(57)【要約】【課題】素材の歩留まりや機械的強度の向上等を実現した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を提供する。【解決手段】成形型８１を所定の温度に加熱した後、ピンゲート８６からキャビティ９０内にモノマーキャスティングナイロンの素材であるカプロラクタム液を開始剤および触媒と伴に注入する。注入された混合カプロラクタム液は、固化することにより円筒状のナイロン製のギヤリング５３となるが、固化するまでに比較的長時間（数十分）要する。そのため、複数のピンゲート８６から注入された混合カプロラクタム液は、キャビティ９０内で均一に混じり合い、ウエルドラインが発生しない。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸孔がその回転中心に形成された金属製リムと、
モノマーキャスティングナイロンを素材とし、当該金属製リムの外周部に重合・成形されたギヤリングと
を有することを特徴とするウォームホイール。
【請求項２】
軸孔がその回転中心に形成された金属製リムと、
熱硬化性合成樹脂を素材とし、当該金属製リムの外周部に加熱・成形されたギヤリングと
を有することを特徴とするウォームホイール。
【請求項３】
前記ギヤリングは、その外周部にヘリカルギヤを有するかたちで成形されたことを特徴とする、請求項１または２記載のウォームホイール。
【請求項４】
前記ギヤリングが、前記ヘリカルギヤの歯すじに沿ってホブカッタにより後加工されたウォーム歯を有することを特徴とする、請求項３記載のウォームホイール。
【請求項５】
前記ギヤリングは、その外周部にホイールギヤを有するかたちで成形されたことを特徴とする、請求項１または２記載のウォームホイール。
【請求項６】
前記金属製リムが冷間鍛造成形により形成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のウォームホイール。
【請求項７】
成形型内に金属製リムをセットする工程と、
当該成形型で当該金属製リム外周側に設けられたキャビティにモノマーキャスティングナイロンを注入する工程と、
当該モノマーキャスティングナイロンを重合反応させてギヤリングを形成させる工程と
を含むことを特徴とするウォームホイールの製造方法。
【請求項８】
成形型内に金属製リムをセットする工程と、
当該成形型で当該金属製リム外周側に設けられたキャビティに熱硬化性合成樹脂を注入する工程と、
当該熱硬化性合成樹脂を加熱・硬化させてギヤリングを形成させる工程と
を含むことを特徴とするウォームホイールの製造方法。
【請求項９】
前記注入がピンゲートにより行われることを特徴とする、請求項７または８記載のウォームホイールの製造方法。
【請求項１０】
前記成形型が前記ギヤリングの外周にヘリカルギヤを形成する雌形を有することを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載のウォームホイールの製造方法。
【請求項１１】
前記ヘリカルギヤの歯すじに沿って、ホブカッタによりウォーム歯を後加工する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１０記載のウォームホイールの製造方法。
【請求項１２】
前記成形型が前記ギヤリングの外周にホイールギヤを形成する雌形を有することを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載のウォームホイールの製造方法。
【請求項１３】
前記金属製リムが冷間鍛造成形により形成されたことを特徴とする、請求項７〜１２のいずれか一項に記載のウォームホイールの製造方法。
【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製造方法とに係り、詳しくは、素材の歩留まりや機械的強度の向上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。
【０００３】
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では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。
【０００４】
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（油圧ポンプにかかる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。電動パワーステアリング装置は、電動モータ等（アシスト機構）の設置部位により、コラムアシスト型やラックアシスト型、ピニオンアシスト型等、種々の形式が存在する。
【０００５】
コラムアシスト型の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連結されたアウトプット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。
【０００６】
