JP7318440B2 - ウォームホイール及びその製造方法、ウォーム減速機 - Google Patents

Description

本発明は、ウォーム減速機と、ウォーム減速機を構成するウォームホイール及びその製造方法とに関する。

自動車に組み込まれる電動パワーステアリング装置では、補助動力源である電動モータのトルクを増大するために、ウォーム減速機が広く用いられている。ウォーム減速機は、軸方向中間部外周面にウォーム歯部を有するウォームと、外周面に、ウォーム歯部と噛合するウォームホイール歯部を有するウォームホイールとを備える。ウォームは、電動モータにより回転駆動される駆動ギヤとして機能し、ウォームホイールは、ウォームの回転に伴って回転する従動ギヤとして機能する。ウォームホイールの回転トルクは、ステアリングシャフトの前端部にトーションバーを介して接続された出力軸や、ステアリングギヤユニットを構成するピニオン軸又はラック軸などの操舵部材に対し、補助動力として付与される。

このようなウォーム減速機では、ステアリングホイールの操作時や悪路走行時にウォーム歯部とウォームホイール歯部との噛合部で発生する歯打ち音の抑制、軽量化、低コスト化などを目的として、ウォームホイールのうち、回転軸に外嵌固定される部分を金属製とし、ウォームと噛合する部分を合成樹脂製とする場合がある。

図１６は、そのような構成を有するウォームホイールの１例として、国際公開第２０１７／１３５１４０号（特許文献１）に記載されたものを示している。なお、以下の説明中、ウォームホイール１００に関して、軸方向一方側は、図１６及び図１７の左側であり、軸方向他方側は、図１６及び図１７の右側である。

ウォームホイール１００は、金属製で環状の内側ホイール素子１０１と、内側ホイール素子１０１の径方向外側部を全周にわたり包埋した状態で、該内側ホイール素子１０１に結合された、合成樹脂製で環状の外側ホイール素子１０２とを備える。外側ホイール素子１０２は、外周面にウォームホイール歯部１０３を軸方向全幅にわたって有する。ウォームホイール歯部１０３の軸方向両側の側面を含む、外側ホイール素子１０２の軸方向両側の側面１０４は、ウォームホイール１００の中心軸Ｘ₁₀₀に直交する平面により構成されている。

ウォームホイール１００を製造する際には、外側ホイール素子１０２を射出成形により造るのと同時に、外側ホイール素子１０２を内側ホイール素子１０１に対して結合する。

外側ホイール素子１０２を射出成形により造る際には、図１７に示すように、内側ホイール素子１０１を、複数の金型を組み合わせてなる金型装置１０５の内側にセットした状態で、内側ホイール素子１０１と金型装置１０５との間に画成される環状のキャビティ１０６内に、金型装置１０５の軸方向他方側に設けられた、ランナー１０７及びディスクゲート１０８から、溶融樹脂を送り込む。ディスクゲート１０８の下流側端部は、キャビティ１０６のうち、内側ホイール素子１０１の径方向中間部の軸方向他方側に隣接する部分（外側ホイール素子１０２の軸方向他方側部の内周面が形成される部分）に開口している。ランナー１０７は、ディスクゲート１０８の中心部から軸方向他方側に伸長している。図１７中の矢印は、ランナー１０７、ディスクゲート１０８、及びキャビティ１０６内での溶融樹脂の流れ方向を示している。

キャビティ１０６内で冷却及び固化された合成樹脂は、金型装置１０５を開いて、複数の金型同士を分離してから、ランナー１０７及びディスクゲート１０８内で冷却及び固化された合成樹脂と切り離す。そして、必要に応じて、外側ホイール素子１０２の表面や角部に仕上げ加工を施すことにより、ウォームホイール１００を完成させる。

国際公開第２０１７／１３５１４０号

上述した従来のウォームホイール１００は、生産性及び品質を向上させる面から、改良の余地がある。この点について、以下に説明する。

外側ホイール素子１０２を射出成形により造る際に、ランナー１０７及びディスクゲート１０８からキャビティ１０６内に送り込まれた溶融樹脂は、図１７中に矢印で示すように、内側ホイール素子１０１の径方向外側部の軸方向他方側に隣接する部分から、内側ホイール素子１０１の径方向外側に隣接する部分を経由し、内側ホイール素子１０１の径方向外側部の軸方向一方側に隣接する部分に向けて流れる。この際の溶融樹脂の流れの向きは、金型に沿って変わっていく。

一方、外側ホイール素子１０２の軸方向両側の側面１０４のそれぞれは、ウォームホイール１００の中心軸Ｘ₁₀₀（図１６参照）に対して直交する平面により構成されている。すなわち、ウォームホイール歯部１０３の軸方向側面と、ウォームホイール歯部１０３の径方向外端面（歯先面）とが、直角に配置されている。このため、ウォームホイール歯部１０３の軸方向端部（図１７中のＰ部）において、溶融樹脂の流れの向きは、急激に変わることになる。このため、射出速度を大きくすると、ウォームホイール歯部１０３の軸方向端部（図１７中のＰ部）において、溶融樹脂が空気を巻き込んで巣（空孔）が形成される可能性がある。したがって、このような巣が形成されないようにするために、射出速度を小さくする必要がある。

しかしながら、射出速度を小さくすると、その分、成形時間が長くなり、ウォームホイール１００の生産性が低くなる（１個当たりの生産コストが高くなる）。このため、ウォームホイール１００の生産性を向上させる観点から、巣の形成を防止しつつ、射出速度を大きくできるようにすることが望まれる。

また、一般に、射出成形においては、射出速度を大きくするほど、金型への転写性が良くなり、ウォームホイール歯部１０３の寸法精度及び歯面の表面粗さを良好に確保できる。特に、合成樹脂に強化繊維が含まれている場合には、強化繊維が表面に露出する量を抑えられ、歯面の表面粗さが小さくなりやすい。そして、このようにウォームホイール歯部１０３の寸法精度及び歯面の表面粗さを良好にできれば、その分、ウォームホイール歯部１０３とウォーム歯部との噛み合いの際に、振動、変動、音などが生じにくくすることができる。この結果、運転者によるステアリングホイールの操作感、電動パワーステアリング装置の制御性、静粛性などを向上させることができる。したがって、このような観点からも、射出速度を大きくできるようにすることが望まれる。

