WO2013073313A1 - ウォームギヤ機構 - Google Patents

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WO2013073313A1
WO2013073313A1 PCT/JP2012/075949 JP2012075949W WO2013073313A1 WO 2013073313 A1 WO2013073313 A1 WO 2013073313A1 JP 2012075949 W JP2012075949 W JP 2012075949W WO 2013073313 A1 WO2013073313 A1 WO 2013073313A1
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WO
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tooth
worm
wheel
steering
meshing
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PCT/JP2012/075949
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Inventor
田中　陽介
清水　康夫
Original Assignee
本田技研工業株式会社
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an improved worm gear mechanism.
  • the worm gear mechanism is used for the electric power steering device.
  • This worm gear mechanism includes a worm connected to an electric motor and a worm wheel connected to a load. Torque generated by the electric motor is transmitted from the worm to the load via the worm wheel.
  • the surface pressure between the tooth surfaces can be suppressed by configuring the teeth of the worm wheel with a resin material that is easily elastically deformed, for example, a resin material with a low glass fiber content.
  • a resin material that is easily elastically deformed for example, a resin material with a low glass fiber content.
  • this makes it easy for creep generated on the tooth surfaces of the worm wheel teeth to progress, and as a result, this can be a factor of increasing backlash between the teeth.
  • the backlash increases, a tooth contact sound that hits teeth tends to occur. Further, the steering feeling (steering feeling) is also deteriorated.
  • an adjustment mechanism for adjusting the backlash is required. For this reason, the configuration of the worm gear mechanism becomes complicated.
  • Patent Document 1 a technique for forming a meshing groove on the tooth surface of a worm wheel is known as disclosed in Patent Document 1.
  • the worm wheel of the worm gear mechanism of the electric power steering device disclosed in Patent Document 1 is a resin product.
  • the worm wheel is formed by a mold, and then a meshing groove is formed on the tooth surface of the tooth by a tool to which cemented carbide grains are attached.
  • the meshing groove is located at the center of the tooth surface in the “tooth line” direction, extends from the tooth bottom toward the tooth tip, and is recessed in the tooth thickness direction.
  • Patent Document 1 there is room for improvement in the technique disclosed in Patent Document 1 in order to suppress wear generated on the tooth surface of the resin worm wheel. There is a need for further development of technology to increase the durability of worm wheels.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the durability of a worm wheel.
  • a worm gear mechanism for transmitting the torque generated by the electric motor based on the steering input of the steering wheel to the steering wheel, the worm being coupled to the electric motor;
  • a worm wheel meshing with the worm wherein the worm wheel has at least a tooth surface made of a resin material, and the tooth surface contacts a tooth of the worm according to the rotation of the worm.
  • the meshing concave portion based on the locus of the worm is formed only by injection molding using a mold together with the tooth surface, and the meshing concave portion corresponds to the locus of the contact point where the most convex portion of the tooth of the worm contacts.
  • the worm wheel has a plurality of points that are recessed most in the direction of the tooth traces, and a line connecting the plurality of points is the worm wheel.
  • Worm gear mechanism which intersects the tooth width center line of the tooth surfaces of the eel is provided.
  • the meshing recess has a groove depth at a tooth tip portion of the tooth of the worm wheel and a groove depth at a tooth root portion than the groove depth at a portion therebetween. It is set large.
  • the tooth surface of the worm wheel is made of a resin material.
  • a meshing recess is formed on the tooth surface based on the locus of the contact point that contacts the teeth of the worm as the worm rotates.
  • the meshing recess has a plurality of points that are most recessed in the direction of the tooth trace of the tooth surface of the worm wheel, corresponding to the locus of the contact point where the most convex part of the tooth of the worm contacts.
  • the line connecting the plurality of points intersects the tooth width center line of the tooth surface of the worm wheel.
  • the meshing recess is recessed in a shape that matches the locus of contact of the tooth surfaces of the worm teeth.
  • the contact area between the tooth surface of the worm and the tooth surface of the worm wheel can be increased extremely efficiently.
  • the surface pressure acting on the tooth surfaces is reduced. Therefore, since wear generated on each tooth surface can be suppressed, durability of the worm and the worm wheel can be improved.
  • the meshing recess is formed only by injection molding using a mold together with the tooth surface of the worm wheel.
  • the surface of the meshing recess formed only by injection molding using a mold is smooth. Therefore, since the teeth mesh smoothly, a worm gear mechanism with good meshing can be provided. For this reason, the steering feeling (steering feeling) by the electric power steering apparatus can be enhanced.
  • no additional processing after injection molding is required to form a meshing recess with the tooth surface of the worm wheel.
  • the surface of the meshing recess is not roughened by additional processing. The hardness of the surface can be easily ensured, and the frictional resistance when the surface comes into contact with the teeth of the worm and the heat generated by the frictional resistance can be reduced.
  • the torque transmission efficiency of the worm gear mechanism can be increased.
  • the groove depth of the meshing recess is not uniform. That is, the groove depth at the tooth tip portion of the worm wheel and the groove depth at the tooth root portion are set to be larger than the groove depth at the portion therebetween.
  • the portions where the surface pressure increases are the tooth tip portion and the tooth root portion of the worm wheel.
  • the contact area between the tooth surfaces increases by rationally setting the groove depth of the meshing recess. As a result, the surface pressure acting on the tooth surface is reduced. Therefore, since wear and heat generation occurring on each tooth surface can be suppressed, durability of the worm and the worm wheel can be improved.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged sectional view taken along line 4-4 of FIG. It is sectional drawing to which the worm gear mechanism shown by FIG. 4 was expanded. It is the figure which showed the state which rounded the worm tooth
  • the electric power steering apparatus 10 includes a steering system 20 that extends from a steering wheel 21 of a vehicle to steering wheels 29 and 29 (for example, front wheels) of the vehicle, and the steering system 20. And an auxiliary torque mechanism 40 for applying auxiliary torque.
  • a pinion shaft 24 (rotary shaft 24) is connected to a steering wheel 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 29, 29 are connected to both ends of the rack shaft 26 via left and right tie rods 27, 27 and knuckle 28, 28.
  • the rack and pinion mechanism 25 includes a pinion 31 formed on the pinion shaft 24 and a rack 32 formed on the rack shaft 26.
  • the left and right steering wheels 29, 29 are steered by the steering torque via the rack and pinion mechanism 25 and the left and right tie rods 27, 27.
  • the auxiliary torque mechanism 40 detects the steering torque of the steering system 20 applied by the driver to the steering wheel 21 with the steering torque sensor 41, and generates a control signal with the control unit 42 based on the torque detection signal of the steering torque sensor 41. Based on this control signal, an auxiliary torque (torque) corresponding to the steering torque is generated by the electric motor 43, this auxiliary torque is transmitted to the pinion shaft 24 via the worm gear mechanism 44, and the auxiliary torque is further transmitted from the pinion shaft 24. This is transmitted to the rack and pinion mechanism 25 of the steering system 20.
