JP2004120847A - 電動機のシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータハウジングの開口部をシールするシール部材の破断やよじれの発生を防止して、シール性能と耐久性の向上を図る。
【解決手段】モータハウジング１５の後端部に形成された膨出部５０の底部５０ａに、内部と連通する開口部５１が形成されていると共に、前記膨出部５０にキャップ５２を圧入により被嵌して開口部をシールするシール装置である。前記キャップの底壁５２ａの中央に前記開口部の内周面に圧入して該開口部に固定される突部５２ｂを形成すると共に、キャップの周壁５２ｃの内周面に前記膨出部５０の外周面に最適な圧力で当接して前記開口部をシールする弾性シール部材５４を形成した。これによって、シール部材に対する圧入固定の大きな荷重の掛かりを防止した。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電動パワーステアリング装置等に用いられる電動機のシール装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電動パワーステアリング装置に用いられる電動機としては仕様や大きさなどに応じて様々な構造のものが提供されており、その１つとして本出願人が先に出願した特願２００１−３８３５６８に記載されたものがある。
【０００３】
概略を説明すると、この電動機は、円筒状のモータハウジングの内部にモータ軸やアーマチュアコイルなどの各構成部品が収容されていると共に、モータハウジングの一端部から突出した前記モータ軸の回転によってウォーム歯車を介して出力軸側に駆動力を伝達するようになっている。また、前記モータハウジングの他端部には、前記モータ軸とほぼ同軸上に開口部が形成されている。この開口部は、電動機を電動パワーステアリング装置に組付けた際に、前記ウォーム歯車の各歯車間のバックラッシを調整するために、前記モータ軸を外部から所定の治具によって回転させて位置を調整するためのもので、位置調整が終了した後は、開口縁に一体に形成されたほぼ円筒状の凸部にキャップを被嵌状態に圧入して、モータハウジングの内部と外部との間をシールするようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の電動機のシール装置にあっては、前記キャップを凸部に圧入するに際して、該キャップの外周側内周面に一体的に設けられたゴム製のシール部材を前記凸部の外周面に圧着して圧入固定を確保するようになっているため、該シール部材が圧入時に破断したり、よじれてしまうおそれがある。
【０００５】
すなわち、開口部に対するキャップの固定状態をシール部材の圧着によって確保するようになっているため、キャップを凸部に圧入するに際し、シール部材が軸方向からの大きな荷重によって部分的に撓み変形して破断したり、よじれてしまうおそれがある。この結果、シール部材のシール性能や耐久性が著しく低下してしまう。
【０００６】
そこで、凸部に対する圧入代を小さくして、シール部材の過度な変形を抑制することも考えられるが、今度は凸部に対するキャップの保持力が低下して、該キャップが不用意に脱落してしまうおそれがある。
【０００７】
また、キャップの外周側をかしめて固定する場合にも、かかるかしめ力によって同じくシール部材が過度に圧縮変形してシール性能が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、前記従来のシール装置の技術的課題に鑑みて案出したもので、開口部に対するキャップの固定時におけるシール部材の破損やよじれを防止して、シール部材のシール性能と耐久性の向上を図りうるシール装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、とりわけ、キャップを前記開口部の孔縁部に嵌着固定する固定部と、キャップと開口部との間をシールするシール部とを分離して設けたことを特徴としている。
【００１０】