なお、射出速度を小さくする場合でも、射出成形後、追加の歯切り加工を行うことによって、ウォームホイール歯部１０３の歯車精度を向上させたり、歯面の粗さを小さくしたりすることができる。しかしながら、追加の歯切り加工を行うと、生産性がより低くなるといった問題がある。

本発明は、上述のような事情に鑑み、生産性及び品質を向上させることができるウォームホイールの構造を実現することを目的としている。

本発明のウォームホイールは、環状の内側ホイール素子と、外周面にウォームホイール歯部を有し、かつ、前記内側ホイール素子の径方向外側部を全周にわたり包埋した状態で該内側ホイール素子に結合された、合成樹脂製で環状の外側ホイール素子とを備える。
前記内側ホイール素子は、軸方向一方側の側面に、軸方向に凹んだ環状凹部を全周にわたり有する。
前記外側ホイール素子は、軸方向両側の側面のうちの少なくともいずれか一方の側面の径方向外側部に、径方向外側に向かうほど軸方向中央側に向かう方向に傾斜した第１傾斜面部を有し、かつ、前記環状凹部の内側に入り込んで、前記環状凹部の内面を構成する外径側周面と係合する抑え部を有する。
前記抑え部の内周面を含む、前記外側ホイール素子の軸方向一方側部の内周面は、少なくとも軸方向一方側部に、軸方向他方側に向かうほど径方向内側に向かう方向に傾斜した第２傾斜面部を有し、かつ、該第２傾斜面部の軸方向他方側の端部が、前記環状凹部の内側に配置されている。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記外側ホイール素子の軸方向他方側部の内周面に、ゲートの切り離し部が存在する。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記第１傾斜面部の内径が、前記ウォームホイール歯部の歯底径以下である。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記第１傾斜面部の内径が、前記ウォームホイール歯部の歯底径よりも大きい。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記第１傾斜面部の内径が、前記内側ホイール素子の外径よりも大きい。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記ウォームホイールのうち、軸方向に関して前記第１傾斜面部が存在する側において、前記外側ホイール素子の側面のうち前記第１傾斜面部の径方向内側に隣接する部分と前記内側ホイール素子の径方向外端部の側面との間の軸方向幅（例えば、図７及び図８におけるＷ_a）が、前記第１傾斜面部の軸方向幅（例えば、図７及び図８におけるＷ_b）よりも大きい。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記合成樹脂に強化繊維が混入している。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記ウォームホイール歯部の歯面が射出成形面である。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記ウォームホイール歯部の歯すじが、前記ウォームホイールの中心軸に対して平行である。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記内側ホイール素子は、前記環状凹部の内面を構成する外径側周面に、円周方向に関する凹凸部を有しており、前記抑え部は、前記凹凸部を構成する凹部の内側に入り込んで該凹部と係合する回転方向保持部を有する。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記内側ホイール素子は、前記環状凹部の内面を構成する外径側周面に、径方向外方に凹んだ係合溝を全周にわたり有しており、前記抑え部は、前記係合溝の内側に入り込んで該係合溝と係合するモーメント方向保持部を有する。

本発明のウォームホイールの一態様では、前記係合溝は、前記凹凸部の軸方向他方側に隣接して配置されている。

本発明のウォームホイールの製造方法は、本発明のウォームホイールを対象とする製造方法である。
このような本発明のウォームホイールの製造方法は、前記内側ホイール素子の径方向外側部の周囲に金型を配置し、前記内側ホイール素子と前記金型との間に画成される、前記外側ホイール素子の成形空間であるキャビティ内に合成樹脂を送り込む射出成形により、前記外側ホイール素子を形成する。

本発明のウォームホイールの製造方法の一態様では、前記射出成形を行う際に、前記キャビティのうち、前記外側ホイール素子の軸方向他方側部の内周面が形成される部分に、ディスクゲート、リングゲートなどのゲートの下流側端部を開口させる。

本発明のウォーム減速機は、外周面にウォームホイール歯部を有するウォームホイールと、軸方向中間部外周面に、前記ウォームホイール歯部と噛合するウォーム歯部を有するウォームとを備える。
特に、本発明のウォーム減速機では、前記ウォームホイールが、本発明のウォームホイールである。

本発明によれば、ウォームホイールの生産性及び品質を向上させることができる。

図１は、実施の形態の第１例の電動パワーステアリング装置を示す部分切断側面図である。 図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。 図３は、図２のＢ－Ｂ断面図である。 図４は、ウォーム及びウォームホイールを、ウォーム側から見た図である。 図５は、実施の形態の第１例のウォームホイールの斜視図である。 図６は、実施の形態の第１例のウォームホイールを軸方向から見た図である。 図７は、図６のＣ－Ｃ断面図である。 図８は、図７の上部の拡大図である。 図９は、外側ホイール素子を射出成形する工程を示す断面図である。 図１０は、実施の形態の第２例のウォームホイールの斜視図である。 図１１は、実施の形態の第２例のウォームホイールを軸方向から見た図である。 図１２は、図１１のＤ－Ｄ断面図である。 図１３は、本発明を適用可能な電動パワーステアリング装置の別例（第１例）を示す部分切断側面図である。 図１４は、本発明を適用可能な電動パワーステアリング装置の別例（第２例）を示す部分切断側面図である。 図１５は、本発明を適用可能なステアバイワイヤ方式のステアリング装置を示す斜視図である。 図１６は、従来のウォームホイールの断面図である。 図１７は、従来のウォームホイールを構成する外側ホイール素子を射出成形する工程を示す断面図である。

［実施の形態の第１例］
本発明の実施の形態の第１例について、図１～図９により説明する。

図１～図３は、本例のウォーム減速機１６を組み込んだコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置１を示している。本例の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２と、ステアリングシャフト３と、ステアリングコラム４と、電動アシスト装置５と、１対の自在継手６ａ、６ｂと、中間シャフト７と、ステアリングギヤユニット８と、１対のタイロッド９とを備える。

