JP3587817B2

JP3587817B2 - 歯車装置

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Publication number: JP3587817B2
Application number: JP2001385197A
Authority: JP
Inventors: 康夫清水; 勝治渡辺; 誉得河野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: JP2003184980A

Description

【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２００１−１６３２２８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１０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歯先側へ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、基準ピッチ線から歯先側へ偏った点を中心とする円弧面を有し、歯末側の円弧面の半径が歯元側の円弧面の半径よりも小さい歯車を、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】
歯車は、歯末の面及び歯元の面の両方に、歯車の基準ピッチ線から歯先側へ偏った点を中心とする円弧面を有するとともに、歯末側の円弧面の半径を歯元側の円弧面の半径よりも小さくした構成である。
このため、歯車同士の初期の噛み合い状態においては、一方の歯車の歯における歯末側の円弧面の中心と、他方の歯車の歯における歯元側の円弧面の中心とは、基準ピッチ線に対して互いに反対側にある。
従って、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２３，２３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。５３，５３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６１，６２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２４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７１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３２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５１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３１ａ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３２ａ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Ｃ１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３１ｂ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，Ｃ２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Ｐｉ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、▲１▼歯末の円弧面３１ｂと歯元の円弧面３２ｄとの接触、及び、▲２▼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３１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、歯車において、歯末の面及び歯元の面の両方に、歯車の基準ピッチ線から歯先側へ偏った点を中心とする円弧面を有するとともに、歯末側の円弧面の半径を歯元側の円弧面の半径よりも小さくした構成である。
このため、歯車同士の初期の噛み合い状態においては、一方の歯車の歯における歯末側の円弧面の中心と、他方の歯車の歯における歯元側の円弧面の中心とは、基準ピッチ線に対して互いに反対側にある。
従って、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、３１ｂ，３１ｄ，３２ｂ，３２ｄ…円弧面、３１ｃ，３２ｃ…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。

Claims

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歯先側へ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歯先側へ偏った点を中心とする円弧面を有し、前記歯末側の円弧面の半径が前記歯元側の円弧面の半径よりも小さい歯車を、少なくとも１組設けた歯車装置。
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。
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。
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。
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。