(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギヤ機構のリングギヤを、歯面を有するリングギヤ部と、燒結により成形されてなり前記リングギヤ部を支持するベース部と、により構成するとともに、板ばねを、その径方向内側が基材に支持されるリング状部と、該リング状部から径方向外側へ放射状に延びるように複数形成されたアーム部と、により構成し、リングギヤを板ばねにより軸方向に移動可能に弾性支持するために、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部とを接合する方法であって、
リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の先端近傍とを重ね合わせて機械的締結手段により互いに離間しないように挟持接合し、
リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の前記機械的締結手段により挟持接合された位置よりもさらに径方向外側とを半導体レーザによって溶接接合して径方向のズレを拘束することを特徴とするリングギヤと板ばねの接合方法。
【請求項２】
リングギヤが、歯面を有するリングギヤ部と、燒結により成形されてなり前記リングギヤ部を支持するベース部と、により構成されるとともに、板ばねが、その径方向内側が基材に支持されるリング状部と、該リング状部から径方向外側へ放射状に延びるように複数形成されたアーム部と、により構成されており、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部とを接合して、リングギヤを板ばねにより軸方向に移動可能に弾性支持してなるギヤ機構であって、
リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の先端近傍とが、重ね合わされて互いに離間しないように機械的締結手段により挟持接合されており、
リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の前記機械的締結手段により挟持接合された位置よりもさらに径方向外側とが、半導体レーザによって溶接接合されて径方向のズレが拘束されていることを特徴とするギヤ機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギヤ機構のリングギヤと板ばねの接合方法、およびギヤ機構に関し、さらに詳しくは、ギヤ機構のリングギヤを、歯面を有するリングギヤ部と、燒結により成形されてなり前記リングギヤ部を支持するベース部と、により構成するとともに、板ばねを、その径方向内側が基材に支持されるリング状部と、該リング状部から径方向外側へ放射状に延びるように複数形成されたアーム部と、により構成し、リングギヤを板ばねにより軸方向に移動可能に弾性支持するために、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部とを接合する方法、および、リングギヤが、歯面を有するリングギヤ部と、燒結により成形されてなり前記リングギヤ部を支持するベース部と、により構成されるとともに、板ばねが、その径方向内側が基材に支持されるリング状部と、該リング状部から径方向外側へ放射状に延びるように複数形成されたアーム部と、により構成されており、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部とを接合して、リングギヤを板ばねにより軸方向に移動可能に弾性支持してなるギヤ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、車両などの電動式パワーステアリング装置１においては、図１に参照されるように、ハイポイドギヤ機構やかさ歯車機構などのギヤ機構２が従来より用いられている。電動式パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール（図示は省略した）を手動で操舵操作することにより回転されるステアリングシャフト３の入力軸４の回転トルクに応じて、電動モータ６による補助力をステアリングシャフト３の出力軸５に付加して回転させて、出力軸５に形成されたピニオンギヤ７と噛合されているラック軸８をその軸方向に駆動するものである。一般に、電動モータ６は、その駆動軸線がステアリングシャフト３の軸線とほぼ直交するように配置されており、ギヤ機構２によって電動モータ６の回転駆動力の方向を変換すると共に所定の比率で減速して出力軸５に伝達する。この電動式パワーステアリング装置１におけるハイポイドギヤ機構２では、ステアリングシャフト３の出力軸５に連結されたハイポイドリングギヤ９と、電動モータ６の回転軸に設けられた所定のギヤとしてのハイポイドピニオンギヤ１０と、が噛合される。
【０００３】
そして、このような電動式パワーステアリング装置１におけるハイポイドギヤ機構２のなかには、車両が走行する路面からの振動などが入力されたときや操舵開始時において電動モータ６を駆動したときや、ステアリングホイールを切り返したときに、バックラッシによる歯当たり音をなくすために、図２に参照されるように、ハイポイドリングギヤ９が同心上に配置されたインナーリングギヤ１１とアウターリングギヤ１２とを含み、インナーリングギヤ１１とアウターリングギヤ１２を相対的にその軸方向に付勢していずれか一方のリングギヤ１１，１２をその軸方向に移動可能に弾性支持してハイポイドピニオン１０に押圧するよう付勢する板ばね１３を備えたものがある。アウターリングギヤ１２とインナーリングギヤ１１の歯形１２ｃ，１１ｃは、板ばね１３が撓んでインナーリングギヤ１１が軸方向に移動したときに、共にピニオンギヤ１０と適切に噛合される単一のリングギヤの歯形を構成するように形成されている。
