CN103261749B - 蜗轮和电动式动力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明实现一种蜗轮的构造，该蜗轮的构造能够充分地增大毂部（11a）与齿轮部（12a）的结合部的强度，即使在应用于付与较大的辅助扭矩的电动式动力转向装置的情况下，也能确保充分的耐久性。将合成树脂制的齿轮部（12a）模制成形在金属制的毂部（11a）的外径侧端部。在毂部（11a）的轴向一面侧设第一环状凹部（15），在轴向另一面侧设第二环状凹部（22）。并且，使构成齿轮部（12a）的合成树脂的一部分进入第一环状凹部（15）和第二环状凹部（22）的靠外径的部分，形成第一按压部（18）和第二按压部（23）。利用所述按压部（18、23）压紧毂部（11a）的外径侧端部，提高毂部（11a）与齿轮部（12a）的结合部的强度及刚性。

Description

蜗轮和电动式动力转向装置

技术领域

本发明涉及构成蜗轮减速器的蜗轮和装入有该蜗轮的电动式动力转向装置。

背景技术

作为用于在对汽车的转向轮（除铲车等特殊车辆以外，通常是前轮）付与转向角时谋求减小转向盘的操作所需的力的装置，广泛使用将电动机用作辅助动力源的电动式动力转向装置。公知各种各样的构造的电动式动力转向装置，无论在哪种构造的情况下，电动机的辅助动力都是经由减速器付与旋转轴，利用转向盘的操作使该旋转轴旋转。作为该种减速器，通常使用蜗轮减速器。在使用了蜗轮减速器的电动式动力转向装置的情况下，使由电动机驱动旋转的蜗杆和与旋转轴一起旋转的蜗轮啮合，能够向旋转轴传递电动机的辅助动力。

图9和图10表示以往的电动式动力转向装置的一例。由转向盘1驱动旋转的转向轴2的前端部旋转自如地支承在外壳3的内侧，在利用该转向轴2驱动旋转的部分固定有蜗轮4。另一方面，蜗杆7与电动机5的输出轴6相连结。通过使该蜗杆7与蜗轮4啮合，能够自电动机5沿规定方向对蜗轮4付与规定大小的辅助扭矩。

在该种电动式动力转向装置运转时，依据自转向盘1施加于转向轴2的扭矩的方向及大小，控制向电动机5的通电方向及通电量。并且，经过蜗杆7和蜗轮4对转向轴2付与适当的辅助扭矩。因而，经过中间轴8传递到转向齿轮单元9的扭矩比自转向轴2输入的扭矩大。结果，能够利用比施加于转向盘1的操作力大的力推拉左右1对的横拉杆10，即使用较小的操作力，也能对左右1对的转向轮付与期望的转向角。

作为构成电动式动力转向装置的减速器的蜗轮4，如日本特开平11–301501号公报、日本特开2001–206230号公报、日本特开2004–34941号公报、日本特开2004–345573号公报和日本特开2006–22883号公报所述，广泛公知将金属制的毂部和合成树脂制的齿轮部组合而成的复合构造的蜗轮。即，利用金属制且圆环状的毂部构成用于外嵌固定于转向轴的部分，利用合成树脂制的齿轮部构成与蜗杆啮合的部分。通过使齿轮部由合成树脂制成，容易进行在蜗轮的外周面形成齿的作业，所以谋求低成本化。另外，也谋求在蜗轮与蜗杆相啮合的啮合部产生的打齿声的减小。图11表示日本特开2004–34941号公报所述的构造的蜗轮4a，图12表示装入有该蜗轮4a的电动式动力转向装置的主要部分。

蜗轮4a由毂部11和齿轮部12构成。利用铜系合金和铁系合金等金属将毂部11形成为圆环状。在毂部11的中心部设有用于将毂部11外嵌固定于输出轴13的圆形的安装孔14，在其轴向一面（图11和图12的左侧面）中的比外周缘部靠内径的部分设有沿轴向凹陷的环状凹部15，在其外周缘部的外周面设有沿圆周方向形成有凹凸的花键部（关于圆周方向的凹凸部）16。

