JP5172754B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、ウォームギヤによって構成される減速機構を備えた電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus including a speed reduction mechanism constituted by a worm gear.
食違い歯車要素であるねじ山(歯)の歯面を凹円弧状に形成して正転位したものは、特許文献1に記載のようにニーマン歯形あるいはニーマンウォームと呼ばれ、接触線が立つと同時に歯面の相対曲率半径が大きくなって効率が増し、負荷能力が上がるとされている。 When the tooth face of the screw thread (tooth), which is a staggered gear element, is formed in a concave arc shape and is forwardly displaced, it is called a Neiman tooth profile or a Neiman worm as described in Patent Document 1, and a contact line stands. At the same time, it is said that the relative curvature radius of the tooth surface is increased to increase efficiency and load capacity.
しかしながら、ニーマン歯形あるいはニーマンウォームと呼ばれるものは、前述のように、そのねじ山の歯面が凹円弧状となっていることから、ウォームのねじ山の歯先とウォームホイールの歯面との面圧が大きくなる傾向がある。とりわけ、ウォームホイールを樹脂材によって形成した場合には、該ウォームホイールがウォームからの入力に応じて撓み変形することとなり、ウォーム側の歯先とウォームホイールの側の歯面との面圧が大きくなってしまい、これによって、ウォームギヤの噛み合いが不安定になってしまうという問題があった。 However, what is called a Neiman tooth profile or Neiman worm, as described above, has a concave arc shape on the thread tooth surface, so that the surface of the worm thread tip and the worm wheel tooth face. The pressure tends to increase. In particular, when the worm wheel is formed of a resin material, the worm wheel is bent and deformed in response to input from the worm, and the surface pressure between the tooth tip on the worm side and the tooth surface on the worm wheel side is large. As a result, there has been a problem that the meshing of the worm gear becomes unstable.
本発明は、かかる技術的課題に鑑みて案出されたものであって、ウォーム側の歯先とウォームホイールの側の歯面との面圧を低減し得るウォームギヤを備えた電動パワーステアリング装置を提供するものである。 The present invention has been devised in view of such technical problems, and provides an electric power steering apparatus including a worm gear that can reduce the surface pressure between the tooth tip on the worm side and the tooth surface on the worm wheel side. It is to provide.
本願請求項1に記載の発明は、とりわけ、その歯面である第1の歯面が単一の半径である第1の半径を有する凹円弧状に形成された歯形のねじ山を有する金属材からなるウォームシャフトと、樹脂材からなる歯部を有し、前記ウォームシャフト側の歯形に対応してその歯面である第2の歯面が単一の半径である第2の半径を有する歯切り工具によって凸状に形成された歯形をもって当該ウォームシャフトと噛み合うウォームホイールと、を備えた電動パワーステアリングにおいて、前記第1の半径を前記第2の半径よりも大きく設定すると共に、前記第1の歯面の圧力角である第1の圧力角を歯切り工具のピッチ線上における圧力角である第2の圧力角よりも大きくなるように設定したことを特徴としている。 The invention according to claim 1 of the present invention is, in particular, a metal material having a tooth-shaped thread formed in a concave arc shape having a first radius whose first tooth surface is a single radius. And a tooth portion made of a resin material and having a second radius corresponding to the tooth profile on the worm shaft side, the second tooth surface being a single radius. In an electric power steering system including a worm wheel that meshes with the worm shaft with a tooth shape that is convexly formed by a cutting tool, the first radius is set larger than the second radius, and the first radius The first pressure angle that is the pressure angle of the tooth surface is set to be larger than the second pressure angle that is the pressure angle on the pitch line of the gear cutting tool.
本願請求項4に記載の発明は、とりわけ、その歯面である第1の歯面が凹状に形成された歯形のねじ山を有する金属材からなるウォームシャフトと、樹脂材からなる歯部を有し、前記ウォームシャフト側の歯形に対応してその歯面である第2の歯面が凸状に形成された歯形をもって当該ウォームシャフトと噛み合うウォームホイールと、を備えた電動パワーステアリングにおいて、前記第1の歯面と前記第2の歯面との噛み合いを、前記第1の歯面側から前記第2の歯面側に前記電動モータの回転力が伝達されない無負荷状態において、前記ウォームシャフトのねじ山の歯末側に前記第1の歯面と前記第2の歯面とが接触しない非接触部が設けられて該ウォームシャフトのねじ山の歯元側に前記第1の歯面と前記第2の歯面とが接触する接触部が設けられるように、かつ、前記第1の歯面側から前記第2の歯面側に前記電動モータの回転力が伝達される負荷状態において、前記第1の歯面と前記第2の歯面との噛み合いによって生じる前記第1の歯面の面圧が前記歯末側よりも前記歯元側において大きくなるように設定したことを特徴としている。
The invention according to
本願請求項5に記載の発明は、とりわけ、その歯先に凸状のプロファイルとなる歯先修正部を有すると共にその歯面である第1の歯面が凹状に形成された歯形のねじ山を有する金属材からなるウォームシャフトと、樹脂材からなる歯部を有し、前記ウォームシャフト側の歯形に対応してその歯面である第2の歯面が凸状に形成された歯形をもって当該ウォームシャフトと噛み合うウォームホイールと、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記第1の歯面と前記第2の歯面との噛み合いを、前記第1の歯面側から前記第2の歯面側に前記電動モータの回転力が伝達されない無負荷状態において、前記ウォームシャフトのねじ山の前記歯先修正部を除く歯末側に前記第1の歯面と前記第2の歯面とが接触しない非接触部が設けられるように、かつ、前記第1の歯面側から前記第2の歯面側に前記電動モータの回転力が伝達される負荷状態において、前記歯先修正部を除く歯丈全域に接触するように設定したことを特徴としている。
The invention according to
本発明によれば、第1の半径と第2の半径および第1の圧力角と第2の圧力角をそれぞれ同一とした場合に比べて、ウォームシャフト側の歯先がウォームホイール側の歯面から離間する方向へ変化することとなる。これにより、ウォームホイール側の歯面に対するウォームシャフト側の歯先の接触が緩和され、ウォームギヤとしての噛み合いを滑らかにすることができる。 According to the present invention, compared with the case where the first radius and the second radius and the first pressure angle and the second pressure angle are the same, the tooth tip on the worm shaft side is the tooth surface on the worm wheel side. It will change in the direction away from. Thereby, the contact of the tooth tip on the worm shaft side with the tooth surface on the worm wheel side is relieved, and the meshing as the worm gear can be made smooth.
