JP2016223595A - ウオームホイール - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製のギヤ歯を備えたウオームホイールにおいて、繊維状補強材を必ずしも含有しない場合でも、機械的強度を向上させることができるウオームホイールを提供する。
【解決手段】ウオームギヤと噛み合って動力を伝達するためのウオームホイールであって、
該ウオームホイールは、前記ウオームギヤと噛み合う樹脂製のギヤ歯を有し、該ギヤ歯は前記ウオームギヤと噛み合う噛合部と、歯幅方向の少なくとも一端において周方向に連続した環状部とを備えている。

【選択図】図３

Description

本発明は、ウオームギヤと噛み合って使用されるウオームホイールに関する。

自動車に組み込まれる電動パワーステアリング装置は、補助動力として電動モータを使用し、運転者の操舵力を補助するものである。前記電動パワーステアリング装置は、車両に搭載するため小型化の要求が高く、必然的に電動モータの小型化が要求される。しかし、電動モータを小型化した場合、当該電動モータでステアリングシャフトを直接駆動するためにはトルクが不十分であるため、電動モータとステアリングシャフトの間に駆動伝達機構として減速ギヤ機構が組み込まれている。

かかる減速ギヤ機構としては、平歯車やその他の歯車を使用したものも知られているが、一組で大きな減速比が得られるなどの理由により、例えば、図６に示されるような特許文献1に開示された、ウォームギヤ１３１と、このウォームギヤ１３１に噛み合うウォームホイール１３２とから構成されるウォーム減速ギヤ機構１３０（以下、減速ギヤともいう。）が一般的に使用されている。ここで、ウォームギヤ１３１は電動モータ１１３の回転軸に連結される駆動ギヤであり、ウォームホイール１３２は従動ギヤである。

このような減速ギヤ１３０では、ウォームギヤ１３１とウォームホイール１３２の両方を金属製にすると、ステアリングホイール操作時や悪路走行時に、歯打ち音や振動などの不快音が発生するという問題が生じていた。

この対策として、従来は、ウォームギヤを金属製とした場合には、これと噛み合うウォームホイールのギヤ歯の部分を樹脂製としたものを使用して騒音対策を行っている。また、かかる樹脂製のギヤ歯を備えるウォームホイールを用いることにより、電動パワーステアリング装置の軽量化を図ることもできる。

この樹脂製のギヤ歯を形成する樹脂組成物としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などのベース樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維状補強材を配合したものが広く使用されている。

近年２０００ｃｃを超えるクラスの自動車にまで電動ステアリング装置が適用されており、それに伴ってモータパワーの高出力化が求められるとともに、地球環境保護の観点からは、電動パワーステアリング装置の軽量化も更に求められている。これらに対応するために、特許文献２において、繊維状補強材を配合した樹脂製のギヤ歯を備えたウオームホイールにおいて、繊維状補強材が少なくともギヤ歯の歯元近傍で歯丈方向に略平行にして配列される構成が提案されている。

特開２００１−８８７２１号公報 特開２００７−３３１６６２号公報

しかしながら、樹脂組成物に繊維状補強材を配合すると材料費が上昇し、さらにその繊維状補強材を特定の方向に配列させるように制御するには製造コストが上昇してしまうという問題が出てくる。

本発明は上述した状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂製のギヤ歯を備えたウオームホイールにおいて、繊維状補強材を必ずしも含有しない場合でも、機械的強度を向上させることができるウオームホイールを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るウオームホイールは、以下のように構成される。
ウオームギヤと噛み合って動力を伝達するためのウオームホイールであって、
該ウオームホイールは前記ウオームギヤと噛み合う樹脂製のギヤ歯を有し、
該ギヤ歯は前記ウオームギヤと噛み合う噛合部と、歯幅方向の少なくとも一端において周方向に連続した環状部とを備えていること、
を特徴とするウオームホイール。

