(57)【要約】【課題】軽量で高トルクに耐える軸付歯車の提供。【解決手段】軸部材１１０と、回転軸ｒに沿って軸部材１１０が挿通状態で接合され、軸部材１１０より軟質の歯車本体１２０とを備える軸付歯車１００であって、歯車本体１２０の外周面に設けられる歯部１２１は、１５度以上、２５度以下の進み角γ１を有し、軸部材１１０は、歯車本体１２０と接合される外周面に歯部１２１の歯筋に沿って延在する複数の突条１１１を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と、回転軸に沿って前記軸部材が挿通状態で接合され、前記軸部材より軟質の歯車本体とを備える軸付歯車であって、
前記歯車本体の外周面に設けられる歯部は、１５度以上、２５度以下の進み角を有し、
前記軸部材は、前記歯車本体と接合される外周面に前記歯部の歯筋に沿って延在する複数の突条を備える
軸付歯車。
【請求項２】
前記軸部材は、前記歯車本体と接合されるカラーと、前記カラーに圧入される軸本体とを備える
請求項１に記載の軸付歯車。
【請求項３】
前記軸部材は、前記歯部の進み角と反対向きで同じ角度の仮想的な仮想歯部の歯筋に沿って延在する第二の突条を備える
請求項１または２に記載の軸付歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、進み角を有する樹脂製の軸付歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動パワーステアリング装置において、電動モータの動力を操舵機構に伝達する減速機には、動作音低減や軽量化のため樹脂製のウォームホイールが採用される場合がある。特許文献１に記載のウォームホイールは、樹脂製の歯車本体を形成する際に、金属製の軸部材がインサートされて成形されている。また、軸方向における軸部材と歯車本体とのずれを防止するために歯車本体と接合される軸部材の外周面には、軸方向に平行に延びる複数の第一の突条群と前記第一の突条群の谷筋の延長上において突出する第二の突条群が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００６／０７７８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の樹脂製のウォームホイールでは、ウォームシャフトから受ける力による軸方向の分力に基づき、２つの突条群の山筋と谷筋とが入れ替わる部分に応力が集中し、ここを起点として亀裂などの不具合が発生する。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ウォームホイールと軸部材との回転軸方向の位置ずれを抑制し、軸方向における軸部材との間の応力集中を抑制することができる軸付歯車の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の１つである軸付歯車は、軸部材と、回転軸に沿って前記軸部材が挿通状態で接合され、前記軸部材より軟質の歯車本体とを備える軸付歯車であって、前記歯車本体の外周面に設けられる歯部は、１５度以上、２５度以下の進み角を有し、前記軸部材は、前記歯車本体と接合される外周面に前記歯部の歯筋に沿って延在する複数の突条を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軸付歯車の稼働時において軸部材と歯車本体との接合部分における応力集中を回避し、強い摩擦力により回転軸方向における軸部材と歯車本体とのずれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る軸付歯車が適用されるパワーステアリング装置を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る軸付歯車を備える減速機の近傍を示す断面図である。
【図３】図３は、軸付歯車を示す側面図である。
【図４】図４は、軸付歯車の軸部材と歯車本体とを分離して示す側面図である。
【図５】図５は、軸付歯車を示す平面図である。
【図６】図６は、進み角と力との関係を示す図である。
【図７】図７は、軸付歯車の別例１として軸部本体、カラー、歯車本体を分離して示す側面図である。
【図８】図８は、軸付歯車の別例２として軸部材と歯車本体とを分離して示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明に係る軸付歯車の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
【００１１】
図１は、実施形態に係る軸付歯車が適用されるパワーステアリング装置を示す図である。図２は、実施の形態に係る軸付歯車を備える減速機の近傍を示す断面図である。これらの図に示すように、パワーステアリング装置２００は、ステアリングホイールなどと称される操舵部材２０１に接続され、操舵部材２０１による運転者の操舵に基づき、転舵輪２１０を転舵させる装置である。パワーステアリング装置２００は、伝達機構２２０と、転舵機構２３０と、アシスト機構２４０と、検出ユニット２５０とを備えている。
【００１２】
