(57)【要約】【課題】円筒状部品の軸方向端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状の取付部を有するアルミダイカスト部品として、取付部の厚さが薄く機械的強度が高いものを提供する。【解決手段】この発明のアルミダイカスト部品１は、円筒状部品の軸方向端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状の取付部１４を有し、アルミダイカスト法により製造され、デンドライトアーム幅が１０μｍ以下であるチル層が取付部１４の表層部に存在し、取付部１４の径方向での断面におけるチル層の存在率が１．５％以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状部品の軸方向端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状の取付部を有し、
アルミダイカスト法により製造され、
デンドライトアーム幅が１０μｍ以下であるチル層が前記取付部の表層部に存在し、前記取付部の径方向での断面における前記チル層の存在率が１．５％以上であるアルミダイカスト部品。
【請求項２】
電動パワーステアリング装置の減速機構が収納され、ステアリングコラムの一端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状のコラム取付部を有し、
アルミダイカスト法により製造され、
デンドライトアーム幅が１０μｍ以下であるチル層が前記コラム取付部の表層部に存在し、前記コラム取付部の径方向での断面における前記チル層の存在率が１．５％以上である電動パワーステアリング装置用ギヤボックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円筒状部品の軸方向端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状の取付部を有するアルミダイカスト部品と、電動パワーステアリング装置用ギヤボックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトに操舵補助力を付与する減速機構が収納されたギヤボックスを有する。ステアリングシャフトはステアリングコラム内に回転自在に支持され、ステアリングコラムの一端（ステアリングホイールとは反対側の端部）がギヤボックスに固定されている。また、ステアリングシャフトの一端は、ギヤボックス内で減速機構の出力軸と連結されている。
【０００３】
そのため、ギヤボックスは、ステアリングシャフトを内挿する円筒部を有し、この円筒部を、ステアリングコラムの一端部を固定するコラム取付部としている。そして、このコラム取付部にステアリングコラムの一端部を圧入するか、ステアリングコラムの一端部にコラム取付部を圧入することにより、ステアリングコラムの一端がギヤボックスに固定されている。
なお、ステアリングコラムが、テレスコープ状に組み合わされたインナーコラムとアウターコラムとにより軸方向に位置調整可能に構成され、インナーコラムがギヤボックス側に配置されている場合には、インナーコラムの一端がギヤボックスに固定される。
【０００４】
このようなギヤボックスは、通常、アルミダイカスト法により成形されている。アルミダイカスト法において、コラム取付部の内周面は金型に中子を配置して形成され、アルミ溶湯を金型内に鋳込んだ後に中子を抜く作業がある。その際に、コラム取付部の内周面が中子に抱きつくことによってかじりが生じることを防止するため、従来の方法では１〜２°の抜き勾配を設けた中子を使用している。これに伴い、コラム取付部の内周面に抜き勾配が転写される（コラム取付部の内径が軸方向で変化する）ため、コラム取付部にステアリングコラムの一端部を圧入する場合には、コラム取付部の内周面の寸法精度を高くするために、成形後に切削加工を行う必要がある。
【０００５】
また、ギヤボックス用の金型は、コラム取付部の軸方向に対して垂直な分割面を有し、コラム取付部の軸方向に沿って開閉されるため、金型のコラム取付部の外周面に対応する部分にも抜き勾配を設けてある。これに伴い、コラム取付部の外周面にも抜き勾配が転写されるため、ステアリングコラムの一端部にコラム取付部を圧入する場合には、コラム取付部の外周面の寸法精度を高くするために、成形後に切削加工を行う必要がある。
【０００６】
