JP2013104489A - ウォームホイール - Google Patents

Abstract

【課題】安価で且つ大きな負荷に耐え得るウォームホイールを提供する。
【解決手段】外周３２ａに歯３３が形成されたウォームホイール本体３２の内周３２ｂに、金属軸３４が結合されている。ウォームホイール本体３２は、インサート成形によって金属軸３４に固定された環状の樹脂部３６を含む。金属軸３４は、金属軸本体４０と、金属軸本体４０の外周４０ａに嵌合固定された第１リング４１と第２リング４２とを含む。第１リング４１の外周４１ａに複数の第１凸部４５が設けられ、第２リング４２の外周４２ａに複数の第２凸部４７が設けられる。軸方向にに対応する第１凸部４５と第２凸部４７との間に区画された凹部５２に、樹脂部３６の凸部５３が嵌合している。
【選択図】図２

Description

本発明はウォームホイールに関するものである。

電動パワーステアリング装置のウォームホイールにおいて、芯金を鍛造加工によって深皿状とし、その芯金と樹脂製リングギヤとの間に接着剤を介在させつつ、芯金と樹脂製リングギヤとを係合させた後、両者を高周波溶着する技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００１−１４１０３３号公報

一方、近年の電動パワーステアリング装置の高出力化に伴い、ウォームホイールの負荷が大きくなっている。このため、芯金と樹脂製リングギヤとの嵌合部分は、大きな負荷に耐え得ることが要求されている。
そこで、本発明の目的は、安価で且つ大きな負荷に耐え得るウォームホイールを提供することである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、外周（３２ａ）に歯（３３）が形成された環状のウォームホイール本体（３２）と、前記ウォームホイール本体の内周（３２ｂ）に結合された金属軸（３４）と、を備え、前記ウォームホイール本体は、インサート成形によって前記金属軸に固定された環状の樹脂部（３６）を含み、前記金属軸は、金属軸本体（４０）と、前記金属軸本体の外周（４０ａ）に嵌合固定された第１リング（４１）と第２リング（４２）と、を含み、前記第１リングは、その外周（４１ａ）の周方向（Ｘ１）に離隔した複数の第１凸部（４５）を有し、前記第２リングは、その外周（４２ａ）の周方向に離隔した複数の第２凸部（４７）を有し、互いに対応する第１凸部と第２凸部とが、前記金属軸の軸方向（Ｚ１）に対向して互いに間に凹部（５２；５２Ｂ；５２Ｃ）を区画し、前記樹脂部は、前記凹部に嵌合した凸部（５３；５３Ｂ；５３Ｃ）を有しているウォームホイール（３１；３１Ａ；３１Ｂ；３１Ｃ）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記凹部の底は、前記金属軸本体の外周に嵌合された円環からなる第３リング（４３）の外周（４３ａ）により構成されていてもよい。

また、請求項３のように、前記第１リング、前記第２リングおよび前記第３リングが単一の材料で一体に形成されていてもよい。
また、請求項４のように、前記凹部の底は、前記金属軸本体の外周により構成されていてもよい。
また、請求項５のように、前記第１凸部および前記第２凸部は、前記金属軸の軸方向から見たときに花弁形状をなす凸湾曲部により構成されていてもよい。

請求項１の発明によれば、金属軸をインサートして樹脂成形されるウォームホイール本体の樹脂部は、周方向に離隔する第１凸部の間に入り込み、また、周方向に離隔する第２凸部の間に入り込み、また、軸方向に離隔する第１凸部と第２凸部との間に入りこむ。このように複雑な凹凸嵌合により、金属軸と樹脂部を強固に連結することができる。しかも、第１リングと第２リングとを金属軸本体とは別部材として、例えばプレス成形により安価に製造することができる。このように安価に製造された両リングを金属軸本体の外周に嵌合させて、前記のような複雑な凹凸嵌合のための形状を容易且つ安価に実現することができる。

また、請求項２の発明によれば、安価な円環からなる第３リングを金属軸本体の外周に嵌合することで、第１凸部と第２凸部との間の凹部を容易に形成することができる。
また、請求項３の発明によれば、第１リング、第２リングおよび第３リングを単一の材料で一体に形成するので、部品点数を削減して製造コストを安くすることができる。
また、請求項４の発明によれば、軸方向に離隔する第１凸部と第２凸部との間の凹部の底を金属軸本体の外周により構成するので、両凸部間の凹部を容易且つ安価に形成することができる。この場合、凹部の底を構成する、金属軸本体の外周は、当該外周に設けられた環状凸部の外周であってもよい。

