JP2007269065A - 電動ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動ステアリング装置のウォームギヤ機構において、操舵感覚を高めつつ、トルクの伝達効率を高めるとともに、ウォーム及びウォームホイールの耐久性を高める。
【解決手段】電動ステアリング装置は、操舵入力に基づいて電動モータが発生したトルクを、ウォームギヤ機構４４を介して転舵用車輪に伝達することで、車両の転舵を行うものである。ウォームギヤ機構は、金属製のウォーム４７と、このウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイール４８とからなる。ウォームの歯４７ａの複数箇所からウォームホイールの複数の歯４８ａにトルクが作用した場合であって、各作用点を通る線を作用線Ｌｔとしたときに、ウォームの歯における歯末の面４７ｃは、作用線上を中心とした円弧状に形成されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、操舵入力に基づいて電動モータが発生したトルクを、ウォームギヤ機構を介して転舵用車輪に伝達することで、車両の転舵を行う電動ステアリング装置に関する。

電動ステアリング装置の中には、操舵入力に基づき電動モータが発生したトルクを転舵用車輪に伝達するために、ウォームギヤ機構を備えたものがある。このようなウォームギヤ機構の耐久性を高める技術の開発が進められている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１６６１７公報

特許文献１による従来の電動ステアリング装置は、ウォームギヤ機構をなす、ウォームとウォームホイールの歯形をインボリュートではなく、特殊な形状にすることで、歯面に有している潤滑剤を歯幅内に保持させるようにしたというものである。長期間にわたって歯面の潤滑性能を高めることで、ウォーム及びウォームホイールの耐久性を高めることができる。

ところで、ウォーム及びウォームホイールにおいて、噛み合っている全ての歯同士が、ウォームの基準ピッチ線（ピッチ円の線）の位置で噛み合うわけではない。中には、ウォームの歯の歯先がウォームホイールの歯の歯元の面と噛み合う部分もある。つまり、噛み合い点が、ウォームの歯の歯先、及び、ウォームホイールの歯の歯元にある。このような噛み合いでは荷重が集中するので、面圧が大きくなる。このため、各歯の耐摩耗性に十分な配慮が必要となる。

さらには、ウォームにおける噛み合い点が、ウォームの基準ピッチ線よりも径外方にあるので、基準ピッチ線上にある場合に比べて、ウォームにおける歯（ねじ山）の進み角は小さい。進み角が小さいので、ウォームとウォームホイールとの間での、トルクの伝達効率や逆伝達効率を高めるには限界がある。伝達効率や逆伝達効率は、ステアリングハンドルによる操舵感覚（操舵フィーリング）に影響を及ぼす。

また、このようなウォームギヤ機構においては、噛み合いの円滑化や噛み合い騒音の低減化を図るために、ウォームを金属製品とし、ウォームホイールを樹脂製品とすることが考えられる。噛み合いの円滑化は、操舵感覚（操舵フィーリング）を高めることにつながる。樹脂製のウォームホイールの場合であっても、耐久性を確保できることが求められる。
これに対して、トルクの伝達効率が小さい分、歯同士の噛み合いに伴う発熱が増すことになる。このため、樹脂製品からなるウォームホイールが熱影響によって歪む、つまり、クリープ（creep）が発生し得る。従って、ウォームホイールの耐久性を、より高めるには、更なる改良の余地がある。

本発明は、電動ステアリング装置のウォームギヤ機構において、操舵感覚を高めつつ、トルクの伝達効率（逆伝達効率を含む）を高めるとともに、ウォーム及びウォームホイールの耐久性を高めることができる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明では、操舵入力に基づいて電動モータが発生したトルクを、ウォームギヤ機構を介して転舵用車輪に伝達することで、車両の転舵を行う電動ステアリング装置であって、ウォームギヤ機構が、金属製のウォームと、このウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールとからなり、ウォームの歯（ねじ山）の複数箇所からウォームホイールの複数の歯にトルクが作用した場合であって、各作用点を通る線を作用線としたときに、ウォームの歯における歯末の面が、作用線上を概ね中心とした円弧状に形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明は、ウォームからウォームホイールへ伝達されるトルクが小さい場合には、ウォームとウォームホイールとの噛み合い点を、従来よりもウォームの歯元側に寄せることができる。ウォームの歯のうち、進み角を大きくできる歯元の部分で、ウォームホイールが噛み合うことによって、トルクの伝達効率や逆伝達効率を、より高めることができる。従って、電動ステアリング装置において、ステアリングハンドルの切り始めや切り戻しを始めるときの操舵感覚（操舵フィーリング）を、より高めることができる。

