(57)【要約】【課題】寸法誤差等に起因して、ウォームとウォームホイールとの間に、ウォームホイールの軸方向に関する相対位置のずれが生じても、動力の伝達効率が低下することを防止し、かつウォームホイールの歯部の強度を十分に確保する。【解決手段】ウォームホイール１２の歯部５１の軸方向中央部のみを、軸方向５２と交差する方向に関する歯厚Ｗ１が一定である直線状のはすば部５４とし、はすば部５４の歯筋方向両側を通常のウォーム歯部５５とする。はすば部５４の軸方向長さＢを、歯部５１の軸方向５２に関する歯幅Ｃの３％〜１０％に設定する。長さＢを３％以上にすることで、軸方向５２に関してウォームとウォームホイール１２との相対位置のずれが通常生じ得る範囲で生じたとしても、バックラッシの変化を防止して、動力の伝達効率の低下を防止する。また、長さＢを１０％以下にすることで、歯に十分な強度を持たせる。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォームと、
上記ウォームと動力伝達可能に噛み合うウォームホイールとを備え、
上記ウォームホイールの歯部の軸方向中央部のみを直線状のはすば部とし、上記はすば部の歯筋方向両側を通常のウォーム歯部とし、
上記ウォームホイールの軸方向に関するはすば部の長さは、上記ウォームホイールの歯部の軸方向に関する歯幅の３％〜１０％に設定されることを特徴とするウォーム減速装置。
【請求項２】
請求項１において、ウォームホイールの軸方向位置を調整する調整手段をさらに備えることを特徴とするウォーム減速装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のウォーム減速装置を備える電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォームおよびウォームホイールを有するウォーム減速装置、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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）には、ウォームおよびウォームホイールを有するウォーム減速装置を備えているものがある。例えばコラム型ＥＰＳでは、モータの回転力をウォームに伝え、さらにウォームホイールに伝えることでモータの回転を減速して出力を増幅し、操舵軸に与えることでステアリング操作をトルクアシストする。
【０００３】
ウォーム減速装置を有するものとして、弾性体の弾性変形を利用して、ウォームホイールを軸方向および軸直角方向に移動できるようにした電動転舵ステアリングコラム（例えば、特許文献１参照）や、ウォームホイールの歯面の大部分に直線部分を設け、直線部分の両側にクラウニングを施した電動式パワーステアリング装置（例えば、特許文献２参照）、さらに、ウォームホイールの歯部の歯筋方向の一方の半部をヘリカル歯部としたウォームギヤ装置（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１０５１５号公報。
【特許文献２】
特開２０００−５３００６号公報。
【特許文献３】
特開２００１−２８０４２８号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、減速装置としてのウォームおよびウォームホイールの噛み合いには適度なバックラッシが必要である。通常、ウォームホイールの歯先面は歯頂側から平面視して鼓形形状をなし、ウォームホイールの軸方向中央部の歯厚が最も薄くなっている。ウォームとウォームホイールは、通常、この歯厚が最も薄くなっている部分にバックラッシを設けて噛み合わされる。
【０００６】
このため、ウォームホイールの軸方向に関してウォームとウォームホイールとの相対位置がずれると、ウォームホイールの歯厚がより厚い部分でウォームが噛み合うことになり、バックラッシが詰まって摩擦抵抗が増大し、動力の伝達効率が低下してしまう。
特許文献１の電動転舵ステアリングコラムは、ウォームホイールがウォームに対して上記軸方向に移動可能であるため、ウォームホイールがこの方向に移動した場合、動力の伝達効率が低下してしまう。
【０００７】
