(57)【要約】【課題】ギヤ機構を備える装置において、ギヤの合成樹脂製の歯のバリ取り加工を不要とすることにより、その製造コストの削減を図る。【解決手段】  ステアリング装置のパワーステアリング機構に備えられるギヤ機構Ｍ１は、金属製歯22を有する駆動ギヤ21と合成樹脂製歯32を有する被動ギヤ31とから構成される。歯32は、歯22と接触しない非噛合領域Ｒ１内のバリ領域Ｒ２にバリ39を有するように、歯32の歯幅Ｗ２は歯22の歯幅Ｗ１よりも大きい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛合する駆動ギヤおよび被動ギヤから構成されて、前記駆動ギヤおよび前記被動ギヤのうちの一方のギヤは金属製歯を有し、他方のギヤは合成樹脂製歯を有するギヤ機構を備える装置において、
前記合成樹脂製歯は、前記金属製歯と接触しない非噛合領域にバリを有することを特徴とするギヤ機構を備える装置。
【請求項２】
前記バリは、前記合成樹脂製歯の歯面の、歯幅方向での端部にあり、前記非噛合領域が前記端部に形成されるように、前記合成樹脂製歯は前記金属製歯の歯幅よりも大きな歯幅を有することを特徴とする請求項１記載のギヤ機構を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに噛合する駆動ギヤおよび被動ギヤのうち、一方のギヤは金属製歯を有し、他方のギヤは合成樹脂製歯を有するギヤ機構を備える装置に関し、該装置は、例えばパワーステアリング機構を備えるステアリング装置である。
【背景技術】
【０００２】
互いに噛合する駆動ギヤおよび被動ギヤから構成されるギヤ機構において、噛合い騒音を低減するために、駆動ギヤおよび被動ギヤのうちの一方のギヤを合成樹脂製とすることがある。例えば、特許文献１に開示された車両用の電動パワーステアリングアッセンブリでは、ステアリングホイールからの操舵力に応じて軸線方向に移動可能なステアリング部材が、ボールナットアッセンブリを介して伝達される電動機からの駆動力により駆動される。ボールナットアッセンブリは互いに噛合する第１，第２ギヤを備え、ボールナットと共に回転する第１ギヤは、電動機の出力軸に結合される第２ギヤにより回転駆動される。ここで、第１のギヤはプラスチック材料で作られ、第２ギヤは金属で作られる。
【特許文献１】特開２０００−１９０８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、ギヤの歯を形成するための歯切り加工は、歯幅方向に形成される歯の歯すじに沿って行われる。このとき、歯切り加工により発生するバリが、歯面の歯幅方向での端部に残る。このバリは、特に歯が合成樹脂により形成される場合、歯が金属製である場合に比べて長くなる傾向があるうえ、その量も多くなる。そして、加工直後には加工方向における歯幅方向に延びたバリｄの一部は、図６に示されるように、ギヤａの歯ｂの歯面ｃと重なる位置まで反り返る。このように、歯面ｃと重なる位置にバリｄがあると、バリｄが噛み込まれて、歯面ｃに傷が生じたり、噛合いが円滑に行われなくなることがある。そこで、バリによるこのような不具合の発生を防止するために、バリを取り除くバリ取り加工が必要になって、ギヤの製造コストが増加していた。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ギヤ機構を備える装置において、ギヤの合成樹脂製の歯のバリ取り加工を不要とすることにより、その製造コストの削減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、互いに噛合する駆動ギヤおよび被動ギヤから構成されて、前記駆動ギヤおよび前記被動ギヤのうちの一方のギヤは金属製歯を有し、他方のギヤは合成樹脂製歯を有するギヤ機構を備える装置において、前記合成樹脂製歯は、前記金属製歯と接触しない非噛合領域にバリを有するギヤ機構を備える装置である。
