ウォームギヤ機構及びウォームギヤ機構の製造方法
【課題】ウォームギヤ機構の噛み合いを良好にすること。
【解決手段】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４３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４４である。該ウォームギヤ機構は、電動モータに連結される金属製のウォーム７０と、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイール８０とから成る。無負荷状態において、ウォームとウォームホイールとは、ウォームホイールの歯８１の歯面がウォームの歯７１の歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面同士が押し付け合うように組み付けられている。
【解決手段】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４３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４４である。該ウォームギヤ機構は、電動モータに連結される金属製のウォーム７０と、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイール８０とから成る。無負荷状態において、ウォームとウォームホイールとは、ウォームホイールの歯８１の歯面がウォームの歯７１の歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面同士が押し付け合うように組み付けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウォームギヤ機構及びウォームギヤ機構の製造方法の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウォームギヤ機構の中には、電動パワーステアリング装置に有しているものがある。電動パワーステアリング装置に有した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、負荷に連結されたトルク伝達用の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。このような電動パワーステアリング装置は、特許文献１から知られている。特許文献１で知ら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は、電動モータに連結される金属製のウォームと、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールとから成る。
【０００３】
近年は、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。
【０００４】
これに対し、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６９０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ウォームギヤ機構の噛み合いを良好にすることができる技術を、提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明では、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において、前記ウォームギヤ機構は、前記電動モータに連結される金属製のウォームと、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールとから成り、前記ウォームと前記ウォームホイールとは、無負荷状態にあるという条件下で、前記ウォームホイールの歯の歯面が前記ウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、前記歯面同士が押し付け合うように組み付けられていることを特徴とする。
ここで、「ウォームとウォームホイールとが無負荷状態にあるという条件下」とは、ウォームによってウォームホイールを回したときに、該ウォームホイールに対して外部から反力が入力しない状態であることをいう。
【０００８】
請求項２に係る発明では、前記ウォームホイールの歯の歯面が前記ウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をする変形量は、前記ウォームホイールを構成する樹脂の物性に基づき予め求められたクリープ量に従って、設定されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明では、前記ウォームホイールの前記歯の歯形は、平歯、又は、はす歯であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明では、金属製のウォームと、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールと、から成るウォームギヤ機構の製造方法において、前記ウォームと前記ウォームホイールとを準備する工程と、前記ウォームと前記ウォームホイールとが無負荷状態にあるという条件下で、前記ウォームホイールの前記歯の前記歯面が前記ウォームの前記歯の前記歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、前記歯面同士が押し付け合うように、前記ウォームと前記ウォームホイールとを組み付ける工程と、前記ウォームと前記ウォームホイールとを回転させることにより、前記歯面同士の接触面積を増すように前記ウォームホイールの前記歯面の歯形を矯正する工程と、を含んでいることを特徴とする。
ここで、「ウォームとウォームホイールとが無負荷状態にあるという条件下」とは、ウォームによってウォームホイールを回したときに、該ウォームホイールに対して外部から反力が入力しない状態であることをいう。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明では、無負荷状態にあるという条件下で、樹脂製のウォームホイールの歯の歯面は、金属製のウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面同士が押し付け合うようにウォームに組み付けられる。このため、ウォームとウォームホイールとを回転させることにより、樹脂製のウォームホイールの歯は、金属製のウォームの歯の歯面に繰り返し押され、その度、弾性変形を繰り返す。これを繰り返すうちに、樹脂製のウォームホイールの歯の歯面は徐々にクリープする。つまり、ウォームホイールの歯の歯面は、ウォームの歯の歯面に馴染むように、徐々にウォームの歯の歯面に合わせた形状に窪む。この結果、ウォームホイールの歯面の歯形は、歯面同士の接触面積を増すように矯正される。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。
【００１２】
さらには、ウォームの歯の歯面に対してウォームホイールの歯の歯面が馴染むことによって、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。
【００１３】
さらには、歯面同士が馴染み、各歯の寸法のバラツキにも対応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製作精度や組み付け精度を緩やかにすることができ、この結果、精度管理が容易である。
【００１４】
請求項２に係る発明では、ウォームホイールの歯の歯面がウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をする変形量は、ウォームホイールを構成する樹脂の物性に基づき予め求められたクリープ量に従って、設定されている。このため、ウォームホイールの歯の歯面がウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をする変形量を、ウォームホイールを構成する樹脂材料に従って、より適切な値に設定することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明では、ウォームホイールの歯の歯形は「平歯」又は「はす歯」なので歯面が平らであり、ウォームの歯の歯面に極力馴染んだ、きれいな形状に窪むことができる。しかも、ウォームとウォームホイールとを組み合わせた状態で、最終的に矯正された歯形を生成することができる。