以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、各実施の形態では、この電動パワーステアリング装置を、例えば自動車用のラック・ピニオン式ステアリング装置に適用したものを示している。 Hereinafter, embodiments of an electric power steering apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each embodiment, the electric power steering device is applied to, for example, a rack and pinion type steering device for an automobile.
図1〜図7は本発明の電動パワーステアリング装置の第1実施形態を示し、この電動パワーステアリング装置は、図1に示すように、一端側が図外のステアリングホイールと一体回転可能に連係される入力軸1の他端部に、一端側が周知のラック・ピニオン機構4を介して図外の転舵輪に連係される出力軸2の他端部がトーションバー3を介して相対回転可能に連結され、これらによって本発明の操舵機構が構成されている。また、前記ラック・ピニオン機構4は、出力軸2の一端部に創成されたピニオン歯2aとこれに噛合するラック歯5aを所定の軸方向範囲に有するラック軸5とから構成され、ラック軸5の両端が図外のタイロッドを介して転舵輪に連結されている。
1 to 7 show a first embodiment of an electric power steering apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, one end of the electric power steering apparatus is linked to a steering wheel (not shown) so as to be integrally rotatable. The other end of the
かかる構成から、ステアリングホイールを回転させると、これに同期して入力軸1が回転することによってトーションバー3が捩られ、該トーションバー3の弾性力によって入力軸1に追従して出力軸2が回転することとなる。すると、この出力軸2の回転運動がラック軸5の直線(軸方向)運動に変換され、このラック軸5の軸方向移動に伴い前記タイロッドを介して図外のナックルが左右に引っ張られることで、転舵輪が転舵されることとなる。
With this configuration, when the steering wheel is rotated, the
また、この電動パワーステアリング装置は、図1のほか図2に示すように、入力軸1と出力軸2との接続部の外周側に設けられたハウジング6と、該ハウジング6内に収容され、入力軸1と出力軸2の相対回転変位量に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサ7と、該トルクセンサ7の検出結果や車速信号等に基づいて図外のコントロールユニットによって駆動制御され、操舵トルクに応じた補助トルクを発生する正逆回転可能な電動モータ8と、該電動モータ8の回転力を出力軸2に伝達する減速機構10と、を備えている。これにより、運転者が操舵を行うと、その操舵方向に応じて電動モータ8の回転駆動方向が切り換えられて、減速機構10の出力をもって前記運転者の操舵トルクに応じた補助トルクが出力軸2に付与されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 2 in addition to FIG. 1, the electric power steering device is housed in a
前記減速機構10は、図3に示すような食違い歯車の一種であるウォームギヤであって、電動モータ8の駆動軸8aの先端部にこれを延長するように同軸上に連結され、両端部が第1、第2軸受18a,18bによって回転自在に支持されたウォームシャフト11と、出力軸2の外周に固定され、ウォームシャフト11に対して捩れの関係(軸角が90°)をもって噛み合うウォームホイール12と、から構成されている。
The
さらに、前記第1軸受18aによって軸受けされるウォームシャフト11の一端部には、該ウォームシャフト11とウォームホイール12のバックラッシを調整するバックラッシ調整機構30が設けられている。このバックラッシ調整機構30は、第1軸受18aに図2中の上方から被嵌して該第2軸受18bを嵌合保持する軸受保持部材31と、該軸受保持部材31の外周側に嵌着されたOリング32と、から構成されている。そして、前記軸受保持部材31は、第1軸受18aを保持する固定部31aと、ウォームホイール12とは反対側に設けられて該ウォームホイール12の径方向において固定部31aに対し相対変形可能な可動部31bと、を有しており、Oリング32の緊縛力によって第1軸受18aと共にウォームシャフト11の一端部をウォームホイール12側に付勢することによって前記両者11,12のバックラッシを調整するようになっている。
Furthermore, a
ここで、上記ウォームギヤを構成しているウォームシャフト11とウォームホイール12は、少なくとも両者の噛み合い部では異材質同士が噛み合うようになっている。すなわち、ウォームシャフト11は金属材によって形成される一方、ウォームホイール12は、歯形を含む表層部(いわゆるリムと称される部分)12aが例えばガラス繊維等の強化繊維を含まない樹脂材によって形成されると共に、それ以外の部分である本体部(いわゆるボスと称される部分とアームと称される部分とを含む)12bが金属材によって歯車状に形成され、両者12a,12bがいわゆるインサート成形によって一体成形されている。
Here, the