另一方面，齿轮部12由混入有碳纤维和玻璃纤维等强化纤维的聚酰胺树脂和聚缩醛树脂等合成树脂制成，在外周面设置有蜗轮齿17。在将毂部11放置在模具中的状态下，向介于毂部11的靠外径的部分与模具的内表面之间的圆环状的型腔内送入合成树脂，从而形成齿轮部12。此时，自设置在毂部11的轴向另一面（图11和图12的右侧面）侧的环形浇注系统，将合成树脂送入到型腔内，在使该合成树脂覆盖毂部11的外周缘部整周的状态下，进行模制成形。构成齿轮部12的合成树脂中的与存在于毂部11的轴向一面侧的齿轮部12的内周缘部相当的部分，进入环状凹部15中的靠外径的部分而构成按压部18。另外，合成树脂也进入花键部16的底部，使毂部11和齿轮部12能传递扭矩地结合起来。此外，在去除与环形浇注系统相连的部分的合成树脂时，将其靠外径的部分留下而作为第二按压部19。采用该结构，使毂部11与齿轮部12牢固地结合。在自模具取出了毂部11和齿轮部12后，对齿轮部12的外周面的蜗轮齿17部分实施精加工用的切削加工。

该种蜗轮4a如图12所示，外嵌固定于电动式动力转向装置的输出轴13。输出轴13和由转向盘1（参照图9）驱动旋转的转向轴2利用扭力杆20结合。另外，在外壳3的内表面设置有扭矩传感器21，能够测量在转向轴2与输出轴13之间传递的扭矩。并且，根据该扭矩的测量值，对电动机5通电，经由蜗轮4a对输出轴13付与辅助扭矩。另外，作为该种电动式动力转向装置整体的结构和作用一直被广泛公知，所以省略对其详细说明。

近年来，也将电动式动力转向装置使用在比较大型的汽车中的情况有所增加，经过蜗轮4a对输出轴13付与的辅助扭矩也处于增大的倾向。在经过蜗轮4a对输出轴13付与辅助扭矩时，如图11中箭头所示，倾倒方向的力矩M自蜗轮4a与蜗杆7（参照图10）相啮合的啮合部施加于蜗轮4a。在图11和图12所示的蜗轮4a的情况下，毂部11与齿轮部12的结合部相对于该力矩M的强度未必能说是充分的，若将该种构造不做任何变更地直接应用于付与较大的辅助扭矩的电动式动力转向装置，则可能不能确保充分的耐久性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11–301501号公报

专利文献2：日本特开2001–206230号公报

专利文献3：日本特开2004–34941号公报

专利文献4：日本特开2004–345573号公报

专利文献5：日本特开2006–22883号公报

发明内容

发明要解决的问题

鉴于上述那样的情况，本发明的目的在于，关于将金属制的毂部和合成树脂制的齿轮部组合而构成的蜗轮，实现一种构造，该构造能够充分地增大毂部与齿轮部的结合部的强度，即使在将该蜗轮应用于付与较大的辅助扭矩的电动式动力转向装置的情况下，也能确保充分的耐久性。

用于解决问题的方案

本发明的蜗轮由金属制的毂部和合成树脂制的齿轮部构成。其中的毂部在中心部具有用于内嵌固定旋转轴的安装孔。另外，在毂部的轴向一面中的比外周缘靠内径的部分，沿周向设有沿轴向凹陷的第一环状凹部，且在其外周缘部遍布周向设有沿圆周方向设置的凹凸部。

另外，在合成树脂覆盖上述毂部的外径侧端部的整周的状态下，对该合成树脂进行模制成形，从而形成上述齿轮部，上述合成树脂自设置在上述毂部的轴向另一面侧的环形浇注系统排出。并且，使存在于上述毂部的轴向一面侧的上述齿轮部的内周缘部进入第一环状凹部中的靠外径的部分。

此外，在本发明的蜗轮中，在上述毂部的靠外径的部分沿周向形成有第二环状凹部。并且，使构成上述齿轮部的上述合成树脂的一部分也进入第二环状凹部。

在本发明的一技术方案中，在上述毂部的轴向另一面形成第二环状凹部。并且，将第二环状凹部的内径侧周面和外径侧周面形成为沿如下方向倾斜的倾斜面，即，随着向上述毂部的轴向另一面侧的开口部靠近而使第二环状凹部的径向上的宽度尺寸增大的方向。此外，使上述毂部的轴向另一面中的比第二环状凹部靠外径的部分和比第二环状凹部靠内径的部分存在于同一平面上。

