JP2018009657A - ウォームホイール、電動パワーステアリング装置、及び、ウォームホイールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】歯部の外周面の周方向に対する平坦性の精度の低下を抑えつつ、強度及び耐久性の低下を抑えられるウォームホイール、電動パワーステアリング装置、及び、ウォームホイールの製造方法を提供する。【解決手段】ウォームホイール24は、スリーブ50と、スリーブ50において、第2環状部54の外周面54c上に設けられた歯形成部65、第2環状部54の射出成形のゲート寄りの第1側面54a上に設けられた第1肉厚部63、及び、第2環状部54の第1側面54aとは反対側の第2側面54b上に設けられた第2肉厚部64を有する歯部60とを備えている。そして、第2環状部54の外周面54cは、周方向に対して平坦に設け、第2環状部54の両側面54a,54bには、軸方向に深さを有する各係合穴57,58を設けるようにした。また、各肉厚部63,64は、各係合突起67,68を通じて各係合穴57,58に係合するようにした。【選択図】図4
Description
本発明は、ウォームホイール、電動パワーステアリング装置、及び、ウォームホイールの製造方法に関する。
モータの回転力を操舵機構に伝達することによって、当該操舵機構の転舵輪を転舵させる電動パワーステアリング装置では、モータ回転力を操舵機構に伝達するために、例えば、特許文献1に記載のウォームホイールを用いたウォーム減速機が採用されている。
特許文献1に記載のウォームホイールは、操舵機構のステアリングシャフト等の出力軸に嵌合するスリーブ(芯金部2、及び、円環部3)と、当該スリーブの径方向の表面である外周面上であって、当該スリーブの軸方向の表面である両側面にまで達するように射出成形により設けられる歯部とで構成されている。この歯部は、スリーブの両側面において凹凸状をなし、スリーブの外周面にまで達する凹凸部との係合を通じて、スリーブに対する歯部の相対回転が規制されている。
また、特許文献2に記載のように、スリーブの両側面間を貫通する貫通穴を設け、当該貫通穴との係合を通じて、スリーブに対する歯部の相対回転を規制するようにすることもできる。
上記特許文献1のウォームホイールにおけるスリーブの外周面の軸方向の両側は、凹凸部に起因する凹凸状をなしている。この場合、歯部を射出成形すると、特にスリーブの外周面の軸方向の両側において、凹凸状に倣って、スリーブ側に引っ張られ、凹状に変形する量(ヒケの量)がばらつくようになる。その結果、ウォームホイールにおける歯部の径方向の表面である外周面のうち、特にスリーブの外周面の軸方向の両側において、歯部の外周面の周方向に対する平坦性の精度が低くなる。
これに対して、上記特許文献2のウォームホイールのようにスリーブの両側面間を貫通する貫通穴を設ける場合、スリーブの外周面の軸方向の両側は、凹凸状をなすことがなくなり、歯部の外周面の周方向に対する平坦性の精度が低くなることを抑えることができる。ただし、上記特許文献2のウォームホイールは、ポリマー等の反応混合物を重合反応させるものである。そのため、上記特許文献2のように両側面間を貫通する貫通穴を設けたスリーブに対して、歯部を射出成形すると、スリーブの上記貫通孔を通って充填される樹脂と、スリーブの上記貫通孔の外周面側を通って充填される樹脂とが、当該外周面側で合流して、射出成形特有のウェルドライン(溶接線)ができてしまう。このウェルドラインができる部位は、歯部のなかで最弱部位となってしまい、歯部の強度及び耐久性が低下する。こうした課題は、電動パワーステアリング装置に採用されるものに限らず、スリーブに対して、歯部が射出成形されて得られるウォームホイールであれば同様である。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、歯部の外周面の周方向に対する平坦性の精度の低下を抑えつつ、強度及び耐久性の低下を抑えられるウォームホイール、電動パワーステアリング装置、及び、ウォームホイールの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するウォームホイールは、環状のスリーブと、スリーブの一部を覆うように射出成形により設けられ、スリーブの径方向の表面である外周面上に設けられた歯形成部、スリーブの軸方向の射出成形のゲート寄りの表面である第1側面上に設けられた第1肉厚部、及び、スリーブの軸方向の第1側面とは反対側の表面である第2側面上に設けられた第2肉厚部を有する歯部とを備えている。このウォームホイールにおいて、スリーブの外周面は、周方向に対して平坦に設けられており、スリーブの第1側面及び第2側面の少なくとも一方の側面における歯部の肉厚部に対向する部位には、軸方向に深さを有する係合穴が設けられており、第1肉厚部及び第2肉厚部のうち、係合穴が設けられる側面に対向する肉厚部は、当該係合穴に係合するようにしている。
