JP2010249187A - モータシャフトのジョイント及び電動ステアリング装置 - Google Patents

モータシャフトのジョイント及び電動ステアリング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】潤滑剤で塞がれ難い連通孔を備えたモータシャフト14のジョイント15を提供する。
【解決手段】モータ8で発生したトルクを、モータシャフト14から伝達シャフト13へ伝達するモータシャフト14のジョイント15であって、モータシャフト14と伝達シャフト13の一方のシャフト13の第1端部に設けられ外周に外歯16aを有する凸部16と、他方のシャフト14の第2端部に設けられ第1端部が挿入されると外歯16aと噛合う内歯17aを内周に有する凹部17とを備え、内歯17aと外歯16aが噛合ったときに凹部17と凸部16の間に生じる間隙について両シャフト13、14の周方向に他の範囲より広くなる大間隙範囲が形成され、大間隙範囲は両シャフト13、14の軸心を対称軸とする点対称に配置されない。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータで発生したトルクを伝達させるモータシャフトのジョイントに関し、特に、そのジョイントを備えた電動ステアリング装置に関する。
電動ステアリング装置に用いられるモータシャフトのジョイントは、モータで発生したトルクを伝達させるためにスプラインジョイントが用いられている。ジョイントのモータシャフトの反対側には、減速歯車機構を構成するウォームギヤが連結されている。モータで発生したトルクが、モータシャフト、ジョイント、ウォームギヤを介して、ウォームギヤとともに減速歯車機構を構成するウォームホイールに伝達するとき、ウォームギヤに回転軸方向の噛合反力が生じ、スプラインジョイントを構成する雌スプラインに対する雄スプラインの挿入長さが変わる。このため、雌スプラインと雄スプラインの接触面には、滑動可能なようにグリスなどの潤滑剤が塗られている。
また、雌スプラインと雄スプラインとは、歯打ち音等の発生を抑制するため、歯面合わせによって精度良く組みつけられ、ガタが無くなっている。
このため、雌スプラインの内部空間は、雄スプラインによって蓋をされ、潤滑剤によって気密が保たれている。この内部空間の空気が、前記噛合反力によって雌スプラインに雄スプラインが挿入する方向に摺動すると、圧縮され、スプラインジョイントはウォームギヤからモータシャフトへ前記噛合反力を伝達し、モータシャフト、さらにはモータに噛合反力が作用してしまう場合があった。この場合、噛合反力はモータの回転をフリクションにて抑制してしまう。
そこで、前記内部空間の気密を破り、内部空間の空気が圧縮されないようにするために、雌スプライン又は雄スプラインに、内部空間と外界とに連通する連通孔を設けることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−182028号公報
しかし、グリスなどの潤滑剤が、連通孔を塞ぎ、前記内部空間の気密性が保持される場合があった。雌スプラインと雄スプラインの間には、わずかな隙間しか存在しないため、スプラインジョイントの組立時には、雌スプラインに雄スプラインを挿入すると、雌スプラインと雄スプラインのそれぞれの接触面(摺動面)にあらかじめ塗布された潤滑剤が前記内部空間にかき集められる。このかき集められた潤滑剤が雄スプラインと雌スプラインの僅かな隙間及び連通孔を塞いで固着していると考えられた。
これより、潤滑剤がかき集められ難い場所に、容易に連通孔内に気道を形成確保することができ、前記内部空間の気密を破ることができると考えられる。
そこで、本発明は、潤滑剤で塞がれ難い連通孔を備えたモータシャフトのジョイント、及び、そのジョイントを有する電動ステアリング装置を提供することを目的とする。
本発明は、モータで発生したトルクを、モータシャフトから伝達シャフトへ伝達するモータシャフトのジョイントであって、
前記モータシャフトと前記伝達シャフトの一方のシャフトの第1端部に設けられ、外周に外歯を有する凸部と、
他方のシャフトの第2端部に設けられ、前記第1端部が挿入されると前記外歯と噛合う内歯を内周に有する凹部とを備え、
前記内歯と前記外歯が噛合ったときに前記凹部と前記凸部の間に生じる間隙について、両シャフトの周方向に他の範囲より広くなる大間隙範囲が形成され、
前記大間隙範囲は、前記両シャフトの軸心を対称軸とする点対称に配置されないことを特徴としている。
