JP2012110913A - ウォームホイール及びその製造方法並びに電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、安価で耐久性に優れたウォームホイールを提供すること。
【解決手段】鍛造成形品からなるウォームホイール３１である。金属素材の荒鍛造によりはすば形状の歯面を形成した後、放射状に配列された複数の仕上げ鍛造用スライドコアを、これらスライドコアの側面が互いに密接するように縮径移動させて、歯部にウォームホイール歯面を仕上げる。各歯部３２の歯先面３４に対応して、鍛造時に隣接する仕上げ鍛造用スライドコアの歯先形成面の合わせ部分が位置されることにより、歯先面３４に鍛造時のパーティングライン３５の痕３５ａが形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウォームホイール及びその製造方法並びに電動パワーステアリング装置に関するものである。

例えば電動パワーステアリング装置の減速機構に用いられ、少なくとも歯部が合成樹脂製であるウォームホイールの製造方法として、はすば歯車と同歯形の歯部を有する予備成形体を合成樹脂で型成形した後、予備成形体の歯部をホブ加工することにより、ウォームホイールの歯部を形成する製造方法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、ウォームホイールを、冷間鍛造工程により形成された芯金と、芯金の外周に固定される合成樹脂製のギヤ部とで構成することが提案されている（例えば特許文献２を参照）。

特開２００３−３３４７２４号公報 特開２００７−２５５５２４号公報

近年の電動パワーステアリング装置の高出力化に伴い、減速機構が大型化しており、車両へのレイアウトが非常に厳しくなってきている。ウォームホイールとして樹脂を用いた場合、強度を満足するためにウォームホイールが大型になる傾向にある。また、高強度に耐え得る樹脂は高価であり、製造コストが高くなる。
仮にウォームホイールを金属素材を用いた鍛造で成形するとしても、歯の噛み合い面に鍛造時のパーティングラインの痕があると、噛み合い精度に影響を与え、耐久性が悪くなるという新たな問題が予想される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、小型、安価で耐久性に優れたウォームホイール及びその製造方法並びに電動パワーステアリング装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、鍛造成形品からなるウォームホイール（３１）であって、各歯部（３２）の歯先面（３４）に対応して、鍛造時に隣接するスライドコア（３９，３９）の歯先形成面（３９ｃ，３９ｃ）の合わせ部分が位置されることにより、上記歯先面に鍛造時のパーティングライン（３５）の痕（３５ａ）が形成されているウォームホイールを提供する（請求項１）。

本発明によれば、高価で大型化する傾向にある樹脂成形品を用いないで金属素材による鍛造成形品を用いるので、小型且つ安価で高強度のウォームホイールを実現することができる。また、歯面の面粗さを向上することができ、摩耗の抑制を通じて耐久性を向上することができる。さらに、鍛造時のパーティングラインの痕が歯の噛み合い面（歯面）に存在しないので、噛み合い精度を高くすることができ、ひいては耐久性を高くすることができる。

また、本発明は、荒形状が形成された歯部を有する製造用中間体（４４）を得るために金属素材（４３）を荒鍛造する荒鍛造工程と、中心軸線（Ｃ１）の回りに放射状に配列された複数のスライドコア（３９）を、これらスライドコアの側面（３９ａ）が互いに密接するように上記製造用中間体の径方向に縮径移動させて、上記歯部にウォームホイール歯面を仕上げる仕上げ鍛造工程と、を含むウォームホイールの製造方法を提供する（請求項２）。

本発明によれば、鍛造による金属製のウォームホイールの成形が可能となる。すなわち、高価で大型化する傾向にある樹脂を用いないで金属素材を用いた鍛造であるので、小型且つ安価で高強度のウォームホイールを製造することができる。また、歯面の面粗さを向上することができ、摩耗の抑制を通じて耐久性を向上することができる。さらに、鍛造時のパーティングラインの痕が歯の噛み合い面（歯面）に存在しないので、噛み合い精度を高くすることができ、ひいては耐久性を高くすることができる。

また、上記荒形状は、はすば形状であれば（請求項３）、次の仕上げ工程において、ウォームホイール歯面を容易に形成することができる。
また、上記ウォームホイールを減速ギヤとして操舵補助用の電動モータ（１８）の動力を減速する電動パワーステアリング装置（１）であれば（請求項４）、小型、安価で耐久性に優れる。

また、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施の形態のウォームホイールを含む電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 ウォームホイールの概略斜視図である。 荒鍛造工程にある荒鍛造用金型の概略断面図である。 荒鍛造用固定ダイの概略平面図である。 荒鍛造された製造用中間体の概略断面図である。 仕上げ鍛造工程の開始直前の状態の仕上げ鍛造用金型の概略断面図である。 仕上げ鍛造工程にある仕上げ鍛造用金型の概略断面図である。 仕上げ鍛造工程における仕上げ鍛造用スライドコアの概略断面図である。 仕上げ鍛造用スライドコアの正面図である。 仕上げ鍛造時の仕上げ鍛造用スライドコアの合わせ部分を示す概略断面図である。 仕上げ鍛造用金型からウォームホイールを取り外すために、型開きされた状態の仕上げ鍛造用金型の概略断面図である。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の一実施の形態のウォームホイールを含む電動パワーステアリング装置の模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を操舵する操舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と操舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

