(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯型が凹円弧状を有するウォームシャフトと、
歯型が前記凹円弧状に対応する凸円弧状を有し、この歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径が前記ウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径よりも大きいウォームホイールと
を備え、
前記歯型が凸円弧状のウォームホイールの歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径と前記歯型が凹円弧状のウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径との半径比を第１の半径比とし、この第１の半径比の変化に対する前記歯型が凸円弧状のウォームホイールに対する前記歯型が凹円弧状のウォームシャフトの軸方向位置ずれ誤差の最大許容量の変化の関係を第１の特性線とし、
歯型が直線状のウォームホイールの歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径と、歯型が直線状のウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径との半径比を第２の半径比とし、この第２の半径比の変化に対する前記歯型が直線状のウォームホイールに対する前記歯型が直線状のウォームシャフトの軸方向位置ずれ誤差の最大許容量の変化の関係を第２の特性線とし、
前記第１の特性線と前記第２の特性線は交点を有し、
前記第１の半径比を、前記交点よりも前記軸方向位置ずれ誤差の最大許容量が大きい領域に設けたこと
を特徴とするウォーム歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォーム歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されるウォームシャフトはニーマンウォームと呼ばれ、歯型が円弧形状である。このウォームシャフトに噛合うウォームホイールの歯幅を大きくとることができるためウォームホイールの強度を向上させることができる。
【特許文献１】実開平４−５６２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながらこのニーマンタイプのウォームは形状が複雑であり、歯車の噛合い性能を満足する製品を製造するためには非常に高い加工精度が必要になる、という問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、加工精度を上げずとも噛合い性能を満足させたニーマンタイプのウォーム歯車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、歯型が凹円弧状を有するウォームシャフトと、歯型が前記凹円弧状に対応する凸円弧状を有し、この歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径が前記ウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径よりも大きいウォームホイールとを備え、前記歯型が凸円弧状のウォームホイールの歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径と前記ウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径との半径比を第１の半径比とし、この第１の半径比の変化に対する前記ウォームホイールに対する前記ウォームシャフトの軸方向位置ずれ誤差の最大許容量の変化の関係を第１の特性線とし、歯型が直線状のウォームホイールの歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径と、歯型が直線状のウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径との半径比を第２の半径比とし、この第２の半径比の変化に対する前記ウォームホイールに対する前記ウォームシャフトの軸方向位置ずれ誤差の最大許容量の変化の関係を第２の特性線とし、前記第１の特性線と前記第２の特性線は交点を有し、前記第１の半径比を、前記交点よりも前記軸方向位置ずれ誤差の最大許容量が大きい領域に設けた。
【０００６】
