(57)【要約】【課題】高弾性率の材料で歯が形成される場合のウォームホイールの摩耗を抑制して騒音抑制に寄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１５が、ウォーム２０と、ウォーム２０と噛み合うウォームホイール３０とを備える。ウォームホイール３０の歯３１の弾性率が６０００Ｐａ以上である。ウォーム２０のピッチ円ＰＣ１上での圧力角θ１からウォームホイール３０のピッチ円ＰＣ２上での圧力角θ２を差し引いた差分が、０．５°〜１°の範囲に設定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動されるウォームと、
前記ウォームと噛み合うウォームホイールと、を備え、
前記ウォームホイールの歯の弾性率が６０００Ｐａ以上であり、
前記ウォームのピッチ円上での圧力角から前記ウォームホイールのピッチ円上での圧力角を差し引いた差分が、０．５°〜１°の範囲に設定されているウォーム減速機。
【請求項２】
請求項１に記載のウォーム減速機を用いて電動モータの回転を減速してステアリングシャフトに伝達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】
従来より、電動パワーステアリング装置の減速機において、歯打ち音等の低減のために、ウォームホイールの歯部の材料として、樹脂が用いられている。また、前記樹脂の強度を確保するために、アラミド繊維等で繊維補強する技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、特許文献２では、摩耗を減少させるために、ウォームホイールの歯面において、ピッチ円を境に歯元側の圧力角と歯先側の圧力角とを異ならせる技術が提案されている。特許文献２には、ピッチ円上での圧力角に関する記載がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４１２３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ウォームおよびウォームホイールは、食い違い軸歯車であり、ウォームとウォームホイールとの噛み合い中心は、ウォームの中心軸線およびウォームホイールの中心軸線の双方に直交する軸線上に配置される。ウォームホイールは、前記噛み合い中心付近に配置される３〜４歯程度で、ウォームと噛み合う。
ウォームホイールの噛み合い終わりの歯では、噛み合い始めの歯や噛み合い中心の歯よりも、より歯元側の位置でウォームと接触する。このため、模式図である図５に示すように、ウォームホイール９０の噛み合い終わりの歯９１での接触位置ＭＰにおいて、ウォーム８０の軸直角面ＲＰに対するウォーム８０の歯面角度Ａと、ウォーム８０の軸直角面ＲＰに対するウォームホイール９０の歯面角度Ｂとの差分が大きくなる。このため、接触面積が減少して面圧が高くなる傾向にある。
【０００５】
ウォームホイールの歯の材料として低弾性率の材料が用いられる場合には、ウォームホイールの歯面が弾性変形により撓み易いので、噛み終わりの歯の接触位置で、接触面積の減少が顕著になることがない。
一方、近年、電動パワーステアリング装置のウォーム減速機において、小型で高出力のものが要望されている。このため、ウォームホイールの歯の材料として、より高弾性率の材料が用いられる傾向にある。
【０００６】
このようにウォームホイールの歯の材料として高弾性率の材料が用いられる場合には、ウォームホイールの歯面が弾性変形による撓みを生じ難い。このため、噛み終わりの歯の接触位置で、接触面積の減少が顕著となり、面圧が高くなって、摩耗が増大する。
摩耗が増大すると、ウォームとウォームホイールとのバックラッシが増大するため、電動パワーステアリング装置で問題となる、歯打ち音等の騒音が増大する。
【０００７】
本発明の目的は、ウォームホイールの歯が高弾性率の材料で形成される場合に、ウォームホイールの摩耗を抑制して騒音抑制に寄与することができるウォーム減速機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】
【０００８】
請求項１の発明は、回転駆動されるウォーム（２０）と、前記ウォームと噛み合うウォームホイール（３０）と、を備え、前記ウォームホイールの歯（３１）の弾性率が６０００Ｐａ以上であり、前記ウォームのピッチ円（ＰＣ１）上での圧力角（θ１）から前記ウォームホイールのピッチ円（ＰＣ２）上での圧力角（θ２）を差し引いた差分（Ｄ）が、０．５°〜１°の範囲（０．５°≦Ｄ≦１°）に設定されているウォーム減速機（１５）を提供する。
