| 【発明の名称】 |
ウォームホイール |
| 【発明者】 |
【氏名】大島 正道
【氏名】恵田 広
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| 【要約】 |
【課題】軽量化や寸法精度の向上等を図ったウォームホイールを提供する。
【解決手段】ウォームホイール４１は、金属製ホイール５１の外周に合成樹脂製ギヤリング５３を固着して形成されている。ホイール５１は、その回転中心にアウトプットシャフト１７が嵌合する軸孔５４を有する円筒状のハブ５５と、ハブ５５の外周に固着されたＬ字断面形状を有する板状のリム５７とから構成されている。ハブ５５が鋼管を素材とした切削加工品であるのに対し、リム５７は鋼板を素材としたプレス成形品あるいは鍛造成形品であり、両者は溶接や加締め、接着等により強固に固着されている。また、リム５７の軸方向端面には全周にわたって凹凸５９が形成されている。一方、ギヤリング５３は、ナイロンやポリプロピレン等を素材としており、ホイール５１を図示しない金型内にセットした後、射出成形によりリム５７の周囲を覆う形に形成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】軸孔がその回転中心に形成された円筒状のハブと、このハブの外周面に固着された板状のリムとを有する金属製ホイールと、前記リムの外周に固着された合成樹脂製ギヤリングとを備えたことを特徴とするウォームホイール。
【請求項２】前記リムがＬ字断面形状またはＴ字断面形状に形成されたことを特徴とする、請求項１記載のウォームホイール。
【請求項３】前記リムの外周側軸方向端面に凹凸が形成されたことを特徴とする、請求項１または２記載のウォームホイール。
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【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に係り、詳しくは、その軽量化や寸法精度の向上等を図る技術に関する。
【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への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が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。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（オルタネータに係るエンジンの駆動損失）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。
【０００３】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、駆動騒音を低減させるべく、金属製ホイール（芯金）の外周部に合成樹脂製のギヤリングを固着させたものが一般に用いられている。例えば、実用新案登録第２５５６８９０号公報（従来技術１）では、図２３に示したように、鋳鉄等からなる中実な金属製ホイール５１の外周に合成樹脂製のギヤリング５３を嵌着させたものが提案されている。また、図２４に示した例（従来技術１）では、鋼板等をプレスまたは鍛造成形したコ字断面の金属製ホイール５１の外周に射出成形により合成樹脂製のギヤリング５３を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年の電動パワーステアリング装置では、省燃費対策等のために比較的大型の自動車にも採用される傾向にあり、アシスト力を大きくする為には、電動モータの出力を大きくする必要があり、ウォームホイールには、その出力に耐えられるギヤ強度が必要であり、大径の金属製ホイールに径方向寸法の小さいギヤリングを固着させたり、小径の金属製ホイールに径方向寸法の大きいギヤリングを固着させたものが製作されている。
【０００５】ところが、従来技術１のウォームホイールでは、金属製ホイールを大径化すると、金属製ホイールの重量が大幅に増大し、装置全体の重量増加がもたらされるだけでなく、製造コストが上昇する問題もあった。また、ギヤリングの径方向寸法を大きくすると、寸法変化やボイド等の成形不良が発生しやすくなり、製品歩留りが低下する等の問題があった。一方、従来技術２のウォームホイールでは、軽量化を図るべく金属製ホイールの素材に板厚の小さい鋼板を用いると、出力軸（アウトプットシャフト）を圧入する際の面圧を確保することが難しくなり、圧入荷重が低下して出力軸とウォームホイールとが滑る問題があった。また、圧入荷重の低下を避けるべく金属製ホイールの素材に板厚の大きい鋼板を用いると、プレスや鍛造時における成形性が著しく悪くなると共に、金属製ホイールの重量も当然に増大することになる。本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、軽量化や寸法精度の向上等を図ったウォームホイールを提供することを目的とする。
【０００６】
【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、軸孔がその回転中心に形成された円筒状のハブと、このハブの外周面に固着された板状のリムとを有する金属製ホイールと、前記リムの外周に固着された合成樹脂製ギヤリングとを備えたものを提案する。この発明では、例えば、厚肉の鋼鉄製ハブに板厚の小さい鋼板製リムを溶接することなどで、十分な圧入荷重を確保しながら軽量化を図ることができる他、リムの外径を大きく設定することでギヤリングに径方向寸法の小さいものを用いることができる。
【０００７】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、前記リムがＬ字断面形状またはＴ字断面形状に形成されたものを提案する。この発明では、金属製ホイールの外周に円筒部が形成されるため、金属製ホイールと合成樹脂製ギヤリングとの間の固着面積が広くなり、金属製ホイールと合成樹脂製ギヤリングとの固着強度が向上する。
【０００８】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、前記リムの外周側軸方向端面に凹凸が形成されたものを提案する。この発明では、合成樹脂製ギヤリングをリムの凹凸に噛み合わせるかたちにすることにより、金属製ホイールと合成樹脂製ギヤリングとの固着強度が更に向上する。
【０００９】
【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、第１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。
