JP2006046376A

JP2006046376A - Reduction gear and electric power steering device

Info

Publication number: JP2006046376A
Application number: JP2004224567A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Shiina; 晶彦椎名
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-16

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reduction gear enabling reduction in noise, and an electric power steering device. SOLUTION: In this electric power steering device 1, a rotating output from an electric motor 7 is transmitted to a steering mechanism 6 through the reduction gear 9. The reduction gear 9 comprises a worm 22 and a worm wheel 23 meshing with each other. The worm 22 comprises a chromium layer 40 formed on the surface of its base metal 39 and a DLC layer 37 formed on the surface of the chromium layer 40. The DLC layer 37 comprises diamond-like carbon and tungsten. Since frictional resistance between meshed parts 36 and 38 of the worm 22 with the worm wheel 23 can be reduced, noise caused by a sliding sound can be reduced and drive torque can be reduced. COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、自動車等に用いられる減速機およびこれを用いた電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a reduction gear used for an automobile or the like and an electric power steering device using the same.

従来より、電動パワーステアリング装置には、電動モータの回転力を操舵機構に伝達するために、減速機が用いられている。
また、ボールねじには、潤滑性を高めるために、ねじ軸の螺旋溝およびナットの螺旋溝の金属母材表面にダイヤモンドライクカーボン層を形成したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２３５７４８号公報 Conventionally, a reduction gear is used in an electric power steering device in order to transmit the rotational force of an electric motor to a steering mechanism.
Some ball screws have a diamond-like carbon layer formed on the surface of the metal base material of the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut in order to improve lubricity (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-235748 A

例えばウォーム減速機では、トルク伝達時のウォームとウォームホイールとの歯面間の滑りに起因して、「ザッー」というような特有の摺動音が発生する。この摺動音は、減速機の減速比が高いほど大きくなる傾向がある。
近年、電動パワーステアリング装置の高出力化が進んでおり、従って、摺動音が大きくなる傾向にある。 For example, in a worm speed reducer, a unique sliding sound such as “za” is generated due to slippage between the tooth surfaces of the worm and the worm wheel during torque transmission. This sliding noise tends to increase as the speed reduction ratio of the speed reducer increases.
In recent years, the output of electric power steering devices has been increased, and therefore, sliding noise tends to increase.

そこで、この発明の目的は、騒音を低減できる減速機およびこれを用いた電動パワーステアリング装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a reduction gear capable of reducing noise and an electric power steering device using the same.

本発明は、互いに噛み合う駆動歯車および従動歯車を備えた減速機において、上記駆動歯車および従動歯車の少なくとも一方の歯車の少なくとも歯面の少なくとも噛み合い部に、金属元素を含有したダイヤモンドライクカーボン層が形成されることを特徴とする。本願発明者は、摺動音の発生に、歯車の歯面間の摩擦が大きく寄与していると考え、本発明を想到するに至った。すなわち、ダイヤモンドライクカーボン層により一対の歯車の歯面の噛み合い部同士の間の摩擦抵抗を低減できる。従って、摺動音による騒音を低減することができ、また、駆動トルクを低減することができる。 According to the present invention, in a reduction gear including a driving gear and a driven gear that mesh with each other, a diamond-like carbon layer containing a metal element is formed on at least a meshing portion of at least a tooth surface of at least one of the driving gear and the driven gear. It is characterized by being. The inventor of the present application has thought that the friction between the tooth surfaces of the gear greatly contributes to the generation of the sliding noise, and has arrived at the present invention. That is, the frictional resistance between the meshing portions of the tooth surfaces of the pair of gears can be reduced by the diamond-like carbon layer. Therefore, noise due to sliding sound can be reduced, and driving torque can be reduced.

また、上記駆動歯車はウォームを含み、上記従動歯車はウォームホイールを含み、上記ダイヤモンドライクカーボン層は少なくともウォームの少なくとも歯面の少なくとも噛み合い部に形成される場合がある。この場合、摺動音が生じ易いウォーム減速機の騒音を効果的に小さく抑制することができる。また、ダイヤモンドライクカーボン層を、ウォームおよびウォームホイールの何れか一方に形成する場合には、ウォームに形成するのが、形成コストを低減できて好ましい。また、ダイヤモンドライクカーボン層は、ウォームおよびウォームホイールの両方に形成してもよく、この場合には、摩擦抵抗の低減効果が大きい。 In some cases, the drive gear includes a worm, the driven gear includes a worm wheel, and the diamond-like carbon layer is formed at least on a meshing portion of at least a tooth surface of the worm. In this case, it is possible to effectively reduce the noise of the worm speed reducer that easily generates sliding noise. Further, when the diamond-like carbon layer is formed on one of the worm and the worm wheel, it is preferable to form the diamond-like carbon layer on the worm because the formation cost can be reduced. The diamond-like carbon layer may be formed on both the worm and the worm wheel, and in this case, the effect of reducing the frictional resistance is great.