一方、特許文献２の電動式パワーステアリング装置は、ウォームホイールの歯面の大部分に直線部分を設けるため、ウォームホイールの軸方向に関してウォームとウォームホイールとの相対位置がある程度ずれてもバックラッシが詰まることはない。しかし、歯厚が比較的薄い直線部分をウォームホイールの歯面の大部分に設けているため、歯部の強度を十分に確保し難い。さらに、特許文献３のウォームギヤ装置においても、上記電動式パワーステアリング装置と同様に、比較的歯厚の薄いヘリカル歯を歯筋方向の一方の半部に亘って設けているため、歯部の強度を十分に確保し難い。
【０００８】
同様の課題はＥＰＳのウォーム減速装置に限らず、ウォームおよびウォームホイールを有する一般のウォーム減速装置においても存在する。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、動力の伝達効率が低下することを防止でき、かつ、ウォームホイールの歯部の強度を十分に確保することができる安価なウォーム減速装置およびこれを備える電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１の発明は、ウォームと、上記ウォームと動力伝達可能に噛み合うウォームホイールとを備え、上記ウォームホイールの歯部の軸方向中央部のみを直線状のはすば部とし、上記はすば部の歯筋方向両側を通常のウォーム歯部とし、上記ウォームホイールの軸方向に関するはすば部の長さは、上記ウォームホイールの歯部の軸方向に関する歯幅の３％〜１０％に設定されることを特徴とするウォーム減速装置を提供する。
【００１０】
本発明によれば、ウォームホイールの軸方向に関するはすば部の歯厚は一定である。このため、寸法公差のばらつき等に起因して、ウォームホイールの軸方向に関してウォームとウォームホイールとの相対位置が多少ずれてもバックラッシが減少することを防止でき、動力の伝達効率の低下を防止できる。より具体的には、はすば部の長さを３％以上にすることで、ウォームホイールの軸方向に関してウォームとウォームホイールとの相対位置のずれが通常生じ得る範囲で生じたとしても、バックラッシが変化することを防止できる。
【００１１】
また、はすば部の長さを１０％以下にすることで、ウォームホイールの歯面の大部分に直線部分を設けた場合や、歯筋方向の一方の半部に亘ってヘリカル歯部を設けた場合に比べて、歯厚が薄い部分を極めて少なくすることができ、歯に十分な強度を持たせることができる。
さらに、通常のウォームホイールの歯部の軸方向中央部にはすば部を設けるのみで、本発明をコスト安価に実施できる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、ウォームホイールの軸方向位置を調整する調整手段をさらに備えることを特徴とする。本発明によれば、第１の発明と同様の効果を奏することができる。さらに、ウォームホイールのはすば部を、ウォームの中心に対応する位置に確実に変位させることができるため、はすば部の領域をより狭くすることができ、はすば部を設けることによるウォームホイールの歯部の強度低下をより抑えることができる。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明に記載のウォーム減速装置を備える電動パワーステアリング装置を提供する。本発明によれば、エネルギロスが少なく省エネ上好ましい電動パワーステアリング装置をコスト安価に実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略断面図である。図１を参照して、本電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイール１を取り付けている入力軸としての第１の操舵軸２と、ラックアンドピニオン機構等の舵取機構（図示せず）に連結される出力軸としての第２の操舵軸３とがトーションバー４を介して同軸的に連結されている。
【００１５】
第１および第２の操舵軸２、３を支持するハウジング５は、例えばアルミニウム合金からなり、車体（図示せず）に取り付けられている。ハウジング５は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング６とギヤハウジング７により構成されている。具体的には、ギヤハウジング７は筒状をなし、その上端の環状縁部７ａがセンサハウジング６の下端外周の環状段部６ａに嵌め合わされている。ギヤハウジング７はウォーム減速装置８を収容し、センサハウジング６はトルクセンサ９および制御基板１０等を収容している。
【００１６】