また、ウォームからウォームホイールへ伝達されるトルクが大きい場合には、大きいトルクによって、樹脂製のウォームホイールにおける歯が弾性変形する。この結果、ウォームとウォームホイールとの噛み合い点は、ウォームにおける基準ピッチ線の近傍に寄る。このように、ウォームの歯のうち、進み角を大きくできる歯元の部分に、ウォームホイールを噛み合わせることによって、トルクの伝達効率や逆伝達効率を、より高めることができる。
大きいトルクでの連続運転をした場合であっても、伝達効率が高いので、噛み合いに伴う発熱を抑制することができる。このため、樹脂製品からなるウォームホイールが熱影響によって歪む、つまり、クリープ（creep）の発生を、抑制することができる。この結果、ウォームホイールの耐久性を高めることができる。

さらには、ウォームにおけるねじ山の歯先が、ウォームホイールにおける歯の歯元の面に強く当たることを防止することができ、歯面に均等に接触することになり、耐久性に余裕がでる。例えば、歯同士の面圧を低減することができるので、摩耗を抑制することができる。つまり、ウォーム及びウォームホイールの耐久性を高めることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
ウォームギヤ機構を搭載した電動ステアリング装置の一例として、電動パワーステアリング装置について説明する。

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る。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。

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２３，２３を介してピニオン軸（入力軸）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。
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と、ラック軸２６に形成したラック３２とからなる。

ステアリング系２０によれば、運転者がステアリングハンドル２１を操舵することで、その操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５を介して、操舵車輪２９，２９を操舵することができる。

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モータ４３で発生し、補助トルクをウォームギヤ機構４４を介してピニオン軸２４に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸２４からステアリング系２０のラックアンドピニオン機構２５に伝達するようにした機構である。ウォームギヤ機構４４は、倍力機構の役割を果たす。
電動パワーステアリング装置１０によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ４３の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸２６で操舵車輪２９，２９を操舵することができる。

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破断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２の左右方向）に延びるハウジング５１に、軸方向に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。５３，５３はダストシール用ブーツである。

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。図４は本発明に係るウォームギヤ機構の分解図である。
図３に示すように、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及びウォームギヤ機構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。なお、操舵トルクセンサ４１は磁歪式トルクセンサからなる。

図３に示すように、電動モータ４３はモータ軸４３ａ（図１参照）を、紙面の向こう側から手前のハウジング５１内に水平に延ばしたものである。モータ軸４３ａは、ウォームギヤ機構４４のウォーム軸４６を連結した出力軸である。

図３及び図４に示すように、ウォームギヤ機構４４は、駆動側のウォーム４７と、ウォーム４７に噛み合うトルク伝達用ウォームホイール４８と、ウォーム４７に対してトルク伝達用ウォームホイール４８の回転中心線ＣＬに沿う方向で噛み合う補助ウォームホイール４９とからなる。
ウォーム軸４６は、一体に形成したウォーム４７を備える。ピニオン軸２４は、トルク伝達用ウォームホイール４８を取付けたものである。ウォーム４７からトルク伝達用ウォームホイール４８を介して負荷側のピニオン軸２４にトルクを伝達することができる。

補助ウォームホイール４９は、ウォーム４７とトルク伝達用ウォームホイール４８との間の、バックラッシを除去するために設けた補助的な歯車である。なお、補助ウォームホイール４９の有無は任意である。

図３に示すように、ハウジング５１は、上下に延びるピニオン軸２４を軸受５５〜５７を介して回転可能に支持し、水平に延びるウォーム軸４６の両端部を軸受を介して回転可能に支持することになる。

次に、ウォーム４７及びトルク伝達用ウォームホイール４８（以下、単に「ウォームホイール４８」と言う。）について詳しく説明する。
図５は本発明に係るウォーム及びトルク伝達用ウォームホイールの噛み合い構成を示す断面図である。
図５に示すように、ウォーム４７は金属製品、例えば機械構造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４０５１）等の鉄鋼製品である。ウォームホイール４８は、ナイロン樹脂等の樹脂製品である。金属製品のウォーム４７に樹脂製品のウォームホイール４８を噛合わせるようにしたので、噛合いを比較的円滑にすることができるとともに、騒音をより低減させることができる。
さらには、ウォーム４７は金属製品であるから剛性が大きく弾性変形し難い。これに対して、ウォームホイール４８は樹脂製品であるから比較的剛性が小さく、ウォーム４７よりも弾性変形し易い。

