(57)【要約】【課題】  ウォームホイールの耐久性を向上できるパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】  ウォームシャフト9は、素材の状態から螺旋状の歯が形成される歯成形工程以降において焼入れ処理が行われていない鋼材で形成され、めっき処理による金属被膜を備え、金属被膜は、めっき処理前のウォームシャフト9の表面に対し、硬度を高く形成される。【選択図】  図１
2014184823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの回転を転舵輪に伝達する操舵機構と、
前記操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
繊維強化プラスチックによって形成されたウォームホイールと、前記電動モータの出力軸に設けられ金属材料で形成されると共に前記ウォームホイールと噛み合うウォームシャフトと、から構成され、前記電動モータの回転力を前記操舵機構に伝達する減速機と、
を備えるパワーステアリング装置において、
前記ウォームシャフトは、素材の状態から螺旋状の歯が形成される歯成形工程以降において焼入れ処理が行われていない鋼材で形成され、めっき処理による金属被膜を備え、
前記金属被膜は、前記めっき処理前の前記ウォームシャフトの表面に対し、硬度を高く形成されることを特徴とするパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーステアリング装置のウォームギア減速機は、一般的に繊維強化プラスチック製のウォームホイールと金属製のウォームシャフトを備えている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2009-202754号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術にあっては、使用時の摩耗によりウォームホイールから剥離した強化繊維がウォームシャフトの表面に噛み込むことで、ウォームホイールの摩耗が促進され、ウォームホイールの耐久性低下を招くという問題があった。
本発明の目的は、ウォームホイールの耐久性を向上できるパワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、ウォームシャフトを、素材の状態から螺旋状の歯が形成される歯成形工程以降において焼入れ処理が行われていない鋼材で形成し、めっき処理による金属被膜を設け、金属被膜を、めっき処理前のウォームシャフトの表面に対し、硬度を高く形成した。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明によれば、ウォームホイールの耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１の電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】実施例１の電動パワーステアリング装置の要部拡大図である。
【図３】図２において各ハウジングを外した状態を示す図である。
【図４】実施例１の減速機においてバックラッシュ調整機構を軸間軸直方向に配置した例である。
【図５】実施例１の減速機においてバックラッシュ調整機構を軸間斜め方向に配置した例である。
【図６】実施例１のウォームシャフトの斜視図である。
【図７】実施例１のウォームシャフトのめっき処理範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明のパワーステアリング装置を実施するための形態を、図面に基づく実施例により説明する。
〔実施例１〕
まず、構成を説明する。
［全体構成］
図１は、実施例１の電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
運転者によるステアリングホイール1への操舵入力は、回転運動としてコラムシャフト2、ピニオンシャフト3を介して第１ピニオン4に伝達され、第１ピニオン4と噛み合う第１ラック部5aを有するラック5により直線運動に変換される。ラック5の直線運動は、タイロッド6を介して転舵輪7へと伝達される。コラムシャフト2、ピニオンシャフト3、第１ピニオン4、ラック5およびタイロッド6により、ステアリングホイール1の回転を転舵輪7に伝達する操舵機構が構成される。
一方、電動モータ8の出力は、ウォームシャフト9とウォームホイール10とから構成される減速機を介して第２ピニオン11に伝達され、第２ピニオン11と噛み合う第２ラック部5bを介してラック5の直進運動に変換される。第２ピニオン11はウォームホイール10と一体に設けられている。電動モータ8は、例えば、三相ブラシレスモータであり、操舵機構に操舵力を付与する。
コラムシャフト2には、ステアリングホイール1の操舵角を検出する操舵角センサ12が設けられると共に、コラムシャフト2とピニオンシャフト3との間には、操舵トルクを検出するトルクセンサ13が介装されている。また、電動モータ8の出力軸には、電動モータ8の回転角を検出するモータ回転角センサ14が設けられている。各センサの出力は、電子コントロールユニット15に入力される。
電子コントロールユニット15は、絶対角演算部15aと、モータ駆動部15bとを有する。絶対角演算部15aは、操舵角とモータ回転角とからステアリングホイール1の絶対角を演算する。モータ駆動部15bは、操舵トルク、ステアリングホイール1の絶対角および車速等の運転状態に基づき、電動モータ8の電流値を制御し、操舵機構に付与する操舵力を制御する。
【０００９】
図２は実施例１の電動パワーステアリング装置の要部拡大図、図３は図２において各ハウジング16,17,18を外した状態を示す図である。
ラック5は、ラックハウジング16に収容されている。操舵角センサ12、トルクセンサ13および第１ピニオン4は、第１ギアハウジング17に収容されている。ウォームシャフト9、ウォームホイール10および第２ピニオン11は、第２ギアハウジング18に収容されている。第１ギアハウジング17および第２ギアハウジング18は、ラックハウジング16に固定されている。なお、第２ギアハウジング18の内部は、潤滑用のグリスが充填されている。
【００１０】
