JP3902092B2

JP3902092B2 - Electric power steering device

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Publication number: JP3902092B2
Application number: JP2002228460A
Authority: JP
Inventors: 康夫清水; 勝治渡辺; 泰浩寺田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP2004066949A

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】
例えば、ウォームギヤ機構１０５は、ウォーム１２１のねじ山が２条であるから、第１のねじ山と第２のねじ山とが、ウォームホイール１２２の少なくとも２個の歯に噛合っていることになる。すなわち噛合い率が２である。このため、理論的には噛合い変動が比較的少ない、滑らかな噛合いを期待できる。この結果、ウォームギヤ機構１０５の噛合い抵抗の影響を小さくできる。
【００１１】
しかしながら、現実には加工精度等の影響によって、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。特に、ウォーム１２１のねじ山が２条であるから、第１のねじ山におけるピッチｐｉの精度と、第２のねじ山におけるピッチｐｉの精度とを、できるだけ均一にする必要がある。不均一であると、滑り面間の摩擦力に変動が生じて、操舵トルクに影響を及ぼす。
【００１２】
このように、ピッチｐｉ，ｐｉの精度の影響は大きいものであり、噛合い率を高めたことによる効果を上回ることがあり得る。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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
【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、ウォームのねじ山を１条に設定したことを特徴とする。
【００１６】
ウォームのねじ山を１条に設定したので、ねじ山のピッチの精度を極めて容易に高めることができる。そして、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、ウォームに対するウォームホイールの、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。
【００１７】
さらに、請求項１は、ウォームを金属製品とするとともに、ウォームホイールを樹脂製品とし、このウォームホイールは歯厚を歯たけよりも大きく設定したことを特徴とする。
金属製品のウォームに樹脂製品のウォームホイール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。さらには、金属製品のウォームに比べて、比較的剛性が小さい樹脂製品のウォームホイールにおける歯厚を大きく設定することで、ウォームホイールの歯の剛性を十分に確保することができる。
【００１８】
請求項２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、ウォームのねじ山を１条に設定したことを特徴とする。
ウォームのねじ山を１条に設定したので、ねじ山のピッチの精度を極めて容易に高めることができる。そして、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、ウォームに対するウォームホイールの、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。
さらに、請求項２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ことを特徴とする。
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
【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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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４８ａ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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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）
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
【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、ウォームのねじ山を１条に設定したので、ねじ山のピッチの精度を極めて容易に高めることができる。そして、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、ウォームに対するウォームホイールの、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。
【００６３】
さらに、請求項１は、金属製品のウォームに樹脂製品のウォームホイール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。さらには、金属製品のウォームに比べて、比較的剛性が小さい樹脂製品のウォームホイールにおける歯厚を大きく設定することで、ウォームホイールの歯の剛性を十分に確保することができる。
【００６４】
請求項２は、ウォームのねじ山を１条に設定したので、ねじ山のピッチの精度を極めて容易に高めることができる。そして、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、ウォームに対するウォームホイールの、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。
さらに、請求項２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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus, and more particularly to an improved technique of a worm gear mechanism that transmits auxiliary torque of an electric motor to a steering system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, electric power steering devices have been frequently used in order to reduce the steering force of the steering wheel to give a comfortable steering feeling. This type of electric power steering apparatus generates an auxiliary torque corresponding to a steering torque by an electric motor, and transmits this auxiliary torque to a rack and pinion mechanism of a steering system. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-30432 An “electric power steering device” (hereinafter referred to as “conventional technology”) is known. The outline of the conventional technique will be described below.
[0003]
FIGS. 8A and 8B are schematic views (No. 1) of a conventional electric power steering apparatus, and FIGS. 1 and 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 9-30432 are reproduced. In addition, the code was reassigned. (A) represents the typical structure of the conventional electric power steering apparatus, (b) represents the cross-sectional structure of the conventional worm gear mechanism.
[0004]
As shown in (a), the conventional electric power steering apparatus 100 detects a steering torque applied to the steering handle 101 with a steering torque sensor 102, and generates a control signal with a control unit 103 based on the torque detection signal. An auxiliary torque corresponding to the steering torque is generated by the electric motor 104 based on this control signal, the auxiliary torque is transmitted to the pinion shaft 106 via the worm gear mechanism 105, and the auxiliary torque is further transmitted from the pinion shaft 106 to the rack of the steering system 107. This is transmitted to the and pinion mechanism 108.
