JP5544281B2 - 減速ギヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウォームホイール歯形形状を有する減速ギヤの製造方法に関するものである。

例えば電動パワーステアリング装置の減速機構に用いられ、少なくとも歯部が合成樹脂製であるウォームホイールの製造方法として、はすば歯車と同歯形の歯部を有する予備成形体を合成樹脂で型成形した後、予備成形体の歯部をホブ加工することにより、ウォームホイールの歯部を形成する製造方法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、ウォームホイールを、冷間鍛造工程により形成された芯金と、芯金の外周に固定される合成樹脂製のギヤ部とで構成することが提案されている（例えば特許文献２を参照）。

特開２００３−３３４７２４号公報 特開２００７−２５５５２４号公報

近年の電動パワーステアリング装置の高出力化に伴い、減速機構が大型化しており、車両へのレイアウトが非常に厳しくなってきている。ウォームホイールとして樹脂を用いた場合、強度を満足するためにウォームホイールが大型になる傾向にある。また、高強度に耐え得る樹脂は高価であり、製造コストが高くなる。
一方、金属素材を用いてウォームホイールを軸方向から鍛造で成形するにしても、アンダーカット部分があるため、成形できない。

他方、はすば歯車の場合、鍛造での成形は比較的容易であるが、はすば歯車をウォームと噛み合わせた場合には、殆ど点での接触となる。このため、使用初期の摩耗が大きくなる。その結果、バックラッシが増大し、歯打ち音（ラトル音）が大きくなる。
そこで、ウォームとウォームホイールを噛み合わせた状態で駆動回転させる、なじみ工程を実施した後、ウォームとウォームホイールのバックラッシ量を調整し、その後、製品として出荷するすることが考えられる。しかしながら、その場合、なじみ工程の追加により製造コストが高くなるという問題や、なじみ工程において歯面に荒れが生じたりするという問題の発生が予想される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、成形が容易で耐久性に優れた減速ギヤの製造方法を提供することである。

本発明は、製造用中間体（５１）のはすば歯形を有する歯部（５２）を鍛造金型（４０；４０Ａ；４０Ｂ）を用いて鍛造することにより、上記歯部の歯面の一部に、ウォームホイール歯形形状を成形する減速ギヤの製造方法であって、上記ウォームホイール歯形形状が形成される上記歯面の上記一部は、ウォームとの歯当たり領域に相当する凹部であり、上記凹部は、上記鍛造金型の歯形成形ブロックに設けられた凹部成形凸部により成形され、上記歯形成形ブロックに隣接して設けられたバックアップブロックによって、上記歯形成形ブロックによって成形される歯面とは反対側の歯面を受ける減速ギアの製造方法を提供する（請求項１）。この場合、鍛造金型の歯形成形部として、はすば歯形形状とウォームホイール歯形形状とを合算した形状を用いることにより、はすば歯形形状をなす歯面の一部に、ウォームホイール歯形形状を有する減速ギヤを容易に鍛造成形することができる。

また、上記ウォームホイール歯形形状が形成される上記歯面の上記一部は、ウォームとの歯当たり領域に相当する凹部（３７，３９）であり、上記凹部は、上記鍛造金型の歯形成形ブロック（４２；４２Ａ；４２Ｂ）に設けられた凹部成形凸部（４７，４８）により成形されるので、下記の利点がある。すなわち、ウォームとの歯当たりにより生ずる初期摩耗に相当する凹部を、ウォームホイール歯形形状として、予め形成しておくことができる。したがって、その凹部を有する減速ギヤと対応するウォームとのバックラッシを予め調整することにより、初期摩耗の問題の発生を防止することができる。

また、上記歯形成形ブロックに隣接して設けられたバックアップブロック（６１，６２；６１Ｂ，６２Ｂ）によって、上記歯形成形ブロックによって成形される歯面とは反対側の歯面を受けるので、下記の利点がある。すなわち、歯形成形ブロックによって歯面が成形される歯部の曲がり変形を抑制することができる。したがって、精度の良い歯形を形成することができる。

また、上記歯形成形ブロックによって成形される歯面とは反対側の歯面への肉の膨出変形を、上記反対側の歯面に当接するバックアップブロックによって抑制する場合がある（請求項２）。この場合、上記反対側の歯面への肉の膨出変形による逃げを抑制することができる。したがって、精度の良い歯形を成形することができる。
具体的に、上記歯形成形ブロックの凹部成形凸部によって成形された上記歯面の上記凹部の膨出変形を、上記バックアップブロックに設けられたバックアップ凸部（６３，６４）によって抑制する場合がある（請求項３）。この場合、一旦、成形された歯面の凹部が、例えば次の割り出し位置において、膨出変形して崩れてしまうことを抑制することができる。したがって、精度の良い歯形を形成することができる。

