JP4852429B2 - ギア歯車およびギア歯車形成用の転造ダイス - Google Patents

Description

本発明は、車両に設けられるワイパモータのドライブシャフト等の回転軸にウォームギア等のギアホイールをモールド成形してなるギア歯車およびギア歯車形成用の転造ダイスの技術分野に属するものである。

いま、ワイパモータに設けられるドライブシャフトをギア軸の例として説明すると、金属製のドライブシャフトには、樹脂製のウォームギア（ギアホイールに相当する）がインサートモールドされているが、ウォームギア（またはギアホイール）はドライブシャフトに対し抜け止めかつ回り止め状に止着される必要があり、そのため従来のものは、ドライブシャフトのウォームギアのボス部が外嵌する外周面に、周回り方向に凹凸を繰り返すようにして刻設したセレーション溝と、該セレーション溝の軸芯方向中間部に周回り方向にリング状になった凹溝状のスリットとを刻設し、セレーション溝で周回り方向の回り止めをし、スリットで軸芯方向の抜け止め（滑り）を規制して抜け止めするようにしている（例えば特許文献１）。
特公昭６３−５３４０６号公報

ところが、前記従来のものは、スリットの幅が狭い（軸芯方向の長さが短い）ため、充分な抜け止め強度を確保できないという問題がある。そこで抜け止め強度をアップしようとして、スリットの幅を広げるか、スリットを軸芯方向に複数本設けることが提唱されるが、このようにすると、今度はセレーション溝の軸芯方向の溝長さが短くなって回り止め強度が低下するという問題がある。そこでギアを厚いものとして、スリットとセレーション溝との軸方向長さとを、必要強度に対応する長さを確保するか、セレーションの外径をシャフトより太くすることが提唱されるが、このようにすると、装置全体が大型化してしまったり、シャフト外形加工が複雑になるという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、ギア軸に樹脂材からなるギアホイールをモールド成形にて固着されたギア歯車において、ギアホイールが固着される部位におけるギア軸の外周面に、凹部と凸部とが周回り方向に繰り返される凹凸群を軸芯方向に複数形成し、隣接する凹凸群同士を、一方の凹凸群の凸部に他方の凹凸群の凹部を隣接せしめ、これら凹凸群同士の境界に段差状部が形成されていることを特徴とするものである。
請求項２の発明は、請求項１において、複数の凹凸群同士はそれぞれ凹部と凸部とが同じピッチで繰り返されるセレーション溝であり、隣接するセレーション溝同士が位相を異ならしめて設けられていることを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１において、隣接する凹凸群同士はそれぞれ凹部と凸部とが異なるピッチで繰り返されるセレーション溝であることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか一項において、隣接する凹凸群同士は、転造により同時形成されることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項１乃至３の何れか一項において、隣接する凹凸群同士のうちの一方は第一の転造により形成され、他方は該一方の凹凸群を形成した後の第二の転造で形成されることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか一項において、段差状部には、凹部に至る傾斜状の傾斜端面が形成されていることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、ギア歯車のギアホイールがモールド成形により固着される部位におけるギア軸の外周面に、凹部と凸部とが周回り方向に繰り返される凹凸群を、前記各凹凸群の凹部と凸部とに対向する凸部と凹部とが形成された複数の転造ダイスを用いて形成するにあたり、隣接する転造ダイス同士は、軸芯方向に凹部と凸部とが隣接するようにしてギア軸外周を転造するように構成したことを特徴とするものである。
請求項８の発明は、請求項７において、前記各転造ダイスは、転造ダイス同士が隣接する端部において、凸部の先端を傾斜状に切り欠いた切り欠き面が形成されていることを特徴とするものである。
請求項９の発明は、請求項７または８の何れか一項において、切り欠き面は、凸部の先端から凸部と凹部との中間部に至る部位を切り欠いて形成されていることを特徴とするものである。
請求項１０の発明は、請求項７乃至９の何れか一項において、複数の転造ダイスを一体化し、ギア軸の外周の複数の凹凸群が一回の転造で形成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明とすることにより、ギア軸の隣接する凹凸群同士の境界には、凹部と凸部とが互いに位置ズレすることにより段差状部が形成されるため、ギアホイールの抜け止め機能を呈することになって、ギア軸にスリットを形成しないにもかかわらず、確実、かつ、堅固な回り止めと抜け止めとを実現することができる。
請求項２または３の発明とすることにより、確実、かつ、堅固な回り止めと抜け止めとがセレーション溝の形成により簡単に実現できる。
請求項４の発明とすることにより、周回り方向にピッチの異なった状態の凹凸群同士を一度の転造工程で簡単に形成できる。
請求項５の発明とすることにより、凹凸群同士の境界における段差状部の形状が複雑化し、抜け止め効果を高めることができる。
請求項６の発明とすることにより、樹脂材の充填が確実になされ、ギアホイールのギア軸への一体化を一層確実、かつ、堅固に行うことができる。
請求項７の発明とすることにより、スリットを形成する必要がなくなり、ギア軸の加工効率を高めることができる。
請求項８の発明とすることにより、ギア軸にギアホイールをモールド成形する際の樹脂材の充填が効果的に行えて、ギアホイールの一体化を一層確実、かつ、堅固に行うことができる。
請求項９の発明とすることにより、ギアホイールの抜け止めが損なわれることなく、しかも、ギア軸にギアホイールをモールド成形する際の樹脂材の充填を効果的に行うことができる。
請求項１０の発明とすることにより、一回の転造加工で複数の凹凸群を形成することができて、加工効率を高めることができる。