なお、図２においては、板ばね１３によって、インナーリングギヤ１１の歯面をアウターリングギヤ１２の歯面から突出させてハイポイドピニオンギヤ１０に押しつけるように付勢している。このように構成されたギヤ機構２では、操舵開始時における電動モータ６の駆動や路面からの振動などの入力により、インナーリングギヤ１１が板ばね１３による付勢力に抗して軸方向に移動すると、電動モータ６のハイポイドピニオンギヤ１０が、インナーリングギヤ１１とアウターリングギヤ１２の双方に噛合される。
【０００４】
ところで、このようなギヤ機構のなかには、ハイポイドリングギヤ９などのギヤを一般的な鋼材により成形するだけでなく、価格が安価で成形が容易であると共に歯当たり音が少ないなどの理由から、樹脂により成形されたギヤを採用することがあり、さらに近年では、価格が安価で高精度の成形が容易であるなどに加えて耐摩耗性に優れるなどの理由から、燒結により成形されたギヤを採用することが多くなっている。また、図２および図３に参照されるように、例えば樹脂などにより成形された歯面を有するリングギヤ部としてのインナーリングギヤ１１とは別体でインナーリングベース１５を成形し、このインナーリングベース１５にインナーリングギヤ１１と一体となるように嵌合して支持させるように構成されたギヤ機構２も知られている。このようなギヤ機構２ではインナーリングベース１５が、一般的な鋼材、または燒結により成形される。
【０００５】
図４に参照されるように、板ばね１３は、一般に基材としてのアウターリングギヤ１２のボス１２ａに径方向内側が係合され支持されるるリング状部１３ａと、このリング状部１３ａから径方向外側に向かって放射状に延びる複数のアーム部１３ｂとを備えている。各アーム部１３ｂの先端がインナーリングギヤ１１またはインナーリングベース１５と接合される。以下の説明では、インナーリングギヤ１１を支持するインナーリングベース１５と板ばね１３の各アーム部１３ｂの先端とを接合する場合により説明する。
【０００６】
インナーリングベース１５と板ばね１３の各アーム部１３ｂの先端を互いに接合するための従来の技術としては、安価で確実且つ容易に離間しないように接合できるという理由から、互いの部材にリベット孔１３ｄ，１５ｄを対応するように形成し、このリベット孔１３ｄ，１５ｄにリベット２０の軸部を挿通してその先端をかしめるなど、機械的締結手段によって挟持接合していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ギヤ機構に関して、機械的締結手段により接合する従来の技術にあっては、各アーム部１３ｂとインナーリングベース１５がリベット２０によってかしめられ挟持接合されて、両者１３ｂ、１５の界面の摩擦力に依存する締結となっている。各アーム部１３ｂとインナーリングベース１５との界面の摩擦力にはバラツキがある。また、リベット２０の軸部とリベット孔１３ｄ，１５ｄとの間には、はめあいによるすき間が形成されている。一方、インナーリングギヤ１１がインナーリングベース１５とともに板ばね１３による付勢に抗して軸方向に移動するときには、板ばね１３のアーム部１３ｂが撓むために、アーム部１３ｂとインナーリングベース１５の界面が径方向に互いに摺動し、リベット孔１３ｄ，１５ｄがリベット２０の軸部に衝合することとなる。そのため、アーム部１３ｂとインナーリングベース１５の界面の摺動およびリベット２０との衝合が繰り返されると、両者１３ｂ、１５の界面や、リベット孔１３ｄ，１５ｄとリベット２０の軸部とが互いに摩耗して、ガタなどが生じるという問題があった。また、アーム部１３ｂによって摩擦力にバラツキがあるため、アーム部１３ｂが繰り返し撓むことによって、締結されたインナーリングベース１５と板ばね１３の間にズレが生じる可能性があるという問題があった。
【０００８】
また、ギヤ機構２のハイポイドリングギヤ９あるいはインナーリングベース１５などのように、燒結によって成形された部材（燒結部材）は、一般的な鋼材と比較して密度が低く空孔が残存することがある。そのため、燒結部材を例えば板ばね１３のアーム部１３ｂなど他の部材と接合する場合に、一般的なアーク溶接やガス溶接による接合では、熱影響部が大きく割れが発生する可能性があり採用することはできない。また、ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザなどを用いた溶接による溶融接合では、図７に示すように、その波長が長く反射率が高い（すなわち、吸収率が低い）ことから、接合部を溶融するために、所定のエネルギで出力されるレーザ光を光学系などにより絞ってそのエネルギ密度を高めて接合部に照射する必要がある。
しかし、このような高いエネルギ密度のレーザ光を密度が低い燒結部材に照射すると、燒結部材の溶融層が噴出してブローアウトが発生したり溶け落ちてしまうことがあるため、良好な溶接を行うことができない。また、波長が長く反射率が高いレーザ光を照射するために、エネルギ効率を向上させることができず、また、無駄が多く、必要なエネルギのレーザ光を精度よく容易に制御して照射することができない。
