ウォームホイールおよびこれを備える電動パワーステアリング装置
【課題】小型でコスト安価であり、且つ耐久性に優れたウォームホイールを提供する。
【解決手段】ウォームホイール２１の歯面２３は、主歯面２６と、延設歯面２７と、を含む。主歯面２６は、ウォームホイール２１のピッチ円Ｃ１の半径ｒ１よりも、ウォームホイール２１のモジュールｍに所定の係数αを乗じた値分大きい半径ｒ２を有する基準円Ｃ２の内側に配置されている。延設歯面２７は、主歯面２６から基準円Ｃ２の外側に延び主歯面２６の延長面Ｐ１に対して歯部２４の内側に傾斜している。
【解決手段】ウォームホイール２１の歯面２３は、主歯面２６と、延設歯面２７と、を含む。主歯面２６は、ウォームホイール２１のピッチ円Ｃ１の半径ｒ１よりも、ウォームホイール２１のモジュールｍに所定の係数αを乗じた値分大きい半径ｒ２を有する基準円Ｃ２の内側に配置されている。延設歯面２７は、主歯面２６から基準円Ｃ２の外側に延び主歯面２６の延長面Ｐ１に対して歯部２４の内側に傾斜している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォームホイールと、これを備える電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置の電動モータの出力を伝達する減速機として、ウォーム減速機構が知られている。ウォーム減速機構は、螺旋状の金属歯を有するウォーム軸と、このウォーム軸に噛み合うウォームホイールとを含んでいる。ウォームホイールの歯部は、例えば、合成樹脂製である（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３４７２４号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の電動パワーステアリング装置の高出力化に伴い、減速機構が大型化しており、車両へのレイアウトが非常に厳しくなってきている。ウォームホイールとして樹脂を用いた場合、強度を満足するためにウォームホイールが大型になる傾向にある。また、高出力に耐え得る樹脂は高価であり、製造コストが高くなる。
一方、ウォームホイールを金属等の硬質の材料で成形した場合、ウォームホイールを大型にすることなく、ウォームホイールの強度を満足し得る。しかしながら、ウォームホイールの歯とウォーム軸の歯の両方が金属であると、両方の歯がエッジ当たりを起こすおそれがある。エッジ当たりは、ウォームホイールの歯先の角部にウォーム軸の歯が局所的に接触する現象である。エッジ当たりが生じると、ウォームホイールの歯先に大きな圧力（面圧）が生じてしまうので、ウォームホイールの耐久性の向上の観点からは、好ましくない。
【０００５】
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、小型でコスト安価であり、且つ耐久性に優れたウォームホイール、およびこれを備える電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、ウォーム軸（２０）に噛み合うための歯面（２３）が形成された歯部（２４）を有するウォームホイール（２１）において、前記歯面は、前記ウォームホイールのピッチ円（Ｃ１）の半径（ｒ１）よりも、前記ウォームホイールのモジュール（ｍ）に所定の係数（α）を乗じた値分大きい半径（ｒ２）を有する基準円（Ｃ２）の内側に配置された主歯面（２６；２６Ａ）と、前記主歯面から前記基準円の外側に延び前記主歯面の延長面（Ｐ１）に対して前記歯部の内側に傾斜した延設歯面（２７；２７Ａ）と、を含むことを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
通常、ウォームホイールの歯先円の半径は、ウォームホイールのモジュールに所定の係数（例えば、低歯であれば０．８，並歯であれば１．０）を乗じた値をピッチ円の半径に加算した値となる。したがって、通常、ウォームホイールの歯面は、上記の歯先円に対してウォームホイールの径方向内側に位置している。
これに対し、本発明のウォームホイールの延設歯面は、上記歯先円に相当する基準円よりもウォームホイールの径方向の外側に延びている。これにより、ウォーム軸の歯面がウォームホイールの歯面に噛み合うとき、ウォーム軸の歯面は、主に主歯面に接触しつつ、延設歯面にも接触することができる。これにより、ウォーム軸の歯面とウォームホイールの歯面との接触面積を増すことができる。また、ウォーム軸の歯面がウォームホイールの歯面の先端に局所的に接触することを抑制できる。その結果、ウォームホイールの歯先の一部が局所的にウォーム軸の歯面に接触するエッジ当たりを抑制できる。よって、ウォームホイールの歯面に作用する圧力のピークを低くできる。その結果、ウォームホイールの負荷の偏りの抑制を通じてウォームホイールの耐久性をより向上できる。さらに、延設歯面は、主歯面に対して歯部の内側に傾斜しているので、延設歯面とウォーム軸の歯面との間に潤滑剤が入り込むことができる。この潤滑剤により、ウォームホイールの歯面の摩耗を抑制できるので、ウォームホイールの耐久性をより向上できる。しかも、ウォーム軸の歯部との接触面積を増すために、ウォームホイールの歯部を合成樹脂等の高価な弾性部材で形成する必要がない。これにより、コスト安価な金属材料を用いることができる。また、ウォームホイールの材料を合成樹脂にしなければならないという制限がないので、金属材料等の高強度材料を用いることができる。よって、ウォームホイールの歯を小さくでき、これにより、ウォームホイールの小型化を達成できる。
【０００８】
また、本発明において、前記延設歯面は、前記主歯面に滑らかに連続する曲面に形成されている場合がある（請求項２）。
この場合、ウォーム軸の歯面と延設歯面との接触を、より滑らかにできる。これにより、ウォームホイールの歯面の損傷を小さくできる。よって、ウォームホイールの耐久性をより向上できる。
【０００９】
また、本発明において、前記歯面は、前記主歯面および前記延設歯面に設けられたウォームホイール歯形形状部（２９）を含む場合がある（請求項３）。
この場合、ウォーム軸の歯面との噛み合いに極めて適した形状を有するウォームホイール歯形形状部を設けることにより、ウォームホイールの歯面とウォーム軸の歯面との接触面積を確実に大きくできる。これにより、ウォームホイールの歯面に作用する面圧のピークを確実に低減できるので、ウォームホイールの耐久性を、より確実に向上できる。
【００１０】
また、本発明において、前記ウォームホイール歯形形状部は、鍛造によって形成される場合がある（請求項４）。
この場合、樹脂材料等と比べて高強度な金属材料を鍛造することにより、ウォームホイールの歯面を形成することができる。これにより、ウォームホイールの耐久性をより向上できる。さらに、鍛造でウォームホイール歯形形状部を形成することにより、ホブカッタでウォームホイール歯形形状部を形成する場合と比べて、歯面の形状の自由度を高くできる。よって、延設歯面を有するウォームホイールに、ウォームホイール歯形形状部を容易に形成できる。その結果、ウォームホイールを、よりコスト安価に製造できる。
【００１１】
なお、ウォームホイールの歯部全体を、鍛造成形してもよい。
また、本発明において、前記ウォームホイール歯形形状部は、前記歯部の歯すじ方向（Ｄ１）に関して前記歯面の中間部に配置されており、前記歯部の歯先面（３３）は、前記ウォームホイール歯形形状部から前記歯すじ方向の外側に遠ざかるに従い前記ウォームホイールの径方向内方に進むように傾斜している場合がある（請求項５）。
【００１２】
