(57)【要約】【課題】  その内部が中空である中空素材を転造成形することにより、そのギアの歯先を滑らかに且つ折れ込みがないように形成すること。【解決手段】  （ａ）は、中空素材Ｓの断面図であり、（ｂ）は、中空素材Ｓから絞り成形したものであり、 (ｃ）は、多段絞り成形をおこなった後に、転造加工したものであり、（ｄ）は、転造加工されたチューブ形ウォームに、内径スプラインをプレス加工したものである。なお、符号６は、内径スプラインを示す。（ｅ）は、最後に、外径研削加工、及びねじ加工工程を示すものである。なお、符号７は、ネジ加工部位を示し、符号８は、外径研削加工部位を示す。このように、その内部が中空である中空素材を転造成形することにより、歯先が破断することなく、折れ込み（歯先が割れて見えること）もなく、さらに歯形誤差、および歯すじ誤差を小さく、精度良い成形が可能である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部が中空である中空素材を、転造成形して形成したことを特徴とするチューブ形ウォーム。
【請求項２】
前記ウォームは、そのギアの歯先が滑らかに成形されて、折れ込みが発生していないことを特徴とする請求項１に記載のチューブ形ウォーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電動パフーステアリング用減速ギアであるウォーム・ウォームホイールのチューブ形ウォームに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来までのウォームギヤで、中実の素材から転造加工により成形されたものは、その歯先形状に折れ込みが発生しており、歯先が周方向に割れたように見え、滑らかな形状をしていない（図３参照）。
【０００３】
これまでの技術としては、ウォームの転造成形は、一般的であったが、ウォームの歯先形状、および歯面硬度、成形限界の向上、製造費用の削減を目的として、素材を中空材として、その中空材より転造成形する技術は見当たらない。
【０００４】
強いてあげるとすれば、従来のウォームとしては、ねじ部の切削加工を要することなく、転造加工のみを使用して成形するとされる特許文献１に示されているものがある。
【０００５】
なお、素材、ウォーム歯先形状、及び寸法の制約に関しては、記述されていないが、これまでの知見の範囲で、転造加工されたウォームは、歯先形状がすベて折れ込みのある(割れているように見える)、又は、折れ込みを上から押さえ込んでふさいだような形状のものであったので、記述されていないウォームも、折れ込みのある形状と考えられる。
【０００６】
この特許文献１のウォームは、その硬度分布が、表１、表２、図６、及び図７のように示されている。転造加工されたウォームは、その実施例から、ウォームの歯の硬度がＨｖ＝３３３〜４２３（平均値３６９）であり、後述のように、この硬度は、通常の転造加工されるウォームの硬度としては、限界値であろうと推測できるが、明記はされていないのでわからない。
【０００７】
【表１】
2005291386.tif 000003
【０００８】
【表２】
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【０００９】
その他の従来のウォームとしては、特許文献２に示されているものがある。その内容は、成形荷重の低減を図るものとされていて、図８に示したように、転造用ダイスにより、成形歯が成形されることとされている。
【００１０】
なお、特許文献２では、図８に示すように、平転造ダイス１２が複数備えた成形歯１２ａ，１２ｂ，１２ｃの歯高を漸増し、歯側壁面の傾きを、完成品の側壁面の傾きに徐々に接近するように形成することによって、前段階の成形歯１２ａで成形された粗材１１の山部と次の成形歯１２ｂとの間に空間１１ｂを形成し、成形歯１２ｂによって排除された余肉を前記空間１１ｂに向けて流動させることによって、排除した余肉の流動抵抗による成形荷重の上昇を防止している。
【００１１】
図８（ａ）より、転造されるウォームの素材は、その径が転造成形される歯の中間径となっていることからも、成形されるウォームの歯は、歯底の部分がダイスにより押し込まれて、またその歯先の部分が盛上げられて成形されていることがわかる。創生されるウォームがシャフト形状（中実）である場合には、歯先部分が周方向に大きく延びひずまなければならないので、径の小さいシャフト形状（中実丸棒）の成形は、（伸びひずみの限界値の関係で）困難である。さらに、歯先は、盛上げられて成形されるので、折れ込み（歯先が割れて見える）が発生する可能性が高い。