そのため、特に、上述したように燒結により成形されたインナーリングベース１５などの燒結部材を他の部材と接合するための従来の技術にあっては、上述したように安価で確実且つ容易に離間しないように接合できるという理由だけでなく、溶接によって接合することができないという理由から、リベットなどの機械的締結手段２０により接合するしかなく、接合するための手法としてほかに選択の余地がなかった。
【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたもので、ギヤ機構のリングギヤを、歯面を有するリングギヤ部と、燒結により成形されてなり前記リングギヤ部を支持するベース部と、により構成するとともに、板ばねを、その径方向内側が基材に支持されるリング状部と、該リング状部から径方向外側へ放射状に延びるように複数形成されたアーム部と、により構成し、リングギヤを板ばねにより軸方向に移動可能に弾性支持するために、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部とを接合する場合に、容易に且つ確実に接合することができ、しかも、板ばねが撓んだときの摩耗によるガタなどの発生を抑止することができる接合方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上述した課題に鑑みてなされたもので、リングギヤが、歯面を有するリングギヤ部と、燒結により成形されてなり前記リングギヤ部を支持するベース部と、により構成されるとともに、板ばねが、その径方向内側が基材に支持されるリング状部と、該リング状部から径方向外側へ放射状に延びるように複数形成されたアーム部と、により構成されており、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部とを接合して、リングギヤを板ばねにより軸方向に移動可能に弾性支持してなるギヤ機構において、簡単な構成で、容易に且つ確実に接合され、しかも、板ばねが撓んだときの摩耗によるガタなどの発生を抑止することができるギヤ機構を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１のリングギヤと板ばねの接合方法に係る発明は、上記目的を達成するため、ギヤ機構のリングギヤを、歯面を有するリングギヤ部と、燒結により成形されてなり前記リングギヤ部を支持するベース部と、により構成するとともに、板ばねを、その径方向内側が基材に支持されるリング状部と、該リング状部から径方向外側へ放射状に延びるように複数形成されたアーム部と、により構成し、リングギヤを板ばねにより軸方向に移動可能に弾性支持するために、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部とを接合する方法であって、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の先端近傍とを重ね合わせて機械的締結手段により互いに離間しないように挟持接合し、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の前記機械的締結手段により挟持接合された位置よりもさらに径方向外側とを半導体レーザによって溶接接合して径方向のズレを拘束することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２のギヤ機構に係る発明は、上記目的を達成するため、リングギヤが、歯面を有するリングギヤ部と、燒結により成形されてなり前記リングギヤ部を支持するベース部と、により構成されるとともに、板ばねが、その径方向内側が基材に支持されるリング状部と、該リング状部から径方向外側へ放射状に延びるように複数形成されたアーム部と、により構成されており、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部とを接合して、リングギヤを板ばねにより軸方向に移動可能に弾性支持してなるギヤ機構であって、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の先端近傍とが、重ね合わされて互いに離間しないように機械的締結手段により挟持接合されており、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の前記機械的締結手段により挟持接合された位置よりもさらに径方向外側とが、半導体レーザによって溶接接合されて径方向のズレが拘束されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１の発明では、ギヤ機構のリングギヤのベース部と板ばねのアーム部の先端近傍とを重ね合わせて機械的締結手段により互いに離間しないように挟持接合することにより、位置決めされた状態となるため、密度が低く空孔が残存することがある燒結部材から成形されたリングギヤのベース部と板ばねのアーム部とが半導体レーザによって容易に且つ正確に溶接接合される。そして、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の界面が互いに引き離されるような外力に対しては、機械的締結手段による挟持接合によって対抗する。また、リングギヤが軸方向に移動して板ばねが撓むときに発生するリングギヤのベース部と板ばねのアーム部の界面が径方向に相対的に摺動するような外力に対しては、両者が溶接接合によって径方向のズレを拘束されていることにより対抗する。さらに、リングギヤのベース部と板ばねのアームとが溶接接合された部位は、機械的締結手段によって挟持接合された位置よりも径方向外側に位置するため、板ばねのアーム部が撓むことによる亀裂や割れなどの発生が防止される。
