JP2009046060A - 電動パワーステアリング装置の軸継手 - Google Patents

Abstract

【課題】所定のねじり剛性を確保しつつも小径化の可能な電動パワーステアリング装置の軸継手を提供する。
【解決手段】電動モータのドライブシャフト１３に複数の外歯１８ｂを有する外歯部材１８が圧入固定されているとともに、ウォームシャフト７に複数の内歯２３ｂを有するボス部２３が一体に形成されていて、外歯部材１８がボス部２３に受容されている。外歯部材１８の各外歯１８ｂは基部１８ａから径方向外側に延出する形態をもってそれぞれ形成されている一方、ボス部２３の各内歯２３ｂは基部２３ａから径方向内側へ延出する形態をもってそれぞれ形成されていて、外歯部材１８とボス部２３との噛み合いをもってトルクを伝達する。
【選択図】図４

Description

本発明は、操舵アシスト用の電動モータ側の回転軸とステアリングシャフト側の回転軸を連結する電動パワーステアリング装置の軸継手に関する。

電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトを操舵アシスト用の電動モータにより回転駆動し、運転者によるステアリングホイールの回転操作を容易に行い得るようにしたものであって、上記電動モータ側の回転軸がステアリングシャフト側の回転軸と軸継手を介して連結されるようになっている。

上記両回転軸同士を連結する軸継手として、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。この特許文献１に記載の軸継手では、両回転軸にそれぞれ連結された両連結基体が、略円盤状の基部と、その基部の外周側から軸方向に突出する複数の突部と、をそれぞれ有していて、両連結基体におけるそれぞれの各突部同士の間に可撓性の緩衝部材が介在している。つまり、両連結基体におけるそれぞれの各突部同士が上記緩衝部材を介して噛み合うことにより両回転軸間でトルクを伝達するとともに、上記緩衝部材をもって例えば電動モータの振動等がステアリングホイールへ伝達されることを防止するようになっている。
特開２００６−１８３６７６号公報

ここで、この種の軸継手としては電動パワーステアリング装置の小型化のためにコンパクトなものが望まれており、特に小径な形状の軸継手が要求されることがある。このような場合に、特許文献１に記載の軸継手では、その両連結基体をそれぞれ小径に形成すると、上記各突部の受圧面積が小さくなってその面圧が大きくなり、軸継手のねじり剛性が低下するため、上記受圧面積を所定の大きさだけ確保する必要が生じる。しかしながら、上記受圧面積を所定の大きさだけ確保すべく、軸継手を全体的に軸方向に延長すると、各突部の根元部分に作用する曲げモーメントが増大することから、上記緩衝部材および各突部を軸方向に延長するにも限界があるため、上記受圧面積を所定の大きさだけ確保することができず、小径な軸継手が得られないという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、所定のねじり剛性を確保しつつも小径化の可能な電動パワーステアリング装置の軸継手を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、操舵アシスト用の電動モータ側回転軸とステアリングシャフト側回転軸を連結する電動パワーステアリング装置の軸継手であって、一方の回転軸と一体的に構成される基部と、そのボス部から径方向外側に延出する複数の外歯と、を有する外歯部材と、他方の回転軸と一体的に構成され、上記外歯部材を受容する筒状の基部と、その基部から径方向内側へ延出する複数の内歯と、を有する内歯部材と、上記各外歯と各内歯の間に介装された可撓性の緩衝部材と、を備えていて、上記外歯部材と内歯部材との緩衝部材を介した噛み合いをもって上記両回転軸間でトルクを伝達することを特徴としている。

したがって請求項１に記載の発明では、外歯部材の外歯がそのボス部から径方向外側に延出するように形成されている一方、内歯部材の内歯がその基部から径方向内側に延出するように形成されているため、それら外歯部材および内歯部材をそれぞれ軸方向に長く形成することが可能となり、所定のねじり剛性を確保しつつも、軸継手を小径化することができる。

