JP2014137114A - ウォームホイール - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量化や小型化のため、歯部の強度が向上し、かつ耐久性の優れた合成樹脂製ウォームホイールを提供する。
【解決手段】金属製で環状の芯金22と、前記芯金22の外周に一体的に形成されて円周方向に等配に配置される複数の合成樹脂製歯部23とからなるウォームホイール21において、前記合成樹脂製歯部23は、強化繊維を配合しない第1合成樹脂材料で成形された第1成形部24と、強化繊維を配合した第2合成樹脂材料により、前記第1成形部と一体的に成形された第2成形部25からなり、前記第2成形部25は、前記第1成形部24の内部に配置され、かつ前記芯金の半径方向に板状に延びて形成されている。
【選択図】図3
【解決手段】金属製で環状の芯金22と、前記芯金22の外周に一体的に形成されて円周方向に等配に配置される複数の合成樹脂製歯部23とからなるウォームホイール21において、前記合成樹脂製歯部23は、強化繊維を配合しない第1合成樹脂材料で成形された第1成形部24と、強化繊維を配合した第2合成樹脂材料により、前記第1成形部と一体的に成形された第2成形部25からなり、前記第2成形部25は、前記第1成形部24の内部に配置され、かつ前記芯金の半径方向に板状に延びて形成されている。
【選択図】図3
Description
この発明は、ウォームホイールに関するものである。
従来、自動車においては、操舵補助力発生用電動モータの回転をウォームとウォームホイール式減速装置を介して車輪に伝達する電動パワーステアリング装置が用いられ、そのウォームホイールを合成樹脂製とすることで軽量化および低騒音化が図られている。
最近の環境対応およびコスト低減の要求から、軽量化や小型化が求められる背景があり、そのために合成樹脂材製ウォームホイールにはさらに高強度化や耐熱性、耐摩耗性の要求がある。そのため、特許文献1には、ウォームホイールの歯部を合成樹脂材料によって形成するが内部に金属板を挿入することにより、歯部の高強度化したウォームホイールが提案されている。
特許文献1のように、ウォームホイールの歯部に金属板を挿入して、高強度化することは、一時的に高強度化はできるが、歯部の合成樹脂と金属板の熱膨張率の差があることにより、使用環境においては、金属板と合成樹脂のエッジ部で応力集中が発生しやすく、また、金属板と合成樹脂では界面のなじみが少ないため、金属板と合成樹脂の界面で剥離が発生して耐久性が長期に渡って徐々に低下する問題がある。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、歯部の強度が向上し、かつ耐久性の優れた合成樹脂製ウォームホイールを提供することを目的とする。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、歯部の強度が向上し、かつ耐久性の優れた合成樹脂製ウォームホイールを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明は、金属製で環状の芯金と、前記芯金の外周に一体的に形成されて円周方向に等配に配置される複数の合成樹脂製歯部とからなるウォームホイールにおいて、前記合成樹脂製歯部は、強化繊維を配合しない第1合成樹脂材料で成形された第1成形部と、強化繊維を配合した第2合成樹脂材料により、前記第1成形部と一体的に成形された第2成形部からなり、前記第2成形部は、前記第1成形部の内部に配置され、かつ前記芯金の半径方向に板状に延びて形成されていることを要旨としている。
本発明によれば、合成樹脂製歯部は内部に強化繊維を配合して補強した第2成形部を板状に配置して、さらに、同程度の線膨張係数の合成樹脂で成形したため、熱膨張収縮による応力集中が発生せず、第1成形部と第2の成形部の界面での剥離の発生がなく、その結果、歯部の強度を向上し、かつ耐久性の優れた合成樹脂製ウォームホイールを提供できる。
さらに、請求項2に記載の発明は、前記第2合成樹脂材料の強化繊維の流れ方向を前記芯金の半径方向としたことを要旨としている。即ち、合成樹脂材に配合する強化繊維の流れを芯金の半径方向にすることで円周方向の曲げ強度を向上することができ、歯部の強度を向上し、かつ耐久性の優れた合成樹脂製ウォームホイールを提供できる。
さらに、請求項3に記載の発明は、前記合成樹脂製歯部は、前記第2成形部を成形金型内に挿入した状態で、溶融した前記第1合成樹脂材料を注入することによりインサート成形したことを要旨としている。即ち、第1合成樹脂材料と第2合成樹脂材料は溶融温度が近い合成樹脂のため、成形時に第1成形部を成形する溶融状態の第1合成樹脂材料の接触により第2成形部の表面が溶融状態となり、第2成形部のエッジ部で溶融するためエッジ部の応力集中の発生がなくなるとともにお互いになじみやすいことで、界面での剥離の発生がなく、その結果、歯部の強度を向上し、かつ耐久性の優れた合成樹脂製ウォームホイールを提供できる。
合成樹脂製歯部の内部に強化繊維を配合して高強度した第2成形部を板状に配置したことで、歯部の強度を向上し、かつ耐久性の優れた合成樹脂製ウォームホイールを提供できる。
