(57)【要約】【課題】従来では合成樹脂の歯部が歯芯部の傾斜状の外面形状に沿って被嵌状態に成形されるようになっているため、射出成形成形後におけるウォームホイールを金型内からの型抜性が悪化している。【解決手段】芯金１９の円板状の芯金本体２１の外周面に一体に有し、円周方向の等間隔位置に複数設けられた歯芯部２２と、該歯芯部を覆うように前記芯金本体の外周に設けられ、ウォームシャフトと噛み合う合成樹脂材からなるホイール歯部２０とを備えたウォームホイール構造である。前記歯芯部を、前記ウォームホイールの回転軸方向Ｐに沿ってほぼ直線状に延出形成する一方、前記ホイール歯部２０を前記軸方向に対して傾斜状のはす歯形に形成した。【選択図】図５
2006336814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材によって形成された芯金本体と、
該芯金本体の外周面に一体に有し、円周方向の等間隔位置に複数設けられた歯芯部と、
該歯芯部を覆うように前記芯金本体の外周に設けられ、ウォームシャフトと噛み合う合成樹脂材のホイール歯部とを備えたウォームホイール構造であって、
前記歯芯部を、ウォームホイールの回転軸方向に沿ってほぼ直線状に延出形成する一方、
前記ホイール歯部を前記軸方向に対して傾斜状のはす歯形に形成したことを特徴とするウォームホイール構造。
【請求項２】
ステリングホィールに接続された操舵軸と、
該操舵軸に結合されて、外周に複数の歯部が形成されたウォームホイールと、
該ウォームホイールに噛み合うウォームシャフトと、
該ウォームシャフトに設けられて、該ウォームシャフト及びウォームホイールを介して前記操舵軸に操舵アシスト力を付与する電動機と、
前記操舵軸に設けられた操舵状態検出手段の出力信号に基づいて前記電動機を制御する電動機制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記ウォームホイールを、
金属材によって形成された芯金本体と、
該芯金本体の外周面に一体に有し、円周方向の等間隔位置に複数設けられた歯芯部と、
該歯芯部を覆うように前記芯金本体の外周に設けられて、合成樹脂材によって形成されたホイール歯部とによって構成し、
前記歯芯部を、前記ウォームホイールの回転軸方向に沿ってほぼ直線状に延出形成する一方、
前記ホイール歯部を前記軸方向に対して傾斜状のはす歯形に形成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、芯金の外周に合成樹脂材を被覆して複数の歯を形成するウォームホイール構造及びこのウォームホイールが用いられる例えば車両の電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来のウォームホイール構造としては、以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。
【０００３】
このウォームホイールは、車両の電動パワーステアリング装置の減速機構に適用されたもので、バックラッシュによるラトル音低減や耐摩耗性及び伝達効率の向上を図るために、歯車状の芯金の外周に合成樹脂材によって複数のホイール歯部が形成された二重構造に形成されている。
【０００４】
前記芯金は、肉厚円板状の芯金本体の外周面に、前記複数のホイール歯部の基部を構成する歯芯部が一体に形成されており、この歯芯部は、ウォームホイールの軸方向に対して傾斜状のはす歯形に成形されていると共に、この外面形状に沿って合成樹脂材の前記ホイール歯部が被覆状態に成形されている。
【０００５】
そして、前記複数の歯部は、射出成形によって形成され、予め粉末合金などで成形された歯車状の前記芯金を射出成形金型内に配置して、該金型内に合成樹脂材を注入して傾斜状の歯芯部の外周に沿った傾斜状のはす歯形に形成されるようになっている。
【特許文献１】特開２００２−２１９８０号公報（図１、図２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来のウォームホイール構造にあっては、前述のように、前記芯金の歯芯部が、ウォームホイールの軸方向に対して傾斜状に形成されていると共に、前記合成樹脂材のホイール歯部が歯芯部の傾斜状の外面形状に沿って被嵌状態に成形されるようになっているため、かかる成形後においてウォームホイールを射出成形金型内からの型抜性が悪化する。
