JP4626211B2 - 波動歯車装置、伝達比可変装置、及び波動歯車装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、波動歯車装置、伝達比可変装置、及び波動歯車装置の製造方法に関するものである。

従来、サーキュラスプラインと、その内側においてサーキュラスプラインと噛み合うように同軸配置される筒状のフレクスプラインと、フレクスプラインを非円形に撓ませてその外歯をサーキュラスプラインの内歯に部分的に噛み合わせるとともに、その非円形形状を回転させる波動発生器とを備えた波動歯車装置がある（特許文献１参照）。

波動歯車装置は、上記波動発生器を回転させることで、フレクスプラインの固定端側（２つのフレクスプラインを有するものはステータ側）に対してサーキュラスプラインを高い減速比で相対回転させることができる。そして、その外形が極めて小さいという特徴を有していることから、近年、精密機械や車両用操舵装置の伝達比可変装置等、多種多様な用途に用いられるようになっている。
特許第２７１８５４０号明細書

ところで、従来、波動歯車装置を構成する各スプラインは、切削加工により金属ブロックから削り出すことにより形成される。このため、その金属接触による歯当たり音や振動の発生が避けられないものとなっている。

しかし、上記のごとく、波動歯車装置の用途は拡大の一途を辿っており、近年では、その基本性能に加えて、高い静粛性が求められるようになっている。特に、伝達比可変装置においては、その作動音及び振動がステアリングシャフトやハウジング等を介して車室に伝播しその放射ノイズが搭乗者に不快感を与えるおそれがある。そのため、こうした作動音や振動の低減が重要な課題の一つとなっている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、静粛性の高い波動歯車装置、伝達比可変装置、及び波動歯車装置の製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、サーキュラスプラインと、前記サーキュラスプラインの内側において該サーキュラスプラインと噛み合うように同軸配置される筒状のフレクスプラインと、前記フレクスプラインを非円形に撓ませて該フレクスプラインの外歯を前記サーキュラスプラインの内歯に部分的に噛み合わせるとともに、前記撓められたフレクスプラインの非円形の形状を回転させる波動発生器とを備えた波動歯車装置であって、各スプラインの歯面には化学研磨処理が施された後に、無電解メッキ処理が施されること、を要旨とする。

上記構成によれば、各スプラインの歯面に残るツールマークを除去して同歯面の表面を平滑化することができ、その結果、波動歯車装置の作動音及び振動を低減することができる。加えて、各スプラインの歯面に残るツールマークをメッキ皮膜にて被覆することにより歯面の平滑化を図ることができ、その結果、波動歯車装置の作動音及び振動を低減することができる。また、処理溶液への通電を行わないため、複数の突起物を有する歯面においても、そのメッキ皮膜の膜厚を均一なものとすることができる。更に、化学研磨処理で除去しきれないツールマークをメッキ皮膜にて被覆することとすれば、歯面の更なる平滑化を図ることができるとともに、メッキ皮膜を薄くして高い皮膜強度を確保することができ、加えて処理時間の短縮化を図ることもできる。尚、皮膜強度と摺動抵抗の低減、及びその処理コストのバランスを考慮した場合、メッキ皮膜の候補として、例えばＮｉ−Ｐ合金やＮｉ−Ｂ合金等を挙げることができる。

請求項２に記載の発明は、前記無電解メッキ処理は、メッキ皮膜中に滑材を分散させる無電解複合メッキ処理であること、を要旨とする。
上記構成によれば、歯面の摺動抵抗を更に低減することができる。尚、摺動抵抗を効果的に低減可能な滑材としては、その候補として、例えばＰＴＦＥ等を挙げることができる。

請求項３に記載の発明は、ステアリングホイールの操舵角に基づく操舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく前記操舵輪の第２の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置であって、請求項１または請求項２に記載の波動歯車装置を備えること、を要旨とする。

上記構成によれば、静粛性の高い伝達比可変装置を提供することが可能になる。
請求項４に記載の発明は、波動歯車装置を構成する各スプラインの歯面に化学研磨処理を施した後、無電解複合メッキ処理を施すことにより、前記歯面に滑材が分散されたメッキ皮膜を形成する波動歯車装置の製造方法であること、を要旨とする。

上記構成によれば、各スプラインの歯面に残るツールマークをメッキ皮膜にて被覆することにより歯面の平滑化を図ることができるとともに、メッキ皮膜中に分散された滑材により、その摺動抵抗の更なる低減を図ることができる。その結果、製造容易且つ低コストにて静粛性の高い波動歯車装置を製造することができるようになる。

