(57)【要約】【課題】金属歯車と樹脂歯車との位相合わせを正確に行うことができる複合歯車製造方法およびその方法によって製造された複合歯車を提供する。【解決手段】軸方向に金属歯車３１と樹脂歯車３２とを積層してなる複合歯車の製造方法であって、下型４０に金属歯車をセットし、次に、少なくとも一対のスライドプレート４１、４２を金属歯車の径方向外方より金属歯車の歯部の上部を覆うようにセットするとともに、上型を金属歯車上にセットし、次いで、上型内に樹脂をインジェクションして金属歯車と一体的に樹脂歯車を成形する。【選択図】図６
2009250353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に金属歯車と樹脂歯車とを積層してなる複合歯車の製造方法であって、
下型に金属歯車をセットし、
次に、少なくとも一対のスライドプレートを前記金属歯車の径方向外方より前記金属歯車の歯部の上部を覆うようにセットするとともに、上型を前記金属歯車上にセットし、
次いで、前記上型内に樹脂をインジェクションして前記金属歯車と一体的に樹脂歯車を成形し、
しかる後、前記スライドプレートを離脱するようにした、
ことを特徴とする複合歯車製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記スライドプレートの先端部に、前記金属歯車の歯部との干渉を防止するための面取り部を形成した複合歯車製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記金属歯車には、前記樹脂歯車を抜止めおよび回り止めするための係合突起が形成されている複合歯車製造方法。
【請求項４】
軸方向に金属歯車と樹脂歯車とを積層してなる複合歯車であって、
前記金属歯車の軸方向の一端に、インジェクション成形により前記樹脂歯車を抜止めおよび回り止めして一体成形し、
前記金属歯車と前記樹脂歯車の歯部の間に所定幅の軸方向隙間を全周に亘って形成した、
ことを特徴とする複合歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向に金属歯車と樹脂歯車とを積層してなる複合歯車の製造方法およびその方法によって製造された複合歯車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置には、例えば、特許文献１に記載されているように、ラック軸に形成したボールねじ軸にボールを介して螺合する回転可能なボールナットと平行に電動モータを配置し、電動モータのモータシャフトに駆動歯車を連結するとともに、ボールナットに従動歯車を設け、これら駆動歯車と従動歯車とをアイドル歯車を介して噛合させた歯車減速機構を備えたモータ平行タイプの電動パワーステアリング装置がある。
【０００３】
この種の電動パワーステアリング装置の歯車減速機構は、駆動歯車、従動歯車およびアイドル歯車がそれぞれ金属にて構成されているため、金属歯車同士の噛合いによって歯打ち音が発生する問題がある。この歯打ち音を抑制するためには、例えば、特許文献２に記載されているように、金属歯車と樹脂歯車とを組合わせた、いわゆるハイブリッドギヤ（複合歯車）が有効である。当該複合歯車は、樹脂歯車の歯部の回転方向の歯厚を、金属歯車の歯部の歯厚より僅かに大きく成形し、伝達トルクが小さな通常時においては、駆動歯車および従動歯車に樹脂歯車を噛合させることにより、金属歯車同士を噛合わないようにして、歯打ち音を抑制するものである。
【特許文献１】特開２００５−２８０５５５号公報
【特許文献２】実開平１−１１６２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２に記載されたような複合歯車は、従来、金属歯車と樹脂歯車とが別々に製造され、金属歯車の端面に樹脂歯車がボルト等によって固定されるのが一般的である。具体的には、樹脂歯車にボルトを挿通する貫通穴を歯部の内側に円周上複数形成するとともに、金属歯車の端面にボルトのねじ部に螺合するねじ穴を円周上複数形成し、ボルトを樹脂歯車の貫通穴を挿通して金属歯車のねじ穴にねじ込むことにより、樹脂歯車を歯部の弾性変形を許容して金属歯車に固定するものである。