The steering wheels 111 and 111 can be steered by the rack shaft 109 by a combined torque obtained by adding the assist torque of the electric motor 104 to the steering torque of the driver.
[0005]
As shown in (b), the worm gear mechanism 105 is formed by meshing a worm wheel 122 coupled to the pinion shaft 106 with a worm 121 formed on the motor shaft 104 a of the electric motor 104.
[0006]
Incidentally, in the worm gear mechanism 105 of the electric power steering apparatus 100, the advance angle of the thread of the worm 121 is set to be slightly larger than the friction angle of the thread surface. This is because the worm 121 can be turned from the worm wheel 122 side.
[0007]
When the electric motor 104 does not generate auxiliary torque (when stopped), the steering wheels 111 can be freely steered only by the steering torque. At the same time, the rotor 104b of the electric motor 104 is rotated via the pinion shaft 106, the worm wheel 122, the worm 121, and the motor shaft 104a by the steering torque. The worm gear mechanism 105 of the electric power steering apparatus 100 is generally configured as shown in FIG. Reference numeral 112 denotes a housing.
[0008]
FIG. 9 is a schematic diagram of a conventional worm gear mechanism, and shows a configuration in which a worm wheel 122 is engaged with a worm 121.
The pitch circle diameter of the worm 121 is d1, and the pitch circle diameter of the worm wheel 122 is d2. The worm 121 has two threads. Since the pitch is pi, the lead Le is twice the pi (Le = 2 × pi). Here, the “lead Le” is an amount of advance in the axial direction with respect to one rotation of the spiral winding of the thread in the worm 121.
The pressure angle of the worm 121 and the pressure angle of the worm wheel 122 are both α3.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional technique, when the electric motor 104 does not generate auxiliary torque, the steering torque is affected by the inertia of the electric motor 104 and the meshing resistance of the worm gear mechanism 105. Such influence is preferably as small as possible.
[0010]
For example, since the worm gear mechanism 105 has two threads of the worm 121, the first thread and the second thread mesh with at least two teeth of the worm wheel 122. . That is, the meshing rate is 2. For this reason, in theory, smooth meshing with relatively little meshing variation can be expected. As a result, the influence of the meshing resistance of the worm gear mechanism 105 can be reduced.
[0011]
However, in reality, the meshing resistance of the worm wheel 122 with respect to the worm 121, that is, the frictional force between the sliding surfaces varies due to the influence of machining accuracy and the like. In particular, since the thread of the worm 121 has two threads, it is necessary to make the accuracy of the pitch pi in the first thread and the accuracy of the pitch pi in the second thread as uniform as possible. If it is not uniform, the frictional force between the sliding surfaces will fluctuate and affect the steering torque.
[0012]
As described above, the influence of the accuracy of the pitches pi and pi is large and may exceed the effect of increasing the meshing rate. The fluctuation of the steering torque hinders smooth steering of the steering handle 101. Therefore, it is preferable that the fluctuation of the steering torque is as small as possible in order to improve the steering feeling (steering feeling).
[0013]
On the other hand, in order to reduce the fluctuation amount of the frictional force between the sliding surfaces, it is conceivable to increase the processing accuracy of the worm 121 and the worm wheel 122. However, simply increasing these precisions increases the number of man-hours for management, leading to cost increases and not a possible measure, and there is room for improvement.
[0014]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique capable of further enhancing the steering feeling by reducing the amount of change in steering torque due to the change in the meshing resistance (friction force) of the worm gear mechanism in the electric power steering apparatus. It is in.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus in which an auxiliary torque corresponding to a steering torque of a steering system is generated by an electric motor and the auxiliary torque is transmitted to the steering system via a worm gear mechanism. The worm gear mechanism is characterized in that the worm wheel on the steering system side is meshed with the worm on the electric motor side, and the thread of the worm is set to one line.
[0016]
Since the thread of the worm is set to one thread, the accuracy of the thread pitch can be increased extremely easily. And it is not necessary to make the precision of the pitch of each screw thread uniform like the case where it was made into the conventional multiple strip. Therefore, the amount of change in the steering torque due to the change in the frictional force between the sliding surfaces of the worm wheel relative to the worm can be reduced, so that the steering handle can be steered more smoothly. As a result, the steering feeling can be further enhanced.
