JP2019065992A

JP2019065992A - 機械部品、ウォーム減速機、および機械部品の製造方法

Info

Publication number: JP2019065992A
Application number: JP2017193455A
Authority: JP
Inventors: 尚史川村; Hisashi Kawamura
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2017-10-03
Publication date: 2019-04-25

Abstract

【課題】面圧が高い状態で圧入により形成された締め代が長い機械部品の提供。【解決手段】圧入部１１１を備える圧入部材１１０と、圧入部１１１が圧入された穴部１２１を有する被圧入部材１２０とを備え、圧入部１１１の先端部、および穴部１２１の開口端部の少なくとも一方に所定の圧入位置に誘い込むためのテーパ面１１５を備え、圧入の際に擦れ合う面である圧入面１１４とテーパ面１１５との間の肩部１１６に圧入面１１４からテーパ面１１５にわたって窪む陥凹部１３０を備える機械部品１００。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車などのステアリングシステムに用いられる機械部品、特に２つの機械要素が圧入により接続された機械部品、ウォーム減速機、および機械部品の製造方法に関する。

自動車を操舵するステアリングシステムは、様々な機械要素で構成されており、その一部は、２つの機械要素が圧入により接続されている。例えば特許文献１には、ウォームシャフトには軸継手が圧入された機械部品が記載されている。このウォームシャフトに軸継手が圧入された機械部品は、電動パワーステアリングシステムが備える操舵力補助装置の減速機を構成する部品などに用いられ、モータのトルクが伝達される。

特開２０１５−２００３７４号公報

２つの機械要素を圧入により接続する場合、様々な手法が採用される。例えば、機械要素の圧入部分の形状として、２つの機械要素が真っ直ぐ圧入できるような誘い込み形状が形成される場合がある。誘い込み形状とは、例えば圧入する際において圧入部分が最初に当接する肩部の少なくとも一方に設けられたテーパ形状である。また、圧入前に機械要素の圧入部分に油などの潤滑剤を塗布しておき、圧入方向の潤滑性向上を図る場合がある。

ところが、機械要素の圧入部分に誘い込み形状を設け、事前に潤滑剤を塗布した場合でも、高い面圧が必要な場合、圧入の途中で潤滑剤切れが発生し、圧入不良により完全に圧入できない場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、圧入により接続された機械部品、および、機械部品の製造方法を提供する。

本発明の１つである機械部品は、圧入部を備える圧入部材と、前記圧入部が圧入された穴部を有する被圧入部材とを備え、前記圧入部の先端部、および前記穴部の開口端部の少なくとも一方に所定の圧入位置に誘い込むためのテーパ面を備え、圧入の際に擦れ合う面である圧入面と前記テーパ面との間の肩部に前記圧入面から前記テーパ面にわたって窪む陥凹部を備える。

また、本発明の１つである機械部品の製造方法は、圧入部材が有する圧入部の先端部、および被圧入部材が有する穴部の開口端部の少なくとも一方に所定の圧入位置に誘い込むためのテーパ面を形成し、圧入の際に擦れ合う面である圧入面と前記テーパ面との間の肩部に前記圧入面から前記テーパ面にわたって陥凹部を形成し、前記陥凹部に潤滑剤を溜めた状態で、前記被圧入部材の前記穴部に前記圧入部材の前記圧入部を圧入する。

本発明に係る機械部品、ウォーム減速機、および機械部品の製造方法によれば、高い面圧で圧入された機械部品、装置を提供でき、高い面圧で圧入された機械部品を製造することができる。

機械部品の端部を示す斜視図である。機械部品の端部を分解して示す斜視図である。圧入部を示す斜視図である。陥凹部が圧入方向を含む面で分割されるように示した断面図である。被圧入部材を圧入部材側から示した斜視図である。機械部品の適用例である操舵力補助装置の内部構造を示す断面図である。機械部品の端部の別例を示す斜視図である。被圧入部材の別例を示す斜視図である。