【０００６】
これによれば、合成樹脂製歯にはバリが残るものの、バリは金属製歯と噛合しない非噛合領域にあることから、合成樹脂製歯と金属製歯との間に噛み込まれることがない。そのため、バリが噛み込まれないようにするためのバリ取り加工が不要になる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のギヤ機構を備える装置において、前記バリは、前記合成樹脂製歯の歯面の、歯幅方向での端部にあり、前記非噛合領域が前記端部に形成されるように、前記合成樹脂製歯は前記金属製歯の歯幅よりも大きな歯幅を有するである。
【０００８】
これによれば、合成樹脂製歯の歯幅が金属製歯の歯幅よりも大きいので、歯面においてバリが歯幅方向での端部に形成され、金属製歯が合成樹脂製歯に対して歯幅方向に相対的に移動をしたときにも、バリが噛み込まれることがない。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、合成樹脂製歯にはバリが形成されているものの、合成樹脂製歯と金属製歯との間に噛み込まれることがないので、バリが噛み込まれないようにするためのバリ取り加工が不要になり、合成樹脂製歯を有するギヤの製造コストが削減され、ひいてはギヤ機構を備える装置の製造コストが削減される。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、合成樹脂製歯の歯幅が金属製歯の歯幅よりも大きいという簡単な構造により、請求項１記載の発明と同様の効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図１〜図５を参照して説明する。
図１〜図４は第１実施形態を説明するためのものである。図１を参照すると、本発明が適用された車両用のステアリング装置１は、運転者により操作されるステアリングホイール２と、ステアリングホイール２に加えられる操舵力が連動機構を介して入力されるギヤボックス３と、ギヤボックス３からの操舵力を転舵輪６に伝達するリンク機構４と、運転者による操舵力を補助する操舵補助力を発生するパワーステアリング機構５とを備える。
【００１２】
ギヤボックス３は、車体に取り付けられるハウジング10と、ステアリングホイール２からの操舵力が伝達されると共にハウジング10に取り付けられる入力部13と、ハウジング10内に収容されると共に入力部13に連結されて入力部13からの操舵力の方向を変換する変換機構と、該変換機構に連結されると共に操舵力をリンク機構４に伝達する伝達機構とを備える。
【００１３】
ハウジング10は、後述するラック軸14が収容される筒状の第１収容部11ａを有する第１ハウジング11と、ラック軸14が収容される筒状の第２収容部12ａおよびパワーステアリング機構５の電動モータ16が取り付けられる取付部でもある端部12ｂを有する第２ハウジング12とを備える。第１ハウジング11は、ラック軸14の中心軸線が延びる方向である軸方向Ａ１での端部11ｂにおいて、第２ハウジング12の、軸方向Ａ１での端部12ｂに結合される。
【００１４】
入力部13は、前記連動機構を介してステアリングホイール２により回転駆動される入力軸13ａと、トーションバーを介して入力軸13ａに相対回転可能に連結される出力軸と、前記トーションバーの捩れ量に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサとを備える。
【００１５】
前記変換機構は、前記出力軸に形成された回転駆動部としてのピニオンと、該ピニオンに駆動連結される被動部としてのラック部と、該ラック部が形成された操舵部材としてのラック軸14とを備える。ラック軸14は、ステアリング装置１が車両に搭載された状態で該車両の左右方向に延びる両収容部11ａ，12ａに渡って収容され、前記ピニオンおよび前記ラック部から構成されるラック・ピニオン機構により、回転する入力軸13ａにより駆動されて両収容部11ａ，12ａ内で軸方向Ａ１に往復直線運動を行う。