図１は本発明のより具体的な実施の形態を示す図であって、電動パワーステアリング装置の概略を示す図である。

図１に示すように、ステアリングホイールＳＷとともに回転するステアリングシャフト１は、いわゆるラックピニオン式のステアリングギア２を介して操舵輪３に連結されていて、そのステアリングシャフト１の回転によって操舵輪３が転舵されるようになっている。

また、コントロールユニット４は、操舵入力トルクを検出する周知のトルクセンサＴＳの出力に基づいて電動モータ５を駆動制御して操舵アシストを行うようになっていて、その電動モータ５の発生した操舵アシストトルクは、ステアリングシャフト１の外周部に固定されたウォームホイール６と、そのウォームホイール６と噛み合うステアリングシャフト側回転軸たるウォームシャフト７と、を介してステアリングシャフト１に伝達されるようになっている。

図２は図１における要部断面図である。

図２に示すように、ウォームホイール６およびウォームシャフト７はウォームハウジング８に収容されている。ウォームシャフト７の軸方向中間部にはウォームホイール６と噛み合うウォーム歯部７ａが一体に形成されているとともに、そのウォームシャフト７の軸方向両端部はそれぞれベアリング９，１０を介してウォームハウジング８に軸支されるようになっている。なお、図示はしていないが、ウォームホイール６は、ステアリングシャフト１に一体回転可能に結合される環状の芯金と、外周面に歯が形成され、芯金に外嵌される環状の合成樹脂部材とで構成される。

また、ウォームハウジング８には電動モータ５のモータハウジング１１が固定されている。モータハウジング１１は略カップ状をなしていて、その開口側端部が略カップ状のヨーク１２によって閉蓋されている。なお、本実施の形態では電動モータ５としていわゆるブラシレスＤＣモータを用いている。

そして、電動モータ５のうち、電動モータ側回転軸たるドライブシャフト１３と、そのドライブシャフト１３の外周部に固定された略円筒状のロータ１４と、そのロータ１４に外挿され、当該ロータ１４を励磁することによって回転させる略円筒状のステータ１５と、がモータハウジング１１に収容されている。

ドライブシャフト１３は、ウォームシャフト７と同軸上に配置されているとともに、そのドライブシャフト１３の一端がモータハウジング１１からウォームシャフト７側へ突出している。ドライブシャフト１３のうちモータハウジング１１からウォームシャフト７側に突出している部位は、モータハウジング１１側の大径部１３ａと、ウォームシャフト７側の小径部１３ｂと、からなるいわゆる段付形状をなしていて、そのドライブシャフト１３の大径部１３ａがベアリング１６を介してモータハウジング１１に軸支されている一方、ドライブシャフト１３の他端はベアリング１７を介してヨーク１２に軸支されている。そして、ドライブシャフト１３の小径部１３ｂには後述する外歯部材１８が圧入されて一体的に固定されている。なお、ドライブシャフト１３のうち小径部１３ｂと大径部１３ａとの間の段状部と外歯部材１８との間にはスペーサー１９が挟み込まれている。

また、電動モータ５には、ドライブシャフト１３の回転角を検出する周知のレゾルバ２２が付設されていて、そのレゾルバ２２は、ドライブシャフト１３のうち大径部１３ａの外周に固定されたレゾルバロータ２０と、そのレゾルバロータ２０の外周を包囲するようにモータハウジング１１に固定されたレゾルバステータ２１と、から構成されている。そして、そのレゾルバ２２をもって検出したドライブシャフト１３の回転角に基づいてコントロールユニット４が電動モータ５を駆動制御することとなる。なお、レゾルバロータ２０は図示外のキーをもってドライブシャフトの大径部１３ａに結合されている。

一方、ウォームシャフト７の電動モータ５側端部には外歯部材１８を受容する内歯部材たるボス部２３が一体に形成されていて、そのボス部２３と外歯部材１８との間には可撓性の緩衝部材２４が介装されている。つまり、ボス部２３と外歯部材１８および緩衝部材２４から軸継手２５が構成され、その軸継手２５をもってドライブシャフト１３とウォームシャフト７が連結されている。

