JPH11294544A - ウォームホイールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣接部材との間隙確保等を図ったウォームホ
イールと、そのウォームホイールを高効率かつ低コスト
で製造する方法とを提供する。 【解決手段】 ウォームホイール３１は、金属を素材と
するホイール６１の外周に合成樹脂を素材とするギヤリ
ング６２を固着させることにより形成されている。ホイ
ール６１は、センサアウトプットシャフト７に外嵌する
ハブ部６３と、ギヤリング６２が外周面に固着されるリ
ム部６５と、ハブ部６３とリム部６４とを連結するディ
スク部６６とからなっている。また、ホイール６１は、
その中心にセンサアウトプットシャフト７が内嵌する軸
孔６７が形成されると共に、ハブ部６３がリム部６５に
対して所定量Ｌアキシャル方向（図４中左方）にオフセ
ットされ、これにより、ホイール６１の後面中央には凹
部６８が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合成樹脂製の歯面
を有するウォームホイールとそのウォームホイールを製
造する方法とに係り、詳しくは、ウォームホイールとそ
の隣接部材との間隙確保やウォームホイールの製造コス
ト低減等を図る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用の操舵系では、外部動力源を用
いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリ
ング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリ
ング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプ
が一般に用いられており、この油圧ポンプをエンジンに
より駆動するものが多かった。ところが、この種のパワ
ーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動すること
によるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時におい
て、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等
への採用が難く、比較的大排気量の自動車でも走行燃費
が無視できないほど低下することが避けられなかった。
そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モー
タを動力源とする電動パワーステアリング装置が近年注
目されている。電動パワーステアリング装置では、電動
モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエ
ンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時
にのみに起動されるために走行燃費の低下（オルタネー
タに係るエンジンの駆動損失）も抑えられる他、走行速
度等に応じた電子制御が極めて容易に行える等の特長を
有している。

【０００３】電動パワーステアリング装置では、電動モ
ータに比較的高回転・低トルクのものが使用されるた
め、電動モータとステアリングシャフトとの間に減速機
構が組み込まれる。減速機構としては、一組で大きな減
速比が得られること等から、ウォームギヤとウォームホ
イールとからなるウォーム減速機構が用いられることが
多い。ウォームギヤは電動モータの回転軸に連結される
一方、ウォームギヤに噛み合うウォームホイールはステ
アリングシャフトに外嵌され、これらがギヤボックスを
兼ねたモータハウジング内に配置される。また、ウォー
ムホイールには、駆動騒音を低減させたり、潤滑剤の供
給を不要にするべく、金属製のホイールのリム部に合成
樹脂製のギヤリングを固着させたものが用いられる。こ
の種のウォームホイールの製造にあたっては、生産効率
の向上や製造コストの低減を図るため、図８に示したよ
うな方法が採られている。すなわち、射出成形により金
属円筒８１の外周に合成樹脂のギヤリング層８２を形成
して円筒状のギヤ素材８３を製造した後、このギヤ素材
８３を所定の厚みに分断することにより、円板状のホイ
ール８４と円環状のギヤリング８５とからなるウォーム
ホイール８６を得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電動パワーステアリン
グ装置では、モータハウジングの上方にチルト機構やコ
ラプシブル機構が設けられることから、モータハウジン
グのステアリングシャフト方向での長さを極力短くする
ことが求められる。ところが、電動パワーステアリング
装置では、減速機構の他にトルクセンサもモータハウジ
ングに内蔵されるため、ウォームホイールとトルクセン
サの構成部材との間に所定の間隙を設ける都合上、モー
タハウジングを短縮することが困難であった。この問題
を解決するべく、本発明者は、図９に縦断面を示したよ
うに、ホイール８４の一端面の内周側に凹部８７を有す
るウォームホイール８６を製作し、この凹部８７にトル
クセンサの構成部材（二点鎖線で示す）８９を進入させ
ることにより、モータハウジングの短縮化を実現した。