上記構成によれば、肉厚部と係合穴との係合を通じて、スリーブに対する歯部の相対回転が規制されるようになる。この場合、スリーブに対する歯部の相対回転を規制するための構成がスリーブの外周面ではなく、側面に設けられることによって、スリーブの外周面の周方向に対する平坦性を維持することができる。またさらに、スリーブの係合穴は、深さを有する穴であって、貫通孔ではない。これにより、歯部を射出成形する場合であっても、歯部の外周面の周方向に対する平坦性の精度が低くなることを抑えることができる。しかも、この場合、スリーブに設けられる係合穴に充填される樹脂と、当該係合穴のスリーブの外周面側を通って充填される樹脂とが、当該外周面側で合流して、ウェルドライン(溶接線)ができてしまうこともない。したがって、歯部の外周面の周方向に対する平坦性の精度の低下を抑えつつ、強度及び耐久性の低下を抑えることができる。
また、上記ウォームホイールにおいて、スリーブの第1側面及び第2側面の両側面の歯部の第1肉厚部及び第2肉厚部に対向する部位には、軸方向に深さを有する係合穴がそれぞれ設けられており、第1肉厚部及び第2肉厚部は、係合穴にそれぞれ係合していることが望ましい。
上記構成によれば、各肉厚部とスリーブの係合穴との係合を通じて、スリーブに対する歯部の相対回転を規制することができ、相対回転を規制する効果をより好適に作用させることができる。また、この場合であっても、各係合穴がスリーブの外周面に設けられるわけではないので、スリーブの外周面としては、周方向に対する平坦性を維持することができる。
また、上記ウォームホイールにおいて、スリーブの第1側面及び第2側面の両側面のうち、第2側面に設けられる係合穴は、第1側面に設けられる係合穴と比較して軸方向の深さが小さいことが望ましい。
上記構成によれば、ゲートから第1側面の係合穴の底までの距離と、ゲートから第2側面の係合穴の底までの距離との差を、両側面の各係合穴の深さを同一に構成する場合と比較して小さくすることができる。これにより、両側面の間で充填された樹脂の冷却スピードの差を小さくすることができ、両側面の間でヒケの量の差を小さくすることができる。したがって、回り止め機能を付加したとしても、歯部の外周面の軸方向に対する平坦性の精度の低下をより好適に抑えることができる。
上記ウォームホイールは、モータが発生させる転舵力を転舵輪に伝達するように操舵機構とモータとを機械的に接続するものであり、操舵機構の転舵輪を転舵させる転舵力を発生させるモータを備え、モータが発生させる転舵力を転舵輪に伝達することによって、当該転舵輪を転舵させる電動パワーステアリング装置に具体化することができる。
上記構成によれば、歯部の外周面の周方向に対する平坦性の精度の低下を抑えつつ、強度及び耐久性の低下を抑えたウォームホイールを用いることによって、モータが発生させる転舵力を転舵輪に伝達する際の伝達効率を図ることができる。したがって、転舵力の付与について信頼性の向上を図ることのできる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
また、上記課題を解決するために、ウォームホイールは、環状のスリーブの一部を覆うように、スリーブの径方向の表面である外周面上に歯形成部、スリーブの軸方向の一方の表面である第1側面上に第1肉厚部、及び、スリーブの軸方向の第1側面とは反対側の表面である第2側面上に第2肉厚部を有する歯部が射出成形されて得られるものである。このウォームホイールの製造方法において、スリーブの外周面は、周方向に対して平坦に設けられており、スリーブの第1側面及び第2側面の少なくとも一方の側面に対向する歯部の肉厚部に対向する部位には、軸方向に深さを有する係合穴が設けられており、樹脂が射出されるゲートがスリーブの前記第1側面寄りに位置するようにスリーブを金型内に配置し、スリーブを金型内に配置した状態において、スリーブの係合穴に樹脂を充填するようにしている。
上記構成によれば、歯部を射出成形する場合であっても、歯形成部の外周面の周方向に対する平坦性の精度が低くなることを抑え、且つ、係合穴のスリーブの外周面側でウェルドライン(溶接線)ができてしまうことのないウォームホイールを製造することができる。こうして製造されたウォームホイールでは、歯部の外周面の周方向に対する平坦性の精度の低下が抑えられ、強度及び耐久性の低下が抑えられている。
本発明によれば、歯部の外周面の周方向に対する平坦性の精度の低下を抑えつつ、強度及び耐久性の低下を抑えることができる。
以下、ウォームホイール及び電動パワーステアリング装置の一実施形態を説明する。
図1に示すように、例えば、車両は、操舵機構2に対して転舵輪15を転舵させる転舵力としてアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置(以下、「EPS」という)1を搭載している。EPS1は、ユーザーのステアリングの操作に応じてアシスト力を付与し、ユーザーのステアリングの操作を補助する。
図1に示すように、例えば、車両は、操舵機構2に対して転舵輪15を転舵させる転舵力としてアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置(以下、「EPS」という)1を搭載している。EPS1は、ユーザーのステアリングの操作に応じてアシスト力を付与し、ユーザーのステアリングの操作を補助する。
EPS1は、操舵機構2、及び、アシスト機構3を備えている。操舵機構2は、ステアリングホイール10、ステアリングシャフト11、ラックシャフト12、ラックアンドピニオン機構13、タイロッド14、及び、転舵輪15を備えている。
