JP2013108609A - Worm reducer and electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウォーム及びウォームホイールを備えたウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a worm reducer and an electric power steering apparatus including a worm and a worm wheel.
車両用の電動パワーステアリング装置では、操舵補助出力用の電動モータに比較的高回転、低トルクのものが使用されるため、電動モータとステアリングシャフトとの間に歯車減速機構が組み込まれている。歯車減速機構としては、平歯車その他の歯車を使用した歯車減速機構も知られているが、一組で大きな減速比が得られる等の理由から、一般的にはウォームとウォームホイールとから構成される周知のウォーム減速機が使用されている。 In an electric power steering device for a vehicle, a relatively high rotation and low torque motor is used as an electric motor for steering assist output. Therefore, a gear reduction mechanism is incorporated between the electric motor and the steering shaft. As a gear reduction mechanism, a gear reduction mechanism using a spur gear or other gear is also known, but it is generally composed of a worm and a worm wheel for reasons such as obtaining a large reduction ratio with one set. Well-known worm reducers are used.
このようなウォーム減速機では、ウォームとウォームホイールの両方を金属製にすると、ハンドル操作時に歯打ち音や振動音等の不快音が発生するという不都合がある(以下、第1の問題点と称する)。また、複雑形状のウォームを棒鋼から多段切削や鋳造の組み合わせにより作成する必要があり、加工数が多くコスト像となる問題もある(以下、第2の問題点と称する)。 In such a worm speed reducer, if both the worm and the worm wheel are made of metal, there is an inconvenience that unpleasant noise such as rattling noise and vibration noise is generated when the handle is operated (hereinafter referred to as a first problem). ). In addition, it is necessary to create a complex-shaped worm from a steel bar by a combination of multi-stage cutting and casting, and there is a problem that the number of processing is large and a cost image is formed (hereinafter referred to as a second problem).
第1の問題点に関しては、特にウォーム減速機はハンドル操作を行う運転者の近くに配されることが多いことから、歯打ち音や振動音等の不快音の発生を抑制するために、従来は、ウォームを鉄系金属製、ウォームと噛み合うウォームホイールを金属製の芯金の外周に合成樹脂製のギア歯を一体成形したもので構成し、防音、振動対策を行っていた。
ところが、ギア歯を合成樹脂製にした場合でも、ウォームやウォームホイール芯金に使用されている鉄系金属の比重が重いため、ウォームホイールの慣性力が大きく、この慣性力の影響により質量の大きさに依存した大きさで歯打ち音や振動音などが発生する。
この対策として、例えば特許文献1には、ウォームホイール芯金をアルミ展伸材とすることで質量を小さくして歯打ち音を改善する方法が記載されている。
Regarding the first problem, since the worm speed reducer is often arranged near the driver who operates the steering wheel, in order to suppress the generation of unpleasant noise such as rattling noise and vibration noise, , The worm is made of iron-based metal, and the worm wheel meshing with the worm is formed by integrally molding gear teeth made of synthetic resin on the outer periphery of a metal core bar, to take measures against sound and vibration.
However, even if the gear teeth are made of synthetic resin, the specific gravity of the ferrous metal used in the worm and worm wheel core is heavy, so the inertia force of the worm wheel is large. Depending on the height, rattling noise and vibration noise are generated.
As a countermeasure for this, for example, Patent Document 1 describes a method of reducing the mass and improving the rattling noise by using a worm wheel core metal as an aluminum wrought material.
しかし、ウォームホイール側の改善だけで、ウォームに関しては改善の余地が残されていた。また、第2の問題点に関しては、従来から有効な手立てがなく、ウォーム制作の抜本的な変更による対策が望まれていた。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、歯打ち音が低減し、耐久性を向上させることができるとともに、製造コストの低減化を図ることができるウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
However, there was room for improvement with respect to the worm only by improving the worm wheel. In addition, with respect to the second problem, there has been no effective means from the past, and there has been a demand for countermeasures by drastic changes in worm production.