【０００９】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２の発明は、請求項１に記載のウォーム減速機を用いて電動モータ（１４）の回転を減速してステアリングシャフト（６）に伝達する電動パワーステアリング装置（１）を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明では、ウォームのピッチ円上での圧力角からウォームホイールのピッチ円上での圧力角を差し引いた差分を、０．５°〜１°の範囲に設定する。これにより、最も面圧が高くなる噛み合い終わりの接触位置で、ウォームの軸直角面に対して、ウォームの歯面の角度とウォームホイールの歯面の角度とを近づけることができる。このため、噛み合い終わりの接触位置において接触面積の過度な減少を抑制することができる。したがって、ウォームホイールの歯が、弾性率が６０００Ｐａ以上という撓み難い材料で形成されている場合であっても、接触面における最大面圧を許容値以下に低減することができ、摩耗を抑制することができる。このため、バックラッシが抑制されて歯打ち音等の騒音が抑制される。
【００１１】
請求項２の発明では、ウォームホイールの摩耗が抑制されて騒音発生が抑制される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】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態のウォーム減速機が適用された電動パワーステアリング装置の断面を含む模式図である。
【図２】（ａ）は、ウォーム減速機の要部の拡大断面図（断面を表すハッチングは省略してある）、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大した模式図である。
【図３】本発明の実施例１〜３並びに比較例１および２の面圧測定試験の試験結果を示すグラフ図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ比較例２および実施例２の歯当り領域の分布を示すグラフ図である。
【図５】従来のウォーム減速機の要部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のウォーム減速機１５が適用された電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、運転者のステアリングホイール２（操舵部材）の操作に基づき転舵輪３を転舵させる操舵機構４と、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構５を備えている。
【００１４】
操舵機構４は、ステアリングホイール２の回転軸となるステアリングシャフト６を備えている。ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２の中心に連結されるコラムシャフト７と、コラムシャフト７の一端（軸方向下端）に自在継手８を介して連結されるインターミディエイトシャフト９と、インターミディエイトシャフト９の一端（軸方向下端）に自在継手１０を介して連結されるピニオンシャフト１１とを含む。
【００１５】
コラムシャフト７は、ステアリングホイール２に連結される入力シャフト７１と、インターミディエイトシャフト９に連結される出力シャフト７２と、入力シャフト７１および出力シャフト７２を同軸上に連結するトーションバー７３とを備えている。
ピニオンシャフト１１の軸方向下端にはピニオン１１ａが設けられている。操舵機構４は、ピニオン１１ａと噛み合うラック１２ａを形成したラックシャフト１２を備えている。ピニオン１１ａとラック１２ａとにより、運動変換機構であるラックアンドピニオン機構５０が形成されている。
【００１６】
運転者のステアリング操作に伴いステアリングシャフト６が回転すると、その回転運動が、ラックアンドピニオン機構５０を介して、ラックシャフト１２の軸方向の往復直線運動に変換される。そのラックシャフト１２の往復直線運動が、ラックシャフト１２の両端に連結されたタイロッド１３を介して転舵輪３に伝達される。これにより、転舵輪３の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。
【００１７】
アシスト機構５は、コラムシャフト７にアシストトルクを付与する電動モータ１４と、電動モータ１４の回転をコラムシャフト７に伝達するウォーム減速機１５と、電動モータ１４の動作を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit) １６とを備えている。