【０００５】
しかしながら、従来の複合歯車においては、例えば、樹脂歯車の挿通穴とボルトとのクリアランス等によって、金属歯車の歯部と樹脂歯車の歯部とを正確に位相合わせすることが難しい問題がある。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題を解消するためになされたもので、金属歯車と樹脂歯車との位相合わせを正確に行うことができる複合歯車製造方法およびその方法によって製造された複合歯車を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、軸方向に金属歯車と樹脂歯車とを積層してなる複合歯車の製造方法であって、下型に金属歯車をセットし、次に、少なくとも一対のスライドプレートを前記金属歯車の径方向外方より前記金属歯車の歯部の上部を覆うようにセットするとともに、上型を前記金属歯車上にセットし、次いで、前記上型内に樹脂をインジェクションして前記金属歯車と一体的に樹脂歯車を成形し、しかる後、前記スライドプレートを離脱するようにした複合歯車製造方法である。
【０００８】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記スライドプレートの先端部に、前記金属歯車の歯部との干渉を防止するための面取り部を形成した複合歯車製造方法である。
【０００９】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、前記金属歯車には、前記樹脂歯車を抜止めおよび回り止めするための係合突起が形成されている複合歯車製造方法である。
【００１０】
請求項４に係る発明の特徴は、軸方向に金属歯車と樹脂歯車とを積層してなる複合歯車であって、前記金属歯車の軸方向の一端に、インジェクション成形により前記樹脂歯車を抜止めおよび回り止めして一体成形し、前記金属歯車と前記樹脂歯車の歯部の間に所定幅の軸方向隙間を全周に亘って形成した複合歯車である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る複合歯車製造方法の発明によれば、樹脂歯車のインジェクション成形時に、スライドプレートによって金属歯車の歯部の上部を覆うようにしたので、金属歯車の歯部の間（歯溝）への樹脂の流動を防止することができ、複合歯車のインジェクション成形を精度よく行うことができる。
【００１２】
請求項２に係る複合歯車製造方法の発明によれば、スライドプレートの先端部に、金属歯車の歯部との干渉を防止するための面取り部を形成したので、スライドプレートをスライドして金属歯車の歯部の上部に容易にセットすることができる。
【００１３】
請求項３に係る複合歯車製造方法の発明によれば、金属歯車には、樹脂歯車を抜止めおよび回り止めするための係合突起が形成されているので、金属歯車と樹脂歯車との軸方向および円周方向の結合強度を向上することができる。
【００１４】
請求項４に係る複合歯車の発明によれば、金属歯車の軸方向の一端に、インジェクション成形により抜止めおよび回り止めして樹脂歯車を一体成形するようにしたので、金属歯車と樹脂歯車との位相合わせを正確に行うことができ、金属歯車同士の噛合いによる歯打ち音を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の複合歯車を備えた電動パワーステアリング装置１０の外観図を示し、図２は電動パワーステアリング装置１０の要部断面図を示す。
【００１６】
図１および図２において、電動パワーステアリング装置１０は、ギヤハウジング１１を備え、ギヤハウジング１１は、互いに一体結合された第１および第２ハウジング１１ａ、１１ｂと、第２ハウジング１１ｂに固定されたエンドカバー１１ｃからなっている。第１ハウジング１１ａには、図略のステアリングホイールによって回転される入力軸としてのピニオン軸１３が回転可能に支持されている。また、第１および第２ハウジング１１ａ、１１ｂならびにエンドカバー１１ｃには、ピニオン軸１３と噛合い、自動車の進行方向と直交する幅方向に延びる転舵軸としてのラック軸１４が軸方向移動可能に貫挿され、ラック軸１４にはボールねじ軸１５が一体的に形成されている。ラック軸１４の両端部は、図示してないがタイロッドおよびナックルアームを介して操向車輪に連結されるようになっている。
