JP4069023B2 - ウォームホイールの加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の動力を減速機構を介して出力軸に作用させるウォームホイールの加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動機の動力を減速機構（倍力装置）を介して出力軸に作用させる電動トルク付与装置として、たとえば運転者によるハンドル操作をアシストする電動パワーステアリング装置がある。図９（ａ）に示すように、このような電動パワーステアリング装置１００は、ハンドル１０１からの運転者の手動による操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１０２と、運転者の操舵を補助するモータ１０３と、このモータ１０３の回転トルクを増加（倍力）させる減速機構１０４と、車速を検知する車速センサ１０５と、モータ１０３の駆動を制御する制御装置１０６と、ハンドル１０１からの操舵トルクをタイヤ１０７の揺動に変換するために軸方向への推力に変換するラック・ピニオン機構１０８とで主に構成されている。
【０００３】
そして、この電動パワーステアリング装置１００では、運転者が操作したときの操舵トルクを操舵トルクセンサ１０２で検出し、この検出した信号を基本に、他の信号、たとえば車速センサ１０５からの信号を参照することで制御装置１０６がモータ１０３の駆動を制御している。このとき、モータ１０３から発生するトルクは、減速機構１０４により倍力されてラック・ピニオン機構１０８のピニオン軸に作用するため、運転者の操舵にかかる負担が軽減される。具体的には、たとえば操舵トルクをＴＨ、アシスト量ＡＨの係数を一定のｋＡとすると、ＡＨ＝ｋＡ×ＴＨとなるから、負荷であるピニオントルクをＴＰとすると、
ＴＰ ＝ ＴＨ＋ＡＨ
ＴＰ ＝ ＴＨ＋ｋＡ×ＴＨ
ＴＨ ＝ ＴＰ／（１＋ｋＡ）
となる。そのため、操舵トルクＴＨは、ピニオントルクＴＰの１／（１＋ｋＡ）倍（ｋＡ＞０又はｋＡ＝０）となって軽減される。
【０００４】
そして、このようなモータ１０３からのトルクを倍力させる減速機構１０４としては、図９（ｂ）に示すように、モータ１０３の先端に同軸に設けられるウォーム１１５と、このウォーム１１５の軸に直交する軸回りに回転する樹脂製のウォームホイール１２２とが噛み合うことでトルクを伝達させる構造が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２６４８２７号公報（段落番号〔００２２〕、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の減速機構１０４では、ウォーム１１５およびウォームホイール１２２の耐久性や操舵フィーリングの更なる向上を図るために、ウォーム１１５とウォームホイール１２２との噛み合いの改善が望まれていた。従来においては、図１０，図１１に示すような１条の歯具（ホブ）２００，３００でウォームホイール１２２（図１０，図１１では不図示）を形成していた。図１０（ａ）（ｂ）に示したホブ２００は、ホブ径（歯先円直径）が２５．２ｍｍのもので、歯部２０１の歯すじ方向の山部２０２と谷部２０３との角度差α１が約５度に設定されており、また、図１１に示したホブ３００は、ホブ径が５０ｍｍのもので、歯部３０１の歯すじ方向の山部３０２と谷部３０３との角度差α２が約１度に設定されていた。ホブ３００は、ホブ２００に比べてホブ径が大きくなっており、同じ回転速度でホブ３００とホブ２００とを回転させた場合に、ホブ３００の歯部３０１の回転速度は、ホブ２００の歯部２０１の回転速度よりも速くすることができる。このことから、ウォームホイール１２２の加工には、加工効率の良いホブ３００が主として用いられていた。
【０００７】
一方、ウォーム１１５は、歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差が、約１１度に設定されており、前記ホブ２００，３００のいずれの角度差α１，α２と比べても隔たりがあった。
このようなホブ２００，３００で形成されたウォームホイール１２２では、図１２，図１３に示すように、ウォーム１１５との歯当たりＨ１，Ｈ２（図中斜線で表示、ウォームホイール１２２は不図示）がそれぞれ出口側に偏るため、更なる耐久性の向上および操舵フィーリングの向上のためにはこの歯当たりＨ１，Ｈ２の中心をウォーム１１５の中心位置（中心を通る法線Ｏ１）に近づけることが望まれていた。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、減速機構におけるウォームおよびウォームホイールの耐久性および電動パワーステアリング装置として用いられたときの操舵フィーリングの更なる向上に寄与するウォームホイールの加工方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明のうちの請求項１に記載の発明は、１条のウォームとウォームホイールとからなる減速機構を介して、出力軸にトルクを付与する電動機を備えた電動トルク付与装置における前記ウォームホイールを、歯具を用いて加工するウォームホイールの加工方法であって、前記歯具は、複数条からなり、前記ウォームホイールに噛み合う前記ウォームの歯先円直径よりも大きい歯先円直径を備え、かつ、歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差が前記ウォームの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差と同等であることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、歯具は、複数条からなり、歯先円直径が、ウォームホイールに噛み合うウォームの歯先円直径よりも大きくされ、かつ、歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差が、ウォームの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差と同等とされているので、このような歯具で、ウォームホイールを加工することで、ウォームとウォームホイールとの歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
【００１１】
