(57)【要約】【課題】型成形を可能とするとともに、ウォームホイールとしての回動精度及び強度を高く維持する。【解決手段】一般ウォームホイールにおける単歯の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分をＴとし、歯底面の最大高さと最小高さとの差高をＨとしたとき、少なくとも型割面から遠い側の端部において、単歯の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分（ｔ）と、歯底面の最大高さと最小高さとの差高（ｈ）とが、ｔ≦ 0.2Ｔ及びｈ≦ 0.2Ｈの範囲にあるアンダーカット部を有する。  金型からの無理抜きが可能となるとともに、単歯の強度を維持することができる。【選択図】図７
2009041595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも外周部が樹脂製で金型により成形され、曲面形状の歯側面と曲面形状の歯底面をもち両端から中央部に向かって歯厚が徐々に減少する略鼓形状の単歯を有する樹脂製のウォームホイールであって、
一般ウォームホイールにおける単歯の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分をＴとし、歯底面の最大高さと最小高さとの差高をＨとしたとき、
少なくとも型割面から遠い側の端部において、単歯の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分（ｔ）と、歯底面の最大高さと最小高さとの差高（ｈ）とが、ｔ≦ 0.2Ｔ及びｈ≦ 0.2Ｈの範囲にあるアンダーカット部を有することを特徴とする樹脂製ウォームホイール。
【請求項２】
前記アンダーカット部は、 0.1Ｔ≦ｔ≦ 0.2Ｔ及び 0.1Ｈ≦ｈ≦ 0.2Ｈの範囲にある請求項１に記載の樹脂製ウォームホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置の減速機構などに用いられる樹脂製のウォームホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の電動パワーステアリング装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータと、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構と、を備え、トルクセンサの検出信号に基づいて電動モータの駆動を制御することで、操舵をアシストするものである。
【０００３】
上記減速機構としては、電動モータの回転軸に連結された駆動ギヤとしてのウォームと、操舵軸に嵌着された従動ギヤとしてのウォームホイールとからなるものが広く用いられ、この減速機構では、ウォームとウォームホイールとの噛合により電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達している。
【０００４】
ところで車体の軽量化の観点から、用いられている各種歯車類は金属製から樹脂製に変更される傾向にある。上記した減速機構も例外ではなく、ウォーム及びウォームホイールの樹脂化が進められている。しかしながらウォームホイールは、歯底がウォームの外周形状に沿う円弧形状であり、かつ歯面が円弧形状の曲面であるために、アンダーカットとなって成形型からの離型が困難である。そのため成形後に機械加工によって歯部を形成することが行われているが、工数が多大となるという問題があった。
【０００５】
そこで、ウォームホイールに代えてハス歯歯車を用いることが考えられる。ハス歯歯車は、歯底がハス歯歯車の軸方向と平行な平面となり、かつ歯面も平面となるので、アンダーカットとなることがなく型成形で容易に製造することができ工数を低減することが可能となる。
【０００６】
しかしウォームホイールの代用としてハス歯歯車を用いた場合には、ハス歯歯車の各単歯とウォームとの接触が全て点接触となるため、ウォームギヤ装置としての回動精度が低下するという問題がある。
【０００７】
そこで実開平04−049254号公報には、歯部の歯幅の片側半分の歯底を軸方向と平行に形成したウォームホイールが提案されている。このような形状とすることでアンダーカットが解消され、型成形によって製造することが可能となるので、生産性が大きく向上する。また歯幅の反対側半分はウォーム歯であるので、ウォームと線接触する。したがって全体をハス歯とする場合に比べて線接触の範囲が大きいので、歯車としての回動精度をある程度満たすことが可能となる。
【０００８】
しかし電動パワーステアリング装置の減速機構などに用いられるウォームホイールの場合においては、上記公報に記載の技術で製造されたウォームホイールであってもウォームギヤ装置としての回動精度に不足し、さらなる回動精度の向上が求められている。