さらには、ウォームホイールの歯の歯形が「平歯」又は「はす歯」なので、ウォームホイールの軸方向（回転中心線の方向）の、ウォームとウォームホイールとの組み付け精度を緩やかにすることができ、この結果、精度管理が容易である。しかも、樹脂製ウォームホイールの成型用金型をシンプルな構成にすることができるので、金型の製造コストを低減することができるとともに、金型の製作精度の管理が容易である。
【００１６】
請求項４に係る発明では、無負荷状態にあるという条件下で、樹脂製のウォームホイールの歯の歯面は、金属製のウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面同士が押し付け合うようにウォームに組み付けられる。その後、ウォームとウォームホイールとを回転させることにより、樹脂製のウォームホイールの歯は、金属製のウォームの歯の歯面に繰り返し押され、その度、弾性変形を繰り返す。これを繰り返すうちに、樹脂製のウォームホイールの歯の歯面は徐々にクリープする。つまり、ウォームホイールの歯の歯面は、ウォームの歯の歯面に馴染んで、徐々にウォームの歯の歯面に合わせた形状に窪むように矯正される。このように、歯面同士が馴染み、各歯の寸法のバラツキにも対応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製作精度や組み付け精度を緩やかにすることができ、この結果、精度管理が容易である。
【００１７】
しかも、ウォームの歯の歯面に対してウォームホイールの歯の歯面が馴染むことによって、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、請求項４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採用した場合には、該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。
【００１８】
さらには、ウォームホイールの歯面の歯形が矯正されることによって、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明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の模式図である。
【図２】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３】図２の３−３線断面図である。
【図４】図２の４−４線断面図である。
【図５】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６】図５に示されたウォームの歯とウォームホイールの歯の拡大図である。
【図７】図６に示されたウォームの歯とウォームホイールの歯とを組み合わせた構成を示す説明図である。
【図８】本発明に係るウォームギヤ機構の製造方法の説明図である。
【図９】図７に示されたウォームホイールの歯のクリープ後の説明図である。
【図１０】図８に示されたホイール歯形矯正工程に伴うウォームホイールの歯の歯面のクリ−プ特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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】
【００２１】
実施例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これのウォームギヤ機構の製造方法について説明する。
【００２２】
図１に示されるように、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。
【００２３】
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）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を介して左右の転舵用車輪２９，２９を連結したものである。
【００２４】
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。
【００２５】
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を操舵することができる。
【００２６】
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に伝達するようにした機構である。
【００２７】
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するものであり、例えば磁歪式トルクセンサによって構成される。
【００２８】
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。
【００２９】
図２に示されるように、ハウジング５１は車幅方向（図左右方向）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。
【００３０】
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。
【００３１】
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に取付けたものである。
【００３２】
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６０を備えている。
【００３３】
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。
【００３４】
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に取付けたものである。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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図４及び図５に示されるように、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、ナイロン樹脂等の樹脂製品である。金属製のウォーム７０に樹脂製のホイール８０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７０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、ホイール８０は樹脂製品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。
【００３８】
次に、ウォーム７０とホイール８０の噛み合い構成について説明する。図６は、図５に示されたウォーム７０の歯７１とホイール８０の歯８１とを拡大して表している。図７（ａ）は、図５に示されたウォーム７０の歯７１とホイール８０の歯８１との噛み合い構成を表している。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示されたホイール８０の歯８１を表している。
【００３９】
図５及び図６に示されるように、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「ほぼ台形」または「インボリュート」である。ホイール８０の歯８１は「平歯」または「はす歯」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。
【００４０】