［減速機］
図４，５は、実施例１の減速機を示す図であり、図４はバックラッシュ調整機構21を軸間軸直方向に配置した例、図５はバックラッシュ調整機構21を軸間斜め方向に配置した例を示す。
ウォームシャフト9は、両端を第１ボールベアリング19および第２ボールベアリング20により第２ギアハウジング18（図２参照）に対して回動自在に支持されている。第２ボールベアリング20には、バックラッシュ調整機構21が設けられている。バックラッシュ調整機構21は、第２ボールベアリング20にゴム環21a（図５参照）を配置し、ゴム環21aにより第２ボールベアリング20をウォームホイール10側に向かって付勢することで、ウォームシャフト9とウォームホイール10の歯の噛み合いにおける隙間（バックラッシュ）を調整するものである。
図６は、実施例１のウォームシャフト9の斜視図であり、ウォームシャフト9は、ウォームホイール10の歯部10aと噛み合う歯部9aを有し、歯部9aの軸方向両側には、ベアリング係止部9b,9cが設けられている。ベアリング係止部9bは、第１ボールベアリング19のインナレースと嵌合し、ベアリング係止部9cは、第２ボールベアリング20のインナレースと嵌合する。ベアリング係止部9bよりも軸方向先端には、電動モータ8の回転軸と連結されるモータ連結部9dが設けられている。なお、歯部9aとベアリング係止部9bとの間には、ベアリング係止部9bよりも大径の大径部9eが設けられている。
【００１１】
実施例１のウォームホイール10は、ガラス繊維等の強化繊維を混合させた熱可塑性樹脂（強化繊維プラスチック）により形成されている。また、ウォームシャフト9は、素材の状態から螺旋状の歯部9aが形成される歯成形工程以降において焼入れ処理が行われていない調質鋼で形成され、めっき処理による金属被膜を備える。図７にめっき処理範囲を示す。めっき処理による金属被膜は、歯部9aのベアリング係止部9c側端から大径部9eのベアリング係止部9b側端に亘って設けられている。金属被膜は、めっき処理前よりも表面硬度が高く、かつ、面粗度が低くなるように、また、多孔質となるように、硬質クロムめっき加工処理により形成されている。ここで、硬質クロムめっき処理後のビッカース硬さは800〜1,000Hv程度であり、一般的な熱処理（焼入れ処理）を行った場合(650〜750Hv程度)よりも高硬度が得られる。
【００１２】
次に、作用を説明する。
実施例１では、繊維強化プラスチックによって形成されたウォームホイール10に対し、ウォームシャフト9にめっき処理前のウォームシャフト9の表面よりも硬度の高いめっき処理を行ったため、ウォームホイール10から剥離した強化繊維のウォームシャフト9への噛み込みを低減でき、ウォームホイール10の摩耗を抑制できる。つまり、ウォームホイール10の耐摩耗性を向上できる。また、歯成形工程以降の焼入れ処理が廃止できるため、焼き割れ防止および靱性の低下を抑制できる。さらに、多孔質の金属被膜としたことで、潤滑性能を維持できる。また、強化繊維が第２ギアハウジング18内に充填されたグリスに混ざり込み、ウォームシャフト9表面への滞留や噛み込みを抑制できる。
実施例１では、ウォームシャフト9の母材を調質材（調質鋼）としたため、内部硬度と靱性を確保できる。
実施例１では、クロムメッキによる表面処理を行ったため、上述した所望の硬度が得られると共に、摩擦係数を低減できる。例えば、一般的な鋼材同士の摩擦係数が0.30程度であるのに対し、クロムメッキによる表面処理を行うことで、摩擦係数を0.17程度まで低減できる。摩擦係数を小さくすることで、発熱が抑えられ、熱可塑性樹脂で成形されたウォームホイール10の熱影響（軟化，摩耗等）を抑制し、耐久性を向上できる。また、摩擦係数の低下により機械効率を向上できる。
実施例１では、ベアリング係止部9b,9cおよびモータ連結部9dには表面処理を行わず、歯部9aおよび大径部9eにのみ表面処理を行ったため、表面処理の剥がれを抑制できる。
以上のように、実施例１では、ウォームホイール10の樹脂化による小型軽量化と、高耐久性および高効率化との両立を実現できる。また、ウォームシャフト9への熱処理削減とそれに伴う研削加工の工程の簡素化が可能となった。試験により、実施例１のウォームホイール10は、歯成形工程後に焼入れ処理を行ったウォームホイールと比較して、摩耗量が半分程度に抑えられ、耐久性が２倍に向上することがわかった。
【００１３】
実施例１にあっては、以下の効果を奏する。
(1) ステアリングホイール1の回転を転舵輪7に伝達する操舵機構と、操舵機構に操舵力を付与する電動モータ8と、繊維強化プラスチックによって形成されたウォームホイール10と、電動モータ8の出力軸に設けられ金属材料で形成されると共にウォームホイール10と噛み合うウォームシャフト9と、から構成され、電動モータ8の回転力を操舵機構に伝達する減速機と、を備えるパワーステアリング装置において、ウォームシャフト9は、素材の状態から螺旋状の歯部9aが形成される歯成形工程以降において焼入れ処理が行われていない鋼材で形成され、めっき処理による金属被膜を備え、金属被膜は、めっき処理前のウォームシャフト9の表面に対し、硬度を高く形成される。
よって、ウォームシャフト9の表面硬度の上昇により強化繊維の噛み込みを低減でき、ウォームホイール10の耐久性を向上できる。
【００１４】
（他の実施例）
以上、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、金属被膜の面粗度は、めっき処理前と同等以下であれば良い。
【符号の説明】
【００１５】
1  ステアリングホイール
2  コラムシャフト（操舵機構）
3  ピニオンシャフト（操舵機構）
4  第１ピニオン（操舵機構）
5  ラック（操舵機構）
6  タイロッド（操舵機構）
7  転舵輪
8  電動モータ
9  ウォームシャフト（減速機）
9a  歯部
10  ウォームホイール（減速機）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014184823.tif 000006
【図５】
2014184823.tif 000007
【図６】
2014184823.tif 000008
【図７】
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