【００１６】
前記伝達機構は、ラック軸14の両端部に、それぞれボールジョイントを介して連結される１対のタイロッド15を備える。そして、ラック軸14の直線運動が、各タイロッド15および該タイロッド15に連結されるリンク機構４を介して車両の各転舵輪６に伝達される。
【００１７】
図２を併せて参照すると、転舵時にラック軸14に操舵補助力を付加するパワーステアリング機構５は、前記トルクセンサで検出される操舵トルクに基づいて、電子制御ユニットにより制御されるアクチュエータとしての電動モータ16と、電動モータ16の回転駆動力をボールねじ機構Ｍ２のボールナット51に伝達する１次減速機構としてのギヤ機構Ｍ１と、該ギヤ機構Ｍ１の出力をラック軸14に伝達する２次減速機構としてのボールねじ機構Ｍ２とを備える。電動モータ16は、端部12ｂに結合される本体16ａと、ラック軸14の中心軸線と平行な回転中心線Ｌ１を有する回転軸16ｂとを備える。
【００１８】
ギヤ機構Ｍ１は、互いに噛合する駆動ギヤ21および被動ギヤ31から構成される。いずれもヘリカルギヤからなる駆動ギヤ21はおよび被動ギヤ31は、互いに結合される両端部11ｂ，12ｂにより形成されるギヤ室17内に収容されて、それぞれ、玉軸受からなる軸受41および複列アンギュラ玉軸受からなる軸受42を介して第１ハウジング11に回転可能に支持される。
【００１９】
駆動ギヤ21は、回転軸16ｂに一体回転可能に結合される駆動軸43に、該駆動軸43と一体に回転するように結合される。回転軸16ｂと一致する回転中心線Ｌ１を有する駆動軸43は、その一端部において回転軸16ｂにスプライン結合され、その他端部において軸受41を介して端部11ｂに回転可能に支持される。また、回転中心線Ｌ１と平行な回転中心線Ｌ２を有する被動ギヤ31は、ボールナット51と一体に回転するように結合される。回転中心線Ｌ２と一致する回転中心線を有するボールナット51は、円環状のロックボルト44により端部11ｂに固定される軸受42を介して端部11ｂに回転可能に支持される。
【００２０】
ボールナット51の回転運動をラック軸14の直線運動に変換するボールねじ機構Ｍ２は、該ボールナット51と、ラック軸14に形成されたボールねじ軸部52と、ボールナット51の内周面に形成されたねじ溝51ａおよびボールねじ軸部52の外周面に形成されたねじ溝52ａに跨って収容されて転動する多数のボール53とを有する。これらの一群のボール53は、ボールナット51に取り付けられるデフレクタ54により形成される戻り路55を転動して、ボールナット51とボールねじ軸部52との間で循環する。ギヤ室17内に収容されて被動ギヤ31と共に回転するボールナット51には、その外周面に被動ギヤ31および軸受42が、回転中心線Ｌ２の方向Ａ２に直列に配置されて、ロックナット45により回転中心線方向Ａ２での移動が規制された状態で結合される。
【００２１】
ところで、駆動ギヤ21および被動ギヤ31のうちの一方のギヤとしての駆動ギヤ21は、金属製の歯22を有する一方、駆動ギヤ21および被動ギヤ31のうちの他方のギヤとしての被動ギヤ31は、合成樹脂製の歯32を有する。
【００２２】
具体的には、駆動ギヤ21は、駆動軸43に結合される円筒状のボス部23と多数の歯22が形成された歯形成部24とを有する。そして、ボス部23と歯形成部24とは、金属により一体成形されている。
【００２３】
