されており、ハウジング20の内面20aに設けられた回転規制部収容凹部80に収容されている。
図7に示すように、連結部63は、緩衝部61の一対の円弧端部611間を連結しており、
図5に示すように、蓋部材29とウォームシャフト21の第1端部21aとの間に介在している。軸方向付勢部64は、連結部63から蓋部材29側に突出形成された凸部である(
図7も参照)。
【0029】
図5に示すように、蓋部材29は、筒状部29aと、筒状部29aの軸方向の一端を閉塞する端壁部29bと、筒状部29aの軸方向の他端から筒状部29aの径方向外方に延設された環状フランジ部29cとを含む。
図2を参照して、ハウジング20は、ウォームシャフト21、第1軸受22、第2軸受23、ウォームホイール24、付勢部材25、弾性部材60および蓋部材29などを収容する内部空間28を有している。内部空間28は、ハウジング20の内面20aによって区画されている。内部空間28は、ウォームシャフト収容空間100、ウォームホイール収容空間110、第1開口51および第2開口52を有する。
【0030】
ウォームシャフト収容空間100には、ウォームシャフト21が収容される。ウォームホイール収容空間110には、ウォームホイール24が収容される。各開口51,52は、ウォームシャフト収容空間100と、内部空間28の外部とを連通する。
ウォームシャフト収容空間100は、軸方向Xに延びる円筒内空間である。ウォームシャフト収容空間100は、第1端部収容部101、第2端部収容部102および歯部収容部103を有する。
【0031】
図5、
図6および
図7に示すように、ハウジング20の内面20aには、第1開口51側から、蓋部材嵌合凹部53と、弾性部材嵌合凹部54と、軸受収容凹部55とがこの順で形成されている。蓋部材嵌合凹部53は、第1開口51を区画し、蓋部材29の筒状部29aが内嵌される環状凹部である。弾性部材嵌合凹部54は、弾性部材60の緩衝部61が内嵌される環状凹部である。弾性部材嵌合凹部54の周方向の一部に、回転規制部収容凹部80が形成されている。
【0032】
図5に示すように、軸受収容凹部55は、第1軸受22の外輪41の外周面の周囲を隙間を設けて取り囲む環状凹部であり、ウォームシャフト21の第1端部21aに外嵌された第1軸受22を収容する。
図6に示すように、弾性部材嵌合凹部54の内径D4は、蓋部材嵌合凹部53の内径D3よりも小さく、軸受収容凹部55の内径D5よりも大きくされている(D3>D4>D5)。
【0033】
蓋部材嵌合凹部53と弾性部材嵌合凹部54との境界に、第1開口51側に向く環状の第1段部56が形成されている。第1段部56は、蓋部材29の端壁部29bと対向する。弾性部材嵌合凹部54と軸受収容凹部55との境界に、第1開口51側に向く環状の第2段部57が形成されている。
図5に示すように、第2段部57は、弾性部材嵌合凹部54に嵌合された、弾性部材60の緩衝部61の電動モータ側の端縁61dと当接して、ハウジング20に対して緩衝部61を軸方向Xに位置決めしている。
【0034】
図5および
図6に示すように、ウォームシャフト収容空間100の第1端部収容部101は、ハウジング20の内面20aに設けられた弾性部材嵌合凹部54と軸受収容凹部55とによって区画されている。第1端部収容部101は、軸方向Xにおけるウォームシャフト収容空間100の一端である。第1端部収容部101は、第1開口51を介して内部空間28の外部に連通している。
【0035】
図2を参照して、第1端部収容部101は、第1軸受22がウォームシャフト21とウォームホイール24との芯間距離D1が増減する方向に移動する軸受移動孔として機能する(
図3も参照)。
図2に示すように、芯間距離D1は、ウォームシャフト21の中心軸C1と、ウォームホイール24の中心軸C2との距離である。
また、
図5および
図6に示すように、ハウジング20の内面20aにおいて、第1軸受22に対して、ウォームホイール24側とは反対側に開口する付勢部材収容孔70が形成されている。付勢部材収容孔70に、付勢部材25が収容されている。付勢部材収容孔70には、第1端部収容部101に開口する内側開口70aと、内部空間28の外部に開口する外側開口70bとが形成されている。外側開口70bは、閉塞部材71で閉塞されている。付勢部材25は、閉塞部材71と第1軸受22の外輪41の外周面との間に介在し、第1軸受22を介してウォームシャフト21の第1端部21aをウォームホイール24側に弾性的に付勢する。