これにより、ウォームとウォームホイールとの歯当たり面積を大きくして接触面圧を下げることができるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、例えば、電動パワーステアリング装置の電動トルク付与装置として用いられたときの、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるので操舵フィーリングを更に向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のウォームホイールの加工方法において、前記歯具は、条数が多くなるにしたがって、条数が少ない歯具の歯先円直径よりも歯先円直径が大きく設定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、歯具は、条数が多くなるにしたがって、条数が少ない歯具の歯先円直径よりも歯先円直径が大きく設定されるので、このような歯具で、ウォームホイールを加工することで、ウォームとウォームホイールとの歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
【００１４】
これにより、ウォームとウォームホイールとの歯当たり面積を大きくして接触面圧を下げることができるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、例えば、電動パワーステアリング装置の電動トルク付与装置として用いられたときの、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるので操舵フィーリングを更に向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電動トルク付与装置の詳細について説明する。なお、説明において、同一の要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。また、本実施形態では、電動トルク付与装置を電動パワーステアリング装置として説明する。
（第１の実施の形態）
参照する図面において、図１は第１の実施の形態に係る電動トルク付与装置としての電動パワーステアリング装置の操舵機構を示す断面図、図２（ａ）は、図１の減速機構を構成するウォームとウォームホイールとの噛み合い状態を示す正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のウォームの側端面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のウォームホイールの歯部の一部を示す模式平面図である。また、図３（ａ）は、歯具の加工状態を示す正面図、図３（ｂ）は、歯具の側端面図である。
【００１６】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（電動トルク付与装置）Ｍの操舵機構１は、ケース２と、操舵軸３と、減速機構４と、この減速機構４を介して操舵軸３にトルクを付与するモータ（電動機）５とを備えている。ケース２内には、間隔を隔てて四つのベアリング６，７，８，９が設けられ、これらのベアリング６〜９によって操舵軸３が回転自在に支持されている。
また、図示しないハンドル側にある二つのベアリング６，７の間には、前記ハンドルからの操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられている。
【００１７】
減速機構４は、モータ５からの動力を倍力させて操舵軸３に伝達させるべくこれらの間に配設されており、主に金属製の１条のウォーム４１と、焼き付きにくく耐磨耗性に優れた樹脂製のウォームホイール４２とで構成されている。
ウォーム４１は、ウォームホイール４２の回転軸と略直交する軸回りに回転するギヤであり、モータ５の回転軸に相対回転不能な状態で取り付けられている。そして、このウォーム４１の外周面には、ウォームホイール４２と噛み合う１条の歯部４１ａ（図２（ａ）（ｂ）参照）が形成されている。また、ウォームホイール４２は、前記のように、操舵軸３に相対回転不能な状態で取り付けられ、その外周面にウォーム４１と噛み合う複数の歯部４２ａ（図２（ａ）（ｂ）参照）が形成されている。
【００１８】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、ウォーム４１は、歯先円直径ｄ１が１７ｍｍに形成されているとともに、歯部４１ａの歯すじ方向の山部４１ｂと谷部４１ｃとの角度差α３が、約１１度に設定されているものを用いている。また、このウォーム４１に噛み合うウォームホイール４２は、ピッチ円直径が約１００ｍｍに形成されているとともに、図２（ｃ）に示すように、歯部４２ａの歯すじ方向の山部４２ｂと谷部４２ｃとの角度差α４が、約１１度に設定されているものを用いている。すなわち、ウォーム４１とウォームホイール４２とは、前記角度差α３と角度差α４とが略同一とされたものを用いている。
なお、ウォーム４１は、歯先の形状が略円弧状に形成されており、また、ウォームホイール４２は、歯底の形状が略円弧状に形成されている。
【００１９】
このようなウォームホイール４２の歯部４２ａの歯すじ方向の山部４２ｂと谷部４２ｃとの角度差α４を、ウォーム４１の歯部４１ａの歯すじ方向の山部４１ｂと谷部４１ｃとの角度差α３と略同一とすることで、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
【００２０】
このウォームホイール４２は、図３（ａ）（ｂ）に示すような歯具（ホブ）１１によって研削加工される。具体的に、このホブ１１は、１条の歯部１１ａを有しており、歯先円直径ｄ２が、１７ｍｍに形成されているとともに、歯部１１ａの歯すじ方向の山部１１ｂと谷部１１ｃとの角度差α５が、約１１度に設定されている。
すなわち、ホブ１１は、ウォームホイール４２に噛み合うウォーム４１（図２（ａ）参照）と同じ歯先円直径ｄ２（ｄ１）を備えているとともに、歯部１１ａの歯すじ方向の山部１１ｂと谷部１１ｃとの角度差α５が、前記ウォーム４１の歯すじ方向の山部４１ｂと谷部４１ｃとの角度差α３と略同一の１１度に設定されている。したがって、ホブ１１は、ウォーム４１と略同形状のものとなり、ウォームホイール４２は、実際に噛み合わされるウォーム４１と略同形状とされたホブ１１で加工されることとなる。
【００２１】
これにより、このようなホブ１１で加工されたウォームホイール４２を前記減速機構４に用いることにより、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようにすることができ、また、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たり面積を大きくすることができる。