ウォーム４７の圧力角並びにウォームホイール４８の圧力角は、共にαである。ウォーム４７のピッチ円径はｄ１であり、ウォームホイール４８のピッチ円径はｄ２である。
ここで、符号Ｃ１はウォーム４７の基準ピッチ線、つまり、ピッチ円径ｄ１のピッチ円の線である。図５に示すように、基準ピッチ線Ｃ１については、ウォーム４７を軸直角方向から見たときに、ウォーム４７と平行で水平な直線で表される。
符号Ｃ２はウォームホイール４８の基準ピッチ線、つまり、ピッチ円径ｄ２のピッチ円の線である。基準ピッチ線Ｃ２については、ウォームホイール４８を図４の回転中心線ＣＬに沿って見た（図５を紙面側から見た）ときに、ウォームホイール４８の中心を基準とした円で表される。

ウォーム４７は、ねじ山４７ａ（つまり、歯４７ａ）が１条で設定されるとともに、ねじ山４７ａのピッチがＰｉに設定されている。
ピッチ円径ｄ１において、ウォーム４７のねじ山４７ａの進み角は、ねじ面の摩擦角よりも若干大きく設定してある。このため、ウォームホイール４８側からウォーム４７を回すことができる（逆伝達性）。この逆伝達性を高めるには、逆伝達効率を高める必要がある。

図５は、ウォーム４７のねじ山４７ａ（歯４７ａ）の歯形が、一般的に採用されている、軸直角断面において「ほぼ台形」の歯形である場合を、仮定して示している。一方、ウォームホイール４８の歯４８ａ・・・の歯形は、軸直角断面においてインボリュートの歯形である。

このように、図５は、ウォーム４７における、ねじ山４７ａの３箇所に、ウォームホイール４８の３個の歯４８ａ・・・が噛み合っている、噛み合い基準状態を示している。すなわち、ウォーム４７が、この図５に示す噛み合い状態から回転を開始するものとして、以下の説明をする。従って、ウォーム４７の回転角θは、図５に示す状態で０°である。

ここで、ウォーム４７とウォームホイール４８の噛み合い関係について、理解を容易にするために、ねじ山４７ａ及び歯４８ａ・・・のことを、便宜的に次のように言うことにする。
つまり、図５に示すように、ウォームホイール４８の複数の歯４８ａ・・・のうち、ねじ山４７ａに噛み合う３個の歯４８ａ・・・のことを、図右側から左側へ順に第１歯４８ａ１、第２歯４８ａ２、第３歯４８ａ３と言う。
また、実際のねじ山４７ａは連続した螺旋状の歯であるが、ここでは便宜的に、ねじ山４７ａのうち、ウォームホイール４８の第１歯４８ａ１に噛み合う山の部分を第１歯４７ａ１、第２歯４８ａ２に噛み合う山の部分を第２歯４７ａ２、第３歯４８ａ３に噛み合う山の部分を第３歯４７ａ３と言う。

第２歯４７ａ２，４８ａ２同士は、ウォーム４７の基準ピッチ線Ｃ１とウォームホイール４８の基準ピッチ線Ｃ２との第２交点Ｐ２で噛み合っている。この第２歯４７ａ２，４８ａ２同士の噛み合い状態は、ウォーム４７の回転角θ＝０°のときの、基準となる噛み合いである（以下、「基準噛み合い状態」と言う。）。回転角θ＝０°のことを、「噛み合い開始のウォーム４７の回転角θ＝０°」と言うことにする。

このときに、ウォーム４７の第１歯４７ａ１における歯末の面４７ｃは、ウォームホイール４８の第１歯４８ａ１における歯元の面４８ｂに、第１交点Ｐ１で噛み合う。また、ウォーム４７の第３歯４７ａ３における歯元の面４７ｂは、ウォームホイール４８の第３歯４８ａ３における歯末の面４８ｃに、第３交点Ｐ３で噛み合う。

図５において、第２交点Ｐ２を原点としたＸ−Ｙ座標を考えたときに、第２交点Ｐ２を通る基準ピッチ線Ｃ１（つまり、水平な直線Ｃ１）はＸ軸である。また、第２交点Ｐ２及びウォームホイール４８の中心（図４の回転中心線ＣＬ）を通るとともにＸ軸と直角な直線は、Ｙ軸である。

