JP3553447B2

JP3553447B2 - ギヤ歯車

Info

Publication number: JP3553447B2
Application number: JP36147599A
Authority: JP
Inventors: 力尾曲; 義昭林
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-12-20
Also published as: JP2001065666A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウォーム減速機構等に用いられるギヤ歯車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば車両用ワイパ装置の駆動源（ワイパモータ）には、ウォーム減速機構が適用されており、このウォーム減速機構に用いられるギヤ歯車（ウォーム歯車）として、金属製の回転軸の一端部に樹脂材によるホイールギヤが一体に成形固定されたものが知られている（一例として、実開昭５７−１３９７２３号公報、実開昭５７−１４３８７０号公報）。
【０００３】
この種のギヤ歯車では、図１５に示す如く、回転軸６０に平行ローレット６２（またはセレーション）が施され、この平行ローレット６２部分に樹脂材にて一体にホイールギヤが成形されて固定されている。
【０００４】
ところで、このようなギヤ歯車では、回転軸６０に施された平行ローレット６２（またはセレーション）が図１６に示す如く鋸状であり、しかもそのローレットの深さは円周長さと条数によって制限される。このため、この回転軸６０とホイールギヤとの間の回転トルクが大きい場合には、平行ローレット６２やセレーションの軸方向長さを長くすることにより回転トルク強度を増加させて対処していた。
【０００５】
しかしながら、このような従来のギヤ歯車では、回転軸６０の平行ローレット６２やセレーション部分の周囲にホイールギヤの固定部（ボス部）が樹脂材にて一体に形成されるため、前記回転トルク強度を増加させるために平行ローレット６２やセレーションの軸方向長さを長くすると、ホイールギヤのボス部も必然的に軸方向に長くなり、樹脂材料が余分に必要となる。さらに、金属製の回転軸６０に樹脂材のホイールギヤを一体成形で固着させた複合部品であるため、樹脂材が冷却硬化する際には、回転軸６０部分の熱伝導が良いために冷却硬化し易く、その熱収縮によりホイールギヤに所謂「ヒケ」や「ソリ」が発生する。このホイールギヤの「ヒケ」や「ソリ」は、回転軸６０周囲のボス部の樹脂ボリュームが多いほど著しく、上記のようにボス部が長いとホイールギヤが全体として変形し、ギヤ歯がウォームギヤと噛合できなくなったりバックラッシュが大きくなったりし、またギヤ駆動時に音が発生する等の不具合があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、樹脂材から成るホイールギヤが金属製の回転軸に一体成形にて固着されたギヤ歯車において、簡単な加工で回転軸とホイールギヤとの間の回転トルク強度を充分に大きくでき、しかもホイールギヤ形成のための樹脂材料の量を抑えてコストを低減し、かつホイールギヤの変形による不具合発生をも防止することができるギヤ歯車を得ることが目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のギヤ歯車は、樹脂材から成るホイールギヤが金属製の回転軸に一体成形にて固着されたギヤ歯車において、前記回転軸は、軸方向から金型を押圧する冷間鍛造にて塑性変形されて軸方向に沿った複数の突条が外周面に形成された突条部と、前記突条部または前記突条部に隣接して周方向に沿って形成された抜止部と、を有するギヤ固定部を備え、前記ホイールギヤは、周縁にギヤ歯が形成された円板状のギヤ部と、前記ギヤ部を前記回転軸の前記ギヤ固定部に一体成形にて固着するボス部と、を備え、前記ボス部の樹脂材が、少なくとも前記抜止部に引っ掛かる状態で前記回転軸の前記ギヤ固定部に固着された、ことを特徴としている。
【０００８】
請求項１記載のギヤ歯車では、金属製の回転軸のギヤ固定部に、樹脂材から成るホイールギヤのボス部が一体成形によって固着されて構成される。
【０００９】
ここで、回転軸のギヤ固定部は、冷間鍛造にて回転軸に塑性変形を生じさせて軸方向に沿った複数の突条を形成しているので、鍛造加工による加工硬化によって素材強度自体を向上させることができると共に、切削粉などの廃材を発生させることもなく、さらに、突条の深さ（高さ）が突条の数や円周長さに制限されることなく設定できる。したがって、固着後の回転軸に対するホイールギヤの回転トルク強度を大きくできる。さらに、この回転トルク強度の向上によって突条の軸方向長さは短くてすむ。