本発明によれば、静粛性の高い波動歯車装置、伝達比可変装置、及び波動歯車装置の製造方法を提供することにある。

以下、本発明を伝達比可変装置の波動歯車装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のステアリング装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリングホイール（ステアリング）２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により操舵輪６の舵角、即ちタイヤ角が可変することにより、車両の進行方向が変更されるようになっている。

また、ステアリング装置１は、モータ７を駆動源としてステアリングホイール２の舵角（操舵角）に対する操舵輪６の舵角（タイヤ角）の比率、即ち伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置８を備えている。

本実施形態では、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト９とラックアンドピニオン機構４に連結される第２シャフト１０とからなり、これら第１シャフト９及び第２シャフト１０は、伝達比可変装置８を介して連結されている。

図２に示すように、伝達比可変装置８は、駆動源としてのモータ７と、差動機構としての波動歯車装置１１とを備えており、第１シャフト９の回転を第２シャフト１０に伝達するとともにモータ７の回転を減速して第２シャフト１０に伝達する。そして、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転に、モータ駆動に基づく回転を上乗せして第２シャフト１０に伝達することにより、ラックアンドピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）し、これにより操舵角に対する操舵輪６の伝達比を可変させるようになっている。

詳述すると、モータ７を収容するハウジング１２は、略有底筒状に形成されており、モータ７は、その出力軸７ａとハウジング１２とが同軸になるように同ハウジング１２内に固定されている。また、ハウジング１２の上壁部１２ａには、同ハウジング１２と同軸となる位置に筒状の嵌合部１３が設けられており、同嵌合部１３は、その軸方向外側（図中上方向）に向かって延設されている。そして、ハウジング１２は、その嵌合部１３と第１シャフト９の一端とが嵌合されることにより同第１シャフト９に固定され、これにより、第１シャフト９とともに一体回転するようになっている。

また、ハウジング１２の上壁部１２ａには、スパイラルケーブル装置１４が設けられている。スパイラルケーブル装置１４は、ハウジング１２とともに一体回転する内筒体１４ａと、該内筒体１４ａの外側において同内筒体１４ａと相対回転可能に設けられた外筒体１４ｂとを有しており、内筒体１４ａの周囲には、同内筒体１４ａと外筒体１４ｂとを電気的に接続するＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）１４ｃが巻回されている。そして、ハウジング１２の回転に伴う内筒体１４ａの回転により同内筒体１４ａと外筒体１４ｂとの間でＦＦＣ１４ｃが巻き絞め又は巻き広げられることにより、所定の回転範囲（許容回転範囲）においてモータ７とＥＣＵ１５とが電気的に接続されるようになっている。

一方、図３（ａ）（ｂ）に示すように、波動歯車装置１１は、ステータギヤ２１と、該ステータギヤ２１と異なる歯数が設定されるとともに該ステータギヤ２１と同軸に並置されるドリブンギヤ２２と、ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２の内側に該両ギヤと噛み合うように同軸配置される筒状のフレキシブルギヤ２３とを備えている。

図２に示すように、ステータギヤ２１は、ハウジング１２と同軸となるように同ハウジング１２に固定されており、ドリブンギヤ２２は、連結部材２５を介して第２シャフト１０と同軸に連結されている。また、図３（ａ）（ｂ）に示すように、フレキシブルギヤ２３は、楕円状に撓められた状態でステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２の内側に配置されており、その外歯２３ａはステータギヤ２１の内歯２１ａ及びドリブンギヤ２２の内歯２２ａとそれぞれ部分的に噛合されている。そして、ハウジング１２とともにステータギヤ２１が回転し、そのステータギヤ２１の回転がフレキシブルギヤ２３を介してドリブンギヤ２２に伝達されることにより、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転が第２シャフト１０に伝達されるようになっている。

また、波動歯車装置１１は、フレキシブルギヤ２３の内側に配置される波動発生器２７を有している。波動発生器２７は、モータ７の出力軸７ａに連結されており、同モータ７に駆動されてフレキシブルギヤ２３の内側を回転することにより、上記撓められたフレキシブルギヤ２３の楕円形状、即ちステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２との噛合部を回転させる。そして、ステータギヤ２１とドリブンギヤ２２と間の歯数差に基づいて、ドリブンギヤ２２が波動発生器２７の回転と逆方向に回転することにより、モータ７の回転が減速されて第２シャフト１０に伝達されるようになっている。

尚、本実施形態では、ステータギヤ２１及びフレキシブルギヤ２３の歯数は「１０２」、ドリブンギヤ２２の歯数は「１００」に設定されている。そして、これにより、波動歯車装置１１の減速比は「５０：１」となっている。

