(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォームと、前記ウォームと噛み合う歯溝を有するウォームホイールと、を備え、
前記ウォームホイールの歯面は、使用時の最大負荷と同等または同等以上の負荷のときの前記ウォームホイールに対するウォームの位置ずれに起因して前記ウォームの歯面が可動する可動範囲の包絡線を含んで構成された第１形状部を含み、
使用時の最大負荷未満の負荷のときに、前記ウォームホイールの歯面の第１形状部は、その歯幅方向の一対の端部に、前記ウォームの歯面に対する非接触領域を形成し、
使用時の最大負荷と同等または同等以上の負荷のときに、前記ウォームホイールの歯面の第１形状部の全面と前記ウォームの歯面とが接触するウォーム減速機。
【請求項２】
請求項１において、前記ウォームの位置ずれは、前記ウォームホイールの中心軸線に平行な方向に前記ウォームがオフセットされる第１の位置ずれと、前記ウォームホイールの中心軸線と直交する平面内で前記ウォームの中心軸線と前記ウォームホイールの中心軸線との距離を増減する方向に前記ウォームがオフセットされる第２の位置ずれと、前記ウォームの中心軸線を含み且つ前記ウォームホイールの中心軸線に平行な平面内で前記ウォームの中心軸線が傾斜する第３の位置ずれと、前記ウォームの中心軸線を含み且つ前記ウォームホイールの中心軸線とは直交する平面内で前記ウォームの中心軸線が傾斜する第４の位置ずれ、とを含むウォーム減速機。
【請求項３】
請求項１または２において、前記ウォームホイールの歯面は、前記歯面のうち前記第１形状部を除く部分であって前記第１形状部の少なくとも溝底側に隣接し前記ウォームとの接触を回避した第２形状部を含むウォーム減速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウォーム減速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、パワーステアリングの歯車機構において、鋼鉄製のウォームとプラスチック製のウォームホイールが互いに噛み合うときに、歯の高さ方向に線接触部が生ずるように歯面の実効輪郭を作製する技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
一方、近年の電動パワーステアリング装置の高出力化に伴い、減速機構として用いられるウォーム減速機が大型化しており、車両へのレイアウトが非常に厳しくなってきている。特に、ウォームホイールのギヤ部として樹脂を用いた場合、強度を満足するためにウォームホイールが大型になる傾向にある。また、高強度に耐え得る樹脂は高価であり、製造コストが高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６１２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、金属ギヤを用いることが考えられる。通例、ウォームホイールに対するウォームの歯当たり領域は、ウォームホイールの歯面において、ウォームホイールの歯幅方向の中央位置に設定されている。
この場合、ウォーム減速機の負荷が大きくなると、ウォームホイールに対してウォームが種々の位置ずれを生じるため、ウォームホイールの歯面では、ウォームの歯がウォームホイールの歯溝に入り込む側の部分（歯溝の入口部）において、歯当たりが強くなる傾向にある。その結果、歯面間で、いわゆるくさび効果による潤滑作用が低下し、潤滑状態が悪くなる。潤滑状態が悪くなると、温度が上昇するため、益々、潤滑状態が悪化する。
【０００５】
また、ウォーム減速機を量産した場合、部品精度のばらつきの影響で、ウォームホイールの歯溝の入口部において強い歯当たりを生ずる個体もある。
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、負荷がかかった状態でも常に潤滑油のくさび効果を確保することができるウォーム減速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、ウォーム（３０）と、前記ウォームと噛み合う歯溝（５０）を有するウォームホイール（４０）と、を備え、前記ウォームホイールの歯面（４１，４２）は、使用時の最大負荷と同等または同等以上の負荷のときの前記ウォームホイールに対するウォームの位置ずれに起因して前記ウォームの歯面が可動する可動範囲の包絡線（Ｌ１）を含んで構成された第１形状部（６１，７１）を含み、使用時の最大負荷未満の負荷のときに、前記ウォームホイールの歯面の第１形状部は、その歯幅方向の一対の端部（６２１，６２２；７２１，７２２）に、前記ウォームの歯面に対する非接触領域（Ａ１，Ａ２；Ｂ１，Ｂ２）を形成し、使用時の最大負荷と同等または同等以上の負荷のときに、前記ウォームホイールの歯面の第１形状部の全面と前記ウォームの歯面とが接触するウォーム減速機（２０）を提供する。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