  • the steering torque sensor 41 detects the torque applied to the pinion shaft 24, outputs it as a torque detection signal, and is constituted by a magnetostrictive torque sensor, for example.
  • the steering wheels 29 and 29 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. That is, the electric power steering device 10 transmits the torque generated by the electric motor 43 based on the steering input of the steering wheel 21 to the left and right steering wheels 29 and 29 via the worm gear mechanism 44, thereby turning the vehicle. Rudder.
  • the housing 51 extends in the vehicle width direction and accommodates the rack shaft 26 so as to be slidable in the axial direction.
  • the rack shaft 26 is connected to tie rods 27, 27 via ball joints 52, 52 at both longitudinal ends protruding from the housing 51.
  • the housing 51 includes stoppers 35 and 35 at both ends in the vehicle width direction.
  • the ball joints 52 and 52 have rack ends 52a and 52a (contact end surfaces) on the surfaces facing the stoppers 35 and 35, respectively.
  • the rack shaft 26 is slidable in the longitudinal direction of the shaft until the rack ends 52a, 52a hit the stoppers 35, 35.
  • the electric power steering apparatus 10 houses the pinion shaft 24, the rack and pinion mechanism 25, the steering torque sensor 41, and the worm gear mechanism 44 in the housing 51, and the upper opening of the housing 51 is formed in the upper cover portion 53. It was closed with.
  • the steering torque sensor 41 is attached to the upper cover portion 53.
  • the housing 51 has an upper portion 24u, a longitudinal center portion 24m, and a lower end 24d of the pinion shaft 24 extending vertically through three bearings (a first bearing 55, a second bearing 56, and a third bearing 57 in order from top to bottom).
  • the electric motor 43 is attached and a rack guide 60 is provided.
  • the rack guide 60 is a pressing means that includes a guide portion 61 that contacts the rack shaft 26 from the side opposite to the rack 32 and an adjustment bolt 63 that presses the guide portion 61 via a compression spring 62.
  • the electric motor 43 includes a horizontal motor shaft 43 a and is attached to the housing 51.
  • the motor shaft 43 a extends into the housing 51 and is connected to the worm shaft 46 by a coupling 45.
  • the housing 51 rotatably supports both ends of a horizontally extending worm shaft 46 via bearings 47 and 48.
  • the worm gear mechanism 44 is an auxiliary torque transmission mechanism that transmits the 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 70 connected to the electric motor 43 and a worm wheel 80 that meshes with the worm 70.
  • the worm wheel 80 is hereinafter abbreviated as “wheel 80”.
  • the worm 70 is formed integrally with the worm shaft 46.
  • the wheel 80 is attached to the pinion shaft 24 (the rotation shaft 24) while being restricted in relative movement in the axial direction and restricted in relative rotation.
  • torque can be transmitted from the worm 70 to the load via the wheel 80.
  • the inter-axis distance between the center CL of the pinion shaft 24 and the center line WL of the worm shaft 46 is PP.
  • the worm 70 is a metal product, for example, a steel product such as a carbon steel material for machine structure (JIS-G-4051).
  • the tooth surface 81a (see FIG. 5) of the teeth 81 is made of a resin material such as nylon resin.
  • the wheel 80 includes a metal boss portion 91 attached to the pinion shaft 24 by fitting, and a resin wheel main body 92 formed integrally with the boss portion 91. Consists of. A plurality of teeth 81 are formed on the outer peripheral surface of the wheel main body 92 over the entire circumference.
  • the wheel 80 is entirely constituted by a molded product made of resin.
  • the teeth 71 of the worm 70 are made of metal, they are highly rigid and difficult to elastically deform.
  • the teeth 81 of the wheel 80 are made of resin, they have relatively small rigidity and are more easily elastically deformed than the worm 70.
  • the teeth 81 of the wheel 80 can be elastically deformed according to the magnitude of the auxiliary torque.
  • the plurality of teeth 81 of the wheel 80 mesh with the teeth 71 of the worm 70 simultaneously.
  • the thread 71 (that is, the teeth 71) is set, for example, by one thread, and the pitch of the thread 71 is set constant.
  • the tooth profile of the tooth 71 of the worm 70 is, for example, “involute” or “substantially trapezoidal”.
  • the teeth 81 of the wheel 80 are “helical teeth” or “flat teeth”, and the tooth profile of the teeth 81 is, for example, “involute”.
  • the pressure angle of the tooth 81 of the wheel 80 is the same as the pressure angle of the tooth 71 of the worm 70.
  • a series of changes in meshing of the teeth 71 of the worm 70 with respect to one of the teeth 81 of the wheel 80 are as follows. (1) First, the tooth root portion of the tooth surface 71a of the tooth 71 of the worm 70 contacts and pushes the tooth tip 81b of the tooth 81 of the wheel 80 (first contact step). (2) Subsequently, the root portion of the tooth surface 71a of the worm 70 contacts the end portion of the tooth surface 81a of the tooth 81 of the wheel 80, thereby further pressing (second contact step). .
  • the elastic deformation amount (deflection amount) of these teeth 81 is substantially the same.
  • the contact points at which the tooth surfaces 81a of the teeth 81 contact the teeth 71 of the worm 70 are different from each other. That is, the load that the tooth surface 81a receives from the teeth 71 of the worm 70 varies depending on each contact point so that the plurality of teeth 81 are bent by the same amount of bending. Therefore, the contact pressure that each contact point receives is different. In particular, in the case of the first contact step and the fourth contact step, the contact pressure received by the contact point is larger than in the case of other contact steps.
  • the contact point of the tooth surface 81a of the tooth 81 of the wheel 80 with the tooth 71 of the worm 70 changes in the direction of the "tooth line" (tooth width direction) of the tooth surface 81a. The reason for this change will be described below.
  • FIG. 6A is a perspective view of the worm 70 in which the tooth profile of the tooth 71 is “involute”.
  • 6 (b) shows the teeth 71 of the worm 70 shown in FIG. 6 (a) at a plurality of positions in the direction of the toothpaste (radial distance between the tip circle and the root circle), for example, nine positions. The cross section cut at equal intervals is shown.
  • FIG.6 (c) represents the tooth
  • the teeth 71 viewed from the direction of the tooth tip surface can be represented by contour lines in FIG. 6C.
  • the “tooth streaks” of the teeth 71 are convex in the direction along the center line WL of the worm shaft 46.
  • the advance angle increases, and therefore the angle of inclination of the tooth 71 increases.
  • the meshing points P1 and P9 may be offset from the center line WL of the worm shaft 46. I understand.