上記ウォーム減速装置８は、図２に示すように、電動モータＭの回転軸３２に例えばスプライン継手３３等の継手機構を介して連結されるウォーム軸１１と、このウォーム軸１１と動力伝達可能に噛み合い、且つ図１に示すように、第２の操舵軸３の軸方向中間部に一体回転可能で且つ軸方向移動を規制されたウォームホイール１２とを備える。
ウォーム１１の中心４９が、ウォームホイール１２の軸方向５２（以下、単に「軸方向」という）の略中央に位置しており、後述するウォーム１１の歯部６０が、ウォームホイール１２の歯部５１と軸方向５２の略中央で噛み合うようになっている。
【００１７】
図１および図２を参照して、ウォームホイール１２は第２の操舵軸３に一体回転可能に結合される環状の芯金１２ａと、芯金１２ａの周囲を取り囲んで外周に歯部５１を形成する合成樹脂部材１２ｂとを備えている。芯金１２ａは、例えば合成樹脂部材１２ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
ギヤハウジング７内において、ウォーム軸１１およびウォームホイール１２の噛み合い領域Ａに潤滑剤が充填されている。すなわち、潤滑剤は噛み合い領域Ａのみに充填しても良いし、噛み合い領域Ａとウォーム軸１１の周縁全体に充填しても良いし、ギヤハウジング７内全体に充填しても良い。
【００１８】
図１を参照して、第２の操舵軸３は、ウォームホイール１２を軸方向の上下に挟んで配置される第１および第２の転がり軸受１３、１４により回転自在に支持されている。
第１の転がり軸受１３の外輪１５は、センサハウジング６の下端の筒状突起６ｂ内に設けられた軸受保持孔１６に嵌め入れられて保持されている。第１の転がり軸受１３の外輪１５の上端面は環状の段部１７に当接しており、センサハウジング６に対する軸方向上方への移動が規制されている。一方、第１の転がり軸受１３の内輪１８は第２の操舵軸３に締まりばめにより嵌め合わされている。内輪１８の下端面は、ウォームホイール１２の芯金１２ａの上端面に当接している。
【００１９】
また、第２の転がり軸受１４の外輪１９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔２０に嵌め入れられて保持されている。第２の転がり軸受１４の外輪１９の下端面は、環状の段部２１に当接し、ギヤハウジング７に対する軸方向下方への移動が規制されている。第２の転がり軸受１４の内輪２２は、第２の操舵軸３に一体回転可能で且つ軸方向相対移動を規制されて取り付けられている。内輪２２は第２の操舵軸３の段部２３と、第２の操舵軸３のねじ部に締めこまれるナット２４との間に挟持されている。
【００２０】
トーションバー４は第１および第２の操舵軸２，３を貫通している。トーションバー４の上端４ａは、連結ピン２５により第１の操舵軸２と一体回転可能に連結され、トーションバー４の下端４ｂは、連結ピン２６により第２の操舵軸３と一体回転可能に連結されている。第２の操舵軸３の下端は、図示しない中間軸を介してラックアンドピニオン機構等の舵取機構に連結されている。
上記の連結ピン２５は、第１の操舵軸２と同軸に配置される第３の操舵軸２７を、第１の操舵軸２と一体回転可能に連結している。第３の操舵軸２７はステアリングコラムを構成するチューブ２８内を貫通している。
【００２１】
第１の操舵軸２の上部は、例えば針状ころ軸受からなる第３の転がり軸受２９を介してセンサハウジング６に回転自在に支持されている。第１の操舵軸２の下部の縮径部３０と第２の操舵軸３の上部の孔３１とは、第１および第２の操舵軸２，３の相対回転を所定の範囲に規制するように、回転方向に所定の遊びを設けて嵌め合わされている。
次いで、図２を参照して、ウォーム軸１１はギヤハウジング７により保持される第４および第５の転がり軸受３４、３５によりそれぞれ回転自在に支持されている。第４および第５の転がり軸受３４、３５は例えば玉軸受からなる。
【００２２】
第４および第５の転がり軸受３４、３５の内輪３６、３７がウォーム軸１１の対応するくびれ部に嵌合されている。また、第４および第５の転がり軸受３４、３５の外輪３８、３９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔４０、４１にそれぞれ保持されている。
また、ウォーム軸１１の一端部１１ａを支持する第４の転がり軸受３４の外輪３８は、ギヤハウジング７の段部４２に当接し位置決めされている。一方、第４の転がり軸受３４の内輪３６は、ウォーム軸１１の位置決め段部４３に当接することにより、ウォーム軸１１の他端部１１ｂ側への移動が規制されている。