以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。図1は、本発明のウォームホイールを適用した電動パワーステアリング装置の模式図である。図1を参照して、電動パワーステアリングの構成と動作について説明する。電動パワーステアリング装置1は、運転手によって回転操作(操舵)されるステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、操舵を補助する操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7等を介して機械的に連結されている。ステアリングホイール2の回転は、ステアリングシャフト6および中間軸7等を介して転舵機構4に伝達される。
ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2に連結された入力軸8と、中間軸7等を介して転舵機構4に連結された出力軸9とを含む。入力軸8と出力軸9とは、トーションバー10を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。ステアリングホイール2に一定値以上の操舵トルクが入力されると、入力軸8および出力軸9は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転する。ステアリングホイール2に入力された操舵トルクは、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいてトルクセンサ11によって検出される。トルクセンサ11のトルク検出結果は、ECU12(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)に入力される。
転舵機構4は、例えばラックアンドピニオン機構である。転舵機構4は、ピニオン軸13およびラック軸14を備えている。ピニオン軸13は、ステアリングシャフト6および中間軸7等を介してステアリングホイール2に連結されている。ピニオン軸13には、ステアリングホイール2の回転が伝達される。ピニオン軸13の先端(図1では下端)には、ピニオン16が形成されている。
ラック軸14は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸14の両端部には、それぞれタイロッド15およびナックルアーム(図示せず)を介して転舵輪3が連結されている。ラック軸14の軸方向の途中部には、ピニオン16に噛み合うラック17が形成されている。ピニオン軸13の回転は、ピニオン16およびラック17によってラック軸14の軸方向移動に変換される。ラック軸14を軸方向に移動させることで、転舵輪3を転舵することができる。
操舵補助機構5は、電動モータ18と、減速機構19(動力伝達装置)とを備えている。電動モータ18の出力は、減速機構19を介して転舵機構4に伝達される。減速機構19としては、ウォームギヤが用いられている。減速機構19は、駆動ギヤとしてのウォーム20と、このウォーム20と噛み合う従動ギヤとしてのウォームホイール21とを含む。
ウォーム20は、図示しない動力伝達継手を介して電動モータ18の回転軸(図示せず)に連結されている。また、ウォームホイール21は、ステアリングシャフト6の出力軸9に同行回転可能に連結されている。ウォーム20は、電動モータ18によって回転駆動される。
電動モータ18によってウォーム20を回転させると、ウォーム20の回転がウォームホイール21に伝達され、ウォームホイール21および出力軸9が同行回転する。そして、出力軸9とともにピニオン軸13が回転し、ピニオン軸13の回転がラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。
電動モータ18によってウォーム20を回転させると、ウォーム20の回転がウォームホイール21に伝達され、ウォームホイール21および出力軸9が同行回転する。そして、出力軸9とともにピニオン軸13が回転し、ピニオン軸13の回転がラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。
電動モータ18は、トルクセンサ11からのトルク検出結果や図示しない車速センサからの車速検出結果等に基づいて、ECU12によって制御される。電動モータ18によってウォーム20を回転駆動することで、運転者の操舵を補助することができる。
図2は、ウォームホイールを適用した減速機構の断面図であり、図3は、ウォームホイールの一部拡大断面図である。以下では、図2、図3を参照する。ウォームホイール21は、図2に示すように、芯金22と、複数の歯先面を有する合成樹脂製歯部23とから構成されている。合成樹脂製歯部23は第1成形部24と、各合成樹脂製歯部23を補強するための複数の第2成形部25とを含む。
芯金22は、環状であり、相対的に小径で筒状をなすボス部27と、ボス部27の外周から径方向外方に延びる円板状の端壁28と、端壁28の外周縁に沿って設けられ、ボス部27および端壁28を同軸的に取り囲む筒状の周壁29とを含む。ボス部27、端壁28および周壁29は、例えば単一の金属製材料で一体に形成されている。出力軸9は、ボス部27の内周に嵌合(例えば圧入)され、同行回転可能に芯金22に連結されている。また、図3に示すように、周壁29の外周部には、複数の嵌合凹部30が形成されている。複数の嵌合凹部30は、芯金22の周方向(図3においては概ね左右方向)に等間隔を隔てて配列されている。各嵌合凹部30は、後述する歯面33bの歯すじ方向P1に沿って延びており、周壁29の一端29aから他端29bにわたって形成されている。
合成樹脂製歯部23は、筒状をなしている。合成樹脂製歯部23は、芯金22の外周を取り囲んでいる。芯金22は、その一部がインサート成形により合成樹脂製歯部23に埋設されている。これにより、芯金22と合成樹脂製歯部23とが結合されている。
