JP3902091B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置に関し、特に電動モータの補助トルクをステアリング系に伝達するウォームギヤ機構の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングハンドルの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置は、電動モータで操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系のラックアンドピニオン機構に伝達するものであって、例えば特開平９−３０４３２号公報「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。以下、上記従来の技術の概要を説明する。
【０００３】
図８（ａ），（ｂ）は従来の電動パワーステアリング装置の概要図（その１）であり、特開平９−３０４３２号公報の図１及び図３を再掲する。なお、符号は振り直した。（ａ）は従来の電動パワーステアリング装置の模式的構成を表し、（ｂ）は従来のウォームギヤ機構の断面構成を表す。
【０００４】
（ａ）に示すように、従来の電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングハンドル１０１に加えた操舵トルクを操舵トルクセンサ１０２で検出し、そのトルク検出信号に基づき制御部１０３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１０４で発生し、補助トルクをウォームギヤ機構１０５を介してピニオン軸１０６に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸１０６からステアリング系１０７のラックアンドピニオン機構１０８に伝達するようにしたものである。
運転者の操舵トルクに電動モータ１０４の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸１０９で操舵車輪１１１，１１１を操舵することができる。
【０００５】
（ｂ）に示すようにウォームギヤ機構１０５は、電動モータ１０４のモータ軸１０４ａに形成したウォーム１２１に、ピニオン軸１０６に結合したウォームホイール１２２を噛合わせてなる。
【０００６】
ところで、電動パワーステアリング装置１００のウォームギヤ機構１０５においては、ウォーム１２１のねじ山の進み角を、ねじ面の摩擦角よりも若干大きく設定してある。その理由は、ウォームホイール１２２側からウォーム１２１を回せるようにするためである。
【０００７】
電動モータ１０４が補助トルクを発生していないとき（停止中など）には、操舵トルクだけで操舵車輪１１１，１１１を自由に操舵できる。同時に、操舵トルクによりピニオン軸１０６、ウォームホイール１２２、ウォーム１２１及びモータ軸１０４ａを介して、電動モータ１０４のロータ１０４ｂを回すことになる。このような電動パワーステアリング装置１００のウォームギヤ機構１０５は、次の図９に示す構成が一般的である。なお、１１２はハウジングである。
【０００８】
図９は従来のウォームギヤ機構の概要図であり、ウォーム１２１にウォームホイール１２２を噛合わせた構成を示す。
ウォーム１２１のピッチ円径はｄ１であり、ウォームホイール１２２のピッチ円径はｄ２である。ウォーム１２１は、ねじ山を２条に設定したものである。ピッチがｐｉであるから、リードＬｅはｐｉの２倍である（Ｌｅ＝２×ｐｉ）。ここで、「リードＬｅ」とは、ウォーム１２１における、ねじ山のつる巻き線の１回転に対する軸方向の進み量のことである。
ウォーム１２１の圧力角並びにウォームホイール１２２の圧力角は、共にα３である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術において、電動モータ１０４が補助トルクを発生していないときに、操舵トルクは電動モータ１０４の慣性の影響や、ウォームギヤ機構１０５の噛合い抵抗の影響を受ける。このような影響はできるだけ小さいことが好ましい。
【００１０】
特に加工精度等、例えば滑り面の仕上がり荒さのむら（斑）によって、ウォーム１２１に対するウォームホイール１２２の噛合い抵抗、すなわち、滑り面間の摩擦力に変動が生じると、操舵トルクに影響を及ぼす。操舵トルクの変動は、ステアリングハンドル１０１を円滑に操舵する妨げになるので、操舵感覚（操舵フィーリング）を高める上で、できるだけ小さいことが好ましい。
【００１１】
これに対し、滑り面間の摩擦力の変動量を低減させるために、ウォーム１２１並びにウォームホイール１２２の加工精度や組立精度を高めることが考えられる。しかし、これらの精度を単に高めるのでは管理工数が増すので、コストアップの要因となり得策ではなく、改良の余地がある。
【００１２】
そこで本発明の目的は、電動パワーステアリング装置におけるウォームギヤ機構の、噛合い抵抗（摩擦力）の変動による操舵トルクの変動量を低減することで、操舵感覚をより高めることができる技術を提供することにある。
【００１３】
【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、電動モータでステアリング系の操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをウォームギヤ機構を介してステアリング系に伝達するようにした電動パワーステアリング装置において、ウォームギヤ機構が、電動モータ側のウォームにステアリング系側のウォームホイールを噛合わせてなり、ウォームホイールは、歯直角平面の歯形又は軸直角平面の歯形を見たときに、歯先がインボリュート曲線となだらかに繋がるとともに、ウォームホイールの基準ピッチ線上をほぼ中心とした円弧面を有する歯形であり、ウォームの圧力角をウォームホイールの圧力角よりも大きく設定したことを特徴とする。
【００１４】
ウォームの圧力角をウォームホイールの圧力角よりも大きく設定することによって、ウォームに対するウォームホイールの噛合い位置を、ウォームの径内方にずらすことができる。この結果、ウォームにウォームホイールを噛合わせたときの、ウォームの実際の噛合いピッチ円径を、小さくすることができる。
【００１５】
ここで、電動モータを操舵トルクで回したときのことを考える。なお、ウォームで電動モータを回すトルクは、ほぼ一定である。
加工精度等によって、ウォームに対するウォームホイールの噛合い抵抗、すなわち、滑り面間の摩擦力が増すと、その分だけウォームホイールに余分な回転力が加わる。余分な回転力に応じて、ウォームホイールの歯は若干の弾性変形をする。このため、ウォームに対するウォームホイールの噛合い位置は、ウォームの径外方に変位する。この結果、ウォームの実際の噛合いピッチ円径は大きくなる。その分、ウォームの回転力が減少する。このようにして、滑り面間の摩擦力の増加による余分な回転力を、ウォームの回転力の減少分で補正することができる。このため、ウォームホイールの回転力は、ほぼ元の大きさに速やかに戻る。
【００１６】
このように、加工精度等によって、ウォームに対するウォームホイールの滑り面間の摩擦力に変動が生じた場合に、ウォームホイールの回転力の変動量をより低減させることができる。このため、操舵トルクの変動量を低減することができるので、ステアリングハンドルを円滑に操舵することができる。この結果、操舵感覚をより高めることができる。