[0017]
  further,Claim1Is characterized in that the worm is a metal product and the worm wheel is a resin product, and the worm wheel is set to have a tooth thickness larger than that of the toothpick.
  Since the worm wheel of the resin product is engaged with the worm of the metal product, the engagement can be made relatively smooth and noise can be further reduced. Furthermore, the rigidity of the teeth of the worm wheel can be sufficiently ensured by setting the tooth thickness of the worm wheel of the resin product having a relatively low rigidity compared to the worm of the metal product.
[0018]
  According to a second aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus in which an auxiliary torque corresponding to a steering torque of the steering system is generated by an electric motor and the auxiliary torque is transmitted to the steering system via the worm gear mechanism. The worm on the steering system side is meshed with the worm on the motor side, and the thread of the worm is set to one thread.
  Since the thread of the worm is set to one thread, the accuracy of the thread pitch can be increased very easily. And it is not necessary to make the precision of the pitch of each screw thread uniform like the case where it is made into the conventional multiple strip. Therefore, the amount of change in the steering torque due to the change in the frictional force between the sliding surfaces of the worm wheel relative to the worm can be reduced, so that the steering handle can be steered more smoothly. As a result, the steering feeling can be further enhanced.
  further,Claim2Is characterized in that the pressure angle of the worm is set larger than the pressure angle of the worm wheel.
  By setting the pressure angle of the worm to be larger than the pressure angle of the worm wheel, the meshing position of the worm wheel with respect to the worm can be shifted inwardly of the worm. As a result, the actual meshing pitch circle diameter of the worm when the worm wheel is meshed with the worm can be reduced.
[0019]
Here, consider the case where the electric motor is rotated by the steering torque. The torque for turning the electric motor with the worm is substantially constant.
When the meshing resistance of the worm wheel with respect to the worm, that is, the frictional force between the sliding surfaces, increases due to machining accuracy, an extra rotational force is applied to the worm wheel. Depending on the extra rotational force, the worm wheel teeth undergo some elastic deformation. For this reason, the meshing position of the worm wheel with respect to the worm is displaced outward of the diameter of the worm. As a result, the actual meshing pitch circle diameter of the worm increases. Accordingly, the rotational force of the worm decreases. In this way, the excessive rotational force due to the increase in the frictional force between the sliding surfaces can be corrected by the decrease in the rotational force of the worm. For this reason, the rotational force of the worm wheel quickly returns to its original size.
[0020]
Thus, when the frictional force between the sliding surfaces of the worm wheel with respect to the worm fluctuates due to processing accuracy or the like, the amount of fluctuation of the rotational force of the worm wheel can be further reduced. For this reason, since the fluctuation amount of the steering torque can be reduced, the steering handle can be smoothly steered. As a result, the steering feeling can be further enhanced.
[0021]
In addition, in order to reduce the amount of variation in the frictional force of the worm wheel against the worm, it is not necessary to increase the processing accuracy and assembly accuracy of the worm and worm wheel. Therefore, the management man-hour for improving these precisions is unnecessary, and the cost of the electric power steering apparatus can be suppressed.
[0022]
Furthermore, since the pressure angle of the worm is set larger than the pressure angle of the worm wheel, the actual mesh pitch diameter of the worm when the worm wheel is engaged with the worm can be reduced. Accordingly, the advance angle of the worm increases. Therefore, the transmission efficiency when the worm wheel is rotated by the worm can be increased by the amount of the advance angle.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is a schematic diagram of an electric power steering apparatus according to the present invention. The electric power steering apparatus 10 includes a steering system 20 from a steering handle 21 of a vehicle to steering wheels (front wheels) 31 and 31 of the vehicle, and the steering system 20. And an auxiliary torque mechanism 40 for applying auxiliary torque to the system 20.
[0024]
In the steering system 20, a pinion shaft (input shaft) 24 is connected to a steering handle 21 via a steering shaft 22 and universal shaft joints 23, 23, and a rack shaft 26 is connected to the pinion shaft 24 via a rack and pinion mechanism 25. The left and right steering wheels 31, 31 are connected to both ends of the rack shaft 26 via ball joints 27, 27, tie rods 28, 28, and knuckles 29, 29.
The rack and pinion mechanism 25 includes a pinion 24 a formed on the pinion shaft 24 and a rack 26 a formed on the rack shaft 26.
