JP4923829B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明はステアリング装置に関する。

従来、リング状バネ部品としてトレランスリングが知られている（特許文献１）。トレランスリングは、周方向に延設されたリング部と、リング部の径外方向に突出する複数個の突部とを備えている。トレランスリングは第１部材と第２部材との間に介装される。そして、入力トルクが設定トルク値よりも小さいとき、第１部材と第２部材とを一体回転させる。これに対して入力トルクが設定トルク値よりも大きいとき、トレランスリングに滑りが発生し、第１部材と第２部材との相対回転を許容する。

また特許文献２には、トレランスリングを用いたトルクリミッタを備える電動パワーステアリング装置が開示されている。特許文献３には、トレランスリングを用いたトルクリミッタを適用可能な舵角比可変装置を備えるステアリング装置が開示されている。
特開２００５−１１４０２５号公報 特開２００２−３０８１１９号公報 特開２００６−０４４４０２号公報

上記したトレランスリングの摩耗が進行した場合には、第１部材と第２部材との相対回転を許容する設定トルク値（リミットトルク）が変動する。この場合、入力されるトルクが設定トルク値よりも低いときであっても、トレランスリングが滑り始める等、トルクリミッタとしての性能が変動することがある。

本発明は上記した事情に鑑みなされたものであり、耐摩耗性を向上させ、過剰な滑りを抑えるのに有利であり、磁束が透過しにくいリング状バネ部品で形成されたトレランスリングを搭載するステアリング装置を提供する。

本発明者は、上記した課題のもとにステアリング装置に使用されるトレランスリングについて鋭意開発を進めている。そして本発明者はトレランスリングの非磁性のオーステナイト系の母材に、リン含有量が１１〜１３質量％であり３００〜４００℃にて熱処理されたニッケル−リン系の無電解メッキ層が下地層を介して表面処理として形成されれば、滑り回数が増加したとしても、滑りトルクの低下が少なく抑えられ、上記した課題が達成されることを知見し、試験により確認した。上記した効果が得られる理由としては、滑り回数が増加したときであっても、トレランスリングにおける耐摩耗性、摩擦係数が適切に維持されるためであると推察される。

様相１に係るステアリング装置は、ステアリングを操作することにより回転される入力軸と、入力軸と車輪との間に設けられ入力軸の回転を車輪側に伝達する出力軸と、入力軸と出力軸との間に設けられ入力軸の回転を減速させる減速機と、入力軸と出力軸との間に設けられモータ回転に伴い入力軸の回転を増加または減少させるモータ軸をもつモータと、モータ軸に同軸的に嵌合するロック部材と、ロック部材とモータ軸との間に介装され、ロック部材またはモータ軸に入力される入力トルクが設定トルク値よりも小さいときモータ軸とロック部材とを一体回転させ、入力トルクが設定トルク値よりも大きいときモータ軸とロック部材との相対回転を許容するトレランスリングと、ロック部材に係合してロック部材をロックする係合部材と、磁路を形成するソレノイドで係合部材を動作させてロック部材と係合部材との係合および係合解除を行うソレノイドをロック作動部とを具備するステアリング装置において、
トレランスリングは、
Ｏ形状またはＣ形状をなすリング部と、リング部にこれの周方向において間隔を隔てて並設された突部とを備えるリング状バネ部品で形成されており、
リング状バネ部品の母材は、非磁性のオーステナイト系の金属材料で形成されており、リン含有量が１１〜１３質量％であり３００〜４００℃にて熱処理されたニッケル−リン系の無電解メッキ層が下地層を介してリング状バネ部品の母材に施されていることを特徴とする。

様相１に係るステアリング装置によれば、トレランスリングは、ロック部材とモータ軸との間に介装されており、ロック部材またはモータ軸に入力される入力トルクが設定トルク値よりも小さいときモータ軸とロック部材とを一体回転させ、入力トルクが設定トルク値よりも大きいときモータ軸とロック部材との相対回転を許容する。リング状バネ部品で形成されているトレランスリングには、リン含有量が１１〜１３質量％であり３００〜４００℃にて熱処理されたニッケル−リン系の無電解メッキ層が下地層を介して母材に施されている。このため耐摩耗性が向上する。従ってリング状バネ部品の滑り回数が増加したとしても、リング状バネ部品の長寿命化が図られる。このリング状バネ部品は、磁束が透過しにくくされている。

本発明に係るステアリング装置によれば、リング状バネ部品で形成されたトレランスリングの母材は、非磁性のオーステナイト系の金属材料で形成されており、この母材にはニッケル−リン系の無電解メッキ層が下地層を介して施されているため、トレランスリングの耐摩耗性が向上し、トレランスリングの表面粗さも良好に維持される。従ってリング状バネ部品で形成されているトレランスリングの滑り回数が増加したとしても、滑りトルクの低下が抑制され、トレランスリングの本来の機能が確保される。よってトレランスリングの長寿命化が図られる。更に本発明によれば、リング状バネ部品で形成されたトレランスリングは磁束が透過されにくく、非磁性の状態で使用するのに適する。