【００１３】
請求項２の発明では、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の先端近傍とが、重ね合わされて互いに離間しないように機械的締結手段により挟持接合されていることにより、密度が低く空孔が残存することがある燒結部材から成形されたリングギヤのベース部と板ばねのアーム部とが半導体レーザによって容易に且つ正確に溶接接合されている。そして、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の界面が互いに引き離されるような外力に対しては、機械的締結手段による挟持接合によって対抗する。また、リングギヤが軸方向に移動して板ばねが撓むときに発生するリングギヤのベース部と板ばねのアーム部の界面が径方向に相対的に摺動するような外力に対しては、両者が溶接接合によって径方向のズレを拘束されていることにより対抗する。さらに、リングギヤのベース部と板ばねのアームとが溶接接合された部位が、機械的締結手段によって挟持接合された位置よりも径方向外側に位置していることにより、板ばねのアーム部が撓むことによる亀裂や割れなどの発生を防止する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明のギヤ機構の実施の一形態を、電動式パワーステアリング装置１に使用されるハイポイドギヤ機構２の場合によって、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。なお、図において同一符号は同一部分または相当する部分とする。
【００１５】
図１に示すように、電動式パワーステアリング装置１は、手動操作されるステアリングホイール（図示を省略した）に連結されて軸回りに回転駆動される入力軸４、および、操舵輪（図示を省略した）を駆動するためのラック軸８をその軸方向に移動させる出力軸５を有するステアリングシャフト３と、駆動軸線がステアリングシャフト３の軸線とほぼ直交するように配置され入力軸４の回転トルクに応じて駆動される電動モータ６と、電動モータ６の回転出力を減速すると共にその回転方向を変換して出力軸に伝達するハイポイドギヤ機構２と、入力軸４の回転トルクを検出して電動モータ６を制御するトルク検出手段１７とを有している。出力軸５には、ラック軸８と噛合されるピニオンギヤ７が形成されている。ハイポイドギヤ機構２は、電動モータ６の回転駆動軸に設けられたハイポイドピニオンギヤ１０と、ステアリングシャフト３の出力軸５に設けられハイポイドピニオンギヤ１０と噛合されるハイポイドリングギヤ９とを備えている。この実施の形態の場合、ハイポイドリングギヤ９が同心上に配置されてそれぞれハイポイドピニオンギヤ１０に噛合されるインナーリングギヤ（サブギヤと呼ばれることもある）１１と、アウターリングギヤ（メインギヤと呼ばれることもある）１２とを含んでおり、インナーリングギヤ１１が嵌合されてこれを支持するインナーリングベース１５と、インナーリングベース１５に接合されてインナーリングギヤ１１をアウターリングギヤ１２に対して相対的にその軸方向に突出させてハイポイドピニオンギヤ１０に押しつけるように付勢する板ばね１３とを備えている。
【００１６】
本発明のハイポイドギヤ機構２は、概略、インナーリングベース１５と板ばね１３とを機械的締結手段としてのリベット２０により締結して挟持接合すると共に、溶接により接合して板ばね１３のインナーリングベース１５に対する径方向のズレを拘束するために溶接部位２１を設けたものである。さらに、板ばね１３には、局所的変形部位２２が設けられている。なお、インナーリングギヤ１１を支持するためのインナーリングベース１５は、この実施の形態の場合、燒結により成形されており、後述するように半導体レーザ溶接によって溶接部位２１が設けられて板ばね１３と溶接接合されている。
【００１７】
図２および図３に示すように、アウターリングギヤ１２は、ステアリングシャフト３の出力軸５と相対回転不能に係合されるボス１２ａが中央に形成されており、ボス１２ａの周囲には環状の凹部１２ｂが形成されている。アウターリングギヤ１２の一方の面の外周には、電動モータ６の回転駆動軸に設けられたハイポイドピニオンギヤ１０と噛合される所定の歯数を有するハイポイド歯形１２ｃが環状に配列形成されている。
【００１８】
インナーリングギヤ１１は、略環状に成形されてなるもので、その一方の面には、アウターリングギヤ１２と同様に、電動モータ６の回転駆動軸に設けられたハイポイドピニオンギヤ１０と噛合される所定の歯数を有するハイポイド歯形１１ｃが形成されている。そして、この実施の形態の場合、ハイポイドギヤ機構２が組立完成されたときには、インナーリングギヤ１１がインナーリングベース１５に圧入され実質的に一体化されている。
【００１９】
アウターリングギヤ１２とインナーリングギヤ１１に形成されているハイポイド歯形１２ｃ，１１ｃは、板ばね１３が撓んでインナーリングギヤ１１が軸方向に移動して共にピニオンギヤ１０と噛合されたときに、そのピニオンギヤ１０と適切に噛合される単一のハイポイドリングギヤとしての歯形を構成するように形成されている。
【００２０】
インナーリングベース１５は、軸方向に延びインナーリングギヤ１１が外嵌圧入される支持部１５ａと、径方向外側に延びる外側フランジ部１５ｂと、径方向内側に延びる内側フランジ部１５ｃとを有するもので、燒結により一体成形されている。