したがって、この発明によれば、固定部とシール部とを分離することによって、開口部に対してキャップを例えば圧入により固定する場合に、シール部は固定部に作用する荷重の影響を全く受けずに、シールに必要な圧接荷重のみを受けるだけであるから、該シール部による良好なシール性能を維持できると共に、耐久性の向上が図れる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記開口部の孔縁部に凸部を形成する一方、前記キャップの内周側に前記凸部内周縁に圧入して開口部に固定する前記固定部を形成すると共に、キャップの外周側に前記凸部の外周面に当接して前記開口部をシールする弾性シール部材を一体に設けたことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、シール部材の配置の自由度が高くなると共に、シール部材をキャップに加硫接着などで一体に設けたことから、別体に設けた場合に比較してキャップの製造作業が容易になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる電動機のシール装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図４は電動機である電動モータＭが適用された電動パワーステアリング装置のトルクセンサＴＳの縦断面、図５は電動モータＭの縦断面図であって、前記電動モータＭは、手動による操舵力を検出するトルクセンサＴＳからの信号に基づいて、図外のコントロールユニットに組み込まれたマイコンによりその駆動制御が行われ、これにより、手動による操舵力の補助制御が行われる。
【００１５】
前記トルクセンサＴＳは、図４に示すように構成され、図中１はハウジング、２は入力軸、３は出力軸、４はトーションバー、５は被包囲部材、６はトルク検出側包囲部材、７は温度補償側包囲部材、８はトルク検出用コイル、９は温度補償用コイル、１０はスペーサ、１１はベース部材、１２は皿ばね、１３は出力軸側ウォームホイール、１４はモータ軸側ウォームシャフトを示している。
【００１６】
前記ハウジング１は、前記トルクセンサＴＣ部分が主に収容される上部ハウジング１１０と、減速ギヤＧが主に収容される中央ハウジング１２０と、ラックＲ＆ピニオンＰ部分が主に収容される下部ハウジング１３０とに分割形成されて、それぞれ軸方向に組み付けることにより１つのハウジング１が構成されるようになっている。また、前記中央ハウジング１２０の端部には、図５に示すようにほぼ円筒状のモータハウジング１５が設けられている。
【００１７】
すなわち、中央ハウジング１２０の上部に備えた大径部１２０ａ内に上部ハウジング１１０の下端開口縁部１２１ａを挿入すると共に、フランジ部１２１ｂを中央ハウジング１２０の開口部上端面に当接係止させた状態とし、この状態で、ボルト等により上部ハウジング１１０と中央ハウジング１２０とが締結固定される。
【００１８】
また、下部ハウジング１３０の上端部に備えた大径部１３０ａ内に中央ハウジング１２０の下部に備えた小径部１２０ｂを装着すると共に、大径部１３０ａの上端面を中央ハウジング１２０における環状段差面１２０ｃに当接係止させた状態とし、この状態で、ボルト等により中央ハウジング１２０と下部ハウジング１３０とが締結固定されるようになっている。
【００１９】
前記入力軸２および出力軸３は、前記各ハウジング１１０、１２０、１３０内に軸受けベアリング１ａ、１ｂ、１ｃを介してそれぞれ回転自在に支持された状態で、同軸上に配置されている。
【００２０】
前記トーションバー４は、前記入力軸２の軸心穴２ａ内に回転可能に挿入され、その一端が軸心穴２ａの奥側で入力軸２に対しピン２ｂで固定される一方、もう一端側は出力軸３の軸心穴３ａにスプライン結合されている。
【００２１】
また、前記入力軸２には、ステアリングホイールが連結されていて、このステアリングホイールの操舵力が、入力軸２とトーションバー４および出力軸３を経由し、出力軸３の下端に設けられたラックＲ＆ピニオンＰによりラックＲの直線運動に変換され、左右の前輪に伝達されるようになっている。
【００２２】
前記被包囲部材５は、前記トルク検出用コイル８および温度補償用コイル９で発生する磁界の磁路を構成するものであり、このためステンレス等の磁性材料で焼結加工により形成され、上部ハウジング１１０内において出力軸３の上端部（入力軸２側端部）に本体部３１とは環状段差面３２を形成して設けられた小径部３３の外周に圧入結合されている。
【００２３】
前記トルク検出用コイル８は、インピーダンス変化に基づいて入力軸２と出力軸３との間に作用するトルクを検出するためのもので、図４に示すように、被包囲部材５の入力軸２側の面と軸方向に対面する状態で、その下面以外を包囲するヨーク部材８０を介して上部ハウジング１１０側に固定され、被包囲部材５およびヨーク部材８０を磁路とする磁界を発生させる。