リング状バネ部品で形成されたトレランスリングは、Ｏ形状またはＣ形状をなすリング部と、リング部に周方向において間隔を隔てて並設された複数の突部とを備えており、径方向におけるバネ性を有する。突部は、リング状バネ部品の径方向における外方および／または内方に突出している。リング部および突部の形状はそれぞれ明確に区別できる形態でも良い。あるいは、波形が多数回繰り返されている形態とし、径方向の外方あるいは内方に突出している部分を突部としても良い。

リング状バネ部品で形成されたトレランスリングの種類等に応じて、突部の数は適宜選択できる。例えば３〜５０個内、３〜３０個以内に設定できるが、これらに限定されるものではない。リング状バネ部品の母材としては非磁性を有する材料とする。殊に、非磁性のオーステナイト系の金属材料（オーステナイト系のステンレス鋼等の合金鋼）とする。ソレノイド付近で使用されることが多いため、リング状バネ部品が容易に磁化されないようするためである。

リング状バネ部品で形成されたトレランスリングの表面には、ニッケル−リン系の無電解メッキ層が表面処理として下地層を介してリング状バネ部品の母材に施されている。ニッケル−リン系の無電解メッキ層は、表面粗さの増加を抑えるのにも有利である。無電解メッキの場合には、浴組成として、ニッケル塩（例えば硫酸ニッケル、塩化ニッケル）、還元剤（例えば次亜リン酸ナトリウム）、ＰＨ調整剤（例えば苛性ソーダ、アンモニア水、硫酸）を主要成分とすることができる。この場合、無電解メッキ層は非晶質でも良いし、あるいは結晶質（超微細結晶質）でも良い。ニッケル−リン系の無電解メッキ層としては、ニッケル−リンのメッキ層、ニッケル−リン−ボロンのメッキ層、ニッケル−リン−フッ素樹脂（例えばＰＴＦＥ）のメッキ層、ニッケル−リン−硬質粒子（例えばＳｉＣ）のメッキ層が挙げられる。還元剤としてボロン化合物（例えば水素化ボロンナトリウム）を用いると、還元剤に含まれるボロンを含むニッケル−リン−ボロンのメッキ層が得られる。必要に応じて他の成分も含有することができる。

ニッケル−リン系の無電解メッキ層の硬さとしては、耐摩耗性および相手攻撃性を考慮する必要があり、５００以上、Ｈｖ６００以上、Ｈｖ８００以上、更にはＨｖ９００以上、Ｈｖ１０００以上を採用できる。上限硬さとしてはＨｖ１３００を採用できる。よってＨｖ６００〜１２００、Ｈｖ７００〜１１００を採用できる。

ニッケル−リン系の無電解メッキ層の下地層として、ニッケル系メッキが施されていることが好ましい。この場合、リング状バネ部品の母材とニッケル−リン系の無電解メッキ層の密着性を向上させることができる。下地層として機能するニッケル系メッキとしてはニッケルのストライクメッキが好ましい。下地層は、電気メッキで被覆することができるが、これに限定されるものではない。一般的には、下地層のメッキ層の厚みは、ニッケル−リン系の無電解メッキ層の厚みよりも薄く、また、下地層のメッキ層の硬さは、ニッケル−リン系の無電解メッキ層の硬さよりも低いことが好ましい。

ニッケル−リン系の無電解メッキ層において、リン含有量はリング状バネ部品の使用環境、メッキの条件等に応じて、適宜選択されるが、ニッケル−リン系の無電解メッキ層における磁束の透過しにくさを考慮すると、リン含有量は１１〜１３質量％を採用できる。ここで、リン含有量が４質量％未満の低リン系、リン含有量が４〜１０質量％未満の中リン系よりも、リン含有量が１０〜１２質量％の高リン系が好ましい。残部は実質的にニッケル成分が例示されるが、ボロン、フッ素樹脂等を含有していても良い。無電解メッキの場合には、浴組成のリン酸濃度が高いほど、リン含有量が高くなる。

ニッケル−リン系の無電解メッキ層に対して、３００〜４００℃以下の熱処理を施す。この場合、ニッケル−リン系の無電解メッキ層の耐摩耗性を更に高めることができる。ここで、熱処理温度が高いと、メッキ層の硬さが低下する傾向があり、更にニッケル−リン系の無電解メッキ層が磁性を帯びることがある。また熱処理温度が高いと、リング状バネ部品の歪みが増加し、組付スペースが小さい場合には組付性が低下するおそれがある。また熱処理温度が高いと、リング状バネ部品の母材の性質が変化するおそれがある。リング状バネ部品が合金鋼系であるときには、炭化物の生成によりリング状バネ部品の性質が低下するおそれがある。これに対して熱処理温度が過剰に低いと、無電解メッキ層の硬さが低下する傾向がある。かかる点を考慮し、熱処理温度の上限としては、４００℃を採用できる。熱処理温度の下限としては、３００℃、３５０℃を採用できる。熱処理雰囲気としては、大気雰囲気、非酸化性雰囲気を採用できる。熱処理時間としては熱処理温度、熱処理雰囲気等に応じて適宜選択されるが、１分間〜３時間程度、５分間〜１時間、５分間〜３０分間程度が例示される。

