減速機および電動パワーステアリング装置
【課題】動力伝達効率が高く低騒音の減速機および電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】本電動パワーステアリング装置１は、操舵補助用の電動モータ１８の出力回転を、減速機１９を介してステアリングシャフト４に伝達する。減速機１９は、平行軸伝達機構として、入力ギヤ２９および入力プーリ３３が同行回転する入力軸２７と、出力ギヤ３２および出力プーリ３４が同行回転する出力軸２３とを有している。入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、互いに一体に回転する第１および第２の中間ギヤ３０，３１を介して間接的に噛み合う。入力プーリ３３および出力プーリ３４は、テンショナ３６によって張力が付与されたベルト３５を介して連結されている。張力が、ベルト３５を介して入力ギヤ２９および出力ギヤ３２に伝達され、互いに対向する一対の歯面を当接させる。
【解決手段】本電動パワーステアリング装置１は、操舵補助用の電動モータ１８の出力回転を、減速機１９を介してステアリングシャフト４に伝達する。減速機１９は、平行軸伝達機構として、入力ギヤ２９および入力プーリ３３が同行回転する入力軸２７と、出力ギヤ３２および出力プーリ３４が同行回転する出力軸２３とを有している。入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、互いに一体に回転する第１および第２の中間ギヤ３０，３１を介して間接的に噛み合う。入力プーリ３３および出力プーリ３４は、テンショナ３６によって張力が付与されたベルト３５を介して連結されている。張力が、ベルト３５を介して入力ギヤ２９および出力ギヤ３２に伝達され、互いに対向する一対の歯面を当接させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減速機、およびこれを備える電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、操舵補助用の電動モータと、この電動モータの出力回転を減速する減速機とを有している（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、互いにかみあう一対の歯車を有した減速機が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１３０４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、歯車で動力伝達する減速機では、一対の歯車の互いに噛み合う歯面間に遊びがあるので、操舵補助力が作用していない状態で、路面から車輪への突き上げ力（逆入力）が作用すると、互いに噛み合う歯車の歯面同士が衝突して、異音（歯打ち音）が生じる。また、特許文献１では、ウォームギヤが用いられるので、動力の伝達効率が低い。
そこで、本発明の目的は、異音の発生を抑制できて動力伝達効率が高い減速機および電動パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の減速機（１９）は、電動モータ（１８）の出力回転を減速するための平行軸伝達機構（２６）を備え、この平行軸伝達機構は、入力ギヤ（２９）および入力プーリ（３３）が同行回転する入力軸（２７）と、出力ギヤ（３２）および出力プーリ（３４）が同行回転する出力軸（２３）と、を含み、入力ギヤおよび出力ギヤは、直接または中間ギヤ（３０，３１）を介して間接的に噛み合い、入力プーリおよび出力プーリは、テンショナ（３６）によって張力が付与されたベルト（３５）を介して連結されていることを特徴とする。
【０００５】
本発明によれば、例えば、電動モータが停止していて平行軸伝達機構が動力伝達していないときに、テンショナによってベルトが引っ張られることにより、各ギヤの歯面が互いに当接するまで、入力プーリおよび出力プーリの少なくとも一方が微小回転する。従って、電動モータの停止中に出力軸からの逆入力を受けたときに、一対の歯面の衝突に伴う異音（歯打ち音）の発生を防止することができる。また、電動モータの回転方向が切り換えられるときに、各ギヤの回転方向が切り換わるに際して、対応するギヤは、互いの歯の歯面同士が接し合わない遊び領域を通過することになる。しかし、対応するギヤは、プーリおよびベルトを介して互いに連結されている。従って、対応するギヤが上記遊び領域を通過するときに、両ギヤ間の相対速度が低減される。その結果、電動モータの回転方向が切り換わるときに、歯面間の衝突が緩和されるので、歯打ち音による異音の発生を防止することができる。また、電動モータの回転方向が切り換えられるときには、対応するギヤが上記遊び領域を通過するときであっても、トルクがプーリおよびベルトを介して伝達されるので、トルク伝達がスムーズになされる。さらに、平行軸伝達機構のギヤとして、動力伝達効率の高い平歯車や斜歯歯車を採用することが可能となる。
【０００６】
また、本発明において、上記入力ギヤおよび出力ギヤは、中間ギヤを介して同じ回転方向（ＣＷ１，ＣＷ３，ＣＣＷ１，ＣＣＷ３）に回転するように連結されており、上記ベルトは、上記入力プーリおよび出力プーリに順掛けで巻き掛けられている場合がある。この場合、入力軸から出力軸へ無理なく回転を伝達することができる。また、ベルトが順掛けなので、組み立てやすい。
【０００７】
また、本発明において、上記入力ギヤおよび出力ギヤは、直接噛み合い、上記ベルトは、上記入力プーリおよび出力プーリに、たすき掛け状に巻き掛けられている場合がある。この場合、入力軸から出力軸へ無理なく回転を伝達することができる。また、入力ギヤと出力ギヤとが直接に噛み合うので、構造を簡素化できる。
また、本発明の電動パワーステアリング装置（１）は、操舵補助用の電動モータの出力回転を、上記本発明の減速機を用いて減速することを特徴とする。本発明によれば、例えば、悪路を直進走行するときに異音の発生を抑制できる。また、操舵方向を切り換えるときには、電動モータの回転方向の切り換えに伴う歯面間の衝突が緩和されるので、歯打ち音による異音の発生を防止することができる。また、操舵方向を切り換えるときには、上述のように、対応するギヤの歯面同士が互いに当接していないときであっても、トルクがプーリおよびベルトを介して伝達されるので、操舵補助力の応答性が向上し、ひいては操舵感が向上する。従って、低騒音で快適な操舵補助を実現することができる。
【０００８】
なお、上記括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を示すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、減速機を電動パワーステアリング装置に適用する場合に則して説明するが、減速機を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用することもできる。
図１は、本発明の第１の実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操向輪２を操舵するために操舵部材としてのステアリングホイール３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４からの操舵トルクにより操向輪２を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構５と、ステアリングシャフト４および操舵機構５の間に設けられてこの間において回転を伝達するための軸継手としての中間軸ユニット６とを有している。
【００１０】
ステアリングシャフト４は、ステアリングコラム７の内部を挿通して、ステアリングコラム７により回転自在に支持されている。ステアリングコラム７はブラケット８を介して車体９に支持されている。ステアリングシャフト４の一方の端部にステアリングホイール３が連結されていて、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト４の他方の端部に中間軸ユニット６が連結されている。中間軸ユニット６は、中間軸としての動力伝達軸１０と、中間軸ユニット６の両端部に設けられた自在継手１１，１２とを有している。
【００１１】
操舵機構５は、ピニオン軸１３と、自動車の左右方向（直進方向と直交する方向である。）に延びる転舵軸としてのラックバー１４と、ピニオン軸１３およびラックバー１４を支持するラックハウジング１５とを有している。ピニオン軸１３は、ピニオンを有し、このピニオンのピニオン歯１３ａと、ラックバー１４のラック歯１４ａとが互いに噛み合っている。ラックバー１４の各端部はそれぞれ、タイロッドおよびナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪２に連結されている。
【００１２】
ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト４等を介して操舵機構５に伝達される。これにより操向輪２が操舵される。