ドライブシャフトの正面断面図である。 ドライブシャフト単体を示すものであって、（Ａ）が要部の拡大側面図、（Ｂ）が要部を展開した正面図、（Ｃ）が転造ダイスによる転造工程を説明する正面図である。 ドライブシャフトの要部斜視図である。 第二の実施の形態のドライブシャフト単体の要部の拡大側面図である。 第三の実施の形態のドライブシャフト単体の転造ダイスによる転造工程を説明する要部拡大正面図である。

符号の説明

１ ドライブシャフト
２ ウォームギア
３ 第一のセレーション溝
３ａ 凸部
３ｂ 凹部
４ 第二のセレーション溝
４ａ 凸部
４ｂ 凹部
５ 第一転造ダイス

次ぎに、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図中、１はワイパモータのドライブシャフト（本発明のギア軸に相当する）であって、該ドライブシャフト１の一端部には、外周にギア歯２ａが刻設されたウォームギア２（本発明のギアホイールに相当する）のボス部２ｂが一体的に外嵌支持されており、本発明のギア歯車に構成されている。尚、ギア歯車のギア歯に相当するウォームギア２は、ドライブシャフト１の一端部に樹脂材を射出成形等の手段により金型内の空間部分に充填してモールド成形することによりドライブシャフト１に一体化された状態で形成されている。そしてウォームギア２は、ギア歯２ａが図示しないモータ出力軸に刻設したウォームに噛合するように構成され、モータ駆動に連動して回転する構成になっていること等は何れも従来通りである。

前記ドライブシャフト１は、第一の実施の形態では次のように構成されている。つまり、ドライブシャフト１におけるウォームギアボス部２ｂが外嵌する一端部には、軸芯方向に並列する状態で第一、第二のセレーション溝（本発明の凹凸群に相当する）３、４が刻設されているが、これら第一、第二セレーション溝３、４は同径となるように形成されている。前記第一のセレーション溝３は、ボス部２ｂ外嵌部の軸芯方向一端側の一半側部位において形成されるものであって、ボス部２ｂの軸芯方向の嵌合長さの１／２の長さを有し、ドライブシャフト１の外周面に三角形状（四角形状を始めとする他の凹凸形状でも勿論良い）の凸部（山部）３ａ、凹部（谷部）３ｂが所定ピッチで周回り方向に繰り返される状態で形成されている。