【０００８】
また、請求項２のように、前記ウォームの位置ずれは、前記ウォームホイールの中心軸線（Ｃ２）に平行な方向（Ｘ１）に前記ウォームがオフセットされる第１の位置ずれと、前記ウォームホイールの中心軸線と直交する平面（Ｐ２）内で前記ウォームの中心軸線（Ｃ１）と前記ウォームホイールの中心軸線との距離（Ｄ１）を増減する方向（Ｙ１）に前記ウォームがオフセットされる第２の位置ずれと、前記ウォームの中心軸線を含み且つ前記ウォームホイールの中心軸線に平行な平面（Ｐ１）内で前記ウォームの中心軸線が傾斜する第３の位置ずれと、前記ウォームの中心軸線を含み且つ前記ウォームホイールの中心軸線とは直交する平面内で前記ウォームの中心軸線が傾斜する第４の位置ずれ、とを含んでいてもよい。
また、請求項３のように、前記ウォームホイールの歯面は、前記歯面のうち前記第１形状部を除く部分であって前記第１形状部の少なくとも溝底側に隣接し前記ウォームとの接触を回避した第２形状部（６２，７２）を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、通常負荷（使用時の最大負荷未満の負荷）の範囲内での高負荷を受けてウォームが位置ずれしたときに、第１歯面形状部の例えば中央部を含む領域のみでウォームの歯面と接触する一方、第１歯面形状部の例えば歯幅方向の一対の端部とウォームの歯面との間には、隙間が形成される。この隙間（特にウォームの歯がウォームホイールの歯溝に侵入する入口側に設けられる隙間）を通して歯面間に潤滑油が侵入し易くなるので、常に潤滑油のくさび効果を確保して、歯面間の潤滑状態を常に良好に維持することができる。
【００１０】
また、通常負荷（使用時の最大負荷未満負荷）のときに、第１形状部の歯幅方向の一対の端部とウォームの歯面とが接触せず両者の間に隙間が設けられる。この隙間（特にウォームの歯がウォームホイールの歯溝に侵入する入口側に設けられる隙間）を通して歯面間に潤滑油が侵入し易くなるので、常に潤滑油のくさび効果を確保して、歯面間の潤滑状態を常に良好に維持することができる。
【００１１】
さらに、万一、例えば使用時の最大負荷と同等または同等以上の負荷の状態が瞬間的に生じたとしても、第１形状部の全面と前記ウォームの歯面とが接触することで、局部的な歯当たりを抑制して、耐久性を向上することができる。
請求項２の発明によれば、ウォームホイールに対するウォームの種々の位置ずれに起因してウォームの歯面が可動する可動範囲を考慮し、その可動範囲の包絡線を含んで、ウォームホイール歯面形状部を構成するので、実際の使用において、確実に歯面間の潤滑状態を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかるウォーム減速機を備える電動パワーステアリング装置の概略構成を示す一部断面図である。
【図２】ウォームギヤ機構の概略斜視図である。
【図３Ａ】ウォームホイールの要部の斜視図であり、例えば一方の歯面（ここでは左歯面と呼ぶ）を示している。
【図３Ｂ】ウォームホイールの要部の斜視図であり、例えば他方の歯面（ここでは右歯面と呼ぶ）を示している。
【図４】過負荷のときのウォームホイールに対するウォームの位置ずれに起因してウォームの歯面が可動する可動範囲の包絡線を示す概略斜視図である。
【図５】ウォーム減速機の概略図であり、ウォームホイールの中心軸線に平行な方向にウォームがオフセットされる第１の位置ずれを示している。
【図６】ウォーム減速機の概略図であり、ウォームホイールの中心軸線と直交する平面内でウォームの中心軸線とウォームホイールの中心軸線間との距離を増大する方向にウォームがオフセットされる第２位置ずれを示している。
【図７】ウォーム減速機の概略図であり、ウォームの中心軸線を含み且つウォームホイールの中心軸線に平行な面内でウォームの中心軸線が傾斜する第３の位置ずれを示している。
【図８】ウォームの中心軸線を含み且つウォームホイールの中心軸線とは直交する平面内でウォームの中心軸線が傾斜する第４の位置ずれを示す概略図である。
【図９Ａ】ウォームホイールの要部の斜視図であり、通常範囲内の高負荷のときにおいて、例えば左歯面の接触領域と非接触領域を示している。