また、請求項５の発明によれば、第１凸部および第２凸部が花弁形状をなす凸湾曲部により構成されているので、金属軸と樹脂部との嵌合部分において、樹脂部に負荷される応力を樹脂部の許容応力内に抑えることができる。したがって、金属軸と樹脂部との嵌合部分を大型化せずとも、大きな負荷に耐え得ることができるので、小型、軽量化に寄与することができる。

本発明の第１実施形態のウォームホイールが適用された電動パワーステアリング装置の概略図であり、電動パワーステアリング装置の模式的構成を示している。 ウォームホイールの部分断面正面図である。 軸方向に沿って切断されたウォームホイールの断面図である。 ウォームホイールの金属軸の分解斜視図である。 本発明の第２実施形態のウォームホイールの断面図である。 本発明の第３実施形態のウォームホイールの断面図である。 本発明の第４実施形態のウォームホイールの断面図である。

以下には、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１は本発明の第１実施形態のウォームホイール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、ステアリングホイール等からなる操舵部材２と、操舵部材２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構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。操舵部材２と転舵機構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、操舵部材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、操舵部材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、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１３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と転舵機構４とを連結している。

転舵機構４は、ピニオン軸１４と、転舵軸としてのラック軸１５とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１５の各端部には、タイロッド１６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１４は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１４は、操舵部材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１４の先端（図１では下端）には、ピニオン１７が設けられている。

ラック軸１５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１５の軸方向の途中部には、前記ピニオン１７に噛み合うラック１８が形成されている。このピニオン１７およびラック１８によって、ピニオン軸１４の回転がラック軸１５の軸方向移動に変換される。ラック軸１５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。

操舵部材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１４に伝達される。そして、ピニオン軸１４の回転は、ピニオン１７およびラック１８によって、ラック軸１５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１９と、電動モータ１９の出力トルクを転舵機構４に伝達するための伝達機構としてのウォーム減速機２０とを含む。ウォーム減速機２０は、駆動ギヤとしてのウォーム２１と、このウォーム２１と噛み合う被動ギヤとしてのウォームホイール３１とを含む。ウォーム減速機２０は、ギヤハウジング２２内に収容されている。ギヤハウジング２２内において、ウォーム２１とウォームホイール３１との少なくとも噛み合い領域には、潤滑油成分を含むグリース等の潤滑剤（図示せず）が充填されており、ウォーム２１およびウォームホイール３１の歯面間には、潤滑剤が介在している。

ウォーム２１は、図示しない継手を介して電動モータ１９の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム２１は、電動モータ１９によって回転駆動される。また、ウォームホイール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１９がウォーム２１を回転駆動すると、ウォーム２１によってウォームホイール３１が回転駆動され、ウォームホイール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１４に伝達される。ピニオン軸１４の回転は、ラック軸１５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１９によってウォーム２１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１９は、三相ブラシレスモータからなり、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１３からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１９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１９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はウォームホイール３１の部分断面正面図であり、図３は軸方向に沿って切断されたウォームホイール３１の断面図であり、図４はウォームホイール３１の金属軸の分解斜視図である。図２に示すように、ウォームホイール３１は、外周３２ａに歯３３が形成された環状のウォームホイール本体３２と、ウォームホイール本体３２の内周３２ｂに結合された外周３４ａを有する金属軸３４とを備えている。

ウォームホイール本体３２は、外周３５ａ（ウォームホイール本体３２の外周３２ａに相当）に歯３３を複数周方向Ｘ１に並べて形成した環状の金属歯体３５と、金属軸３４および金属歯体３５をインサートしての樹脂成形によって金属軸３４および金属歯体３５に固定された環状の樹脂部３６とを備えている。
金属歯体３５の内周３５ｂには、複数の結合歯３７が周方向Ｘ１に等間隔に設けられており、各結合歯３７は、樹脂部３６の外周３６ａにインサート成形により結合されている。

図３に示すように、結合歯３７は、金属歯体３５の軸方向Ｚ１の中央部に設けられている。結合歯３７の一対の側面３７ａは径方向Ｙ１に対して互いに逆向きに傾斜しており、一対の側面３７ａ間の幅が径方向Ｙ１の内方に向かうにしたがって拡がるようになっている。
図２および図３に示すように、樹脂部３６の一対の側面３６ｃのそれぞれには、複数の放射状に延びる凹溝３８が形成され、隣接する凹溝３８間に、放射状に延びるリブ３９が設けられている。