【００１７】
第２ハウジング１１ｂには、図２に詳細図示するように、ボールナット１６が軸受１７を介して、ラック軸１４と同心的に回転可能に支持されている。ボールねじ軸１５の外周およびボールナット１６の内周には、ねじ溝１５ａ、１６ａが形成され、これらねじ溝１５ａ、１６ａはボール１８を介して螺合されている。ボールナット１６の外周には、金属製の従動歯車１９が一体的に取付けられている。上記したボールねじ軸１５およびボールナット１６の各ねじ溝１５ａ、１６ａならびにボール１８によって、ボールねじ機構２０が構成され、このボールねじ機構２０によって、ボールナット１６の回転運動がボールねじ軸１５（ラック軸１４）の軸方向運動に変換されるようになっている。
【００１８】
また、エンドカバー１１ｃには、ラック軸１４と平行に配置された電動モータ２１が設置されている。電動モータ２１のモータシャフトは、第２ハウジング１１ｂに軸受２２を介してラック軸１４と平行な軸線の回りに回転可能に支持された駆動軸２３に連結されている。駆動軸２３の一端には、金属製の駆動歯車２４が一体的に設けられている。第２ハウジング１１ｂには、ラック軸１４と駆動軸２３との間に、中間軸２５がラック軸１４および駆動軸２３と平行に固定配置されている。中間軸２５上には、駆動歯車２４および従動歯車１９に噛合し駆動歯車２４の回転を従動歯車１９に伝達するアイドル歯車２６が、軸受２７を介してラック軸１４と平行な軸線の回りに回転可能に支持されている。
【００１９】
上記した駆動歯車２４、アイドル歯車２６および従動歯車１９は、はすば歯車もしくは平歯車からなり、これら駆動歯車２４、アイドル歯車２６および従動歯車１９によって、電動モータ２１の回転をボールナット１６に減速して伝達する歯車減速機構３０を構成している。
【００２０】
アイドル歯車２６は、金属歯車３１と、金属歯車３１の軸方向に積層された樹脂歯車３２からなる複合歯車によって構成されており、複合歯車を構成する金属歯車３１および樹脂歯車３２は、後述する製造方法によって一体成形される。金属歯車３１には、図３および図４に示すように、軸方向の一端３１ｂに、環状の係合突起３３が一体的に形成されている。係合突起３３は、金属歯車３１の一端３１ｂと間隔を存し、かつ金属歯車３１の径方向外方に突出する環状突起部３４を有している。環状突起部３４の外径は金属歯車３１の歯底の径より小さくされており、環状突起部３４の外周に、切欠き部３５が円周上複数形成されている。樹脂歯車３２は、係合突起３３を包み込むように、金属歯車３１に一体的にインジェクション成形され、軸方向に抜止めされるとともに、円周方向に回り止めされる。
【００２１】
金属歯車３１と樹脂歯車３２の歯形は、図５に示すように、略相似形に形成されており、樹脂歯車３２の歯部３２ａは、回転方向の歯厚が、金属歯車３１の歯部３１ａの歯厚より僅かに大きくされ、金属歯車３１の歯部３１ａの回転方向の両側に、樹脂歯車３２の歯部３２ａが僅かに突出するように構成されている。
【００２２】
次に、アイドル歯車２６を構成する複合歯車、すなわち、金属歯車３１と樹脂歯車３２を、インジェクション成形によって一体成形する製造方法を、図６および図７に基づいて説明する。
【００２３】
図６において、金属歯車３１は、軸方向の一端３１ｂ、すなわち、係合突起３３を上方に向けて下型４０内に収納される。下型４０には、金属歯車３１の歯部３１ａに係合する内歯４０ａが形成されており、この内歯４０ａによって金属歯車３１は下型４０に円周方向および水平方向に位置決めされて収納される。下型４０内に収納された金属歯車３１は、弾性を有する樹脂侵入防止用の一対のスライドプレート４１、４２によって、歯部３１ａの上部を全周に亘って覆われるようになっている。すなわち、一対のスライドプレート４１、４２は、図７に示すように、対向する面に半円状の凹部４１ａ、４２ａを有し、これら凹部４１ａ、４２ａによって、金属歯車３１の歯底の径より僅かに小径の円を形成するようになっており、これによって、金属歯車３１の歯部３１ａの上部が全周に亘って覆われるようになる。一対のスライドプレート４１、４２は、シリンダ装置４３，４４によって金属歯車３１の径方向（図７の左右方向）に所定量進退移動される。
