(57)【要約】【課題】機械的特性に優れたウォームホイールと、そのウォームホイールを量産性の向上や製造コストの低減等を図りながら製造する方法とを提供する。【解決手段】ブランク７３が形成されると、製造作業者は、これをカッタ等により切断することで所定の幅を有する多数のギヤリング５３を得る。ギヤリング５３が得られると、製造作業者は、ギヤリング５３にホイール５１を内嵌・圧入した後、高周波加熱してギヤリング５３とホイール５１とを強固に固着・一体化させてウォームホイール４１を得る。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部にヘリカルギヤを有するかたちで遠心成形された合成樹脂製のギヤリングと、
軸孔がその回転中心に形成された金属製ホイールと
を固着してなることを特徴とするウォームホイール。
【請求項２】
前記合成樹脂が遠心成型時に重合されたモノマーキャスティングナイロンであることを特徴とする、請求項１記載のウォームホイール。
【請求項３】
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１または２記載のウォームホイール。
【請求項４】
前記金属製ホイールが冷間鍛造成形により形成されたことをことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のウォームホイール。
【請求項５】
前記ギヤリングと前記金属製ホイールとが高周波溶着法により固着されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のウォームホイール。
【請求項６】
合成樹脂を遠心成形することにより外周部にヘリカルギヤを有する円筒状ブランクを得る工程と、
この円筒状ブランクを所定の幅に分断することにより複数のギヤリングを得る工程と、
当該ギヤリングと金属製ホイールとを固着する工程と
を含むことを特徴とするウォームホイールの製造方法。
【請求項７】
合成樹脂を遠心成形することにより外周部にヘリカルギヤを有する円筒状ブランクを得る工程と、
この円筒状ブランクに複数の金属製ホイールを内嵌・固着させる工程と、
当該円筒状ブランクを当該金属製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。
【請求項８】
前記合成樹脂が成型時に重合されるモノマーキャスティングナイロンであることを特徴とする、請求項６または７記載のウォームホイールの製造方法。
【請求項９】
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６〜８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１０】
前記金属製ホイール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６〜９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】
円筒状ブランクに複数の金属製ホイールを内嵌・固着させる工程では前記ギヤリングと前記金属製ホイールとが高周波溶着されることを特徴とする、請求項６〜１０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、高品質なウォームホイールを量産性の向上や製造コストの低減等を図りながら得る技術に関する。
【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。
【０００３】
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（油圧ポンプに係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。
【０００４】
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。また、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とがある。
【０００５】
上述した合成樹脂製ギヤリングを有するウォームホイールは、種々の方法を用いて製造されるが、鍛造成形された金属製ホイールと射出成形された合成樹脂製ギヤリングとを接着剤と高周波溶着とにより固着・一体化させるもの（例えば、特許文献１参照）や、複数個の金属製ホイールを重ねたものの外周に合成樹脂のギヤリング層を射出成形した後に所定寸法毎に切断するもの（例えば、特許文献２参照）等が公知となっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１４１０３３号公報  （第４頁、図４，図５）
【特許文献２】
特開平１１−２９４５４４号公報  （第４頁、図６，図７）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１では、単品の合成樹脂製ギヤリングを射出成形法により一つずつ製造した後、これと金属製ホイールとを固着・一体化させるために製造効率が悪く、大量生産への対応や製造コストの低減が難しかった。また、特許文献１，２では共に、合成樹脂製ギヤリングを射出成形法により製造しているが、射出された溶融合成樹脂が金型内で合流する部位にパーティングラインが生じるため、機械的強度が低下すること等が避けられなかった。そこで、本発明者等は、遠心重合法によりモノマーキャスティングナイロンの円筒状ブランクを製造し、これを所定寸法に分断して金属製ホイールに固着・一体化させることを試みた。ところが、モノマーキャスティングナイロンの円筒状ブランクはその表面が平坦であるため、ウォームホイールに形成する際にウォーム歯の切削工数が多くなり、加工コストが上昇すると同時に材料の歩留まりも悪くなる問題があった。尚、モノマーキャスティングナイロンの円筒状ブランクは、遠心重合時に外周部に不純物等が集まるため、外周層を所定の厚みで切削除去していた。