ステアリングシャフト11は、コラムシャフト11a、インターミディエイトシャフト11b、及び、ピニオンシャフト11cを有している。コラムシャフト11aは、ステアリングホイール10と連結されている。インターミディエイトシャフト11bは、コラムシャフト11aの下端部に連結されている。ピニオンシャフト11cは、インターミディエイトシャフト11bの下端部に連結されている。ラックシャフト12は、ラックアンドピニオン機構13を介してピニオンシャフト11cの下端部に連結されている。
これにより、ステアリングシャフト11は、ステアリングホイール10に連動して回転する。ステアリングシャフト11の回転運動は、ピニオンシャフト11c、及び、ラックシャフト12を連結するラックアンドピニオン機構13を介してラックシャフト12の軸方向(図1の左右方向)の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト12の両端にそれぞれ連結されたタイロッド14を介して、左右の転舵輪15にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪15の転舵角が変化する。
アシスト機構3は、モータ20、及び、ウォーム減速機構22を備えている。
モータ20は、回転の回転力を出力する回転軸21を有している。例えば、モータ20は、3相(U,V,W)の駆動電力に基づき回転する3相ブラシレスモータである。
モータ20は、回転の回転力を出力する回転軸21を有している。例えば、モータ20は、3相(U,V,W)の駆動電力に基づき回転する3相ブラシレスモータである。
ウォーム減速機構22は、ウォーム軸23、及び、ウォームホイール24を有している。ウォーム軸23は、モータ20の回転軸21の先端に連結されている。ウォームホイール24は、ウォーム軸23のウォームと噛合されている。また、ウォームホイール24は、ステアリングシャフト11のコラムシャフト11aと一体回転可能に連結されている。
これにより、モータ20の回転軸21の回転力は、ウォーム軸23、及び、ウォームホイール24(ウォーム減速機構22)を介して、コラムシャフト11a、さらにはラックシャフト12へと伝達される。このように、アシスト機構3は、モータ20の回転軸21の回転力をウォーム減速機構22を介して、ラックシャフト12を軸方向に往復直線運動させる力に変換する。このラックシャフト12に付与される軸方向の力がアシスト力となり、ユーザーのステアリングの操作を補助する。
なお、モータ20には、操舵ECU30が接続されている。操舵ECU30は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果に基づき、モータ20の駆動(回転)を制御する。各種のセンサとしては、例えば、トルクセンサ40、回転角センサ41、及び、車速センサ42がある。トルクセンサ40は、コラムシャフト11aに設けられている。トルクセンサ40は、ユーザーのステアリングの操作によりステアリングシャフト11に加えられる負荷である操舵トルクの大きさ及び向きを示す値であるトルク値Thを検出する。回転角センサ41は、モータ20に設けられている。回転角センサ41は、モータ20の回転軸21のモータ角度θmを検出する。車速センサ42は、車両の走行速度である車速値Vを検出する。
操舵ECU30は、各センサの検出結果に基づき目標のアシストトルク(アシスト力)を設定し、実際のアシストトルクが目標のアシストトルクとなるように、モータ20に供給される電流を制御する。
次に、ウォーム減速機構22のウォームホイール24の構成について詳しく説明する。
図2に示すように、ウォームホイール24は、スリーブ50、及び、歯部60を備えている。
図2に示すように、ウォームホイール24は、スリーブ50、及び、歯部60を備えている。
スリーブ50は、ボス51、及び、環状部52を備えている。ボス51は、ステンレス鋼等の金属材料からなる。ボス51は、円筒状をなしている。ボス51は、ステアリングシャフト11のコラムシャフト11aの外周に対して圧入等により嵌合されている。環状部52は、合成樹脂等の樹脂材料からなる。環状部52は、円筒状をなしている。環状部52は、他の部位と比較して軸方向の長さ(厚さ)が大きい部位である第1環状部53、及び、当該第1環状部53と比較して軸方向の長さ(厚さ)が小さい部位である第2環状部54を有している。環状部52は、ボス51の径方向の外周面のうち、軸方向の大部分を覆うように射出成形によりボス51に対して一体化されている。
歯部60は、合成樹脂等の樹脂材料からなる。歯部60は、円筒状をなしている。歯部60の径方向の表面である外周面61には、ウォーム軸23のウォームと噛み合う面となる歯面を有する複数の歯62が設けられている。なお、外周面61は、歯62の頂点によって構成されるものである。歯部60は、スリーブ50の一部である環状部52における第2環状部54を軸方向、及び、径方向から覆うように射出成形によりスリーブ50に対して一体化されている。
次に、スリーブ50の構成についてさらに詳しく説明する。