また、本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助用の電動モータの出力回転を、上記本発明の減速機によって減速して操舵機構に伝達することを特徴とする。この構成によれば、電動パワーステアリング装置の操舵補助時に、歯車の摺動音による騒音を小さく抑制することができる。また、トルク伝達時の歯車のロストルクを低減できるので、いわゆるハンドル戻りを良くすることができる。 The electric power steering apparatus of the present invention is characterized in that the output rotation of the steering assisting electric motor is decelerated by the speed reducer of the present invention and transmitted to the steering mechanism. According to this configuration, it is possible to suppress noise caused by the sliding sound of the gears during steering assist of the electric power steering device. Moreover, since the loss torque of the gear during torque transmission can be reduced, so-called steering wheel return can be improved.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、減速機がウォーム減速機である場合に則して説明するが、本発明はこれに限らず、例えば、後述するように各種の歯車減速機に適用することもできる。また、本実施形態では、減速機を電動パワーステアリング装置に適用する場合に則して説明するが、減速機は、例えば、各種の産業用機械等に適用することもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Although the present embodiment will be described based on a case where the speed reducer is a worm speed reducer, the present invention is not limited to this, and can be applied to various gear speed reducers as described later, for example. Moreover, although this embodiment demonstrates according to the case where a reduction gear is applied to an electric power steering apparatus, a reduction gear can also be applied to various industrial machines etc., for example.

図１は、本発明の一実施形態の減速機を有する電動パワーステアリング装置の断面図である。図２は、図１に示すII−II断面の断面図である。図３は、図２の III部を拡大した減速機の要部の断面図である。図１および図２を参照する。
ステアリング装置１は、車輪２を操向するためにステアリングホイール３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト４と、この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４ａにステアリングホイール３が連結され、他方の端部４ｂに、図示しない自在継手、中間軸等を介して車輪２を操向するためのラックアンドピニオン機構等の操舵機構６が連結される。ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト４等を介して操舵機構６に伝達され、これにより車輪２を操向することができる。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric power steering apparatus having a reduction gear according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the speed reducer in which the part III in FIG. 2 is enlarged. Please refer to FIG. 1 and FIG.
The steering device 1 includes a steering shaft 4 that transmits a steering torque applied to the steering wheel 3 to steer the wheels 2, and a steering column 5 that rotatably supports the steering shaft 4 through the inside. The steering wheel 3 is connected to one end 4a of the steering shaft 4, and the other end 4b is steered by a rack and pinion mechanism or the like for steering the wheel 2 via a universal joint, an intermediate shaft or the like (not shown). The mechanism 6 is connected. When the steering wheel 3 is steered, the steering torque is transmitted to the steering mechanism 6 via the steering shaft 4 and the like, and thereby the wheel 2 can be steered.

ステアリング装置１は、ステアリングコラム５に設けられている電動モータ７（図２参照）により、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリング装置１は、ステアリングシャフト４に関連して設けられて操舵トルクを検出するためのトルクセンサ８と、このトルクセンサ８からの出力信号等に基づいて操舵補助力を発生させる電動モータ７と、この電動モータ７の出力回転を減速して伝達するための減速機９と、減速機９およびトルクセンサ８を収容して支持し且つ電動モータ７を支持しステアリングコラム５の一部を形成するハウジング１０とを有している。 The steering device 1 can obtain a steering assist force according to the steering torque by an electric motor 7 (see FIG. 2) provided in the steering column 5. That is, the steering device 1 is provided in association with the steering shaft 4 and a torque sensor 8 for detecting a steering torque, and an electric motor 7 that generates a steering assist force based on an output signal from the torque sensor 8 or the like. And a speed reducer 9 for decelerating and transmitting the output rotation of the electric motor 7, and receiving and supporting the speed reducer 9 and the torque sensor 8 and supporting the electric motor 7 to form a part of the steering column 5. Housing 10.