【００１０】
これにより、回転軸周囲（ギヤ固定部周囲）のホイールギヤのボス部の樹脂ボリュームは少量ですむため、熱硬化後の所謂「ヒケ」や「ソリ」によるホイールギヤの変形が小さい。
【００１１】
またさらに、回転軸のホイールギヤに対する軸方向の抜け強度については、突条部または突条部に隣接して周方向に沿って抜止部が形成されているため、ギヤ固定部に充填されたホイールギヤのボス部の樹脂材は、軸方向に対してはこの抜止部に引っ掛かる状態で回転軸に固着されることになる。よって、この抜止部を突条部の形成と同じ冷間鍛造にて形成すれば、軸方向の抜けについても同じ加工装置で充分な強度を得ることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明のギヤ歯車は、請求項１記載のギヤ歯車において、前記突条部の各突条は、前記回転軸の軸線方向に直交する断面形状が略矩形状に形成されることを特徴としている。
【００１３】
ここで、従来のようにセレーションや平行ローレットの突条では、回転軸とホイールギヤとの間の回転トルクを鋸状の山となる斜面で受けるため、回転トルク強度は、突条の側面と樹脂材の接触面との接着強度に部分的に依存してしまうことになり、充分に大きな回転トルク強度を得ることはできない。
【００１４】
これに対し、請求項２記載のギヤ歯車では、突条部の各突条の断面形状が略矩形状に形成されているため、突条部分においては、回転軸に対するホイールギヤの回転方向に略垂直な面当たり状態（突条の側面で受ける状態）となる。すなわち、従来のように鋸状の山となる斜面で受けないため、ホイールギヤの回転軸に対する回転トルク強度をより大きなものとすることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明のギヤ歯車は、請求項１または請求項２記載のギヤ歯車において、前記回転軸の抜止部は、前記突条部の金型押圧側の端部に更なる押し出しによるしごきで形成された鍔部であることを特徴としている。
【００１６】
請求項３記載のギヤ歯車では、突条部の金型押圧側の端部には、突条部の形成と同じ冷間鍛造にて抜止部としての鍔部が形成されているため、ギヤ固定部に充填されたホイールギヤのボス部の樹脂材は、軸方向に対してはこの鍔部に引っ掛かる状態で回転軸に固着されることになる。したがって、回転軸のホイールギヤに対する軸方向の抜け強度、すなわち突条部の金型押圧側方向の抜けについても同じ加工装置で充分な強度を得ることができる。
【００１７】
なお、突条部の金型押圧側と反対側の端部は突条形成によってもともと端面が形成されるため、ホイールギヤのボス部の樹脂材はここに引っ掛かる状態で固着され、やはり軸方向（上記の金型押圧側と反対の方向への）抜け強度を確保できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の実施の形態に係るギヤ歯車１０が適用されて構成されたワイパ装置用のワイパモータ４０が一部破断した概略的な斜視図にて示されている。また、図２にはこのギヤ歯車１０の構成が断面図にて示されている。
【００１９】
ワイパモータ４０は、モータ部４０Ａ及びギヤ部４０Ｂが一体に設けられた構成となっている。モータ部４０Ａには図示を省略したアーマチャが収容されると共に、先端にはウォームギヤ４２が設けられている。このウォームギヤ４２は、ギヤ部４０Ｂのハウジング４４内に入り込んでおり、後に詳述するギヤ歯車１０のホイールギヤ１２に噛み合っている。
【００２０】
また、ワイパモータ４０のギヤ部４０Ｂには、ギヤ歯車１０が配置されている。ギヤ歯車１０は、樹脂材から成るホイールギヤ１２が金属製の回転軸１４に一体成形にて固着された構成となっており、ギヤ部４０Ｂのハウジング４４内にホイールギヤ１２が収容されると共に回転軸１４はハウジング４４から外部に突出している。このギヤ歯車１０のホイールギヤ１２に前述のウォームギヤ４２が噛み合っており、これにより、モータ部４０Ａが駆動することでギヤ歯車１０のホイールギヤ１２及び回転軸１４が一体に回転する構成となっている。
【００２１】
ここで、図３に詳細に示す如く、ギヤ歯車１０の回転軸１４には、軸方向一端部（先端部）にテーパー平目ローレット部１６及びネジ部１８が形成されており、図示しないワイパ装置駆動用のクランクアームが連結固定される。
【００２２】