【００１７】
しかも、ウォームに対するウォームホイールの摩擦力の変動量を低減させるために、ウォーム並びにウォームホイールの加工精度や組立精度を高める必要はない。従って、これらの精度を高めるための管理工数が不要であり、電動パワーステアリング装置のコストを抑制することができる。
【００１８】
さらには、ウォームの圧力角をウォームホイールの圧力角よりも大きく設定したので、ウォームにウォームホイールを噛合わせたときの、ウォームの実際の噛合いピッチ円径を、小さくすることができる。その分、ウォームの進み角は大きくなる。従って、ウォームによってウォームホイールを回す場合の伝動効率を、進み角が大きくなった分だけ高めることができる。
【００１９】
【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、この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）３１，３１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。
【００２０】
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の両端にボールジョイント２７，２７、タイロッド２８，２８及びナックル２９，２９を介して左右の操舵車輪３１，３１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２４ａと、ラック軸２６に形成したラック２６ａとからなる。
【００２１】
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及び左右のタイロッド２８，２８を介して、左右の操舵車輪３１，３１を操舵することができる。
【００２２】
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。
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３１，３１を操舵することができる。
【００２３】
図２は本発明に係る電動パワーステアリング装置の正面図であり、左端部及び右端部を断面して表した。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。ハウジング５１は、図示せぬ車体に取付ける取付部５２，５３を備える。３２，３２はダストシール用ブーツである。
【００２４】
図３は図２の３−３線断面図であり、ラックガイド６０を備えた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、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の上部開口をリッド５４で塞いだものである。
ハウジング５１は、ピニオン軸２４の上端部、長手中央部及び下端部を、上下３個の軸受５５〜５７を介して回転可能に支承することで、縦置きにセットしたものであり、ラックガイド６０を備える。
【００２５】
ラックガイド６０は、ラック軸２６のうちラック２６ａを有する面の背面を押出す押圧手段であって、ラック２６ａと反対側からラック軸２６に当てるガイド部６１と、このガイド部６１を圧縮ばね６２（調整ばね６２）を介して押す調整ボルト６３とからなる。
【００２６】
ガイド部６１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をその軸方向へスライド可能に支持することができる。このようなラックガイド６０によれば、ハウジング５１にねじ込んだ調整ボルト６３にて、圧縮ばね６２を介してガイド部６１を適切な押圧力で押すことにより、ガイド部６１でラック２６ａに予圧を与えて、ラック２６ａをピニオン２４ａに押し付けることができる。図中、５８はオイルシール、６４はラック軸２６の背面を滑らせる当て部材、６５はロックナットである。
【００２７】
図４は図３の４−４線断面図であり、ピニオン軸２４と電動モータ４３とウォームギヤ機構４４との関係を示す。
電動モータ４３は、モータ軸４３ａを横向きにしてハウジング５１に取付け、ハウジング５１内にモータ軸４３ａを延したものである。
【００２８】
ウォームギヤ機構４４は、電動モータ４３で発生した補助トルクをピニオン軸２４に伝達する補助トルク伝達機構、すなわち倍力機構である。詳しく述べるとウォームギヤ機構４４は、電動モータ４３のモータ軸４３ａにカップリング４５を介して連結したウォーム軸４６と、ウォーム軸４６に形成したウォーム４７と、ウォーム４７に噛み合わせたウォームホイール４８とからなる。ウォームホイール４８はピニオン軸２４に結合したものである。
このように、ウォームギヤ機構４４は、電動モータ４３側のウォーム４７にステアリング系２０（図１参照）側のウォームホイール４８を噛合わせてなる。
【００２９】
この図は、水平に延びるウォーム軸４６の両端部を軸受７１，７２並びに中空偏心スリーブ７３を介してハウジング５１にて回転可能に支承したことを示す。７４，７５はナットである。偏心スリーブ７３を回転させるだけで、ウォームホイール４８に対するウォーム４７のバックラッシを容易に調整することができる。
【００３０】
図５は本発明に係るウォームギヤ機構の要部拡大図であり、ウオーム４７にウォームホイール４８を噛合わせた構成を示す。
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、騒音をより低減させることができる。
【００３１】
ウォーム４７の歯４７ａの軸直角断面はほぼ台形歯形であり、ウォームホイール４８の歯４８ａの軸直角断面はインボリュート歯形である。
このようなウォームホイール４８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、歯先がインボリュート曲線となだらかに繋がるとともに、ウォームホイール４８の基準ピッチ線上をほぼ中心とした円弧面を有する、歯形である。このため、歯４７ａ，歯４８ａ同士の接触を滑らかにすることができる。
従って、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の、滑り面間の摩擦力の変動による操舵トルクの変動量をより低減することができるので、ステアリングハンドル２１（図１参照）をより一層円滑に操舵することができる。この結果、操舵感覚をより一層高めることができる。
【００３２】
ウォーム４７のピッチ円径はＤ１ａであり、ウォームホイール４８のピッチ円径はＤ２である。本発明は、ウォーム４７のねじ山を１条に設定したことを特徴とする。ねじ山のピッチＰｉは、上記図９に示す従来のウォーム１２１のリードＬｅと同一である。
【００３３】
ウォーム４７のねじ山を１条に設定したので、ねじ山のピッチＰｉの精度を極めて容易に高めることができる。そして、上記図９に示す従来の複数条にした場合のように、各ねじ山同士のピッチの精度を均一にする必要もない。従って、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の、滑り面間の摩擦力の変動による操舵トルクの変動量を低減することができるので、ステアリングハンドル２１（図１参照）をより円滑に操舵することができる。この結果、操舵感覚をより高めることができる。
【００３４】