電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクを検出するトルクセンサ１６と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１７と、操舵補助用の電動モータ１８と、歯車伝達装置としての減速機１９とを有している。電動モータ１８および減速機１９は、ステアリングコラム７に設けられている。
【００１３】
ステアリングコラム７は、コラムチューブ２０と、センサハウジング２１Ａと、減速機ハウジング２１Ｂとを有している。コラムチューブ２０の端部と、センサハウジング２１Ａと、減速機ハウジング２１Ｂとは、互いに固定されている。センサハウジング２１Ａが、トルクセンサ１６を収容して支持している。減速機ハウジング２１Ｂは、電動モータ１８を支持し、減速機１９の後述する複数のギヤ２９〜３２を収容している。
【００１４】
ステアリングシャフト４は、軸方向下部として、入力軸２２と、出力軸２３と、トーションバー２４とを有し、軸方向上部としての連結軸２５を有している。入力軸２２および出力軸２３は、トーションバー２４を介して同一の軸線上で互いに連結されている。入力軸２２は、操舵トルク入力軸であり、連結軸２５を介してステアリングホイール３に連なっている。出力軸２３は、中間軸ユニット６に連なっている。入力軸２２に操舵トルクが入力されたときに、トーションバー２４が弾性ねじり変形し、これにより、入力軸２２および出力軸２３が相対回転する。
【００１５】
トルクセンサ１６は、トーションバー２４を介する入力軸２２および出力軸２３間の相対回転変位量に基づいてトルクを検出し、トルク検出結果をＥＣＵ１７へ出力する。
ＥＣＵ１７は、上述のトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、電動モータ１８を制御する。
ステアリングホイール３が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ１６により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ１８が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機１９を介して操舵機構５に伝達される。これとともに、ステアリングホイール３の動きも、操舵機構５に伝わる。その結果、車輪２が操舵されるとともに、操舵が補助される。
【００１６】
図２は、図１の減速機１９の正面図である。図１と図２を参照して、減速機１９は、平行軸伝達機構２６と、この平行軸伝達機構２６を収容する上述の減速機ハウジング２１Ｂとを備えている。減速機１９は、操舵補助用の電動モータ１８の出力回転を減速する。
平行軸伝達機構２６は、第１の軸であり且つ動力入力軸としての入力軸２７と、第２の軸としての中間軸２８と、第３の軸としての上述の出力軸２３と、これらの軸２７，２８，２３を支持する複数の軸受（図示せず）とを有している。平行軸伝達機構２６は、第１のギヤとしての入力ギヤ２９と、第２のギヤであり且つ中間ギヤとしての第１および第２の中間ギヤ３０，３１と、第３のギヤとしての出力ギヤ３２とを有している。また、平行軸伝達機構２６は、入力プーリ３３と、出力プーリ３４と、ベルト３５と、テンショナ３６とを有している。
【００１７】
テンショナ３６は、テンションプーリ３７と、テンションプーリ３７を回動自在に支持する支持部材３８と、テンションプーリ３７の中心軸線の位置を調節可能に支持部材３８を固定する固定部材３９とを有している。
支持部材３８は、長尺部材からなる。支持部材３８の長手方向に関する支持部材３８の一端は、減速機ハウジング２１Ｂに設けられた支軸３８ａの中心軸線の回りに回動自在に支持されている。長手方向に関する支持部材３８の他端が、テンションプーリ３７を支持している。支持部材３８を支軸３８ａの中心軸線の回りに回動させることにより、テンションプーリ３７の位置を調節することができる。調節された状態を維持するために、長手方向に関する支持部材３８の中間部には、長孔からなる挿通孔３８ｂが形成されている。この挿通孔３８ｂは、支持部材３８の長手方向に垂直に交差して円弧状に延びており、固定部材３９が挿通している。
【００１８】
固定部材３９は、ボルトからなる。このボルトの軸部の雄ねじが、支持部材３８の挿通孔３８ｂを通して、減速機ハウジング２１Ｂのねじ孔にねじ込まれている。固定部材３９による締結を緩めた状態で、支持部材３８およびテンションプーリ３７の位置を調節することができる。固定部材３９は、支持部材３８を減速機ハウジング２１Ｂに締め付けた状態で、支持部材３８の移動を規制している。
【００１９】
入力軸２７は、減速機ハウジング２１Ｂに軸受を介して回動自在に支持されている。中間軸２８および出力軸２３も、入力軸２７と同様に回動自在に支持されている。
入力軸２７には、入力ギヤ２９および入力プーリ３３が同行回転するように連結されている。具体的には、入力ギヤ２９と、入力プーリ３３と、入力軸２７とは、互いに別体で形成され、入力ギヤ２９および入力プーリ３３が、入力軸２７と一体回転するように、入力軸２７に固定されている。また、入力軸２７と、入力ギヤ２９と、入力プーリ３３との少なくとも２つが、一体に形成されていてもよい。入力軸２７は、軸継手（図示せず）を介して電動モータ１８の出力軸１８ａに、連動できるように連結されており、電動モータ１８により駆動される。
【００２０】
中間軸２８には、第１の中間ギヤ３０と、第２の中間ギヤ３１とが、当該中間軸２８を介して一体回転できるように互いに連結されている。具体的には、中間軸２８と、第１の中間ギヤ３０と、第２の中間ギヤ３１とは、互いに別体で形成され、第１の中間ギヤ３０は、中間軸２８に一体回転できるように互いに固定されているとともに、第２の中間ギヤ３１は、中間軸２８に一体回転できるように互いに固定されている。中間軸２８と第１の中間ギヤ３０と第２の中間ギヤ３１との少なくとも２つが、一体に形成されてもよい。
【００２１】
出力軸２３には、出力ギヤ３２および出力プーリ３４が同行回転するように連結されている。具体的には、出力軸２３と、出力ギヤ３２と、出力プーリ３４とは、互いに別体で形成され、出力ギヤ３２および出力プーリ３４が、出力軸２３と一体回転するように、出力軸２３に固定されている。また、出力軸２３と、出力ギヤ３２と、出力プーリ３４との少なくとも２つが、一体に形成されていてもよい。
【００２２】
入力ギヤ２９と、第１および第２の中間ギヤ３０，３１と、出力ギヤ３２とは、それぞれ金属、例えば鋼製の斜歯歯車からなる。入力ギヤ２９は、第１の中間ギヤ３０よりも小径である。第１の中間ギヤ３０は、第２の中間ギヤ３１よりも大径である。第２の中間ギヤ３１は、出力ギヤ３２よりも小径である。なお、互いに噛み合う少なくとも一対のギヤが平歯車である場合も考えられる。また、入力ギヤ２９と、第１の中間ギヤ３０と、第２の中間ギヤ３１と、出力ギヤ３２との少なくとも一部が、金属以外の材料、例えば合成樹脂材料により形成される場合も考えられる。
【００２３】
入力軸２７と、中間軸２８と、出力軸２３とは、互いに所定距離を隔てて、互いに平行に配置されている。駆動ギヤとしての入力ギヤ２９と、従動ギヤとしての第１の中間ギヤ３０とが、互いに噛み合っている。また、駆動ギヤとしての第２の中間ギヤ３１と、従動ギヤとしての出力ギヤ３２とが、互いに噛み合っている。このように、入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、第１および第２の中間ギヤ３０，３１を介して間接的に噛み合っている。入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、第１および第２の中間ギヤ３０，３１を介して連結されており、入力ギヤ２９および出力ギヤ３２が同じ回転方向に連動するようになっている。例えば入力ギヤ２９が時計回りＣＷ１に回転すると、出力ギヤ３２も時計回りＣＷ３に回転する。逆に、入力ギヤ２９が反時計回りＣＣＷ１に回転すると、出力ギヤ３２も反時計回りＣＣＷ３に回転する。
【００２４】
入力プーリ３３と、出力プーリ３４と、テンションプーリ３７とが、入力軸２７の軸方向に関して、互いに同じ位置に配置されており、ベルト３５を巻き掛けられている。
ベルト３５は、無端状の歯付きベルトである。これに伴い、入力プーリ３３、出力プーリ３４およびテンションプーリ３７は、歯付きプーリとされている。なお、ベルト３５としては、平ベルト、丸ベルト、Ｖベルト等の種々の歯無しベルトであってもよい。この場合、各プーリ３３，３４，３７は、歯無しベルトに対応する形状の歯無しプーリとされる。本実施形態では、ベルト３５が歯付きベルトである場合に則して説明する。
【００２５】
入力プーリ３３は、相対的に小径である。出力プーリ３４は、相対的に大径である。入力プーリ３３と出力プーリ３４との間の減速比の値は、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２との間の全体的な減速比と等しい値とされている。これにより、ベルト３５に無理がかからなくて済む。ここで、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２との間の全体的な減速比としては、本実施形態では、入力ギヤ２９および第１の中間ギヤ３０による減速比の値と、第２の中間ギヤ３１および出力ギヤ３２による減速比の値との積である。