ステアリングシャフト３は、車体に支持されたステアリングコラム４の内側に、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト３の後端部には、ステアリングホイール２が支持固定されており、ステアリングシャフト３の前端部は、電動アシスト装置５と、後側の自在継手６ａと、中間シャフト７と、前側の自在継手６ｂとを介して、ステアリングギヤユニット８のピニオン軸１０に接続されている。このため、運転者がステアリングホイール２を回転させると、ステアリングホイール２の回転が、ピニオン軸１０に伝達される。ピニオン軸１０の回転は、ピニオン軸１０と噛合した、ステアリングギヤユニット８の図示しないラック軸の直線運動に変換され、１対のタイロッド９を押し引きする。この結果、１対の操舵輪にステアリングホイール２の回転操作量に応じた舵角が付与される。

電動アシスト装置５は、ハウジング１１と、電動モータ１２と、トーションバー１３と、出力軸１４と、１対の玉軸受１５ａ、１５ｂと、ウォーム減速機１６と、トルクセンサ１７とを備える。

ハウジング１１は、ステアリングコラム４の前端部に結合固定されている。電動モータ１２は、ハウジング１１に支持固定されている。ステアリングシャフト３の前端部は、ハウジング１１の内側に挿入されている。ステアリングシャフト３の前端部には、トーションバー１３を介して、出力軸１４が連結されている。出力軸１４の前端部は、ハウジング１１の前端面から前方に突出しており、該先端部に、後側の自在継手６ａが結合されている。出力軸１４は、軸方向中間部をハウジング１１に対し、１対の玉軸受１５ａ、１５ｂにより回転のみを可能に支持されている。

ウォーム減速機１６は、ウォームホイール１８と、ウォーム１９とを備える。ウォームホイール１８は、出力軸１４のうち、軸方向に関して１対の玉軸受１５ａ、１５ｂ同士の間に位置する部分に外嵌固定されている。一方、ウォーム１９は、電動モータ１２の出力軸に、トルク伝達可能に連結されている。そして、ウォーム１９の軸方向中間部外周面に備えられたウォーム歯部２０と、ウォームホイール１８の外周面に備えられたウォームホイール歯部２１とを噛合させている。これにより、電動モータ１２からウォーム１９を介してウォームホイール１８に補助トルク（補助動力）を付与可能としている。

本例では、ウォームホイール歯部２１は、図４に示すように、直歯平歯車の歯部の如き形状を有する。すなわち、ウォームホイール歯部２１は、その歯すじが、ウォームホイール１８の中心軸Ｘ₁₈に対して平行である。これに伴い、本例では、ウォームホイール１８の中心軸Ｘ₁₈とウォーム１９の中心軸Ｘ₁₉との交角をαとし、ウォーム歯部２０の進み角をβとした場合に、α＝９０°－βとしている（図１～図３では、図示の便宜上、交角αが９０°であるように描かれているが、本例の場合、実際には、交角αは、９０°－βである）。ただし、本発明を実施する場合には、ウォームホイール歯部を、はす歯歯車の歯部の如き形状を有するものとすることもできる。すなわち、ウォームホイールの軸方向に対するウォームホイール歯部の歯すじの傾斜角度をウォーム歯部２０の進み角βと等しくして、交角αを９０°とする構成を採用することもできる。

トルクセンサ１７は、出力軸１４の後端部の周囲に配置されている。トルクセンサ１７は、ステアリングホイール２からステアリングシャフト３に加えられたトルクの方向及び大きさを検出する。電動モータ１２は、トルクセンサ１７の検出信号や、トランスミッションに組み込んだ車速センサから出力される車速信号などに基づいて、ウォーム１９を回転駆動することにより、ウォームホイール１８を介して出力軸１４に補助トルクを付与する。この結果、運転者がステアリングホイール２を回転操作するのに要する力が軽減される。

本例では、ウォームホイール１８は、内側ホイール素子２２と、外側ホイール素子２３とにより構成される。なお、以下の説明中、ウォームホイール１８に関して、軸方向一方側は、図３～図５、図７～図９の左側であり、軸方向他方側は、図３～図５、図７～図９の右側である。

内側ホイール素子２２は、金属製の環状部材であり、全体を円輪状に構成されている。内側ホイール素子２２は、径方向中央部に、出力軸１４の軸方向中間部と嵌合する嵌合孔５１を有する。

内側ホイール素子２２は、軸方向他方側の側面の径方向外側部に、軸方向に凹んだ環状凹部５２を全周にわたり有する。環状凹部５２の内面を構成する外径側周面５３と内径側周面５４と底面５５とのうち、外径側周面５３は、内側ホイール素子２２の中心軸（＝ウォームホイール１８の中心軸Ｘ₁₈（図７参照））を中心とする円筒面により構成されている。内径側周面５４は、軸方向他方側に向かうほど径方向内側に向かう方向に傾斜した、凹円弧状の断面形状を有する曲面（略円すい面）により構成されている。底面５５は、内側ホイール素子２２の中心軸に対して直交する平面により構成されている。

内側ホイール素子２２は、軸方向一方側の側面の径方向中間部に、軸方向に凹んだ環状凹部５６を全周にわたり有する。環状凹部５６の内面を構成する外径側周面５７と内径側周面５８と底面５９とのうち、外径側周面５７は、係合溝２７と凹凸部２８とを有する。係合溝２７は、外径側周面５７の軸方向他方側の端部に、全周にわたり径方向外方に凹むように形成されている。係合溝２７は、内径側の開口部から外径側の底部に向かうに従って軸方向に関する幅寸法が小さくなるＶ字形の断面形状を有する。凹凸部２８は、外径側周面５７のうち、係合溝２７から軸方向一方側に外れた残りの部分に全周にわたり形成されている。換言すれば、係合溝２７は、凹凸部２８の軸方向他方側に隣接して配置されている。凹凸部２８は、円周方向に関して凹部と凸部とを交互に配置してなる、円周方向に関する（内歯歯車状の）凹凸部である。係合溝２７の径方向深さは、凹凸部２８を構成する複数の凹部の径方向深さよりも深い。換言すれば、係合溝２７の底部は、凹凸部２８を構成する複数の凹部の底部よりも径方向外側に位置している。内径側周面５８は、内側ホイール素子２２の中心軸を中心とする円筒面により構成されている。底面５９は、内側ホイール素子２２の中心軸に対して直交する平面により構成されている。

