JP2016068652A - 電動式パワーステアリング装置用のウォームホイールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 射出成形機の金型内に中子を配置せずに環状部材内に適切な空隙部を形成することが可能な電動式パワーステアリング装置用ウォームホイールおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】 外縁部の周方向にわたって複数の歯が設置された合成樹脂製の環状部材１２と、環状部材１２の内縁側に固定された金属製の芯部材１３と、を備える電動式パワーステアリング装置用のウォームホイール１であって、環状部材１２は、径方向寸法が他の部分の該寸法よりも大である厚肉部１６ａを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動式パワーステアリング装置の減速機を構成するウォームホイールとその製造方法に関する。

自動車用のパワーステアリング装置は、従来の油圧式から燃料消費量低減に資する電動式への置き換えが進展している。とりわけ、小型自動車用の電動式パワーステアリングの減速機用ウォームホイールは、軽量化および低騒音を図った合成樹脂製のものが採用されてきている。また、前記ウォームホイールの歯には、該歯間の周方向にバックラッシと呼ばれる余裕代が一般的に設けられる。該バックラッシが設けられることで、減速機を構成するウォームとウォームホイールとの相互の歯の噛み合わせを良好なものとし、ウォームおよびウォームホイールの回転を円滑なものとすることができる。

前記バックラッシ量が大きいときは、ウォームホイールが回転方向にバックラッシ分変位するため、ウォームホイールの歯とウォーム歯とが衝突する。この際の歯打ち音が、自動車の室内の騒音要因となる。一方、前記バックラッシ量が小さいときは、前記歯打ち音は抑制されるものの、ウォームホイールの歯とウォーム歯との噛合面の摩擦抵抗が増加する。該摩擦抵抗の増加により、ウォームおよびウォームホイールの回転に負荷が生じ、操舵が困難となるおそれがある。

図５は、特許文献１により開示されているウォームホイールの要部における拡大断面図である。ウォームホイール９０は、外縁部の周方向にわたって複数の歯９１が設置された合成樹脂製の環状部材９２と、金属製の芯部材９３からなる。芯部材９３は環状部材９２の内縁部に固定され、環状部材９２と芯部材９３とがウォームホイール９０の回転軸に対し直交する同一平面上に配置されている。環状部材９２は、複数の空隙部９４を有している。歯９１にウォーム歯からの外力が作用した場合、空隙部９４が収縮変形するため、歯９１の歯間に微小な開きが生じる。ゆえに、歯９１のバックラッシ量を小さくしても、該作用により歯９１とウォーム歯との噛合面の摩擦抵抗が低減される。以上より、空隙部９４を形成することにより、歯打ち音抑制による自動車の室内の騒音低減と、ウォームおよびウォームホイールの円滑な回転確保による操舵労力の負担軽減との両立を図ることができる。

しかしながら、空隙部９４を形成するためには、射出成形機の金型内に中子を配置の上、溶融された合成樹脂材料を射出充填する方法が開示されている。該開示方法では、合成樹脂材料の射出充填において該合成樹脂の充填圧力により中子が破損し、空隙部９４の未形成といった不具合が発生するおそれがある。

特開２００３−４２２６４号公報

本発明は上記事情に鑑み、射出成形機の金型内に中子を配置せずに環状部材内に適切な空隙部を形成することが可能な電動式パワーステアリング装置用のウォームホイールおよびその製造方法を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される電動式パワーステアリング装置用のウォームホイールは、外縁部の周方向にわたって複数の歯が設置された合成樹脂製の環状部材と、前記環状部材の内縁部に固定された金属製の芯部材と、を備える電動式パワーステアリング装置用のウォームホイールであって、前記環状部材は、径方向寸法が他の部分の該寸法よりも大である厚肉部を有することを特徴としている。

本発明の第２の側面によって提供される電動式パワーステアリング装置用のウォームホイールの製造方法は、金属製の芯部材を周方向にわたって歯型が設置された射出成形機の金型内に配置する工程と、前記芯部材と前記金型とによって形成された空間内に溶融された合成樹脂材料を射出充填する工程と、前記合成樹脂材料を固化させる工程と、を備える電動式パワーステアリング装置用のウォームホイールの製造方法であって、前記固化させる工程において、前記芯部材を前記金型の径方向に移動させる工程を含むことを特徴としている。