図2、図3、及び、図2の矢視A方向から見た図である図4に示すように、スリーブ50において、第1環状部53は、複数の凹部55,56を有している。各凹部55は、第1環状部53の軸方向の一方側(各図中、上側)の表面である第1側面53aに開口し、軸方向に深さを有している。各凹部56は、第1環状部53の第1側面53aの軸方向の反対側(各図中、下側)の表面である第2側面53bに開口し、軸方向に深さを有している。各凹部55,56は、両側面53a,53bにおいて、周方向に等間隔を空けて設けられている。各凹部55,56は、両側面53a,53bの間で、対向配置されている。なお、各凹部55,56は、両側面53a,53bの間を連通(貫通)しない有底穴である。各凹部55の開口から底までの長さである深さ(図4中、L1)と、各凹部56の開口から底までの長さである深さ(図4中、L2)とは、同一の大きさに設定されている(L1=L2)。
図2、図3、及び、図2の矢視A方向から見た図である図4に示すように、スリーブ50において、第1環状部53は、複数の凹部55,56を有している。各凹部55は、第1環状部53の軸方向の一方側(各図中、上側)の表面である第1側面53aに開口し、軸方向に深さを有している。各凹部56は、第1環状部53の第1側面53aの軸方向の反対側(各図中、下側)の表面である第2側面53bに開口し、軸方向に深さを有している。各凹部55,56は、両側面53a,53bにおいて、周方向に等間隔を空けて設けられている。各凹部55,56は、両側面53a,53bの間で、対向配置されている。なお、各凹部55,56は、両側面53a,53bの間を連通(貫通)しない有底穴である。各凹部55の開口から底までの長さである深さ(図4中、L1)と、各凹部56の開口から底までの長さである深さ(図4中、L2)とは、同一の大きさに設定されている(L1=L2)。
なお、周方向に隣り合う各凹部55の間には、各凹部55の周方向の壁によって、内側リブ55aが画成される。これは、各凹部56についても同様である。各内側リブ55a,56aは、スリーブ50の剛性を高める機能を有する。
同じく、図2、図3、及び、図4に示すように、スリーブ50において、第2環状部54は、複数の係合穴57,58を有している。各係合穴57は、第2環状部54の軸方向の一方側(各図中、上側)の表面である第1側面54aに開口し、軸方向に深さを有している。各係合穴58は、第2環状部54の第1側面54aの軸方向の反対側(各図中、下側)の表面である第2側面54bに開口し、軸方向に深さを有している。各係合穴57,58は、両側面54a,54bにおいて、周方向に等間隔を空けて設けられている。各係合穴57,58は、両側面54a,54bの間で、対向配置されている。なお、各係合穴57,58は、両側面54a,54bの間を連通(貫通)しない有底穴である。各係合穴57,58のうち、第2側面54b側に設けられている各係合穴58の開口から底までの長さである深さ(図4中、L4)は、第1側面54a側に設けられている各係合穴57の開口から底までの長さである深さ(図4中、L3)と比較して小さく設定されている(L3>L4)。
なお、周方向に隣り合う各係合穴57の間には、各係合穴57の周方向の壁によって、外側リブ57aが画成される。これは、各係合穴58についても同様である。各外側リブ57a,58aは、スリーブ50の剛性を高める機能を有する。
また、図3に示すように、第1環状部53の各内側リブ55aと、第2環状部54の各外側リブ57aとは、周方向における位相(周方向位置)が一致しないように構成されている。具体的には、各内側リブ55aと、各外側リブ57aとは、スリーブ50の軸心mを基準として、互いに周方向に角度θaずれるように構成されている。これにより、各内側リブ55aは、各外側リブ57aに対して、互いに隣り合う各外側リブ57aの間に配置されている。また、各外側リブ57aは、各内側リブ55aに対して、互いに隣り合う各内側リブ55aの間に配置されている。これは、各内側リブ56a、及び、各外側リブ58aについても同様である。
ここで、第2環状部54の構成について歯部60の構成とともにさらに詳しく説明する。
図2、図3、及び、図4に示すように、第2環状部54の両側面54a,54bは、スリーブ50の軸方向に直交する方向に対して平坦に設けられている。第2環状部54の外周面54cは、軸方向の中央部54ccが軸方向の両端部54ca,54cbと比較して径方向に突出している。すなわち、第2環状部54の中央部54ccの直径(図4中、L5)は、両端部54ca,54cbの直径(図4中、L6)と比較して大きく設定されている(L5>L6)。これにより、第2環状部54の矢視A方向の断面は、スリーブ50の径方向の外側に突出する台形形状をなしている。
図2、図3、及び、図4に示すように、第2環状部54の両側面54a,54bは、スリーブ50の軸方向に直交する方向に対して平坦に設けられている。第2環状部54の外周面54cは、軸方向の中央部54ccが軸方向の両端部54ca,54cbと比較して径方向に突出している。すなわち、第2環状部54の中央部54ccの直径(図4中、L5)は、両端部54ca,54cbの直径(図4中、L6)と比較して大きく設定されている(L5>L6)。これにより、第2環状部54の矢視A方向の断面は、スリーブ50の径方向の外側に突出する台形形状をなしている。
なお、第2環状部54の両端部54ca,54cbは、軸方向に対して傾斜した傾斜面を有している。これら両端部54ca,54cbの傾斜面は、周方向に対して平坦に設けられている。第2環状部54の中央部54ccは、軸方向に対して平坦な平坦面を有している。この中央部54ccの平坦面は、周方向に対しても平坦に設けられている。