内側ホイール素子２２の外周面６０は、内側ホイール素子２２の中心軸を中心とする円筒面により構成されている。内側ホイール素子２２の径方向外端部の軸方向両側の側面５０、すなわち、内側ホイール素子２２の軸方向他方側の側面のうち環状凹部５２の径方向外側に隣接する部分である側面５０、及び、内側ホイール素子２２の軸方向一方側の側面のうち環状凹部５６の径方向外側に隣接する部分である側面５０のそれぞれは、内側ホイール素子２２の中心軸に対して直交する平面により構成されている。図示の例では、外周面６０の軸方向両側の端部と、側面５０のそれぞれの径方向外側の端部とは、円弧形の断面形状を有する面取り部により接続されている。

本例では、別な言い方をすれば、内側ホイール素子２２は、円筒状の内径側環状部２４と、内径側環状部２４の周囲に、内径側環状部２４と同軸に配置された、円筒状の外径側環状部２５と、内径側環状部２４の外周面に径方向内端部を結合され、かつ、外径側環状部２５の内周面に径方向外端部を結合された、円輪状の連結部２６とを備える。嵌合孔５１は、内径側環状部２４の中心孔に相当する。環状凹部５２の内面を構成する外径側周面５３は、外径側環状部２５の軸方向他方側部の内周面に相当する。環状凹部５２の内面を構成する内径側周面５４及び底面５５は、連結部２６の軸方向他方側の側面の径方向外側部に相当する。環状凹部５６の内面を構成する外径側周面５７は、外径側環状部２５の軸方向一方側部の内周面に相当する。環状凹部５６の内面を構成する内径側周面５８は、内径側環状部２４の軸方向一方側部の外周面に相当する。環状凹部５６の内面を構成する底面５９は、連結部２６の軸方向一方側の側面に相当する。外周面６０は、外径側環状部２５の外周面に相当する。１対の側面５０は、外径側環状部２５の軸方向両側の側面に相当する。

なお、図示の例では、連結部２６の径方向内端部は、内径側環状部２４の外周面の軸方向他方側の端部に結合されており、連結部２６の径方向外端部は、外径側環状部２５の内周面の軸方向中間部（具体的には、軸方向中間部のうち、軸方向他方側に寄った部分）に結合されている。ただし、本発明を実施する場合、内径側環状部の外周面に対する連結部の径方向内端部の結合位置、及び、外径側環状部の内周面に対する連結部の径方向外端部の結合位置は、本例と異なる軸方向位置とすることもできる。

内側ホイール素子２２を構成する金属としては、鉄鋼などの鉄合金の他、銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの各種の金属を採用することができる。内側ホイール素子２２を成形するための加工としては、各種の切削加工や塑性加工を採用することができる。ただし、歩留まり良く低コストに成形するには、塑性加工（鍛造、プレス、フローフォーミングなど）を採用するのが好ましい。なお、係合溝２７は、凹凸部２８を塑性加工により形成する場合に使用する、金型（ダイス）の逃げとして機能させることができる。

外側ホイール素子２３は、合成樹脂製で環状に構成されており、内側ホイール素子２２の径方向外側部である、外径側環状部２５と連結部２６の径方向外側部とを全周にわたり包埋した状態で、内側ホイール素子２２に結合されている。

外側ホイール素子２３は、外周面に、ウォームホイール歯部２１を軸方向全幅にわたって有する。ウォームホイール歯部２１は、直歯平歯車の歯部の如き形状を有しており、その歯すじが、ウォームホイール１８の中心軸Ｘ₁₈に対して平行である（図４参照）。

外側ホイール素子２３の軸方向両側の側面２９のそれぞれは、径方向内側部を構成する平面部３０と、径方向外側部を構成する第１傾斜面部３１とからなる。すなわち、平面部３０の径方向外側の端部は、第１傾斜面部３１の径方向内側の端部に接続されている。平面部３０は、ウォームホイール１８の中心軸Ｘ₁₈に直交する平面により構成されている。第１傾斜面部３１は、径方向外側に向かうほど、ウォームホイール１８の軸方向中央側に向かう方向に傾斜した円すい面により構成されている。

本例では、第１傾斜面部３１の内径（＝平面部３０の外径）Ｄ₃₁は、ウォームホイール歯部２１の歯底径Ｄ₂₁以下に規制されており（Ｄ₃₁≦Ｄ₂₁）、図示の例では、ウォームホイール歯部２１の歯底径ｄ₂₁よりも小さくなっている（Ｄ₃₁＜Ｄ₂₁）。すなわち、ウォームホイール歯部２１の軸方向両側の側面のそれぞれは、全体が第１傾斜面部３１により構成されている。

本例では、ウォームホイール１８の軸方向一方側と軸方向他方側とのそれぞれの側において、外側ホイール素子２３の平面部３０と内側ホイール素子２２の側面５０との間の軸方向幅Ｗ_aを、外側ホイール素子２３の第１傾斜面部３１の軸方向幅Ｗ_bよりも大きくしている（Ｗ_a＞Ｗ_b）。また、第１傾斜面部３１の内径Ｄ₃₁を、内側ホイール素子２２の外径Ｄ₂₂よりも大きくしている（Ｄ₃₁＞Ｄ₂₂）。ただし、本発明を実施する場合には、Ｗ_a≦Ｗ_bとする構成や、Ｄ₃₁≦Ｄ₂₂とする構成を採用することもできる。