これに対し、第二のセレーション溝４は、ドライブシャフト１のボス部２ｂ外嵌部の軸芯方向他半側の他半部位において形成されるものであって、ボス部２ｂの軸芯方向の嵌合長さの１／２の長さを有し、前記第一セレーション溝３と同様の凸部４ａ、凹部４ｂとが第一セレーション溝３と同ピッチで周回り方向に繰り返される状態で刻設されているが、該第二セレーション溝４は、前記第一のセレーション溝３に対して１／２ピッチだけ周回り方向に位相をずらす（位置ずれする）状態で刻設され、第一、第二セレーション溝３、４同士は、第一セレーション溝凸部３ａに第二セレーション溝凹部４ｂが軸芯方向に隣接し、第一セレーション溝凹部３ｂに第二セレーション溝凸部４ａが軸芯方向に隣接する配設状態となっている。これによって、第一、第二セレーション溝３、４とのあいだの境界部分（軸芯方向に直交する端面）に、凸部３ａ、４ａと凹部３ｂ、４ｂとの各内径の差に基づく段差状部Ｓがドライブシャフト１の周回り方向に一体に形成され、該段差状部Ｓがスリットと同様の機能を果し、モールド成形されたウォームギア２のドライブシャフト１からの抜け止めをするように設定されている。

つぎに、ドライブシャフト１に各セレーション溝３、４を形成する方法を説明するが、本実施の形態では、第一、第二セレーション溝３、４は一回の転造加工により同時形成されている。
つまり、第一、第二セレーション溝３、４は、それぞれのセレーション溝３、４に対応する溝が外周面に形成された円筒状の第一、第二転造ダイス５、６を用いて転造するが、第一、第二転造ダイス５、６の外周には、第一、第二セレーション溝３、４の凸部３ａ、４ａと凹部３ｂ、４ｂとの形成ピッチと同様に、これらに対向する凹部５ａ、６ａと凸部５ｂ、６ｂとが軸芯方向に長く形成されている。さらに、第一、第二転造ダイス５、６は、凸部５ｂ、６ｂの軸芯方向両端部には、凸部５ｂ、６ｂの先端から該凸部５ｂ、６ｂと凹部５ａ、６ａとのあいだ、つまり、凹部５ｂ、６ｂに至る中間部位までを傾斜状に切り欠くことで、凸部５ｂ、６ｂ側に傾斜状の切り欠き面５ｃ、６ｃが、凹部５ａ、６ａ側に転造ダイス５、６の軸芯方向に直交する直交面５ｄ、６ｄが形成されている。そして、本実施の形態では、これら第一、第二転造ダイス５、６とを、第一転造ダイス凸部５ａと第二転造ダイス凹部６ｂとが軸芯方向に並ぶように一体化し、このものをドライブシャフト１に押しあてて転造加工することで、第一、第二セレーション溝３、４を一回の転造加工でドライブシャフト１に形成するように設定されている。そして、このようにすることにより、ドライブシャフト１には、前述したように、第一セレーション溝３の凹部３ｂと第二セレーション溝４の凸部４ａとが軸芯方向に並んだ状態で形成され、これら第一、第二セレーション溝３、４の境界部分に段差状部Ｓが形成されるように設定されている。

このように、第一、第二転造ダイス５、６を用いてドライブシャフト１を転造する場合に、第一、第二セレーション溝３、４の溝深さは、第一、第二転造ダイス５、６の凸部５ｂ、６ｂから凹部５ａ、６ａに至る溝深さに相当するものが形成されることになるが、このものでは、第一、第二転造ダイス５、６の隣接する端部において凸部５ｂ、６ｂから凹部５ａ、６ａに至る凸部側において傾斜状の切り欠き面５ｃ、６ｃが形成され、凹部５ａ、６ａ側において直交面５ｄ、６ｄが形成されている。このため、第一、第二セレーション溝３、４の互いに隣接する部位である境界部分には、図２（Ｂ）に示すように、セレーション溝凸部３ａ、４ａの先端側（外径側）端部については、ダイス直交面５ｄ、６ｄに基づいてドライブシャフト１の軸芯方向に直交する直交端面３ｃ、４ｃが形成され、内径側のセレーション溝凹部３ｂ、４ｂ側については、第一、第二転造ダイス切り欠き面５ｃ、６ｃに基づいて、隣接する凸部４ａ、３ａに続く状態で傾斜状の傾斜端面３ｄ、４ｄが形成されように設定されている。