【０００８】
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、機械的特性に優れたウォームホイールと、そのウォームホイールを量産性の向上や製造コストの低減等を図りながら製造する方法とを提供することを目的とする。
【０００９】
【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、外周部にヘリカルギヤを有するかたちで遠心成形された合成樹脂製のギヤリングと、軸孔がその回転中心に形成された金属製ホイールとを固着してなるウォームホイールを提案する。
請求項１の発明によれば、パーティングラインが無くかつウォーム歯の切削加工等が容易なギヤリングを有するウォームホイールが得られる。
【００１０】
また、請求項２の発明では、請求項１のウォームホイールにおいて、前記合成樹脂が遠心成型時に重合されたモノマーキャスティングナイロンであるものを提案する。
請求項２の発明によれば、機械的性質、耐摩耗性、耐薬品性、耐疲労性、クリープ特性等に優れたギヤリングを有するウォームホイールが得られる。
【００１１】
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。
請求項３の発明によれば、ウォーム歯の切削加工等が容易となり量産性の向上や加工コストの低減が実現される。
【００１２】
また、請求項４の発明では、請求項１〜３のウォームホイールにおいて、前記金属製ホイールが冷間鍛造成形により形成されたものを提案する。
請求項４の発明によれば、高強度でかつリム部の肉抜き等を図った金属製ホイールを有するウォームホイールが得られる。
【００１３】
また、請求項５の発明では、請求項１〜４のウォームホイールにおいて、前記ギヤリングと前記金属製ホイールとが高周波溶着法により固着されたものを提案する。
請求項５の発明によれば、金属製ホイールとギヤリングとが高い強度で固着されたウォームホイールが得られる。
【００１４】
また、請求項６の発明では、合成樹脂を遠心成形することにより外周部にヘリカルギヤを有する円筒状ブランクを得る工程と、この円筒状ブランクを所定の幅に分断することにより複数のギヤリングを得る工程と、当該ギヤリングと金属製ホイールとを固着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。
請求項６の発明によれば、機械的特性に優れた多数のギヤリングを一度に成形することが可能となり、ウォームホイールの強度や製造効率が向上する。
【００１５】
また、請求項７の発明では、合成樹脂を遠心成形することにより外周部にヘリカルギヤを有する円筒状ブランクを得る工程と、この円筒状ブランクに複数の金属製ホイールを内嵌・固着させる工程と、当該円筒状ブランクを当該金属製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。
請求項７の発明によれば、機械的特性に優れた多数のギヤリングを一度に成形することが可能となり、ウォームホイールの強度や製造効率が向上する。
【００１６】
また、請求項８の発明では、請求項６または７のウォームホイールの製造方法において、前記合成樹脂が成型時に重合されるモノマーキャスティングナイロンであるものを提案する。
請求項８の発明によれば、機械的性質、耐摩耗性、耐薬品性、耐疲労性、クリープ特性等に優れたギヤリングを有するウォームホイールが得られる。
【００１７】
また、請求項９の発明では、請求項６〜８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。
請求項９の発明によれば、ウォーム歯の切削加工等が容易となり量産性の向上や加工コストの低減が実現される。
【００１８】
また、請求項１０の発明では、請求項６〜９のウォームホイールの製造方法において、前記金属製ホイールが冷間鍛造成形により形成されたものを提案する。
請求項１０の発明によれば、高強度でかつリム部の肉抜き等を図った金属製ホイールを有するウォームホイールが得られる。
【００１９】
また、請求項１１の発明では、請求項６〜１０のウォームホイールの製造方法において、円筒状ブランクに複数の金属製ホイールを内嵌・固着させる工程では前記ギヤリングと前記金属製ホイールとが高周波溶着されるものを提案する。
請求項１１の発明によれば、金属製ホイールとギヤリングとが高い強度で固着されたウォームホイールが得られる。
【００２０】
【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。
図１は、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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に接続されたウォーム４３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。
【００２３】
実施形態のウォームホイール４１は、金属製ホイール（以下、単にホイールと記す）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、ホイール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。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。
【００２４】
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。