図７（ａ）に示されるように、ウォーム７０とホイール８０とは、無負荷状態であるという条件下で、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａがウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面７１ａ，８１ａ同士が押し付け合うように組み付けられている。つまり、ウォーム７０とホイール８０とは、図５に示されるように、歯７１ａ，８１ａ間にバックラッシ（隙間）が無く、しかも歯７１ａ，８１ａ同士が押し付け合うように組み付けられている。そのためには、図４に示されるように、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ＰＰを小さく設定する。
【００４１】
ここで、「ウォーム７０とホイール８０とが無負荷状態にあるという条件下」とは、ウォーム７０によってホイール８０を回したときに、ホイール８０に対して外部から反力が入力しない、いわゆるフリー状態であることをいう。無負荷状態にあるという条件を満足するためには、例えば、次の２つの方法のいずれかを採用すればよい。第１の方法は、転舵用車輪２９，２９（図１参照）を接地していない状態にすることである。第２の方法は、図２に示されるように、ラック軸２６に転舵用車輪２９，２９（図１参照）が組み付けられていない状態にすることである。無負荷状態においては、電動モータ４３によりウォームギヤ機構４４を介して転舵用車輪２９，２９を転舵させるのに必要なトルクは、各部の摩擦抵抗の総和（メカニカルロス）をやや上回るだけの、極めて小さい値である。
【００４２】
次に、ウォームギヤ機構４４の製造方法について、図８を参照しつつ説明する。
先ず、図３に示されるピニオン軸２４とラック軸２６とウォーム７０とホイール８０とを準備する（ステップＳ１１；準備工程）。
次に、ハウジング５１にラック軸２６及びピニオン軸２４を組み込む（ステップＳ１２；軸組込み工程）。
【００４３】
次に、ピニオン軸２４にホイール８０を組み付けるとともに、ハウジング５１の中にウォーム７０を挿入して、ホイール８０に組み合わせ、且つハウジング５１に回転可能に組み付ける（ステップＳ１３；ウォームギヤ組立工程）。このウォームギヤ組立工程では、図５に示されるように、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａがウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面７１ａ，８１ａ同士が押し付け合うように、ウォーム７０とホイール８０とを組み付ける。
【００４４】
次に、図４に示されるように、ハウジング５１に電動モータ４３を組付けるとともに、モータ軸４３ａをウォーム軸４６に連結する（ステップＳ１４；モータ組付け工程）。
次に、図３に示されるように、操舵トルクセンサ４１が組み込まれている上部カバー部５３によってハウジング５１の上部開口を塞ぐ（ステップＳ１５；カバー閉鎖工程）。
次に、ハウジング５１にラックガイド６０を組付ける（ステップＳ１６；ラックガイド組付け工程）。
次に、図２に示されるように、ラック軸２６の両端にタイロッド２７，２７を組付ける（ステップＳ１７；ラック軸端末処理工程）。
次に、図１に示されるように、タイロッド２７，２７の両端にナックル２８，２８を介して左右の転舵用車輪２９，２９を連結する（ステップＳ１８；車輪連結工程）。
【００４５】
このように、電動モータ４３及びウォームギヤ機構４４をピニオン軸２４に連結するとともに、このピニオン軸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を介して左右の転舵用車輪２９，２９を連結した上で、次のホイール歯形矯正工程を実行する。
【００４６】
つまり、図３に示されるように、ウォーム７０とホイール８０とを回転させることにより、歯面７１ａ，８１ａ同士（図５参照）の接触面積を増すようにホイール８０の歯８１の歯面８１ａの歯形を矯正して（ステップＳ１９；ホイール歯形矯正工程）、組立、矯正作業を完了する。このホイール歯形矯正工程は、転舵用車輪２９，２９（図１参照）を接地した状態、つまり、ウォーム７０とホイール８０とが「負荷状態にある」という条件下で実行される。
【００４７】
このホイール歯形矯正工程では、例えば電動モータ４３の正転と逆転とを交互に繰り返し行うことによって、ウォームギヤ機構４４の正逆転を繰り返す、いわゆる、ウォームギヤ機構４４の空回し運動（慣らし運転）を、予め設定された所定時間にわたって続行する。この場合、電動モータ４３は、ステアリングホイール２１の操舵とは無関係に回転する。電動モータ４３の回転条件（正転条件及び逆転条件）は、予め設定されている。
【００４８】
例えば、電動モータ４３が正逆転する回転速度、正転時間及び逆転時間は、電動パワーステアリング装置１０の種類毎に最適条件に設定される。ウォーム７０の回転速度は予め設定された一定値である。回転速度が変わると、歯面７１ａ，８１ａ同士（図５参照）の接触によって発熱する熱量が変わってしまうからである。電動モータ４３の正転時間及び逆転時間は、ラック軸２６のスライド可能範囲、つまり図２に示されるラックエンド５２ａ，５２ａがストッパ３５，３５に当たるまでの範囲を勘案して設定される。
【００４９】
この結果、図５に示されるように、ウォーム７０とホイール８０との歯面７１ａ，８１ａ同士の慣らし運転をすることができる。この慣らし運転を所定の条件（例えば、予め設定された一定の回転速度）で、予め設定された所定時間にわたって続行することにより、歯面７１ａ，８１ａ同士の接触面積を増すようにホイール８０の歯８１の歯面８１ａの歯形が矯正される。
【００５０】
図６には、ウォームギヤ組立工程を実行する前のウォーム７０の歯７１の歯形とホイール８０の歯８１の歯形とが示されている。その後、ウォームギヤ組立工程において、図７（ａ）に示されるように、歯面７１ａ，８１ａ同士が押し付け合うように、ウォーム７０とホイール８０とが組み付けられる。この結果、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａは、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａに押し付けられて食い込む。つまり、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられることによって、組み付け前の想像線によって示される歯形から、実線によって示される歯形に弾性変形をする。
【００５１】
その後、この状態で所定時間にわたって、ウォーム７０とホイール８０との歯面７１ａ，８１ａ同士の慣らし運転を実施する。すると、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａには、応力によって時間依存性の歪みが発生する現象（徐々に塑性変形を起こす現象）、いわゆるクリープ（creep）が発生する。ホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、クリープの発生によって、図７（ｂ）に示されるように、組み付け前の想像線によって示される歯形から、実線によって示される歯形に矯正される。つまり、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、図９（ａ）に示される組み付け前の歯形から、図９（ｂ）に示される矯正後の歯形に矯正される。この結果、矯正後のホイール８０の歯８１の歯面８１ａには、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられた若干の窪み面８１ｂが発生する。この窪み面８１ｂは、図７（ｂ）の実線によって示された歯形に相当する。
【００５２】
ホイール８０の歯８１の歯面８１ａがウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられて弾性変形をする変形量δ、つまりクリープ量δは、ホイール８０を構成する樹脂の物性に基づき予め求められたクリープ量に従って、設定されている。図９（ｂ）に示される窪み面８１ｂの深さは、クリープ量δに従って異なる。このため、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａがウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられて弾性変形をする変形量δを、ホイール８０を構成する樹脂材料に従って、より適切な値に設定することができる。
【００５３】
