(57)【要約】【課題】特殊な形状をした歯型を用いることにより、潤滑性能を改善して摩耗耐久性を著しく向上すること。【解決手段】ウォームギヤ機構は、出力軸５に設けたウォームホイール３に、電動モータ４により駆動するウォーム２を噛合させ、ウォームホイール３の歯面とウォーム２の歯面とが、ウォーム２の摺接方向と交差し、且つ、互いに交差する方向の第一の接触線と第二の接触線とを有し媒介歯車歯面を円錐面とする特殊形状歯型としてある。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ機構は、前記出力軸に設けたウォームホイールに、前記電動モータにより駆動するウォームを噛合させ、
前記ウォームホイールの歯面と前記ウォームの歯面とが、前記ウォームの摺接方向と交差し、且つ、互いに交差する方向の第一の接触線と第二の接触線とを有し媒介歯車歯面を円錐面とする特殊形状歯型としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記ウォームは、少なくとも歯底形状が鼓型形状に形成してあることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
グリースのちょう度が３８５以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記ウォームホイールの幅は、前記鼓型ウォームの最小歯底円径よりも幅広に形成したことを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記ウォームホイールの歯筋方向中央部の頂隙より、両端側の頂隙を大きくしたことを特徴とする請求項３又は４に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記電動モータは、ブラシレスモータであることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の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、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。
【０００３】
そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。
【０００４】
ＥＰＳでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構（減速機）により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。
【０００５】
この動力伝達機構（減速機）として、ウォームギヤ機構を用いたＥＰＳでは、電動モータの駆動軸側のウォームに、ウォームホイールが噛合してあり、このウォームホイールは、操舵機構の出力軸（例えば、ピニオン軸、コラム軸）に嵌合してある。
【０００６】
ところで、例えば、円筒ウォームを用いたウォームギヤ減速機としては、特許文献１、及び特許文献２を挙げることができる。なお、円筒ウォームを用いたＥＰＳとしては、本願の図７（ｃ）に示すように、ウォームギヤ機構のギヤハウジングａ内に、円筒ウォームｂと、この円筒ウォームｂに噛合したウォームホイールｃとが収納してあり、ギヤハウジングａの側方には、円筒ウォームｂを駆動する電動モータｄが装着してある。ウォームホイールｃは、操舵機構の出力軸ｅ（例えば、ピニオン軸、コラム軸）に嵌合してある。これにより、ステアリングホイール（図示略）に印加された操舵トルクに応じて、電動モータｄから補助操舵トルクを発生して、円筒ウォームｂとホイールｃにより減速して、操舵機構の出力軸ｅに伝達するようになっている。
【０００７】
特許文献１は、ウォーム条数を３条とすることで、噛み合い歯数を増加させて、接触面圧を低下させて  耐久摩耗性を改善させたものである。また、当該特許文献１の図７には、３条ウォームの歯当たり状態、当該特許文献１の図８，９には、２条ウォームの歯当たり状態（ウォームとホイールとの接触面）が記載されている。さらに、当該特許文献１は、本願の図７（ａ）（ｂ）（又は図８（ａ）（ｂ））に示すように、どの接触面も歯筋方向に伸び、歯丈方向に僅かな幅を持った形状となっており、噛み合い初期には、ホイール歯先側と接触し、噛み合い終了期には、歯元側と接触していることを開示している。つまり、歯筋方向の接触線が歯先方向から順次歯元方向へ移動しながら、噛み合いが行われている。
【０００８】
特許文献２は、円筒ウォームとホイール歯面の接触線が長くなるホイール形状とすることで、接触面圧を低下させて耐久摩耗性を改善させたものである。また、当該特許文献２は、歯当たり面積を大きくするため、改良されたものであり、ウォームとホイールとの両歯面の歯筋方向に設けたクラウニングよって、歯筋方向の接触長さが短くなるのを防止する様に成されたものである。つまり、当該特許文献２は、上記特許文献１に対し、接触部が歯筋方向に伸ばした接触部が得られている。
【０００９】
また、特許文献１及び特許文献２のどちらも、接触面積を大きくすることで、樹脂製のホイールギヤの面圧を低下させ、耐久性を向上せしめたものである。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２７０４５０号公報
【特許文献２】