【００２６】
なお、入力プーリ３３と出力プーリ３４との間の減速比は、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２との間の全体的な減速比と等しい値に近似した値、例えば上述の等しい値の９５〜１０５％の範囲内の値に設定されることも考えられる。この場合、後述するようにベルト３５の張力をテンショナ３６により自律的に調節するようにすることが、ベルト３５に無理を掛けないためには好ましい。本実施形態では、入力プーリ３３と出力プーリ３４との間の減速比は、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２との間の全体的な減速比の値と等しい場合に則して説明する。
【００２７】
入力プーリ３３と出力プーリ３４とテンションプーリ３７との回転中心軸線同士は、互いに平行に配置されている。ベルト３５は、入力プーリ３３および出力プーリ３４に順掛けで巻き掛けられている。これら両プーリ３３，３４はベルト３５を介して互いに連結され、同じ回転方向に連動するようになっている。例えば入力プーリ３３が時計回りＣＷ１に回転すると、出力プーリ３４も時計回りＣＷ３に回転する。逆に、入力プーリ３３が反時計回りＣＣＷ１に回転すると、出力プーリ３４も反時計回りＣＣＷ３に回転する。
【００２８】
テンションプーリ３７は、入力プーリ３３および出力プーリ３４とは異なる位置に配置されている。テンションプーリ３７は、入力プーリ３３の軸方向から見たときに、入力プーリ３３および出力プーリ３４の共通接線Ｘに角度Ｄ１で交差する方向に平行な方向Ｍ１に位置調節できるようにされている。角度Ｄ１は、例えば９０°が好ましく、４５〜１３５°の範囲内の値の角度とされている。これにより、入力プーリ３３および出力プーリ３４を均等に引っ張ること（矢印Ｔ参照）ができるように、ベルト３５に張力を付与することができる。テンションプーリ３７の中心軸線の位置を、共通接線Ｘから、遠ざけるほどに、張力が大きくなる。
【００２９】
ベルト３５に張力をテンショナ３６により付与することで、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２との間の動力伝達経路における互いに噛み合う対をなすギヤ２９，３０，３１，３２の互いに対向し対をなす歯面同士が、互いに当接するようになっている。
すなわち、組立時に、先ず、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２とが間接的に噛みあった状態とされ、且つベルト３５が、各プーリ３３，３４，３７に巻き掛けられて、ベルト３５と各プーリ３３，３４，３７との歯同士が、互いに噛み合った状態とされる。このとき、ベルト３５は緩められた状態、具体的には、張力が相対的に小さくされた状態か、張力がかかっていない状態か、多少弛みが生じた状態のいずれかである。
【００３０】
このような状態では、互いに対向し対をなす歯面間に隙間がある場合がある。この場合であっても、以下のように張力が相対的に大きくされた状態では、対をなす歯面同士が互いに当接するようになる。すなわち、テンショナ３６によりベルト３５に張力が付与されると、張力が相対的に大きくされた状態であって、ベルト３５が張られて弛みが生じていない状態になる。このとき、各ギヤ２９，３０，３１，３２の噛み合いと、ベルト３５と各プーリ３３，３４，３７との噛み合いは維持されている。
【００３１】
具体的には、テンションプーリ３７を方向Ｍ１に移動させると、ベルト３５を介して入力プーリ３３は、ひいては入力ギヤ２９は、時計回りＣＷ１の向きに回動しようとする。また、ベルト３５を介して出力プーリ３４は、ひいては出力ギヤ３２は、反時計回りＣＣＷ３の向きに回動しようとする。これに伴い、出力ギヤ３２の歯面と第２の中間ギヤ３１の歯面との間の隙間に見合う回転角度で、出力ギヤ３２が回動すると、出力ギヤ３２の歯面が第２の中間ギヤ３１の歯面に当接する。そして、第２の中間ギヤ３１が、ひいては第１の中間ギヤ３０が、時計回りＣＷ２に回動しようとする。第１の中間ギヤ３０の歯面と入力ギヤ２９の歯面との間の隙間に見合う回転角度で、第１の中間ギヤ３１が回動すると、第１の中間ギヤ３０の歯面と入力ギヤ２９の歯面とが互いに当接する。これに伴い、入力ギヤ２９は、第１の中間ギヤ３０から反時計回りＣＣＷ１向きに回動させる力を受けることになるが、上述のように既にベルト３５から時計回りＣＷ１の向きに回動させる力を受けており、これらの回動させる力は互いに釣り合うようになる。従って、対をなす歯面同士が当接して、この状態が維持される。なお、上述の説明では、入力ギヤ２９が回転しない場合について説明したが、これには限らず、例えば出力ギヤ３２が回転しない場合や、全ギヤ２９〜３２が回転する場合も考えられる。
【００３２】
動力伝達しない状態、例えば車両の直進状態であって操舵操作がなされていない状態では、上述のように、各ギヤ２９，３０，３１，３２において互いに対向し対をなす歯面同士が当接して、この状態が維持される。また、通例、入力軸２７に連結される電動モータ１８は、ＥＣＵ１７の制御下にあるので、電動モータ１８の出力軸１８ａは回動自在とされていない。従って、出力軸２３からの逆入力、例えば路面からの突き上げ力が、ベルト３５の張力と同じ向きＣＣＷ３に作用したときには、歯面同士は当接した状態にあるので、歯面同士の衝突は生じず、歯打ち音の発生は防止される。また、逆入力が、ベルト３５の張力と逆向きＣＷ３に作用したときには、ベルト３５の張力に抗して出力ギヤ３２を回動させることになるので、張力が逆入力を緩和し、歯面同士の衝突が、ひいては歯打ち音の発生が抑制される。ベルト３５が逆入力を緩和するダンパーとして機能する。
【００３３】
また、動力伝達するときには、入力軸２７から出力軸２３への動力伝達は、複数のギヤ２９，３０，３１，３２を介する第１の経路と、ベルト３５を介する第２の経路とを介してなされる。入力軸２７の回転が第１の経路をへて出力軸２３に伝達されたときの出力軸２３の回転方向と、入力軸２７の回転が第２の経路をへて出力軸２３に伝達されたときの出力軸２３の回転方向とは、同じである。また、同様に、第１および第２の経路に関して、入力軸２７と出力軸２３との間の回転速度の比（減速比）も等しいので、問題なく動力伝達がなされる。
【００３４】
また、入力軸２７が時計回りＣＷ１に回動して動力伝達するときには、各ギヤ２９，３０，３１，３２において互いに対向し対をなす歯面同士は当接した状態が維持されるので、歯打ち音は生じない。
また、入力軸２７が時計回りＣＷ１から反時計回りＣＣＷ１に回動して動力伝達するように、入力軸２７の回転方向が切り換わるときには、回転が切り換えられた動力は、先ず、ベルト３５のみを介して伝達された後、歯面同士が当接することにより伝達されるようになる。動力がベルト３５のみにより伝達されている間は、歯面同士が当接しない状態で、互いに対をなすギヤ２９，３０（またはギヤ３１，３２でもよい）同士が連れ回りするようになる。また、伝達トルクが徐々に大きくなるのに伴い、互いに対をなすギヤ２９，３０，３１，３２同士が連れ回りする間に、互いに対向する歯面同士の相対速度が徐々に小さくなり、やがて伝達トルクが所定値を超えて大きくなると、歯面同士が当接するようになり、歯車によるトルク伝達がなされる。従って、互いに対向する歯面同士の相対速度が小さくなり、歯面同士の衝突が緩和され、異音の発生が抑制される。
【００３５】
また、ベルト機構（具体的には、このベルト機構は、プーリ３３，３４およびベルト３５により構成される。）のみを用いた動力伝達は、歯車の回転方向が切り換えられた当初（回転方向が切り換えられた後の伝達トルクが所定値よりも小さいとき）のみでなされるので、トルクは、主に歯車により伝達される。従って、減速機１９の全体としての動力伝達効率を高く維持できる。例えば、全体の伝達トルクに対するベルト３５のみによる伝達トルクは、３〜８Ｎ・ｍの範囲内とされている。
【００３６】
このように本実施形態の減速機１９は、電動モータ１８の出力回転を減速するための平行軸伝達機構２６を備えている。この平行軸伝達機構２６は、入力ギヤ２９および入力プーリ３３が同行回転する入力軸２７と、出力ギヤ３２および出力プーリ３４が同行回転する出力軸２３とを含んでいる。入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、第１および第２の中間ギヤ３０，３１を介して間接的に噛み合っている。入力プーリ３３および出力プーリ３４は、テンショナ３６によって張力が付与されたベルト３５を介して連結されている。
【００３７】