ところで、一般的なウォームホイールの歯厚は、ねじ山のピッチＰｉの１／２程度である。これに対して、本発明のウォームホイール４８は、歯厚ｔｈを歯たけｈｉ（全歯たけｈｉ）よりも大きく設定したものである。具体的には、歯たけｈｉに対する歯厚ｔｈの割合は１．０：１．３程度である。そして、ねじ山のピッチＰｉに対する歯厚ｔｈの割合は１．０：０．７程度である。
【００３５】
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。歯厚ｔｈを大きく設定することで、ウォームホイール４８の歯の弾性変形を抑制することができる。すなわち、金属製品のウォーム４７に比べて、比較的剛性が小さい樹脂製品のウォームホイール４８における歯厚ｔｈを大きく設定することで、ウォームホイール４８の歯４８ａの剛性を十分に確保することができる。
【００３６】
図６は本発明に係るウォームに対するウォームホイールの噛合い部分の拡大図である。
一般的なウォームギヤ機構は、ウォーム４７の圧力角α１とウォームホイール４８の圧力角α２とが一致する。この場合には、ウォーム４７の歯４７ａに対してウォームホイール４８の歯４８ａが点Ａ１で噛合う。この点Ａ１を通る直径Ｄ１ａは、ウォーム４７の理論上のピッチ円径（仮想ピッチ円径）である。
【００３７】
これに対して、本発明のウォームギヤ機構４４は、ウォーム４７の圧力角α１をウォームホイール４８の圧力角α２よりも大きく設定したことを特徴とする。この場合には、ウォーム４７の歯４７ａに対してウォームホイール４８の歯４８ａが点Ａ２で噛合う。点Ａ２は、ウォーム４７の中心ＣＬに対して点Ａ１よりも接近した点である。すなわち、ウォーム４７の歯４７ａの歯底近くの位置に、ウォームホイール４８の歯４８ａの歯先近くの位置が噛合う。この点Ａ２を通る直径Ｄ１ｂは、ウォーム４７の実際のピッチ円径であり、理論上のピッチ円径Ｄ１ａよりも小さい（Ｄ１ａ＞Ｄ１ｂ）。
【００３８】
ところでウォームギヤ機構４４は、ウォーム４７のねじ山の進み角を、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。
【００３９】
次に、上記構成の電動パワーステアリング装置１０についての作用を図１、図４、図６及び図７に基づき説明する。
図１において、電動モータ４３が補助トルクを発生していないとき（停止中など）には、操舵トルクだけで操舵車輪３１，３１を自由に操舵することができる。同時に、図４に示すように、操舵トルクによってピニオン軸２４、ウォームホイール４８、ウォーム４７及びウォーム軸４６を介し、電動モータ１０４のロータ（図示せず）を回すことになる。
【００４０】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るウォームギヤ機構の作用図である。
（ａ）は、操舵トルクによってウォームホイール４８を回すことで、ウォームホイール４８からウォーム４７に軸方向の力Ｆ２（ウォームホイール４８のピッチ円方向の力Ｆ２、すなわち、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２）が作用したことを示す。
【００４１】
停止中の電動モータ４３（図１参照）のロータをステアリングハンドル２１（図１参照）で回す場合に、ロータを回すトルクをＴａとしたとき、ウォーム４７のピッチ円方向の力Ｆ１、すなわちウォーム４７の回転力Ｆ１はウォーム４７のピッチ円径に反比例する。
【００４２】
ところで、ウォームホイール４８によってウォーム４７を回す場合、ウォーム４７の回転力Ｆ１とウォームホイール４８の回転力Ｆ２の関係を、次の一般式（１）で求めることができる。なお、ウォーム４７のピッチ点における進み角をγとし、ねじ面の摩擦角をρとする。
Ｆ１＝Ｆ２×ｔａｎ（γ−ρ） ・・・・・・ （１）
【００４３】
式（１）によれば、ねじ面の摩擦角ρはウォームホイール４８の回転力Ｆ２に影響を及ぼすことが判る。摩擦角ρは、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の、滑り面間の摩擦係数に基づく。摩擦係数は、ウォーム４７並びにウォームホイール４８の加工精度、例えば滑り面の仕上がり荒さのむら（斑）等によって影響される。
例えば、ウォームホイール４８を回転させたときに、その回転角毎に摩擦力が異なる場合には、これに応じて回転力Ｆ２が変動する。回転力Ｆ２の変動は操舵トルクに影響を及ぼすので、できるだけ小さいことが好ましい。
【００４４】
これに対して本発明は、上記図６に示すように、ウォーム４７の圧力角α１をウォームホイール４８の圧力角α２よりも大きく設定したものである。このため図７（ａ）に示すように、ウォーム４７の歯４７ａに対してウォームホイール４８の歯４８ａが点Ａ２で噛合っている。従って、点Ａ２に作用したウォームホイール４８の回転力Ｆ２により、ウォーム４７は回転する。
【００４５】
ところで、実線で示すウォームホイール４８の歯４８ａは、回転力Ｆ２の反力によって、想像線で示すように歯厚方向へ歯４７ａから離れるように、極く僅かに弾性変形する。この結果、ウォーム４７の歯４７ａに対するウォームホイール４８の歯４８ａの噛合い位置が、ウォーム４７の径外方へ若干変化する。このように変化した状態を図７（ｂ）に示す。
【００４６】
詳しく説明すると、電動モータ４３（図４参照）のロータを回すトルクＴａは、ほぼ一定である。ウォーム４７のピッチ円径がＤ１ｂであって、このときの進み角がγであり、ねじ面の摩擦角ρが一定であれば、ウォーム４７の回転力Ｆ１は一定であり、この結果、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２も一定である。
【００４７】
一方、ウォームホイール４８を回転させたときに、その回転角毎に滑り面の仕上がり荒さのむらによって、摩擦係数が異なる場合には、これに応じてねじ面の摩擦角ρは変動する。摩擦角ρに応じて回転力Ｆ２も変動しようとする。回転力Ｆ２が増大すると、これに対応してウォームホイール４８の歯４８ａの弾性変形量が増大する。このため、ウォーム４７の歯４７ａに対するウォームホイール４８の歯４８ａの噛合い位置は、ウォーム４７の径外方に変位する。
【００４８】
ここで、回転力Ｆ２の大きさに応じて、噛合い位置が点Ａ２からウォーム４７の径外方の点Ａ１まで変位し、この点Ａ１で噛合い位置が安定したことを考える。噛合い位置が変位することで、回転力Ｆ２の作用点も点Ａ２から点Ａ１に変位する。
なお、ウォーム４７のピッチ円径がＤ１ｂからＤ１ａまで変化する変化量に対して、進み角γの変化量は極く微小である。このため上記式（１）では、進み角γの変化については無視しても実質的に差し支えない。
【００４９】
点Ａ２を通るピッチ円径Ｄ１ｂに対して、点Ａ１を通るピッチ円径Ｄ１ａは大きい。上述のように、ウォーム４７の回転力Ｆ１はウォーム４７のピッチ円径に反比例する。ウォーム４７のピッチ円径がＤ１ｂからＤ１ａへ大きくなった分、回転力Ｆ１は減少する。そして、摩擦力の増加による余分な回転力を、ウォーム４７の回転力Ｆ１の減少分で補正する。このため、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２は、ほぼ元の大きさに速やかに戻る。従って、回転力Ｆ２の変動量をより低減することができる。この結果、操舵トルクの変動量を低減することができる。
【００５０】