図１０は、ホイール歯形矯正工程に伴うホイール８０の歯８１の歯面８１ａのクリ−プ特性を示す特性図であり、横軸を矯正を続けている経過時間とし、縦軸を歯面８１ａのクリープ量として、経過時間に応じたクリープ量の変化特性を示している。
【００５４】
この特性図は、電動モータ４３によってウォーム７０を予め設定された一定の回転速度で正逆転を繰り返す（慣らし運転を行う）という条件下の、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａのクリープ量の変化特性である。なお、電動モータ４３によるウォーム７０の回転条件が変わっても、大きく変わるのはホイール８０の歯面８１ａにクリープが発生するまでの時間であり、クリープ量にはそれほど大きい変化がない。
【００５５】
この特性図において、破線によって示されたクリープ特性線Ｑ１は、比較例のホイールの歯の歯面のクリープ量の変化特性を示している。比較例のウォームギヤ機構は、ウォームの歯とホイールの歯との間にバックラッシ＋δ１を有している一般的な構成である。このため、慣らし運転を実施した場合には、慣らし運転の時間の経過に従い、歯面のクリープ量が増すことによって、バックラッシが大きくなってしまう。
【００５６】
一方、実線によって示されたクリープ特性線Ｑ２は、本発明のホイール８０の歯８１の歯面８１ａのクリープ量の変化特性を示している。本発明のウォームギヤ機構４４は、ウォーム７０の歯７１とホイール８０の歯８１との間にバックラッシが無く、しかも歯７１，８１同士が押し付け合うように組み付けられた構成である。
【００５７】
つまり、ウォームギヤ機構４４は、慣らし運転によるホイール８０の歯８１の歯面８１ａのクリープ量を想定して、歯７１，８１間のバックラッシの初期値が負の値−δ２になるように（無負荷状態でホイール８０の歯８１が、変形量−δ２だけ弾性変形するように）、組み付けられている。このため、慣らし運転を実施した場合には、慣らし運転の時間の経過に従い、歯面のクリープ量が増しても、バックラッシの初期値が負の値である。従って、実際の使用状態でのバックラッシは、比較例よりも大幅に小さくてすむ。
【００５８】
なお、図８に示されるウォームギヤ機構４４の製造方法において、ホイール歯形矯正工程（ステップＳ１９）は、転舵用車輪２９，２９を接地していない状態、いわゆるウォーム７０とホイール８０とが無負荷状態で実行することが可能である。また、ホイール歯形矯正工程（ステップＳ１９）は、車輪連結工程（ステップＳ１８）よりも前の段階、例えばラックガイド組付け工程（ステップＳ１６）の直後に、またはラック軸端末処理工程（ステップＳ１７）の直後に、いわゆるウォーム７０とホイール８０とが無負荷状態で実行することが可能である。
【００５９】
このように、ウォーム７０とホイール８０とを無負荷状態にして、ホイール歯形矯正工程を実行した場合には、負荷状態の条件下に比べて、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａにクリープが発生するまでの時間は、長時間になる。しかし、実行時間はかかるものの、負荷状態の条件下であっても、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａの歯形を矯正することは可能である。
【００６０】
また、車輪連結工程（ステップＳ１８）よりも前の段階で、ホイール歯形矯正工程（ステップＳ１９）を実行する場合には、ウォーム７０とホイール８０とを積極的に負荷状態にして、ホイール歯形矯正工程を実行することが、より好ましい。積極的に負荷状態にすることによって、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａにクリープが発生するまでの時間を短縮できるからである。具体的には、例えばラック軸２６に対して、予め設定された負荷をかけるための負荷装置を連結する。
【００６１】
以上の説明をまとめると、次の通りである。
転舵用車輪２９，２９（図１参照）が接地していない、若しくはラック軸２６に転舵用車輪２９，２９自体が組み付けられていない（図２参照）という無負荷状態の条件下で、図７に示されるように、樹脂製のホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、金属製のウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面７１ａ，８１ａ同士が押し付け合うようにウォーム７０に組み付けられる。その後、ウォーム７０とホイール８０とを回転させることにより、樹脂製のホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、金属製のウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに繰り返し押され、その度、弾性変形を繰り返す。これを繰り返すうちに、樹脂製のホイール８０の歯８１の歯面８１ａは徐々にクリープする。つまり、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに馴染んで、徐々にウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに合わせた形状に窪むように矯正される。このように、歯面７１ａ，８１ａ同士が馴染み、各歯７１，８１の寸法のバラツキにも対応することができるので、ウォーム７０及びホイール８０の製作精度や組み付け精度を緩やかにすることができ、この結果、精度管理が容易である。
【００６２】
しかも、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに対してホイール８０の歯８１の歯面８１ａが馴染むことによって、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（図１参照）による操舵感覚、つまり操舵フィーリングを高めることができる。
【００６３】
さらには、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａの歯形が矯正されることによって、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。
【００６４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
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…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…ウォームホイールの歯の歯面、８１ｂ…窪み面。
【技術分野】
【０００１】
本発明はウォームギヤ機構及びウォームギヤ機構の製造方法の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウォームギヤ機構の中には、電動パワーステアリング装置に有しているものがある。電動パワーステアリング装置に有した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、負荷に連結されたトルク伝達用の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。このような電動パワーステアリング装置は、特許文献１から知られている。特許文献１で知ら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は、電動モータに連結される金属製のウォームと、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールとから成る。
【０００３】
近年は、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。
【０００４】
