特許 7275837 ウォーム減速機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-10

(45)【発行日】2023-05-18

(54)【発明の名称】ウォーム減速機

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/16 20060101AFI20230511BHJP

   F16H 55/24 20060101ALI20230511BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20230511BHJP

【ＦＩ】

F16H1/16 Z

F16H55/24

B62D5/04

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019092231

(22)【出願日】2019-05-15

(65)【公開番号】P2020186779

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2022-04-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】成澤 麻人

(72)【発明者】

【氏名】待田 精一

(72)【発明者】

【氏名】篠田 耕作

(72)【発明者】

【氏名】上杉 祥之

【審査官】鷲巣 直哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０２３７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０９５００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９９１３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ １／１６

Ｆ１６Ｈ ５５／２４

Ｂ６２Ｄ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウォームシャフトと、ウォームホイールと、前記ウォームシャフト、および前記ウォームホイールを収容するハウジングとを備えるウォーム減速機であって、
前記ハウジングの内側において前記ウォームシャフトを保持する軸受と、
前記軸受の外周面に当接し前記ウォームホイール方向の付勢力を与えるコイルバネと、
前記ハウジングに対する前記コイルバネの周方向の回転を規制し、前記コイルバネを形成する線材の前記軸受側の先端である軸受側先端の位置を決定する決定手段と、
を備えるウォーム減速機。

【請求項2】

前記コイルバネは、
円筒状に巻き回された部分である本体部と、
前記線材により形成され前記本体部が形成する円筒形状よりも外側に突出する突出部と、を備え、
前記ハウジングは、
前記突出部を収容する収容部を備え、
前記突出部と前記収容部とにより前記決定手段を形成する
請求項１に記載のウォーム減速機。

【請求項3】

前記ハウジングに固定され、前記コイルバネを与圧する予圧部材を備え、
前記予圧部材は、
前記コイルバネと少なくとも周方向において固定され、
前記ハウジングの外側から見える位置に前記軸受側先端の周方向の位置が判別できる目印を備える
請求項１または２に記載のウォーム減速機。

【請求項4】

前記コイルバネの付勢方向に垂直な平面において前記コイルバネの巻き軸と前記平面とが交差する点を頂点とし、前記軸受の外周面の稜線の前記頂点に対する一方を０°、他方を１８０°とした場合において、
前記コイルバネの巻き方向が前記軸受に向かって右回りの場合、
０°＜θ≦１３５°、または１８０°＜θ≦３１５°の角度範囲、
前記コイルバネの巻き方向が前記軸受に向かって左回りの場合、
４５°≦θ＜１８０°、または２２５°≦θ＜３６０°の角度範囲に、
前記決定手段が、前記軸受側先端を位置させる
請求項１から３のいずれか一項に記載のウォーム減速機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウォームホイールに向かってウォームシャフトが付勢されるウォーム減速機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、バックラッシュを防止するために、コイルばねのばね力によって、ウォームシャフトをウォームホイール側に付勢するウォーム減速機が存在している（特許文献１参照）。このようなウォーム減速機は、急激にトルクが入力された場合でも衝突音（打音）の発生を抑制することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１８７４６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところがコイルバネを備えたウォーム減速機の中には、例えば使用年数などによって打音とは異なる異音が発生する物が存在することを本発明者は見出した。本発明者はさらに実験と研究を重ね、前記異音がバネと軸受との間のスティックスリップ音であることを見出し、さらに部品点数を増加させることなく前記スティックスリップ音の発生を抑制することができる構造を見出すに至った。

【0005】

本発明は、上記発明者の知見に基づきなされたものであって、スティックスリップ音の発生を抑制できるウォーム減速機を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の１つであるウォーム減速機は、ウォームシャフトと、ウォームホイールと、前記ウォームシャフト、および前記ウォームホイールを収容するハウジングとを備えるウォーム減速機であって、前記ハウジングの内側において前記ウォームシャフトを保持する軸受と、前記軸受の外周面に当接し前記ウォームホイール方向の付勢力を与えるコイルバネと、前記ハウジングに対する前記コイルバネの周方向の回転を規制し、前記コイルバネを形成する線材の前記軸受側の先端である軸受側先端の位置を決定する決定手段と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係るウォーム減速機によれば、軸受に対するコイルバネの軸受側先端の位置を決定することができ、コイルバネと軸受との間で発生するスティックスリップ音を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ステアリングシステムの全体的な構成を示す図である。