このように、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たり面積が大きくなると、ウォーム４１とウォームホイール４２との接触面圧を下げることができるようになるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるという利点が得られる。したがって、操舵フィーリングを更に向上させることができるようになる。
なお、ウォーム４１の歯部４１ａによって、樹脂製のウォームホイール４２の歯部４２ａを弾性変形させることができるので、両者の歯部４１ａ，４２ａの歯当たりをより向上させることができ、その耐久性が更に向上することとなる。
【００２２】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電動トルク付与装置に用いられるウォームホイールを加工するためのホブを示した図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、側端面図である。参照する図面において、本実施の形態では、ウォームホイール４２（図２（ａ）参照）を加工するために３条のホブ２０を用いている点が前記第１の実施の形態と異なる。
【００２３】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、ホブ２０は、３条の歯部２１ａを有しており、歯先円直径ｄ３が、２５．２ｍｍに形成されているとともに、歯部２１ａの歯すじ方向の山部２１ｂと谷部２１ｃとの角度差α６が、約１１度に設定されている。
すなわち、ホブ２０は、歯部２１ａの歯すじ方向の山部２１ｂと谷部２１ｃとの角度差α６が、図２（ａ）に示したウォームホイール４２に噛み合うウォーム４１の歯部４１ａの歯すじ方向の山部４１ｂと谷部４１ｃとの角度差α３と略同一の１１度に設定されている。したがって、ウォームホイール４２は、実際に噛み合わされるウォーム４１と略同角度差α６（α３）とされた歯部２１ａを有するホブ２０で加工されることとなる。
【００２４】
これにより、このようなホブ２０で加工されたウォームホイール４２を前記減速機構に用いることにより、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
【００２５】
図５は、このようなホブ２０で加工されたウォームホイール４２とウォーム４１との歯当たりの状態を説明するための図であり、歯当たりＨ３（図中斜線で表した領域）がウォーム４１の中心位置を通る法線Ｏ１の両側に広がった状態となっている。
【００２６】
したがって、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たり面積を大きくすることができる。このように、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たり面積が大きくなると、ウォーム４１とウォームホイール４２との接触面圧を下げることができるようになるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるという利点が得られる。したがって、操舵フィーリングを更に向上させることができるようになる。
【００２７】
このように、３条のホブ２０を用いたときでも、前記第１の実施の形態のところで説明した１条のホブ１１を用いたときのような効果が得られることとなるが、これらはいずれも角度差が、実際に噛み合わされるウォーム４１の角度差α３と略同角度差α６（α５）とされている点が共通したものとなっている。そこで、ウォーム４１と異なる角度差を有するホブを用いた場合の例を図６のグラフを用いて説明する。
図６は、ホブの歯先円直径（ホブ径）と角度差との関係を表したグラフである。同図において、ホブ径と角度差との関係は、条数（１条〜３条）により図に示した曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で表されるようになり、前記ウォーム４１の角度差α３（約１１度）に対応するホブ径は、条数（１条〜３条）により異なることが分かる。例えば、１条のホブ（曲線Ｌ１）では、図中符号Ａを付して示したように、ホブ径が、１７ｍｍ前後となる（前記第１の実施の形態で説明したホブ１１に相当）。また、２条のホブ（曲線Ｌ２）では、図中符号Ｂを付して示したように、ホブ径が、２２ｍｍ前後となる。さらに、３条のホブ（曲線Ｌ３）では、図中符号Ｃを付して示したように、ホブ径が、２５ｍｍ前後となる。これは、本実施の形態で説明したホブ２０に相当する。
これらは、いずれも、ウォーム４１の角度差α３（約１１度）に対応するホブ径となっているので、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようになる。
【００２８】
そこで、このようにウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようになるホブ径の許容範囲について調べるために、条数ごとにホブ径の異なるホブを作成して試験を行った。
その結果、ホブの角度差は、約８度以上とされているものでウォームホイール４２を加工すれば、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、ほぼ偏りのない中心位置に来るようになることが分かった。これにより、角度差の許容範囲は、約８．５度〜約１１．５度（約３度以内）とされることが好ましいと言える。次に、この結果をもたらすこととなった一つの例として、ホブ径が２５ｍｍとされた２条のホブについて説明する。
【００２９】
図７は、ホブ径が２５ｍｍとされた２条のホブを示したものであり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、側端面図である。また、図８は、このようなホブで加工されたウォームホイール４２を用いたときの、ウォーム４１との歯当たりの状態を説明するための図である。
図７（ａ）（ｂ）において、ホブ３０は、２条の歯部３１ａを有しており、歯先円直径ｄ５が、２５ｍｍに形成されているとともに、歯部３１ａの歯すじ方向の山部３１ｂと谷部３１ｃとの角度差α７が、約８．５度に設定されている（図６中符号Ｄを付して示した位置）。
【００３０】
このようなホブ３０で加工されたウォームホイール４２を用いたときのウォーム４１との歯当たりの状態は、図８に示す通りであり、歯当たりＨ４（図中斜線で表した領域）がウォーム４１の中心位置を通る法線Ｏ１の両側に広がった状態となる。
したがって、このものも、ウォーム４１とウォームホイール４２との接触面圧を下げることができるようになり、磨耗が抑制されてその耐久性が向上されるようになり、噛み合いが良好になるという利点が得られる。これにより、操舵フィーリングを向上させることができるようになる。
【００３１】
