(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボスとアームとリムとを有し、リムの外周面に歯を備える樹脂製歯車の製造方法において、
ボスとアームとを構成するインサート金具を金型内に固定し、
金型のインサート金具回りのキャビティにリム対応部を形成し、
金型のスプルの孔径は、金型のスプルからダイレクトゲートに近づくに従い拡径し、
金型のスプルからダイレクトゲートを介してキャビティに樹脂を充填し、
金型から取出した成形品には、スプル及びダイレクトゲート内に充填された樹脂がゲート成形部となって一体的に形成されており、このゲート成形部を成形品から切削除去することによりインサート金具にリムを備えた歯車素材とし、
歯車素材のリムの外周面に歯を加工して歯車を得る
ことを特徴とする樹脂製歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーステアリング装置等の高負荷伝動系に用いて好適な樹脂製歯車の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動パワーステアリング装置で操舵力をアシストするために、モータの駆動力をステアリング軸に伝える伝動系に、モータの駆動力をステアリング軸に伝えるウォームホイールが用いられている。
【０００３】
パワーステアリング装置等の高負荷伝動系に用いられるウォームホイールとしては、ボスとアームをインサート金具により構成して強度を確保し、歯を備えるリムを樹脂により構成して噛合い音の静粛を図ることが考えられている。
【０００４】
ところで、樹脂製歯車の製造において、インサート金具回りに樹脂製リムを射出成形するに際しては、特開平4-296243号公報で樹脂プーリの製造に用いられているような、ピンポイントゲート方式を用いることが考えられる。このピンポイントゲート方式では、金型のインサート金具回りのキャビテイにリム対応部を形成し、金型のスプルから放射状に分岐する多数のランナを経て、各ランナ毎に設けられる多数のピンポイントゲートよりキャビティのリム対応部に樹脂を充填し射出成形するものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、樹脂製歯車の製造において、上述のピンポイントゲート方式を用いる場合には、以下の問題点がある。
▲１▼スプルから供給される溶融樹脂は、多数のランナを経て、各ランナに連なる多数のピンポイントゲートで絞られてキャビティのリム対応部に注入される。このため、キャビティのリム対応部では、隣り合うピンポイントゲート間で、それらのゲートから放出された溶融樹脂が合流する部分にウエルド部を発生する。ピンポイントゲート方式では、成形品のリムにピンポイントゲートの数だけの多数のウエルド部を生じ、これらのウエルド部は残留応力の発生による強度低下、樹脂に混入してあるガラス繊維等の強化繊維の配向の乱れによる強度低下を生ずるものであり、成形品のリムに強度上のばらつきを生ずる。
【０００６】
▲２▼ピンポイントゲート方式では、キャビティのリム対応部に開口するゲート孔径が小さいため、ピンポイントゲートからキャビティへの樹脂の注入後のゲートシールが早く、樹脂への保圧が十分にかからないため、成形品のリムに内部欠陥（ボイド）を生ずる虞れがある。
【０００７】
本発明の課題は、樹脂製歯車を製造するに際し、インサート金具回りに設けられる樹脂製リムの高強度を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、ボスとアームとリムとを有し、リムの外周面に歯を備える樹脂製歯車の製造方法において、ボスとアームとを構成するインサート金具を金型内に固定し、金型のインサート金具回りのキャビティにリム対応部を形成し、金型のスプルの孔径は、金型のスプルからダイレクトゲートに近づくに従い拡径し、金型のスプルからダイレクトゲートを介してキャビティに樹脂を充填し、金型から取出した成形品には、スプル及びダイレクトゲート内に充填された樹脂がゲート成形部となって一体的に形成されており、このゲート成形部を成形品から切削除去することによりインサート金具にリムを備えた歯車素材とし、歯車素材のリムの外周面に歯を加工して歯車を得るようにしたものである。
【０００９】
【作用】
請求項１の本発明によれば下記▲１▼、▲２▼の作用がある。
▲１▼スプルから供給される溶融樹脂は、スプルからダイレクトゲートにより直接キャビティに充填される。即ち、樹脂は、キャビティの中央部から外周部へと円板状に広がり、キャビティの全域に均一に注入される。これにより、キャビティのリム対応部にウエルド部の発生を生ずることがなく、ウエルド部に起因する残留応力の発生や強化繊維の配向の乱れによる強度低下を伴うことがないから、歯車を構成するリムに強度上のばらつきを生ずることがない。
【００１０】
▲２▼キャビティのリム対応部の全周に円板状のダイレクトゲートが接続されるものとなり、キャビティのリム対応部に開口するゲート面積は極めて大きい。従って、樹脂への保圧を十分にかけることができ、歯車を構成するリムに内部欠陥のない、高強度を確保できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は電動パワーステアリング装置を示す模式図、図２は図１のステアリングコラムを示す模式図、図３はウォームホイールを示す模式図、図４はインサート金具セット工程を示す模式図、図５は射出成形工程を示す模式図、図６は成形品取出し工程を示す模式図、図７はゲート切除工程を示す模式図、図８は歯加工工程を示す模式図である。