本発明の第１の側面によれば、前記ウォームホイールの前記環状部材の厚肉部に集中して、気泡からなる空隙部が形成される。該気泡は、本発明の第２の側面である前記ウォームホイールの製造方法のうち、溶融された前記合成樹脂材料を固化させる工程において、前記芯部材を前記金型の径方向に移動させることで発生させることが可能である。前記気泡の発生により、前記空隙部を容易かつ確実に形成することができる。これにより、前記空隙部の形成にあたって中子は不要となる。したがって、騒音低減と、操舵労力の負担軽減との両立を図りつつ、中子破損等の該空隙部の未形成といった不具合を回避することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係るウォームホイールの一例の使用状態を示す正面概念図である。 本発明に係るウォームホイールの一例の製造方法の工程フロー図である。 芯部材を金型内に配置する工程を示す断面図である。 芯部材を金型の径方向に移動させる工程を示す断面図である。 従来のウォームホイールの要部における拡大断面図である。

本発明の実施形態に係るウォームホイールについて、添付図面を参照して以下のとおり説明する。

図１は、本発明に係るウォームホイールの一例を示している。本実施形態のウォームホイール１は、ウォーム２と組み合わされることにより、操舵輪（図示略）の回転に応じて、前記操舵輪に連結された操舵軸（図示略）のトルクの増大を図る減速機として機能する。前記操舵輪を回転することによって前記操舵軸に加わるトルクをセンサ（図示略）が検出する。前記センサの検出結果、自動車の走行速度および前記操舵輪の回転角等に基づいて駆動する操舵補助用モータ（図示略）が駆動する。前記モータの回転はウォーム軸２２に伝達され、ウォーム２が前記モータと連動して回転する。ウォーム歯２１と歯１１とが噛み合うことで、ウォーム２の回転力がウォームホイール１に伝達される。そして、ウォームホイール１はウォームホイール中心Ｏ１周りに減速回転する。前記操舵軸はウォームホイール１の芯部材１３に設けられた貫通孔１４と嵌合し、ウォームホイール１の減速回転によって増大されたトルクが操舵軸に伝達されるため、運転者の操舵労力の負担軽減が図られる。

本実施形態のウォームホイール１は、環状部材１２と芯部材１３とを備えている。

環状部材１２は、たとえばポリアミド樹脂による合成樹脂製であり、外縁部の周方向にわたって歯１１が複数設置されている。また、環状部材１２の径方向には、径方向寸法Ｔ１の厚肉部１６ａと、径方向寸法Ｔ２の薄肉部１６ｂがそれぞれ形成されている。径方向寸法Ｔ１は、径方向寸法Ｔ２よりも大である関係である。厚肉部１６ａに集中して、後述するウォームホイール１の製造方法によって発生する気泡からなる複数の空隙部１５が互いに離間して形成されていることを特徴とする。空隙部１５を含む厚肉部１６ａを主体とした環状部材１２の略扇形の領域を、便宜上、空隙部形成領域ＶＡと定義する。

芯部材１３は、たとえば軟鋼による金属製であり、環状部材１２の内縁部に固定されている。環状部材１２および芯部材１３は、ウォームホイール１の回転軸に対し直交する同一平面上に配置されている。芯部材１３の略中央に、貫通孔１４が設けられている。貫通孔１４において、ウォームホイール１と操舵軸とを嵌合させることで、ウォームホイール１のトルクが操舵軸に伝達される。貫通孔１４の中心は、芯部材１３と同一中心ではなく、芯部材１３の中心から離間しているため、貫通孔１４は芯部材１３に対し偏心している。これに対し、操舵軸の回転軸位置とウォームホイール中心Ｏ１とは一致することから、貫通孔１４の中心は、ウォームホイール中心Ｏ１と同一中心となっている。

本実施形態においては、さらに、空隙部形成領域ＶＡに属する歯１１のバックラッシ量を小さくし、自動車の直進状態時に空隙部形成領域ＶＡに属する歯１１とウォーム歯２１とが噛合するようにウォームホイール１および操舵輪の回転方向位置を設定することができる。

次に、本発明の実施形態に係るウォームホイールの製造方法について、添付図面を参照して以下のとおり説明する。

上述したウォームホイール１は、射出成形により製造されることが意図されており、図２に示される工程に基づいて製造される。本製造方法は、芯部材１３を射出成形機の金型３内に配置する工程と、環状部材１２を形成する溶融された合成樹脂材料を射出充填する工程と、前記合成樹脂材料を固化させる工程とを備える。前記合成樹脂を固化させる工程には、芯部材１３を金型３の径方向に移動させる工程が含まれることを特徴とする。