これによれば、大間隙範囲に形成された凹部(雌スプラインに相当)と凸部(雄スプラインに相当)の間に生じる間隙を、潤滑剤で塞がれ難い前記連通孔として機能させることができる。潤滑剤が、大間隙範囲に入り込んでも凹部と凸部の摺動による潤滑剤をかき集める作用は働かないため気道は確保される(歯のない部分では摺動による相対移動がないため)。そして、大間隙範囲は前記両シャフトの軸心を対称軸とする点対称に配置されていないので、両シャフトの軸心が互いにずれるのを抑制し、大間隙範囲を設けても、トルクを伝達するために内歯と外歯に作用する力が局所的に過大にならないようにできる。すなわち、ジョイントとしてのトルクの伝達機能を損なうことがない。
また、本発明では、前記大間隙範囲において、前記内歯と前記外歯の少なくとも一方の歯が無くなっていることが好ましい。大間隙範囲における凹部と凸部の間に生じる間隙を、容易に広げることができる。
また、本発明では、前記大間隙範囲において、前記他の領域より、前記内歯と前記外歯の少なくとも一方の歯の歯先が低くなっていることが好ましい。ジョイントとしてのトルクの伝達機能を損なうことなく、大間隙範囲における凹部と凸部の間に生じる間隙を、容易に広げることができる。
また、本発明では、前記大間隙範囲において、前記他の領域より、前記内歯と前記外歯の少なくとも一方の隣り合う歯の間の歯底が深くなっていることが好ましい。ジョイントとしてのトルクの伝達機能を損なうことなく、大間隙範囲における凹部と凸部の間に生じる間隙を、容易に広げることができる。
また、本発明では、前記周方向の前記歯のピッチは、全周にわたって一定であることが好ましい。ジョイントとしてのトルクの伝達機能を損なうことがなく、前記大間隙範囲を設定することができる。
また、本発明に記載のジョイントと、
運転者のステアリングホイールの操舵によって回転するピニオン軸と、
前記ピニオン軸に設けられ操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記ピニオン軸と一体に回転するウォームホイールと、
前記ウォームホイールに噛合うウォームギヤと、
前記操舵トルクに応じた補助トルクを発生させる前記モータと、
前記補助トルクを前記モータから前記ジョイントへ伝達する前記モータシャフトと、
前記ウォームギヤと一体に回転し、前記補助トルクを前記ジョイントから前記ウォームギヤへ伝達する前記伝達シャフトと、を備え、
前記補助トルクが、前記ウォームギヤから前記ウォームホイールへ伝達することで、前記運転者の操舵力を軽減する電動ステアリング装置であることを、本発明は特徴としている。
これによれば、ジョイントの連通孔の気道は確保されるので、ウォームギヤで生じる前記噛合反力は、ジョイントを介して、モータへ伝達することはなく、モータの回転を高精度に制御することができる。
本発明によれば、潤滑剤で塞がれ難い連通孔を備えたモータシャフトのジョイント、及び、そのジョイントを有する電動ステアリング装置を提供できる。
本発明の第1の実施形態に係るジョイントを備えた電動ステアリング装置の構成図である。 図1のA−A方向の矢視断面図であり、本発明の第1の実施形態に係るジョイントの断面図である。 本発明の第2の実施形態に係るジョイントの断面図である。 本発明の第3の実施形態に係るジョイントの断面図である。 本発明の第4の実施形態に係るジョイントの断面図である。 本発明の第5の実施形態に係るジョイントの断面図である。 本発明の第6の実施形態に係るジョイントの断面図である。
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
(第1の実施形態)
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係るジョイント15は、電動ステアリング装置1に用いられている。その電動ステアリング装置1には、運転者が操舵するステアリングホイール2が設けられている。ステアリングホイール2には、ステアリングシャフト3が連結しており、ステアリングホイール2と一体になって回転する。また、ステアリングシャフト3には、ピニオン軸4が連結しており、ステアリングシャフト3と一体になって回転する。ステアリングシャフト3の先端部には、ピニオンギヤ4aが設けられ、車幅方向に沿って延びるラックバー5に形成されたラックギヤ5aにかみ合っている。ピニオンギヤ4aがピニオン軸4と一体となって回転すると、ラックギヤ5aとラックバー5
は、車幅方向に直線運動する。ラックバー5の両端部には、図示を省略した自在継手やタイロッド・ナックルを介して、車輪6が連結され、ラックバー5の車幅方向の直線運動に応じて転舵する。
トルクセンサ7は、ステアリングシャフト3又はピニオン軸4に設けられ、運転者によってステアリングホイール2に発生させた操舵トルクを検出する。トルクセンサ7は、検出した操舵トルクの検出結果を、制御装置10へ送信する。制御装置10は、操舵トルクの検出結果に基づいて、三相交流の駆動電流をモータ8へ出力する。モータ8は、駆動電流に応じた、操舵トルクを補助する補助トルクを発生させるように回転する。このモータ8の回転は、回転角センサ9で検出・モニタされ、この回転結果は制御装置10へ送信される。制御装置10は、回転結果に基づいて、所望の回転がモータ8で行われるようにフィードバック制御が行われる。
