JP2003184980A - 歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歯車の歯の耐摩耗性をより確保できること。 【解決手段】 歯車装置は、ピニオン３１並びにラック
３２からなるラックアンドピニオン歯車２５である。ピ
ニオン３１並びにラック３２は、歯直角平面の歯形又は
軸直角平面の歯形を見たときに、歯末の面３１ａ，３２
ａに、歯車の基準ピッチ線Ｐｉから偏った点Ｃ１を中心
とする円弧面３１ｂ，３２ｂを有するとともに、歯元の
面３１ｃ，３２ｃにも、基準ピッチ線Ｐｉから偏った点
Ｃ２を中心とする円弧面３１ｄ，３２ｄを有する。これ
らのピニオン３１とラック３２の一方を互いに噛み合う
方向に押すことができる押圧手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は少なくとも１組の歯
車からなる歯車装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な歯車装置における歯車の歯形と
しては、インボリュート歯形が数多く採用されている。
このインボリュート歯形に関する技術は、ほぼ確立され
たと言ってもよい。これに対して近年、より強い歯車を
得ようと研究が進められており、その一つに円弧歯形の
歯車がある。円弧歯形とは、歯末の面及び歯元の面が基
準ピッチ線上を中心とする円弧面である歯形のことであ
る。

【０００３】円弧歯形はインボリュート歯形よりも表面
疲れ強さ、曲げ強さ、曲げ疲れ強さが大きい。例えば、
歯同士を噛み合わせて回転させたときに、歯末の円弧面
及び歯元の円弧面の２点が接触すると同時に、接触面が
凹面と凸面になる。一方、インボリュート歯形の歯車
は、１点接触の凸面と凸面の接触又は凸面と凸面の歯当
りとなる。従って、円弧歯形はインボリュート歯形に比
べて、歯当りが良く接触面積が大きい。このため、接触
応力が小さくてすむので表面疲れ強さが大きくなり、こ
の結果、耐摩耗性が高まる。このような円弧歯形の歯車
を採用した技術としては、例えば特開２００１−１６３
２２８の公報「電動パワーステアリング装置」（以下、
「従来の技術」と言う。）が知られている。

【０００４】上記従来の技術は、同公報の図１に示され
る通り、電動機８２（番号は公報に記載されたものを引
用した。以下同じ。）で操舵トルクに応じた補助トルク
を発生し、この補助トルクを歯車式減速機構１１０を介
してラックアンドピニオン機構３２に伝達し、このラッ
クアンドピニオン機構３２によって操舵輪２１，２１を
操舵するというものである。ラックアンドピニオン機構
３２は、ピニオン３３並びにラック３４の組合せ構造で
ある。ピニオン３３並びにラック３４は、同公報の図１
０に示される通り塑性加工品である。ピニオン３３の歯
形並びにラック３４の歯形は円弧歯形である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、円弧歯形の
歯車は耐摩耗性が大きいものの、ある程度摩耗したり噛
み合い誤差が生じることで、噛み合わせ部分の遊びが増
す。この結果、歯面同士の接触関係が変化し、１点だけ
で接触することがあり得る。この現象が発生すると、接
触面積が減少するので表面疲れ強さが低下し、摩耗の進
行が早まる。

【０００６】さらに、円弧歯形の歯車を採用した上記従
来の電動パワーステアリング装置においては、次のよう
なことが考えられる。走行時、特に操舵時の路面反力が
操舵輪２１，２１からタイロッド３７，３７を介してラ
ック軸３５へ伝わったときには、長いラック軸３５がた
わむことで、ピニオン３３とラック３４の噛み合いに誤
差が生じることがあり得る。また、路面からラックアン
ドピニオン機構３２を介してステアリングハンドル１１
に伝わる衝撃（キックバック）等により、衝撃的な負荷
がピニオン３３とラック３４の噛み合い部分に作用す
る。

【０００７】このようなときには、歯面同士の接触関係
が変化し、１点だけで接触することがあり得る。この場
合であっても、歯の摩耗を抑制できることが求められ
る。しかも、歯の噛み合わせ部分の遊びが増すと、歯面
同士が当ったときの打音がステアリングハンドル１１を
介して車室内に伝わるので、車室内の騒音の要因とな
り、好ましくない。