ステアリング装置は、ステアリングを操作することにより回転される入力軸と、入力軸と車輪との間に設けられ入力軸の回転を車輪側に伝達する出力軸と、入力軸と出力軸との間に設けられ入力軸の回転を減速させる減速機と、入力軸と出力軸との間に設けられモータ回転に伴い入力軸の回転を増加または減少させるモータ軸をもつモータと、モータ軸に同軸的に嵌合するロック部材と、ロック部材とモータ軸との間に介装されたトレランスリングと、ロック部材に係合してロック部材をロックする係合部材と、係合部材をソレノイドで動作させてロック部材と係合部材との係合および係合解除を行うロック作動部と備えている。トレランスリングは、上記様相に係るリング状バネ部品で形成されている。トレランスリングは、前述したようにロック部材とモータ軸との間に介装されており、入力トルクが設定トルク値よりも小さいときモータ軸とロック部材とを一体回転させ、入力トルクが設定トルク値よりも大きいときモータ軸とロック部材との相対回転を許容する。ここで、ロック作動部が一方向に動作すると、係合部材が一方向に動作し、ロック部材と係合部材との係合が行われる。ロック作動部が他方向に動作すると、係合部材が他方向に動作し、ロック部材と係合部材との係合解除が行なわれる。

以下、本発明の実施例１について、図１〜図３を参照して説明する。図１はトレランスリング１００の平面図を示す。図２は、トレランスリング１００がトルクリミッタに使用されている状態において、これの軸芯Ｐ１と平行な方向に沿って切断した断面を示す。図１及び図２に示すように、リング状バネ部品としてのトレランスリング１００は、これの軸芯Ｐ１のまわりでＣ形状に連続する金属板で形成されたリング部１０１と、リング部１０１に周方向において間隔を隔てて並設された複数の突部１０３とを備えている。突部１０３は、内側に空間１０６を形成するように、プレス成形により径外方向に膨出成形されている。突部１０３間は、突部１０３が形成されていない非突部面１０２とされている。突部１０３の周方向のピッチＰＡは用途等に応じて適宜設定できる。

図３（Ａ）は、トレランスリング１００の軸芯Ｐ１に沿った断面の要部を示す。即ち、図３（Ａ）は、トレランスリング１００の軸長方向の断面を示す。図３（Ｂ）は、トレランスリング１００の軸芯Ｐ１に対して直交する断面の要部を示す。即ち、図３（Ｂ）は、トレランスリング１００の軸直角方向の断面を示す。

図３（Ａ）に示すように、突部１０３は、リング部１０１の軸長方向における中央領域に形成されている。突部１０３は、軸芯Ｐ１と平行な方向に沿って延びる長さＬ１を有する頂部１０４と、頂部１０４の内壁面１０４ｉ側に形成された空間１０６と、頂部１０４の軸長方向の軸端部１０４ａからリング部１０１の軸端部１０１ｘに向けて外径および内径が小さくなるように下降傾斜する第２傾斜部１０８とを備えている。空間１０６は軸芯Ｐ１に沿って延設されている。第２傾斜部１０８の軸長方向外側には、空間１０９ａが形成されている。

また、図３（Ｂ）に示すように、頂部１０４の外壁面１０４ｐは、外壁面１０４ｐの周方向外側に空間１０９ｂを形成しつつ、円弧凸形状に丸みを帯びている。頂部１０４の内壁面１０４ｉは、その内側に空間１０６を形成しつつ、円弧凸形状に丸みを帯びている。図３（Ｂ）に示すように、突部１０３は山形状をなしている。突部１０３の両側には、頂部１０４からリング部１０１側に向けて周方向に沿って下降傾斜する第１傾斜部１０５が膨出されて延設されている。

トレランスリング１００はソレノイド付近で使用されることが多いため、容易に磁化されないように、非磁性材料（常磁性材料を含む）であることが好ましい。このためトレランスリング１００の母材は非磁性のオーステナイト系の金属材料、具体的には、オーステナイト系のステンレス鋼で形成されている。非磁性、強度、耐食性等の確保に有利である。この場合、ＪＩＳ−ＳＵＳ３０１が採用され、クロムが１６〜１８質量％、ニッケルが６〜８質量％、マンガンが２質量％以下含有されている。但しこれに限定されるものではない。

図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、トレランスリング１００の全体の表面には、ニッケル−リンの無電解メッキ層２００（平均厚み：約２０マイクロメートル）が表面処理として施されている。従ってリング部１０１および突部１０３の表面（外壁面および内壁面を含む）には、無電解メッキ層２００が被覆されている。突部１０３の第１傾斜部１０５、第２傾斜部１０８にも、リング部１０１の軸端面１０１ｍにも、無電解メッキ層２００が被覆されている。これによりトレランスリング１００の全体の耐食性が向上している。

無電解メッキ層２００の組成は、Ｐが１１〜１３質量％、残部が実質的にニッケルとされている。無電解メッキ層２００は、適度な硬さおよび耐摩耗性を有しており、滑り回数が増加したとしても、表面粗さの増加、相手攻撃性の増加を抑えるのに有利である。

ニッケル−リンの無電解メッキ層２００を被覆するにあたり、浴組成として次亜リン酸ナトリウム、硫酸ニッケル等を主要成分とすることができる。無電解メッキ層２００と母材との間には、ストライクメッキ（電気メッキ）により、ニッケル−リンの無電解メッキ層２００の下地層２０２（厚み：１マイクロメートル以下）が施されている。下地層２０２の厚みは無電解メッキ層２００の厚みよりも薄い。下地層２０２により、トレランスリング１００の母材に対する無電解メッキ層２００の密着性および追従性を一層向上させることができる。下地層２０２を被覆したトレランスリング１００をメッキ浴に浸漬させて、ニッケル−リンの無電解メッキ層２００をトレランスリング１００の表面に被覆する。