【００２４】
ここで、一対のスライドプレート４１、４２の先端部の下面には、テーパ状の面取り部４１ｂ、４２ｂが施され、一対のスライドプレート４１、４２の前進時に、スライドプレート４１、４２の先端部が金属歯車３１の先端隅部、いわゆるピン角部に干渉せず、金属歯車３１の歯部３１ａ上にスムーズに進入できるようにしている。また、一対のスライドプレート４１、４２の寿命を向上するために、スライドプレート４１、４２は前進端においても互いに当接することなく、僅かに隙間が形成されるようになっている。この際、その隙間を金属歯車３１の歯部３１ａ上に対応するように設定することにより、金属歯車３１の歯溝部分が隙間を介して上方に開口しないようにすることができる。
【００２５】
一対のスライドプレート４１、４２を金属歯車３１の径方向外方より前進端まで前進させた状態で、金属歯車３１上に上型４５がセットされる。上型４５の内周には、樹脂歯車３２の歯部３２ａを形成するための歯形４５ａが形成されており、この上型４５と金属歯車３１および下型４０との間に、樹脂がインジェクションされる空間部４６が形成される。しかる状態で、上型４５のゲート部４５ｂより、空間部４６に樹脂をインジェクションし、樹脂歯車３２を成形する。
【００２６】
この際、スライドプレート４１、４２によって、金属歯車３１の歯部３１ａがその全周に亘って覆われ、しかも、インジェクション時の樹脂の圧力によって、スライドプレート４１、４２が弾性変形して金属歯車３１の上面３１ｂに押付けられるため、金属歯車３１の歯部３１ａの間の歯溝が確実に閉塞され、金属歯車３１の歯溝に樹脂が流動することを確実に防止できるようになる。
【００２７】
このようにして、樹脂歯車３２が成形されると、スライドプレート４１、４２がシリンダ装置４３、４４によって後退され、しかる後、上型４５が取り除かれて、樹脂歯車３２を一体成形した金属歯車３１が下型４０内より取り出される。
【００２８】
金属歯車３１に一体成形された樹脂歯車３２は、金属歯車３１に形成した切欠き部３５を有する環状突起部３４によって、金属歯車３１に対し軸方向に抜止めされるとともに、円周方向に回り止めされる。
【００２９】
このように、樹脂歯車３２は、金属歯車３１の一端にインジェクション成形によって一体成形されるので、金属歯車３１と樹脂歯車３２との位相合わせを高精度に行うことができ、しかも、切欠き部３５を有する環状突起部３４によって、金属歯車３１に対し抜け止めおよび回り止めされる。これによって、樹脂歯車３２の歯部３２ａは、図５に示すように、金属歯車３１の歯部３１ａの回転方向の両側に均等な量だけ突出される。
【００３０】
従って、かかる金属歯車３１および樹脂歯車３２を、アイドル歯車２６として用いた歯車減速機構３０においては、通常時は駆動歯車２４および従動歯車１９にアイドル歯車２６の樹脂歯車３２が噛合し、金属歯車同士による歯打ち音を抑制できるようになる。しかるに、歯車減速機構３０の伝達トルクが所定以上になると、樹脂歯車３２の歯部３２ａが回転方向に弾性変形することにより、駆動歯車２４および従動歯車１９にアイドル歯車２６の金属歯車３１が直接噛合し、駆動歯車２４の駆動力を従動歯車１９に高剛性に伝達できるようになる。
【００３１】
上記した構成の歯車減速機構３０を備えた電動パワーステアリング装置１０によれば、図略のステアリングホイールを操舵すると、操舵トルクがピニオン軸１３に入力され、ピニオン軸１３とラック軸１４とによるラックピニオン機構を介してラック軸１４が軸方向に移動される。
【００３２】
ピニオン軸１３に入力された操舵トルクは、図略のトルクセンサにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ２１が回転制御され、補助トルクを発生させる。電動モータ２１による補助トルクは、駆動歯車２４、アイドル歯車２６および従動歯車１９を介してボールナット１６に伝達され、ボールナット１６の回転によりラック軸１４が軸方向に移動され、運転者によるステアリングホイールの操舵力が軽減される。
【００３３】