３つの交点Ｐ１、Ｐ２及びＰ３を通る直線Ｌｔ（ほぼ直線を含む）のことを作用線Ｌｔと言うことにする。ウォーム４７におけるねじ山４７ａの３箇所に、ウォームホイール４８の３個の歯４８ａ１，４８ａ２，４８ａ３が噛み合うことになる。
このままの構成では、第１歯４７ａ１に大きい荷重が作用することになるので、耐久性を高めるには改良の余地がある。そこで、本発明においては、ウォーム４７のねじ山４７ａの歯形を次のように改良した。

図６（ａ），（ｂ）はウォームのねじ山の説明図である。
図６（ａ）は比較例のウォーム４７のねじ山４７ａの歯形を示す。この比較例のねじ山４７ａの歯形は、図５に示す歯形と同じであって、軸直角断面において「ほぼ台形」の歯形であり、歯元の面４７ｂと歯末の面４７ｃとが一直線上に並ぶ。

これに対して、本発明の実施例では、図６（ｂ）に示すように、ウォーム４７における歯末の歯面４７ｃを、歯厚が小さくなるように半径Ｒｍの円形状（円弧状）に形成したことを特徴とする。すなわち、実施例のウォーム４７では、比較例におけるねじ山４７ａの歯形のうち、歯元を基準とし、基準ピッチ線Ｃ１から歯先にかけて、歯厚が緩やかに小さくなる円弧状の歯面４７ｃとした。

このように、図６（ｂ）において、ねじ山４７ａのうち、想像線にて示す比較例の歯末の面４７ｃから実線にて示す歯末の面４７ｃまで後退するように、歯形を修正した。つまり、歯末のうち、図６（ｂ）でハッチングして示す削除範囲Ｅｘを削除した。

ウォーム４７のねじ山４７ａの歯形について、更に詳しく説明する。
図７は本発明に係るウォームのねじ山とウォームホイールの歯との噛み合い構成を示す断面図である。図８（ａ）〜（ｃ）は図７に示す歯同士の噛み合い部分の説明図である。

図５に示すように、ウォーム４７を図時計回り（矢印Ｒ１方向）に回転させることで、ウォームホイール４８は図時計回り（矢印Ｒ２方向）へ回転する。
図７及び図８は、ウォーム４７が図５に示す基準噛み合い状態から、任意の回転角θまで回転したときにおける、第２歯４７ａ２，４８ａ２同士の噛み合い状態を示す。なお、図７に示すＸ−Ｙ座標は、上記図５に示されたＸ−Ｙ座標と同じものであり、第２交点Ｐ２を原点とする。

また、ねじ山４７ａは螺旋状の歯であるから、実際には、ウォーム４７が回転しても、第２歯４７ａ２の位置がウォーム４７の軸方向へ変位することはない。しかし、ここでは説明の理解を容易にするために、仮に「図５に示すように、ウォーム４７が矢印Ｒ１方向へ回転するにつれて、第２歯４７ａ２の位置がＸ軸に沿って第１歯４７ａ１の方へ変位する」と仮定して、説明を進める。
以下、この噛み合い状態に基づいて説明をする。

図８（ａ）は、図５に対応させて表した、比較例のウォーム４７の第２歯４７ａ２の歯形の噛み合い部分状態を示す。図８（ａ）に示すように、比較例においては、ねじ山４７ａの歯形が台形であるから、第２歯４７ａ２，４８ａ２同士の噛み合い点Ｍ１は、作用線Ｌｔ上にある。このときに、ウォームホイール４８の基準ピッチ線Ｃ２に対して、ウォーム４７の第２歯４７ａ２の歯面が交差する交点をＲ１とする。同様に、基準ピッチ線Ｃ２に対して、ウォームホイール４８の第２歯４８ａ２の歯面が交差する交点をＱ１とする。

図５、図７及び図８（ａ）に示すように、Ｘ−Ｙ座標を考えたときに、交点Ｒ１の座標は、「Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ」で表すことができる。また、交点Ｑ１の座標は、「Ｘ_Ｑ，Ｙ_Ｑ」で表すことができる。これらの交点Ｒ１，Ｑ１の関係を、図８（ｂ）にて拡大して表した。

