JP5100781B2 - ウォームギヤ機構及びウォームギヤ機構を搭載した電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウォームギヤ機構及びウォームギヤ機構を搭載した電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置に搭載されているウォームギヤ機構は、電動機に結合された駆動側のウォームと、負荷に結合されたトルク伝達用のウォームホイールとによって構成され、ウォームとウォームホイールとを噛み合わせることにより、電動機の補助トルクをウォームからウォームホイールを介して負荷側に倍力して伝達する伝動機構である。このような電動パワーステアリング装置としては、例えば下記の特許文献１に記載された技術が知られている。

特許文献１による、従来のウォームギヤ機構を搭載した電動パワーステアリング装置の概要を、次の図１７に基づいて説明する。図１７（ａ）は電動パワーステアリング装置の全体構成を示している。図１７（ｂ）は図１７（ａ）のｂ−ｂ線方向の断面構成を示している。

図１７に示すように、ステアリングホイール１０１は、ステアリングシャフト１０２の上端に固定されている。ステアリングシャフト１０２の下端には、ピニオンシャフト１０３が変位可能に連結されている。このピニオンシャフト１０３は、軸方向の中途部に設けたウォームホイール１０４と、このウォームホイール１０４より下端側に設けたピニオンギヤ１０５とを有し、ウォームホイール１０４を狭むように、その両側の軸部には２個の軸受１０７ａ，１０７ｂを、またピニオンギヤ１０５側先端の軸部には軸受１０７ｃをそれぞれ外嵌している。

このピニオンシャフト１０３は、ギヤボックス１０６に設けた穴１０６ａ内にピニオンギヤ１０５側から挿入されて、２個の軸受１０７ｂ，１０７ｃによりギヤボックス１０６に、また軸受１０７ａにより環状の蓋体１０８に、それぞれ回転自在に支持されている。この蓋体１０８は、軸受１０７ａが内嵌されるボス部を有し、且つ、ギヤボックス１０６の穴１０６ａの開口端を塞ぐように穴１０６ａ内に挿入されていて、ギヤボックス１０６に係合されたスナップリング１０９によって蓋体１０８の脱落を防止している。

また、ギヤボックス１０６は、ピニオンシャフト１０３の軸心線と交差しない方向で互いに交わらないように貫通する穴１０６ｂを有し、この穴１０６ｂ内をラック軸１１４が貫通しており、このラック軸１１４のラック１１４ａが、ギヤボックス１０６内でピニオンギヤ１０５に噛み合っている。

さらに、ラック軸１１４の、ピニオンギヤ１０５とは反対側にはラックリテーナ１１５を臨ませ、このラックリテーナ１１５を、これに一端が着座するスプリング１１６でラック軸１１４側に付勢するとともに、スプリング１１６の他端を、ギヤボックス１０６に螺合されたリテーナカバー１１７で支持する。リテーナカバー１１７には、これを貫通して先端がラックリテーナ１１５に当接するアジャストボルト１１８を螺合して設け、このアジャストボルト１１８でラック軸１１４に作用する曲げ力を受ける。そして、ナット１１９によってアジャストボルト１１８の緩みを防止する。

ウォームホイール１０４には、ギヤボックス１０６に設けた第３の穴１０６ｃ内に挿入され且つ２個の軸受１１３ａ，１１３ｂによってギヤボックス１０６に回転自在に支持されたウォーム軸１２０のウォーム１２１を噛み合わせている。このウォーム１２１の進み角γ、及びウォーム１２１とウォームホイール１０４の歯面間の摩擦角ρとは、γ＞ρとなるように設定し、ウォームホイール１０４の回転によってウォーム１２１を回転駆動できるようにする。

かかるウォーム軸１２０の一端には、ギヤボックス１０６にボルト１２２によって固定された、パルスモータ等の電動機１２３の回転軸１２４を連結し、この回転軸１２４と一体的にウォーム軸１２０が回転できるようにする。また、ウォーム軸１２０の他端にはナット１２５を螺合し、これにより、ウォーム軸１２０の脱落を防止するとともに、その外側を、穴１０６ｃの一方の開口を塞ぐキャップ１２６によって閉塞する。

電動機１２３の駆動制御は、コントローラ１３０の制御信号によって行われ、その制御信号が、例えば、図示しないモータ出力制御回路及びモータ回転方向切換回路を介して、電動機１２３に供給される。すなわち、コントローラ１３０は、モータ出力制御回路には電動機１２３を所定位置まで回転させるためのモータ駆動信号ＤＳを送出し、また回転方向切換回路には電動機１２３の回転方向を操舵方向に対応した方向に切換えるための回転方向信号ＣＳを送出する。これにより、モータ出力制御回路及びモータ回転方向切換回路の作動を介して、電動機１２３が操舵方向に対応した方向に所定位置まで回転される。

かかるコントローラ１３０は、車速検出器１３１及び操舵状態検出器１３２からの各検出信号に基づいて、制御信号を出力する。車速検出器１３１は、例えば変速機の出力軸の回転速度に基づいて車速を検出し、且つ車速に応じてパルス数が変化する車速検出信号ＶＳを、コントローラ１３０に発する。操舵状態検出器１３２は、例えばステアリングシャフト１０２に関連して設けられ、操舵トルクに応じてパルス幅が変化する操舵トルク検出信号ＴＳ及び操舵角に応じた数のパルス信号である操舵角検出信号θＳ等の操舵状態検出信号をコントローラ１３０に発する。

次に、従来の電動パワーステアリング装置の作用を説明する。
今、車両が直線状態にあるときには、ステアリングホイール１０１及びステアリングシャフト１０２が中立位置にあり、操舵状態検出器１３２から操舵状態検出信号ＴＳ及びθＳが出力されないため、コントローラ１３０が制御信号を電動機１２３に出力せず、従って電動機１２３は停止した状態にある。

この状態から、ステアリングホイール１０１を微少角度回転させると、その回転力はステアリングシャフト１０２を経てピニオンシャフト１０３に伝達される。ウォーム１２１とウォームホイール１０４の歯面間の摩擦角ρが、ウォーム１２１の進み角γより小さいので、ウォームホイール１０４でウォーム１２１を回転させることができる。このため、ウォーム１２１に噛合するウォームホイール１０４と一体のピニオンシャフト１０３が回転不能となることがない。従って、ピニオンシャフト１０３に伝達された操舵トルクが、ピニオンギヤ１０５を介してラック軸１１４に伝達される。ラック軸１１４は、操舵方向に対応した方向に微少距離移動する。

この場合のように、操舵角が微少のときには操舵補助力は必要とせず、また、このとき操舵状態検出器１３２から出力される操舵状態検出信号の値は極めて小さいためこれによってはコントローラ１３０が制御信号を出力しない。そのため、電動機１２３は回転駆動されないが、前述したようにウォームホイール１０４からの回転力がウォーム１２１に作用してこのウォーム１２１を増速させるように回転駆動するため、手動操作による操舵量だけ操舵輪が転舵される。

