JP4825550B2

JP4825550B2 - ウオームホイールの製造方法及びウオームホイール

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Publication number: JP4825550B2
Application number: JP2006059706A
Authority: JP
Inventors: 勝治渡辺; 康夫清水; 亮二豊福
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: JP2007237459A

Description

本発明は、金属製の芯金と、この芯金の外周に設けられる樹脂製の歯車部とからなるウオームホイールに関する。

ウオームホイールの製造方法として、金属製の芯金に樹脂製の歯車部を嵌合し、芯金を高周波電磁誘導によって加熱し、芯金と接触する歯車部を溶融させることによって、芯金に歯車部を固着する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１１８００６公報（図３）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１０は従来の技術の基本構成を説明する図であり、芯金１０１に歯車部１０２を嵌合させてなる嵌合部材１０３を準備し、加熱装置１１０で芯金１０１を加熱し、芯金１０１に歯車部１０２を加熱溶融させ、芯金１０１と歯車部１０２の結合強度を高める。

加熱装置１１０は、嵌合部材１０３の上下を保持する上部保持治具１１１及び下部保持治具１１２と、これら両治具１１１、１１２の外周に配置する加熱コイル１１３とを備える。そして、上部保持治具１１１及び下部保持治具１１２を加熱コイル１１３に対して上下移動且つ回転可能に形成することで、芯金の外周部１０４の誘導加熱及び歯車部１０２が有する内周部１１５の加熱溶融を行う。

図１１は溶融加熱してできあがった嵌合部材の断面図であり、芯金１０１と歯車部１０２の継ぎ部１１６から溶融樹脂がはみ出し、嵌合部材１０３の側面１１７、１１７に余剰部１１８、１１８が形成されることを示す。

嵌合部材１０３の継ぎ部１１６から、溶融樹脂がはみ出すことによって余剰部１１８、１１８が形成されるため、例えば、嵌合部材１０３を複数重ねて誘導加熱すると、嵌合部材１０３、１０３の余剰部１１８、１１８同士がつながり、隣り合う嵌合部材同士が固着する虞がある。このため、特許文献１の技術では、加熱装置１１０に嵌合部材１０３を１つづつセットして、継ぎ部１１６を溶着させており、生産性の点で改良の余地があった。
ウオームホイールの生産性を高める技術が望まれている。

本発明は、芯金と歯車部とからなる嵌合部材の生産性を高める技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、芯金とこの芯金の外周に設けられる樹脂製の歯車部とからなるウオームホイールの製造方法であって、複数個の芯金と複数個の歯車部とを各々準備する準備工程と、準備した芯金に歯車部を嵌合する嵌合工程と、嵌合工程で得た嵌合部材における芯金と歯車部の継ぎ部が、隣の嵌合部材の継ぎ部と密着しないように、継ぎ部間に隙間を保った状態で、複数個の嵌合部材を重ねる重ね工程と、重ねた複数個の嵌合部材を順次若しくは一括して加熱することで継ぎ部を溶着させる加熱工程と、歯車部に歯を切る歯切り工程とからなることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、芯金とこの芯金の外周に設けられる樹脂製の歯車部とからなるウオームホイールであって、芯金と歯車部との継ぎ部の軸方向端部に凹溝が設けられることで、この継ぎ部が芯金の一般面よりも軸方向に窪んでいることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、嵌合部材における芯金と歯車部の継ぎ部が、隣の嵌合部材の継ぎ部と密着しないように、継ぎ部間に隙間を保った状態で、複数個の嵌合部材を重ねる重ね工程と、重ねた複数個の嵌合部材を加熱することで継ぎ部を溶着させる加熱工程とを設けた。すなわち、継ぎ部間に隙間を保ったので、継ぎ部から溶融樹脂がはみだした余剰部が形成されても、余剰部同士はつながり難くなる。従って、隣り合う継ぎ部同士の固着を避けることができる。