【０００９】
また上記公報に記載の技術で製造されたウォームホイールでは、歯幅の片側半分の歯底を軸方向と平行に形成したために、各単歯の剛性が低下する。さらに歯幅の片側半分ではウォームと点接触するために、その接触点に荷重が集中する。したがって回動時に単歯が変形する可能性があり、そうすると回動精度が益々低下してしまう。
【００１０】
なお特開2006−290019号公報には、ウォームホイールに代えてハス歯歯車を用いるとともに、周方向に隣り合う単歯を軸方向片側において外径側に突出する連結部を介して連結することが提案されている。このハス歯歯車によれば、単歯が連結部によって補強されているため、ウォームとの接触点に集中する荷重に耐えることができる。
【００１１】
しかしハス歯歯車を用いたのでは、前述したようにハス歯歯車の各単歯とウォームとの接触が全て点接触となるため、ウォームギヤ装置としての回動精度が低下するという問題を解決することは困難である。
【特許文献１】実開平04−049254号公報
【特許文献２】特開2006−290019号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、型成形を可能とするとともに、ウォームホイールとしての回動精度及び強度を高く維持することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明の樹脂製ウォームホイールの特徴は、少なくとも外周部が樹脂製で金型により成形され、曲面形状の歯側面と曲面形状の歯底面をもち両端から中央部に向かって歯厚が徐々に減少する略鼓形状の単歯を有する樹脂製のウォームホイールであって、一般ウォームホイールにおける単歯の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分をＴとし、歯底面の最大高さと最小高さとの差高をＨとしたとき、少なくとも型割面から遠い側の端部において、単歯の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分（ｔ）と、歯底面の最大高さと最小高さとの差高（ｈ）とが、ｔ≦ 0.2Ｔ及びｈ≦ 0.2Ｈの範囲にあるアンダーカット部を有することにある。
【００１４】
アンダーカット部は、 0.1Ｔ≦ｔ≦ 0.2Ｔ及び 0.1Ｈ≦ｈ≦ 0.2Ｈの範囲にあることがさらに望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の樹脂製ウォームホイールによれば、請求項１に記載のアンダーカット部を有することで、金型からの無理抜きが可能となり、金型成形が可能で、従来のような機械加工が不要となる。そしてアンダーカット部以外の歯面はウォームギヤと線接触するので、ウォームギヤ装置としての回動精度を高く維持することができる。ちなみにｔ及びｈをゼロとすれば、アンダーカットが解消される。
【００１６】
またアンダーカット部の寸法を、 0.1Ｔ≦ｔ≦ 0.2Ｔ及び 0.1Ｈ≦ｈ≦ 0.2Ｈの範囲とすれば、単歯の強度を十分なものとすることができ、長寿命とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明において、歯厚とはウォームホイールの周方向における単歯の厚さ（軸方向に対して直交方向の厚さ）をいい、歯底面とは単歯どうしの間の歯溝の底面をいう。
【００１８】
本発明のウォームホイールは、ウォームと噛合してウォームの回転の軸方向と交差する方向に回転軸を変換する。これによってウォームホイールの回転は、ウォームの回転より減速されたものとなる。このウォームホイールは、樹脂から型成形によって製造することができる。繊維強化樹脂を用いることが望ましい。
【００１９】
ウォームホイールは、歯すじがウォームホイールの軸方向に対して傾斜し、歯側面及び歯底面がウォームに沿う曲面となっているものと定義される。すなわち曲面形状の歯側面と曲面形状の歯底面をもち、両端から中央部に向かって歯厚が徐々に減少する略鼓形状の単歯を有している。
【００２０】
本発明のウォームホイールは、従来のウォームホイールにおける単歯の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分をＴとし、歯底面の最大高さと最小高さとの差高をＨとしたとき、少なくとも型抜き方向の端部における単歯の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分（ｔ）と、歯底面の最大高さと最小高さとの差高（ｈ）とが、ｔ≦ 0.2Ｔ及びｈ≦ 0.2Ｈの範囲にあるアンダーカット部を有している。
【００２１】