特許文献１には、寸法精度を必要とする製品の孔について、成形後の機械加工を省略することができるダイカスト鋳造方法が記載されている。この方法では、抜け勾配が０度００分から０度２０分位の中子ピンを使用し、金型温度を一定に保つことと型開き直後に中子ピンを引き抜くことによって、冷却収縮により生じやすいかじりや焼き付きを防止している。
【０００７】
特許文献２には、例えば自動車用車体やシャーシ部品等として用いられる薄肉ダイカスト鋳物に関し、鋳物材料として特定のＡｌ−Ｍｇ系合金を用い、最小肉厚を１．２ｍｍ以上３ｍｍ以下、両面のチル層厚さの和の最小肉厚に対して占める割合Ｐを１８％以上とすることで、高靱性化薄肉ダイカスト鋳物を得ることが記載されている。
また、特許文献２には以下の記載がある。チル層の厚さを増すためには、低温の金型に
溶湯を高速充填して、型冷却によりダイカスト鋳物表面の冷却速度を高めることが必要であるが、この手段を薄肉ダイカスト鋳物に適用すると、湯回り不良等の鋳造品質の劣化を招き易い。このような不具合を生じることなく、薄肉ダイカスト鋳物の伸び向上を図るためには、割合Ｐの上限値は６０〜７０％に設定される。さらに、特許文献２の明細書には、最小肉厚に対するチル層厚さの和の比率（割合Ｐ）が５％〜５５％である例が記載されている。
【０００８】
特許文献３には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金のダイカスト鋳造部材として、鋳放しで７μｍの平均ＤＡＳ（デンドライトアームスペーシング）、3 ％以上の伸び、及び２２０ＭＰａ以上の耐力を有するものが記載されている。また、組織中の初晶α相の平均ＤＡＳを、「デンドライトアームスペーシング測定手順」（「軽金属」第３８巻、５４〜６０頁、１９８８年）に記載されている交線法で求めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１１７９５８号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１０号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１０／１１４０６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１〜３には、円筒状部品の軸方向端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状の取付部を有するアルミダイカスト部品について、取付部の厚さと機械的強度とチル層との関係の記載もないし、これを示唆する記載もない。
この発明の課題は、円筒状部品の軸方向端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状の取付部を有するアルミダイカスト部品として、取付部の厚さが薄くて機械的強度が高いものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、この発明の一態様は、円筒状部品の軸方向端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状の取付部を有し、アルミダイカスト法により製造され、デンドライトアーム幅が１０μｍ以下であるチル層が前記取付部の表層部に存在し、前記取付部の径方向での断面における前記チル層の存在率が１．５％以上であるアルミダイカスト部品を提供する。
【００１２】
前記取付部の「径方向での断面における、デンドライトアーム幅が１０μｍ以下であるチル層の存在率（チル層率）」が１．５％以上であると、このチル層率が１．５％未満である場合と比較して、前記取付部の厚さが同じ場合、前記取付部の機械的強度が著しく高くなる。つまり、このアルミダイカスト部品の取付部は、チル層率が１．５％以上であることにより、チル層率が１．５％未満である取付部と比較して、薄肉で同じ機械的強度が得られる。
【００１３】
このアルミダイカスト部品は、例えば、アルミダイカストを、前記取付部の外周面を形成する金型および前記取付部の内周面を形成する中子の抜き勾配を小さくして（例えば７分３０秒以下で）行い、前記取付部を鋳放し状態とすることで得られる。
つまり、アルミダイカスト法による成形時に、前記取付部の外周面を形成する金型および前記取付部の内周面を形成する中子の抜き勾配を小さく（例えば７分３０秒以下に）することで、成形後の前記取付部の内周面および外周面の寸法精度を良好に（部品に必要な公差の範囲内に）することができれば、前記取付部の内周面または外周面を切削加工しないで（鋳放し状態で）、そのまま製品として使用できる。
【００１４】
