JP2001141033A - ウォームホイール及びその製造方法 - Google Patents

ウォームホイール及びその製造方法

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inner peripheral
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Hiroshi Eda
広 恵田
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NSK Ltd
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Abstract

(57)【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３
１ｅ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。

Description

【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１
４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１
５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１
８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３１
ａと外周リム部３１ｂとを半径方向に連結する連結部３
１ｃ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，５
２ａ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１
１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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステアリング系の車室側における
構造を示す説明図である。
【図２】図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見
た図である。
【図３】図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に
見た図である。
【図４】本発明に係るウォームホイールの拡大断面図で
ある。
【図５】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。
【符号の説明】
１ ステアリングコラム ７ センサアウトプットシャフト １１ ハウジング １２ 電動モータ ２４ トルクセンサ ３０ ウォームホイール ３１ 芯金 ３２ リングギヤ ３５ ウォームギヤ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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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