  • the projecting point (the most convex part) of the plurality of circular cut sections 71s1 to 71s9 changes from the point P1 to the point P9.
  • the projecting point P1 that protrudes most in the direction along the center line WL of the worm shaft 46 is largely offset in the radial direction from the center line WL.
  • the projecting points P4 to P6 that project most in the direction along the center line WL of the worm shaft 46 of the ring sections 71s4 to 71s6 in the vicinity of the pitch circle of the teeth 71 substantially coincide with the center line WL.
  • the protrusion point P 9 that protrudes most in the direction along the center line WL of the worm shaft 46 is largely offset in the radial direction from the center line WL.
  • the protruding point P1 and the protruding point P9 are offset in the opposite directions with respect to the center line WL. Accordingly, as shown in FIG. 6C, the protruding point changes from the point P1 to the point P9 so as to intersect the center line WL of the worm shaft 46. As the plurality of circular cut sections 71s1 to 71s9 change from the tooth root of the tooth 71 to the tooth tip, the projecting points P1 to P9 change like a locus Lo.
  • FIG. 7 shows a state where the tooth surface 71a of the tooth 71 of the worm 70 is pressed against the tooth surface 81a of the tooth 81 of the wheel 80.
  • FIG. 7A shows that the tooth surface 71a is in contact with the tooth surface 81a of the tooth 81 of the wheel 80 in a circular section 71s1 in which the vicinity of the root of the tooth 71 shown in FIG. Show.
  • the protruding point P1 is offset in the “tooth line” direction (tooth width direction) by the offset amount ⁇ .
  • the tooth width center line Ct coincides with the center line WL of the worm shaft 46.
  • FIG. 7B shows that the tooth surface 71 a is in contact with the tooth surface 81 a of the tooth 81 of the wheel 80 in a circular section 71 s 5 in which the vicinity of the pitch circle of the tooth 71 shown in FIG. Show.
  • the protruding point P5 substantially matches the tooth width center line Ct.
  • FIG. 8 shows a state in which one tooth 81 of the wheel 80 is viewed from the tooth surface 81a side.
  • An ideal meshing recess 81di is formed on the tooth surface 81a of the tooth 81 of the wheel 80.
  • the meshing recess 81di is formed based on a curve Loa that connects the contact points P1a to P9a of the teeth 81 of the wheel 80 that come into contact with the teeth 71 of the worm 70 as the worm 70 rotates.
  • the portion of the curve Loa is recessed most deeply with respect to the tooth surface 81a.
  • the depth distribution of the meshing recess 81di is represented by contour lines in FIG. That is, the depth distribution of the meshing recess 81di is as follows.
  • the depth of the point P1a located in the vicinity of the tooth bottom 81c and the surrounding part Q1 (lower recessed part Q1) is large.
  • the depth of the point P9a located in the vicinity of the tooth tip 81b and the surrounding portion Q2 (upper concave portion Q2) is large.
  • the depth of the part Q3 (intermediate recess Q3) between the lower recess Q1 and the upper recess Q2 is smaller than the depth of the lower recess Q1 and the depth of the upper recess Q2.
  • the meshing recess 81di is set such that the groove depth at the tooth tip 81b portion of the tooth 81 of the wheel 80 and the groove depth at the tooth root portion are larger than the groove depth at the portion therebetween. .
  • the meshing recess 81di corresponds to the locus Lo of the contact points P1 to P9 where the most projecting projection points (the most projecting portions) of the teeth 71 of the worm 70 shown in FIG.
  • the tooth surface 81a has a plurality of points P1a to P9a that are most recessed in the direction of the streak.
  • a line Loa connecting the plurality of points P1a to P9a intersects the tooth width center line Ct of the tooth surface 81a of the wheel 80.
  • FIG. 9A shows that actual meshing recesses 81dr and 81dr are formed on the tooth surfaces 81a and 81a on both sides of the tooth 81 of the wheel 80.
  • FIG. 9B is a view of the actual meshing recess 81dr shown in FIG. 9A viewed from the tooth surface 81a side.
  • FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line cc of FIG. 9B.
  • Example 1 the actual meshing recess 81dr corresponds to the ideal meshing recess 81di shown in FIG. Further, the actual meshing recess 81dr is formed by simplifying the contour viewed from the tooth surface 81a side with respect to the ideal meshing recess 81di shown in FIG. As a result, the mold for forming the meshing recess 81di can be simplified.
  • a mold 100 for injection molding the wheel 80 is prepared (preparation step).
  • the mold 100 includes, for example, a hollow fixed mold 101 (medium mold 101), and a pair of movable molds 102 and 103 that are assembled on both surfaces of the fixed mold 101, respectively.
  • the fixed mold 101 is a member for forming the outer peripheral portion of the resin wheel main body 92 and the teeth 81, and simultaneously forms the teeth 81 and the actual meshing recess 81dr (FIG. 9) on the inner peripheral surface.
  • a plurality of tooth molds 101a are formed.
  • the metal boss 91 is set on the pair of movable molds 102 and 103, and the mold 100 is closed to form the cavity 104 (cavity forming step). ).
  • the wheel 80 is injection molded by injecting molten resin into the cavity 104 (wheel molding process). As a result, the wheel 80 is formed together with the meshing recess 81dr.
  • the mold 100 is opened and the wheel 80 is taken out to complete the manufacturing process (wheel taking-out step).
  • the resin shrinks when cooled.
  • a minute gap is generated between the contracted resin and the mold 100.
  • the wheel 80 can be removed from the mold 100 using this gap.
  • a moldable gap is set in advance between the tooth 81 of the wheel 80 after cooling and the tooth mold 101 a of the fixed mold 101.
  • the tooth 81 of the wheel 80 is a “helical tooth”, as shown in FIG. 10D, the tooth 80 may be extracted from the fixed mold 101 while rotating along the inclination of the tooth 81.
  • the actual meshing recess 81dr (FIG. 9) is formed only by injection molding using the mold 100 together with the tooth surface 81a of the tooth 81.
  • FIG. 11A corresponds to FIG. 9A.
  • FIG. 11B corresponds to FIG. 9B.
  • the worm gear mechanism 44A of the second embodiment has an actual meshing recess 81drA formed on the tooth surfaces 81a and 81a of the teeth 81 of the worm wheel 80.
  • the other configuration shown in the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
  • the actual meshing recess 81dr of Example 1 shown in FIG. 9 is formed in a part of the tooth surface 81a.
  • the actual meshing recess 81drA according to the second embodiment shown in FIGS. 11A and 11B is formed over the entire tooth surface 81a.
  • the tooth surface 81a of the wheel 80 is made of a resin material.
  • Engaging recesses 81dr and 81drA are formed on the tooth surface 81a based on the locus Lo of contact points P1 to P9 that contact the teeth 71 of the worm 70 as the worm 70 rotates.
