| 【発明の名称】 |
ウォームホイール及びその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】恵田 広
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| 【要約】 |
【課題】金属芯金と樹脂リングギヤとの固着力を確保しつつ、電動式パワーステアリング装置の設計の自由度を向上できるウォームホイール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】芯金３１を鍛造加工によって深皿状とし且つ同時に外周凹凸部３１ｅを形成することができるため、任意の形状を形成しつつ十分な強度を有しながらも軽量化を達成できる。又、単品のリングギヤ３２と単品の芯金３１との間に接着剤を介在させつつ外周凹凸部３１ｅと内周凹凸部３２ｂとを係合させた後、高周波溶着によって結合させることにより、芯金３１とリングギヤ３２との固着力を確保することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 金属製の芯金と、該ホイールの外周に固着された合成樹脂製のリングギヤとを有するウォームホイールであって、前記芯金の外周には、周方向に並んだ外周凹凸部が形成され、前記リングギヤの内周には、前記外周凹凸部に対応して周方向に並んだ内周凹凸部が形成され、前記ウォームホイールは、単品の前記リングギヤと単品の前記芯金との間に、接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合されるようになっているウォームホイール。
【請求項２】 前記リングギヤの前記内周凹凸部は、射出成形によって形成される請求項１に記載のウォームホイール。
【請求項３】 金属製の芯金の外周に、周方向に並んだ外周凹凸部を形成するステップと、樹脂製のリングギヤの内周に、前記外周凹凸部に対応するようにして、周方向に並んだ内周凹凸部を形成するステップと、前記リングギヤと前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合するステップとを有するウォームホイールの製造方法。
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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、例えば電動式パワーステアリング装置のウォームホイールとそのウォームホイールを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用の操舵系においては、動力源からの動力に基づき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。近年は、燃費軽減等の理由により、特に小排気量の自動車において、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注目されるようになってきている。
【０００３】ところで、電動パワーステアリング装置では、一般的に比較的高回転・低トルク型の電動モータが使用されるため、電動モータとステアリングシャフトとの間に回転を減速しつつトルク伝達を行う減速機構を必要とする。このような減速機構としては、大きな減速比が得られること等から、ウォーム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。ウォームは電動モータの回転軸に連結され、ウォームに噛合するウォームホイールはステアリングシャフトに連結され、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。
【０００４】更に、ウォームホイールには、駆動騒音を低減させたり、潤滑剤の供給を不要にするべく、金属製のホイールのリム部に合成樹脂製のギヤリングを固着させたものが用いられることがある。従来技術のウォームホイールの製造態様によれば、生産効率の向上や製造コストの低減を図るため、細長い金属円筒の外周に、合成樹脂のリングギヤ層を形成し、円筒状のギヤ素材を製造した後、かかるギヤ素材を所定の厚みで輪切りすることにより、円板状のホイールと円環状のリングギヤとからなるウォームホイールを形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、金属円筒とリングギヤ層との十分なる固着を確保するには、金属円筒の外周に、例えばセレーションのごとき円周方向に並んだ凹凸を形成することが必要となるが、細長い金属円筒の全長にわたって、このような凹凸を、例えば切削加工により形成することは手間がかかる。
【０００６】又、電動式パワーステアリング装置のレイアウト上、ウォームホイールの内周と外周とを軸線方向にシフトさせた深皿形状が要求される場合もあるが、金属円筒の外周に合成樹脂のリングギヤ層を形成した後で、各金属芯金の片側を深皿状にえぐって形成することは一応可能ではあるものの、大きなコスト増を招く。
【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、金属芯金と樹脂リングギヤとの固着力を確保しつつ、電動式パワーステアリング装置の設計の自由度を向上できるウォームホイール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、本発明のウォームホイールは、金属製の芯金と、該ホイールの外周に固着された合成樹脂製のリングギヤとを有するウォームホイールであって、前記芯金の外周には、周方向に並んだ外周凹凸部が形成され、前記リングギヤの内周には、前記外周凹凸部に対応して周方向に並んだ内周凹凸部が形成され、前記ウォームホイールは、単品の前記リングギヤと単品の前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合されるようになっている。