【０００５】ところが、図９のウォームホイール８６の
製造に、円筒状のギヤ素材を分断する前述の方法を採っ
た場合、個々のウォームホイール８６に対して後加工
（切削加工等）によって凹部８７を形成しなければなら
ず、製造効率の低下や加工コストの増大が許容し難いも
のとなる。そこで、図１０に示したように、凹部８７を
有するホイール８４を鋳造等により予め製造した後、こ
れを金型９１，９２にセットし、溶融合成樹脂９３を金
型９１，９２内に射出してギヤリング８５を成形する方
法も試みた。しかし、この方法を採った場合、ホイール
８４の鋳造のみならず、溶融合成樹脂９３の射出を個々
のウォームホイール８６毎に行わねばならず、大量生産
を前提とした場合、多数の金型が必要となると共に、製
作工数や製造コストが増大することが避けられなかっ
た。本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、隣接部
材との間隙確保等を図ったウォームホイールと、そのウ
ォームホイールを高効率かつ低コストで製造する方法と
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明では、軸孔がその回転中心に形成さ
れたハブ部と、このハブ部に連結部を介して連結された
リム部とを有する金属製のホイールと、このホイールの
外周に固着された合成樹脂製のギヤリングとを有するウ
ォームホイールであって、前記ハブ部と前記リム部とが
アキシャル方向でオフセットされているものを提案す
る。このウォームホイールを用いれば、内周側に凹部が
形成される側の端面を対峙させることにより、トルクセ
ンサ等の構成部材が凹部に進入可能となる他、両端面の
形状によっては保管時等に積み重ねることもできる。

【０００７】また、請求項２の発明では、ハブ部の回転
中心に軸孔が形成されると共に当該ハブ部とリム部とが
アキシャル方向でオフセットされた複数の金属製のホイ
ールを当該軸心にマンドレルを挿通して積層する工程
と、積層されたホイール群の外周に合成樹脂製のギヤリ
ングを固着させる工程と、当該ギヤリングを各ホイール
毎に分断する工程とを含むウォームホイールの製造方法
を提案する。この製造方法を採用すれば、複数のウォー
ムホイールに対してギヤリングの射出成形が一度で行わ
れるため、大量生産を行う場合においても、金型を少な
くすることができると共に、個々のホイールを射出成形
金型にセットする必要もなくなる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。図１は、ステアリング装置の車室
側部分を示す側面図であり、同図中の符号１はステアリ
ングコラムを示す。ステアリングコラム１は、アジャス
ティングブラケット２を介して車体側メンバ３に固定さ
れたアッパステアリングコラム（以下、アッパコラムと
略称する）４と、車体側メンバ３に直に固定されたロア
ステアリングコラム（以下、ロアコラムと略称する）５
とから構成されている。尚、本実施形態のステアリング
装置には衝撃吸収機構が組み込まれており、二次衝突時
等に図示しないカプセルが破断してアッパコラム４が脱
落するが、煩雑になるためその詳細は省略する。

【０００９】アッパコラム４にはアッパステアリングシ
ャフト６が回動自在に支持され、ロアコラム５にはセン
サアウトプットシャフト７が回動自在に支持されてい
る。また、アッパステアリングシャフト６の上端にはス
テアリングホイール８が装着される一方、センサアウト
プットシャフト７の下端にはユニバーサルジョイント９
を介してロアステアリングシャフト１０が連結されてい
る。図１中の符号１１は電動モータ１２や後述するトル
クセンサ等を保持・収納するモータハウジング、１３は
アジャスティングブラケット２に取り付けられたチルト
レバー、１４はアッパコラム４の下部を覆うエネルギー
吸収用の鋼製ベローズをそれぞれ示す。また、１５はア
ッパコラム４を覆うコラムカバー、１６は車室とエンジ
ンルームとを区画するダッシュボードをそれぞれ示す。

【００１０】図２（図１中のＡ部拡大断面図）および図
３（図２中のＢ−Ｂ断面図）に示したように、アッパス
テアリングシャフト６は、ジョイントピン２１を介し
て、合成樹脂製のボールハブ２２と揺動自在に連結して
いる。また、ボールハブ２２は、ジョイントピンに対し
て９０゜位相がずれた位置に嵌入された一対のショート
ピン２３を介して、トルクセンサ２４のセンサインプッ
トシャフト２５に揺動自在に連結している。これによ
り、アッパステアリングシャフト６は、センサインプッ
トシャフト２５に対してジョイントピン２１とショート
ピン２３との交点を揺動ポイントＳＰとして揺動するこ
とになり、所定範囲内のジョイント角をもった状態でも
センサインプットシャフト２５に対して回転力を伝達す
ることができる。

