JP4973774B2

JP4973774B2 - ウォーム減速機および電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4973774B2
Application number: JP2010250847A
Authority: JP
Inventors: 篤志前田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-03-08
Also published as: JP2011033197A

Description

本発明は、ウォームに伝達された回転を減速してウォームホイールに伝達するウォーム減速機および該ウォーム減速機を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

近年、車両には、操舵補助用の駆動源として備えられた電動モータの回転を、減速機構を介して減速して操舵機構に伝達することにより、操舵を補助する電動パワーステアリング装置が搭載されている。このような電動パワーステアリング装置では、電動モータによる操舵補助力を操舵軸に伝達するための減速機構として、ウォームとウォームホイールとからなるウォーム減速機が適用されている。

図９は、従来のウォーム減速機を示す図であって、（ａ）は、ウォームを示す図であり、（ｂ）は、ウォームホイールの周面を示す図である。図９（ａ）において、金属製のウォーム１１０の外周には、外周面１１１より突設されたネジ面１１２が形成されている。一方、図９（ｂ）において、樹脂製のウォームホイール１２０の周面には、ウォーム１１０のネジ面１１２と噛合するウォームホイール歯１２１が形成されている。電動パワーステアリング装置の減速機構として用いられるウォーム減速機は、セルフロックしない逆作動可能な構造でなければならないため、ウォーム１１０の進み角とウォームホイール１２０の進み角が大きくなっている。

また、従来のウォーム減速機では、図９（ｂ）に示すように、ウォームホイール１２０の周面にウォームホイール歯１２１を形成する際に、図１０に示すようなホブカッター１３０によって歯面形成されるのが一般的である。このホブカッター１３０は、歯切りするためのスリット１３１を有する切れ刃１３２を外周に備え、該切れ刃１３２によってウォームホイール１２０の周面を歯切りして、ウォームホイール歯１２１を形成する。

ウォーム１１０とウォームホイール１２０との噛合い接触面積は、ウォームホイール歯１２１を形成するホブカッター１３０の径Ｄ１がウォームホイール１２０と噛合するウォーム１１０の径Ｄ２と等しい場合には大きく、ホブカッター１３０の径Ｄ１がウォーム１１０の径Ｄ２より大きくなるにしたがって、小さくなる。したがって、高耐久性が求められるウォーム減速機の場合には、ウォーム１１０とウォームホイール１２０との噛合い接触面積を大きくして、歯面に負荷する面圧を下げるのが一般的である。

しかしながら、図９に示した従来のウォーム減速機では、ウォームホイール１２０を構成する合成樹脂が、近年、耐久性の向上を図るために高強度化され、それに伴ってウォーム１１０の強度不足が生じるという問題があった。ウォーム１１０の高強度化を図るには、ウォーム１１０の径Ｄ２を大きくすればよいが、従来のウォーム減速機では、ウォームホイール１２０の所定のホイール径と逆作動可能なウォーム１１０の進み角を維持しつつ、ウォーム１１０の径Ｄ２を大きくすることは、構成上、困難であった。

また、ウォームホイール１２０のウォームホイール歯１２１を形成する際に用いるホブカッター１３０は、ウォーム１１０とウォームホイール１２０との噛合い接触面積を大きくするために、ウォーム１１０と同径のものを用いるのが好ましいが、この場合、ホブカッター１３０の切れ刃１３２は、スリット１３１が設けられているため、強度的に弱く、破損してしまう虞があった。そのため、従来のウォーム減速機では、ウォームホイール１２０の歯面形成を行う際に、強度面を考慮してウォーム１１０よりも大径のホブカッター１３０を用いなければならなかった。したがって、上述したように、ホブカッター１３０の径Ｄ１がウォーム１１０に対して大径になることにより、ウォーム１１０とウォームホイール１２０との噛合い接触面積が小さくなるため、歯面に負荷する面圧が増大してしまうという問題があった。

また、従来のウォーム減速機は、ウォーム１１０と同軸に連結される電動モータの回転軸の軸線と、ウォームホイール１２０が圧入固定される操舵軸の軸線とが、互いに交わらない状態で直角になるように配される直交型であるため、電動モータの搭載レイアウトが制限されていた。さらに、近年の電動パワーステアリング装置の高出力化に伴って、ウォーム１１０のネジ面１１２と噛合するウォームホイール歯１２１には高い強度が要求されているが、従来の直交型のウォーム減速機では、十分なウォームホイール歯１２１の強度を確保するのが困難であった。