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８により検出され、このトルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ７が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機９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の動きとともに操舵機構６に伝わり、車輪２が操向される。
ステアリングシャフト４は、筒状の第１の軸部１１と、この第１の軸部１１に一体回転可能且つトルク伝達可能に連結ピン１２を介して同心に連結された入力軸としての第２の軸部１３と、この第２の軸部１３にトルク伝達可能に連結ピン１２を介して同心に連結されたトーションバー１４と、このトーションバー１４にトルク伝達可能に連結ピン１５を介して同心に連結された出力軸としての第３の軸部１６とを有している。トルク伝達時には、第２の軸部１３および第３の軸部１６は、トーションバー１４のねじれを伴って互いに相対回転する。 When the steering wheel 3 is operated, the steering torque is detected by the torque sensor 8, and the electric motor 7 generates a steering assist force according to the torque detection result and the vehicle speed detection result. The steering assist force is transmitted to the steering shaft 4 via the speed reducer 9, and is transmitted to the steering mechanism 6 along with the movement of the steering wheel 3, so that the wheel 2 is steered.
The steering shaft 4 is a cylindrical first shaft portion 11 and a second input shaft that is concentrically connected to the first shaft portion 11 via a connecting pin 12 so as to be integrally rotatable and capable of transmitting torque. A shaft 13, a torsion bar 14 concentrically connected to the second shaft 13 via a connecting pin 12 so as to be able to transmit torque, and a concentricity via a connecting pin 15 so as to be able to transmit torque to the torsion bar 14 It has the 3rd axial part 16 as an output shaft connected. During torque transmission, the second shaft portion 13 and the third shaft portion 16 rotate relative to each other with the torsion bar 14 being twisted.

第１の軸部１１の端部が、ステアリングシャフト４の一端４ａを形成し、ステアリングホイール３と連結されている。また、トーションバー１４の近傍に、トルクセンサ８が配置されている。第３の軸部１６の端部は、ステアリングシャフト４の他端４ｂを形成し、自在継手が連結される。電動モータ７の駆動力は、減速機９を介して第３の軸部１６に伝達され、操舵補助が達成される。 The end portion of the first shaft portion 11 forms one end 4 a of the steering shaft 4 and is connected to the steering wheel 3. A torque sensor 8 is disposed in the vicinity of the torsion bar 14. The end portion of the third shaft portion 16 forms the other end 4b of the steering shaft 4 and is connected to a universal joint. The driving force of the electric motor 7 is transmitted to the third shaft portion 16 via the speed reducer 9, and steering assist is achieved.

第３の軸部１６は、第１および第２の軸受１７，１８を介してハウジング１０に回動自在に支持されている。また、第２の軸部１３の上部は、第３の軸受１９を介してハウジング１０に回動自在に支持されている。
ハウジング１０は、例えば、アルミニウム合金により形成され、車体（図示せず）に取り付けられている。ハウジング１０は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング２０およびギヤハウジング２１により構成されている。センサハウジング２０は、トルクセンサ８を収容し、第２および第３の軸受１８，１９を保持している。ギヤハウジング２１は、第１の軸受１７を保持し、減速機９を収容している。 The third shaft portion 16 is rotatably supported by the housing 10 via first and second bearings 17 and 18. Further, the upper portion of the second shaft portion 13 is rotatably supported by the housing 10 via a third bearing 19.
The housing 10 is made of, for example, an aluminum alloy and is attached to a vehicle body (not shown). The housing 10 includes a sensor housing 20 and a gear housing 21 that are fitted together. The sensor housing 20 accommodates the torque sensor 8 and holds the second and third bearings 18 and 19. The gear housing 21 holds the first bearing 17 and houses the speed reducer 9.

減速機９は、駆動歯車としてのウォーム２２と、このウォーム２２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２３とを有するウォームギヤ機構からなる。ウォーム２２およびウォームホイール２３の一部には、潤滑剤としてのグリース（図示せず）が塗布されている。
ウォームホイール２３は、第３の軸部１６の軸方向中間部に一体回転可能に連結され、且つ軸方向相対移動を規制されている。ウォームホイール２３は、第３の軸部１６に連結される環状の芯金２４と、芯金２４の周囲を取り囲む合成樹脂部材２５とを備えている。合成樹脂部材２５の外周面部に複数のギヤ歯２６（一部のみ図示）が形成されている。芯金２４は、例えば、合成樹脂部材２５の樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。樹脂成形により芯金２４と合成樹脂部材２５とが一体回転可能に結合される。 The speed reducer 9 includes a worm gear mechanism having a worm 22 as a drive gear and a worm wheel 23 as a reduction driven gear driven by the worm 22. Grease (not shown) as a lubricant is applied to a part of the worm 22 and the worm wheel 23.
The worm wheel 23 is connected to an intermediate portion in the axial direction of the third shaft portion 16 so as to be integrally rotatable, and the relative movement in the axial direction is restricted. The worm wheel 23 includes an annular core metal 24 connected to the third shaft portion 16 and a synthetic resin member 25 surrounding the core metal 24. A plurality of gear teeth 26 (only part of which are shown) are formed on the outer peripheral surface portion of the synthetic resin member 25. The core metal 24 is inserted into a mold when the synthetic resin member 25 is molded with resin, for example. The cored bar 24 and the synthetic resin member 25 are coupled so as to be integrally rotatable by resin molding.

