(57)【要約】【課題】小型、安価で耐久性に優れた減速機構を提供すること。【解決手段】ウォームと噛み合わせるための減速ギヤ３１であり、鍛造により成形されている。減速ギヤ３１の各歯部３２の歯面３４が、ウォームホイール歯形形状部３５と、ウォームホイール歯形形状部３５から窪みウォーム２０との噛み合いを避ける凹部３６とを有している。凹部３６〔図４（ａ）参照〕は、凹部３６を設けない場合〔図４（ｂ）参照〕に、ウォームホイール歯形およびウォーム２０の接触線ＣＬとウォーム２０の滑り方向Ｓ１とのなす角度Ｂが閾値Ｂ１以下となる領域Ｅ１に設けられている。【選択図】図４
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【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金属製の減速ギヤと、前記ウォームおよび前記減速ギヤの間に介在する潤滑剤と、を備え、
前記減速ギヤは、歯面を含み、
前記歯面は、歯幅方向の少なくとも中央部に形成されたウォームホイール歯形形状部と、前記ウォームホイール歯形形状部から窪み前記ウォームとの噛み合いを回避する凹部と、を有している減速機構。
【請求項２】
請求項１において、前記凹部は、前記ウォームホイール歯形形状部のウォームホイール歯形がウォームと接触する場合の接触線と、ウォームの滑り方向とのなす角度が閾値以下となる領域に配置されている減速機構。
【請求項３】
請求項１または２において、前記凹部は、鍛造により形成されている減速機構。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の減速機構を用いて操舵補助用の電動モータの回転を減速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、減速機構および電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ウォームホイールを、冷間鍛造工程により形成された芯金と、芯金の外周に固定される合成樹脂製のギヤ部とで構成する電動パワーステアリング装置の減速機構が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５５５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。特許文献１のように、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。
そこで、金属ギヤを用いることが考えられる。しかしながら、例えば、ウォームと減速ギヤとしてのはすば歯車とを噛み合わせた場合には、殆ど点での接触となる。このため、使用初期の摩耗が大きくなる。その結果、バックラッシが増大し、歯打ち音（ラトル音）が大きくなる。
【０００５】
一方、円筒形のウォーム（例えば横断面歯形が台形であるＪＩＳ３形）と減速ギヤとしての鼓形のウォームホイール（横断面歯形がインボリュートである）とを噛み合わせた場合、両ギヤの接触線とウォームの滑り方向とのなす角度（交差角）が小さい領域において、潤滑油膜が切れ易い。したがって、摩耗や発熱を生じ、長期に使用した場合の耐久性が悪くなる。
【０００６】
これを改善するために、接触線を歯たけ方向とすることができる鼓形のウォームを用いることも考えられるが、鼓形のウォームは、加工が複雑であり、製造コストが高い。
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、小型、安価で且つ耐久性に優れた減速機構および電動パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、ウォーム（２０）と、前記ウォームと噛み合う金属製の減速ギヤ（３１；１３１）と、前記ウォームおよび前記減速ギヤの間に介在する潤滑剤と、を備え、前記減速ギヤは、歯面（３４；４１，５１）を含み、前記歯面は、歯幅方向（Ｗ１）の少なくとも中央部に形成されたウォームホイール歯形形状部（３５；４３，５３）と、前記ウォームホイール歯形形状部から窪み前記ウォームとの噛み合いを回避する凹部（３６；４４，５４）と、を有している減速機構（１９）を提供する。      
【０００８】
また、請求項２のように、前記凹部は、前記ウォームホイール歯形形状部のウォームホイール歯形がウォームと接触する場合の接触線（ＣＬ）と、ウォームの滑り方向（Ｓ１）とのなす角度（Ｂ）が閾値（Ｂ１）以下となる領域（Ｅ１）に配置されている場合がある。
請求項３のように、前記凹部は、鍛造により形成されている場合がある。
【０００９】
請求項４の発明は、前記減速機構を用いて操舵補助用の電動モータ（１８）の回転を減速する電動パワーステアリング装置（１）を提供する。
また、前記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、金属製の減速ギヤを用いるので、小型で高強度である。また、減速ギヤのウォームホイール歯形とウォームとの歯当たりが線接触となるため、初期から良好な接触状態を確保でき、初期摩耗の発生を防止することができる。