本実施形態によれば、例えば、電動モータ１８が停止していて平行軸伝達機構２６が動力伝達していないときに、テンショナ３６によってベルト３５が引っ張られることにより、各ギヤ２９，３０，３１，３２の歯面が互いに当接するまで、入力プーリ３３および出力プーリ３４の少なくとも一方が微小回転する。従って、電動モータ１８の停止中に出力軸２３からの逆入力（例えば、路面からの突き上げ力）を受けたときに、一対の歯面の衝突に伴う異音（歯打ち音）の発生を防止することができる。
【００３８】
また、電動モータ１８の回転方向が切り換えられるときに、各ギヤ２９，３０，３１，３２の回転方向が切り換わるに際して、対応するギヤ（例えば、ギヤ２９，３０が互いに対応し、ギヤ３１，３２が互いに対応する。）は、互いの歯の歯面同士が接し合わない遊び領域を通過することになる。しかし、対応するギヤは、プーリ３３，３４およびベルト３５を介して互いに連結されている。従って、対応するギヤが上記遊び領域を通過するときに、両ギヤの互いに対向する歯面間の相対速度が低減される。その結果、電動モータ１８の回転方向が切り換わるときに、歯面間の衝突が緩和されるので、歯打ち音による異音の発生を防止することができる。
【００３９】
また、電動モータ１８の回転方向が切り換えられるときには、対応するギヤが上記遊び領域を通過するときであっても、トルクがプーリ３３，３４およびベルト３５を介して伝達されるので、トルクがスムーズに立ち上がって伝達される。さらに、平行軸伝達機構２６のギヤ２９，３０，３１，３２として、動力伝達効率の高い平歯車や斜歯歯車を採用することが可能となる。これらの平歯車や斜歯歯車は、ベルト３５に比べて、高強度の材料、例えば鋼等の金属により形成できるので、小型化も可能となる。
【００４０】
また、減速機１９の動力伝達は、主にギヤ２９，３０，３１，３２を介してなされるので、減速機１９を小型化できる。また、ベルト３５、各プーリ３３，３４およびテンショナ３６により構成されたベルト機構は、主に異音の発生を抑制するために設けられているので、小さな動力を伝達できる程度の簡素な構造で済み、小型化できる。
また、本実施形態では、入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、中間ギヤとしての第１および第２の中間ギヤ３０，３１を介して同じ回転方向に回転するように連結されている。ベルト３５は、入力プーリ３３および出力プーリ３４に順掛けで巻き掛けられたオープンベルト３５である。入力プーリ３３と出力プーリ３４とは、ベルト３５を介して互いに同じ向きに回転するようになっている。この場合、入力軸２７に対して出力軸２３が連動する方向は、ベルト３５を介したときと、中間ギヤを介したときとで一致しているので、回転が無理なく伝達される。また、ベルト３５が順掛けなので、組み立て易い。
【００４１】
また、中間軸２８の軸方向からみたときに、当該中間軸２８の中心軸線は、入力プーリ３３と、出力プーリ３４と、テンションプーリ３７との中心軸線を結ぶ三角形状の内側に配置されている。これにより、テンショナ３６による張力が、ベルト３５、入力プーリ３３を介して入力ギヤ２９を、中間軸２８に向けて付勢する。同様に、張力が、出力ギヤ３２を、中間軸２８に向けて付勢する。その結果、入力ギヤ２９と第１の中間ギヤ３０との中心軸線同士の間隔は、例えば、軸受の内部隙間分で短くなり、両ギヤ２９，３０の歯面間の隙間量（バックラッシュ量）を小さくできる。同様に、出力ギヤ３２と第２の中間ギヤ３１との歯面間の隙間量を小さくすることができる。
【００４２】
また、電動パワーステアリング装置１は、操舵補助用の電動モータ１８の出力回転を、本実施形態の減速機１９を用いて減速している。これにより、例えば、悪路を直進走行するときに異音の発生を抑制できる。また、操舵補助時には、対をなす歯面同士が互いに当接するので、異音が生じる虞はない。また、操舵方向を切り換えるときには、電動モータ１８の回転方向の切り換えに伴う歯面間の衝突が緩和されるので、歯打ち音による異音の発生を防止することができる。また、操舵方向を切り換えるときには、上述のように、対をなす歯面が互いに当接していない状態であっても、トルクがプーリ３３，３４およびベルト３５を介して伝達されるので、操舵補助力の応答性が向上する。例えば、両方向の操舵補助力を速やかに切り換えて、スムーズに立ち上げることができ、ひいては操舵感を向上することができる。従って、低騒音で快適な操舵補助を実現することができる。
【００４３】
また、本実施形態の減速機１９では、異音の抑制にテンショナ３６を利用するので、互いに対向する一対の歯面間の隙間量を小さな値に厳密に管理する従来の方法を採用せずに済む。従って、歯面間の隙間量を十分に確保することができるので、従来の方法では低温や高温状態で歯面間の隙間がなくなったり、隙間が過大になることがあったが、このようなことは本実施形態では生じない。操舵補助動作と異音の抑制効果を、広い温度範囲で確実に得ることができる。また、歯面間の隙間量の管理を厳しくせずに済むので、製造コストを低減できる。歯面間の遊びが許容されるので、動力伝達時にスムーズに噛み合うことができる結果、動力伝達効率を高くでき、また、噛み合い音の発生を抑制できる。
【００４４】
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
例えば、図３は、本発明の第２の実施形態の減速機１９を有する電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図４は、図３の減速機１９の正面図である。本実施形態の減速機１９は、１段減速の歯車減速機である。入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、直接噛み合っており、互いに逆向きに回転するようになっている。ベルト３５は、入力プーリ３３および出力プーリ３４に、たすき掛け状に巻き掛けられている。入力プーリ３３および出力プーリ３４は、互いに逆向きに回転するようになっている。
【００４５】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、ベルト３５にテンショナ３６により張力を付与することにより、入力ギヤ２９および出力ギヤ３２の互いに対向し対をなす歯面同士を当接させることができ、ひいては歯打ち音の発生を抑制できる。また、ベルト３５を介したときの入力ギヤ２９に対して出力ギヤ３２が連動する方向と、直接に噛み合うときの入力ギヤ２９に対して出力ギヤ３２が連動する方向とは、一致している。これにより、入力軸２７から出力軸２３へ無理なく回転を伝達することができる。また、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２とが直接に噛み合うので、構造を簡素化できて、小型化できる。
【００４６】
図５は、テンショナ３６の変形例の正面図である。図５を参照して、テンショナ３６は、テンションプーリ３７と、支持部材３８と、張力に抗する方向に支持部材３８を弾力的に付勢する付勢部材４０とを有している。付勢部材４０は、弾性体としてのばね部材からなり、支持部材３８と、減速機ハウジング２１Ｂとの間に介在して、ベルト３５に張力を付与するように、支持部材３８を付勢する。この場合、入力軸２７および出力軸２３の軸間距離に応じて、また、ベルト３５の長さに応じて、張力を一定になるように自律的に調節することができる。
【００４７】
また、第１の実施形態の中間ギヤは、入力ギヤ２９および出力ギヤ３２にともに噛み合うアイドラであってもよい。
また、電動パワーステアリング装置としては、上述のコラムタイプの電動パワーステアリング装置１の他、ピニオンタイプやラックタイプの電動パワーステアリング装置であってもよい。ここで、コラムタイプでは、減速機１９の出力ギヤ２３がステアリングコラム７に支持されたステアリングシャフト４と一体化される。また、ピニオンタイプでは、出力ギヤが操舵機構のピニオン軸に一体回転する。ラックタイプでは、出力ギヤがラックバーを直線移動するように駆動するためのねじ機構の雌ねじ部材と一体回転する。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図２】図１の減速機の正面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図４】図４の減速機の正面図である。
【図５】テンショナの変形例の正面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…電動パワーステアリング装置、１８…電動モータ、１９…減速機、２３…出力軸、２６…平行軸伝達機構、２７…入力軸、２９…入力ギヤ、３０…第１の中間ギヤ（中間ギヤ）、３１…第２の中間ギヤ（中間ギヤ）、３２…出力ギヤ、３３…入力プーリ、３４…出力プーリ、３５…ベルト、３６…テンショナ、ＣＷ１，ＣＷ３，ＣＣＷ１，ＣＣＷ３…回転方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減速機、およびこれを備える電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、操舵補助用の電動モータと、この電動モータの出力回転を減速する減速機とを有している（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、互いにかみあう一対の歯車を有した減速機が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１３０４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、歯車で動力伝達する減速機では、一対の歯車の互いに噛み合う歯面間に遊びがあるので、操舵補助力が作用していない状態で、路面から車輪への突き上げ力（逆入力）が作用すると、互いに噛み合う歯車の歯面同士が衝突して、異音（歯打ち音）が生じる。また、特許文献１では、ウォームギヤが用いられるので、動力の伝達効率が低い。