なお、この他のホブとしては、角度差が前記約８．5度〜約１１．5度の範囲内に形成されているものであれば、前記と同様の作用効果を得ることが可能である。すなわち、図６を再び参照して説明すると、１条のホブであれば、ホブ径が約１７ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲とされたものが好ましく、また、２条のホブであれば、ホブ径が約２２ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲とされたものが好ましく、また、３条のホブであれば、ホブ径が約２５ｍｍ〜約２９ｍｍの範囲とされたものが好ましい。
すなわち、条数が多くなれば、その分ホブ径を大きくすることが可能であることが分かった。したがって、ホブ径の大きなものを採用して、加工効率を向上させた加工が可能となる。
【００３２】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されず、発明の主旨に応じた適宜の変更実施が可能であることはいうまでもない。例えば、電動トルク付与装置としては、電動パワーステアリング装置１に対して適用されるものに限られず、例えば、車両の後輪操舵角制御装置、いわゆる４ＷＳの電動トルク付与手段として採用することができ、また、操舵機構と車輪を転舵する転舵機構とが機械的に分離されたステア・バイ・ワイヤ式の電動トルク付与装置に採用してもよい。この構造においては、ハンドルに反力を付与する反力モータと操舵軸との間に設けられる減速機構に本発明を適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ウォームホイールの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差を、ウォームの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差と同等とすることで、ウォームとウォームホイールとの歯当たりを、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
これにより、ウォームとウォームホイールとの歯当たり面積を大きくして接触面圧を下げることができるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、例えば、電動パワーステアリング装置の電動トルク付与装置として用いられたときの、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるので操舵フィーリングを更に向上させることができる。また、高温時におけるウォームやウォームホイールのクリープ変形をも防止することができる。
【００３４】
また、歯先円直径が、ウォームホイールに噛み合うウォームと同等とされ、かつ、歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差が、ウォームの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差と同等とされた歯具で、ウォームホイールを加工することで、ウォームとウォームホイールとの歯当たりを、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
これにより、ウォームとウォームホイールとの歯当たり面積を大きくして接触面圧を下げることができるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、例えば、電動パワーステアリング装置の電動トルク付与装置として用いられたときの、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるので操舵フィーリングを更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電動トルク付与装置としての電動パワーステアリング装置の操舵機構を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、図１の減速機構を構成するウォームとウォームホイールとの噛み合い状態を示す正面図、（ｂ）は、図２（ａ）のウォームの側端面図、（ｃ）は、図２（ａ）のウォームホイールの歯部の一部を示す模式平面図である。
【図３】（ａ）は、歯具の加工状態を示す正面図、（ｂ）は、歯具の側端面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電動トルク付与装置に用いられるウォームホイールを加工するためのホブを示した図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、側端面図である。
【図５】ウォームホイールとウォームとの歯当たりの状態を説明するための図である。
【図６】ホブの歯先円直径（ホブ径）と角度差との関係を表したグラフである。
【図７】ウォームホイールを加工するためのホブを示した図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は側端面図である。
【図８】ウォームホイールとウォームとの歯当たりの状態を説明するための図である。
【図９】従来の電動パワーステアリング装置を示す斜視図（ａ）と、減速機構の詳細を示す斜視図（ｂ）である。
【図１０】従来のウォームホイールを加工するための歯具を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は、側端面図である。
【図１１】従来のウォームホイールを加工するための歯具を示す正面図である。
【図１２】従来のウォームホイールとウォームとの歯当たりの状態を説明するための図である。
【図１３】従来のウォームホイールとウォームとの歯当たりの状態を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｍ 電動パワーステアリング装置
３ 操舵軸
４ 減速機構
５ モータ（電動機）
１１ ホブ
１１ａ 歯部
１１ｂ 山部
１１ｃ 谷部
２０ ホブ
２１ａ 歯部
２１ｂ 山部
２１ｃ 谷部
３０ ホブ
３１ａ 歯部
３１ｂ 山部
３１ｃ 谷部
４１ ウォーム
４１ａ 歯部
４２ｂ 山部
４１ｃ 谷部
４２ ウォームホイール
４２ａ 歯部
４２ｂ 山部