隣り合う嵌合部材同士の固着が避けられるため、多数の嵌合部材をまとめて加熱することが可能となり、加熱工程の生産効率を高めることができる。
この結果、ウオームホイールの生産性を高めることができる。

請求項２に係る発明では、芯金と歯車部との継ぎ部に凹溝が設けられ、この継ぎ部が芯金の一般面よりも軸方向に窪んでいるようにしたので、継ぎ部から溶融樹脂がはみだして余剰部が形成されても、凹溝に余剰部が収納される。一般面から突出する突出部がないため、ウオームホイールの外観性を高めることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は金属製の芯金を準備する準備工程を説明する図である。
（ａ）において、芯金１１となる金属成形体１２を準備する。
金属成形体１２は、図示せぬウオームギヤの軸と嵌合する内周ボス部１４と、後述する歯車部と嵌合する外周ボス部１６とを備える。

この金属成形体１２は熱間鍛造によって成形するものである。熱間鍛造によって成形することによって、単に金属を所定形状に成形するというだけでなく、合金成分の均一化や鍛錬による強度向上を図ることができる。但し、高温・高圧での加工であることから、所定の寸法精度を確保するため、成形後に内周ボス部１４及び外周ボス部１６に表面仕上げを行う必要がある。
なお、金属成形体を冷間鍛造や焼結、プレス板成形体などによって成形することは差し支えない。

（ｂ）において、（ａ）で準備した円輪形状の金属成形体１２の外周ボス部１６に、粗面処理を行う。粗面処理によって、芯金１１とこの芯金１１と嵌合させる歯車部との間の接触面積を増やし、固着強度を向上する。詳細には、ローレット法により網目状のローレット目１８を形成し、このローレット目１８にサンドブラストを行う。なお、ローレット目１８の深さは、１〜３ｍｍ程度の深さに設定する。

（ｃ）において、（ｂ）で加工した金属成形体１２の外周ボス部１６に、結合材１９を塗布する。結合材１９としては、シランカップリング剤を利用する。

図２は樹脂製の歯車部を準備する準備工程を説明する図である。
（ａ）において、樹脂製の歯車部の素材となる樹脂成形体２３を準備する。樹脂成形体２３は、円筒形状を有する。

樹脂成形体２３は、熱可塑性樹脂の１つであるポリアミド樹脂を射出成形法やモノマーキャストにより成形したものである。樹脂成形体２３を得るために、この他、押出成形法などを利用することは差し支えない。

（ｂ）において、（ａ）で準備した樹脂成形体２３を所定厚さに切断し、所定形状をもつ複数個の歯車部１５・・・を準備する。
各々の歯車部１５は、内周面２１と、ウオーム歯が創成される面である外周面２４とを備える。前述のように、歯車部１５が有する内周面２１の直径は、芯金（図１の符号１１）の外周ボス部１６の直径Ｄ１６よりも僅かに小さな直径Ｄ２１（Ｄ２１＜Ｄ１６）を有する。

詳細には、歯車部１５に備える内周面２１の直径Ｄ２１は、外周ボス部１６の直径Ｄ１６に対して１〜３％程度小さく仕上げる。
また、ここでは、樹脂成形体２３を所定厚さに切断したが、あらかじめ切断した形状のものを射出成形法により作っても良い。

そして、次工程において、歯車部１５を芯金１１に嵌合容易にするため、歯車部１５を加熱して膨張させる。加熱温度は、芯金１１が有する外周ボス部１６の直径Ｄ１６及び歯車部１５が有する内周面２１の直径Ｄ２１によって決まるが、ポリアミド樹脂の場合、１３０〜１５０℃、好ましくは１４０℃程度に加熱しておく。

図３は芯金に歯車部を嵌合する嵌合工程を説明する図である。
（ａ）において、下治具３１に芯金１１を準備し、上治具３２に加熱膨張させた歯車部１５を準備し、上治具３２を矢印Ｐ方向に移動させ芯金１１に歯車部１５を嵌合させる。