この場合、歯すじ方向に関する歯先面の両端部を、面取りまたはクラウニング加工された傾斜状とすることができる。これにより、ウォームホイールをウォーム軸に組み付けるとき等に上記歯先面の両端部がウォーム軸等に接触しても、ウォームホイールの歯部が欠けることを抑制できる。また、上記歯先面の両端部を傾斜状にすることにより、ウォームホイールの歯先面の両端部から歯面に向けて潤滑剤を導き易くされている。これにより、ウォームホイールの歯面がウォーム軸の歯面と噛み合って摩耗することをより確実に抑制できるので、ウォームホイールの耐久性をより向上できる。
【００１３】
また、本発明において、前記所定の係数は、０．８または１．０である場合がある（請求項６）。
この場合、所定の係数を０．８とすることにより、歯末のたけが並歯よりも短い低歯としてウォームホイールの歯部を用いることができる。また、所定の係数を１．０とすることにより、歯末のたけがモジュールの値と等しい並歯としてウォームホイールの歯部を用いることができる。
【００１４】
また、本発明は、電動モータ（１８）と、前記電動モータによって駆動されるウォーム軸（２０）と、前記ウォーム軸に噛み合う前記ウォームホイールと、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置（１）を提供する（請求項７）。
この場合、耐久性に優れ、小型で、且つコスト安価な電動パワーステアリング装置を実現できる。
【００１５】
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態のウォームホイールを含む電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るウォームホイールの概略斜視図である。
【図３】歯部周辺の斜視図である。
【図４】歯部の断面図であり、ウォームホイールの軸方向から見た状態を示す。
【図５】ウォームホイールの歯部周辺の一部断面図であり、ウォームホイールの周方向から見た状態を示している。
【図６】ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合い動作について説明するための主要部の断面図である。
【図７】ウォームホイールの製造方法を説明するための主要部の側面図である。
【図８】本実施形態のウォームホイールと従来のウォームホイールとを対比するための側面図である。
【図９】本発明の別の実施形態の主要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の一実施形態のウォームホイールを含む電動パワーステアリング装置の模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を操舵する操舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と操舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
【００１８】
本実施形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト６にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明する。しかしながら、本発明は、操舵補助機構５から後述するピニオン軸１３にアシスト力が与えられる構造に適用することも可能である。
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
【００１９】
ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、操舵補助のためのモータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１２に入力される。また、車速センサ９０からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と操舵機構４とを連結している。
【００２０】
操舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が設けられている。
【００２１】
ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に
変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。
【００２２】
ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを操舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含む。減速機構１９は、駆動ギヤとしてのウォーム２０と、このウォーム２０と噛み合うウォームホイール２１とを含む。減速機構１９は、ギヤハウジング２２内に収容されている。
【００２３】
ウォーム２０は、図示しない継手を介して電動モータ１８の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６に一体回転可能に連結されている。
電動モータ１８がウォーム２０を回転駆動すると、ウォーム２０によってウォームホイール２１が回転駆動され、ウォームホイール２１およびステアリングシャフト６が一体回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。
【００２４】
電動モータ１８は、三相ブラシレスモータからなり、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ９０からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態に係るウォームホイール２１の概略斜視図である。ウォームホイール２１は、金属製であり、歯面２３の少なくとも一部は、鍛造により形成されている。本実施形態では、歯面２３を含む歯部２４の全体が鍛造によって形成されている。ウォームホイール２１は、所定のモジュールｍ（例えば、２．０）を有している。ウォームホイール２１は、中心孔２１ａを有している。ウォームホイール２１は、その外周２１ｂに、進み角Ａ１を有する多数の歯部２４を有している。歯部２４は、ウォームホイール２１の軸方向Ｘ１に関して、ウォームホイール２１の全域に形成されている。ウォームホイール２１は、隣接する歯部２４，２４間に形成された歯溝２５を有している。
【００２６】
図３は、歯部２４，２４周辺の斜視図である。ウォームホイール２１の各歯部２４は、互いに対向する一対の歯面２３，２３を有している。各歯面２３，２３は、互いに同様の形状に形成されている。歯面２３は、主歯面２６と、延設歯面２７と、を含んでいる。また、歯面２３は、はすば歯形形状部２８と、ウォームホイール歯形形状部２９と、を含んでいる。
【００２７】
図４は、歯部２４の断面図であり、ウォームホイール２１の軸方向Ｘ１から見た状態を示している。以下、図４を参照して説明するときは、ウォームホイール２１を軸方向Ｘ１から見た状態を基準に説明する。
主歯面２６は、歯面２３のうち、ウォーム軸２０と最も広い面で噛み合う面である。主歯面２６は、ウォームホイール２１のピッチ円Ｃ１と交差している。主歯面２６は、ウォームホイール２１の歯溝２５に連続しており、歯溝２５からウォームホイール２１の径方向Ｒ１の外方に向けて延びている。主歯面２６の先端２６ａは、基準円Ｃ２上に配置されている。基準円Ｃ２は、ピッチ円Ｃ１と同心である。基準円Ｃ２の半径ｒ２は、モジュールｍに所定の係数αを乗じた値を、ピッチ円Ｃ１の半径ｒ１に加算した値｛ｒ２＝ｒ１＋（α×ｍ）｝とされている。
【００２８】
