(57)【要約】【課題】ウォームホイールの大型化を回避しながら、ウォームホイールの歯部に高い強度を付与するウォーム減速機を提供する。【解決手段】ウォーム減速機はトルクを伝達する伝達機構がウォームとウォームホイールとによって構成される。ウォームホイール４は金属製の芯金１７と合成樹脂製のリング１８とを備える。合成樹脂製リング１８には相手ウォームの歯とかみ合う複数の歯が刻設される。歯部に合わせて芯金１７に補強部１９を設けると共に、金属製円盤２０を取り付け、歯部を含む先端領域の強度を高める。【選択図】図３
2007303488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータと連結され、軸方向にら線状に刻設される歯を有するウォームと、合成樹脂製環状部材に刻設される複数の歯を有するウォームホイールとを備え、前記ウォームの歯と前記ウォームホイールの歯とがかみ合って前記電動モータから与えられる駆動力を前記ウォームホイールと結ぶ出力軸に伝達するようにしたウォーム減速機において、前記ウォームホイールの少なくとも一側に前記歯を含む先端領域に合わせて補強部材を設けたことを特徴とするウォーム減速機。
【請求項２】
前記補強部材が前記ウォームホイールの前記環状部材に設けられる金属製円盤で構成されることを特徴とする請求項１記載のウォーム減速機。
【請求項３】
前記円盤が前記環状部材の側面に融着または接着で取り付けられることを特徴とする請求項２記載のウォーム減速機。
【請求項４】
ステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサにより検知してこの検知し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、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のウォーム減速機により減速して操舵機構の出力軸に伝達することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウォームホイールの歯部に電動モータの高出力化に見合う十分な強度を付与するようにしたウォーム減速機および電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両操舵に用いられるステアリング装置では操舵補助力を操舵機構に与えて運転者の操舵負荷を軽減することが行われる。この目的に適する現在主流と目される手段はいわゆる電動パワーステアリング装置であり、操舵捕助力を発生するのに電動モータが利用されている。電動モータの速度は車両操舵に適した低速に落とす必要があり、コラムアシスト式電動パワーステアリング装置では電動モータに直結するウォーム減速機が使用される。
【０００３】
ところで、近年、電動モータはより大きい操舵トルクを必要とする比較的大型の車両に搭載するために高出力化が求められており、高出力化に見合うだけの強度の向上を図らなければ、現状の水準よりも確実に耐久性および信頼性が劣ることから、操舵機構を構成する幾つかの要素が要求する強度を満たすための改良を迫られている。
【０００４】
ウォーム減速機ではウォームホイールに耐久性および信頼性の低下を償う、もう一段の強度の向上を図る必要に迫られる箇所がある。すなわち、ウォームホイールは全ての歯が歯打ち音などの原因となる金属同士の接触を避けるために合成樹脂で製作されており、歯を含む先端領域の強度が他の金属材料で製作される箇所よりも不足し、ウォームホイールが強度上の余裕を失ってしまう。
【０００５】
ウォームホイールは、図６（ａ）に示すように、合金鋼などの金属材料から製作される芯金５１とナイロン６６などの合成樹脂を用いて製作されるリング５２とで構成され、リング５２の外周にはウォームの歯（図示せず）とかみ合う図６（ｂ）に示すような歯５３が刻設される。
【０００６】
通常、芯金５１とリング５２とは緊密に結合するために芯金５１の周りに射出成形でリング５２を成形する方法が用いられる。歯５３の創成はホブ盤などによって加工される。このような歯を含む先端領域を合成樹脂で製作されるウォームホイールについては特開２００４−１５０５１８公報（特許文献１）および特開２０００−３２９２１７公報（特許文献２）により知られている。
【特許文献１】特開２００４−１５０５１８公報  （第４−５頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−３２９２１７公報  （第３頁、図３および図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電動モータの高出力化に伴って高い強度を有するウォームホイールに対する要求が強まっているが、ウォームホイールの大型化によって目的とする強度を得ようとするのは現実的でない。すなわち、車室内に設置される電動パワーステアリング装置は大きな設置スペースが必要で、ウォーム減速機の大型化がさらに進んだとき、現状スペースのままでは設置が難しく、スペースの拡張という、大きい代償を払うことになる。もちろん、車両重量の増加につながるこうしたスペースの拡張は得策でなく、現実に採用できる方策にはなり得ない。