無電解メッキした後に、トレランスリング１００に対して３００〜４００℃の温度範囲のうち所定温度（３８０〜４２０℃、殊に４００℃）にて、大気雰囲気において熱処理を所定時間（１時間）施す。この場合、無電解メッキ層２００の硬さひいては耐摩耗性を更に高めることができる。更にこの温度範囲内であれば、熱処理に起因するトレランスリング１００の歪みも少なく、組付スペースが狭いときであっても、トレランスリング１００の組付性が損なわれることが抑制される。

図２は試験例に係り、ステアリング装置に使用されているトルクリミッタ３００の要部を示す。トルクリミッタ３００は、軸状の第１部材３０１と、第１部材３０１の外壁面が嵌合する嵌合孔３０３をもつ軸状の第２部材３０２と、第１部材３０１の外壁面と第２部材３０２の嵌合孔３０３の内壁面との間に介装されたトレランスリング１００（リング状バネ部品）とを備えている。嵌合孔３０３の断面は円形状をなす。第１部材３０１の断面は円形状をなす。トレランスリング１００の突部１０３は、径方向外方においてバネ力を発揮するため、圧接力を有する。なお、一般的には、トレランスリング１００は無潤滑状態で使用されるが、これに限定されるものではない。

通常の状態では、トレランスリング１００の突部１０３は、第１部材３０１と第２部材３０２との間において付勢力を発揮し、第２部材３０２の嵌合孔３０３の内壁面３０３ｉに圧着している。ここで、第１部材３０１または第２部材３０２に入力される入力トルクが設定トルク値よりも小さいときには、トレランスリング１００の突部１０３は、第１部材３０１と第２部材３０２との間において圧着力を発揮しているため、第１部材３０１と第２部材３０２とを一体回転させることができる。従って第１部材３０１および第２部材３０２のうちの一方が駆動側であれば、第１部材３０１および第２部材３０２のうちの他方の従動側に入力トルクがトレランスリング１００を介して伝達される。しかしながら入力トルクが設定トルク値よりも大きいとき、トレランスリング１００の突部１０３は滑りにより滑り作用を果たす。故に、周方向において第１部材３０１と第２部材３０２とが相対回転することができ、トルクリミッターとしての機能が得られる。

ここで、入力トルクが過大となる回数が多く、トレランスリング１００の滑り回数が増加すると、滑りに伴い、トレランスリング１００の摩耗が次第に進行する。特に、突部１０３の頂部１０４の摩耗が進行する。よってトレランスリング１００による伝達トルクが次第に低下する傾向がある。この点本実施例によれば、トレランスリング１００の母材の表面には、ニッケルの下地層２０２を介して、ニッケル−リン系の無電解メッキ層２００が表面処理として施されている。このためトレランスリング１００の耐摩耗性が向上する。故に、トレランスリング１００の滑り回数が増加したとしても、トレランスリング１００の突部１０３の頂部１０４の摩耗が抑制される。従って、トレランスリング１００の滑り回数（入力トルクが設定トルク値よりも大きいときの回数）が増加したとしても、トレランスリング１００によるバネ性の低下が抑制される。故に、滑り回数が増加したとしても、第１部材３０１と第２部材３０２との間で伝達される伝達トルクの低下が抑制される。よってトレランスリング１００の長寿命化が図られる。

ところでトルクリミッタ３００の使用時には、図３（Ａ）において、トレランスリング１００の軸芯Ｐ１を矢印Ｘ１，Ｘ２方向に変位させる向きの負荷が、トレランスリング１００、第１部材３０１、第２部材３０２等に作用するおそれがある。この点本実施例によれば、図３（Ａ）に示すように、突部１０３の頂部１０４に無電解メッキ層２００が被覆されている他に、頂部１０４の軸端部１０４ａにおいても無電解メッキ層２００が被覆されており、更に、頂部１０４の両側の第２傾斜部１０８においても無電解メッキ層２００が被覆されている。このため、矢印Ｘ１，Ｘ２方向における負荷が作用するときであっても、トレランスリング１００の全体の耐摩耗性が良好に確保される。殊に、頂部１０４の軸端部１０４ａの外壁面を覆う無電解メッキ層２００は、トレランスリング１００の母材よりも硬く、耐摩耗性を有するため、矢印Ｘ１，Ｘ２方向における過剰な負荷を抑制するのに有効であると考えられる。

またトルクリミッタ３００の使用時には、図３（Ｂ）において、トレランスリング１００をこれの周方向に沿って矢印Ｒ１，Ｒ２方向に変位させる向きの負荷が、トレランスリング１００、第１部材３０１、第２部材３０２等に作用することがある。この点本実施例によれば、図３（Ｂ）に示すように、突部１０３の頂部１０４に無電解メッキ層２００が被覆されている他に、頂部１０４の両側の第１傾斜部１０５にも無電解メッキ層２００が被覆されている。このため、矢印Ｒ１，Ｒ２方向における過剰な負荷がトレランスリング１００、第１部材３０１、第２部材３０２等に作用するときであっても、トレランスリング１００の耐摩耗性が良好に確保される。