  • the meshing recesses 81dr and 81drA are a plurality of recesses that are most recessed in the direction of the tooth trace of the tooth surface 81a of the wheel 80 corresponding to the locus Lo of the contact points P1 to P9 where the most convex portion of the tooth 71 of the worm 70 contacts. Points P1a to P9a.
  • a line Loa connecting the plurality of points P1a to P9a intersects the tooth width center line Ct of the tooth surface 81a of the wheel 80.
  • the meshing recesses 81dr and 81drA are recessed in a shape that matches the locus Lo with which the tooth surface 71a of the tooth 71 of the worm 70 contacts.
  • the contact area between the tooth surface 71a of the worm 70 and the tooth surface 81a of the wheel 80 can be increased extremely efficiently.
  • the surface pressure acting on the tooth surfaces 71a and 81a is reduced. Therefore, since wear generated on the tooth surfaces 71a and 81a can be suppressed, durability of the worm 70 and the wheel 80 can be improved.
  • the meshing recesses 81dr and 81drA are formed only by injection molding using the mold 100 together with the tooth surface 81a of the wheel 80.
  • the surfaces of the meshing recesses 81dr and 81drA formed only by injection molding using the mold 100 are smooth. Accordingly, since the teeth 71 and 81 mesh smoothly with each other, it is possible to provide the worm gear mechanisms 44 and 44A with good meshing. For this reason, the steering feeling (steering feeling) by the electric power steering apparatus 10 can be enhanced.
  • the meshing recesses 81dr and 81drA are not roughened by additional processing.
  • the hardness of the surface can be easily ensured, and the frictional resistance when the surface is in contact with the teeth 71 of the worm 70 and the heat generated by the frictional resistance can be reduced.
  • the torque transmission efficiency of the worm gear mechanisms 44, 44A can be increased.
  • the groove depths of the meshing recesses 81dr and 81drA are not uniform. That is, the groove depth at the tooth tip 81b portion of the tooth 81 of the wheel 80 and the groove depth at the tooth root portion are set larger than the groove depth at the portion therebetween.
  • the portions where the surface pressure increases are the portion of the tooth tip 81b of the tooth 81 of the wheel 80 and the portion of the tooth root.
  • the contact area between the tooth surfaces 71a and 81a is increased by rationally setting the groove depth of the meshing recesses 81dr and 81drA. As a result, the surface pressure acting on the tooth surfaces 71a and 81a is reduced. Therefore, since wear and heat generation generated on the tooth surfaces 71a and 81a can be suppressed, durability of the worm 70 and the wheel 80 can be improved.
  • the electric power steering device 10 transmits the torque generated by the electric motor 43 based on the steering input of the steering wheel 21 to the steering wheels 29 and 29 via the worm gear mechanism 44.
  • Any configuration may be used as long as the steering is performed.
  • the worm gear mechanism 44 and the manufacturing method thereof according to the present invention can also be applied to a so-called steer-by-wire (abbreviated as “SBW”) electric power steering apparatus.
  • SBW steer-by-wire type electric power steering apparatus mechanically separates the pinion shaft 24 from the steering handle 21, and turns the steering torque generated by the electric motor 43 based on the steering input via the worm gear mechanism 44.