Therefore, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and can reduce the rattling noise, improve the durability, and reduce the manufacturing cost. An object of the present invention is to provide a worm speed reducer and an electric power steering device.
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項1記載のウォーム減速機は、ウォームと、ウォームホイールとが噛合してなるウォーム減速機において、前記ウォームはアルミダイカスト製であり、前記ウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされている。
この発明によると、ウォームは質量が小さなアルミダイカスト製なので、慣性力が小さく、鋼製のウォームと比較して歯打ち音が低減し、振動も低減する。また、ウォームの少なくともギア歯に硬質アルマイト処理がなされているので、ギア歯の磨耗量が低減し、耐久性が向上する。さらに、アルミダイカスト製のウォームは、製造コストの低減化が図られる。
In order to achieve the above object, a worm speed reducer according to claim 1 of the present invention is a worm speed reducer in which a worm and a worm wheel mesh with each other, wherein the worm is made of aluminum die casting, At least the gear teeth are hard anodized.
According to the present invention, since the worm is made of aluminum die casting having a small mass, the inertial force is small, and the rattling noise is reduced and the vibration is also reduced as compared with the steel worm. Also, since at least the gear teeth of the worm are hard anodized, the wear amount of the gear teeth is reduced and the durability is improved. Furthermore, the manufacturing cost of the aluminum die-cast worm can be reduced.
また、本発明に係る請求項2記載のウォーム減速機は、ウォームと、ウォームホイールとが噛合してなるウォーム減速機において、前記ウォームは、無孔性ダイカスト法で製造したアルミダイカスト製であり、T6熱処理が施されている。
この発明によると、ウォームは質量が小さなアルミダイカスト製なので、慣性力が小さく、鋼製のウォームと比較して歯打ち音が低減し、振動も低減する。また、ウォームは無孔性ダイカスト法で製造されているので、気孔の少ない緻密なダイカストを得ることができる。そして、T6熱処理が施されていることで、ギア歯の磨耗量が低減し、耐久性が向上する。さらに、アルミダイカスト製のウォームは、製造コストの低減化が図られる。
The worm reducer according to claim 2 of the present invention is a worm reducer formed by meshing a worm and a worm wheel, wherein the worm is made of an aluminum die casting manufactured by a non-porous die casting method, T6 heat treatment is performed.
According to the present invention, since the worm is made of aluminum die casting having a small mass, the inertial force is small, and the rattling noise is reduced and the vibration is also reduced as compared with the steel worm. In addition, since the worm is manufactured by a non-porous die casting method, it is possible to obtain a dense die casting with few pores. And since T6 heat processing is performed, the abrasion loss of a gear tooth reduces and durability improves. Furthermore, the manufacturing cost of the aluminum die-cast worm can be reduced.
また、本発明に係る請求項3記載のウォーム減速機は、ウォームと、ウォームホイールとが噛合してなるウォーム減速機において、ウォームは、無孔性ダイカスト法で製造されたアルミダイカスト製であり、T6熱処理が施されているとともに、前記ウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされている。
この発明によると、ウォームは質量が小さなアルミダイカスト製なので、慣性力が小さく、鋼製のウォームと比較して歯打ち音が低減し、振動も低減する。また、T6熱処理が施されているとともに、前記ウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされていることから、耐久性がさらに向上する。さらに、アルミダイカスト製のウォームは、製造コストの低減化が図られる。
The worm reducer according to claim 3 according to the present invention is a worm reducer formed by meshing a worm and a worm wheel, wherein the worm is made of an aluminum die casting manufactured by a non-porous die casting method, A T6 heat treatment is performed, and at least the gear teeth of the worm are subjected to a hard anodizing treatment.
According to the present invention, since the worm is made of aluminum die casting having a small mass, the inertial force is small, and the rattling noise is reduced and the vibration is also reduced as compared with the steel worm. In addition, since the T6 heat treatment is performed and at least the gear teeth of the worm are subjected to the hard alumite treatment, the durability is further improved. Furthermore, the manufacturing cost of the aluminum die-cast worm can be reduced.