次に、ステアリングホイール１０１を大きく回転させると、その回転力がステアリングシャフト１０２を介してピニオンシャフト１０３に伝達され、これと同時に操舵トルク検出信号ＴＳ、操舵角検出信号θＳ及び車速検出信号ＶＳに基づいて、コントローラ１３０が、車速、操舵トルク及び操舵角に応じたモータ駆動信号ＤＳ及びモータ回転方向信号θＳを電動機１２３に発する。

これにより、電動機１２３が操舵方向に対応した方向に回転駆動され、その回転軸１２４の回転力がウォーム軸１２０に伝達される。そして、ウォーム軸１２０に伝達された回転力がウォーム１２１からウォームホイール１０４に伝達され、これでピニオンシャフト１０３が回転駆動される。

従って、ピニオンシャフト１０３は、ステアリングホイール１０１からステアリングシャフト１０２を経てピニオンシャフト１０３に付与される手動での操舵による回転力に、電動機１２３の回転軸１２４からウォーム１２１を経てピニオンシャフトに付与される電動機１２３の倍力された回転力を加えた操舵力によって回転駆動される。その結果、ピニオンギヤ１０５にラック１１４ａが噛合するラック軸１１４が、操舵方向に対応した方向に摺動し、このラック軸１１４の移動を介して、その両端に連結された左右の操舵輪が操舵方向に転舵される。

また、ウォーム１２１とウォームホイール１０４の軸を直角でない交差する方向で配置したことで、ウォーム１２１の進み角γを大きくし径を小さくするとか、条数の多いウォームを用いるとか、ウォームの形状のみによらずウォーム１２１をウォームホイール１０４で駆動できるため、ウォームの強度、耐久性を確保する上で有利である。

特公平３−１１９４１号公報

しかしながら、以上のようなウォームギヤ機構は図１８（ａ）に示すように、このようにウォーム１２１とウォームホイール１０４との軸角が９０°±βａ°になっており、一般的なウォームギヤ機構よりも±βａ°の傾きを有して配置されている。このため、ウォームギヤ機構の噛合い作用線ＷＬａは、一般的なウォームギヤ機構に対してウォームホイール１０４の軸平面（ウォームホイール１０４の歯幅方向中心線Ｌｗａ）から±βａ°の傾きを持つことになる。そのため、ウォーム１２１と噛み合う、ウォームホイール１０４の歯のそれぞれの噛み合い点は、ウォームホイール１０４の同一軸平面上にない。ここで、角度βａのことを「斜交角βａ」と言うことにする。

このことを図１８（ａ）、図１８（ｂ）にて説明する。図１８（ａ）はウォームホイールの軸ＣＬａ直角方向から見た図である。図１８（ｂ）はウォームホイール１０４の軸ＣＬａ方向から見た図である。
図１８（ｂ）に示すように、ウォームホイール１０４を時計回りに回転させる時、ウォームギヤ機構の幾何学的噛み合い作用線Ｌｒａは、圧力角αａを持って傾いている。ウォーム１２１と噛み合っているウォームホイール１０４の、３つの歯を、図左から右へ、それぞれ歯Ｔ１、歯Ｔ２、歯Ｔ３とするとき、ウォームホイール１０４の歯の噛み合い点をそれぞれ点Ｙ１１、点Ｙ１２、点Ｙ１３とする。

点Ｙ１１は、ウォーム１２１に対する歯Ｔ１の噛み合い点であって、ウォームホイール１０４における概ね噛み合い開始点である。点Ｙ１２は、ウォーム１２１に対する歯Ｔ２の噛み合い点であって、ウォームホイール１０４における噛み合い開始点と噛み合い終了点との中間点である。点Ｙ１３は、ウォーム１２１に対する歯Ｔ３の噛み合い点であって、ウォームホイール１０４における概ね噛み合い終了点である。

この噛み合いの状態を簡略化して、図１９にて説明する。図１９は、図１８に示されたウォームホイール１０４の歯Ｔ１、歯Ｔ２、歯Ｔ３を片持ち梁に見立てて、同一平面上に配列して表したものである。点Ｙ１１は、歯幅方向中心線Ｌｗａに対して、歯幅方向の一方に寸法ｅ１１だけ偏心している。点Ｙ１２は、歯幅方向中心線Ｌｗａに概ね一致している。点Ｙ１３は、歯幅方向中心線Ｌｗａに対して、点Ｙ１１とは反対方向に寸法ｅ１３だけ偏心している。これらの寸法（偏心量）ｅ１１，ｅ１３は、「ｅ１１≒ｅ１３」の関係にある。

また、点Ｙ１１は、ウォームホイール１０４の歯底１０４ａから高さｈ１１の位置で、ウォーム１２１（図１８参照）に噛み合っている。点Ｙ１２は、歯底１０４ａから高さｈ１２の位置で、ウォーム１２１に噛み合っている。点Ｙ１３は、歯底１０４ａから高さｈ１３の位置で、ウォーム１２１に噛み合っている。

図１９は無負荷の状態を示しており、幾何学的には、上述のようにウォーム１２１とウォームホイール１０４とは、歯Ｔ１の点Ｙ１１、歯Ｔ２の点Ｙ１２、歯Ｔ３の点Ｙ１３でそれぞれ接している。通常、ウォーム１２１は鋼材で、ウォームホイール１０４は樹脂材で作られており、鋼材に対して樹脂材の弾性係数は十分に小さいことから、樹脂材のウォームホイール１０４の歯Ｔ１、歯Ｔ２、歯Ｔ３のみが弾性変形するものと考えられる。

ここで、ウォームギヤ機構に負荷を加えると、図２０に示すように、ウォームホイール１０４の歯が弾性変位する。ウォーム１２１は鋼材で弾性変形しないと考えるので、図１９においてのウォームホイール１０４の歯Ｔ１、歯Ｔ２、歯Ｔ３は、回転方向に弾性変位する。歯Ｔ１の噛み合い点は点Ｙ１１から点Ｙ１１ａに変位し、歯Ｔ２の噛み合い点は点Ｙ１２から点Ｙ１２ａに変位し、歯Ｔ３の噛み合い点は点Ｙ１３から点Ｙ１３ａに変位する。それぞれの変位量δ１０、つまり弾性変位量δ１０は３箇所共に同じである。

このように、ウォームホイール１０４の歯の変位量δ１０は、各噛み合い点Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ１３で同じ量である。しかしながら、図２１に示すように、各噛み合い点Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ１３の高さｈ１１，ｈ１２，ｈ１３が相違する（ｈ１１＞ｈ１２＞ｈ１３）。このため、各噛み合い点Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ１３における荷重Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の大きさは「Ｐ１１＜Ｐ１２＜Ｐ１３」の関係になる。ここで、歯Ｔ１には荷重Ｐ１１が作用し、歯Ｔ２には荷重Ｐ１２が作用し、歯Ｔ３には荷重Ｐ１３が作用する。このように、歯Ｔ１に作用する荷重Ｐ１１が最も小さく、歯Ｔ３に作用する荷重Ｐ１３が最も大きい。

