JP3553447B2 - ギヤ歯車 - Google Patents
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Description
【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 (3)
- 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。
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