以上の説明をまとめると、ウォーム４７の圧力角α１をウォームホイール４８の圧力角α２よりも大きく設定することによって、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の噛合い位置を、ウォーム４７の径内方に（点Ａ１から点Ａ２に）ずらすことができる。この結果、ウォーム４７にウォームホイール４８を噛合わせたときの、ウォーム４７の実際の噛合いピッチ円径を、Ｄ１ａからＤ１ｂに小さくすることができる。
【００５１】
ここで、電動モータ４３が補助トルクを発生していない場合（停止中など）で、電動モータ４３を操舵トルクで回したときのことを考える。なお、ウォーム４７で電動モータ４３を回すトルクＴａは、ほぼ一定である。
加工精度等によって、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の噛合い抵抗、すなわち、滑り面間の摩擦力が増すと、その分だけウォームホイール４８に余分な回転力が加わる。
【００５２】
余分な回転力に応じて、ウォームホイール４８の歯４８ａは若干の弾性変形をする。このため、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の噛合い位置は、ウォーム４７の径外方に（点Ａ２から点Ａ１に）変位する。この結果、ウォーム４７の実際の噛合いピッチ円径は、Ｄ１ｂからＤ１ａに大きくなる。その分、ウォーム４７の回転力Ｆ１が減少する。
【００５３】
このようにして、滑り面間の摩擦力の増加による余分な回転力を、ウォーム４７の回転力Ｆ１の減少分で補正することができる。このため、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２は、ほぼ元の大きさに速やかに戻る。従って、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２は、ほとんど変化しないことになる。
【００５４】
このように、加工精度等によって、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の滑り面間の摩擦力に変動が生じた場合に、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２の変動量をより低減させることができる。このため、操舵トルクの変動量を低減することができるので、ステアリングハンドル２１を円滑に操舵することができる。この結果、操舵感覚をより高めることができる。
【００５５】
しかも、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の摩擦力の変動量を低減させるために、ウォーム４７並びにウォームホイール４８の加工精度や組立精度を高める必要はない。従って、これらの精度を高めるための管理工数が不要であり、電動パワーステアリング装置１０のコストを抑制することができる。
【００５６】
さらには、ウォーム４７の圧力角α１をウォームホイール４８の圧力角α２よりも大きく設定したので、ウォーム４７にウォームホイール４８を噛合わせたときの、ウォーム４７の実際の噛合いピッチ円径を、Ｄ１ａからＤ１ｂに小さくすることができる。その分、ウォーム４７の進み角γは大きくなる。
【００５７】
ウォーム４７によってウォームホイール４８を回す場合の伝動効率ηは、次の一般式（２）で求めることができる。なお、ウォーム４７のピッチ点における進み角をγとし、ねじ面の摩擦角をρとする。
η＝ｔａｎγ／ｔａｎ（γ＋ρ） ・・・・・・ （２）
式（２）によれば、進み角γが大きくなった分だけ伝動効率ηを高めることができることが判る。
【００５８】
【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、ウォームの圧力角をウォームホイールの圧力角よりも大きく設定することによって、ウォームに対するウォームホイールの噛合い位置を、ウォームの径内方にずらすことができる。この結果、ウォームにウォームホイールを噛合わせたときの、ウォームの実際の噛合いピッチ円径を、小さくすることができる。
【００５９】
ここで、電動モータを操舵トルクで回したときのことを考える。なお、ウォームで電動モータを回すトルクは、ほぼ一定である。
加工精度等によって、ウォームに対するウォームホイールの噛合い抵抗、すなわち、滑り面間の摩擦力が増すと、その分だけウォームホイールに余分な回転力が加わる。余分な回転力に応じて、ウォームホイールの歯は若干の弾性変形をする。このため、ウォームに対するウォームホイールの噛合い位置は、ウォームの径外方に変位する。この結果、ウォームの実際の噛合いピッチ円径は大きくなる。その分、ウォームの回転力が減少する。このようにして、滑り面間の摩擦力の増加による余分な回転力を、ウォームの回転力の減少分で補正することができる。このため、ウォームホイールの回転力は、ほぼ元の大きさに速やかに戻る。
【００６０】
このように、加工精度等によって、ウォームに対するウォームホイールの滑り面間の摩擦力に変動が生じた場合に、ウォームホイールの回転力の変動量をより低減させることができる。このため、操舵トルクの変動量を低減することができるので、ステアリングハンドルを円滑に操舵することができる。この結果、操舵感覚をより高めることができる。
【００６１】
しかも、ウォームに対するウォームホイールの摩擦力の変動量を低減させるために、ウォーム並びにウォームホイールの加工精度や組立精度を高める必要はない。従って、これらの精度を高めるための管理工数が不要であり、電動パワーステアリング装置のコストを抑制することができる。
【００６２】
さらには、ウォームの圧力角をウォームホイールの圧力角よりも大きく設定したので、ウォームにウォームホイールを噛合わせたときの、ウォームの実際の噛合いピッチ円径を、小さくすることができる。その分、ウォームの進み角は大きくなる。従って、ウォームによってウォームホイールを回す場合の伝動効率を、進み角が大きくなった分だけ高めることができる。
さらにまた、ウォームホイールは、歯直角平面の歯形又は軸直角平面の歯形を見たときに、歯先がインボリュート曲線となだらかに繋がるとともに、ウォームホイールの基準ピッチ線上をほぼ中心とした円弧面を有する歯形である。
【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正面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】本発明に係るウォームギヤ機構の要部拡大図
【図６】本発明に係るウォームに対するウォームホイールの噛合い部分の拡大図
【図７】本発明に係るウォームギヤ機構の作用図
【図８】従来の電動パワーステアリング装置の概要図
【図９】従来のウォームギヤ機構の概要図
【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、４３…電動モータ、４４…ウォームギヤ機構、４７…ウォーム、４８…ウォームホイール、α１…ウォームの圧力角、α２…ウォームホイールの圧力角。