次に、本発明に係る機械部品、ウォーム減速機、および機械部品の製造方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、機械部品の端部を示す斜視図である。図２は、機械部品の端部を分解して示す斜視図である。機械部品１００は、圧入部材１１０と、被圧入部材１２０とを備えている。機械部品１００の種類は、特に限定されるものではないが、本実施の形態では機械部品１００は、圧入部材１１０としてウォームシャフトを、被圧入部材１２０として軸継手に圧入することにより形成されてなる。

圧入部材１１０は、機械を構成する機械要素の１つであり、圧入により接合される圧入部１１１を備えている。本実施の形態の場合、圧入部材１１０は、ウォームシャフトであり、圧入部１１１と、丸棒の外周面にネジ状の歯が設けられた歯部１１３と、圧入部１１１と歯部１１３とを繋ぐ丸棒状の中間部１１２とを備えている。

図３は、圧入部を示す斜視図である。圧入部１１１は、被圧入部材１２０に圧入する際に被圧入部材１２０と接して擦れ合う圧入面１１４と、圧入面１１４の先端縁から先に向かうに従い徐々に縮径するテーパ面１１５とを備えている。圧入面１１４に続くテーパ面１１５は、圧入の初期段階において被圧入部材１２０を所定の位置に誘い込む部分である。

ウォームシャフトの一部である圧入部１１１の回転軸（圧入部材１１０全体の回転軸と同じ）は、圧入方向（図中Ｚ軸方向）と一致している。圧入面１１４の形状は、回転軸を軸中心とする円筒形状である。圧入完了後に被圧入部材１２０と接触する接合面も同形状であるため、モータ１５２のトルクは、接合面における摩擦力によって被圧入部材１２０を介して圧入部材１１０に伝達される。従って、圧入の際の面圧を高くし、接合面における静止摩擦力を高くする必要がある。本実施の形態で説明する機械部品１００は、特に高い面圧を必要とする箇所に効果的に適用可能である。

圧入部１１１の先端部において、テーパ面１１５と圧入面１１４との肩部１１６には圧入面１１４からテーパ面１１５にわたって窪む陥凹部１３０が設けられている。陥凹部１３０は、圧入部材１１０と被圧入部材１２０とを圧入する際に、油などの潤滑剤を貯留しておく部分である。陥凹部１３０に貯留した潤滑剤が、圧入の際に擦れ合う面に徐々に供給されるため、単に表面に潤滑剤を塗布した場合に比べて潤滑剤切れの発生を抑制することができ、高い面圧であっても圧入不良を起こすことなく所定の位置まで圧入することが可能となる。

陥凹部１３０の形状は、特に限定されるものではなく、ドーム状（部分球面状）であっても矩形状であってもかまわない。本実施の形態の場合、陥凹部１３０の形状は、圧入方向（圧入部１１１の軸方向）に延在する溝状であり、テーパ面１１５から圧入面１１４にわたって連通状態で窪んでいる。このように陥凹部１３０の形状を圧入方向に長く、圧入面１１４において圧入方向と交差する方向に短い形状とすることで、多くの潤滑剤を陥凹部１３０に貯留することができ、かつ、徐々に潤滑剤を擦れ合う圧入面１１４に供給することができる。また、圧入方向と直交する陥凹部１３０の淵の部分をできるだけ少なくすることで、圧入の際に陥凹部１３０に起因して発生する抗力を抑制することが可能となる。特に、図３に示すように、圧入面１１４において、圧入方向に向かって陥凹部１３０の幅を徐々に狭くする形状を採用することにより、発生する効力を弱めることが可能となる。

図４の陥凹部１３０近傍の断面図に示すように、圧入方向（図中Ｚ軸方向）において、陥凹部１３０のテーパ面１１５における長さａは、圧入面１１４における長さｂよりも長くなっている。陥凹部１３０の配置をこのようにすることにより、圧入の際に被圧入部材１２０と擦れ合う陥凹部１３０の淵の部分を少なくすることができ、抗力の発生を抑制することができる。また、圧入方向において、陥凹部１３０の圧入面１１４における長さｂは、圧入後の圧入部１１１と被圧入部材１２０とが接触している面（接合面）の長さｃの半分よりも短く設定することが好ましい。陥凹部１３０は、被圧入部材１２０との接合に寄与しないため、陥凹部１３０をこの状態に設定することで被圧入部材１２０との接合力の低下を抑制することが可能となる。