合成樹脂製歯部23は、円環状の環状部32および環状部32に円周方向に等配に設けられた複数の歯本体部33で構成されている。各歯本体部33は、合成樹脂製歯部23の円周方向両側に歯面33bを有する。第2成形部25の外径側の一部は、歯本体部33の一部を構成し、第2成形部25の内径側の一部は、環状部32の一部を構成する。第1成形部24の外径側の一部、すなわち歯部の部分は、歯本体部33の一部を構成し、第1成形部24の内径側の一部、すなわち環状の部分は、環状部32を構成する。
本実施形態に係る特徴は、大型化を伴わずにウォームホイール21の合成樹脂製歯部23の強度を向上させることができることである。合成樹脂製歯部23について具体的に説明する。
複数の合成樹脂製歯部23は、この実施形態において、樹脂成形後の歯切り工程において形成される。各歯本体部33は、例えば斜歯(はす歯)とされている。また、各歯本体部33は、斜歯に限らず直歯(すぐ歯)であってもよい。
第2成形部25は、図4に示すように、それぞれ、芯金22の半径方向および歯すじ方向P1に板状に延びて形成されている。その長さは、図2に示すように、長手方向に関する各第2成形部25の長さが、合成樹脂製歯部23の歯幅(歯すじ方向P1の長さ)よりもやや短くしている。また、図2および図3に示すように、各第2成形部25は、その一部が嵌合凹部30に嵌合されている。これにより、各第2成形部25が芯金22によって円周方向に位置決め保持されている。
各第2成形部25は、図5の成形金型を使用して例えばインサート成形によって、芯金22とともにその一部が嵌合凹部30に嵌合される。これにより、芯金22、第1成形部24および複数の第2成形部25が一体的に固定され、それぞれの相対位置が安定化されている。複数の第2成形部25は、第1成形部24の内部において、ウォームホイール21の周方向に等間隔を隔てて配列されている。複数の第2成形部25は、それぞれ複数の歯本体部33に対応している。
図2に示すように、各第2成形部25は、対応する歯面33bの歯すじ方向P1に沿って延びている。また、各第2成形部25は、芯金22の嵌合凹部30から歯本体部33の一部にかけて芯金22の半径方向に延びている。さらに、各第2成形部25の歯横側面25bは、対応する歯部23の歯面23bと対向するように対応する歯部23の内部に配置されている。各歯本体部33の内部には、その歯すじ方向P1の一端から他端に亘って対応する第2成形部25の歯横側面25bが進入している。これにより、各歯本体部33がその歯すじ方向P1の一端から他端にわたって補強されている。したがって、各合成樹脂製歯部23の全体が対応する第2成形部25によって補強されている。各歯本体部33の内部への第2成形部25の進入量A1(図2および図3参照)は、例えば歯すじ方向P1にわたって一定としている。
第2成形部25の形成工程では、図5に示されるように、第2成形部用の金型40は、上型40aと、下型40bとからなり、上型40aおよび下型40b間に、芯金22を収容するキャビティと、第2成形部25を形成するキャビティ40fと、断面円形で環状のキャビティ40dと、キャビティ40fおよびキャビティ40dを繋ぐキャビティ40eが形成されている。上型40aには、ゲートと、ゲートおよびキャビティ40dを繋ぐキャビティ40cが形成されている。
射出成形では、溶融した樹脂を金型40のゲートに注入することで、金型40a、40bで形成されるキャビティ40d、40e、40f内に樹脂が流入する。そして、芯金22の周壁29の外周面の周囲に樹脂が充填される。このとき、芯金22の嵌合凹部30内に樹脂が入り込む。そのときに、図4に示すように強化繊維の流れはキャビティ40d、40eで層状に配向されて、キャビティ40f内で芯金22の半径方向に整列される。その後、保圧処理及び冷却処理を経て芯金22の外周に第2成形部25が形成される。
第1成形部24の形成工程では、図6に示されるように、第1成形部用の金型50は、上型50aと、下型50bとからなり、上型50aおよび下型50b間に、芯金22を収容するキャビティと、第1成形部24を形成するキャビティ50dが形成されている。上型50aには、ゲートと、ゲートおよびキャビティ50dを繋ぐキャビティ50cが形成されている。
第1成形部24の射出成形でも同様に、溶融した樹脂を金型50のゲートに注入することで、金型50a、50bで形成されるキャビティ50c、50d内に樹脂が流入する。そして、芯金22の周壁29の外周面および、第2成形部25の周囲に樹脂が充填される。その後、保圧処理及び冷却処理を経て芯金22および第2成形部25の外周に第1成形部24が形成される。
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ウォームホイール21の合成樹脂製歯部23の材料としてナイロン系(ポリアミド)、PPS(ポリフェニレンスルフィド)、PES(ポリエーテルスルホン)、POM(ポリアセタール)等の熱可塑性合成樹脂材料を用いてもよい。また、ウォームホイール21の第2成形部25の材料である第2合成樹脂材料に強化繊維としては、一般的なガラス繊維があるがその他に、炭素繊維、ウォームホイールに噛み合うウォームの摩耗を防止する上でチタン酸カリウムウィスカーやアラミド繊維等とする場合もある。
以上のように本実施形態では、複数の第2成形部25によって合成樹脂製歯部23の全体が補強されているので、合成樹脂製歯部23の一部に加わる集中的な荷重を当該合成樹脂製歯部23全体に分散させることができる。これにより、合成樹脂製歯部23の一部に応力が集中することを抑制または防止することができる。したがって、ウォームホイール21の合成樹脂製歯部23の強度を一層向上させることができる。