４２ｃ 谷部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の動力を減速機構を介して出力軸に作用させるウォームホイールの加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動機の動力を減速機構（倍力装置）を介して出力軸に作用させる電動トルク付与装置として、たとえば運転者によるハンドル操作をアシストする電動パワーステアリング装置がある。図９（ａ）に示すように、このような電動パワーステアリング装置１００は、ハンドル１０１からの運転者の手動による操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１０２と、運転者の操舵を補助するモータ１０３と、このモータ１０３の回転トルクを増加（倍力）させる減速機構１０４と、車速を検知する車速センサ１０５と、モータ１０３の駆動を制御する制御装置１０６と、ハンドル１０１からの操舵トルクをタイヤ１０７の揺動に変換するために軸方向への推力に変換するラック・ピニオン機構１０８とで主に構成されている。
【０００３】
そして、この電動パワーステアリング装置１００では、運転者が操作したときの操舵トルクを操舵トルクセンサ１０２で検出し、この検出した信号を基本に、他の信号、たとえば車速センサ１０５からの信号を参照することで制御装置１０６がモータ１０３の駆動を制御している。このとき、モータ１０３から発生するトルクは、減速機構１０４により倍力されてラック・ピニオン機構１０８のピニオン軸に作用するため、運転者の操舵にかかる負担が軽減される。具体的には、たとえば操舵トルクをＴＨ、アシスト量ＡＨの係数を一定のｋＡとすると、ＡＨ＝ｋＡ×ＴＨとなるから、負荷であるピニオントルクをＴＰとすると、
ＴＰ ＝ ＴＨ＋ＡＨ
ＴＰ ＝ ＴＨ＋ｋＡ×ＴＨ
ＴＨ ＝ ＴＰ／（１＋ｋＡ）
となる。そのため、操舵トルクＴＨは、ピニオントルクＴＰの１／（１＋ｋＡ）倍（ｋＡ＞０又はｋＡ＝０）となって軽減される。
【０００４】
そして、このようなモータ１０３からのトルクを倍力させる減速機構１０４としては、図９（ｂ）に示すように、モータ１０３の先端に同軸に設けられるウォーム１１５と、このウォーム１１５の軸に直交する軸回りに回転する樹脂製のウォームホイール１２２とが噛み合うことでトルクを伝達させる構造が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２６４８２７号公報（段落番号〔００２２〕、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の減速機構１０４では、ウォーム１１５およびウォームホイール１２２の耐久性や操舵フィーリングの更なる向上を図るために、ウォーム１１５とウォームホイール１２２との噛み合いの改善が望まれていた。従来においては、図１０，図１１に示すような１条の歯具（ホブ）２００，３００でウォームホイール１２２（図１０，図１１では不図示）を形成していた。図１０（ａ）（ｂ）に示したホブ２００は、ホブ径（歯先円直径）が２５．２ｍｍのもので、歯部２０１の歯すじ方向の山部２０２と谷部２０３との角度差α１が約５度に設定されており、また、図１１に示したホブ３００は、ホブ径が５０ｍｍのもので、歯部３０１の歯すじ方向の山部３０２と谷部３０３との角度差α２が約１度に設定されていた。ホブ３００は、ホブ２００に比べてホブ径が大きくなっており、同じ回転速度でホブ３００とホブ２００とを回転させた場合に、ホブ３００の歯部３０１の回転速度は、ホブ２００の歯部２０１の回転速度よりも速くすることができる。このことから、ウォームホイール１２２の加工には、加工効率の良いホブ３００が主として用いられていた。
【０００７】
一方、ウォーム１１５は、歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差が、約１１度に設定されており、前記ホブ２００，３００のいずれの角度差α１，α２と比べても隔たりがあった。
このようなホブ２００，３００で形成されたウォームホイール１２２では、図１２，図１３に示すように、ウォーム１１５との歯当たりＨ１，Ｈ２（図中斜線で表示、ウォームホイール１２２は不図示）がそれぞれ出口側に偏るため、更なる耐久性の向上および操舵フィーリングの向上のためにはこの歯当たりＨ１，Ｈ２の中心をウォーム１１５の中心位置（中心を通る法線Ｏ１）に近づけることが望まれていた。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、減速機構におけるウォームおよびウォームホイールの耐久性および電動パワーステアリング装置として用いられたときの操舵フィーリングの更なる向上に寄与するウォームホイールの加工方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明のうちの請求項１に記載の発明は、１条のウォームとウォームホイールとからなる減速機構を介して、出力軸にトルクを付与する電動機を備えた電動トルク付与装置における前記ウォームホイールを、歯具を用いて加工するウォームホイールの加工方法であって、前記歯具は、複数条からなり、前記ウォームホイールに噛み合う前記ウォームの歯先円直径よりも大きい歯先円直径を備え、かつ、歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差が前記ウォームの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差と同等であることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、歯具は、複数条からなり、歯先円直径が、ウォームホイールに噛み合うウォームの歯先円直径よりも大きくされ、かつ、歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差が、ウォームの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差と同等とされているので、このような歯具で、ウォームホイールを加工することで、ウォームとウォームホイールとの歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
【００１１】
これにより、ウォームとウォームホイールとの歯当たり面積を大きくして接触面圧を下げることができるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、例えば、電動パワーステアリング装置の電動トルク付与装置として用いられたときの、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるので操舵フィーリングを更に向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のウォームホイールの加工方法において、前記歯具は、条数が多くなるにしたがって、条数が少ない歯具の歯先円直径よりも歯先円直径が大きく設定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、歯具は、条数が多くなるにしたがって、条数が少ない歯具の歯先円直径よりも歯先円直径が大きく設定されるので、このような歯具で、ウォームホイールを加工することで、ウォームとウォームホイールとの歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