駆動ギヤ21の歯数よりも多い歯32を有すると共に駆動ギヤ21により回転駆動される被動ギヤ31は、ボールナット51に結合される円筒状のボス部33と、駆動ギヤ21の歯22と噛合する歯32が形成された円環状の歯形成部34と、ボス部33と歯形成部34とを連結すべく周方向に間隔をおいて設けられる複数のアーム部35と、歯形成部34に埋設されたリム部36とを有する。そして、ボス部33、アーム部35およびリム部36は金属により一体成形され、歯形成部34は合成樹脂で成形される。
【００２４】
ここで、被動ギヤ31の各歯32は、ブランク材の状態にある被動ギヤ31の歯形成部（以下、ブランク歯形成部という。）に、歯切り加工、例えばホブやフライスなどの工具を使用した切削加工が施されることにより、形成される。
【００２５】
図３，図４を参照すると、工具によりブランク歯形成部の材料が削り取られて形成された歯面32ａにおいて、工具による加工方向における歯幅方向Ａ３での加工の終端側になる歯幅方向Ａ３での一方の端部32a1には、歯切り加工によるバリ39が残る。すなわち、歯切り加工により、歯面32ａと歯32の側面32ｂとの縁32ｃから加工方向に一旦延びて形成されたバリ39の一部は、被動ギヤ31の径方向から見て歯面32ａと重なる位置まで反り返える。このため、被動ギヤ31には、歯幅方向Ａ３での歯面32の端部32a1に、縁32ｃから歯幅方向Ａ３でのある幅Ｗ５に渡って、バリ39が存在するバリ領域Ｒ２（図３において、点線のハッチングで示される。）が形成される。なお、歯切り加工により駆動ギヤ21の金属製の歯22に発生するバリは、バリ取り加工により除かれている。
【００２６】
さらに、被動ギヤ31の歯32の歯幅Ｗ２は、駆動ギヤ21の歯22の歯幅Ｗ１よりも大きく設定され、少なくともバリ領域Ｒ２寄りで所定幅Ｗ３だけ大きい。この所定幅Ｗ３は、駆動ギヤ21が、被動ギヤ31に対して図３に二点鎖線で示されるように、歯面32ａに沿いつつ歯幅方向Ａ３に相対的に移動したとしても、駆動ギヤ21が、バリ領域Ｒ２において被動ギヤ31と噛合することがない幅に設定される。それゆえ、所定幅Ｗ３は、少なくともバリ領域Ｒ２の幅Ｗ５よりも大きい。
【００２７】
駆動ギヤ21と被動ギヤ31との間での歯幅方向Ａ３の相対的な移動は、電動モータ16からボールねじ機構Ｍ２に至るまでの回転駆動力の伝達経路、例えば、回転軸16ｂと駆動軸43、駆動軸43と駆動ギヤ21、被動ギヤ31とボールナット51の各結合部における回転中心線方向Ａ２での僅かな間隙に起因して、被動ギヤ31が駆動ギヤ21により回転駆動されるときに発生するスラスト力により、駆動ギヤ21および被動ギヤ31の少なくとも一方が、回転中心線方向Ａ２に移動するために生じる。
【００２８】
そして、所定幅Ｗ３は、駆動ギヤ21が被動ギヤ31に対して相対的に移動したとしても両ギヤ21，31が噛合しない領域である非噛合領域Ｒ１の、歯幅方向Ａ３での幅Ｗ４と、被動ギヤ31が駆動ギヤ21により回転駆動されているときの両ギヤ21，31の歯幅方向Ａ３での相対的な移動幅の最大値とに基づいて、それら双方の幅を加算した値に設定される。ここで、非噛合領域Ｒ１は両ギヤ21，31の歯面22ａ，32ａ同士が接触しない領域であり、その幅Ｗ４は、バリ39の長さのバラツキや前記最大値を考慮して得られる係数で、経験上得られるバリ領域Ｒ２の幅Ｗ５を補正することにより設定される。
【００２９】
それゆえ、非噛合領域Ｒ１はバリ領域Ｒ２が形成される端部32ａに形成されると共に、その幅Ｗ４はバリ領域Ｒ２の幅Ｗ５よりも大きく、しかもバリ領域Ｒ２は非噛合領域Ｒ１内にある。このため、両ギヤ21，31が、歯面32ａに沿いつつ歯幅方向Ａ３で相対的に移動したとしても、被動ギヤ31の歯面32ａにおいて、バリ領域Ｒ２、ひいては非噛合領域Ｒ１にあるバリ39が、両ギヤ21，31に噛み込まれることが防止される。
【００３０】
次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