【図2】本実施の形態に係るウォーム減速機の内部構造を示す断面図である。

【図3】本実施の形態に係るコイルバネ、およびコイルバネが当接する軸受近傍を示す斜視図である。

【図4】本実施の形態に係るコイルバネ、決定手段、および軸受側先端の関係を図２に示すＩ－Ｉ線における断面で示す断面図である。

【図5】左巻きのコイルバネ、決定手段、および軸受側先端の関係を図４と同様の断面で示す断面図である。

【図6】例１に係るウォーム減速機の内部構造を示す断面図である。

【図7】例１に係る予圧部材を外側から示す平面図である。

【図8】例２に係る予圧部材を外側から示す平面図である。

【図9】例３に係る屈曲状の突出部を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0010】

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

【0011】

まず、本発明の実施の形態に係る構造部材が取り付けられたステアリングシステム１００の全体的な構成を説明する。図１は、ステアリングシステムの全体的な構成を概略的に示す図である。

【0012】

図１に示すように、ステアリングシステム１００は、操舵のためにステアリングホイール１１０を回転させる運転者の力を補助するパワーステアリング装置であって、ステアリングホイール１１０の回転に伴って回転するステアリングシャフト１３０と、ステアリングシャフト１３０の回転を転舵シャフト１４１の往復動に変換するラックアンドピニオン装置１４０と、ステアリングホイール１１０による操舵トルクを検出するためのセンサ装置１２０と、センサ装置１２０からの信号に基づきステアリングシャフト１３０に操舵をアシストする力を付与するためのウォーム減速機１５０を備えている。

【0013】

ウォーム減速機１５０は、モータ１５２と接続され、モータ１５２を駆動源として操舵を補助するためのアシスト力をステアリングシャフト１３０に付与する装置である。なお、モータ１５２は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）（図示せず）により制御され、ステアリングシャフト１３０に付与するアシスト力が適切に調整される。

【0014】

ステアリングシャフト１３０は、ステアリングホイール１１０側からコラムシャフト１３１、インターミディエイトシャフト１３２、およびピニオンシャフト１３３の３本のシャフトで構成されている。パワーステアリング装置において、ウォーム減速機１５０が取り付けられる位置は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、ピニオンシャフト１３３に連結されている。

【0015】

図２は、ウォーム減速機の内部構造を断面で示す図である。同図に示すように、ウォーム減速機１５０は、ウォームシャフト１６４と、ウォームホイール１６３と、ハウジング１５３と、軸受１６１と、コイルバネ１７０と、決定手段１６８と、を備えている。

【0016】

ハウジング１５３は、ウォームシャフト１６４、およびウォームホイール１６３を収容する箱状の構造部材であり、ハウジング１５３を貫通する孔部１５４と、孔部１５４の外側に配置される係合部１５６とが設けられている。孔部１５４には、コイルバネ１７０が配置されている。係合部１５６には、コイルバネ１７０を与圧する予圧部材１５５が取り付けられている。本実施の形態の場合、孔部１５４の周面には、決定手段の構成要素である収容部１６５（図４参照）が設けられている。なお、決定手段１６８については後述する。

【0017】

孔部１５４は、軸受１６１の径方向においてハウジング１５３の外側から内側まで貫通する貫通孔である。孔部１５４の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、円筒形状となっている。

【0018】

係合部１５６は、孔部１５４と同軸上に設けられた円筒状の部分であり、内周面には雌ネジが設けられている。

【0019】

予圧部材１５５は、ハウジング１５３の係合部１５６に係合してコイルバネ１７０を与圧する部材である。本実施の形態の場合、予圧部材１５５は、係合部１５６に螺合し、孔部１５４を封止すると共にコイルバネ１７０を与圧するボルト状（止めナット状）の部材である。

【0020】

ウォームシャフト１６４は、ウォームシャフト収容部において、軸受１６１、および他端側軸受１６２によって回転可能に保持されている。また、ウォームシャフト１６４は、他端側軸受１６２を中心として傾動可能に保持されており、コイルバネ１７０の付勢力により、ウォームホイール１６３側に押しつけられている。本実施の形態の場合、ウォームシャフト１６４は、モータ１５２に連結されて、軸周りに高速回転する。

【0021】

ウォームホイール１６３は、ウォームホイール収容部において、回転可能に保持されている。本実施の形態の場合、ウォームホイール１６３は、ピニオンシャフト１３３に連結され、ウォームシャフト１６４に入力されたトルクを増幅してピニオンシャフト１３３にアシストトルクを付与する。

【0022】

軸受１６１は、ハウジング１５３の内側においてウォームシャフト１６４の一端部を保持する。軸受１６１は、ハウジング１５３に対しウォームホイール１６３に向かう方向（図中Ｚ軸方向）に往復動可能に保持されており、ウォームシャフト１６４の他端部を保持する他端側軸受１６２に対しウォームシャフト１６４を傾動させることができるものとなっている。

