JP5765571B2 - ウォームホイール - Google Patents

Description

本発明はウォームホイールに関する。

特許文献１では、金属製の歯部と、金属製の軸部と、それらの金属製の歯部および金属製の軸部を金型内にインサートして成形され、歯部および軸部を連結する樹脂部材とを備えるウォームホイールが提案されている。
特許文献２では、合成樹脂製のウォームホイールと金属製の軸とをセレーション結合する構造が提案されている。

特許文献３では、金属製の保持体を金型内にインサートして樹脂製の歯部を成形するウォームホイールにおいて、保持体の外周面に波形状の凹凸を形成する技術が提案されている。

特開２０１０−１１２５５３号公報 実開平５−１６４５８号公報 特開２００２−１４５０８６号公報

特許文献１では、金属製の歯部を用いることで耐久性を向上させ、また、金属製の歯部および金属製の軸部間に樹脂を介在させることで、歯打ち音を低減することができるという利点がある。
ところで、金属製の軸と樹脂部材との結合に関して、特許文献２のようなセレーション結合を用いた場合、高トルクの負荷を受けたときに、樹脂部材のセレーション部において、クラックを発生し易い。また、高トルクの負荷を受けたときに、樹脂部材の内周のセレーション部が削り取られて、空回りを生ずるおそれがある。

一方、特許文献３のように、金属軸と樹脂部材との間を波形部付きの金属製の保持体で連結する技術を、特許文献１に適用した場合、構造が複雑となる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、構造が簡単であり、金属と樹脂との連結強度が高く且つクラックの発生を抑制することができるウォームホイールを提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、外周（２ａ）に歯（３）が形成された環状のウォームホイール本体（２）と、前記ウォームホイール本体の内周（２ｂ）に結合された外周（４ａ）を有する金属軸（４；４Ａ；４Ｂ）と、を備え、前記ウォームホイール本体は、前記金属軸をインサートしての樹脂成形によって前記金属軸に固定された環状の樹脂部（６；６Ａ；６Ｂ）を含み、前記金属軸の外周は、円筒面の一部である第１主面（７）と、前記第１主面から径方向（Ｘ１）の外方へ突出する凸部（８；８Ａ；８Ｂ）と、を含み、前記樹脂部の内周（６ｂ）は、前記第１主面に沿う第２主面（９）と、前記凸部に嵌合する凹部（１０）と、を有し、前記凸部は、第１凸湾曲部（２１）と、前記第１凸湾曲部を前記金属軸の周方向（Ｙ１）に挟んだ両側に配置された一対の第２凸湾曲部（２２；２２Ａ）と、各第２凸湾曲部を前記第１主面に接続し、前記第１主面に所定の交差角度（θ）で交差する一対の断面直線状部（２３）と、を有し、各第２凸湾曲部と第１凸湾曲部とは、互いの接続部（２４）において接線（ＣＬ１）を共有し、各第２凸湾曲部と対応する断面直線状部とは、互いの接続部（２５）において接線（ＣＬ２）を共有し、前記第２凸湾曲部の曲率半径（Ｒ２）が、前記第１凸湾曲部の曲率半径（Ｒ１）よりも小さくされているウォームホイール（１）を提供するものである。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、前記第１凸湾曲部および各前記第２凸湾曲部は、断面円弧状部であってもよい。

請求項３のように、各前記第２凸湾曲部は、順次に連接された径の異なる複数の断面円弧状部（３１，３２，３３）を含み、前記複数の断面円弧状部の曲率半径（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３）は、断面直線状部に近づくにしたがって小さくされていてもよい。
請求項４のように、ウォームホイール中心（Ｃ１）を中心とし、前記凸部の突出方向の中央位置を通過する円周（Ｐ１）上において、前記樹脂部が占める周長が、前記金属軸が占める周長よりも長くされていてもよい。