電動モータ１４の回転が、ウォーム減速機１５を介してコラムシャフト７に伝達されることによりステアリングシャフト６にモータトルクが付与され、ステアリング操作が補助される。
【００１８】
また、電動パワーステアリング装置１には、運転者のステアリング操作に際してステアリングシャフト６に付与されるトルクである操舵トルクＴを、コラムシャフト７の入力シャフト７１と出力シャフト７２との相対回転に基づいて検出するトルクセンサ１７が設けられている。一方、車両には、車速Ｖ（車両の走行速度）を検出する車速センサ１８が設けられている。
【００１９】
ＥＣＵ１６は、検出される操舵トルクＴおよび検出される車速Ｖに基づいて、目標アシスト力を設定し、電動モータ１４からコラムシャフト７に付与されるアシストトルクが目標アシストトルクとなるように電動モータ１４に供給される電流をフィードバック制御する。
本実施形態では、電動パワーステアリング装置１が、電動モータ１４がコラムシャフト７に動力を付与する、いわゆるコラムアシストタイプである例に則して説明するが、これに限らず、本発明は、電動モータがピニオシャフトに動力を付与する、いわゆるピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用することができる。
【００２０】
ウォーム減速機１５は、電動モータ１４により回転駆動されるウォーム２０と、ウォーム２０と噛み合うウォームホイール３０とを備える。ウォームホイール３０は、コラムシャフト７の出力シャフト７２に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。
コラムシャフト７の一部は、ステアリングコラムの一部を構成するハウジング４０に収容され支持されている。ハウジング４０は、互いに嵌め合わされる第１ハウジング４１と第２ハウジング４２とを含む。
【００２１】
第１ハウジング４１は、トルクセンサ１７を収容するセンサハウジングとして機能する。第２ハウジング４２は、ウォーム２０およびウォームホイール３０を収容するギヤハウジングとして機能する。
コラムシャフト７の出力シャフト７２は、第１ハウジング４１に保持された第１軸受４３と、第２ハウジング４２に保持された第２軸受４４とを介して回転可能に支持されている。第１軸受４３および第２軸受４４は、例えば玉軸受である。ウォームホイール３０は、出力シャフト７２の軸方向Ｘに関して、第１軸受４３と第２軸受４４との間に配置されている。
【００２２】
図２（ａ）は、ウォーム減速機１５の要部の拡大断面図であり、断面を表すハッチングの図示を省略してある。図２（ｂ）は図２（ａ）の一部を拡大した図である。
図１および図２（ａ）に示すように、ウォームホイール３０は、歯３１が環状に配列された外周３２ａを有する樹脂製の環状歯部３２と、金属製の環状支持体３３とを備える。環状支持体３３は、例えば環状歯部３２の樹脂成形時に金型内にインサートされる。図１に示すように、環状支持体３３の内周には、出力シャフト７２の外周が圧入嵌合されている。
【００２３】
ウォームホイール３０の環状歯部３２は、弾性率が６０００Ｐａ以上の樹脂材料により形成されている。樹脂材料として、ナイロン系（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の熱可塑性合成樹脂材料を用いてもよい。また、環状歯部３２を形成する樹脂材料が、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維等の繊維を用いて繊維補強されていてもよい。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、ウォーム２０の歯２１とウォームホイール３０の歯３１とは、３〜４歯程度で噛み合う。図示の例では、３歯で噛み合う状態が示されている。
回転駆動されるウォーム２０では、螺旋状に形成された歯２１が送り方向（白抜き矢符で示される例えば右方）に送られるに伴って、ウォームホイール３０が回転方向（例えば時計回り）に回転される。
【００２５】
ウォームホイール３０の噛み合い始めの歯３１ａは、接触位置である噛み合い点ＭＰａでウォーム２０の歯２１と噛み合っている。噛み合い中心の歯３１ｂは、接触位置である噛み合い点ＭＰｂでウォーム２０の歯２１と噛み合っている。噛み合い終わりの歯３１ｃは、接触位置である噛み合い点ＭＰｃでウォーム２０の歯２１と噛み合っている。