【００２３】
ウォーム軸１１の他端部１１ｂ（継手側端部）の近傍を支持する第５の転がり軸受３５の内輪３７はウォーム軸１１の位置決め段部４４に当接することにより、ウォーム軸１１の一端部１１ａ側への移動が規制されている。
また、第５の転がり軸受３５の外輪３９は予圧調整用のねじ部材４５により、第４の転がり軸受３４側へ付勢されている。ねじ部材４５は、ギヤハウジング７に形成されるねじ孔４６にねじ込まれることにより、一対の転がり軸受３４、３５に予圧を付与すると共にウォーム軸１１を、当該ウォーム軸１１の軸方向に位置決めしている。ロックナット４７は、予圧調整後のねじ部材４５を止定するためにねじ部材４５に係合される。
【００２４】
図３は、ウォームホイール１２の一部拡大正面図である。図３を参照して、ウォームホイール１２の歯部５１は、ウォームホイール１２の正面から見て、軸方向５２に対して所定の傾斜角θ（例えば２０度）だけ傾いた歯筋方向５３に沿って形成されており、はすば部５４と、通常のウォーム歯部５５とを含んでいる。
はすば部５４は、歯部５１のうち、軸方向中央部のみに直線状に形成されており、軸方向５２と交差する方向に関する歯厚Ｗ１は一定である。このはすば部５４の軸方向５２に関する長さＢ（例えば０．６〜１．２ｍｍ）は、歯部５１の軸方向５２に関する歯幅Ｃ（例えば１１〜１８ｍｍ）の例えば約３．３％〜１１％の範囲に設定される。ウォーム１１の中心４９は、軸方向５２に関して、長さＢの範囲内、すなわちはすば部５４が設けられている範囲内に位置するようになっている。
【００２５】
ウォーム歯部５５は、上記はすば部５４の歯筋方向５３両側に設けられている。各ウォーム歯部５５は、通常のウォーム歯部と同様に構成される。すなわち、各ウォーム歯部５５は、ウォームホイール１２の正面から見て鼓形形状をなし、軸方向５２に関してウォームホイール１２の側面５６側の端部の歯厚Ｗ２が最も厚く、ウォームホイール１２の軸方向中央部に近づくにつれて歯厚が連続的に減少する。
【００２６】
各ウォーム歯部５５の、はすば部５４側の端部の軸方向断面形状はそれぞれ、はすば部５４の対応する端部の軸方向断面形状と対応しており、はすば部５４の歯面５７と、この歯面５７の歯筋方向両側に位置する各ウォーム歯部５５の歯面５８とがそれぞれ連続している。
図４は、図２の噛み合い領域Ａの拡大部分断面図である。図４を参照して、噛み合い領域Ａにおいて、ウォーム１１の歯部６０は、前述したようにウォームホイール１２の歯部５１の軸方向中央部、すなわち、はすば部５４を含む部分に噛み合っている。また、噛み合い領域Ａにおいて、ウォーム１１の歯部６０とウォームホイール１２の歯部５１との間には、バックラッシＤが設けられており、ウォーム１１とウォームホイール１２との噛み合いにより生じる摩擦抵抗を低減するようになっている。
【００２７】
本実施の形態によれば、軸方向５２に関するはすば部５４の歯厚は一定である。このため、ウォーム１１、ウォームホイール１２およびその周辺部品の寸法公差のばらつき等に起因して、軸方向５２に関してウォーム１１とウォームホイール１２との相対位置が、図３に示す長さＢの範囲内で多少ずれてもバックラッシＤが減少することを防止でき、ウォーム減速装置８における動力の伝達効率の低下を防止できる。
【００２８】
また、ウォームホイール１２の歯面の大部分に直線部分を設けた場合や、歯筋方向５３一方の半部にわたってヘリカル歯部を設けた場合に比べて、歯厚が薄い部分を極めて少なくすることができ、歯５１に十分な強度を持たせることができる。
さらに、通常のウォームホイールの歯部の軸方向中央部にはすば部５４を設けるのみで、本発明をコスト安価に実施できる。
【００２９】
また、はすば部５４の長さＢを歯幅Ｃの３％以上にすることで、軸方向５２に関してウォーム１１とウォームホイール１２との相対位置のずれが通常生じ得る範囲で生じたとしても、バックラッシＤが変化することを防止でき、１０％以下にすることで、ウォームホイール１２の歯部５１に必要な強度を十分に確保できる。
さらに、ウォーム減速装置８を用いることで、電動モータＭの動力を第２の操舵軸３に与える際のエネルギロスが少なく、省エネ上好ましい電動パワーステアリング装置をコスト安価に実現できる。
【００３０】
図５は、本発明の他の実施の形態にかかる電動パワーステアリング装置の概略断面図である。図５に示す実施の形態において、図１〜図４に示す実施の形態と同様の構成には図に同一符号を付して、その説明を省略する。