外側ホイール素子２３を構成する合成樹脂は、環状凹部５２の内側の径方向外側部に入り込んだ部分が抑え部３２を構成しており、環状凹部５６の内側の径方向外側部に入り込んだ部分が抑え部３３を構成している。そして、環状凹部５２の外径側周面５３と抑え部３２との係合、及び、環状凹部５６の外径側周面５７と抑え部３３との係合に基づいて、すなわち、抑え部３２、３３により外径側環状部２５を抱え込むように保持することで、内側ホイール素子２２に対する外側ホイール素子２３のモーメント方向の保持力が高められている。さらに本例では、抑え部３３を構成する合成樹脂の一部は、外径側周面５７の係合溝２７の内側に入り込んで、係合溝２７と係合するモーメント方向保持部６１を構成している。そして、係合溝２７とモーメント方向保持部６１との係合により、内側ホイール素子２２に対する外側ホイール素子２３のモーメント方向の保持力を、さらに高めている。

また、本例では、抑え部３３を構成する合成樹脂の一部は、外径側周面５７の凹凸部２８を構成する複数の凹部の内側に入り込んで、該凹部と係合する回転方向保持部６２を構成している。そして、該凹部と回転方向保持部６２との係合により、内側ホイール素子２２に対する外側ホイール素子２３の回転方向の保持力を高めている。なお、このような回転方向の保持力を高めるための凹凸部は、外側ホイール素子に包埋される内側ホイール素子の表面のうち、本例と異なる箇所に形成することもできる。

外側ホイール素子２３の軸方向他方側部の内周面６３は、軸方向一方側に向かうほど径方向内側に向かう方向に傾斜した円すい面（傾斜面部）により構成されている。内周面６３の軸方向他方側の端部は、外側ホイール素子２３の軸方向他方側の側面２９（平面部３０）の径方向内側の端部に接続されている。内周面６３の軸方向一方側の端部は、環状凹部５２の底面５５の径方向中間部に接続されている。内周面６３の軸方向一方側部は、抑え部３２の内周面に相当し、環状凹部５２の内側に入り込んでいる。

外側ホイール素子２３の軸方向一方側部の内周面６４は、軸方向他方側部を構成する円筒面部６５と、軸方向一方側部を構成する第２傾斜面部６６とからなる。円筒面部６５は、ウォームホイール１８の中心軸Ｘ₁₈を中心とする円筒面により構成されている。第２傾斜面部６６は、軸方向他方側に向かうほど径方向内側に向かう方向に傾斜した円すい面により構成されている。円筒面部６５の軸方向他方側の端部は、環状凹部５６を構成する底面５９の径方向外側部に接続されている。円筒面部６５の軸方向一方側の端部は、第２傾斜面部６６の軸方向他方側の端部に接続されている。第２傾斜面部６６の軸方向一方側の端部は、外側ホイール素子２３の軸方向一方側の側面２９（平面部３０）の径方向内側の端部に接続されている。円筒面部６５と第２傾斜面部６６の軸方向他方側の端部とは、抑え部３３の内周面に相当し、環状凹部５６の内側に配置されている。すなわち、本例では、第２傾斜面部６６の軸方向幅Ｗ₆₆が、ウォームホイール１８の軸方向一方側における平面部３０と側面５０との間の軸方向幅Ｗ_aよりも大きくなっている（Ｗ₆₆＞Ｗ_a）。なお、本発明を実施する場合、外側ホイール素子２３の軸方向一方側部の内周面は、その全体を、軸方向他方側に向かうほど径方向内側に向かう方向に傾斜した第２傾斜面部とすることもできる。

なお、外側ホイール素子２３を構成する合成樹脂としては、ポリアミド６６（ＰＡ６６）の他、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、フェノール樹脂（ＰＦ）などの各種の合成樹脂を採用することができる。これらの合成樹脂には、必要に応じて、ガラス繊維、ポリエチレン繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などの各種の強化繊維を混入することができる。

ウォームホイール１８を製造する際には、外側ホイール素子２３を射出成形により造るのと同時に、外側ホイール素子２３を内側ホイール素子２２に対して結合する。

外側ホイール素子２３を射出成形により造る際には、図９に示すように、内側ホイール素子２２を複数の金型を組み合わせてなる金型装置３４にセットした状態、すなわち、内側ホイール素子２２の径方向外側部の周囲に複数の金型を配置した状態で、内側ホイール素子２２と金型装置３４との間に画成される、外側ホイール素子２３の成形空間である環状のキャビティ３５内に、金型装置３４の軸方向他方側に設けられた、ランナー３６及びディスクゲート３７から、溶融樹脂を送り込む。

ここで、キャビティ３５を構成する金型装置３４の内面４０は、外側ホイール素子２３の外面に合致する形状を有している。特に、本例では、内面４０のうち、第１傾斜面部３１に合致する形状を有する部分である、第１傾斜面形成部４１と、内面４０のうち、ウォームホイール歯部２１の径方向外端面（歯先面）に合致する形状を有する部分である、歯先面形成部４２とが、鈍角をなすように配置されている。ディスクゲート３７の下流側端部Ｅは、キャビティ３５のうち、内側ホイール素子２２の径方向中間部の軸方向他方側に隣接する部分（外側ホイール素子２３の軸方向他方側部の内周面６３が形成される部分）に開口している。ランナー３６は、ディスクゲート３７の中心部から軸方向他方側に伸長している。

図９中の矢印は、ランナー３６、ディスクゲート３７、及びキャビティ３５内での溶融樹脂の流れ方向を示している。すなわち、ランナー３６及びディスクゲート３７からキャビティ３５内に送り込まれた溶融樹脂は、図９中に矢印で示すように、内側ホイール素子２２の径方向外側部の軸方向他方側に隣接する部分から、内側ホイール素子２２の径方向外側に隣接する部分を経由し、内側ホイール素子２２の径方向外側部の軸方向一方側に隣接する部分に向けて流れる。この際の溶融樹脂の流れの向きは、金型装置３４の内面４０に沿って変わっていく。特に、本例では、金型装置３４の内面４０のうち、第１傾斜面形成部４１と歯先面形成部４２とが鈍角をなすように配置されている。このため、キャビティ３５のうち、ウォームホイール歯部２１を形成すべき箇所の軸方向端部（図９中のＱ部）において、溶融樹脂の流れの向きは、緩やかに変化する。