【００１２】
その他に、従来のウォームとしては、特許文献３に示されているものがある。その内容は、被処理鋼材の表面を転造後の表面温度が特定温度になるように、高周波誘導加熱し、ついで転造加工を施して直ちに急冷することにより、加工の容易さと表面硬度を狙ったものである。高周波誘導加熱を利用すると、表面が酸化されるので、面性状が悪くなる。
【００１３】
いずれの方法を用いても、従来の方法を用いて転造成形すると、ウォームの歯の成形が盛り上げられた成形になるので、ウォームの歯先部分に折れ込み（歯先が割れて見える）が発生することを避けることは、非常に困難と考えられる。
【特許文献１】特開２００３−１６１３６１号公報
【特許文献２】特開平９−３８７４６号公報
【特許文献３】特開昭５８−１２０７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
これまでの転造加工を利用して成形されたウォームは、中実丸棒から歯先が盛上げられるので、成形された歯先が折込まれた形状になり、歯先が割れていることから、成形された歯先の形状・寸法が安定しなかった。
【００１５】
歯先の形伏・寸法が安定しないとき、ウォーム・ウォームホイールの噛み合いの効率が悪くなる（例えばトルク変動が発生する）ので、電動パワーステアリング用の減速ギアとしては、成形精度向上が必要であった。
【００１６】
また、転造加工によって成形されて折込み形状（歯先が割れて、尖っている）となっているウォーム・ウォームホイールで、伝達トルクを高負荷とした場合、電動パワーステアリング用のウォームホイールが樹脂製であるので、ウォームホイールの歯がたわむことにより、ウォームの歯先（折れ込みのために、歯先が割れて尖っているような形状）がウォームホイールの歯面に食い込む可能性があった。
【００１７】
転造成形されたウォームの外観図を、図３（ａ）、歯直角断面を、図３（ｂ）に示した。歯先の折れ込みが発生していないように（見える）滑らかに成形することも可能であるが、その断面を観察すると、折れ込みが刃先の上方から押さえつけられて、ふさがれているような形状になっていた。その形状と断面の様子を図４に示した。このとき、成形用の金型を歯先の上方向から押付ける必要があるために、歯形が崩れる（歯形形状誤差が大きくなる）、歯すじが崩れる（歯すじ形状誤差が大きくなる）といった問題につながる。
【００１８】
また、従来までのウォームは、転造加工による塑性変形を利用しているため、その変形量が大きいとき、ウォーム歯先が塑性ひずみの限界に達して、歯先が周方向に延びて、ひずみの限界から歯先が破断するという問題点があった。そのため、転造ウォームには、その寸法・形状に制約があった。歯先が破断している様子を図５として示した。
【００１９】
さらに、従来までのウォームは、転造加工による塑性変形を利用しているため、塑性ひずみの限界から歯先が破断することを避ける場合、材料の大変形を許容する目的で、軟化処理がされている材料から成形する必要があり、通常の場合、材料に軟化焼鈍の処理を必要としている上記理由から、ウォームの素材を大変形を許容する軟化されている材料から転造加工するとき、成形後のウォームの歯面の硬度は、塑性加工による加工硬化を利用したとしても、目的の硬度に達しないので、転造加工後に熱処理、または、表面処理等の表面硬化を目的としたなんらかの処理を実施する必要があったが、成形されたウォームが高硬度となることを求めて高硬度材（例えばＨｒＣ＝２５のＳ４５Ｃ）を素材として転造成形した場合、その硬度は、最高でＨｒＣ＝４０が高硬度の限度であった。また、内部の硬度は軟化焼純されたままの状態であるので、ウォームの強度が弱い。
【００２０】
また、同じ理由で、歯の大きさを小さくする、ウォームの歯底径に対してウォームの歯先径が約１．６９倍以下にするしか方法がなかったことから、ウォーム・ウォームホイールの設計の自由度に制限があったが、本発明の技術により、設計の自由度が拡がると考えられる。
【００２１】
なお、参考として、これまでに行ってきた実験では、ＨｒＣ＝２５から塑性変形により材料を加工硬化させることにより、 ＨｒＣ＝４０が限界値であった。また、材料のひずみの限界（制限）から、ウォームの歯底径に対する歯先径にも、限界があった。実験を行った範囲では、上記  約１．６９＝（歯先径／歯底径）の数値でした。
【００２２】