また、本発明に係る請求項4記載の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールから伝達された操舵トルクを検知し、この検知した操舵トルクに応じた補助操舵トルクを電動モータが発生し、前記補助操舵トルクが、請求項1乃至3の何れか1項に記載のウォーム減速機により減速されて操舵機構の出力軸に伝達される。
この発明によると、歯打ち音が低減し、振動も低減し、耐久性が向上した電動パワーステアリング装置が得られる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus that detects a steering torque transmitted from a steering wheel, an electric motor generates an auxiliary steering torque corresponding to the detected steering torque, and the auxiliary steering. Torque is decelerated by the worm reducer according to any one of claims 1 to 3 and transmitted to the output shaft of the steering mechanism.
According to the present invention, it is possible to obtain an electric power steering apparatus with reduced rattling noise, reduced vibration, and improved durability.
本発明に係るウォーム減速機及び電動パワーステアリング装置によれば、歯打ち音が低減し、振動も低減し、耐久性を向上させることができるとともに、製造コストの低減化を図ることができる。 According to the worm speed reducer and the electric power steering apparatus according to the present invention, it is possible to reduce rattling noise, reduce vibration, improve durability, and reduce manufacturing costs.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施に適したコラム式の電動パワーステアリング装置10を示す図である。
この電動パワーステアリング装置10は、舵輪軸(ステアリングシャフト)11と、舵輪軸ハウジング12と、電動モータ13と、ウォーム減速機30と、を備えている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view showing a column type electric
The electric
舵輪軸11は、その一端にステアリングホイール(図示せず)が固定され、かつ、舵輪軸ハウジング12の内部においてその軸心回りに回転自在に支持されており、ステアリングホールの操舵に従って回転するようになっている。
舵輪軸11の軸方向中間部分には、ウォーム減速機30を介して電動モータ13が接続されており、電動モータ13から舵輪軸11の回転力を補助する操舵補助力が供給されるようになっている。
The
An
舵輪軸11の他端には、ラック・ピニオン式運動変換機構20を介してラック軸21が接続され、操舵補助力の供給により増大した操舵トルクはこのラック軸21に伝達される。ラック・ピニオン式運動変換機構20は、舵輪軸11の回転運動をラック軸21の軸方向への往復直線運動に変換する機構であり、これにより、軸方向が車両の幅方向と平行になるように配されたラック軸21が舵輪軸11の操舵トルクに応じて直線運動し、車輪が転舵されるようになっている。
A
なお、舵輪軸11は、上部舵輪軸11aと下部舵輪軸11bとから構成され、この上部舵輪軸11aと下部舵輪軸11bとは図示されていないトーションバーによって結合されており、ステアリングホイールから上部舵輪軸11aを経て下部舵輪軸11bに伝達される操舵トルクが、トーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ13の出力が制御されるようになっている。
The
図2は電動パワーステアリング装置10のウォーム減速機30の構成を示す部分断面図であり、図3はウォームホイール及びウォームの構成を詳細に示した斜視図である。
本実施形態の電動パワーステアリング装置10のウォーム減速機30は、ウォームホイール31と、ウォームホイール31に噛合するウォーム32と、を備えており、これらがギアケース33に収められて電動モータ13に取り付けられている。
2 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the
The worm speed reducer 30 of the electric
ギアケース33の電動モータ13への取り付け口では、ギアケース33の内部に設置された玉軸受34aによって両端を回転可能に支持されたウォーム軸32aと、電動モータの駆動軸13aと、が同軸的にスプライン結合或いはセレーション結合しており、電動モータ13の駆動に従って回転するようになっている。
ウォーム32は、このウォーム軸32aの軸方向中間部分に該ウォーム軸32aに一体形成された円筒形状の部材であり、その外周面にねじ状のギア歯を形成したものである。
At the attachment port of the
The