また、本例では、ウォームホイール歯部２１は、直歯平歯車の歯部の如き形状を有しており、その歯すじが、ウォームホイール１８の中心軸Ｘ₁₈に対して平行である。このため、溶融樹脂は、キャビティ３５のうち、ウォームホイール歯部２１を形成すべき箇所を、軸方向に真っ直ぐに（円滑に）通過する。

また、本例では、ウォームホイール１８の軸方向一方側と軸方向他方側とのそれぞれの側において、外側ホイール素子２３の平面部３０と内側ホイール素子２２の側面５０との間の軸方向幅Ｗ_aを、外側ホイール素子２３の第１傾斜面部３１の軸方向幅Ｗ_bよりも大きくする構成（Ｗ_a＞Ｗ_b）と、第１傾斜面部３１の内径Ｄ₃₁を、内側ホイール素子２２の外径Ｄ₂₂よりも大きくする構成（Ｄ₃₁＞Ｄ₂₂）とのうちの、少なくとも一方の構成（本例では、両方の構成）を採用している。このため、キャビティ３５のうち、内側ホイール素子２２の径方向外側部の軸方向他方側に隣接する部分と、内側ホイール素子２２の径方向外側部の軸方向一方側に隣接する部分との、それぞれの部分において、溶融樹脂の流路が急激に狭くなることを防止できる。このため、溶融樹脂は、これらの部分を容易に通過することができる。

さらに、本例では、外側ホイール素子２３の軸方向一方側部の内周面６４は、軸方向一方側部に、軸方向他方側に向かうほど径方向内側に向かう方向に傾斜した第２傾斜面部６６を有し、かつ、第２傾斜面部６６の軸方向他方側の端部は、環状凹部５６の内側に配置されている。このため、キャビティ３５の内面４０のうち、第２傾斜面部６６に合致する形状を有する部分である第２傾斜面形成部６７の軸方向他方側の端部も、環状凹部５６の内側に配置されている。したがって、キャビティ３５のうち、内側ホイール素子２２の径方向外側部の軸方向一方側に隣接する部分を径方向外側から径方向内側に向けて通過した溶融樹脂を、第２傾斜面形成部６７に沿って、環状凹部５６の内側に滑らかに案内することができる。

キャビティ３５内で冷却及び固化された合成樹脂は、金型装置３４を開いて、複数の金型同士を分離してから、ランナー３６及びディスクゲート３７内で冷却及び固化された合成樹脂と切り離す。そして、必要に応じて、外側ホイール素子２３の表面や角部に仕上げ加工を施すことにより、ウォームホイール１８を完成させる。ただし、本例では、この仕上げ加工の際に、ウォームホイール歯部２１を構成する複数の歯３８の周方向側面である歯面３９に、追加の歯切り加工は行わない。つまり、本例では、ウォームホイール歯部２１の歯面３９は、射出成形により成形された面である、射出成形面のままとしている。また、本例では、完成後のウォームホイール１８には、外側ホイール素子２３の軸方向他方側部の内周面６３に、ゲートの切り離し部（ディスクゲート３７内で冷却及び固化された合成樹脂を切り離した部分であり、例えば、切断部や破断部など）が存在する。

以上のような本例の構造によれば、ウォームホイール１８の生産性及び品質を向上させることができる。この点について、以下に説明する。

本例では、ウォームホイール１８を構成する外側ホイール素子２３を射出成形により造る際に、キャビティ３５のうち、ウォームホイール歯部２１を形成すべき箇所の軸方向端部（図９中のＱ部）において、溶融樹脂の流れの向きを緩やかに変化させることができる。このため、外側ホイール素子２３を射出成形により造る際に、射出速度を大きくしても、キャビティ３５のうち、ウォームホイール歯部２１を形成すべき箇所において、溶融樹脂による空気の巻き込みが起こりにくく、該巻き込みに起因する巣が形成されにくい。したがって、本例では、このような巣の形成を防止しつつ、射出速度を大きくできるため、その分、外側ホイール素子２３の成形時間を短くすることができ、ウォームホイール１８の生産性を向上させる（１個当たりの生産コストを抑える）ことができる。

また、本例では、溶融樹脂は、キャビティ３５のうち、ウォームホイール歯部２１を形成すべき箇所を、軸方向に真っ直ぐに（円滑に）通過することができる。したがって、この面からも、巣の形成を防止しつつ、射出速度を大きくできる。

また、本例では、溶融樹脂は、キャビティ３５のうち、内側ホイール素子２２の径方向外側部の軸方向他方側に隣接する部分と、内側ホイール素子２２の径方向外側部の軸方向一方側に隣接する部分とを、容易に通過することができる。したがって、外側ホイール素子２３の成形性を良くすることができる。

さらに、本例では、溶融樹脂を、キャビティ３５の内面４０のうち第２傾斜面形成部６７に沿って、環状凹部５６の内側に滑らかに案内することができる。このため、環状凹部５６の内側に溶融樹脂が行き渡りやすくなる。したがって、この点でも、外側ホイール素子２３の成形性を良くすることができる。すなわち、本例では、射出成形時に、ディスクゲート３７から最も遠い、係合溝２７や凹凸部２８の付近において、溶融樹脂の温度が下がり、溶融樹脂の射出速度が落ちる傾向となる。このため、係合溝２７や凹凸部２８に向けた斜面である第２傾斜面形成部６７を設けることにより、係合溝２７及び凹凸部２８と第２傾斜面形成部６７との間隔を狭くすることで、ベルヌーイの定理により、射出速度が下がるのを抑制している。これにより、射出速度のムラによるウェルドの生成を防止し、係合溝２７とモーメント方向保持部６１との係合強度や、凹凸部２８と回転方向保持部６２との結合強度が落ちないようにしている。