特開２００２−１７３０４１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のＥＰＳ用ウォーム減速機は、インポリュート歯型を採用している。インポリュート歯型のウォームとウォームホイールの噛み合いをウォームの中央平面（ホイール軸に垂直でウォーム軸を含む面）で観察すると、ウォーム軸断面に現れるラックとピニオン（ホイール）との噛み合いに等しい。ラックとピニオン（ウォームとホイール）の両歯面の接触点では、両歯面の法線は、共通であり、且つ、インボリュートの定義から、その法線は、両基礎円に接している。つまり、噛み合いは、平行軸歯車の場合と同様に、両基礎円の共通接線と歯面が交差した点にて接触し、歯先から歯元側へと移動することとなる。
【００１２】
平行軸歯車と異なるのは、ウォーム減速機の場合、ラック歯の進行は、ウォームの回転によって成されるので、ウォームとホイールとの噛み合いは、ウォーム前面の摺接により行われている。
【００１３】
ウォームの摺接と従来例の接触線とは、略同―方向であるので、接触線が歯筋方向に長いほどウォームの回転によって、潤滑材は接触範囲外へと排出されやすくなっている。
【００１４】
一方、ウォーム減速機は、すべり伝達であるので、一般にオイル潤滑されるのが常識であるので、潤滑材は常に補給されるが、電動パワーステアリングでは、取り扱い性や油漏れによる汚染の防止、密封部材（シール）の摺動抵抗の増加による操舵フィーリングの悪化防止などの理由により、潤滑材として、グリースが用いられている。
【００１５】
従って、接触面圧を低下させる従来の特許文献１及び２の手法では、短期的には、所望の効果を得ることが出来るが、長期にわたって使用した場合、潤滑材が噛み合い範囲外に搬出されてしまうので、潤滑不良により、摩耗が急激に進むという問題点があった。
【００１６】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、特殊な形状をした歯型を用いることにより、潤滑性能を改善して摩耗耐久性を著しく向上した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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ機構は、前記出力軸に設けたウォームホイールに、前記電動モータにより駆動するウォームを噛合させ、
前記ウォームホイールの歯面と前記ウォームの歯面とが、前記ウォームの摺接方向と交差し、且つ、互いに交差する方向の第一の接触線と第二の接触線とを有し媒介歯車歯面を円錐面とする特殊形状歯型としたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、前記ウォームは、少なくとも歯底形状が鼓型形状に形成してあることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、グリースのちょう度が３８５以下としたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、前記ウォームホイールの幅は、前記鼓型ウォームの最小歯底円径よりも幅広に形成したことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、前記ウォームホイールの歯筋方向中央部の頂隙より、両端側の頂隙を大きくしたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、前記電動モータは、ブラシレスモータであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
【００２５】
図２は、本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の接触線状態図である。
【００２６】
図３は、本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置のの頂隙およびウォーム谷径とホイール歯幅の関係図である。
【００２７】
本第１実施の形態では、ウォームギヤ機構のギヤハウジング１内に、鼓型ウォーム２と、この鼓型ウォーム２に噛合したウォームホイール３とが収納してあり、ギヤハウジング１の側方には、鼓型ウォーム２を駆動する電動モータ４が装着してある。ウォームホイール３は、操舵機構の出力軸５（例えば、ピニオン軸、コラム軸）に嵌合してある。これにより、ステアリングホイール（図示略）に印加された操舵トルクに応じて、電動モータ４から補助操舵トルクを発生して、鼓型ウォーム２とホイール３により減速して、操舵機構の出力軸５に伝達するようになっている。なお、符合５ａは、トーションバーを示している。
【００２８】
また、鼓型ウォーム２の場合、ピッチ円が干渉して、円筒ウォームのように組み付けられない。そのため、鼓型ウォーム２をホイール３に噛み合わせた状態において、両端側から、軸受６，７を組み付けている。即ち、鼓型ウォーム２の両端部を回転自在に支持する軸受６，７は、それぞれ、シムＳ（モータ取付孔１０側）やカバー９（軸端側）により調整可能に取付けてあり、軸受６，７の端面位置を、シムＳやカバー９の端面位置等で調整して、ミスアライメントの調整を行うことができる。なお、符合「８」は、スナップリングを示す。以下の全ての実施の形態において共通である。
【００２９】
本第１実施の形態では、図２に示すように、ウォーム２とホイール３の歯型をインポリュート歯型から、ホイール３の歯筋方向において、ホイール３の歯面とウォーム２の歯面とが、互いに交差する方向の第一の接触線と第二の接触線との２ケ所で接触し、ウォーム２の摺接方向と交差する接触線であり、媒介歯車歯面を円錐面とする特殊形状歯型としている。
【００３０】
この歯型形状のウォーム減速機としては、住友重機製（商標：ＨＩＤＥＣＯＮ）や新栄製作所（商標：ＨＩＣＲＡ）がある。これらは、一般産業用や重機械用途に使用され、オイル潤滑で用いられている。