また、上記バックアップブロックは、上記歯形成形ブロックとしても機能する場合には（請求項４）、より精度の良い歯形を成形することができる。

また、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施の形態の製造方法により製造された減速ギヤを含む電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 減速ギヤの概略斜視図である。 減速ギヤの要部の概略斜視図である。 歯形成形工程を示す概略図である。 歯形成形金型の概略斜視図である。 本発明の別の実施の形態の歯形成形工程の概略図である。 図６の実施の形態において、製造用中間体の歯溝に歯形成形金型およびバックアップ金型が押し込まれた状態の概略断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の歯形成形工程の概略図である。 図８の実施の形態において、製造用中間体の歯溝に歯形成形金型およびバックアップ金型が押し込まれた状態の概略断面図である。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の一実施の形態の製造方法により製造された減速ギヤを含む電動パワーステアリング装置の模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を操舵する操舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と操舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

本実施の形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト６にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明する。しかしながら、本発明を、操舵補助機構５が後述するピニオン軸にアシスト力を与える構造に適用することも可能である。
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。

ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、操舵補助のためのモータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１２に入力される。また、車速センサ９０からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と操舵機構４とを連結している。

操舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が設けられている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを操舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含む。減速機構１９は、駆動ギヤとしてのウォーム２０と、このウォーム２０と噛み合う減速ギヤ３１とを含む。減速機構１９は、ギヤハウジング２１内に収容されている。 ウォーム２０は、図示しない継手を介して電動モータ１８の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、減速ギヤ３１は、ステアリングシャフト６とは一体回転可能に連結されている。

電動モータ１８がウォーム２０を回転駆動すると、ウォーム２０によって減速ギヤ３１が回転駆動され、減速ギヤ３１およびステアリングシャフト６が一体回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。

電動モータ１８は、三相ブラシレスモータからなり、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ９０からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。

図２は、本発明の一実施形態の製造方法により製造された減速ギヤ３１の概略斜視図である。減速ギヤ３１は、金属製であり、鍛造により形成されている。減速ギヤ３１は中心孔３１ａを有している。減速ギヤ３１は、その外周３１ｂに、進み角Ａ１を有する多数の歯部３２を形成している。隣接する歯部３２，３２間に歯溝３３が形成されている。
図３に示すように、減速ギヤ３１の各歯部３２は、互いに対向する一対の歯面３４，３５を有している。一方の歯面３４は、基準の歯形形状として、はすば歯形形状をなす主体部３６と、歯面３４の一部（ウォーム２０との歯当たり領域に相当する）に形成されウォームホイール歯形形状をなす凹部３７とを有している。同じく、他方の歯面３５は、基準の歯形形状として、はすば歯形形状をなす主体部３８と、歯面３５の一部（ウォーム２０との歯当たり領域に相当する）に形成されウォームホイール歯形形状をなす凹部３９とを有している。

一方の歯面３４の凹部３７と他方の歯面３５の凹部３９は、歯すじ方向の略同じ位置に配置されている。これにより、各凹部３７，３９の位置が、減速ギヤ３１がウォーム２０と噛み合わされたときの実際の歯当たり領域に相当するようにされている。凹部３７，３９の位置は、図３に示すように歯すじ方向の中央部に配置されていてもよいし、また、ヘリカルの条件によっては、歯すじ方向の中央部から所定量オフセットされた位置に配置されていてもよい。

減速ギヤ３１は、図４（ａ）および図５に示すような鍛造金型４０を、図４（ｂ）に示すように、製造用中間体５１の歯部５２，５２間の歯溝５３にプレスにより押し込むことにより、鍛造成形される。
具体的には、製造用中間体５１は、鍛造金型４０による鍛造代を確保するため、完成後の減速ギヤ３１と比較して、その歯厚を太くされている。

図４（ｂ）に示すように、はすば歯形の歯部５２を有する製造用中間体５１を何れか一方の回転方向（例えば回転方向Ｒ１）に、１歯ずつ周方向に送るように割り出し回転させながら、各割り出し位置において、鍛造金型４０を、製造用中間体５１の径方向内方へ移動させて、歯溝５３内に押込み、各歯溝５３において相対向する一対の歯面５４，５５を鍛造することにより形成される。