また、本例では、射出速度を大きくできるため、金型への転写性を良くして、ウォームホイール歯部２１の寸法精度、及び、歯面３９の表面粗さを、良好に確保することができる。特に、合成樹脂に強化繊維が含まれている場合には、強化繊維が表面に露出する量を抑えられ、歯面３９の表面粗さを小さくすることができる。これにより、ウォームホイール歯部２１とウォーム歯部２０との噛み合いの際に、振動、変動、音などを生じにくくすることができる。この結果、運転者によるステアリングホイールの操作感、電動アシスト装置５の制御性、静粛性などを向上させることができる。また、ウォームホイール歯部２１の歯面３９に露出した強化繊維による、ウォーム歯部２０の摩耗量を抑えられる。さらに、射出成形だけで歯面３９の表面粗さを小さくすることができるため、追加の歯切り加工が不要になる。したがって、この点でも、ウォームホイール１８の生産性を向上させることができる。

［実施の形態の第２例］
本発明の実施の形態の第２例について、図１０～図１２により説明する。

本例では、ウォームホイール１８ａを構成する外側ホイール素子２３ａは、軸方向両側の側面２９ａを構成する平面部３０ａ及び第１傾斜面部３１ａのうち、第１傾斜面部３１ａの内径Ｄ₃₁が、ウォームホイール歯部２１ａの歯底径Ｄ₂₁よりも大きくなっている（Ｄ₃₁＞Ｄ₂₁）。すなわち、本例では、ウォームホイール歯部２１ａの軸方向両側の側面のそれぞれは、径方向外側部が第１傾斜面部３１ａにより構成されており、径方向内側部が平面部３０ａにより構成されている。したがって、本例では、実施の形態の第１例の場合に比べて、ウォームホイール歯部２１ａの歯元の軸方向幅寸法を大きくすることができ、該歯元の強度を向上させることができる。
その他の構成及び作用効果は、実施の形態の第１例と同様である。

なお、本発明のウォーム減速機は、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に限らず、各種構造の電動パワーステアリング装置に組み込むことができる。
例えば、図１３に示すようなピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置１ａでは、ステアリングギヤユニット８ａのピニオン軸１０ａに、電動アシスト装置５ａを構成するウォーム減速機１６ａのウォームホイールを支持固定する。
図１４に示すようなラックアシスト型の電動パワーステアリング装置１ｂでは、ステアリングギヤユニット８ｂのピニオン軸１０から車両の幅方向に外れた部分に、電動アシスト装置５ｂを構成するウォーム減速機１６ｂのウォームホイールを外嵌固定したピニオン軸４３を配置し、該ピニオン軸４３を、ステアリングギヤユニット８ｂのラック軸４４に噛合させる。

本発明のウォーム減速機は、例えば、図１５に示すようなステアバイワイヤ方式のステアリング装置４５に組み込むこともできる。ステアバイワイヤ方式のステアリング装置４５は、ステアリングホイール２を有する操舵装置４６と、操舵装置４６に電気的に接続された、１対の操舵輪に舵角を付与するための転舵装置４７とを備える。自動車の運転時には、ステアリングホイール２の回転操作量が、操舵装置４６のセンサにより検出され、該センサの出力信号に基づいて、転舵装置４７の電動アクチュエータ４８が駆動されることにより、１対の操舵輪に舵角が付与される。電動アクチュエータ４８は、駆動源となる電動モータ４９の出力トルクを増大するためのウォーム減速機１６ｃを備えており、このウォーム減速機１６ｃとして、本発明のウォーム減速機を用いることができる。

本発明のウォーム減速機は、ステアリング装置に限らず、各種機械装置に組み込むことができる。

なお、本発明を実施する場合には、ウォームホイールを構成する外側ホイール素子の軸方向両側面のうちのいずれか一方の側面にのみ、第１傾斜面部を設けることもできる。第１傾斜面部は、外側ホイール素子の軸方向側面の径方向全幅にわたり設けることもできる。

１、１ａ、１ｂ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
４ ステアリングコラム
５、５ａ、５ｂ 電動アシスト装置
６ａ、６ｂ 自在継手
７ 中間シャフト
８、８ａ、８ｂ ステアリングギヤユニット
９ タイロッド
１０、１０ａ ピニオン軸
１１ ハウジング
１２ 電動モータ
１３ トーションバー
１４ 出力軸
１５ａ、１５ｂ 玉軸受
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ ウォーム減速機
１７ トルクセンサ
１８、１８ａ ウォームホイール
１９ ウォーム
２０ ウォーム歯部
２１、２１ａ ウォームホイール歯部
２２ 内側ホイール素子
２３、２３ａ 外側ホイール素子
２４ 内径側環状部
２５ 外径側環状部
２６ 連結部
２７ 係合溝
２８ 凹凸部
２９、２９ａ 側面
３０、３０ａ 平面部
３１、３１ａ 第１傾斜面部
３２ 抑え部
３３ 抑え部
３４ 金型装置
３５ キャビティ
３６ ランナー
３７ ディスクゲート
３８ 歯
３９ 歯面
４０ 内面
４１ 第１傾斜面形成部
４２ 歯先面形成部
４３ ピニオン軸
４４ ラック軸
４５ ステアバイワイヤ方式のステアリング装置
４６ 操舵装置
４７ 転舵装置
４８ 電動アクチュエータ
４９ 電動モータ
５０ 側面
５１ 嵌合孔
５２ 環状凹部
５３ 外径側周面
５４ 内径側周面
５５ 底面
５６ 環状凹部
５７ 外径側周面
５８ 内径側周面
５９ 底面
６０ 外周面
６１ モーメント方向保持部
６２ 回転方向保持部
６３ 内周面
６４ 内周面
６５ 円筒面部
６６ 第２傾斜面部
６７ 第２傾斜面形成部
１００ ウォームホイール
１０１ 内側ホイール素子
１０２ 外側ホイール素子
１０３ ウォームホイール歯部
１０４ 側面
１０５ 金型装置
１０６ キャビティ
１０７ ランナー
１０８ ディスクゲート

Claims (12)