【０００７】
すなわち、前記歯芯部が、前記ホイール歯部の形状に合わせて傾斜状に形成されていることから、前記射出成形金型が軸方向に分割されるタイプのものである場合には、成形後のウォームホイールを前記金型から軸方向へ引き抜いて型抜きする場合に、前記各ホイール歯部の歯元の軸方向の両端部のうち、歯底面側の部位が金型に引っ掛かってウォームホイールを金型内から容易に取り出すことが困難になる。この結果、該ウォームホイールの成形作業能率が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記従来のウォームホイール構造の実状に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、とりわけ、芯金の歯芯部を、前記ウォームホイールの回転軸方向に沿ってほぼ直線状に延出形成する一方、ホイール歯部を前記軸方向に対して傾斜状のはす歯形に形成したことを特徴としている。
【０００９】
この発明によれば、歯芯部の形成方向がウォームホイールの軸方向に沿ってほぼ直線状になっていることから、芯金を例えば粉末合金によって型成形した後に、該芯金を軸方向から引き抜いて型抜きする際に、前記歯芯部の直線性によって容易に引き抜くことが可能になる。
【００１０】
また、ウォームホイールの型成形時に、芯金本体と複数の歯芯部の外面に合成樹脂材のホイール歯部を成形し、金型を冷却した後に、この成形体を前記金型から軸方向へ引き抜く際に、前記各歯芯部の形成方向がかかる引き抜き方向と同一になっていることから、前記引き抜き力が傾斜状の各ホイール歯部に作用すると、該ホイール歯部が歯芯部側へ弾性変形して、つまり歯芯部と平行となるように弾性変形するため、該型抜き作業が容易になる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、ステリングホィールに接続された操舵軸と、該操舵軸に結合されて、外周に複数の歯部が形成されたウォームホイールと、該ウォームホイールに噛み合うウォームシャフトと、該ウォームシャフトに設けられて、該ウォームシャフト及びウォームホイールを介して前記操舵軸に操舵アシスト力を付与する電動機と、前記操舵軸に設けられた操舵状態検出手段の出力信号に基づいて前記電動機を制御する電動機制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記ウォームホイールを、金属材によって形成された芯金本体と、該芯金本体の外周面に一体に有し、円周方向の等間隔位置に複数設けられた歯芯部と、該歯芯部を覆うように前記芯金本体の外周に設けられて、合成樹脂材によって形成されたホイール歯部とによって構成し、前記歯芯部を、前記ウォームホイールの回転軸方向に沿って延出形成する一方、前記ホイール歯部を前記軸方向に対して傾斜状のはす歯形に形成したことを特徴としている。
【００１２】
この発明も、ウォームホイール自体の構造が請求項１の発明と同様であるから、該請求項１の発明と同じ作用効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係るウォームホイール構造を、車両の電動パワーステアリング装置に適用した実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
前記電動パワーステアリング装置は、図１３及び図１４に示すように、一端部がステアリングホイール１に接続された操舵軸２と、該操舵軸２の他端部に接続されて一部がピニオンハウジング３内に収容されたピニオン軸４と、該ピニオン軸４の外周に結合されたウォームホイール５と、該ウォームホイール５と噛合するウォームシャフト６と、前記ピニオンハウジング３の側部に結合されたモータハウジング７内に収容保持されて、前記ウォームシャフト６およびウォームホイール５を介して操舵軸２に操舵アシストトルクを付与する電動機８と、前記モータハウジング７内に設けられ、操舵軸２の回転角を検出する図外のセンサと、該センサの出力信号に基づき前記電動機８を制御する制御回路９とをそれぞれ備えている。また、前記ピニオンハウジング２の下部に車幅方向に沿って設けられたラックハウジング１０内に、ラックバー１１が収容配置されている。