  • the steering wheels 29 and 29 are steered by transmitting to the pinion shaft 24.
  • the steering torque generated by the steering wheel 21 is detected by the steering torque sensor 41, and the electric motor 43 generates auxiliary torque in accordance with the detection signal of the steering torque sensor 41, and this auxiliary torque is generated.
  • This is suitable for the electric power steering apparatus 10 for a vehicle that transmits to the steering system 20 via the worm gear mechanism 44.

Abstract

　ウォームギヤ機構(44)は、電動モータに連結されるウォーム(70)と、該ウォームに噛み合うウォームホイール(80)とから成る。ウォームホイール(80)は、少なくとも歯面(81a)が樹脂材料から成る。この歯面(81a)には、ウォーム(70)の回転に従ってウォーム(70)の歯(71)に接触する接触点の軌跡に基づく噛み合い凹部(81dr)が、歯面と共に、金型(100)を用いた射出成形のみによって形成されている。噛み合い凹部(81dr)は、ウォーム(70)の歯(71)の最凸部が接触する接触点の軌跡に対応して、ウォームホイールの歯面の歯すじの方向に最も窪んでいる複数の点(P1a～P9a)を有する。この複数の点を結ぶ線(Loa)は、ウォームホイール(80))の歯面(81a)の歯幅中心線(Ct)に対して交差している。

Description

ウォームギヤ機構
　本発明は、改良されたウォームギヤ機構に関する。
　電動パワーステアリング装置には、ウォームギヤ機構が用いられている。このウォームギヤ機構は、電動モータに連結されたウォームと、負荷に連結されたウォームホイールとによって構成されている。電動モータが発生したトルクは、ウォームからウォームホイールを介して負荷に伝達される。
　近年、電動パワーステアリング装置の小型化及び軽量化の要請が高まるとともに、電動モータの高出力化が求められている。電動パワーステアリング装置の小型化を図るには、ウォームギヤ機構の小型化が欠かせない。しかし、電動モータが発生するトルクを下げることなく、ウォームギヤ機構を単に小型にしたのでは、ウォームの歯とウォームホイールの歯とに作用する面圧が増大してしまう。
　これに対して、ウォームホイールの歯を弾性変形し易い樹脂材料、例えばガラス繊維の含有量が少ない樹脂材料で構成することによって、歯面同士の面圧を抑制することは可能である。しかし、これでは、ウォームホイールの歯の歯面に発生するクリープが進行しやすくなり、この結果、歯同士の間のバックラッシが増大する要因となり得る。バックラッシが増大すると、歯同士が当たる歯当たり音が発生しやすい。さらに、操舵感覚（操舵フィーリング）も悪化する。これに対処するには、バックラッシを調整するための調整機構を必要とする。このため、ウォームギヤ機構の構成が複雑になってしまう。
　これに対して、ウォームホイールの歯の歯面に、噛み合い溝を形成する技術が、特許文献１に開示されているように知られている。特許文献１で開示されている電動パワーステアリング装置のウォームギヤ機構のウォームホイールは、樹脂製品である。このウォームホイールは、型によって成形された後に、超硬砥粒を付着した工具によって、歯の歯面に噛み合い溝が形成される。この噛み合い溝は、歯面の「歯すじ」方向の中央部に位置し、歯底から歯先へ向かって延び、歯厚方向に窪んでいる。
　しかし、このような特許文献１の技術では、樹脂製のウォームホイールの歯面に発生する摩耗を抑制するには改良の余地がある。ウォームホイールの耐久性を高める技術の、更なる開発が求められている。
特開２００９－１９２０５７号公報
　本発明は、ウォームホイールの耐久性を高めることができる技術を提供することを課題とする。
　請求項１に係る発明によれば、ステアリングホイールの操舵入力に基づいて電動モータが発生したトルクを、転舵用車輪に伝達するためのウォームギヤ機構であって、前記電動モータに連結されるウォームと、前記ウォームに噛み合うウォームホイールと、を具備しており、前記ウォームホイールは、少なくとも歯面が樹脂材料によって構成されており、前記歯面は、前記ウォームの回転に従ってウォームの歯に接触する接触点の軌跡に基づく噛み合い凹部が、前記歯面と共に、金型を用いた射出成形のみによって形成されており、前記噛み合い凹部は、前記ウォームの歯の最凸部が接触する接触点の軌跡に対応して、前記ウォームホイールの歯面の歯すじの方向に最も窪んでいる複数の点を有し、前記複数の点を繋ぐ線は、前記ウォームホイールの歯面の歯幅中心線に対して交差しているウォームギヤ機構が提供される。
　請求項２に係る発明では、好ましくは、前記噛み合い凹部は、前記ウォームホイールの歯の歯先の部位における溝深さ、及び歯元の部位における溝深さが、その間の部位における溝深さよりも大きく設定されている。
　請求項１に係る発明では、ウォームホイールの歯面は、樹脂材料から成る。この歯面には、ウォームの回転に従ってウォームの歯に接触する接触点の軌跡に基づく、噛み合い凹部が形成されている。この噛み合い凹部は、ウォームの歯の最凸部が接触する接触点の軌跡に対応して、ウォームホイールの歯面の歯すじの方向に最も窪んでいる複数の点を有している。この複数の点を繋ぐ線は、ウォームホイールの歯面の歯幅中心線に対して交差している。このように、噛み合い凹部は、ウォームの歯の歯面が接触する軌跡に合わせた形状に窪んでいる。この結果、ウォームの歯面とウォームホイールの歯面との接触面積を、極めて効率良く増すことができる。歯面同士の接触面積が増すことによって、歯面に作用する面圧が低減する。従って、各歯面に発生する摩耗を抑制することができるので、ウォーム及びウォームホイールの耐久性を高めることができる。
　さらには、噛み合い凹部は、ウォームホイールの歯面と共に、金型を用いた射出成形のみによって形成されている。金型を用いた射出成形のみによって形成された噛み合い凹部の表面は、滑らかである。従って、歯同士が滑らかに噛み合うので、噛み合いの良好なウォームギヤ機構を提供することができる。このため、電動パワーステアリング装置による操舵感覚（操舵フィーリング）を高めることができる。さらにまた、ウォームホイールの歯面に対して噛み合い凹部を形成するのに、射出成形後の追加の加工をする必要がない。噛み合い凹部の表面は、追加の加工によって荒れることはない。この表面の硬度を容易に確保することができるとともに、この表面がウォームの歯と接触するときの摩擦抵抗や、摩擦抵抗に伴う発熱を、低減することができる。ウォームギヤ機構のトルク伝達効率を高めることができる。
　請求項２に係る発明では、噛み合い凹部の溝深さは均一ではない。つまり、ウォームホイールの歯の歯先の部位における溝深さ、及び、歯元の部位における溝深さは、その間の部位における溝深さよりも大きく設定されている。一般に、ウォームギヤ機構の歯面同士が接触し合う場合に、面圧が大きくなる部位は、ウォームホイールの歯の歯先の部位と、歯元の部位とである。これに合わせて、噛み合い凹部の溝深さを合理的に設定することによって、歯面同士の接触面積が増す。この結果、歯面に作用する面圧が低減する。従って、各歯面に発生する摩耗や発熱を抑制することができるので、ウォーム及びウォームホイールの耐久性を高めることができる。
