JP4501053B2 - 電動式舵取り装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の舵取り装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動式舵取り装置には、操舵補助用の電動モータからの動力を減速機を介してステアリングシャフトに伝達するものがあり、上述の減速機には、ウォーム軸と、これと噛み合うウォームホイールとを利用するものがある(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−43739公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ウォームギヤに限らず、通例、歯車の噛み合いにはバックラッシが必要であり、このバックラッシに起因する歯打ち音が生じ、これが異音となっていた。
逆に、歯打ち音による異音を抑制しようとして、バックラッシを小さくすると、歯車同士を回転させるための抵抗が大きくなり、その結果、互いに噛み合う一対の歯車間の動力伝達効率が低下する。
【0005】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、歯車の噛み合い時の異音の発生を抑制し、且つ一対の歯車間の動力伝達効率の低下を抑制できる電動式舵取り装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第1の発明は、互いに噛み合うウォーム軸とウォームホイールとを介して、操舵のために電動モータの動力を伝達する電動式舵取り装置において、上記ウォームホイールの噛み合い部分は、繊維強化された合成樹脂を含み、上記ウォーム軸の少なくとも噛み合い部分の鋼の表面に、硫化物を含む表面層を設け、上記表面層の下層には、窒化物を含む層が含まれ、上記窒化物を含む層および上記表面層は、浸硫窒化処理により形成されてなることを特徴とするものである。
この発明によれば、ウォーム軸とウォームホイールとの間のバックラッシを、歯打ち音の低減に効果のある程に小さくする場合であっても、噛み合い部分の表面層の硫化物の固体潤滑作用により、噛み合い部分同士の間に生じる摩擦抵抗を抑制できるので、ウォーム軸とウォームホイールとの間の動力伝達効率の低下を抑制できる。従って、動力伝達効率を低下させることなく、異音の発生を抑制できる。
【0007】
また、下層の窒化物により噛み合い部分を硬化できるので、噛み合い部分の摩耗の発生を抑制できて、ウォーム軸の耐久性を高めることができる。
また、ウォームホイールの少なくとも噛み合い部分が合成樹脂を含むので、異音の発生をより一層抑制できる。ウォームホイールの噛み合い部分に繊維強化樹脂を用いるので、ウォームホイールの耐久性を強化材により高めることができる。その一方で、ウォームホイールの強化材が、ウォーム軸の噛み合い部分を攻撃するとしても、ウォーム軸の耐久性が高まるので、問題ない。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の電動式舵取り装置を図面を参照しつつ説明する。図1は、上述の電動式舵取り装置の概略構成を示す模式図である。図1を参照する。
本電動式舵取り装置1は、車輪2を操向するためにステアリングホイール3の動きを伝達するステアリングシャフト4と、ステアリングシャフト4を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム5とを有する。ステアリングシャフト4の一方の端部6にステアリングホイール3が連結され、他方の端部7に中間軸9等を介して車輪2を操向するための舵取り機構10が連結される。ステアリングホイール3が回されると、その回転がステアリングシャフト4、中間軸9等を介して舵取り機構10に伝達される。これにより車輪2を操向することができる。
【0009】
また、電動式舵取り装置1は、ステアリングコラム5に設けられる操舵補助ユニット12により、操舵操作に伴い生じる操舵抵抗に見合った操舵補助力を得られるようになっている。
図2は、操舵補助ユニットの断面図である。図1と図2を参照する。
操舵補助ユニット12は、ステアリングシャフト4に関連して配置されて操舵トルクを検知するためのトルクセンサ13と、このトルクセンサ13からの出力信号、車速信号等に基づいて操舵補助力を発生させる電動モータ14と、この電動モータ14の回転軸15の回転を減速するための減速機16と、減速機16およびトルクセンサ13を収容しつつ支持し且つ電動モータ14を支持するハウジング17とを有する。
【0010】
ステアリングホイール3が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ13により検知され、これに応じて電動モータ14が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機16を介してステアリングシャフト4に伝達され、ステアリングホイール3の動きとともに舵取り機構10に伝わり、車輪2が操舵される。
