(57)【要約】【課題】歯打ち音が低減し、振動も低減し、耐久性を向上させることができるウォーム減速機を提供する。【解決手段】ウォーム３２と、ウォームホイール３１とが噛合してなるウォーム減速機３０である。ウォーム３２はアルミダイカスト製であり、このウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォームと、ウォームホイールとが噛合してなるウォーム減速機において、
前記ウォームはアルミダイカスト製であり、前記ウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされていることを特徴とするウォーム減速機。
【請求項２】
ウォームと、ウォームホイールとが噛合してなるウォーム減速機において、
前記ウォームは、無孔性ダイカスト法で製造したアルミダイカスト製であり、Ｔ６熱処理が施されていることを特徴とするウォーム減速機。
【請求項３】
ウォームと、ウォームホイールとが噛合してなるウォーム減速機において、
前記ウォームは、無孔性ダイカスト法で製造されたアルミダイカスト製であり、Ｔ６熱処理が施されているとともに、前記ウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされていることを特徴とするウォーム減速機。
【請求項４】
ステアリングホイールから伝達された操舵トルクを検知し、この検知した操舵トルクに応じた補助操舵トルクを電動モータが発生し、前記補助操舵トルクが、請求項１乃至３の何れか１項に記載のウォーム減速機により減速されて操舵機構の出力軸に伝達されることを特徴とする電動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、ウォーム及びウォームホイールを備えたウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電動パワーステアリング装置では、操舵補助出力用の電動モータに比較的高回転、低トルクのものが使用されるため、電動モータとステアリングシャフトとの間に歯車減速機構が組み込まれている。歯車減速機構としては、平歯車その他の歯車を使用した歯車減速機構も知られているが、一組で大きな減速比が得られる等の理由から、一般的にはウォームとウォームホイールとから構成される周知のウォーム減速機が使用されている。
【０００３】
このようなウォーム減速機では、ウォームとウォームホイールの両方を金属製にすると、ハンドル操作時に歯打ち音や振動音等の不快音が発生するという不都合がある（以下、第１の問題点と称する）。また、複雑形状のウォームを棒鋼から多段切削や鋳造の組み合わせにより作成する必要があり、加工数が多くコスト像となる問題もある（以下、第２の問題点と称する）。
【０００４】
第１の問題点に関しては、特にウォーム減速機はハンドル操作を行う運転者の近くに配されることが多いことから、歯打ち音や振動音等の不快音の発生を抑制するために、従来は、ウォームを鉄系金属製、ウォームと噛み合うウォームホイールを金属製の芯金の外周に合成樹脂製のギア歯を一体成形したもので構成し、防音、振動対策を行っていた。
ところが、ギア歯を合成樹脂製にした場合でも、ウォームやウォームホイール芯金に使用されている鉄系金属の比重が重いため、ウォームホイールの慣性力が大きく、この慣性力の影響により質量の大きさに依存した大きさで歯打ち音や振動音などが発生する。
この対策として、例えば特許文献１には、ウォームホイール芯金をアルミ展伸材とすることで質量を小さくして歯打ち音を改善する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０１３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ウォームホイール側の改善だけで、ウォームに関しては改善の余地が残されていた。また、第２の問題点に関しては、従来から有効な手立てがなく、ウォーム制作の抜本的な変更による対策が望まれていた。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、歯打ち音が低減し、耐久性を向上させることができるとともに、製造コストの低減化を図ることができるウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載のウォーム減速機は、ウォームと、ウォームホイールとが噛合してなるウォーム減速機において、前記ウォームはアルミダイカスト製であり、前記ウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされている。
この発明によると、ウォームは質量が小さなアルミダイカスト製なので、慣性力が小さく、鋼製のウォームと比較して歯打ち音が低減し、振動も低減する。また、ウォームの少なくともギア歯に硬質アルマイト処理がなされているので、ギア歯の磨耗量が低減し、耐久性が向上する。さらに、アルミダイカスト製のウォームは、製造コストの低減化が図られる。
【０００８】
また、本発明に係る請求項２記載のウォーム減速機は、ウォームと、ウォームホイールとが噛合してなるウォーム減速機において、前記ウォームは、無孔性ダイカスト法で製造したアルミダイカスト製であり、Ｔ６熱処理が施されている。
この発明によると、ウォームは質量が小さなアルミダイカスト製なので、慣性力が小さく、鋼製のウォームと比較して歯打ち音が低減し、振動も低減する。また、ウォームは無孔性ダイカスト法で製造されているので、気孔の少ない緻密なダイカストを得ることができる。そして、Ｔ６熱処理が施されていることで、ギア歯の磨耗量が低減し、耐久性が向上する。さらに、アルミダイカスト製のウォームは、製造コストの低減化が図られる。