基準円Ｃ２は、延設歯面２７が設けられていない従来のウォームホイールの歯先円に相当する。すなわち、基準円Ｃ２は、ウォームホイール２１のモジュールｍと同じモジュールを有し、且つ上記所定の係数αと同じ係数を有する歯部をホブで切削加工したときの歯部の歯先円に合致する。
所定の係数αは、例えば、０．６〜１．２に設定される。所定の係数αが０．６未満であると、歯部２４の歯末のたけｈｋが短くなりすぎてしまい、所定の係数αが１．２より大きいと、歯末のたけｈｋが長くなり過ぎてしまう。
【００２９】
本実施形態では、所定の係数αは０．８に設定されており、歯部２４は、低歯として設けられている。なお、所定の係数αを１．０とすることにより、歯部２４を並歯として設けてもよい。所定の係数αが１．０未満のときは、歯部２４は、低歯となり、所定の係数αが１．０を超えるときは、歯部２４は高歯となる。
上記の構成により、主歯面２６は、径方向Ｒ１に関して、基準円Ｃ２と、歯溝２５との間に配置された湾曲面とされている。
【００３０】
延設歯面２７は、主歯面２６と協働してウォーム軸２０に噛み合うように構成されている。延設歯面２７は、主歯面２６に滑らかに連続しており、主歯面２６から径方向Ｒ１の外方に向けて延びている。延設歯面２７は、曲面となっている。延設歯面２７は、基準円Ｃ２に対して径方向Ｒ１の外方に配置されている。延設歯面２７は、主歯面２６を延長した仮想の延長面Ｐ１に対して、歯部２４の内側（ウォームホイール２１の周方向Ｙ１の内側に傾斜して延びている。すなわち、延設歯面２７は、延長面Ｐ１から退避するように延びている。
【００３１】
延設歯面２７の先端２７ａは、歯部２４の先端である。延設歯面２７の先端２７ａを通る円としての歯先円Ｃ３は、ピッチ円Ｃ１と同軸に配置されている。歯先円Ｃ３の半径ｒ３は、例えば、基準円Ｃ２の半径ｒ２よりも、モジュールｍの数％から数十％分大きい。
図３および図４を参照して、はすば歯形形状部２８は、はすば歯車の歯面の形状に合致する形状に形成されている。はすば歯形形状部２８の断面形状は、例えば、インボリュート曲線形状とされている。はすば歯形形状部２８は、主歯面２６のうち、後述する第１部分３１が設けられている部分以外の部分に設けられている。なお、はすば歯形形状部２８は、後述する第２部分３２にも設けられていてもよい。
【００３２】
ウォームホイール歯形形状部２９は、ウォーム軸２０と接触する歯当たり領域に設けられている。ウォームホイール歯形形状部２９は、ウォーム軸の螺旋状の歯部を模した刃部を有するホブカッタ（図示せず）で切削加工を施してなるウォームホイールの歯部の歯面の形状に合致する形状に形成されている。このホブカッタの刃部は、ウォーム軸の歯部の断面形状と同じ断面形状（包絡線形状）を有している。
【００３３】
ウォームホイール歯形形状部２９は、歯すじ方向Ｄ１に関する歯面２３の中間部に配置されている。ウォームホイール歯形形状部２９の外周縁部の形状は、劣弧形状と、この劣弧の両端を繋ぐ弦形状とによって形成されている。ウォームホイール歯形形状部２９は、主歯面２６に形成された第１部分３１と、延設歯面２７に形成された第２部分３２と、を含んでいる。
【００３４】
第１部分３１は、主歯面２６のはすば歯形形状部２８に対して僅かに窪んでいる。第１部分３１は、第１部分３１の歯すじ方向Ｄ１の端部から中央に向かうに従い径方向Ｒ１の幅（歯たけ方向の幅）が広くなっている。
第２部分３２は、第１部分３１と滑らかに連続している。第２部分３２は、径方向Ｒ１の長さが略一定とされている。
【００３５】
図５は、ウォームホイール２１の歯部２４周辺の一部断面図であり、歯部２４をウォームホイール２１の周方向Ｙ１から見た状態を示している。以下、図５を参照して説明するときは、ウォームホイール２１を周方向Ｙ１から見た状態を基準に説明する。歯部２４の歯先面３３のうち、歯すじ方向Ｄ１に関する両端部３３ａ，３３ｂは、湾曲状に形成されている。換言すれば、歯先面３３の両端部３３ａ，３３ｂは、中間部３３ｃに対して傾斜している。
【００３６】
具体的には、歯先面３３の一端部３３ａは、ウォームホイール歯形形状部２９に対して歯すじ方向Ｄ１の外側に配置されている。一端部３３ａは、歯すじ方向Ｄ１に沿ってウォームホイール歯形形状部２９から遠ざかるに従い、径方向Ｒ１の内方に進むように傾斜している。
同様に、歯先面３３の他端部３３ｂは、ウォームホイール歯形形状部２９に対して歯すじ方向Ｄ１の外側に配置されている。他端部３３ｂは、歯すじ方向Ｄ１に沿ってウォームホイール歯形形状部２９から遠ざかるに従い、径方向Ｒ１の内方に進むように傾斜している。
【００３７】
図４を参照して、ウォームホイール２１の歯溝２５は、周方向Ｙ１の両端が角張った形状に形成されている。歯溝２５の歯底２５ａを通る歯底円Ｃ４の半径ｒ４は、前述した、ホブカッタ（図示せず）で切削加工を施してなる歯底２５ａ’の歯底円Ｃ４’の直径ｒ４’よりも小さくされている。
図６を参照して、ウォーム軸２０が回転しているとき、ウォームホイール２１の歯部２４の歯面２３は、ウォーム軸２０の歯部４１の歯面４２に接触する。このとき、ウォームホイール２０の歯面２３の延設歯面２７の周辺に充填された潤滑剤としてのグリースは、歯面４２との間のくさび状の空間Ｓ１に、矢印Ｋ１に示すように引き込まれる。このくさび効果により、グリースは、歯面２３，４２間に供給される。
【００３８】
次に、ウォームホイール２１の製造方法の主要点について説明する。
まず、図７に示すように、製造用中間体５０を用意する。製造用中間体５０は、はすば歯車であり、鍛造によって形成されている。なお、製造用中間体５０は、環状の金属材料を切削加工することにより形成されていてもよい。
製造用中間体５０の歯部５２は、鍛造金型５１による鍛造代を確保するため、完成後のウォームホイール２１の歯部２４と比較して、その歯厚を太くされている。また、製造用中間体５０の歯部５２の歯先円Ｃ５は、前述の基準円Ｃ２よりも大きくされている。製造用中間体５０の歯部５２の歯面５３の基端側部５３ａは、はすば歯形形状部２８に相当する形状に形成されている。また、製造用中間体５０の歯面５３の先端側部５３ｂは、延設歯面２７が形成される面であり、滑らかに面取りされた形状となっている。
【００３９】
この製造用中間体５０の歯部５２，５２間の歯溝５５に、鍛造金型５１をプレス機（図示せず）により押し込む。これにより、ウォームホイール２１のウォームホイール歯形形状形成部２９が鍛造成形される。なお、鍛造金型５１による鍛造時に、歯部５２，５２を周方向Ｙ１に挟む金型（図示せず）や、歯部５２，５２の先端面を押さえる金型（図示せず）をさらに設けてもよい。これにより、鍛造金型５１による鍛造時に、歯部５２，５２のうち、鍛造金型５１に接触していない表面の意図しない塑性変形を抑制できる。以上が電動パワーステアリング装置１の概略構成である。
【００４０】
図８に示すように、延設歯面２７が設けられていないウォームホイールとしての通常のウォームホイール２１’の歯先円Ｃ３’の半径ｒ３’は、ウォームホイール２１’のモジュールｍに所定の係数α（低歯であれば、例えば０．８）を乗じた値をピッチ円Ｃ１の半径ｒ１に加算した値となる。通常のウォームホイール２１’の歯面２３’は、歯先円Ｃ３’に対してウォームホイール２１’の径方向内側に位置している。なお、図８では、ウォームホイール２１’の歯先および歯底については想像線である２点鎖線で示している。
【００４１】
これに対し、本実施形態のウォームホイール２１の延設歯面２７は、上記歯先円Ｃ３’に相当する基準円Ｃ２よりもウォームホイール２１の径方向Ｒ１の外側に延びている。これにより、図６に示すように、ウォーム軸２０の歯面４２がウォームホイール２１の歯面２３に噛み合うときには、ウォーム軸２０の歯面４２は、主に主歯面２６に接触しつつ、延設歯面２７にも接触することができる。