これに対し、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６９０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ウォームギヤ機構の噛み合いを良好にすることができる技術を、提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明では、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において、前記ウォームギヤ機構は、前記電動モータに連結される金属製のウォームと、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールとから成り、前記ウォームと前記ウォームホイールとは、無負荷状態にあるという条件下で、前記ウォームホイールの歯の歯面が前記ウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、前記歯面同士が押し付け合うように組み付けられていることを特徴とする。
ここで、「ウォームとウォームホイールとが無負荷状態にあるという条件下」とは、ウォームによってウォームホイールを回したときに、該ウォームホイールに対して外部から反力が入力しない状態であることをいう。
【０００８】
請求項２に係る発明では、前記ウォームホイールの歯の歯面が前記ウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をする変形量は、前記ウォームホイールを構成する樹脂の物性に基づき予め求められたクリープ量に従って、設定されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明では、前記ウォームホイールの前記歯の歯形は、平歯、又は、はす歯であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明では、金属製のウォームと、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールと、から成るウォームギヤ機構の製造方法において、前記ウォームと前記ウォームホイールとを準備する工程と、前記ウォームと前記ウォームホイールとが無負荷状態にあるという条件下で、前記ウォームホイールの前記歯の前記歯面が前記ウォームの前記歯の前記歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、前記歯面同士が押し付け合うように、前記ウォームと前記ウォームホイールとを組み付ける工程と、前記ウォームと前記ウォームホイールとを回転させることにより、前記歯面同士の接触面積を増すように前記ウォームホイールの前記歯面の歯形を矯正する工程と、を含んでいることを特徴とする。
ここで、「ウォームとウォームホイールとが無負荷状態にあるという条件下」とは、ウォームによってウォームホイールを回したときに、該ウォームホイールに対して外部から反力が入力しない状態であることをいう。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明では、無負荷状態にあるという条件下で、樹脂製のウォームホイールの歯の歯面は、金属製のウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面同士が押し付け合うようにウォームに組み付けられる。このため、ウォームとウォームホイールとを回転させることにより、樹脂製のウォームホイールの歯は、金属製のウォームの歯の歯面に繰り返し押され、その度、弾性変形を繰り返す。これを繰り返すうちに、樹脂製のウォームホイールの歯の歯面は徐々にクリープする。つまり、ウォームホイールの歯の歯面は、ウォームの歯の歯面に馴染むように、徐々にウォームの歯の歯面に合わせた形状に窪む。この結果、ウォームホイールの歯面の歯形は、歯面同士の接触面積を増すように矯正される。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。
【００１２】
さらには、ウォームの歯の歯面に対してウォームホイールの歯の歯面が馴染むことによって、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。
【００１３】
さらには、歯面同士が馴染み、各歯の寸法のバラツキにも対応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製作精度や組み付け精度を緩やかにすることができ、この結果、精度管理が容易である。
【００１４】
請求項２に係る発明では、ウォームホイールの歯の歯面がウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をする変形量は、ウォームホイールを構成する樹脂の物性に基づき予め求められたクリープ量に従って、設定されている。このため、ウォームホイールの歯の歯面がウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をする変形量を、ウォームホイールを構成する樹脂材料に従って、より適切な値に設定することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明では、ウォームホイールの歯の歯形は「平歯」又は「はす歯」なので歯面が平らであり、ウォームの歯の歯面に極力馴染んだ、きれいな形状に窪むことができる。しかも、ウォームとウォームホイールとを組み合わせた状態で、最終的に矯正された歯形を生成することができる。
さらには、ウォームホイールの歯の歯形が「平歯」又は「はす歯」なので、ウォームホイールの軸方向（回転中心線の方向）の、ウォームとウォームホイールとの組み付け精度を緩やかにすることができ、この結果、精度管理が容易である。しかも、樹脂製ウォームホイールの成型用金型をシンプルな構成にすることができるので、金型の製造コストを低減することができるとともに、金型の製作精度の管理が容易である。
【００１６】
請求項４に係る発明では、無負荷状態にあるという条件下で、樹脂製のウォームホイールの歯の歯面は、金属製のウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面同士が押し付け合うようにウォームに組み付けられる。その後、ウォームとウォームホイールとを回転させることにより、樹脂製のウォームホイールの歯は、金属製のウォームの歯の歯面に繰り返し押され、その度、弾性変形を繰り返す。これを繰り返すうちに、樹脂製のウォームホイールの歯の歯面は徐々にクリープする。つまり、ウォームホイールの歯の歯面は、ウォームの歯の歯面に馴染んで、徐々にウォームの歯の歯面に合わせた形状に窪むように矯正される。このように、歯面同士が馴染み、各歯の寸法のバラツキにも対応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製作精度や組み付け精度を緩やかにすることができ、この結果、精度管理が容易である。
【００１７】
しかも、ウォームの歯の歯面に対してウォームホイールの歯の歯面が馴染むことによって、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、請求項４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採用した場合には、該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。
【００１８】
さらには、ウォームホイールの歯面の歯形が矯正されることによって、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明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の模式図である。
【図２】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３】図２の３−３線断面図である。
【図４】図２の４−４線断面図である。
【図５】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６】図５に示されたウォームの歯とウォームホイールの歯の拡大図である。
【図７】図６に示されたウォームの歯とウォームホイールの歯とを組み合わせた構成を示す説明図である。
【図８】本発明に係るウォームギヤ機構の製造方法の説明図である。
【図９】図７に示されたウォームホイールの歯のクリープ後の説明図である。