図３は図２における軸継手２５を示す図であって、図３の（ａ）は図２におけるＡ−Ａ断面図、図３の（ｂ）は図３の（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。また、図４は図２における軸継手２５の分解図である。なお、図３の（ｂ）では便宜上スペーサー１９を省略しているとともに、図４では便宜上ドライブシャフト１３を簡略化して描いている。

図３，４に示すように、外歯部材１８は、ドライブシャフト１３の小径部１３ｂに圧入固定される略円筒状の基部１８ａと、その基部１８ａから径方向外側に向かって一体的に延出しているとともに、周方向に等間隔で複数（図示の例では６つ）配された外歯１８ｂと、から構成されている。換言すれば、各外歯１８ｂは基部１８ａをもってその径方向内側をいわゆる片持ち状態で支持されている。

一方、ウォームシャフト７のボス部２３は、略円筒状の基部２３ａと、その基部から径方向外側に向かって一体的に延出しているとともに、周方向で等間隔に複数（図示の例では６つ）配された内歯２３ｂと、から構成されている。換言すれば、各内歯２３ｂは基部２３ａをもってその径方向外側をいわゆる片持ち状態で支持されている。

そして、各内歯２３ｂと各外歯１８ｂとの間の各歯面間隙間のそれぞれに、軟質緩衝体２６およびその該軟質緩衝体２６よりも剛性の高い硬質緩衝体２７からなる可撓性の緩衝部材２４を介在させてある。すなわち、軸継手２５は、ドライブシャフト１３およびウォームシャフト７同士の若干の傾きおよび軸ずれを許容しつつ、ドライブシャフト１３およびウォームシャフト７間でトルクを伝達するようになっている。

図５は軟質緩衝体２６を単体で示す図であって、図５の（ａ）はその正面図、図５の（ｂ）はその側面図である。また、図６は硬質緩衝体２７を単体で示す図であって、図６の（ａ）はその正面図、図６の（ｂ）はその側面図である。

軟質緩衝体２６は比較的剛性の低いゴム弾性体をもって形成されていて、特に図５の（ａ）および（ｂ）に示すように、略円盤状のブリッジ部２６ｂと、そのブリッジ部２６ｂからそれぞれ軸方向に延出し、正面視において径方向外側に開いた略Ｕ字状をなす複数の軟質緩衝部２６ａと、を有していて、その各軟質緩衝部２６ａが各外歯１８ｂと各内歯２３ｂの間の各歯面間隙間にそれぞれ配されるようになっている。言い換えると、ブリッジ部２６ｂが、各外歯１８ｂをウォームシャフト７側からまたぐように、各軟質緩衝部２６ａ同士をそれぞれ連結している。

一方、硬質緩衝体２７は、軟質緩衝体２６よりも剛性の高いゴム弾性体をもって形成されている。換言すれば、硬質緩衝体２７の弾性係数を軟質緩衝体２６の弾性係数よりも高くなるように設定してある。そして、その硬質緩衝体２７は、特に図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、正面視において径方向外側に開いた略Ｕ字状に形成され、上記各歯面間隙間にそれぞれ配される複数の硬質緩衝部２７ａと、各外歯１８ｂをウォームシャフト７側からまたぐように形成され、各硬質緩衝部２７ａのうち各外歯１８ｂを挟んで隣接する硬質緩衝部２７ａ同士を連結する複数のブリッジ部２７ｂと、を有していて、全体として略環状に形成されている。また、硬質緩衝体２７のうち各ブリッジ部２７ｂの内周側、すなわち硬質緩衝体２７のうちウォームシャフト７側には、軟質緩衝体２６を収容する凹状の受容部２７ｃが形成されていて、その受容部２７ｃに軟質緩衝体２６が収容されるようになっている。