よって、加工精度を上げずとも噛合い性能を満足させたニーマンタイプのウォーム歯車を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のウォーム歯車およびその製造方法を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
［本願ウォーム歯車を適用した電動パワーステアリング装置の全体構成］
実施例１につき図１ないし図２０に基づき説明する。図１は本願ウォーム歯車を適用した電動パワーステアリング装置の全体構成を示す斜視図である。電動パワーステアリング装置は、トルクセンサ９、モータハウジング６、ウォームハウジング７、モータ２０を有する。入力軸１の軸方向をｘ軸とし、ピニオン軸２と反対方向を正とする。
【０００９】
トルクセンサハウジング５内には入力軸１が設けられ、ウォームハウジング７内にはピニオン軸２が設けられている。モータハウジング６内には、ブラシレスタイプのモータ２０が収装され、入力軸１及びピニオン軸２に対し径方向から組み付けられている。なお、モータ２０はブラシレスタイプでなくともよい。
【００１０】
［軸方向断面図］
図２は、電動パワーステアリング装置の軸方向断面図である。入力軸１とピニオン軸２はトーションバー３により一体とされ、ピニオン軸２にはウォームホイール１００が組み付き、ｘ軸正方向からウォームハウジング７に格納されている。また、ウォームハウジング７にはモータハウジング６が組み付けられている。
【００１１】
ウォームシャフト２００はウォームホイール１００と噛合し、ウォームシャフト２００はモータ２０の出力軸と一体構成されている。入力軸１は、トルクセンサハウジング５に支持されるとともに、ピニオン軸２の端部によって相対回転可能に支持される。
【００１２】
トルクセンサハウジング５の内周にはトルクセンサ９が格納され、運転者の操舵によりトーションバー３が捩れ、入力軸１とピニオン軸２が相対回転すると、トルクセンサ信号を出力する構成となっている。
【００１３】
ピニオン軸２はウォームハウジング７に支持され、外周にはウォームホイール１００が設けられてモータ２０に接続されたウォームシャフト２００と噛合わされる。
【００１４】
図３は電動パワーステアリング装置の径方向断面図である。制御回路基板４はマイクロコンピュータを有し、各種車両信号、トルクセンサ９、モータ２０の制御回路を一体とした回路基板である。また、制御回路基板４におけるｘ軸負方向側であって、ウォームシャフト２００と軸方向に重なる位置には、磁気によりモータ２０の回転角を検出する回転角度センサ８が設けられている。この回転角度センサ８は、磁性体であるウォームシャフト２００の歯形状の位置を検出することでモータ２０の回転角を検出する。
【００１５】
［ウォームシャフトの詳細］
図４はウォームシャフト２００の径方向正面図、図５はウォームシャフト２００の歯部２１０におけるＣ−Ｃ断面図（歯部２１０に対する直角方向断面図）、図６は従来例のウォームシャフトの歯部２１０'に対する直角方向断面図である。
【００１６】
歯部２１０はいわゆるニーマンウォームであり、歯部２１０の直角方向断面における歯面形状は半径Ｒの凹円弧形状である。一方、従来例の歯部２１０'は直線形状である。したがって同一ピッチであれば、従来例よりも本願の歯部２１０のほうが歯元幅Ｓｆは大きく、歯先幅Ｓａは小さいこととなる。
【００１７】
また、ウォームシャフト２００は塑性加工により表面仕上げされる。噛合い時にウォームホイール１００側を傷つけないよう、表面を滑らかにするものである。
【００１８】
［ウォームホイールの詳細］
（正面図及び断面図）
図７はウォームホイール１００の正面図、図８はウォームホイール１００のＡ−Ｏ−Ｂ断面図、図９は歯部１０１のＤ−Ｄ断面図である。ウォームホイール１００は金属歯車である芯金１１０にナイロン系樹脂の被覆部１２０を施された歯車であり、被覆部１２０は芯金１１０の歯部全周にわたって被覆されている。芯金１１０は切削により形成してもよいし、焼結により形成してもよい。
【００１９】
このウォームホイール１００の歯部１０１、はニーマン形状であるウォームシャフト歯部２１０の凹円弧形状に対応する凸円弧形状の歯型を有する。これにより、ウォームホイール１００とウォームシャフト２００とでニーマンウォームを形成する。また、被覆部１２０はガラス繊維等の強化繊維を含まない樹脂材料で形成される。
【００２０】
噛合い時において弾性変形するとともに熱膨張してバックラッシュを減少させるとともに、強化繊維によりウォームシャフト２００表面を傷つけないよう設けられている。また、凸円弧形状とすることで歯部１０１の歯厚が大きくなるため、ウォームホイール１００の強度が増す（図１０参照）。そのため、被覆部１２０に強化繊維を混入させなくとも十分な強度を確保可能である。
【００２１】