本発明の実施例１によるウォームギヤ機構を備えた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線に沿った拡大断面図である。 図２の４－４線に沿った拡大断面図である。 図４に示されたウォームギヤ機構を拡大した断面図である。 図５に示されたウォームの歯を歯たけの方向に複数箇所で輪切りにした状態を示した図である。 図６に示されたウォームの歯の歯面がウォームホイールの歯の歯面に押し付けられている状態を示した図である。 図７に示されたウォームホイールの１つの歯を、歯面側から見た図である。 図８に示されたウォームホイールの歯の両側の歯面に実際の噛み合い凹部が形成された状態を示した図である。 図３に示されたウォームホイールの製造方法を示した図である。 本発明の実施例２によるウォームホイールの歯の両側の歯面に実際の噛み合い凹部が形成された状態を示した図である。
　以下、本発明の好ましい幾つかの実施例について、添付した図面に基づいて説明する。
　実施例１に係るウォームギヤ機構を備えた電動パワーステアリング装置及びウォームギヤ機構の製造方法について説明する。
　図１に示されるように、実施例１によ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ホイール２１から車両の転舵用車輪２９，２９（例えば前輪）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、ステアリングホイール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２４（回転軸２４）が連結され、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が連結され、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を介して左右の転舵用車輪２９，２９が連結されている。
　ラックアンドピニオン機構２５は、ピニオン軸２４に形成されたピニオン３１と、ラック軸２６に形成されたラック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ホイール２１を操舵することで、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、左右の転舵用車輪２９，２９が操舵される。
　補助トルク機構４０は、運転者がステアリングホイール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（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。
　操舵トルクセンサ４１は、ピニオン軸２４に加えられたトルクを検出し、トルク検出信号として出力し、例えば磁歪式トルクセンサによって構成される。
　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で転舵用車輪２９，２９を操舵することができる。つまり、電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール２１の操舵入力に基づいて電動モータ４３が発生したトルクを、ウォームギヤ機構４４を介して左右の転舵用車輪２９，２９に伝達することで車両の転舵を行う。
　図２に示されるように、ハウジング５１は車幅方向に延びており、ラック軸２６を軸方向にスライド可能に収容している。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を連結している。
　ハウジング５１は車幅方向両端にストッパ３５，３５を備えている。ボールジョイント５２，５２は、ストッパ３５，３５に対向する面にラックエンド５２ａ，５２ａ（当接端面）を有する。ラック軸２６は、ラックエンド５２ａ，５２ａがストッパ３５，３５に当たるまでの範囲で軸長手方向にスライド可能である。
　図３に示されるように、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及びウォームギヤ機構４４をハウジング５１に収納し、ハウジング５１の上部開口を上部カバー部５３で塞いだものである。操舵トルクセンサ４１は、上部カバー部５３に取付けられている。
　ハウジング５１は、上下に延びるピニオン軸２４の上部２４ｕ、長手中央部２４ｍ及び下端２４ｄを３個の軸受（上から下方へ順に第１軸受５５、第２軸受５６、第３軸受５７）を介して回転可能に支持しており、さらに電動モータ４３を取付けるとともに、ラックガイド６０を備えている。
　ラックガイド６０は、ラック３２とは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を介して押す調整ボルト６３とからなる、押圧手段である。
　図４に示されるように、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に取付けられている。モータ軸４３ａはハウジング５１内に延びて、カップリング４５によりウォーム軸４６に連結されている。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４７，４８を介して回転可能に支承している。
　図３及び図４に示されるように、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に連結されるウォーム７０と、このウォーム７０に噛み合うウォームホイール８０とからなる。ウォームホイール８０のことを、以下「ホイール８０」と略称する。
　ウォーム７０は、ウォーム軸４６に一体に形成されている。ホイール８０は、ピニオン軸２４（回転軸２４）に対して、軸方向への相対移動が規制されるとともに相対回転が規制されて、取り付けられている。駆動側のウォーム７０に負荷側のホイール８０を噛合わせることによって、ウォーム７０からホイール８０を介して負荷にトルクを伝達することができる。ピニオン軸２４の中心ＣＬとウォーム軸４６の中心線ＷＬとの間の軸間距離はＰＰである。
　ウォーム７０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。ホイール８０は、少なくとも歯８１の歯面８１ａ（図５参照）が、ナイロン樹脂等の樹脂材料によって構成されている。例えば、図３に示されているように、ホイール８０は、ピニオン軸２４に嵌合によって取り付けられる金属製のボス部９１と、このボス部９１に一体に成形される樹脂製のホイール本体９２とから成る。このホイール本体９２の外周面には、全周にわたって複数の歯８１が形成される。または、ホイール８０は、全体が樹脂による成型品によって構成される。
　図５に示されるように、ウォーム７０の金属製の歯７１の歯面７１ａに、樹脂製のホイール８０の樹脂製の歯８１の歯面８１ａを噛合わせるようにしたので、噛み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７０の歯７１は金属製であるから剛性が大きく弾性変形し難い。これに対して、ホイール８０の歯８１は樹脂製であるから比較的剛性が小さく、ウォーム７０よりも弾性変形し易い。ウォーム７０によってホイール８０を回す場合に、補助トルクの大きさに従って、ホイール８０の歯８１が弾性変形し得る。この結果、ウォーム７０の歯７１に対して、ホイール８０の複数の歯８１が同時に噛み合う。
　ウォーム７０は、ねじ山７１（つまり、歯７１）が例えば１条で設定されるとともに、ねじ山７１のピッチが一定に設定されている。ウォーム７０の歯７１の歯形は、例えば「インボリュート」または「ほぼ台形」である。ホイール８０の歯８１は「はす歯」または「平歯」であり、この歯８１の歯形は例えば「インボリュート」である。ウォーム７０の歯７１の圧力角に対して、ホイール８０の歯８１の圧力角は同じである。
　ウォーム７０によってホイール８０を回転する場合に、ホイール８０の歯８１のなかの１つに対するウォーム７０の歯７１の噛み合いの一連の変化は、次の通りである。