圧入部１１１の肩部１１６に配置する陥凹部１３０の個数は、特に限定されるものではないが、肩部１１６の全周にわたってある程度均等に複数個配置することが好ましい。なお、陥凹部１３０が多すぎると、圧入時の抗力が増加し、少なすぎると供給可能な潤滑剤の量が少なくなるため、陥凹部１３０の数は、機械部品１００の種類や用途などによって適宜選定される。

図５は、被圧入部材を圧入部材側から示した斜視図である。被圧入部材１２０は、機械部品１００を構成する機械要素の１つであり、圧入部材１１０の圧入部１１１が圧入される穴部１２１を備えている。本実施の形態の場合、被圧入部材１２０は、軸継手の一方であり、軸継手の他方と係合する係合部１２２と、貫通状の穴部１２１が設けられる円筒状の被圧入部１２３と、被圧入部１２３と係合部１２２とを接続するフランジ部１２４とを一体に備えている。

被圧入部材１２０の穴部１２１にも、圧入部材１１０の圧入部１１１が圧入される際に圧入部１１１と擦れ合う圧入面１１４と、圧入面１１４の圧入部材側の開口端縁から先に向かうに従い徐々に拡径するテーパ面１１５とを備えている。圧入部材１１０の場合と同様、テーパ面１１５は、圧入の初期段階において圧入部材１１０の圧入部１１１を所定の位置に誘い込む部分である。

軸継手の一部である穴部１２１の管軸は、圧入方向（図中Ｚ軸方向）と一致している。圧入部１１１の外周面と相接する被圧入部材１２０側の圧入面１１４の形状は、圧入部１１１の形状に対応した円筒形状であり、圧入完了後に圧入部１１１と接触する接合面も同形状である。

なお、本実施の形態の場合、穴部１２１の内周面である被圧入部材１２０側の圧入面１１４とテーパ面１１５との間の肩部１１６には陥凹部は設けられていない。

次に、本発明の実施の形態に係る機械部品１００が用いられる装置の一例を説明する。図６は、操舵力補助装置の内部構造を示す断面図である。同図に示す操舵力補助装置１５０は、電動パワーステアリングシステムに備えられる装置であって、モータ１５２を駆動源とし、操舵を補助するためのアシスト力をステアリングシャフト１６０に付与するウォーム減速機を備えた装置である。操舵力補助装置１５０は、ウォームハウジング１５３内に減速機構１５１としてウォームシャフトである圧入部材１１０とウォームホイール１６３とを備えている。また、ウォームシャフトの一端部には、モータ１５２のトルクを伝達するための軸継手の一方である被圧入部材１２０が圧入により接合されており、ウォームシャフトと軸継手とで機械部品１００を構成している。

なお、ウォーム減速機は、モータ１５２の出力軸であるモータシャフト（図示省略）と、軸継手の一方である被圧入部材１２０と噛み合う他方の軸継手（図示省略）を備えており、モータシャフトと他方の軸継手もウォームシャフトと一方の軸継手と同様に圧入されている。つまり、モータシャフトの圧入部の先端部、および他方の軸継手の穴部の開口端部の少なくとも一方にテーパ面が設けられており、圧入面とテーパ面との間の肩部に陥凹部が設けられている。

次に、機械部品１００の製造方法を説明する。まず、圧入部材１１０の圧入部１１１の先端部外周に圧入面１１４に続くテーパ面１１５を形成する。テーパ面１１５の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば切削加工により形成される。本実施の形態の場合、被圧入部材１２０の穴部１２１の開口端縁部にもテーパ面１１５を形成する。