また、ウォームの転造加工成形の容易さと、転造加工後の表面硬度を高硬度とする目的で、熱間成形、加工熱処理を利用して、焼入れする方法（被処理鋼材の表面を転造後の表面温度が特定温度になるように、高周波誘導加熟し、ついで転造加工を施して、直ちに急冷する方法）があるが、加工後の表面面粗度が悪くなるので、表面性状の後処理（研磨等）が必要であること、大掛かりな設備（コスト、サイズ）を考慮すると、困難であった。
【００２３】
電動パワーステアリング用の内径スプラインがあるウォームの場合は、従来までの方法であれば、ウォームは、中実であるので、内径スプライン用の予備成形（下穴）加工をする必要があるが、そのための製造工程が必要であり、下穴加工の加工工数も大きいので、材料の歩留まりも悪い。なお、本発明を利用すると、チューブ形の素材であるために自然に下穴形状に近い形状になる（図２（ｄ）の符号６参照）。
【００２４】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、その内部が中空である中空素材を転造成形することにより、そのギアの歯先を滑らかに且つ折れ込みがないように形成することができるチューブ形ウォーム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】
【００２５】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係るチューブ形ウォームは、その内部が中空である中空素材を、転造成形して形成したことを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項２に係るチューブ形ウォームは、前記ウォームは、そのギアの歯先が滑らかに成形されて、折れ込みが発生していないことを特徴とする。
【００２７】
[作用]
本発明によると、素材径が成形後の歯先径と等しいか、歯先径に近い径であるので、歯先付近の材料の塑性ひずみ（伸びひずみ）の値が小さい。したがって、ウォームの歯先が破断する可能性が低い。
【００２８】
また、材料の盛り上げによる転造成形ではないことから、ウォーム歯先形状は、盛り上げられて成形されるときに発生するような折れ込み（歯先が割れて見える、または、割れては見えないが、断面形状を観察すると、割れている）が発生せず、歯先形状をなめらかに成形することができる。したがって、歯先成形の形状・寸法の安定がよく、歯形形状誤差を小さく成形することが可能である。
【００２９】
また、折れこんでいる（割れている）歯先を、歯先の上方から押込んで滑らかに成形する必要がないので、歯形誤差が崩れ（歯形形状誤差が悪い）たり、歯すじ形状が崩れる（歯すじ形状誤差が悪い）ことがないので、ウォームの成形精度が良い。
【００３０】
ウォーム・ウォームホイールに高負荷トルクの伝達をしたときに、ウォームホイールが樹脂製であるために、ウォームホイールの歯が倒れ、折れ込み（歯先が割れている）のあるウォームの歯先がウォームホイールを攻撃（ウォームの歯先がウォームホイールに食い込む）がなく、ウォーム・ウォームホイールの伝達性能に優れている。
【００３１】
また、材料の成形の塑性ひずみが小さいことから、高硬度、高強度材、または加工硬化指数の高い材杵（変形能の低い材料）を素材とすることにより、熱問成形、加工熱処理を利用して、焼入れする方法（高周波誘導加熱等の被処理材を加熱して、転造加工を容易にする等の処理）が必要なくなる可能性があり、転造加工されたウォームの歯面性状を、高周波誘導加熱されて酸化されたような面では無く、面粗度の良い表面の加工とすることができる。Ｒａ＝０．０６以下に成形することが可能である。また、素材の強度が高いので、ウォームの強度も高くなる。
【００３２】
同様に、ウォーム歯先の塑性ひずみ（伸びひずみ）は中実材から転造成形した場合と比較して小さい。またウォームの歯底付近の材料は、ウォームの周方向には圧縮される向きのひずみ（周方向には圧縮ひずみ、軸方向に引張りひずみ）であるため、ウォーム歯底付近の塑性ひずみによる破断の限界は高い。したがって、これまでと等しい諸元のウォームである場合、材料の軟化焼鈍を省略できる可能性がある。
【００３３】
電動パワーステアリング装置に内径スプラインがあるウォームの場合、従来までの製造方法であれば、ウォームにスプライン成形用の予備成形として、下穴加工を施した後にスプライン成形していたが、本発明のウォームは、中空素材から成形するので、スプライン成形予備成形の下穴加工が省略できるか、または、小加工を施すだけでスブライン成形に対応できる。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、従来の中実素材からの転造成形では成しえなかった歯先が折れ込んでいる（歯先が分割されて割れて見える）状態ではなく、中空素材を転造成形することにより、歯先形状をなめらかに成形することができる。その結果、以下のような効果を奏することができる。