　（１）先ず、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａのなかの歯元部分が、ホイール８０の歯８１の歯先８１ｂに接触して押す（第１接触ステップ）。
　（２）続いて、ウォーム７０の歯面７１ａのなかの歯元部分が、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａのなかの歯末部分に接触することにより、さらに押し続ける（第２接触ステップ）。
　（３）引き続いて、ウォーム７０の歯面７１ａのなかのピッチ円の部分が、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａのなかのピッチ円の部分に接触することにより、さらに押し続ける（第３接触ステップ）。
　（４）続いて、ウォーム７０の歯面７１ａのなかの歯末部分が、ホイール８０の歯面８１ａのなかの歯元部分に接触することにより、さらに押し続ける（第４接触ステップ）。
　上述のように、ウォーム７０の歯７１に対して、ホイール８０の複数の歯８１が同時に噛み合う場合に、これらの歯８１の弾性変形量（撓み量）は、実質的に同じである。しかし、これらの歯８１の歯面８１ａが、ウォーム７０の歯７１に対して接触する各接触点は、互いに異なる。つまり、複数の歯８１が同じ撓み量だけ撓むように、ウォーム７０の歯７１から歯面８１ａが受ける荷重は、各接触点によって異なる。従って、各接触点が受ける面圧は異なる。特に、上記第１接触ステップ及び第４接触ステップの場合には、他の接触ステップの場合に比べて、接触点が受ける面圧は大きい。
　しかも、ウォーム７０の回転に従って、ウォーム７０の歯７１に対する、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａの接触点は、この歯面８１ａの「歯すじ」の方向（歯幅方向）に変化する。この変化する理由を、以下に説明する。
　図６（ａ）は、歯７１の歯形が「インボリュート」であるウォーム７０の斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示されたウォーム７０の歯７１を、歯たけ（歯先円と歯底円との半径方向の距離）の方向の複数箇所、例えば９箇所で等間隔に輪切りした断面を表している。図６（ｃ）は、図６（ａ）に示された歯７１を、歯先面の方向から見て等高線として表している。図６（ｂ）に示された複数の輪切り断面７１ｓ１～７１ｓ９を重ねることにより、歯先面の方向から見た歯７１を、図６（ｃ）の等高線によって表すことができる。
　図６（ａ）～（ｃ）によれば、歯７１の「歯すじ」は、ウォーム軸４６の中心線ＷＬに沿う方向へ凸状である。歯７１の歯元から歯先にいくほど、進み角が大きくなるので、歯７１の倒れ角が大きくなり、この結果、噛み合い点Ｐ１，Ｐ９が、ウォーム軸４６の中心線ＷＬからオフセットすることが判る。
　つまり、歯７１の歯元から歯先にいくほど、複数の輪切り断面７１ｓ１～７１ｓ９のなかの、最も突出した突出点（最凸部）が、点Ｐ１から点Ｐ９まで変移する。歯７１の歯底の近傍を輪切りした輪切り断面７１ｓ１は、ウォーム軸４６の中心線ＷＬに沿う方向へ最も突出した突出点Ｐ１が、中心線ＷＬから径方向へ大きくオフセットする。歯７１のピッチ円の近傍を輪切りした輪切り断面７１ｓ４～７１ｓ６は、ウォーム軸４６の中心線ＷＬに沿う方向へ最も突出した突出点Ｐ４～Ｐ６は、中心線ＷＬに概ね合致する。歯７１の歯先の近傍を輪切りした輪切り断面７１ｓ９は、ウォーム軸４６の中心線ＷＬに沿う方向へ最も突出した突出点Ｐ９が、中心線ＷＬから径方向へ大きくオフセットする。
　中心線ＷＬに対し、突出点Ｐ１と突出点Ｐ９とは、互いに逆方向にオフセットしている。従って、図６（ｃ）に示されるように、突出点は点Ｐ１から点Ｐ９へ、ウォーム軸４６の中心線ＷＬを交差するように変移する。複数の輪切り断面７１ｓ１～７１ｓ９が歯７１の歯元から歯先へ変化するにつれて、突出点Ｐ１～Ｐ９は軌跡Ｌｏのように変移する。
　図７は、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａに対して、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａが押し付けられている状態を示している。
　図７（ａ）は、図６（ｂ）に示される歯７１の歯底の近傍を輪切りした輪切り断面７１ｓ１において、歯面７１ａがホイール８０の歯８１の歯面８１ａに接触していることを示している。ホイール８０の歯面８１ａの歯幅方向の中心線Ｃｔ、つまり歯幅中心線Ｃｔに対して、突出点Ｐ１はオフセット量δだけ「歯すじ」の方向（歯幅方向）にオフセットしている。なお、歯幅中心線Ｃｔは、ウォーム軸４６の中心線ＷＬに合致している。
　図７（ｂ）は、図６（ｂ）に示される歯７１のピッチ円の近傍を輪切りした輪切り断面７１ｓ５において、歯面７１ａがホイール８０の歯８１の歯面８１ａに接触していることを示している。突出点Ｐ５は、歯幅中心線Ｃｔに概ね合致している。
　図８は、ホイール８０の１つの歯８１を、歯面８１ａ側から見た状態を示している。このホイール８０の歯８１の歯面８１ａには、理想的な噛み合い凹部８１ｄｉが形成されている。この噛み合い凹部８１ｄｉは、ウォーム７０の回転に従って、ウォーム７０の歯７１に接触する、ホイール８０の歯８１の接触点Ｐ１ａ～Ｐ９ａを繋いだ、曲線Ｌｏａに基づいて形成されている。この噛み合い凹部８１ｄｉは、歯面８１ａに対して、曲線Ｌｏａの部位が最も深く窪んでいる。
　この噛み合い凹部８１ｄｉの深さの分布は、図８に等高線によって表されている。つまり、噛み合い凹部８１ｄｉの深さの分布は次の通りである。歯底８１ｃの近傍に位置している点Ｐ１ａ及びその周辺の部位Ｑ１（下部凹部Ｑ１）の深さは、大きい。歯先８１ｂの近傍に位置している点Ｐ９ａ及びその周辺の部位Ｑ２（上部凹部Ｑ２）の深さは、大きい。下部凹部Ｑ１と上部凹部Ｑ２との間の部位Ｑ３（中間凹部Ｑ３）の深さは、下部凹部Ｑ１の深さおよび上部凹部Ｑ２の深さよりも小さい。このように、噛み合い凹部８１ｄｉは、ホイール８０の歯８１の歯先８１ｂの部位における溝深さ、及び、歯元の部位における溝深さが、その間の部位における溝深さよりも大きく設定されている。
　このように、噛み合い凹部８１ｄｉは、図６に示されているウォーム７０の歯７１の最も突出した突出点（最凸部）が接触する接触点Ｐ１～Ｐ９の軌跡Ｌｏに対応して、ホイール８０の歯面８１ａの歯すじの方向に最も窪んでいる複数の点Ｐ１ａ～Ｐ９ａを有する。この複数の点Ｐ１ａ～Ｐ９ａを繋ぐ線Ｌｏａは、ホイール８０の歯面８１ａの歯幅中心線Ｃｔに対して、交差している。
　図９（ａ）は、ホイール８０の歯８１の両側の歯面８１ａ，８１ａに、実際の噛み合い凹部８１ｄｒ，８１ｄｒが形成されていることを示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示されている実際の噛み合い凹部８１ｄｒを歯面８１ａ側から見た図である。図９（ｃ）は、図９（ｂ）のｃ－ｃ線断面図である。
　図９（ａ）～図９（ｃ）を参照するに、実施例１では、実際の噛み合い凹部８１ｄｒは、図８に示されている理想的な噛み合い凹部８１ｄｉに対応している。さらに、実際の噛み合い凹部８１ｄｒは、歯面８１ａ側から見た輪郭が、図８に示されている理想的な噛み合い凹部８１ｄｉに対し簡略化されて形成されている。この結果、噛み合い凹部８１ｄｉを形成するための金型を簡略化することができる。
　次に、ホイール８０の製造方法について、図１０を参照しつつ説明する。
　先ず、図１０（ａ）に示されているように、ホイール８０を射出成形するための金型１００を準備する（準備工程）。この金型１００は、例えば中空状の固定型１０１（中型１０１）と、固定型１０１の両面にそれぞれ重ねて組み付けられる一対の可動型１０２，１０３と、から成る。固定型１０１は、樹脂製のホイール本体９２の外周部及び歯８１を形成するための部材であって、内周面には、歯８１及び実際の噛み合い凹部８１ｄｒ（図９）を同時に形成するための複数の歯型１０１ａが形成されている。