次に、テーパ面１１５を形成することにより形成される圧入部１１１の肩部１１６に圧入面１１４からテーパ面１１５にわたって延在する陥凹部１３０を形成する。陥凹部１３０の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば鍛造、ブローチ加工、切削加工などを例示することができる。また、複数の陥凹部１３０に適合する複数の突起を備えた型部材を用いて複数の陥凹部１３０を一加工工程で形成してもかまわない。

次に、圧入部１１１の外周面を所定寸法の圧入面１１４となるように研削加工を行う。これにより、陥凹部１３０を形成した際に発生したバリ、変形などを除去することができる。なお、研削加工によって圧入面１１４に陥凹部１３０が圧入方向において所定長さ残存するように予め深く陥凹部１３０を形成する。

次に、圧入部１１１側の圧入面１１４に潤滑油などの潤滑剤を塗布し、陥凹部１３０に潤滑剤を充填する。一方、穴部１２１側の圧入面１１４にも潤滑剤を塗布してもかまわない。

次に、圧入部１１１側のテーパ面１１５と穴部１２１側のテーパ面１１５とを突き合わせ、圧入を開始する。このテーパ面１１５によって、穴部１２１の管軸と圧入部１１１の軸とが一致する様に相互に誘い込まれる。

次に、陥凹部１３０に潤滑剤を貯留した状態で、被圧入部材１２０の穴部１２１に圧入部材１１０の圧入部１１１を所定の位置まで圧入する。以上により機械部品１００が製造される。

以上の機械部品の製造方法によれば、圧入の際に圧入部１１１と穴部１２１とが擦れ合う圧入面１１４において、肩部１１６の周方向に複数個設けられた陥凹部１３０に貯留された潤滑剤が擦れ合う面に徐々に供給され続けるため、圧入荷重超過による圧入不良が発生することなく所定の位置まで圧入を行う事ができる。

特に、本実施の形態の機械部品１００のように、回転方向に係合関係がない接合面の場合、高い面圧が必要とされるが、このような状態の圧入であっても潤滑剤切れを起こすことなく所定の位置まで圧入を行う事が可能となる。

また、高い滑りトルク、高い抜け力が必要な機械部品１００のため、圧入部材１１０と被圧入部材１２０との締め代が広い場合であっても潤滑剤切れを起こすことなく所定の位置まで圧入を行う事が可能となる。

また、圧入開始から圧入終了までの間、潤滑剤の効果が安定し摩擦係数が安定するため、圧入荷重のバラツキが減少し、圧入不良を回避できる。

また、本実施の形態の機械部品１００は、圧入部材１１０と被圧入部材１２０との間で高い面圧、広い締め代が実現されている。従って、例えば圧入部材１１０と被圧入部材１２０との間で圧入方向に離れる方向に力が働くような部分、減速機におけるウォームシャフトと軸継手のように高いトルクを伝達するような部分に適用することが可能となる。

また、高い面圧の状態でも圧入部材１１０と被圧入部材１２０の軸心を容易に一致させることが可能となる。例えば、一組の軸継手の両側にそれぞれ圧入されるウォームシャフトの軸心とモータシャフトの軸心とのずれを防止することができる。従って、ウォームシャフトの軸心とモータシャフトの軸心とがずれることによる、ウォームシャフトとウォームホイールとの軸間距離がずれを防止し、軸間距離のずれによって発生するウォームシャフトとウォームホイールとの間の歯打ち音、偏摩耗を防止することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、図７に示すように、陥凹部１３０は、接触面とは接触しない位置に配置されるよう圧入してもかまわない。これによれば、圧入部材１１０と被圧入部材１２０との接合状態に陥凹部１３０が影響しないため好ましい。