【０００９】更に、本発明のウォームホイールの製造方法は、金属製の芯金の外周に、周方向に並んだ外周凹凸部を形成するステップと、樹脂製のリングギヤの内周に、前記外周凹凸部に対応するようにして、周方向に並んだ内周凹凸部を形成するステップと、前記リングギヤと前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合するステップとを有する。
【００１０】
【作用】本発明のウォームホイールによれば、金属製の芯金と、該ホイールの外周に固着された合成樹脂製のリングギヤとを有するウォームホイールであって、前記芯金の外周には、周方向に並んだ外周凹凸部が形成され、前記リングギヤの内周には、前記外周凹凸部に対応して周方向に並んだ内周凹凸部が形成され、前記ウォームホイールは、単品の前記リングギヤと単品の前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合されるようになっているので、例えば前記芯金を鍛造加工によって深皿状とし且つ同時に外周凹凸部を形成することもできるため、任意の形状を形成しつつ十分な強度を有しながらも軽量化を達成できる。又、単品の前記リングギヤと単品の前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合させることにより、前記芯金と前記リングギヤとの十分な固着力を確保することができる。
【００１１】更に、前記リングギヤの前記内周凹凸部は、射出成形によって形成されれば、型より任意に作成できるため好ましい。
【００１２】本発明のウォームホイールの製造方法によれば、金属製の芯金の外周に、周方向に並んだ外周凹凸部を形成するステップと、樹脂製のリングギヤの内周に、前記外周凹凸部に対応するようにして、周方向に並んだ内周凹凸部を形成するステップと、前記リングギヤと前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合するステップとを有するので、例えば前記芯金を鍛造加工によって深皿状とし且つ同時に外周凹凸部を形成することもできるため、任意の形状を形成しつつ十分な強度を有しながらも軽量化を達成できる。又、単品の前記リングギヤと単品の前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合させることにより、前記芯金と前記リングギヤとの十分な固着力を確保することができる。
【００１３】
【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、ステアリング系の車室側部分を示す側面図である。図１において、ステアリングコラム１は、アジャスティングブラケット２を介して仮想線で示す車体３に固定されたアッパコラム４と、車体３に直に固定されたロアコラム５とから構成されている。尚、本実施形態のステアリング系には、鋼製べローズ１４によって覆われている衝撃吸収機構が組み込まれているが、その詳細は省略する。
【００１４】アッパコラム４にはアッパシャフト６が回動自在に支持され、ロアコラム５にはセンサアウトプットシャフト７が回動自在に支持されている。また、アッパシャフト６の上端にはステアリングホイール８が装着される一方、センサアウトプットシャフト７の下端にはユニバーサルジョイント９を介してロアシャフト１０が連結されている。
【００１５】ハウジング１１は、電動モータ１２や後述するトルクセンサ等を保持・収納するようになっている。アジャスティングブラケット２に取り付けられたチルトレバー１３を操作することにより、コラムカバー１５によって覆われたアッパコラム４を所定範囲で揺動させることができる。尚、車室とエンジンルームとを区画する仕切１６が設けられている。
【００１６】図２は、図１の構成をII-II線で切断して示した図であり、図３は、図２の構成をIII-III線で切断して示す図である。アウタチューブ１７内を延在するアッパシャフト６は、接合ピン１８を介して、合成樹脂製のボールハブ１９と揺動可能に連結されている。また、ボールハブ１９は、接合ピン１８の嵌入方向に対し９０°位相がずれた位置に嵌入された一対のショートピン２０を介して、センサインプットシャフト２１に揺動自在に連結されている。これにより、アッパシャフト６は、センサインプットシャフト２５に対して接合ピン１８とショートピン２０との交点である揺動ポイントＰを中心に揺動しうるので、所定範囲内のジョイント角をなした状態でも、センサインプットシャフト２５に対して回転力を伝達することができる。
【００１７】トルクセンサ２４は、センサインプットシャフト２５と、センサインプットシャフト２５とセンサアウトプットシャフト７との相対回転に応じて軸線方向（図２中左右方向）に移動するスライダ２６と、スライダ２６を後方に付勢するコイルスプリング２７と、センサアウトプットシャフト７とスライダ２６との間に介装されたガイドボール２８と、スライダ２６の移動を検出する図示しない位置センサ等から構成されている。
【００１８】一方、センサインプットシャフト２５は、トーションバー２２を介して、センサアウトプットシャフト７と相対回転可能に連結されている。したがって、運転者がステアリングホイール８に操舵力を付与すると、トーションバー２２が捻れてセンサインプットシャフト２５とセンサアウトプットシャフト７とが相対回転し、スライダ２６の軸線方向移動量に基づいて操舵トルクが検出されるようになっている。