【図９Ｂ】ウォームホイールの要部の斜視図であり、通常範囲内の高負荷のときにおいて、例えば右歯面の接触領域と非接触領域を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の一実施の形態のウォームホイールを含む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、ステアリングホイール等からなる操舵部材２と、操舵部材２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。操舵部材２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
【００１４】
本実施の形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト６にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明する。しかしながら、本発明を、操舵補助機構５が後述するピニオン軸にアシスト力を与える構造に適用することも可能である。
ステアリングシャフト６は、操舵部材２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
【００１５】
ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、操舵部材２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１２に入力される。また、車速センサ１３からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と転舵機構４とを連結している。
【００１６】
転舵機構４は、ピニオン軸１４と、転舵軸としてのラック軸１５とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１５の各端部には、タイロッド１６およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１４は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１４は、操舵部材２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１４の先端（図１では下端）には、ピニオン１７が設けられている。
【００１７】
ラック軸１５は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１５の軸方向の途中部には、前記ピニオン１７に噛み合うラック１８が形成されている。このピニオン１７およびラック１８によって、ピニオン軸１４の回転がラック軸１５の軸方向移動に変換される。ラック軸１５を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。
【００１８】
操舵部材２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１４に伝達される。そして、ピニオン軸１４の回転は、ピニオン１７およびラック１８によって、ラック軸１５の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１９と、電動モータ１９の出力トルクを転舵機構４に伝達するための伝達機構としてのウォーム減速機２０とを含む。ウォーム減速機２０は、駆動ギヤとしてのウォーム３０と、このウォーム３０と噛み合う被動ギヤとしてのウォームホイール４０とを含む。ウォーム減速機２０は、ギヤハウジング２１内に収容されている。ギヤハウジング２１内において、ウォーム３０とウォームホイール４０との少なくとも噛み合い領域には、潤滑油成分を含むグリース等の潤滑剤（図示せず）が充填されており、ウォーム３０およびウォームホイール４０の歯面間には、潤滑剤が介在している。
【００１９】
ウォーム３０は、図示しない継手を介して電動モータ１９の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム３０は、電動モータ１９によって回転駆動される。また、ウォームホイール４０は、ステアリングシャフト６とは一体回転可能に連結されている。
電動モータ１９がウォーム３０を回転駆動すると、ウォーム３０によってウォームホイール４０が回転駆動され、ウォームホイール４０およびステアリングシャフト６が一体回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１４に伝達される。ピニオン軸１４の回転は、ラック軸１５の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１９によってウォーム３０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。