図８（ｂ）に示すように、交点Ｒ１，Ｑ１の関係を直角三角形「△Ｒ１，Ｓ１，Ｑ１」で表したときに、基準ピッチ線Ｃ２上の交点Ｒ１，Ｑ１間の弦の長さδｍθについては、三平方の定理に基づいて、次の（１）式で求めることができる。
但し、「△Ｒ１，Ｓ１，Ｑ１」において、交点Ｒ１，Ｓ１間の辺の長さはＬ１、交点Ｓ１，Ｑ１間の辺の長さはＬ２、∠Ｓ１は直角である。交点Ｒ１，Ｓ１間の辺はウォーム４７の基準ピッチ線Ｃ１に平行である。

δｍθ＝｛（Ｌ１）^２＋（Ｌ２）^２｝^１／２
＝｛（Ｘ_Ｑ−Ｘ_Ｒ）^２＋（Ｙ_Ｑ−Ｙ_Ｒ）^２｝^１／２ ・・・（１）
従って、基準ピッチ線Ｃ２上の交点Ｒ１，Ｑ１間には長さδｍθ、つまり間隔δｍθの隙間Ｓｋを有することになる。

本発明は、図８（ｃ）に示す実施例のように、作用線Ｌｔ上において、第２歯４７ａ２，４８ａ２間に間隔δｍθの隙間Ｓｋを設けるように、ウォーム４７の歯形を形成したことを特徴とする。すなわち、作用線Ｌｔ上において、噛み合い点Ｍ１から間隔δｍθだけ離れた点Ｍ２に、第２歯４７ａ２の歯末の面４７ｃがくるように、歯形を形成した。
より具体的には、図８（ａ）の想像線及び図８（ｃ）の実線で示すように、第２歯４７ａ２の歯末の面４７ｃを、歯厚が徐々に小さくなる円弧状に形成した。

ところで、当然のことながら、ウォーム４７を回転させることによってウォームホイール４８が回転した場合に、第２歯４７ａ２，４８ａ２間には常に間隔δｍθの隙間Ｓｋを有している必要がある。つまり、ウォーム４７の回転角θが０°から変化した場合であっても、隙間Ｓｋを設けることが求められる。

回転角θが変化した場合の、隙間Ｓｋの間隔δｍθについても、回転角θに応じて上記式（１）で求めることができる。従って、回転角θに応じた間隔δｍθを求めることにより、第２歯４７ａ２における歯末の歯面４７ｃの形状を求めることができる。すなわち、回転角θに応じて変化する歯面４７ｃの軌跡を求めることによって、修正された歯面４７ｃの形状を求めることができる。これを図９に示した。

図９は本発明に係るウォームの第２歯における歯末の歯面を示す説明図であり、上記図５に示されたＸ−Ｙ座標を合わせて表したものである。
図９に示された実線Ｃｕ１は、ウォーム４７の回転角θに応じて変化する、第２歯４７ａ２の歯末の歯面４７ｃの軌跡を描いたものである。ウォーム４７の回転角θが０°のときに、実線Ｃｕ１は原点に交わる。
図８（ｃ）に示す第２歯４７ａ２における歯末の歯面４７ｃについては、理想的には実線Ｃｕ１に合致させることが好ましい。

しかしながら、実際の製作にあたっては、ウォーム４７の歯形の成形を、より容易にするために、次のようにすることが好ましい。すなわち、第２歯４７ａ２の歯末の歯面４７ｃを、図９に示された破線Ｃｕ２のように、実線Ｃｕ１に近似する円弧状にする。具体的には、作用線Ｌｔ上を中心Ｏｗとした半径Ｒｍの円形状（円弧状）に歯面４７ｃを形成する。より具体的には、歯面４７ｃを作用線Ｌｔ上の１点を中心Ｏｗとした円弧状に形成する。当然のことながら、ウォーム４７の回転角θが０°のときに、破線Ｃｕ２は原点に交わる。
なお、図９に示された想像線Ｃｕ３は、一般的なインボリュート曲線である。

図１０は本発明に係るウォームのねじ山とウォームホイールの歯との噛み合い状態を示す作用図である。
ウォーム４７からウォームホイール４８へ伝達されるトルクが小さい場合には、図１０に示すように、第１歯４７ａ１，４８ａ１間には隙間Ｓｋを有している。このため、第２歯４７ａ２，４８ａ２同士だけが第２交点Ｐ２で噛み合う。又は、第２歯４７ａ２，４８ａ２同士が第２交点Ｐ２で噛み合うとともに、第３歯４７ａ３，４８ａ３同士が第３交点Ｐ３で噛み合う。