【０００８】そこで本発明の目的は、歯車の歯の耐摩耗
性をより確保できる技術を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１は、歯車における歯直角平面の歯形又は軸直
角平面の歯形を見たときに、歯末の面に、歯車の基準ピ
ッチ線から偏った点を中心とする円弧面を有するととも
に、歯元の面にも、基準ピッチ線から偏った点を中心と
する円弧面を有した歯車を、少なくとも１組設けた歯車
装置である。ここで、「歯直角平面の歯形」とは、歯す
じに垂直な平面上の歯形のことであり、「軸直角平面の
歯形」とは、歯車の軸に垂直な平面上の歯形のことであ
る。

【００１０】歯末の面及び歯元の面に、歯車の基準ピッ
チ線から偏った点を中心とする円弧面を有するので、１
組の歯車の軸間距離が変動しても、表面疲れ強さの変動
を抑制することができる。すなわち、歯がある程度摩耗
したり噛み合い誤差が生じることで、噛み合わせ部分の
遊びが増した場合であっても、歯末の円弧面及び歯元の
円弧面の２点が接触する状態を確保することができる。
このため、ある程度の接触面積を確保することができる
ので、接触応力が急激に増大することはない。この結
果、表面疲れ強さを確保できるので、歯車の耐摩耗性を
より確保することができる。

【００１１】請求項２は、１組の歯車を、ピニオン並び
にラックからなるラックアンドピニオン歯車とし、これ
らのピニオンとラックの一方を互いに噛み合う方向に押
すことができる押圧手段を設けたことを特徴とする。押
圧手段によって、ピニオンとラックの一方を互いに噛み
合う方向に押すことで、ピニオンとラックとの噛み合い
の遊びを最小限にして支持することができる。このた
め、ピニオンやラックの歯が摩耗したり噛み合い誤差が
生じることで、噛み合わせ部分の遊びが増した場合であ
っても、常に歯末の円弧面及び歯元の円弧面の２点が接
触する状態を確保することができる。従って、ピニオン
並びにラックの耐摩耗性をより確保することができる。

【００１２】請求項３は、ピニオンを車両のステアリン
グハンドルに連結し、ラックを車両の操舵車輪に連結し
たことを特徴とする。車両の走行時、特に操舵時の路面
反力が操舵車輪からタイロッドを介してラック軸に伝わ
ったときには、長いラック軸がたわむことで、ピニオン
とラックの噛み合いに誤差が生じることがあり得る。ま
た、路面からラックアンドピニオン歯車を介してステア
リングハンドルに伝わる衝撃（キックバック）等によ
り、衝撃的な負荷がピニオンとラックの噛み合い部分に
作用する。請求項３によれば、このようなときであって
も、押圧手段でピニオンとラックの一方を互いに噛み合
う方向に押すことによって、常に歯末の円弧面及び歯元
の円弧面の２点が接触する状態を確保することができ
る。しかも、押圧手段によって歯の噛み合わせ部分の遊
びを抑制できるので、歯面同士が当ったときの打音が、
ステアリングハンドルを介して車室内に伝わることを防
止できる。

【００１３】請求項４は、ピニオンが、ステアリングハ
ンドルの操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トル
クを付加される歯車であることを特徴とする。押圧手段
によって歯の噛み合わせ部分の遊びを抑制し、この結
果、歯の摩耗の進行を抑制することによって、ラックア
ンドピニオン歯車の動力伝達効率を確保することができ
る。このようなラックアンドピニオン歯車を電動パワー
ステアリング装置に採用したので、補助トルクをピニオ
ンからラックへ確実に且つ円滑に伝達することができ
る。

【００１４】請求項５は、電動機の出力軸とピニオンと
の間に、減速機構を介在させ、この減速機構とステアリ
ングハンドルとの間に、操舵トルクを検出する操舵トル
クセンサを介在させたことを特徴とする。歯の摩耗の進
行を抑制することによって動力伝達効率を確保したラッ
クアンドピニオン歯車を、電動パワーステアリング装置
に採用し、ステアリングハンドルの操舵トルクに、操舵
トルクセンサで検出した操舵トルクに応じて発生した補
助トルクを減速機構を介して付加したところの、複合ト
ルクをピニオンからラックへ確実に且つ円滑に伝達する
ことで、複合トルクによって操舵車輪を円滑に操舵する
ことができる。従って、操舵感覚（操舵フィーリング）
を高めることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面に
基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見
るものとする。図１は本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の模式図であり、本発明の歯車装置を搭載した
電動パワーステアリング装置について示す。電動パワー
ステアリング装置１０は、車両のステアリングハンドル
２１から車両の操舵車輪（前輪）２９，２９に至るステ
アリング系２０と、このステアリング系２０に補助トル
クを加える補助トルク機構４０とからなる。