【００１２】
本実施形態は、本発明を電動パワーステアリング装置１０のステアリングコラム１１に用いられるウォームホイール４０の製造に適用したものである。
【００１３】
電動パワーステアリング装置１０は、図１に示す如く、ステアリングホイールが接続されるステアリングコラム１１をギヤボックス１２に結合し、ギヤボックス１２のラック１３の中間部に連結ボルト１４Ａ、１４Ｂを介して左右のタイロッド１５Ａ、１５Ｂを連結し、運転者によるステアリングホイールの操舵力をステアリングコラム１１のモータ１６によりアシストするものである。
【００１４】
ステアリングコラム１１は、図２に示す如く、ステアリングホイールが接続されるステアリング軸を入力軸２１と出力軸２２に分割し、入力軸２１と出力軸２２をそれらの内部でトーションバー２３により連結し、入力軸２１と出力軸２２をベアリング２４、ベアリング２５Ａ、２５Ｂでハウジング２６に支持している。また、ステアリングコラム１１は、トルクセンサ２０を構成する 2個の検出コイル２７Ａ、２７Ｂを入力軸２１、出力軸２２に係合している円筒状のコア２８を囲むように、ハウジング２６に設けている。コア２８は、出力軸２２のガイドピン２９に係合する縦溝３０を備えて軸方向にのみ移動可能とされるとともに、入力軸２１のスライダピン３１に係合するスパイラル溝３２を備える。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクが入力軸２１に付与され、トーションバー２３の弾性ねじり変形により、入力軸２１と出力軸２２の間に回転方向の相対変位を生ずると、この入力軸２１と出力軸２２の回転方向の変位がコア２８を軸方向に変位させるものとなり、このコア２８の変位による検出コイル２７Ａ、２７Ｂの周辺の磁気的変化に起因する検出コイル２７Ａ、２７Ｂのインダクタンスが変化する。即ち、コア２８が入力軸２１側へ移動すると、コア２８が近づく方の検出コイル２７Ａのインダクタンスが増加し、コア２８が遠ざかる方の検出コイル２７Ｂのインダクタンスは減少し、このインダクタンスの変化により操舵トルクを検出できる。
【００１５】
また、ステアリングコラム１１は、出力軸２２の反トルクセンサ２０側の外周部をピニオン３３とし、このピニオン３３に、前述したギヤボックス１２のラック１３を噛合わせている。このとき、ハウジング２６にはキャップ３４が螺着され、キャップ３４にスプリング３５を介してバックアップされるラックガイド３６がラック１３を背面支持している。
【００１６】
また、ステアリングコラム１１は、ハウジング２６に前述のモータ１６を支持するとともに、モータ１６に接続されるクラッチ、ウォームギヤ３８を支持し、このウォームギヤ３８に噛合うウォームホイール４０を前述の出力軸２２の中間部に固定してある。
【００１７】
即ち、電動パワーステアリング装置１０にあっては、車速センサ（不図示）や上述のトルクセンサ２０の検出結果を得たコントロールユニット（不図示）により、所定のアシスト力マップから、モータ１６の駆動電流を決定し、車速と操舵トルクに応じた適切なアシスト力となるモータ１６の駆動力を出力軸２２に付与する。尚、モータ１６とウォームギヤ３８との間に設けられるクラッチは、アシスト不要時（高速時）にアシスト力を遮断する。
【００１８】
然るに、ステアリングコラム１１において、モータ１６の駆動力を出力軸２２に伝えるウォームホイール４０は、図３に示す如く、ボス４１と、ボス４１から放射状に延びる複数本のアーム４２と、リム４３とを有し、リム４３の外周面に歯４４を備えている。このとき、ウォームホイール４０は、ボス４１とアーム４２をインサート金具４５により構成して強度を確保し、歯４４を備えるリム４３を樹脂により構成してウォームギヤ３８との噛合い音の静粛を図っている。
【００１９】
リム４３を構成する樹脂としては、カーボン繊維やガラス繊維等の強化繊維が予め混入されたポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）やポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル樹脂（ＰＥＮ）等の強化プラスチックを用いることができる。
【００２０】
また、当然の事ながら要求強度の低いウォームホイールのリム４３を構成する樹脂としては、強化繊維を混入しない上記樹脂、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル樹脂（ＰＥＮ）をそのまま用いることができる。
【００２１】
インサート金具４５を構成する金属としては、焼結金属や鋼等を用いることができる。
【００２２】
以下、ウォームホイール４０の製造方法について説明する（図４〜図８）
ウォームホイール４０は下記(1) 〜(4) により製造できる。
(1) ボス４１とアーム４２を構成するインサート金具４５を、金型５０の下型５１に固定する（図４）。下型５１は、インサート金具４５の中央のボス孔４１Ａに嵌合するボス孔嵌合部５１Ａと、インサート金具４５の複数のアーム孔４２Ａに嵌合するアーム孔嵌合部５１Ｂとを備える。金型５０は、下型５１の上面に側型５２、上型５３を型合せし、インサート金具４５回りのキャビティ５４にリム対応部５４Ａを形成する。
【００２３】
(2) 金型５０の上型５３の中央部に設けたスプル５５から、外周部に広がるダイレクトゲート５６により、直接キャビティ５４に溶融樹脂を充填して射出成形する（図５）。
【００２４】