これによって、ドライブシャフト１の一端部にウォームギア２をモールド成形する場合に、樹脂材が傾斜端面３ｄ、４ｄを介して凹部３ｂ、４ｂ側に流れ込むように誘導されることになって、樹脂材とドライブシャフト１との一体化が確実になって周回り方向の一体化が強固に図れるうえ、ウォームギア２の軸芯方向の抜け止めについては、直交端面３ｃ、４ｃにより確実になされるように設定されている。
尚、図２（Ｂ）のドライブシャフト１の一端部における展開図においては、凸部３ａ、４ａの山頂部である山折りを実線で示し、凹部３ｂ、４ｂの谷底部である谷折りを破線で示している。

叙述のごとく構成された第一の実施の形態において、ウォームギア２は、第一、第二のセレーション溝３、４によって確りとした回り止めがなされると共に、該溝３、４同士の境界では、各凸部３ａ、４ａが、他方の凹部４ｂ、３ｂのあいだに位置することになって端面が軸芯方向から見たときに両側において齟齬状に露出して段差状となる構成となる。そしてこの齟齬状に露出する端面（段差）がウォームギア２の抜け止め機能を発揮することになり、この結果、従来のようにスリットを刻設する必要がないにもかかわらず、高い強度でのウォームギア２のドライブシャフト１からの抜け止めができる。そしてスリットを形成する必要がない分、ドライブシャフト１の長さを短くできることになって、コンパクト化にも寄与できる。

しかもこのものでは、第一、第二の転造ダイス５、６を位相ずれした状態で転造することにより、位相ズレしたセレーション溝部３、４を容易に形成することができ、しかも、凹溝状のスリットを刻設する必要がなくなるため、加工効率が向上する。

さらに、このものでは、転造ダイスに切り欠き面５ｃ、６ｃと直交面とが形成されているので、第一、第二セレーション溝３、４の境界に凸部３ａ、４ａ側直交端面３ｃ、４ｃが形成され、凹部３ｂ、４ｂ側に傾斜端面３ｃ、４ｃが形成されることになり、ウォームギア２をモールド成形する場合に、樹脂材が傾斜端面３ｄ、４ｄにより凹部４ｂ、３ｂ側へ誘導される状態で充填されることになって、ウォームギア２の一体化を確実、かつ、堅固に行うことができる。しかも、凸部３ａ、４ａ側には直交端面３ｃ、４ｃが形成されているので、ウォームギア2のドライブシャフト１からの抜け止めについても確実になされ、優れたギア歯車を提供することができる。

しかも、このものでは、第一、第二転造ダイス５、６を一体化して転造加工することにより、一回の転造で第一、第二セレーション溝３、４を形成することができ、加工効率をさらに向上させることができる。

本発明は、前記実施の形態に限定されないものであって、図４に示す第二の実施の形態のように、ドライブシャフトに形成される第一、第二の凹凸群（セレーション溝）７、８を形成する場合に、凸部７ａ、８ａと凹部７ｂ、８ｂの周回り方向のピッチを各異ならしたものでも、凸部と凹部７ａと８ｂ、８ａと７ｂとが軸芯方向に隣接することにより、周回り方向に段差状部を形成することが可能である。