【００１０】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。
【００１１】図２（図１中のＡ部拡大断面図）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・固着されている。ウォームホイール４１は、電動モータ１３の図示しない回転軸に接続されたウォームギヤ４３と噛み合っており、電動モータ４３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。
【００１２】第１実施形態のウォームホイール４１は、図３（正面図）および図４（縦断面図）に示したように、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、図５（正面図）および図６（側面図）に示したように、その回転中心にアウトプットシャフト１７が嵌合する軸孔５４を有する円筒状のハブ５５と、ハブ５５の外周に固着されたＬ字断面形状を有する板状のリム５７とから構成されている。ハブ５５が鋼管を素材とした切削加工品であるのに対し、リム５７は鋼板を素材としたプレス成形品あるいは鍛造成形品であり、両者は溶接や加締め、接着等により強固に固着されている。また、リム５７の軸方向端面には全周にわたって凹凸５９が形成されている。一方、ギヤリング５３は、ナイロンやポリプロピレン等を素材としており、ホイール５１を図示しない金型内にセットした後、射出成形によりリム５７の周囲を覆う形に形成されている。
【００１３】第１実施形態では、上述した構成を採ったことで、ウォームホイール４１の外径を大きくしたにも拘わらず、前述した従来装置に較べて大幅な軽量化や圧入荷重の向上等を図ることができた。すなわち、ハブ５５の肉厚を比較大きく設定する一方で、リム５７の板厚を比較的小さくすることで、アウトプットシャフト１７への圧入荷重を高めてアウトプットシャフト１７とウォームホイール４１との滑りトルクを十分に確保しながら、ホイール５１全体としての重量は小さくできた。また、リム５７の外径を大きく設定することで、ギヤリング５３の径方向厚みを小さくすることができ、寸法変化やボイド等に起因する製品歩留りの低下も抑えられた。更に、本実施形態では、リム５７の軸方向端面に凹凸５９を設けたため、ホイール５１に対するギヤリング５３の分離・空転が極めて起こり難くなり、長期間に亘って所期の性能を維持することができた。
【００１４】一方、第２実施形態のウォームホイール４１も、図７（正面図）および図８（縦断面図）に示したように、第１実施形態と同様に、ホイール５１の外周にギヤリング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、図９（正面図）および図１０（側面図）に示したように、その回転中心にアウトプットシャフト１７が嵌合する軸孔５４を有する円筒状のハブ５５と、ハブ５５の外周に固着されたＴ字断面形状を有する板状のリム５７とから構成されている。リム５７は、鋼材を素材とした鍛造成形品であり、ハブ５５とは溶接や加締め、接着等により強固に固着されており、その軸方向両端面には全周にわたって凹凸５９が形成されている。一方、ギヤリング５３は、第１実施形態と同様に、ナイロンやポリプロピレン等を素材としており、ホイール５１を図示しない金型内にセットした後、射出成形によりリム５７の周囲を覆う形に形成されている。
【００１５】第２実施形態においても、ウォームホイール４１の軽量化や圧入荷重の向上等の作用は第１実施形態と略同様であるが、凹凸５９がリム５７の軸方向両端面に形成されていることにより、ホイール５１に対するギヤリング５３の分離・空転が更に起こり難くなっている。
【００１６】図１１〜図１６はそれぞれ第１実施形態の変形例であり、リム５７とギヤリング５３との接合形態を様々に変え、更に図１６のものでは凹凸５９も省略している。これらの変形例によれば、ギヤリング５３の素材費を少なくしたり、成形金型等の簡素化を図ることが可能となる。
【００１７】また、図１７〜図１９にしめしたウォームホイール４１は、第１実施形態に対して、リム５７をハブ５５の端面（図中、右側）まで移動させたもので、リム５７の曲げ部にはギヤリング５３の脱落を防止するべく係止凹部６１が形成されている。
【００１８】図２０〜図２２はそれぞれ第２実施形態の変形例であり、リム５７とギヤリング５３との接合形態を様々に変え、更に図２２のものでは凹凸５９も省略している。これらの変形例によれば、ギヤリング５３の素材費を少なくしたり、成形金型等の簡素化を図ることが可能となる。
【００１９】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、上記各実施形態は、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、ホイールやギヤリングの具体的形状等やそれらの素材についても、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。更に、上記各実施形態ではリムとギヤリングとを溶着（射出成形）により一体化させるようにしたが、化学反応を利用して固着・一体化させるような方法を採ってもよい。
【００２０】
【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、軸孔がその回転中心に形成された円筒状のハブと、このハブの外周面に固着された板状のリムとを有する金属製ホイールと、前記リムの外周に固着された合成樹脂製ギヤリングとを備えるようにしたため、例えば、厚肉の鋼鉄製ハブに板厚の小さい鋼板製リムを溶接することなどで、十分な圧入荷重を確保しながら軽量化を図ることができる他、リムの外径を大きく設定することでギヤリングに径方向寸法の小さいものを用いることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２０４
【氏名又は名称】日本精工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年５月２０日（１９９９．５．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７９１９
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 義雄
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２９２１７（Ｐ２０００−３２９２１７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１４０３８５ |
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