請求項１の発明は、下記のような知見に基づいてなされた。すなわち、金属軸の外周に、湾曲状の凸部を設ける場合において、金属軸に対する樹脂部の空回りを抑制できるのに必要な凸部の突出量を確保しつつ、且つクラックを抑制できる程度に凸部と金属軸の第１主面との交差角度を小さくするためには、曲率半径の大きな凸部を用いることが好ましい。この観点から、請求項１の発明では、曲率半径が相対的に大きい第１凸湾曲部を有する凸部を用いるが、仮に、第１凸湾曲部の両端を第１主面に直接接続した場合、交差角度がばらつくおそれがある。

そこで、凸部の両端に設けられた断面直線状部が第１主面と交差するようにした。これにより、交差角度をクラックの発生を抑制できる角度に精度良く且つ容易に設定することができる。また、第１凸湾曲部の端部と対応する断面直線状部とは、両者に対して接線を共有する第２凸湾曲部を介して連接されるので、応力集中が生ずることを抑制することができる。

また、インサート成形の最終段階で樹脂が硬化するときに熱収縮力が発生するが、これを相対的に大きい曲率半径を有する第１凸湾曲部によって主に受けることができるので、樹脂部に発生する熱収縮応力を低減することができる。この点からも交差部分からのクラック発生を抑制することができる。
また、金属製の軸部と樹脂部が直接嵌合するので、特許文献３のように金属製の保持体を介在させる場合と比較して、構造を簡素化することができる。

請求項２の発明によれば、第１凸湾曲部および第２凸湾曲部が断面円弧状部であるので、製造し易い。
請求項３の発明によれば、第２凸湾曲部として順次に連接された径の異なる複数の断面円弧状部を用いるので、第１湾曲凸部の端部と対応する断面直線状部とを滑らかにに接続することができる。応力集中が生ずることを一層抑制することができる。

請求項４の発明は下記のような知見に基づいてなされた。すなわち、請求項１〜３のように交差角度を精度良く所定の角度に設定して交差部分からのクラックを生じ難くしたウォームホイールを用いて、最弱部位を探すためのトルク負荷試験を実施したところ、クラックが発生する部位が、凸部の突出方向の中央位置に対向する樹脂部の部分となった。そこで、凸部の突出方向の中央位置を通過する円周上において、樹脂部が占める周長を金属軸が占める周長よりも長くすることで、樹脂部の実質的な強度を向上させて、全体としての耐クラック性を向上させた。

本発明の一実施形態のウォームホイールの部分断面正面図である。 軸方向に沿って切断されたウォームホイールの要部の断面図である。 ウォームホイール本体の樹脂部と金属軸との結合部分を拡大した断面図である。 図３の樹脂部と金属軸との結合部分をさらに拡大した断面図である。 本発明の別の実施形態のウォームホイールの要部の拡大断面図である。 本発明のさらに別の実施形態のウォームホイールの要部の部分断面正面図である。

以下には、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１は本発明の一実施形態のウォームホイールの部分断面正面図であり、図２は軸方向に沿って切断されたウォームホイールの断面図である。図１に示すように、ウォームホイール１は、外周２ａに歯３が形成された環状のウォームホイール本体２と、ウォームホイール本体２の内周２ｂに結合された外周４ａを有する金属軸４とを備えている。

ウォームホイール本体２は、外周５ａ（ウォームホイール本体２の外周２ａに相当）に歯３を複数周方向に並べて形成した環状の金属歯体５と、金属軸４および金属歯体５をインサートしての樹脂成形によって金属軸４および金属歯体５に固定された環状の樹脂部６とを備えている。
金属軸４の外周４ａは、円筒面の一部である第１主面７と、第１主面７から径方向Ｘ１の外方へ突出する凸部８とを備えている。凸部８は複数設けられ、金属軸４の周方向Ｙ１に等間隔に配置されている。一方、樹脂部６の内周６ｂは、第１主面７に沿う第２主面９と、凸部８に嵌合する凹部１０とを備えている。

金属歯体５の内周５ｂには、複数の結合歯１１が周方向に等間隔に設けられており、各結合歯１１は、円盤状をなし樹脂部６の外周６ａにインサート成形により結合されている。
図２に示すように、結合歯１１は、金属歯体５の軸方向Ｚ１の中央部に設けられている。結合歯１１の一対の側面１１ａは径方向Ｘ１に対して互いに逆向きに傾斜しており、一対の側面１１ａ間の幅が径方向Ｘ１の内方に向かうにしたがって拡がるようになっている。