【0023】

図３は、コイルバネ、およびコイルバネが当接する軸受近傍を示す斜視図である。同図に示すように、コイルバネ１７０は、軸受１６１の外周面に当接し、ハウジング１５３を基準としてウォームホイール１６３に向かってウォームシャフト１６４を押しつける付勢力を与える部材である。本実施の形態の場合、コイルバネ１７０は、線材を円筒状に巻き回して形成した部分である本体部１７２と、線材により形成され本体部１７２が形成する円筒形状の外周面よりも外側に突出する突出部１７３とを備えている。線材の軸受１６１側の先端である軸受側先端１７１は、本体部１７２に含まれている。つまり軸受側先端１７１は、線材が形成する円筒内に含まれている。一方、軸受側先端１７１と反対側の反対側先端１７４は、突出部１７３に含まれている。

【0024】

コイルバネ１７０は、本体部１７２の巻き軸が軸受１６１の外輪の外周面の稜線１６９、およびウォームシャフト１６４の軸を通過する様に配置されている。軸受１６１の稜線１６９とは、本体部１７２の巻き軸に垂直な平面が円筒状の軸受１６１の外周面に線接触する場合の接触線である。

【0025】

コイルバネ１７０は、ハウジング１５３の孔部１５４に圧入された予圧部材１５５に一端部が支持され、ハウジング１５３の内側に配置される軸受１６１を付勢力により与圧する部材である。本実施の形態の場合、コイルバネ１７０は金属製の圧縮バネであり、予圧部材１５５と軸受１６１との間で圧縮状態となっており、予圧部材１５５の復元力により軸受１６１を与圧している。

【0026】

決定手段１６８は、ハウジング１５３に対するコイルバネ１７０の周方向の回転を規制し、軸受側先端１７１の位置を決定する構造部分である。軸受側先端１７１の位置は、軸受側先端１７１が軸受１６１の外周面に当接し得ない位置に決定される。決定手段１６８の構造は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、図４に示すように、コイルバネ１７０の突出部１７３と、突出部１７３を収容することのできるハウジング１５３の収容部１６５とにより決定手段１６８が形成されている。

【0027】

具体的に例えば、ハウジング１５３の孔部１５４に軸受側先端１７１を先頭にしてコイルバネ１７０を挿入する。孔部１５４の外側端部に開口し、かつハウジング１５３の外側に向かっても開口する収容部１６５にコイルバネ１７０の突出部１７３を収容できる位置にコイルバネ１７０を軸周りに回転させ、予圧部材１５５を係合部１５６に取り付ける。以上により、軸受側先端１７１を所定の位置に配置することができる。また、決定手段１６８によりコイルバネ１７０の巻き軸周りの回転が規制されるため、軸受側先端１７１を所定の位置に維持させることが可能となる。従って、軸受側先端１７１が軸受１６１の外周に接触しない位置に配置し、ウォーム減速機１５０の使用中などにおいても当該位置を維持することが可能となる。

【0028】

決定手段１６８により決定される軸受側先端１７１の軸受１６１に対する位置関係は以下に示す範囲が望ましい。即ち、コイルバネ１７０の付勢方向に垂直な平面（図中ＸＹ平面）においてコイルバネ１７０の巻き軸と前記平面とが交差する点を頂点Ｏとし、軸受１６１の外周面の稜線１６９の頂点Ｏに対する一方（図中右側）を０°、他方（図中左側）を１８０°とし、時計回りに角度が増加するとした場合において、本実施の形態で示すように、コイルバネ１７０の巻き方向が軸受１６１に向かって右回りの場合、軸受側先端１７１が配置される角度範囲は、０°＜θ≦１３５°（図中θ１）、または１８０°＜θ≦３１５°（図中θ２）であることが望ましい。さらに望ましくは０°＜θ≦１２０°、または１８０°≦θ≦３００°である。

【0029】

また、図５に示すように、コイルバネ１７０の巻き方向が軸受１６１に向かって左回りの場合、軸受側先端１７１が配置される角度範囲は、４５°≦θ＜１８０°（図中θ３）、または２２５°≦θ＜３６０°（図中θ４）であることが望ましく、さらに６０°≦θ＜１８０°、または２４０°≦θ＜３６０°が望ましい。

【0030】

以上の様に、収容部１６５に突出部１７３が収容された状態で、コイルバネ１７０は予圧状態となり、軸受１６１の稜線１６９に対する軸受側先端１７１の位置が決定される。

【0031】

また、予圧部材１５５に支持されたコイルバネ１７０は、軸受１６１を介してウォームシャフト１６４をウォームホイールに向かって付勢している。ウォームシャフト１６４は、与圧された軸受１６１の移動により他端側軸受１６２を基準に傾動し、ウォームホイール１６３とのバックラッシを抑制することができる軸間距離を維持した状態でかみ合っている。つまり本実施の形態の所謂アンチ・バックラッシ・システム（ＡＢＬＳ）を構成している。