また、陥凹部１３０は、圧入部材１１０の肩部１１６に設けるばかりでなく、図８に示すように、被圧入部材１２０の穴部１２１に設けられた圧入面１１４とテーパ面１１５との間の肩部１１６に設けてもかまわない。さらに、圧入部１１１の肩部１１６、および穴部１２１の肩部１１６の両方に陥凹部１３０を設けてもかまわない。この場合、圧入方向の先端部と後端部との両方に陥凹部１３０が存在し、圧入方向の両端部にそれぞれ位置する陥凹部１３０からそれぞれ潤滑剤を供給することができるため、圧入方向における締め代の長さが長い場合でも、潤滑剤切れを防止して圧入不良の発生を抑制することが可能となる。

また、図示した肩部１１６の形状は、尖った角状として記載したが、肩部１１６の形状は特に限定されるものではなく、アール（湾曲状）でもかまわない。

本発明に係る機械部品は、自動車のステアリングシステムなど、高い面圧で接合されていた機械部品が要求される箇所に適用可能である。

１００機械部品、１１０圧入部材、１１１圧入部、１１２中間部、１１３歯部、１１４圧入面、１１５テーパ面、１１６肩部、１２０被圧入部材、１２１穴部、１２２係合部、１２３被圧入部、１２４フランジ部、１３０陥凹部、１５０操舵力補助装置、１５１減速機構、１５２モータ、１５３ウォームハウジング、１６０ステアリングシャフト、１６３ウォームホイール

Claims

圧入部を備える圧入部材と、
前記圧入部が圧入された穴部を有する被圧入部材とを備え、
前記圧入部の先端部、および前記穴部の開口端部の少なくとも一方に所定の圧入位置に誘い込むためのテーパ面を備え、
圧入の際に擦れ合う面である圧入面と前記テーパ面との間の肩部に前記圧入面から前記テーパ面にわたって窪む陥凹部を備える
機械部品。
前記陥凹部の形状は、圧入方向に延在する溝状である
請求項１に記載の機械部品。
前記圧入部の前記圧入面の形状は円筒状であり、当該機械部品の回転軸は前記圧入面の管軸と一致する
請求項１または２に記載の機械部品。
圧入方向において、前記陥凹部のテーパ面における長さは、前記圧入面における長さよりも長い
請求項１から３のいずれか一項に記載の機械部品。
圧入方向において、前記陥凹部の前記圧入面における長さは、圧入後の前記圧入部と前記被圧入部材とが接触している接合面の長さの半分よりも短い
請求項１から４のいずれか一項に記載の機械部品。
前記陥凹部は、圧入後の前記圧入部と前記被圧入部材とが接触している接合面とは接触しない
請求項１から５のいずれか一項に記載の機械部品。
圧入部を備えるウォームシャフト、およびモータシャフトと、前記ウォームシャフトの前記圧入部が圧入された穴部を有する一方の軸継手と、前記モータシャフトの前記圧入部が圧入された穴部を有する他方の軸継手と、前記ウォームシャフトに噛み合ウォームホイールとを備えるウォーム減速機であって、
前記ウォームシャフトの前記圧入部の先端部、および一方の前記軸継手の前記穴部の開口端部の少なくとも一方に所定の圧入位置に誘い込むためのテーパ面を備え、
前記モータシャフトの前記圧入部の先端部、および他方の前記軸継手の前記穴部の開口端部の少なくとも一方に所定の圧入位置に誘い込むためのテーパ面を備え、
前記ウォームシャフトと一方の前記軸継手との組み合わせ、および前記モータシャフトと他方の前記軸継手との組み合わせのそれぞれにおいて、圧入の際に擦れ合う面である圧入面と前記テーパ面との間の肩部に前記圧入面から前記テーパ面にわたって窪む陥凹部を備える
ウォーム減速機。
圧入部材が有する圧入部の先端部、および被圧入部材が有する穴部の開口端部の少なくとも一方に所定の圧入位置に誘い込むためのテーパ面を形成し、
圧入の際に擦れ合う面である圧入面と前記テーパ面との間の肩部に前記圧入面から前記テーパ面にわたって陥凹部を形成し、
前記陥凹部に潤滑剤を溜めた状態で、前記被圧入部材の前記穴部に前記圧入部材の前記圧入部を圧入する
機械部品の製造方法。