一般に、減速ギヤのウォームホイール歯形を例えば円筒形のウォームに噛み合わせる場合、減速ギヤの歯面の歯幅方向の中央部は、ウォームホイール歯形およびウォームの接触線がウォームの滑り方向と一致する領域を含む。本発明では、前記中央部に凹部を設けて、ウォームとの噛み合いを回避するので、耐久性にとって最も厳しくなるおそれのある部分で摩耗を抑制することができ、その結果、減速機構全体としての耐久性を向上することができる。
【００１１】
また、減速ギヤを前記構成とすることで、安価な円筒形のウォームを用いることが実質的に可能となり、製造コストを安くすることができる。ひいては、小型、安価で耐久性に優れた減速機構を実現することができる。
また、請求項２の発明によれば、ウォームホイール歯形形状部のウォームホイール歯形およびウォームの接触線とウォームの滑り方向とのなす角度が閾値以下となる領域には、凹部が設けられて、ウォームとの噛み合いが回避される。結果として、凹部を除く噛み合い領域では、前記接触線とウォームの滑り方向とのなす角度が閾値を超えた値となるので、歯面全体として油膜切れを生じ難く、円滑な潤滑を確保することができる。したがって、長期にわたって摩耗を抑制して耐久性を格段に向上することができる。
【００１２】
また、ウォームホイール歯形形状部のうち凹部を除く領域では、歯幅方向に関して凹部に近づくほど、前記接触線とウォームの滑り方向とのなす角度が小さくなって油膜切れを生じ易くなる傾向にある。逆に言うと、最も油膜切れを生じ易い領域（歯幅方向に関する凹部の縁部およびその近傍の領域に相当）の最も近くに、潤滑剤が溜まる凹部が存在する。したがって、最も油膜切れを生じ易い領域に対して効果的な潤滑が行えるので、全体としての潤滑効果が高い。しかも、その凹部へは、ウォームホイール歯形形状部から、いわゆる、くさび効果（回転に伴って狭い隙間へ潤滑剤が吸い込まれる現象）によって、潤滑剤が送られ来る傾向にあるので、凹部に潤滑剤を潤沢に保持しておくことができる。この点からも、潤滑効果を高くすることができる。
【００１３】
また、請求項３のように、前記凹部が鍛造により形成されている場合には、容易に歯面を形成することができ、製造コストを安くすることができる。
また、請求項４の発明によれば、小型、安価で耐久性に優れた電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態の減速ギヤを含む電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】減速ギヤの概略斜視図である。
【図３】減速ギヤの要部の概略斜視図である。
【図４】（ａ）は減速ギヤのウォームホイール歯形とウォームの噛み合い状態を示す模式的断面図である。（ｂ）は、凹部を設けない場合の減速ギヤのウォームホイール歯形とウォームの噛み合い状態を示す参考図としての模式的断面図である。
【図５】本発明の別の実施の形態の減速ギヤの要部の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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減速ギヤ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、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を操舵する操舵機構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。ステアリングホイール２と操舵機構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。
【００１６】
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、ステアリングホイール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。
【００１７】
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、ステアリングホイール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、操舵補助のためのモータ制御装置としての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９０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と操舵機構４とを連結している。
【００１８】
操舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５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１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール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１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が設けられている。
【００１９】
ラック軸１４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１４の軸方向の途中部には、前記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４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。