また、芯金１１０は、歯部１０１の歯底よりも歯先方向に延設された歯芯部１１１を有する。歯部１０１の内部まで熱伝達性能に優れた金属材料で形成された芯金１１０を延設することにより、歯部周辺に発生する熱を効率よく放熱するものである。
【００２２】
［ウォームの噛合い］
図１１、図１２は噛合い時における軸方向拡大断面図である。図１１はウォームシャフト２００の軸方向、図１２はウォームホイール１００の軸方向における断面図である。
【００２３】
ニーマンウォームであるため、噛合い時におけるウォームホイール１００の歯部１０１とウォームシャフト２００の歯部２１０との接触面積は、従来例よりも広く、したがって同一トルク伝達時における面圧は従来例よりも低くなっている。そのためウォームホイール１００の被覆部１２０に強化繊維を混入させる必要がない。
【００２４】
ウォームホイール１００の歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径をＲとする。また、ウォームシャフト２００の歯部２１０の外径曲率半径をｒとする。ウォームホイール１００とウォームシャフト２００との噛合い領域Ｄの曲率半径は、ウォームシャフト２００の外径曲率半径ｒとなる。
【００２５】
ここで、本願のウォームホイール１００およびウォームシャフト２００では、Ｒ>ｒの関係にある。したがって、曲率半径の大きいウォームホイール１００には高度な加工精度を要求する必要がない。これにより、ウォームホイール１００を低い加工精度で形成したとしても噛合い性能を満足させるものである。
【００２６】
また、ウォームシャフト２００の歯部２１０は凹円弧形状であるため、歯部２１０の歯先２１１の厚みは小さい。したがって、噛合い時にウォームホイール１００に対しウォームシャフト２００がねじれたとしてもウォームシャフト歯先２１１とウォームホイール凹部１０２とのこじれが少なくなり、摺動抵抗が減少して伝達ロスが低減される。
【００２７】
［従来例と本願におけるウォームシャフト加工工程の対比］
図１３は従来例と本願におけるウォームシャフト２００'、２００の加工工程の対比を示す図である。
【００２８】
（切削工程）
従来例、本願ともに切削加工により歯溝２１２、２１２'を形成する。
【００２９】
（仕上げ工程）
本願では、切削工程の後、熱処理を行うことなく仕上げ工程を行う。本願ではローラバニッシング等を用いて表面仕上げを行う。一方、従来例では切削の後熱処理（浸炭焼入れ）を行って表面を硬化させた後、研削によって仕上げを行う。
【００３０】
本願ではウォームホイール１００とウォームシャフト２００との接触面における面圧が低いため、ウォームシャフト２００にかかる負荷が小さい。したがって熱処理を省略したとしても十分な強度が確保されるため、熱処理を省略する。従来例のように熱処理を施した場合必然的に研削仕上げを行う必要があるが、本願では熱処理を行わないため研削加工をも省略可能である。
【００３１】
［噛合い誤差における対比］
図１４はウォームギヤの斜視図である。ウォームホイールの径方向に対するウォームシャフトの軸の噛合角をθとし、ウォームホイールの径方向とウォームシャフトの軸方向が一致する位置をθ＝０°とする。また、ウォームホイールに対するウォームシャフトの軸方向位置をｙとし、ウォームホイールの歯とウォームシャフトの歯がずれなく噛合っている位置をｙ＝０とする。
【００３２】
（噛合い角誤差における対比）
図１５、図１６はそれぞれニーマン歯型、従来歯型における噛合角θと伝達トルク損失の関係を示す図である。ウォームホイールの半径の大、小の場合をそれぞれ示す。また、図１７はウォームホイール切削加工の範囲の曲率半径Ｒとウォームシャフトの外径半径ｒの比Ｒ／ｒと許容最大噛合角θｍａｘとの関係である。
【００３３】
本願ではウォームシャフト２００の歯部２１０は凹円弧形状であるため、歯部２１０の歯先２１１の厚みは小さく、ウォームシャフト歯先２１１とウォームホイール凹部１０２とのこじれが少ない。したがって本願では伝達トルク損失が小さい領域が従来例に比べ大きく、噛合い誤差が多少大きい場合であっても伝達トルク損失は小さい。
【００３４】
また図１７に示すように、従来例に比べ本願では噛合角θの許容範囲が大きい。これは、半径比Ｒ／ｒと許容最大噛合角θｍａｘとの関係では、ニーマン歯型と従来歯型の特性線が交差せず、ニーマン歯型の特性線は常に従来歯型の特性線よりも許容最大噛合角θｍａｘが大きい領域に存在するためである。
【００３５】
（噛合い位置誤差における対比）
図１８、図１９はそれぞれニーマン歯型、従来歯型における噛合い位置ｙと伝達トルク損失の関係を示す図である。ウォームホイールの半径の大、小の場合をそれぞれ示す。また、図２０はウォームホイール切削加工の範囲の曲率半径Ｒとウォームシャフトの外径半径ｒの比Ｒ／ｒと許容最大位置誤差ｙｍａｘとの関係である。