図2に示すように、減速機16は、電動モータ14の回転軸15と継手20を介して一体回転可能に連結された駆動歯車としてのウォーム軸21と、このウォーム軸21により駆動される減速用従動歯車としてのウォームホイール22とを有する。減速機16は、互いに噛み合う一対の歯車としてのウォーム軸21およびウォームホイール22を介して、操舵のために電動モータ14の動力を伝達する。
【0011】
ウォーム軸21は、その軸方向の中間部にありウォームを形成されるウォーム部25と、ウォーム部25に隣接する一対の軸部26,27とを有する。ウォーム部25と軸部26,27とが一体に形成される。軸部26,27が軸受28,29を介してハウジング17に回転可能に支持され、ウォーム部25がウォームホイール22と噛み合う。
ウォームホイール22は、ステアリングシャフト4に一体に回転可能に結合される環状の芯金30と、この芯金30の周囲を取り囲んで外周面部に歯を形成する成形体31とを有する。ウォームホイール22は、ステアリングシャフト4および軸受(図示せず)を介して回転自在にハウジング17により支持される。
【0012】
芯金30は、鋼等の金属により形成され、例えば、成形体31の樹脂成形時に金型内にインサートされる。樹脂成形により、芯金30と成形体31とは、一体回転可能に結合される。
成形体31は、例えば、ポリアミド(PA)、ポリオキシメチレン(POM、ポリアセタールともいう。)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)等の合成樹脂を含む。成形体31は、繊維強化樹脂からなってもよく、この場合、ベースレジンとしての上述の合成樹脂と、ガラス繊維、炭素繊維等の強化材とを含む。
【0013】
図3は、ウォーム軸21およびウォームホイール22の噛み合い部分33,34の拡大断面図である。図3を参照する。
本発明の実施形態では、ウォーム軸21は、母材としての鋼の表面に、硫化鉄等の硫化物を含む表面層35を有している。この表面層35は、ウォーム軸21の所定部分の表面に設けられる。この所定部分の表面は、噛み合い部分33の表面を含み、例えば、ウォーム軸21の全表面とされている。
【0014】
表面層35は、例えば、母材としての鋼によりウォーム軸21とほぼ同形状に形成される製造用中間体としての成形品(図示せず)に、ガス浸硫窒化処理を施すことにより形成される。具体的には、処理により浸硫窒化処理層が形成され、この浸硫窒化処理層が、母材の表面に形成される拡散層としての第1下層36と、この第1下層36の上に形成され窒化鉄等の窒化物を含む第2下層37と、さらにこの第2下層37の上に形成される上述の表面層35とを含む。
【0015】
表面層35の硫化物が、噛み合い部分33,34同士の静摩擦係数および動摩擦係数をともに小さくする働きをする。表面層35には、窒化鉄等の窒化物を含んでもよい。また、第2下層37により、耐摩耗性を高めることができる。また、拡散層としての第1下層36は、浸硫窒化処理により、母材に窒素が拡散された層であり、表面耐力を高めることができる。
本発明の実施形態によれば、ウォーム軸21とウォームホイール22との間のバックラッシを、歯打ち音の低減に効果のあるほどに小さくする場合であっても、噛み合い部分33の表面層35の硫化物の固体潤滑作用により、噛み合い部分33,34同士の間に生じる摩擦抵抗を抑制できるので、ウォーム軸21とウォームホイール22との間の動力伝達効率の低下を抑制できる。従って、動力伝達効率を低下させることなく、異音の発生を抑制できる。
【0016】
本実施形態では、表面層35の下層としての第2下層37の窒化物により噛み合い部分33を硬化できるので、噛み合い部分33の摩耗の発生を抑制できて、ウォーム軸21の耐久性を高めることができる。また、この効果は、表面層35が窒化鉄等の窒化物を含む場合にも得ることができる。
表面層35は、噛み合い部分33の全体となる表面に形成されるのが、摩擦抵抗を抑制する効果を確実に得られて好ましい。なお、表面層35を噛み合い部分33の一部だけの表面に形成しても、ある程度の効果を得ることができる。
【0017】
表面層35の厚みDは、3μm〜5μmの範囲内の値が好ましい。表面層35の厚みDが3μmよりも小さいと、摩擦低減効果を得られないことがあり、表面層35の厚みDが5μmよりも大きいと処理費用が高くなるが、5μmよりも大きくしても構わない。
第2下層37の厚みEは、5μm〜25μmの範囲内の値が好ましい。第2下第2下層37の厚みEが5μmよりも小さいと、耐久性向上効果を得られないことがあり、第2下層37の厚みEが25μmよりも大きいと処理費用が高くなるが、25μmよりも深くしても構わない。
【0018】
表面硬さFは、ビッカース硬さでHV550〜HV1300の範囲内の値が好ましい。表面硬さFがHV550よりも小さい(軟らかい)と、耐久性向上効果を得られないことがあり、表面硬さFがHV1300よりも大きい(硬い)と処理費用が高くなるが、HV1300よりも大きくしても構わない。