【００１１】トルクセンサ２４は、上述したセンサイン
プットシャフト２５の他に、センサインプットシャフト
２５とセンサアウトプットシャフト７との相対回転に伴
って前後方向（図２中左右方向）に移動するスライダ２
６、スライダ２６を後方に付勢するコイルスプリング２
７、センサアウトプットシャフト７とスライダ２６との
間に介装されたガイドボール２８、スライダ２６の移動
を検出する図示しない位置センサ等から構成されてい
る。また、センサインプットシャフト２５は、トーショ
ンバー２９を介して、センサアウトプットシャフト７と
相対回転可能に連結されている。したがって、運転者が
アッパステアリングシャフト６を操舵すると、トーショ
ンバー２９が捻れてセンサインプットシャフト２５とセ
ンサアウトプットシャフト７とが相対回転し、スライダ
２６の移動量に基づいて操舵トルクが検出される。

【００１２】センサアウトプットシャフト７には、トル
クセンサ２４の近傍にウォームホイール３１が外嵌・固
着されている。ウォームホイール３１は、電動モータ１
２の図示しない回転軸に接続されたウォームギヤ３２と
噛み合っており、電動モータ１２の回転が減速されてセ
ンサアウトプットシャフト７に伝達される。本実施形態
の場合、ウォームホイール３１は、図４に拡大縦断面を
示したように、金属（アルミ合金や鋳鉄等）を素材とす
るホイール６１の外周に合成樹脂（ナイロンやポリプロ
ピレン等）を素材とするギヤリング６２を固着させるこ
とにより形成されている。

【００１３】ホイール６１は、センサアウトプットシャ
フト７に外嵌するハブ部６３と、ギヤリング６２が外周
面に固着されるリム部６５と、ハブ部６３とリム部６４
とを連結するディスク部６６とからなっている。また、
ホイール６１は、その中心にセンサアウトプットシャフ
ト７が内嵌する軸孔６７が形成されると共に、ハブ部６
３がリム部６５に対して所定量Ｌアキシャル方向（図４
中左方）にオフセットされ、これにより、ホイール６１
の後面中央には凹部６８が形成されている。図２中、符
号３３はセンサアウトプットシャフト７をロアコラム５
に回動自在に支持させるボールベアリングを示し、３４
はセンサアウトプットシャフト７にウォームホイール３
１を固定する止め輪を示す。

【００１４】アッパステアリングシャフト６は、センサ
アウトプットシャフト７側のインナシャフト３５と、ス
テアリングホイール８側のアウタシャフト３６とからな
っている。これにより、自動車の衝突時に運転者がステ
アリングホイール８に二次衝突した際、アッパステアリ
ングシャフト６は、所定値以上の軸方向加重が作用する
と、インナシャフト３５がアウタシャフト３６内に進入
することによりコラプス（短縮）して衝突エネルギーを
吸収する。同様に、アッパコラム４も、センサアウトプ
ットシャフト７側のインナチューブ３７と、ステアリン
グホイール８側のアウタチューブ３８とからなってお
り、アッパステアリングシャフト６と同時にコラプスす
る。尚、前述した鋼製ベローズ１４は、その先端がイン
ナチューブ３７に固定され、後端がアウタチューブ３８
に固定されている。

【００１５】モータハウジング１１の後部には鋼板プレ
ス成形品のハウジング側カプラ４１がボルト締めされて
いる。ハウジング側カプラ４１には、後面の左右端から
一対のブラケット４３が後方に向けて延設されており、
これらブラケット４３には、側方視で前述したアッパス
テアリングシャフト６の揺動ポイントＳＰに対応する位
置に、それぞれピン孔４４が穿設されている。また、ア
ッパコラム４のインナチューブ３７には、その先端に鋼
板プレス成形品で円板状のコラム側カプラ５１が溶接に
より固着・一体化されている。コラム側カプラ５１に
は、その左右端から一対のアーム５２が平行するかたち
で前方に向けて延設されると共に、これらアーム５２に
はハウジング側カプラ４１のピン孔４４と同径のピン孔
５３がそれぞれ穿設されている。尚、コラム側カプラ５
１のアーム５２は、ハウジング側カプラ４１のブラケッ
ト４３の内側に嵌まり込むべく、その左右幅が小さく設
定されている。