【００１５】
前記ラックバー１１の両端部には、ナックルアーム１２を介して左右前輪ＦＬ，ＦＲがそれぞれ連結されていると共に、前記ラックバー１１は、ラックハウジング１０内で前記ピニオン軸４とヘリカル歯車のように噛合し、前記操舵軸２が回転することにより軸方向に移動するようになっている。
【００１６】
前記電動機８は、図１４に示すように、前記ウォームシャフト６の外周部に固定された円筒形状のロータ１３と、該ロータ１３を励磁することによって回転させる円環状のステータ１４と、前記ウォームシャフト６の回転量を検出する回転角センサ１５と、前記ステータ１４の内周側に巻回されたコイル部１６とを備えている。
【００１７】
前記ウォームシャフト６は、前記電動機７によって駆動され、両端部が軸受１７，１８によって回転自在に支持されていると共に、一端側の前記ウォームホイール５と噛合するウォーム歯部６ａが形成されている。
【００１８】
前記ウォームホイール５は、図１及び図２に示すように、金属材を型成形によって一体に形成された歯車状の芯金１９と、該芯金１９の外周側に一体に結合された合成樹脂材からなる複数のホイール歯部２０とから主として構成されている。
【００１９】
具体的に説明すれば、前記芯金１９は、例えば粉末合金材を型成形して焼結したもので、図３〜図６に示すように、ほぼ円板状の芯金本体２１と、該芯金本体２１の外周面に一体に有し、円周方向の等間隔位置に複数設けられた歯芯部２２とから構成されている。
【００２０】
前記芯金本体２１は、所定の肉厚に形成されて、中央に前記ピニオンシャフト４が挿通固定される固定用孔２１ａが貫通形成されている。
【００２１】
前記歯芯部２２は、図５及び図６に示すように、平面ほぼ菱形の台形円錐状に形成されて、芯金本体２１の幅方向のほぼ中央位置に設けられていると共に、ウォームホイール５の回転軸方向、つまり芯金本体２１の幅方向Ｐに沿ってほぼ直線状に延設されている。これによって、歯芯部２２の長手方向（軸方向）の両端部２２ｃ、２２ｃが軸方向の中心部から端縁に向かって先細り状に形成されている。また、この歯芯部２２は、その長手方向の長さＬが芯金本体２１の幅長さの約半分程度に設定されていると共に、中央の幅長さが前記ホイール歯部２０の肉厚などの関係で所定厚に設定されている。さらに、基部２２ａから平坦な上面２２ｂまでの高さＨは、図９に示すように、前記ホイール歯部２０に前記ウォームシャフト６の歯部６ａが噛み合った際における該歯部６ａの頂部６ｂよりも高い位置でかつ両歯部６ａ、２０の歯側面の当接位置Ｓよりも若干低く設定されている。これによって、ホイール歯部２０の強度を確保して耐久性の向上を図っている。
【００２２】
また、歯芯部２２を台形形状に形成することによって基部２２ａの剛性が高くなり、該歯芯部２２の耐久性も向上する。
【００２３】
一方、前記合成樹脂材のホイール歯部２０は、図７及び図８に示すように、射出成形機により前記芯金１９と一体に成形固定され、芯金本体２１の外周面と歯芯部２２の外面全体に被覆状態に設けられていると共に、前記歯芯部２２の長手方向、つまりウォームホイール５の軸心方向Ｐに対して傾斜状に形成されて、前記ウォームシャフト６の歯部６ａと噛み合うはす歯形に形成されている。したがって、この各ホイール歯部２０の肉厚幅が、図８に示すように全体に大きく形成され、特に、前記歯芯部２２が位置しない軸方向の両端部２０ｄ、２０ｄ側が歯芯部２２が存在しない分だけ比較的肉厚に形成されている。
【００２４】
また、このホイール歯部２０は、横断面がほぼ截頭台形状に形成され、前記ウォームシャフト６の歯部６ａの歯側面と当接しつつ噛み合う噛み合い部である歯側面２０ａ、２０ｂを有し、この各歯側面２０ａ、２０ｂは、その形状がウォームシャフト６の各歯部６ａの歯側面と十分な面接触状態で当接するような凹状の円弧面に形成されている。
【００２５】