さらに、図２２に示すように、荷重Ｐ１１は、歯Ｔ１に対して、歯幅方向中心線Ｌｗａから偏心量ｅ１１だけ偏心した点Ｙ１１に作用する。このため、歯Ｔ１には捩りモーメントＴｍ１１が発生する。同様に、荷重Ｐ１３は、歯Ｔ３に対して、歯幅方向中心線Ｌｗａから偏心量ｅ１３だけ偏心した点Ｙ１３に作用する。このため、歯Ｔ３には捩りモーメントＴｍ１３が発生する。このために、噛み合い点Ｙ１１と点Ｙ１３では、それぞれ捩れ角ψ１１と捩れ角ψ１３を有する。上述したように、歯Ｔ１と歯Ｔ３における各変位量δ１０が同じであって、偏心量が「ｅ１１≒ｅ１３」であるから、捩れ角はψ１１≒ψ１３となる。

この捩れ角ψ１１，ψ１３により、図２３及び図２４に示すように、ウォームホイール１０４のピニオンシャフト１０３（図２４参照）の軸長手方向には、相応のスラスト荷重（スラスト）Ｆ１１，Ｆ１３を発生する。前述したように「Ｐ１１≪Ｐ１３」であるから、「Ｆ１１≪Ｆ１３」である。このスラスト荷重Ｆ１１とスラスト荷重Ｆ１３とは、方向が異なる。

図２４に示すように、ピニオンシャフト１０３の軸周りには、スラスト荷重Ｆ１１とスラスト荷重Ｆ１３とのスラスト差Ｆ１０（つまり、「Ｆ１０＝Ｆ１３−Ｆ１１」）と、このスラスト差Ｆ１０による曲げモーメントＭが発生する。この曲げモーメントＭの大きさは、ピニオンシャフト１０３の中心ＣＬａからスラスト荷重Ｆ１１，Ｆ１３の作用点までの距離ｒｗに、スラスト差Ｆ１０を乗算した値に相当する。

従って、斜交角βａを有するウォームギヤ機構は、スラスト差Ｆ１０に応じて軸受１０７ａ，１０７ｂの容量を大きくし、さらにウォーム１２１とウォームホイール１０４との噛み合いを良好に保つために曲げモーメントＭを許容できるように、ウォームホイール１０４の歯幅を広げるなど対応が必要であった。

本発明は、簡単な構成で斜交軸のウォームギヤ機構に働く、スラスト荷重とこれによる曲げモーメントを低減し、ウォームホイールの支持軸受の容量を低減し、小型化する技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明では、ウォームの軸に対してウォームホイールの軸を、直角ではない角度で交差する方向に配置し、前記ウォームに前記ウォームホイールを噛み合わせたウォームギヤ機構において、前記ウォームは、少なくとも歯が金属材料によって構成され、前記ウォームホイールは、少なくとも歯が樹脂材料によって構成され、前記ウォームの歯と前記ウォームホイールの歯の、幾何学的噛み合い作用線上において、前記ウォームの歯と前記ウォームホイールの歯の噛み合い点のうち、前記ウォームの歯の最も歯元側で噛み合う点を基準点とし、この基準点に対し前記ウォームホイールの歯の歯幅方向に前記噛み合い点が離れるほど、この噛み合い点における隙間を大きく設定することで、前記ウォームホイールに生じるスラスト方向の荷重が低減するように構成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、請求項１において、前記隙間は、前記ウォームの歯において、歯元の歯厚が歯底から基準ピッチ線の付近にかけて漸減する漸減度合いに対し、歯末の歯厚が前記基準ピッチ線の付近から歯先にかけて漸減する漸減度合いを大きく設定することで、構成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項１において、前記隙間は、前記ウォームの歯の圧力角を前記ウォームホイールの歯の圧力角よりも大きく設定することで、構成されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、請求項１から請求項３までのいずれか１項において、前記ウォームホイールの歯は、平歯であることを特徴とする。

請求項５に係る発明では、請求項１から請求項４までのいずれか１項のウォームギヤ機構と、車両のステアリングハンドルから操舵車輪に至るステアリング系と、トルクを発生するとともにこのトルクを前記ウォームギヤ機構を介して前記ステアリング系に伝える電動モータと、を備えたことを特徴とするウォームギヤ機構を搭載した電動パワーステアリング装置である。

請求項１に係る発明では、ウォームの軸に対してウォームホイールの軸を、直角ではない角度で交差する方向に配置、つまり、軸角が９０°でない斜交軸のウォームギヤ機構において、幾何学的噛合い作用線上で、ウォームの歯とウォームホイールの歯の噛み合い点のうち、ウォームの歯の最も歯元側で噛み合う点を基準点とし、この基準点に対しウォームホイールの歯の歯幅方向に噛み合い点が離れるほど、この噛み合い点における隙間を大きく設定することで、ウォームホイールに生じるスラスト方向の荷重が低減するように構成されている。このため、伝達荷重の大きさに伴って噛み合い点の数が増加し、各噛み合い点でのスラスト荷重を均等にすることができる。この結果、ウォームホイールに発生するスラスト荷重をほぼ零にすることができる。これにより、ウォームホイールを支持するための軸受の耐久性が高まるので、その分、軸受を小型にすることができる。軸受の小型化を図ることができるので、ウォーム及びウォームホイールを収納するためのギヤボックスを小型化することができる。
さらには、スラスト荷重がほぼ零になることから、ウォームホイール周りのモーメントも零にすることができる。この結果、ウォームホイールの歯幅を厚くすることなく、良好な噛み合いを確保することができるので、ウォームホイールの小型化を図ることができる。ウォームホイールの小型化に伴い、ウォームホイールの少なくとも歯を構成するための樹脂材料を使用量を削減することができる。従って、ウォームギヤ機構の低コスト化が可能になる。
さらにまた、ウォームギヤ機構の構成要素として、特に大きいウォームホイールの小型化ができることにより、それを組み込むギヤボックスが小型化できる。その結果、ウォームギヤ機構の軽量化が可能になるとともに、材料費の低減によってウォームギヤ機構の低コスト化が可能になる。

一般的なウォームギヤ機構においては、ウォームに対するウォームホイール噛み合い点が、ウォームホイールの歯元に向かうにしたがって、作用する荷重が増大し、ウォームホイールの歯元の面圧が上昇してしまった。
これに対して、請求項１に係る発明では、ウォームホイールに作用する荷重を分散させることができるので、ウォームホイールの面圧を分散して低減することができる。この結果、ウォーム及びウォームホイールのモジュールを、従来よりも小さくすることができるので、ウォームギヤ機構の小型化が可能になる。

さらに請求項１に係る発明では、ウォームホイールの少なくとも歯を樹脂材料で構成することにより、ウォームホイールの歯を積極的に弾性変位が可能にすることで、ウォームとウォームホイールの歯を噛合わせている。この結果、ウォームギヤ機構の噛合い開始を従来のウォームギヤよりも早くすることができる。これによって、実質上の噛合い長さが長くなるので、噛合い率が増加し、荷重の低減が更に図れる。このことから、さらに小さいモジュールにすることができる。この結果、ウォーム及びウォームホイールのモジュールを、従来よりも小さくすることができるので、ウォームギヤ機構の小型化が可能になる。