【００２４】
前記温度補償用コイル９は、前記トルク検出用コイル８でトルクを検出する際に温度変化に基づく検出値の変動を修正するためのもので、被包囲部材５の出力軸３側の面と軸方向に対面する状態で、その上面以外を包囲するヨーク部材９０を介して上部ハウジング１１０側に固定され、被包囲部材５およびヨーク部材９０を磁路とする磁界を発生させる。
【００２５】
前記スペーサ１０は、非磁性体金属材であるアルミ合金材料によって形成され、トルク検出用コイル８側のヨーク部材８０と温度補償用コイル９側のヨーク部材９０との軸方向間隔を決定するために介装されるものである。
【００２６】
前記ベース部材１１は、その下端フランジ部１１ａを中央ハウジング１２０における大径部１２０ａの内側に形成された係止段部１２０ｄ上に係止させた状態で組み込まれるもので、その上端小径円筒部の内側にヨーク部材９０における本体部を収容する環状凹部が形成されている。そして、前記小径円筒部が前記スペーサ１０の下端開口部から挿入され、その上端面にヨーク部材９０の固定フランジ部９０ｄを当接係止させた状態で組み付けられる。すなわち、このベース部材１１の軸方向長さにより、中央ハウジング１２０（ハウジング１）とトルク検出用コイル８および温度補償用コイル９との軸方向位置関係が決定されることになる。
【００２７】
そして、前記小径円筒部の外周面には、スペーサ１０の軸方向突部が係合する切欠部が形成されている。なお、この切欠部に軸方向突部が係合した状態で、コイルハーネス９ａの突出位置とベース部材１１に形成されたハーネス引き出し溝１１ａとが周方向において一致するようになっている。
【００２８】
前記固定フランジ部８０ｄと上部ハウジング１１０の内部の軸方向中間部に形成された環状段部１１０ｂとの間に皿ばね１２を介装させた状態で中央ハウジング１２０に対する上部ハウジング１１０の組み付けおよびボルト等による締結固定が行われることにより、皿ばね１２の付勢力により両ヨーク部材８０、９０（トルク検出用コイル８、温度補償用コイル９）の位置ずれを防止し、軸方向位置関係を維持させた状態でハウジング１への組み付けが行われる。
【００２９】
前記トルク検出側包囲部材６は、導通性のある非磁性金属材であるアルミ合金材によって一体に形成され、内周側円筒部６０を、該包囲部材６より線膨張係数の低い鉄系金属材によって形成された前記入力軸２の外周にかしめることにより、入力軸２に対して組み付け固定がなされている。
【００３０】
すなわち、入力軸２は、下端部寄りの位置に形成された最大外径部２ｃの外周面に図外の周方向溝が形成されていると共に、最大外径部２ｃの軸方向に複数の図外の軸方向溝がそれぞれ形成されている。前記周方向溝は、最大外径部２ｃの長手方向のほぼ中央位置に一条形成されている一方、前記軸方向溝は、最大外径部２ｃの円周方向の１２０度の角度位置に３つ形成されている。また、この３つの軸方向溝は、その深さが周方向溝よりも深く設定されており、両溝の交差部位に凹部２ｄが形成されている。
【００３１】
一方、トルク検出側包囲部材６は、ほぼ円盤状の本体６ａと、該本体６ａの中央に一体に有する内周側円筒部６０とからなり、該内周側円筒部６０が前記入力軸２の最大外径部２ｃの外周面に被嵌状態で嵌合していると共に、ポンチ等のかしめ具で前記両溝の交差部位に対応する位置、つまり凹部２ｄとその回りの周方向溝の一部内に打ち込むことによって、凹部２ｆに食い込み状態で嵌合固定することにより、入力軸２に対しトルク検出側包囲部材６が周方向および軸方向において位置決めされた状態で組み付け固定されている。
【００３２】
そして、前記電動モータＭは、図５に示すように、ブラシタイプＤＣモータであって、前記モータハウジング１５は、前端部のフランジ部１５ａを介して複数のボルト２１によって前記中央ハウジング１２０に固定されていると共に、円筒状のヨーク２２と、ヨーク２２の一端開口に取り付けられたフロントブラケット２３などによって構成され、ヨーク２２の内周には永久磁石２４が固定されていると共に、中央軸方向にはモータ軸２５がヨーク２２の他端部２２ａとフロントブラケット２３の中心部分に設けられたベアリング２６、２７によって回転自在に支持されている。
【００３３】