この際、歯車減速機構３０に作用する伝達トルクが所定以下の場合には、アイドル歯車２６の樹脂歯車３２に駆動歯車２４および従動歯車１９が噛合されるので、金属歯車同士の噛合い時に発生する歯打ち音を抑制することができる。
【００３４】
歯車減速機構３０に作用する伝達トルクが所定以上になると、アイドル歯車２６の樹脂歯車３２が弾性変形し、アイドル歯車２６の金属歯車３１が駆動歯車２４および従動歯車１９に直接噛合うようになるので、駆動歯車２４の駆動力を従動歯車１９に高剛性に伝達できるようになる。
【００３５】
上記したように、本実施の形態における複合歯車によれば、金属歯車３１の軸方向に積層される樹脂歯車３２を、インジェクション成形によって一体成形するようにしたので、従来のボルト等を用いて樹脂歯車３２を金属歯車３１に一体結合するものに比して、金属歯車３１と樹脂歯車３２との位相合わせを正確に行うことができる。
【００３６】
しかも、インジェクション成形時に、金属歯車３１の歯部３１ａをスライドプレート４１、４２によって覆うようにしたので、型内にインジェクションされる樹脂が金属歯車３１の歯部３１ａ間（歯溝）に流動することがなく、樹脂歯車３２のインジェクション成形を正確に行うことができる。
【００３７】
また、上記した複合歯車を、電動パワーステアリング装置１０の歯車減速機構３０のアイドル歯車２６に適用することにより、低騒音の電動パワーステアリング装置１０を実現できるとともに、金属歯車３１と樹脂歯車３２との位相合わせを正確に行えることにより、操舵フィーリングのバラツキを抑制でき、操舵フィーリングを向上することが可能となる。
【００３８】
上記した実施の形態においては、複合歯車を、電動パワーステアリング装置１０の歯車減速機構３０のアイドル歯車２６に適用した例について述べたが、本発明は、金属歯車同士の噛合い時に発生する歯打ち音が問題となる他の広範な複合歯車に適用できるものである。
【００３９】
また、上記した実施の形態おいては、スライドプレート４１、４２を金属歯車３１の歯部３１ａの上部を覆うようにセットした後、上型４５を金属歯車３１上にセットする例について述べたが、これとは逆に、上型４５を金属歯車３１上にセットした後に、スライドプレート４１、４２を金属歯車３１の歯部３１ａの上部を覆うようにセットすることも可能である。
【００４０】
また、上記した実施の形態おいては、樹脂のインジェクション時に、一対のスライドプレート４１、４２によって、金属歯車３１の歯部３１ａを覆うようにしたが、スライドプレートは３枚以上で構成することもでき、また、スライドプレートを作動させる手段もシリンダ装置４３、４４に限定されるものではない。
【００４１】
以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で種々の形態を採り得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態を示す複合歯車を備えた電動パワーステアリング装置の外観図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】複合歯車の断面図である。
【図４】図３の４−４線矢視断面図である。
【図５】図３の５方向から見た図である。
【図６】複合歯車の製造方法を示す図である。
【図７】図６の７−７線矢視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…電動パワーステアリング装置、１５…ボールねじ軸、１９…従動歯車、２１…電動モータ、２４…駆動歯車、２６…アイドル歯車、３０…歯車減速機構、３１…金属歯車、３１ａ…歯部、３２…樹脂歯車、３４…環状突起部、３５…切欠き部、４０…下型、４１、４２…スライドプレート、４１ｂ、４２ｂ…面取り部、４５…上型。
【図１】
2009250353.tif 000003
【図２】
2009250353.tif 000004
【図３】
2009250353.tif 000005
【図４】
2009250353.tif 000006
【図５】
2009250353.tif 000007
【図６】
2009250353.tif 000008
【図７】
2009250353.tif 000009