（各ギヤの特徴）
次に、波動歯車装置を構成する各ギヤの特徴について説明する。
図４のフローチャートに示すように、波動歯車装置を構成するステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２、並びにフレキシブルギヤ２３には、先ず、切削加工により歯面３０（内歯２１ａ，２２ａ、又は外歯２３ａ）が形成される（ステップ１０１）。そして、本実施形態では、各ギヤの歯面３０に、化学研磨処理が施され（ステップ１０２）、その後、同歯面３０に無電解メッキ処理（化学メッキ処理）が施される（ステップ１０３）。

尚、化学研磨処理は、化学薬品（化学研磨剤）を用いて対象物表面を超微小に溶解する処理方法であり、無電解メッキ処理は、通電を行うことなく、溶液中での還元反応を利用して対象物の表面に金属を析出させるメッキ処理方法である。

本実施形態では、ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２は、鉄系の鋳物材であるＦＣＤ８００により、フレキシブルギヤ２３は、ニッケル・クロム・モリブデン鋼であるＳＮＣＭ４３９Ｕにより形成されており、化学研磨処理は、上記各ギヤを一過酸化水素−二フッ化アンモニウム系、又は硝酸−硫酸系の化学研磨剤中に浸漬することにより行われる。

また、本実施形態では、ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２、並びにフレキシブルギヤ２３の歯面３０には、無電解メッキ処理として、メッキ皮膜中に滑材を分散させる無電解複合メッキ処理（無電解コンポジットメッキ）が施される。

具体的には、各ギヤの無電解複合メッキ処理は、滑材としてのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）微粒子が分散された処理溶液中に各ギヤを浸漬することにより行われる。そして、基材となる各ギヤの歯面３０に、メッキ皮膜となるＮｉ−Ｐ（ニッケル−リン）合金又はＮｉ−Ｂ（ニッケル−ホウ素）合金とともにＰＴＦＥ微粒子を共析させることにより、Ｎｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂマトリックス中にＰＴＦＥ微粒子３２が分散されたメッキ皮膜３１を形成する（図５参照）。

（作用）
次に、上記のように構成された波動歯車装置の作用について説明する。
上記のごとく、切削加工によりステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２の内歯２１ａ，２２ａ及びフレキシブルギヤ２３の外歯２３ａを形成した場合、これら各ギヤの歯面３０には、その加工に用いた工具跡、即ちツールマークが残る。そして、このツールマークによる各ギヤ間の噛み合わせのバラツキ、及びその摺動抵抗が、波動歯車装置１１の作動音及び振動の一因となっている。

本実施形態では、この点を踏まえ、各ギヤの歯面３０に、化学研磨処理及び無電解複合メッキ処理を施すことにより、同各ギヤの歯面３０に残るツールマークを除去する。そして、歯面３０（の表面）の平滑化（レベリング）及びその摺動抵抗の低減を図ることにより、作動音及び振動を低減するようになっている。

即ち、化学研磨処理にてツールマークを除去することにより歯面３０が平滑化される。そして、この化学研磨処理で除去しきれないツールマークをメッキ皮膜にて被覆することで歯面３０が更に平滑化される。また、メッキ皮膜をＮｉ−Ｐ合金又はＮｉ−Ｂ合金とすることで、その摺動抵抗の低減が可能となり、同メッキ皮膜に分散されたＰＴＦＥにより更に摺動抵抗が低減される。その結果、波動歯車装置１１の作動音及び振動が低減されるようになっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２、並びにフレキシブルギヤ２３の歯面３０には、化学研磨処理が施される。これにより、各ギヤの歯面３０に残るツールマークを除去して同歯面３０の表面を平滑化することができ、その結果、波動歯車装置１１の作動音及び振動を低減することができる。

（２）ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２、並びにフレキシブルギヤ２３の歯面３０には、化学研磨処理後に、無電解メッキ処理が施される。これにより、化学研磨処理で除去しきれないツールマークをメッキ皮膜にて被覆することにより歯面３０の更なる平滑化を図ることができる。また、無電解メッキ処理を用いるため、複数の突起物を有する歯面３０においても、そのメッキ皮膜の膜厚を均一なものとすることができる。加えて、化学研磨処理後に行うことでメッキ皮膜を薄くして高い皮膜強度を確保することができる。