ウォーム２０の歯２１のピッチ円ＰＣ１上での圧力角θ１から、ウォームホイール３０の歯３１のピッチ円ＰＣ２上での圧力角θ２を差し引いた差分Ｄ（Ｄ＝θ１−θ２）が、０．５°〜１°の範囲に設定されている（０．５°≦Ｄ≦１°）
これにより、図２（ｂ）に示すように、最も面圧が高くなる噛み合い終わりの歯３１ｃの接触位置（噛み合い点ＭＰｃ）において、ウォーム２０の軸直角面ＲＰに対するウォーム２０の歯面角度Ａと、ウォーム２０の軸直角面ＲＰに対するウォームホイール３０の歯面角度Ｂとを近づけることができる。
【００２６】
このため、噛み合い終わりの歯３１ｃの接触位置（噛み合い点ＭＰｃ）において接触面積の過度な減少を抑制することができる。したがって、ウォームホイール３０の歯３１が、弾性率が６０００Ｐａ以上という撓み難い材料で形成されている場合であっても、接触面における最大面圧を許容値以下（例えば１６００ＭＰａ以下）に低減することができ、ウォームホイール３０の歯３１の摩耗を抑制することができる。このため、バックラッシが抑制されて歯打ち音等の騒音が抑制されるウォーム減速機１５およびこれを含む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。
【００２７】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【実施例】
【００２８】
以下に、実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
下記の表１の仕様の実施例１〜３、比較例１，２を作成した。実施例１〜３、比較例１，２のウォーム減速機１５は、ピッチ円ＰＣ１上での圧力角θ１が下記の表１のように設定された金属製のウォーム２０を含む。
また、実施例１〜３、比較例１，２のウォーム減速機１５は、環状歯部３２がアラミド繊維により補強されたポリアミド樹脂により形成され、歯３１の弾性率が６０００Ｐａであり、ピッチ円ＰＣ２上での圧力角θ２が下記の表１のように１４．５°に設定された共通の仕様のウォームホイール３０を含む。
【００２９】
各例のウォーム減速機１５に対して、ウォーム２０から所定のトルク負荷を行って、ウォームホイール３０の歯面の最大面圧（噛み合い終わりの歯の接触位置での面圧に相当）を測定する面圧測定試験を実施したところ、下記の表１および図３に示される試験結果が得られた。
すなわち、ウォーム２０のピッチ円ＰＣ１上での圧力角θ１から、ウォームホイール３０のピッチ円ＰＣ２上での圧力角θ２を差し引いた差分Ｄ（Ｄ＝θ１−θ２）が０．５°である実施例１、差分Ｄが０．７５°である実施例２、および差分Ｄが１．０°である実施例３では、許容値１６００ＭＰａ以下の面圧となる良好な結果が得られた。また、差分Ｄが０．７５°である実施例２が、最も低い面圧を示した。これにより、差分Ｄを０．５°〜１°の範囲とすることによる面圧低減の効果が実証された。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
また、比較例２および実施例２において、ウォームホイール３０の歯面において歯当たり領域の分布を求めたところ、図４に示す結果が得られた。図４において、横軸が歯幅方向であり、縦軸が歯たけ方向である。
その結果、実施例２では、ウォーム２０およびウォームホイール３０のピッチ円上での圧力角を等しくした比較例２と比較して、歯当たり領域が、拡がるように分散している。実施例２では比較例２と比較して、接触面積が広くなることが実証された。
【符号の説明】
【００３２】
１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングホイール、３…転舵輪、４…操舵機構、５…アアスト機構、６…ステアリングシャフト、７…コラムシャフト、７２…出力シャフト、１４…電動モータ、１５…ウォーム減速機、１６…ＥＣＵ、２０…ウォーム、２１…（ウォームの）歯、３０…ウォームホイール、３１…（ウォームホイールの）歯、Ａ…（噛み合い終わりの接触位置でのウォームの）歯面角度、Ｂ…（噛み合い終わりの接触位置でのウォームホイールの）歯面角度、θ１…（ウォームのピッチ円上での）圧力角、θ２…（ウォームホイールのピッチ円上での）圧力角、Ｄ…差分、ＭＰａ，ＭＰｂ，ＭＰｃ…噛み合い点（接触位置）、ＰＣ１…（ウォームの）ピッチ円、ＰＣ２…（ウォームホイールの）ピッチ円、ＲＰ…（ウォームの）軸直角面
【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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