図３および図４に示すように、金属軸３４は、丸棒からなる金属軸本体４０と、金属軸本体４０の外周４０ａに嵌合された第１リング４１および第２リング４２と、金属軸本体４０の外周に嵌合され、第１リング４１と第２リング４２との間に介在した円環からなる第３リング４３とを備えている。金属軸本体４０が、第１リング４１、第２リング４２および第３リング４３に圧入されて固定されている。

第１リング４１は、外周４１ａと、円筒面からなる内周４１ｂとを有している。外周４１ａは、円筒面の一部である主面４４と、主面４４から径方向Ｙ１の外方へ突出する第１凸部４５とを有している。第１凸部４５は複数設けられ、第１リング４１の周方向Ｘ１に等間隔離隔して配置されている。金属軸３４の軸方向Ｙ１から見て、第１凸部４５は、花弁形状をなす凸湾曲部により構成されている。

第１リング４１および第２リング４２は同一の仕様である。すなわち、第２リング４２は、外周４２ａと、円筒面からなる内周４２ｂとを有している。外周４２ａは、円筒面の一部である主面４６と、主面４６から径方向Ｙ１の外方へ突出する第２凸部４７とを有している。第２凸部４７は複数設けられ、周方向Ｘ１に等間隔離隔して配置されている。金属軸３４の軸方向Ｙ１から見て、第２凸部４７は、花弁形状をなす凸湾曲部により構成されている。

一方、図２および図３を参照して、樹脂部３６の内周３６ｂは、第１凸部４５が嵌合した凹部４８と、周方向Ｘ１に隣接する第１凸部４５，４５間に入り込んだ凸部４９とを有している。また、樹脂部３６の内周３６ｂは、各第２凸部４７を嵌合させる凹部５０と、周方向に隣接する第１凸部１４，４７に入り込んだ凸部５１とを有している。
図３に示すように、第１リング４１の各第１凸部４５と、これに対応する第２リング４２の第２凸部４７とが、軸方向Ｚ１に対向しており、軸方向Ｚ１に対向する第１凸部４５と第２凸部４７との間に凹部５２が形成されている。凹部５２の底は、第３リング４３の外周４３ａにより構成されている。一方、樹脂部３６の内周３６ｂは、凹部５２に嵌合した凸部５３を有している。

本実施形態によれば、金属軸３４をインサートして樹脂成形されるウォームホイール本体３２の樹脂部３６が、周方向Ｘ１に離隔する第１凸部４５，４５の間に入り込み、また、周方向Ｘ１に離隔する第２凸部４７，４７の間に入り込み、また、軸方向Ｚ１に離隔する第１凸部４５と第２凸部４７との間に入り込んでいる。このように複雑な凹凸嵌合により、金属軸３４と樹脂部３６を強固に連結することができる。

しかも、金属軸本体４０の外周４０ａに、金属軸本体４０とは別部材により構成された第１リング４１と第２リング４２を嵌合固定することにより、複雑な凹凸形状を外周に有する金属軸３４を実現している。第１リング４１と第２リング４２とを金属軸本体４０とは別部材としたので、第１リング４１および第２リング４２を例えばプレス成形を用いて、安価に製造することができ、ひいては、金属軸３４の製造コストを安くすることができる。

また、安価な円環からなる第３リング４３を金属軸本体４０の外周に嵌合することで、第１凸部４５と第２凸部４７との間の凹部５２を容易に形成することができる。
また、第１凸部４５および第２凸部４７のそれぞれが、花弁形状をなす凸湾曲部により構成されているので、金属軸３４と樹脂部３６との嵌合部分において、樹脂部３６への応力の集中を抑制し、樹脂部３６の応力を許容応力以下に抑制することができる。したがって、金属軸３４と樹脂部３６の嵌合部分を大型化せずとも、大きな負荷に耐え得ることができるので、小型、軽量化に寄与することができる。

次いで、図５は本発明の第２実施形態のウォームホイール３１Ａの断面図である。図４を参照して、ウォームホイール３１Ａでは、第１リング４１、第２リング４２および第３リング４３が、単一の材料（例えば焼結金属）で一体に形成されたユニットＵを構成している。本実施形態の構成要素において、において、図３の第１実施形態と同じ構成要素には、図３の第１実施形態の参照符号と同じ参照符号を付してある。