・ウォームの歯の先端（歯先）形状を精度良く成形し易い。
・歯先形状をなめらかに成形できることから、折れこんでいる（分割されて割れているように見える）歯先を成形加工時に歯先上方から押さえ込む必要がなく、歯形形状を精度よく加工することが可能になる。
・同じ理由により、歯すじ形状が崩れる（歯すじ形状誤差が悪くなる）ことがないので、歯すじ精度も精度よく成形することが可能となる。
・同様の理由で、歯先形状がなめらかに成形できるので、従来の転造成形したウォームと比較して、ウォーム歯先強度が向上できる、
・同様の理由で、歯先形状がなめらかに成形できるので、ウォーム・ウォームホイールに高負荷のトルクをかけた際でも、ウォームの歯先がウォームホイールの歯面を傷つけることがない。
・これまで転造による成形が不可能であった、素材径に対してウォーム歯先径が大きな諸元のウォームが成形可能となるので、ウォームの設計自由度が大きくなる。
・ウォームが中空素材であるため、より軽量で、またウォーム回転の動的慣性の小さいウォームが設計可能となる。
・内径スプラインをもつ電動パワーステアリング装置用ウォームを製造する際に、本発明を用いると、ウォームが中空であるので、スプライン成形のための予備成形の(下)穴加工をする必要がないことから、製造工程の省略ができ、製造コスト低減に有効である。
・本発明によると、素材に軟化焼鈍等の熱処理の実施が不必要となる可能性であるので、その製造費用が大幅に低減される可能性が高い。
・成形されたウォーム歯面の硬度が高硬度となるため、熱処理、あるいは表面処理等の表面効果処理が不必要となるため、その製造費用が大幅に低減されると考えられる。また、ウォームの強度が高い。
【００３５】
以上、ＥＰＳシステムの軽量化、高強度化、高効率化等の高機能化、およびウォームの製造費用削減に対して有効な効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態に係るチューブ形ウォームを図面を参照しつつ説明する。
【００３７】
図１は、本発明の実施の形態に係るウォームを装着した自動車用電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
【００３８】
この電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイール（図示略）に印加された操舵トルクを、トルクセンサー（図示略）により検知し、この検知した操舵トルクに対応して電動モータ１から補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構（３，４）により減速し、操舵機構の出力軸５に伝達するようになっている。
【００３９】
ウォーム３は、ウォームホイール４に噛合してあり、電動モータ１の回転力は、その駆動軸２を介して、ウォーム３及びウォームホイール４に伝達し、次いで、ウォームホイール４から出力軸５に伝達するようになっている。電動モータ１の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸５に適切な操舵補助トルクを付与することができる。
【００４０】
図２は、本発明の実施の形態に係るチューブ形ウォームを転造成形するときの成形工程の一例について、内径スプライン付きのチューブ形ウォームについて示した。
【００４１】
図２（ａ）は、中空素材Ｓの断面図であり、図２（ｂ）は、中空素材Ｓから絞り成形したものであり、図２ (ｃ）は、多段絞り成形をおこなった後に、転造加工したものであり、図２（ｄ）は、転造加工されたチューブ形ウォームに、内径スプラインをプレス加工したものである。なお、符号６は、内径スプラインを示す。
【００４２】
図２（ｅ）は、最後に、外径研削加工、及びねじ加工工程を示すものである。なお、符号７は、ネジ加工部位を示し、符号８は、外径研削加工部位を示す。
【００４３】
また、図２（a）の中空素材Ｓは、押し出し成形されたものでも、切削加工されたもの、又は、プレス成形されたものでも良い。
【００４４】
さらに、図２（ｂ）の絞り成形は、成形の工程により、多段に成形することが可能である。
【００４５】
図２で示したウォームの例は、モジュールが２．６５、歯先円直径がφ２２．１、歯底円直径がφ１１．３、歯先円直径と歯底円直径の比率が１．９６の諸元のウォームを示した。