【００１６】ステアリング系２０は、ステアリングハン
ドル２１にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２
３，２３を介してピニオン軸２４（回転軸２４）を連結
し、ピニオン軸２４にラックアンドピニオン機構２５を
介してラック軸２６を連結し、ラック軸２６の両端に左
右のタイロッド２７，２７及びナックル２８，２８を介
して左右の操舵車輪２９，２９を連結したものである。

【００１７】ラックアンドピニオン機構２５は、ピニオ
ン軸２４に形成したピニオン３１に、ラック軸２６に形
成したラック３２を噛み合わせた、ラックアンドピニオ
ン歯車である。このようにして、ピニオン３１を車両の
ステアリングハンドル２１に連結し、ラック３２を車両
の操舵車輪２９，２９に連結する。運転者がステアリン
グハンドル２１を操舵することで、この操舵トルクによ
りラックアンドピニオン機構２５及び左右のタイロッド
２７，２７を介して、左右の操舵車輪２９，２９を操舵
することができる。

【００１８】補助トルク機構４０は、ステアリングハン
ドル２１に加えたステアリング系２０の操舵トルクを操
舵トルクセンサ４１で検出し、このトルク検出信号に基
づき制御部４２で制御信号を発生し、この制御信号に基
づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動機４３で発生
し、補助トルクを減速機構４４及びピニオン軸２４を介
して、ステアリング系２０のラックアンドピニオン機構
２５に伝達し、このラックアンドピニオン機構２５及び
左右のタイロッド２７，２７によって、左右の操舵車輪
２９，２９を操舵することができる。従って、運転者の
操舵トルクに電動機４３の補助トルクを加えた複合トル
クによって、操舵車輪２９，２９を操舵することができ
る。

【００１９】このようにして、電動機４３の出力軸４６
とピニオン３１との間に、減速機構４４を介在させ、こ
の減速機構４４とステアリングハンドル２１との間に、
操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ４１を介在させ
る。ピニオン３１は、ステアリングハンドル２１の操舵
トルクに応じて電動機４３が発生した補助トルクを付加
される歯車である。

【００２０】図２は本発明に係る電動パワーステアリン
グ装置の全体構成図であり、左端部及び右端部を断面し
て表したものである。この図は、電動パワーステアリン
グ装置１０のラック軸２６を、車幅方向（図左右方向）
に延びるハウジング５１に軸方向へスライド可能に収容
したことを示す。ラック軸２６は、ハウジング５１から
突出した長手方向両端にボールジョイント５２，５２を
介してタイロッド２７，２７を連結した軸である。５
３，５３はダストシール用ブーツである。

【００２１】図３は図２の３−３線断面図であり、電動
パワーステアリング装置１０の縦断面構造を示す。電動
パワーステアリング装置１０は、ピニオン軸２４、ラッ
クアンドピニオン機構２５、操舵トルクセンサ４１及び
減速機構４４をハウジング５１に収納し、このハウジン
グ５１の上部開口を上部カバー部５４で塞いだものであ
る。操舵トルクセンサ４１は、上部カバー部５４に取付
けたものである。

【００２２】ラックアンドピニオン機構２５のピニオン
３１並びにラック３２は「はすば歯車（ヘリカルギ
ヤ）」である。すなわち、ピニオン３１は、はすばピニ
オンであり、ラック３２は、はすばラックである。

【００２３】減速機構４４は、電動機４３で発生した補
助トルクをピニオン軸２４に伝達するウォームギヤ機
構、すなわち倍力機構である。詳しく述べると減速機構
４４は、電動機４３の出力軸４６に設けたウォーム４７
と、ピニオン軸２４に結合するとともにウォーム４７に
噛み合わせたウォームホイール４８（以下、単に「ホイ
ール４８」と言う。）とからなる。

【００２４】ハウジング５１は、上下に延びるピニオン
軸２４の上部、長手中央部及び下端を３個の軸受５５〜
５７を介して回転可能に支承したものであり、さらに電
動機４３を取付けるとともに、ラックガイド７０を備え
る。図中、５８はロックナット、５９はオイルシールで
ある。

【００２５】ところで、操舵トルクセンサ４１は、ピニ
オン軸２４に、永久歪みが付与され作用トルクに応じて
磁歪特性が変化する第１永久歪み部６１及び第２永久歪
み部６２を設け、これら第１・第２永久歪み部６１，６
２の周囲に、第１・第２永久歪み部６１，６２に生じた
磁歪効果を電気的に検出する検出部６３を設け、検出部
６３の検出信号をトルク検出信号として出力するように
した、磁歪式トルクセンサである。