また、ギヤ歯車１０の回転軸１４の軸方向他端部（基端部）には、ギヤ固定部２０が設けられている。このギヤ固定部２０は、軸方向から金型を押圧する冷間鍛造にて塑性変形され軸方向に沿った複数の突条２４が外周面に形成された突条部２２と、この突条部２２の金型押圧側の端部に更なる押し出しによるしごきで形成された抜止部としての鍔部２６及び段付き部２８を有している。突条部２２は、回転軸１４の本体部分よりも小径に形成されており、さらに、各突条２４は図４に示す如く軸線方向に直交する断面形状が略矩形状に形成されている。
【００２３】
一方、ホイールギヤ１２は、周縁にギヤ歯３２が形成された円板状のギヤ部３０と、このギヤ部３０を回転軸１４のギヤ固定部２０に一体成形にて固着するボス部３４と、を備えている。このホイールギヤ１２のボス部３４が回転軸１４のギヤ固定部２０に一体成形にて固着された構成である。
【００２４】
次に、本実施の形態の作用を前記ギヤ歯車１０の製造手順と併せて説明する。
【００２５】
上記構成のギヤ歯車１０は、樹脂材から成るホイールギヤ１２が金属製の回転軸１４に一体成形にて固着されて構成される。
【００２６】
ここで、このギヤ歯車１０の回転軸１４は、冷間鍛造によって突条部２２及び鍔部２６が形成される。すなわち、図５（Ａ）に示す如く、先ず、円柱材料Ｘを所定長さに切断する。次いで、図５（Ｂ）に示す如く、冷間鍛造（前方押し出し）によって材料前方側端部をテーパー状に形成する（テーパー部分Ｙ）。さらに、図５（Ｃ）に示す如く、このテーパー部分Ｙを、同様に冷間鍛造（前方押し出し）によって段付き状に形成する（段付き部分Ｚ）。
【００２７】
更に、図５（Ｄ）に示す如く、前記テーパー部分Ｙに、冷間鍛造（前方押し出し）によりテーパー平目ローレット部１６を形成する。
【００２８】
次に、図５（Ｅ）に示す如く、冷間鍛造（後方押し出し）によって材料後方側端部に軸方向に沿った複数の突条２４（鍛造溝）を形成する。これにより、突条部２２が成形されたことになる。さらに、図５（Ｆ）に示す如く、この突条部２２の金型押圧側の端部に、更なる押し出しによるしごきで鍔部２６及び段付き部２８を形成する。これにより、突条部２２と鍔部２６とを有したギヤ固定部２０が形成される。
【００２９】
さらに、図５（Ｇ）に示す如く、前記テーパー平目ローレット部１６の先端側の段付き部分Ｚに転造によりネジ部１８を形成して、回転軸１４自体が完成する。
【００３０】
さらに、このようにして加工された回転軸１４には、ギヤ固定部２０にホイールギヤ１２のボス部３４が一体成形にて固着されてギヤ歯車１０が完成する。すなわち、このギヤ歯車１０は、金属製の回転軸１４のギヤ固定部２０に、樹脂材から成るホイールギヤ１２のボス部３４が一体成形によって固着されて構成される。
【００３１】
ここで、表１には、本実施の形態に係るギヤ歯車１０と、回転軸に切削加工と転造加工とによって平行ローレットが形成されこの平行ローレットの周囲にホイールギヤが樹脂材にて一体に形成された従来のギヤ歯車の各データを比較して示している。
【００３２】
【表１】

【００３３】
本実施の形態に係るギヤ歯車１０では、回転軸１４のギヤ固定部２０に、冷間鍛造にて塑性変形させて突条２４間の溝部分の肉を突条部分に材料流れを生じせしめて軸方向に沿った複数の突条２４を形成しているので、鍛造加工による加工硬化によって素材強度自体を向上させることができると共に、切削粉などの廃材を発生させることもなく、さらに、突条２４の深さ（高さ）が突条２４の数や円周長さに制限されることなく設定できる。したがって、表１にて示す如く、固着後の回転軸１４に対するホイールギヤ１２の回転トルク強度を大きくできる。
【００３４】
さらに、突条部２２の各突条２４は、回転軸１４の軸線方向に直交する断面形状が略矩形状に形成されている。この場合、従来のギヤ歯車のようなセレーションや平行ローレットの突条では、回転軸１４とホイールギヤ１２との間の回転トルクを鋸状の山となる斜面で受けるため、回転トルク強度は、突条２４の側面と樹脂材の接触面との接着強度に部分的に依存してしまうことになり、充分に大きな回転トルク強度を得ることはできない。
【００３５】
これに対し、本第１の実施の形態に係るのギヤ歯車１０では、突条部２２の各突条２４の断面形状が略矩形状に形成されているため、突条２４部分においては、回転軸１４に対するホイールギヤ１２の回転方向に略垂直な面当たり状態（突条２４の側面で受ける状態）となる。すなわち、従来のように鋸状の山となる斜面で受けないため、ホイールギヤ１２の回転軸に対する回転トルク強度をより大きなものとすることができる。
【００３６】