【００１９】センサアウトプットシャフト７の外周には、トルクセンサ２４の近傍にウォームホイール３０が止め輪３７を用いて固定的に取り付けられ、一体的に回転するようになっている。ウォームホイール３０は、電動モータ１２の回転軸（不図示）に連結されたウォーム３５と噛合しており、所定の減速比で電動モータ１２の回転を減速してセンサアウトプットシャフト７に伝達するようになっている。センサアウトプットシャフト７は、ベアリング３６によりロアコラム５に対して回動自在に支持されている。
【００２０】図４は、ウォームホイール３０の軸線方向断面図である。ウォームホイール３０は、図４に拡大縦断面を示したように、金属（アルミ合金や鋳鉄等）を素材とする芯金３１の外周に、合成樹脂（ナイロンやポリプロピレン等）を素材とするリングギヤ３２を固着させることにより形成されている。
【００２１】芯金３１は、外周面と内周面とが軸線方向に所定量Ｌだけシフトした深皿形状となっており、従って、ホイール３１の後面中央には凹部３３が形成されている。芯金３１は、センサアウトプットシャフト７に取り付けられる内周ハブ部３１ａと、ギヤリング３２が外周面に固着される外周リム部３１ｂと、内周ハブ部３１ａと外周リム部３１ｂとを半径方向に連結する連結部３１ｃとからなっている。更に、内周ハブ部３１ａには、その中央にセンサアウトプットシャフト７が嵌合する軸孔３１ｄが形成されている。
【００２２】図２において、アッパシャフト６は、センサアウトプットシャフト７側のインナシャフト３８と、これに嵌合するステアリングホイール８側のアウタシャフト３９とからなっている。かかる構成によれば、自動車の衝突時に運転者がステアリングホイール８に二次衝突した際、アッパシャフト６は、所定値以上の軸方向加重が作用すると、インナシャフト３８がアウタシャフト３９内に進入することによりコラプス（短縮）して衝突エネルギーを吸収するように機能する。
【００２３】同様に、アッパコラム４も、センサアウトプットシャフト７側のインナチューブ４０と、これを内包するステアリングホイール８側のアウタチューブ１７とからなっており、アッパシャフト６と同時にコラプスするようになっている。尚、前述した鋼製べローズ１４は、その一端がインナチューブ４０に固定され、他端がアウタチューブ１７に固定されている。
【００２４】ハウジング１１の右方には、鋼板プレス成形品のハウジング側カプラ４１がボルト締めされている。図３に示す如く、ハウジング側カプラ４１には、後面の左右端から一対のブラケット４３が後方（ステアリングホイール８側）に向かって延在しており、これらブラケット４３には、アッパシャフト６の揺動ポイントＰに対応する位置に、それぞれピン孔４３ａが穿設されている。また、図２に示す如く、アッパコラム４のインナチューブ４０には、その一端に鋼板プレス成形品で円板状のコラム側カプラ５１が溶接により固着・一体化されている。更に、図３に示す如く、コラム側カプラ５１には、その左右端から一対のアーム５２が平行するようにしてセンサアウトプットシャフト７側に延在すると共に、これらアーム５２にはハウジング側カプラ４１のピン孔４３ａと同径のピン孔５２ａがそれぞれ穿設されている。尚、コラム側カプラ５１のアーム５２は、ハウジング側カプラ４１のブラケット４３の内側に収まるように、その左右幅が小さく設定されている。
【００２５】本実施の形態においては、ハウジング側カプラ４１とコラム側カプラ５１とは、ピン孔４３ａ，５２ａを貫通する左右２本のリベットピン６１により連結されている。リベットピン６１は、ハウジング側カプラ４１のピン孔４３ａから挿入され、コラム側カブラ５１のピン孔５２ａを貫通した後、端部を加締められてなる。尚、この際の加締めは、ハウジング側カプラ４１とコラム側カプラ５１とが容易に相対回動できるように、両カプラ４１，５１のブラケット４３，アーム５２間に若干の間隙を残すようになされている。これにより、コラム側カプラ５１は、リベットピン６１の軸心をチルトピボットとして、ハウジング側カプラ４１に対して上下にチルト（揺動）可能となる。なお、本実施形態はいわゆるチルトコラムであるが、本発明によるウォームホイールはノンチルトコラムにも使用できる。
【００２６】次に、ウォームホイール３０の製造手順について述べる。図５（ａ）は、単品での芯金３１の断面図であり、図５（ｂ）は、単品でのリングギヤ３２の断面図である。まず、円盤状の金属素材に対して鍛造加工を施して、図５（ａ）に示すごとき芯金３１を形成する。より具体的には、鍛造加工によって深皿形状を形成すると共に、周方向に並んだ雄セレーションのごとき周方向に並んだ外周凹凸部３１ｅを外周面に形成する。
【００２７】これに並行して、射出成形によってリングギヤ３２を形成する。より具体的には、芯金３１の外周凹凸部３１ｅに対応するようにして、雌セレーションのごとき周方向に並んだ内周凹凸部３２ｂを内周面に形成する。
【００２８】こうして形成されたリングギヤ３２と芯金３１との間に接着剤を介在させつつ外周凹凸部３１ａと内周凹凸部３２ｂとを係合させた後、高周波溶着によって結合することにより一体化させ、それによりウォームホイール３０が形成されることとなる。射出成形により、内外径を精度良く形成し、また内周凹凸部３２ｂを任意に形成することができる。