【００２６】第１・第２永久歪み部６１，６２は、ピニ
オン軸２４の軸長手方向に互いに逆方向の永久歪みを付
与された磁歪膜からなる。検出部６３は、ピニオン軸２
４を通した筒状のコイルボビン６４，６５と、コイルボ
ビン６４，６５に巻いた第１多層ソレノイド巻きコイル
６６並びに第２多層ソレノイド巻きコイル６７と、第１
・第２多層ソレノイド巻きコイル６６，６７の周囲を囲
う磁気シールド用バックヨーク６８と、からなる。

【００２７】ラックガイド７０は、ラック３２と反対側
からラック軸２６に当てるガイド部７１と、このガイド
部７１を圧縮ばね７２（調整ばね７２）を介して押す調
整ボルト７３と、からなる押圧手段である。ガイド部７
１と調整ボルト７３との間には、調整ボルト７３の調整
方向に若干の隙間を有する。図中、７４はラック軸２６
の背面を滑らせる当て部材、７５はロックナットであ
る。

【００２８】このようにして、ピニオン３１とラック３
２の一方を互いに噛み合う方向に押すことができるラッ
クガイド７０（押圧手段７０）を設ける。ガイド部７１
によって、ピニオン軸２４の長手方向へのラック軸２６
の移動を規制しつつ、ラック軸２６をその軸方向へ摺動
可能に支持することができる。

【００２９】ラックガイド７０によれば、ハウジング５
１にねじ込んだ調整ボルト７３にて、圧縮ばね７２を介
してガイド部７１を適切な押圧力で押すことにより、ガ
イド部７１でラック３２に予圧を与えて、ラック３２を
ピニオン３１に押し付けることができる。この結果、ピ
ニオン３１とラック３２との噛み合いの遊びを最小限に
して支持することができる。さらには、ピニオン３１の
歯やラック３２の歯が摩耗したときには、ラックガイド
７０によってピニオン軸２４をピニオン３１側に押す。
このようにして、ピニオン３１とラック３２の一方を互
いに噛み合う方向に押すことができる。

【００３０】図４は本発明に係るピニオン並びにラック
の歯形の断面図（その１）であり、ピニオン３１並びに
ラック３２を噛み合わせた状態の歯形を示す。ピニオン
３１の歯形並びにラック３２の歯形は、対称形の円弧歯
形に類似した歯形を有する。

【００３１】ピニオン３１は、歯車における歯直角平面
の歯形又は軸直角平面の歯形を見たときに、歯末の面３
１ａに、歯車の基準ピッチ線Ｐｉ（基準ピッチ円Ｐｉ）
から偏った点を中心Ｃ１とする円弧面３１ｂを有すると
ともに、歯元の面３１ｃにも、基準ピッチ線Ｐｉから偏
った点を中心Ｃ２とする円弧面３１ｄを有した歯車であ
る。

【００３２】ラック３２は、歯車における歯直角平面の
歯形又は軸直角平面の歯形を見たときに、歯末の面３２
ａに、歯車の基準ピッチ線Ｐｉから偏った点を中心Ｃ１
とする円弧面３２ｂを有するとともに、歯元の面３２ｃ
にも、基準ピッチ線Ｐｉから偏った点を中心Ｃ２とする
円弧面３２ｄを有した歯車である。

【００３３】ここで、「歯直角平面の歯形」とは、歯す
じに垂直な平面上の歯形のことであり、「軸直角平面の
歯形」とは、歯車の軸に垂直な平面上の歯形のことであ
る。ラックアンドピニオン機構２５は、このような歯車
（ピニオン３１並びにラック３２）を少なくとも１組設
けた歯車装置であることを特徴とする。以下、歯形の詳
細について説明する。

【００３４】図５は本発明に係るピニオン並びにラック
の歯形の断面図（その２）であり、ピニオン３１並びに
ラック３２を分解した状態であって、歯車における歯直
角平面の歯形を示す。ピニオン３１は、歯末の面３１ａ
に、基準ピッチ線Ｐｉ（基準ピッチ円Ｐｉ）から歯先側
へ偏心寸法Ｘ１だけ偏った点Ｃ１を中心とする半径Ｒ１
の凸状の円弧面３１ｂを範囲Ｌ１にわたって有する。さ
らにピニオン３１は、歯元の面３１ｃに、基準ピッチ線
Ｐｉから歯先側へ偏心寸法Ｘ２だけ偏った点Ｃ２を中心
とする半径Ｒ２の凹状の円弧面３１ｄを範囲Ｌ２にわた
って有する。