また、このようにホイールギヤ１２の回転軸に対する回転トルク強度をより大きなものとすることができるため、突条２４の軸方向長さは短くてすむ。これにより、図６に示す如く、回転軸１４（ギヤ固定部２０）周囲のホイールギヤ１２のボス部３４の高さ寸法Ａを従来に比べて大幅に小さくすることができる。したがって、樹脂材によってホイールギヤ１２を成形するに際して、ボス部３４の樹脂ボリュームは少量ですむ。このため、図７（Ａ）に破線で示す如き熱硬化後の所謂「ヒケ」や図７（Ｂ）に破線で示す如き熱硬化後の所謂「ソリ」によるホイールギヤ１２の変形が小さい。したがって、ホイールギヤ１２の歯がウォームギヤ４２に噛合ができなくなったりバックラッシュが大きくなることがなく、またギヤ駆動時に音が発生することもない。
【００３７】
またさらに、回転軸１４のホイールギヤ１２に対する軸方向の抜け強度についても、突条部２２の金型押圧側の端部には、突条部２２の形成と同じ冷間鍛造にて鍔部２６が形成されているため、ギヤ固定部２０に充填されたホイールギヤ１２のボス部３４の樹脂材は、軸方向に対してはこの鍔部２６に引っ掛かる状態で回転軸１４に固着されることになる。よって、軸方向（突条部２２の金型押圧側方向）の抜けについても充分な強度を得ることができる。
【００３８】
なお、突条部２２の金型押圧側と反対側の端部は突条形成によってもともと端面が形成されるため、ホイールギヤ１２のボス部３４の樹脂材はここに引っ掛かる状態で固着され、やはり軸方向（上記の金型押圧側と反対の方向への）抜け強度を確保できる。
【００３９】
以上説明した如く、本実施の形態に係るギヤ歯車１０は、樹脂材から成るホイールギヤ１２が金属製の回転軸１４に一体成形にて固着された構成であって、簡単な加工で回転軸１４とホイールギヤ１２との間の回転トルク強度を充分に大きくでき、しかも固着後のホイールギヤ１２を小さくできると共にホイールギヤ１２形成のための樹脂材料の量を抑えてコストを低減し、かつ小型化をも図ることができる。
【００４０】
なお、前記実施の形態においては、回転軸１４のギヤ固定部２０に、回転軸１４の本体部分よりも小径の突条部２２が形成され、さらにこの突条部２２の端部に鍔部２６及び段付き部２８が形成された構成としたが、ギヤ固定部２０の構成（突条部２２の形状や鍔部２６の形成位置等）はこれに限らず、他の形状等であってもよい。
【００４１】
例えば、図８に示す回転軸５０の如く、本体部分と同径の突条部５２を設け、更に、各突条５４間に形成される凹溝５５の端が閉じて抜止部としての鍔部５６及び段付き部５８が形成される構成としても良い。
【００４２】
また、前記実施の形態においては、ギヤ固定部２０の突条部２２すなわち複数の突条２４は、回転軸１４の軸方向に平行に形成された構成としたが、これに限らず、図９に示す回転軸７０のギヤ固定部７２の如く、軸方向に沿って螺旋状にねじれた複数の突条７６が形成された突条部７４と、この突条部７４の金型押圧側の端部に形成された抜止部としての鍔部７８を有した構成としてもよい。この回転軸７０においても、ホイールギヤ１２の回転軸に対する回転トルク強度をより大きなものとすることができ、また、回転軸７０のホイールギヤ１２に対する軸方向の抜け強度についても、充分な強度を得ることができる。
【００４３】
さらに、前述した実施の形態においては、ギヤ固定部２０の抜止部としての鍔部２６が、突条部２２の金型押圧側の端部すなわち回転軸１４の軸方向端部に形成された構成としたが、抜止部の形成箇所や形状はこれに限るものではなく他の構成とすることもできる。
【００４４】
例えば、図１０に示す回転軸８０の如く、ギヤ固定部８２が、軸方向から金型を押圧する冷間鍛造にて塑性変形され軸方向に沿った複数の突条８６が形成された突条部８４と、この突条部８４を形成する際の溝部の押し出しによるしごきによって突条部８４の前方側端部に形成された抜止部としての鍔部８８と、を有した構成としてもよい。
【００４５】
また例えば、図１１に示す回転軸９０の如く、ギヤ固定部９２が、軸方向から金型を押圧する冷間鍛造にて塑性変形され軸方向に沿った複数の突条９６が形成された突条部９４と、この突条部９４を形成する際の突条９６の押し出しに伴って突条部９４（突条９６）の軸方向中央部分にこの突条９６に連続して突出形成された抜止部としての突起９８と、を有した構成としてもよい。
【００４６】
また例えば、図１２に示す回転軸１００の如く、ギヤ固定部１０２が、軸方向から金型を押圧する冷間鍛造にて塑性変形され軸方向に沿った複数の突条１０６が形成された突条部１０４と、この突条部１０４を形成した後に転造によりネジ部１８を形成する工程と同時に転造により形成され突条部１０４（突条１０６）の軸方向中央部分に形成された抜止部としての溝部１０８と、を有した構成としてもよい。この回転軸１００では、前述した実施の形態に係る回転軸１４の如く突条部２２の金型押圧側の端部に更なる押し出しによるしごきで鍔部２６を形成する工程を省略することができ、工程数及び設備費等を低減することができる。