前記モータ軸２５は、永久磁石２４の内周側に対向した位置にモータ軸２５に回転力を発生させるアーマチュアコイル２８がロータ２９を介して固定されていると共に、前記フロントブラケット２３から前方へ突出した先端部２５ａにウォームシャフト１４が同軸上に連結されている。このウォームシャフト１４は、先端部がベアリング４０によって回転自在に支持されていると共に、外周に形成されたウォーム歯１４ａが前記前記ウォームホイール１３の歯部１３ａに噛み合っている。
【００３４】
また、前記アーマチュアコイル２８には、モータ軸２５と一体に回転すると同時にアーマチュアコイル２８に通電するコミュテータ４１が接続されている。このコミュテータ４１に対する通電は、モータハウジング１５に固定されたブラシホルダ４２によって保持されてコミュテータ４１と電気的な接触を保持する図外のブラシとコミュテータ方向に付勢力を与えるブラシスプリングとによって行われる。
【００３５】
さらに、前記ヨーク２２の他端部２２ａの中央位置には、図１〜図３に示すように、凸部である膨出部５０が形成されていると共に、該膨出部５０の底部５０ａ中央に開口部５１が貫通形成されており、前記膨出部５０にキャップ５２が被嵌状態に固定されている。
【００３６】
具体的に説明すれば、前記膨出部５０は、図１及び図２に示す有底円筒状に形成され、内周側に前記ベアリング２６を収容保持しており、該ベアリング２６の内周側に前記モータ軸２５の後端部２５ｂを回転自在に支持している。また、前記モータ軸２５の後端部２５ｂには、回転位置調整治具が係合する２つの係合穴５３ａ、５３ｂが軸芯位置と軸芯から偏心した位置にそれぞれ形成され、この各係合穴５３ａ、５３ｂを介して前記ウォームホイール１３にウォームシャフト１４を噛み合わせた際に、両者１３、１４間のバックラッシ隙間を均一に調整するようになっている。なお、前記ベアリング２６は、外輪２６ａが膨出部５０の底部５０ａとの間に弾装された皿ばね４９によって軸方向へ弾持されている。
【００３７】
一方、前記キャップ５２は、図１及び図３に示すように、薄肉な金属材によってプレス成形によって前記膨出部５０の外形に沿った碗状に形成され、底壁５２ａの中央に前記開口部５１の内周面に圧入によって嵌合固定される固定部である断面ほぼコ字形状の突部５２ｂが形成されていると共に、底壁５２ａの外周縁から直角に折曲された円環状の周壁５２ｂの内周面にシール部であるゴム製の弾性シール部材５４が加硫接着によって一体に設けられている。
【００３８】
前記突部５２ｂは、その外径ｄが開口部５１の内径ｄ１よりも若干大きく設定されて、十分大きな圧入代を有していると共に、その高さｈは膨出部５０の底部５０ａの肉厚とほぼ同一に設定されている。
【００３９】
一方、前記シール部材５４は、円筒状に形成され、内周側に前記膨出部５０の外周面５０ｂに弾接する２段状のリップ部５４ａ、５４ａがモータハウジング２２の内部方向へ向かって傾斜状に形成されていると共に、各リップ部５４ａと膨出部５０の外周面５０ａとの弾接力は両者５０ａ、５４ａ間のシール性能を十分に確保できる程度の圧力となるように予め設定されている。
【００４０】
したがって、この実施形態によれば、モータハウジング１５の組み立て時に、図２に示すように、開口部５１からモータハウジング１５内へ図外の回転位置調整治具を挿入しながらモータ軸後端部２５ｂの各係合穴５３ａ、５３ｂ係合して、該モータ軸２５を所定方向へ回転させてウォームシャフト１３とウォームホイール１４との間のバックラッシ隙間の調整を行う。
【００４１】
その後、キャップ５２を膨出部５０に被嵌させるわけであるが、このとき、キャップ５２の突部５２ｂを開口部５１の内周面に軸方向から圧入すると同時に、シール部材５４を各リップ部５４ａを介して膨出部５０の外周面５０ｂに弾接させる。つまり、前記キャップ５２は、前記突部５２ｂ外周面と開口部５１の内周面との間の大きな摩擦抵抗によって膨出部５０に強固に固定されると共に、シール部材５４によって開口部５１との間が効果的にシールされる。
【００４２】
しかも、前記シール部材５４は、固定部である突部５２ｂとは分離されていることから、圧入による大きな圧縮荷重が掛からずに、最適な面圧で外周面５０ｂに当接する。この結果、膨出部５０の外周面５０ｂへの嵌合時において破断やよじれなどの発生が確実に防止されて、良好なシール性能が発揮されると共に、耐久性の向上が図れる。
【００４３】
特に、シール部材５４は、二重のリップ部５４ａを有していることから、該各リップ部５４ａが外周面５０ｂに対して最適圧で当接させることができるので、さらに効果的なシール性能を発揮させることができる。また、この各リップ部５４ａは、モータハウジング１５内に向かって傾斜状に形成されていることから、水や埃等の侵入を効果的に遮断することができる。