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置に関し、特に電動モータの補助トルクをステアリング系に伝達するウォームギヤ機構の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングハンドルの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置は、電動モータで操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系のラックアンドピニオン機構に伝達するものであって、例えば特開平９−３０４３２号公報「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。以下、上記従来の技術の概要を説明する。
【０００３】
図８（ａ），（ｂ）は従来の電動パワーステアリング装置の概要図（その１）であり、特開平９−３０４３２号公報の図１及び図３を再掲する。なお、符号は振り直した。（ａ）は従来の電動パワーステアリング装置の模式的構成を表し、（ｂ）は従来のウォームギヤ機構の断面構成を表す。
【０００４】
（ａ）に示すように、従来の電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングハンドル１０１に加えた操舵トルクを操舵トルクセンサ１０２で検出し、そのトルク検出信号に基づき制御部１０３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１０４で発生し、補助トルクをウォームギヤ機構１０５を介してピニオン軸１０６に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸１０６からステアリング系１０７のラックアンドピニオン機構１０８に伝達するようにしたものである。
運転者の操舵トルクに電動モータ１０４の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸１０９で操舵車輪１１１，１１１を操舵することができる。
【０００５】
（ｂ）に示すようにウォームギヤ機構１０５は、電動モータ１０４のモータ軸１０４ａに形成したウォーム１２１に、ピニオン軸１０６に結合したウォームホイール１２２を噛合わせてなる。
【０００６】
ところで、電動パワーステアリング装置１００のウォームギヤ機構１０５においては、ウォーム１２１のねじ山の進み角を、ねじ面の摩擦角よりも若干大きく設定してある。その理由は、ウォームホイール１２２側からウォーム１２１を回せるようにするためである。
【０００７】
電動モータ１０４が補助トルクを発生していないとき（停止中など）には、操舵トルクだけで操舵車輪１１１，１１１を自由に操舵できる。同時に、操舵トルクによりピニオン軸１０６、ウォームホイール１２２、ウォーム１２１及びモータ軸１０４ａを介して、電動モータ１０４のロータ１０４ｂを回すことになる。このような電動パワーステアリング装置１００のウォームギヤ機構１０５は、次の図９に示す構成が一般的である。なお、１１２はハウジングである。
【０００８】
図９は従来のウォームギヤ機構の概要図であり、ウォーム１２１にウォームホイール１２２を噛合わせた構成を示す。
ウォーム１２１のピッチ円径はｄ１であり、ウォームホイール１２２のピッチ円径はｄ２である。ウォーム１２１は、ねじ山を２条に設定したものである。ピッチがｐｉであるから、リードＬｅはｐｉの２倍である（Ｌｅ＝２×ｐｉ）。ここで、「リードＬｅ」とは、ウォーム１２１における、ねじ山のつる巻き線の１回転に対する軸方向の進み量のことである。
ウォーム１２１の圧力角並びにウォームホイール１２２の圧力角は、共にα３である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術において、電動モータ１０４が補助トルクを発生していないときに、操舵トルクは電動モータ１０４の慣性の影響や、ウォームギヤ機構１０５の噛合い抵抗の影響を受ける。このような影響はできるだけ小さいことが好ましい。
【００１０】
特に加工精度等、例えば滑り面の仕上がり荒さのむら（斑）によって、ウォーム１２１に対するウォームホイール１２２の噛合い抵抗、すなわち、滑り面間の摩擦力に変動が生じると、操舵トルクに影響を及ぼす。操舵トルクの変動は、ステアリングハンドル１０１を円滑に操舵する妨げになるので、操舵感覚（操舵フィーリング）を高める上で、できるだけ小さいことが好ましい。
【００１１】
これに対し、滑り面間の摩擦力の変動量を低減させるために、ウォーム１２１並びにウォームホイール１２２の加工精度や組立精度を高めることが考えられる。しかし、これらの精度を単に高めるのでは管理工数が増すので、コストアップの要因となり得策ではなく、改良の余地がある。
【００１２】
そこで本発明の目的は、電動パワーステアリング装置におけるウォームギヤ機構の、噛合い抵抗（摩擦力）の変動による操舵トルクの変動量を低減することで、操舵感覚をより高めることができる技術を提供することにある。
【００１３】
【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、電動モータでステアリング系の操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをウォームギヤ機構を介してステアリング系に伝達するようにした電動パワーステアリング装置において、ウォームギヤ機構が、電動モータ側のウォームにステアリング系側のウォームホイールを噛合わせてなり、ウォームホイールは、歯直角平面の歯形又は軸直角平面の歯形を見たときに、歯先がインボリュート曲線となだらかに繋がるとともに、ウォームホイールの基準ピッチ線上をほぼ中心とした円弧面を有する歯形であり、ウォームの圧力角をウォームホイールの圧力角よりも大きく設定したことを特徴とする。
【００１４】
ウォームの圧力角をウォームホイールの圧力角よりも大きく設定することによって、ウォームに対するウォームホイールの噛合い位置を、ウォームの径内方にずらすことができる。この結果、ウォームにウォームホイールを噛合わせたときの、ウォームの実際の噛合いピッチ円径を、小さくすることができる。
【００１５】
ここで、電動モータを操舵トルクで回したときのことを考える。なお、ウォームで電動モータを回すトルクは、ほぼ一定である。
加工精度等によって、ウォームに対するウォームホイールの噛合い抵抗、すなわち、滑り面間の摩擦力が増すと、その分だけウォームホイールに余分な回転力が加わる。余分な回転力に応じて、ウォームホイールの歯は若干の弾性変形をする。このため、ウォームに対するウォームホイールの噛合い位置は、ウォームの径外方に変位する。この結果、ウォームの実際の噛合いピッチ円径は大きくなる。その分、ウォームの回転力が減少する。このようにして、滑り面間の摩擦力の増加による余分な回転力を、ウォームの回転力の減少分で補正することができる。このため、ウォームホイールの回転力は、ほぼ元の大きさに速やかに戻る。
【００１６】
このように、加工精度等によって、ウォームに対するウォームホイールの滑り面間の摩擦力に変動が生じた場合に、ウォームホイールの回転力の変動量をより低減させることができる。このため、操舵トルクの変動量を低減することができるので、ステアリングハンドルを円滑に操舵することができる。この結果、操舵感覚をより高めることができる。
【００１７】
しかも、ウォームに対するウォームホイールの摩擦力の変動量を低減させるために、ウォーム並びにウォームホイールの加工精度や組立精度を高める必要はない。従って、これらの精度を高めるための管理工数が不要であり、電動パワーステアリング装置のコストを抑制することができる。
【００１８】