さらに請求項１に係る発明では、負荷の低い領域ではウォームの歯元にしかウォームホイールは噛み合わない。これにより、ウォームの歯元の噛み合いは、リード角が大きくなるので、従来のウォームギヤ機構よりも、荷重伝達効率が向上する。

また、ウォームホイールの歯に作用する荷重を、複数の歯に分散できることにより、ウォームからウォームホイールに伝播する振動が低減できる。
従来、このような振動はウォームホイールと心金とを弾性部材を介して結合する方法が提案されていた（例えば、特許第３８４２２１５号公報参照）。これは荷重の分布が均一でないために、ウォームホイールの粘弾性効果が十分に得られなかったために、ウォームホイールと心金の間に新たに粘弾性部材を配置したものである。このような構造はトルクが低い領域では効果がある。しかし、例えば車両用ステアリング装置における据え切り操舵のように、トルクが高い領域ではウォームホイールが心金とストッパー部によって干渉してしまい、新たに配置した粘弾性部材の効果が十分に得られないという課題があった。また、構成が複雑で生産性が低下するという課題があった。

しかし、請求項１によれば、ウォームホイールにおける複数の歯に荷重が分散され、ウォームホイールの樹脂材の粘弾性効果が十分に発揮でき、このように新たに粘弾性部材を設けることなくウォームからウォームホイールへの振動伝達が心金に達するまでに低減できる。また、複雑な構造にしなくてもよいので、部品点数が削減でき加工が容易になるので生産性が向上する。

請求項２に係る発明では、ウォームの歯において、歯元の歯厚が歯底から基準ピッチ線の付近にかけて漸減する漸減度合いに対し、歯末の歯厚が基準ピッチ線の付近から歯先にかけて漸減する漸減度合いを大きく設定した。
このような簡単な構成によって、ウォームの歯とウォームホイールの歯の、幾何学的噛み合い作用線上において、ウォームの歯とウォームホイールの歯の噛み合い点の一部に、隙間を有することができる。

請求項３に係る発明では、ウォームの歯の圧力角をウォームホイールの歯の圧力角よりも大きく設定した。このような簡単な構成によって、ウォームの歯とウォームホイールの歯の、幾何学的噛み合い作用線上において、ウォームの歯とウォームホイールの歯の噛み合い点の一部に、隙間を有することができる。

請求項４に係る発明では、ウォームホイールの歯が、樹脂製品であり且つ平歯よって構成されている。このため、歯を樹脂成型するときに、型抜きを簡単に行うことができる。

請求項５に係る発明では、請求項１から請求項４までのいずれか１項のウォームギヤ機構を採用した電動パワーステアリング装置である。このようなウォームギヤ機構を用いることにより従来に対して軸受の容量が低減でき、また、ウォームギヤ自体も小型化できるので、この結果ギヤボックスが小型化できる。この結果、ギヤボックスの低コスト化が図れ、小型化できたギヤボックスは車両搭載性が向上し、また、システム重量が低減できるので、燃費の向上にもつながる。

本発明の実施例１に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。 図１に示された電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 図２の３−３線断面図である。 図２の４−４線断面図である。 図４に示された斜交軸ウォームギヤ機構の噛合いの説明図である。 図５に示されたウォームギヤ機構の拡大断面図である。 図６に示されたウォームのねじ山の説明図である。 図６に示されたウォームギヤ機構の作用図（その１）である。 図６に示されたウォームギヤ機構の作用図（その２）である。 図６に示されたウォームギヤ機構の作用図（その３）である。 図８に示されたウォームギヤ機構の模式図である。 図９に示されたウォームギヤ機構の模式図である。 図１０に示されたウォームギヤ機構の模式図である。 図６に示されたウォームギヤ機構の作用図（その４）である。 本発明の実施例２に係る電動パワーステアリング装置のウォームギヤ機構の拡大断面図である。 図１５に示されたウォームのねじ山の説明図である。 従来のウォームギヤ機構の構成図である。 図１７に示された斜交軸ウォームギヤ機構の噛合いの説明図である。 図１８に示されたウォームギヤ機構の模式的作用図（その１）である。 図１８に示されたウォームギヤ機構の模式的作用図（その２）である。 図１８に示されたウォームギヤ機構の模式的作用図（その３）である。 図１８に示されたウォームギヤ機構の模式的作用図（その４）である。 図１８に示されたウォームギヤ機構の模式的作用図（その５）である。 図１８に示されたウォームギヤ機構のウォームホイールにかかるスラスト荷重と曲げモーメントの状態を示す作用図である。

本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。

実施例１に係るウォームギヤ機構を電動パワーステアリング装置に搭載した例を説明する。先ず、電動パワーステアリング装置及びウォームギヤ機構の実施例について、図１〜図１４に基づき説明する。

図１は電動パワーステアリング装置１０を模式的に表している。電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングハンドル２１から車両の操舵車輪（前輪）２９，２９に至るステアリング系２０と、このステアリング系２０に補助トルクを加える補助トルク機構４０とからなる。

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の両端に左右のタイロッド２７，２７及びナックル２８，２８を介して左右の操舵車輪２９，２９を連結したものである。

ラックアンドピニオン機構２５は、ピニオン軸２４に形成したピニオン３１と、ラック軸２６に形成したラック３２とからなる。

ステアリング系２０によれば、運転者がステアリングハンドル２１を操舵することで、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５及び左右のタイロッド２７，２７を介して、左右の操舵車輪２９，２９を操舵することができる。

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、この操舵トルクセンサ４１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、この補助トルクをウォームホイールとウォームの軸角が９０°でない斜交軸ウォームギヤ機構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。

電動パワーステアリング装置１０によれば、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２９，２９を操舵することができる。

図２は電動パワーステアリング装置１０の全体構成を表しており、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、軸方向にスライド可能に収容したことを示す。

ラック軸２６は、ハウジング５１から突出した長手方向両端にボールジョイント５２，５２を介してタイロッド２７，２７を連結した軸である。５３，５３はダストシール用ブーツである。

図３は図２の３−３線断面図であり、電動パワーステアリング装置１０の縦断面構造を示す。電動パワーステアリング装置１０は、ピニオン軸（入力軸）２４、ラックアンドピニオン機構２５、操舵トルクセンサ４１及び斜交軸ウォームギヤ機構４４をハウジング５１（ギヤボックス５１）に収納し、ハウジング５１の上部開口を上部カバー部５４で塞いだものである。操舵トルクセンサ４１の操舵トルク検出部は、上部カバー部５４に取付けたものである。

ウォームギヤ機構４４は、駆動側のウォーム４７にトルク伝達用ウォームホイール４８を噛合わせることで、ウォーム４７からトルク伝達用ウォームホイール４８を介して負荷側にトルクを伝達することができるようにした構成である。