【００２０】
電動モータ１９は、三相ブラシレスモータからなり、制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ１３からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１９を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１９の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。
【００２１】
図２に示すように、ウォーム減速機２０のウォーム３０は、軸方向に対向する一対の歯面３１，３２を有しており、各歯面３１，３２は渦巻き状に連続している。
ウォームホイール４０の外周には、複数の歯溝５０が周方向に等間隔で形成されている。ウォームホイール４０は、各歯溝５０において相対向し、ウォーム３０の一対の歯面３１，３２に、それぞれ、噛み合う一対の歯面４１，４２を有している。
【００２２】
図３Ａに示すように、ウォームホイール４０の歯面４１（例えば左歯面）は、第１形状部６１と、歯面４１の残りの部分（第１形状部６１を除く部分）である第２形状部６２とを備えている。第１形状部６１は、使用時の最大負荷と同等または同等以上の負荷のときのウォームホイール４０に対するウォーム３０の位置ずれに起因してウォーム３０の歯面３１が可動する可動範囲の包絡線Ｌ１（図４を参照）を含んで構成されている。使用時の最大負荷を超える負荷（過負荷）は、実際の使用時には生じ得ない負荷である。第２形状部６２は、第１形状部６１の少なくとも溝底５１側に隣接しウォーム３０の歯面３１との接触を回避している。
【００２３】
図３Ｂに示すように、ウォームホイール４０の歯面４２（例えば右歯面）は、第１形状部７１と、歯面４２の残りの部分（第１形状部７１を除く部分）である第２形状部７２とを備えている。第１形状部７１は、使用時の最大負荷と同等または同等以上の負荷のときのウォームホイール４０に対するウォーム３０の位置ずれに起因してウォーム３０の歯面３２が可動する可動範囲の包絡線Ｌ１（図４を参照）を含んで構成されている。使用時の最大負荷を超える負荷（過負荷）は、実際の使用時には生じ得ない負荷である。第２形状部７２は、第１形状部７１の少なくとも溝底５１側に隣接しウォーム３０の歯面３２との接触を回避している。
【００２４】
ウォーム３０が右巻きの螺旋として構成されている場合には、ウォームホイール４０の例えば右歯面である歯面４２の噛み合い負荷が例えば左歯面である歯面４１の噛み合い負荷よりも大きいので、例えば右歯面である歯面４２の第１形状部７１の面積が、左歯面である歯面４１の第１形状部６１の面積よりも広くなっている。
歯面４１の第２形状部６２や歯面４２の第２形状部７２は、ウォーム３０と接触しないように形成されていればよく、特に形状を限定されないので、例えば鍛造により歯溝５０を形成する場合に適している。
【００２５】
前述した使用時の最大負荷と同等または同等以上の負荷のときのウォーム３０の位置ずれには、図５に示す第１の位置ずれ、図６に示す第２の位置ずれ、図７に示す第３の位置ずれ、および図８に示す第４の位置ずれが含まれている。
図５に示す第１の位置ずれは、ウォーム３０がウォームホイール４０の中心軸線Ｃ２に平行な方向Ｘ１にオフセットされる位置ずれである。より具体的には、第１の位置ずれは、ウォーム３０の中心軸線Ｃ１を含み且つウォームホイール４０の中心軸線Ｃ２に平行な平面Ｐ１（図５において紙面に相当）内において、ウォーム３０の中心軸線Ｃ１がウォームホイール４０の中心軸線Ｃ２に平行な方向Ｘ１にオフセットされる位置ずれである。
【００２６】
図６に示す第２の位置ずれは、ウォームホイール４０の中心軸線Ｃ２と直交する平面Ｐ２内でウォーム３０とウォームホイール４０の中心間距離Ｄ１を増減する方向Ｙ１に前記ウォーム３０がオフセットされる位置ずれである。より具体的には、第２の位置ずれは、ウォーム３０の中心軸線Ｘ１を含み且つウォームホイール４０の中心軸線Ｃ２に直交する平面Ｐ２（図６において紙面に相当）内において、ウォーム３０の中心軸線Ｃ１とウォームホイール４０の中心軸線間Ｃ２との距離である中心間距離Ｄ１を増減する方向Ｙ１にウォーム３０の中心軸線Ｃ１がオフセットされる位置ずれである。
【００２７】
図７に示す第３の位置ずれは、ウォーム３０の中心軸線Ｃ１を含み且つウォームホイール４０の中心軸線Ｃ２に平行な面Ｐ１（図７において紙面に相当）内でウォーム３０の中心軸線Ｃ１が傾斜する位置ずれである。
図８に示す第４の位置ずれは、ウォーム３０の中心軸線Ｃ１を含み且つウォームホイール４０の中心軸線Ｃ２とは直交する平面Ｐ２（図８において紙面に相当）内でウォーム３０の中心軸線Ｃ１が傾斜する位置ずれである。