また、トレランスリング１００にこれの周方向に過剰な負荷が作用するときであっても、突部１０３の丸みを帯びた頂部１０４の周方向両側には、空間１０９ｂ（図３（Ｂ）参照）が形成されている。このため、頂部１０４に被覆されている無電解メッキ層２００に過剰な負荷が作用しにくい。更に、突部１０３の内側には空間１０６（図３（Ｂ）参照）が形成されているため、過剰な負荷が突部１０３に作用するとき突部１０３の弾性変位（トレランスリング１００の径方向等への弾性変位）を期待でき、頂部１０４に被覆されている無電解メッキ層２００に過剰な負荷が作用しにくい。更に、無電解メッキ層２００とトレランスリング１００の母材との間には、ニッケルの下地層２０２が形成されているため、突部１０３の弾性変位に対する無電解メッキ層２００の追従性および密着性も良好に確保される。このため、負荷が作用する頂部１０４に被覆されている無電解メッキ層２００の耐久性の向上、長寿命化に一層有利となる。

突部１０３の数を減少（例えば２０個以下）させれば、狭い組付スペースであっても、トレランスリング１００の組付作業性が向上する。しかしながらこの場合には、１個の突部１０３が受ける荷重が増加するため、突部１０３が摩耗し易くなるおそれがある。この点本実施例によれば、上記したようにトレランスリング１００の耐摩耗性が高められているため、突部１０３の数を減少させてピッチＰＡを大きくしたとしても、突部１０３の摩耗が良好に抑制される。なお、無電解メッキ層の組成は、リンが１１〜１３質量％、残部実質的にニッケルとされている。

（試験例）
図４は、トレランスリング１００に被覆された無電解メッキ層２００（リン含有量：８〜１０質量％）の硬さと熱処理温度との関係に関する試験結果を示す。この場合には、熱処理時間は１時間とした。試験片の材質はオーステナイト系のステンレス鋼（ＪＩＳ−ＳＵＳ３０１）であり、クロムが１６〜１８質量％、ニッケルが６〜８質量％含有されている。図４の横軸は熱処理の温度、図４の縦軸は無電解メッキ層２００の熱処理後の硬さ（Ｈｖ，荷重１００ｇ）を示す。この特性線に示すように、熱処理温度が高くなり過ぎると、無電解メッキ層２００の硬さは低下する。熱処理温度が低くなり過ぎると、無電解メッキ層２００の硬さは低下する。熱処理温度が３８０〜４２０℃付近、殊に４００℃付近において、硬さが最高域となる。このため無電解メッキ層２００の硬さを確保する意味では、熱処理の温度は２６０〜５２０℃程度、３００〜４８０℃程度が好ましい。この範囲であれば、トレランスリング１００の歪み、機械的性質の低下も抑えられる。

図５は、試験回数（トレランスリング１００の滑り総回数）と滑りトルクとの関係を示す試験結果を示す。図５の横軸は試験回数（相対表示）を示し、図５の縦軸は滑りトルク（相対表示）を示す。この試験では、トレランスリング１００をステアリング装置（実機）に組付けた状態で、車輪側から逆入力トルクを所定回数加えた。トレランスリング１００が滑り始めたトルクを滑りトルクとする。滑りトルクが目標値未満となるまで、試験回転を増加させた。比較例として、トレランスリングの現行品（無電解メッキ層および下地層の被覆なし、特性線Ａ）、トレランスリングの表面に化学エッチングを施して表面粗さを調整したもの（特性線Ｃ）についても、同様な条件で滑りトルクを測定する試験を行った。化学エッチングは、トレランスリングの表面を高摩擦係数に維持し、摩擦係数の低下を抑制するために有効である。

特性線Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、試験回数が増加すると、滑りトルクが次第に低下する。現行品において滑りトルクが飽和した値を目標値とする。特性線Ｂに示すように、下地層を介して無電解メッキ層がトレランスリングに施されている試験片については、初期の摩擦係数があまり高くないため、試験回数が少ないときでも、滑りトルクはさほど高くない特性をもつ。しかしながら試験回数が増加したときであっても、滑りトルクの低下は最も少なく、目標値をかなり上回っている。これに対して、図５の特性線Ｃに示すように、化学エッチングが施されている試験片については、初期の摩擦係数が高いため、初期の滑りトルクが最も高く、故に、試験回数が少ないときには滑りトルクは高い特性をもつ。しかしながら試験回数が増加すると、特性線Ｃに示すように、滑りトルクが大きく低下し、試験回数がＮ２を越えると、目標値を下回っている。このことから、無電解メッキ層の表面処理をトレランスリングに施すことが効果的であることがわかる。

ステアリング装置に適用した実施例２について説明する。トレランスリング１００の実施例２によれば、無電解メッキ層２００としては、ニッケル−リン−ボロン系とされている。メッキ浴としては、塩化ニッケル、エチレンジアミン、水素化ボロンを主要成分とする。還元剤としてボロン化合物としての水素化ボロンナトリウムを用いると、還元剤に含まれるボロンを含むニッケル−リン−ボロンの無電解メッキ層が得られる。リンが１１〜１３質量％、ボロンが１〜５質量％とされている。無電解メッキ後に、４００℃付近で１時間程度熱処理されている。