図１および図２に示すように、樹脂部６の一対の側面６ｃのそれぞれには、複数の放射状に延びる凹溝１２が形成され、隣接する凹溝１２間に、放射状に延びるリブ１３が設けられている。
樹脂部６と金属軸４との結合部分を拡大した断面図である図３に示すように、凸部８は、第１凸湾曲部２１と、第１凸湾曲部２１を金属軸４の周方向Ｙ１に挟んだ両側に配置され、一端２２１が第１凸湾曲部２１の対応する端部２１１に接続された一対の第２凸湾曲部２２と、各第２凸湾曲部２２の他端２２２を第１主面７に接続し、第１主面７に所定の交差角度θで交差する一対の断面直線状部２３とを有している。

樹脂部６と金属軸４との結合部分をさらに拡大した断面図である図４に示すように、各第２凸湾曲部２２と第１凸湾曲部２１とは、互いの接続部２４において、接線ＣＬ１を共有している。また、各第２凸湾曲部２２と対応する断面直線状部２３とは、互いの接続部２５において、接線ＣＬ２を共有している。
図３に示すように、第１凸湾曲部２１および各第２凸湾曲部２２は、断面円弧状部に形成されている。また、各第２凸湾曲部２２の曲率半径Ｒ２が、第１凸湾曲部２１の曲率半径Ｒ１よりも小さくされている。

本実施形態によれば、下記の作用効果を奏する。金属軸４の外周４ａに、湾曲状の凸部８を設ける場合において、金属軸４に対する樹脂部６の空回りを抑制できるのに必要な凸部８の突出量を確保しつつ、且つクラックを抑制できる程度に凸部８と金属軸４の第１主面７との交差角度を小さくするためには、曲率半径の大きな凸部８を用いることが好ましい。この観点から、本実施形態では、相対的に大きい曲率半径Ｒ１を有する第１凸湾曲部２１を用いるが、仮に、第１凸湾曲部２１の一対の端部２１１，２１２を第１主面７に直接接続した場合、交差角度θがばらつくおそれがある。

そこで、凸部８の両端に断面直線状部２３を設け、その断面直線状部２３が第１主面７と交差するようにした。これにより、交差角度θをクラックの発生を抑制できる角度に精度良く且つ容易に設定することができる。
また、第１凸湾曲部２１の各端部２１１，２１２と対応する断面直線状部２３とは、両者２１，２３に対して接線ＣＬ１（ＣＬ２）を共有する第２凸湾曲部２２を介して連接されるので、応力集中が生ずることを抑制することができる。

また、インサート成形の最終段階で樹脂が硬化するときに熱収縮力が発生するが、これを相対的に大きい曲率半径を有する第１凸湾曲部２１によって主に受けることができるので、樹脂部６に発生する熱収縮応力を低減することができる。この点からも交差部分からのクラック発生を抑制することができる。
また、金属軸４とウォームホイール本体２の樹脂部６とが直接嵌合するので、特許文献３のように金属製の保持体を介在させる場合と比較して、構造を簡素化することができる。

また、第１凸湾曲部２１および各第２凸湾曲部２２が断面円弧状部であるので、製造し易い。
次いで、図５は本発明の別の実施形態のウォームホイールの要部を示している。図５を参照して、本実施形態が図３の実施形態と異なるのは、図３の実施形態の金属軸４の凸部８では、各第２凸湾曲部２２が単一の断面円弧状部で構成されていたのに対して、図５の実施形態の金属軸４Ａの凸部８Ａでは、各第２凸湾曲部２２Ａが、順次に連接された径の異なる３つの断面円弧状部３１，３２，３３で構成されている点である。

断面円弧状部３１，３２，３３の曲率半径Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は、第１凸湾曲部２１の曲率半径Ｒ１よりも小さく、また、断面円弧状部３１、断面円弧状部３２および断面円弧状部３３の順で、断面直線状部２３に近づくにしたがって小さくされている（Ｑ１＞Ｑ２＞Ｑ３）。
本実施形態によれば、第１湾曲凸部２１の端部２１１，２１２と対応する断面直線状部２３とを滑らかに接続することができるので、樹脂部６Ａに応力集中が生ずることを一層抑制することができる。なお、各第２凸湾曲部２２Ａを構成する断面円弧状部の数は、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。