【図１０】図８に示されたホイール歯形矯正工程に伴うウォームホイールの歯の歯面のクリ−プ特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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】
【００２１】
実施例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これのウォームギヤ機構の製造方法について説明する。
【００２２】
図１に示されるように、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。
【００２３】
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）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を介して左右の転舵用車輪２９，２９を連結したものである。
【００２４】
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。
【００２５】
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を操舵することができる。
【００２６】
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に伝達するようにした機構である。
【００２７】
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するものであり、例えば磁歪式トルクセンサによって構成される。
【００２８】
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。
【００２９】
図２に示されるように、ハウジング５１は車幅方向（図左右方向）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。
【００３０】
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。
【００３１】
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に取付けたものである。
【００３２】
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６０を備えている。
【００３３】
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。
【００３４】
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に取付けたものである。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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図４及び図５に示されるように、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、ナイロン樹脂等の樹脂製品である。金属製のウォーム７０に樹脂製のホイール８０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７０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、ホイール８０は樹脂製品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。
【００３８】
次に、ウォーム７０とホイール８０の噛み合い構成について説明する。図６は、図５に示されたウォーム７０の歯７１とホイール８０の歯８１とを拡大して表している。図７（ａ）は、図５に示されたウォーム７０の歯７１とホイール８０の歯８１との噛み合い構成を表している。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示されたホイール８０の歯８１を表している。
【００３９】
図５及び図６に示されるように、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「ほぼ台形」または「インボリュート」である。ホイール８０の歯８１は「平歯」または「はす歯」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。
【００４０】
図７（ａ）に示されるように、ウォーム７０とホイール８０とは、無負荷状態であるという条件下で、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａがウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面７１ａ，８１ａ同士が押し付け合うように組み付けられている。つまり、ウォーム７０とホイール８０とは、図５に示されるように、歯７１ａ，８１ａ間にバックラッシ（隙間）が無く、しかも歯７１ａ，８１ａ同士が押し付け合うように組み付けられている。そのためには、図４に示されるように、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ＰＰを小さく設定する。
【００４１】
ここで、「ウォーム７０とホイール８０とが無負荷状態にあるという条件下」とは、ウォーム７０によってホイール８０を回したときに、ホイール８０に対して外部から反力が入力しない、いわゆるフリー状態であることをいう。無負荷状態にあるという条件を満足するためには、例えば、次の２つの方法のいずれかを採用すればよい。第１の方法は、転舵用車輪２９，２９（図１参照）を接地していない状態にすることである。第２の方法は、図２に示されるように、ラック軸２６に転舵用車輪２９，２９（図１参照）が組み付けられていない状態にすることである。無負荷状態においては、電動モータ４３によりウォームギヤ機構４４を介して転舵用車輪２９，２９を転舵させるのに必要なトルクは、各部の摩擦抵抗の総和（メカニカルロス）をやや上回るだけの、極めて小さい値である。
【００４２】
次に、ウォームギヤ機構４４の製造方法について、図８を参照しつつ説明する。
先ず、図３に示されるピニオン軸２４とラック軸２６とウォーム７０とホイール８０とを準備する（ステップＳ１１；準備工程）。
次に、ハウジング５１にラック軸２６及びピニオン軸２４を組み込む（ステップＳ１２；軸組込み工程）。
【００４３】
次に、ピニオン軸２４にホイール８０を組み付けるとともに、ハウジング５１の中にウォーム７０を挿入して、ホイール８０に組み合わせ、且つハウジング５１に回転可能に組み付ける（ステップＳ１３；ウォームギヤ組立工程）。このウォームギヤ組立工程では、図５に示されるように、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａがウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面７１ａ，８１ａ同士が押し付け合うように、ウォーム７０とホイール８０とを組み付ける。
【００４４】
次に、図４に示されるように、ハウジング５１に電動モータ４３を組付けるとともに、モータ軸４３ａをウォーム軸４６に連結する（ステップＳ１４；モータ組付け工程）。
次に、図３に示されるように、操舵トルクセンサ４１が組み込まれている上部カバー部５３によってハウジング５１の上部開口を塞ぐ（ステップＳ１５；カバー閉鎖工程）。
次に、ハウジング５１にラックガイド６０を組付ける（ステップＳ１６；ラックガイド組付け工程）。
次に、図２に示されるように、ラック軸２６の両端にタイロッド２７，２７を組付ける（ステップＳ１７；ラック軸端末処理工程）。
次に、図１に示されるように、タイロッド２７，２７の両端にナックル２８，２８を介して左右の転舵用車輪２９，２９を連結する（ステップＳ１８；車輪連結工程）。
【００４５】
このように、電動モータ４３及びウォームギヤ機構４４をピニオン軸２４に連結するとともに、このピニオン軸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を介して左右の転舵用車輪２９，２９を連結した上で、次のホイール歯形矯正工程を実行する。