[0025]
When the driver steers the steering handle 21, the left and right steering wheels 31, 31 can be steered by the steering torque via the rack and pinion mechanism 25 and the left and right tie rods 28, 28.
[0026]
The auxiliary torque mechanism 40 detects the steering torque of the steering system 20 applied to the steering handle 21 by the steering torque sensor 41, generates a control signal by the control unit 42 based on this torque detection signal, and generates the steering torque based on this control signal. Is generated by the electric motor 43, the auxiliary torque is transmitted to the pinion shaft 24 via the worm gear mechanism 44, and the auxiliary torque is transmitted from the pinion shaft 24 to the rack and pinion mechanism 25 of the steering system 20. This is the mechanism.
The steering wheels 31 and 31 can be steered by the rack shaft 26 by a combined torque obtained by adding the auxiliary torque of the electric motor 43 to the steering torque of the driver.
[0027]
FIG. 2 is a front view of the electric power steering apparatus according to the present invention, and shows a left end portion and a right end portion in cross section. This figure shows that the rack shaft 26 of the electric power steering apparatus 10 is accommodated in a housing 51 extending in the vehicle width direction (left-right direction in the figure) so as to be slidable in the axial direction. The housing 51 includes attachment portions 52 and 53 that are attached to a vehicle body (not shown). 32 and 32 are dust seal boots.
[0028]
3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2 and shows a vertical cross-sectional structure of the electric power steering apparatus 10 including the rack guide 60.
In the electric power steering device 10, a pinion shaft 24, a rack and pinion mechanism 25, a steering torque sensor 41, and a worm gear mechanism 44 are housed in a housing 51, and an upper opening of the housing 51 is closed with a lid 54.
The housing 51 is set in a vertical orientation by rotatably supporting the upper end portion, the longitudinal center portion, and the lower end portion of the pinion shaft 24 via three upper and lower bearings 55 to 57, and the rack guide 60. Is provided.
[0029]
The rack guide 60 is a pressing unit that pushes out the back surface of the rack shaft 26 having the rack 26a. The rack guide 60 is a guide portion 61 that contacts the rack shaft 26 from the opposite side of the rack 26a. It consists of an adjustment bolt 63 that is pushed through (adjustment spring 62).
[0030]
The guide portion 61 can support the rack shaft 26 so as to be slidable in the axial direction while restricting the movement of the rack shaft 26 in the longitudinal direction of the pinion shaft 24. According to such a rack guide 60, a preload is applied to the rack 26a by the guide portion 61 by pressing the guide portion 61 with an appropriate pressing force via the compression spring 62 with the adjusting bolt 63 screwed into the housing 51. Thus, the rack 26a can be pressed against the pinion 24a. In the figure, 58 is an oil seal, 64 is a contact member for sliding the back surface of the rack shaft 26, and 65 is a lock nut.
[0031]
4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 3, and shows the relationship among the pinion shaft 24, the electric motor 43, and the worm gear mechanism 44. FIG.
The electric motor 43 is attached to the housing 51 with the motor shaft 43 a facing sideways, and the motor shaft 43 a extends into the housing 51.
[0032]
The worm gear mechanism 44 is an auxiliary torque transmission mechanism that transmits auxiliary torque generated by the electric motor 43 to the pinion shaft 24, that is, a booster mechanism. More specifically, the worm gear mechanism 44 includes a worm shaft 46 connected to the motor shaft 43 a of the electric motor 43 via a coupling 45, a worm 47 formed on the worm shaft 46, and a worm wheel 48 meshed with the worm 47. Become. The worm wheel 48 is coupled to the pinion shaft 24.
As described above, the worm gear mechanism 44 is formed by meshing the worm wheel 48 on the steering system 20 (see FIG. 1) with the worm 47 on the electric motor 43 side.
[0033]
This figure shows that both ends of the horizontally extending worm shaft 46 are rotatably supported by the housing 51 via bearings 71 and 72 and a hollow eccentric sleeve 73. 74 and 75 are nuts. By simply rotating the eccentric sleeve 73, the backlash of the worm 47 with respect to the worm wheel 48 can be easily adjusted.
[0034]
FIG. 5 is an enlarged view of a main part of the worm gear mechanism according to the present invention, and shows a configuration in which a worm wheel 48 is engaged with a worm 47.