ウォーム２２は、その軸方向の中間部に歯部２７を有し、軸方向両端部に一対の軸部２８，２９をそれぞれ有している。歯部２７と軸部２８，２９とが一体に形成されている。歯部２７は、少なくとも１条、例えば３条のギヤ歯３０（一部のみ図示）を形成されている。各軸部２８，２９が、それぞれ対応する軸受３１，３２を介してハウジング１０に回動自在に支持されている。また、軸部２９が、電動モータ７の出力軸７ａに継手３３を介して一体回転可能に連結されている。 The worm 22 has a toothed portion 27 at an intermediate portion in the axial direction, and has a pair of shaft portions 28 and 29 at both ends in the axial direction. The tooth part 27 and the shaft parts 28 and 29 are integrally formed. The tooth portion 27 is formed with at least one, for example, three gear teeth 30 (only a part is shown). The shaft portions 28 and 29 are rotatably supported by the housing 10 via corresponding bearings 31 and 32, respectively. Further, the shaft portion 29 is connected to the output shaft 7 a of the electric motor 7 through a joint 33 so as to be integrally rotatable.

図３を参照して、ウォーム２２の複数条のギヤ歯３０は一対の歯面３４（一方のみ図示。）をそれぞれ含む。ウォームホイール２３の複数のギヤ歯２６は一対の歯面３５（一方のみ図示。）をそれぞれ含む。
本実施形態では、ウォーム２２の少なくとも歯面３４の少なくとも噛み合い部３６に、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond Like Carbon ：ＤＬＣ）層３７（ＤＬＣ層３７ともいう。）が形成されている。例えば、図３に示すようにＤＬＣ層３７がウォーム２２の全表面に形成される場合、ＤＬＣ層３７がウォーム２２の歯面３４の全表面のみに形成される場合（図示せず）、ＤＬＣ層３７が噛み合い部３６のみに形成される場合（図示せず）等がある。一方、本実施形態では、ウォームホイール２３にＤＬＣ層３７は形成されていないが、後述するように形成してもよい。 Referring to FIG. 3, the plurality of gear teeth 30 of the worm 22 each include a pair of tooth surfaces 34 (only one is shown). The plurality of gear teeth 26 of the worm wheel 23 each include a pair of tooth surfaces 35 (only one is shown).
In the present embodiment, a diamond-like carbon (DLC) layer 37 (also referred to as a DLC layer 37) is formed on at least the engaging portion 36 of at least the tooth surface 34 of the worm 22. For example, when the DLC layer 37 is formed on the entire surface of the worm 22 as shown in FIG. 3, the DLC layer 37 is formed only on the entire surface of the tooth surface 34 of the worm 22 (not shown). In some cases, 37 is formed only in the meshing portion 36 (not shown). On the other hand, in this embodiment, the DLC layer 37 is not formed on the worm wheel 23, but may be formed as described later.

噛み合い部３６は、ウォーム２２の歯面３４の少なくとも一部であって、ウォームホイール２３の歯面３５の少なくとも一部である噛み合い部３８と互いに噛み合わされる部分である。
特に、本実施形態では、ウォーム２２は、Ｓ３５Ｃ，Ｓ４５Ｃ等の鋼からなる母材３９と、この母材３９の表面上に形成されたクロム層４０と、このクロム層４０の表面上に形成されたＤＬＣ層３７とを含んでいる。 The meshing portion 36 is a portion that is at least part of the tooth surface 34 of the worm 22 and meshes with the meshing portion 38 that is at least part of the tooth surface 35 of the worm wheel 23.
In particular, in the present embodiment, the worm 22 is formed on the base material 39 made of steel such as S35C, S45C, the chrome layer 40 formed on the surface of the base material 39, and the surface of the chrome layer 40. The DLC layer 37 is included.