ステアリング装置１において、転舵すべく運転者がステアリングホイール２に操舵力を加えると、その操舵力が入力軸13ａに伝達される。入力軸13ａは前記トーションバーに捩りを生じさせつつ前記出力軸を回転させて、その回転が前記ラック・ピニオン機構によりラック軸14に軸方向Ａ１の移動を生じさせる。そして、操舵力は、タイロッド15およびリンク機構４を介して転舵輪６に伝達され、操舵力に応じた転舵輪６の転舵が行われる。同時に、前記トルクセンサで検出される操舵トルクに応じて作動する電動モータ16により駆動される駆動ギヤ21が被動ギヤ31を回転駆動し、被動ギヤ31と一体に回転するボールナット51がボールねじ軸部52の周りで回転する。このボールナット51の回転により、ボールねじ軸部52が形成されたラック軸14が軸方向Ａ１に移動し、操舵トルクに比例する操舵補助力がタイロッド15およびリンク機構４を介して転舵輪６に伝達されて、ステアリングホイール２による操舵力の補助を行う。
【００３１】
そして、ギヤ機構Ｍ１を構成する駆動ギヤ21および被動ギヤ31において、被動ギヤ31の合成樹脂製の歯32は、駆動ギヤ21の金属製の歯22と接触しない非噛合領域Ｒ１内のバリ領域Ｒ２に、歯切り加工により発生したバリ39を有することにより、歯32にはバリ39が残っているものの、バリ39は駆動ギヤ21の歯22と噛合しない非噛合領域Ｒ１にあることから、歯22と歯32との間に噛み込まれることがない。そのため、バリ39が噛み込まれないようにするためのバリ取り加工が不要になるので、歯32を有する被動ギヤ31の製造コストが削減され、ひいてはギヤ機構Ｍ１を備えるステアリング装置１の製造コストが削減される。
【００３２】
被動ギヤ31の歯32に残るバリ39は、歯32の歯面32ａの、歯幅方向Ａ３での端部32a1にあり、非噛合領域Ｒ１が端部32a1に形成されるように、歯32は歯22の歯幅Ｗ１よりも大きな歯幅Ｗ２を有することにより、歯22が歯32に対して歯幅方向Ａ３に相対的に移動をしたときにも、バリ39が噛み込まれることがないので、歯32の歯幅Ｗ２が歯22の歯幅Ｗ１よりも大きいという簡単な構造により、バリ取り加工が不要となり、被動ギヤ31の製造コストが削減される。
【００３３】
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、第１実施形態とは、ギヤ機構を構成するギヤが相違し、その他は基本的に同一の構成を有するステアリング装置である。そのため、同一の部分についての説明は省略または簡略にし、異なる点を中心に説明する。なお、第１実施形態の部材と同一の部材または対応する部材については、必要に応じて同一の符号を使用した。
【００３４】
ギヤ機構Ｍ１は、いずれもベベルギヤからなる駆動ギヤ61および被動ギヤ71により構成される。そして、パワーステアリング機構の電動モータの回転軸に一体回転可能に結合される駆動ギヤ61は、金属製の歯62を有する一方、ボールねじ機構のボールナットに結合される被動ギヤ71は、合成樹脂製の歯72を有する。さらに、歯72の歯幅Ｗ２は、駆動ギヤ61の歯62の歯幅Ｗ１よりも大きく設定され、少なくともバリ領域Ｒ２寄りで所定幅Ｗ３だけ大きい。この所定幅Ｗ３は、第１実施形態と同様にして設定される。
【００３５】
そのため、被動ギヤ71が駆動ギヤ61により回転駆動されるとき、駆動ギヤ61が回転中心線Ｌ３の方向Ａ４または被動ギヤ31が回転中心線方向Ａ２に少なくとも移動して、歯62が、図５に二点鎖線で示されるように、歯面72ａに沿いつつ歯幅方向Ａ３に相対的に移動したとしても、駆動ギヤ61が、バリ39が残るバリ領域Ｒ２において被動ギヤ61と噛合することがない。ここでも、非噛合領域Ｒ１はバリ領域Ｒ２が形成される端部72ａに形成され、その幅Ｗ４はバリ領域Ｒ２の幅Ｗ５よりも大きく、バリ領域Ｒ２は非噛合領域Ｒ１内にある。
この第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用および効果が奏される。