ハウジング５１は、上下に延びるピニオン軸２４の上部、長手中央部及び下端を３個の軸受５５、５６、５７を介して回転可能に支承したものであり、さらに電動モータ４３を取付けるとともに、ラックガイド７０を備える。図中、５８はハウジング５１に対して軸受５６の位置決めをするロックナットであり、５９はピニオン軸２４と上部カバー部５４との隙間をシールするオイルシールである。

ところで、操舵トルクセンサ４１は、ピニオン軸２４に設けた第１残留歪み部６１及び第２残留歪み部６２と、これら第１及び第２残留歪み部６１，６２の周囲に設けた検出部６３と、からなる磁歪式トルクセンサである。

第１及び第２残留歪み部６１，６２は、ピニオン軸２４の軸長手方向に互いに逆方向の残留歪みが付与された磁歪膜からなり、これらの磁歪膜に作用した作用トルクに応じて磁歪特性が変化する。

検出部６３は、第１及び第２残留歪み部６１，６２に生じた磁歪効果を電気的に検出し、その検出信号をトルク検出信号として出力するものである。検出部６３は、ピニオン軸２４を通した筒状のコイルボビン６４，６５と、コイルボビン６４，６５に巻いた第１多層ソレノイド巻きコイル６６並びに第２多層ソレノイド巻きコイル６７と、第１・第２多層ソレノイド巻きコイル６６，６７の周囲を囲う磁気シールド用バックヨーク６８と、からなる。

ラックガイド７０は、ラック３２と反対側からラック軸２６に当てるガイド部７１と、このガイド部７１を圧縮ばね７２を介して押す調整ボルト７３と、からなる押圧手段である。ガイド部７１と調整ボルト７３との間には、調整ボルト７３の調整方向に若干の隙間を有する。ガイド部７１は、ラック軸２６のラック３２の背面を滑らせる当て部材７４を備える。７５はハウジング５１に対する調整ボルト７３の位置決めをするロックナットである。

ラックガイド７０によって、ラック軸２６をその軸方向へ摺動可能に支持することができる。さらにラックガイド７０によれば、ハウジング５１にねじ込んだ調整ボルト７３にて、圧縮ばね７２を介してガイド部７１を適切な押圧力で押すことにより、ガイド部７１でラック３２に予圧を与えて、ラック３２をピニオン３１に押し付けることができる。また、ガイド部７１と調整ボルト７３との間には、調整ボルト７３の調整方向に若干の隙間を有することで、歯車誤差によるラック３２とピニオン３１との軸間の誤差を許容するようになっている。

図４は電動モータ４３と斜交軸ウォームギヤ機構４４との関係を示している。この図４においてウォームホイール４８は楕円形に表される。電動モータ４３は、横向きのモータ軸４３ａを備えるとともに、ハウジング５１に取付けたものである。モータ軸４３ａはハウジング５１内に延びる。

図３及び図４に示すように、斜交軸ウォームギヤ機構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、斜交軸ウォームギヤ機構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に一体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４７とは軸角が９０°でないウォームホイール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。ハウジング５１は、水平に延びるウォーム軸４６の両端部を、軸受８１，８２を介して回転可能に支承することになる。

図５（ａ）は、図４に示されたウォーム４７とウォームホイール４８との噛み合いの関係を、側方から見て表している。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示されたウォーム４７とウォームホイール４８との噛み合いの関係を、上から見て表している。

図２及び図５に示すように、ウォームホイール４８の軸２４は、ウォーム４７の軸４６に対して角度「９０°±β°」だけ傾いている。詳しく説明すると、ウォームギヤ機構４４は、ウォーム４７の軸４６に対してウォームホイール４８の軸２４を、直角ではない角度で交差する方向に配置し、ウォーム４７にウォームホイール４８を噛み合わせた、斜交軸ウォームギヤ機構である。ウォーム４７の軸４６の中心線ＷＬと、ウォームホイール４８の軸２４の中心線ＣＬとの間の、角度（軸角、交差角）は９０°ではなく、「９０°±β°」である。ここで、角度βのことを「斜交角β」と言うことにする。斜交角βは０°＜β°＜９０°で設定される。

図６は、図５（ｂ）に示されたウォーム４７とウォームホイール４８との噛み合い状態を、拡大して表している。図６に示すように、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るとともに、騒音をより低減させることができる。さらには、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。また、ウォームホイール４８の歯４８ａは「平歯」である。このため、樹脂成型を行うときに、型抜きを簡単に行うことができる。

ウォーム４７の圧力角並びにウォームホイール４８の圧力角は、共にαである。ウォーム４７のピッチ円径はｄ１であり、ウォームホイール４８のピッチ円径はｄ２（図５参照）である。ここで、符号Ｃｄはウォーム４７の基準ピッチ線、つまり、ピッチ円径ｄ１のピッチ円の線である。基準ピッチ線Ｃｄについては、ウォーム４７を軸直角方向から見たときに、ウォーム４７と平行で水平な直線で表される。

ウォーム４７は、ねじ山４７ａ（つまり、歯４７ａ）が１条で設定されるとともに、ねじ山４７ａのピッチがＰｉに設定されている。ピッチ円径ｄ１において、ウォーム４７のねじ山４７ａの進み角は、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（逆伝達性）。

ここで、ウォーム４７とウォームホイール４８の噛み合い関係について、理解を容易にするために、ねじ山４７ａ及び歯４８ａのことを、便宜的に次のように言うことにする。つまり、図６に示すように、ウォームホイール４８の複数の歯４８ａのうち、ねじ山４７ａに噛み合う３個の歯４８ａのことを、図左側から右側へ順に第１歯４８ａ１、第２歯４８ａ２、第３歯４８ａ３と言う。

また、実際のねじ山４７ａは連続した螺旋状の歯であるが、ここでは便宜的に、ねじ山４７ａのうち、ウォームホイール４８の第１歯４８ａ１に噛み合う山の部分を第１歯４７ａ１、第２歯４８ａ２に噛み合う山の部分を第２歯４７ａ２、第３歯４８ａ３に噛み合う山の部分を第３歯４７ａ３と言う。

図６は、無負荷時におけるウォームギヤ機構４４の幾何学的な噛み合い状態を示している。この状態において、幾何学的噛み合い作用線Ｌｒに対し、第１歯４８ａ１が交わる点を第１交点Ｙ１、第２歯４８ａ２が交わる点を第２交点Ｙ２、第３歯４８ａ３が交わる点を第３交点Ｙ３と言う。

ここで、「幾何学的噛み合い作用線Ｌｒ」とは、ウォーム４７が回転したときに、ウォーム４７の歯４７ａがウォームホイール４８の歯４８ａに噛み合う、軌跡を表す線のことであり、直線又は概ね直線である。例えば、ウォーム４７が回転したときに、ウォーム４７の第１歯４７ａ１と、ウォームホイール４８の第１歯４８ａ１との、噛み合い点Ｘ１，Ｙ１（第１交点Ｘ１，Ｙ１）は、幾何学的噛み合い作用線Ｌｒに沿って変化する。