そして、歯部60は、第1肉厚部63、第2肉厚部64、及び、歯形成部65を有している。第1肉厚部63は、第2環状部54のうち、深さの大きい係合穴57が設けられている第1側面54a上(図4中、上側)に設けられている。すなわち、第1側面54aは、第1肉厚部63に対向する部位である。第2肉厚部64は、第2環状部54のうち、深さの小さい係合穴58が設けられている第2側面54b上(図4中、下側)に設けられている。すなわち第2側面54bは、第2肉厚部64に対向する部位である。第1肉厚部63の軸方向の肉厚(図4中、L7)は、第2肉厚部64の軸方向の肉厚(図4中、L8)と比較して小さく設定されている(L7<L8)。
歯形成部65は、第2環状部54の外周面54c(図4中、左右側)上に設けられている。歯形成部65の表面である歯部60の外周面61は、スリーブ50、すなわちウォームホイール24の軸方向に対して平坦な平坦面を有している。この歯形成部65の平坦面は、周方向に対しても平坦に設けられている。
これにより、歯形成部65において、第2環状部54の外周面54cの中央部54cc上に設けられる歯中央部65cは、第2環状部54の外周面54cが径方向の外側に突出する分、第2環状部54の外周面54cの両端部54ca,54cb上に設けられる歯端部65a,65bと比較して径方向の肉厚が小さく設定されている。すなわち、歯形成部65の歯中央部65cの径方向の肉厚(L9)は、両歯端部65a,65bの径方向の肉厚(L10)と比較して小さく設定されている(L9<L10)。
また、各肉厚部63,64は、複数の係合突起67,68を有している。各係合突起67は、第1肉厚部63から対向する第2環状部54の第1側面54aに向かって延びている。各係合突起67は、第2環状部54に設けられている各係合穴57に対向している。すなわち、各係合突起67は、各係合穴57と同様、周方向に等間隔を空けて設けられている。これは、第2肉厚部64に設けられる各係合突起68についても同様である。そして、各係合突起67,68は、それぞれに対向する各係合穴57,58を埋めるように射出成形されることによって、当該各係合穴57,58との一体化を通じた係合状態をなしている。
これにより、ウォームホイール24には、第2環状部54(スリーブ50)の各係合穴57,58と、各肉厚部63,64の各係合突起67,68との係合を通じて、スリーブ50に対する歯部60の相対回転を規制する回り止め機能が付加されている。
次に、ウォームホイール24の製造方法について説明する。
図5に示すように、ウォームホイール24は、金型70の内部にヒータ等により溶解した樹脂材料80を射出し、スリーブ50に対して歯部60が一体的に射出成形されることによって製造される。
図5に示すように、ウォームホイール24は、金型70の内部にヒータ等により溶解した樹脂材料80を射出し、スリーブ50に対して歯部60が一体的に射出成形されることによって製造される。
金型70は、キャビティ71、及び、コア72を備えている。キャビティ71、及び、コア72は、鋼等の金属材料からなる。キャビティ71と、コア72とは、パーティングラインPLを境に分割されている。パーティングラインPLは、キャビティ71、及び、コア72の間で凹凸状をなすように設けられている。
キャビティ71は、型部73、及び、型固定台74を有している。型部73は、キャビティ71の内部を切り抜いて設けられる内部空間である。型部73は、キャビティ71のコア72に対向する側に開口する開口部73aを有している。型部73は、キャビティ71の内部にスリーブ50を配置した状態で、開口部73aがコア72によって塞がれることによって、歯部60を形作るようにかたどられている。
型固定台74は、台部74a、及び、固定部74bを有している。台部74aは、円板状をなしている。台部74aは、型部73の開口部73aに対向する底部73bの中央から当該開口部73aに向かって突出している。台部74aは、キャビティ71の内部にスリーブ50を乗せるためのものである。固定部74bは、円柱状をなしている。固定部74bは、台部74aの開口部73aに対向する側の中央から当該開口部73aに向かって突出している。固定部74bは、スリーブ50のボス51に嵌合されることによって、キャビティ71の内部にスリーブ50を位置決め固定するためのものである。
コア72は、ノズル配置部75、スプルー76、ランナー77、及び、ゲート78を有している。ノズル配置部75は、コア72のキャビティ71に対向する側と反対側に開口している。ノズル配置部75には、樹脂材料80を射出する射出機90のノズル91が配置される。スプルー76は、筒状の通路である。スプルー76は、ノズル配置部75からキャビティ71側に向かって延びている。ランナー77は、円筒状の通路である。ランナー77は、スプルー76からパーティングラインPLに沿って円状(放射状)に拡がった後、キャビティ71側に向かって延びている。すなわち、スプルー76は、ノズル配置部75と、ランナー77とを繋ぐ通路である。ゲート78は、筒状の通路である。ゲート78は、ランナー77からキャビティ71に向かって先細状に延び、キャビティ71の型部73に連通する。