すなわち、図３，４に示すように、硬質緩衝体２７を外歯部材１８に外挿することで、各硬質緩衝部２７ａが各外歯１８ｂの歯面のうちドライブシャフト１３側の部位にそれぞれ被さるとともに、各ブリッジ部２７ｂの一部が各外歯１８ｂの歯面のうちウォームシャフト７側であって且つ径方向外側の部位にそれぞれ被さるようになっている。その上で、軟質緩衝体２６を硬質緩衝体２７の収容部２７ｃに挿入して外歯部材１８に装着することで、軟質緩衝体２６のブリッジ部
２６ｂが各外歯１８ｂのウォームシャフト７側端面に着座するとともに、各軟質緩衝部２６ａが各外歯１８ｂの歯面のうち径方向内側であって且つウォームシャフト７側の部位にそれぞれ被さるようになっている。

また、軟質緩衝体２６の各軟質緩衝部２６ａは、ウォームシャフト７およびドライブシャフト１３にトルクが入力されていない無負荷状態において、各外歯１８ｂおよび各内歯２３ｂの歯面にそれぞれ弾接するようになっている一方で、硬質緩衝体２７の各硬質緩衝部２７ａおよび各ブリッジ部２７ｂは、上記無負荷状態において、各内歯２３ｂとの間に円周方向でそれぞれ隙間Ｇを形成するように設定してある。すなわち、各硬質緩衝部２７ａは各軟質緩衝部２６ａよりも薄肉に形成されている。

つまり、緩衝部材２４の圧縮変形によりドライブシャフト１３とウォームシャフト７とが相対回転した際に、その相対回転量が小さい場合には比較的剛性の低い軟質緩衝体２６の軟質緩衝部２６ａのみが圧縮変形するのに対し、その相対回転量が大きいときには、比較的剛性の高い硬質緩衝体２７が各内歯２３ｂにそれぞれ当接し、その硬質緩衝体２７が軟質緩衝部２６ａとともに圧縮変形するようになるため、軸継手２５のねじり剛性がそのねじり角度に応じて二段階に変化することとなる。つまり、ドライブシャフト１３とウォームシャフト７とが相対回転し、その相対回転量が大きくなると、硬質緩衝体２７が各内歯２３ｂに当接して軟質緩衝体２６のそれ以上の圧縮変形が抑止されることとなる。

なお、軟質緩衝体２６は、その自由状態よりも若干拡径するように弾性変形した状態で外歯部材１８に装着されるようになっていて、外歯部材１８に両緩衝体２６，２７を装着したいわゆるサブアセンブリ状態において、軟質緩衝体２６がその弾性変形に基づく復元力をもって外歯部材１８に圧接し、もって両緩衝体２６，２７の外歯部材１８からの脱落が防止されるように設定してある。

さらに、電動パワーステアリング装置の組立時において、ドライブシャフト１３に外歯部材１８を組み付けた後に、モータハウジング１１へのレゾルバステータ２１の組み付けを可能とすべく、外歯部材１８の歯先円直径である図３の（ａ）に示す外径Ｄ１を図２に示すレゾルバステータ２１の内径Ｄ２よりも小径に設定し、軸継手２５を全体として比較的小径に形成している。その上で、軸継手２５の小径化に伴う各内歯２３ｂおよび各外歯１８ｂの受圧面積の減少により、軸継手２５のねじり剛性が低下することを避けるべく、軸継手２５をその軸方向で比較的長く形成することで、上記受圧面積を十分に確保し、所定のねじり剛性を得るようにしている。

以上のように構成した軸継手２５では、運転者によりステアリングホイールＳＷが手動操作され、電動モータ５がコントロールユニット４によって駆動されると、そのドライブシャフト１３側の外歯部材１８とウォームシャフト７側のボス部２３との緩衝部材２４を介した噛み合いにより、電動モータ５の発生したトルクがドライブシャフト１３からウォームシャフト７へ伝達されるとともに、ウォームホイール６を介してステアリングシャフト１に操舵アシストトルクが付与されることとなる。