【００４６】
つまり、図３に示されるように、ウォーム７０とホイール８０とを回転させることにより、歯面７１ａ，８１ａ同士（図５参照）の接触面積を増すようにホイール８０の歯８１の歯面８１ａの歯形を矯正して（ステップＳ１９；ホイール歯形矯正工程）、組立、矯正作業を完了する。このホイール歯形矯正工程は、転舵用車輪２９，２９（図１参照）を接地した状態、つまり、ウォーム７０とホイール８０とが「負荷状態にある」という条件下で実行される。
【００４７】
このホイール歯形矯正工程では、例えば電動モータ４３の正転と逆転とを交互に繰り返し行うことによって、ウォームギヤ機構４４の正逆転を繰り返す、いわゆる、ウォームギヤ機構４４の空回し運動（慣らし運転）を、予め設定された所定時間にわたって続行する。この場合、電動モータ４３は、ステアリングホイール２１の操舵とは無関係に回転する。電動モータ４３の回転条件（正転条件及び逆転条件）は、予め設定されている。
【００４８】
例えば、電動モータ４３が正逆転する回転速度、正転時間及び逆転時間は、電動パワーステアリング装置１０の種類毎に最適条件に設定される。ウォーム７０の回転速度は予め設定された一定値である。回転速度が変わると、歯面７１ａ，８１ａ同士（図５参照）の接触によって発熱する熱量が変わってしまうからである。電動モータ４３の正転時間及び逆転時間は、ラック軸２６のスライド可能範囲、つまり図２に示されるラックエンド５２ａ，５２ａがストッパ３５，３５に当たるまでの範囲を勘案して設定される。
【００４９】
この結果、図５に示されるように、ウォーム７０とホイール８０との歯面７１ａ，８１ａ同士の慣らし運転をすることができる。この慣らし運転を所定の条件（例えば、予め設定された一定の回転速度）で、予め設定された所定時間にわたって続行することにより、歯面７１ａ，８１ａ同士の接触面積を増すようにホイール８０の歯８１の歯面８１ａの歯形が矯正される。
【００５０】
図６には、ウォームギヤ組立工程を実行する前のウォーム７０の歯７１の歯形とホイール８０の歯８１の歯形とが示されている。その後、ウォームギヤ組立工程において、図７（ａ）に示されるように、歯面７１ａ，８１ａ同士が押し付け合うように、ウォーム７０とホイール８０とが組み付けられる。この結果、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａは、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａに押し付けられて食い込む。つまり、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられることによって、組み付け前の想像線によって示される歯形から、実線によって示される歯形に弾性変形をする。
【００５１】
その後、この状態で所定時間にわたって、ウォーム７０とホイール８０との歯面７１ａ，８１ａ同士の慣らし運転を実施する。すると、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａには、応力によって時間依存性の歪みが発生する現象（徐々に塑性変形を起こす現象）、いわゆるクリープ（creep）が発生する。ホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、クリープの発生によって、図７（ｂ）に示されるように、組み付け前の想像線によって示される歯形から、実線によって示される歯形に矯正される。つまり、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、図９（ａ）に示される組み付け前の歯形から、図９（ｂ）に示される矯正後の歯形に矯正される。この結果、矯正後のホイール８０の歯８１の歯面８１ａには、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられた若干の窪み面８１ｂが発生する。この窪み面８１ｂは、図７（ｂ）の実線によって示された歯形に相当する。
【００５２】
ホイール８０の歯８１の歯面８１ａがウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられて弾性変形をする変形量δ、つまりクリープ量δは、ホイール８０を構成する樹脂の物性に基づき予め求められたクリープ量に従って、設定されている。図９（ｂ）に示される窪み面８１ｂの深さは、クリープ量δに従って異なる。このため、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａがウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられて弾性変形をする変形量δを、ホイール８０を構成する樹脂材料に従って、より適切な値に設定することができる。
【００５３】
図１０は、ホイール歯形矯正工程に伴うホイール８０の歯８１の歯面８１ａのクリ−プ特性を示す特性図であり、横軸を矯正を続けている経過時間とし、縦軸を歯面８１ａのクリープ量として、経過時間に応じたクリープ量の変化特性を示している。
【００５４】
この特性図は、電動モータ４３によってウォーム７０を予め設定された一定の回転速度で正逆転を繰り返す（慣らし運転を行う）という条件下の、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａのクリープ量の変化特性である。なお、電動モータ４３によるウォーム７０の回転条件が変わっても、大きく変わるのはホイール８０の歯面８１ａにクリープが発生するまでの時間であり、クリープ量にはそれほど大きい変化がない。
【００５５】
この特性図において、破線によって示されたクリープ特性線Ｑ１は、比較例のホイールの歯の歯面のクリープ量の変化特性を示している。比較例のウォームギヤ機構は、ウォームの歯とホイールの歯との間にバックラッシ＋δ１を有している一般的な構成である。このため、慣らし運転を実施した場合には、慣らし運転の時間の経過に従い、歯面のクリープ量が増すことによって、バックラッシが大きくなってしまう。
【００５６】
一方、実線によって示されたクリープ特性線Ｑ２は、本発明のホイール８０の歯８１の歯面８１ａのクリープ量の変化特性を示している。本発明のウォームギヤ機構４４は、ウォーム７０の歯７１とホイール８０の歯８１との間にバックラッシが無く、しかも歯７１，８１同士が押し付け合うように組み付けられた構成である。
【００５７】
つまり、ウォームギヤ機構４４は、慣らし運転によるホイール８０の歯８１の歯面８１ａのクリープ量を想定して、歯７１，８１間のバックラッシの初期値が負の値−δ２になるように（無負荷状態でホイール８０の歯８１が、変形量−δ２だけ弾性変形するように）、組み付けられている。このため、慣らし運転を実施した場合には、慣らし運転の時間の経過に従い、歯面のクリープ量が増しても、バックラッシの初期値が負の値である。従って、実際の使用状態でのバックラッシは、比較例よりも大幅に小さくてすむ。
【００５８】
なお、図８に示されるウォームギヤ機構４４の製造方法において、ホイール歯形矯正工程（ステップＳ１９）は、転舵用車輪２９，２９を接地していない状態、いわゆるウォーム７０とホイール８０とが無負荷状態で実行することが可能である。また、ホイール歯形矯正工程（ステップＳ１９）は、車輪連結工程（ステップＳ１８）よりも前の段階、例えばラックガイド組付け工程（ステップＳ１６）の直後に、またはラック軸端末処理工程（ステップＳ１７）の直後に、いわゆるウォーム７０とホイール８０とが無負荷状態で実行することが可能である。
【００５９】
このように、ウォーム７０とホイール８０とを無負荷状態にして、ホイール歯形矯正工程を実行した場合には、負荷状態の条件下に比べて、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａにクリープが発生するまでの時間は、長時間になる。しかし、実行時間はかかるものの、負荷状態の条件下であっても、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａの歯形を矯正することは可能である。
【００６０】