（ｂ）は嵌合工程によって芯金１１に歯車部１５を嵌合させて得た嵌合部材３４を示す。嵌合部材３４は、芯金１１とこの芯金１１の外周である外周ボス部１６に設けられる樹脂製の歯車部１５とからなるウオームホイールの素材である。

図４は複数個の嵌合部材を重ねる重ね工程を説明する図である。
（ａ）において、保持治具４１を準備し、複数個の嵌合部材３４・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）を取り付ける。
保持治具４１は、嵌合部材３４・・・を保持する軸部材４２と、嵌合部材３４・・・の間に介在させ嵌合部材３４・・・の継ぎ部同士を密着しないようにするワッシャ部材４３・・・と、軸部材４２に嵌合部材３４・・・を固定するナット４５とからなる。

ここで、軸部材４２は、嵌合部材３４・・・を保持する鍔部４６を設け、この鍔部４６から軸部材４２を延ばし、この軸部材４２の端部にねじ部４７を形成してなる。

そして、保持治具４１の鍔部４６を下方に向け、ねじ部４７を上方に向けて配置し、軸部材４２にワークとしての嵌合部材３４に備える内周ボス部１４を嵌め、この嵌合部材３４の上にワッシャ部材４３を嵌め、このワッシャ部材４３の上に別の嵌合部材３４を嵌め、以降、ワッシャ部材４３と嵌合部材３４を交互に嵌め、ねじ部４７にナット４５を締め付け、保持治具４１に複数の嵌合部材３４・・・を取り付ける。

ワッシャ部材４３と嵌合部材３４を交互に嵌めたので、芯金１１の外周ボス部１６と歯車部１５の内周面２１の継ぎ目を継ぎ部５１とするとき、嵌合部材３４における芯金１１と歯車部１５の継ぎ部５１を、隣の嵌合部材３４の継ぎ部５１と離間させて配置することが可能となる。

（ｂ）は保持治具４１に複数の嵌合部材３４・・・を嵌め、ねじ部４７をナット４５で締付け、保持治具４１に複数の嵌合部材３４・・・の取り付けが完了したことを示す。

隣り合う継ぎ部５１、５１同士が接触しないようにワッシャ部材４３を介在させた。
すなわち、重ね工程において、嵌合工程で得た嵌合部材３４における芯金１１と歯車部１５の継ぎ部５１が、隣の嵌合部材３４の継ぎ部５１と密着しないように、継ぎ部５１、５１間に隙間５２を保った状態で、複数個の嵌合部材３４・・・を重ねる。
なお、隙間５２はワッシャ部材４３の厚さＴを調整することによって、任意の幅に設定可能である。

図５は複数個の嵌合部材を加熱することで継ぎ部を溶着させる加熱工程を説明する図である。
複数の嵌合部材３４・・・の取り付けが完了した保持治具４１の周囲に加熱コイル５４を配置し、この加熱コイル５４に対して保持治具４１を矢印Ａ方向に回転させるとともに、保持治具４１を矢印Ｓの方向に移動させながら外周ボス部１６・・・を電磁誘導により加熱し、歯車部１５・・・の内周面２１・・・を溶着させ、芯金１１・・・の外周ボス部１６・・・に溶融樹脂をなじませる。重ねた複数個の嵌合部材３４・・・を順次加熱することで継ぎ部５１を溶着させる。
また、ここでは、保持治具４１を矢印Ｓの方向に移動させたが、コイル５４を移動させても良く、この場合、作業スペースが小さくなる。

すなわち、継ぎ部５１間に隙間５２を保った状態で、複数個の嵌合部材３４・・・を重ねる重ね工程と、重ねた複数個の嵌合部材３４・・・を順次若しくは一括して加熱することで継ぎ部５１・・・を溶着させる加熱工程とを設けた。継ぎ部５１・・・間に隙間５２・・・を保ったので、継ぎ部５１・・・から溶融樹脂がはみだした余剰部が形成されても、余剰部同士はつながり難くなる。

