CN102597571B - 蜗轮 - Google Patents

Abstract

提供一种能够降低树脂制的齿轮形成部的残余应力，还能小型化的蜗轮。本发明是具有具备轴支部的金属制的芯骨部(30)和在该芯骨部(30)的外周形成的树脂制的齿轮形成部(20)的蜗轮(3)的发明。在该蜗轮(3)中，芯骨部(30)具备：划定所述轴支部的轮毂部(31)；从该轮毂部(31)的外周面向半径方向外侧延伸设置的中间部(32)；在该中间部(32)的半径方向外侧结合，与轮毂部(31)同心设置并模制成形所述齿轮形成部的筒状的圆筒部(33)。而且，在圆筒部(33)上形成有在径向贯通的贯通孔(34)或缺口(36)。

Description

蜗轮

技术领域

本发明涉及一种蜗轮(worm wheel)，尤其涉及一种搭载在机动车(以下称为“车辆”)上的电动式动力转向装置的蜗轮。

背景技术

车辆的电动式动力转向装置(以下，称为“EPS”(Electric PowerSteering))是对乘员的操纵转矩进行辅助的装置，当在方向盘的操纵转矩的作用下，输入轴旋转，向输出轴传递旋转转矩时，通过转矩检测装置检测该旋转转矩，根据需要对输出轴的操纵转矩进行辅助。在输出轴上安装有蜗轮，蜗轮与连结有电动机的蜗杆(worm)啮合而形成蜗杆副。EPS对应于检测的操纵转矩而驱动电动机，并经蜗杆、蜗轮向输出轴传递旋转转矩，由此对操纵转矩进行辅助。

公知该蜗轮是由在输出轴上安装的金属制的芯骨部和设置于芯骨部的外周且与蜗杆啮合的树脂制的齿轮形成部构成的结构。金属制的芯骨部使蜗轮可靠地结合于输出轴，树脂制的齿轮形成部使齿轮啮合时的打齿音、滑动音降低(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-301501号公报

所述的蜗轮以嵌入圆筒状的芯骨部、并载置于圆筒状的芯骨部的外周的方式对树脂进行注射成形。在流动化的树脂硬化时产生成形收缩。该成形收缩在将圆筒状的芯骨部的外周勒紧的方向上产生，通过芯骨部阻挡收缩，因此在成形后的树脂制的齿轮形成部产生残余应力。存在着因该残余应力而使树脂制的齿轮形成部的允许应力下降的问题。

为解决所述问题，当想要形成2条、3条那样的多条的蜗杆副来减轻对蜗轮的齿轮形成部的负载时，需要使蜗轮大型化，从而导致空间效率的恶化。

发明内容

本发明是鉴于所述背景而提出的，其目的在于提供一种可以降低树脂制的齿轮形成部的残余应力，还可以小型化的蜗轮。

本发明是具有具备轴支部的金属制的芯骨部(30)和在该芯骨部(30)的外周形成的树脂制的齿轮形成部(20)的蜗轮(3)的发明。在该蜗轮(3)中，芯骨部(30)具备：划定所述轴支部的轮毂部(31)；从该轮毂部(31)的外周面向半径方向外侧延伸设置的中间部(32)；在该中间部(32)的半径方向外侧结合，与轮毂部(31)同心设置并模制成形所述齿轮形成部的筒状的圆筒部(33)。而且，在圆筒部(33)上形成有在径向贯通的孔(34、36)。在径向贯通的孔例如可以是孔壁闭合的孔(无端状的)，也可以是孔壁与圆筒部的端缘连续的缺口或狭缝。

所述结构通过在保持树脂的圆筒部上形成在径向贯通的孔，由此在该位置不会阻挡树脂的成型收缩，因此可以降低残余应力并抑制蜗轮的强度下降。

在所述结构中，所述齿轮形成部可以通过在树脂中嵌入所述圆筒部而形成。该结构通过圆筒部被树脂包裹而形成，由此，树脂嵌入芯骨部的圆筒部，可以提高芯骨部与齿轮形成部的密接强度。

在所述结构中，孔(34、36)在圆周方向上可形成于：与在齿轮形成部(20)的外周形成的齿(21)相同的位置(在圆周方向上相互对应的位置)。根据所述结构，通过使承受高负载的齿的位置与孔的位置一致，可以抑制齿的强度降低。

在所述结构中，齿轮形成部(20)可以是树脂形成为多层(22、23)的结构。所述结构通过在一旦进行了树脂成形的蜗轮上包胶树脂，可以缓和在树脂成形中产生的残余应力的不均衡，并且可以提高齿形精度。

本发明可以构成为在轮毂部(31)中插入车辆的电动式动力转向装置的输出轴(2)，将芯骨部(30)固定于该输出轴(2)。根据所述结构，可以使由蜗轮和蜗杆构成的蜗杆副小型化，可以提高电动式动力转向装置的空间效率。

