特許 7310551 ウォーム減速機、およびウォーム減速機の製造方法

(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】2023-07-10

(45)【発行日】2023-07-19

(54)【発明の名称】ウォーム減速機、およびウォーム減速機の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/16 20060101AFI20230711BHJP

   F16H 57/039 20120101ALI20230711BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20230711BHJP

【ＦＩ】

F16H1/16 Z

F16H57/039

B62D5/04

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019199712

(22)【出願日】2019-11-01

(65)【公開番号】P2021071184

(43)【公開日】2021-05-06

【審査請求日】2022-10-13

(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】川村 尚史

(72)【発明者】

【氏名】上田 浩央

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１２３７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２０７４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ １／１６

Ｆ１６Ｈ ５７／０３９

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に向かう付勢力を与えるコイルバネと、
前記ハウジングにねじ込んで固定され、前記コイルバネを与圧する予圧部材と、を備え、
前記コイルバネの巻き方向と前記予圧部材のネジの巻き方向とが異なり、
前記コイルバネと前記予圧部材との間の接触抵抗は、前記コイルバネと前記軸受との間の接触抵抗より大きい
ウォーム減速機。

【請求項2】

前記予圧部材の前記コイルバネと当接する面は、前記コイルバネの巻き軸に垂直な平面、または、前記巻き軸を回転軸とする回転面である
請求項１に記載のウォーム減速機。

【請求項3】

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の製造方法であって、
前記ウォーム減速機は、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に向かう付勢力を与えるコイルバネと、前記ハウジングにねじ込んで固定され、前記コイルバネを与圧する予圧部材と、を備え、前記コイルバネの巻き方向と前記予圧部材のネジの巻き方向とが異なり、
前記軸受に巻き軸方向の一端が当接するように前記コイルバネを配置し、
前記予圧部材を前記ハウジングにねじ込む初期段階においては、前記コイルバネを前記予圧部材と共に回転させ、ねじ込みが終了する終期段階においては、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第一先端部の位置が所定範囲内に固定され前記予圧部材と前記コイルバネとが滑るように前記予圧部材を前記ハウジングに取り付ける
ウォーム減速機の製造方法。

【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（例えば特許文献１参照）。このようなウォーム減速機は、軸受を収容するホルダとギヤケースとの衝突音（打音）など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２０１５－１２３７６９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、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。発明者はさらに実験と研究を重ね、前記異音がコイルバネと軸受との間のスティックスリップ音であること、およびスティックスリップ音が発生しにくい軸受とコイルバネとの位置関係を見出し、さらに部品点数や複雑な構造を備えることなく簡単に軸受に対しコイルバネをスティックスリップ音が発生しにくい位置に高確率で配置することができる構造、および製造方法を見出すに至った。

【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、高確率で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、およびウォーム減速機の製造方法を提供する。

【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に向かう付勢力を与えるコイルバネと、前記ハウジングにねじ込んで固定され、前記コイルバネを与圧する予圧部材と、を備え、前記コイルバネの巻き方向と前記予圧部材のネジの巻き方向とが異なり、前記コイルバネと前記予圧部材との間の接触抵抗は、前記コイルバネと前記軸受との間の接触抵抗より大きい。

【0007】

また、上記目的を達成するために、本発明の他の１つであるウォーム減速機の製造方法は、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の製造方法であって、前記ウォーム減速機は、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に向かう付勢力を与えるコイルバネと、前記ハウジングにねじ込んで固定され、前記コイルバネを与圧する予圧部材と、を備え、前記コイルバネの巻き方向と前記予圧部材のネジの巻き方向とが異なり、前記軸受に巻き軸方向の一端が当接するように前記コイルバネを配置し、前記予圧部材を前記ハウジングにねじ込む初期段階においては、前記コイルバネを前記予圧部材と共に回転させ、ねじ込みが終了する終期段階においては、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第一先端部の位置が所定範囲内に固定され前記予圧部材と前記コイルバネとが滑るように前記予圧部材を前記ハウジングに取り付ける。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係るウォーム減速機、およびウォーム減速機の製造方法によれば、軸受に対するコイルバネの線材の先端の位置を所定範囲内に高確率で配置することができ、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可能性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【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の第一先端部の軸受に対する位置関係を示す平面図である。

【図5】右巻きのコイルバネの第一先端部の軸受に対する位置関係を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