在另一技术方案中，以自第一环状凹部的内表面的靠外径的部分进一步凹入的状态形成第二环状凹部。在该情况下，优选以自第一环状凹部的外径侧周面向径向外侧凹入的状态形成第二环状凹部。或者，以自第一环状凹部的轴向底面沿轴向凹入的状态形成上述第二环状凹部。

在本发明的另一技术方案中，关于第二环状凹部的截面形状，可以采用矩形、半圆形和U字形等各种各样的形状。但是，优选将第二环状凹部的截面形状形成为随着向里部靠近而宽度尺寸减小的截面为V字形的形状。

本发明的电动式动力转向装置包括外壳、旋转轴、蜗轮和电动机。其中，上述外壳支承于固定的部分而不会旋转。另外，上述旋转轴设置为能相对于上述外壳旋转，利用转向盘的操作使该旋转轴旋转，随着旋转对转向轮赋予转向角。上述蜗轮在上述外壳的内部与上述旋转轴同心地支承于该旋转轴的一部分，与该旋转轴一起旋转。上述蜗杆由蜗杆轴和蜗杆齿构成，该蜗杆齿设在该蜗杆轴的轴向中间部，上述蜗杆在使该蜗杆齿与上述蜗轮啮合的状态下能相对于上述外壳旋转地被支承。此外，上述电动机为了驱动上述蜗杆旋转而支承固定于上述外壳。特别是在本发明的电动式动力转向装置中，上述蜗轮由本发明的蜗轮构成。

发明效果

采用本发明的蜗轮，能够充分地增大毂部与齿轮部的结合部的强度。即，上述毂部和齿轮部在第一环状凹部和第二环状凹部这两处卡合，所以上述结合部的强度和刚性提高，即使在上述毂部与齿轮部之间施加有较大的力矩的情况下，也能抑制在上述结合部发生松动等损伤。因此，即使在应用于付与较大的辅助扭矩的电动式动力转向装置的情况下，也能充分地确保蜗轮减速器的耐久性。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的第1例的蜗轮的剖视图。

图2是表示注塑成型第1例的蜗轮的齿轮部的状态的剖视图。

图3是表示装入有第1例的蜗轮的电动式动力转向装置的主要部分剖视图。

图4是表示本发明的实施方式的第2例的蜗轮的剖视图。

图5是表示第2例的蜗轮的毂部与齿轮部的结合部的放大图。

图6是表示本发明的实施方式的第3例的蜗轮的剖视图。

图7是表示第3例的蜗轮的毂部与齿轮部的结合部的放大图。

图8的（A）是表示本发明的实施方式的第4例的蜗轮的剖视图，图8的（B）是表示其第5例的蜗轮的剖视图。

图9是装入有以往的电动式动力转向装置的汽车用转向装置的局部剖切概略侧视图。

图10是图9的X–X放大剖视图。

图11是表示以往构造的一例的蜗轮的剖视图。

图12是装入有图11所示的蜗轮的电动式动力转向装置的主要部分剖视图。

具体实施方式

实施方式的第1例

图1至图3表示本发明的实施方式的第1例。另外，本例的特征在于，为了提高构成复合型的蜗轮4b的、金属制的毂部11a与合成树脂制的齿轮部12a的结合部的强度及刚性，设计了该结合部的构造。其他部分的结构和作用与图11和图12所示的构造的蜗轮相同，所以对于同等部分标注同一附图标记，省略或者简化重复的说明，以下以本例的特征部分为中心进行说明。

在本例的构造中，除了设在毂部11a的轴向一面（图1至图3的左侧面）的第一环状凹部15以外，还在毂部11a的轴向另一面（图1至图3的右侧面）形成有第二环状凹部22。第二环状凹部22在径向上的宽度尺寸比第一环状凹部15小。详细而言，第一环状凹部22与第二环状凹部15的外径侧端部的位置大致一致，使第二环状凹部22的内径侧端部位于第一环状凹部15的大致径向中间部。另外，通常，在毂部11a的轴向一面遍布周向地形成第一环状凹部15。另外，在毂部11a的轴向另一面也遍布周向地形成第二环状凹部22。但是，上述凹部15、22也均包含在周向的一部分中途断开的形状。