【００２８】
本実施形態によれば、ウォームホイール４０の歯面４１，４２が、使用時の最大負荷と同等または同等以上の負荷のときの前記ウォームホイール４０に対するウォーム３０の位置ずれに起因してウォーム３０の歯面３１，３２が可動する可動範囲の包絡線Ｌ１を含んで構成された第１形状部６１，７１を含んでいる。
したがって、通常負荷（使用時の最大負荷未満の負荷）の状態（実際の使用状態に相当）でウォームホーイル４０に対してウォーム３０が位置ずれしたときに、図９Ａに示すように、ウォームホイール４０の歯面４１（例えば左歯面）は、第１歯面形状部６１の例えば中央部を含む領域Ａ０のみでウォーム３０の歯面３１と接触する。通常負荷（使用時の最大負荷未満の負荷）の範囲内で負荷が大きくなるほど、領域Ａ０の面積が増大する。一方、第１歯面形状部６１の例えば歯幅方向Ｗ１の一対の端部６１１，６１２には、ウォーム３０の歯面３１に接触しない非接触領域Ａ１，Ａ２が形成される。
【００２９】
これにより、ウォームホイール４０の歯面４１の歯幅方向Ｗ１の一対の端部６１１，６１２の非接触領域Ａ１，Ａ２とウォーム３０の歯面３１との間に、隙間（図示せず）が形成される。この隙間（特にウォーム３０の歯がウォームホイール４０の歯溝５０に侵入する入口側に設けられる非接触領域とウォーム３０の歯面３１との間の隙間）を通して、歯面４１，３１間に潤滑油が侵入し易くなるので、常に潤滑油のくさび効果を確保して、歯面４１，３１間の潤滑状態を常に良好に維持することができる。
【００３０】
また、通常負荷（使用時の最大負荷未満の負荷）の状態（実際の使用状態に相当）でウォームホイール４０に対してウォーム３０が位置ずれしたときに、図９Ｂに示すように、ウォームホイール４０の歯面４２（例えば右歯面）は、第１歯面形状部７１の例えば中央部を含む領域Ｂ０のみでウォーム３０の歯面３２と接触する。通常負荷の範囲内で負荷が大きくなるほど、領域Ｂ０の面積が増大する。一方、第１歯面形状部７１の例えば歯幅方向Ｗ１の一対の端部７１１，７１２には、ウォーム３０の歯面３２に接触しない非接触領域Ｂ１，Ｂ２が形成される。
【００３１】
これにより、ウォームホイール４０の歯面４２の歯幅方向Ｗ１の一対の端部７１１，７１２の非接触領域Ｂ１，Ｂ２とウォーム３０の歯面３２との間に、隙間（図示せず）が形成される。この隙間（特にウォーム３０の歯がウォームホイール４０の歯溝５０に侵入する入口側に設けられる非接触領域とウォーム３０の歯面３２との間の隙間）を通して歯面４２，３２間に潤滑油が侵入し易くなるので、常に潤滑油のくさび効果を確保して、歯面４２，３２間の潤滑状態を常に良好に維持することができる。
【００３２】
さらに、万一、例えば使用時の最大負荷と同等または同等以上の負荷の状態が瞬間的に生じたとしても、各第１歯面形状部６１，７１の全面とウォーム３０の対応する歯面３１，３２とが接触することで、局部的な歯当たりを抑制して、耐久性を向上することができる。
また、ウォームホイール４０に対するウォーム３０の種々の位置ずれ（図５〜図８に示した第１〜第４の位置ずれ）に起因してウォーム３０の歯面３１，３２が可動する可動範囲を考慮し、その可動範囲の包絡線Ｌ１を含んで、ウォームホイール４０の第１歯面形状部６１，７２を構成するので、実際の使用において、確実にウォーム３０とウォームホイール４０の歯面３１，４１；３２，４２間の潤滑状態を向上することができる。
【００３３】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００３４】
１…電動パワーステアリング装置、５…操舵補助機構、１９…電動モータ、２０…ウォーム減速機、３０…ウォーム、３１，３２…歯面、４０…ウォームホイール、４１，４２…歯面、５０…歯溝、５１…溝底、６１…第１形状部、６２…第２形状部、７１…第１形状部、７２…第２形状部、Ａ０…中央部を含む領域、Ａ１，Ａ２…非接触領域、Ｂ０…中央部を含む領域…Ｂ０、Ｂ１，Ｂ２…非接触領域、Ｃ１…（ウォームの）中心軸線、Ｃ２…（ウォームホイールの）中心軸線、Ｄ１…中心間距離（ウォームの中心軸線とウォームホイールの中心軸線との距離）、Ｌ１…包絡線、Ｐ１…ウォームの中心軸線を含み且つウォームホイールの中心軸線に平行な平面、Ｐ２…ウォームの中心軸線を含み且つウォームホイールの中心軸線に直交する平面、Ｗ１…歯幅方向、Ｘ１…ウォームホイールの中心軸線に平行な方向、Ｙ１…中心間距離を増減する方向（ウォームの中心軸線と前記ウォームホイールの中心軸線との距離を増減する方向）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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