ウォームホイール31は、ウォーム32より大きな径の略円筒状の歯車であり、その外周面がウォーム32の外周面に接触し、かつ、その軸方向がウォーム軸32aの軸方向に対して略直角となるように配されて、その略円中心に嵌合する下部舵輪軸11bに、ウォーム32を経て伝達される電動モータ13の回転力を伝達するようになっている。
そして、ウォームホイール31は、略円中心に下部舵輪軸11bが嵌合する貫通穴を形成した略円筒状の芯金42と、該芯金42の外周に一体に形成される略円筒形状の樹脂部43と、該樹脂部43の外周面に形成され、ウォーム32のギア歯に噛合するギア歯44と、からなっている。ここで、ウォームホイール31の芯金42は鋼製であり、ギア歯44は樹脂製である。
The
The
ウォーム32は、JIS H 5302のAl−Si−Cu系アルミニウム合金ADC12を材料としたダイカスト製である。
次に、表1は、種々のウォーム32の製造工程を示したものである。この表1において、実施例1〜実施例3、比較例2,3のウォーム32はダイカスト製であり、比較例1のウォーム32は鋼製である。
The
Next, Table 1 shows manufacturing processes of
この表1において、ダイカスト(PF法)(Pore Free)は、無孔性ダイカスト法である。この無孔性ダイカスト法は、アルミニウム合金溶湯の圧入前にキャビティ、湯道、スリーブ等の空間を活性ガス(主として酸素)で置換する特殊ダイカスト法である。活性ガスはアルミニウム合金との化学反応により微小な酸化アルミの固体となるため、気孔の少ない緻密なダイカストが得られる。気孔があると熱処理により膨張し、ふくれ等の鋳造欠陥となってしまうが、気孔が少ない無孔性ダイカスト法は、熱処理が可能となる。また、表1において、ダイカスト(普通)とは、普通ダイカスト法のことであり、アルミニウム合金溶湯を金型に高速で射出する鋳造方法である。
次に表2は、実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例3のウォーム32の熱処理、表面処理、及び性能評価結果を示すものである。
In Table 1, die casting (PF method) (Pore Free) is a non-porous die casting method. This non-porous die casting method is a special die casting method in which spaces such as cavities, runners, and sleeves are replaced with active gas (mainly oxygen) before the molten aluminum alloy is injected. Since the active gas becomes a fine aluminum oxide solid by a chemical reaction with the aluminum alloy, a dense die-cast with few pores can be obtained. If there are pores, they expand due to heat treatment and become casting defects such as blisters, but the non-porous die casting method with few pores enables heat treatment. In Table 1, die casting (ordinary) is an ordinary die casting method, which is a casting method in which molten aluminum alloy is injected into a mold at a high speed.
Next, Table 2 shows the heat treatment, surface treatment, and performance evaluation results of the
この表2において、熱処理のT6とは、JIS H 0001に記載のT6熱処理を示している。また、表面処理の硬質アルマイトとは、JIS H 8603で規定される工業用硬質陽極酸化皮膜であり、厚さ約70μm、硬さ400HV以上のものである。
そして、実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例3のウォーム32と、鋼製の芯金42に樹脂製のギア歯44を一体成形したウォームホイール31とを組み合わせ、実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例3のウォーム32とウォームホイール31のギア歯44との間に隙間ができるように加工した。そして、これらウォーム32及びウォームホイール31を組み合わせて試験装置に取り付け、ウォームホイール31を固定し、ウォーム32を所定の振幅50Hzで振動させてそのときの騒音を測定することで、歯打ち音測定試験を行う。なお、歯打ち音測定試験の試験結果は、比較例1の騒音の大きさを10としたときの相対値で示している。
In Table 2, T6 of heat treatment indicates T6 heat treatment described in JIS H0001. The surface-treated hard anodized film is an industrial hard anodized film specified by JIS H 8603, having a thickness of about 70 μm and a hardness of 400 HV or more.