また、アルミダイカストの条件を調整することにより、鋳放し状態の前記取付部の「径方向での断面における、デンドライトアーム幅が１０μｍ以下であるチル層の存在率（チル層率）」を１．５％以上にすることができる。
この発明の別の態様は、電動パワーステアリング装置の減速機構が収納され、ステアリングコラムの一端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状のコラム取付部を有し、アルミダイカスト法により製造され、デンドライトアーム幅が１０μｍ以下であるチル層が前記コラム取付部の表層部に存在し、前記コラム取付部の径方向での断面における前記チル層の存在率が１．５％以上である電動パワーステアリング装置用ギヤボックスを提供する。
この電動パワーステアリング装置用ギヤボックスは、この発明の一態様のアルミダイカスト部品において、円筒状の取付部として円筒状のコラム取付部を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、円筒状部品の軸方向端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状の取付部を有するアルミダイカスト部品として、取付部の厚さが薄くて機械的強度が高いものが提供される。
また、この発明によれば、電動パワーステアリング装置の減速機構が収納され、ステアリングコラムの一端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状のコラム取付部を有するギヤボックスとして、コラム取付部の厚さが薄くて機械的強度が高いものが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態のアルミダイカスト部品である電動パワーステアリング装置用ギヤボックスを示す斜視図である。
【図２】実施形態のギヤボックスの一部断面図であって、コラム取付部の径方向での断面を示す図である。
【図３】実施形態のギヤボックスを構成するコラム取付部の表層部断面の組織を示す顕微鏡写真である。
【図４】コラム取付部のチル層率を説明する図である。
【図５】コラム取付部のチル層率と破損時の荷重（相対値）との関係を示すグラフである。
【図６】厚さが５．０ｍｍのコラム取付部から切り出した試験片を用いて引張試験を行った結果、試験片に生じた破面の状態を示す顕微鏡写真である。
【図７】厚さが３．５ｍｍのコラム取付部から切り出した試験片を用いて引張試験を行った結果、試験片に生じた破面の状態を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明はこの実施形態に限定されない。
図１に示すように、この実施形態のアルミダイカスト部品は、電動パワーステアリング装置用のギヤボックス１であって、ウォーム収納部１１と、ウォームホイール収納部１２と、トルクセンサ収納部１３と、円筒状のコラム取付部１４と、モータ取付部１５を有する。
ギヤボックス１は、ステアリングコラムを構成するインナーコラムの一端部に、コラム取付部１４を圧入して使用される。これにより、ステアリングコラムの一端がギヤボックス１のコラム取付部１４に固定される。つまり、ギヤボックス１は、ステアリングコラムの一端部の内周面に対して締りばめで取り付けられるコラム取付部１４を有する。
【００１８】
図１および図２に示すように、トルクセンサ収納部１３とコラム取付部１４との間に中
間部１７があり、コラム取付部１４の中間部１７との境界に、インナーコラム２の端面を突き当てる端面１４ａがある。また、図２に示すように、コラム取付部１４の内側に、中間部１７との境界となる端面１４ｂがある。コラム取付部１４の開口端面１４ｃから端面１４ａまでの軸方向寸法をＡとし、コラム取付部１４の厚さをＢとする。
【００１９】
ギヤボックス１は、アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）を用いたダイカスト法により成形されたものであり、コラム取付部１４は鋳放し状態である。すなわち、コラム取付部１４は、ダイカスト法による成形後に切削加工されていない。
そのため、図３に示すように、コラム取付部１４の表層部に、アルミダイカストで生じたチル層がそのまま残っている。そして、コラム取付部１４の「径方向での断面における、デンドライトアーム幅が１０μｍ以下であるチル層の存在率（チル層率）」が１．５％以上になっている。
【００２０】