【００４２】
これにより、ウォーム軸２０の歯面４２とウォームホイール２１の歯面２３との接触面積を増すことができる。また、ウォーム軸２０の歯面４２がウォームホイール２１の歯面２３の先端に局所的に接触することを抑制できる。その結果、ウォームホイール２１の歯先の一部が局所的にウォーム軸２０の歯面４２に接触するエッジ当たりを抑制できる。よって、ウォームホイール２１の歯面２３に作用する圧力のピークを低くできる。その結果、ウォームホイール２１の負荷の偏りの抑制を通じて、ウォームホイール２１の耐久性をより向上できる。
【００４３】
例えば、図８に示すように、延設歯面が設けられていない通常のウォームホイール２１’を用いた場合には、全歯たけｈｋ’が短い。このため、歯面２３’の歯先に面取りを施すことでエッジ当たりを抑制しようとすると、ウォーム軸２０の歯面４２との接触面積が小さくなる。その結果、ウォームホイール２１’の歯面２３’に作用する面圧のピークが大きくなり、耐久性を向上し難い。本実施形態のウォームホイール２１によれば、歯末のたけｈｋが長くされている結果、全歯たけも長く、上記のような不具合が生じることを抑制できる。
【００４４】
また、ウォームホイール２１の延設歯面２７は、主歯面２６に対して歯部２４の内側に傾斜している。したがって、延設歯面２７とウォーム軸２０の歯面４２との間にグリースが入り込むことができる。このグリースにより、ウォームホイール２１の歯面２３の摩耗を抑制できるので、ウォームホイール２１の耐久性をより向上できる。
しかも、ウォーム軸２０の歯面４２との接触面積を増すために、ウォームホイール２１の歯面２３を合成樹脂等の高価な弾性部材で形成する必要がない。これにより、コスト安価な金属材料を用いてウォームホイール２１の歯部２４を形成できる。また、ウォームホイール２１の材料を合成樹脂にしなければならないという制限がないので、金属材料等の高強度材料を用いて歯部２４を形成できる。よって、ウォームホイール２１の歯部２４を小さくでき、これにより、ウォームホイール２１の小型化を達成できる。
【００４５】
また、延設歯面２７は、主歯面２６に滑らかに連続する曲面に形成されている。これにより、ウォーム軸２０の歯面４２と延設歯面２７との接触を、より滑らかにできる。これにより、ウォームホイール２１の歯面２３の損傷を小さくできる。よって、ウォームホイール２１の耐久性をより向上できる。
さらに、歯面２３に、ウォーム軸２０の歯面４２との噛み合いに極めて適した形状を有するウォームホイール歯形形状部２９を設けている。これにより、ウォームホイール２１の歯面２３とウォーム軸２０の歯面４２との接触面積を確実に大きくできる。これにより、ウォームホイール２１の歯面２３に作用する面圧のピークを確実に低減できるので、ウォームホイール２１の耐久性を、より確実に向上できる。
【００４６】
また、ウォームホイール歯形形状部２９は、鍛造によって形成される。このように、合成樹脂材料等と比べて高強度な金属材料を鍛造することにより、ウォームホイール２１の歯面２３を形成することができる。これにより、ウォームホイール２１の耐久性をより向上できる。さらに、鍛造でウォームホイール歯形形状部２９を形成することにより、ホブカッタでウォームホイール歯形形状部を形成する場合と比べて、歯面２３の形状の自由度を高くできる。よって、延設歯面２７を有するウォームホイール２１に、ウォームホイール歯形形状部２９を容易に形成できる。その結果、ウォームホイール２１を、よりコスト安価に製造できる。
【００４７】
また、歯すじ方向Ｄ１に関する歯先面３３の両端部３３ａ，３３ｂを、面取りまたはクラウニング加工された傾斜状に形成している。これにより、ウォームホイール２１をウォーム軸２０に組み付けるとき等に歯先面３３の両端部３３ａ，３３ｂがウォーム軸２０等に接触しても、ウォームホイール２１の歯部２４が欠けることを抑制できる。
さらに、歯先面３３の両端部３３ａ，３３ｂを傾斜状にすることにより、ウォームホイール２１の歯先面３３の両端部３３ａ，３３ｂから歯面２３に向けてグリースを導き易くされている。これにより、ウォームホイール２１の歯面２３がウォーム軸２０の歯面４２と噛み合って摩耗することをより確実に抑制できるので、ウォームホイール２１の耐久性をより向上できる。
【００４８】
また、所定の係数αを０．８としていることにより、歯末のたけが並歯よりも短い低歯として歯部２４を用いることができる。
なお、所定の係数αを１．０とした場合には、歯末のたけがモジュールｍの値と等しい並歯として歯部２４を用いることができる。
以上より、耐久性に優れ、小型で、且つコスト安価な電動パワーステアリング装置１を実現できる。
【００４９】
本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、歯面２３に、歯すじ方向Ｄ１に延びる溝を設けてもよい。この場合、溝で潤滑剤を保持することが可能となる。これにより、歯面２３，４２間の潤滑状態をより良くできるので、歯面２３，４２の摩擦による温度を、より確実に１００度以下にできる。よって、減速機構１９を、より長時間に亘って連続使用できる。
【００５０】
また、延設歯面２７のうち、ウォームホイール歯形形状部２９以外の部分は、ウォームホイール歯形形状部２９の形成に先立って形成されていてもよいし、ウォームホイール歯形形状部２９の形成より後に形成されていてもよい。
また、図９に示すように、直線状の主歯面２６Ａおよび延設歯面２７Ａを有する歯部２４Ａを設けてもよい。また、本発明を、電動パワーステアリング装置以外の他の一般の装置に備えられるウォーム減速機構に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…電動パワーステアリング装置、１８…電動モータ、２０…ウォーム軸、２１…ウォームホイール、２３…歯面、２４…歯部、２６，２６Ａ…主歯面、２７，２７Ａ…延設歯面、２９…ウォームホイール歯形形状部、３３…歯先面、Ｃ１…ピッチ円、Ｃ２…基準円、Ｄ１…歯すじ方向、ｍ…モジュール、Ｐ１…延長面、ｒ１…ピッチ円の半径、ｒ２…基準円の半径、α…所定の係数。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォームホイールと、これを備える電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置の電動モータの出力を伝達する減速機として、ウォーム減速機構が知られている。ウォーム減速機構は、螺旋状の金属歯を有するウォーム軸と、このウォーム軸に噛み合うウォームホイールとを含んでいる。ウォームホイールの歯部は、例えば、合成樹脂製である（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３４７２４号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の電動パワーステアリング装置の高出力化に伴い、減速機構が大型化しており、車両へのレイアウトが非常に厳しくなってきている。ウォームホイールとして樹脂を用いた場合、強度を満足するためにウォームホイールが大型になる傾向にある。また、高出力に耐え得る樹脂は高価であり、製造コストが高くなる。
一方、ウォームホイールを金属等の硬質の材料で成形した場合、ウォームホイールを大型にすることなく、ウォームホイールの強度を満足し得る。しかしながら、ウォームホイールの歯とウォーム軸の歯の両方が金属であると、両方の歯がエッジ当たりを起こすおそれがある。エッジ当たりは、ウォームホイールの歯先の角部にウォーム軸の歯が局所的に接触する現象である。エッジ当たりが生じると、ウォームホイールの歯先に大きな圧力（面圧）が生じてしまうので、ウォームホイールの耐久性の向上の観点からは、好ましくない。