さらにまた、図５に示す第三の実施の形態のようにすることも可能である。このものは、ドライブシャフト１に形成される第一の凹凸群９を第一転造ダイス１０を用いた転造加工により形成した後、同じピッチで１／２だけ位相をずらせた状態の第二の凹凸群１１を形成するべく第二転造ダイス１２を用いて転造加工して形成したものである。この場合に、第一、第二転造ダイス１０、１２は、前記第一の実施の形態と同様に、傾斜状の切り欠き面１０ａ、１２ａが形成されているが、このものでは、切り欠き面１０ａ、１２ａは、凸部１０ｂ、１２ｂから凹部１０ｃ、１２ｃに至る全域が傾斜面となっている。これによって、図５に示すように、第一、第二の凸部９ａ、１１ａの境界部位に、凹部１１ｂ、９ｂに至るようにして傾斜状部９ｃ、１１ｃが形成されている。しかもこの場合に、第一凹凸群９形成用の第一ダイス１０と、第二の凹凸群１１の形成用の第二ダイス１２とを、境界部位において重なる位置関係として転造することにより、境界部分に、軸方向に位置ズレした状態の段差を形成することができ、このようにした場合では、回り止め方向の一体化強度を一層高めることが可能となる。
また、軸芯方向に並設する凹凸群は必ずしも二個である必要はなく、必要において三個以上とすることもでき、そして個数が増えるに従い境界の数が増え、より高い抜け止め機能を発揮できる。さらには、複数の凹凸群の軸芯方向の長さを異ならしめた状態で形成したものであってもよい。

本発明のギア歯車および発明のギア歯車形成用の転造ダイスは、車両に設けられるワイパモータのドライブシャフトとして有用であり、特に、ウォームギアの抜け止め、回り止めに高い強度が必要な場合に有効である。

Claims (10)

1. ギア軸に樹脂材からなるギアホイールをモールド成形にて固着されたギア歯車において、ギアホイールが固着される部位におけるギア軸の外周面に、凹部と凸部とが周回り方向に繰り返される凹凸群を軸芯方向に複数形成し、隣接する凹凸群同士を、一方の凹凸群の凸部に他方の凹凸群の凹部を隣接せしめ、これら凹凸群同士の境界に段差状部が形成されていることを特徴とするギア歯車。
2. 請求項１において、複数の凹凸群同士はそれぞれ凹部と凸部とが同じピッチで繰り返されるセレーション溝であり、隣接するセレーション溝同士が位相を異ならしめて設けられていることを特徴とするギア歯車。
3. 請求項１において、隣接する凹凸群同士はそれぞれ凹部と凸部とが異なるピッチで繰り返されるセレーション溝であることを特徴とするギア歯車。
4. 請求項１乃至３の何れか一項において、隣接する凹凸群同士は、転造により同時形成されることを特徴とするギア歯車。
5. 請求項１乃至３の何れか一項において、隣接する凹凸群同士のうちの一方は第一の転造により形成され、他方は該一方の凹凸群を形成した後の第二の転造で形成されることを特徴とするギア歯車。
6. 請求項１乃至５の何れか一項において、段差状部には、凹部に至る傾斜状の傾斜端面が形成されていることを特徴とするギア歯車。
7. ギア歯車のギアホイールがモールド成形により固着される部位におけるギア軸の外周面に、凹部と凸部とが周回り方向に繰り返される凹凸群を、前記各凹凸群の凹部と凸部とに対向する凸部と凹部とが形成された複数の転造ダイスを用いて形成するにあたり、隣接する転造ダイス同士は、軸芯方向に凹部と凸部とが隣接するようにしてギア軸外周を転造するように構成したことを特徴とするギア歯車形成用の転造ダイス。
8. 請求項７において、前記各転造ダイスは、転造ダイス同士が隣接する端部において、凸部の先端を傾斜状に切り欠いた切り欠き面が形成されていることを特徴とするギア歯車形成用の転造ダイス。
9. 請求項７または８の何れか一項において、切り欠き面は、凸部の先端から凸部と凹部との中間部に至る部位を切り欠いて形成されていることを特徴とするギア歯車形成用の転造ダイス。
10. 請求項７乃至９の何れか一項において、複数の転造ダイスを一体化し、ギア軸の外周の複数の凹凸群が一回の転造で形成されていることを特徴とするギア歯車形成用の転造ダイス。

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