図４に示すように、ギヤボックス１の表層部にチル層３が存在し、コラム取付部１４の開口端から端面１４ａまでの範囲（軸方向寸法Ａの範囲）には、内周面のチル層３１と、外周面のチル層３２と、開口端面のチル層３３が存在する。各チル層３１〜３３の厚さをｔ１、ｔ２、ｔ３とする。
コラム取付部１４の径方向での断面積（Ｓ１）はＡ・Ｂであり、この断面に存在するチル層３１〜３３の合計断面積（Ｓ２）はＡ（ｔ１＋ｔ２）＋ｔ３（Ｂ−ｔ１−ｔ２）である。よって、チル層率は下記の(1) 式で表される。
チル層率＝Ｓ２／Ｓ１＝（Ａ（ｔ１＋ｔ２）＋ｔ３（Ｂ−ｔ１−ｔ２））／（Ａ・Ｂ）…(1) 
なお、デンドライトアーム幅が１０μｍ以下となっている部分の厚さは、コラム取付部の軸方向で一定ではなく、厚さ方向でも一定ではないと考えられるため、ｔ１およびｔ２は軸方向での平均値を、ｔ３は厚さ方向での平均値を使用する。
【００２１】
［製造方法について］
ギヤボックス１の応力解析を行ったところ、チルト曲げ力を付与するとコラム取付部１４に負荷かがかかる事が分かった。チルト曲げ力の付与とは、具体的には、コラム取付部１４をインナーコラム２の一端部に圧入して、インナーコラム２の端面をコラム取付部１４の端面１４ａに突き当て、コラム取付部１４およびインナーコラム２の軸方向を水平に保持した状態で、インナーコラム２に対して、軸方向を水平から傾ける力を付与することである。
【００２２】
また、負荷が最大になるのは、コラム取付部１４のインナーコラム２を付き当てる端面１４ａの内側角部（図２で矢印Ｃで指している部分）を成す円に沿った位置と、開口端面１４ｃの外側角部（図２で矢印Ｄで指している部分）を成す円に沿った位置であることが分かった。
そのため、ギヤボックス１のアルミダイカスト法による成形は、これらの応力集中部から十分に離れた位置にゲートを設置して行う。また、コラム取付部１４の軸方向に対して垂直な分割面を有しコラム取付部１４の軸方向に沿って開閉される金型を用い、金型のコラム取付部１４の外周面に対応する部分の抜き勾配を７分３０秒とし、コラム取付部の内周面を形成する中子の抜き勾配を７分３０秒として行う。さらに、金型のコラム取付部１４が形成される部分に冷却水が循環する配管を設置し、熱電対を設けて温度管理することにより、金型温度を一定に保持する。
【００２３】
また、コラム取付部１４の外周面が形成される部分の金型面と内周面が形成される中子の面について、それぞれの表面粗さを、Ｒａで０．８μｍ以下（好ましくは０．７μｍ以下）に形成する。これにより、得られたギヤボックス１のコラム取付部１４の内周面および外周面は、鋳放し状態で、表面粗さＲａが０．８μｍ以下となるため、インナーコラム
２の一端部に支障なく圧入されて、インナーコラム２の端面をコラム取付部１４の端面１４ａに突き当てることができる。
【００２４】
このようにアルミダイカストを行うことで、コラム取付部１４の開口端から端面１４ａまでの範囲（軸方向寸法Ａの範囲）の表層部に、チル層率１．５％以上でチル層が形成される。また、鋳放し状態で、コラム取付部１４の外周面および内周面の寸法精度が良好であるため、コラム取付部１４の外周面を切削加工しなくても製品として使用できる。コラム取付部１４の外周面を切削加工しないことで、製造コストが低減される。
【００２５】
なお、この実施形態のギヤボックス１は、コラム取付部１４が、ステアリングコラムの一端部の内周面に対して締りばめで取り付けられるものであるが、この発明のギヤボックスは、コラム取付部１４が、ステアリングコラムの一端部の外周面に対して締りばめで取り付けられるものであってもよい。
また、この発明のアルミダイカスト部品は、円筒状部品の軸方向端部の内周面または外周面に対して締りばめで取り付けられる円筒状の取付部を有するものであれば、ギヤボックス１以外のアルミダイカスト部品であってもよい。
また、表層部のチル層率が１．５％以上になっていれば、取付部の外周面または内周面が切削加工されているアルミダイカスト部品も本発明に含まれる。
【実施例】
【００２６】
実施形態に記載された方法により、コラム取付部１４の厚さが３．５ｍｍ、５．０ｍｍであり、コラム取付部１４のチル層率が異なるギヤボックス１を作製した。コラム取付部１４のチル層率は、アルミダイカストの条件（チルタイム、冷却位置や冷却水量などの金型冷却条件、サイクルタイムなど）を変えて、表層部に厚さの異なるチル層を生じさせることにより変化させた。
コラム取付部１４の厚さが３．５ｍｍの場合、コラム取付部１４の内側に、外側の端面１４ａと同程度の端面１４ｂが存在するが、厚さが５．０ｍｍの場合、コラム取付部１４の内側に端面１４ｂは殆ど存在しない。