【００２１】
板ばね１３は、ばね鋼により成形されてなるもので、アウターリングギヤ１２のボス１２ａに係合されるリング状部１３ａと、このリング状部１３ａから径方向外側に放射状に延びてその先端がインナーリングギヤ１１またはインナーリングベース１５と接合される複数のアーム部１３ｂとを備えている。図４に示された実施の形態の場合、板ばね１３のリング状部１３ａの中央には、アウターリングギヤ１２のボス１２ａと相対回転不能に嵌合される開口が形成されている。また、アーム部１３ｂは、軸回りに等角度でリング状部１３ａから八方へ放射状に延びるように成形されている。各アーム部１３ｂの径方向外側先端とインナーリングベース１５の外側フランジ１５ｂの径方向（幅方向）ほぼ中央とには、リベット孔１３ｄ，１５ｄが互いに対応するようにそれぞれ穿設されている。なお、インナーリングギヤ１１の、インナーリングベース１５の外側フランジ１５ｂと対向する面、すなわち、ハイポイド歯形１１ｃが形成されている一方の面とは反側の他方の面には、各リベット２０の頭部またはかしめ部を退避するように凹部１１ｅが形成されている。各アーム部１３ｂのリベット２０が挿通される位置よりも径方向内側には、図３に示すように、局所的変形部位２２が形成されている。局部変形部位２２は、断面が略Ｖ字状またはＵ字状となるようにアーム部１３ｂをその面方向に折り曲げてなるもので、インナリングギヤ１１がアウターリングギヤ１２と共に単一のハイポイドリングギヤとしての歯形を構成するように、図において下降するときに、面方向に折り曲げ形成された局部変形部位２２が弾性変形することにより、俯仰するアーム部１３ｂのインナーリングベース１５と接合された位置の径方向の長さの変化を吸収することができるよう構成されている。
【００２２】
図３に示された実施の形態では、板ばね１３の各アーム部１３ｂの径方向外側先端近傍の上面とインナーリングベース１５の外側フランジ１５ｂの下面とが当接されて、穿設されたリベット孔１３ｄ，１５ｄにリベット２０の軸部が挿通され、そのリベット２０の軸部の先端をかしめることによって、機械的に締結されている。リベット２０の軸部とリベット孔１３ｄ，１５ｄとの間には、はめあいによるすき間が必然的に形成されている。一方、板ばね１３の各アーム部１３ｂのリベット１５よりもさらに径方向外側である最先端と、インナーリングベース１５の外側フランジ１５ｂの外周縁とには、後述する半導体レーザ溶接によって溶接部位２１が形成されている。
【００２３】
なお、本発明は、この実施の形態に限定されることなく、図示は省略するが、リベットに代えてボルトとナットを使用し、あるいは、板ばね１３の各アーム部１３ｂの先端にビス孔を形成するとともに、このビス孔と対応するようにめねじ孔をインナーリングベース１５に形成して、ビスやボルトなどのねじ部材をビス孔に挿通してめねじ孔に締結し、さらにあるいは、板ばね１３の各アーム部１３ｂとインナーリングベース１５とにそれぞれ係合部と被係合部を設けた構成も含まれる。本明細書では、これらの部材の少なくとも一方に設けられた孔（１３ｄ，１５ｄ）に挿通されて互いに接合するリベット２０やボルトとナット、ねじ部材、あるいは係合部と被係合部などを、機械的締結手段ということとする。すなわち、本発明における機械的締結手段は、板ばね１３の各アーム部１３ｂとインナーリングベース１５とを軸方向に互いに離れることがないように挟持接合することはできるが、インナーリングギヤ１２の軸方向の移動などによって板ばね１３の各アーム部１３ｂとインナーリングベース１５とが径方向にズレる可能性があるような締結手段を意味する。
【００２４】
アウターリングギヤ１２のボス１２ａ（基材）には、スペーサ２３を介して板ばね１３のリング状部１３ａに形成された開口が軸方向所定の位置に外嵌圧入され支持されている。さらに、アウターリングギヤ１２のボス１２ａには、板状の抑えばね部材２４が板ばね１３に対して所定の間隔で保持されるように圧入リング２５，２６に挟まれた状態で外嵌されている。抑えばね部材２４の外周縁は、板ばね１３によって支持されたインナーリングベース１５を抑えるように、その内側フランジ１５ｃに当接されている。このように構成されることによって、インナーリングベース１５と一体となったインナーリングギヤ１１は、アウターリングギヤ１２の環状の凹部１２ｂに収容され、軸方向に移動可能な状態で弾性的に支持されている。アウターリングギヤ１２の歯面からのインナーリングギヤ１１の歯面の突出量は、スペーサ２３の軸方向厚さによって調節される。
【００２５】
なお、本発明のギヤ機構２は、この実施の形態に限定されることなく、図５に示すように、板ばね１３の各アーム部１３ｂの径方向外側先端の下面とインナーリングベース１５の内側フランジ１５ｃの上面とを当接させて、リベット２０などによって機械的に締結することもでき、また、図示は省略するが、板ばね１３の各アーム部１３ｂの径方向外側先端の上面とインナーリングベース１５の内側フランジ１５ｃの下面とを当接させて、リベット２０によって機械的に締結することもできる。さらに、図６に示すように、インナーリングギヤ１１をインナーリングベース１５の嵌合支持させることなく、フランジ１１ｂが一体に形成されたインナーリングギヤ１１を燒結によって成形して、このフランジ１１ｂの下面または上面（図示は省略する）に板ばね１３のアーム部１３ｂを直接機械的に締結することもできる。これらの場合には、いずれも、板ばね１３の各アーム部１３ｂのリベット孔１３ｄよりも径方向外側である最先端が，インナーリングベース１５またはインナーリングギヤ１１と溶接接合される。