【００３１】
この歯型における噛み合いは、噛み合い開始時には、ホイール３の歯筋方向の両端側かつ歯丈方向の歯先側に接触線が現れ、噛み合い終丁時には、ホイール３の歯筋方向の中央部、且つ、歯丈方向の歯元側へと移動する。
【００３２】
二つの接触線が交差する点が限界法線点であり、これらの点を繋げた線が限界法線点曲線となる。
【００３３】
この歯型においては、潤滑材であるグリースは、２つの接触線によって、歯筋方向中央付近の限界法線点曲線に向かって寄せられるように噛み合うことが出来るので、潤滑材を、ホイール３外に搬出させず、歯幅内に多く保持することが可能となる。
【００３４】
従って、使用過程中に潤滑材を補給しない電動パワーステアリング装置においては、長期の使用における潤滑不良による耐久性の劣化を防止することが可能となる。
【００３５】
ウォーム２の摺接方向と交差した歯丈方向に向いた接触線を設けるためには、ホイール３の回転位置に伴って、ウォーム２の回転軸に対するウォーム２の歯面の圧力角が連続的に変化する為、鼓型形状となる。
【００３６】
しかし、これにより、同時接触噛合い歯数を増やす事が出来、従来例と同様に面圧を下げる効果も同時に得ることが出来、潤滑に必要な油膜も薄くすることが出来るので、さらに効果を高めることが出来る。
【００３７】
また、流動性の悪いちょう度３８５以下のグリースにおいて、その効果が更に高くなる。
【００３８】
さらに、接触線の作用により、ホイール３の歯幅中央で歯元側に寄せられたグリースは、ウォーム２の歯先の回転による、ウォーム２の歯先とホイール３の歯底間での相対滑り運動によって、ホイール３の両端側へ運ばれ、ホイール３の回転により歯先側に戻されて、循環する。
【００３９】
しかし、図２に示すように、ウォーム２の歯先とホイール３の歯底との頂隙が一定であると、グリースの粘性によりウォーム２の回転運動でホイール３の歯面外に運ばれてしまう量も多くなる。
【００４０】
従って、図３に示すように、頂隙（δ１，δ２）をホイール３の端部に近づくに従い、大きくすることで、粘性抵抗によるグリースの移動力を両端に近づくほど小さく出来、グリースをホイール３の歯幅外に運び出される量を少なく出来、より効果的にグリースをホイール３の歯幅内に留め置くこと出来る。
【００４１】
また、ホイール３の歯幅内に保持されるグリース量を多くする（ホイール３外に運ばれる量を減らす）為に、ホイール３の歯幅はウォーム２の最小歯溝径より大であることが望ましい。
【００４２】
（第２実施の形態）
図４は、本発明の第２実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
【００４３】
上記第１実施の形態に対し、本第２実施の形態は、図４に示すように、ウォーム２０の歯先側を円筒形状にしたものである。
【００４４】
上記第１実施の形態においては、鼓型ウォーム２の両端が大径となり、ギヤハウジング１が大型となり、組み付け性も悪くなる。また、ホイール３の歯筋方向両端且つ歯先側なるほどグリースの循環が難しくなる。
【００４５】
しかし、本第２実施の形態では、図４に示すように、ウォーム２０を円筒形状にすることで、ホイール３の両端且つ歯先側の噛み合いを低減することが出来、耐久性を更に向上させることが出来る。
【００４６】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、ＥＰＳの種類として、図５に示すように、コラムアシスト式（モータの回転力を減速機で減速してコラム軸を動力付勢するもの）であってもよく、また、図６に示すように、ピニオンアシスト式（モータの回転力を減速機で減速してピニオン軸を動力付勢するもの）であってもよい。
【００４７】
即ち、図５（ａ）は、本発明に係るコラムアシスト式電動パワーステアリング装置の縦断面図であり、（ｂ）は、当該装置のウォームギヤ機構の要部を示す断面図である。
【００４８】
図５（ａ）に示すコラムアシスト式電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラムのアッパーコラム１０１の車両前方側に、ロアーコラム１０２が嵌合してあり、これらコラム１０１，１０２内に、スプライン嵌合したステアリングシャフトのアッパーシャフト１０３とロアーシャフト１０４（入力軸）とが回転自在に支持してある。
【００４９】
ロアーシャフト１０４（入力軸）の車両前方側には、出力軸５が連結してある。この出力軸５の車両前方側には、自在継手（図示略）等を介してステアリングギヤ（図示略）が連結してある。
【００５０】
ロアーシャフト１０４（入力軸）の車両前方側には、トーションバー５ａの基端が圧入固定してあり、このトーションバー５ａは、中空に形成した出力軸５の内部を延在して、その先端が出力軸５の端部に固定ピン１１２により固定してある。
【００５１】
出力軸５の車両後方側には、トルクセンサー検出用の溝１１３が形成してあり、これらの溝１１３の径方向外方には、トルクセンサーのスリーブ１１４が配置してある。このスリーブ１１４は、その車両後方側端部がロアーシャフト１０４（入力軸）の車両前方側端部に加締め等により固定してある。スリーブ１１４の径方向外方には、コイル１１５や基板等が設けてある。
【００５２】
出力軸５には、電動モータ４の駆動軸である鼓型ウォーム２に噛合したウォームホイール３が取付けてある。
【００５３】