本実施の形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト６にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明する。しかしながら、本発明を、操舵補助機構５が後述するピニオン軸にアシスト力を与える構造に適用することも可能である。
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。

ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、操舵補助のためのモータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１２に入力される。また、車速センサ９０からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と操舵機構４とを連結している。

操舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が設けられている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを操舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含む。減速機構１９は、駆動ギヤとしてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合う従動ギヤとしてのウォームホイール３１とを含む。減速機構１９は、ギヤハウジング２１内に収容されている。

ウォーム軸２０は、図示しない継手を介して電動モータ１８の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール３１は、ステアリングシャフト６とは一体回転可能に連結されている。
電動モータ１８がウォーム軸２０を回転駆動すると、ウォーム軸２０によってウォームホイール３１が回転駆動され、ウォームホイール３１およびステアリングシャフト６が一体回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。

電動モータ１８は、三相ブラシレスモータからなり、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ９０からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。

図２は、本発明の一実施形態に係るウォームホイール３１の概略斜視図である。ウォームホイール３１は、金属製であり、鍛造により形成されている。ウォームホイール３１は中心孔３１ａを有している。ウォームホイール３１は、その外周３１ｂに、進み角Ａ１を有する多数の歯部３２を形成している。隣接する歯部３２，３２間に歯溝３３が形成されている。各歯部３２の歯先面３４には、仕上げ鍛造用スライドコア３９（図１０参照）の歯先形成面３９ｃ，３９ｃの合わせ部分が位置されることにより、図２に示すように、歯先面３４に、仕上げ鍛造成形時のパーティングライン３５の痕３５ａが形成されている。パーティングライン３５の痕３５ａは、歯先面３４の長手方向に沿って延びている。

図３に概略構成が示される荒鍛造用金型３６と、図６に概略構成が示される仕上げ鍛造用金型３７とを用いて製造される。荒鍛造用金型３６では、図４に示すような環状の荒鍛造用固定ダイ３８が用いられる。一方、仕上げ鍛造用金型３７では、中心軸線Ｃ１を中心とする放射状に配列された仕上げ鍛造用スライドコア３９が用いられる。
図４に示すように、荒鍛造用金型３６の荒鍛造用固定ダイ３８の内周には、放射状に並ぶ荒歯溝形成用突起６１が形成されている。図３に示すように、可動型６２によって荒鍛造用固定ダイ３８内に金属素材４３を押し込んで、金属素材４３の外周に、荒歯溝形成用突起６１を食い込ませる。これにより、図５に示すような、荒形状の歯溝４４ｂが形成された、すなわち、荒形状としてのはすば形状が形成された歯部を有する製造用中間体４４を得る。製造用中間体４４は、図３に示すノックアウト６３を押すことより、荒鍛造用金型３６から取り出される。

図６に示すように、仕上げ鍛造用金型３７は、ベース４０と、ベース４０に固定され、上記中心軸線Ｃ１を有する案内軸４１と、案内軸４１を中心とする環状の案内筒４２とを備えている。
案内軸４１には、製造用中間体４４の中心孔４４ａが嵌合され、案内軸４１によって、製造用中間体４４が上下方向（型締め方向）に案内されるようになっている。

案内筒４２の内周面４２ａには、下方に向かうにしたがって縮径される円錐状テーパ面４５が形成されている。円錐状テーパ面４５の中心は案内軸４１の中心軸線Ｃ１に一致している。その円錐状テーパ面４５によって、スライド型である複数の仕上げ鍛造用スライドコア３９が上下方向に案内されつつ縮径移動されるようになっている。
具体的には、円錐状テーパ面４５に沿って上下に延びる案内溝４６が放射状に形成されている。すなわち、各案内溝４６は円錐状テーパ面４５の母線に沿って延びている。各仕上げ鍛造用スライドコア３９の外側の面には、図８に示すように、円錐状テーパ面４５の対応する案内溝４６（図６、図７参照）に嵌合する被案内突起４９がそれぞれ設けられている。また、各仕上げ鍛造用スライドコア３９の内側の面には、製造用中間体４４に仕上げ形状としてのウォームホイール歯面形状を形成するための仕上げ歯溝形成用突起５０（仕上げ形状歯形形成用突起に相当）がそれぞれ設けられている。

図９に示すように、仕上げ歯溝形成用突起５０は、上下方向に対してウォームホイール３１の進み角Ａ１に相当する角度で傾斜している。仕上げ歯溝形成用突起５０は、一対の歯面形成面５０ａと、一対の歯面形成面５０ａ間に介在する歯底形成面５０ｂとを有している。また、仕上げ鍛造用スライドコア３９の内側の面は、仕上げ歯溝形成用突起５０の一対の歯面形成面５０ａを挟んだ両側に、一対の歯先形成面３９ｃを有している。

