JP2013068301A - ウォーム減速機および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂製ウォームホイールの膨張に起因する歯底隅Ｒでのクリープを防止することで歯打ち音の増大等を抑制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を提供する。
【解決手段】 高温環境や高湿環境の下ではウォームホイール２６のティースリング２８が熱膨張や膨潤を生じ、ウォームホイール２６の歯部２５がウォーム２３の歯底３５に押し付けられる。ところが、歯底３５の両隅に凹部３６，３７が形成されているため、ウォームホイール２６の歯部２５の歯先が歯底隅Ｒ３８に圧接しなくなる。これにより、歯部２５の歯先にクリープが生じることがなくなり、ティースリング２８の収縮時における歯打ち音の増大や振動による操舵フィーリングの悪化が抑制される。
【選択図】 図６

Description

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係り、詳しくは、樹脂製ウォームホイールの膨張に起因する歯底隅Ｒでのクリープを防止することで歯打ち音の増大等を抑制する技術に関する。

自動車の操舵系では、外部動力を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来のパワーステアリング装置の場合、動力源としてベーン方式の油圧ポンプを採用し、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しいだけでなく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。

そこで、これらの問題を解決するものとして、電気モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electriｃ Power Steering、以下ＥＰＳと記す）が注目されている。ＥＰＳには、電気モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失（油圧ポンプに係るエンジンの駆動損失）が無く、電気モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、アシスト力の緻密な制御が容易に行える等の特長がある。一般に、ＥＰＳは電気モータやウォーム減速機からなるアシストユニットを備えており、電気モータの回転がウォーム減速機を介してステアリングシャフトに伝達される。ＥＰＳのアシストユニットでは、駆動騒音（歯打ち音）の低減や軽量化を図るべく、ウォーム減速機として金属性のウォームと樹脂製のウォームホイールとを備えたものが採用されることが多い（特許文献１〜３参照）。
特開２０１１−１２７７３０号公報 特開２０１１−１３６６５２号公報 特許第４５８８４８７号公報

ＥＰＳは、アシストユニットの設置部位に応じて、コラムアシスト方式、ピニオンアシスト方式、ラックアシスト方式の３種に分類される。そして、コラムアシスト方式やピニオンアシスト方式のＥＰＳでは、ウォーム減速機を構成するウォームギヤが大きくなるほど運転者の膝空間や足下空間が狭められることから、ウォームとウォームホイールとの軸間距離を小さくするとともに外径の小さなウォームホイールを採用することが望ましい。この場合、そのままではウォームとウォームホイールとの噛み合いが浅くなる（噛み合い率が小さくなる）ため、ウォームの歯１枚当たりが受ける荷重が大きくなり、ウォームギヤの耐久性が低くなることがあった。

ウォームギヤの噛み合い率を向上させるためにはウォームとウォームホイールとの噛み合い長さを長くすればよく、これはウォームあるいはウォームホイールの歯丈を大きくすることで実現できる。図９に示すウォームギヤ２１の場合、噛み合い長さＬは、噛み合い線上において、一端がウォームホイール２６の基礎円Ｃ１またはウォーム２３の歯先線Ｌ１で決定され、他端がウォームホイール２６の歯先円Ｃ２によって決定される。ウォームホイール２６の基礎円Ｃ１は、インボリュート歯形の場合、モジュール、歯数および捻れ角によって一意的に定まるため、噛み合い線Ｌの一端がとりうる限界も一意的に定まることになる。したがって、噛み合い長さＬを長くするにはウォームホイール２６の外径を大きくする必要があるが、軸間距離やウォーム２３の歯底径Ｄｗは定められているため、ウォーム２３の歯底３５とウォームホイール２６側の歯部２５の先端（歯先）との間隙Ｓを小さくする方法が採られている。