そして、前記ウォームシャフト11は、その歯部となるねじ山13の数が3条の多条ウォームシャフトとして形成されていると共に、図4中において実線で示すように、そのねじ山13における歯形の両側の歯面(本発明の第1の歯面)14が単一の曲率半径(本発明の第1の半径)R1を有する凹円弧状に形成されていて、先に述べたいわゆるニーマン歯形あるいはニーマンウォームと呼ばれるものとして構成されている。他方、ウォームホイール12は、その歯部15が図5に示すような歯形の両側の歯面22が単一の曲率半径(本発明の第2の半径)R2によって凹円弧状に形成された歯部21を有する歯切り工具20によって歯切り(切削)され、ウォームシャフト11側の歯形に対応して歯面(本発明の第2の歯面)17が凸円弧状に形成された歯形をもって当該ウォームシャフト11と噛み合うようになっている。ここで、ウォームシャフト11のねじ山13の歯先には、テーパあるいは円弧状に面取りしてなる凸状のプロファイルを有する歯先修正部15が設けられていて、ウォームホイール12との噛み合いがより滑らかとなるように調整されている。
The
また、先に述べたように、いわゆるニーマン歯形あるいはニーマンウォームと呼ばれるものは、ウォームホイールとの噛み合いにおいて、その歯末側(特に歯先近傍)の面圧が高くなる傾向にあることから、本実施形態に係るウォームシャフト11にあっては、図4中に破線で示すような基準となる従来の歯形Xに対し、その歯末14a側の歯面14に図4中に実線で示すような以下の特異な調整が施されている。具体的には、本実施形態に係るウォームシャフト11においては、そのねじ山13の歯面14の曲率半径R1が、歯切り工具20の歯部21の歯面22の曲率半径R2よりも大きくなるように、かつ、当該歯面14のピッチ線M上における圧力角(本発明の第1の圧力角)α1が、歯切り工具20の歯面22のピッチ線N上における圧力角(本発明の第2の圧力角)α2よりも大きくなるように、つまり、(R1>R2)∩(α1>α2)の関係となるように設定されている。
In addition, as described above, what is called a Neiman tooth profile or Neiman worm has a tendency that the surface pressure on the end of the tooth (particularly in the vicinity of the tooth tip) tends to increase when meshing with the worm wheel. In the
すなわち、ウォームシャフト11とウォームホイール12との噛み合い時に、ウォームシャフト11の歯面14からウォームホイール12の歯面17に電動モータ8の回転力が伝達されない状態(無負荷状態)において、ウォームシャフト11のねじ山13のピッチ線Mよりも歯先側となる歯末14a側に前記両歯面14,17が相互に接触しない非接触部が設けられると共に当該ウォームシャフト11のねじ山13のピッチ線Mよりも歯底側となる歯元14b側の前記両歯面14,17が相互に接触する接触部が設けられ、かつ、ウォームシャフト11側の歯面14からウォームホイール12側の歯面17に電動モータ8の回転力が伝達される状態(負荷状態)において、前記両歯面14,17の噛み合いによって生じるウォームシャフト11側の歯面14の面圧が歯末側よりも歯元側において大きくなるように構成されている。なお、前記負荷状態とは、車速が時速0キロメートルであって、かつ、ステアリングを据え切りした状態を意味している。
That is, when the
換言すれば、ウォームシャフト11とウォームホイール12との噛み合い時に、ウォームシャフト11の歯面14からウォームホイール12の歯面17に電動モータ8の回転力が伝達されない状態(無負荷状態)において、ウォームシャフト11のねじ山13の歯先修正部15を除くピッチ線Mよりも歯先側となる歯末14a側に前記両歯面14,17が相互に接触しない非接触部が設けられ、かつ、ウォームシャフト11側の歯面14からウォームホイール12側の歯面17に電動モータ8の回転力が伝達される状態(負荷状態)において、ウォームシャフト11側の歯先修正部15を除く歯面14がウォームホイール12側の歯面17に対して歯丈方向の全域で接触するように構成されている。
In other words, when the
このようにして、前記ウォームシャフト11のねじ山13の歯面14につき、上記のように構成することで、従来の基準となる歯形Xの形状(プロファイル)と比べて、ピッチ線Mよりも歯先14c側となる歯末14a側がより先細るようなプロファイルに設定され、ウォームホイール12との噛み合い時における歯末14a側(特に歯先14c近傍)の面圧が低くなるように構成されている。
In this manner, the
ここで、当該歯面14につき、図6に示すように、前記曲率半径R1のみを変更(大きく)することによっても歯末14a側を先細り状に形成することはできるが、この場合には歯元14b側も細くなってしまうことから、該歯元14b側のプロファイルが適正である場合における歯末14a側のプロファイルを調整する手段として有効なものとはいえず、また、図7に示すように、前記圧力角α1のみを変更(大きく)することによっても歯末14a側を先細りに形成することはできるが、この場合には歯元14b側が太くなってしまうことから、該歯元14b側のプロファイルが適正である場合における歯末14a側のプロファイルを調整する手段として有効なものであるとはいえない。なお、図6及び図7の各図においては、破線が前記基準となる従来の歯形を示し、実線が従来の歯形に変更を加えたものを示している。
Here, as shown in FIG. 6, the tooth end 14 a side can be tapered by changing (enlarging) only the radius of curvature R 1 as shown in FIG. Since the
そこで、図4に示すように、本実施形態の構成のごとく前記曲率半径R1と前記圧力角α1の両方を変更することで、前記曲率半径R1のみの変更による効果と前記圧力角α1のみの変更による効果とが合成されることとなって、歯末14a側のプロファイルはより先細る形状となる一方、歯元14b側のプロファイルはほとんど変更されない歯形を得ることができる。つまり、言い換えれば、歯元14b側のプロファイルを変更することなく歯末14a側のプロファイルのみを先細り状に変更することが可能となる。