The worm 47 is a metal product, for example, a steel product such as a carbon steel material for machine structure (JIS-G-4051). The worm wheel 48 is a resin product such as nylon resin. Since the worm wheel 48 of the resin product is engaged with the worm 47 of the metal product, the engagement can be made relatively smooth and noise can be further reduced.
[0035]
The axis perpendicular to the tooth 47a of the worm 47 has a substantially trapezoidal tooth profile, and the axis perpendicular to the tooth 48a of the worm wheel 48 has an involute tooth profile.
When such a worm wheel 48 is viewed in a tooth profile perpendicular to the tooth or a tooth profile perpendicular to the axis, the tooth tip is smoothly connected to an involute curve, and the arc surface is substantially centered on the reference pitch line of the worm wheel 48. A tooth profile having For this reason, the contact between the teeth 47a and the teeth 48a can be made smooth.
Therefore, the amount of change in the steering torque due to the change in the frictional force between the sliding surfaces of the worm wheel 48 with respect to the worm 47 can be further reduced, so that the steering handle 21 (see FIG. 1) can be steered more smoothly. it can. As a result, the steering feeling can be further enhanced.
[0036]
The pitch circle diameter of the worm 47 is D1a, and the pitch circle diameter of the worm wheel 48 is D2. The present invention is characterized in that the thread of the worm 47 is set to one thread. The thread pitch Pi is the same as the lead Le of the conventional worm 121 shown in FIG.
[0037]
Since the thread of the worm 47 is set to one thread, the accuracy of the thread pitch Pi can be very easily increased. And it is not necessary to make the precision of the pitch of each screw thread uniform like the case where it is made into the conventional multiple strip | line shown in the said FIG. Accordingly, the amount of change in the steering torque due to the change in the frictional force between the sliding surfaces of the worm wheel 48 with respect to the worm 47 can be reduced, so that the steering handle 21 (see FIG. 1) can be steered more smoothly. As a result, the steering feeling can be further enhanced.
[0038]
By the way, the tooth thickness of a general worm wheel is about ½ of the thread pitch Pi. On the other hand, in the worm wheel 48 of the present invention, the tooth thickness th is set to be larger than the tooth thickness hi (all tooth height hi). Specifically, the ratio of the tooth thickness th to the toothpick hi is about 1.0: 1.3. The ratio of the tooth thickness th to the thread pitch Pi is about 1.0: 0.7.
[0039]
Since the worm 47 is a metal product, it has high rigidity and is difficult to elastically deform. On the other hand, since the worm wheel 48 is a resin product, it has a relatively low rigidity and is more easily elastically deformed than the worm 47. By setting the tooth thickness th to be large, elastic deformation of the teeth 48a of the worm wheel 48 can be suppressed. That is, by setting the tooth thickness th in the worm wheel 48 of the resin product having relatively small rigidity compared to the worm 47 of the metal product, the rigidity of the teeth 48a of the worm wheel 48 can be sufficiently ensured.
[0040]
FIG. 6 is an enlarged view of a meshing portion of the worm wheel with respect to the worm according to the present invention.
In a general worm gear mechanism, the pressure angle α1 of the worm 47 and the pressure angle α2 of the worm wheel 48 coincide with each other. In this case, the teeth 48a of the worm wheel 48 mesh with the teeth 47a of the worm 47 at the point A1. The diameter D1a passing through this point A1 is the theoretical pitch circle diameter (virtual pitch circle diameter) of the worm 47.
[0041]
In contrast, the worm gear mechanism 44 of the present invention is characterized in that the pressure angle α1 of the worm 47 is set larger than the pressure angle α2 of the worm wheel 48. In this case, the teeth 48a of the worm wheel 48 mesh with the teeth 47a of the worm 47 at the point A2. The point A2 is a point closer to the center CL of the worm 47 than the point A1. That is, a position near the tooth tip of the tooth 48a of the worm wheel 48 meshes with a position near the tooth bottom of the tooth 47a of the worm 47. The diameter D1b passing through this point A2 is the actual pitch circle diameter of the worm 47, and is smaller than the theoretical pitch circle diameter D1a (D1a> D1b).
[0042]
In the worm gear mechanism 44, the advance angle of the thread of the worm 47 is set slightly larger than the friction angle of the thread surface. For this reason, the worm 47 can be rotated from the worm wheel 48 side.
[0043]
Next, the operation of the electric power steering apparatus 10 having the above configuration will be described with reference to FIGS. 1, 4, 6 and 7.