ところが、樹脂製のウォームホイール２６は、金属に較べて熱膨張率が高く、吸湿による膨潤も起こしやすいため、ウォームギヤ２１が高温環境下や多湿環境下にあった場合、図１０に示すようにウォームホイール２６側の歯部２５が径方向外側に突出し、ウォーム２３側の歯部２２の歯底隅Ｒ３８（歯底３５の両隅）に強く押し付けられることがあった。このような状態となると、ウォームホイール２６側の歯部２５の歯先の面圧が上昇して樹脂クリープが進行する。その結果、低温時や乾燥時にウォームホイール２６側の歯部２５が径方向内側に復帰すると、ウォームギヤ２１のバックラッシが増大し、歯打ち音が大きくなるばかりか、ウォームギヤ２１が振動して操舵フィーリングが悪化する虞もあった。なお、ウォーム２３の歯部２２はウォームホイール２６を駆動する際に大きな荷重を受けることから、歯部２２の基端には応力集中を避けるための歯底隅Ｒ３８を設ける必要がある。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、樹脂製ウォームホイールの膨張に起因する歯底隅Ｒでのクリープを防止することで歯打ち音の増大等を抑制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を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面では、螺旋状の歯部（２２）を有するウォーム（２３）と、前記ウォームの歯部に噛み合う樹脂製の歯部（２５）を有するウォームホイール（２６）とを備えたウォーム減速機であって、前記ウォームにおける歯底（３５）の両隅部のうち、少なくとも一方を当該ウォームの軸心側に凹ませた。

また、第２の側面では、前記ウォームにおける歯底の両隅部を当該ウォームの軸心側に凹ませた。

また、第３の側面では、電動パワーステアリング装置（２）において、第２の側面にかかるウォーム減速機を備えた。

本発明によれば、高温下や多湿環境下でウォームホイールが膨張してもウォームホイールの歯部の歯先がウォームの歯底の両隅に圧接しにくくなるため、ウォームホイールの歯部をウォームの歯底に接近させることで噛み合い率を向上させ、ウォーム減速機の高強度化や小型軽量化を実現できる。また、ウォームにおける歯底の両隅部をウォームの軸心側に凹ませたものでは、両回転方向で噛み合い率が向上するため、電動パワーステアリング装置に採用した場合における駆動騒音の減少や操舵フィーリングの向上が実現できる。

実施形態に係る自動車の前部を示す要部透視斜視図である。 実施形態に係るウォームギヤを示す斜視図である。 実施形態に係るウォームを示す正面図である。 図３中のＩＶ部拡大断面図である。 図４中Ｖ部の拡大図である。 実施形態の作用を示す図である。 第１変形例に係るウォームの要部拡大断面図である。 第２変形例に係るウォームの要部拡大断面図である。 ウォームギヤにおけるウォームとウォームホイールとの噛み合いを示す図である。 従来装置の問題点を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を乗用車の電動パワーステアリング装置に適用した一実施形態とその一部変形例とを詳細に説明する。

≪実施形態の構成≫
図１に示すように、本実施形態の自動車１は、いわゆる４ドアセダン型の乗用車であり、ピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置２を備えている。電動パワーステアリング装置２は、ステアリングホイール３が後端に取り付けられたステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４を回転自在に保持するステアリングコラム５と、ステアリングシャフト４の下端に連結されたラックアンドピニオン式のステアリングギヤ６と、ステアリングギヤ６のピニオンにアシスト力を付与するアシストユニット７等から構成されており、運転者によるステアリングホイール３の操舵に応じて左右フロントホイール８，９を転舵させる。

アシストユニット７は、電気モータ１１とウォーム減速機１２とから構成されており、ウォーム減速機１２内にはウォームギヤ２１（図２参照）が収容されている。

＜ウォームギヤ＞
図２に示すように、ウォームギヤ２１は、１条の歯部２２が外周に螺旋状に形成されるとともに電気モータ１１の回転軸（図示せず）に連結される鋼製切削加工品（あるいは、粉末焼結成型品や転造品）のウォーム２３と、ウォーム２３側の歯部２２に噛み合う歯部２５が外周に形成されたウォームホイール２６とから構成されている。ウォームホイール２６は、ステアリングギヤ６のピニオン（図示せず）が中心に嵌挿される金属製（アルミニウム合金ダイキャスト成型品等）のウォームホイールベース２７と、圧入等によってウォームホイールベース２７の外周に一体化された樹脂製（ポリアミド樹脂の射出成型品等）のティースリング２８とからなる。

図３に示すように、ウォーム２３は、ウォーム減速機１２のハウジング（図示せず）に支持される支持軸部３１と、ウォーム減速機１２のハウジングに支持されるとともに電気モータ１１に連結される連結軸部３２とを有している。