図１０に示すように、縮径時に隣接する仕上げ鍛造用スライドコア３９の対向する側面３９ａどうしが互いに突き合わされる。側面３９ａ，３９ａの合わせ部分が位置されることにより、製造用中間体４４の歯先面に、仕上げ鍛造時のパーティングライン３５の痕３５ａ（図２も参照）が形成される。
また、図６および図７を参照して、仕上げ鍛造用金型３７には、製造用中間体４４および複数の仕上げ鍛造用スライドコア３９を一括して受ける受け板５１と、受け板５１を弾性支持する弾性部材５２と、弾性部材５２に抗して製造用中間体４４および複数の仕上げ鍛造用スライドコア３９を下方に押すための第１〜第３押圧部材５３〜５５とが、上型の一部として設けられている。

荒鍛造用金型３６によって、荒形状としてのはすば形状が形成された歯部を有する製造用中間体４４を、仕上げ鍛造用金型３７にセットした後、図示しないプレスにより、第３押圧部材５５を押して各押圧部材５３〜５５を一括して下降させ、図６に示すように、第１および第２押圧部材５３，５４を、それぞれ、製造用中間体４４および仕上げ鍛造用スライドコア３９に当接させる。

次いで、図７に示すように、各押圧部材５３，５５をさらに下降させるに伴って、製造用中間体４４および仕上げ鍛造用スライドコア３９がさらに一体的に下降し、これにより、放射状に配列された仕上げ鍛造用スライドコア３９が製造用中間体４４の径方向に縮径移動され、製造用中間体４４に仕上げ形状の歯溝３３を形成する。すなわち、製造用中間体４４の歯部の歯面に、仕上げ形状としてのウォームホイール歯面形状を与える。

次いで、各押圧部材５３〜５５を上昇させて、型開きすると、図１１に示すように、仕上げ形状としてのウォームホイール歯面形状が形成された歯部３２を有するウォームホイール３１が、仕上げ鍛造用金型３７から取り出し可能となる。その後、ウォームホイール３１の歯部３２の表面に所定の熱処理を施し、必要な硬度を確保する。
本実施の形態のウォームホイール３１およびその製造方法によれば、高価で大型化する傾向にある樹脂成形品を用いないで金属素材４３による鍛造成形品を用いるので、小型且つ安価で高強度のウォームホイール３１を実現することができる。また、歯面の面粗さを向上することができ、摩耗の抑制を通じて耐久性を向上することができる。さらに、パーティングライン３５の痕３５ａが歯部３２の噛み合い面（歯面）に存在しないので、噛み合い精度を高くすることができる。

特に、荒鍛造により形成される歯面の形状を、はすば形状としたので、次の仕上げ鍛造工程において、ウォームホイール３１の歯面を容易に形成することができる。
なお、上記の実施の形態では、各仕上げ鍛造用スライドコア３９が、それぞれ単一の歯溝を形成するものであったが、それぞれ複数の歯溝を形成するものであってもよい。
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…電動パワーステアリング装置、４…操舵機構、５…操舵補助機構、６…ステアリングシャフト、１８…電動モータ、１９…減速機構、２０…ウォーム軸、３１…ウォームホイール、３２…歯部、３３…歯溝、３４…歯先面、３５…パーティングライン、３５ａ…（パーテンィングラインの）痕、３６…荒鍛造用金型、３７…仕上げ鍛造用金型、３８…荒鍛造用固定ダイ、３９…仕上げ鍛造用スライドコア、３９ｃ…歯先形成面、４０…ベース、４１…案内軸、４２…案内筒、４３…金属素材、４４…製造用中間体、４５…円錐状テーパ面、４６…案内溝、４９…被案内突起、５０…仕上げ歯溝形成用突起、５１…受け部材、５２…弾性部材、５３…第１押圧部材、５４…第２押圧部材、５５…第３押圧部材、６１…荒歯溝形成用突起、Ｃ１…中心軸線

Claims (4)

1. 鍛造成形品からなるウォームホイールであって、各歯部の歯先面に対応して、鍛造時に隣接するスライドコアの歯先形成面の合わせ部分が位置されることにより、上記歯先面に鍛造時のパーティングラインの痕が形成されているウォームホイール。
2. 荒形状が形成された歯部を有する製造用中間体を得るために金属素材を荒鍛造する荒鍛造工程と、
   中心軸線の回りに放射状に配列された複数のスライドコアを、これらスライドコアの側面が互いに密接するように上記製造用中間体の径方向に縮径移動させて、上記歯部にウォームホイール歯面を仕上げる仕上げ鍛造工程と、を含むウォームホイールの製造方法。
3. 請求項２において、上記荒形状は、はすば形状であるウォームホイールの製造方法。
4. 請求項１に記載のウォームホイールを減速ギヤとして操舵補助用の電動モータの動力を減速する電動パワーステアリング装置。

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