クロム層４０は、クロムからなる薄膜であり、母材３９へのＤＬＣ層３７の密着性を高めるための下地層として機能する。
ＤＬＣ層３７は、ダイヤモンドライクカーボンに加えて、タングステン（Ｗ）等の金属元素を含有している。金属元素を含有することにより、ＤＬＣ層３７の剥離の発生をより一層抑制することができる。 The chromium layer 40 is a thin film made of chromium and functions as a base layer for improving the adhesion of the DLC layer 37 to the base material 39.
The DLC layer 37 contains a metal element such as tungsten (W) in addition to diamond-like carbon. By containing the metal element, the occurrence of peeling of the DLC layer 37 can be further suppressed.

ＤＬＣ層３７は、クロム層４０側へ向けてタングステン（Ｗ）量を豊富とする組成に設定されるのが、好ましい。これにより結果的に、ＤＬＣ層３７の表面側へ向けてカーボン（Ｃ）量が豊富となる。この場合、ＤＬＣ層３７の剥離の発生をより一層抑制できる。
ＤＬＣ層３７は、グラファイト（ＳＰ²）構造とダイヤモンド（ＳＰ³）構造とが共存しており、それを構成する炭素原子相互の結合力が強いので、それ自身の摩耗や損傷が生じ難くなる。また、ＤＬＣ層３７は、当接する相手材への攻撃性が低く、硬質で、しかも若干の自己潤滑性を有する皮膜である。 The DLC layer 37 is preferably set to a composition rich in tungsten (W) toward the chromium layer 40 side. As a result, the amount of carbon (C) becomes rich toward the surface side of the DLC layer 37. In this case, the occurrence of peeling of the DLC layer 37 can be further suppressed.
In the DLC layer 37, the graphite (SP ² ) structure and the diamond (SP ³ ) structure coexist and the bonding strength between the carbon atoms constituting the DLC layer 37 is strong. Further, the DLC layer 37 is a film that has a low attacking property against the abutting material, is hard, and has a slight self-lubricating property.

ＤＬＣ層３７を形成することにより、母材３９の表面にある微細な凹みが埋まり、ウォーム２２の面粗度を向上する効果が得られる。その結果、一対の部材間の摩擦係数を、少なくとも一方の部材がＤＬＣ層３７を含むことにより、大幅に低減することができる。例えば、一対の鋼材同士の間の摩擦係数が、いずれの鋼材の表面にもＤＬＣ層３７を形成しない場合に０．８であるのに対して、一方の鋼材の表面にＤＬＣ層３７を形成した場合に０．２に低減する。 By forming the DLC layer 37, a fine dent on the surface of the base material 39 is filled, and the effect of improving the surface roughness of the worm 22 is obtained. As a result, the friction coefficient between the pair of members can be significantly reduced by including the DLC layer 37 in at least one member. For example, the friction coefficient between a pair of steel materials is 0.8 when the DLC layer 37 is not formed on the surface of any steel material, whereas the DLC layer 37 is formed on the surface of one steel material. In some cases.

本実施形態では、ＤＬＣ層３７の膜厚は、１．０〜２．０μｍの範囲内の値とされ、より好ましくは１．０〜１．５μｍの範囲内の値とされる。すなわち、ＤＬＣ層３７の膜厚を１．０μｍ以上とすることで、ＤＬＣ層３７の表面の面粗度を十分に向上させることができる。ＤＬＣ層３７の膜厚が２．０μｍを超えて大きくなると、面粗度の向上効果が飽和する一方、被覆による寸法の増大が大きくなり、また製造コストが高くなる。 In the present embodiment, the thickness of the DLC layer 37 is set to a value in the range of 1.0 to 2.0 μm, more preferably a value in the range of 1.0 to 1.5 μm. That is, the surface roughness of the surface of the DLC layer 37 can be sufficiently improved by setting the film thickness of the DLC layer 37 to 1.0 μm or more. When the film thickness of the DLC layer 37 exceeds 2.0 μm, the effect of improving the surface roughness is saturated, while the increase in dimensions due to the coating increases and the manufacturing cost increases.

従って、良好な面粗度と寸法精度を持ち且つ安価で、しかも後述するように摺動騒音の少ないウォーム２２を得るためには、ＤＬＣ層３７の膜厚を１．０〜２．０μｍとすることが好ましい。さらに、被覆による寸法増大をより少なくし、より安価とするためには、ＤＬＣ層３７の膜厚を１．５μｍ以下とすることが好ましい。
ウォーム２２は、例えば以下のようにして製作される。先ず、母材３９を形成する。すなわち、材料としての鋼部材に、ウォーム２２に近似した形状を形成した後、歯形を切削加工により形成し、切削加工された歯形の表面を研磨加工して、母材３９を得る。 Therefore, in order to obtain a worm 22 having good surface roughness and dimensional accuracy, being inexpensive and having low sliding noise as described later, the film thickness of the DLC layer 37 is set to 1.0 to 2.0 μm. It is preferable. Furthermore, in order to reduce the increase in dimensions due to the coating and reduce the cost, the thickness of the DLC layer 37 is preferably 1.5 μm or less.
The worm 22 is manufactured as follows, for example. First, the base material 39 is formed. That is, after forming a shape close to the worm 22 on the steel member as a material, the tooth profile is formed by cutting, and the surface of the cut tooth profile is polished to obtain the base material 39.