本実施例においても、トレランスリング１００の母材の表面には、下地層２０２を介して、無電解メッキ層２００が表面処理として施されている。このためトレランスリング１００の滑り回数が増加したとしても、トレランスリング１００の耐摩耗性が向上する。殊に、トレランスリング１００の突部１０３の耐摩耗性が向上する。従って、トレランスリング１００の滑り回数（入力トルクが設定トルク値よりも大きいときの回数）が増加したとしても、トレランスリング１００によるバネ性の低下が抑制される。故に、周到回数が増加したとしても、第１部材３０１と第２部材３０２との間で伝達される伝達トルクの低下が抑制される。よってトレランスリング１００の長寿命化が図られる。

実施例３について図６〜図８を参照して説明する。実施例３は、本発明を車両用のステアリング装置に適用している。図６は、車両用のステアリング装置１の軸長方向に沿った断面図を示す。ステアリング装置１は、図６の上側に配置されるステアリングホイール（図示せず）と、図６の下側に配置される車輪側のラック軸５０との間のステアリング軸の部分に搭載されている。つまり、図６において、車両用ステアリング装置１の上側には、ステアリングホイールが連結されている。車両用ステアリング装置１の下側には、ラック軸５０が連結されている。

図６に示すように、車両用ステアリング装置１は、舵角比可変装置（ＶＧＲ装置）２と、トルク検出装置３とを備える。舵角比可変装置２は、運転者等により操舵されるステアリングホイールのステアリング角と、車輪（図示せず）の転舵角との比（いわゆる、舵角比）を変化（増加または減少）させることのできる装置である。舵角比可変装置２は、入力軸１１と、入力軸１１からトルクが中間軸１２と、モータ１３と、減速機１４とを備えている。トルク検出装置３は、ステアリングホイールの操舵により生じたトルクを検出する装置である。このトルク検出装置３は、電動パワーステアリング装置の一部を構成し、ラック軸５０に配置された電動パワーステアリング装置の電動機を駆動するための信号を出力する。

図示しないものの、入力軸１１の上端側は、運転者等により操舵されるステアリング軸に連結されている。従って、入力軸１１は、ステアリングホイールのステアリング角を入力する。中間軸１２は、入力軸１１に入力されたステアリング角に対して、モータ１３の駆動により変化された回転角を出力する。

前記したモータ１３は、中間軸１２の外周側に回転可能に配置されたモータ軸１３ａと、後述する第１ハウジング３１に固定されたステータ１３ｂと、モータ軸１３ａの外周部に保持された永久磁石１３ｃとを備えている。ステータ１３ｂを構成する励磁コイルに電流を通電することにより、永久磁石１３ｃと共にモータ軸１３ａが回転する。

前記した減速機１４は、公知のハーモニックドライブ減速機で形成されている。図７はこの減速機１４の要部を示す。図７に示すように、減速機１４は、可撓性外歯歯車であるフレクスプライン１４ａと、フレクスプライン１４ａを楕円状に撓ませるウェーブジェネレータ１４ｃ、フレクスプライン１４ａとウェーブジェネレータ１４ｃとの間に介在する軸受１４ｆとをもつ。軸受１４ｆは外輪１４ｐ、内輪１４ｉ、転動体１４ｋをもつ。図７に示すように、フレクスプライン１４ａ（中間係合部）は、入力軸１１の剛性内歯歯車である入力側サーキュラスプライン１１ｅ（入力側係合部）に噛み合うと共に、中間軸１２の剛性内歯歯車である出力側サーキュラスプライン１２ｅ（出力側係合部）に噛み合う。ウェーブジェネレータ１４ｃの内周部は、モータ軸１３ａに結合されている。この結果、減速機１４は、モータ１３の回転角に応じて、入力軸１１の回転角（ステアリング角）を切り増しまたは切り減らして中間軸１２に伝達する。

前記したトルク検出装置３は、中間軸１２と、トーションバー２１と、ピニオン軸２２と、検出器２３とを備えている。トーションバー２１の上端２１ｕ側は中間軸１２に結合されている。一方、トーションバー２１の下端２１ｄ側はピニオン軸２２に結合されている。つまり、トーションバー２１は、ピニオン軸２２に対して中間軸１２に生じるトルクに応じて捻られる。ピニオン軸２２は、下端側にピニオンギヤ２２ａが形成されている。このピニオンギヤ２２ａは、出力軸としてのラック軸５０のラックギヤ５０ａに噛合する。検出器２３は、中間軸１２の下端側部分の外周側、且つ、ピニオン軸２２の外周側に配置されている。そして、この検出器２３は、中間軸１２の回転角とピニオン軸２２の回転角を検出することができる。つまり、検出器２３は、中間軸１２に生じるトルクを検出することができる。

ステアリング装置１のハウジング部４は、モータ１３および減速機１４等を収容する第１ハウジング３１と、第１ハウジング３１に連結具３２により連結された第２ハウジング３３とを備えている。第１ハウジング３１および第２ハウジング３３は、図６に示すように筒状をなしている。