【００２９】本実施の形態によれば、塑性加工によって強度を維持しつつ軽量化を達成した芯金３１が、センサアウトプットシャフト７と嵌合するようになっており、十分な取り付け強度を確保できる。又、芯金３１は塑性加工によって比較的任意の形状、例えば深皿形状なども形成し易くなり、電動式パワーステアリング装置のレイアウトに応じて対応可能となっている。更に、芯金３１とリングギヤ３２との結合は接着剤を介在させつつ外周凹凸部３１ａと内周凹凸部３２ｂとを係合させた後、高周波溶着によって結合することにより行われるため、十分な固着強度を確保できる。
【００３０】又、樹脂製のリングギヤ３２と、金属製のウォーム３５とが噛合するため、金属製のウォームホイールとウォームとが噛合する場合に比し、ギヤのかみ合い音をより低減させることができる。
【００３１】以下、本実施の形態の電動式パワーステアリング装置の作用を述べる。運転者がステアリングホイール８を回転させると、アッパシャフト６およびセンサアウトプットシャフト７，ロアシャフト１０を介して、その回転力が図示しないステアリングギヤに伝達される。ステアリングギヤ内には、回転入力を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構等が内蔵されており、不図示のタイロッドを介して車輪の舵角が変動して操舵が行われる。この際、ハウジング１１内のトルクセンサ２４の検出信号や車速等に基づき電動モータ１２が正逆いずれかの方向に所定の回転トルクをもって回転し、その回転が減速ギヤを介してセンサアウトプットシャフト７に伝達され、これにより操舵アシストが実現される。
【００３２】更に、本実施の形態では、ウォームホイール３０の後面中央に凹部３３が形成され、この凹部３３にトルクセンサ２４のコイルスプリング２７やスライダ２６が進入するため、ハウジング１１の全長が従来のものに比べて短縮されている。これにより、ハウジング１１の小型・軽量化が可能になると共に、前述したチルトピボットを電動モータ１２寄りに配置することができる。すなわち、チルトピボットからステアリングホイール８までのとの間の距離が比較的大きくとれるため、上下位置調整時におけるステアリングホイール８の傾斜変化が少なくなる他、インナシャフト３８がアウタシャフト３９に進入する量（コラプシブル量）を増大させることができる。
【００３３】以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本実施の形態におけるトルクセンサは、機械的に操舵トルク量を検出しているが、例えば特開平１１−２４８５６３号などに開示されているように、周方向に複数の開口が形成されたアルミスリーブと、これを内包するコイルとを用いて、磁歪式に操舵トルクを検出するようにしても良い。
【００３４】
【発明の効果】本発明のウォームホイールによれば、金属製の芯金と、該ホイールの外周に固着された合成樹脂製のリングギヤとを有するウォームホイールであって、前記芯金の外周には、周方向に並んだ外周凹凸部が形成され、前記リングギヤの内周には、前記外周凹凸部に対応して周方向に並んだ内周凹凸部が形成され、前記ウォームホイールは、単品の前記リングギヤと単品の前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合されるようになっているので、例えば前記芯金を鍛造加工によって深皿状とし且つ同時に外周凹凸部を形成することもできるため、任意の形状を形成しつつ十分な強度を有しながらも軽量化を達成できる。又、単品の前記リングギヤと単品の前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合させることにより、前記芯金と前記リングギヤとの十分な固着力を確保することができる。
【００３５】本発明のウォームホイールの製造方法によれば、金属製の芯金の外周に、周方向に並んだ外周凹凸部を形成するステップと、樹脂製のリングギヤの内周に、前記外周凹凸部に対応するようにして、周方向に並んだ内周凹凸部を形成するステップと、前記リングギヤと前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合するステップとを有するので、例えば前記芯金を鍛造加工によって深皿状とし且つ同時に外周凹凸部を形成することもできるため、任意の形状を形成しつつ十分な強度を有しながらも軽量化を達成できる。又、単品の前記リングギヤと単品の前記芯金との間に接着剤を介在させつつ前記外周凹凸部と前記内周凹凸部とを係合させた後、高周波溶着によって結合させることにより、前記芯金と前記リングギヤとの十分な固着力を確保することができる。
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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１１月１２日（１９９９．１１．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０７２７２
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 敬二郎 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４１０３３（Ｐ２００１−１４１０３３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２５日（２００１．５．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２２３６０ |
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