【００３６】
以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
駆動ギヤの歯が合成樹脂で形成され、被動ギヤの歯が金属で形成されてもよい。また、駆動ギヤおよび被動ギヤは、ヘリカルギヤおよびベベルギヤ以外のギヤにより構成されてもよい。さらに、歯が合成樹脂で形成される駆動ギヤまたは被動ギヤは、そのギヤ全体が合成樹脂で形成されてもよい。
合成樹脂製の歯にクラウニングやエンドリリーフが施される場合には、歯厚が小さくなる歯幅方向Ａ３での端部にバリ領域Ｒ２が形成されていてもよい。そして、この場合には、バリが噛み込まれることは殆どないので、所定幅Ｗ３を減少することができ、さらには合成樹脂製の歯の歯幅を金属製の歯の歯幅よりも大きくすることを不要とすることもできる。
第１実施形態では、被動ギヤ31の歯32は、所定幅Ｗ３が確保された状態で、歯幅方向Ａ３での歯面32ａの両端部32a1，32a2がそれぞれ位置する両端部32ｄ，32ｅにおいて、駆動ギヤ21の歯22よりも歯幅方向Ａ３で大きくされたが、図３に二点鎖線で示されるように、歯切り加工の際に、加工の始端側になる端部32a2が位置する端部32ｅでは、バリ領域Ｒ２が形成されないので、歯32が歯22よりも歯幅方向Ａ３に大きくされる必要はなく、所定幅Ｗ３が確保された状態で、被動ギヤ31の歯32の側面32ｆは、駆動ギヤ21の歯22の側面22ｆと歯幅方向Ａ３で同じ位置にあってもよい。
ギヤ機構を備える装置は、ステアリング装置以外の装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、本発明が適用されたギヤ機構を備えるステアリング装置の概略の全体図であり、そのギヤボックスおよびパワーステアリング機構の一部が断面で示されている。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図３のＩＶ矢視での部分図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示し、図３に対応する図である。
【図６】ギヤの部分斜視図であり、歯切り加工により合成樹脂製の歯に残るバリの様子を説明するためのものである。
【符号の説明】
【００３８】
１…ステアリング装置、２…ステアリングホイール、３…ギヤボックス、４…リンク機構、５…ステアリング機構、６…転舵輪、７…、８…、９…、10…ハウジング、11…第１ハウジング、12…第２ハウジング、13…入力部、14…ラック軸、15…タイロッド、16…電動モータ、17…ギヤ室、
21，61…駆動ギヤ、22，62…歯、22ａ，62ａ…歯面、23…ボス部、24…歯形成部、
31，71…被動ギヤ、32，72…歯、32ａ，72ａ…歯面、33…ボス部、34…歯形成部、35…アーム部、36…リム部、39…バリ、
41，42…軸受、43…駆動軸、44…ロックボルト、45…ロックナット、51…ボールナット、52…ボールねじ軸部、53…ボール、54…デフレクタ、55…戻り路、
Ａ１…軸方向、Ａ２…回転中心線方向、Ａ３…歯幅方向、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…回転中心線、Ｍ１…ギヤ機構、Ｍ２…ボールねじ機構、Ｗ１，Ｗ２…歯幅、Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５…幅、Ｒ１…非噛合領域、Ｒ２…バリ領域。
【図１】
2005233408.tif 000003
【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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