【００２７】
得られた各ギヤボックス１に対して、実施形態に記載された方法でチルト曲げ力を付与することを、コラム取付部１４が破損するまで行った。次に、破損後のコラム取付部１４を図４に示す断面が現れるように切断して、その断面を研磨した。この研磨された断面の顕微鏡写真から画像処理ソフトにより、デンドライトアーム幅が１０μｍ以下となっている部分の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３が自動で算出され、上述の(1) 式に基づいてチル層率が算出された。
【００２８】
また、各ギヤボックス１のコラム取付部１４の破損時に付与されていた力（破損時荷重Ｆ）を、コラム取付部１４の厚さが５．０ｍｍでチル層率が２．３３％であるギヤボックス１の破損時荷重Ｆで除算して、破損時の荷重の相対値を得た。
このようにして得られた各ギヤボックス１のコラム取付部１４のチル層率と、破損時の荷重（相対値）との関係を図５にグラフで示す。この結果から、厚さＢが３．５ｍｍの場合も５．０ｍｍの場合も、チル層率が上昇するにつれて破損時の荷重が大きくなり、破損時の荷重がチル層率１．５％の前後で大きく変化することが分かる。
【００２９】
また、厚さが３．５ｍｍのコラム取付部１４でも、チル層率が１．５％以上であれば、厚さが５．０ｍｍでチル層率が２．３３％であるコラム取付部１４の０．８倍以上の荷重に耐えられることが分かる。つまり、コラム取付部１４のチル層率を１．５％以上にすることで、コラム取付部１４が薄くて機械的強度が高いギヤボックス１を得ることができる。よって、コラム取付部１４の厚さを３．５ｍｍ程度に薄くすることができる。
【００３０】
次に、コラム取付部１４から図１に一点鎖線で示すように切り出した試験片Ｔを用い、長手方向（コラム取付部１４の軸方向に沿った）両端を支持して互いに反対方向に引っ張る引張試験を行った。引張試験により生じた破面の状態を顕微鏡で拡大して調べた。
図６（ａ）〜（ｃ）は、コラム取付部１４の厚さが５．０ｍｍである三個の試験片の破面を示す。破断により試験片は二つの分割体となるため、図６（ａ）〜（ｃ）では、各分割体の破面の顕微鏡写真が左右に示されている。また、各写真の上側がコラム取付部１４の外周面側に相当し、下側がコラム取付部１４の内周面側に相当する。
【００３１】
図７（ａ）〜（ｃ）は、コラム取付部１４の厚さが３．５ｍｍである三個の試験片の破面を示す。破断により試験片は二つの分割体となるため、図７（ａ）〜（ｃ）では、各分割体の破面の顕微鏡写真が左右に示されている。また、各写真の上側がコラム取付部１４の外周面側に相当し、下側がコラム取付部１４の内周面側に相当する。
各図において、点線で囲んだ部分はひけ巣を示し、長破線で囲んだ部分は破断チル層を示し、一点鎖線で囲んだ部分は酸化膜を示し、実線で囲んだ部分は湯境を示す。
【００３２】
これらの破面を見ると、コラム取付部１４の厚さが３．５ｍｍである試験片は、厚さが５．０ｍｍである試験片と比較して鋳造欠陥が少ないことが分かる。鋳造欠陥のうちひけ巣が生じにくくなった理由は、コラム取付部１４の厚さが薄い分だけ、金型のコラム取付部用キャビティ内に導入されるアルミニウム合金の溶湯量が少なくなることで、コラム取付部用キャビティ内への導入時の溶湯温度が低くなって、材料収縮量が少なくなったためと推測される。
【００３３】
以上のことから、実施形態に記載された方法で、コラム取付部１４の厚さが薄くて機械的強度が高いギヤボックス（アルミダイカスト部品）１が得られることが分かる。また、コラム取付部１４を薄くできる分だけ、アルミダイカストで使用する材料を少なくできるため、ギヤボックス１のコストが低減される。
【符号の説明】
【００３４】
１  ギヤボックス（アルミダイカスト部品）
１１  ウォーム収納部
１２  ウォームホイール収納部
１３  トルクセンサ収納部
１４  コラム取付部（円筒状の取付部）
１４ａ  コラム取付部の外側の端面
１４ｂ  コラム取付部の内側の端面
１４ｃ  コラム取付部の開口端面
１５  モータ取付部
１７  中間部
２  インナーコラム（ステアリングコラム、円筒状部品）
３  チル層
３１  コラム取付部の内周面のチル層
３２  コラム取付部の外周面のチル層
３３  コラム取付部の開口端面のチル層
Ｔ  引張試験の試験片
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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