【０００５】
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、小型でコスト安価であり、且つ耐久性に優れたウォームホイール、およびこれを備える電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、ウォーム軸（２０）に噛み合うための歯面（２３）が形成された歯部（２４）を有するウォームホイール（２１）において、前記歯面は、前記ウォームホイールのピッチ円（Ｃ１）の半径（ｒ１）よりも、前記ウォームホイールのモジュール（ｍ）に所定の係数（α）を乗じた値分大きい半径（ｒ２）を有する基準円（Ｃ２）の内側に配置された主歯面（２６；２６Ａ）と、前記主歯面から前記基準円の外側に延び前記主歯面の延長面（Ｐ１）に対して前記歯部の内側に傾斜した延設歯面（２７；２７Ａ）と、を含むことを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
通常、ウォームホイールの歯先円の半径は、ウォームホイールのモジュールに所定の係数（例えば、低歯であれば０．８，並歯であれば１．０）を乗じた値をピッチ円の半径に加算した値となる。したがって、通常、ウォームホイールの歯面は、上記の歯先円に対してウォームホイールの径方向内側に位置している。
これに対し、本発明のウォームホイールの延設歯面は、上記歯先円に相当する基準円よりもウォームホイールの径方向の外側に延びている。これにより、ウォーム軸の歯面がウォームホイールの歯面に噛み合うとき、ウォーム軸の歯面は、主に主歯面に接触しつつ、延設歯面にも接触することができる。これにより、ウォーム軸の歯面とウォームホイールの歯面との接触面積を増すことができる。また、ウォーム軸の歯面がウォームホイールの歯面の先端に局所的に接触することを抑制できる。その結果、ウォームホイールの歯先の一部が局所的にウォーム軸の歯面に接触するエッジ当たりを抑制できる。よって、ウォームホイールの歯面に作用する圧力のピークを低くできる。その結果、ウォームホイールの負荷の偏りの抑制を通じてウォームホイールの耐久性をより向上できる。さらに、延設歯面は、主歯面に対して歯部の内側に傾斜しているので、延設歯面とウォーム軸の歯面との間に潤滑剤が入り込むことができる。この潤滑剤により、ウォームホイールの歯面の摩耗を抑制できるので、ウォームホイールの耐久性をより向上できる。しかも、ウォーム軸の歯部との接触面積を増すために、ウォームホイールの歯部を合成樹脂等の高価な弾性部材で形成する必要がない。これにより、コスト安価な金属材料を用いることができる。また、ウォームホイールの材料を合成樹脂にしなければならないという制限がないので、金属材料等の高強度材料を用いることができる。よって、ウォームホイールの歯を小さくでき、これにより、ウォームホイールの小型化を達成できる。
【０００８】
また、本発明において、前記延設歯面は、前記主歯面に滑らかに連続する曲面に形成されている場合がある（請求項２）。
この場合、ウォーム軸の歯面と延設歯面との接触を、より滑らかにできる。これにより、ウォームホイールの歯面の損傷を小さくできる。よって、ウォームホイールの耐久性をより向上できる。
【０００９】
また、本発明において、前記歯面は、前記主歯面および前記延設歯面に設けられたウォームホイール歯形形状部（２９）を含む場合がある（請求項３）。
この場合、ウォーム軸の歯面との噛み合いに極めて適した形状を有するウォームホイール歯形形状部を設けることにより、ウォームホイールの歯面とウォーム軸の歯面との接触面積を確実に大きくできる。これにより、ウォームホイールの歯面に作用する面圧のピークを確実に低減できるので、ウォームホイールの耐久性を、より確実に向上できる。
【００１０】
また、本発明において、前記ウォームホイール歯形形状部は、鍛造によって形成される場合がある（請求項４）。
この場合、樹脂材料等と比べて高強度な金属材料を鍛造することにより、ウォームホイールの歯面を形成することができる。これにより、ウォームホイールの耐久性をより向上できる。さらに、鍛造でウォームホイール歯形形状部を形成することにより、ホブカッタでウォームホイール歯形形状部を形成する場合と比べて、歯面の形状の自由度を高くできる。よって、延設歯面を有するウォームホイールに、ウォームホイール歯形形状部を容易に形成できる。その結果、ウォームホイールを、よりコスト安価に製造できる。
【００１１】
なお、ウォームホイールの歯部全体を、鍛造成形してもよい。
また、本発明において、前記ウォームホイール歯形形状部は、前記歯部の歯すじ方向（Ｄ１）に関して前記歯面の中間部に配置されており、前記歯部の歯先面（３３）は、前記ウォームホイール歯形形状部から前記歯すじ方向の外側に遠ざかるに従い前記ウォームホイールの径方向内方に進むように傾斜している場合がある（請求項５）。
【００１２】
この場合、歯すじ方向に関する歯先面の両端部を、面取りまたはクラウニング加工された傾斜状とすることができる。これにより、ウォームホイールをウォーム軸に組み付けるとき等に上記歯先面の両端部がウォーム軸等に接触しても、ウォームホイールの歯部が欠けることを抑制できる。また、上記歯先面の両端部を傾斜状にすることにより、ウォームホイールの歯先面の両端部から歯面に向けて潤滑剤を導き易くされている。これにより、ウォームホイールの歯面がウォーム軸の歯面と噛み合って摩耗することをより確実に抑制できるので、ウォームホイールの耐久性をより向上できる。
【００１３】
また、本発明において、前記所定の係数は、０．８または１．０である場合がある（請求項６）。
この場合、所定の係数を０．８とすることにより、歯末のたけが並歯よりも短い低歯としてウォームホイールの歯部を用いることができる。また、所定の係数を１．０とすることにより、歯末のたけがモジュールの値と等しい並歯としてウォームホイールの歯部を用いることができる。
【００１４】
また、本発明は、電動モータ（１８）と、前記電動モータによって駆動されるウォーム軸（２０）と、前記ウォーム軸に噛み合う前記ウォームホイールと、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置（１）を提供する（請求項７）。
この場合、耐久性に優れ、小型で、且つコスト安価な電動パワーステアリング装置を実現できる。
【００１５】
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態のウォームホイールを含む電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るウォームホイールの概略斜視図である。
【図３】歯部周辺の斜視図である。
【図４】歯部の断面図であり、ウォームホイールの軸方向から見た状態を示す。
【図５】ウォームホイールの歯部周辺の一部断面図であり、ウォームホイールの周方向から見た状態を示している。
【図６】ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合い動作について説明するための主要部の断面図である。
【図７】ウォームホイールの製造方法を説明するための主要部の側面図である。
【図８】本実施形態のウォームホイールと従来のウォームホイールとを対比するための側面図である。