また、前記ホイール歯部２０は、前記歯側面２０ａ、２０ｂの歯元部側の軸方向の前後左右位置に、４つの逃げ部２３がそれぞれ切欠形成されている。この各逃げ部２３は、射出成形金型から該ホイール歯部２０の歯筋方向への引き抜き時における前記金型との干渉を回避するもので、外端縁２３ａがウォームホイール５の接線方向、つまり側面に対してほぼ直角になるように形成されていると共に、前記歯側面２０ａ、２０ｂを構成する凹状湾曲面よりも歯元部側でその幅が小さくなるように形成されている。したがって、前記隣接するホイール歯部２０，２０の円周方向で対向する両逃げ部２３，２３はほぼ平行に形成されている。
【００２６】
なお、前記ホイール歯部２０を形成する合成樹脂材は、前記芯金本体２１の両側部の径方向ほぼ中央位置まで被嵌状態に形成されている。
【００２７】
さらに、前記隣接する各ホイール歯部２０、２０間に有する各歯底面２４は、図１０に示すように、軸方向のほぼ中央位置から前記各逃げ部２３側に設けられた端縁に向かって周方向の幅Ｗ１が徐々に小さくなるように形成されている。
【００２８】
したがって、この実施形態によれば、まず、芯金１９を金型によって型成形した後に、型内から芯金１９を引き抜いて型抜きをする場合、該芯金１９の各歯芯部２２の形成方向がウォームホイール５の軸方向Ｐに沿ってほぼ直線状になっていることから、該各歯芯部２２の直線構造によって型内から容易に引き抜くことが可能になる。
【００２９】
次に、前述のような予め成形された芯金１９に前記ホイール歯部２０を成形固定するには、図１１に示すような、射出成形金型３０のキャビティ３０ａ内に収容保持して、その後、キャビティ３０ａ内に溶融した合成樹脂材を注入することによって、図示のようなウォームホイール５が成形される。続いて金型３０を冷却した後に、このウォームホイール５の成形体を前記金型から引き抜く。
【００３０】
このように、成形体を前記金型３０から軸方向へ引き抜く際に、前記各歯芯部２２の形成方向がかかる引き抜き方向と同一になっていることから、前記引き抜き力が傾斜状の各ホイール歯部２０の両端部２０ｃ、２０ｃの各側面に作用すると、該各両端部３０ｃ、２０ｃが歯芯部２２方向側へ直線状に弾性変形する。つまり、ホイール歯部２０全体が歯芯部２２と平行となるように弾性変形するため、該型抜き作業が容易になる。
【００３１】
特に、前記両端部２０ｃ、２０ｃ側の肉厚が比較的肉厚になっていることから、より弾性変形し易くなるので、より引き抜き作業が容易になる。
【００３２】
また、前記逃げ部２３によって金型３０から容易に引き抜くことが可能になるので、かかる金型成形作業が容易になる。特に、前記各逃げ部２３は、ウォームホイール５の接線方向に対してほぼ直角に形成されていることから、前記ホイール歯部２０の強度確保と金型３０からの容易な引き抜き性の両方の効果を得ることが可能になる。
【００３３】
さらに、前記逃げ部２３を、ホイール歯部２０の軸方向の両側に設けて、各逃げ部２３がウォームホイール５の軸対称位置に形成されることから、傾斜状に形成された各ホイール歯部２０の金型からの引き抜き作業がさらに容易になると共に、ウォームシャフト６との関係でウォームホイール５が正回転あるいは逆回転に対して均一な特性を得ることができる。
【００３４】
また、前記各逃げ部２３は、前記歯側面２０ａ、２０ｂを構成する曲面を連続的に延長した曲面よりも前記歯元部の周方向の幅が小さくなるように形成されているので、金型成形時における合成樹脂材のホイール歯部２０を引き抜く際に、前述のように、各該ホイール歯部２０の弾性変形を得ながら各逃げ部２３を利用して引く抜くことができるので、かかる引き抜き性が良好になる。
【００３５】
また、前記ホイール歯部２０がウォームシャフト６の歯側面に対応する歯形形状に形成されているため、ウォームホイール５とウォームシャフト６との噛み合い接触面積が増大して、該ウォームホイール５の歯側面２０ａ、２０ｂとウォームシャフト６の歯側面との間の面圧が低下する。これによって、各歯側面の面圧が低下することにより、ウォームホイール５の耐久性が向上する。
【００３６】
さらに、ホイール歯部２０を構成する合成樹脂材は、成形完了後に金型内で冷却される際に若干収縮変形する。このため、この収縮変形分を考慮して周方向で対向する逃げ部２３、２３同士の間隔を設定することによって、金型３０内からの良好な引き抜き性を確保できると共に、該逃げ部２３，２３の大きさを最小限に抑えることができるので、ウォームホイール５の剛性も確保することが可能になる。