In FIG. 1, when the electric motor 43 does not generate auxiliary torque (when stopped), the steering wheels 31, 31 can be freely steered only by the steering torque. At the same time, as shown in FIG. 4, the rotor (not shown) of the electric motor 104 is rotated via the pinion shaft 24, the worm wheel 48, the worm 47, and the worm shaft 46 by the steering torque.
[0044]
7 (a) and 7 (b) are operational views of the worm gear mechanism according to the present invention.
(A) is that the worm wheel 48 is rotated by the steering torque, whereby the axial force F2 from the worm wheel 48 to the worm 47 (the force F2 in the pitch circle direction of the worm wheel 48, that is, the rotational force F2 of the worm wheel 48). Indicates that acted.
[0045]
When rotating the rotor of the stopped electric motor 43 (see FIG. 1) with the steering handle 21 (see FIG. 1), when the torque for turning the rotor is Ta, the force F1 in the pitch circle direction of the worm 47, that is, the worm 47 The rotational force F1 is inversely proportional to the pitch circle diameter of the worm 47.
[0046]
By the way, when the worm 47 is rotated by the worm wheel 48, the relationship between the rotational force F1 of the worm 47 and the rotational force F2 of the worm wheel 48 can be obtained by the following general formula (1). The advance angle at the pitch point of the worm 47 is γ, and the friction angle of the thread surface is ρ.
F1 = F2 × tan (γ−ρ) (1)
[0047]
According to equation (1), it can be seen that the friction angle ρ of the thread surface affects the rotational force F2 of the worm wheel 48. The friction angle ρ is based on the coefficient of friction between the sliding surfaces of the worm wheel 48 with respect to the worm 47. The friction coefficient is affected by the processing accuracy of the worm 47 and the worm wheel 48, for example, unevenness (spots) in the finished roughness of the sliding surface.
For example, when the worm wheel 48 is rotated and the frictional force differs for each rotation angle, the rotational force F2 varies accordingly. Since the fluctuation of the rotational force F2 affects the steering torque, it is preferable that it is as small as possible.
[0048]
On the other hand, in the present invention, the pressure angle α1 of the worm 47 is set larger than the pressure angle α2 of the worm wheel 48 as shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 7A, the teeth 48a of the worm wheel 48 mesh with the teeth 47a of the worm 47 at a point A2. Accordingly, the worm 47 rotates by the rotational force F2 of the worm wheel 48 that has acted on the point A2.
[0049]
By the way, the teeth 48a of the worm wheel 48 indicated by the solid line are very slightly elastically deformed by the reaction force of the rotational force F2 so as to be separated from the teeth 47a in the tooth thickness direction as indicated by the imaginary line. As a result, the meshing position of the teeth 48 a of the worm wheel 48 with respect to the teeth 47 a of the worm 47 slightly changes outward in the diameter of the worm 47. FIG. 7B shows the state changed in this way.
[0050]
More specifically, the torque Ta for rotating the rotor of the electric motor 43 (see FIG. 4) is substantially constant. If the pitch circle diameter of the worm 47 is D1b, the advance angle at this time is γ, and the friction angle ρ of the thread surface is constant, the rotational force F1 of the worm 47 is constant. As a result, the worm wheel The rotational force F2 of 48 is also constant.
[0051]
On the other hand, when the worm wheel 48 is rotated, if the friction coefficient varies depending on the uneven roughness of the finish of the sliding surface for each rotation angle, the friction angle ρ of the thread surface varies accordingly. The rotational force F2 also tends to vary according to the friction angle ρ. When the rotational force F2 increases, the amount of elastic deformation of the teeth 48a of the worm wheel 48 increases correspondingly. For this reason, the meshing position of the teeth 48 a of the worm wheel 48 with respect to the teeth 47 a of the worm 47 is displaced outward of the diameter of the worm 47.
[0052]
Here, it is considered that the meshing position is displaced from the point A2 to a point A1 radially outside the worm 47 in accordance with the magnitude of the rotational force F2, and the meshing position is stabilized at this point A1. As the meshing position is displaced, the operating point of the rotational force F2 is also displaced from the point A2 to the point A1.
Note that the amount of change in the advance angle γ is very small compared to the amount of change in the pitch circle diameter of the worm 47 from D1b to D1a. For this reason, in the above formula (1), the change in the lead angle γ can be substantially ignored.