さらには、ウォームの圧力角をウォームホイールの圧力角よりも大きく設定したので、ウォームにウォームホイールを噛合わせたときの、ウォームの実際の噛合いピッチ円径を、小さくすることができる。その分、ウォームの進み角は大きくなる。従って、ウォームによってウォームホイールを回す場合の伝動効率を、進み角が大きくなった分だけ高めることができる。
【００１９】
【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、この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）３１，３１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。
【００２０】
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の両端にボールジョイント２７，２７、タイロッド２８，２８及びナックル２９，２９を介して左右の操舵車輪３１，３１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２４ａと、ラック軸２６に形成したラック２６ａとからなる。
【００２１】
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及び左右のタイロッド２８，２８を介して、左右の操舵車輪３１，３１を操舵することができる。
【００２２】
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。
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３１，３１を操舵することができる。
【００２３】
図２は本発明に係る電動パワーステアリング装置の正面図であり、左端部及び右端部を断面して表した。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。ハウジング５１は、図示せぬ車体に取付ける取付部５２，５３を備える。３２，３２はダストシール用ブーツである。
【００２４】
図３は図２の３−３線断面図であり、ラックガイド６０を備えた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、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の上部開口をリッド５４で塞いだものである。
ハウジング５１は、ピニオン軸２４の上端部、長手中央部及び下端部を、上下３個の軸受５５〜５７を介して回転可能に支承することで、縦置きにセットしたものであり、ラックガイド６０を備える。
【００２５】
ラックガイド６０は、ラック軸２６のうちラック２６ａを有する面の背面を押出す押圧手段であって、ラック２６ａと反対側からラック軸２６に当てるガイド部６１と、このガイド部６１を圧縮ばね６２（調整ばね６２）を介して押す調整ボルト６３とからなる。
【００２６】
ガイド部６１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をその軸方向へスライド可能に支持することができる。このようなラックガイド６０によれば、ハウジング５１にねじ込んだ調整ボルト６３にて、圧縮ばね６２を介してガイド部６１を適切な押圧力で押すことにより、ガイド部６１でラック２６ａに予圧を与えて、ラック２６ａをピニオン２４ａに押し付けることができる。図中、５８はオイルシール、６４はラック軸２６の背面を滑らせる当て部材、６５はロックナットである。
【００２７】
図４は図３の４−４線断面図であり、ピニオン軸２４と電動モータ４３とウォームギヤ機構４４との関係を示す。
電動モータ４３は、モータ軸４３ａを横向きにしてハウジング５１に取付け、ハウジング５１内にモータ軸４３ａを延したものである。
【００２８】
ウォームギヤ機構４４は、電動モータ４３で発生した補助トルクをピニオン軸２４に伝達する補助トルク伝達機構、すなわち倍力機構である。詳しく述べるとウォームギヤ機構４４は、電動モータ４３のモータ軸４３ａにカップリング４５を介して連結したウォーム軸４６と、ウォーム軸４６に形成したウォーム４７と、ウォーム４７に噛み合わせたウォームホイール４８とからなる。ウォームホイール４８はピニオン軸２４に結合したものである。
このように、ウォームギヤ機構４４は、電動モータ４３側のウォーム４７にステアリング系２０（図１参照）側のウォームホイール４８を噛合わせてなる。
【００２９】
この図は、水平に延びるウォーム軸４６の両端部を軸受７１，７２並びに中空偏心スリーブ７３を介してハウジング５１にて回転可能に支承したことを示す。７４，７５はナットである。偏心スリーブ７３を回転させるだけで、ウォームホイール４８に対するウォーム４７のバックラッシを容易に調整することができる。
【００３０】
図５は本発明に係るウォームギヤ機構の要部拡大図であり、ウオーム４７にウォームホイール４８を噛合わせた構成を示す。
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、騒音をより低減させることができる。
【００３１】
ウォーム４７の歯４７ａの軸直角断面はほぼ台形歯形であり、ウォームホイール４８の歯４８ａの軸直角断面はインボリュート歯形である。
このようなウォームホイール４８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、歯先がインボリュート曲線となだらかに繋がるとともに、ウォームホイール４８の基準ピッチ線上をほぼ中心とした円弧面を有する、歯形である。このため、歯４７ａ，歯４８ａ同士の接触を滑らかにすることができる。
従って、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の、滑り面間の摩擦力の変動による操舵トルクの変動量をより低減することができるので、ステアリングハンドル２１（図１参照）をより一層円滑に操舵することができる。この結果、操舵感覚をより一層高めることができる。
【００３２】
ウォーム４７のピッチ円径はＤ１ａであり、ウォームホイール４８のピッチ円径はＤ２である。本発明は、ウォーム４７のねじ山を１条に設定したことを特徴とする。ねじ山のピッチＰｉは、上記図９に示す従来のウォーム１２１のリードＬｅと同一である。
【００３３】
ウォーム４７のねじ山を１条に設定したので、ねじ山のピッチＰｉの精度を極めて容易に高めることができる。そして、上記図９に示す従来の複数条にした場合のように、各ねじ山同士のピッチの精度を均一にする必要もない。従って、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の、滑り面間の摩擦力の変動による操舵トルクの変動量を低減することができるので、ステアリングハンドル２１（図１参照）をより円滑に操舵することができる。この結果、操舵感覚をより高めることができる。
【００３４】
ところで、一般的なウォームホイールの歯厚は、ねじ山のピッチＰｉの１／２程度である。これに対して、本発明のウォームホイール４８は、歯厚ｔｈを歯たけｈｉ（全歯たけｈｉ）よりも大きく設定したものである。具体的には、歯たけｈｉに対する歯厚ｔｈの割合は１．０：１．３程度である。そして、ねじ山のピッチＰｉに対する歯厚ｔｈの割合は１．０：０．７程度である。
【００３５】