すなわち従来のウォームホイールは、単歯の端部が寸法Ｔだけ歯溝に向かって突出し、歯底面も端部が中央部より寸法Ｈだけ盛り上がった形状となっている。したがってその部位がアンダーカットとなり、型抜きができないため、機械加工によって単歯を形成せざるを得なかった。
【００２２】
しかし本発明のウォームホイールによれば、アンダーカット部は存在するものの、歯溝に向かっての突出寸法（ｔ）が 0.2Ｔ以下であり、歯底面の盛り上がり寸法（ｈ）も 0.2Ｈ以下であるので、金型からの無理抜きが可能となり型成形が可能となる。
【００２３】
ｔ及びｈの寸法がゼロであればアンダーカットが解消され型成形には支障がない。しかし歯底面が低くなりすぎて単歯の高さが高くなり、単歯の根元に作用する応力が大きくなって強度面で不具合が生じることが考えられる。そこで、 0.1Ｔ≦ｔ≦ 0.2Ｔ及び 0.1Ｈ≦ｈ≦ 0.2Ｈの範囲とすることが望ましい。このようにすることで、単歯の強度が向上する。
【００２４】
本発明にいうアンダーカット部は、少なくとも型割面から遠い側の端部に形成される。例えばウォームホイールの軸方向の一端面を型割面とすれば、アンダーカット部は少なくとも軸方向の他端部に形成される。この場合は、両端部にアンダーカット部を形成してもよい。また型割面をウォームホイールの軸方向の中央部とした場合には、アンダーカット部は軸方向の両端部に形成する必要がある。さらに型割面を軸方向の中央部と一端面との間とした場合には、型割面に近い一端面側の端部では 0.2Ｔ＜ｔあるいは 0.2Ｈ＜ｈとなる場合もあるが、型割面から遠い他端面側の端部ではｔ≦ 0.2Ｔ及びｈ≦ 0.2Ｈの範囲のアンダーカット部を形成する必要がある。
【実施例】
【００２５】
以下、従来例と実施例により本発明を具体的に説明する。
【００２６】
（従来例）
図１に従来のウォームホイール 100を示す。このウォームホイール 100は、ウォーム歯として複数の単歯 101を備えている。単歯 101は、図２に示すように軸方向に対して傾斜して延び、単歯 101どうしの間に歯溝 102が形成されている。
【００２７】
単歯 101は、歯側面が曲面形状をなし、両端から中央部に向かって歯厚が徐々に減少する略鼓形状に形成されている。軸方向の両端部では、歯側面が単歯 101の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分（Ｔ）だけ歯溝 102に向かって突出している。
【００２８】
また歯溝 102の底面（歯底面 103）は、図３に示すように断面円弧状をなし、ウォームホイール 100の軸方向の両端部は中央部に比べて高さ（Ｈ）だけ高くなっている。したがってこのウォームホイール 100を、型割面（P.L.）を一端面に設定して成形しようとすると、図２及び図３に示す斜線範囲がアンダーカットとなるため型抜きすることができず、型成形することは困難である。
【００２９】
（実施例１）
図４に断面を示す本実施例のウォームホイール１は、孔あき円板形状をなす金属製の嵌着部材10と、嵌着部材10の外周周縁部に一体に形成された繊維強化樹脂製の歯部11と、からなる。このウォームホイール１は、嵌着部材10を金型内に配置した状態で歯部11を成形するインサート成形によって製造されている。
【００３０】
ウォームホイール１の歯部11には、図５に示すように、軸方向に対して傾斜し周方向に等間隔で列設する複数の単歯12と、隣接する単歯12どうしの間の歯溝13と、が形成されている。単歯12は、歯側面が断面円弧状の曲面を形成し、歯溝13の歯底面はウォームの外径に対応する円より若干大きな径をもつ同心円の曲面に形成されている。
【００３１】
図６に、歯部11を外周側から見た正面図を示す。歯部11は、型割面（P.L.）を軸方向の一端面14に設定して成形されている。単歯12は、正面視で略鼓形状をなし、一端面20側に最も歯厚が大きな大歯厚部21を有し、軸方向の中央部に最も歯厚が小さな小歯厚部22を有し、大歯厚部21から小歯厚部22に向かって徐々に歯厚が小さくなり、歯側面が断面円弧状の凹曲面となっている。小歯厚部22からは、他端面23に向かって徐々に歯厚が厚くなり、歯側面が断面円弧状の凹曲面となった曲面部24が形成され、曲面部24からは歯側面が断面直線で単歯12の傾斜方向に延びる平面部25が他端面23に連続している。
【００３２】
単歯12の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分Ｔ（Ｔ＝ 1.2mm）は、小歯厚部22から単歯12の傾斜方向に延びる接線を引き、その接線と一端面20との交点から歯側面と一端面20との交点までの距離、又はその接線と他端面23との交点から歯側面の延長線と他端面23との交点までの距離で表される。
【００３３】