母材としては、S43C、S45C等の機械構造用炭素鋼を例示でき、この他S25C等の低炭素鋼、クロムモリブデン鋼、クロム鋼も示すことができる。
【0019】
母材の選定およびガス浸硫窒化処理の処理条件を適宜調節することにより、上述の表面層35の厚みD、第2下層37の厚みE、および表面硬さFを調節することができる。例えば、母材としてS45Cを用い、処理温度を550℃、処理時間を3時間としたときに、表面硬さを概ねHV600〜HV800の範囲内の値にすることができる。
浸硫窒化処理の他、プラズマ浸硫窒化処理、塩浴浸硫窒化処理等の浸硫窒化処理とするのが好ましい。これにより、表面層35や第2下層37等を一括して安価に形成できる。
【0020】
また、浸硫窒化処理であれば、摩擦抵抗の抑制効果に加えて、上述の耐久性の向上効果をも、当該処理を追加するだけで簡便に達成できる。
すなわち、耐久性の向上には、鋼の焼入れ焼き戻し、浸炭焼入れ等の焼入れ処理を施して処理品の表面を硬化させることも考えられる。しかし、焼入れ処理では、処理温度が高く、焼入れ歪みが生じて処理品の寸法変化量が大きく、所要の精度を達成するための研摩仕上げ等の後工程を必要となる。これに対して、浸硫窒化処理では、通例、処理温度が焼入れ処理よりも低い500℃〜600℃とされ、処理に伴う処理品の寸法変化量が小さく、例えば、1〜5μmの僅かな量で済み、その結果、処理前の容易な加工だけで所要の精度を達成できて上述の後工程は不要であり、耐久性の向上のために必要な工程増加を少なくできる。
【0021】
図3に示すように、ウォームホイール22の少なくとも噛み合い部分34が合成樹脂を含むことにより、異音の発生をより一層抑制できる。
ウォームホイール22の噛み合い部分34に繊維強化樹脂を用いる場合には、ウォームホイール22の耐久性を強化材により高めることができる。その一方で、ウォームホイール22の強化材が、ウォーム軸21の噛み合い部分33を攻撃するとしても、上述のようにウォーム軸21が浸硫窒化処理層により補強されることにより、ウォーム軸21の耐久性が高まるので、問題ない。
【0022】
本実施形態の電動式舵取り装置であれば、図1を参照して、ウォームギヤ機構のバックラッシによる歯打ち振動等に起因する騒音を低減でき、従って、自動車の車室内での騒音をコスト安価に低減することができる。しかも、ウォーム軸21およびウォームホイール22間のバックラッシを小さく抑制したときの、電動モータ14にかかる抵抗トルクを小さくできる。従って、電動モータ14の消費電力を低減できる。また、動力の伝達効率が高いので、低出力で小形の電動モータ14を用いることもできる。
【0023】
なお、本発明の実施形態としては、以下の各実施形態をも考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略して同じ符号を付しておく。
【0024】
また、上述の実施形態では、表面層35は、ウォーム軸21の全表面に設けられていたが、これには限定されず、図2を参照して、ウォーム軸21の一部の表面だけに、例えば、ウォーム部25の表面だけに設けてもよいし、噛み合い部分33の表面および噛み合い部分33に隣接する部分の表面だけに設けてもよいし、噛み合い部分33の表面だけに設けてもよい。
【0025】
このように、ウォームギヤ機構のウォーム軸21に設けられた上述の表面層35であれば、ウォーム軸21とウォームホイール22との噛み合い部分33,34同士の間に生じる摩擦抵抗を抑制できるので、ウォームギヤ機構の動力伝達効率の低下を抑制できる。
【0026】
要は、表面層35は、鋼を母材とする一方の歯車の少なくとも噛み合い部分の表面に設けるようにすればよく、これにより、上述の異音の抑制効果および摩擦抵抗の抑制効果を得ることができる。
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の電動式舵取り装置の概略構成を示す模式図。
【図2】図1のII−II断面を示す電動式舵取り装置の一部断面図である。
【図3】図2のウォーム軸とウォームホイールの噛み合い部分の拡大断面図。
【符号の説明】
1 電動式舵取り装置
14 電動モータ
21 ウォーム軸(一方の歯車)
22 ウォームホイール(歯車)
33 ウォーム軸の噛み合い部分
35 表面層
37 第2下層(窒化物を含む層、下層)
Claims (1)
- 互いに噛み合うウォーム軸とウォームホイールとを介して、操舵のために電動モータの動力を伝達する電動式舵取り装置において、
上記ウォームホイールの噛み合い部分は、繊維強化された合成樹脂を含み、
上記ウォーム軸の少なくとも噛み合い部分の鋼の表面に、硫化物を含む表面層を設け、上記表面層の下層には、窒化物を含む層が含まれ、
上記窒化物を含む層および上記表面層は、浸硫窒化処理により形成されてなることを特徴とする電動式舵取り装置。
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