近年、ウォームホイールには、伝達効率の低下や重量増加を抑制したり、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、金属製のリム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とがある（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２９４５４４号公報  （第２頁、図１０）
【特許文献２】
特開２０００−３２９２１７号公報  （第３頁、図２，図４）
【特許文献３】
特開２０００−９５１２２号公報  （第４頁、図１，図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各特許文献のウォームホイールでは、成形型内に金属製リムをセットした後、溶融した熱可塑性合成樹脂を金属製リム外周のキャビティ内に射出することにより、合成樹脂製のギヤリングを金属製リムの外周に一体的に形成させる方法が採られている。溶融合成樹脂の成形型内への射出には、図９に示したように、成形型８１の内周側に設けられた環状のディスクゲート１１１からキャビティ９０内に合成樹脂を射出するディスクゲート法と、図１０に示したように、成形型８１のキャビティ９０に開口した複数のピンゲート８６から合成樹脂を射出するピンゲート法とが一般に採用されている。図１０，図１１中、符号４１はウォームホイールを示し、符号５１は金属製リムを示し、符号５３はギヤリングを示している。
【０００９】
ところが、ディスクゲート法では、図１１に示したように、射出成形後のギヤリング５３からディスクゲート１１１内に流入・固化した大きな不要部１０１を切除する必要があり、素材の歩留まりが低下すると共に製造工数も多くなってコストが上昇する問題があった。一方、ピンゲート法では、複数のピンゲート８６から流入した合成樹脂同士が成形型内で一部固化しながら合流するため、図１２に示したように、合流部でギヤリング５３にウエルドライン１２１が生成され、ギヤリング５３の機械的強度が低下する虞等があった。
【００１０】
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、素材の歩留まりや機械的強度の向上等を実現した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を提供することを目的とする。
【００１１】
【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金属製リムと、モノマーキャスティングナイロンを素材とし、当該金属製リムの外周部に重合・成形されたギヤリングとを有するウォームホイールを提案する。
【００１２】
また、請求項２の発明では、軸孔がその回転中心に形成された金属製リムと、熱硬化性合成樹脂を素材とし、当該金属製リムの外周部に加熱・成形されたギヤリングとを有するウォームホイールを提案する。
【００１３】
また、請求項３の発明では、請求項１または２のウォームホイールにおいて、前記ギヤリングは、その外周部にヘリカルギヤを有するかたちで成形されたものを提案する。
【００１４】
また、請求項４の発明では、請求項１のウォームホイールにおいて、前記ギヤリングが、前記ヘリカルギヤの歯すじに沿ってホブカッタにより後加工されたウォーム歯を有するものを提案する。
【００１５】
また、請求項５の発明では、請求項１または２のウォームホイールにおいて、前記ギヤリングは、その外周部にホイールギヤを有するかたちで成形されたものを提案する。
【００１６】
また、請求項６の発明では、請求項１〜５のウォームホイールにおいて、前記金属製リムが冷間鍛造成形により形成されたものを提案する。
【００１７】
また、請求項７の発明では、成形型内に金属製リムをセットする工程と、当該成形型で当該金属製リム外周側に設けられたキャビティにモノマーキャスティングナイロンを注入する工程と、当該モノマーキャスティングナイロンを重合反応させてギヤリングを形成させ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。
【００１８】
また、請求項８の発明では、成形型内に金属製リムをセットする工程と、当該成形型で当該金属製リム外周側に設けられたキャビティに熱硬化性合成樹脂を注入する工程と、当該熱硬化性合成樹脂を加熱・硬化させてギヤリングを形成させ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。
【００１９】
また、請求項９の発明では、請求項７または８のウォームホイールの製造方法において、前記注入がピンゲートにより行われるものを提案する。
【００２０】
また、請求項１０の発明では、請求項７〜９のウォームホイールの製造方法において、前記成形型が前記ギヤリングの外周にヘリカルギヤを形成する雌形を有するものを提案する。
【００２１】
また、請求項１１の発明では、請求項１０のウォームホイールの製造方法において、前記ヘリカルギヤの歯すじに沿って、ホブカッタによりウォーム歯を後加工する工程を更に含むものを提案する。
【００２２】
また、請求項１２の発明では、請求項７〜９のウォームホイールの製造方法において、前記成形型が前記ギヤリングの外周にホイールギヤを形成する雌形を有するものを提案する。
【００２３】