そこで、本発明の目的は、異音の発生を抑制できて動力伝達効率が高い減速機および電動パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の減速機（１９）は、電動モータ（１８）の出力回転を減速するための平行軸伝達機構（２６）を備え、この平行軸伝達機構は、入力ギヤ（２９）および入力プーリ（３３）が同行回転する入力軸（２７）と、出力ギヤ（３２）および出力プーリ（３４）が同行回転する出力軸（２３）と、を含み、入力ギヤおよび出力ギヤは、直接または中間ギヤ（３０，３１）を介して間接的に噛み合い、入力プーリおよび出力プーリは、テンショナ（３６）によって張力が付与されたベルト（３５）を介して連結されていることを特徴とする。
【０００５】
本発明によれば、例えば、電動モータが停止していて平行軸伝達機構が動力伝達していないときに、テンショナによってベルトが引っ張られることにより、各ギヤの歯面が互いに当接するまで、入力プーリおよび出力プーリの少なくとも一方が微小回転する。従って、電動モータの停止中に出力軸からの逆入力を受けたときに、一対の歯面の衝突に伴う異音（歯打ち音）の発生を防止することができる。また、電動モータの回転方向が切り換えられるときに、各ギヤの回転方向が切り換わるに際して、対応するギヤは、互いの歯の歯面同士が接し合わない遊び領域を通過することになる。しかし、対応するギヤは、プーリおよびベルトを介して互いに連結されている。従って、対応するギヤが上記遊び領域を通過するときに、両ギヤ間の相対速度が低減される。その結果、電動モータの回転方向が切り換わるときに、歯面間の衝突が緩和されるので、歯打ち音による異音の発生を防止することができる。また、電動モータの回転方向が切り換えられるときには、対応するギヤが上記遊び領域を通過するときであっても、トルクがプーリおよびベルトを介して伝達されるので、トルク伝達がスムーズになされる。さらに、平行軸伝達機構のギヤとして、動力伝達効率の高い平歯車や斜歯歯車を採用することが可能となる。
【０００６】
また、本発明において、上記入力ギヤおよび出力ギヤは、中間ギヤを介して同じ回転方向（ＣＷ１，ＣＷ３，ＣＣＷ１，ＣＣＷ３）に回転するように連結されており、上記ベルトは、上記入力プーリおよび出力プーリに順掛けで巻き掛けられている場合がある。この場合、入力軸から出力軸へ無理なく回転を伝達することができる。また、ベルトが順掛けなので、組み立てやすい。
【０００７】
また、本発明において、上記入力ギヤおよび出力ギヤは、直接噛み合い、上記ベルトは、上記入力プーリおよび出力プーリに、たすき掛け状に巻き掛けられている場合がある。この場合、入力軸から出力軸へ無理なく回転を伝達することができる。また、入力ギヤと出力ギヤとが直接に噛み合うので、構造を簡素化できる。
また、本発明の電動パワーステアリング装置（１）は、操舵補助用の電動モータの出力回転を、上記本発明の減速機を用いて減速することを特徴とする。本発明によれば、例えば、悪路を直進走行するときに異音の発生を抑制できる。また、操舵方向を切り換えるときには、電動モータの回転方向の切り換えに伴う歯面間の衝突が緩和されるので、歯打ち音による異音の発生を防止することができる。また、操舵方向を切り換えるときには、上述のように、対応するギヤの歯面同士が互いに当接していないときであっても、トルクがプーリおよびベルトを介して伝達されるので、操舵補助力の応答性が向上し、ひいては操舵感が向上する。従って、低騒音で快適な操舵補助を実現することができる。
【０００８】
なお、上記括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を示すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、減速機を電動パワーステアリング装置に適用する場合に則して説明するが、減速機を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用することもできる。
図１は、本発明の第１の実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操向輪２を操舵するために操舵部材としてのステアリングホイール３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４からの操舵トルクにより操向輪２を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構５と、ステアリングシャフト４および操舵機構５の間に設けられてこの間において回転を伝達するための軸継手としての中間軸ユニット６とを有している。
【００１０】
ステアリングシャフト４は、ステアリングコラム７の内部を挿通して、ステアリングコラム７により回転自在に支持されている。ステアリングコラム７はブラケット８を介して車体９に支持されている。ステアリングシャフト４の一方の端部にステアリングホイール３が連結されていて、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト４の他方の端部に中間軸ユニット６が連結されている。中間軸ユニット６は、中間軸としての動力伝達軸１０と、中間軸ユニット６の両端部に設けられた自在継手１１，１２とを有している。
【００１１】
操舵機構５は、ピニオン軸１３と、自動車の左右方向（直進方向と直交する方向である。）に延びる転舵軸としてのラックバー１４と、ピニオン軸１３およびラックバー１４を支持するラックハウジング１５とを有している。ピニオン軸１３は、ピニオンを有し、このピニオンのピニオン歯１３ａと、ラックバー１４のラック歯１４ａとが互いに噛み合っている。ラックバー１４の各端部はそれぞれ、タイロッドおよびナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪２に連結されている。
【００１２】
ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト４等を介して操舵機構５に伝達される。これにより操向輪２が操舵される。
電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクを検出するトルクセンサ１６と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１７と、操舵補助用の電動モータ１８と、歯車伝達装置としての減速機１９とを有している。電動モータ１８および減速機１９は、ステアリングコラム７に設けられている。
【００１３】
ステアリングコラム７は、コラムチューブ２０と、センサハウジング２１Ａと、減速機ハウジング２１Ｂとを有している。コラムチューブ２０の端部と、センサハウジング２１Ａと、減速機ハウジング２１Ｂとは、互いに固定されている。センサハウジング２１Ａが、トルクセンサ１６を収容して支持している。減速機ハウジング２１Ｂは、電動モータ１８を支持し、減速機１９の後述する複数のギヤ２９〜３２を収容している。
【００１４】
ステアリングシャフト４は、軸方向下部として、入力軸２２と、出力軸２３と、トーションバー２４とを有し、軸方向上部としての連結軸２５を有している。入力軸２２および出力軸２３は、トーションバー２４を介して同一の軸線上で互いに連結されている。入力軸２２は、操舵トルク入力軸であり、連結軸２５を介してステアリングホイール３に連なっている。出力軸２３は、中間軸ユニット６に連なっている。入力軸２２に操舵トルクが入力されたときに、トーションバー２４が弾性ねじり変形し、これにより、入力軸２２および出力軸２３が相対回転する。
【００１５】
トルクセンサ１６は、トーションバー２４を介する入力軸２２および出力軸２３間の相対回転変位量に基づいてトルクを検出し、トルク検出結果をＥＣＵ１７へ出力する。
ＥＣＵ１７は、上述のトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、電動モータ１８を制御する。
ステアリングホイール３が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ１６により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ１８が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機１９を介して操舵機構５に伝達される。これとともに、ステアリングホイール３の動きも、操舵機構５に伝わる。その結果、車輪２が操舵されるとともに、操舵が補助される。