【００３５】偏心寸法Ｘ１は偏心寸法Ｘ２と同一又はほ
ぼ同一である。半径Ｒ１よりも半径Ｒ２が大きい（Ｒ１
＜Ｒ２）。すなわち、半径Ｒ１，Ｒ２に差を設けた。よ
り具体的に述べると、半径Ｒ１は、基準ピッチ線Ｐｉ上
における歯厚よりも若干小さい。半径Ｒ２は、基準ピッ
チ線Ｐｉ上における歯厚よりも大きい。なお、半径Ｒ１
と半径Ｒ２との差の大きさについては、最大動力伝達能
力を勘案して設定することになる。

【００３６】歯末の面３１ａに形成された円弧面３１ｂ
と、歯元の面３１ｃに形成された円弧面３１ｄとは、基
準ピッチ線Ｐｉの近傍において、短いインボリュート面
３１ｅ（インボリュートの曲面部分３１ｅ）を介して連
なる。インボリュート面３１ｅは、ラック３２の歯との
干渉を避けるために、範囲Ｌ３にわたって有する曲面で
ある。なお、歯末の面３１ａの円弧面３１ｂは、歯先の
コーナ部分において半径Ｒ３の円弧面に連なる。歯元の
面３１ｃの円弧面３１ｄは、歯底のコーナ部分において
半径Ｒ４の円弧面に連なる。

【００３７】一方、ラック３２の歯形は、上記ピニオン
３１の歯形と同じである。具体的にはラック３２は、歯
末の面３２ａに、基準ピッチ線Ｐｉから歯先側へ偏心寸
法Ｘ１だけ偏った点Ｃ１を中心とする半径Ｒ１の凸状の
円弧面３２ｂを範囲Ｌ１にわたって有する。さらにピニ
オン３２は、歯元の面３２ｃに、基準ピッチ線Ｐｉから
歯先側へ偏心寸法Ｘ２だけ偏った点Ｃ２を中心とする半
径Ｒ２の凹状の円弧面３２ｄを範囲Ｌ２にわたって有す
る。

【００３８】歯末の面３２ａに形成された円弧面３２ｂ
と、歯元の面３２ｃに形成された円弧面３２ｄとは、基
準ピッチ線Ｐｉの近傍において、短いインボリュート面
３２ｅ（インボリュートの曲面部分３２ｅ）を介して連
なる。インボリュート面３２ｅは、ピニオン３１の歯と
の干渉を避けるために、範囲Ｌ３にわたって有する曲面
である。なお、歯末の面３２ａの円弧面３２ｂは、歯先
のコーナ部分において半径Ｒ３の円弧面に連なる。歯元
の面３２ｃの円弧面３２ｄは、歯底のコーナ部分におい
て半径Ｒ４の円弧面に連なる。

【００３９】次に、ピニオン３１並びにラック３２の歯
形の作用を図６に基づき説明する。図６（ａ），（ｂ）
は本発明に係るピニオン並びにラックの歯形の作用図
（その１）である。（ａ）は、上記図４に示す凸状の円
弧面３１ｂと凹状の円弧面３２ｄとの噛み合い状態を拡
大して表したものであり、初期の噛み合い状態を示す。

【００４０】上述のように、凸状の円弧面３１ｂの半径
Ｒ１は、凹状の円弧面３２ｄの半径Ｒ２よりも小さい
（Ｒ１＜Ｒ２）。半径Ｒ１の中心Ｃ１は、基準ピッチ線
Ｐｉから歯先側へ偏った位置にある。一方、半径Ｒ２の
中心Ｃ２は、基準ピッチ線Ｐｉに対し中心Ｃ１と反対側
にある。すなわち初期の噛み合い状態において、中心Ｃ
１と中心Ｃ２とは、基準ピッチ線Ｐｉから偏るととも
に、基準ピッチ線Ｐｉに対して互いに反対側にある。円
弧面３１ｂと円弧面３２ｄとが接触する点Ｑ１は、中心
Ｃ１と中心Ｃ２とを通る直線Ｓ１上にある。

【００４１】ところで、ピニオン３１の歯やラック３２
の歯が摩耗することで、噛み合わせ部分の遊びが増す
と、その分だけラック３２はラックガイド７０（図３参
照）に押される。このため、凸状の円弧面３１ｂと凹状
の円弧面３２ｄとは、常に接触する状態にある。