Therefore, as shown in FIG. 4, by changing both the radius of curvature R1 and the pressure angle α1 as in the configuration of the present embodiment, the effect of changing only the radius of curvature R1 and the change of only the pressure angle α1. As a result, the profile on the
また、前記ウォームシャフト11については、その歯面14の前記圧力角α1と歯切り工具20の歯面22の前記圧力角α2との差が、ウォームシャフト11とウォームホイール12のピッチ円から当該ウォームシャフト11の歯元14b側へ向かうにつれて小さくなり、該歯底14d付近においてほぼ等しくなるように設定されている。換言すれば、本実施形態に係るウォームシャフト11にあっては、前記特異な構成(調整)により、その歯形につき、歯先14c側のプロファイルのみが変更され、歯底14d付近のプロファイルが変化してしまうことはない。つまり、かかる設定によれば、歯元14b側(歯底14d付近)のプロファイルについては維持することが可能となるため、歯末14a側のプロファイルのみを変更したい場合に有効となる。
Further, with respect to the
以上のような本実施形態に係る減速機構10を構成するウォームギヤは、以下のような手順によって製造される。
The worm gear constituting the
すなわち、前記ウォームシャフト11にあっては、まず、所定の軸長に切断した素材の両端部を所定の外径に切削加工すると共に、その中間部にホブ等の歯切り工具を用いて歯切りを行うことによってねじ山13を形成する。続いて、浸炭焼入れ等の熱処理を行った後、研削による仕上げ加工を行う。特に、ねじ山13の歯面14については、最大径部の半径が全周において同一となる円形砥石によって研削を行い、その歯面14全体を研削する。なお、上記のような円形砥石によって研削を行うこととすれば、この円形砥石はその全周において同じように摩耗することとなるため、当該円形砥石の偏摩耗の発生が抑制される。これにより、当該砥石が摩耗しても、ウォームシャフト11側の歯面14の仕上がり形状を均一にすることが可能となる。
That is, in the
また、ここで、いわゆるニーマンウォームを用いたウォームギヤにおいては、ウォームシャフト11のねじ山13の歯形によって当該ねじ山13の歯先14cとウォームホイール12の歯面17との面圧が大きくなる傾向があるため、かかる面圧を高める要因となるねじ山13の歯末14a側、つまりピッチ線Mよりも歯先14c側を研削することにより、ウォームシャフト11とウォームホイール12の噛み合いを滑らかにすることが可能となる。また、歯元14b側、つまりピッチ線Mよりも歯底14d側を研削するにあたっては、ピッチ線Mから歯底14dに亘るまでの範囲を研削するようにすることで、研削の有無による境界部に応力集中が発生してしまうおそれがなくなり、これによって、ウォームシャフトの曲げ応力を向上させることが可能となる。このことから、ねじ山13の研削については、その歯面14全体を研削することが望ましいといえる。
Here, in the worm gear using the so-called Neiman worm, the surface pressure between the
一方、前記ウォームホイール12については、前記本体部12bを切削あるいは焼結等によって形成し、該本体部12bの外周に前記表層部12aを構成する樹脂材をインサート成形等によって一体化した後、該表層部12aとなる樹脂材の外周部にホブ等の前記歯切り工具20によって歯部16を形成することにより完成する。
On the other hand, for the
以上のように、この実施形態に係る電動パワーステアリング装置によれば、前記ウォームシャフト11のねじ山13の歯面14を上述のように構成(調整)することで、その歯面14の曲率半径R1と前記歯切り工具20の歯面22の曲率半径R2および当該歯面14のピッチ線Mにおける圧力角α1と前記歯切り工具20の歯面22のピッチ線Nにおける圧力角α2をそれぞれ同一とした従来に比べて、ウォームシャフト11側の歯先14cがウォームホイール12側の歯面17から離間する方向へ変化することとなる。これにより、ウォームホイール12側の歯面17に対するウォームシャフト11側の歯先14cの接触が緩和され、ウォームギヤとしての噛み合いを滑らかにすることができる。
As described above, according to the electric power steering apparatus according to this embodiment, by configuring (adjusting) the
しかも、かかる構成によれば、ウォームシャフト11のねじ山13の歯形について、その歯元14b側(特に歯底14d近傍)については基準となる従来の歯形Xのプロファイルを維持したまま、その歯末14a側(特に歯先14c近傍)のみを先細り状となるプロファイルに形成することができる。つまり、言い換えれば、前記ニーマンウォームの課題であるウォームホイール12との噛み合い時における歯末14a側(特に歯先14c近傍)の面圧の増大化のみを抑制することが可能となる。この結果、ウォームホイール12側の歯面17に対し、ウォームシャフト11側の歯面14の全体に亘って滑らかな噛み合いを得ることができる。
Moreover, according to such a configuration, the tooth profile of the