一方、トルクが大きい場合には、第２歯４７ａ２から第２歯４８ａ２へ伝達される大きいトルクによって、樹脂製の第２歯４８ａ２が弾性変形する。このため、第１歯４７ａ１，４８ａ１同士も噛み合う。
この場合であっても、第１歯４７ａ１は歯末の面４７ｃが上述の円弧状に形成されているので、歯元の面４７ｂが第１歯４８ａ１の歯末の面４８ｃに噛み合うことになる。

以上の説明をまとめると、次の通りである。
本発明は、図５に示すように、ウォーム４７の歯４７ａ（ねじ山４７ａ）の複数箇所からウォームホイール４８の複数の歯４８ａ・・・にトルクが作用した場合であって、各作用点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通る線Ｌｔを作用線としたものである。そして本発明は、図６（ｂ）、図７及び図８（ｃ）に示すように、ウォーム４７の歯４７ａにおける歯末の面４７ｃを、作用線Ｌｔ上を中心とした半径Ｒｍの円弧状に形成したものである。
このようにすることで図７、図８（ｃ）及び図９に示すように、作用線Ｌｔ上において、第２歯４７ａ２，４８ａ２間に間隔δｍθの隙間Ｓｋを設けるように、ウォーム４７の歯形を形成することができる。

図１０は、噛み合い開始のウォーム４７の回転角θ＝０°のときの噛み合い状態を示す。このときに、第１歯４７ａ１，４８ａ１間には隙間Ｓｋがある。この噛み合い状態において、ウォーム４７が矢印Ｒ１方向へ回転したときに、第２歯４７ａ２は第２歯４８ａ２を押して矢印Ｒ２方向へ回転させる。

ウォーム４７からウォームホイール４８へ伝達されるトルクが小さい場合には、第１歯４７ａ１，４８ａ１間には隙間Ｓｋを有している。このため、第２歯４７ａ２，４８ａ２同士だけが第２交点Ｐ２で噛み合う。又は、第２歯４７ａ２，４８ａ２同士が第２交点Ｐ２で噛み合うとともに、第３歯４７ａ３の歯元の面４７ｂと第３歯４８ａ３の歯末の面４８ｃとが第３交点Ｐ３で噛み合う。

このように、ウォーム４７とウォームホイール４８との噛み合い点（第２交点Ｐ２及び第３交点Ｐ３）は、ウォーム４７における基準ピッチ線Ｃ１にあったり、基準ピッチ線Ｃ１よりもウォーム４７の歯元側に寄る。この結果、ウォーム４７の中心ＷＬから噛み合い点Ｐ２，Ｐ３までの距離を噛み合い半径としたときに、その２倍である、噛み合い直径は、ピッチ円径ｄ１と同径又は小径となる。

ところで、ウォーム４７とウォームホイール４８との間での、トルクの伝達効率や逆伝達効率は、ウォーム４７における、ねじ山４７ａの進み角が大きいほど高まることが知られている。ねじ山４７ａのピッチＰｉ（図５参照）が同一であるから、ねじ山４７ａの進み角は、ウォーム４７の噛み合い直径が小さいほど大きくなる。

本発明では、噛み合い直径がピッチ円径ｄ１と同径又は小径になるので、噛み合い点での進み角が大きくなる。この結果、トルクの伝達効率や逆伝達効率を、より高めることができる。従って、図１に示す電動パワーステアリング装置１０において、ステアリングハンドル２１の切り始めや切り戻しを始めるときの操舵感覚（操舵フィーリング）を、より高めることができる。

一方、トルクが大きい場合には、図１０に示すように、第２歯４７ａ２から第２歯４８ａ２へ伝達される大きいトルクによって、樹脂製の第２歯４８ａ２が弾性変形する。このため、第１歯４７ａ１，４８ａ１同士も噛み合う。この場合であっても、第１歯４７ａ１は歯末の面４７ｃが上述の円弧状に形成されているので、歯元の面４７ｂが第１歯４８ａ１の歯末の面４８ｃに噛み合う。つまり、第１歯４７ａ１，４８ａ１同士も、ウォーム４７における基準ピッチ線Ｃ１の近傍で噛み合う。このように、トルクが大きい場合であっても、噛み合い点での進み角が大きい。この結果、トルクの伝達効率や逆伝達効率を、より高めることができる。