【００４７】
また例えば、図１３に示す回転軸１１０の如く、ギヤ固定部１１２が、複数の突条１１６が形成された突条部１１４と、この突条部１１４を形成した後に転造によりネジ部１８を形成する工程と同時に転造により形成され突条部１１４（突条１１６）の軸方向前方側に形成された抜止部としての鍔部１１８と、を有した構成としてもよい。この回転軸１１０においても、転造によりネジ部１８を形成する工程と同時に鍔部１１８を形成することができるため、工程数及び設備費等を低減することができる。
【００４８】
また例えば、図１４に示す回転軸１２０の如く、ギヤ固定部１２２が、軸方向から金型を押圧する冷間鍛造にて塑性変形され軸方向に沿った複数の突条１２６が形成された突条部１２４と、この突条部１２４の溝部分１２５に更に形成された抜止部としての凹溝１２８と、を有した構成としてもよい。
【００４９】
上記図１１、図１２、図１４に示した実施の形態は、何れも突条部９４、１０４、１２４に抜止部を形成しているのでギヤ固定部９２、１０２、１２２の軸方向長さを短くでき、ホイールギヤ１２が一体成形される際のボス部３４の樹脂ボリュームを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車及びこのギヤ歯車が適用されて構成されたワイパ装置用のワイパモータを示す一部破断した概略的な斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の回転軸の構成を示す正面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の回転軸に設けられた突条部の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の回転軸の製造手順を示す工程図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車のホイールギヤを示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車のホイールギヤを示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の回転軸の他の例を示す正面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の回転軸の他の例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の回転軸の他の例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の回転軸の他の例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の回転軸の他の例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の回転軸の他の例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係るギヤ歯車の回転軸の他の例を示す斜視図である。
【図１５】従来のギヤ歯車の回転軸を示す正面図である。
【図１６】従来のギヤ歯車の回転軸に設けられたセレーションや平行ローレットの突条を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ギヤ歯車
１２ホイールギヤ
１４回転軸
２０ギヤ固定部
２２突条部
２４突条
２６鍔部
３０ギヤ部
３４ボス部
４０ワイパモータ

Claims

樹脂材から成るホイールギヤが金属製の回転軸に一体成形にて固着されたギヤ歯車において、
前記回転軸は、軸方向から金型を押圧する冷間鍛造にて塑性変形されて軸方向に沿った複数の突条が外周面に形成された突条部と、前記突条部または前記突条部に隣接して周方向に沿って形成された抜止部と、を有するギヤ固定部を備え、
前記ホイールギヤは、周縁にギヤ歯が形成された円板状のギヤ部と、前記ギヤ部を前記回転軸の前記ギヤ固定部に一体成形にて固着するボス部と、を備え、前記ボス部の樹脂材が、少なくとも前記抜止部に引っ掛かる状態で前記回転軸の前記ギヤ固定部に固着された、
ことを特徴とするギヤ歯車。
前記突条部の各突条は、前記回転軸の軸線方向に直交する断面形状が略矩形状に形成されることを特徴とする請求項１記載のギヤ歯車。
前記回転軸の抜止部は、前記突条部の金型押圧側の端部に更なる押し出しによるしごきで形成された鍔部であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のギヤ歯車。