【００３７】
前記隣接する各逃げ部２３，２３をほぼ平行に形成したことから、該逃げ部の形成範囲を極力小さくできる。この結果、ウォームホイール５の剛性を高めることができる。
【００３８】
なお、前述のように、前記歯芯部２２の軸方向の両端部２２ｃ、２２ｃを、軸方向の中心部から端部に向かって先細り状に形成したことにより、歯芯部２２の外周を覆うホイール歯部２０の肉厚が不均一となるが、合成樹脂材の肉厚を十分に大きくすることができるので、弾性変形量を大きくすることが可能になる。
【００３９】
また、例えば歯芯部２２を、菱形状に変えて、図１２に示すような平面楕円形状に形成することも可能であり、全体が截頭円錐台形状に形成されて、歯芯部２０の両端部２０ｃ、２０ｃがウォームホイール５の軸方向に沿って延設されるようになっている。さらに、この各歯芯部２２の高さや幅などは第１の実施形態とほぼ同様に設定されている。したがって、この実施形態も第１の実施形態と同様な作用効果が得られる。
【００４０】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば前記歯芯部２０の構造をさらに変更することも可能であり、またホイール歯部２０の構造も変更可能である。また、ウォームホイールを電動パワーステアリング装置以外の装置などに適用することも可能である。
【００４１】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
【００４２】
請求項（１）前記歯部は、前記ウォームシャフトの歯側面に対応する歯形形状を有する噛み合い部と、少なくとも軸方向の一方側端部の歯元部に設けられ、前記歯部形成用の金型からの歯部の歯筋方向の引き抜き時における該金型との干渉を回避する逃げ部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のウォームホイール構造。
【００４３】
前記歯部がウォームシャフトの歯側面に対応する歯形形状に形成されているため、ウォームホイールとウォームシャフトとの噛み合い接触面積が増大して、噛み合い部の面圧が低下する。これによって、噛み合い部の面圧が低下することにより、ウォームホイールの耐久性が向上する。
【００４４】
また、逃げ部によって金型から容易に引き抜くことが可能になるので、かかる金型成形作業が容易になる。
【００４５】
請求項（２）前記逃げ部は、ウォームホイールの接線方向に対してほぼ直角に形成されていることを特徴とする請求項（１）に記載のウォームホイール構造。
【００４６】
この発明によれば、逃げ部の前記特異な構成によって、前記歯部の強度確保と金型からの容易な引き抜き性の両方の効果を得ることが可能になる。
【００４７】
請求項（３）前記逃げ部を、歯部の軸方向の両側に設けたことを特徴とする請求項（１）に記載のウォームホイール構造。
【００４８】
各歯部の逃げ部がウォームホイールの軸対称位置に形成されることから、はす歯（傾斜状）に形成された各歯部の金型からの引き抜き作業がさらに容易になると共に、ウォームシャフトとの関係でウォームホイールが正回転あるいは逆回転に対して均一な特性を得ることができる。
【００４９】
請求項（４）前記逃げ部は、前記噛み合い部を構成する曲面を連続的に延長した曲面よりも前記歯元部の周方向の幅が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項（１）に記載のウォームホイール構造。
【００５０】
この発明によれば、金型成形時における合成樹脂材の歯部を引き抜く際に、各該歯部の弾性変形を得ながら各逃げ部を利用して引く抜くことができるので、かかる引き抜き性が良好になる。
【００５１】
請求項（５）前記隣接する歯部間に形成される歯底面は、軸方向のほぼ中央位置から前記逃げ部側に設けられた軸方向の端面に向かって周方向の幅が徐々に小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項（１）に記載のウォームホイール構造。