ウォーム４７とウォームホイール４８とは、ウォーム４７の第１歯４７ａ１の第１交点Ｘ１とウォームホイール４８の第１歯４８ａ１の第１交点Ｙ１だけで、噛み合っており、他の部分では噛み合っていない。つまり、ウォーム４７の第２歯４７ａ２の第２交点Ｘ２とウォームホイール４８の第２歯４８ａ２の第２交点Ｙ２との間には、大きさδ２（間隔δ２）の隙間Ｓ２を有している。また、ウォーム４７の第３歯４７ａ３の第３交点Ｘ３とウォームホイール４８の第３歯４８ａ３の第３交点Ｙ３との間には、大きさδ３（間隔δ３）の隙間Ｓ３を有している。

次に、このような噛み合い状態とするための構成について説明する。
従来のウォームギヤ機構においては、インボリュート又はほぼ台形のウォームの歯形に対して、ウォームホイールの歯形を同じ形状にして創成歯切りすることにより、ウォームホイールの歯形を得ていた。

本実施例１においては、ウォーム４７のねじ山４７ａの歯形を次のように改良した。図７（ａ），（ｂ）はウォームのねじ山の説明図である。
図７（ａ）は比較例のウォーム４７のねじ山４７ａの歯形を示す。この比較例のねじ山４７ａの歯形は、軸直角断面において「インボリュート歯形又はほぼ台形歯形」の歯形である。例えば、台形歯形の場合には、歯元４７ｂの面４７ｃ（歯元面４７ｃ）と歯末４７ｄの面４７ｅ（歯末面４７ｅ）とが一直線上に並ぶ。また、インボリュート歯形とした場合には、インボリュート歯面である歯元面４７ｃと、インボリュート歯面である歯末面４７ｅとの繋がりが滑らかになる。この結果、歯４７ａ，４８ａ同士の摩擦抵抗を、より低減することができるので、より一層良好な噛み合いとすることができる。

これに対して実施例１では、図７（ｂ）に示すように、比較例のウォーム４７の歯形に対して、歯形の歯元４７ｂから歯形の中央付近にかけては比較例のままの歯形を残し、歯形の中央近傍から歯先４７ｇにかけて徐々に先細りさせていくことによって、図６に示すようなウォーム４７のねじ山４７ａが得られる。

詳しく説明すると、ウォーム４７における歯末面４７ｅを、歯厚が小さくなるように半径Ｒｍの円形状（円弧状）に形成したことを特徴とする。すなわち、実施例のウォーム４７では、比較例におけるねじ山４７ａの歯形のうち、歯元４７ｂを基準とし、基準ピッチ線Ｃｄから歯先４７ｇにかけて、歯厚が緩やかに小さくなる円弧状の歯面４７ｄとした。

このように、図７（ｂ）において、ねじ山４７ａのうち、想像線にて示す比較例の歯末面４７ｅから実線にて示す歯末面４７ｅまで後退するように、歯形を修正した。つまり、歯末のうち、図７（ｂ）でハッチングして示す削除範囲Ｅｘを削除した。

言い換えると、ウォーム４７の歯４７ａにおいて、歯元４７ｂの歯厚が歯底４７ｆから基準ピッチ線Ｃｄの付近（基準ピッチ線Ｃｄの位置を含む）にかけて漸減する漸減度合いに対し、歯末４７ｄの歯厚が基準ピッチ線Ｃｄの付近（基準ピッチ線Ｃｄの位置を含む）から歯先４７ｇにかけて漸減する漸減度合いを大きく設定した。

このような構成とすることで、図６に示すように、ウォーム４７の第２歯４７ａ２の第２交点Ｘ２とウォームホイール４８の第２歯４８ａ２の第２交点Ｙ２との間には、大きさδ２の隙間Ｓ２を有し、ウォーム４７の第３歯４７ａ３の第３交点Ｘ３とウォームホイール４８の第３歯４８ａ３の第３交点Ｙ３との間には、大きさδ３の隙間Ｓ３を有する。

このようにすることによって、図６に示すように、幾何学的噛み合い作用線Ｌｒ上において、ウォーム４７とウォームホイール４８の歯の噛み合い点の一部に隙間Ｓ２，Ｓ３を設けることができる。

次に、ウォーム４７とウォームホイール４８の噛み合いのメカニズムについて説明する。上述のように、図６は無負荷時における幾何学的な噛み合い状態を示している。ウォーム４７の歯４７ａは先細り形状に形成されている。このため、ウォーム４７とウォームホイール４８とは、歯４７ａ１の第１交点Ｘ１と歯４８ａ１の第１交点Ｙ１だけが接している。他の歯４８ａ２，４８ａ３は噛み合わないで、大きさδ２，δ３の隙間Ｓ２，Ｓ３を有する。大きさδ２，δ３は「δ２＜δ３」の関係である。

その後、図６の状態において、電動モータ４３（図４参照）からウォーム４７へ補助トルクが付与されることにより、ウォーム４７は矢印Ｒ１方向に回転して、ウォームホイール４８を時計回り（矢印Ｒ２方向）に回転させる。補助トルクは、ウォーム４７を介してウォームホイール４８に伝達される。

図６では、ウォーム４７とウォームホイール４８とは、第１歯４８ａ１の第１交点Ｙ１で噛み合っているので、先ず、第１歯４８ａ１が弾性変形する。電動モータ４３からの補助トルクが大きくなり、第１歯４８ａ１の弾性変形量が大きくなると、ウォーム４７の回転変位に伴って、ウォーム４７の第２歯４７ａ２とウォームホイール４８の第２歯４８ａ２との、隙間Ｓ２の大きさδ２が減少して、最後には接するようになる。この状態を図８に示す。

図８は、ウォーム４７の歯４７ａが、想像線の位置（上記図６に実線で示された位置）から実線の位置まで変位したことを示している。このときには、図８に示すように、隙間Ｓ２の大きさδ２が零である（δ２＝０）。ウォーム４７の第３歯４７ａ３とウォームホイール４８の第３歯４８ａ３との隙間Ｓ３の大きさは、δ４に縮まる。つまり、隙間Ｓ３の大きさδ４は、「δ４＝δ３−δ２」である。なお、この時点においては、まだ、ウォームホイール４８に作用する荷重は、第１歯４８ａ１に作用する荷重Ｐ１だけである。

図８の状態において、さらに電動モータ４３（図４参照）からの補助トルクが大きくなると、今度は第１歯４８ａ１と共に第２歯４８ａ２にも荷重が作用する。このとき、第１歯４８ａ１に作用する荷重をＰ１、第２歯４８ａ２に作用する荷重をＰ２（図９参照）とする。第１歯４８ａ１と共に第２歯４８ａ２にも荷重が作用することで、第１歯４８ａ１と共に第２歯４８ａ２も弾性変形をする。ウォーム４７が図６に示す当初の位置から、隙間Ｓ３の大きさδ３（図６参照）の分だけ変位した状態を、図９に示す。