図３は、芯部材１３を金型３内に配置する工程を示している。金型３は、射出成形機の一部を構成する。金型３は、略円盤状の内部空間を有しており、周方向にわたって歯型３１が複数設置されている。芯部材１３には、貫通孔１４が予め設けられている。芯部材１３を、該中心と金型中心０３とが略一致するように配置する。

次いで、金型３内に溶融された合成樹脂材料を射出充填する。前記合成樹脂材料は、金型３と芯部材１３とによって形成された空間内に充填される。

図４は、芯部材１３を金型３の径方向に移動させる工程を示している。合成樹脂材料を射出充填する工程が完了後、前記合成樹脂材料が固化するまでの間の好ましいタイミングで、芯部材１３を金型３の径方向（移動方向Ａ）へ移動させ、貫通孔１４の中心と金型中心Ｏ３とを一致させる。芯部材１３を移動させることにより、環状部材１２の径方向に、厚肉部１６ａ（径方向寸法Ｔ１）と薄肉部１６ｂ（径方向寸法Ｔ２）がそれぞれ形成される。そして、厚肉部１６ａに集中して気泡が発生し、空隙部１５が形成される。金型３内においては、芯部材１３の移動に伴い、厚肉部１６ａを形成する合成樹脂材料に作用する圧力が、環状部材１２の他の部分を形成する前記合成樹脂材料に作用する圧力よりも低くなる。このため、厚肉部１６ａに集中して気泡が発生する。

芯部材１３を金型３の径方向に移動させる手段として、たとえば、金型３内に設置された可動軸を貫通孔１４に嵌合し、可動軸を油圧等により作動させる方法が挙げられる。

次に、ウォームホイール１およびその製造方法の作用について説明する。

本実施形態によれば、ウォームホイール１の環状部材１２の厚肉部に集中して、気泡からなる空隙部１５が形成される。該気泡は、ウォームホイール１の製造方法のうち、合成樹脂材料を固化させる工程に含まれる、芯部材１３を射出成形機の金型３の径方向に移動させること工程により発生する。該気泡の発生により、空隙部１５を容易かつ確実に形成することができる。したがって、本製造方法により、空隙部１５の形成の際に中子が不要となるため、中子破損等の空隙部１５の未形成といった不具合を回避できる。

図１に示すように、歯１１とウォーム歯２１とが噛み合った際に、空隙部１５が収縮変形するため、歯１１の歯間に微小な開きが生じる。ゆえに、歯１１のバックラッシ量を小さくしても、該作用により歯１１とウォーム歯２１との噛合面の摩擦抵抗が低減される。空隙部１５の形成により、歯打ち音抑制による自動車の室内の騒音低減と、ウォーム２およびウォームホイール１の円滑な回転確保による操舵労力の負担軽減との両立という効果が得られる。

さらに、本実施形態においては、図１に示す空隙部形成領域ＶＡに属する歯１１のバックラッシ量を小さくし、自動車の直進状態時に歯１１とウォーム歯２１とが噛合するようにウォームホイール１および操舵輪の回転方向位置を設定されている。これにより、操舵輪の通常操作の大半を占める略直進操舵時にて、上述の効果が得られる。

本発明に係るウォームホイールおよびその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るウォームホイールおよびその製造方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

１：ウォームホイール
１１：歯
１２：環状部材
１３：芯部材
１４：貫通孔
１５：空隙部
１６ａ：厚肉部
１６ｂ：薄肉部
Ｏ１：ウォームホイール中心
Ｔ１，Ｔ２：径方向寸法
ＶＡ：空隙部形成領域
２：ウォーム
３：金型
３１：歯型
Ｏ３：金型中心
Ａ：移動方向

Claims (2)

1. 外縁部の周方向にわたって複数の歯が設置された合成樹脂製の環状部材と、
   前記環状部材の内縁側に固定された金属製の芯部材と、を備える電動式パワーステアリング装置用のウォームホイールであって、
   前記環状部材は、径方向寸法が他の部分の該寸法よりも大である厚肉部を有することを特徴とする、電動式パワーステアリング装置用のウォームホイール。
2. 金属製の芯部材を、周方向にわたって複数の歯型が設置された射出成形機の金型内に配置する工程と、
   前記芯部材と前記金型とによって形成された空間内に溶融された合成樹脂材料を射出充填する工程と、
   前記合成樹脂材料を固化させる工程と、を備える電動式パワーステアリング装置用のウォームホイールの製造方法であって、
   前記固化させる工程において、前記芯部材を前記金型の径方向に移動させる工程を含むことを特徴とする、電動式パワーステアリング装置用のウォームホイールの製造方法。

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