The
また、実施例1〜実施例3及び比較例1〜比較例3のウォームと、鋼製の芯金42に樹脂製のギア歯44を一体成形したウォームホイール31とを組み合わせ、実際の自動車の電動パワーステアリング装置に組み込んで操舵試験を行った。この操舵試験は、ハンドルを左端位置から右端位置まで操舵した後に左端位置まで戻すという往復操舵操作を繰り返す。この往復操舵操作は、30度、50%RH、10万回往復の環境下で行い、10万回往復後にさらに操舵操作した際にガタや違和感がなければ異常なしとした。
Further, the worms of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are combined with the
そして、操舵試験後に分解してウォーム32のギア歯(外周面に形成されているねじ状のギア歯)の磨耗量と、電動モータ13の駆動軸13aにスプライン結合しているウォーム32のウォーム軸32aのスプラインの磨耗量とを測定し、耐久性試験を行う。
表2によると、実施例1〜実施例3のウォーム32は、質量が小さなアルミニウム合金製なので慣性力が小さく、ウォーム32が鋼製である比較例1と比較して歯打ち音が低減し、振動も低減している。
After the steering test, the amount of wear of the gear teeth (screw-like gear teeth formed on the outer peripheral surface) of the
According to Table 2, the
また、実施例2は、ウォーム32の表面に硬質アルマイト処理がなされており、実施形態3では、T6熱処理によりウォーム32に人工時効効果がなされているので、ウォーム32のギア歯及びスプラインの磨耗量が低減し、耐久性が向上する。
特に、ウォーム32の表面に硬質アルマイト処理を行い、T6熱処理を行った実施例1は、ウォーム32のギア歯及びスプラインの磨耗量がさらに低減し、耐久性がさらに向上する。
In Example 2, the surface of the
In particular, in the first embodiment in which the surface of the
一方、普通ダイカスト法で製造され、熱処理、表面処理を行わない比較例2と、無孔性ダイカスト法で製造され、熱処理、表面処理を行わない比較例3は、ウォーム32のギア歯及びスプラインの磨耗量が増大するので、歯打ち音、耐久性の面で問題がある。
さらに、表1に示すように、実施例1〜実施例3のダイカスト製のウォーム32は、比較例1で示した切削工程、鍛造工程を必要とする鋼製のウォーム32と比較して、製造までの工程数が減少するので、製造コストの低減化も図ることができる。
On the other hand, Comparative Example 2 which is manufactured by a normal die casting method and does not perform heat treatment and surface treatment, and Comparative Example 3 which is manufactured by a non-porous die casting method and which does not perform heat treatment and surface treatment are the gear teeth and splines of the
Furthermore, as shown in Table 1, the die-
10…電動パワーステアリング装置、11…舵輪軸、11a…上部舵輪軸、11b…下部舵輪軸、12…舵輪軸ハウジング、13…電動モータ、13a…駆動軸、20…ラック・ピニオン式運動変換機構、21…ラック軸、30…ウォーム減速機、31…ウォームホイール、32…ウォーム、32a…ウォーム軸、33…ギアケース、34a…玉軸受、42…芯金、43…樹脂部、44…ギア歯
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ウォームはアルミダイカスト製であり、前記ウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされていることを特徴とするウォーム減速機。 In a worm speed reducer in which a worm and a worm wheel mesh,
The worm is made of aluminum die-casting, and at least the gear teeth of the worm are subjected to hard anodizing treatment.
前記ウォームは、無孔性ダイカスト法で製造したアルミダイカスト製であり、T6熱処理が施されていることを特徴とするウォーム減速機。 In a worm speed reducer in which a worm and a worm wheel mesh,
The worm is made of an aluminum die cast manufactured by a non-porous die casting method, and is subjected to T6 heat treatment.
前記ウォームは、無孔性ダイカスト法で製造されたアルミダイカスト製であり、T6熱処理が施されているとともに、前記ウォームの少なくともギア歯に、硬質アルマイト処理がなされていることを特徴とするウォーム減速機。 In a worm speed reducer in which a worm and a worm wheel mesh,
The worm is made of an aluminum die cast manufactured by a non-porous die casting method, is subjected to T6 heat treatment, and at least a gear tooth of the worm is subjected to a hard alumite treatment. Machine.
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