【００１４】
これにより、ウォームとウォームホイールとの歯当たり面積を大きくして接触面圧を下げることができるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、例えば、電動パワーステアリング装置の電動トルク付与装置として用いられたときの、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるので操舵フィーリングを更に向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電動トルク付与装置の詳細について説明する。なお、説明において、同一の要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。また、本実施形態では、電動トルク付与装置を電動パワーステアリング装置として説明する。
（第１の実施の形態）
参照する図面において、図１は第１の実施の形態に係る電動トルク付与装置としての電動パワーステアリング装置の操舵機構を示す断面図、図２（ａ）は、図１の減速機構を構成するウォームとウォームホイールとの噛み合い状態を示す正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のウォームの側端面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のウォームホイールの歯部の一部を示す模式平面図である。また、図３（ａ）は、歯具の加工状態を示す正面図、図３（ｂ）は、歯具の側端面図である。
【００１６】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（電動トルク付与装置）Ｍの操舵機構１は、ケース２と、操舵軸３と、減速機構４と、この減速機構４を介して操舵軸３にトルクを付与するモータ（電動機）５とを備えている。ケース２内には、間隔を隔てて四つのベアリング６，７，８，９が設けられ、これらのベアリング６〜９によって操舵軸３が回転自在に支持されている。
また、図示しないハンドル側にある二つのベアリング６，７の間には、前記ハンドルからの操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられている。
【００１７】
減速機構４は、モータ５からの動力を倍力させて操舵軸３に伝達させるべくこれらの間に配設されており、主に金属製の１条のウォーム４１と、焼き付きにくく耐磨耗性に優れた樹脂製のウォームホイール４２とで構成されている。
ウォーム４１は、ウォームホイール４２の回転軸と略直交する軸回りに回転するギヤであり、モータ５の回転軸に相対回転不能な状態で取り付けられている。そして、このウォーム４１の外周面には、ウォームホイール４２と噛み合う１条の歯部４１ａ（図２（ａ）（ｂ）参照）が形成されている。また、ウォームホイール４２は、前記のように、操舵軸３に相対回転不能な状態で取り付けられ、その外周面にウォーム４１と噛み合う複数の歯部４２ａ（図２（ａ）（ｂ）参照）が形成されている。
【００１８】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、ウォーム４１は、歯先円直径ｄ１が１７ｍｍに形成されているとともに、歯部４１ａの歯すじ方向の山部４１ｂと谷部４１ｃとの角度差α３が、約１１度に設定されているものを用いている。また、このウォーム４１に噛み合うウォームホイール４２は、ピッチ円直径が約１００ｍｍに形成されているとともに、図２（ｃ）に示すように、歯部４２ａの歯すじ方向の山部４２ｂと谷部４２ｃとの角度差α４が、約１１度に設定されているものを用いている。すなわち、ウォーム４１とウォームホイール４２とは、前記角度差α３と角度差α４とが略同一とされたものを用いている。
なお、ウォーム４１は、歯先の形状が略円弧状に形成されており、また、ウォームホイール４２は、歯底の形状が略円弧状に形成されている。
【００１９】
このようなウォームホイール４２の歯部４２ａの歯すじ方向の山部４２ｂと谷部４２ｃとの角度差α４を、ウォーム４１の歯部４１ａの歯すじ方向の山部４１ｂと谷部４１ｃとの角度差α３と略同一とすることで、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
【００２０】
このウォームホイール４２は、図３（ａ）（ｂ）に示すような歯具（ホブ）１１によって研削加工される。具体的に、このホブ１１は、１条の歯部１１ａを有しており、歯先円直径ｄ２が、１７ｍｍに形成されているとともに、歯部１１ａの歯すじ方向の山部１１ｂと谷部１１ｃとの角度差α５が、約１１度に設定されている。
すなわち、ホブ１１は、ウォームホイール４２に噛み合うウォーム４１（図２（ａ）参照）と同じ歯先円直径ｄ２（ｄ１）を備えているとともに、歯部１１ａの歯すじ方向の山部１１ｂと谷部１１ｃとの角度差α５が、前記ウォーム４１の歯すじ方向の山部４１ｂと谷部４１ｃとの角度差α３と略同一の１１度に設定されている。したがって、ホブ１１は、ウォーム４１と略同形状のものとなり、ウォームホイール４２は、実際に噛み合わされるウォーム４１と略同形状とされたホブ１１で加工されることとなる。
【００２１】
これにより、このようなホブ１１で加工されたウォームホイール４２を前記減速機構４に用いることにより、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようにすることができ、また、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たり面積を大きくすることができる。
このように、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たり面積が大きくなると、ウォーム４１とウォームホイール４２との接触面圧を下げることができるようになるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるという利点が得られる。したがって、操舵フィーリングを更に向上させることができるようになる。