次に、得られた母材３９の表面上にクロム層４０を形成し、その後でクロム層４０の表面上にＤＬＣ層３７を形成する。これにより、ウォーム２２を得る。クロム層４０およびＤＬＣ層３７は、例えば物理蒸着（ＰＶＤ）法、化学蒸着（ＣＶＤ）法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法などによりそれぞれ形成する。
ＤＬＣ層３７の表面硬度は、ビッカース硬さ（Ｈｖ）で１０００〜２０００の範囲内の値、例えばＨｖ１５００に管理される。クロム層４０およびＤＬＣ層３７の総膜厚は、予め定める所定範囲内の値に管理される。さらに、ＤＬＣ層３７の最表面の粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下に管理される。 Next, the chromium layer 40 is formed on the surface of the obtained base material 39, and then the DLC layer 37 is formed on the surface of the chromium layer 40. Thereby, the worm 22 is obtained. The chromium layer 40 and the DLC layer 37 are formed by, for example, a physical vapor deposition (PVD) method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a plasma CVD method, an ion beam forming method, an ionized vapor deposition method, or the like.
The surface hardness of the DLC layer 37 is controlled to a value in the range of 1000 to 2000 in terms of Vickers hardness (Hv), for example, Hv1500. The total film thickness of the chromium layer 40 and the DLC layer 37 is managed to a value within a predetermined range. Furthermore, the roughness of the outermost surface of the DLC layer 37 is controlled to 0.1 μm or less in terms of centerline average roughness (Ra).

このように本実施形態では、減速機９のウォーム２２の少なくとも歯面３４の少なくとも噛み合い部３６に形成されたＤＬＣ層３７により、一対の歯車としてのウォーム２２とウォームホイール２３との噛み合い部３６，３８同士の間の摩擦抵抗を低減できる。従って、摺動音による騒音を低減でき、また、駆動トルクを低減することができる。
また、ＤＬＣ層３７はウォーム減速機に好適である。すなわち、従来、ウォーム減速機は、摺動音を生じやすい傾向にあったが、本実施形態の減速機９は、ＤＬＣ層３７を採用することにより、ウォーム減速機であっても摺動音を含む騒音を効果的に小さく抑制することができる。例えば、ＤＬＣ層３７を含むウォーム２２を採用する場合には、ＤＬＣ層３７を含まない従来のウォームを用いる場合と比較して、減速機の作動音を２〜３ｄＢ低下させることができる。 As described above, in this embodiment, the DLC layer 37 formed on at least the meshing portion 36 of at least the tooth surface 34 of the worm 22 of the speed reducer 9 causes the meshing portion 36 between the worm 22 and the worm wheel 23 as a pair of gears. The frictional resistance between 38 can be reduced. Therefore, noise due to sliding sound can be reduced, and driving torque can be reduced.
The DLC layer 37 is suitable for a worm reducer. That is, conventionally, the worm speed reducer tended to generate a sliding sound. However, the speed reducer 9 according to the present embodiment employs the DLC layer 37, so that even the worm speed reducer generates a sliding sound. The contained noise can be effectively reduced. For example, when the worm 22 including the DLC layer 37 is employed, the operating sound of the speed reducer can be reduced by 2 to 3 dB as compared with the case where the conventional worm not including the DLC layer 37 is used.

ＤＬＣ層３７の形成コストは、ウォームホイールよりもウォームに形成する場合のほうが安価にできる。従って、ＤＬＣ層３７をウォームおよびウォームホイールの何れか一方に形成する場合には、ウォームに形成するのが好ましい。
また、本実施形態の電動パワーステアリング装置１では、操舵補助時に生じるウォーム２２とウォームホイール２３の摺動音による騒音を上述のように小さく抑制することができる。また、トルク伝達時のウォーム２２とウォームホイール２３のロストルクを低減できるので、いわゆるハンドル戻りを良くすることができる。 The formation cost of the DLC layer 37 can be reduced when it is formed in a worm rather than a worm wheel. Therefore, when the DLC layer 37 is formed on one of the worm and the worm wheel, it is preferably formed on the worm.
Moreover, in the electric power steering apparatus 1 of this embodiment, the noise by the sliding sound of the worm 22 and the worm wheel 23 generated at the time of steering assistance can be suppressed as described above. Further, since the loss torque of the worm 22 and the worm wheel 23 during torque transmission can be reduced, so-called steering wheel return can be improved.