大きいトルクでの連続運転をした場合であっても、伝達効率が高いので、噛み合いに伴う発熱を抑制することができる。このため、樹脂製品からなるウォームホイール４８が熱影響によって歪む、つまり、クリープ（creep）の発生を、抑制することができる。この結果、ウォームホイール４８の耐久性を高めることができる。
なお、クリープとは、負荷を掛けた状態の材料を加熱すると、時間の経過とともに材料の歪みが増す現象のことである。

さらには、ウォーム４７におけるねじ山４７ａの歯先が、ウォームホイール４８における歯４８ａ・・・の歯元の面に強く当たることを防止することができ、歯面に均等に接触することになり、耐久性に余裕がでる。例えば、歯４７ａ，４８ａ・・・同士の面圧を低減することができるので、摩耗を抑制することができる。つまり、ウォーム４７及びウォームホイール４８の耐久性を高めることができる。この結果、ウォーム４７及びウォームホイール４８における歯４７ａ，４８ａ・・・のモジュールを小さく設定することができる。
小さいモジュールに設定することによって、その分、ウォームホイール４８を小型にできる。しかも、小さいモジュールにすることで、歯４７ａ，４８ａ・・・同士の歯当たりが一層滑らかになるとともに、噛み合い音や振動を低減することができる。

本発明の実施の形態において、電動パワーステアリング装置における電動モータは、操舵トルクの検出信号に応じた補助トルクを発生する構成に限定されるものではなく、トルクを発生するとともにこのトルクをウォームギヤ機構を介してステアリング系に伝える構成であればよい。

また、ウォーム４７の歯４７ａにおける歯元の面４７ｂを、インボリュート歯形に形成してもよい。ウォーム４７の歯４７ａにおける歯末の面４７ｃを、作用線Ｌｔ上を中心とした半径Ｒｍの円弧状に形成したので、歯元の面４７ｂをインボリュート歯形とした場合には、インボリュート歯面である歯元の面４７ｂと、円弧状の歯面である歯末の面４７ｃとの繋がりが滑らかになる。この結果、歯４７ａ，４８ａ同士の摩擦抵抗を、より低減することができるので、より一層良好な噛み合いとすることができる。

本発明のウォームギヤ機構は、ステアリングハンドルで発生した操舵トルクを操舵トルクセンサにて検出し、この操舵トルクセンサの検出信号に応じて電動モータが補助トルクを発生し、この補助トルクを前記ウォームギヤ機構を介してステアリング系に伝える車両用電動パワーステアリング装置に好適である。

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る。 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る。 図２の３−３線断面図である。 本発明に係るウォームギヤ機構の分解図である。 本発明に係るウォーム及びトルク伝達用ウォームホイールの噛み合い構成を示す断面図である。 ウォームのねじ山の説明図である。 本発明に係るウォームのねじ山とウォームホイールの歯との噛み合い構成を示す断面図である。 図７に示す歯同士の噛み合い部分の説明図である。 本発明に係るウォームの第２歯における歯末の歯面を示す説明図である。 本発明に係るウォームのねじ山とウォームホイールの歯との噛み合い状態を示す作用図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、２０…ステアリング系、２１…ステアリングハンドル、２９…操舵車輪、４３…電動モータ、４４…ウォームギヤ機構、４７…ウォーム、４７ａ…ウォームの歯（ねじ山）、４７ｂ…ウォームの歯元の面、４７ｃ…ウォームの歯末の面、４８…トルク伝達用ウォームホイール、４８ａ…ウォームホイールの歯、Ｃ１…ウォームの基準ピッチ線、Ｃ２…ウォームホイールの基準ピッチ線、Ｌｔ…作用線、Ｏｗ…円弧の中心、Ｒｍ…円弧の半径、Ｓｋ…隙間、δｍθ…間隔。

Claims (1)

1. 操舵入力に基づいて電動モータが発生したトルクを、ウォームギヤ機構を介して転舵用車輪に伝達することで、車両の転舵を行う電動ステアリング装置であって、
   前記ウォームギヤ機構は、金属製のウォームと、このウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールとからなり、
   前記ウォームの歯の複数箇所から前記ウォームホイールの複数の歯にトルクが作用した場合であって、各作用点を通る線を作用線としたときに、
   前記ウォームの歯における歯末の面は、前記作用線上を中心とした円弧状に形成されていることを特徴とした電動ステアリング装置。

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