図４に示すように、ウォーム２３の歯底３５とウォームホイール２６の歯部２５との間には所定の間隙Ｓが設けられるとともに、ウォーム２３の歯底３５の両隅には軸心側に凹んだ凹部３６，３７が螺旋状に形成されている。両凹部３６，３７は、互いに対称形状を呈しており、図５に示すように、歯面３４に接するとともにその開始点ａが歯底３５の延長線よりも軸心側に位置した半径Ｒ１の第１円弧４１（歯底隅Ｒ３８）と、歯底３５に開始点ｂを有するとともに第１円弧４１に外接する半径Ｒ２の第２円弧４２とからなる。

≪実施形態の作用≫
自動車１の走行時に運転者がステアリングホイール３を操舵すると、図示しないＥＰＳ−ＥＣＵ内で操舵トルクや車速に応じた目標アシストトルクが設定され、ピニオン１０に対する操舵アシストがアシストユニット７によって行われる。これにより、極低速走行時等に運転者が比較的小さな操舵力をもって操舵を行うことが可能となる一方、高速走行時における安定性が確保される。

自動車１が夏期の炎天下や梅雨期に走行を行うとウォームホイール２６のティースリング２８が熱膨張や膨潤を生じ、図６に示すように、ウォームホイール２６の歯部２５がウォーム２３の歯底３５に押し付けられる。ところが、本実施形態の場合、歯底３５の両隅に凹部３６，３７が形成されているため、ウォームホイール２６の歯部２５の歯先がウォーム２３の歯底隅Ｒ３８に圧接しなくなる。これにより、歯部２５の歯先にクリープが生じることがなくなり、ティースリング２８の収縮時における歯打ち音の増大や振動による操舵フィーリングの悪化が抑制される。

＜一部変形例＞
第１変形例：図７に示すように、第１変形例は、上述した実施形態と略同様の構成を有しているが、半径Ｒ３の第１円弧４３（歯底隅Ｒ３８）の開始点ａが歯底３５の延長線よりも歯先側にあり、歯底３５に開始点ｂを有する半径Ｒ４の第２円弧４４が第１円弧４３に外接していることが異なっている。本変形例の場合、実施形態よりもウォームホイール２６の歯部２５と第１円弧Ｒ３とが干渉しやすくなるが、ウォーム２３の強度を実施形態に較べて高くすることができる。

第２変形例：図８に示すように、第２変形例も、上述した実施形態と略同様の構成を有しているが、比較的小径の半径Ｒ５の第１円弧４５（歯底隅Ｒ）と連続する斜めの切欠４９が歯底３５に形成され、歯底３５に開始点ｂを有する半径Ｒ６の第２円弧４６が切欠４９に連続していることが異なっている。本変形例の作用も前述した実施形態と略同様である。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は本発明に係るウォーム減速機を自動車の電動パワーステアリング装置に適用したものであるが、他の輸送機械や産業機械に用いられるウォーム減速機にも当然に適用可能である。また、上記実施形態は歯部が１条のウォームを有するウォーム減速機に本発明を適用したものであるが、本発明は、歯部が複数条のウォームを有するウォーム減速機や、ウォームホイールに対してウォームが斜めに噛み合うウォーム減速機にも当然に採用可能である。その他、電動パワーステアリング装置やウォームギヤの具体的構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設定可能である。

１ 自動車
２ 電動パワーステアリング装置
７ アシストユニット
１０ ピニオン
１２ ウォーム減速機
２１ ウォームギヤ
２２ ウォームの歯部
２３ ウォーム
２５ ウォームホイールの歯部
２６ ウォームホイール
２８ ティースリング（樹脂部品）
３５ 歯底
３６，３７ 凹部
３８ 歯底隅Ｒ

Claims (3)

1. 螺旋状の歯部を有するウォームと、前記ウォームの歯部に噛み合う樹脂製の歯部を有するウォームホイールとを備えたウォーム減速機であって、
   前記ウォームにおける歯底の両隅部のうち、少なくとも一方を当該ウォームの軸心側に凹ませたことを特徴とするウォーム減速機。
2. 前記ウォームにおける歯底の両隅部を当該ウォームの軸心側に凹ませたことを特徴とする、請求項１に記載されたウォーム減速機。
3. 請求項２に記載のウォーム減速機を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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