【００１６】
図２は、図１の減速機１９の正面図である。図１と図２を参照して、減速機１９は、平行軸伝達機構２６と、この平行軸伝達機構２６を収容する上述の減速機ハウジング２１Ｂとを備えている。減速機１９は、操舵補助用の電動モータ１８の出力回転を減速する。
平行軸伝達機構２６は、第１の軸であり且つ動力入力軸としての入力軸２７と、第２の軸としての中間軸２８と、第３の軸としての上述の出力軸２３と、これらの軸２７，２８，２３を支持する複数の軸受（図示せず）とを有している。平行軸伝達機構２６は、第１のギヤとしての入力ギヤ２９と、第２のギヤであり且つ中間ギヤとしての第１および第２の中間ギヤ３０，３１と、第３のギヤとしての出力ギヤ３２とを有している。また、平行軸伝達機構２６は、入力プーリ３３と、出力プーリ３４と、ベルト３５と、テンショナ３６とを有している。
【００１７】
テンショナ３６は、テンションプーリ３７と、テンションプーリ３７を回動自在に支持する支持部材３８と、テンションプーリ３７の中心軸線の位置を調節可能に支持部材３８を固定する固定部材３９とを有している。
支持部材３８は、長尺部材からなる。支持部材３８の長手方向に関する支持部材３８の一端は、減速機ハウジング２１Ｂに設けられた支軸３８ａの中心軸線の回りに回動自在に支持されている。長手方向に関する支持部材３８の他端が、テンションプーリ３７を支持している。支持部材３８を支軸３８ａの中心軸線の回りに回動させることにより、テンションプーリ３７の位置を調節することができる。調節された状態を維持するために、長手方向に関する支持部材３８の中間部には、長孔からなる挿通孔３８ｂが形成されている。この挿通孔３８ｂは、支持部材３８の長手方向に垂直に交差して円弧状に延びており、固定部材３９が挿通している。
【００１８】
固定部材３９は、ボルトからなる。このボルトの軸部の雄ねじが、支持部材３８の挿通孔３８ｂを通して、減速機ハウジング２１Ｂのねじ孔にねじ込まれている。固定部材３９による締結を緩めた状態で、支持部材３８およびテンションプーリ３７の位置を調節することができる。固定部材３９は、支持部材３８を減速機ハウジング２１Ｂに締め付けた状態で、支持部材３８の移動を規制している。
【００１９】
入力軸２７は、減速機ハウジング２１Ｂに軸受を介して回動自在に支持されている。中間軸２８および出力軸２３も、入力軸２７と同様に回動自在に支持されている。
入力軸２７には、入力ギヤ２９および入力プーリ３３が同行回転するように連結されている。具体的には、入力ギヤ２９と、入力プーリ３３と、入力軸２７とは、互いに別体で形成され、入力ギヤ２９および入力プーリ３３が、入力軸２７と一体回転するように、入力軸２７に固定されている。また、入力軸２７と、入力ギヤ２９と、入力プーリ３３との少なくとも２つが、一体に形成されていてもよい。入力軸２７は、軸継手（図示せず）を介して電動モータ１８の出力軸１８ａに、連動できるように連結されており、電動モータ１８により駆動される。
【００２０】
中間軸２８には、第１の中間ギヤ３０と、第２の中間ギヤ３１とが、当該中間軸２８を介して一体回転できるように互いに連結されている。具体的には、中間軸２８と、第１の中間ギヤ３０と、第２の中間ギヤ３１とは、互いに別体で形成され、第１の中間ギヤ３０は、中間軸２８に一体回転できるように互いに固定されているとともに、第２の中間ギヤ３１は、中間軸２８に一体回転できるように互いに固定されている。中間軸２８と第１の中間ギヤ３０と第２の中間ギヤ３１との少なくとも２つが、一体に形成されてもよい。
【００２１】
出力軸２３には、出力ギヤ３２および出力プーリ３４が同行回転するように連結されている。具体的には、出力軸２３と、出力ギヤ３２と、出力プーリ３４とは、互いに別体で形成され、出力ギヤ３２および出力プーリ３４が、出力軸２３と一体回転するように、出力軸２３に固定されている。また、出力軸２３と、出力ギヤ３２と、出力プーリ３４との少なくとも２つが、一体に形成されていてもよい。
【００２２】
入力ギヤ２９と、第１および第２の中間ギヤ３０，３１と、出力ギヤ３２とは、それぞれ金属、例えば鋼製の斜歯歯車からなる。入力ギヤ２９は、第１の中間ギヤ３０よりも小径である。第１の中間ギヤ３０は、第２の中間ギヤ３１よりも大径である。第２の中間ギヤ３１は、出力ギヤ３２よりも小径である。なお、互いに噛み合う少なくとも一対のギヤが平歯車である場合も考えられる。また、入力ギヤ２９と、第１の中間ギヤ３０と、第２の中間ギヤ３１と、出力ギヤ３２との少なくとも一部が、金属以外の材料、例えば合成樹脂材料により形成される場合も考えられる。
【００２３】
入力軸２７と、中間軸２８と、出力軸２３とは、互いに所定距離を隔てて、互いに平行に配置されている。駆動ギヤとしての入力ギヤ２９と、従動ギヤとしての第１の中間ギヤ３０とが、互いに噛み合っている。また、駆動ギヤとしての第２の中間ギヤ３１と、従動ギヤとしての出力ギヤ３２とが、互いに噛み合っている。このように、入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、第１および第２の中間ギヤ３０，３１を介して間接的に噛み合っている。入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、第１および第２の中間ギヤ３０，３１を介して連結されており、入力ギヤ２９および出力ギヤ３２が同じ回転方向に連動するようになっている。例えば入力ギヤ２９が時計回りＣＷ１に回転すると、出力ギヤ３２も時計回りＣＷ３に回転する。逆に、入力ギヤ２９が反時計回りＣＣＷ１に回転すると、出力ギヤ３２も反時計回りＣＣＷ３に回転する。
【００２４】
入力プーリ３３と、出力プーリ３４と、テンションプーリ３７とが、入力軸２７の軸方向に関して、互いに同じ位置に配置されており、ベルト３５を巻き掛けられている。
ベルト３５は、無端状の歯付きベルトである。これに伴い、入力プーリ３３、出力プーリ３４およびテンションプーリ３７は、歯付きプーリとされている。なお、ベルト３５としては、平ベルト、丸ベルト、Ｖベルト等の種々の歯無しベルトであってもよい。この場合、各プーリ３３，３４，３７は、歯無しベルトに対応する形状の歯無しプーリとされる。本実施形態では、ベルト３５が歯付きベルトである場合に則して説明する。
【００２５】
入力プーリ３３は、相対的に小径である。出力プーリ３４は、相対的に大径である。入力プーリ３３と出力プーリ３４との間の減速比の値は、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２との間の全体的な減速比と等しい値とされている。これにより、ベルト３５に無理がかからなくて済む。ここで、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２との間の全体的な減速比としては、本実施形態では、入力ギヤ２９および第１の中間ギヤ３０による減速比の値と、第２の中間ギヤ３１および出力ギヤ３２による減速比の値との積である。
【００２６】
なお、入力プーリ３３と出力プーリ３４との間の減速比は、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２との間の全体的な減速比と等しい値に近似した値、例えば上述の等しい値の９５〜１０５％の範囲内の値に設定されることも考えられる。この場合、後述するようにベルト３５の張力をテンショナ３６により自律的に調節するようにすることが、ベルト３５に無理を掛けないためには好ましい。本実施形態では、入力プーリ３３と出力プーリ３４との間の減速比は、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２との間の全体的な減速比の値と等しい場合に則して説明する。
【００２７】
入力プーリ３３と出力プーリ３４とテンションプーリ３７との回転中心軸線同士は、互いに平行に配置されている。ベルト３５は、入力プーリ３３および出力プーリ３４に順掛けで巻き掛けられている。これら両プーリ３３，３４はベルト３５を介して互いに連結され、同じ回転方向に連動するようになっている。例えば入力プーリ３３が時計回りＣＷ１に回転すると、出力プーリ３４も時計回りＣＷ３に回転する。逆に、入力プーリ３３が反時計回りＣＣＷ１に回転すると、出力プーリ３４も反時計回りＣＣＷ３に回転する。
【００２８】
テンションプーリ３７は、入力プーリ３３および出力プーリ３４とは異なる位置に配置されている。テンションプーリ３７は、入力プーリ３３の軸方向から見たときに、入力プーリ３３および出力プーリ３４の共通接線Ｘに角度Ｄ１で交差する方向に平行な方向Ｍ１に位置調節できるようにされている。角度Ｄ１は、例えば９０°が好ましく、４５〜１３５°の範囲内の値の角度とされている。これにより、入力プーリ３３および出力プーリ３４を均等に引っ張ること（矢印Ｔ参照）ができるように、ベルト３５に張力を付与することができる。テンションプーリ３７の中心軸線の位置を、共通接線Ｘから、遠ざけるほどに、張力が大きくなる。