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。歯厚ｔｈを大きく設定することで、ウォームホイール４８の歯の弾性変形を抑制することができる。すなわち、金属製品のウォーム４７に比べて、比較的剛性が小さい樹脂製品のウォームホイール４８における歯厚ｔｈを大きく設定することで、ウォームホイール４８の歯４８ａの剛性を十分に確保することができる。
【００３６】
図６は本発明に係るウォームに対するウォームホイールの噛合い部分の拡大図である。
一般的なウォームギヤ機構は、ウォーム４７の圧力角α１とウォームホイール４８の圧力角α２とが一致する。この場合には、ウォーム４７の歯４７ａに対してウォームホイール４８の歯４８ａが点Ａ１で噛合う。この点Ａ１を通る直径Ｄ１ａは、ウォーム４７の理論上のピッチ円径（仮想ピッチ円径）である。
【００３７】
これに対して、本発明のウォームギヤ機構４４は、ウォーム４７の圧力角α１をウォームホイール４８の圧力角α２よりも大きく設定したことを特徴とする。この場合には、ウォーム４７の歯４７ａに対してウォームホイール４８の歯４８ａが点Ａ２で噛合う。点Ａ２は、ウォーム４７の中心ＣＬに対して点Ａ１よりも接近した点である。すなわち、ウォーム４７の歯４７ａの歯底近くの位置に、ウォームホイール４８の歯４８ａの歯先近くの位置が噛合う。この点Ａ２を通る直径Ｄ１ｂは、ウォーム４７の実際のピッチ円径であり、理論上のピッチ円径Ｄ１ａよりも小さい（Ｄ１ａ＞Ｄ１ｂ）。
【００３８】
ところでウォームギヤ機構４４は、ウォーム４７のねじ山の進み角を、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。
【００３９】
次に、上記構成の電動パワーステアリング装置１０についての作用を図１、図４、図６及び図７に基づき説明する。
図１において、電動モータ４３が補助トルクを発生していないとき（停止中など）には、操舵トルクだけで操舵車輪３１，３１を自由に操舵することができる。同時に、図４に示すように、操舵トルクによってピニオン軸２４、ウォームホイール４８、ウォーム４７及びウォーム軸４６を介し、電動モータ１０４のロータ（図示せず）を回すことになる。
【００４０】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るウォームギヤ機構の作用図である。
（ａ）は、操舵トルクによってウォームホイール４８を回すことで、ウォームホイール４８からウォーム４７に軸方向の力Ｆ２（ウォームホイール４８のピッチ円方向の力Ｆ２、すなわち、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２）が作用したことを示す。
【００４１】
停止中の電動モータ４３（図１参照）のロータをステアリングハンドル２１（図１参照）で回す場合に、ロータを回すトルクをＴａとしたとき、ウォーム４７のピッチ円方向の力Ｆ１、すなわちウォーム４７の回転力Ｆ１はウォーム４７のピッチ円径に反比例する。
【００４２】
ところで、ウォームホイール４８によってウォーム４７を回す場合、ウォーム４７の回転力Ｆ１とウォームホイール４８の回転力Ｆ２の関係を、次の一般式（１）で求めることができる。なお、ウォーム４７のピッチ点における進み角をγとし、ねじ面の摩擦角をρとする。
Ｆ１＝Ｆ２×ｔａｎ（γ−ρ） ・・・・・・ （１）
【００４３】
式（１）によれば、ねじ面の摩擦角ρはウォームホイール４８の回転力Ｆ２に影響を及ぼすことが判る。摩擦角ρは、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の、滑り面間の摩擦係数に基づく。摩擦係数は、ウォーム４７並びにウォームホイール４８の加工精度、例えば滑り面の仕上がり荒さのむら（斑）等によって影響される。
例えば、ウォームホイール４８を回転させたときに、その回転角毎に摩擦力が異なる場合には、これに応じて回転力Ｆ２が変動する。回転力Ｆ２の変動は操舵トルクに影響を及ぼすので、できるだけ小さいことが好ましい。
【００４４】
これに対して本発明は、上記図６に示すように、ウォーム４７の圧力角α１をウォームホイール４８の圧力角α２よりも大きく設定したものである。このため図７（ａ）に示すように、ウォーム４７の歯４７ａに対してウォームホイール４８の歯４８ａが点Ａ２で噛合っている。従って、点Ａ２に作用したウォームホイール４８の回転力Ｆ２により、ウォーム４７は回転する。
【００４５】
ところで、実線で示すウォームホイール４８の歯４８ａは、回転力Ｆ２の反力によって、想像線で示すように歯厚方向へ歯４７ａから離れるように、極く僅かに弾性変形する。この結果、ウォーム４７の歯４７ａに対するウォームホイール４８の歯４８ａの噛合い位置が、ウォーム４７の径外方へ若干変化する。このように変化した状態を図７（ｂ）に示す。
【００４６】
詳しく説明すると、電動モータ４３（図４参照）のロータを回すトルクＴａは、ほぼ一定である。ウォーム４７のピッチ円径がＤ１ｂであって、このときの進み角がγであり、ねじ面の摩擦角ρが一定であれば、ウォーム４７の回転力Ｆ１は一定であり、この結果、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２も一定である。
【００４７】
一方、ウォームホイール４８を回転させたときに、その回転角毎に滑り面の仕上がり荒さのむらによって、摩擦係数が異なる場合には、これに応じてねじ面の摩擦角ρは変動する。摩擦角ρに応じて回転力Ｆ２も変動しようとする。回転力Ｆ２が増大すると、これに対応してウォームホイール４８の歯４８ａの弾性変形量が増大する。このため、ウォーム４７の歯４７ａに対するウォームホイール４８の歯４８ａの噛合い位置は、ウォーム４７の径外方に変位する。
【００４８】
ここで、回転力Ｆ２の大きさに応じて、噛合い位置が点Ａ２からウォーム４７の径外方の点Ａ１まで変位し、この点Ａ１で噛合い位置が安定したことを考える。噛合い位置が変位することで、回転力Ｆ２の作用点も点Ａ２から点Ａ１に変位する。
なお、ウォーム４７のピッチ円径がＤ１ｂからＤ１ａまで変化する変化量に対して、進み角γの変化量は極く微小である。このため上記式（１）では、進み角γの変化については無視しても実質的に差し支えない。
【００４９】
点Ａ２を通るピッチ円径Ｄ１ｂに対して、点Ａ１を通るピッチ円径Ｄ１ａは大きい。上述のように、ウォーム４７の回転力Ｆ１はウォーム４７のピッチ円径に反比例する。ウォーム４７のピッチ円径がＤ１ｂからＤ１ａへ大きくなった分、回転力Ｆ１は減少する。そして、摩擦力の増加による余分な回転力を、ウォーム４７の回転力Ｆ１の減少分で補正する。このため、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２は、ほぼ元の大きさに速やかに戻る。従って、回転力Ｆ２の変動量をより低減することができる。この結果、操舵トルクの変動量を低減することができる。
【００５０】
以上の説明をまとめると、ウォーム４７の圧力角α１をウォームホイール４８の圧力角α２よりも大きく設定することによって、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の噛合い位置を、ウォーム４７の径内方に（点Ａ１から点Ａ２に）ずらすことができる。この結果、ウォーム４７にウォームホイール４８を噛合わせたときの、ウォーム４７の実際の噛合いピッチ円径を、Ｄ１ａからＤ１ｂに小さくすることができる。