【００３６】
図１８、図１９に示すように、位置ずれ量ｙにおいては、ニーマン歯型は従来歯型に比べ必ずしも有利ではない。すなわち、切削加工範囲の曲率半径Ｒが大きければニーマン歯型のほうが伝達トルク損失小の領域は大きいが、Ｒが小さければ従来歯型のほうが有利である。これは、図２０に示すように、半径比Ｒ／ｒと許容最大位置誤差ｙｍａｘとの関係では、ニーマン歯型と従来歯型の特性線が交点αにおいて交差するためである。
【００３７】
したがって本願実施例では、半径比Ｒ／ｒを交点αにおける半径比Ｒ／ｒ（α）よりも大きく設ける。具体的には、本願の半径比Ｒ／ｒ＝５／３である。すなわち、Ｒ／ｒ＝５／３とすることで本願ウォームギヤ１００，２００の特性線を、常に従来例の特性線よりも許容最大位置誤差ｙｍａｘが大きい領域に存在させ、ニーマン歯型の有利な領域のみを使用することで位置ずれ誤差に対しても有利な特性を得るものである。
【００３８】
［本願実施例の効果］
本願実施例では、歯型が凹円弧状を有するウォームシャフトと、歯型が前記凹円弧状に対応する凸円弧状を有し、この歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径が前記ウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径よりも大きいウォームホイールとを備え、前記歯型が凸円弧状のウォームホイールの歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径と前記ウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径との半径比を第１の半径比とし、この第１の半径比の変化に対する前記ウォームホイールに対する前記ウォームシャフトの軸方向位置ずれ誤差の最大許容量の変化の関係を第１の特性線とし、歯型が直線状のウォームホイールの歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径と、歯型が直線状のウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径との半径比を第２の半径比とし、この第２の半径比の変化に対する前記ウォームホイールに対する前記ウォームシャフトの軸方向位置ずれ誤差の最大許容量の変化の関係を第２の特性線とし、前記第１の特性線と前記第２の特性線は交点を有し、前記第１の半径比を、前記交点よりも前記軸方向位置ずれ誤差の最大許容量が大きい領域に設けた。
【００３９】
これにより、ウォームホイール１００を低い加工精度で形成したとしても噛合い性能を満足させることができる。
【００４０】
（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００４１】
さらに、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００４２】
（イ）  請求項１に記載のウォーム歯車において、
前記ウォームシャフトは金属材料によって形成され、
前記ウォームホイールは樹脂材料によって形成されること
を特徴とするウォーム歯車。
【００４３】
温度の上昇により樹脂材料で形成されたウォームホイールが膨張し、ウォームシャフトとのバックラッシュを防止することができる。
【００４４】
（ロ）  請求項１に記載のウォーム歯車において、
前記ウォームホイールは金属材料によって形成された芯金と、
この芯金の外周側に設けられ、樹脂材料によって形成されて前記ウォームシャフトと噛合う歯型を有する歯部と
から構成され、
前記芯金は、前記歯部の歯底よりも歯先方向に延設された芯金を有すること
を特徴とするウォーム歯車。
【００４５】
歯の内部まで熱伝達性能に優れた金属材料で形成された芯金を延設することにより、歯部周辺に発生する熱を効率よく放熱することができる。
【００４６】
（ハ）請求項１に記載のウォーム歯車において、
前記ウォームホイールは、強化繊維を含まない樹脂材料によって形成されること
を特徴とするウォーム歯車。
【００４７】
強化繊維によってウォームシャフト表面を傷つけることがなく、またウォームホイールの歯型を凸円弧形状とすることにより、強化繊維を含まない樹脂材料であっても十分な強度を確保することができる。
【００４８】
（ニ）請求項１に記載のウォーム歯車において、
前記ウォームシャフトは、塑性加工により表面仕上げされること
を特徴とするウォーム歯車。
【００４９】