従って、隣り合う継ぎ部５１、５１同士の固着を避けることができる。隣り合う嵌合部材３４、３４同士の固着がないため、多数の嵌合部材３４・・・をまとめて加熱することが可能となり、加熱工程の生産効率を高めることができる。
この結果、ウオームホイールを効率良く製造することができる。

なお、本実施例において、重ねた複数個の嵌合部材を順次加熱したが、加熱コイルの長さを長くして嵌合部材全体を覆うように設け、複数個の嵌合部材を一括して加熱することは差し支えない。

図６は歯車部の外周に歯を創成する歯切り工程を説明する図である。
（ａ）において、嵌合部材３４の外周面３５に側面視円弧形状の加工を行うことを示す。刃具５６を矢印Ｔの方向に回転させながら、嵌合部材３４の外周面３５を円弧形状５７に加工する。

（ｂ）において、（ａ）で加工済みの嵌合部材３４の外周面に歯切工具であるホブ５８を回転させながら徐々に近づけ、歯を創成することを示す。
本実施例では、（ａ）、（ｂ）と２工程としたが、ホ部５８の歯底に切り歯を備えることで、円弧形状に加工することと歯の創成の双方を１工程で行っても良い。
（ｃ）は（ｂ）で完成したウオームホイール６１を示す。

図７は図３の別実施例図であり、芯金１１Ｂに歯車部１５Ｂを嵌合させる。このとき、芯金１１Ｂに備える一般面６２Ｂの形状を変更し、一般面６２Ｂの形状変化に合わせて下治具３１Ｂの形状を変更した。
（ａ）において、下治具３１Ｂに芯金１１Ｂを準備し、上治具３２Ｂに加熱膨張させた歯車部１５Ｂをセットし、上治具３２Ｂを矢印Ｐ方向に移動させ、芯金１１Ｂに歯車部１５Ｂを嵌合する。

詳細には、芯金１１Ｂにその一般面６２Ｂよりも軸方向に凹ませた段面６３Ｂを設け、この段面６３Ｂが下治具３１Ｂの面３１ｆに係合するように下治具３１Ｂに凹部６５Ｂを設け、この凹部６５Ｂに一方の側面６７Ｂを嵌め芯金１１Ｂの位置決めを行う。そして、芯金１１Ｂに歯車部１５Ｂを嵌合させる。

（ｂ）は（ａ）で得た嵌合部材３４Ｂを示すとともに、この嵌合部材３４Ｂを複数重ねて取り付け、加熱コイル５４Ｂで継ぎ部５１Ｂ・・・を溶融させることを示す。

ウオームホイールの素材である嵌合部材３４Ｂは、芯金１１Ｂと歯車部１５Ｂとの継ぎ部５１Ｂを備え、この継ぎ部５１Ｂに芯金１１Ｂの側面である一般面６２Ｂの一部に、この一般面６２Ｂよりも軸方向に凹ませた段面６３Ｂを備える。

芯金１１Ｂと歯車部１５Ｂとの継ぎ部５１Ｂに段面６３Ｂが設けられ、この段面６３Ｂが芯金１１の一般面６２Ｂよりも軸方向に凹んでいるようにし、継ぎ部５１Ｂが、隣の嵌合部材の継ぎ部５１Ｂと密着しないように、継ぎ部５１Ｂ、５１Ｂ間に隙間５２Ｂを保つようにしたので、継ぎ部５１Ｂから溶融樹脂がはみだして余剰部が形成されても、段面６３Ｂに余剰部が入る余地があることで、余剰部同士はつながり難くなる。従って、隣り合う継ぎ部５１Ｂ、５１Ｂ同士の固着を避けることができる。
この結果、隣り合う嵌合部材３４Ｂ、３４Ｂ同士の固着が避けられるので、多数の嵌合部材３４Ｂ・・・をまとめて加熱することが可能となり、生産性を高めることができる。