また、コア72は、雄型部72aを有している。雄型部72aは、キャビティ71の内部にスリーブ50を配置した状態で、開口部73aをコア72で塞ぐ場合、第1環状部53の第1側面53aに設けられている各凹部55の開口を塞ぐ。なお、第1環状部53の第2側面53bに設けられている各凹部56の開口は、型固定台74の台部74aによって塞がれる。これにより、雄型部72a、及び、台部74aは、第1環状部53の各凹部55,56への樹脂材料80の進入を規制する。これに対して、型部73は、第2環状部54の各係合穴57,58と連通しており、各係合穴57,58への樹脂材料80の進入を許容する。
そして、図5に示すように、キャビティ71の内部、すなわち型部73には、第2環状部54の第1側面54aがゲート78に対向するようにスリーブ50が配置される。この場合、第2環状部54の第1側面54aは、第2側面54bに対してゲート78寄りに配置される。
このように、スリーブ50を配置した状態で、開口部73aをコア72で塞ぐ場合、第2環状部54の第1側面54aと、当該第1側面54aに対向する型部73の内周面との間には、歯部60の第1肉厚部63に対応する第1肉厚型部63´が形成される。また、第2環状部54の第2側面54bと、当該第2側面54bに対向する型部73の内周面との間には、歯部60の第2肉厚部64に対応する第2肉厚型部64´が形成される。第2環状部54の外周面54cと、当該外周面54cに対向する型部73の内周面との間には、歯部60の歯形成部65に対応する歯型部65´が形成される。
なお、本実施形態において、第1肉厚型部63´は、第2肉厚型部64´に対してゲート78寄りに配置される。これにより、第1肉厚型部63´に対応する第1肉厚部63は、第2肉厚型部64´に対応する第2肉厚部64に対してゲート78寄りに成形される。
スリーブ50の軸方向において、第1肉厚型部63´の間隔(図5中、L11)は、第2肉厚型部64´の間隔(図5中、L12)と比較して小さく設定されている(L11<L12)。なお、間隔L11は図4中の肉厚L7と同一であるとともに、間隔L12は図4中の肉厚L8と同一である。
スリーブ50の径方向において、歯中央部65cに対応する歯型部65´の歯中央型部65c´の間隔(図5中、L13)は、両歯端部65a,65bに対応する歯型部65´両歯端型部65a´,65b´の間隔(図5中、L14)と比較して小さく設定されている(L13<L14)。なお、間隔L13は図4中の肉厚L9と同一であるとともに、間隔L14は図4中の肉厚L10と同一である。
続いて、型部73にスリーブ50を配置し、開口部73aをコア72で塞いだ状態で圧力を付加して型締めした後、型部73の各肉厚型部63´,64´、及び、歯型部65´には、ゲート78を通じて射出機90から樹脂材料80が射出充填される。
図6の拡大図に示すように、樹脂材料80は、コア72側からコア72の雄型部72a、及び、キャビティ71の開口部73aとの間を通過して型部73の全体に射出充填されていく。樹脂材料80は、第2肉厚型部64´側から歯型部65´、第1肉厚型部63´の順に充填されていくとともに、充填された順に型部73の内周面との接触を通じて冷却されて収縮して固化していく。この場合、樹脂材料80は、各係合穴57,58の間で、第1肉厚型部63´側の各係合穴57に充填されつつ、第2肉厚型部64´側の各係合穴58に充填されていく。この間、第1肉厚型部63´側の各係合穴57に充填される樹脂材料80と、当該各係合穴57の外周面54c側を通って第2肉厚型部64´側の各係合穴58に充填される樹脂材料80とが、当該外周面54c側で合流する部位を有することなく充填されていく。
そして、樹脂材料80は、第2肉厚型部64´から型部73の内周面の周辺に沿って収縮して固化していき、最終的に型部73の内周面から比較的離間している歯型部65´の第2環状部54の周辺が収縮して固化する。すなわち、歯型部65´の特に歯中央型部65c´は、他の部位である両歯端部65a,65bと比較して遅れて固化する。
その後、射出成形によって、スリーブ50に対して歯部60が一体化された一体品が金型70(キャビティ71、及び、コア72)から取り出されることによりウォームホイール24が完成する。
なお、図7において、ウォームホイール24を簡略化して示すように、各内側リブ55a,56aと、各外側リブ57a,58aとは、周方向における位相が一致しないように構成されている。この場合、歯部60の外周面61(図7中、太い破線で示す)の周方向に対する凹凸変化を仮想的に示した仮想線X1(図7中、実線で示す)は、各内側リブ55a,56a、及び、各外側リブ57a,58aがそれぞれ配置する部位で、径方向に略同一量だけ突出する変化を示す。
これに対して、図7中、各内側リブ55a,56aを一点鎖線で示すように、各内側リブ55a,56aと、各外側リブ57a,58aとの周方向における位相が一致している場合を考える。この場合、歯部60の外周面61の周方向に対する凹凸変化を仮想的に示した仮想線X2(図7中、細い破線で示す)は、各内側リブ55a,56a、及び、各外側リブ57a,58aが重複する部位で、仮想線X1と比較して径方向に大きく突出する変化を示す。すなわち、仮想線X1の変化は、仮想線X2の変化と比較して凹凸変化の変化量が抑えられ、真円に近付いている。したがって、本実施形態のウォームホイール24は、各内側リブ55a,56aと、各外側リブ57a,58aとの周方向における位相が一致している場合と比較して、歯部60の外周面61の周方向に対する平坦性、所謂、真円度の精度が向上されている。