本実施形態によれば、図３の第１実施形態と同じ作用効果を奏することができ、さらに、部品点数の削減および組み立て工数の削減を通じて、製造コストをより安くすることができる。
次いで、図６は本発明の第３実施形態のウォームホイール３１Ｂの断面図である。図６を参照して、ウォームホイール３１Ｂでは、図３のウォームホイール３１で用いていた第３リング４３を廃止している。第１凸部４５と第２凸部４７との間に区画される凹部５２Ｂに、樹脂部３６の内周３６ｂの凸部５３Ｂが嵌合している。凹部５２Ｂの底は、金属軸本体４０の外周４０ａによって構成されている。本実施形態の構成要素において、において、図３の第１実施形態と同じ構成要素には、図３の第１実施形態の参照符号と同じ参照符号を付してある。

本実施形態のウォームホイール３１Ｂによれば、図３の第１実施形態と同じ作用効果を奏することができ、さらに、部品点数の削減を通じて製造コストを安くすることができる。
また、図７は本発明の第４実施形態のウォームホイール３１Ｃの断面図である。図７に示すように、ウォームホイール３１Ｃでは、第１凸部４５と第２凸部４７との間に区画される凹部５２Ｃの底が、金属軸本体４０の外周４０ａに設けられた環状凸部５４の外周５４ａによって構成されている。また、環状凸部５４の軸方向Ｚ１の両端に設けられた段付き部５５，５６に、それぞれ、第１リング４１および第２リング４２の端面が突き当てられて、位置決めされている。本実施形態の構成要素において、において、図３の第１実施形態と同じ構成要素には、図３の第１実施形態の参照符号と同じ参照符号を付してある。

本実施形態のウォームホイール３１Ｃによれは、図３の第１実施形態と同じ作用効果を奏することができ、さらに、部品点数の削減により製造コストを安くすることができる。また、環状凸部５４の両端の段付き部５５，５６に、それぞれ、第１リング４１および第２リング４２の端面を突き当てることにより、第１リング４１および第２リング４２を軸方向Ｚ１に精度良く位置決めすることができる。

本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

３１；３１Ａ；３１Ｂ；３１Ｃ…ウォームホイール、３２…ウォームホイール本体、３２ａ…外周、３２ｂ…内周、３３…歯、３４…金属軸、３５…金属歯体、３６…樹脂部、３６ａ…外周、３６ｂ…内周、３７…結合歯、４０…金属軸本体、４０ａ…外周、４１…第１リング、４１ａ…外周、４２…第２リング、４２ａ…外周、４３…第３リング、４３ａ…外周、４４…主面、４５…第１凸部、４６…主面、４７…第２凸部、５２；５２Ｂ；５２Ｃ…凹部、５３；５３Ｂ；５３Ｃ…凸部、５４…環状凸部、５５，５６…段付き部、Ｕ…ユニット、Ｘ１…周方向、Ｙ１…径方向、Ｚ１…軸方向

Claims (5)

1. 外周に歯が形成された環状のウォームホイール本体と、
   前記ウォームホイール本体の内周に結合された金属軸と、を備え、
   前記ウォームホイール本体は、インサート成形によって前記金属軸に固定された環状の樹脂部を含み、
   前記金属軸は、金属軸本体と、前記金属軸本体の外周に嵌合固定された第１リングと第２リングと、を含み、
   前記第１リングは、その外周の周方向に離隔した複数の第１凸部を有し、
   前記第２リングは、その外周の周方向に離隔した複数の第２凸部を有し、
   互いに対応する第１凸部と第２凸部とが、前記金属軸の軸方向に対向して互いに間に凹部を区画し、
   前記樹脂部は、前記凹部に嵌合した凸部を有しているウォームホイール。
2. 請求項１において、前記凹部の底は、前記金属軸本体の外周に嵌合された円環からなる第３リングの外周により構成されているウォームホイール。
3. 請求項２において、前記第１リング、前記第２リングおよび前記第３リングが単一の材料で一体に形成されているウォームホイール。
4. 請求項１において、前記凹部の底は、前記金属軸本体の外周により構成されているウォームホイール。
5. 請求項１から４何れか１項において、前記第１凸部および前記第２凸部は、前記金属軸の軸方向から見たときに花弁形状をなす凸湾曲部により構成されているウォームホイール。

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