【００１６】本実施形態の場合、ハウジング側カプラ４
１とコラム側カプラ５１とは、ピン孔４４，５３を貫通
する左右２本のリベット１６１により連結されている。
リベット１６１は、ハウジング側カプラ４１のピン孔４
４から挿入され、コラム側カプラ５１のピン孔５３を貫
通した後、加締められている。尚、この際の加締めは、
ハウジング側カプラ４１とコラム側カプラ５１とが容易
に相対回動できるように、両カプラ４１，５１のブラケ
ット４３，アーム５２間に若干の間隙を残すようになさ
れている。これにより、コラム側カプラ５１は、リベッ
ト１６１の軸心をチルトピボットとして、ハウジング側
カプラ４１に対して上下にチルト（揺動）可能となる。
なお、本実施形態はいわゆるチルトコラムであるが、本
発明によるウォームホイールはノンチルトコラムにも使
用できる。

【００１７】次に、ウォームホイール３１の製造手順に
ついて述べる。本実施形態では、ウォームホイール３１
の製造にあたって、先ずホイール６１を砂型鋳造やダイ
キャスト成形等により製作した後、図５に示したよう
に、センサアウトプットシャフト７と略同径のマンドレ
ル７１を軸孔６７に挿通させ、複数のホイール６１を積
層させてホイール群７２とする。この際、本実施形態の
ホイール６１では、前面の外形線と後面の外形線とが同
一となっているため、ホイール群７２の外周面には間隙
が生じない。

【００１８】次に、図６に示したように、ホイール群７
２を成形金型７３，７４内にセットした後、溶融合成樹
脂７５を成形金型７３，７４内に射出して、ホイール群
７２の外周にギヤリング層７６が固着したギヤ素材７７
を形成する。次に、ギヤリング層７６が冷却・硬化した
後、ギヤ素材７７を成形金型７３，７４から取り出し、
図７に示したように、各ホイール６１毎にギヤリング層
７６を切削・分断して、ホイール６１の外周にギヤリン
グ６２が固着・一体化したウォームホイール３１を得
る。

【００１９】このように、本実施形態では、異形のホイ
ール６１を有するウォームホイール３１を製造するにも
拘わらず、複数のウォームホイール３１に対してギヤリ
ング６２の射出成形を一度に行うため、大量生産を行う
場合であっても、ホイール６１に対する後加工が不要に
なると共に、射出成形用の金型も少なくでき、これによ
り、製造に要する工数やコストを大幅に削減することが
可能となった。

【００２０】以下、本実施形態の電動パワーステアリン
グ装置の作用を述べる。運転者がステアリングホイール
８を回転させると、アッパステアリングシャフト６およ
びセンサアウトプットシャフト７，ロアステアリングシ
ャフト１０を介して、その回転力が図示しないステアリ
ングギヤに伝達される。ステアリングギヤ内には、回転
入力を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構等
が内蔵されており、タイロッドを介して車輪の舵角が変
動して操舵が行われる。この際、モータハウジング２１
内のトルクセンサ２４の検出信号や車速等に基づき電動
モータ１２が正逆いずれかの方向に所定の回転トルクを
もって回転し、その回転が減速ギヤを介してセンサアウ
トプットシャフト７に伝達され、これにより操舵アシス
トが実現される。

【００２１】一方、本実施形態では、ウォームホイール
３１の後面中央に凹部６８が形成され、この凹部６８に
トルクセンサ２４のコイルスプリング２７やスライダ２
６が進入するため、モータハウジング１１の全長が従来
のものに比べて短縮されている。これにより、モータハ
ウジング１１の小型・軽量化が可能になると共に、前述
したチルトピボットを電動モータ１２寄りに配置するこ
とによる効果も得られた。すなわち、チルトピボットか
らステアリングホイール８までのとの間の距離が比較的
大きくとれるため、上下位置調整時におけるステアリン
グホイール８の傾斜変化が少なくなる他、インナシャフ
ト３５がアウタシャフト３６に進入する量（コラプシブ
ル量）の増大による衝突安全性の向上を実現できた。