また、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置にあっては、前記バックラッシ調整機構30が設けられていることから、該バックラッシ調整機構30による前記バックラッシ調整作用によってウォームシャフト11とウォームホイール12の噛み合い角度がずれてしまうおそれがあるが、ウォームシャフト11側の歯形を上述のような特異なものとすることで、前記両者11,12の噛み合い角度のずれを低減し、当該両者11,12間に良好な噛み合いを確保することが可能となっている。
Further, in the electric power steering apparatus according to the present embodiment, since the
また、前記ウォームホイール12にあっては、その歯部16を構成する表層部12aを樹脂材によって形成されていることから、ウォームシャフト11との噛み合い時において、歯打ち音の低減化が図れることは勿論、当該歯部16を弾性変形および熱膨張させることによるバックラッシ低減効果も期待できる。しかも、その樹脂材は強化繊維を含んでいないことから、当該ウォームホイール12の歯部16を歯切りする際の作業効率が向上すると共に、ウォームシャフト11のねじ山13を傷つけてしまうおそれもない。換言すれば、ウォームホイール12側の歯部16の歯面17を凸円弧状とすることで、その歯厚が大きくなって当該歯部16の強度が増すことから、前記表層部12aを形成する樹脂材には強化繊維を混入させなくとも十分な強度が確保可能となっている。
Further, in the
そして、このように、ウォームホイール12の歯部16が、強化繊維を含まない樹脂材によって形成されていることから、ウォームシャフト11との噛み合い時において当該歯部16が弾性変形しやすくなっており、これによって、前記負荷状態における路面からの入力等を当該歯部16によって吸収させることもできる。
And since the
さらに、前記ニーマンウォームにおいては、その歯形に基づいて、圧力角が大きく、これによってシャフト曲げ剛性が大きくなる傾向にあるが、ウォームシャフト11を上述のような特異な構成とすることで、圧力角の高い歯元14b側における負荷が増大してしまい、これに伴ってシャフトの曲げ分力も増大することとなるが、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置に用いる減速機構10にあっては、ウォームシャフト11のねじ山13が3条の多条ウォームシャフトとして形成されていることから、ウォームシャフト11の軸直角断面における剛性も高められる。
Further, in the Neiman worm, the pressure angle is large on the basis of its tooth profile, and this tends to increase the shaft bending rigidity. However, the
図8は、本発明の第2実施形態を示し、前記第1実施形態におけるウォームシャフト11のねじ山13の歯面14の構成を変更したものである。
FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention, in which the configuration of the
すなわち、本実施形態に係るウォームシャフト11のねじ山13の歯形は、その歯元14bが前記第1実施形態と同様の前記曲率半径R1をもって凹円弧状に形成されると共に、その歯末14aがピッチ線Mにおける前記曲率半径R1に対する接線によって延長した直線状に形成されている。
That is, the tooth profile of the
かかる構成によっても、前記第1実施形態と同様、前記ウォームシャフト11とウォームホイール12との噛み合いにおいて、ウォームシャフト11側の歯先14cがウォームホイール12側の歯面17から離間する方向へ変化することとなって、ウォームホイール12側の歯面17に対するウォームシャフト11側の歯先14cの接触が緩和され、この結果、ウォームギヤとしての噛み合いを滑らかにすることができる。
Even with this configuration, the
換言すれば、この実施形態に係る構成によっても、前記ウォームシャフト11のねじ山13の歯形について、前記第1実施形態と同様、その歯末14a側(特に歯先14c近傍)において基準となる従来の歯形Xよりも先細り状となるプロファイルに形成しつつ、その歯元14b側(特に歯底14c近傍)において基準となる従来の歯形Xのプロファイルを維持することができる。つまり、ニーマンウォームの課題であるウォームホイール12との噛み合い時における歯末14a側(特に歯先14c近傍)の面圧の増大化のみの抑制が図れ、ウォームホイール12側の歯面17に対し、ウォームシャフト11側の歯面14の全体に亘って滑らかな噛み合いを得ることができる。
In other words, even in the configuration according to this embodiment, the tooth profile of the
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えばウォームシャフト11のねじ山13の条数や歯数、ウォームホイール12の歯数等については、電動パワーステアリング装置の仕様等に応じて自由に変更することができる。
The present invention is not limited to the configuration of each of the above-described embodiments. For example, the number of
前記実施の形態から把握される前記各請求項に記載した以外の技術的思想について以下に説明する。
(1)前記ウォームシャフトは、その最大径部の半径が全周において同一となる円形砥石によって研削されることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
The technical ideas other than those described in the above claims ascertained from the embodiments will be described below.