運転者等がステアリングホイールを操舵すると、入力軸１１が入力側サーキュラスプライン１１ｅと共に回転し、減速機１４を介して出力側サーキュラスプライン１２ｅと共に中間軸１２が回転し、ひいては、トーションバー２１を介してピニオン軸２２が回転し、ラック軸５０が図の紙面垂直方向に移動する。この結果、ラック軸５０に接続されている車輪が操舵される。ここで、舵角比可変装置２のモータ１３が駆動するため、入力軸１１の回転にモータ１３の駆動による回転を上乗せし、中間軸１２に伝達する。

図８はロック装置１５の要部を示す。このロック装置１５は、第１ハウジング３１に対してモータ軸１３ａをロックさせるための装置である。ロック装置１５は、軸状の第１部材としてのモータ軸１３ａ、モータ軸１３ａが嵌合する嵌合孔１５０ａをもつ略リング状の第２部材またはロック部材としてのロックホルダ１５０と、モータ軸１３とロックホルダ１５０との間に介装されたトレランスリング１００とを備えている。更に、ロック装置１５は、ロックホルダ１５０の外周部に複数個形成された係合凹部１５２にそれぞれ係合可能な係合爪１５３を一端部にもつ係合部材１５４と、係合部材１５４の係合爪１５３をロックホルダ１５０との係合方向（矢印Ｗ２方向）に付勢する付勢部材としての捻りコイルバネで形成された係合バネ１５１（ロック作動部）と、係合部材１５４の中間部を回転可能に支持する支持軸１５５と、係合部材１５４の他端部をプランジャ１５８を介して作動させるソレノイド１５７（ロック作動部）とを備えている。支持軸１５５、ソレノイド１５７は、第１ハウジング３１に固定されたモータ１３のステータ１３ｂ上に設けられている。

トレランスリング１００は、前述したようにＯリング形状をなすリング部１０１と、リング部１０１に間隔を隔てて形成された複数の突部１０３とを備えている。通常の状態では、トレランスリング１００の突部１０３はロックホルダ１５０の嵌合孔１５０ａの内壁面にバネ力により圧接しており、モータ軸１３ａとロックホルダ１５０とは一体回転する。通常の状態（非ロック時）では、ソレノイド１５７に通電されてソレノイド１５７がプランジャ１５８を離脱方向（矢印Ｗ４方向）引張ると共に、離脱バネつまり係合バネ１５１のバネ力に抗して係合部材１５４の係合爪１５３が離脱方向（矢印Ｗ１方向）に離脱されており、係合爪１５３が係合凹部１５２から離間している。この場合、モータ軸１３ａの回転が運転者等によるステアリング操作に基づく入力軸１１の回転に上乗せられる。換言すると、舵角比可変装置２は、運転者等により操舵されるステアリングホイールのステアリング角と、車輪（図示せず）の転舵角との比（いわゆる、舵角比）を変化（増加または減少）させることができる。

入力トルクが設定トルク値よりも大きいときがある。例えば、車輪が縁石等に乗り上げたような場合である。このような場合、過大なトルクが入力されるため、トレランスリング１００の突部１０３は、ロックホルダ１５０の嵌合孔１５０ａの内壁面１５０ｉに対して滑る。この結果、モータ軸１３ａとロックホルダ１５０とは相対回転可能となるため、モータの損傷が回避される。このようにロックホルダ１５０，トレランスリング１００，モータ軸１３ａによってトルクリミッタが構成されている。

ところで、モータ１３の駆動を利用しない場合もある。例えば、予想外の事情によりモータ１３が損傷したり、あるいは、車両がかなり高速で走行したりする場合等である。この場合、ソレノイド１５７への通電が停止される。すると、係合部材１５４の係合爪１５３は係合方向（矢印Ｗ２方向）に移動し、ロックホルダ１５０の係合凹部１５２に係合する。この結果、ロックホルダ１５０は、固定状態の第１ハウジング３１にロックされる。ロックされている場合には、モータ軸１３ａおよびウェブジェネレータ１４ｃは、第１ハウジング３１に固定されている。この状態で、運転者等によりステアリングホイールが操舵されると、入力軸１１が入力側サーキュラスプライン１１ｅと共に回転する。ここでウェブジェネレータ１４ｃは第１ハウジング３１に固定されているため、回転しない。しかしフレクスプライン１４ａは軸受１４ｆ上で回転できる。このように減速機１４のフレクスプライン１４ａが回転するため、フレクスプライン１４ａと噛合する出力側サーキュラスプライン１２ｅが中間軸１２と共に回転し、ひいては、トーションバー２１を介して、ピニオン軸２２ａが回転し、ラック軸５０が図６の紙面垂直方向に沿って移動する。このようにしてロックホルダ１５０、モータ軸１３ａ、ウェブジェネレータ１４ｃがロックされている状態においても、舵角比固定の状態で操舵が可能となっている。

ここで事情によりトレランスリング１００に滑りが発生することがある。トレランスリング１００に滑りが発生すると、モータ軸１３ａがロックホルダ１５０に対して相対回転できるようになる。この結果、モータ軸１３ａおよびウェブジェネレータ１４ｃの第１ハウジング３１に対する固定状態が解除される。この状態で、運転者等によるステアリングホイールの操舵に基づいて、入力軸１１が入力側サーキュラスプライン１１ｅと共に回転すれば、フレクスプライン１４ａ、軸受１４ｆ、ウェブジェネレータ１４ｃの三者が一体となって回転し、中間軸１２の出力側サーキュラスプライン１２ｅへ回転が伝達される。このため、運転者等のステアリングホイールの操舵に応じて、中間軸１２ひいてはピニオン軸２２ａおよびラック軸５０を動作させることができる。