図９は、ウォーム４７の歯４７ａが、想像線の位置（上記図８に実線で示された位置）から実線の位置まで変位したことを示している。このときには、図９に示すように、隙間Ｓ３の大きさδ３が零である（δ３＝０）。ウォーム４７の歯４７ａとウォームホイール４８の各歯４８ａとの噛み合い高さは、ウォームホイール４８の歯４８ａの歯底４８ｂを基準にすると、次の通りである。第１交点Ｙ１は、ウォームホイール４８の歯底４８ｂから高さｈ１の位置で、ウォーム４７の歯４７ａに噛み合っている。第２交点Ｙ２は、歯底４８ｂから高さｈ２の位置で、ウォーム４７の歯４７ａに噛み合っている。

ウォームホイール４８の軸心ＣＬ（図５（ｂ）参照）から各交点Ｙ１，Ｙ２までの各々の距離（トルク作用長さ）は、噛み合い高さｈ１，ｈ２に応じて異なる。軸心ＣＬから第１交点Ｙ１までの距離よりも、軸心ＣＬから第２交点Ｙ２までの距離が大きい。ウォームホイール４８に作用するトルクに対して、各交点Ｙ１，Ｙ２に作用する荷重Ｐ１，Ｐ２は、トルク作用長さが小さいほど、大きい値となる。図９に示すように、噛み合い高さが「ｈ１＞ｈ２」なので、ウォームホイール４８における各歯４８ａの弾性変位に対する荷重の増加はＰ１よりＰ２の方が大きくなる（Ｐ１＜Ｐ２）。

図９の状態から、さらに電動モータ４３からの補助トルクが大きくなると、今度は第１歯４８ａ１、第２歯４８ａ２と共に第３歯４８ａ３にも荷重が作用する。このとき、第３歯４８ａ３に作用する荷重をＰ３（図１０参照）とする。第１歯４８ａ１、第２歯４８ａ２と共に第３歯４８ａ３にも荷重が作用することで、第１歯４８ａ１、第２歯４８ａ２と共に第３歯４８ａ３も弾性変形をする。ウォーム４７が図６に示す当初の位置から、隙間Ｓ３の大きさδ３（図６参照）の分だけ変位した状態を、図１０に示す。

図１０は、ウォーム４７の歯４７ａが、想像線の位置（上記図９に実線で示された位置）から実線の位置まで変位したことを示している。第３歯４８ａ３において、歯底４８ｂから第３交点Ｙ３までの噛み合い高さはｈ３である。図１０から明らかなように、噛み合い高さが「ｈ１＞ｈ２＞ｈ３」なので、ウォームホイール４８における各歯４８ａの弾性変位に対する荷重の増加はＰ１、Ｐ２よりＰ３のほうが大きくなる（Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３）。

従って、隙間Ｓ２，Ｓ３を適宜に設定することによって、荷重Ｐ１と荷重Ｐ３の大きさを自由に設定することができる。

上記図８、図９、図１０を三次元的に表現したのが、それぞれ図１１、図１２、図１３である。つまり、図１１、図１２、図１３は、図８、図９、図１０に示されたウォームホイール４８の歯４８ａ１〜４８ａ３を片持ち梁に見立てて、同一平面上に配列して表したものである。なお、図１１〜図１３には、ウォームホイール４８の歯幅方向中心線Ｌｗが、ウォームホイール４８の歯幅ｗｄの中心を通っていることを示している。

第１交点Ｙ１は、歯幅方向中心線Ｌｗに対して、歯幅方向の一方に寸法ｅ１だけ偏心している。第２交点Ｙ２は、歯幅方向中心線Ｌｗに概ね一致している。第３交点Ｙ３は、歯幅方向中心線Ｌｗに対して、第１交点Ｙ１とは反対方向に寸法ｅ３だけ偏心している。これらの寸法（偏心量）ｅ１，ｅ３は、「ｅ１≒ｅ３」の関係にある。

図１３に示すように、荷重Ｐ１は、第１歯４８ａ１に対して、歯幅方向中心線Ｌｗから偏心量ｅ１だけ偏心した第１交点Ｙ１に作用する。このため、第１歯４８ａ１には捩りモーメントＴｍ１が発生する。同様に、荷重Ｐ３は、第３歯４８ａ３に対して、歯幅方向中心線Ｌｗから偏心量ｅ３だけ偏心した第３交点Ｙ３に作用する。このため、第３歯４８ａ３には捩りモーメントＴｍ３が発生する。従って、第１交点Ｙ１と第３交点Ｙ３では、それぞれ捩れ角ψ１と捩れ角ψ３を有する。この捩れ角ψ１，ψ３により、ウォームホイール４８のピニオン軸２４（図５（ｂ）参照）の軸長手方向には、相応のスラスト荷重（スラスト）Ｆ１，Ｆ３が発生する。このスラスト荷重Ｆ１とスラスト荷重Ｆ３とは、方向が異なる。スラスト荷重Ｆ１，Ｆ３は次の式によって求められる。
Ｆ１＝Ｐ１×tanψ１
Ｆ３＝Ｐ３×tanψ３

これに対して、本実施例１では、荷重Ｐ１と荷重Ｐ３とを自由に設定できるので、図１３に示すように、この荷重Ｐ１，Ｐ３によって発生するスラスト荷重Ｆ１，Ｆ３も自由に設定できる。これによれば、例えば車両の据え切り操作のように、電動モータ４３の補助トルクが最大のような状況で、「Ｆ１≒Ｆ３」にも設定することができる。このように、ウォームホイール４８のスラスト方向に発生する荷重（スラスト荷重）を相殺（キャンセル）することができる。

さらに、上述のように斜交軸にすると、噛み合い長さが長くなるだけでなく、図１４に示すように、弾性変形時に噛み合い長さの範囲外にある歯４７ａ４，４８ａ４にも噛み合わせることができる。つまり、歯４７ａ４の交点Ｘ４と歯４８ａ４の交点Ｙ４で噛み合う。

以上の説明をまとめると、次の通りである。
本実施例１によれば、補助トルクが大きい領域でウォームホイール４８に作用するスラスト荷重を零（Ｆ３−Ｆ１＝０）にでき、曲げモーメントＭを零（Ｍ＝０）にできることから、ウォームホイール４８の強度が向上し、その結果、従来よりも小さいモジュールでウォーム４７を作ることができる。これによって、ウォームギヤ機構４４が小型化する。また、コストの高い樹脂材の容量が低減できるので、低コスト化につながる。

噛み合い長さの範囲外にあるウォーム４７の歯４７ａとウォームホイール４８の歯４８ａを噛み合わせることができる。これによって、噛合い率が向上し応力が低減できる。この結果、さらに、ウォームギヤ機構４４の低モジュール化が図れる。また、ウォームホイール４８を支持する軸受５５，５６，５７の容量が小さくできる。そのため、軸受５５，５６，５７の小型化が図れ、生産性が向上する。

また、小さいモジュールに設定することによって、その分、ウォームホイール４８を小型にできる。しかも、小さいモジュールにすることで、歯４７ａ，４８ａ同士の歯当たりが一層滑らかになるとともに、噛み合い音や振動を低減することができる。