[0053]
The pitch circle diameter D1a passing through the point A1 is larger than the pitch circle diameter D1b passing through the point A2. As described above, the rotational force F1 of the worm 47 is inversely proportional to the pitch circle diameter of the worm 47. As the pitch circle diameter of the worm 47 increases from D1b to D1a, the rotational force F1 decreases. Then, the excessive rotational force due to the increase in the frictional force is corrected by the decrease in the rotational force F1 of the worm 47. For this reason, the rotational force F2 of the worm wheel 48 quickly returns to the original size. Therefore, the fluctuation amount of the rotational force F2 can be further reduced. As a result, the fluctuation amount of the steering torque can be reduced.
[0054]
To summarize the above description, by setting the pressure angle α1 of the worm 47 to be larger than the pressure angle α2 of the worm wheel 48, the meshing position of the worm wheel 48 with respect to the worm 47 is set inwardly of the diameter of the worm 47 (point (From A1 to point A2). As a result, the actual meshing pitch circle diameter of the worm 47 when the worm wheel 48 is meshed with the worm 47 can be reduced from D1a to D1b.
[0055]
Here, let us consider a case where the electric motor 43 is not generating auxiliary torque (when stopped) or the like, and the electric motor 43 is rotated by the steering torque. The torque Ta for rotating the electric motor 43 with the worm 47 is substantially constant.
When the meshing resistance of the worm wheel 48 with respect to the worm 47, that is, the frictional force between the sliding surfaces, increases due to machining accuracy, an extra rotational force is applied to the worm wheel 48 correspondingly.
[0056]
In response to the excessive rotational force, the teeth 48a of the worm wheel 48 undergo a slight elastic deformation. Therefore, the meshing position of the worm wheel 48 with respect to the worm 47 is displaced outwardly from the diameter of the worm 47 (from the point A2 to the point A1). As a result, the actual meshing pitch circle diameter of the worm 47 increases from D1b to D1a. Accordingly, the rotational force F1 of the worm 47 is reduced.
[0057]
In this way, the excessive rotational force due to the increase in the frictional force between the sliding surfaces can be corrected by the decrease in the rotational force F1 of the worm 47. For this reason, the rotational force F2 of the worm wheel 48 quickly returns to the original size. Accordingly, the rotational force F2 of the worm wheel 48 hardly changes.
[0058]
As described above, when the frictional force between the sliding surfaces of the worm wheel 48 with respect to the worm 47 varies due to processing accuracy or the like, the variation amount of the rotational force F2 of the worm wheel 48 can be further reduced. For this reason, since the fluctuation amount of the steering torque can be reduced, the steering handle 21 can be smoothly steered. As a result, the steering feeling can be further enhanced.
[0059]
In addition, in order to reduce the fluctuation amount of the frictional force of the worm wheel 48 against the worm 47, it is not necessary to increase the processing accuracy and assembly accuracy of the worm 47 and the worm wheel 48. Therefore, the management man-hour for improving these precisions is unnecessary, and the cost of the electric power steering apparatus 10 can be suppressed.
[0060]
Furthermore, since the pressure angle α1 of the worm 47 is set larger than the pressure angle α2 of the worm wheel 48, the actual meshing pitch circle diameter of the worm 47 when the worm wheel 48 is meshed with the worm 47 is expressed as D1a. To D1b. Accordingly, the advance angle γ of the worm 47 is increased.
[0061]
The transmission efficiency η when the worm wheel 48 is rotated by the worm 47 can be obtained by the following general formula (2). The advance angle at the pitch point of the worm 47 is γ, and the friction angle of the thread surface is ρ.
η = tan γ / tan (γ + ρ) (2)
According to the equation (2), it can be seen that the transmission efficiency η can be increased by the amount by which the advance angle γ is increased.
[0062]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following effects by the above configuration.
According to the first aspect, since the thread of the worm is set to one thread, the accuracy of the pitch of the thread can be increased very easily. And it is not necessary to make the precision of the pitch of each screw thread uniform like the case where it was made into the conventional multiple strip. Therefore, the amount of change in the steering torque due to the change in the frictional force between the sliding surfaces of the worm wheel relative to the worm can be reduced, so that the steering handle can be steered more smoothly. As a result, the steering feeling can be further enhanced.