次いで、図６は本発明のさらに別の実施形態のウォームホイールの要部を示している。図５に示すように、ウォームホイール中心Ｃ１を中心とし、金属軸４Ｂの凸部８Ｂの突出方向の中央位置を通過する円周Ｐ１上において、樹脂部６Ｂが占める周長が、金属軸４Ｂが占める周長よりも長くされている。
本実施形態によれば、凸部８Ｂの突出方向の中央位置を通過する円周Ｐ１上において、樹脂部６Ｂが占める周長を金属軸４Ｂが占める周長よりも長くしてあるので、樹脂部６Ｂの実質的な強度を向上させて、全体としての耐クラック性を向上させることができる。これは、交差角度θを所定の角度に精度良く設定して交差部分からのクラックを生じ難くしたウォームホイールを用いて、最弱部位を探すためのトルク負荷試験を実施したところ、クラックを発生する部位が、凸部８Ｂの突出方向の中央位置に対向する樹脂部６Ｂの部分であったという知見に基づく。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…ウォームホイール、２…ウォームホイール本体、２ａ…外周、２ｂ…内周、３…歯、４；４Ａ；４Ｂ…金属軸、４ａ…外周、５…金属歯体、５ａ…外周、６；６Ｂ…樹脂部、６ｂ…内周、７…第１主面、８；８Ａ；８Ｂ…凸部、９…第２主面、１０…凹部、２１…第１凸湾曲部、２２；２２Ａ…第２凸湾曲部、２３…断面直線状部、２４，２５…接続部、３１，３２，３３…断面円弧状部、Ｃ１…ウォームホイール中心、ＣＬ１，ＣＬ２…接線、Ｐ１…円周、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３…（断面円弧状部の曲率半径）、Ｒ１…（第１凸湾曲部の）曲率半径、Ｒ２…（第２凸湾曲部の）曲率半径、Ｘ１…径方向、Ｙ１…周方向、Ｚ１…軸方向、θ…交差角度

Claims (4)

1. 外周に歯が形成された環状のウォームホイール本体と、
   前記ウォームホイール本体の内周に結合された外周を有する金属軸と、を備え、
   前記ウォームホイール本体は、前記金属軸をインサートしての樹脂成形によって前記金属軸に固定された環状の樹脂部を含み、
   前記金属軸の外周は、円筒面の一部である第１主面と、前記第１主面から径方向の外方へ突出する凸部と、を含み、
   前記樹脂部の内周は、前記第１主面に沿う第２主面と、前記凸部に嵌合する凹部と、を有し、
   前記凸部は、第１凸湾曲部と、前記第１凸湾曲部を前記金属軸の周方向に挟んだ両側に配置された一対の第２凸湾曲部と、各第２凸湾曲部を前記第１主面に接続し、前記第１主面に所定の交差角度で交差する一対の断面直線状部と、を有し、
   各第２凸湾曲部と第１凸湾曲部とは、互いの接続部において接線を共有し、
   各第２凸湾曲部と対応する断面直線状部とは、互いの接続部において接線を共有し、
   前記第２凸湾曲部の曲率半径が、前記第１凸湾曲部の曲率半径よりも小さくされているウォームホイール。
2. 請求項１において、前記第１凸湾曲部および各前記第２凸湾曲部は、断面円弧状部であるウォームホイール。
3. 請求項２において、各前記第２凸湾曲部は、順次に連接された径の異なる複数の断面円弧状部を含み、
   前記複数の断面円弧状部の曲率半径は、断面直線状部に近づくにしたがって小さくされているウォームホイール。
4. 請求項１から３の何れか１項において、ウォームホイール中心を中心とし、前記凸部の突出方向の中央位置を通過する円周上において、前記樹脂部が占める周長が、前記金属軸が占める周長よりも長くされているウォームホイール。

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