さらに、合成樹脂製歯部23は強化繊維を配合して高強度した第2成形部25を第1成形部24の内部に芯金22の半径方向に配置して合成樹脂製歯部23を高強度化して、さらに、各第2成形部25の第2合成樹脂材料と第1成形部24の第1合成樹脂材料は同程度の線膨張係数の合成樹脂のため、熱膨張収縮による応力集中が発生せず、第1成形部24と第2成形部25の界面での剥離の発生がなく、その結果、合成樹脂製歯部23の強度を向上し、かつ耐久性の優れた合成樹脂製ウォームホイール21を提供できる。
また、第2成形部25は、合成樹脂材料が強化繊維を配合し、強化繊維の流れを半径方向とした第2合成樹脂材料である。すなわち、応力が大きい歯元を効果的に補強して、かつ合成樹脂材に配合する強化繊維の流れを芯金22の半径方向にすることで円周方向の曲げ強度を向上することができ、合成樹脂製歯部23の強度を向上し、かつ耐久性の優れた合成樹脂製ウォームホイール21を提供できる。
さらに、合成樹脂製歯部23は、第2成形部25を第1合成樹脂材料に強化繊維を配合した第2合成樹脂材料で芯金22の周壁29の外周に一体的に形成して、該第2成形部25が外周に一体的に形成された芯金22を成形型内に挿入した状態で、溶融した第1合成樹脂材料を注入することによりインサート成形している。そのため、第1合成樹脂材料と第2合成樹脂材料が溶融温度の近い合成樹脂のため、成形時に第1成形部24と第2成形部25の界面で溶融してエッジ部で応力集中の発生がなくなるとともにお互いになじみやすいことで、界面での剥離の発生がなく、その結果、合成樹脂製歯部23の強度を向上し、かつ耐久性の優れた合成樹脂製ウォームホイール21を提供できる。
1…電動パワーステアリング装置(車両用操舵装置)、3…転舵機構、18…電動モータ、19…減速機構(動力伝達機構)、20…ウォーム、21…ウォームホイール、22…芯金、23…合成樹脂製歯部、24…第1成形部、25…第2成形部、25b…第2成形部の一部、26…歯部形成面、31…傾斜面、33…歯本体部、33b…歯面、35…圧入溝、19…減速機構(動力伝達機構)、P1…歯すじ方向
Claims (3)
- 金属製で環状の芯金と、前記芯金の外周に一体的に形成されて円周方向に等配に配置される複数の合成樹脂製歯部とからなるウォームホイールにおいて、前記合成樹脂製歯部は、強化繊維を配合しない第1合成樹脂材料で成形された第1成形部と、強化繊維を配合した第2合成樹脂材料により、前記第1成形部と一体的に成形された第2成形部からなり、前記第2成形部は、前記第1成形部の内部に配置され、かつ前記芯金の半径方向に板状に延びて形成されていることを特徴とするウォームホイール
- 前記第2合成樹脂材料の強化繊維の流れ方向を前記芯金の半径方向としたことを特徴とする請求項1に記載されたウォームホイール
- 前記合成樹脂製歯部は、前記第2成形部を成形金型内に挿入した状態で、溶融した前記第1合成樹脂材料を注入することによりインサート成形したものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のウォームホイール
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013006291A JP2014137114A (ja) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | ウォームホイール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013006291A JP2014137114A (ja) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | ウォームホイール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014137114A true JP2014137114A (ja) | 2014-07-28 |
Family
ID=51414740
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2013006291A Pending JP2014137114A (ja) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | ウォームホイール |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2014137114A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3401573A4 (en) * | 2016-02-16 | 2019-02-13 | NSK Ltd. | SNAIL WHEEL AND SNAKE REDUCTION GEAR |
-
2013
- 2013-01-17 JP JP2013006291A patent/JP2014137114A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP3401573A4 (en) * | 2016-02-16 | 2019-02-13 | NSK Ltd. | SNAIL WHEEL AND SNAKE REDUCTION GEAR |
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