さらに、従来のウォーム減速機では、ウォーム１１０よりも大径のホブカッター１３０によってウォームホイール１２０の歯面形成を行う場合に、ホブカッター１３０の進み角がウォーム１１０の進み角と異なるため、それらを補正した角度で歯切りを行い、ピッチ点上におけるウォームホイール１２０の進み角をウォーム１１０の進み角に合わせていた。しかしながら、このようなウォーム１１０およびウォームホイール１２０では、ピッチ点以外の部位で干渉が生じる虞があった。このピッチ点以外の部位で生じる干渉を回避するために、ウォームホイール歯１２１の歯型が歯筋方向に変わらないウォームホイールを用いた斜交型のウォーム減速機が提案されているが、この場合、互いの噛合部における接触が点接触になってしまい、噛合部面圧が高くなることにより耐久性が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、逆作動可能なウォームの進み角、およびウォームとウォームホイールの軸間距離を維持しつつ、モジュールを大きくして強度を上げることにより、小型化および寿命の向上を図ったウォーム減速機および該ウォーム減速機を備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、外周にネジ面が形成されたウォームと、前記ネジ面と噛合するウォームホイール歯が周面に形成されたウォームホイールとからなり、前記ウォームに伝達された回転を減速して前記ウォームホイールに伝達するウォーム減速機において、前記ウォームホイール歯は、前記ウォームと同形状のネジ面形状を有し、該ネジ面の歯先円の直径（ｄ１）および歯元円の直径（ｄ２）が前記ウォームのネジ面よりも大きく、かつ、前記ネジ面に砥粒が電着された加工用電着ウォームによって、前記ウォームホイールの周面に形成されることで、前記ウォームのネジ面と前記ウォームホイール歯とを噛合させた際に歯先に隙間を生じさせることを特徴とするウォーム減速機により、達成される。

また、上記目的は、前記ウォーム減速機と、前記ウォームに連結された回転軸を有する電動モータと、前記ウォームホイールが外周に圧入固定された操舵軸とを備え、前記電動モータの回転が、前記ウォームおよび前記ウォームホイールを介して減速されて前記操舵軸に伝達されることにより、操舵を補助する電動パワーステアリング装置によって、達成される。

本発明に係るウォーム減速機によると、ウォームホイールの進み角がウォームの進み角よりも小さくなるようにウォームホイール歯を形成したことにより、ウォーム１回転あたりのウォームホイールの進み量（ピッチ）を小さくすることができる。これにより、ウォームとウォームホイールとの軸間距離および減速比が一定である条件下において、ウォームホイール歯のモジュールを従来のものより大きくすることができるので、ウォームおよびウォームホイールの高強度化を図ることができる。一方、減速比およびウォームホイール歯のモジュールが一定の条件下においては、ウォームとウォームホイールとの軸間距離を従来のものより小さくすることができるので、ウォーム減速機の小型化を図ることができる。

また、本発明に係るウォーム減速機では、ウォームホイールと組み合わせるウォームと同形状のウォームのネジ面に砥粒を電着した加工用電着ウォームによって、ウォームホイールの周面にウォームホイール歯を形成するようにした。これにより、ウォームホイール歯のピッチ点以外の部位についても、進み角を合わせることができるため、干渉を回避でき、かつ、ウォームホイール歯とネジ面の噛合い接触面積が大きい歯面を形成することができる。この結果、面圧を増大させずに干渉を回避することができるので、ウォーム減速機の耐久性および耐摩耗性の向上が図れ、寿命低下を防止することができる。