　次に、図１０（ｂ）に示されるように、一対の可動型１０２，１０３に金属製のボス部９１をセットするとともに、金型１００を閉じることによって、キャビティ１０４を形成する（キャビティ形成工程）。
　次に、図１０（ｃ）に示されるように、キャビティ１０４に溶融した樹脂を射出することによって、ホイール８０を射出成形する（ホイール成形工程）。この結果、ホイール８０が、噛み合い凹部８１ｄｒと共に形成される。
　最後に、キャビティ１０４内の樹脂が硬化した後に、金型１００を開いてホイール８０を取り出して製造工程を完了する（ホイール取り出し工程）。樹脂は、冷却されることによって収縮する。収縮した樹脂と金型１００との間には微小の隙間が発生する。この隙間を利用して、金型１００からホイール８０を型抜きすることができる。例えば、冷却した後のホイール８０の歯８１と、固定型１０１の歯型１０１ａとの間には型抜き可能な隙間が予め設定されている。ホイール８０の歯８１が「はす歯」である場合には、図１０（ｄ）に示されるように、歯８１の傾きに沿って回しながら、固定型１０１から抜き取ればよい。以上の説明から明らかなように、実際の噛み合い凹部８１ｄｒ（図９）は、歯８１の歯面８１ａと共に、金型１００を用いた射出成形のみによって形成されている。
　次に、図１１に基づいて、実施例２によるウォームギヤ機構４４Ａの製造方法について説明する。図１１（ａ）は、図９（ａ）に対応して示している。図１１（ｂ）は、図９（ｂ）に対応するようしている。
　実施例２のウォームギヤ機構４４Ａは、ウォームホイール８０の歯８１の歯面８１ａ，８１ａに形成されている、実際の噛み合い凹部８１ｄｒＡを有している。実施例２に示した他の構成は、実施例１と実質的に同じ構成であり、同一符号を付し、説明を省略する。
　つまり、図９に示された実施例１の実際の噛み合い凹部８１ｄｒは、歯面８１ａの一部に形成されている。これに対し、図１１（ａ），（ｂ）に示される実施例２による実際の噛み合い凹部８１ｄｒＡは、歯面８１ａの全体にわたって形成されている。
　実施例１及び実施例２の説明をまとめると、次の通りである。
　ホイール８０の歯面８１ａは、樹脂材料から成る。この歯面８１ａには、ウォーム７０の回転に従ってウォーム７０の歯７１に接触する接触点Ｐ１～Ｐ９の軌跡Ｌｏに基づく、噛み合い凹部８１ｄｒ，８１ｄｒＡが形成されている。この噛み合い凹部８１ｄｒ，８１ｄｒＡは、ウォーム７０の歯７１の最凸部が接触する接触点Ｐ１～Ｐ９の軌跡Ｌｏに対応して、ホイール８０の歯面８１ａの歯すじの方向に最も窪んでいる複数の点Ｐ１ａ～Ｐ９ａを有している。この複数の点Ｐ１ａ～Ｐ９ａを結ぶ線Ｌｏａは、ホイール８０の歯面８１ａの歯幅中心線Ｃｔに対して、交差している。このように、噛み合い凹部８１ｄｒ，８１ｄｒＡは、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａが接触する軌跡Ｌｏに合わせた形状に窪んでいる。
　この結果、ウォーム７０の歯面７１ａとホイール８０の歯面８１ａとの接触面積を、極めて効率良く増すことができる。歯面７１ａ，８１ａ同士の接触面積が増すことによって、歯面７１ａ，８１ａに作用する面圧が低減する。従って、各歯面７１ａ，８１ａに発生する摩耗を抑制することができるので、ウォーム７０及びホイール８０の耐久性を高めることができる。
　さらには、噛み合い凹部８１ｄｒ，８１ｄｒＡは、ホイール８０の歯面８１ａと共に、金型１００を用いた射出成形のみによって形成されている。金型１００を用いた射出成形のみによって形成された噛み合い凹部８１ｄｒ，８１ｄｒＡの表面は、滑らかである。従って、歯７１，８１同士が滑らかに噛み合うので、噛み合いの良好なウォームギヤ機構４４，４４Ａを提供することができる。このため、電動パワーステアリング装置１０による操舵感覚（操舵フィーリング）を高めることができる。
　さらにまた、ホイール８０の歯面８１ａに対して噛み合い凹部８１ｄｒ，８１ｄｒＡを形成するのに、射出成形後の追加の加工をする必要がない。噛み合い凹部８１ｄｒ，８１ｄｒＡの表面は、追加の加工によって荒れることはない。この表面の硬度を容易に確保することができるとともに、この表面がウォーム７０の歯７１と接触するときの摩擦抵抗や、摩擦抵抗に伴う発熱を、低減することができる。ウォームギヤ機構４４，４４Ａのトルク伝達効率を高めることができる。
　さらには、噛み合い凹部８１ｄｒ，８１ｄｒＡの溝深さは均一ではない。つまり、ホイール８０の歯８１の歯先８１ｂの部位における溝深さ、及び、歯元の部位における溝深さは、その間の部位における溝深さよりも大きく設定されている。一般に、ウォームギヤ機構４４，４４Ａの歯面７１ａ，８１ａ同士が接触し合う場合に、面圧が大きくなる部位は、ホイール８０の歯８１の歯先８１ｂの部位と、歯元の部位とである。これに合わせて、噛み合い凹部８１ｄｒ，８１ｄｒＡの溝深さを合理的に設定することによって、歯面７１ａ，８１ａ同士の接触面積が増す。この結果、歯面７１ａ，８１ａに作用する面圧が低減する。従って、各歯面７１ａ，８１ａに発生する摩耗や発熱を抑制することができるので、ウォーム７０及びホイール８０の耐久性を高めることができる。
　なお、本発明では、電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール２１の操舵入力に基づいて電動モータ４３が発生したトルクを、ウォームギヤ機構４４を介して転舵用車輪２９，２９に伝達することで車両の転舵を行う構成であればよい。例えば、本発明のウォームギヤ機構４４及びそれの製造方法は、いわゆる、ステア・バイ・ワイヤ式（steer-by-wire、略称「ＳＢＷ」）の電動パワーステアリング装置にも適用できる。このステア・バイ・ワイヤ式電動パワーステアリング装置とは、ステアリングハンドル２１からピニオン軸２４を機械的に分離し、操舵入力に基づいて電動モータ４３が発生した転舵用トルクを、ウォームギヤ機構４４を介してピニオン軸２４へ伝えることにより、転舵用車輪２９，２９を転舵させる方式の構成である。
　本発明のウォームギヤ機構４４は、ステアリングホイール２１で発生した操舵トルクを操舵トルクセンサ４１によって検出し、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、２１…ステアリングホイール、２９…転舵用車輪、４３…電動モータ、４４，４４Ａ…ウォームギヤ機構、７０…ウォーム、７１…ウォームの歯、７１ａ…ウォームの歯の歯面、８０…ウォームホイール、８１…ウォームホイールの歯、８１ａ…歯面、８１ｄｒ，８１ｄｒＡ…噛み合い凹部、８１ｂ…歯先、１００…金型、Ｃｔ…ウォームホイールの歯面の歯幅中心線、Ｌｏ…ウォームの歯の最凸部が接触する接触点の軌跡、Ｌｏａ…複数の点を繋ぐ線。

Claims (2)

  1. 　ステアリングホイールの操舵入力に基づいて電動モータが発生したトルクを、転舵用車輪に伝達するためのウォームギヤ機構であって、
    　前記電動モータに連結されるウォームと、
    　前記ウォームに噛み合うウォームホイールと、
    を具備しており、
    　前記ウォームホイールは、少なくとも歯面が樹脂材料によって構成されており、前記歯面は、前記ウォームの回転に従ってウォームの歯に接触する接触点の軌跡に基づく噛み合い凹部が、前記歯面と共に、金型を用いた射出成形のみによって形成されており、
    　前記噛み合い凹部は、前記ウォームの歯の最凸部が接触する接触点の軌跡に対応して、前記ウォームホイールの歯面の歯すじの方向に最も窪んでいる複数の点を有し、
    　前記複数の点を繋ぐ線は、前記ウォームホイールの歯面の歯幅中心線に対して交差していることを特徴とするウォームギヤ機構。
  2. 　前記噛み合い凹部は、前記ウォームホイールの歯の歯先の部位における溝深さ、及び歯元の部位における溝深さが、その間の部位における溝深さよりも大きく設定されている、請求項１に記載のウォームギヤ機構。
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