【0036】
また、
図4、
図5および説明図である
図9に示すように、弾性部材嵌合凹部54には、弾性部材60の回転規制部62を収容する回転規制部収容凹部80が形成されている。
図9に示すように、回転規制部収容凹部80は、弾性部材嵌合凹部54から窪む底部81と、周方向に離隔する一対の内壁面82,83とにより区画されている。各内壁面82,83と弾性部材嵌合凹部54との交叉によって、回転規制部収容凹部80の入口角部84が形成されている。
【0037】
次いで、弾性部材60の構成を詳細に説明する。
図4に示すように、弾性部材60の緩衝部61は、ハウジング20の内面20aと第1軸受22の外輪41の外周面との間に介在し、ウォームホイール24側に開放する円弧状の板で形成されている。
図7および
図8に示すように、緩衝部61は、円弧面からなる外面61aと、円弧面からなる内面61bと、蓋部材29側の端縁61cと、電動モータ19側の端縁61dとを含む。
図5に示すように、緩衝部61の外面61aは、弾性部材嵌合凹部54に嵌合され、緩衝部61の内面61bは、第1軸受22の外輪41の外周面に嵌合される。
【0038】
緩衝部61の内面61bと第1軸受22の外輪41の外周面との間に、隙間が介在していてもよい。緩衝部61の外面61aがハウジング20の内面20aの弾性部材嵌合凹部54と嵌合され、緩衝部61の内面61bが第1軸受22の外輪41の外周面に嵌合された状態で、緩衝部61が非圧縮の状態のときには、軸受収容凹部55と第1軸受22の外輪41の外周面との間に、隙間S1が設けられている。
【0039】
緩衝部61は、ウォームホイール側からウォームシャフト21を介して第1軸受22に作用する荷重で第1軸受22がウォームホイール側とは反対側に移動するときに、弾性圧縮される。緩衝部61は、弾性反発力で、第1軸受22の移動を減衰させる。なお、第1軸受22に作用する荷重が過大となるときは、第1軸受22の外輪41の外周面と軸受収容凹部55とが当接して隙間S1がゼロになる。すなわち、緩衝部61の圧縮量が、前記隙間S1の量以下に制限されることで、緩衝部61の耐久性が確保される。
【0040】
図5および
図8に示すように、緩衝部61には、付勢部材25との干渉を避けるために、電動モータ19側の端縁61dに開口するようにして外面61aおよび内面61bを貫通する、例えば半円状の逃げ溝61eが形成されている。
図9に示すように、回転規制部62は、緩衝部61の外面61aから径方向外側(ウォームホイール側とは反対側)へ延設されている。回転規制部62は、周方向Cに延び軸方向X(
図9では示さず。
図9の紙面と直交する方向)に所定の厚みを有する略矩形板状をなしている。回転規制部収容凹部80に収容された回転規制部62は、回転規制部収容凹部80の一対の内壁面82,83と係合することで、緩衝部61が第1軸受22の周方向Cに回転するのを規制する。
【0041】
回転規制部62は、一対の係合部65と、架橋部66と、肉抜き部67とを含む。一対の係合部65は、緩衝部61に接続された基端部65aと、基端部65aからウォームホイール側とは反対側に離隔する先端部65bとを有する柱状部である。一対の係合部65は、周方向Cに離隔し、回転規制部収容凹部80の一対の内壁面82,83とそれぞれ係合可能である。具体的には、緩衝部61の回転方向に応じて何れか一方の係合部65が、対応する内壁面82,83と係合されて、緩衝部61の回転が規制される。各係合部65に基端部65aには、回転規制時において、当該基端部65aと回転規制部収容凹部80の対応する入口角部84との緩衝を抑制する例えば凹湾曲状の逃げ部68が形成されている。
【0042】
架橋部66は、一対の係合部65の先端部65b間に架け渡されて先端部65bどうしを接続している。肉抜き部67は、周方向Cに関して一対の係合部65の間に介在している。肉抜き部67は、径方向Rに関して、架橋部66と緩衝部61の外面61aとの間に介在している。すなわち、肉抜き部67は、一対の係合部65間において、ウォームシャフト21の軸方向Xと平行な方向に貫通する貫通孔(
図7も参照)により形成されている。
【0043】
図7および