(3) 金型５０で冷却固化した成形品１を金型５０から取出す（図６）。そして、旋盤等の切削刃物６０を用いる等により、図７（Ａ）に模式的に示す如く、成形品１におけるリム成形部２とゲート成形部３とのリング状境界線４に沿って成形品１を切削し、成形品１からゲート成形部３を切削除去する。切削刃物６０によりリング状境界線４に沿って切削されたゲート成形部３は、成形品１のインサート金具４５から隔離される。これにより、インサート金具４５にリム成形部２を備えた歯車素材５が得られる（図７（Ｂ））。
【００２５】
(4) ホブ盤のカッタ６１を用いる等により、歯車素材５のリム成形部２の外周面に歯４４を加工する（図８）。これにより、ボス４１とアーム４２を構成するインサート金具４５にリム４３を備え、リム４３の外周面に歯４４を備えたウォームホイール４０が得られる。
【００２６】
従って、本実施形態によれば、以下の作用がある。
▲１▼スプル５５から供給される溶融樹脂は、スプル５５からダイレクトゲート５６により直接キャビティ５４に充填される。即ち、樹脂は、キャビティ５４の中央部から外周部へと円板状に広がり、キャビティ５４の全域に均一に注入される。これにより、キャビティ５４のリム対応部５４Ａにウエルド部の発生を生ずることがなく、ウエルド部に起因する残留応力の発生や強化繊維の配向の乱れによる強度低下を伴うことがないから、ウォームホイール４０を構成するリム４３に強度上のばらつきを生ずることがない。
【００２７】
▲２▼キャビティ５４のリム対応部５４Ａの全周に円板状のダイレクトゲート５６が接続されるものとなり、キャビティ５４のリム対応部５４Ａに開口するゲート面積は極めて大きい。従って、樹脂への保圧を十分にかけることができ、ウォームホイール４０を構成するリム４３に内部欠陥のない、高強度を確保できる。
【００２８】
以下、本発明の具体的実施結果について説明する。
（実施例１）（表１）
前述したウォームホイール４０を前述(1) 〜(4) の手順で製造し、表１を得た。樹脂材料として、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）にカーボン繊維を30重量％混入したもの（ＰＰＡ−ＣＦ30）を用いた。ダイレクトゲート方式による本発明例のリム４３はウエルド部のない正常部だけからなるものであり、全領域で均一な高強度を確保できた。これに対し、ピンポイントゲート方式（ 8点ゲート）による比較例のリム４３では、正常部の他に、低強度のウエルド部を伴うことを認めた。
【００２９】
【表１】
0004164173.tif 000002
【００３０】
（実施例２）（表２）
前述したウォームホイール４０を前述(1) 〜(4) の手順で製造し、表２を得た。樹脂材料として、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）にガラス繊維を45重量％混入したもの（ＰＰＡ−ＧＦ45）を用いた。ダイレクトゲート方式による本発明例のリム４３はウエルド部のない正常部だけからなるものであり、全領域で均一な高強度を確保できた。これに対し、ピンポイントゲート方式（ 8点ゲート）による比較例のリム４３では、正常部の他に、低強度のウエルド部を伴うことを認めた。
【００３１】
【表２】
0004164173.tif 000003
【００３２】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明の樹脂製歯車は、インサート金具４５が構成するアーム４２を放射状に枝分れした複数本からなるものに限らず、円周方向に連続する円板状をなすものであっても良く、また補強リブを備えるものであっても良い。
【００３３】
また、本発明の樹脂製歯車を構成する樹脂は、繊維の混入された樹脂に限らず、繊維の混入されない樹脂であっても良い。
【００３４】
また、本発明は、ウォームホイールの製造方法に限らず、平歯車等の他の歯車の製造方法にも適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、樹脂製歯車を製造するに際し、インサート金具回りに設けられる樹脂製リムの高強度を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は電動パワーステアリング装置を示す模式図である。
【図２】図２は図１のステアリングコラムを示す模式図である。
【図３】図３はウォームホイールを示す模式図である。
【図４】図４はインサート金具セット工程を示す模式図である。
【図５】図５は射出成形工程を示す模式図である。
【図６】図６は成形品取出し工程を示す模式図である。
【図７】図７はゲート切除工程を示す模式図である。
【図８】図８は歯加工工程を示す模式図である。
【符号の説明】
１  成形品
２  リム成形部
３  ゲート成形部
５  歯車素材
４０  ウォームホイール（歯車）
４１  ボス
４２  アーム
４３  リム
４４  歯
４５  インサート金具
５０  金型
５４  キャビティ
５４Ａ  リム対応部
５５  スプル
５６  ダイレクトゲート
【図１】
0004164173.tif 000004
【図２】
0004164173.tif 000005
【図３】
0004164173.tif 000006
【図４】
0004164173.tif 000007
【図５】
0004164173.tif 000008
【図６】
0004164173.tif 000009
【図７】
0004164173.tif 000010
【図８】
0004164173.tif 000011