【００２６】
また、本発明のギヤ機構２は、板ばね１３と締結されるインナーリングベース１５またはインナーリングギヤ１１が燒結によって成形されたものに限定されることなく、一般的な鋼材などの金属のように、燒結以外によって成形されたものにも適用できる。このように、燒結以外によって成形されたインナーリングベース１５またはインナーリングギヤ１１と板ばね１３とを溶接接合する場合には、後述する半導体レーザ溶接以外の、例えば、電子ビームやＹＡＧレーザやＣＯ２レーザなどによる溶接、一般的なアーク溶接やガス溶接、あるいは高周波溶着など、複数の部材の接合部が一体となって連続するように溶接接合して、インナーリングベース１５またはインナーリングギヤ１１と板ばね１３との接合面（界面）が径方向に相対的に摺動するような動きを拘束することができるものであれば適用することができる。
【００２７】
このように構成された電動式パワーステアリング装置１では、図示しないステアリングホイールを手動で操舵操作することにより、ステアリングシャフト３の出力軸５に形成されたピニオンギヤ７が軸回りに回転され、このピニオンギヤ７に噛合されたラック軸８がその軸方向に移動されて、図示しない操舵輪が駆動される。このとき、トルク検出手段１７では、入力軸４の回転トルクに基づいて電動モータ６の駆動を制御し、必要に応じて電動モータ６による補助力を、ハイポイドギヤ機構２を介してステアリングシャフト３の出力軸５に付加して回転させる。
【００２８】
そして、電動モータ６が駆動制御されていないときには、インナーリングギヤ１１が板ばねによってアウターリングギヤ１２から突出するように付勢されていることにより、電動モータ６の回転軸に設けられたハイポイドピニオンギヤ１０に押し付けられるように噛合されてバックラッシが除去されている。そのため、車両が走行しているときに路面からの振動などが出力軸５に入力された場合や操舵を開始すべくステアリングシャフト４を回転させあるいは切り返した場合であっても、ハイポイドリングギヤ９とハイポイドピニオンギヤ１０との間の歯打ち音などの異音の発生が抑止される。また、電動モータ６が駆動制御されたときには、板ばね１３によってアウターリングギヤ１２から突出するように付勢されてハイポイドピニオンギヤ１０と噛合されたインナーリングギヤ１１が軸方向に移動し、アウターリングギヤ１２と共に単一のハイポイドリングギヤとしての歯形が構成されてピニオンギヤ１０と適切に噛合される。
【００２９】
インナーリングギヤ１１が軸方向に移動して板ばね１３のアーム部１３ｂが撓むときには、アーム部１３ｂの、インナーリングベース１５が接合された径方向の位置が変化して、両当接面の間に相対的なズレが生じリベット２０とリベット孔１３ｄあるいは１５ｄとが衝合しようとする。
【００３０】
ここで、板ばね１３のアーム部１３ｂとインナーリングベース１５とを溶接のみによって接合した場合を想定する。かかる場合には、アーム部１３ｂとインナーリングベース１５を重ね合わせて、アーム部１３ｂの周縁を溶接することとなる。したがって、インナーリングギヤ１１が軸方向に移動して板ばね１３のアーム部１３ｂが撓むときには、アーム部１３ｂの曲げがリベット２０などの機械的に締結されていないために、インナーリングベース１５との界面を引き離す方向に対する外力を溶接部位２１が直接受けて、溶接部位２１に応力が集中することとなる。そのため、図３に示したように両者１３、１５を接合した場合において、板ばね１３の付勢によってインナーリングベース１５が上昇しているときには、図１０に示すように、溶接部位２１の内部に亀裂または割れＫが生じ、また、インナーリングベース１５が下降したときには、板ばね１３がてこのように作用することによって、図１１に示すように、溶接部位２１の外部に亀裂または割れＫが生じることとなる。
【００３１】
しかしながら、本発明では、図８に示すように、板ばね１３のアーム部１３ｂとインナーリングベース１５とをリベット２０により締結して挟持接合し板ばね１３の撓みによる曲げ変形を拘束すると共に、両者１３ｂとインナーリングベース１５を径方向外側で溶接接合することにより界面に平行なズレを拘束していることから、溶接部位２１に無理な負荷がかかって応力が集中することがないと共に、界面の相対的なズレが生じることがないために、リベット２０とリベット孔１３ｄあるいは１５ｄとが衝合することがなく、また、両者１３ｂと１５の界面に摩擦が生じることがないために、摩耗によるガタが生じることが抑止される。さらに、図９に示すように、アーム部１３ｂに弾性変形可能な局部変形部位２２を設けた場合には、アーム部１３ｂの撓みによる負荷が軽減されるので、リベット２０によりアーム部１３ｂとインナーリングベース１５とを強力に挟持接合して曲げ変形を拘束する必要がない。
【００３２】
次に、本発明のリングギヤと板ばねの接合方法を、上述したように燒結部材により成形されているインナーリングベース１５の外側フランジ（燒結部材の接合部）１５ｂと板ばね１３のアーム部１３ｂの径方向外側最先端（他の部材の接合部）とを接合する場合により、詳細に説明する。
【００３３】
本発明のリングギヤと板ばねの接合方法は、概略、インナーリングベース１５とこのインナーリングベース１５を軸方向に移動可能に弾性支持する板ばね１３との接合方法であって、インナーリングベース１５と板ばね１３のアーム部１３ｂとをリベット２０などの機械的締結手段により挟持接合すると共に、溶接接合するものである。そして、インナーリングベース１５とアーム部１３ｂの径方向外側で溶接接合するものである。