本発明によれば、ウオームホイールのギヤ歯は、歯幅方向の少なくとも一端において周方向に連続した環状部を備えていることにより、ギヤ歯の噛合部に噛み合い荷重が印加されたときの噛合部のたわみ量を小さく抑えることができる。このため、噛合部の歯元の曲げ応力を小さくでき、ギヤ歯の強度を向上させることができる。従って、電動パワーステアリング装置に使用されるモータパワーの高出力化に対応可能になるとともに、電動パワーステアリング装置の軽量化を達成することも可能となる。

パワーステアリング装置の一例を示す概略構成図である。 減速ギヤ機構部分の部分断面図である。 本発明の実施形態に係るウオームホイールがウオームギヤと噛合している状態を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係るウオームホイールのギヤ歯の１歯分を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図、（ｃ）は噛み合い荷重が作用したときのたわみ量の説明図である。 ウオームホイールの切削加工時の加工形状の違いを示す説明図で、（ａ）は本発明に係る実施形態、（ｂ）は従来例である。 従来のウオームホイールがウオームギヤと噛合している状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は電動パワーステアリング装置の一例を示す概略構成図である。電動パワーステアリング装置１０において、ステアリングシャフト１１は、上部ステアリングシャフト（以下「上部シャフト」ともいう。）１１ａと下部ステアリングシャフト（以下「下部シャフト」ともいう。）１１ｂとで構成されている。ステアリングシャフト１１はコラムハウジング１２の内部に軸芯回りに回転自在に支承されており、コラムハウジング１２は車室内部の所定位置に、その下部を車両前方に向けて傾斜した状態で固定されている。上部シャフト１１ａの上端には、ステアリングホイール（不図示）が固定されている。

運転者のステアリングホイール操作によって上部シャフト１１ａと下部シャフト１１ｂとに発生した操舵トルクは、トルクセンサ（不図示）によって検出され、検出された操舵トルク信号に基づいて電動モータ１３の出力が制御される。ステアリングシャフト１１は、ユニバーサルジョイント２５、２６を経てラック・ピニオン式運動変換機構２０に連結されている。

ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内に略水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸２１と、ラック軸２１の軸芯に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯部に噛合する歯部を備えたピニオンを含むピニオン軸２２、およびラック軸２１とピニオン軸２２を支承する筒状のラック軸ケース２３とから構成される。

図２は図１に示した電動パワーステアリング装置１０の減速ギヤ機構を示す部分断面図であり、減速ギヤ３０が組み込まれている。又図３は、この減速ギヤを３０を取り出して示す斜視図であり、減速ギヤ３０はウォームギヤ３１とウォームホイール３２とから構成されている。

ウォームギヤ３１は、その両端にウォーム軸３１ａ、３１ｂが一体に形成され、電動モータ１３に近い側のウォーム軸３１ｂが電動モータ１３の駆動軸１３ａにスプライン、あるいはセレーション結合することで、モータ１３の駆動軸１３ａと一体回転するようになっている。両ウォーム軸３１ａ、３１ｂは、軸受３５ａ、３５ｂによりギヤケース３６に回転自在に支承されている。

ウォームホイール３２は、ポリアミド樹脂組成物からなる樹脂部３３と金属製からなる芯管３４を有し、樹脂部３３の外周端面には、ギヤ歯３３ａ（図３参照）が形成されている。ウォームホイール３２の樹脂部３３は、耐疲労性に優れるポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６などのポリアミド樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物で形成される。

前記ポリアミド樹脂はそれぞれ単独で使用することもできるが、適宜組み合わせることもでき、さらに他のポリアミド樹脂と混合してもよい。例えば、吸水寸法変化を抑えるために、低吸水性のポリアミド樹脂を配合してもよい。また、減速ギヤ３０では、一般にウォームギヤ３１とウォームホイール３２との間には低極性の基油からなるグリースが適用されるが、この低極性基油との濡れ性を改善するために、酸無水物で変性されたポリオレフィン樹脂を配合してもよく、さらに耐衝撃性を改善するためにエチレンプロピレン非共役ジエンゴム（ＥＰＤＭ）などのゴムを配合してもよい。