【００２０】
ステアリングホイール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１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４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１８と、電動モータ１８の出力トルクを操舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含む。減速機構１９は、駆動ギヤとしてのウォーム２０と、このウォーム２０と噛み合う減速ギヤ３１とを含む。減速機構１９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２０と減速ギヤ３１との少なくとも噛み合い領域には、グリース等の潤滑剤が充填されており、ウォーム２０および減速ギヤ３１の歯面間には、潤滑剤が介在している。
【００２１】
ウォーム２０は、図示しない継手を介して電動モータ１８の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、減速ギヤ３１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１８がウォーム２０を回転駆動すると、ウォーム２０によって減速ギヤ３１が回転駆動され、減速ギヤ３１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１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４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１８によってウォーム２０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。
【００２２】
電動モータ１８は、三相ブラシレスモータからなり、モータ制御装置としての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９０からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８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１８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。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に係る減速ギヤ３１の概略斜視図である。減速ギヤ３１は、金属製であり、鍛造により形成されている。減速ギヤ３１は中心孔３１ａを有している。減速ギヤ３１は、その外周３１ｂに、進み角Ａ１を有する多数の歯部３２を形成している。隣接する歯部３２，３２間に歯溝３３が形成されている。
図３に示すように、減速ギヤ３１の各歯部３２は、歯面３４を有している。歯面３４は、基準の歯形形状としてのウォームホイール歯形形状部３５と、ウォームホイール歯形形状部３５から窪む凹部３６とを備えている。凹部３６の位置は、歯幅方向Ｗ１の中央部に配置されており、凹部３６がウォームホイール歯形形状部３５から窪むことにより、当該凹部３６とウォーム２０とが噛み合わないようにされている。凹部３６は鍛造により形成されることが、製造コストを安価にするうえで好ましい。
【００２４】
具体的には、凹部３６は下記の条件を満たす位置に形成されている。図４（ｂ）は歯面３４の全体をウォームホイール歯形形状部３５とした場合の減速ギヤ３１’とウォーム２０との噛み合い状態を示す参考図としての模式的断面図である。図４（ｂ）に示すように、ウォームホイール歯形形状部３５のウォームホイール歯形がウォーム２０と接触する場合の接触線ＣＬが実線で示されている。また、ウォーム２０の滑り方向Ｓ１が、ウォーム２０の中心軸線を中心とする同心円として一点鎖線で示されている。
【００２５】
図４（ｂ）において、接触線ＣＬと滑り方向Ｓ１とのなす角度Ｂが、閾値Ｂ１以下（Ｂ≦Ｂ１。閾値Ｂ１は、５〜１０°の範囲内の値、例えば１０°に設定される。）となる領域Ｅ１では、潤滑剤による油膜の形成が困難である。その領域Ｅ１に、図４（ａ）に示すように、凹部３６を形成し、当該凹部３６とウォーム２０との噛み合いが回避されるようにした。
【００２６】
閾値Ｂ１は、図示していないが、ウォームホイール歯形形状にウォームに相当する円筒を線接触させ、その円筒を閾値Ｂ１に相当する角度だけ傾斜させて滑らせたときに、ウォームホイール歯形形状における油膜の形成状況を実験的に求めることにより、好ましい値に決定される。
本実施の形態によれば、金属製の減速ギヤ３１を用いるので、小型で高強度である。また、減速ギヤ３１の歯面３４（ウォームホイール歯形形状部）とウォーム２０との歯当たりが線接触となるため、初期から良好な接触状態を確保でき、初期摩耗の発生を防止することができる。
【００２７】
一般に、減速ギヤのウォームホイール歯形を例えば円筒形のウォーム２０に噛み合わせる場合、図４（ｂ）に示すように、減速ギヤ３１’の歯面の歯幅方向Ｗ１の中央部は、ウォームホイール歯形およびウォーム２０の接触線ＣＬがウォーム２０の滑り方向Ｓ１と一致する領域Ｄ１を含む。