[0063]
  further,Claim1Since the worm wheel of the resin product is engaged with the worm of the metal product, the engagement can be made relatively smooth and noise can be further reduced. Furthermore, the rigidity of the teeth of the worm wheel can be sufficiently ensured by setting the tooth thickness of the worm wheel of the resin product having a relatively low rigidity compared to the worm of the metal product.
[0064]
  According to the second aspect of the present invention, since the thread of the worm is set to one thread, the accuracy of the thread pitch can be increased extremely easily. And it is not necessary to make the precision of the pitch of each screw thread uniform like the case where it is made into the conventional multiple strip. Therefore, the amount of change in the steering torque due to the change in the frictional force between the sliding surfaces of the worm wheel relative to the worm can be reduced, so that the steering handle can be steered more smoothly. As a result, the steering feeling can be further enhanced.
  further,Claim2By setting the pressure angle of the worm larger than the pressure angle of the worm wheel, the meshing position of the worm wheel with respect to the worm can be shifted inwardly of the worm. As a result, the actual meshing pitch circle diameter of the worm when the worm wheel is meshed with the worm can be reduced.
[0065]
Here, consider the case where the electric motor is rotated by the steering torque. The torque for turning the electric motor with the worm is substantially constant.
When the meshing resistance of the worm wheel with respect to the worm, that is, the frictional force between the sliding surfaces, increases due to machining accuracy, an extra rotational force is applied to the worm wheel. Depending on the extra rotational force, the worm wheel teeth undergo some elastic deformation. For this reason, the meshing position of the worm wheel with respect to the worm is displaced outward of the diameter of the worm. As a result, the actual meshing pitch circle diameter of the worm increases. Accordingly, the rotational force of the worm decreases. In this way, the excessive rotational force due to the increase in the frictional force between the sliding surfaces can be corrected by the decrease in the rotational force of the worm. For this reason, the rotational force of the worm wheel quickly returns to its original size.
[0066]
Thus, when the frictional force between the sliding surfaces of the worm wheel with respect to the worm fluctuates due to processing accuracy or the like, the amount of fluctuation of the rotational force of the worm wheel can be further reduced. For this reason, since the fluctuation amount of the steering torque can be reduced, the steering handle can be smoothly steered. As a result, the steering feeling can be further enhanced.
[0067]
In addition, in order to reduce the amount of variation in the frictional force of the worm wheel against the worm, it is not necessary to increase the processing accuracy and assembly accuracy of the worm and worm wheel. Therefore, the management man-hour for improving these precisions is unnecessary, and the cost of the electric power steering apparatus can be suppressed.
[0068]
Furthermore, since the pressure angle of the worm is set larger than the pressure angle of the worm wheel, the actual mesh pitch diameter of the worm when the worm wheel is engaged with the worm can be reduced. Accordingly, the advance angle of the worm increases. Therefore, the transmission efficiency when the worm wheel is rotated by the worm can be increased by the amount of the advance angle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an electric power steering apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a front view of an electric power steering apparatus according to the present invention.
3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG.
4 is a sectional view taken along line 4-4 of FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of a main part of a worm gear mechanism according to the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a meshing portion of a worm wheel with respect to a worm according to the present invention.
FIG. 7 is an operation diagram of the worm gear mechanism according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram of a conventional electric power steering device.
FIG. 9 is a schematic diagram of a conventional worm gear mechanism.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electric power steering apparatus, 20 ... Steering system, 43 ... Electric motor, 44 ... Worm gear mechanism, 47 ... Worm, 48 ... Worm wheel.

Claims

In the electric power steering apparatus in which an auxiliary torque corresponding to the steering torque of the steering system is generated by the electric motor and the auxiliary torque is transmitted to the steering system via the worm gear mechanism, the worm gear mechanism is provided on the electric motor side. The worm is meshed with the worm wheel on the steering system side, and the thread of the worm is set to 1 thread ,
An electric power steering apparatus characterized in that the worm is a metal product and the worm wheel is a resin product, and the worm wheel has a tooth thickness larger than the tooth thickness .

In the electric power steering apparatus in which an auxiliary torque corresponding to the steering torque of the steering system is generated by the electric motor and this auxiliary torque is transmitted to the steering system via the worm gear mechanism, the worm gear mechanism is provided on the electric motor side. The worm is meshed with the worm wheel on the steering system side, and the thread of the worm is set to 1 thread,
The worm characterized electrostatic power steering apparatus that the pressure angle is set larger than the pressure angle of the worm wheel.