(1) The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the worm shaft is ground by a circular grindstone having a radius of a maximum diameter portion which is the same in the entire circumference.
かかる構成によれば、円形砥石がその全周において同じように摩耗することとなって、偏摩耗の発生が抑制される。これにより、当該砥石が摩耗しても、ウォームシャフト側の歯面の仕上がり形状を均一にすることができる。
(2)前記第1の歯面は、前記ウォームシャフトとウォームホイールのピッチ円から歯先に亘って研削加工が施されていることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
According to this configuration, the circular grindstone is similarly worn on the entire circumference, and the occurrence of uneven wear is suppressed. Thereby, even if the said grindstone wears, the finished shape of the tooth surface by the side of a worm shaft can be made uniform.
(2) The electric power steering device according to claim 1, wherein the first tooth surface is ground from the pitch circle of the worm shaft and the worm wheel to the tooth tip.
ニーマンウォームを用いたウォームギヤにおいては、そのウォームの歯形によって、ウォームのねじ山の歯先とウォームホイールの歯面との面圧が大きくなる傾向がある。そこで、かかる面圧を高める要因となるウォームの歯先側を研削することで、両者の噛み合いを滑らかにすることが可能となる。
(3)前記第1の歯面は、前記ウォームシャフトとウォームホイールのピッチ円から歯底に亘って研削加工が施されていることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
In a worm gear using a Neiman worm, the surface pressure between the tooth tip of the worm thread and the tooth surface of the worm wheel tends to increase depending on the tooth profile of the worm. Accordingly, by grinding the tooth tip side of the worm, which is a factor for increasing the surface pressure, it becomes possible to make the meshing of both smooth.
(3) The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the first tooth surface is ground from the pitch circle of the worm shaft and the worm wheel to the tooth bottom.
歯元において歯底まで研削加工を施さない場合には、ピッチ円側の研削加工が施された部分と歯底側の研削加工が施されなかった部分との間に境界部が形成されてしまい、この境界部に応力集中が発生してしまう。そこで、上記のように歯底まで研削加工を施すことで、一部に応力集中が発生してしまうおそれがなくなり、その結果、ウォームシャフトの曲げ応力を向上させることが可能となる。
(4)弾性部材の弾性力に基づいて前記ウォームシャフトを前記ウォームホイール側へ付勢することによって該両者間のバックラッシを低減するバックラッシ調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
When grinding is not performed to the root at the root, a boundary portion is formed between the portion subjected to the grinding on the pitch circle side and the portion not subjected to the grinding on the bottom side. , Stress concentration occurs at the boundary. Thus, by grinding to the bottom of the tooth as described above, there is no risk of stress concentration occurring in part, and as a result, the bending stress of the worm shaft can be improved.
(4) The apparatus according to claim 1, further comprising a backlash adjusting mechanism that reduces backlash between the two by biasing the worm shaft toward the worm wheel based on an elastic force of an elastic member. Electric power steering device.
バックラッシ調整機構を設けた場合、ウォームシャフトとウォームホイールの噛み合い角度がずれてしまうおそれがあるが、ウォームシャフトとウォームホイールの歯面のプロファイルを請求項1のような特異なものとすることで、前記両者の噛み合い角度のずれを低減し、当該両者間に良好な噛み合いを確保し得る。
(5)前記樹脂材によって形成されるウォームホイールの歯部は、強化繊維を含まない樹脂材によって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
When the backlash adjustment mechanism is provided, the meshing angle between the worm shaft and the worm wheel may be shifted. The shift of the engagement angle between the two can be reduced, and a good engagement can be secured between the two.
(5) The electric power steering device according to claim 1, wherein a tooth portion of the worm wheel formed of the resin material is formed of a resin material not including a reinforcing fiber.
かかる構成とすることで、ウォームホイール側の歯面を歯切り工具によって歯切りを行う際の効率化が図れる。
(6)前記ウォームシャフトは、3条歯によって構成されることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
By setting it as this structure, the efficiency at the time of gear-cutting the tooth surface by the side of a worm wheel can be achieved.
(6) The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the worm shaft is constituted by three teeth.