【００４２】円弧面３１ｂ，３２ｄは、互いに接触して
摩耗し合うことで、互いに同じ形状になろうとする。す
なわち、凸状の円弧面３１ｂは、凹状の円弧面３２ｄに
接触して摩耗することで、徐々に円弧面３２ｄに類似し
た形状や大きさになってくる。この結果、円弧面３１ｂ
の半径Ｒ１は半径Ｒ２の大きさに近づいて大きくなり、
半径Ｒ１の中心Ｃ１は半径Ｒ２の中心Ｃ２側へ変位する
（図の右上方へ時計回りに変位する。）。

【００４３】一方、凹状の円弧面３２ｄは、凸状の円弧
面３１ｂに接触して摩耗することで、徐々に円弧面３１
ｂに類似した形状や大きさになってくる。この結果、円
弧面３２ｄの半径Ｒ２は半径Ｒ１の大きさに近づいて小
さくなり、半径Ｒ２の中心Ｃ２は円弧面３２ｄ側へ変位
する（図の左下方へ時計回りに変位する。）。

【００４４】このように、円弧面３１ｂ，３２ｄの摩耗
に応じて中心Ｃ１，Ｃ２が変位するので、中心Ｃ１，Ｃ
２を通る直線Ｓ１は図時計回りに変位する。直線Ｓ１の
変位に伴い、直線Ｓ１上で円弧面３１ｂ，３２ｄ同士が
噛み合う点Ｑ１も上方へ変位して歯車の理論上の基準ピ
ッチ線Ｐｉに接近する。そして、直線Ｓ１は理論上の基
準ピッチ線Ｐｉに平行になる。そのことを（ｂ）で示
す。

【００４５】（ｂ）は、上記円弧面３１ｂの半径Ｒ１が
半径Ｒ１１まで大きくなるとともに、上記円弧面３２ｄ
の半径Ｒ２が半径Ｒ１２まで小さくなったことを示す。
この結果、上記中心Ｃ１は中心Ｃ１１までに変位し、上
記中心Ｃ２は中心Ｃ１２まで変位する。このときに、中
心Ｃ１１，Ｃ１２を通る直線Ｓ１１は、理論上の基準ピ
ッチ線Ｐｉに平行である。円弧面３１ｂと円弧面３２ｄ
とは、直線Ｓ１１上の点Ｑ２で噛み合う、すなわち接触
することになる。従って、この状態が、円弧面３１ｂ，
３２ｄ同士での噛み合いの限界となる。

【００４６】ところで、上記図３に示すように、ラック
３２はラックガイド７０に常時押されている。このた
め、歯の摩耗が進行することにより、図６において、円
弧面３１ｂ，３２ｄ同士が噛み合う点が（ａ）のＱ１か
ら（ｂ）のＱ２へ変位するときに、理論上の基準ピッチ
線Ｐｉの位置は摩耗した後の直線Ｓ１１（仮想ピッチ線
Ｓ１１）上まで移動する。上記図４に示す凸状の円弧面
３２ｂと凹状の円弧面３１ｄとの噛み合いについても同
様である。

【００４７】以上の説明から明らかなように、ピニオン
３１とラック３２は、図６（ａ）の初期の噛み合い状態
から図６（ｂ）の摩耗した後の噛み合い状態までにわた
って、円弧面３１ｂ，３２ｄ同士の噛み合いと、円弧面
３１ｄ，３２ｂ同士の噛み合いとの２点で接触する状態
を確保することができる。

【００４８】以上をまとめて図３、図４及び図７に基づ
き更に説明する。図７は本発明に係るピニオン並びにラ
ックの歯形の作用図（その２）であり、上記図６（ｂ）
に相当する図である。

【００４９】図３に示すように、ラックガイド７０は、
ピニオン３１とラック３２の一方を互いに噛み合う方向
に押すことで、ピニオン３１とラック３２との噛み合い
の遊びを最小限にして支持している。

【００５０】ピニオン３１やラック３２の歯が摩耗した
り噛み合い誤差が生じることで、噛み合わせ部分の遊び
が増した場合には、ラックガイド７０に押されて１組の
歯車の軸間距離Ｄｉ、すなわちピニオン軸２４の中心か
らラック軸２６の中心まで距離Ｄｉが小さくなる。何故
なら、図７に示すピニオン３１の基準ピッチ円Ｐｉの径
ｄｐ１が実質的に小さくなったり、ラック軸２６（図
３）の中心から基準ピッチ線Ｐｉまでの距離ｄｐ２が実
質的に小さくなるからである。言い換えると、ピニオン
３１の歯とラック３２の歯の噛み合いの理論上の基準ピ
ッチ線Ｐｉの位置は変化する。