また、車輪連結工程（ステップＳ１８）よりも前の段階で、ホイール歯形矯正工程（ステップＳ１９）を実行する場合には、ウォーム７０とホイール８０とを積極的に負荷状態にして、ホイール歯形矯正工程を実行することが、より好ましい。積極的に負荷状態にすることによって、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａにクリープが発生するまでの時間を短縮できるからである。具体的には、例えばラック軸２６に対して、予め設定された負荷をかけるための負荷装置を連結する。
【００６１】
以上の説明をまとめると、次の通りである。
転舵用車輪２９，２９（図１参照）が接地していない、若しくはラック軸２６に転舵用車輪２９，２９自体が組み付けられていない（図２参照）という無負荷状態の条件下で、図７に示されるように、樹脂製のホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、金属製のウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、歯面７１ａ，８１ａ同士が押し付け合うようにウォーム７０に組み付けられる。その後、ウォーム７０とホイール８０とを回転させることにより、樹脂製のホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、金属製のウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに繰り返し押され、その度、弾性変形を繰り返す。これを繰り返すうちに、樹脂製のホイール８０の歯８１の歯面８１ａは徐々にクリープする。つまり、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａは、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに馴染んで、徐々にウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに合わせた形状に窪むように矯正される。このように、歯面７１ａ，８１ａ同士が馴染み、各歯７１，８１の寸法のバラツキにも対応することができるので、ウォーム７０及びホイール８０の製作精度や組み付け精度を緩やかにすることができ、この結果、精度管理が容易である。
【００６２】
しかも、ウォーム７０の歯７１の歯面７１ａに対してホイール８０の歯８１の歯面８１ａが馴染むことによって、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（図１参照）による操舵感覚、つまり操舵フィーリングを高めることができる。
【００６３】
さらには、ホイール８０の歯８１の歯面８１ａの歯形が矯正されることによって、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。
【００６４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
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…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…ウォームホイールの歯の歯面、８１ｂ…窪み面。
【特許請求の範囲】
【請求項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において、
前記ウォームギヤ機構は、前記電動モータに連結される金属製のウォームと、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールとから成り、
前記ウォームと前記ウォームホイールとは、無負荷状態にあるという条件下で、前記ウォームホイールの歯の歯面が前記ウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、前記歯面同士が押し付け合うように組み付けられていることを特徴とするウォームギヤ機構。
【請求項２】
前記ウォームホイールの歯の歯面が前記ウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をする変形量は、前記ウォームホイールを構成する樹脂の物性に基づき予め求められたクリープ量に従って、設定されていることを特徴とする請求項１記載のウォームギヤ機構。
【請求項３】
前記ウォームホイールの前記歯の歯形は、平歯、又は、はす歯であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のウォームギヤ機構を備えたウォームギヤ機構。
【請求項４】
金属製のウォームと、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールと、から成るウォームギヤ機構の製造方法において、
前記ウォームと前記ウォームホイールとを準備する工程と、
前記ウォームと前記ウォームホイールとが無負荷状態にあるという条件下で、前記ウォームホイールの前記歯の前記歯面が前記ウォームの前記歯の前記歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、前記歯面同士が押し付け合うように、前記ウォームと前記ウォームホイールとを組み付ける工程と、
前記ウォームと前記ウォームホイールとを回転させることにより、前記歯面同士の接触面積を増すように前記ウォームホイールの前記歯面の歯形を矯正する工程と、を含んでいることを特徴とするウォームギヤ機構の製造方法。
【請求項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において、
前記ウォームギヤ機構は、前記電動モータに連結される金属製のウォームと、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールとから成り、
前記ウォームと前記ウォームホイールとは、無負荷状態にあるという条件下で、前記ウォームホイールの歯の歯面が前記ウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、前記歯面同士が押し付け合うように組み付けられていることを特徴とするウォームギヤ機構。
【請求項２】
前記ウォームホイールの歯の歯面が前記ウォームの歯の歯面に押し付けられて弾性変形をする変形量は、前記ウォームホイールを構成する樹脂の物性に基づき予め求められたクリープ量に従って、設定されていることを特徴とする請求項１記載のウォームギヤ機構。
【請求項３】
前記ウォームホイールの前記歯の歯形は、平歯、又は、はす歯であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のウォームギヤ機構を備えたウォームギヤ機構。
【請求項４】
金属製のウォームと、該ウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールと、から成るウォームギヤ機構の製造方法において、
前記ウォームと前記ウォームホイールとを準備する工程と、
前記ウォームと前記ウォームホイールとが無負荷状態にあるという条件下で、前記ウォームホイールの前記歯の前記歯面が前記ウォームの前記歯の前記歯面に押し付けられて弾性変形をすることが可能な範囲で、前記歯面同士が押し付け合うように、前記ウォームと前記ウォームホイールとを組み付ける工程と、
前記ウォームと前記ウォームホイールとを回転させることにより、前記歯面同士の接触面積を増すように前記ウォームホイールの前記歯面の歯形を矯正する工程と、を含んでいることを特徴とするウォームギヤ機構の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−５３６６６（Ｐ２０１３−５３６６６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２１７９（Ｐ２０１１−１９２１７９）
【出願日】平成２３年９月３日（２０１１．９．３）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３日（２０１１．９．３）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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