【００３４】
上述したように、燒結部材からなるインナーリングベース１５は、一般的な鋼材と比較して密度が低く空孔が残存することがあることから、板ばね１３と接合するために、一般的なアーク溶接やガス溶接を採用することができない。また、ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザによる溶接接合では、図７に示すように、その波長が長く反射率が高いことから、接合部を溶融するために光学系などによりレーザ光を絞ってエネルギ密度を高めて所定のエネルギで接合部に照射する必要があるが、かかる高エネルギ密度のレーザ光を照射して燒結部材を溶接しようとすると、溶融層が噴出してブローアウトが発生したり溶け落ちてしまうことがあるため、良好な溶接を行うことができない。
【００３５】
そこで、本発明のリングギヤと板ばねの接合方法では、さらに、燒結部材からなるインナーリングベース１５とアーム部１３ｂのその溶接接合部位に対して、反射率が０．６以下となるように波長が１．０μｍ以下であり、集光幅が１．０ｍｍ以上であるレーザ光を照射することととしている。
【００３６】
板ばね１３の各アーム部１３ｂには、上述したように、その中間部に位置する局部変形部位２２と、先端部近傍に位置するリベット孔１３ｄとが予め形成されている。このように成形された板ばね１３の各アーム部１３ｂは、最初に、そのリベット孔１３ｄがインナリングベース１５の外側フランジ１５ｂの径方向ほぼ中央に設けられたリベット孔１５ｄと整合するように、インナリングベース１５と当接され、両リベット孔１３ｄ，１５ｄに機械的締結手段としてのリベット２０の軸部を挿通して先端をかしめることにより、燒結部材であるインナーリングベース１５と締結される。そのため、板ばね１３とインナーリングベース１５とは相対的に略移動不能に位置決めされることとなるので、後にレーザ光によって溶接接合する際に位置決めするための治具などを必要としない。
【００３７】
次いで、半導体レーザによってレーザ光を照射して、板ばね１３の各アーム部１３ｂの径方向外側最先端（接合部）とインナーリングベース１５の外側フランジ１５ｂの外周縁（接合部）と溶融接合する。半導体レーザによって所定の出力で照射されるレーザ光は、その波長が１．０μｍ以下で、集光幅が１．０ｍｍ以上となるように設定されている。波長を１．０μｍ以下とすることにより、図７に示すように、照射されたレーザ光の反射率は反射率が０．６以下（すなわち、吸収率が０．４以上）となる。したがって、両接合部１３ｂ，１５ｄを溶融するために、従来の技術のようにレーザ光を絞ってエネルギ密度を高める必要がなく、レーザ光の移動方向に対する幅（集光幅）を従来の技術と比較して広い１．０ｍｍ以上とすることができる。したがって、両接合部１３ｂ，１５ｄに照射されるレーザ光のエネルギ密度を低く抑えることができるので、密度が低い燒結部材に照射しても、その溶融層が噴出してブローアウトが発生したり溶け落ちを発生させることがなく、良好な溶接を行うことができる。而して、燒結部材１５と他の部材１３とを接合する場合に、従来の技術においては機械的締結手段２０による締結しか選択の余地がなかったのに対して、本発明によれば、機械的締結手段２０による挟持接合に加えて、溶接接合を行うことができる。また、半導体レーザによって短い波長のレーザ光を照射して吸収率を高めることができるため、エネルギ効率を向上させることができ、しかも、必要なエネルギのレーザ光を安定して所定の出力で精度よく容易に制御して照射することができる。なお、集光幅は、照射されるレーザ光が略円形である場合に、集光径と言い替えることもできる。
【００３８】
なお、本発明の接合方法は、上述した実施の形態に限定されることはなく、板ばね１３と接合される部材が、一般的な鋼材などの金属のように、燒結部材以外からなるインナーリングベース１５や、燒結部材または非燒結部材からなるインナーリングギヤ１１である場合など、燒結部材同士、または燒結部材と燒結以外により成形された他の部材とを接合する場合にも適用することができる。
【００３９】
また、本発明の接合方法は、上述した実施の形態に限定されることはなく、接合部に照射するレーザ光を、反射率が０．６以下となるように波長が１．０μｍ以下であり、集光幅が１．０ｍｍ以上となるように設定することができれば、半導体レーザ以外のレーザを採用することもできる。
【００４０】
上述したように、板ばね１３の付勢に抗してインナーリングギヤ１１が軸方向に移動してアウタリングギヤ１２と共にピニオンギヤ１０と適切に噛合される単一のハイポイドリングギヤを構成する際に、特に図５に示したように構成した場合、互いに当接された界面である板ばね１３の各アーム部１３ｂの径方向外側先端の下面とインナーリングベース１５の内側フランジ１５ｃの上面とを引き離すような外力が生じる。しかしながら、本発明の接合方法によってインナーリングベース１５またはインナーリングギヤ１１と板ばね１３とが接合されたギヤ機構では、リベットなどの機械的締結手段２０により挟持接合して板ばね１３の撓みによる曲げ変形を拘束しているため、かかる外力に対して充分に対抗することができる。