本実施形態の場合、ギヤリング５３は、図３に示したように所定の温度に加熱した中空円筒状の金型７１を所定の回転速度で回転させながら、ＭＣナイロンの素材であるカプロラクタム液に開始剤と触媒を注入する。注入された混合カプロラクタム液は、遠心力により金型７１の内周面に所定の厚みで層を形成し、固化することにより円筒状のＭＣナイロン製ギヤリングブランク（以下、単にブランクと記す）７３となる。この際、金型７１には内周にヘリカルギヤの雌型７７が刻設されているため、ブランク７３の外周部にはヘリカルギヤ７９が形成される。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）の成形品が形成される。
【００２５】
第１実施形態の場合、製造作業者は、ブランク７３が形成されると、図４に示したように、これをカッタ等により切断することで所定の幅を有する多数のギヤリング５３を得る。ギヤリング５３が得られると、製造作業者は、図５に示したようにギヤリング５３にホイール５１を内嵌・圧入した後、図６に示したように高周波加熱してギヤリング５３とホイール５１とを強固に固着・一体化させてウォームホイール４１を得る。尚、本実施形態の場合、ホイール５１は冷間鍛造法により製造されており、軽量化のための肉抜き８１を有すると共に、外周にはギヤリング５３との固着強度を向上させるための凹凸（ローレット等）８３が形成されている。
【００２６】
次に、製造作業者は、図７に示したように、ウォームホイール４１をアウトプットシャフト１７に外嵌・圧入させた後、ホブカッタ８５による切削を施すことでウォーム歯８７をウォームホイール４１に形成する。この際、ギヤリング５３の外周部にヘリカルギヤ７９が形成されているため、ホブカッタ８５による切削量は比較的小さく、加工時間の短縮が実現されると共に、素材の歩留まりも向上する。尚、ギヤリング５３（ブランク７３）の外周部には遠心重合時に不純物等が集まるが、ホブカッタ８５による切削が行われることにより、これら不純物等は除去される。
【００２７】
次に、第２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。
第２実施形態の場合、ブランク７３は上述した第１実施形態と同一の方法で形成されるが、ホイール５１の圧入時期等が異なる。すなわち、製造作業者は、ブランク７３が形成されると、図８に示したように、ブランク７３に多数のホイール５１を順次（あるいは重ねた状態で）圧入し、高周波加熱によりブランク７３とホイール５１とを強固に固着・一体化させる。次に、製造作業者は、図９に示したように、ブランク７３を各ホイール５１の当接部でカッタ等により切断し、多数のウォームホイール４１を得る。しかる後、図１０に示したように、ウォームホイール４１をアウトプットシャフト１７に外嵌・圧入させた後、第１実施形態と同様に、ホブカッタ８５による切削を施すことでウォーム歯８７をウォームホイール４１に形成する。
【００２８】
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、上記両実施形態のギヤリングはをモノマーキャスティングナイロンとしたが、熱硬化性樹脂等を遠心成形したものであってもよい。また、ブランクの切断方法としてレーザ等を用いるようにしてもよい。また、金属製ホイールとして、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、ギヤリングと金属製ホイールとの固着に接着等の方法を用いてもよい。更に、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。
【００２９】
【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、外周部にヘリカルギヤを有するかたちで遠心成形された合成樹脂製のギヤリングと、軸孔がその回転中心に形成された金属製ホイールとを固着してなるものとしたため、パーティングラインが無くかつウォーム歯の切削加工等が容易なギヤリングを有するウォームホイールが得られる。
【００３０】
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、合成樹脂を遠心成形することにより外周部にヘリカルギヤを有する円筒状ブランクを得る工程と、この円筒状ブランクを所定の幅に分断することにより複数のギヤリングを得る工程と、当該ギヤリングと金属製ホイールとを固着する工程とを含むものとしたため、機械的特性に優れた多数のギヤリングを一度に成形することが可能となり、ウォームホイールの強度や製造効率が向上する。
【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】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】本発明に係るギヤリングブランクの製造工程を説明する説明図である。
【図４】本発明に係るウォームホイールの製造工程を説明する説明図である。
【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説明図である。
【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説明図である。
【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説明図である。
【図８】本発明に係るウォームホイールの製造工程を説明する説明図である。
【図９】本発明に係るウォームホイールの製造工程を説明する説明図である。
【図１０】本発明に係るウォームホイールの製造工程を説明する説明図である。
【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‥‥金属製ホイール
５５‥‥軸孔
７１‥‥金型
７３‥‥ギヤリングブランク
７９‥‥ヘリカルギヤ
８１‥‥肉抜き
８３‥‥凹凸
８５‥‥ホブカッタ
８７‥‥ウォーム歯
【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】
2004204902.tif 000010
【図９】
2004204902.tif 000011
【図１０】
2004204902.tif 000012