【００２９】
ベルト３５に張力をテンショナ３６により付与することで、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２との間の動力伝達経路における互いに噛み合う対をなすギヤ２９，３０，３１，３２の互いに対向し対をなす歯面同士が、互いに当接するようになっている。
すなわち、組立時に、先ず、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２とが間接的に噛みあった状態とされ、且つベルト３５が、各プーリ３３，３４，３７に巻き掛けられて、ベルト３５と各プーリ３３，３４，３７との歯同士が、互いに噛み合った状態とされる。このとき、ベルト３５は緩められた状態、具体的には、張力が相対的に小さくされた状態か、張力がかかっていない状態か、多少弛みが生じた状態のいずれかである。
【００３０】
このような状態では、互いに対向し対をなす歯面間に隙間がある場合がある。この場合であっても、以下のように張力が相対的に大きくされた状態では、対をなす歯面同士が互いに当接するようになる。すなわち、テンショナ３６によりベルト３５に張力が付与されると、張力が相対的に大きくされた状態であって、ベルト３５が張られて弛みが生じていない状態になる。このとき、各ギヤ２９，３０，３１，３２の噛み合いと、ベルト３５と各プーリ３３，３４，３７との噛み合いは維持されている。
【００３１】
具体的には、テンションプーリ３７を方向Ｍ１に移動させると、ベルト３５を介して入力プーリ３３は、ひいては入力ギヤ２９は、時計回りＣＷ１の向きに回動しようとする。また、ベルト３５を介して出力プーリ３４は、ひいては出力ギヤ３２は、反時計回りＣＣＷ３の向きに回動しようとする。これに伴い、出力ギヤ３２の歯面と第２の中間ギヤ３１の歯面との間の隙間に見合う回転角度で、出力ギヤ３２が回動すると、出力ギヤ３２の歯面が第２の中間ギヤ３１の歯面に当接する。そして、第２の中間ギヤ３１が、ひいては第１の中間ギヤ３０が、時計回りＣＷ２に回動しようとする。第１の中間ギヤ３０の歯面と入力ギヤ２９の歯面との間の隙間に見合う回転角度で、第１の中間ギヤ３１が回動すると、第１の中間ギヤ３０の歯面と入力ギヤ２９の歯面とが互いに当接する。これに伴い、入力ギヤ２９は、第１の中間ギヤ３０から反時計回りＣＣＷ１向きに回動させる力を受けることになるが、上述のように既にベルト３５から時計回りＣＷ１の向きに回動させる力を受けており、これらの回動させる力は互いに釣り合うようになる。従って、対をなす歯面同士が当接して、この状態が維持される。なお、上述の説明では、入力ギヤ２９が回転しない場合について説明したが、これには限らず、例えば出力ギヤ３２が回転しない場合や、全ギヤ２９〜３２が回転する場合も考えられる。
【００３２】
動力伝達しない状態、例えば車両の直進状態であって操舵操作がなされていない状態では、上述のように、各ギヤ２９，３０，３１，３２において互いに対向し対をなす歯面同士が当接して、この状態が維持される。また、通例、入力軸２７に連結される電動モータ１８は、ＥＣＵ１７の制御下にあるので、電動モータ１８の出力軸１８ａは回動自在とされていない。従って、出力軸２３からの逆入力、例えば路面からの突き上げ力が、ベルト３５の張力と同じ向きＣＣＷ３に作用したときには、歯面同士は当接した状態にあるので、歯面同士の衝突は生じず、歯打ち音の発生は防止される。また、逆入力が、ベルト３５の張力と逆向きＣＷ３に作用したときには、ベルト３５の張力に抗して出力ギヤ３２を回動させることになるので、張力が逆入力を緩和し、歯面同士の衝突が、ひいては歯打ち音の発生が抑制される。ベルト３５が逆入力を緩和するダンパーとして機能する。
【００３３】
また、動力伝達するときには、入力軸２７から出力軸２３への動力伝達は、複数のギヤ２９，３０，３１，３２を介する第１の経路と、ベルト３５を介する第２の経路とを介してなされる。入力軸２７の回転が第１の経路をへて出力軸２３に伝達されたときの出力軸２３の回転方向と、入力軸２７の回転が第２の経路をへて出力軸２３に伝達されたときの出力軸２３の回転方向とは、同じである。また、同様に、第１および第２の経路に関して、入力軸２７と出力軸２３との間の回転速度の比（減速比）も等しいので、問題なく動力伝達がなされる。
【００３４】
また、入力軸２７が時計回りＣＷ１に回動して動力伝達するときには、各ギヤ２９，３０，３１，３２において互いに対向し対をなす歯面同士は当接した状態が維持されるので、歯打ち音は生じない。
また、入力軸２７が時計回りＣＷ１から反時計回りＣＣＷ１に回動して動力伝達するように、入力軸２７の回転方向が切り換わるときには、回転が切り換えられた動力は、先ず、ベルト３５のみを介して伝達された後、歯面同士が当接することにより伝達されるようになる。動力がベルト３５のみにより伝達されている間は、歯面同士が当接しない状態で、互いに対をなすギヤ２９，３０（またはギヤ３１，３２でもよい）同士が連れ回りするようになる。また、伝達トルクが徐々に大きくなるのに伴い、互いに対をなすギヤ２９，３０，３１，３２同士が連れ回りする間に、互いに対向する歯面同士の相対速度が徐々に小さくなり、やがて伝達トルクが所定値を超えて大きくなると、歯面同士が当接するようになり、歯車によるトルク伝達がなされる。従って、互いに対向する歯面同士の相対速度が小さくなり、歯面同士の衝突が緩和され、異音の発生が抑制される。
【００３５】
また、ベルト機構（具体的には、このベルト機構は、プーリ３３，３４およびベルト３５により構成される。）のみを用いた動力伝達は、歯車の回転方向が切り換えられた当初（回転方向が切り換えられた後の伝達トルクが所定値よりも小さいとき）のみでなされるので、トルクは、主に歯車により伝達される。従って、減速機１９の全体としての動力伝達効率を高く維持できる。例えば、全体の伝達トルクに対するベルト３５のみによる伝達トルクは、３〜８Ｎ・ｍの範囲内とされている。
【００３６】
このように本実施形態の減速機１９は、電動モータ１８の出力回転を減速するための平行軸伝達機構２６を備えている。この平行軸伝達機構２６は、入力ギヤ２９および入力プーリ３３が同行回転する入力軸２７と、出力ギヤ３２および出力プーリ３４が同行回転する出力軸２３とを含んでいる。入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、第１および第２の中間ギヤ３０，３１を介して間接的に噛み合っている。入力プーリ３３および出力プーリ３４は、テンショナ３６によって張力が付与されたベルト３５を介して連結されている。
【００３７】
本実施形態によれば、例えば、電動モータ１８が停止していて平行軸伝達機構２６が動力伝達していないときに、テンショナ３６によってベルト３５が引っ張られることにより、各ギヤ２９，３０，３１，３２の歯面が互いに当接するまで、入力プーリ３３および出力プーリ３４の少なくとも一方が微小回転する。従って、電動モータ１８の停止中に出力軸２３からの逆入力（例えば、路面からの突き上げ力）を受けたときに、一対の歯面の衝突に伴う異音（歯打ち音）の発生を防止することができる。
【００３８】
また、電動モータ１８の回転方向が切り換えられるときに、各ギヤ２９，３０，３１，３２の回転方向が切り換わるに際して、対応するギヤ（例えば、ギヤ２９，３０が互いに対応し、ギヤ３１，３２が互いに対応する。）は、互いの歯の歯面同士が接し合わない遊び領域を通過することになる。しかし、対応するギヤは、プーリ３３，３４およびベルト３５を介して互いに連結されている。従って、対応するギヤが上記遊び領域を通過するときに、両ギヤの互いに対向する歯面間の相対速度が低減される。その結果、電動モータ１８の回転方向が切り換わるときに、歯面間の衝突が緩和されるので、歯打ち音による異音の発生を防止することができる。
【００３９】
また、電動モータ１８の回転方向が切り換えられるときには、対応するギヤが上記遊び領域を通過するときであっても、トルクがプーリ３３，３４およびベルト３５を介して伝達されるので、トルクがスムーズに立ち上がって伝達される。さらに、平行軸伝達機構２６のギヤ２９，３０，３１，３２として、動力伝達効率の高い平歯車や斜歯歯車を採用することが可能となる。これらの平歯車や斜歯歯車は、ベルト３５に比べて、高強度の材料、例えば鋼等の金属により形成できるので、小型化も可能となる。
【００４０】
また、減速機１９の動力伝達は、主にギヤ２９，３０，３１，３２を介してなされるので、減速機１９を小型化できる。また、ベルト３５、各プーリ３３，３４およびテンショナ３６により構成されたベルト機構は、主に異音の発生を抑制するために設けられているので、小さな動力を伝達できる程度の簡素な構造で済み、小型化できる。