（３）歯面３０に形成されるメッキ皮膜はＮｉ−Ｐ合金又はＮｉ−Ｂ合金であるため、高い皮膜強度を確保することができるとともに、その摺動抵抗の低減を図ることができる。

（４）ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２、並びにフレキシブルギヤ２３の各歯面３０には、無電解メッキ処理として、メッキ皮膜中に滑材を分散させる無電解複合メッキ処理が施される。従って、歯面３０の摺動抵抗の更なる低減を図ることができる。

（５）滑材はＰＴＦＥであるため、効果的に歯面３０の摺動抵抗を低減することができる。
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。

・本実施形態では、本発明を伝達比可変装置の波動歯車装置に具体化したが、伝達比可変装置以外の波動歯車装置に適用してもよい。
・本実施形態では、サーキュラスプラインとしてステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２を、フレクスプラインとしてフレキシブルギヤ２３を備えた所謂フラット型の波動歯車装置１１に具体化した。しかし、これに限らず、フレキシブルギヤ２３をカップ状に形成しステータギヤ２１の機能を持たせた所謂カップ型の波動歯車装置に具体化してもよい。

・本実施形態では、ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２、並びにフレキシブルギヤ２３の歯面３０には、先ず、化学研磨処理が施され、その後、無電解メッキ処理が施されることとした。しかし、これに限らず、各ギヤの歯面３０には、化学研磨処理又は無電解メッキ処理の何れかを施すこととしてもよい。尚、一般に、歯面３０に残るツールマークは７〜８μｍの高さ（Ｒmax）を有している。そのため、上記のように歯面３０に化学研磨処理又は無電解メッキ処理の何れかを施す場合には、化学研磨処理においては同ツールマークを十分に除去することが可能な処理時間を確保する、また無電解メッキ処理においては同ツールマークを十分に被覆することができるメッキ皮膜（１０μｍ）を形成することが望ましい。

・本実施形態では、歯面３０には無電解複合メッキ処理が施されることとしたが、この無電解メッキ処理は、メッキ皮膜中に滑材を分散させない通常の無電解メッキ処理としてもよい。

・本実施形態では、歯面３０に形成されるメッキ皮膜をＮｉ−Ｐ合金又はＮｉ−Ｂ合金としたが、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ合金等、その他のニッケル合金としてもよく、更に無電解ニッケルメッキに限らず、無電解メッキであれば、無電解クロムメッキ等の硬質メッキを施すこととしてもよい。

・本実施形態では、滑材としてＰＴＦＥを用いたが、セラミック等の硬質粒子を滑材としてメッキ皮膜中に分散させる構成としてもよい。

ステアリング装置の概略構成図。 伝達比可変装置の断面図。 （ａ）波動歯車装置のＡ−Ａ断面図、（ｂ）波動歯車装置のＢ−Ｂ断面図。 波動歯車装置を構成する各ギヤの製造方法を示すフローチャート。 歯面に形成されるメッキ皮膜の模式図。

符号の説明

２…ステアリングホイール（ステアリング）、６…操舵輪、７…モータ、８…伝達比可変装置、１１…波動歯車装置、２１…ステータギヤ、２１a…内歯、２２…ドリブンギヤ、２２a…内歯、２３…フレキシブルギヤ、２３ａ…外歯、２７…波動発生
器、３０…歯面、３１…メッキ皮膜、３２…ＰＴＦＥ微粒子。

Claims (4)

1. サーキュラスプラインと、前記サーキュラスプラインの内側において該サーキュラスプラインと噛み合うように同軸配置される筒状のフレクスプラインと、前記フレクスプラインを非円形に撓ませて該フレクスプラインの外歯を前記サーキュラスプラインの内歯に部分的に噛み合わせるとともに、前記撓められたフレクスプラインの非円形の形状を回転させる波動発生器とを備えた波動歯車装置であって、
   各スプラインの歯面には化学研磨処理が施された後に、無電解メッキ処理が施されること、
   を特徴とする波動歯車装置。
2. 請求項１に記載の波動歯車装置において、
   前記無電解メッキ処理は、メッキ皮膜中に滑材を分散させる無電解複合メッキ処理であること、を特徴とする波動歯車装置。
3. ステアリングホイールの操舵角に基づく操舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく前記操舵輪の第２の舵角を上乗せすることにより前記ステアリングホイールの操舵角に対する操舵輪の伝達比を可変させる伝達比可変装置であって、
   請求項１または請求項２に記載の波動歯車装置を備えること、を特徴とする伝達比可変装置。
4. 波動歯車装置を構成する各スプラインの歯面に化学研磨処理を施した後、無電解複合メッキ処理を施すことにより、前記歯面に滑材が分散されたメッキ皮膜を形成すること、
   を特徴とする波動歯車装置の製造方法。

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