1. 環状の内側ホイール素子と、
   外周面にウォームホイール歯部を有し、かつ、前記内側ホイール素子の径方向外側部を全周にわたり包埋した状態で該内側ホイール素子に結合された、合成樹脂製で環状の外側ホイール素子と、
   を備え、
   前記内側ホイール素子は、軸方向一方側の側面に、軸方向に凹んだ環状凹部を全周にわたり有しており、
   前記外側ホイール素子は、軸方向両側の側面のうちの少なくともいずれか一方の側面の径方向外側部に、径方向外側に向かうほど軸方向中央側に向かう方向に傾斜した第１傾斜面部を有し、かつ、前記環状凹部の内側に入り込んで、前記環状凹部の内面を構成する外径側周面と係合する抑え部を有しており、
   前記抑え部の内周面を含む、前記外側ホイール素子の軸方向一方側部の内周面は、少なくとも軸方向一方側部に、軸方向他方側に向かうほど径方向内側に向かう方向に傾斜した第２傾斜面部を有し、かつ、該第２傾斜面部の軸方向他方側の端部が、前記環状凹部の内側に配置されており、
   前記第１傾斜面部の内径が、前記ウォームホイール歯部の歯底径以下である、
   ウォームホイール。
2. 環状の内側ホイール素子と、
   外周面にウォームホイール歯部を有し、かつ、前記内側ホイール素子の径方向外側部を全周にわたり包埋した状態で該内側ホイール素子に結合された、合成樹脂製で環状の外側ホイール素子と、
   を備え、
   前記内側ホイール素子は、軸方向一方側の側面に、軸方向に凹んだ環状凹部を全周にわたり有しており、
   前記外側ホイール素子は、軸方向両側の側面のうちの少なくともいずれか一方の側面の径方向外側部に、径方向外側に向かうほど軸方向中央側に向かう方向に傾斜した第１傾斜面部を有し、かつ、前記環状凹部の内側に入り込んで、前記環状凹部の内面を構成する外径側周面と係合する抑え部を有しており、
   前記抑え部の内周面を含む、前記外側ホイール素子の軸方向一方側部の内周面は、少なくとも軸方向一方側部に、軸方向他方側に向かうほど径方向内側に向かう方向に傾斜した第２傾斜面部を有し、かつ、該第２傾斜面部の軸方向他方側の端部が、前記環状凹部の内側に配置されており、
   前記ウォームホイール歯部の歯すじが、前記外側ホイール素子の中心軸に対して平行である、
   ウォームホイール。
3. 環状の内側ホイール素子と、
   外周面にウォームホイール歯部を有し、かつ、前記内側ホイール素子の径方向外側部を全周にわたり包埋した状態で該内側ホイール素子に結合された、合成樹脂製で環状の外側ホイール素子と、
   を備え、
   前記内側ホイール素子は、軸方向一方側の側面に、軸方向に凹んだ環状凹部を全周にわたり有しており、
   前記外側ホイール素子は、軸方向両側の側面のうちの少なくともいずれか一方の側面の径方向外側部に、径方向外側に向かうほど軸方向中央側に向かう方向に傾斜した第１傾斜面部を有し、かつ、前記環状凹部の内側に入り込んで、前記環状凹部の内面を構成する外径側周面と係合する抑え部を有しており、
   前記抑え部の内周面を含む、前記外側ホイール素子の軸方向一方側部の内周面は、少なくとも軸方向一方側部に、軸方向他方側に向かうほど径方向内側に向かう方向に傾斜した第２傾斜面部を有し、かつ、該第２傾斜面部の軸方向他方側の端部が、前記環状凹部の内側に配置されており、
   前記内側ホイール素子は、前記環状凹部の内面を構成する外径側周面に、円周方向に関する凹凸部を有しており、
   前記抑え部は、前記凹凸部を構成する凹部の内側に入り込んで該凹部と係合する回転方向保持部を有しており、
   前記内側ホイール素子は、前記環状凹部の内面を構成する外径側周面に、径方向外方に凹んだ係合溝を全周にわたり有しており、
   前記抑え部は、前記係合溝の内側に入り込んで該係合溝と係合するモーメント方向保持部を有しており、
   前記係合溝は、前記凹凸部の軸方向他方側に隣接して配置されている、
   ウォームホイール。
4. 前記第１傾斜面部の内径が、前記ウォームホイール歯部の歯底径よりも大きい、
   請求項２または３に記載のウォームホイール。
5. 前記外側ホイール素子の軸方向他方側部の内周面に、ゲートの切り離し部が存在する、
   請求項１～４のいずれかに記載のウォームホイール。
6. 前記第１傾斜面部の内径が、前記内側ホイール素子の外径よりも大きい、
   請求項１～５のうちのいずれかに記載のウォームホイール。
7. 前記ウォームホイールのうち、軸方向に関して前記第１傾斜面部が存在する側において、前記外側ホイール素子の側面のうち前記第１傾斜面部の径方向内側に隣接する部分と前記内側ホイール素子の径方向外端部の側面との間の軸方向幅が、前記第１傾斜面部の軸方向幅よりも大きい、
   請求項１～６のうちのいずれかに記載のウォームホイール。
8. 前記合成樹脂に強化繊維が混入している、
   請求項１～７のうちのいずれかに記載のウォームホイール。
9. 前記ウォームホイール歯部の歯面が射出成形面である、
   請求項１～８のうちのいずれかに記載のウォームホイール。
10. 請求項１～９のうちのいずれかに記載のウォームホイールの製造方法であって、
    前記内側ホイール素子の径方向外側部の周囲に金型を配置し、前記内側ホイール素子と前記金型との間に画成される、前記外側ホイール素子の成形空間であるキャビティ内に合成樹脂を送り込む射出成形により、前記外側ホイール素子を形成する、
    ウォームホイールの製造方法。
11. 前記射出成形を行う際に、前記キャビティのうち、前記外側ホイール素子の軸方向他方側部の内周面が形成される部分に、ゲートの下流側端部を開口させる、
    請求項１０に記載のウォームホイールの製造方法。
12. 外周面にウォームホイール歯部を有するウォームホイールと、
    軸方向中間部外周面に、前記ウォームホイール歯部と噛合するウォーム歯部を有するウォームと、を備え、
    前記ウォームホイールが、請求項１～９のうちのいずれかに記載のウォームホイールである、
    ウォーム減速機。

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