ニーマンウォームは、その歯形に基づき圧力角が大きく、シャフト曲げ剛性が大きくなる傾向にあり、また、ウォームシャフトを請求項1のような構成とすることで、圧力角の高い歯元における負荷が増大し、これに伴ってシャフトの曲げ分力も増大することとなる。そこで、ウォームシャフトを3条歯とすることで、ウォームシャフトの軸直角断面における剛性を向上させることが可能となる。
(7)前記負荷状態とは、車速が時速0キロメートルであって、かつ、ステアリングホイールを据え切りした状態であることを特徴とする請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
The Neiman worm has a tendency that the pressure angle is large and the shaft bending rigidity tends to be large based on its tooth profile, and the load at the tooth root having a high pressure angle is increased by configuring the worm shaft as in claim 1. As a result, the bending component of the shaft also increases. Therefore, by setting the worm shaft to three teeth, it is possible to improve the rigidity in the cross section perpendicular to the axis of the worm shaft.
(7) The electric power steering apparatus according to
少なくとも車速がゼロの時にステアリングを切る状態において、樹脂材で形成されたウォームホイール側の歯部が弾性変形する当該歯部を形成することで、路面からの入力等をウォームホイール側の歯部によって吸収させることが可能となり、その結果、操舵フィーリングの向上に供される。
(8)前記第1の歯面は、前記ウォームシャフトとウォームホイールのピッチ円から歯先に亘って研削加工が施されていることを特徴とする請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
In the state where the steering is turned off at least when the vehicle speed is zero, the tooth part on the worm wheel side formed of a resin material is elastically deformed so that the input from the road surface or the like is received by the tooth part on the worm wheel side As a result, the steering feeling can be improved.
(8) The electric power steering apparatus according to
ニーマンウォームを用いたウォームギヤにおいては、そのウォームの歯形によって、ウォームのねじ山の歯先とウォームホイールの歯面との面圧が大きくなる傾向がある。そこで、かかる面圧を高める要因となるウォームの歯先側を研削することで、両者の噛み合いを滑らかにすることが可能となる。
(9)前記第1の歯面は、前記ウォームシャフトとウォームホイールのピッチ円から歯底に亘って研削加工が施されていることを特徴とする請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
In a worm gear using a Neiman worm, the surface pressure between the tooth tip of the worm thread and the tooth surface of the worm wheel tends to increase depending on the tooth profile of the worm. Accordingly, by grinding the tooth tip side of the worm, which is a factor for increasing the surface pressure, it becomes possible to make the meshing of both smooth.
(9) The electric power steering device according to
歯元において歯底まで研削加工を施さない場合には、ピッチ円側の研削加工が施された部分と歯底側の研削加工が施されなかった部分との間に境界部が形成されてしまい、この境界部に応力集中が発生してしまう。そこで、上記のように歯底まで研削加工を施すことで、一部に応力集中が発生してしまうおそれがなくなり、その結果、ウォームシャフトの曲げ応力を向上させることが可能となる。
(10)弾性部材の弾性力に基づいて前記ウォームシャフトを前記ウォームホイール側へ付勢することによって該両者間のバックラッシを低減するバックラッシ調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
When grinding is not performed to the root at the root, a boundary portion is formed between the portion subjected to the grinding on the pitch circle side and the portion not subjected to the grinding on the bottom side. , Stress concentration occurs at the boundary. Thus, by grinding to the bottom of the tooth as described above, there is no risk of stress concentration occurring in part, and as a result, the bending stress of the worm shaft can be improved.
(10) The backlash adjusting mechanism further reduces a backlash between the two by biasing the worm shaft toward the worm wheel based on an elastic force of an elastic member. Electric power steering device.
バックラッシ調整機構を設けた場合、ウォームシャフトとウォームホイールの噛み合い角度がずれてしまうおそれがあるが、ウォームシャフトとウォームホイールの歯面のプロファイルを請求項4のような特異なものとすることで、前記両者の噛み合い角度のずれを低減し、当該両者間に良好な噛み合いを確保し得る。
(11)前記樹脂材によって形成されるウォームホイールの歯部は、強化繊維を含まない樹脂材によって形成されていることを特徴とする請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
When the backlash adjustment mechanism is provided, the meshing angle between the worm shaft and the worm wheel may be shifted, but by making the profile of the tooth surface of the worm shaft and the worm wheel unique as in
(11) The electric power steering device according to
かかる構成とすることで、ウォームホイール側の歯面を歯切り工具によって歯切りを行う際の効率化が図れる。
(12)前記負荷状態とは、車速が時速0キロメートルであって、かつ、ステアリングホイールを据え切りした状態であることを特徴とする請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。
By setting it as this structure, the efficiency at the time of gear-cutting the tooth surface by the side of a worm wheel can be achieved.
(12) The electric power steering apparatus according to
少なくとも車速がゼロの時にステアリングを切る状態において、樹脂材で形成されたウォームホイール側の歯部が弾性変形する当該歯部を形成することで、路面からの入力等をウォームホイール側の歯部によって吸収させることが可能となり、その結果、操舵フィーリングの向上に供される。
(13)前記第1の歯面は、前記ウォームシャフトとウォームホイールのピッチ円から歯先に亘って研削加工が施されていることを特徴とする請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。
In the state where the steering is turned off at least when the vehicle speed is zero, the tooth part on the worm wheel side formed of a resin material is elastically deformed so that the input from the road surface or the like is received by the tooth part on the worm wheel side As a result, the steering feeling can be improved.