また、硬質緩衝体２７が各内歯２３ｂに当接しない範囲でドライブシャフト１３とウォームシャフト７が互いに相対回転した場合、すなわち例えば電動モータ５が微小に振動した場合や電動モータ５の回転方向の反転による衝撃が発生した場合には、各軟質緩衝部２６ａの圧縮変形によって上記振動や衝撃のステアリングホイールＳＷへの伝達が防止される。このとき、軟質緩衝部２６ａは、各内歯２３ｂおよび各外歯１８ｂの歯面のうち径方向内側に当接しているため、軟質緩衝部２６ａがより容易に圧縮変形するようになり、上述したような衝撃や振動が有効に吸収される。

一方、ドライブシャフト１３とウォームシャフト７とが大きく相対回転した場合には、硬質緩衝体２７のうち各ブリッジ部２７ｂの一部および各硬質緩衝部２７ａが各外歯１８ｂおよび各内歯２３ｂの歯面にそれぞれ当接し、軟質緩衝体２６のそれ以上の圧縮変形が抑止される。このとき、硬質緩衝体２７の受圧面積を比較的大きく確保してある上に、硬質緩衝体２７が各内歯２３ｂおよび各外歯１８ｂの歯面のうち径方向外側の部位に当接することから、硬質緩衝部２７ａに対する負荷が軽減され、硬質緩衝体２７の破損が防止される。また、硬質緩衝体２７または軟質緩衝体２６が万が一破損したとしても、軟質緩衝体２６および硬質緩衝体２７がボス部２３内に収容されているため、破損した軟質緩衝体２７または硬質緩衝体２６の飛散が防止される。

さらに、軟質緩衝部２６ａを各外歯１８ｂおよび各内歯２３ｂの歯面のうちウォームシャフト７側に当接させ、ウォームシャフト７がドライブシャフト１３に対して容易に傾動し得るように設定しているため、例えばウォームホイール６が熱膨張した場合には、ウォームシャフト７がドライブシャフト１３に対して傾動し、ウォームホイール６とウォームシャフト７との間のバックラッシュを適切に保つようになっている。

したがって以上のように構成した軸継手２５によれば、ボス部２３および外歯部材１８のうち各外歯１８ｂおよび各内歯２３ｂがそれぞれの基部１８ａ，２３ａから径方向に延出する形態をもって形成され、それら各外歯１８ｂおよび各内歯２３ｂがその径方向外側または径方向内側でいわゆる片持ち状態で支持されているため、ボス部２３および外歯部材１８を軸方向に比較的長く形成することができ、各外歯１８ｂおよび各内歯２３ｂと緩衝部材２４との接触面積を十分に確保して所定のねじれ剛性を確保しつつも、軸継手２５を小径化することが可能となる。

その上、緩衝部材２４が外歯部材１８の歯先円よりも外径側に張り出さないようになっているため、軸継手２５の小径化の上でより有利となるメリットがある。

また、ウォームシャフト７側のボス部２３とドライブシャフト１３側の外歯部材１８との間に介装される緩衝部材２４を、軟質緩衝体２６と硬質緩衝体２７から構成し、ウォームシャフト７およびドライブシャフト１３にトルクが入力されていない無負荷状態において、軟質緩衝体２６の軟質緩衝部２６ａを各外歯１８ｂおよび各内歯２３ｂの歯面にそれぞれ弾接させる一方で、硬質緩衝体２７が各内歯２３ｂとの間に周方向における隙間Ｇを形成するように設定したため、ウォームシャフト７とドライブシャフト１３との相対回転量が小さい場合には、各軟質緩衝部２６ａの圧縮変形により振動および衝撃を有効に吸収する一方、ウォームシャフト７とドライブシャフト１３との相対回転量が大きい場合には、硬質緩衝体２７が各内歯２３の歯面に接触して軸継手２５のねじり剛性が高まり、軟質緩衝部２６ａのそれ以上の圧縮変形が抑止され、その軟質緩衝部２６ａのクリープによるいわゆるへたりを防止することができるメリットがある。

本発明の実施の形態を示す図であって、電動パワーステアリング装置の概略を示す図。 図１における要部断面図。 図２における軸継手を示す図であって、同図（ａ）は図２におけるＡ−Ａ断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。 図２における軸継手の分解図。 図４における軟質緩衝体を単体で示す図であって、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図。 図４における硬質緩衝体を単体で示す図であって、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図。