また、請求項１３の発明では、請求項７〜１２のウォームホイールの製造方法において、前記金属製リムが冷間鍛造成形により形成されたものを提案する。
【００２４】
本発明のウォームホイールやその製造方法によれば、ウエルドラインが無く、かつ歩留まりがよいウォームホイールが容易に得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、第１実施形態に係る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、ピボットピン３とチルト調整機構５とを介して、車体側構造部材７，９に固定されている。ステアリングコラム１には、その内部にステアリングアッパシャフト１１が回動自在に支持されると共に、下部に電動モータ１３やギヤハウジング１５，アウトプットシャフト１７等からなる電動アシスト機構１９が一体化されている。
【００２７】
ステアリングアッパシャフト１１の後端にはステアリングホイール２１が取り付けられており、運転者がステアリングホイール２１を回動させると、その回転力が電動アシスト機構１９により増大されてアウトプットシャフト１７に伝達される。図１中、符号２５は自在継手２７を介してアウトプットシャフト１７の前端に連結されたロアステアリングシャフトを示す。また、符号２９はステアリングコラム１を覆うコラムカバー、符号３１は車室とエンジンルームとを区画するダッシュボード、符号３３はチルトレバーをそれぞれ示す。
【００２８】
図２に示したように、アウトプットシャフト１７にはウォームホイール４１が外嵌・圧入されている。ウォームホイール４１は、電動モータ１３に接続された図示しないウォームと噛み合っており、電動モータ１３の回転が減速されてアウトプットシャフト１７に伝達される。本実施形態の場合、電動モータ１３は、ウォームホイール４１の後方に配置されたトルクセンサ４５の出力信号に基づき駆動されるが、ここではその説明を省略する。
【００２９】
実施形態のウォームホイール４１は、金属製リム（以下、単にリムと記す）５１の外周に合成樹脂製ギヤリング（以下、単にギヤリングと記す）５３を固着させることにより形成されている。本実施形態の場合、リム５１は冷間鍛造成形品であり、アウトプットシャフト１７に外嵌する軸孔５５を有している。また、ギヤリング５３の前面（図２中左方）に内歯ギヤ５７が形成されており、この内歯ギヤ５７に舵角センサ５８のドライブピニオン５９が噛み合っている。
【００３０】
アウトプットシャフト１７は、ウォームホイール４１の後方（図２中右方）で密閉型転がり軸受６１により支持されると共に、ウォームホイール４１の前面に方（図２中左方）に当接したシール付転がり軸受６３に支持されている。図２中、符号６５で示した部材はギヤハウジング１５の前端に締結されたカバーであり、シール付転がり軸受６３はテーパスナップリング６７，６９を介してこのカバー６５とアウトプットシャフト２５とに保持されている。
【００３１】
以下、第１実施形態に係るウォームホイール４１の製造手順について図面を参照して説明する。
【００３２】
図３は本実施形態の金属製リムの半裁縦断面図であり、図４は成形型の半裁縦断面図であり、図５〜図８はウォームホイールの製造工程を示す半裁縦断面図である。
【００３３】
図３に示したように、第１実施形態のリム５１は、軸孔５５を中心に有するボス７１と、ギヤリング５３が固着されるリム７３と、ボス７１とリム７３とを連結するウエブ７５とからなっている。ボス７１の前面（図３中、左方）の外周には調芯ガイド部であるテーパガイド面７７が形成されている。図３中、符号７９は、ギヤリング５３との固着強度を高めるべく、リム７３に形成された凹凸である。
【００３４】
一方、図４に示したように、成形型８１は縦置きであり、リム５１の前面（図４中、下方）に対峙する下型８３と、ギヤリング５３の外周面を形成する外型８５と、下型８３および外型８５に対して軸方向（図４中、上下方向）に進退すると共に複数（本実施形態では、６本）のピンゲート８６が穿設された上型８７と、リム５１の軸孔５５に遊嵌するコアピン８９とから構成されている。図中、符号９０は、下型８３と外型８５と上型８７とにより画成されたキャビティを示している。
【００３５】
図４に示したように、下型８３にはイジェクトピン９１が摺動自在に支持される一方、外型８５の内周面にはヘリカルギヤ形成部９３が刻設されている。またん、下型８３には、その上面に内歯ギヤ形成部９７が刻設されると共に、リム５１のテーパガイド面７７に対応する位置に調芯ガイド部であるテーパガイド面９９が形成されている。
【００３６】
以下、第１実施形態に係るウォームホイール４１の製造手順について述べる。
【００３７】
本実施形態の場合、製造作業者は、図５に示したように、射出成形工程に先立って先ず成形型８１内にリム５１をセットする。リム５１は、重力の作用により下型８３に押圧され、そのテーパガイド面７７が下型８３側のテーパガイド面９９に圧接する。その結果、成形型８１のコアピン８９とリム５１の軸孔５５とが高い同軸度で対峙する。
【００３８】
次に、製造作業者は、成形型８１を所定の温度に加熱した後、図示しない供給装置を作動させ、図６に示したように、ピンゲート８６からキャビティ９０内にモノマーキャスティングナイロン（以下、ＭＣナイロンと記す）の素材であるカプロラクタム液を開始剤および触媒と伴に注入する。注入された混合カプロラクタム液は、固化することにより円筒状のＭＣナイロン製のギヤリング５３となるが、固化するまでに比較的長時間（数十分）要する。
