JP4801482B2 - 電動ステアリング装置 - Google Patents
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Description
これに対して、トルクの伝達効率が小さい分、歯同士の噛み合いに伴う発熱が増すことになる。このため、樹脂製品からなるウォームホイールが熱影響によって歪む、つまり、クリープ(creep)が発生し得る。従って、ウォームホイールの耐久性を、より高めるには、更なる改良の余地がある。
大きいトルクでの連続運転をした場合であっても、伝達効率が高いので、噛み合いに伴う発熱を抑制することができる。このため、樹脂製品からなるウォームホイールが熱影響によって歪む、つまり、クリープ(creep)の発生を、抑制することができる。この結果、ウォームホイールの耐久性を高めることができる。
ウォームギヤ機構を搭載した電動ステアリング装置の一例として、電動パワーステアリング装置について説明する。
ラックアンドピニオン機構25は、ピニオン軸24に形成したピニオン31と、ラック軸26に形成したラック32とからなる。
電動パワーステアリング装置10によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ43の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸26で操舵車輪29,29を操舵することができる。
ラック軸26は、ハウジング51から突出した長手方向両端にボールジョイント52,52を介してタイロッド27,27を連結した軸である。53,53はダストシール用ブーツである。
図3に示すように、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、このハウジング51の上部開口を上部カバー部54で塞いだものである。なお、操舵トルクセンサ41は磁歪式トルクセンサからなる。
ウォーム軸46は、一体に形成したウォーム47を備える。ピニオン軸24は、トルク伝達用ウォームホイール48を取付けたものである。ウォーム47からトルク伝達用ウォームホイール48を介して負荷側のピニオン軸24にトルクを伝達することができる。
図5は本発明に係るウォーム及びトルク伝達用ウォームホイールの噛み合い構成を示す断面図である。
図5に示すように、ウォーム47は金属製品、例えば機械構造用炭素鋼鋼材(JIS−G−4051)等の鉄鋼製品である。ウォームホイール48は、ナイロン樹脂等の樹脂製品である。金属製品のウォーム47に樹脂製品のウォームホイール48を噛合わせるようにしたので、噛合いを比較的円滑にすることができるとともに、騒音をより低減させることができる。
さらには、ウォーム47は金属製品であるから剛性が大きく弾性変形し難い。これに対して、ウォームホイール48は樹脂製品であるから比較的剛性が小さく、ウォーム47よりも弾性変形し易い。
ここで、符号C1はウォーム47の基準ピッチ線、つまり、ピッチ円径d1のピッチ円の線である。図5に示すように、基準ピッチ線C1については、ウォーム47を軸直角方向から見たときに、ウォーム47と平行で水平な直線で表される。
符号C2はウォームホイール48の基準ピッチ線、つまり、ピッチ円径d2のピッチ円の線である。基準ピッチ線C2については、ウォームホイール48を図4の回転中心線CLに沿って見た(図5を紙面側から見た)ときに、ウォームホイール48の中心を基準とした円で表される。
ピッチ円径d1において、ウォーム47のねじ山47aの進み角は、ねじ面の摩擦角よりも若干大きく設定してある。このため、ウォームホイール48側からウォーム47を回すことができる(逆伝達性)。この逆伝達性を高めるには、逆伝達効率を高める必要がある。
つまり、図5に示すように、ウォームホイール48の複数の歯48a・・・のうち、ねじ山47aに噛み合う3個の歯48a・・・のことを、図右側から左側へ順に第1歯48a1、第2歯48a2、第3歯48a3と言う。
また、実際のねじ山47aは連続した螺旋状の歯であるが、ここでは便宜的に、ねじ山47aのうち、ウォームホイール48の第1歯48a1に噛み合う山の部分を第1歯47a1、第2歯48a2に噛み合う山の部分を第2歯47a2、第3歯48a3に噛み合う山の部分を第3歯47a3と言う。