図８は図３の更なる別実施例図であり、芯金１１Ｃに歯車部１５Ｃを嵌合させる。このとき、芯金１１Ｃに備える一般面６２Ｃの形状を変更するとともに歯車部１５Ｃに備える一般面７３Ｃの形状を変更した。

（ａ）において、下治具３１Ｃに芯金１１Ｃを準備し、上治具３２Ｃに加熱膨張させた歯車部１５Ｃをセットし、上治具３２Ｃを矢印Ｐ方向に移動させ、芯金１１Ｃに歯車部１５Ｃを嵌合させる。
詳細には、下治具３１Ｃに凸部７５を設け、この凸部７５に芯金１１Ｃの内周ボス部１４Ｃを係合させて芯金１１Ｃの位置決めを行う。

芯金１１Ｃにその一般面６２Ｃよりも軸方向に凹ませた内段面７６を設けるとともに、歯車部１５Ｃにその一般面７３よりも周方向に凹ませた外段面７７を設け、これら内段面７６と外段面７７とが嵌合後に対向するように設ける。

（ｂ）は（ａ）で得た嵌合部材３４Ｃを示すとともに、この嵌合部材３４Ｃを複数重ねて取り付け、加熱コイル５４Ｃで継ぎ部５１Ｃ・・・を溶融させることを示す。
嵌合部材３４Ｃは、芯金１１Ｃと歯車部１５Ｃとの継ぎ部５１Ｃを備え、この継ぎ部５１Ｃに凹溝７８を備える。

詳しくは、芯金１１Ｃと歯車部１５Ｃとの継ぎ部５１Ｃに芯金１１Ｃの一般面６２Ｃよりも軸方向に凹ませた内段面７６と歯車部１５Ｃの一般面７３Ｃを凹ませた外段面７７とを備える凹溝７８が形成される。

芯金１１Ｃと歯車部１５Ｃとの継ぎ部５１Ｃに凹溝７８が設けられることで、この継ぎ部５１Ｃが芯金１１Ｃの一般面６２Ｃよりも軸方向に窪んでいるようにし、継ぎ部５１Ｃが、隣の嵌合部材の継ぎ部５１Ｃと密着しないように、継ぎ部５１Ｃ、５１Ｃ間に隙間５２Ｃを保つようにしたので、継ぎ部５１Ｃから溶融樹脂がはみだして余剰部が形成されても、凹溝７８に余剰部が入る余地があることで、余剰部同士はつながり難くなる。従って、隣り合う継ぎ部５１Ｃ、５１Ｃ同士の固着を避けることができる。
この結果、隣り合う嵌合部材３４Ｃ、３４Ｃ同士の固着が避けられるので、多数の嵌合部材３４Ｃ・・・をまとめて加熱することが可能となり生産性を高めることができる。

図９は図８の変更図であり、芯金１１Ｄに歯車部１５Ｄを嵌合させる。このとき、芯金１１Ｄに備える双方の一般面６２Ｄ、６２Ｄの形状を変更するとともに歯車部１５Ｄに備える双方の一般面７３Ｄ、７３Ｄの形状を変更した。

（ａ）において、下治具３１Ｄに芯金１１Ｄを準備し、上治具３２Ｄに加熱膨張させた歯車部１５Ｄをセットし、上治具３２Ｄを矢印Ｐ方向に移動させ、芯金１１Ｄに歯車部１５Ｄを嵌合させる。

（ｂ）は（ａ）で得た嵌合部材３４Ｄを示すとともに、この嵌合部材３４Ｄを複数重ねて取り付け、加熱コイル５４Ｄで継ぎ部５１Ｄ・・・を溶融させることを示す。
嵌合部材３４Ｄは、芯金１１Ｄと歯車部１５Ｄとの継ぎ部５１Ｄを備え、この継ぎ部５１Ｄの上端及び下端に凹溝７８Ｄ、７８Ｄを備える。