図５に示すように、鍛造金型４０は、ベース４１と、ベース４１から突出し製造用中間体５１の歯溝５３内に押し込まれる歯形成形ブロック４２とを有している。歯形成形ブロック４２は、互いに対向する一対の歯形成形部４３，４４を有しており、一対の歯形成形部４３，４４には、それぞれ、減速ギヤ３１の対応する歯面３４，３５の対応する主体部３６，３８に対向する主体部対向部４５，４６と、減速ギヤ３１の対応する歯面３４，３５の対応する凹部３７，３９を成形するための凹部成形凸部４７，４８が形成されている。凹部成形凸部４７，４８は、歯形成形ブロック４２の長手方向（歯すじ方向に相当）に関して略同じ位置に配置されている。凹部成形凸部４７，４８は、図５に示すように歯すじ方向の中央部に配置されていてもよいし、歯すじ方向の中央部から所定量オフセットされた位置に配置されていてもよい。

本実施の形態によれば、減速ギヤ３１の基準の歯形形状をはすば歯形形状とし、歯面３４，３５の一部にウォーム歯形形状をなす凹部３７，３９を形成するようにしたので、鍛造により容易に凹部３７，３９を成形することができる。しかも、ウォームホイール歯形形状をなす凹部３７，３９を用いて、ウォーム２０との歯当たりを良くすることが可能となる。

また、ウォームホイール歯形形状をなす凹部３７，３９が、ウォーム２０との歯当たり領域であるので、はすば歯車とウォームとの歯当たりのように点接触になることがなく、良好な接触を確保することができ、したがって、ウォーム２０および減速ギヤ３１の耐久性を向上することができる。ひいては、小型、安価で耐久性に優れた電動パワーステアリング装置１を提供することができる。

また、歯形成形工程において、鍛造金型４０を用いて製造用中間体５１の歯部５２を鍛造することにより、はすば歯形形状をなす歯面の一部にウォームホイール歯形形状をなす凹部３７，３９を容易に形成することができる。鍛造金型４０の歯形成形部４３，４４として、それぞれ、はすば歯形形状をなす主体部対向部４５，４６とウォームホイール歯形形状をなす凹部成形凸部４７，４８とを合算した形状を用いることにより、本減速ギヤ３１を容易に鍛造成形することができる。

また、ウォームホイール歯形形状をなす凹部３７，３９が、ウォーム２０との歯当たり領域に相当しているので、下記の利点がある。すなわち、ウォーム２０との歯当たりによる初期摩耗を生じた形状部分（凹部）を、ウォームホイール歯形形状として、予め形成しておくことができる。したがって、凹部３７，３９を有する減速ギヤ３１で対応するウォーム２０とのバックラッシを調整することにより、初期摩耗の発生を防止することができ、その結果、初期摩耗によるバックラッシの増加を防止することができる。

上記の図４（ｂ）の実施の形態では、鍛造金型４０が、単一の歯溝を成形するものであったが、その場合、下記の新たな問題の発生が予想される。すなわち、鍛造金型４０の歯形成形ブロック４２を製造用中間体５１の歯溝５３に押し込んでいくと、歯溝５３を挟んだ一対の歯部５２，５２が歯元を支点に曲げられ、両側へ押し拡げられる。このため、鍛造時に、両側の歯部５２，５２が両側へ逃げる。また、鍛造時に、成形される歯面３４，３５とは反対側の歯面３５，３４に膨出変形が生じるように、肉が逃げるおそれがある。このような曲げや膨出による肉の逃げが生ずると、歯形成形金型によって、所望の歯面を成形できなくなるおそれがある。

そこで、図６および図７の実施の形態は、このような鍛造時の歯部の曲げや、歯形成形される歯面の反対側の面の膨出による逃げを防止することを目的としている。
具体的には、鍛造金型４０Ａとして、歯形成形ブロック４２Ａと、歯形成形ブロック４２Ａの両側の一対のバックアップブロック６１，６２とを設けた。歯形成形ブロック４２Ａおよび一対のバックアップブロック６１，６２は、ベース４１Ａと単一の材料で一体に形成されている。

バックアップブロック６１，６２は、製造用中間体５１の歯溝５３の形状と同じ形状に形成されている。換言すると、バックアップブロック６１，６２は、はすば歯形（歯溝）形状を有している。バックアップブロック６１，６２は、歯形成形ブロック４２Ａが押し込まれる歯溝５３の両側に隣接する歯溝５３に押し込まれる。本実施の形態の構成要素において、図４および図５の実施の形態と同じ構成要素には、図４および図５の実施の形態と同じ参照符号を付してある。