従って、運転者がステアリングホイール（図示略）を操舵することにより発生した操舵力は、入力軸１０４，トーションバー５ａ，出力軸５及びラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達される。また、電動モータ４の回転力は、その鼓型ウォーム２及びウォームホイール３を介して出力軸５に伝達されるようになっており、電動モータ４の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸５に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。
【００５４】
また、図６（ａ）は、本発明に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の部分切欠き断面を含む正面図であり、（ｂ）は、当該パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。
【００５５】
ピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置では、ロアーシャフト２０１（入力軸）の車両前方側には、出力軸５（ピニオン軸）が連結してある。この出力軸５（ピニオン軸）には、ステアリングギヤのラック２０２が噛合してある。ラック２０２は、弾性体２０３等により出力軸（ピニオン軸）５に向けて弾性的に付勢して常時押圧してある。
【００５６】
出力軸５には、トーションバー５ａの基端が圧入固定してあり、このトーションバー５ａは、中空に形成した入力軸２０１の内部を延在して、その先端が入力軸２０１の端部に固定してある。
【００５７】
入力軸２０１の車両前方側には、トルクセンサー検出用の溝２０４が形成してあり、これらの溝２０４の径方向外方には、トルクセンサーのスリーブ２０５が配置してある。スリーブ２０５の径方向外方には、コイル２０６や基板等が設けてある。
【００５８】
出力軸５には、電動モータ４の駆動軸である鼓型ウォーム２に噛合したウォームホイール３が取付けてある。
【００５９】
従って、運転者がステアリングホイール（図示略）を操舵することにより発生した操舵力は、入力軸２０１、トーションバー５ａ、出力軸５、ラックアンドピニオン式ステアリング装置、及びタイロッド２０６等を介して、図示しない転舵輪に伝達される。また、電動モータ４の回転力は、そのウォーム２及びウォームホイール３を介して出力軸５に伝達されるようになっており、電動モータ４の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸５に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。
【００６０】
また、本発明では、電動モータ４の種類としては、直流ブラシモータであってもよく、ブラシレスモータがあってもよい。
【００６１】
ブラシレスモータにおいては、ブラシモータに比べて更に本発明の効果を高く保持することができる。
【００６２】
即ち、ブラシモータに比べてブラシによる抵抗が無い分、効率がよく、ブラシレスモータは、内部抵抗を下げられるので、高回転型モータとして効率を更に高めているが、減速機のウォーム２（２０）の回転数が早くなり、ウォームホイール３との摺動速度が大きくなる。このため、ブラシレスモータを電動モータとして使用した場合、グリース切れによる耐久性の低下は顕著となるので、本発明の効果は、更に高くなる。
【００６３】
また、上記第１及び第２実施の形態では、ウォーム２（２０）は、２条として記載しているが、３条、又は、１条であっても、その効果は何ら変わらない。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特殊な形状をした歯型を用いることにより、潤滑性能を改善して摩耗耐久性を著しく向上した電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の接触線状態図である。
【図３】本発明の第１実施の形態に係る電動パワーステアリング装置のの頂隙およびウォーム谷径とホイール歯幅の関係図である。
【図４】本発明の第２実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明に係るコラムアシスト式電動パワーステアリング装置の縦断面図であり、（ｂ）は、当該装置のウォームギヤ機構の要部を示す断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の部分切欠き断面を含む正面図であり、（ｂ）は、当該パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、（ｃ）に示す従来に係る電動パワーステアリング装置の接触線状態図であり、（ｃ）は、従来に係る電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は、それぞれ、図７（ｃ）に示した電動パワーステアリング装置の接触線状態図である。
【符号の説明】
１  ギヤハウジング
２  鼓型ウォーム
３  ウォームホイール
４  電動モータ
５  出力軸
５ａ  トーションバー
６  軸受
７  軸受（テーパーローラ軸受等）
８  スナップリング
Ｓ  シム
９  カバー
１０  モーター取付孔
２０  ウォーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005016617.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005016617.tif 000007
【図６】
2005016617.tif 000008
【図７】
2005016617.tif 000009
【図８】
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