在本例中，使构成齿轮部12a的合成树脂中的存在于毂部11a的轴向一面侧的一部分进入第一环状凹部15内，形成为遍布整周连续的第一按压部18，而且使构成齿轮部12a的合成树脂中的存在于毂部11a的轴向另一面侧的一部分进入第二环状凹部22，形成为遍布整周连续的第二按压部23。另外，第一按压部18和第二按压部22构成齿轮12a的内周缘部。

采用本例的蜗轮4b的构造，齿轮部12a处于以从毂部11a的外周缘部（外径侧端部）的外周面侧和其轴向两侧的内周面侧夹持该毂部11a的外周缘部的状态，抱持该毂部11a的外周缘部的状态。结果，能够充分地增大毂部11a与齿轮部12a的结合部的强度及刚性。即，上述毂部11a和齿轮部12a在第一环状凹部15与第一按压部18的卡合部、及第二环状凹部22与第二按压部23的卡合部这2处卡合部分别遍布各卡合部的整周地卡合。因此，毂部11a与齿轮部12a的结合部的强度及刚性提高，无论在上述毂部11a与齿轮部12a之间沿哪个方向施加有图1中箭头所示的那种较大的力矩M，都能抑制在毂部11a与齿轮部12a的结合部发生松动等不良。因此，即使在如图3所示地利用具有蜗轮4b的蜗轮减速器构成了付与较大的辅助扭矩的电动式动力转向装置的情况下，也能充分地确保该蜗轮减速器的耐久性，进而充分地确保电动式动力转向装置的耐久性。

另外，在本例的构造的情况下，将第二环状凹部22的内径侧周面（端部）和外径侧周面（端部）形成为沿如下方向倾斜的倾斜面，即，随着向毂部11a的轴向另一面侧的开口部靠近而使第二环状凹部22的径向上的宽度尺寸增大的方向。此外，使毂部11a的轴向另一面中的比第二环状凹部22靠外径的部分和比第二环状凹部22靠内径的部分存在于同一平面上。因此，在注塑成形齿轮部12a时，使模具装置24的型腔25内的熔融树脂的流动顺利化，获得优质的齿轮部12a。关于这一点，参照图2进行说明。将熔融树脂经过设在模具装置24内的直浇道26和盘形浇口27送入到型腔25内。此时，该熔融树脂沿毂部11a的轴向另一面自内径侧向外径侧流动，其一部分流入第二环状凹部22内。在该情况下，由于第二环状凹部22的内径侧周面和外径侧周面形成为倾斜面，加之比第二环状凹部22靠外径的部分和比第二环状凹部22靠内径的部分存在于同一平面上，所以也不会大幅地扰乱熔融树脂的流动地，使该熔融树脂流入型腔25中的构成齿轮部12a的主体部分的部分。另外，送入到该型腔25内的熔融树脂到达与第一按压部18相对应的部分而停止。在该部分不会与自其他方向流过来的熔融树脂冲撞。结果，在利用注塑成形获得的齿轮部12a上不会产生在强度上较弱的接缝（weld）等。另外，在打开模具装置24而将多个模具彼此分开后，通过在第二环状凹部22的径向中间部分遍布整周地切断在型腔25内被冷却及被固化了的合成树脂，获得图1和图3所示的蜗轮4b。

实施方式的第2例

图4和图5表示本发明的实施方式的第2例。在本例的蜗轮4c的情况下，以自第一环状凹部15的内表面中的外径侧周面进一步向径向外侧凹入的状态形成第二环状凹部22a。另外，将第二环状凹部22a形成为随着向里部靠近而宽度尺寸减小的截面为V字形的环状凹槽。

在本例的构造的情况下，构成齿轮部12b的合成树脂的一部分也进入第二环状凹部22a（环状凹槽）内而构成卡合部。即，基于与第二环状凹部22a和第二按压部23a的卡合，提高齿轮部12b的相对于在图5中沿逆时针方向作用的力矩的强度及刚性，通过在第二环状凹部22a内将合成树脂冷却及固化而形成上述第二按压部23a。对于反方向的力矩，基于第一按压部18与毂部11b的外周缘部（外径侧端部）的卡合，确保充分的强度及刚性。结果，无论针对哪个方向的力矩，都能提高毂部11b与齿轮部12b的结合部的强度及刚性。另外，在注塑成形齿轮部12b时，熔融树脂最后进入第二环状凹部22a内，所以在确保该结合部的强度的基础上也不会产生不利的焊缝等。