【００４４】
また、前記シール部材５４は、キャップ５２に加硫接着によって一体に設けられていることから、膨出部５０に対する嵌合作業が容易になると共に、保守管理も容易になる。
【００４５】
図６は本発明の第２の実施形態を示し、シール部材５４をキャップ５２とは別体に設けたものである。
【００４６】
すなわち、前記膨出部５０の底部５０ａの外面に、円環状の嵌着溝５５を形成する一方、シール部材５４を横断面円形状のリング状に形成して、前記嵌着溝５５に予め嵌着保持した。
【００４７】
一方、キャップ５２は、シール部材５４以外は第１の実施形態と同様であって、中央に圧入固定用の突部５２ｂが形成されていると共に、周壁５２ｃの内径が膨出部５０の外径よりも若干小さく設定されて、この周壁５２ｃも圧入固定用として機能させるようになっている。
【００４８】
したがって、この実施形態によれば、キャップ５２の圧入固定部が内外の２個所になっていることか、膨出部５０に対するキャップ５２のさらに強固な結合状態が得られると共に、膨出部５０の外周面５０ｂに対して周壁５２ｃが密着状態に嵌合するため、この部位でのシール性も確保でき、二重シールによりさらに効果的なシール状態が得られる。
【００４９】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００５０】
例えば、シール部材５４を開口部５１にさらに近接した位置に設けることも可能であり、またシール部材５４の構造をさらに変更してより効果的なシール機能を発揮させることも可能である。
【００５１】
さらに、膨出部５０に対してキャップ５２を圧入ではなくかしめ固定する場合も含まれる。
【００５２】
前記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
（イ）　前記シール部材を前記キャップの内面に一体に形成したことを特徴とする請求項２に記載の電動機のシール装置。
【００５３】
キャップにシール部材を一体成形したことから、該キャップの圧入作業が容易である。
（ロ）　前記シール部材は、内周にリップ部を有することを特徴とする請求項２に記載の電動機のシール装置。
【００５４】
この発明によれば、リップ部によってより効果的なシール性能を発揮させることができる。
（ハ）　前記凸部の先端部に環状の嵌着溝を形成すると共に、該嵌着溝に前記シール部材を嵌着保持したことを特徴とする請求項２に記載の電動機のシール装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電動機のシール装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本実施形態に供されるモータハウジングの開口部を示す断面図である。
【図３】本実施の形態に供されるキャップを示す断面図である。
【図４】本発明が適用される電動パワーステアリング装置の要部縦断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明の第２の本実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
ＴＳ…電動パワーステアリング装置
１…ハウジング
２…入力軸
３…出力軸
８…トルク検出用コイル
９…温度補償用コイル
１５…モータハウジング
５０…膨出部（凸部）
５０ａ…底部
５０ｂ…外周面
５１…開口部
５２…キャップ
５２ｂ…突部（固定部）
５４…シール部材（シール部）

Claims (2)

1. モータハウジングの端部に形成されて内部と連通する開口部を、該開口部の孔縁部にキャップを嵌着固定してシールするシール装置において、
   前記キャップを前記孔縁部に嵌着固定する固定部と、キャップと開口部との間をシールするシール部とを分離して設けたことを特徴とする電動機のシール装置。
2. 前記開口部の孔縁部に凸部を形成する一方、前記キャップの内周側に前記凸部内周縁に圧入して開口部に固定する前記固定部を形成すると共に、キャップの外周側に前記凸部の外周面に当接して前記開口部をシールする弾性シール部材を形成したことを特徴とする請求項１に記載の電動機のシール装置。

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