【図９】本発明の別の実施形態の主要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の一実施形態のウォームホイールを含む電動パワーステアリング装置の模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を操舵する操舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と操舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
【００１８】
本実施形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト６にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明する。しかしながら、本発明は、操舵補助機構５から後述するピニオン軸１３にアシスト力が与えられる構造に適用することも可能である。
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
【００１９】
ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、操舵補助のためのモータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１２に入力される。また、車速センサ９０からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と操舵機構４とを連結している。
【００２０】
操舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が設けられている。
【００２１】
ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に
変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。
【００２２】
ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを操舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含む。減速機構１９は、駆動ギヤとしてのウォーム２０と、このウォーム２０と噛み合うウォームホイール２１とを含む。減速機構１９は、ギヤハウジング２２内に収容されている。
【００２３】
ウォーム２０は、図示しない継手を介して電動モータ１８の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６に一体回転可能に連結されている。
電動モータ１８がウォーム２０を回転駆動すると、ウォーム２０によってウォームホイール２１が回転駆動され、ウォームホイール２１およびステアリングシャフト６が一体回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。
【００２４】
電動モータ１８は、三相ブラシレスモータからなり、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ９０からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態に係るウォームホイール２１の概略斜視図である。ウォームホイール２１は、金属製であり、歯面２３の少なくとも一部は、鍛造により形成されている。本実施形態では、歯面２３を含む歯部２４の全体が鍛造によって形成されている。ウォームホイール２１は、所定のモジュールｍ（例えば、２．０）を有している。ウォームホイール２１は、中心孔２１ａを有している。ウォームホイール２１は、その外周２１ｂに、進み角Ａ１を有する多数の歯部２４を有している。歯部２４は、ウォームホイール２１の軸方向Ｘ１に関して、ウォームホイール２１の全域に形成されている。ウォームホイール２１は、隣接する歯部２４，２４間に形成された歯溝２５を有している。
【００２６】
図３は、歯部２４，２４周辺の斜視図である。ウォームホイール２１の各歯部２４は、互いに対向する一対の歯面２３，２３を有している。各歯面２３，２３は、互いに同様の形状に形成されている。歯面２３は、主歯面２６と、延設歯面２７と、を含んでいる。また、歯面２３は、はすば歯形形状部２８と、ウォームホイール歯形形状部２９と、を含んでいる。
【００２７】
図４は、歯部２４の断面図であり、ウォームホイール２１の軸方向Ｘ１から見た状態を示している。以下、図４を参照して説明するときは、ウォームホイール２１を軸方向Ｘ１から見た状態を基準に説明する。
主歯面２６は、歯面２３のうち、ウォーム軸２０と最も広い面で噛み合う面である。主歯面２６は、ウォームホイール２１のピッチ円Ｃ１と交差している。主歯面２６は、ウォームホイール２１の歯溝２５に連続しており、歯溝２５からウォームホイール２１の径方向Ｒ１の外方に向けて延びている。主歯面２６の先端２６ａは、基準円Ｃ２上に配置されている。基準円Ｃ２は、ピッチ円Ｃ１と同心である。基準円Ｃ２の半径ｒ２は、モジュールｍに所定の係数αを乗じた値を、ピッチ円Ｃ１の半径ｒ１に加算した値｛ｒ２＝ｒ１＋（α×ｍ）｝とされている。
【００２８】
基準円Ｃ２は、延設歯面２７が設けられていない従来のウォームホイールの歯先円に相当する。すなわち、基準円Ｃ２は、ウォームホイール２１のモジュールｍと同じモジュールを有し、且つ上記所定の係数αと同じ係数を有する歯部をホブで切削加工したときの歯部の歯先円に合致する。
所定の係数αは、例えば、０．６〜１．２に設定される。所定の係数αが０．６未満であると、歯部２４の歯末のたけｈｋが短くなりすぎてしまい、所定の係数αが１．２より大きいと、歯末のたけｈｋが長くなり過ぎてしまう。
【００２９】
本実施形態では、所定の係数αは０．８に設定されており、歯部２４は、低歯として設けられている。なお、所定の係数αを１．０とすることにより、歯部２４を並歯として設けてもよい。所定の係数αが１．０未満のときは、歯部２４は、低歯となり、所定の係数αが１．０を超えるときは、歯部２４は高歯となる。
上記の構成により、主歯面２６は、径方向Ｒ１に関して、基準円Ｃ２と、歯溝２５との間に配置された湾曲面とされている。
【００３０】
延設歯面２７は、主歯面２６と協働してウォーム軸２０に噛み合うように構成されている。延設歯面２７は、主歯面２６に滑らかに連続しており、主歯面２６から径方向Ｒ１の外方に向けて延びている。延設歯面２７は、曲面となっている。延設歯面２７は、基準円Ｃ２に対して径方向Ｒ１の外方に配置されている。延設歯面２７は、主歯面２６を延長した仮想の延長面Ｐ１に対して、歯部２４の内側（ウォームホイール２１の周方向Ｙ１の内側に傾斜して延びている。すなわち、延設歯面２７は、延長面Ｐ１から退避するように延びている。
【００３１】
延設歯面２７の先端２７ａは、歯部２４の先端である。延設歯面２７の先端２７ａを通る円としての歯先円Ｃ３は、ピッチ円Ｃ１と同軸に配置されている。歯先円Ｃ３の半径ｒ３は、例えば、基準円Ｃ２の半径ｒ２よりも、モジュールｍの数％から数十％分大きい。
図３および図４を参照して、はすば歯形形状部２８は、はすば歯車の歯面の形状に合致する形状に形成されている。はすば歯形形状部２８の断面形状は、例えば、インボリュート曲線形状とされている。はすば歯形形状部２８は、主歯面２６のうち、後述する第１部分３１が設けられている部分以外の部分に設けられている。なお、はすば歯形形状部２８は、後述する第２部分３２にも設けられていてもよい。
【００３２】
ウォームホイール歯形形状部２９は、ウォーム軸２０と接触する歯当たり領域に設けられている。ウォームホイール歯形形状部２９は、ウォーム軸の螺旋状の歯部を模した刃部を有するホブカッタ（図示せず）で切削加工を施してなるウォームホイールの歯部の歯面の形状に合致する形状に形成されている。このホブカッタの刃部は、ウォーム軸の歯部の断面形状と同じ断面形状（包絡線形状）を有している。