本実施の形態によれば、歯形成形ブロック４２Ａが歯形を鍛造するときに、一対のバックアップブロック６１，６２によって、歯形成形ブロック４２Ａの両側の歯部５２，５２が曲げによって両側へ（図において矢印で示してある方向へ）逃げることを防止することができ、また、歯形成形ブロック４２Ａによって成形される歯面（例えば歯面５５）の反対側の歯面（例えば歯面５４）への膨出変形による肉の逃げを防止することができる。したがって、精度の良い歯面を成形することができる。

図８および図９の実施の形態は、図６および図７の実施の形態をさらに改良したものである。図６および図７の実施の形態では、製造用中間体が１歯隣の割り出し位置に送られて次の鍛造ステップが行われるときに、既に歯形の成形を終えた歯面（凹部が形成された歯面）は、例えばバックアップブロック６２によって支持される。しかし、はすば歯形形状をなすバックアップブロック６２では、既に形成されている歯面の凹部を受けることができない。このため、既に形成された凹部が、上記の次の鍛造ステップにおいて、膨出変形されるおそれがある。

そこで、図８に示すように、鍛造金型４０Ｂとして、歯形成形ブロック４２Ｂと、歯形成形ブロック４２Ｂの両側の一対のバックアップブロック６１Ｂ，６２Ｂとを等しい形状とした。したがって、一対のバックアップブロック６１Ｂ，６２Ｂは、歯形成形ブロックとしても機能する。換言すると、３つの歯形成形ブロックを設けたということもできる。歯形成形ブロック４２Ｂおよび一対のバックアップブロック６１Ｂ，６２Ｂは、ベース４１Ｂと単一の材料で一体に形成されている。

図９に示すように、各バックアップブロック６１Ｂ，６２Ｂは、歯形成形ブロック４２Ｂの凹部成形凸部４７，４８により形成された製造用中間体５１の歯面の凹部を受けるバックアップ凸部６３，６４を有している。凹部成形凸部４７，４８とバックアップ凸部６３，６４は、等しい形状をなしている。
本実施の形態によれば、歯形成形ブロック４２Ｂの凹部成形凸部４７，４８により形成された製造用中間体５１の歯面の凹部が、次の割り出し位置での鍛造ステップのときに、膨出変形して崩れてしまうことを防止することができる。したがって、精度の高い歯面を成形することができる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、放射状に配列された歯形成形ブロックを用いて、全歯の歯面を同時に成形するようにしてよい。また、歯形成形ブロックとバックアップの合計数は２つであってもよく、また、４つ以上であってもよい。その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…電動パワーステアリング装置、４…操舵機構、５…操舵補助機構、６…ステアリングシャフト、１８…電動モータ、１９…減速機構、２０…ウォーム、３１…減速ギヤ、３２…歯部、３３…歯溝、３４，３５…歯面、３６，３８…主体部、３７，３９…凹部、４０；４０Ａ；４０Ｂ…鍛造金型、４１；４１Ａ；４１Ｂ…ベース、４２；４２Ａ；４２Ｂ…歯形成形ブロック、４３，４４…歯形成形部、４５，４６…主体部対向部、４７，４８…凹部成形凸部、５１…製造用中間体、５２…歯部、５３…歯溝、５４，５５…歯面、６１，６２；６１Ｂ，６２Ｂ…バックアップブロック

Claims (4)

1. 製造用中間体のはすば歯形を有する歯部を鍛造金型を用いて鍛造することにより、上記歯部の歯面の一部に、ウォームホイール歯形形状を成形する減速ギヤの製造方法であって、
   上記ウォームホイール歯形形状が形成される上記歯面の上記一部は、ウォームとの歯当たり領域に相当する凹部であり、上記凹部は、上記鍛造金型の歯形成形ブロックに設けられた凹部成形凸部により成形され、
   上記歯形成形ブロックに隣接して設けられたバックアップブロックによって、上記歯形成形ブロックによって成形される歯面とは反対側の歯面を受ける減速ギアの製造方法。
2. 請求項１において、上記歯形成形ブロックによって成形される歯面とは反対側の歯面への肉の膨出変形を、上記反対側の歯面に当接するバックアップブロックによって抑制する減速ギヤの製造方法。
3. 請求項２において、上記歯形成形ブロックの成形凸部によって成形された上記歯面の上記凹部の膨出変形を、上記バックアップブロックに設けられたバックアップ凸部によって抑制する減速ギアの製造方法。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記バックアップブロックは、上記歯形成形ブロックとしても機能する減速ギヤの製造方法。

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