図５を参照して、ウォーム減速装置８は、ウォーム１１およびウォームホイール１２に加え、ウォームホイール１２の軸方向位置を調整する調整手段としての薄板であるシム６１をさらに備えている。
【００３１】
シム６１は、ギヤハウジング７の環状の段部２１と、第２の軸受１４の外輪１９との間に介在している。軸方向５２に関するシム６１の厚さに応じて、ギヤハウジング７に対する第２の軸受１４、第２の操舵軸３およびウォームホイール１２等の軸方向位置が設定される。所要の厚みのシム６１を選択して用いることにより、軸方向５２に関するウォーム１１とウォームホイール１２との相対位置が所望に調整される。
【００３２】
第２の軸受１４の外輪１９は、シム６１を介して環状の段部２１により軸方向下方への移動を規制されている。また、第２の軸受１４の外輪１９の軸方向上端部は止め輪６２と当接している。止め輪６２は、ギヤハウジング７の収容溝６３に収容されている。第２の軸受１４の外輪１９は、シム６１および止め輪６２により挟持されている。
また、センサハウジング６の環状の段部１７と第１の軸受１３の外輪１５との間には、第１の軸受１３および第２の軸受１４に予圧を付与する予圧付与手段としての皿ばね６４が介在している。
【００３３】
皿ばね６４は軸受保持孔１６に嵌められており、軸方向上方側が環状の段部１７と当接し、下方側が第１の軸受１３の外輪１５と当接している。この皿ばね６４は、センサハウジング６および第１の軸受１３の外輪１５により挟持されており、外輪１５から与えられる軸方向上方への押圧力に抗して、この外輪１５を軸方向下方へ向けて付勢する。
これにより、付勢力が第１の軸受１３の外輪１５、内輪１８等を介してウォームホイール１２へ与えられ、さらに第２の操舵軸３を介して第２の軸受１４の内輪２２、外輪１９等に与えられる。
【００３４】
本実施の形態においても、図１〜図４に示す実施の形態と同様の効果を奏することができる。さらに、ウォームホイール１２のはすば部５４を軸方向５２に沿って、ウォーム１１の中心４９に対応する位置に確実に変位させることができる。このため、はすば部５４の領域（長さＢ）をより狭くすることができ、はすば部５４を設けることによるウォームホイール１２の歯部５１の強度低下をより抑えることができる。
【００３５】
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、歯部５１の歯幅Ｃに対するはすば部５４の長さＢの割合は、上記各実施の形態で示した範囲に限らず、ウォーム１１とウォームホイール１２との間で生じ得る軸方向５２の寸法誤差等に応じて、１％〜２０％に設定してもよい。
特に図５に示す実施の形態では、歯部５１の歯幅Ｃに対するはすば部５４の長さＢの割合の範囲をより狭めて４％〜６％に設定することもできる。
【００３６】
また、図５に示す実施の形態において、ウォームホイール１２の軸方向位置を調整する調整手段としてシム６１を用いる構成としたが、これに代えて、例えば鋳造成形されたハウジング５の表面を仕上げ加工するときに、シム厚さに相当する厚みを予め加味した仕上がり寸法に加工するようにし、シム６１を廃止してもよい。また、第１の軸受１３および第２の軸受１４に予圧を付与する予圧付与手段として皿ばね６４を用いる構成としたが、これに代えてねじ部材等を用いる構成でもよい。
【００３７】
さらに、本発明のウォーム減速装置を、電動パワーステアリング装置以外の装置の一般のウォーム減速装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】ウォームホイールの一部拡大正面図である。
【図４】図２の噛み合い領域の拡大部分断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかる電動パワーステアリング装置の概略断面図である。
【符号の説明】
８    ウォーム減速装置
１１  ウォーム
１２  ウォームホイール
５１  歯部
５２  軸方向
５３  歯筋方向
５４  はすば部
５５  ウォーム歯部（通常のウォーム歯部）
６１  シム（調整手段）
Ｂ    長さ
Ｃ    歯幅
【図１】
2004251394.tif 000003
【図２】
2004251394.tif 000004
【図３】
2004251394.tif 000005
【図４】
2004251394.tif 000006
【図５】
2004251394.tif 000007