【０００８】
一方、ウォームホイールの大型化を抑えるのに有効な高い強度を有する樹脂材料の採用も考えられる。しかし、現状の樹脂材料をもって対応するには限界があり、高出力化の要求を満たすだけの高い強度が得られない。
【０００９】
そこで、本発明の目的はウォームホイールの大型化を回避しながら、ウォームホイールの歯部に高い強度を付与することを可能にしたウォーム減速機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は電動モータと連結され、軸方向にら線状に刻設される歯を有するウォームと、合成樹脂製環状部材に刻設される複数の歯を有するウォームホイールとを備え、ウォームの歯とウォームホイールの歯とがかみ合って電動モータから与えられる駆動力をウォームホイールと結ぶ出力軸に伝達するようにしたウォーム減速機において、ウォームホイールの少なくとも一側に前記歯を含む先端領域に合わせて補強部材を設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、ウォームホイールの歯部に合わせて補強部材を設けているので、トルク伝達において単位体積内に生じる歪エネルギが小さくなり、補強材のないものと比べてウォームホイールの歯部に歪エネルギ減少に相当する強度上の余裕が生じる。この結果、たとえば電動モータの出力増強によってウォームホイールに過大な力が働いても歪が大きくならず、弾性限度内に留まり、歯等に損傷等が生じることがない。したがって、ウォームホイールの大型化を回避しながら、ウォームホイールの歯部に電動モータの高出力に見合う高い強度を付与することができる。
【００１２】
また、本発明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をトルクセンサにより検知してこの検知し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、本発明のウォーム減速機により減速して操舵機構の出力軸に伝達することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明によるウォーム減速機の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１において、ウォーム減速機１は電動モータ２の駆動軸に直結されるウォーム３と、このウォーム３と一定の距離をおいて軸心を交差させて配置される出力シャフト（後記）に連結したウォームホイール４とを備える。ウォーム３にはら線状に歯５が刻設され、ウォームホイール４には外周に沿って歯６が刻設される。ウォームホイール４は歯６を刻設している部分が樹脂で構成され、ギヤかみ合いに伴って生じる歯打ち音などの音の発生を抑えるようになっている。
【００１４】
ウォーム３は電動モータ２に近い一端を軸受７によって支承され、電動モータ２から遠い他端を軸受８によって支承されている。ウォーム３とウォームホイール４とは軸受７、８と共にハウジング９内に収容される。なお、図において、符号１０ａ、１０ｂは弾性体を示している。
【００１５】
図２に示すように、電動モータ２の補助操舵トルクをステアリングギヤ（図示せず）に伝えるように、出力シャフト１１がウォーム減速機１のウォームホイール４と一体に結合される。この出力シャフト１１の入力端側はステアリングホイール１２から与えられる操舵トルクを伝える入力シャフト１３とトーションバー１４を介して連結される。また、トーションバー１４に同心を保ってトルクセンサ１５が配置される。トルクセンサ１５はトーションバー１４のねじれによる入力シャフト１３と出力シャフト１１との相対角度差を利用し、磁石の強さの変化をコイルに流れる電流値として検出する手段で、コラムアシスト式電動パワーステアリング装置独自の装置である。出力シャフト１１はハウジング９内に軸受１６によって支承される。
【００１６】
本実施の形態のウォームホイール４は、図３に示すように、合金鋼などの金属材料から機械加工で製作された芯金１７と、ナイロン６６のなどの合成樹脂から製作されたリング１８とを備える。双方の部材は金型に入れた芯金１７の周りに溶融した樹脂を射出成形して一体化される。芯金１７は一側面に形成される一体の補強部１９を有する。この芯金１７と一体の補強部１９は後記の金属製補強部材（円盤）と共にリング１８に刻設される歯を含む先端領域の強度を高めるため一定の厚さを有する。
【００１７】
ウォームホイール４はまた補強部１９と反対側のリング１８の側面に補強用円盤２０を備える。この円盤２０は合金鋼などの金属材料から製作されており、強度の増強に役立てるため一定の厚さを有する。本実施の形態の円盤２０は相手リング１８との密着を良好に保つため融着によって一体化されている。この円盤２０は周方向に等間隔に並ぶ複数のボルト２１で芯金１７と結合される。