芯金１１Ｄと歯車部１５Ｄとの継ぎ部５１Ｄの上端及び下端に芯金１１Ｄの一般面６２Ｄよりも軸方向に凹ませた内段面７６と歯車部１５Ｄの一般面７３Ｄを凹ませた外段面７７とを備える凹溝７８Ｄ、７８Ｄが嵌合部材３４Ｄの上部及び下部に形成される。

芯金１１Ｄと歯車部１５Ｄとの継ぎ部５１Ｄに設けられた凹溝７８Ｄ、７８Ｄ同士を対向させることで、隣り合う継ぎ部５１Ｄ、５１Ｄの間の隙間５２Ｄを大きく確保することができる。

従って、継ぎ部５１Ｄから溶融樹脂がはみだして余剰部が形成されても、凹溝７８Ｄに余剰部が入る余地が十分にあることで、余剰部同士は一層つながり難くなり、隣り合う継ぎ部５１Ｄ、５１Ｄ同士の固着を避けることができる。
隣り合う嵌合部材３４Ｄ、３４Ｄ同士の固着がより一層避けられるので、多数の嵌合部材３４Ｄ・・・をまとめて加熱することが可能となり生産性を一層高めることができる。

また、凝固した溶融樹脂が、芯金１１Ｄのスラスト方向に対する抜け止めとなるため、密着性が高まり、ウオームホイール全体としての剛性や耐久性が上がる他、芯金１１Ｄのローレット加工をあや目に加工する必要がなくなり、平目ローレットにすることが可能となるなど、品質及び生産性の向上を図ることができる。

加えて、芯金と歯車部との継ぎ部５１Ｄに凹溝７８Ｄ、７８Ｄが設けられ、この継ぎ部５１Ｄが芯金の一般面６２Ｄよりも軸方向に窪んでいるようにしたので、継ぎ部５１Ｄから溶融樹脂がはみだして余剰部が形成されても、凹溝７８Ｄ、７８Ｄに余剰部が収納される。一般面６２Ｄ、６２Ｄから突出する突出部がないため、ウオームホイールの外観性を高めることができる。

本発明は、金属製の芯金と樹脂製の歯車部とからなるウオームホイールの製造に好適である。

金属製の芯金を準備する準備工程を説明する図である。樹脂製の歯車部を準備する準備工程を説明する図である。芯金に歯車部を嵌合する嵌合工程を説明する図である。複数個の嵌合部材を重ねる重ね工程を説明する図である。複数個の嵌合部材を加熱することで継ぎ部を溶着させる加熱工程を説明する図である。歯車部に歯を切る歯切り工程を説明する図である。図３の別実施例図である。図３の更なる別実施例図である。図８の変更図である。従来の技術の基本構成を説明する図である。溶融加熱してできあがった嵌合部材の断面図である。

符号の説明

１０…ウオームホイール、１１…芯金、１５…歯車部、２４…歯車部の外周、３４、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ…嵌合部材、５１、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ…継ぎ部、５２、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ……隙間、７８、７８Ｄ…凹溝。

Claims

芯金とこの芯金の外周に設けられる樹脂製の歯車部とからなるウオームホイールの製造方法であって、
複数個の芯金と複数個の歯車部とを各々準備する準備工程と、
準備した前記芯金に前記歯車部を嵌合する嵌合工程と、
前記嵌合工程で得た嵌合部材における前記芯金と前記歯車部の継ぎ部が、隣の嵌合部材の継ぎ部と密着しないように、継ぎ部間に隙間を保った状態で、複数個の嵌合部材を重ねる重ね工程と、
重ねた複数個の嵌合部材を順次若しくは一括して加熱することで前記継ぎ部を溶着させる加熱工程と、
前記歯車部に歯を切る歯切り工程と、
からなることを特徴とするウオームホイールの製造方法。
芯金とこの芯金の外周に設けられる樹脂製の歯車部とからなるウオームホイールであって、
前記芯金と前記歯車部との継ぎ部の軸方向端部に凹溝が設けられることで、この継ぎ部が前記芯金の一般面よりも軸方向に窪んでいることを特徴とするウオームホイール。