发明效果

根据本发明，可以降低树脂制的齿轮形成部的残余应力，并且可以提高芯骨部和齿轮形成部的密接强度，因此可以提高能够小型化的蜗轮。

附图说明

图1是适用本发明的电动动力转向装置的整体结构图。

图2是将图1所示的齿轮箱在II-II线切断而表示的剖面图。

图3是表示适用本发明的一实施方式的EPS主要部分的外观的立体图。

图4是本发明的第一实施方式的蜗轮的整体立体图，同时表示局部剖面图。

图5是本发明的第一实施方式的芯骨部的整体立体图。

图6是表示本发明的第一实施方式的变形例的蜗轮的主要部分剖面图。

图7是本发明的第二实施方式的芯骨部的整体立体图。

具体实施方式

[第一实施方式]

对于适用于EPS的本发明的第一实施方式，适当参照附图详细说明。

图1是适用本发明的电动动力转向装置的整体结构图。在该电动动力转向装置上设有电动机5，电动机5产生用于减轻方向盘(操作件)101的手动操纵力的辅助操纵力。

一并参照图3说明，该电动动力转向装置具备齿轮齿条(rack andpinion)机构106，该齿轮齿条机构106具有：经转向轴2而可一体旋转地连结在方向盘101上的小齿轮(pinion)10；以及形成有啮合于该小齿轮10的齿条11，且被设置成在车宽方向上可往复移动的齿条轴12。在齿条轴12的两端设有由罩13保护的接头118，齿条轴12的两端经系杆14而连结于作为操向车轮的左右的前轮108的关节臂109。而且，对应于方向盘101的旋转操作而对左右的前轮108进行转舵，电动机5的驱动力通过与小齿轮10一起被收容在齿轮箱110内的蜗杆副机构15被输入给转向轴2。

电动机5由转向控制装置(EPS-ECU)113控制。向该转向控制装置113输入有：对方向盘101的操纵角进行检测的操纵角传感器114、对作用于小齿轮10的手动操纵转矩进行检测的操纵转矩传感器115及对车速进行检测的车速传感器116等的输出信号，基于这些信号，对电动机5进行控制，以产生需要的辅助操纵力。

图2是将图1所示的齿轮箱110在II-II线切断而表示的剖面图。在该齿轮箱110中，在壳体119内收纳有：将电动机5的驱动力减速并向转向轴2传递的蜗杆副机构15、将转向轴2的旋转运动转换为齿条轴12的直动运动的齿轮齿条机构106、对作用于转向轴2的操纵转矩进行检测的操纵转矩传感器115。

蜗杆副机构15具有同轴连结于电动机5的输出轴的蜗杆4以及以被套装的方式被同轴固定于转向轴2的蜗轮3，将电动机5的驱动力向作为驱动齿轮的蜗杆4输入，从而使作为被动齿轮的蜗轮3旋转。

参照图3，蜗杆4在芯部133的周围具备1条的齿134，且由金属材料(例如碳素钢等)形成。如此，通过使用1条的齿134，由此，蜗轮3的齿数直接成为减速比，因此，可得到大的减速比，即便是转矩小的电动机5也可以得到大的助力转矩。

如图1所示，在较大地操作方向盘101时，通过齿条轴12的端部的接头118冲撞并止于壳体119，从而齿条轴12的移动停止，此时，由于电动机5的旋转急剧停止，所以在蜗杆副机构15上产生大的冲击转矩。该冲击转矩是由于大约将要急剧停止前的电动机5的旋转运动能量与扭曲弹性能量抵消而产生的，其中扭曲弹性能量是由与电动机5的输出轴同轴设置的蜗杆4的中心轴上的扭曲刚性确定的，如后所述，由于蜗轮3的齿轮形成部20是由合成树脂材料形成的，因此对于转向系统的刚性，蜗轮3的齿21的刚性是占支配地位的。

下面，参照图4和图5，对蜗轮3进行说明。需要说明的是，以后，以图3所示的方向X、Y、Z为基准进行说明。参照图4，蜗轮3具备金属制的芯骨部30以及在芯骨部30的外周形成的树脂制的齿轮形成部20。芯骨部30例如可以适用钢材。另一方面，齿轮形成部20例如可适用聚酰胺系树脂，可以通过注射成形来成形。

参照图5，芯骨部30具备：筒状的轮毂部31；从轮毂部31的外周面向半径方向外侧延伸设置的中间部32；在中间部32的半径方向外侧被结合，且具有与轮毂部31相同的机轴(Z轴)的筒状的圆筒部33。而且，在圆筒部33的外周，以一定的间隔交替形成有多个半径方向的贯通孔34和沿机轴(Z轴)方向延伸设置的凸状的锯齿35。