【０００９】
また、本発明に係る請求項３記載のウォーム減速機は、ウォームと、ウォームホイールとが噛合してなるウォーム減速機において、ウォームは、無孔性ダイカスト法で製造されたアルミダイカスト製であり、Ｔ６熱処理が施されているとともに、前記ウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされている。
この発明によると、ウォームは質量が小さなアルミダイカスト製なので、慣性力が小さく、鋼製のウォームと比較して歯打ち音が低減し、振動も低減する。また、Ｔ６熱処理が施されているとともに、前記ウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされていることから、耐久性がさらに向上する。さらに、アルミダイカスト製のウォームは、製造コストの低減化が図られる。
【００１０】
また、本発明に係る請求項４記載の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールから伝達された操舵トルクを検知し、この検知した操舵トルクに応じた補助操舵トルクを電動モータが発生し、前記補助操舵トルクが、請求項１乃至３の何れか１項に記載のウォーム減速機により減速されて操舵機構の出力軸に伝達される。
この発明によると、歯打ち音が低減し、振動も低減し、耐久性が向上した電動パワーステアリング装置が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置によれば、歯打ち音が低減し、振動も低減し、耐久性を向上させることができるとともに、製造コストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態のウォーム減速機の構成を示す部分断面図である。
【図３】本実施形態のウォームホイール及びウォームの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施に適したコラム式の電動パワーステアリング装置１０を示す図である。
この電動パワーステアリング装置１０は、舵輪軸（ステアリングシャフト）１１と、舵輪軸ハウジング１２と、電動モータ１３と、ウォーム減速機３０と、を備えている。
【００１４】
舵輪軸１１は、その一端にステアリングホイール（図示せず）が固定され、かつ、舵輪軸ハウジング１２の内部においてその軸心回りに回転自在に支持されており、ステアリングホールの操舵に従って回転するようになっている。
舵輪軸１１の軸方向中間部分には、ウォーム減速機３０を介して電動モータ１３が接続されており、電動モータ１３から舵輪軸１１の回転力を補助する操舵補助力が供給されるようになっている。
【００１５】
舵輪軸１１の他端には、ラック・ピニオン式運動変換機構２０を介してラック軸２１が接続され、操舵補助力の供給により増大した操舵トルクはこのラック軸２１に伝達される。ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、舵輪軸１１の回転運動をラック軸２１の軸方向への往復直線運動に変換する機構であり、これにより、軸方向が車両の幅方向と平行になるように配されたラック軸２１が舵輪軸１１の操舵トルクに応じて直線運動し、車輪が転舵されるようになっている。
【００１６】
なお、舵輪軸１１は、上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとから構成され、この上部舵輪軸１１ａと下部舵輪軸１１ｂとは図示されていないトーションバーによって結合されており、ステアリングホイールから上部舵輪軸１１ａを経て下部舵輪軸１１ｂに伝達される操舵トルクが、トーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１３の出力が制御されるようになっている。
【００１７】
図２は電動パワーステアリング装置１０のウォーム減速機３０の構成を示す部分断面図であり、図３はウォームホイール及びウォームの構成を詳細に示した斜視図である。
本実施形態の電動パワーステアリング装置１０のウォーム減速機３０は、ウォームホイール３１と、ウォームホイール３１に噛合するウォーム３２と、を備えており、これらがギアケース３３に収められて電動モータ１３に取り付けられている。
【００１８】
ギアケース３３の電動モータ１３への取り付け口では、ギアケース３３の内部に設置された玉軸受３４ａによって両端を回転可能に支持されたウォーム軸３２ａと、電動モータの駆動軸１３ａと、が同軸的にスプライン結合或いはセレーション結合しており、電動モータ１３の駆動に従って回転するようになっている。
ウォーム３２は、このウォーム軸３２ａの軸方向中間部分に該ウォーム軸３２ａに一体形成された円筒形状の部材であり、その外周面にねじ状のギア歯を形成したものである。
【００１９】
ウォームホイール３１は、ウォーム３２より大きな径の略円筒状の歯車であり、その外周面がウォーム３２の外周面に接触し、かつ、その軸方向がウォーム軸３２ａの軸方向に対して略直角となるように配されて、その略円中心に嵌合する下部舵輪軸１１ｂに、ウォーム３２を経て伝達される電動モータ１３の回転力を伝達するようになっている。
そして、ウォームホイール３１は、略円中心に下部舵輪軸１１ｂが嵌合する貫通穴を形成した略円筒状の芯金４２と、該芯金４２の外周に一体に形成される略円筒形状の樹脂部４３と、該樹脂部４３の外周面に形成され、ウォーム３２のギア歯に噛合するギア歯４４と、からなっている。ここで、ウォームホイール３１の芯金４２は鋼製であり、ギア歯４４は樹脂製である。