以上に説明した本実施形態によれば、以下に示す作用及び効果を奏する。
(1)本実施形態のウォームホイールの製造方法によれば、歯部60を射出成形する場合であっても、歯部60の外周面61の周方向に対する平坦性の精度が低くなることを抑え、且つ、各係合穴57,58の外周面54c側でウェルドライン(溶接線)ができてしまうことのないウォームホイール24を製造することができる。こうして製造されたウォームホイール24では、歯部60の外周面61の周方向に対する平坦性の精度の低下が抑えられ、強度及び耐久性の低下が抑えられている。
(1)本実施形態のウォームホイールの製造方法によれば、歯部60を射出成形する場合であっても、歯部60の外周面61の周方向に対する平坦性の精度が低くなることを抑え、且つ、各係合穴57,58の外周面54c側でウェルドライン(溶接線)ができてしまうことのないウォームホイール24を製造することができる。こうして製造されたウォームホイール24では、歯部60の外周面61の周方向に対する平坦性の精度の低下が抑えられ、強度及び耐久性の低下が抑えられている。
具体的には、図4に示すように、本実施形態のウォームホイール24では、スリーブ50に対する歯部60の相対回転を規制する回り止め機能が付加されている。この回り止め機能を付加するための構成である、第2環状部54(スリーブ50)の各係合穴57,58と、各肉厚部63,64の各係合突起67,68とがスリーブ50の第2環状部54の外周面54cではなく、両側面54a,54bに設けられることによって、当該第2環状部54の外周面54cの周方向に対する平坦性を維持することができる。またさらに、同図に示すように、本実施形態のウォームホイール24において、第2環状部54の各係合穴57は、深さを有する穴(有底穴)であって、貫通孔ではない。
これにより、歯部60を射出成形する場合であっても、歯部60の外周面61の周方向に対する平坦性の精度が低くなることを抑えることができる。しかも、この場合、スリーブ50の各係合穴57に充填される樹脂材料80と、当該係合穴57の外周面54c側を通って各係合穴58に充填される樹脂材料80とが、当該外周面54c側で合流して、ウェルドライン(溶接線)ができてしまうこともない。したがって、歯部60の外周面61の周方向に対する平坦性の精度の低下を抑えつつ、強度及び耐久性の低下を抑えることができる。
(2)本実施形態では、上記回り止め機能を付加するための構成が、スリーブ50の第2環状部54の両側面54a,54bにそれぞれ設けられているので、スリーブ50に対する歯部60の相対回転を規制する効果をより好適に作用させることができる。また、このように、上記回り止め機能を付加するための構成を第2環状部54の両側面54a,54bにそれぞれ設ける場合であっても、各係合穴57,58が第2環状部54の外周面54cに設けられるわけではないので、第2環状部54の外周面54cとしては、周方向に対する平坦性を維持することができる。
(3)ウォームホイール24において、歯部60の射出成形時、第2環状部54の第1側面54aの各係合穴57の深さは、第2環状部54の第2側面54bの各係合穴58の深さと比較して大きく構成されている。そのため、歯部60の射出成形時、ゲート78から第2環状部54の第1側面54a側の各係合穴57の底までの距離と、ゲート78から第2環状部54の第2側面54b側の各係合穴58の底までの距離との差を、第2環状部54の両側面54a,54bの各係合穴57,58の深さを同一に構成する場合と比較して小さくすることができる。これにより、第2環状部54の両側面54a,54bの間で充填された樹脂材料80の冷却スピードの差を小さくすることができ、両側面54a,54bの間でヒケの量の差を小さくすることができる。したがって、回り止め機能を付加したとしても、歯部60の外周面61の軸方向に対する平坦性の精度の低下をより好適に抑えることができる。
(4)歯部60の外周面61の周方向に対する平坦性の精度の低下を抑えつつ、強度及び耐久性の低下を抑えた本実施形態のウォームホイール24を用いることによって、モータ20が発生させるアシスト力を転舵輪15に伝達する際の伝達効率を図ることができる。したがって、アシスト力の付与について信頼性の向上を図ることのできるEPS1を実現することができる。
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・各係合穴57,58の深さ(L3,L4)は、同一に設定されていてもよいし、幅等の関係において、第1側面54aの各係合穴57の深さ(L3)が第2側面54bの各係合穴58の深さ(L4)と比較して小さく設定されていてもよい(L4>L3)。
・各係合穴57,58の深さ(L3,L4)は、同一に設定されていてもよいし、幅等の関係において、第1側面54aの各係合穴57の深さ(L3)が第2側面54bの各係合穴58の深さ(L4)と比較して小さく設定されていてもよい(L4>L3)。