(13) The electric power steering apparatus according to
ニーマンウォームを用いたウォームギヤにおいては、そのウォームの歯形によって、ウォームのねじ山の歯先とウォームホイールの歯面との面圧が大きくなる傾向がある。そこで、かかる面圧を高める要因となるウォームの歯先側を研削することで、両者の噛み合いを滑らかにすることが可能となる。
(14)前記第1の歯面は、前記ウォームシャフトとウォームホイールのピッチ円から歯底に亘って研削加工が施されていることを特徴とする請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。
In a worm gear using a Neiman worm, the surface pressure between the tooth tip of the worm thread and the tooth surface of the worm wheel tends to increase depending on the tooth profile of the worm. Accordingly, by grinding the tooth tip side of the worm, which is a factor for increasing the surface pressure, it becomes possible to make the meshing of both smooth.
(14) The electric power steering device according to
歯元において歯底まで研削加工を施さない場合には、ピッチ円側の研削加工が施された部分と歯底側の研削加工が施されなかった部分との間に境界部が形成されてしまい、この境界部に応力集中が発生してしまう。そこで、上記のように歯底まで研削加工を施すことで、一部に応力集中が発生してしまうおそれがなくなり、その結果、ウォームシャフトの曲げ応力を向上させることが可能となる。
(15)弾性部材の弾性力に基づいて前記ウォームシャフトを前記ウォームホイール側へ付勢することによって該両者間のバックラッシを低減するバックラッシ調整機構をさらに備えたことを特徴とする請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。
When grinding is not performed to the root at the root, a boundary portion is formed between the portion subjected to the grinding on the pitch circle side and the portion not subjected to the grinding on the bottom side. , Stress concentration occurs at the boundary. Thus, by grinding to the bottom of the tooth as described above, there is no risk of stress concentration occurring in part, and as a result, the bending stress of the worm shaft can be improved.
(15) The apparatus according to
バックラッシ調整機構を設けた場合、ウォームシャフトとウォームホイールの噛み合い角度がずれてしまうおそれがあるが、ウォームシャフトとウォームホイールの歯面のプロファイルを請求項5のような特異なものとすることで、前記両者の噛み合い角度のずれを低減し、当該両者間に良好な噛み合いを確保し得る。
When the backlash adjusting mechanism is provided, the meshing angle between the worm shaft and the worm wheel may be shifted, but by making the profile of the tooth surface of the worm shaft and the worm wheel unique as in
1…入力軸
2…出力軸
8…電動モータ
10…減速機構
11…ウォームシャフト
12…ウォームホイール
13…ねじ山
14…歯面
14a…歯末
14b…歯元
14c…歯先
14d…歯底
15…歯先修正部
16…歯部
17…歯面
20…歯切り工具
21…歯部
22…歯面
R1…曲率半径(第1の半径)
R2…曲率半径(第2の半径)
α1…圧力角(第1の圧力角)
α2…圧力角(第2の圧力角)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
R2 ... radius of curvature (second radius)
α1 ... Pressure angle (first pressure angle)
α2 ... Pressure angle (second pressure angle)
Claims (3)
該入力軸に対し相対回転可能に設けられ、転舵輪に連係された出力軸と、
該出力軸に対し所定の減速機構を介して回転力を付与する電動モータと、を備えた電動パワーステアリングであって、
前記減速機構は、その歯面である第1の歯面が単一の半径である第1の半径を有する凹円弧状に形成された歯形のねじ山を有する金属材からなるウォームシャフトと、樹脂材からなる歯部を有し、前記ウォームシャフト側の歯形に対応してその歯面である第2の歯面が単一の半径である第2の半径を有する歯切り工具によって凸状に形成された歯形をもって該ウォームシャフトと噛み合うウォームホイールと、から構成され、
前記第1の半径が前記第2の半径よりも大きく設定され、かつ、前記第1の歯面の圧力角である第1の圧力角が前記歯切り工具のピッチ線上における圧力角である第2の圧力角よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An input shaft linked to the steering wheel;
An output shaft provided so as to be rotatable relative to the input shaft and linked to the steered wheels;
An electric power steering comprising: an electric motor that applies a rotational force to the output shaft via a predetermined speed reduction mechanism;
The speed reduction mechanism includes a worm shaft made of a metal material having a tooth-shaped thread formed in a concave arc shape having a first radius of which the first tooth surface is a single radius, and a resin. A tooth portion made of a material is formed, and a second tooth surface corresponding to the tooth profile on the worm shaft side is convexly formed by a gear cutting tool having a second radius that is a single radius. A worm wheel meshing with the worm shaft with a formed tooth profile,
The first radius is set to be larger than the second radius, and the first pressure angle that is the pressure angle of the first tooth surface is the pressure angle on the pitch line of the gear cutting tool. An electric power steering device characterized by being set to be larger than the pressure angle.
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