本実施の形態では、図４（ａ）に示すように、歯幅方向Ｗ１の前記中央部に凹部３６を設けて、ウォーム２０との噛み合いを回避するので、耐久性にとって最も厳しくなるおそれのある部分で摩耗を確実に抑制することができ、その結果、減速機構１９全体としての耐久性を向上することができる。また、減速ギヤ３１を前記構成とすることで、安価な円筒形のウォーム２０を用いることが実質的に可能となり、製造コストを安くすることができる。
【００２８】
特に、ウォーム２０との噛み合いを回避する凹部３６〔図４（ａ）参照〕は、ウォームホイール歯形およびウォーム２０の接触線ＣＬとウォーム２０の滑り方向Ｓ１とのなす角度Ｂが閾値Ｂ１以下となる領域Ｅ１〔図４（ｂ）参照〕に設けられている。結果として、凹部３６を除く噛み合い領域では、接触線ＣＬとウォーム２０の滑り方向Ｓ１とのなす角度Ｂが閾値Ｂ１を超えた値（Ｂ≧Ｂ１）となるので、歯面３４全体として油膜切れを生じ難く、円滑な潤滑を確保することができる。したがって、長期にわたって摩耗を抑制して耐久性を格段に向上することができる。
【００２９】
また、ウォームホイール歯形形状部３５のうち凹部３６を除く領域では、歯幅方向Ｗ１に関して凹部３６に近づくほど、接触線ＣＬとウォーム２０の滑り方向Ｓ１とのなす角度Ｂが小さくなって油膜切れを生じ易くなる傾向にある。逆に言うと、最も油膜切れを生じ易い領域〔図４（ａ）において、歯幅方向Ｗ１に関する凹部３６の縁部３６ａ，３６ｂおよびその近傍の領域に相当〕の最も近くに、潤滑剤が溜まる凹部３６が存在する。したがって、最も油膜切れを生じ易い領域に対して効果的な潤滑が行えるので、全体としての潤滑効果が高い。しかも、ウォームホイール歯形形状部３５から凹部３６へは、いわゆる、くさび効果（回転に伴って狭い隙間へ潤滑剤が吸い込まれる現象）によって、潤滑剤が送られ来る傾向にあるので、凹部３６に潤滑剤を潤沢に保持しておくことができる。この点からも、潤滑効果を高くすることができる。
【００３０】
潤滑剤は、使用初期から凹部３６に充填しておいてもよいが、そうしておかなくても、前記くさび効果によって、凹部に集められる。ただし、使用初期から凹部３６に充填しておけば、使用初期から長期にわたって凹部３６に潤滑剤を潤沢に保持しておくことが可能となる点で好ましい。
また、凹部３６が鍛造により形成されている場合には、容易に歯面３４を形成することができ、製造コストを安くすることができる。したがって、小型、安価で耐久性に優れた減速機構１９を実現でき、ひていは、小型、安価で耐久性に優れた電動パワーステアリング装置１を実現することができる。
【００３１】
前記実施の形態では、減速ギヤ３１の歯面３４の全体がウォームホイール歯形を形成していたが、これに限らず、図５に示すように、減速ギヤ１３１の各歯部１３２の一対の歯面４１，５１の一方の歯面４１が、基準の歯形形状として、はすば歯形形状をなす主体部４２と、歯面４１の一部（ウォーム２０との歯当たり領域に相当する）に形成された凹部からなるウォームホイール歯形形状部４３と、ウォームホイール歯形形状部４３から窪む凹部４４とを備えていてもよい。
【００３２】
同じく、他方の歯面５１が、基準の歯形形状として、はすば歯形形状をなす主体部５２と、歯面５１の一部（ウォーム２０との歯当たり領域に相当する）に形成された凹部からなるウォームホイール歯形形状部５３と、ウォームホイール歯形形状部５３から窪む凹部５４とを備えていてもよい。
一方の歯面４１のウォームホイール歯形形状部４３と他方の歯面５１のウォームホイール歯形形状部５３は、歯幅方向の略同じ位置に配置されている。これにより、各ウォームホーイル歯形形状部４３，５３の位置が、減速ギヤ１３１がウォーム２０と噛み合わされたときの実際の歯当たり領域に相当するようにされている。ウォームホイール歯形形状部４３，５３内の凹部４４，５４の位置は、図５に示すように歯幅方向Ｗ１の中央部に配置されている。
【００３３】
図示していないが、各凹部４４，５４は、図４（ａ）、（ｂ）で示したものと同じく、ウォームホイール歯形およびウォーム２０の接触線ＣＬとウォーム２０の滑り方向Ｓ１とのなす角度Ｂが閾値Ｂ１以下となる領域に設けられている。
本実施の形態においても、図３の実施の形態と同じ効果を奏することができる。しかも、歯面４１，５１の基準の歯形形状を、はすば歯形形状としたので、ウォームホイール歯形や凹部を軸方向からの鍛造で非常に形成することができ、より製造し易くなる。
【００３４】
なお、本発明は前記各実施の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】
【００３５】
１…電動パワーステアリング装置、４…操舵機構、５…操舵補助機構、６…ステアリングシャフト、１８…電動モータ、１９…減速機構、２０…ウォーム、３１；１３１…減速ギヤ、３２；１３２…歯部、３３…歯溝、３４…歯面、３５…ウォームホイール歯形形状部、３６…凹部、３６ａ，３６ｂ…縁部、４１，５１…歯面、４２，５２…主体部、４３，５３…ウォームホイール歯形形状部、４４，５４…凹部、Ｂ…角度、Ｂ１…閾値、ＣＬ…接触線、Ｓ１…滑り方向、Ｗ１…歯幅方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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