・スリーブ50に対する歯部60の相対回転を規制する回り止め機能は、第2環状部54の両側面54a,54bの何れかの側面にのみ係合穴を設けることによって実現してもよい。この場合であっても、スリーブ50の外周面である第2環状部54の外周面54cを周方向に対して平坦に維持することができるので、歯部60の外周面61の軸方向に対する平坦性の精度の低下を抑える効果を発揮することができる。
・ゲート78は、第2環状部54の第2側面54b側に配置されていてもよい。また、ゲート78は、第2環状部54の両側面54a,54bの何れか側に配置されるのであれば、外周面54c側や第1環状部53側にずらしたり、樹脂材料80の射出方向が径方向となるように変更したりしてもよい。
・環状部52は、ステンレス鋼等の金属材料であってもよい。この場合、ボス51と、環状部52とが一体化されていてもよい。
・ウォームホイール24は、ウォーム減速機構22を備える装置であれば、電動パワーステアリング装置以外の装置として、例えば、工作機械等に適用することができる。
・ウォームホイール24は、ウォーム減速機構22を備える装置であれば、電動パワーステアリング装置以外の装置として、例えば、工作機械等に適用することができる。
・上記実施形態は、コラム型のEPS1に具体化したが、これに限られない。例えば、ラックシャフト12に対して、ラックアンドピニオン機構13とは別に設けるラックアンドピニオン機構を介してアシスト力を付与するラック型のEPSに具体化してもよい。また、ステアバイワイヤ(SBW)方式のステアリング装置に適用してもよい。また、ステアバイワイヤ方式に限らず、後輪操舵装置や4輪操舵装置(4WS)に具体化してもよい。
1…EPS(電動パワーステアリング装置)、2…操舵機構、3…アシスト機構、10…ステアリングホイール、11…ステアリングシャフト、12…ラックシャフト、13…ラックアンドピニオン機構、14…タイロッド、15…転舵輪、20…モータ、21…回転軸、22…ウォーム減速機構、23…ウォーム軸、24…ウォームホイール、50…スリーブ、51…ボス、52…環状部、53…第1環状部、54…第2環状部、54a…第1側面、54b…第2側面、54c…外周面、54ca,54cb…端部、54cc…中央部、57,58…係合穴、60…歯部、61…外周面、63´…第1肉厚型部、63…第1肉厚部、64´…第2肉厚型部、64…第2肉厚部、65´…歯型部、65…歯形成部、65a,65b…歯端部、65c…歯中央部、67,68…係合突起、70…金型、78…ゲート、80…樹脂材料、90…射出機。
Claims (5)
- 環状のスリーブと、
前記スリーブの一部を覆うように射出成形により設けられ、前記スリーブの径方向の表面である外周面上に設けられた歯形成部、前記スリーブの軸方向の射出成形のゲート寄りの表面である第1側面上に設けられた第1肉厚部、及び、前記スリーブの軸方向の前記第1側面とは反対側の表面である第2側面上に設けられた第2肉厚部を有する歯部と、
を備えたウォームホイールであって、
前記スリーブの前記外周面は、周方向に対して平坦に設けられており、
前記スリーブの前記第1側面及び前記第2側面の少なくとも一方の側面における前記歯部の肉厚部に対向する部位には、軸方向に深さを有する係合穴が設けられており、
前記第1肉厚部及び前記第2肉厚部のうち、前記係合穴が設けられる側面に対向する肉厚部は、当該係合穴に係合している
ことを特徴とするウォームホイール。 - 前記スリーブの前記第1側面及び前記第2側面の両側面の前記歯部の前記第1肉厚部及び前記第2肉厚部に対向する部位には、軸方向に深さを有する係合穴がそれぞれ設けられており、
前記第1肉厚部及び前記第2肉厚部は、前記係合穴にそれぞれ係合している請求項1に記載のウォームホイール。 - 前記スリーブの前記第1側面及び前記第2側面の両側面のうち、前記第2側面に設けられる前記係合穴は、前記第1側面に設けられる前記係合穴と比較して軸方向の深さが小さい請求項2に記載のウォームホイール。
- 請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載のウォームホイールと、
操舵機構の転舵輪を転舵させる転舵力を発生させるモータと、を備え、
前記ウォームホイールは、前記モータが発生させる前記転舵力を前記転舵輪に伝達するように前記操舵機構と前記モータとを機械的に接続するものであり、
前記モータが発生させる前記転舵力を前記転舵輪に伝達することによって、当該転舵輪を転舵させる電動パワーステアリング装置。 - 環状のスリーブの一部を覆うように、前記スリーブの径方向の表面である外周面上に歯形成部、前記スリーブの軸方向の一方の表面である第1側面上に第1肉厚部、及び、前記スリーブの軸方向の前記第1側面とは反対側の表面である第2側面上に第2肉厚部を有する歯部が射出成形されて得られるウォームホイールの製造方法であって、
前記スリーブの前記外周面は、周方向に対して平坦に設けられており、
前記スリーブの前記第1側面及び前記第2側面の少なくとも一方の側面に対向する前記歯部の肉厚部に対向する部位には、軸方向に深さを有する係合穴が設けられており、
樹脂が射出されるゲートが前記スリーブの前記第1側面寄りに位置するように前記スリーブを金型内に配置し、
前記スリーブを前記金型内に配置した状態において、前記スリーブの前記係合穴に樹脂を充填する
ことを特徴とするウォームホイールの製造方法。
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