本実施形態では、母材３９にＤＬＣ層３７をクロム層４０を介して積層しているので、母材３９へのＤＬＣ層３７の密着性を高めることができる。
ところで、温度変化に対するバックラッシ量の変動を抑制するために、ウォーム２２をウォームホイール２３の中心に向けて付勢した状態でウォームホイール２３に噛み合わせ、ウォーム２２およびウォームホイール２３の歯面３４，３５の噛み合い部３６，３８間に噛み合い予圧と呼ばれる予圧を作用させる場合がある。本実施形態では、摩擦抵抗を低減できるので、噛み合い予圧が高い場合から低い場合まで、同じ噛み合い予圧の従来のウォーム減速機と比較して、摺動音を小さく抑制できる。 In this embodiment, since the DLC layer 37 is laminated on the base material 39 via the chromium layer 40, the adhesion of the DLC layer 37 to the base material 39 can be improved.
By the way, in order to suppress the fluctuation of the backlash amount with respect to the temperature change, the worm 22 is engaged with the worm wheel 23 while being biased toward the center of the worm wheel 23, and the tooth surfaces 34 and 35 of the worm 22 and the worm wheel 23 are engaged. In some cases, a preload called a meshing preload is applied between the meshing portions 36 and 38. In the present embodiment, since the frictional resistance can be reduced, the sliding noise can be suppressed to a lower level from the case where the meshing preload is high to the case where the meshing preload is low as compared with the conventional worm speed reducer of the same meshing preload.

また、本実施形態について、以下のような変形例を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同じ符号を付して説明を省略する。
上述の実施形態では、ＤＬＣ層３７はウォーム２２のみに形成されていたが、これには限定されない。例えば、ＤＬＣ層３７を含まないウォームホイール２３に代えて、図４に示すようなＤＬＣ層３７を含むウォームホイール２３Ａを採用してもよい。 Moreover, the following modifications can be considered about this embodiment. In the following description, differences from the above-described embodiment will be mainly described, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In the above-described embodiment, the DLC layer 37 is formed only on the worm 22, but is not limited thereto. For example, instead of the worm wheel 23 not including the DLC layer 37, a worm wheel 23A including the DLC layer 37 as illustrated in FIG. 4 may be employed.

ウォームホイール２３Ａは、鋼からなる母材４１と、この母材４１の表面上に形成されたクロム層４０と、クロム層４０の表面上に形成されたＤＬＣ層３７とを含んでいる。このＤＬＣ層３７は、ウォームホイール２３Ａの表面の少なくとも一部であって、少なくとも歯面３５の少なくとも噛み合い部３８を含む少なくとも一部の表面に形成されている。例えば、ＤＬＣ層３７を、図４に示すようにウォームホイール２３Ａの全表面に形成してもよいし、図示しないが歯面３５の全表面のみに形成してもよいし、噛み合い部３８のみに形成してもよい。このように、ＤＬＣ層３７をウォーム２２の少なくとも噛み合い部３６およびウォームホイール２３Ａの少なくとも噛み合い部３８の両方に形成する場合には、摩擦抵抗の低減効果を大きく得ることができる。 The worm wheel 23 A includes a base material 41 made of steel, a chromium layer 40 formed on the surface of the base material 41, and a DLC layer 37 formed on the surface of the chromium layer 40. The DLC layer 37 is formed on at least a part of the surface of the worm wheel 23 A and at least a part of the surface including at least the meshing part 38 of the tooth surface 35. For example, the DLC layer 37 may be formed on the entire surface of the worm wheel 23A as shown in FIG. 4, or may be formed only on the entire surface of the tooth surface 35 (not shown), or only on the meshing portion 38. It may be formed. As described above, when the DLC layer 37 is formed on both at least the meshing portion 36 of the worm 22 and at least the meshing portion 38 of the worm wheel 23A, the effect of reducing the frictional resistance can be greatly obtained.