図8に示すように、連結部63は、略矩形板状をなしており、円弧状の緩衝部61の一対の円弧端部611において、蓋部材29側の縁部間を連結する。
図5に示すように、連結部63は、ウォームシャフト21の第1端部21aの端面および蓋部材29の端壁部29bと対向している。
図8に示すように、連結部63と一対の円弧端部611とが組み合わされて、溝形を形成している。ウォーム減速機1の組立時において、弾性部材60をハウジング20内に組み込むときに、連結部63を把持することで弾性部材60を容易に組み込むことができる。特に、組立時にロボットハンドを用いて連結部63を把持することが可能となり、自動組立に適している。
【0044】
軸方向付勢部64は、連結部63の蓋部材29側の面に突出形成された凸部からなる。
図5に示すように、軸方向付勢部64は、蓋部材29の端壁部29bに弾性的に当接しており、その当接反力が、緩衝部61の電動モータ19側の端縁61dをハウジング20の内面20aの第2段部57に押圧するように作用する。このため、ハウジング20に対して緩衝部61の軸方向位置の保持が安定する。
【0045】
図2を参照して、第2端部収容部102には、第2端部21bと、第2端部21bに取り付けられた第2軸受23と、第2端部21bに連結された動力伝達継手27とが収容されている。第2端部収容部102は、軸方向Xにおけるウォームシャフト収容空間100の他端である。第2開口52は、軸方向Xにおけるハウジング20の他端に形成されている。第2端部収容部102は、第2開口52を介して、内部空間28の外部に連通している。
【0046】
歯部収容部103には、歯部21cが収容されている。歯部収容部103は、ウォームホイール収容空間110に連通している。
本実施形態によれば、
図9に示すように、弾性部材60の回転規制部62による回転規制時に、回転規制部62がハウジング20の回転規制部収容凹部80の内壁面82または83と係合して変形する。回転規制部62に肉抜き部67が設けられていて回転規制部62が変形し易くなっている。このため、回転規制部62の変形荷重が緩衝部61に伝達されて緩衝部61が変形してしまうことが抑制される。緩衝部61は、回転規制部62の変形の影響を受けることなく、第1軸受22の径方向Rの移動を減衰することができる。したがって、第1軸受22とハウジング20との接触打音を抑制して、低騒音のウォーム減速機1を実現することができる。
【0047】
また、回転規制部62による回転規制時において、回転規制部62の一対の係合部65が、これら一対の係合部65間に介在する貫通穴(肉抜き部67)側へ変形し易い。このため、緩衝部61側へ回転規制部62の変形荷重が及ぼされることを効果的に抑制することができる。
また、回転規制部62に設けられた逃げ部68によって、回転規制部62と回転規制部収容凹部80の入口角部84との干渉が抑制される。このため、回転規制部62の耐久性が向上される。
【0048】
また、ウォーム減速機1を低騒音にすることで、低騒音の電動パワーステアリング装置2を実現することができる。
本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、
図9の前記実施形態では、弾性部材60の回転規制部62に、貫通穴からなる肉抜き部67が設けられているが、これに代えて、
図10(a)、および
図10(a)のXb−Xb断面図である
図10(b)に示される第1変更例のように、弾性部材60Pの回転規制部62Pにおいて、非貫通の孔からなる肉抜き部67Pが設けられていてもよい。第1変更例では、一対の係合部65の耐久性が向上される。
【0049】
また、
図9の前記実施形態では、弾性部材60の柱状の一対の係合部65の先端部65b間が、架橋部66を介して接続されているが、
図11に示される第2変更例のように、弾性部材60Qの回転規制部62Qが、互いに独立した柱状の一対の係合部65Qで形成されてもよい。貫通穴からなる肉抜き部67Qは、緩衝部61とは反対側に開放される。第2変更例では、回転規制部62Qによる回転規制時に、係合部65Qが、より変形し易くなり、緩衝部61への荷重伝達が一層抑制される。
【0050】
その他、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。