【００１８】
図４に示すように、リング１８の外周部には周方向に複数の歯６が刻設される。この歯６はホブ盤の主軸に取り付けたホブによって創成したものである。ホブの切れ刃との干渉を避けるように円盤２０の外周にはリング１８に刻設する歯６を模範に加工したダミー歯２２が刻設されている。望ましくは、ダミー歯２２はリング１８に加工する本来の歯６よりも小さくなるように創成される。なお、補強部１９にも同様に干渉を避けるダミー歯が刻設される。
【００１９】
本実施の形態においては、一定の厚さを有する一体の補強部１９と円盤２０とにより単位体積内に生じる歪エネルギが小さくなり、補強材のないものと比べてウォームホイール４の歯部には歪エネルギ減少に相当する強度上の余裕が生じる。この結果、ウォームホイール４は歯を含む先端領域の強度を高めることができる。合成樹脂からなるリング１８に刻設される歯６のみでは材料の特性上垂直応力にも、またせん断応力にも弱く、たとえば電動モータの出力増強でウォームホイール４に過大な力が働いたとき、大きい歪が生じて強度に劣る歯６に破断などの不具合が起こり得る。本実施の形態では歯を含む先端領域の強度が増すことで電動モータの出力増強で過大な力が働いても、弾性限度内に留まり、歯６に損傷等が生じることがない。
【００２０】
本実施の形態によれば、ウォームホイール４の大型化を回避しながら、ウォームホイール４の歯部に電動モータの高出力化に見合う高い強度を付与することができる。
【００２１】
本発明の異なる実施の形態について説明する。図５において、ウォームホイール４は合金鋼などの金属材料から機械加工で製作された芯金２３と、ナイロン６６のなどの合成樹脂から製作されたリング１８とを備える。双方の部材は金型に入れた芯金１７の周りに溶融した樹脂を射出成形して一体化される。
【００２２】
ウォームホイール４はまたリング１８の両側面に補強用円盤２０ａ、２０ｂを備える。この円盤２０ａ、２０ｂは合金鋼などの金属材料から製作されており、強度の増強に役立てるため一定の厚さを有する。双方の円盤２０ａ、２０ｂは相手リング１８との密着を良好に保つため融着によって一体化されている。この円盤２０ａ、２０ｂは周方向に等間隔に並ぶ複数のボルト２１で芯金２３と結合される。
【００２３】
上記の実施の形態と同様に、ホブの切れ刃との干渉を避けるために円盤２０ａ、２０ｂの外周にはそれぞれリングに刻設する歯を模範に加工したダミー歯が刻設される。
【００２４】
本実施の形態では、上記実施の形態と同様に、ウォームホイール４は歯を含む先端領域の強度を高めることができる。合成樹脂からなるリング１８に刻設される歯６のみでは、たとえば電動モータの出力増強でウォームホイール４に過大な力が働いたとき、大きな歪が生じて強度に劣る歯６に破断などの不具合が発生する。本実施の形態では歯を含む先端領域の強度が増すことで電動モータの出力増強で過大な力が働いても、弾性限度内に留まり、歯６に損傷等が生じることがない。
【００２５】
本実施の形態においては、ウォームホイール４の大型化を回避しながら、ウォームホイール４の歯部に電動モータの高出力化に見合う高い強度を付与することができる。
【００２６】
なお、上記各実施の形態では円盤をリングに融着で固定する方法を説明したが、これに代えて、円盤はリングに接着剤を用いて固定するようにしてもよい。また、円盤はスプライン結合で固着してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるウォーム減速機を組み込んだ電動パワーステアリング装置を示す断面図である。
【図２】図１に示されるウォーム減速機を示す断面図である。
【図３】図２に示されるウォームホイールの断面図である。
【図４】図３に示されるウォームホイールの正面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るウォームホイールの断面図である。
【図６】従来のウォームホイールの一例を示すもので、（ａ）はウォームホイールの断面図、（ｂ）はウォームホイールの歯の詳細図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…  ウォーム減速機
３…  ウォーム
４…  ウォームホイール
５、６…  歯
１１…  出力シャフト
１３…  入力シャフト
１７、２３…  芯金
１８…  リング
１９…  補強部
２０、２０ａ、２０ｂ…  円盤
【図１】
2007303488.tif 000003
【図２】
2007303488.tif 000004
【図３】
2007303488.tif 000005
【図４】
2007303488.tif 000006
【図５】
2007303488.tif 000007
【図６】
2007303488.tif 000008