ウォームシャフト表面を滑らかにすることにより、ウォームホイール側を傷つけることがない。
【００５０】
（ホ）請求項１に記載のウォーム歯車において、
前記切削加工の範囲の曲率半径と前記ウォームホイールとウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径は、約５対３であること
を特徴とするウォーム歯車。
【００５１】
両者の比率を上記のように設定することにより、低い加工精度でも噛合い性能を満足させた歯車を提供できる。
【００５２】
（ヘ）転舵輪に連係された操舵機構に操舵アシスト力を付与する電動モータと、
前記電動モータを駆動制御する電動機制御手段と、
前記電動モータの出力軸に設けられ、歯型が凹円弧形状を有するウォームシャフトと、
前記操舵機構に設けられ、前記ウォームシャフトと噛合うことにより前記電動モータの操舵アシスト力を前記操舵機構に伝達し、歯型が前記凹円弧形状に対応する凸円弧形状を有し、この歯型を形成する切削加工の範囲の曲率半径が前記ウォームシャフトとの噛合い領域の曲率半径よりも大きいウォームホイールと
を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【００５３】
ウォームホイールの歯型を凸円弧形状とすることにより、強度を確保することができる。また、低い加工精度でもウォームシャフトとウォームホイールの噛合い性能を満足することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本願ウォーム歯車を適用した電動パワーステアリング装置の斜視図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の軸方向断面図である。
【図３】電動パワーステアリング装置の径方向断面図である。
【図４】ウォームシャフトの径方向正面図である。
【図５】ウォームシャフトの歯部におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】従来例のウォームシャフトの歯部における直角方向断面図である。
【図７】ウォームホイールの正面図である。
【図８】ウォームホイールのＡ−Ｏ−Ｂ断面図である。
【図９】歯部のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】従来例と本願ウォームホイールの降伏強度の対比図である。
【図１１】噛合い時におけるウォームシャフトの軸方向拡大断面図である。
【図１２】噛合い時におけるウォームホイールの軸方向拡大断面図である。
【図１３】従来例と本願におけるウォームシャフトの加工工程の対比図である。
【図１４】ウォームギヤの斜視図である。
【図１５】ニーマン歯型における噛合角と伝達トルク損失の関係である。
【図１６】従来歯型における噛合角と伝達トルク損失の関係である。
【図１７】ウォームホイール切削加工の範囲の曲率半径Ｒとウォームシャフトの外径半径ｒの比Ｒ／ｒと許容最大噛合角θｍａｘとの関係である。
【図１８】ニーマン歯型における噛合い位置ｙと伝達トルク損失の関係である。
【図１９】従来歯型における噛合い位置ｙと伝達トルク損失の関係である。
【図２０】ウォームホイール切削加工の範囲の曲率半径Ｒとウォームシャフトの外径半径ｒの比Ｒ／ｒと許容最大位置誤差ｙｍａｘとの関係である。
【符号の説明】
【００５５】
１    入力軸
２    ピニオン軸
３    トーションバー
４    制御回路基板
５    トルクセンサハウジング
６    モータハウジング
７    ウォームハウジング
８    回転角度センサ
９    トルクセンサ
２０    モータ
１００    ウォームホイール
１０１    歯部
１０２    凹部
１１０    芯金
１１１    歯芯部
１２０    被覆部
２００    ウォームシャフト
２１０    歯部
２１０    歯溝
２１２    歯先
【図１】
0004699201.tif 000002
【図２】
0004699201.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004699201.tif 000005
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004699201.tif 000016
【図１６】
0004699201.tif 000017
【図１７】
0004699201.tif 000018
【図１８】
0004699201.tif 000019
【図１９】
0004699201.tif 000020
【図２０】
0004699201.tif 000021