【００３３】
ウォームホイール歯形形状部２９は、歯すじ方向Ｄ１に関する歯面２３の中間部に配置されている。ウォームホイール歯形形状部２９の外周縁部の形状は、劣弧形状と、この劣弧の両端を繋ぐ弦形状とによって形成されている。ウォームホイール歯形形状部２９は、主歯面２６に形成された第１部分３１と、延設歯面２７に形成された第２部分３２と、を含んでいる。
【００３４】
第１部分３１は、主歯面２６のはすば歯形形状部２８に対して僅かに窪んでいる。第１部分３１は、第１部分３１の歯すじ方向Ｄ１の端部から中央に向かうに従い径方向Ｒ１の幅（歯たけ方向の幅）が広くなっている。
第２部分３２は、第１部分３１と滑らかに連続している。第２部分３２は、径方向Ｒ１の長さが略一定とされている。
【００３５】
図５は、ウォームホイール２１の歯部２４周辺の一部断面図であり、歯部２４をウォームホイール２１の周方向Ｙ１から見た状態を示している。以下、図５を参照して説明するときは、ウォームホイール２１を周方向Ｙ１から見た状態を基準に説明する。歯部２４の歯先面３３のうち、歯すじ方向Ｄ１に関する両端部３３ａ，３３ｂは、湾曲状に形成されている。換言すれば、歯先面３３の両端部３３ａ，３３ｂは、中間部３３ｃに対して傾斜している。
【００３６】
具体的には、歯先面３３の一端部３３ａは、ウォームホイール歯形形状部２９に対して歯すじ方向Ｄ１の外側に配置されている。一端部３３ａは、歯すじ方向Ｄ１に沿ってウォームホイール歯形形状部２９から遠ざかるに従い、径方向Ｒ１の内方に進むように傾斜している。
同様に、歯先面３３の他端部３３ｂは、ウォームホイール歯形形状部２９に対して歯すじ方向Ｄ１の外側に配置されている。他端部３３ｂは、歯すじ方向Ｄ１に沿ってウォームホイール歯形形状部２９から遠ざかるに従い、径方向Ｒ１の内方に進むように傾斜している。
【００３７】
図４を参照して、ウォームホイール２１の歯溝２５は、周方向Ｙ１の両端が角張った形状に形成されている。歯溝２５の歯底２５ａを通る歯底円Ｃ４の半径ｒ４は、前述した、ホブカッタ（図示せず）で切削加工を施してなる歯底２５ａ’の歯底円Ｃ４’の直径ｒ４’よりも小さくされている。
図６を参照して、ウォーム軸２０が回転しているとき、ウォームホイール２１の歯部２４の歯面２３は、ウォーム軸２０の歯部４１の歯面４２に接触する。このとき、ウォームホイール２０の歯面２３の延設歯面２７の周辺に充填された潤滑剤としてのグリースは、歯面４２との間のくさび状の空間Ｓ１に、矢印Ｋ１に示すように引き込まれる。このくさび効果により、グリースは、歯面２３，４２間に供給される。
【００３８】
次に、ウォームホイール２１の製造方法の主要点について説明する。
まず、図７に示すように、製造用中間体５０を用意する。製造用中間体５０は、はすば歯車であり、鍛造によって形成されている。なお、製造用中間体５０は、環状の金属材料を切削加工することにより形成されていてもよい。
製造用中間体５０の歯部５２は、鍛造金型５１による鍛造代を確保するため、完成後のウォームホイール２１の歯部２４と比較して、その歯厚を太くされている。また、製造用中間体５０の歯部５２の歯先円Ｃ５は、前述の基準円Ｃ２よりも大きくされている。製造用中間体５０の歯部５２の歯面５３の基端側部５３ａは、はすば歯形形状部２８に相当する形状に形成されている。また、製造用中間体５０の歯面５３の先端側部５３ｂは、延設歯面２７が形成される面であり、滑らかに面取りされた形状となっている。
【００３９】
この製造用中間体５０の歯部５２，５２間の歯溝５５に、鍛造金型５１をプレス機（図示せず）により押し込む。これにより、ウォームホイール２１のウォームホイール歯形形状形成部２９が鍛造成形される。なお、鍛造金型５１による鍛造時に、歯部５２，５２を周方向Ｙ１に挟む金型（図示せず）や、歯部５２，５２の先端面を押さえる金型（図示せず）をさらに設けてもよい。これにより、鍛造金型５１による鍛造時に、歯部５２，５２のうち、鍛造金型５１に接触していない表面の意図しない塑性変形を抑制できる。以上が電動パワーステアリング装置１の概略構成である。
【００４０】
図８に示すように、延設歯面２７が設けられていないウォームホイールとしての通常のウォームホイール２１’の歯先円Ｃ３’の半径ｒ３’は、ウォームホイール２１’のモジュールｍに所定の係数α（低歯であれば、例えば０．８）を乗じた値をピッチ円Ｃ１の半径ｒ１に加算した値となる。通常のウォームホイール２１’の歯面２３’は、歯先円Ｃ３’に対してウォームホイール２１’の径方向内側に位置している。なお、図８では、ウォームホイール２１’の歯先および歯底については想像線である２点鎖線で示している。
【００４１】
これに対し、本実施形態のウォームホイール２１の延設歯面２７は、上記歯先円Ｃ３’に相当する基準円Ｃ２よりもウォームホイール２１の径方向Ｒ１の外側に延びている。これにより、図６に示すように、ウォーム軸２０の歯面４２がウォームホイール２１の歯面２３に噛み合うときには、ウォーム軸２０の歯面４２は、主に主歯面２６に接触しつつ、延設歯面２７にも接触することができる。
【００４２】
これにより、ウォーム軸２０の歯面４２とウォームホイール２１の歯面２３との接触面積を増すことができる。また、ウォーム軸２０の歯面４２がウォームホイール２１の歯面２３の先端に局所的に接触することを抑制できる。その結果、ウォームホイール２１の歯先の一部が局所的にウォーム軸２０の歯面４２に接触するエッジ当たりを抑制できる。よって、ウォームホイール２１の歯面２３に作用する圧力のピークを低くできる。その結果、ウォームホイール２１の負荷の偏りの抑制を通じて、ウォームホイール２１の耐久性をより向上できる。
【００４３】
例えば、図８に示すように、延設歯面が設けられていない通常のウォームホイール２１’を用いた場合には、全歯たけｈｋ’が短い。このため、歯面２３’の歯先に面取りを施すことでエッジ当たりを抑制しようとすると、ウォーム軸２０の歯面４２との接触面積が小さくなる。その結果、ウォームホイール２１’の歯面２３’に作用する面圧のピークが大きくなり、耐久性を向上し難い。本実施形態のウォームホイール２１によれば、歯末のたけｈｋが長くされている結果、全歯たけも長く、上記のような不具合が生じることを抑制できる。
【００４４】
また、ウォームホイール２１の延設歯面２７は、主歯面２６に対して歯部２４の内側に傾斜している。したがって、延設歯面２７とウォーム軸２０の歯面４２との間にグリースが入り込むことができる。このグリースにより、ウォームホイール２１の歯面２３の摩耗を抑制できるので、ウォームホイール２１の耐久性をより向上できる。
しかも、ウォーム軸２０の歯面４２との接触面積を増すために、ウォームホイール２１の歯面２３を合成樹脂等の高価な弾性部材で形成する必要がない。これにより、コスト安価な金属材料を用いてウォームホイール２１の歯部２４を形成できる。また、ウォームホイール２１の材料を合成樹脂にしなければならないという制限がないので、金属材料等の高強度材料を用いて歯部２４を形成できる。よって、ウォームホイール２１の歯部２４を小さくでき、これにより、ウォームホイール２１の小型化を達成できる。
【００４５】
また、延設歯面２７は、主歯面２６に滑らかに連続する曲面に形成されている。これにより、ウォーム軸２０の歯面４２と延設歯面２７との接触を、より滑らかにできる。これにより、ウォームホイール２１の歯面２３の損傷を小さくできる。よって、ウォームホイール２１の耐久性をより向上できる。