伝達機構２２０は、運転者が操舵部材２０１を回転させることによる発生する操舵トルクを転舵機構２３０に伝達する機構である。本実施の形態の場合、伝達機構２２０は、操舵トルクの伝達方向における上流側から順にステアリングシャフト２２１、インターミディエイトシャフト２２２、およびピニオンシャフト２２３を備えており、それぞれのシャフトは自在継手を介して連結されている。ステアリングシャフト２２１の先端には操舵部材２０１が取り付けられており、ステアリングシャフト２２１の中間部にはアシスト機構２４０、および検出ユニット２５０が取り付けられている。ステアリングシャフト２２１は、図２に示すように、操舵トルクを検出するため、上流側の入力軸２２４と出力軸である軸部材１１０に分割され、入力軸２２４と軸部材１１０とは、トーションバー２２６により連結されている。なお、分割されるシャフトはステアリングシャフト２２１に限定されるものではなく、ステアリングシャフト２２１の他、インターミディエイトシャフト２２２、またはピニオンシャフト２２３も入力軸と出力軸に分割されてトーションバーに連結されても構わない。
【００１３】
転舵機構２３０は、伝達機構２２０により伝達されたトルクを転舵輪２１０の転舵に変換する機構であり、ラックシャフト２３１、および一対のタイロッド２３２を備えている。ラックシャフト２３１は、ピニオンシャフト２２３に同軸で接続されるピニオン２３３に噛み合わされ、ピニオンの回転をラックシャフト２３１の往復動に変換する。ラックシャフト２３１の端部にそれぞれ連結されるタイロッド２３２は、ナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪２１０に連結されている。
【００１４】
アシスト機構２４０は、検出ユニット２５０から取得した操舵トルクを示す信号に基づきアシストトルクを発生させて伝達機構２２０、または転舵機構２３０に付与する機構であり、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２４１と、電動モータ２４２と、減速機２４３とを備えている。
【００１５】
ＥＣＵ２４１は、電動モータ２４２を備えるインバータ、インバータを制御する制御手段などを備えた装置であり、検出ユニット２５０から取得した操舵トルクを示す信号を処理し、車速などを考慮してアシストトルクを算出する。また、ＥＣＵ２４１は、算出したアシストトルクが伝達機構２２０などに付与できるように電動モータ２４２を制御する。
【００１６】
減速機２４３は、電動モータ２４２の回転速度を減速してトルクを増幅させ、伝達機構２２０等にトルクを付与する機構であれば、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、減速機２４３としては、図２に示すように、ウォームシャフト２４４と、ウォームシャフト２４４と噛み合うウォームホイールである軸付歯車１００とを備えるウォーム減速機が採用されている。ウォームシャフト２４４は、電動モータ２４２の回転軸と継手を介して同軸状に連結されている。ギヤハウジング２４６は、ブラケットなどを介して車体に固定されている。なお、軸付歯車１００の詳細については後述する。
【００１７】
検出ユニット２５０は、操舵トルクを検出するための装置であり、トルクセンサ２５１と、センサハウジング２５２を備えている。
【００１８】
トルクセンサ２５１は、入力軸２２４に少なくとも一部が取り付けられ、操舵部材２０１から入力軸２２４に伝達された操舵トルクを検出するセンサである。トルクセンサ２５１のセンシング方法は特に限定されるものではなく、磁歪式、ひずみゲージ式などを例示することができる。本実施の形態の場合、トルクセンサ２５１は、トーションバー２２６の上流側端部と下流側端部との相対的な捩れ量を磁気的に読み出すエンコーダである。
【００１９】
センサハウジング２５２は、入力軸２２４が挿通される開口部を有し、トルクセンサ２５１を収容する筐体である。センサハウジング２５２の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、円筒形状である。また、センサハウジング２５２は、減速機２４３のギヤハウジング２４６に固定されている。
【００２０】
図３は、軸付歯車を示す側面図である。図４は、軸付歯車の軸部材と歯車本体とを分離して示す側面図である。図５は、軸付歯車を示す平面図である。これらの図に示すように、軸付歯車１００は、進み角を有する歯車であって、軸部材１１０と、歯車本体１２０とを備えている。
【００２１】
歯車本体１２０は、回転軸ｒに沿って軸部材１１０が挿通状態で接合され、軸部材１１０より軟質の部材であり、１５度以上、２５度以下の範囲から選定される進み角を有する歯部１２１を外周面に備えている。歯車本体１２０の材質は、軸部材１１０よりも軟質であれば特に限定されるものではないが、例えばアルミニウムを主として含む金属、ポリアセタールなどの樹脂を例示することができる。本実施の形態の場合、歯車本体１２０は、６ナイロンなどと称されるポリアミド樹脂で円環状に形成されている。また、図４に示すように、歯車本体１２０に設けられている歯部１２１の進み角γ１は、２０度に設定されている。ここで、進み角とは、歯部１２１の歯すじ方向と、回転軸ｒに垂直な平面とのなす角度である。なお、樹脂製の歯車本体１２０としては、ガラス繊維など強化繊維などを含んでも構わない。
【００２２】
軸部材１１０は、トルクが入力される、またはトルクを出力する部材であり、歯車本体１２０と接合される棒状、または筒状の部材である。軸部材１１０の外周面には、セレーションなどと称される複数本の突条１１１が設けられている。突条１１１は、軸部材１１０の外周面から外方に向かって突出する山脈状の突起であり、歯部１２１の歯筋に沿うように延在している。ここで「沿う」とは、歯筋と平行、および、平行から製造誤差などを含んで並ぶ状態を意味するものとして使用している。
【００２３】