【００５２】
歯部を構成する合成樹脂材は、成形完了後に金型内で冷却される際に、若干収縮変形する。このため、この収縮変形分を考慮して対向する逃げ部同士の間隔を設定する、つまり収縮変形分によって金型内からの引き抜き性が良くなることにより、該逃げ部の大きさを最小限に抑えて、ウォームホイールの剛性を確保することが可能になる。
【００５３】
請求項（６）前記隣接する歯部の対向する逃げ部を、ほぼ平行に形成したことを特徴とする請求項（１）に記載のウォームホイール構造。
【００５４】
金型成形後のウォームホイールは、前記金型内から軸方向に引き抜かれるため、金型と干渉する部分、つまり逃げ部を平行に形成することによって、該逃げ部の形成範囲を極力小さくできる。この結果、ウォームホイールの剛性を高めることができる。
【００５５】
請求項（７）前記隣接する歯部間に形成される歯底面のほぼ軸方向の中央部に対応する金型の周方向の幅を、隣接する前記各逃げ部同士の間隔よりも大きく設定したことを特徴とする請求項（１）に記載のウォームホイール構造。
【００５６】
歯部を構成する合成樹脂材は金型内で冷却される際に、若干収縮するため、この収縮分を考慮して、対向する逃げ部間の間隔を設定することにより、該各逃げ部の大きさを極力小さく形成することが可能になる。この結果、ウォームホイールの剛性を高めることが可能になる。
【００５７】
また、合成樹脂材は、弾性を有するため、歯部が金型から引き抜かれる際に、該金型に逃げ部が干渉してもウォームホイールに悪影響を与えることはない。
【００５８】
請求項（８）前記歯芯部の軸方向の両端部を、軸方向の中心部から端部に向かって周方向寸法が減少するように形成したことを特徴とする請求項（１）に記載のウォームホイール構造。
【００５９】
この発明によれば、歯芯部の長手方向と歯部の形成方向が一致しないため、歯芯部の外周を覆う合成樹脂材の厚みが不均一となるが、歯芯部の両端部を先細り状に形成することによって、合成樹脂材が極端に薄肉になることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係るウォームホイールを示す正面図である。
【図２】同ウォームホイールの平面図である。
【図３】右半分がウォームホイールの芯金を示し、左半分が歯部が成形された断面図である。
【図４】図３のＡ矢視図である。
【図５】本実施形態に供される芯金の要部を示す平面破断図である。
【図６】同芯金の要部を示す側面破断図である。
【図７】本実施形態のウォームホイールの要部斜視図である。
【図８】同ウォームホイールの要部平面図である。
【図９】同ウォームホイールの要部断面図である。
【図１０】同ウォームホイールの要部平面図である。
【図１１】本実施形態に供されるウォームホイールを射出成形した後の金型から引き抜く状態を示す斜視図である。
【図１２】第２の実施形態を示す芯金の要部斜視図である。
【図１３】本実施形態のウォームホイールが適用される電動パワーステアリング装置の全体斜視図である。
【図１４】同電動パワーステアリング装置の要部断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…ステアリングホイール
３…操舵軸
５…ウォームホイール
６…ウォームシャフト
８…電動機
１９…芯金
２０…ホイール歯部
２０ａ、２０ｂ…歯側面（噛み合い部）
２１…芯金本体
２２…歯芯部
２２…両端部
２３…逃げ部
２４…歯底面
３０…射出成形金型
【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】
2006336814.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006336814.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2006336814.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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