また、本実施形態では、入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、中間ギヤとしての第１および第２の中間ギヤ３０，３１を介して同じ回転方向に回転するように連結されている。ベルト３５は、入力プーリ３３および出力プーリ３４に順掛けで巻き掛けられたオープンベルト３５である。入力プーリ３３と出力プーリ３４とは、ベルト３５を介して互いに同じ向きに回転するようになっている。この場合、入力軸２７に対して出力軸２３が連動する方向は、ベルト３５を介したときと、中間ギヤを介したときとで一致しているので、回転が無理なく伝達される。また、ベルト３５が順掛けなので、組み立て易い。
【００４１】
また、中間軸２８の軸方向からみたときに、当該中間軸２８の中心軸線は、入力プーリ３３と、出力プーリ３４と、テンションプーリ３７との中心軸線を結ぶ三角形状の内側に配置されている。これにより、テンショナ３６による張力が、ベルト３５、入力プーリ３３を介して入力ギヤ２９を、中間軸２８に向けて付勢する。同様に、張力が、出力ギヤ３２を、中間軸２８に向けて付勢する。その結果、入力ギヤ２９と第１の中間ギヤ３０との中心軸線同士の間隔は、例えば、軸受の内部隙間分で短くなり、両ギヤ２９，３０の歯面間の隙間量（バックラッシュ量）を小さくできる。同様に、出力ギヤ３２と第２の中間ギヤ３１との歯面間の隙間量を小さくすることができる。
【００４２】
また、電動パワーステアリング装置１は、操舵補助用の電動モータ１８の出力回転を、本実施形態の減速機１９を用いて減速している。これにより、例えば、悪路を直進走行するときに異音の発生を抑制できる。また、操舵補助時には、対をなす歯面同士が互いに当接するので、異音が生じる虞はない。また、操舵方向を切り換えるときには、電動モータ１８の回転方向の切り換えに伴う歯面間の衝突が緩和されるので、歯打ち音による異音の発生を防止することができる。また、操舵方向を切り換えるときには、上述のように、対をなす歯面が互いに当接していない状態であっても、トルクがプーリ３３，３４およびベルト３５を介して伝達されるので、操舵補助力の応答性が向上する。例えば、両方向の操舵補助力を速やかに切り換えて、スムーズに立ち上げることができ、ひいては操舵感を向上することができる。従って、低騒音で快適な操舵補助を実現することができる。
【００４３】
また、本実施形態の減速機１９では、異音の抑制にテンショナ３６を利用するので、互いに対向する一対の歯面間の隙間量を小さな値に厳密に管理する従来の方法を採用せずに済む。従って、歯面間の隙間量を十分に確保することができるので、従来の方法では低温や高温状態で歯面間の隙間がなくなったり、隙間が過大になることがあったが、このようなことは本実施形態では生じない。操舵補助動作と異音の抑制効果を、広い温度範囲で確実に得ることができる。また、歯面間の隙間量の管理を厳しくせずに済むので、製造コストを低減できる。歯面間の遊びが許容されるので、動力伝達時にスムーズに噛み合うことができる結果、動力伝達効率を高くでき、また、噛み合い音の発生を抑制できる。
【００４４】
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
例えば、図３は、本発明の第２の実施形態の減速機１９を有する電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図４は、図３の減速機１９の正面図である。本実施形態の減速機１９は、１段減速の歯車減速機である。入力ギヤ２９および出力ギヤ３２は、直接噛み合っており、互いに逆向きに回転するようになっている。ベルト３５は、入力プーリ３３および出力プーリ３４に、たすき掛け状に巻き掛けられている。入力プーリ３３および出力プーリ３４は、互いに逆向きに回転するようになっている。
【００４５】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、ベルト３５にテンショナ３６により張力を付与することにより、入力ギヤ２９および出力ギヤ３２の互いに対向し対をなす歯面同士を当接させることができ、ひいては歯打ち音の発生を抑制できる。また、ベルト３５を介したときの入力ギヤ２９に対して出力ギヤ３２が連動する方向と、直接に噛み合うときの入力ギヤ２９に対して出力ギヤ３２が連動する方向とは、一致している。これにより、入力軸２７から出力軸２３へ無理なく回転を伝達することができる。また、入力ギヤ２９と出力ギヤ３２とが直接に噛み合うので、構造を簡素化できて、小型化できる。
【００４６】
図５は、テンショナ３６の変形例の正面図である。図５を参照して、テンショナ３６は、テンションプーリ３７と、支持部材３８と、張力に抗する方向に支持部材３８を弾力的に付勢する付勢部材４０とを有している。付勢部材４０は、弾性体としてのばね部材からなり、支持部材３８と、減速機ハウジング２１Ｂとの間に介在して、ベルト３５に張力を付与するように、支持部材３８を付勢する。この場合、入力軸２７および出力軸２３の軸間距離に応じて、また、ベルト３５の長さに応じて、張力を一定になるように自律的に調節することができる。
【００４７】
また、第１の実施形態の中間ギヤは、入力ギヤ２９および出力ギヤ３２にともに噛み合うアイドラであってもよい。
また、電動パワーステアリング装置としては、上述のコラムタイプの電動パワーステアリング装置１の他、ピニオンタイプやラックタイプの電動パワーステアリング装置であってもよい。ここで、コラムタイプでは、減速機１９の出力ギヤ２３がステアリングコラム７に支持されたステアリングシャフト４と一体化される。また、ピニオンタイプでは、出力ギヤが操舵機構のピニオン軸に一体回転する。ラックタイプでは、出力ギヤがラックバーを直線移動するように駆動するためのねじ機構の雌ねじ部材と一体回転する。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図２】図１の減速機の正面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図４】図４の減速機の正面図である。
【図５】テンショナの変形例の正面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…電動パワーステアリング装置、１８…電動モータ、１９…減速機、２３…出力軸、２６…平行軸伝達機構、２７…入力軸、２９…入力ギヤ、３０…第１の中間ギヤ（中間ギヤ）、３１…第２の中間ギヤ（中間ギヤ）、３２…出力ギヤ、３３…入力プーリ、３４…出力プーリ、３５…ベルト、３６…テンショナ、ＣＷ１，ＣＷ３，ＣＣＷ１，ＣＣＷ３…回転方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの出力回転を減速するための平行軸伝達機構を備え、
この平行軸伝達機構は、入力ギヤおよび入力プーリが同行回転する入力軸と、出力ギヤおよび出力プーリが同行回転する出力軸と、を含み、
入力ギヤおよび出力ギヤは、直接または中間ギヤを介して間接的に噛み合い、
入力プーリおよび出力プーリは、テンショナによって張力が付与されたベルトを介して連結されていることを特徴とする減速機。
【請求項２】
請求項１において、上記入力ギヤおよび出力ギヤは、中間ギヤを介して同じ回転方向に回転するように連結されており、上記ベルトは、上記入力プーリおよび出力プーリに順掛けで巻き掛けられていることを特徴とする減速機。
【請求項３】
請求項１において、上記入力ギヤおよび出力ギヤは、直接噛み合い、上記ベルトは、上記入力プーリおよび出力プーリに、たすき掛け状に巻き掛けられていることを特徴とする減速機。
【請求項４】
操舵補助用の電動モータの出力回転を、請求項１から３の何れか１項の減速機を用いて減速することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
電動モータの出力回転を減速するための平行軸伝達機構を備え、
この平行軸伝達機構は、入力ギヤおよび入力プーリが同行回転する入力軸と、出力ギヤおよび出力プーリが同行回転する出力軸と、を含み、
入力ギヤおよび出力ギヤは、直接または中間ギヤを介して間接的に噛み合い、
入力プーリおよび出力プーリは、テンショナによって張力が付与されたベルトを介して連結されていることを特徴とする減速機。
【請求項２】
請求項１において、上記入力ギヤおよび出力ギヤは、中間ギヤを介して同じ回転方向に回転するように連結されており、上記ベルトは、上記入力プーリおよび出力プーリに順掛けで巻き掛けられていることを特徴とする減速機。
【請求項３】
請求項１において、上記入力ギヤおよび出力ギヤは、直接噛み合い、上記ベルトは、上記入力プーリおよび出力プーリに、たすき掛け状に巻き掛けられていることを特徴とする減速機。
【請求項４】
操舵補助用の電動モータの出力回転を、請求項１から３の何れか１項の減速機を用いて減速することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−８１２１（Ｐ２００９−８１２１Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６７８５２（Ｐ２００７−１６７８５２）
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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