なお、ウォーム４１の歯部４１ａによって、樹脂製のウォームホイール４２の歯部４２ａを弾性変形させることができるので、両者の歯部４１ａ，４２ａの歯当たりをより向上させることができ、その耐久性が更に向上することとなる。
【００２２】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電動トルク付与装置に用いられるウォームホイールを加工するためのホブを示した図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、側端面図である。参照する図面において、本実施の形態では、ウォームホイール４２（図２（ａ）参照）を加工するために３条のホブ２０を用いている点が前記第１の実施の形態と異なる。
【００２３】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、ホブ２０は、３条の歯部２１ａを有しており、歯先円直径ｄ３が、２５．２ｍｍに形成されているとともに、歯部２１ａの歯すじ方向の山部２１ｂと谷部２１ｃとの角度差α６が、約１１度に設定されている。
すなわち、ホブ２０は、歯部２１ａの歯すじ方向の山部２１ｂと谷部２１ｃとの角度差α６が、図２（ａ）に示したウォームホイール４２に噛み合うウォーム４１の歯部４１ａの歯すじ方向の山部４１ｂと谷部４１ｃとの角度差α３と略同一の１１度に設定されている。したがって、ウォームホイール４２は、実際に噛み合わされるウォーム４１と略同角度差α６（α３）とされた歯部２１ａを有するホブ２０で加工されることとなる。
【００２４】
これにより、このようなホブ２０で加工されたウォームホイール４２を前記減速機構に用いることにより、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
【００２５】
図５は、このようなホブ２０で加工されたウォームホイール４２とウォーム４１との歯当たりの状態を説明するための図であり、歯当たりＨ３（図中斜線で表した領域）がウォーム４１の中心位置を通る法線Ｏ１の両側に広がった状態となっている。
【００２６】
したがって、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たり面積を大きくすることができる。このように、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たり面積が大きくなると、ウォーム４１とウォームホイール４２との接触面圧を下げることができるようになるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるという利点が得られる。したがって、操舵フィーリングを更に向上させることができるようになる。
【００２７】
このように、３条のホブ２０を用いたときでも、前記第１の実施の形態のところで説明した１条のホブ１１を用いたときのような効果が得られることとなるが、これらはいずれも角度差が、実際に噛み合わされるウォーム４１の角度差α３と略同角度差α６（α５）とされている点が共通したものとなっている。そこで、ウォーム４１と異なる角度差を有するホブを用いた場合の例を図６のグラフを用いて説明する。
図６は、ホブの歯先円直径（ホブ径）と角度差との関係を表したグラフである。同図において、ホブ径と角度差との関係は、条数（１条〜３条）により図に示した曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で表されるようになり、前記ウォーム４１の角度差α３（約１１度）に対応するホブ径は、条数（１条〜３条）により異なることが分かる。例えば、１条のホブ（曲線Ｌ１）では、図中符号Ａを付して示したように、ホブ径が、１７ｍｍ前後となる（前記第１の実施の形態で説明したホブ１１に相当）。また、２条のホブ（曲線Ｌ２）では、図中符号Ｂを付して示したように、ホブ径が、２２ｍｍ前後となる。さらに、３条のホブ（曲線Ｌ３）では、図中符号Ｃを付して示したように、ホブ径が、２５ｍｍ前後となる。これは、本実施の形態で説明したホブ２０に相当する。
これらは、いずれも、ウォーム４１の角度差α３（約１１度）に対応するホブ径となっているので、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようになる。
【００２８】
そこで、このようにウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、偏りのない中心位置に来るようになるホブ径の許容範囲について調べるために、条数ごとにホブ径の異なるホブを作成して試験を行った。
その結果、ホブの角度差は、約８度以上とされているものでウォームホイール４２を加工すれば、ウォーム４１とウォームホイール４２との歯当たりが、ほぼ偏りのない中心位置に来るようになることが分かった。これにより、角度差の許容範囲は、約８．５度〜約１１．５度（約３度以内）とされることが好ましいと言える。次に、この結果をもたらすこととなった一つの例として、ホブ径が２５ｍｍとされた２条のホブについて説明する。
【００２９】
図７は、ホブ径が２５ｍｍとされた２条のホブを示したものであり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、側端面図である。また、図８は、このようなホブで加工されたウォームホイール４２を用いたときの、ウォーム４１との歯当たりの状態を説明するための図である。
図７（ａ）（ｂ）において、ホブ３０は、２条の歯部３１ａを有しており、歯先円直径ｄ５が、２５ｍｍに形成されているとともに、歯部３１ａの歯すじ方向の山部３１ｂと谷部３１ｃとの角度差α７が、約８．５度に設定されている（図６中符号Ｄを付して示した位置）。
【００３０】
このようなホブ３０で加工されたウォームホイール４２を用いたときのウォーム４１との歯当たりの状態は、図８に示す通りであり、歯当たりＨ４（図中斜線で表した領域）がウォーム４１の中心位置を通る法線Ｏ１の両側に広がった状態となる。
したがって、このものも、ウォーム４１とウォームホイール４２との接触面圧を下げることができるようになり、磨耗が抑制されてその耐久性が向上されるようになり、噛み合いが良好になるという利点が得られる。これにより、操舵フィーリングを向上させることができるようになる。
【００３１】
なお、この他のホブとしては、角度差が前記約８．5度〜約１１．5度の範囲内に形成されているものであれば、前記と同様の作用効果を得ることが可能である。すなわち、図６を再び参照して説明すると、１条のホブであれば、ホブ径が約１７ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲とされたものが好ましく、また、２条のホブであれば、ホブ径が約２２ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲とされたものが好ましく、また、３条のホブであれば、ホブ径が約２５ｍｍ〜約２９ｍｍの範囲とされたものが好ましい。