また、本実施例１によれば、従来の斜交軸ウォームギヤ機構よりも、ウォームギヤ機構４４とそれを支持する軸受５５〜５７、及びウォームギヤ機構４４及び軸受５５〜５７を包括するハウジング５１の小型化・軽量化が図れる。その結果、車両へのハウジング５１の搭載性が向上する。さらに、小型化することで、素材重量が低減できるので、システムの低コスト化につながる。また、ハウジング５１の軽量化によって、車両重量も軽量化でき、その結果、車両の燃費特性が向上する。

また、ウォームホイール４８の歯４８ａに作用する荷重を、複数の歯に分散できることにより、ウォーム４７からウォームホイール４８に伝播する振動が低減できる。
従来、このような振動はウォームホイールと心金とを弾性部材を介して結合する方法が提案されていた（例えば、特許第３８４２２１５号公報参照）。これは荷重の分布が均一でないために、ウォームホイールの粘弾性効果が十分に得られなかったために、ウォームホイールと心金の間に新たに粘弾性部材を配置したものである。このような構造はトルクが低い領域では効果がある。しかし、例えば車両用ステアリング装置における据え切り操舵のように、トルクが高い領域ではウォームホイールが心金とストッパー部によって干渉してしまい、新たに配置した粘弾性部材の効果が十分に得られないという課題があった。また、構成が複雑で生産性が低下するという課題があった。

しかし、本実施例１によれば、ウォームホイール４８における複数の歯４８ａに荷重が分散され、ウォームホイール４８の樹脂材の粘弾性効果が十分に発揮でき、このように新たに粘弾性部材を設けることなくウォーム４７からウォームホイール４８への振動伝達が心金に達するまでに低減できる。また、複雑な構造にしなくてもよいので、部品点数が削減でき加工が容易になるので生産性が向上する。

実施例２に係るウォームギヤ機構４４Ａを図１５及び図１６に基づき説明する。実施例２のウォームギヤ機構Ａは、上記図１に示される電動パワーステアリング装置１０に搭載される、斜交軸ウォームギヤ機構である。図１５に示される実施例２のウォームギヤ機構４４Ａの基本的な構成は、上記図６に示される実施例１のウォームギヤ機構４４の構成と実質的に同じである。つまり、図１５に示されるように、実施例２のウォームギヤ機構４４Ａは、ウォーム４７Ａの歯１７ａの圧力角αａをウォームホイール４８の歯４８ａの圧力角αよりも大きく設定したことを特徴とする（αａ＞α）。なお、ウォーム４７Ａは、実施例１のウォーム４７（図６参照）に対して、圧力角αａが相違する他には、同じ構成である。

このような簡単な構成によって、ウォーム４７Ａの第２歯４７ａ２の第２交点Ｘ２とウォームホイール４８の第２歯４８ａ２の第２交点Ｙ２との間には、大きさδ２の隙間Ｓ２を有し、ウォーム４７Ａの第３歯４７ａ３の第３交点Ｘ３とウォームホイール４８の第３歯４８ａ３の第３交点Ｙ３との間には、大きさδ３の隙間Ｓ３を有する。つまり、幾何学的噛み合い作用線Ｌｒ上において、ウォーム４７Ａとウォームホイール４８の歯の噛み合い点の一部に隙間Ｓ２，Ｓ３を設けることができる。

実施例２のウォームギヤ機構４４Ａの他の構成・作用については、上記図１〜図１４に示される実施例１の構成・作用と同じなので、説明を省略する。

図１６は、図１５に示されたウォーム４７Ａのねじ山４７ａの断面を示している。上述のように、ウォーム４７Ａの歯１７ａ（ねじ山４７ａ）の圧力角はαａである。一方、図１５に示されているウォームホイール４８の歯４８ａを歯切りするための、ホブ９０の歯９１が図１６に想像線によって表されている。ホブ９０の歯９１の圧力角αは、ウォームホイール４８の歯４８ａの圧力角と同じである。

なお、本発明では、インボリュート歯形にて弾性変形の説明を行ったが、歯形については、インボリュートだけでなくサイクロイド歯形や円弧歯形をベースにしても同じような効果が得られる。

本発明のウォームギヤ機構４４，４４Ａは、ステアリングハンドル２１で発生した操舵トルクを操舵トルクセンサ４１にて検出し、この操舵トルクセンサ４１の検出信号に応じて電動モータ４３が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４４，４４Ａを介してステアリング系２０に伝える車両用電動パワーステアリング装置１０に好適である。

１０…電動パワーステアリング装置、２０…ステアリング系、２１…ステアリングハンドル、２４…ウォームホイールの軸、２９…操舵車輪、４３…電動モータ、４４，４４Ａ…ウォームギヤ機構、４６…ウォームの軸、４７，４７Ａ…ウォーム、４７ａ…ウォームの歯、４７ｂ…歯元、４７ｄ…歯末、４７ｆ…歯底、４８…ウォームホイール、４８ａ…ウォームホイールの歯、Ｓ２，Ｓ３…隙間、Ｃｄ…基準ピッチ線、α…ウォームホイールの歯の圧力角、αａ…ウォームの歯の圧力角。

Claims (5)

1. ウォームの軸に対してウォームホイールの軸を、直角ではない角度で交差する方向に配置し、前記ウォームに前記ウォームホイールを噛み合わせたウォームギヤ機構において、
   前記ウォームは、少なくとも歯が金属材料によって構成され、
   前記ウォームホイールは、少なくとも歯が樹脂材料によって構成され、
   前記ウォームの歯と前記ウォームホイールの歯の、幾何学的噛み合い作用線上において、前記ウォームの歯と前記ウォームホイールの歯の噛み合い点のうち、前記ウォームの歯の最も歯元側で噛み合う点を基準点とし、この基準点に対し前記ウォームホイールの歯の歯幅方向に前記噛み合い点が離れるほど、この噛み合い点における隙間を大きく設定することで、前記ウォームホイールに生じるスラスト方向の荷重が低減するように構成されていることを特徴としたウォームギヤ機構。
2. 前記隙間は、前記ウォームの歯において、歯元の歯厚が歯底から基準ピッチ線の付近にかけて漸減する漸減度合いに対し、歯末の歯厚が前記基準ピッチ線の付近から歯先にかけて漸減する漸減度合いを大きく設定することで、構成されていることを特徴とした請求項１記載のウォームギヤ機構。
3. 前記隙間は、前記ウォームの歯の圧力角を前記ウォームホイールの歯の圧力角よりも大きく設定することで、構成されていることを特徴とした請求項１記載のウォームギヤ機構。
4. 前記ウォームホイールの歯は、平歯であることを特徴とした請求項１から請求項３までのいずれか１項記載のウォームギヤ機構。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項のウォームギヤ機構と、車両のステアリングハンドルから操舵車輪に至るステアリング系と、トルクを発生するとともにこのトルクを前記ウォームギヤ機構を介して前記ステアリング系に伝える電動モータと、を備えたことを特徴とするウォームギヤ機構を搭載した電動パワーステアリング装置。

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