【００２０】
ウォーム３２は、ＪＩＳ  Ｈ  ５３０２のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ＡＤＣ１２を材料としたダイカスト製である。
次に、表１は、種々のウォーム３２の製造工程を示したものである。この表１において、実施例１〜実施例３、比較例２，３のウォーム３２はダイカスト製であり、比較例１のウォーム３２は鋼製である。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
この表１において、ダイカスト（ＰＦ法）（Ｐｏｒｅ  Ｆｒｅｅ）は、無孔性ダイカスト法である。この無孔性ダイカスト法は、アルミニウム合金溶湯の圧入前にキャビティ、湯道、スリーブ等の空間を活性ガス（主として酸素）で置換する特殊ダイカスト法である。活性ガスはアルミニウム合金との化学反応により微小な酸化アルミの固体となるため、気孔の少ない緻密なダイカストが得られる。気孔があると熱処理により膨張し、ふくれ等の鋳造欠陥となってしまうが、気孔が少ない無孔性ダイカスト法は、熱処理が可能となる。また、表１において、ダイカスト（普通）とは、普通ダイカスト法のことであり、アルミニウム合金溶湯を金型に高速で射出する鋳造方法である。
次に表２は、実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例３のウォーム３２の熱処理、表面処理、及び性能評価結果を示すものである。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
この表２において、熱処理のＴ６とは、ＪＩＳ  Ｈ  ０００１に記載のＴ６熱処理を示している。また、表面処理の硬質アルマイトとは、ＪＩＳ  Ｈ  ８６０３で規定される工業用硬質陽極酸化皮膜であり、厚さ約７０μm、硬さ４００ＨＶ以上のものである。
そして、実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例３のウォーム３２と、鋼製の芯金４２に樹脂製のギア歯４４を一体成形したウォームホイール３１とを組み合わせ、実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例３のウォーム３２とウォームホイール３１のギア歯４４との間に隙間ができるように加工した。そして、これらウォーム３２及びウォームホイール３１を組み合わせて試験装置に取り付け、ウォームホイール３１を固定し、ウォーム３２を所定の振幅５０Ｈｚで振動させてそのときの騒音を測定することで、歯打ち音測定試験を行う。なお、歯打ち音測定試験の試験結果は、比較例１の騒音の大きさを１０としたときの相対値で示している。
【００２５】
また、実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例３のウォームと、鋼製の芯金４２に樹脂製のギア歯４４を一体成形したウォームホイール３１とを組み合わせ、実際の自動車の電動パワーステアリング装置に組み込んで操舵試験を行った。この操舵試験は、ハンドルを左端位置から右端位置まで操舵した後に左端位置まで戻すという往復操舵操作を繰り返す。この往復操舵操作は、３０度、５０％ＲＨ、１０万回往復の環境下で行い、１０万回往復後にさらに操舵操作した際にガタや違和感がなければ異常なしとした。
【００２６】
そして、操舵試験後に分解してウォーム３２のギア歯（外周面に形成されているねじ状のギア歯）の磨耗量と、電動モータ１３の駆動軸１３ａにスプライン結合しているウォーム３２のウォーム軸３２ａのスプラインの磨耗量とを測定し、耐久性試験を行う。
表２によると、実施例１〜実施例３のウォーム３２は、質量が小さなアルミニウム合金製なので慣性力が小さく、ウォーム３２が鋼製である比較例１と比較して歯打ち音が低減し、振動も低減している。
【００２７】
また、実施例２は、ウォーム３２の表面に硬質アルマイト処理がなされており、実施形態３では、Ｔ６熱処理によりウォーム３２に人工時効効果がなされているので、ウォーム３２のギア歯及びスプラインの磨耗量が低減し、耐久性が向上する。
特に、ウォーム３２の表面に硬質アルマイト処理を行い、Ｔ６熱処理を行った実施例１は、ウォーム３２のギア歯及びスプラインの磨耗量がさらに低減し、耐久性がさらに向上する。
【００２８】
一方、普通ダイカスト法で製造され、熱処理、表面処理を行わない比較例２と、無孔性ダイカスト法で製造され、熱処理、表面処理を行わない比較例３は、ウォーム３２のギア歯及びスプラインの磨耗量が増大するので、歯打ち音、耐久性の面で問題がある。
さらに、表１に示すように、実施例１〜実施例３のダイカスト製のウォーム３２は、比較例１で示した切削工程、鍛造工程を必要とする鋼製のウォーム３２と比較して、製造までの工程数が減少するので、製造コストの低減化も図ることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０…電動パワーステアリング装置、１１…舵輪軸、１１ａ…上部舵輪軸、１１ｂ…下部舵輪軸、１２…舵輪軸ハウジング、１３…電動モータ、１３ａ…駆動軸、２０…ラック・ピニオン式運動変換機構、２１…ラック軸、３０…ウォーム減速機、３１…ウォームホイール、３２…ウォーム、３２ａ…ウォーム軸、３３…ギアケース、３４ａ…玉軸受、４２…芯金、４３…樹脂部、４４…ギア歯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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