すなわち、条数が多くなれば、その分ホブ径を大きくすることが可能であることが分かった。したがって、ホブ径の大きなものを採用して、加工効率を向上させた加工が可能となる。
【００３２】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されず、発明の主旨に応じた適宜の変更実施が可能であることはいうまでもない。例えば、電動トルク付与装置としては、電動パワーステアリング装置１に対して適用されるものに限られず、例えば、車両の後輪操舵角制御装置、いわゆる４ＷＳの電動トルク付与手段として採用することができ、また、操舵機構と車輪を転舵する転舵機構とが機械的に分離されたステア・バイ・ワイヤ式の電動トルク付与装置に採用してもよい。この構造においては、ハンドルに反力を付与する反力モータと操舵軸との間に設けられる減速機構に本発明を適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ウォームホイールの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差を、ウォームの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差と同等とすることで、ウォームとウォームホイールとの歯当たりを、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
これにより、ウォームとウォームホイールとの歯当たり面積を大きくして接触面圧を下げることができるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、例えば、電動パワーステアリング装置の電動トルク付与装置として用いられたときの、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるので操舵フィーリングを更に向上させることができる。また、高温時におけるウォームやウォームホイールのクリープ変形をも防止することができる。
【００３４】
また、歯先円直径が、ウォームホイールに噛み合うウォームと同等とされ、かつ、歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差が、ウォームの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差と同等とされた歯具で、ウォームホイールを加工することで、ウォームとウォームホイールとの歯当たりを、偏りのない中心位置に来るようにすることができる。
これにより、ウォームとウォームホイールとの歯当たり面積を大きくして接触面圧を下げることができるので、磨耗が抑制されてその耐久性が更に向上するとともに、例えば、電動パワーステアリング装置の電動トルク付与装置として用いられたときの、ハンドルの切り返し時におけるガタや打音等を抑制する他、噛み合いが良好になるので操舵フィーリングを更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電動トルク付与装置としての電動パワーステアリング装置の操舵機構を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、図１の減速機構を構成するウォームとウォームホイールとの噛み合い状態を示す正面図、（ｂ）は、図２（ａ）のウォームの側端面図、（ｃ）は、図２（ａ）のウォームホイールの歯部の一部を示す模式平面図である。
【図３】（ａ）は、歯具の加工状態を示す正面図、（ｂ）は、歯具の側端面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電動トルク付与装置に用いられるウォームホイールを加工するためのホブを示した図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、側端面図である。
【図５】ウォームホイールとウォームとの歯当たりの状態を説明するための図である。
【図６】ホブの歯先円直径（ホブ径）と角度差との関係を表したグラフである。
【図７】ウォームホイールを加工するためのホブを示した図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は側端面図である。
【図８】ウォームホイールとウォームとの歯当たりの状態を説明するための図である。
【図９】従来の電動パワーステアリング装置を示す斜視図（ａ）と、減速機構の詳細を示す斜視図（ｂ）である。
【図１０】従来のウォームホイールを加工するための歯具を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は、側端面図である。
【図１１】従来のウォームホイールを加工するための歯具を示す正面図である。
【図１２】従来のウォームホイールとウォームとの歯当たりの状態を説明するための図である。
【図１３】従来のウォームホイールとウォームとの歯当たりの状態を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｍ 電動パワーステアリング装置
３ 操舵軸
４ 減速機構
５ モータ（電動機）
１１ ホブ
１１ａ 歯部
１１ｂ 山部
１１ｃ 谷部
２０ ホブ
２１ａ 歯部
２１ｂ 山部
２１ｃ 谷部
３０ ホブ
３１ａ 歯部
３１ｂ 山部
３１ｃ 谷部
４１ ウォーム
４１ａ 歯部
４２ｂ 山部
４１ｃ 谷部
４２ ウォームホイール
４２ａ 歯部
４２ｂ 山部
４２ｃ 谷部
Claims (2)
- １条のウォームとウォームホイールとからなる減速機構を介して、出力軸にトルクを付与する電動機を備えた電動トルク付与装置における前記ウォームホイールを、歯具を用いて加工するウォームホイールの加工方法であって、
前記歯具は、複数条からなり、前記ウォームホイールに噛み合う前記ウォームの歯先円直径よりも大きい歯先円直径を備え、かつ、歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差が前記ウォームの歯部の歯すじ方向の山部と谷部との角度差と同等であることを特徴とするウォームホイールの加工方法。 - 前記歯具は、条数が多くなるにしたがって、条数が少ない歯具の歯先円直径よりも歯先円直径が大きく設定されることを特徴とする請求項１に記載のウォームホイールの加工方法。
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