【００２２】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記各実施形態は、電動パワーステアリング装
置用のウォームホイールに本発明を適用したものである
が、他の装置に用いられるウォームホイールに適用して
もよいし、スパーギヤやヘリカルギヤ等に適用してもよ
い。また、ホイールの具体的形状等についても、本発明
の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宜変更可能であ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るウォー
ムホイールによれば、軸孔がその回転中心に形成された
ハブ部と、このハブ部に連結部を介して連結されたリム
部とを有する金属製のホイールと、このホイールの外周
に固着された合成樹脂製のギヤリングとを有するウォー
ムホイールであって、前記ハブ部と前記リム部とがアキ
シャル方向でオフセットされているものとしたため、内
周側に凹部が形成される側の端面を対峙させることによ
り、他の装置の構成部材が凹部に進入可能となる他、両
端面の形状によっては保管時等に積み重ねることもでき
る。

【００２４】また、本発明に係るウォームホイールの製
造方法によれば、ハブ部の回転中心に軸孔が形成される
と共に当該ハブ部とリム部とがアキシャル方向でオフセ
ットされた複数の金属製のホイールを当該軸心にマンド
レルを挿通して積層する工程と、積層されたホイール群
の外周に合成樹脂製のギヤリングを固着させる工程と、
当該ギヤリングを各ホイール毎に分断する工程とを含む
ものとしたため、複数のウォームホイールに対してギヤ
リングの射出成形が一度で行われるため、大量生産を行
う場合においても、金型を少なくすることができると共
に、個々のホイールを射出成形金型にセットする必要も
なくなり、製造に要する工数やコストを大幅に削減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るステアリング装置の車室側におけ
る構造を示す説明図である。

【図２】図１中のＡ部拡大断面図である。

【図３】図２中のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】本発明に係るウォームホイールの拡大縦断面図
である。

【図５】本発明に係るウォームホイールの製造工程を説
明する概略図である。

【図６】本発明に係るウォームホイールの製造工程を説
明する概略図である。

【図７】本発明に係るウォームホイールの製造工程を説
明する概略図である。

【図８】従来のウォームホイールの製造工程を説明する
概略図である。

【図９】従来のウォームホイールの拡大縦断面図であ
る。

【図１０】従来のウォームホイールの製造工程を説明す
る概略図である。

【符号の説明】

１‥‥ステアリングコラム ７‥‥センサアウトプットシャフト １１‥‥モータハウジング １２‥‥電動モータ ２４‥‥トルクセンサ ３１‥‥ウォームホイール ３２‥‥ウォームギヤ ６１‥‥ホイール ６２‥‥ギヤリング ６３‥‥ハブ部 ６５‥‥リム部 ６６‥‥ディスク部 ６７‥‥軸孔 ７１‥‥マンドレル ７２‥‥ホイール群 ７３，７４‥‥成形金型 ７６‥‥ギヤリング層 ７７‥‥ギヤ素材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸孔がその回転中心に形成されたハブ部
   と、このハブ部に連結部を介して連結されたリム部とを
   有する金属製のホイールと、 このホイールの外周に固着された合成樹脂製のギヤリン
   グとを有するウォームホイールであって、 前記ハブ部と前記リム部とがアキシャル方向でオフセッ
   トされていることを特徴とするウォームホイール。
2. 【請求項２】 ハブ部の回転中心に軸孔が形成されると
   共に当該ハブ部とリム部とがアキシャル方向でオフセッ
   トされた複数の金属製のホイールを当該軸心にマンドレ
   ルを挿通して積層する工程と、 積層されたホイール群の外周に合成樹脂製のギヤリング
   を固着させる工程と、 当該ギヤリングを各ホイール毎に分断する工程とを含む
   ことを特徴とするウォームホイールの製造方法。