【００５１】
ここで、電動モータ４３が補助トルクを発生していない場合（停止中など）で、電動モータ４３を操舵トルクで回したときのことを考える。なお、ウォーム４７で電動モータ４３を回すトルクＴａは、ほぼ一定である。
加工精度等によって、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の噛合い抵抗、すなわち、滑り面間の摩擦力が増すと、その分だけウォームホイール４８に余分な回転力が加わる。
【００５２】
余分な回転力に応じて、ウォームホイール４８の歯４８ａは若干の弾性変形をする。このため、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の噛合い位置は、ウォーム４７の径外方に（点Ａ２から点Ａ１に）変位する。この結果、ウォーム４７の実際の噛合いピッチ円径は、Ｄ１ｂからＤ１ａに大きくなる。その分、ウォーム４７の回転力Ｆ１が減少する。
【００５３】
このようにして、滑り面間の摩擦力の増加による余分な回転力を、ウォーム４７の回転力Ｆ１の減少分で補正することができる。このため、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２は、ほぼ元の大きさに速やかに戻る。従って、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２は、ほとんど変化しないことになる。
【００５４】
このように、加工精度等によって、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の滑り面間の摩擦力に変動が生じた場合に、ウォームホイール４８の回転力Ｆ２の変動量をより低減させることができる。このため、操舵トルクの変動量を低減することができるので、ステアリングハンドル２１を円滑に操舵することができる。この結果、操舵感覚をより高めることができる。
【００５５】
しかも、ウォーム４７に対するウォームホイール４８の摩擦力の変動量を低減させるために、ウォーム４７並びにウォームホイール４８の加工精度や組立精度を高める必要はない。従って、これらの精度を高めるための管理工数が不要であり、電動パワーステアリング装置１０のコストを抑制することができる。
【００５６】
さらには、ウォーム４７の圧力角α１をウォームホイール４８の圧力角α２よりも大きく設定したので、ウォーム４７にウォームホイール４８を噛合わせたときの、ウォーム４７の実際の噛合いピッチ円径を、Ｄ１ａからＤ１ｂに小さくすることができる。その分、ウォーム４７の進み角γは大きくなる。
【００５７】
ウォーム４７によってウォームホイール４８を回す場合の伝動効率ηは、次の一般式（２）で求めることができる。なお、ウォーム４７のピッチ点における進み角をγとし、ねじ面の摩擦角をρとする。
η＝ｔａｎγ／ｔａｎ（γ＋ρ） ・・・・・・ （２）
式（２）によれば、進み角γが大きくなった分だけ伝動効率ηを高めることができることが判る。
【００５８】
【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、ウォームの圧力角をウォームホイールの圧力角よりも大きく設定することによって、ウォームに対するウォームホイールの噛合い位置を、ウォームの径内方にずらすことができる。この結果、ウォームにウォームホイールを噛合わせたときの、ウォームの実際の噛合いピッチ円径を、小さくすることができる。
【００５９】
ここで、電動モータを操舵トルクで回したときのことを考える。なお、ウォームで電動モータを回すトルクは、ほぼ一定である。
加工精度等によって、ウォームに対するウォームホイールの噛合い抵抗、すなわち、滑り面間の摩擦力が増すと、その分だけウォームホイールに余分な回転力が加わる。余分な回転力に応じて、ウォームホイールの歯は若干の弾性変形をする。このため、ウォームに対するウォームホイールの噛合い位置は、ウォームの径外方に変位する。この結果、ウォームの実際の噛合いピッチ円径は大きくなる。その分、ウォームの回転力が減少する。このようにして、滑り面間の摩擦力の増加による余分な回転力を、ウォームの回転力の減少分で補正することができる。このため、ウォームホイールの回転力は、ほぼ元の大きさに速やかに戻る。
【００６０】
このように、加工精度等によって、ウォームに対するウォームホイールの滑り面間の摩擦力に変動が生じた場合に、ウォームホイールの回転力の変動量をより低減させることができる。このため、操舵トルクの変動量を低減することができるので、ステアリングハンドルを円滑に操舵することができる。この結果、操舵感覚をより高めることができる。
【００６１】
しかも、ウォームに対するウォームホイールの摩擦力の変動量を低減させるために、ウォーム並びにウォームホイールの加工精度や組立精度を高める必要はない。従って、これらの精度を高めるための管理工数が不要であり、電動パワーステアリング装置のコストを抑制することができる。
【００６２】
さらには、ウォームの圧力角をウォームホイールの圧力角よりも大きく設定したので、ウォームにウォームホイールを噛合わせたときの、ウォームの実際の噛合いピッチ円径を、小さくすることができる。その分、ウォームの進み角は大きくなる。従って、ウォームによってウォームホイールを回す場合の伝動効率を、進み角が大きくなった分だけ高めることができる。
さらにまた、ウォームホイールは、歯直角平面の歯形又は軸直角平面の歯形を見たときに、歯先がインボリュート曲線となだらかに繋がるとともに、ウォームホイールの基準ピッチ線上をほぼ中心とした円弧面を有する歯形である。
【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正面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】本発明に係るウォームギヤ機構の要部拡大図
【図６】本発明に係るウォームに対するウォームホイールの噛合い部分の拡大図
【図７】本発明に係るウォームギヤ機構の作用図
【図８】従来の電動パワーステアリング装置の概要図
【図９】従来のウォームギヤ機構の概要図
【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、４３…電動モータ、４４…ウォームギヤ機構、４７…ウォーム、４８…ウォームホイール、α１…ウォームの圧力角、α２…ウォームホイールの圧力角。
Claims (1)
- 電動モータでステアリング系の操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをウォームギヤ機構を介してステアリング系に伝達するようにした電動パワーステアリング装置において、前記ウォームギヤ機構は、前記電動モータ側のウォームに前記ステアリング系側のウォームホイールを噛合わせてなり、前記ウォームホイールは、歯直角平面の歯形又は軸直角平面の歯形を見たときに、歯先がインボリュート曲線となだらかに繋がるとともに、ウォームホイールの基準ピッチ線上をほぼ中心とした円弧面を有する歯形であり、前記ウォームの圧力角を前記ウォームホイールの圧力角よりも大きく設定し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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