在形成为筒状体的轮毂部31的中央的轴孔37中，插入车辆的电动式动力转向装置的输出轴2，芯骨部30被固定于输出轴2(也一并参照图3)。需要说明的是，在本实施方式中，作为轴支部而设有轴孔37，但是，也可以是将轴支部做成实心且预先具有轴的形态。中间部32对轮毂部31和圆筒部33进行连结，对应于蜗轮3所要求的强度，可适当设定中间部32的数量、机轴(Z轴)方向的厚度、圆周方向的宽度等，例如可做成圆盘状。圆筒部33与中间部32相比，机轴(Z轴)方向的宽度宽。如图4的左侧的剖面图所示，树脂以包裹该圆筒部33整体和中间部32的外周侧的方式被嵌入成形。由此，可以防止树脂向半径方向移动，也可以提高芯骨部30和齿轮形成部20的密接强度。

如图4的右侧的剖面图所示，贯通孔34被贯穿设于：在圆周方向上与形成于齿轮形成部20的齿21相同的位置(在圆周方向上对应的位置)。流动化的树脂硬化时产生成形收缩，齿轮形成部20要向蜗轮3的径向收缩。贯通孔34可以吸收该成形收缩，因此与贯穿设置贯通孔34的圆周方向位置对应的齿轮形成部20的残余应力得到降低。尤其，贯通孔34通过在圆周方向上形成于与要求高强度的齿21相同的位置，由此，可以抑制齿21的强度降低。另外，通过所述结构抑制强度降低，从而所述的嵌入树脂的圆筒部33的Z方向的宽度能够比现有技术变窄，有助于残余应力的减轻，同时有助于蜗轮的轻量化、小型化。另外，残余应力的减轻还对树脂成形后的齿形的精度的提高做出贡献。

锯齿35是从圆筒部33的外周形成为凸状的在机轴(Z轴)方向延伸设置的凸片，能够不使树脂制的齿轮形成部20相对于圆筒部33(芯骨部30)在圆周方向上相对旋转，并且能够使接触面积增加而提高芯骨部30和齿轮形成部20的密接强度。

接着，参照图6，对本实施方式的变形例进行说明。参照图6，本变形例是对一旦进行了树脂成形的齿轮形成部20的第一树脂层22进一步包胶(オ一バ一モ一ルド)树脂而形成第二树脂层23。根据所述结构，可以缓和在树脂成形中产生的残余应力的不均衡，并且可以提高齿形精度。需要说明的是，适当设定第二树脂层23的厚度使得不产生新的残余应力。

[第二实施方式]

接着，参照图7对本发明的蜗轮的第二实施方式进行说明。对于与所述的第一实施方式(参照图1～3等)相同的结构的部分标注相同的参照符号并省略重复的说明，以与第一实施方式的不同部分为中心进行说明。

参照图7，在本实施方式中，在与所述的第一实施方式中贯穿设置贯通孔34的位置相同的位置上，形成有在半径方向上贯通并且与圆头部33的下端缘连续的缺口36。该缺口36与贯通孔34同样，由于能够吸收树脂向蜗轮3的径向的成形收缩，因此，与形成缺口36的圆周方向位置对应的齿轮形成部20的残余应力被降低。另外，与贯通孔34同样，缺口36通过在圆周方向上形成于与要求高强度的齿21相同的位置上，从而可以抑制齿21的强度下降。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于这样的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行改变而利用。

符号说明

1        EPS(电动式动力转向装置)

2        输出轴

3        蜗轮

4        蜗杆

5        电动机

10       小齿轮

11       齿条

12       齿条轴

13       罩

14       系杆

15       蜗杆副

20       齿轮形成部

21       齿

22       第一树脂层

23       第二树脂层

30，40   芯骨部

31       轮毂部

32       中间部

33       圆筒部

34       贯通孔

36       缺口

Claims (4)

1.一种蜗轮，其具有：具备轴支部的金属制的芯骨部、在该芯骨部的外周形成的树脂制的齿轮形成部，所述芯骨部具备：划定所述轴支部的轮毂部；从该轮毂部的外周面向半径方向外侧延伸设置的中间部；以及在该中间部的半径方向外侧结合，与所述轮毂部同心设置并模制成形所述齿轮形成部的筒状的圆筒部，

其特征是，

在所述圆筒部的外周上，沿周向隔开一定的间隔形成多个朝径向外方突出的凸部，

在所述圆筒部的相邻的所述凸部之间，形成有在径向上贯通的孔，

形成于所述齿轮形成部的外周的齿配置于在圆周方向上与所述孔相同的位置。

2.根据权利要求1所述的蜗轮，其特征在于，

所述齿轮形成部通过在树脂中嵌入所述圆筒部而形成。

3.根据权利要求1所述的蜗轮，其特征在于，

所述齿轮形成部的树脂形成为多层。

4.根据权利要求1所述的蜗轮，其特征在于，

在所述轮毂部中插入车辆的电动式动力转向装置的输出轴，所述芯骨部固定于该输出轴。