電動モータ１３の回転は、ウォームギヤ３１、ウォームホイール３２を経て、ウォームホイール３２の芯管３４と嵌合している下部ステアリングシャフト１１ｂに伝達される。

図４（ａ）は、ウオームホイール３２のギヤ歯３３ａの１歯分の斜視図、同（ｂ）は、図４（ａ）をＢ方向から見た図、同（ｃ）は図４（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。ウオームホイール３２のギヤ歯３３ａは上述したとおり樹脂製とされ、図に示すようにウォームギヤ３１と噛み合う噛合部３３ｂと、歯幅方向両端において周方向に連続した環状部３３ｃ、３３ｃとを備えている。

図５は、ウオームホイール３２のギヤ歯３３ａの切削加工時の状態の説明図で、図５（ａ）は本実施形態、同（ｂ）は従来例を示す。図から明らかな通り、図５（ａ）に示す本実施形態では、歯幅Ｗｎ方向両端において、カッタ４０が当たらない部分である非加工部Ｎｃが残るようになっている。そして、この非加工部Ｎｃが、ウオームホイール３２の周方向に連続して存在することで、歯幅方向両端に環状部３３ｃが形成され、歯幅方向中央部にはウオームギヤ３１と噛合する噛合部３３ｂが形成される。一方図５（ｂ）に示す従来例では、歯幅Ｗｏ方向全域においてカッタ４０による切削加工が施されるため、非加工部は存在しない。従って、ギヤ歯３３ａ´の噛合部３３ｂ´は、周方向においてそれぞれが個々に独立して形成されている（図６も参照）。

次に作動について説明する。

運転者がステアリングホイールを操作するときに、トルクセンサからの操舵トルク信号に応じて、操舵力を補助するために電動モータからの補助動力が用いられる。このとき、電動モータからの補助動力は、ウォームギヤ３１、ウオームホイール３２を経由して、下部ステアリングシャフト１１ｂに伝達される。

本実施形態のウォームホイール３２においては、ギヤ歯３３ａは、歯幅方向両端において周方向に連続した環状部３３ｃを備えており、これにより、ウォームギヤ３１と噛み合う噛合部３３ｂの変形が抑えられるようになっている。

図４（ｃ）は、ギヤ歯３３ａの歯幅方向中央断面図で、ギヤ歯３３ａに噛み合い荷重が作用したときの状態を説明した図である。ウォームギヤ３１から噛合部３３ｂに印加された荷重Ｆにより、噛合部３３ｂは破線で示す状態に変形する。このときのたわみ量δｎは、周方向に連続した環状部３３ｃを備えていることにより、このような環状部３３ｃを備えない、二点鎖線で示す状態に変形する従来例のたわみ量δｏに比べ、低く抑えられる。このため、噛合部３３ｂの歯元３３ｄに作用する曲げ応力を小さく抑えられ、結果的には歯元強度を向上させる（同じサイズで比較すれば従来例より大きい荷重に耐える）ことができる。従って、樹脂製のギヤ歯３３ａでありながら、高出力化したモータパワーを伝達できるウオームホイール３２を提供できる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の様態は上記実施形態に限られるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。例えば、更に高出力化したモータパワーを伝達するために、樹脂製のギヤ歯には、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維状補強材を含有させてもよい。また歯幅寸法の制約を受ける場合などは、環状部は歯幅方向の何れか一端のみに形成されていてもよい。

１１ ステアリングシャフト
１３ 電動モータ
２０ ラック・ピニオン式運動変換機構
２１ ラック軸
２２ ピニオン軸
３０ 減速ギヤ
３１ ウォームギヤ
３２ ウォームホイール
３３ 樹脂部
３３ａ ギヤ歯
３３ｂ 噛合部
３３ｃ 環状部
３３ｄ 歯元部
３４ 芯管

Claims (1)

1. ウオームギヤと噛み合って動力を伝達するためのウオームホイールであって、
   該ウオームホイールは前記ウオームギヤと噛み合う樹脂製のギヤ歯を有し、
   該ギヤ歯は前記ウオームギヤと噛み合う噛合部と、歯幅方向の少なくとも一端において周方向に連続した環状部とを備えていること、
   を特徴とするウオームホイール。
   
   
   

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