なお、加工用電着ウォームとして、ウォームホイールと組み合わせるウォームと同形状の歯面形状で、その歯先円の直径および歯元円の直径をそのウォームより大きくしたウォームのネジ面に砥粒を電着したものを用いてもよい。これにより、ウォームホイールと組み合わせるウォームと同形状の加工用電着ウォームを用いた場合と同様の効果を得られることはもとより、実際に噛合させるウォームをウォームホイールに組み合わせた際に歯先すきまを得ることができるので、寸法誤差や経年摩耗に対応することができ、かつ、伝達効率の向上を図ることができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、操舵補助用の電動モータの回転を操舵機構に伝達するための減速機構として、上述したウォーム減速機を適用した。これにより、装置寿命の低下を防止することができ、かつ、減速機構が小型化されることにより、レイアウト性の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す説明図である。本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構を示す要部断面図である。本発明の実施形態に係るウォーム減速機を示す図であって、（ａ）は、上記ウォーム減速機のウォームを示す図であり、（ｂ）は、上記ウォーム減速機のウォームホイールの周面を示す図である。本発明の実施形態に係るウォーム減速機のウォームとウォームホイールとを組み合わせた状態を示す上面図である。ウォーム減速機の減速比、および、ウォームとウォームホイール軸間距離を一定にした場合の、ウォームとウォームホイールの軸交角とウォームホイールのモジュールの関係を示すグラフである。ウォーム減速機の減速比、および、ウォームホイールのモジュールを一定にした場合の、ウォームとウォームホイールの軸交角と軸間距離の関係を示すグラフである。本発明の実施形態に係るウォーム減速機のウォームホイールのウォームホイール歯を形成するための加工具を示す図である。（ａ）は、本発明の実施形態に係るウォーム減速機のウォームホイールと電着ウォームとの軸交角を示す図であり、（ｂ）は、上記ウォームホイールとウォームとの軸交角を示す図であり、かつ、（ｃ）は、上記ウォームホイールと従来のホブカッターとの軸交角を示す図である。従来のウォーム減速機を示す図であって、（ａ）は、上記ウォーム減速機のウォームを示す図であり、（ｂ）は、上記ウォーム減速機のウォームホイールの周面を示す図である。従来のウォーム減速機のウォームホイールにウォームホイール歯を形成するための加工具を示す図である。

以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係るコラム型の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す説明図である。同図において、操向ハンドル１のコラム軸２は、ユニバーサルジョイント３、４、ピニオン・ラック機構５を経て操向車輪６，６のタイロッド７，７に連結されている。また、コラム軸２には、ハウジング８内に収納された減速機構９が設けられ、該ハウジング８には、減速機構９を介してコラム軸２に連結された操舵補助用の電動モータ１０が取り付けられている。

図２は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構９を示す要部断面図である。同図において、ハウジング８は、コラム軸２から延びる操舵軸１１の外周に圧入固定されたウォームホイール１２と、該ウォームホイール１２と噛合するように電動モータ１０の回転軸１３に同軸に取り付けられたウォーム１４とを備えている。すなわち、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構９は、ウォームホイール１２とウォーム１４とからなるウォーム減速機９であり、電動モータ１０の回転を、ウォーム１４およびウォームホイール１２を介して減速して操舵軸１１に伝達するようになっている。

次に、本実施形態に係るウォーム減速機９について、図３ないし図８を参照にしながら説明する。

図３は、本実施形態に係るウォーム減速機９を示す図であって、（ａ）は、ウォーム減速機９のウォーム１４を示す図であり、（ｂ）は、ウォーム減速機９のウォームホイール１２の周面を示す図である。また、図４は、本実施形態に係るウォーム減速機９のウォーム１４とウォームホイール１２とを組み合わせた状態を示す上面図である。

図３（ａ）において、金属製のウォーム１４の外周には、外周面１５より突設されたネジ面１６が形成されている。一方、図３（ｂ）において、樹脂製のウォームホイール１２の周面には、ウォーム１４のネジ面１６に噛合するウォームホイール歯１７が形成されている。本実施形態に係るウォーム減速機９では、ウォームホイール１２の進み角がウォーム１４の進み角より小さくなっており、図４に示すように互いの軸線が斜交する状態で、ウォーム１４とウォームホイール１２とが組み合わされる。

図５は、ウォーム減速機の減速比、および、ウォームとウォームホイールの軸間距離を一定にした場合の、ウォームとウォームホイールの軸交角とウォームホイールのモジュールの関係を示すグラフである。同グラフにおいて、ウォームホイールのモジュールは、軸交角が大きくなるにしたがって大きくなっている。したがって、本実施形態に係るウォーム減速機９は、ウォームホイール１２の進み角をウォーム１４の進み角より小さくしたことにより、ウォーム１４の１回転あたりのウォームホイール１２の進み量（ピッチ量）を小さくすることができ、ウォームホイール１２の最大モジュールを大きくすることができる。これにより、ウォームホイール１２およびウォーム１４の高強度化を図ることができる。