さらに、歯面２３に、ウォーム軸２０の歯面４２との噛み合いに極めて適した形状を有するウォームホイール歯形形状部２９を設けている。これにより、ウォームホイール２１の歯面２３とウォーム軸２０の歯面４２との接触面積を確実に大きくできる。これにより、ウォームホイール２１の歯面２３に作用する面圧のピークを確実に低減できるので、ウォームホイール２１の耐久性を、より確実に向上できる。
【００４６】
また、ウォームホイール歯形形状部２９は、鍛造によって形成される。このように、合成樹脂材料等と比べて高強度な金属材料を鍛造することにより、ウォームホイール２１の歯面２３を形成することができる。これにより、ウォームホイール２１の耐久性をより向上できる。さらに、鍛造でウォームホイール歯形形状部２９を形成することにより、ホブカッタでウォームホイール歯形形状部を形成する場合と比べて、歯面２３の形状の自由度を高くできる。よって、延設歯面２７を有するウォームホイール２１に、ウォームホイール歯形形状部２９を容易に形成できる。その結果、ウォームホイール２１を、よりコスト安価に製造できる。
【００４７】
また、歯すじ方向Ｄ１に関する歯先面３３の両端部３３ａ，３３ｂを、面取りまたはクラウニング加工された傾斜状に形成している。これにより、ウォームホイール２１をウォーム軸２０に組み付けるとき等に歯先面３３の両端部３３ａ，３３ｂがウォーム軸２０等に接触しても、ウォームホイール２１の歯部２４が欠けることを抑制できる。
さらに、歯先面３３の両端部３３ａ，３３ｂを傾斜状にすることにより、ウォームホイール２１の歯先面３３の両端部３３ａ，３３ｂから歯面２３に向けてグリースを導き易くされている。これにより、ウォームホイール２１の歯面２３がウォーム軸２０の歯面４２と噛み合って摩耗することをより確実に抑制できるので、ウォームホイール２１の耐久性をより向上できる。
【００４８】
また、所定の係数αを０．８としていることにより、歯末のたけが並歯よりも短い低歯として歯部２４を用いることができる。
なお、所定の係数αを１．０とした場合には、歯末のたけがモジュールｍの値と等しい並歯として歯部２４を用いることができる。
以上より、耐久性に優れ、小型で、且つコスト安価な電動パワーステアリング装置１を実現できる。
【００４９】
本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、歯面２３に、歯すじ方向Ｄ１に延びる溝を設けてもよい。この場合、溝で潤滑剤を保持することが可能となる。これにより、歯面２３，４２間の潤滑状態をより良くできるので、歯面２３，４２の摩擦による温度を、より確実に１００度以下にできる。よって、減速機構１９を、より長時間に亘って連続使用できる。
【００５０】
また、延設歯面２７のうち、ウォームホイール歯形形状部２９以外の部分は、ウォームホイール歯形形状部２９の形成に先立って形成されていてもよいし、ウォームホイール歯形形状部２９の形成より後に形成されていてもよい。
また、図９に示すように、直線状の主歯面２６Ａおよび延設歯面２７Ａを有する歯部２４Ａを設けてもよい。また、本発明を、電動パワーステアリング装置以外の他の一般の装置に備えられるウォーム減速機構に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…電動パワーステアリング装置、１８…電動モータ、２０…ウォーム軸、２１…ウォームホイール、２３…歯面、２４…歯部、２６，２６Ａ…主歯面、２７，２７Ａ…延設歯面、２９…ウォームホイール歯形形状部、３３…歯先面、Ｃ１…ピッチ円、Ｃ２…基準円、Ｄ１…歯すじ方向、ｍ…モジュール、Ｐ１…延長面、ｒ１…ピッチ円の半径、ｒ２…基準円の半径、α…所定の係数。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォーム軸に噛み合うための歯面が形成された歯部を有するウォームホイールにおいて、
前記歯面は、前記ウォームホイールのピッチ円の半径よりも、前記ウォームホイールのモジュールに所定の係数を乗じた値分大きい半径を有する基準円の内側に配置された主歯面と、前記主歯面から前記基準円の外側に延び前記主歯面の延長面に対して前記歯部の内側に傾斜した延設歯面と、を含むことを特徴とするウォームホイール。
【請求項２】
請求項１において、前記延設歯面は、前記主歯面に滑らかに連続する曲面に形成されていることを特徴とするウォームホイール。
【請求項３】
請求項１または２において、前記歯面は、前記主歯面および前記延設歯面に設けられたウォームホイール歯形形状部を含むことを特徴とするウォームホイール。
【請求項４】
請求項３において、前記ウォームホイール歯形形状部は、鍛造によって形成されることを特徴とするウォームホイール。
【請求項５】
請求項３または４において、前記ウォームホイール歯形形状部は、前記歯部の歯すじ方向に関して前記歯面の中間部に配置されており、
前記歯部の歯先面は、前記ウォームホイール歯形形状部から前記歯すじ方向の外側に遠ざかるに従い前記ウォームホイールの径方向内方に進むように傾斜していることを特徴とするウォームホイール。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項において、前記所定の係数は、０．８または１．０であることを特徴とするウォームホイール。
【請求項７】
電動モータと、
前記電動モータによって駆動されるウォーム軸と、
前記ウォーム軸に噛み合う請求項１〜６の何れか１項に記載のウォームホイールと、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
ウォーム軸に噛み合うための歯面が形成された歯部を有するウォームホイールにおいて、
前記歯面は、前記ウォームホイールのピッチ円の半径よりも、前記ウォームホイールのモジュールに所定の係数を乗じた値分大きい半径を有する基準円の内側に配置された主歯面と、前記主歯面から前記基準円の外側に延び前記主歯面の延長面に対して前記歯部の内側に傾斜した延設歯面と、を含むことを特徴とするウォームホイール。
【請求項２】
請求項１において、前記延設歯面は、前記主歯面に滑らかに連続する曲面に形成されていることを特徴とするウォームホイール。
【請求項３】
請求項１または２において、前記歯面は、前記主歯面および前記延設歯面に設けられたウォームホイール歯形形状部を含むことを特徴とするウォームホイール。
【請求項４】
請求項３において、前記ウォームホイール歯形形状部は、鍛造によって形成されることを特徴とするウォームホイール。
【請求項５】
請求項３または４において、前記ウォームホイール歯形形状部は、前記歯部の歯すじ方向に関して前記歯面の中間部に配置されており、
前記歯部の歯先面は、前記ウォームホイール歯形形状部から前記歯すじ方向の外側に遠ざかるに従い前記ウォームホイールの径方向内方に進むように傾斜していることを特徴とするウォームホイール。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項において、前記所定の係数は、０．８または１．０であることを特徴とするウォームホイール。
【請求項７】
電動モータと、
前記電動モータによって駆動されるウォーム軸と、
前記ウォーム軸に噛み合う請求項１〜６の何れか１項に記載のウォームホイールと、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８４７８３（Ｐ２０１２−１８４７８３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６５９７（Ｐ２０１１−４６５９７）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]