实施方式的第3例

图6和图7表示本发明的实施方式的第3例。在本例的蜗轮4d的情况下，以自第一环状凹部15的内表面中的轴向底面沿轴向凹入的状态形成第二环状凹部（环状凹槽）22b。其他部分的结构和作用与实施方式的第2例相同。

实施方式的第4例和第5例

图8表示本发明的实施方式的第4例和第5例。图8的（A）所示的第4例的蜗轮4e具有将图1所示的第1例和图4及图5所示的第2例组合而成的构造。另外，图8的（B）所示的第5例的蜗轮4f具有将图1所示的第1例和图6及图7所示的第3例组合而成的构造。无论在哪种构造的情况下，都能进一步提高毂部11d、11e与齿轮部12d、12e的结合部的强度及刚性。其他部分的结构和作用与实施方式的第1例～第3例相同。

工业实用性

本发明的蜗轮不限定于电动式动力转向装置，也可以应用于装入在各种机械装置中而被使用的蜗轮减速器。

附图标记说明

1、转向盘；2、转向轴；3、外壳；4、4a、4b、4c、4d、4e、4f、蜗轮；5、电动机；6、输出轴；7、蜗杆；8、中间轴；9、转向齿轮单元；10、横拉杆；11、11a、11b、11c、11d、11e、毂部；12、12a、12b、12c、12d、12e、齿轮部；13、输出轴；14、安装孔；15、环状凹部（第一环状凹部）；16、花键部；17、蜗轮齿；18、按压部（第一按压部）；19、第二按压部；20、扭力杆；21、扭矩传感器；22、22a、22b、第二环状凹部；23、23a、23b、第二按压部；24、模具装置；25、型腔；26、直浇道；27、盘形浇口。

Claims (3)

1.一种蜗轮，其中，

该蜗轮由金属制的毂部和合成树脂制的齿轮部构成，

所述毂部包括安装孔、第一环状凹部、第二环状凹部和凹凸部，所述安装孔设在所述毂部的中心部，用于内嵌固定旋转轴，所述第一环状凹部设在所述毂部的轴向一面中的比外周缘靠内径的部分，沿轴向凹陷，所述第二环状凹部以自第一环状凹部的外径侧周面向径向外侧凹入的状态形成，由随着朝向里部而使宽度尺寸减小的截面为V字形的环状凹槽构成，所述凹凸部沿圆周方向设置，设在所述毂部的外周缘部，

利用覆盖所述毂部的外径侧端部的整个圆周的合成树脂形成所述齿轮部，

所述齿轮部的存在于所述毂部的轴向一面侧的内周缘部进入第一环状凹部中的靠外径的部分，并且，构成所述齿轮部的合成树脂的一部分也进入第二环状凹部。

2.根据权利要求1所述的蜗轮，其中，

具有另一环状凹部，该另一环状凹部设在所述毂部的轴向另一面中的比外周缘靠内径的部分，沿轴向凹陷，该另一环状凹部的径向上的宽度尺寸比第一环状凹部小，该另一环状凹部的内径侧周面和外径侧周面成为越朝向所述毂部的轴向另一面侧的开口部就越朝该另一环状凹部的径向上的宽度尺寸增大的方向倾斜的倾斜面，所述毂部的轴向另一面中的比该另一环状凹部靠外径的部分与比该另一环状凹部靠内径的部分位于同一平面上。

3.一种电动式动力转向装置，该电动式动力转向装置包括外壳、旋转轴、蜗轮、蜗杆和电动机，

所述外壳支承于固定的部分而不会旋转；

所述旋转轴设置为能相对于所述外壳旋转，利用转向盘的操作使该旋转轴旋转，随着旋转对转向轮付与转向角；

所述蜗轮在所述外壳的内部与所述旋转轴同心地支承于该旋转轴的一部分，与该旋转轴一起旋转；

所述蜗杆由蜗杆轴和蜗杆齿构成，该蜗杆齿设在该蜗杆轴的轴向中间部，所述蜗杆在使该蜗杆齿与所述蜗轮啮合的状态下能相对于所述外壳旋转地被支承；

所述电动机为了驱动所述蜗杆旋转而支承固定于所述外壳，

该电动式动力转向装置的特征在于，

所述蜗轮是权利要求1或2中任意一项所述的蜗轮。