【００５１】これに対し、本発明の１組の歯車としての
ピニオン３１並びにラック３２は、図４に示すようにし
たことを特徴とする。本発明の１組の歯車としてのピニ
オン３１並びにラック３２は、歯末の面３１ａ，３２ａ
及び歯元の面３１ｃ，３２ｃに、歯車の基準ピッチ線Ｐ
ｉから偏った点Ｃ１，Ｃ２を中心とした円弧面３１ｂ，
３１ｄ，３２ｂ，３２ｄを有する。さらには、歯元の面
３１ｃ，３２ｃに形成した凹状の円弧面３１ｄ，３２ｄ
の半径Ｒ２は、歯末の面３１ａ，３２ａに形成した凸状
の円弧面３１ｂ，３２ｂの半径Ｒ１よりも大きい（Ｒ１
＜Ｒ２）。

【００５２】従って、図７に示す１組の歯車の軸間距離
の変動に対する、歯の表面疲れ強さの変動を抑制するこ
とができる。具体的には、図７は上記図６（ｂ）と同様
に、摩耗によって円弧面３１ｂの半径が半径Ｒ１１まで
大きくなるとともに、円弧面３２ｄの半径が半径Ｒ１２
まで小さくなったことを示す。このときの中心Ｃ１１及
び中心Ｃ１２を通り基準ピッチ線Ｐｉに平行な線又は円
のことを、ここでは、摩耗した後の仮想ピッチ線Ｓ１１
と言う。この仮想ピッチ線Ｓ１１は、上記図６（ｂ）に
示す示す直線Ｓ１１と同一である。

【００５３】歯の摩耗が進行することによって、理論上
の基準ピッチ線Ｐｉの位置が摩耗した後の仮想ピッチ線
Ｓ１１上に移動するまで、歯末の円弧面３１ｂと歯元
の円弧面３２ｄとの接触、及び、歯末の円弧面３２ｂ
と歯元の円弧面３１ｄとの接触の、２点が接触する状態
を確保することができる。このため、ある程度の接触面
積を確保することができるので、接触応力が急激に増大
することはない。この結果、表面疲れ強さを確保できる
ので、歯車（ピニオン３１並びにラック３２）の耐摩耗
性を、より確保することができる。

【００５４】なお、上記発明の実施の形態において、１
組の歯車は、ピニオン３１並びにラック３２からなるラ
ックアンドピニオン歯車２５に限定されるものではな
く、例えば、ウォーム４７並びにホイール４８からなる
ウォームギヤ機構に採用したり、ベベルギヤ機構に採用
することもできる。また、押圧手段７０は、ピニオン３
１をラック３２側へ互いに噛み合う方向に押す構成であ
ってもよい。

【００５５】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、歯末の面及び歯元の面に、歯車の基
準ピッチ線から偏った点を中心とする円弧面を有するの
で、１組の歯車の軸間距離が変動しても、表面疲れ強さ
の変動を抑制することができる。すなわち、歯がある程
度摩耗したり噛み合い誤差が生じることで、噛み合わせ
部分の遊びが増した場合であっても、歯末の円弧面及び
歯元の円弧面の２点が接触する状態を確保することがで
きる。このため、ある程度の接触面積を確保することが
できるので、接触応力が急激に増大することはない。こ
の結果、表面疲れ強さを確保できるので、歯車の耐摩耗
性をより確保することができる。

【００５６】請求項２は、１組の歯車をラックアンドピ
ニオン歯車とし、ピニオンとラックの一方を互いに噛み
合う方向に押圧手段で押すことにより、ピニオンとラッ
クとの噛み合いの遊びを最小限にして支持することがで
きる。このため、ピニオンやラックの歯が摩耗したり噛
み合い誤差が生じることで、噛み合わせ部分の遊びが増
した場合であっても、常に歯末の円弧面及び歯元の円弧
面の２点が接触する状態を確保することができる。従っ
て、ピニオン並びにラックの耐摩耗性をより確保するこ
とができる。

【００５７】請求項３は、ピニオンを車両のステアリン
グハンドルに連結し、ラックを車両の操舵車輪に連結し
たことを特徴とする。車両の走行時、特に操舵時の路面
反力が操舵車輪からタイロッドを介してラック軸に伝わ
ったときには、長いラック軸がたわむことで、ピニオン
とラックの噛み合いに誤差が生じることがあり得る。ま
た、路面からラックアンドピニオン歯車を介してステア
リングハンドルに伝わる衝撃等により、衝撃的な負荷が
ピニオンとラックの噛み合い部分に作用する。請求項３
によれば、このようなときであっても、押圧手段でピニ
オンとラックの一方を互いに噛み合う方向に押すことに
よって、常に歯末の円弧面及び歯元の円弧面の２点が接
触する状態を確保することができる。しかも、押圧手段
によって歯の噛み合わせ部分の遊びを抑制できるので、
歯面同士が当ったときの打音が、ステアリングハンドル
を介して車室内に伝わることを防止できる。