【0032】

具体的には、ウォームシャフト１６４とモータ１５２の出力軸とは、弾性材料からなるラバースプリングを介して接続されており、ウォームシャフト１６４は、モータ１５２の出力軸に対する傾動（チルト）が許容されている。また、ウォームシャフト１６４のモータ１５２側を支持する他端側軸受１６２は、転がり軸受であって外輪がハウジング１５３に対して固定され、ウォームシャフト１６４が接続される内輪は、外輪に対し傾動が許容されている。一方、ウォームシャフト１６４の反対側を支持する軸受１６１は、ハウジング１５３内においてウォームホイール１６３に対して接離する方向（図中Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。転がり軸受である軸受１６１の外輪はコイルバネ１７０の弾性力により、ウォームホイール１６３に近接する方向に付勢されている。

【0033】

上記構成のウォーム減速機１５０によれば、コイルバネ１７０に振動が加えられたり、コイルバネ１７０の伸長が繰り返し発生した場合でも、軸受側先端１７１の位置を維持することができ、コイルバネ１７０と軸受１６１との間で発生するスティックスリップ音を抑制し続けることが可能となる。また、ウォームシャフト１６４が他端側軸受１６２を中心として傾動し、ウォームシャフト１６４とウォームホイール１６３との軸間距離が最適に維持されるため、ウォームシャフト１６４に急激なトルクが発生した場合でも衝突音を抑制することができる。

【0034】

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

【0035】

例えば、予圧部材１５５は、コイルバネ１７０と少なくとも周方向において固定され、ハウジング１５３の外側から見える位置に軸受側先端１７１の周方向の位置が判別できる目印１７７を備えても構わない。具体的に例えば、図６、図７に示すように、予圧部材１５５は、ハウジング１５３に対し圧入される棒状の部材であり、外側端部には突部１５８が放射方向外側に向かって突出するように設けられている。ハウジング１５３には予圧部材１５５が圧入される貫通孔１６０が孔部１５４と同軸上に設けられており、貫通孔１６０の外側端部には突部１５８と嵌め合う溝部１５７が設けられている。突部１５８と溝部１５７とは目印１７７を構成している。つまり、溝部１５７に突部１５８が嵌まり込むようにコイルバネ１７０が固定された予圧部材１５５を圧入することで、コイルバネ１７０の軸受側先端１７１を所定の位置に配置することが可能となる。また、予圧部材１５５がハウジング１５３に固定されているため、軸受側先端１７１の位置を維持することが可能となる。

【0036】

この場合、コイルバネ１７０は、突出部１７３を備えなくてもよく、反対側先端１７４は、本体部１７２が形成する円筒領域内に配置されてもよい。また、予圧部材１５５にコイルバネ１７０を溶接などにより固定するために、反対側先端１７４を任意の方向に配置しても構わない。

【0037】

また、目印１７７は、上記の様に機械的に嵌め合うものばかりでなく、図８に示すように、予圧部材１５５側に設けられた第一目印１８１と、ハウジング１５３側に設けられた第二目印１８２とにより目印１７７を構成しても構わない。この場合、目印１７７によって予圧部材１５５はハウジング１５３に対し周方向には規制されないため、予圧部材１５５は圧入ばかりでなく、螺合によってハウジング１５３に固定されるものでもよい。

【0038】

また、コイルバネ１７０の突出部１７３は、図９に示すように、コイルバネ１７０を形成する線材の任意の位置を折り曲げて形成されるものでも構わない。

【0039】

また、コイルバネ１７０を形成する線材の軸受側先端１７１の近傍部分を折り曲げて、軸受側先端１７１を軸受１６１の外周面に当接しない位置に配置しても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明は、アンチ・バックラッシ・システムの構成要素としてコイルバネを備えたウォーム減速機に対して利用可能である。

【符号の説明】

【0041】

１００…ステアリングシステム、１１０…ステアリングホイール、１２０…センサ装置、１３０…ステアリングシャフト、１３１…コラムシャフト、１３２…インターミディエイトシャフト、１３３…ピニオンシャフト、１４０…ラックアンドピニオン装置、１４１…転舵シャフト、１５０…ウォーム減速機、１５２…モータ、１５３…ハウジング、１５４…孔部、１５５…予圧部材、１５６…係合部、１５７…溝部、１５８…突部、１６０…貫通孔、１６１…軸受、１６２…他端側軸受、１６３…ウォームホイール、１６４…ウォームシャフト、１６５…収容部、１６８…決定手段、１６９…稜線、１７０…コイルバネ、１７１…軸受側先端、１７２…本体部、１７３…突出部、１７４…反対側先端、１７７…目印、１８１…第一目印、１８２…第二目印

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】