他端面23における単歯12の歯厚の最大肉厚と最小肉厚との差厚の半分（ｔ）、すなわち平面部25の肉厚と小歯厚部22の肉厚との差厚の半分（ｔ）は、ｔ＝ 0.2Ｔの関係にある。したがって他端面23側から型抜きする際においては、単歯12の歯側面が片側で厚さｔ＝ 0.2Ｔのアンダーカット部となるが、無理抜き可能なアンダーカットである。
【００３４】
図７に、歯部11を歯溝13の中央で軸に対して直交する平面で切断した断面図を示す。歯溝13の歯底面は、一端面20から徐々に高さが低くなり、小歯厚部22に対応する中央部からは再び徐々に高さが高くなる断面円弧状の凹曲面を形成し、他端面17側では平面となって第２平面部26が形成されている。
【００３５】
ここで、一端面20における歯底面の最大高さと最小高さとの差高をＨとする。すなわち小歯厚部22に対応する中央部からの歯底面の延長線と他端面23との交点と、小歯厚部22に対応する中央部における歯底面に対する接線と他端面23との交点との距離をＨ（Ｈ＝ 2.4mm）とする。すると、他端面23における歯底面の高さと小歯厚部22に対応する中央部における歯底面の高さとの差高（ｈ）は、ｈ＝ 0.2Ｈの関係にある。したがって他端面23側から型抜きする際においては、歯底面が高さｈ＝ 0.2Ｈのアンダーカット部となるが、無理抜き可能なアンダーカットである。
【００３６】
したがって本実施例のウォームホイールは、単歯12と歯溝13とからなる歯部11を型成形で形成することが可能である。そしてｔ＝０の場合に比べて他端面23側における歯厚が厚くなり、ｈ＝０の場合に比べて他端面23側における歯底が高くなる。また歯部11は基本的にウォーム歯部であるので、ウォームと線接触する範囲が大きい。したがって、単歯12の強度が向上し使用時の耐久性が向上する。
【００３７】
（実施例２）
本実施例のウォームホイールの要部拡大図を図８及び図９に示す。本実施例では、型割面（P.L.）を軸方向で中央部に設定している。したがって一端面20側にも、実施例１における他端面23側と同様に、単歯12の歯側面に片側で厚さｔ＝ 0.2Ｔのアンダーカット部を形成し、歯底面に高さｈ＝ 0.2Ｈのアンダーカット部を形成している。
【００３８】
本実施例のウォームホイールにおいては、型割面（P.L.）から両側方向に型抜きすることになるが、無理抜きにより容易に型抜きすることができる。
【００３９】
（実施例３）
ｈの寸法を０〜0.25mmまで６水準で変化させたこと以外は実施例１と同様のウォームホイールを、実施例１と同様にしてそれぞれ型成形した。そのときの型抜き性を調査し、結果を表１に示す。また単歯12の強度を推定して表１に示す。型抜き性は、型抜き可能なものを○と評価し、型抜き不可のものを×とした。また強度はコンピュータを用いてシミュレーションし、十分な強度を有するものを○、強度不足のものを×、場合によっては強度が不足するものを△と評価した。
【００４０】
【表１】
2009041595.tif 000003
【００４１】
表１より、 0.1Ｈ≦ｈ≦ 0.2Ｈの範囲が好ましいことが明らかである。なおｔ及びＴの関係についても同様にシミュレーションしたところ、同様に 0.1Ｔ≦ｔ≦ 0.2Ｔの範囲が好ましいことが明らかであった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来のウォームホイールの断面図である。
【図２】従来のウォームホイールの歯面の正面図である。
【図３】従来のウォームホイールの歯部の拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施例に係るウォームホイールの断面図である。
【図５】本発明の一実施例に係るウォームホイールの歯面の正面図である。
【図６】本発明の一実施例に係るウォームホイールの歯面の拡大正面図である。
【図７】本発明の一実施例に係るウォームホイールの歯部の拡大断面図である。
【図８】本発明の第２実施例に係るウォームホイールの歯面の正面図である。
【図９】本発明の第２実施例に係るウォームホイールの歯面の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：ウォームホイール    11：歯部        12：単歯
13：歯溝                20：一端面      23：他端面
25：平面部（アンダーカット部）
26：第２平面部（アンダーカット部）
【図１】
2009041595.tif 000004
【図２】
2009041595.tif 000005
【図３】
2009041595.tif 000006
【図４】
2009041595.tif 000007
【図５】
2009041595.tif 000008
【図６】
2009041595.tif 000009
【図７】
2009041595.tif 000010
【図８】
2009041595.tif 000011
【図９】
2009041595.tif 000012