図６は、ウォーム減速機の減速比、および、ウォームホイールのモジュールを一定にした場合の、ウォームとウォームホイールの軸交角と軸間距離の関係を示すグラフである。同グラフにおいて、ウォームとウォームホイールの軸間距離は、軸交角が大きくなるにしたがって小さくなっている。したがって、本実施形態に係るウォーム減速機９は、ウォーム１４とウォームホイール１２の軸間距離を小さくして、小型化を図ることもできる。

図７は、本実施形態に係るウォーム減速機９のウォームホイール１２のウォームホイール歯１７を形成するための加工具を示す図であり、図８は、本実施形態の加工具を用いた場合の軸交角と従来の加工具であるホブカッター１３０を用いた場合の軸交角とを比較するための説明図である。図７に示すように、本実施形態では、ウォームホイール歯１７を形成するための加工具として、ウォーム１４と同形状のウォームのネジ面１６Ａに砥粒を電着した加工用電着ウォーム１４Ａが用いられる。

本実施形態に係るウォーム１２のウォームホイール歯１７を従来のホブカッター１３０（図１０参照）によって形成しようとする場合、加工具であるホブカッター１３０とウォームホイール１２との軸交角（図８（ｃ））が、実際に組み合わされるウォーム１４とウォームホイール１２との軸交角（図８（ａ））と異なるため、噛合部のピッチ点以外の部位での干渉を回避することができない場合がある。しかしながら、本実施形態では、ウォーム１４と同形状の加工用電着ウォーム１４Ａによってウォームホイール歯１７を形成することにより、加工具である加工用電着ウォーム１４Ａとウォームホイール１２との軸交角（図８（ｂ））を、実際に組み合わされるウォーム１４とウォームホイール１２との軸交角（図８（ａ））に一致させることができ、噛合部のピッチ点以外の部位の進み角も合わせることができる。この結果、噛合部の面圧を増大させずに干渉を回避することができ、ウォーム減速機９の寿命低下を防止することができる。

なお、本実施形態では、加工用電着ウォーム１４Ａとして、ウォーム１４と同形状のものを用いたが、これに限定されず、ウォーム１４と同形状の歯面（ネジ面）形状で、その歯先円の直径（図７中のｄ１）および歯元円の直径（図７中のｄ２）をウォーム１４より大きくしたウォームのネジ面に砥粒を電着したものを用いてもよい。これにより、加工用電着ウォーム１４Ａを用いた場合と同様の作用効果を得られることはもとより、ウォーム１４とウォームホイール１２とを組み合わせた際に、歯先すきまを得ることができる。この結果、寸法誤差や経年摩耗などに対応することができ、かつ、伝達効率の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

９ウォーム減速機（減速機構）
１０電動モータ
１１操舵軸
１２ウォームホイール
１３（電動モータの）回転軸
１４ウォーム
１５外周面
１６ネジ面
１７ウォームホイール歯
１４Ａ加工用電着ウォーム
１６Ａ（加工用電着ウォームの）ネジ面

Claims

外周にネジ面が形成されたウォームと、前記ネジ面と噛合するウォームホイール歯が周面に形成されたウォームホイールとからなり、前記ウォームに伝達された回転を減速して前記ウォームホイールに伝達するウォーム減速機であって、
前記ウォームホイール歯は、前記ウォームと同形状のネジ面形状を有し、該ネジ面の歯先円の直径（ｄ１）および歯元円の直径（ｄ２）が前記ウォームのネジ面よりも大きく、
かつ、前記ネジ面に砥粒が電着された加工用電着ウォームによって、前記ウォームホイールの周面に形成されることで、前記ウォームのネジ面と前記ウォームホイール歯とを噛合させた際に歯先に隙間を生じさせることを特徴とするウォーム減速機。
請求項１に記載したウォーム減速機と、前記ウォームに連結された回転軸を有する電動モータと、前記ウォームホイールが外周に圧入固定された操舵軸とを備え、
前記電動モータの回転が、前記ウォームおよび前記ウォームホイールを介して減速されて前記操舵軸に伝達されることにより、操舵を補助する電動パワーステアリング装置。