軸部材１１０を構成する材料は、歯車本体１２０よりも硬質であれば特に限定されるものではないが、例えば、鉄を主として含む鋼などの金属や、アルミニウムを主として含む金属などを例示することができる。また、突条１１１の進み角γ２は、図４に示すように歯部１２１の進み角γ１と同等であり２０度に設定されている。回転軸ｒに垂直な面における突条１１１の断面形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合は、三角形状である。突条１１１の径方向の高さ、および周方向の幅のそれぞれが、回転軸ｒの方向位置にかかわらず一定となっている。また、複数本の突条１１１は同形状であり、相互に平行に配置されている。なお、図３、図４においては、歯車本体１２０の厚さよりも軸部材１１０に突条１１１が設けられている領域の幅が広く示されているが、これに限定されるものではなく、歯車本体１２０の厚さと突条１１１が設けられている領域の幅は同等でも構わない。
【００２４】
また、軸付歯車１００の製造方法は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、軸付歯車１００は、歯車本体１２０と軸部材１１０の突条１１１が設けられている部分とが接合するように軸部材１１０をインサート部材として成形型に配置し、インサート成形することにより製造される。従って、歯車本体１２０の内周面には軸部材１１０の突条１１１が転写された状態となっており、歯車本体１２０と軸部材１１０との間で凹凸が相互に噛み合った状態となっている。
【００２５】
以上に説明したとおり、本実施の形態にかかる軸付歯車１００は、図６に示すように、歯車本体１２０の歯部１２１の進み角γ１と軸部材１１０に設けられた突条１１１の進み角γ２とが一致している。従って、ウォームシャフト２４４を電動モータ２４２で回転させた際に発生する力の方向は、突条１１１に発生する効力Ｎの方向と一致し、進み角γ１、および進み角γ２と直交する。従って、突条１１１の側面と突条１１１に噛み合っている歯車本体１２０の面との間に発生する摩擦力μＮが最大となる。以上により、軸部材１１０と歯車本体１２０との間において応力が集中することなく、回転軸ｒ方向の接合力を増加させることができ、歯車本体１２０が高トルクで回転しても軸部材１１０と歯車本体１２０とが回転軸ｒ方向にずれることを防止できる。
【００２６】
また、本実施の形態にかかる軸付歯車１００は、樹脂などの比較的軽量な（比重が小さい）材料により歯車本体１２０を形成できるにもかかわらず、高いトルクの入出力に耐えることができるため、減速機２４３、パワーステアリング装置２００などの能力の低下を招くことなく、軽量化に寄与することが可能となる。
【００２７】
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、前記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。
【００２８】
例えば軸部材１１０は、図７に分解状態で示すように、歯車本体１２０とインサート成形などにより接合され、外周面に突条１１１が設けられたカラー１１２と、カラー１１２に圧入される軸本体１１３とを備えても構わない。これにより、例えばカラー１１２と接合する歯車本体１２０の部分が座屈する前にカラー１１２の軸本体１１３とが滑る様な設定を採用することができ、不本意に高いトルクが入力された場合のフェールセーフとして機能させることが可能となる。また、事前に歯車本体１２０とカラー１１２とを接合したサブアッシーを製造することで、インサート成形などサブアッシーの製造を簡易化、小型化することができる。また、サブアッシーを汎用部品としておき、種類の異なる軸本体１１３をそれぞれ圧入などすることにより、豊富なバリエーションの軸付歯車１００を簡便に製造することが可能である。
【００２９】
また軸部材１１０は、図８に示すように、歯部１２１の進み角と反対向きで同じ角度の仮想的な仮想歯部の歯筋に沿って延在する複数の第二突条１１４を備えても構わない。つまり、第二突条１１４は、突条１１１の進み角γ２と同じ角度で反対向きの進み角γ３を備えている。また、突条１１１と第二突条１１４とは同じ領域内に交差するように配置されている。これによれば、進み角が逆の歯車本体１２０にも軸部材１１０を接合することができ、軸部材１１０の汎用性を向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、進み角を有する軸付歯車であって、別体の軸部材と歯車本体が一体となって形成される軸付歯車に適用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１００…軸付歯車、１１０…軸部材、１１１…突条、１１２…カラー、１１３…軸本体、１１４…第二突条、１２０…歯車本体、１２１…歯部、２００…パワーステアリング装置、２０１…操舵部材、２１０…転舵輪、２２０…伝達機構、２２１…ステアリングシャフト、２２２…インターミディエイトシャフト、２２３…ピニオンシャフト、２２４…入力軸、２２６…トーションバー、２３０…転舵機構、２３１…ラックシャフト、２３２…タイロッド、２３３…ピニオン、２４０…アシスト機構、２４２…電動モータ、２４３…減速機、２４４…ウォームシャフト、２４６…ギヤハウジング、２５０…検出ユニット、２５１…トルクセンサ、２５２…センサハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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