【００４６】
このウォームを本発明による方法で成形した場合、歯先が破断することなく、折れ込み（歯先が割れて見えること）もなく、さらに歯形誤差、および歯すじ誤差を小さく、精度良い成形が可能である。
【００４７】
以上から、本実施形態によると、素材径が成形後の歯先径と等しいか、歯先径に近い径であるので、歯先付近の材料の塑性ひずみ（伸びひずみ）の値が小さい。したがって、ウォーム３の歯先が破断する可能性がない。
【００４８】
また、材料の盛り上げによる転造成形ではないことから、ウォーム３の歯先形状は、盛り上げられて成形されるときに発生するような折れ込み（歯先が割れて見える、または、割れては見えないが、断面形状を観察すると、割れている）が発生せず、歯先形状をなめらかに成形することができる。したがって、歯先成形の形状・寸法の安定がよく、歯形形状誤差を小さく成形することが可能である。
【００４９】
また、折れこんでいる（割れている）歯先を、歯先の上方から押込んで滑らかに成形する必要がないので、歯形誤差が崩れ（歯形形状誤差が悪い）たり、歯すじ形状が崩れる（歯すじ形状誤差が悪い）ことがないので、ウォーム３の成形精度が良い。
【００５０】
ウォーム３・ウォームホイール４に高負荷トルクの伝達をしたときに、ウォームホイール４が樹脂製であるために、ウォームホイール４の歯が倒れ、折れ込み（歯先が割れている）のあるウォーム３の歯先がウォームホイール４を攻撃（ウォーム３の歯先がウォームホイール４に食い込む）がなく、ウォーム３・ウォームホイール４の伝達性能に優れている。
【００５１】
また、材料の成形の塑性ひずみが小さいことから、高硬度、高強度材、または加工硬化指数の高い材杵（変形能の低い材料）を素材Ｓとすることにより、熱問成形、加工熱処理を利用して、焼入れする方法（高周波誘導加熱等の被処理材を加熱して、転造加工を容易にする等の処理）が必要なくなる可能性があり、転造加工されたウォーム３の歯面性状を、高周波誘導加熱されて酸化されたような面では無く、面粗度の良い表面の加工とすることができる。Ｒａ＝０．０６以下に成形することが可能である。
【００５２】
同様に、ウォーム３の歯先の塑性ひずみ（伸びひずみ）は中実材から転造成形した場合と比較して小さい．またウォーム３の歯底付近の材料は、ウォーム３の周方向には圧縮される向きのひずみ（周方向には圧縮ひずみ、軸方向に引張りひずみ）であるため、ウォーム３の歯底付近の塑性ひずみによる破断の限界は高い。したがって、これまでと等しい諸元のウォーム３である場合、材料の軟化焼鈍を省略できる可能性がある。
【００５３】
電動パワーステアリング装置に内径スプライン６があるウォーム３の場合、従来までの製造方法であれば、ウォーム３にスプライン成形用の予備成形として、下穴加工を施した後にスプライン成形していたが、本発明のウォーム３は、中空素材から成形するので、スプライン成形予備成形の下穴加工が省略できるか、または、小加工を施すだけでスブライン成形に対応できる。
【００５４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係るウォームを装着した自動車用電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、夫々、本発明の実施の形態に係るチューブ形ウォームを転造成形するときの成形工程の一例について、内径スプライン付きのチューブ形ウォームについて示す。
【図３】（ａ）は、従来に係り、転造成形されたウォームの外観図であり、（ｂ）は、その要部の拡大図である。
【図４】従来に係り、転造成形されたウォームの外観図の写真である。
【図５】従来に係り、歯先が破断している様子を示す図である。
【図６】特許文献１の測定ピッチと硬度との関係を示すグラフである。
【図７】特許文献１の測定箇所と硬度との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、夫々、特許文献２に係り、転造成形の工程を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  電動モータ
２  駆動軸
３  ウォーム
４  ウォームホイール
５  出力軸
６  内径スプライン
７  ネジ加工部位
８  外径研削加工部位
Ｓ  中空素材
【図１】
2005291386.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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