このままの構成では、第1歯47a1に大きい荷重が作用することになるので、耐久性を高めるには改良の余地がある。そこで、本発明においては、ウォーム47のねじ山47aの歯形を次のように改良した。
図6(a)は比較例のウォーム47のねじ山47aの歯形を示す。この比較例のねじ山47aの歯形は、図5に示す歯形と同じであって、軸直角断面において「ほぼ台形」の歯形であり、歯元の面47bと歯末の面47cとが一直線上に並ぶ。
図7は本発明に係るウォームのねじ山とウォームホイールの歯との噛み合い構成を示す断面図である。図8(a)〜(c)は図7に示す歯同士の噛み合い部分の説明図である。
図7及び図8は、ウォーム47が図5に示す基準噛み合い状態から、任意の回転角θまで回転したときにおける、第2歯47a2,48a2同士の噛み合い状態を示す。なお、図7に示すX−Y座標は、上記図5に示されたX−Y座標と同じものであり、第2交点P2を原点とする。
以下、この噛み合い状態に基づいて説明をする。
但し、「△R1,S1,Q1」において、交点R1,S1間の辺の長さはL1、交点S1,Q1間の辺の長さはL2、∠S1は直角である。交点R1,S1間の辺はウォーム47の基準ピッチ線C1に平行である。
={(XQ−XR)2+(YQ−YR)2}1/2 ・・・(1)
従って、基準ピッチ線C2上の交点R1,Q1間には長さδmθ、つまり間隔δmθの隙間Skを有することになる。
より具体的には、図8(a)の想像線及び図8(c)の実線で示すように、第2歯47a2の歯末の面47cを、歯厚が徐々に小さくなる円弧状に形成した。
図9に示された実線Cu1は、ウォーム47の回転角θに応じて変化する、第2歯47a2の歯末の歯面47cの軌跡を描いたものである。ウォーム47の回転角θが0°のときに、実線Cu1は原点に交わる。
図8(c)に示す第2歯47a2における歯末の歯面47cについては、理想的には実線Cu1に合致させることが好ましい。
なお、図9に示された想像線Cu3は、一般的なインボリュート曲線である。
ウォーム47からウォームホイール48へ伝達されるトルクが小さい場合には、図10に示すように、第1歯47a1,48a1間には隙間Skを有している。このため、第2歯47a2,48a2同士だけが第2交点P2で噛み合う。又は、第2歯47a2,48a2同士が第2交点P2で噛み合うとともに、第3歯47a3,48a3同士が第3交点P3で噛み合う。
この場合であっても、第1歯47a1は歯末の面47cが上述の円弧状に形成されているので、歯元の面47bが第1歯48a1の歯末の面48cに噛み合うことになる。
本発明は、図5に示すように、ウォーム47の歯47a(ねじ山47a)の複数箇所からウォームホイール48の複数の歯48a・・・にトルクが作用した場合であって、各作用点P1,P2,P3を通る線Ltを作用線としたものである。そして本発明は、図6(b)、図7及び図8(c)に示すように、ウォーム47の歯47aにおける歯末の面47cを、作用線Lt上を中心とした半径Rmの円弧状に形成したものである。
このようにすることで図7、図8(c)及び図9に示すように、作用線Lt上において、第2歯47a2,48a2間に間隔δmθの隙間Skを設けるように、ウォーム47の歯形を形成することができる。
なお、クリープとは、負荷を掛けた状態の材料を加熱すると、時間の経過とともに材料の歪みが増す現象のことである。
小さいモジュールに設定することによって、その分、ウォームホイール48を小型にできる。しかも、小さいモジュールにすることで、歯47a,48a・・・同士の歯当たりが一層滑らかになるとともに、噛み合い音や振動を低減することができる。
Claims (1)
- 操舵入力に基づいて電動モータが発生したトルクを、ウォームギヤ機構を介して転舵用車輪に伝達することで、車両の転舵を行う電動ステアリング装置であって、
前記ウォームギヤ機構は、金属製のウォームと、このウォームに噛み合う樹脂製のウォームホイールとからなり、
このウォームホイールの歯は、インボリュートの歯形であり、
前記ウォームホイールと噛み合う前記ウォームの歯における歯末の面は、前記ウォームの基準ピッチ線から歯先にかけて円弧状に形成されていることを特徴とした電動ステアリング装置。
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