符号の説明

７…ウォームシャフト（ステアリングシャフト側回転軸）
１３…ドライブシャフト（電動モータ側回転軸）
１８…外歯部材
１８ａ…基部
１８ｂ…外歯
２０…レゾルバロータ
２１…レゾルバステータ
２２…レゾルバ
２３…ボス部（内歯部材）
２３ａ…基部
２３ｂ…内歯
２４…緩衝部材
２５…軸継手
２６…軟質緩衝体
２６ａ…軟質緩衝部
２６ｂ…ブリッジ部
２７…硬質緩衝体
２７ａ…硬質緩衝部
２７ｂ…ブリッジ部
２７ｃ…受容部

Claims (8)

1. 操舵アシスト用の電動モータ側回転軸とステアリングシャフト側回転軸を連結する電動パワーステアリング装置の軸継手であって、
   一方の回転軸と一体的に構成される基部と、その基部から径方向外側に延出する複数の外歯と、を有する外歯部材と、
   他方の回転軸と一体的に構成され、上記外歯部材を受容する筒状の基部と、その基部から径方向内側へ延出する複数の内歯と、を有する内歯部材と、
   上記各外歯と各内歯の間に介装された可撓性の緩衝部材と、
   を備えていて、
   上記外歯部材と内歯部材との緩衝部材を介した噛み合いをもって上記両回転軸間でトルクを伝達することを特徴とする電動パワーステアリング装置の軸継手。
2. 上記緩衝部材は、軟質緩衝体と、その軟質緩衝体よりも剛性の高い硬質緩衝体と、から構成されていて、
   上記軟質緩衝体は、上記両回転軸にトルクが入力されていない無負荷状態において、上記各外歯および各内歯にそれぞれ弾接するようになっているとともに、
   上記硬質緩衝体は、上記無負荷状態で各外歯および各内歯のうち少なくとも一方との間に上記両回転軸の周方向における隙間を形成するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の軸継手。
3. 上記軟質緩衝体は、上記各外歯と各内歯の間の各歯面間隙間にそれぞれ位置する複数の軟質緩衝部を有しているとともに、それらの各軟質緩衝部同士が上記各外歯を軸方向一方側からまたぐように形成されたブリッジ部によってそれぞれ連結されている一方、
   上記硬質緩衝体は、上記各歯面間隙間にそれぞれ位置する複数の硬質緩衝部を有しているとともに、それらの各硬質緩衝部同士が上記各外歯を軸方向一方側からまたぐように形成されたブリッジ部によってそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の軸継手。
4. 上記軟質緩衝体が上記硬質緩衝体の内周側に収容されていることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置の軸継手。
5. 上記硬質緩衝体が軸方向に沿った凹状の受容部を有していて、その受容部に上記軟質緩衝体が収容されていることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置の軸継手。
6. 上記硬質緩衝体のうちステアリングシャフト側回転軸側に上記受容部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング装置の軸継手。
7. 上記硬質緩衝体のうち他方の回転軸側に上記受容部が形成されているとともに、上記軟質緩衝体は、当該軟質緩衝体自体が拡径するように弾性変形した状態で外歯部材に外挿されるようになっていて、その軟質緩衝体の弾性変形に基づく復元力によって外歯部材からの上記両緩衝体の脱落が防止されるように設定してあることを特徴とする請求項５または６に記載の電動パワーステアリング装置の軸継手。
8. 上記電動モータ側回転軸には上記外歯部材が固定されているとともに、電動モータには電動モータ側回転軸の回転角を検出するレゾルバが付設されていて、
   上記レゾルバは、上記電動モータ側回転軸に固定されたレゾルバロータと、そのレゾルバロータの外周を包囲するように設けられたレゾルバステータと、を有し、
   上記外歯部材の外径が上記レゾルバステータの内径よりも小径となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の軸継手。

Images