また、板ばね１３のアーム部１３ｂが撓んでインナーリングギヤ１１が軸方向に移動する際には、アーム部１３ｂの、インナーリングベース１５が接合される径方向の位置が変化して、両者１３ｂ、１５の界面に相対的なズレが生じリベット２０とリベット孔１３ｄまたは１５ｄとが衝合しようとような外力が生じる。しかしながら、本発明の接合方法によってインナーリングベース１５またはインナーリングギヤ１１と板ばね１３とが接合されたギヤ機構では、半導体レーザによって溶接接合して板ばね１３の撓みによる径方向の相対的な移動（ズレ）を拘束しているため、かかる外力に充分に対抗することができる。したがって、インナーリングベース１５またはインナーリングギヤ１１と板ばね１３との界面の摩耗、あるいは、リベット孔１３ｄ，１５ｄと機械的締結手段としてのリベット２０の軸部との衝合によるガタが生じることがなく、インナーリングベース１５またはインナーリングギヤ１１と板ばね１３との接合が確実となってハイポイドギヤ機構が正確に作動することとなる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ギヤ機構のリングギヤのベース部と板ばねのアーム部の先端近傍とを重ね合わせて機械的締結手段により互いに離間しないように挟持接合し、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の前記機械的締結手段により挟持接合された位置よりもさらに径方向外側とを半導体レーザによって溶接接合して径方向のズレを拘束するという簡単な工程により、リングギヤを、歯面を有するリングギヤ部と、燒結により成形されてなり前記リングギヤ部を支持するベース部と、により構成するとともに、板ばねを、その径方向内側が基材に支持されるリング状部と、該リング状部から径方向外側へ放射状に延びるように複数形成されたアーム部と、により構成し、リングギヤを板ばねにより軸方向に移動可能に弾性支持するために、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部とを容易に且つ確実に接合することができ、しかも、板ばねが撓んだときの摩耗によるガタなどの発生を抑止することが可能なリングギヤと板ばねの接合方法を提供することができる。
【００４２】
請求項２の発明によれば、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の先端近傍とが、重ね合わされて互いに離間しないように機械的締結手段により挟持接合されており、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部の前記機械的締結手段により挟持接合された位置よりもさらに径方向外側とが、半導体レーザによって溶接接合されて径方向のズレが拘束されているという簡単な構成により、リングギヤが、歯面を有するリングギヤ部と、燒結により成形されてなり前記リングギヤ部を支持するベース部と、により構成されるとともに、板ばねが、その径方向内側が基材に支持されるリング状部と、該リング状部から径方向外側へ放射状に延びるように複数形成されたアーム部と、により構成されており、リングギヤのベース部と板ばねのアーム部とを容易に且つ確実に接合して、リングギヤを板ばねにより軸方向に移動可能に弾性支持し、しかも、板ばねが撓んだときの摩耗によるガタなどの発生を抑止することが可能なギヤ機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用された電動式パワーステアリング装置のハイポイドギヤ機能の実施の一形態を示す断面図である。
【図２】  図１の一部拡大断面図である。
【図３】  インナーリングベースと板ばねの接合状態を説明するための図２の一部拡大断面図である。
【図４】  インナーリングベースと板ばねの接合された状態の底面図である。
【図５】  インナーリングベースと板ばねの接合状態の別の実施の形態をを説明するための断面図である。
【図６】  インナーリングベースと板ばねの接合状態のさらに別の実施の形態をを説明するための断面図である。
【図７】  レーザ光の波長に対する反射率を示すグラフである。
【図８】  本発明により、板ばねのアーム部とインナーリングベースとをリベットにより締結すると共に溶接したために、アーム部が撓んだときに溶接部位に無理な負荷がかかって応力が集中することがなく、接合部間に相対的なズレが生じることがないことを示す説明図である。
【図９】  本発明により、板ばねのアーム部に弾性変形可能な局部変形部位を設けたために、アーム部の撓みによる接合部への負荷が軽減されることを示す説明図である。
【図１０】  板状の板ばねのアーム部とインナーリングベースとを溶接のみによって接合したと想定した場合に、板ばねの付勢によってインナーリングベースが上昇しているときに、溶接部位の内部に亀裂または割れが生じる状態を説明するための拡大断面図である。
【図１１】  板状の板ばねのアーム部とインナーリングベースとを溶接のみによって接合したと想定した場合に、インナーリングベースが下降したときに、板ばねがてこのように作用して溶接部位の外部に亀裂または割れが生じる状態を説明するための拡大断面図である。
【符合の説明】
２    ハイポイドギヤ機構
９    ハイポイドリングギヤ
１０    ハイポイドピニオンギヤ
１１    インナーリングギヤ
１２    アウターリングギヤ
１３    板ばね
１３ａ  リング状部
１３ｂ  アーム部
１５    インナーリングベース（燒結部材）
２０    リベット
２１    溶接部位
２２    局所的変形部位
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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