また、ＤＬＣ層３７をウォームホイール２３Ａだけに形成する場合も考えられる。例えば、ウォーム２２およびウォームホイール２３Ａを含む上述の実施形態において、ＤＬＣ層３７を含むウォーム２２に代えて、ＤＬＣ層を含まないウォーム（図示せず）を用いてもよい。
上述の実施形態では、ＤＬＣ層３７は、母材３９の表面上に下地層としてのクロム層４０を介して積層されていたが、これには限定されない。例えば、クロム層４０に代えて、チタンなどの遷移金属からなる金属薄膜を下地層として用いることができる。但し、ＤＬＣ層３７の密着性向上には、クロム層４０が最も適している。逆に、このような下地層を廃止することも考えられる。 A case where the DLC layer 37 is formed only on the worm wheel 23A is also conceivable. For example, in the above-described embodiment including the worm 22 and the worm wheel 23 A, a worm (not shown) that does not include a DLC layer may be used instead of the worm 22 that includes the DLC layer 37.
In the above-described embodiment, the DLC layer 37 is laminated on the surface of the base material 39 via the chromium layer 40 as an underlayer, but the present invention is not limited to this. For example, instead of the chromium layer 40, a metal thin film made of a transition metal such as titanium can be used as the underlayer. However, the chromium layer 40 is most suitable for improving the adhesion of the DLC layer 37. Conversely, it may be possible to eliminate such an underlayer.

また、減速機としては、ウォーム減速機に限定されず、例えば、駆動歯車および従動歯車として、平歯車、はすば歯車、傘歯車、ハイポイドギヤ、ラック等を利用した歯車減速機としてもよい。
このように減速機の駆動歯車および従動歯車の少なくとも一方の歯車の少なくとも歯面の少なくとも噛み合い部に、ＤＬＣ層３７が形成されることにより、一対の歯車の噛み合い部同士の間の摩擦抵抗を低減できる。従って、摺動音による騒音を低減することができ、また、駆動トルクを低減することができる。 The speed reducer is not limited to a worm speed reducer, and may be a gear speed reducer using a spur gear, a helical gear, a bevel gear, a hypoid gear, a rack, or the like as a drive gear and a driven gear, for example.
As described above, the DLC layer 37 is formed on at least the meshing portion of at least the tooth surface of at least one of the drive gear and the driven gear of the reduction gear, thereby reducing the frictional resistance between the meshing portions of the pair of gears. it can. Therefore, noise due to sliding sound can be reduced, and driving torque can be reduced.

また、これらの減速機を、自動車の電動パワーステアリング装置１の他、各種の産業用機械等に適用することもできる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 These reduction gears can also be applied to various industrial machines and the like in addition to the electric power steering device 1 of an automobile. In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.

本発明の一実施形態のステアリング装置の概略構成の側面図である。1 is a side view of a schematic configuration of a steering device according to an embodiment of the present invention. 図１のII−II断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the II-II cross section of FIG. 図２の III部を拡大した減速機の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the reduction gear which expanded the III section of FIG. 本発明の変形例の減速機の要部の断面図であり、図２の III部に相当する部分の拡大断面図を示す。It is sectional drawing of the principal part of the reduction gear of the modification of this invention, and shows the expanded sectional view of the part corresponded in the III section of FIG.

Explanation of symbols

１電動パワーステアリング装置
６操舵機構
７電動モータ
９減速機
２２ウォーム（駆動歯車、一方の歯車）
２３ウォームホイール（従動歯車）
２３Ａウォームホイール（従動歯車、一方の歯車）
３４（ウォームの）歯面
３５（ウォームホイールの）歯面
３６（ウォームの）噛み合い部
３７ダイヤモンドライクカーボン層
３８（ウォームホイールの）噛み合い部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power steering apparatus 6 Steering mechanism 7 Electric motor 9 Reducer 22 Worm (drive gear, one gear)
23 Worm wheel (driven gear)
23A Worm wheel (driven gear, one gear)
34 (Worm) tooth surface 35 (Worm wheel) tooth surface 36 (Worm) meshing part 37 Diamond-like carbon layer 38 (Worm wheel) meshing part

Claims

In a reduction gear comprising a driving gear and a driven gear meshing with each other,
A speed reducer, wherein a diamond-like carbon layer containing a metal element is formed at least at a meshing portion of at least a tooth surface of at least one of the drive gear and the driven gear.

The speed reducer according to claim 1,
The drive gear includes a worm,
The driven gear includes a worm wheel,
The speed reducer according to claim 1, wherein the diamond-like carbon layer is formed at least on a meshing portion of at least a tooth surface of the worm.

An electric power steering apparatus characterized in that the output rotation of an electric motor for assisting steering is decelerated by the speed reducer according to claim 1 and transmitted to a steering mechanism.