【００５８】請求項４は、ピニオンが、ステアリングハ
ンドルの操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トル
クを付加される歯車であることを特徴とする。押圧手段
によって歯の噛み合わせ部分の遊びを抑制し、この結
果、歯の摩耗の進行を抑制することによって、ラックア
ンドピニオン歯車の動力伝達効率を確保することができ
る。このようなラックアンドピニオン歯車を電動パワー
ステアリング装置に採用したので、補助トルクをピニオ
ンからラックへ確実に且つ円滑に伝達することができ
る。

【００５９】請求項５は、電動機の出力軸とピニオンと
の間に、減速機構を介在させ、この減速機構とステアリ
ングハンドルとの間に、操舵トルクを検出する操舵トル
クセンサを介在させたことを特徴とする。歯の摩耗の進
行を抑制することによって動力伝達効率を確保したラッ
クアンドピニオン歯車を、電動パワーステアリング装置
に採用し、ステアリングハンドルの操舵トルクに、操舵
トルクセンサで検出した操舵トルクに応じて発生した補
助トルクを減速機構を介して付加したところの、複合ト
ルクをピニオンからラックへ確実に且つ円滑に伝達する
ことで、複合トルクによって操舵車輪を円滑に操舵する
ことができる。従って、操舵感覚を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の模
式図

【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全
体構成図

【図３】図２の３−３線断面図

【図４】本発明に係るピニオン並びにラックの歯形の断
面図（その１）

【図５】本発明に係るピニオン並びにラックの歯形の断
面図（その２）

【図６】本発明に係るピニオン並びにラックの歯形の作
用図（その１）

【図７】本発明に係るピニオン並びにラックの歯形の作
用図（その２）

【符号の説明】

１０…電動パワーステアリング装置、２１…ステアリン
グハンドル、２５…歯車装置（ラックアンドピニオン歯
車）、２９…操舵車輪、３１，３２…１組の歯車として
のピニオン及びラック、３１ａ，３２ａ…歯末の面、３
１ｂ，３１ｄ，３２ｂ，３２ｄ…円弧面、３１ｃ，３２
ｃ…歯元の面、４１…操舵トルクセンサ、４３…電動
機、４４…減速機構、４６…電動機の出力軸、７０…押
圧手段（ラックガイド）、Ｃ１，Ｃ２…歯車の基準ピッ
チ線から偏った点、Ｒ１，Ｒ２…円弧面の半径、Ｐｉ…
歯車の基準ピッチ線、Ｓ１１…摩耗した後の仮想ピッチ
線、Ｘ１，Ｘ２…偏心寸法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 誉得 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3D033 CA02 CA04 CA16 CA21 CA28 3J009 DA04 DA11 DA16 EA06 EA19 EA23 EA37 EA44 EB02 FA08 3J062 AA07 AB05 AC07 BA17 BA25 BA26 CA15 CA25

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯車における歯直角平面の歯形又は軸直
   角平面の歯形を見たときに、歯末の面に、歯車の基準ピ
   ッチ線から偏った点を中心とする円弧面を有するととも
   に、歯元の面にも、前記基準ピッチ線から偏った点を中
   心とする円弧面を有した歯車を、少なくとも１組設けた
   歯車装置。
2. 【請求項２】 前記１組の歯車を、ピニオン並びにラッ
   クからなるラックアンドピニオン歯車とし、これらのピ
   ニオンとラックの一方を互いに噛み合う方向に押すこと
   ができる押圧手段を設けたことを特徴とする請求項１記
   載の歯車装置。
3. 【請求項３】 前記ピニオンを車両のステアリングハン
   ドルに連結し、前記ラックを車両の操舵車輪に連結した
   ことを特徴とする請求項２記載の歯車装置。
4. 【請求項４】 前記ピニオンは、前記ステアリングハン
   ドルの操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トルク
   を付加される歯車であることを特徴とした請求項３記載
   の歯車装置。
5. 【請求項５】 前記電動機の出力軸と前記ピニオンとの
   間に、減速機構を介在させ、この減速機構と前記ステア
   リングハンドルとの間に、前記操舵トルクを検出する操
   舵トルクセンサを介在させたことを特徴とする請求項４
   記載の歯車装置。