【００３９】
そのため、複数のピンゲート８６から注入された混合カプロラクタム液は、キャビティ９０内で均一に混じり合い、従来装置で問題となっていたウエルドラインが発生しない。尚、混合カプロラクタム液は、触媒を加え、活性化剤等を添加した後に加熱・溶融させたもので、開環重合することにより固化して強靭なＭＣナイロン（ナイロン６）のギヤリング５３が形成される。
【００４０】
次に、製造作業者は、図７に示したように、成形型８１の上型８７を図中上方に移動させ、イジェクトピン９１を駆動してウォームホイール４１を成形型８１から排出させる。尚、ピンゲート８６内に形成されたごく小さな不要部１０１は、ウォームホイール４１を成形型８１から取り出す際に剪断・排除される。製造作業者は、次に、図８に示したように、ヘリカルギヤ形成部９３によりギヤリング５３の外周に形成されたヘリカルギヤ１０３にホブカッタ１０５による切削加工を行い、ウォーム歯１０７を有するウォームホイール４１の完成品を得る。
【００４１】
以上は、ギヤリング５３の素材にＭＣナイロンを採用した例であるが、尿素系やメラミン系、フェノール系等の熱硬化性合成樹脂を採用した場合にも、同様の工程でウエルドラインの無いギヤリング５３を得ることができる。
【００４２】
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、金属製リムとして、冷間鍛造成形品ではなく、ダイキャスト製のものやアルミ合金押出成形品等を用いてもよい。また、上記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。また、ウォーム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。
【００４３】
【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金属製リムと、モノマーキャスティングナイロンや熱硬化性合成樹脂を素材とし、当該金属製リムの外周部に重合・成形あるいは加熱・成形されたギヤリングとを有するものとしたため、ウエルドラインによる機械的強度の低下が起こらない。
【００４４】
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、成形型内に金属製リムをセットする工程と、当該成形型で当該金属製リム外周側に設けられたキャビティにモノマーキャスティングナイロンや熱硬化性合成樹脂を注入する工程と、当該モノマーキャスティングナイロンを重合反応させたり、当該熱硬化性合成樹脂を加熱硬化させてギヤリングを形成させる工程とを含むものとしたため、ピンゲートを用いた場合にもギヤリングにウエルドラインの無いウォームホイールを高い歩留まりで製造できる。
【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側面図である。
【図２】実施形態に係るステアリング装置の要部縦断面図である。
【図３】実施形態に係る金属製リムの半裁縦断面図である。
【図４】実施形態に係る成形型の半裁縦断面図である。
【図５】実施形態に係るウォームホイールの製造工程を説明する半裁縦断面図である。
【図６】実施形態に係るウォームホイールの製造工程を説明する半裁縦断面図である。
【図７】実施形態に係るウォームホイールの製造工程を説明する半裁縦断面図である。
【図８】実施形態に係るウォームホイールの製造工程を説明する半裁縦断面図である。
【図９】従来のウォームホイールの製造工程の一例を説明する半裁縦断面図である。
【図１０】従来のウォームホイールの製造工程の一例を説明する半裁縦断面図である。
【図１１】従来のウォームホイールの不具合点を説明する半裁縦断面図である。
【図１２】従来のウォームホイールの不具合点を説明する要部平面図である。
【符号の説明】
１‥‥ステアリングコラム
１３‥‥電動モータ
１５‥‥ギヤハウジング
１７‥‥アウトプットシャフト
１９‥‥電動アシスト機構
４１‥‥ウォームホイール
５１‥‥金属製リム
５３‥‥合成樹脂製ギヤリング
５５‥‥軸孔
８１‥‥成形型
８３‥‥下型
８５‥‥外型
８６‥‥ピンゲート
８７‥‥上型
８９‥‥コアピン
９０‥‥キャビティ
９１‥‥イジェクトピン
１０１‥‥不要部
１０３‥‥ヘリカルギヤ
１０５‥‥ホブカッタ
１０７‥‥ウォーム歯
【図１】
2004360760.tif 000003
【図２】
2004360760.tif 000004
【図３】
2004360760.tif 000005
【図４】
2004360760.tif 000006
【図５】
2004360760.tif 000007
【図６】
2004360760.tif 000008
【図７】
2004360760.tif 000009
【図８】
2004360760.tif 000010
【図９】
2004360760.tif 000011
【図１０】
2004360760.tif 000012
【図１１】
2004360760.tif 000013
【図１２】
2004360760.tif 000014