さて本実施例によれば、トレランスリング１００の母材の表面には、ニッケル−リンの上記した無電解メッキ層２００が表面処理として施されている。このためトレランスリング１００の滑り回数が増加したとしても、前述したようにトレランスリング１００の摩耗が抑えられ、トレランスリング１００の耐摩耗性が向上する。殊に、トレランスリング１００の突部１０３の耐摩耗性が向上する。従って、トレランスリング１００の滑り回数（入力トルクが設定トルク値よりも大きいときの回数）が増加したとしても、トレランスリング１００によるバネ性の低下が抑制される。故に、滑り回数が増加したとしても、モータ軸１３ａとロックホルダ１５０との間で伝達される伝達トルクの低下が抑制される。よってトレランスリング１００の長寿命化が図られるとともに、トレランスリング１００を中心に構成されるトルクリミッタの性能の変動が抑制され、ひいては車両用ステアリング装置１の新羅性が向上する。

ソレノイド１５７へ通電されるときには、トレランスリング１００を介して磁路が形成され、係合爪１５３と係合凹部１５２との円滑な係脱動作に支障をきたすことがある。そこで本実施例によれば、トレランスリング１００の母材を非磁性材料（オーステナイト系のステンレス鋼）で形成している。更にトレランスリング１００の母材に被覆されている無電解メッキ層２００も非磁性にしている。ここで、非磁性とは、ソレノイド１５７へ通電されたとしても、係合爪１５３と係合凹部１５２との円滑な係脱動作に支障をきたさないように、磁化されにくい程度の非磁性状態を意味する。

（その他）
上記した実施例によれば、トレランスリング１００の母材とニッケル−リン系の無電解メッキ層２００との間には、ニッケルの下地層２０２が形成されているが、下地層２０２の材質はニッケルに限定されず、他の材質としても良い。上記した実施例によれば、通常時（非ロック時）には、ソレノイド１５７に通電されて係合爪１５３が係合凹部１５２から離間していると共に、ロック時には、ソレノイド１５７への通電を停止することにしているが、通電と通電停止の関係を逆にしても良い。減速機１４は、公知のハーモニックドライブ減速機に限らず、遊星ギヤ減速機構、平ギヤ減速機構としても良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。

本発明はリング状バネ部品に利用できる。例えば、トレランスリングが使用されるトルクリミッタを有するステアリング装置に適用することができる。

トレランスリングの平面図である。 トレランスリングの使用状態の断面図である。 トレランスリングに被覆されているメッキ層を模式的に示す断面図である。 熱処理温度とメッキ層の硬さとの関係を示すグラフである。 試験回数と滑りトルクとの関係を示すグラフである。 ステアリング装置の断面図である。 減速機の要部を模式的に示す断面図である。 ステアリング装置に装備されているロック装置を示す構成図である。

１はステアリング装置、１１は入力軸、１３はモータ、１３ａはモータ軸、１４は減速機、１５はロック装置、５０はラック軸（出力軸）、１５１は係合バネ（ロック作動部）、１５４は係合部材、１５７はソレノイド（ロック作動部）、１００はトレランスリング（リング状バネ部品）、１０１はリング部、１０３は突部、２００は無電解メッキ層、２０２は下地層、３００はトルクリミッタ、３０１は第１部材、３０２は第２部材、３０３は嵌合孔を示す。

Claims (2)

1. ステアリングを操作することにより回転される入力軸と、前記入力軸と車輪との間に設けられ入力軸の回転を車輪側に伝達する出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に設けられ前記入力軸の回転を減速させる減速機と、前記入力軸と前記出力軸との間に設けられモータ回転に伴い前記入力軸の回転を増加または減少させるモータ軸をもつ前記モータと、前記モータ軸に同軸的に嵌合するロック部材と、前記ロック部材と前記モータ軸との間に介装され、前記ロック部材または前記モータ軸に入力される入力トルクが設定トルク値よりも小さいとき前記モータ軸と前記ロック部材とを一体回転させ、入力トルクが設定トルク値よりも大きいとき前記モータ軸と前記ロック部材との相対回転を許容するトレランスリングと、前記ロック部材に係合して前記ロック部材をロックする係合部材と、磁路を形成するソレノイドで前記係合部材を動作させて前記ロック部材と前記係合部材との係合および係合解除を行うロック作動部とを具備するステアリング装置において、
   前記トレランスリングは、
   Ｏ形状またはＣ形状をなすリング部と、前記リング部にこれの周方向において間隔を隔てて並設された突部とを備えるリング状バネ部品で形成されており、
   前記リング状バネ部品の母材は、非磁性のオーステナイト系の金属材料で形成されており、リン含有量が１１〜１３質量％であり３００〜４００℃にて熱処理されたニッケル−リン系の無電解メッキ層が下地層を介して前記リング状バネ部品の前記母材に施されていることを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１において、前記ニッケル−リン系の前記無電解メッキ層の硬さはＨｖ８００以上であることを特徴とするステアリング装置。

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