まず、本発明の実施の形態に係るウォーム減速機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。

【0013】

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などの操舵部材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、操舵部材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、操舵部材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。

【0014】

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。

【0015】

ステアリングシャフト１３０は、操舵部材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。

【0016】

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、予圧部材１５５と、を備えている。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

予圧部材１５５は、ハウジング１５３の係合部１５６に螺合する雄ネジを外周に有し、係合部１５６にねじ込むことにより固定されてコイルバネ１７０を与圧する部材である。予圧部材１５５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、予圧部材１５５は、円柱状の部材であって、コイルバネ１７０と当接する面は、コイルバネ１７０の巻き軸（図中Ｚ軸方向）に垂直な平面となっている。

【0021】

予圧部材１５５を製造する方法は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、予圧部材１５５は、ＳＳ４００、Ｓ１５Ｃ等の鉄材料からなる鍛造品であり、コイルバネ１７０と当接する面は鍛造により形成され、切削などの仕上げ加工は実施されていない。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

軸受１６１を構成する材料は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、軸受１６１の少なくとも外輪は、軸受鋼（ＳＵＪ２等）が材料として採用されている。

【0026】

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にねじ込まれて固定されている予圧部材１５５を基準としてウォームホイール１６３（図中Ｚ軸負側）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圧縮バネである。

【0027】

コイルバネ１７０は、ハウジング１５３の孔部１５４にねじ込まれた予圧部材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。コイルバネ１７０を構成する線材の材質は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、いわゆるピアノ線（ＳＷＰ－Ｂ線）が用いられている。

【0028】

コイルバネ１７０の巻き方向は、予圧部材１５５のネジ山の巻き方向と逆方向に設定されている。本実施の形態の場合、予圧部材１５５は、右巻きのネジ山を外周に備えており、ハウジング１５３に対して予圧部材１５５を右方向（時計方向）に回転させると軸受１６１に向かって進む。これに対しコイルバネ１７０は、巻き方向が左巻きであり、予圧部材１５５から軸受１６１に向かってコイルバネ１７０の線材を辿ると左巻きに回転する。

【0029】

コイルバネ１７０と予圧部材１５５との間の接触抵抗は、コイルバネ１７０と軸受１６１の外輪の外周面との間の接触抵抗より大きい。つまり、予圧部材１５５をハウジング１５３にねじ込む際において、コイルバネ１７０は、予圧部材１５５と共周りし、軸受１６１とは摺動状態となる。

【0030】

以上によって第一先端部１７１の先端の軸受１６１に対する位置関係は以下に示す範囲となる場合がある。図４に示すように、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、反時計回りに角度が増加するとした場合において、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、第一先端部１７１の先端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）となる確率が非常に高い。

【0031】

以上の構成のウォーム減速機１５０を製造する場合、予圧部材１５５の外周に設けられているネジ山の巻き方向と逆巻きのコイルバネ１７０を孔部１５４に挿入し、その後に予圧部材１５５をハウジング１５３の係合部１５６にねじ込むことにより、軸受１６１の稜線１６９に対する第一先端部１７１の位置が決定され、コイルバネ１７０は予圧状態となる。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

上記構成のウォーム減速機１５０によれば、コイルバネ１７０を所定の位置に配置して予圧部材１５５をハウジング１５３にねじ込むだけで、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、第一先端部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。

【0035】

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。

【0036】

例えば、予圧部材１５５が、左巻きのネジ山を外周に備えており、ハウジング１５３に対して予圧部材１５５を左方向（反時計方向）に回転させると軸受１６１に向かって進む場合、コイルバネ１７０は、巻き方向が右巻きであり、予圧部材１５５から軸受１６１に向かってコイルバネ１７０の線材を辿ると右巻きに回転するものであればよい。

【0037】

この場合、図５に示すように、コイルバネ１７０の巻き方向が軸受１６１に向かって右回りであるため、第一先端部１７１先端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）となる確率が高い。

【0038】

また、予圧部材１５５のコイルバネ１７０と接触する面は、平面ばかりでなく、円錐形や半球形などコイルバネ１７０の巻き軸を回転軸とする回転面であってもかまわない。

【産業上の利用可能性】

【0039】

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】

【0040】

１００…ステアリングシステム、１１０…操舵部材、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、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、１６９…稜線、１７０…コイルバネ、１７１…第一先端部、１７２…第二先端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】