モータ8で発生した補助トルクと回転は、モータ8に連結するモータシャフト14に伝達し、モータシャフト14は、モータ8と一体になって回転する。
ジョイント15は、モータシャフト14から伝達シャフト13へ、補助トルクと回転を伝達させる。伝達シャフト13のジョイント15とは反対側の端部には、ウォームギヤ12が連結され、伝達シャフト13と一体になって回転する。ウォームホイール11は、ウォームギヤ12と噛合いながら、前記ピニオン軸と一体に回転し、伝達シャフト13の回転をピニオン軸4の回転に変換する。なお、ウォームギヤ12とウォームホイール11で、減速歯車機構を構成し、伝達シャフト13の回転速度より減速させた回転速度で、ピニオン軸4は回転する。そして、ウォームギヤ12とウォームホイール11は、補助トルクを、伝達シャフト13からピニオン軸4へ伝達させる。補助トルクがピニオン軸4へ伝達することで、補助トルクが車輪6の転舵に寄与し、運転者はステアリングホイールの操舵が軽くなったと感じることができる。
ジョイント15としては、スプラインジョイントや、セレーションを用いることができる。ジョイント15は、雄スプラインや雄セレーションに相当する凸部16と、雌スプラインや雌セレーションに相当する凹部17を有している。図1では、凸部16は、伝達シャフト13の端部に設けられ、凹部17は、モータシャフト14の端部に設けられているが、これに限らず、凸部16は、モータシャフト14の端部に設けられ、凹部17は、伝達シャフト13の端部に設けられていてもよい。
凸部16は、外周に外歯16aを有し、凹部17は、内周に内歯17aを有している。凸部16は、凹部17の内部に挿入され、凸部16の外歯16aと、凹部17の内歯17aは、互いに噛合っている。
補助トルクをウォームギヤ12からウォームホイール11へ伝達させるときには、ウォームギヤ12に回転軸方向の噛合反力が生じ、ジョイント15を構成する凹部17に対する凸部16の挿入長さが変わるように、凸部16の外歯16aと凹部17の内歯17aの接触面は滑動する。この滑動(摺動)を滑らかにするためにグリスなどの潤滑剤が、接触面に塗られている。
図2に、図1のA−A方向の断面図を示す。すなわち、図2は、軸心Oを法線とする平面で切断したジョイント15の断面図である。凸部16の外歯16aの側面と、凹部17の内歯17aの側面は、歯打ち音等の発生を抑制するため、歯面合わせによって精度良く組みつけられ、ガタが無く、互いに接触することで、凸部16の外歯16aと凹部17の内歯17aは、互いに噛合っている。
内歯17aの内歯歯底17bと、外歯16aの外歯歯先16cの間には、間隔S0の間隙が設けられている。
内歯17aの内歯歯先17cと、外歯16aの外歯歯底16bの間にも、間隙が設けられている。
ただ、軸心Oの周方向の大間隙範囲P1においては、外歯16aが欠けて無くなり、大間隙範囲P1における内歯17aの内歯歯底17bと、凸部16の間に生じる大間隙の間隔S1は、それ以外の範囲における間隔S0より広くなっている。大間隙範囲P1に形成された間隔S1の大間隙は、潤滑剤で塞がれ難い連通孔として機能する。潤滑剤が大間隙範囲に入り込んでも、大間隙範囲は凹部と凸部の摺動による潤滑剤をかき集める作用が働かないため気道は確保される。ジョイント15の連通孔の気道が確保されれば、ウォームギヤ12で生じる前記噛合反力は、ジョイント15を介して、モータ8へ伝達することはなく、モータ8の回転を高精度に制御することができる。なお、間隔S0の間隙に、気道が形成されないのは、間隔S0が狭いからである。
図2では、大間隙範囲P1を、一箇所設定したが、これに限らず、周方向に二箇所以上設定してもよい。ただし、複数箇所設定する場合は、大間隙範囲P1を、軸心Oを対称軸とする点対称に配置しない。これは、外歯16aを欠けて無くしたことによる、ジョイント15としてのトルクの伝達機能を極力低下させないためである。また、大間隙範囲P1の幅は、間隔S0の間隙の幅P0に略等しくなっている。このため、内歯17aの周方向のピッチは、全周にわたって均一で一定になるように配置することができ、ジョイント15としてのトルクの伝達機能を極力低下させない。
(第2の実施形態)
図3に、本発明の第2の実施形態に係るジョイント15の断面図を示す。第2の実施形態のジョイント15も、第1の実施形態のジョイント15に換えて、第1の実施形態の電動ステアリング装置1に用いることができる。第2の実施形態のジョイント15が、第1の実施形態のジョイント15と異なる点は、欠けて無くなっている歯が、外歯16aではなく、内歯17aになっている点である。
内歯17aの内歯歯先17cと、外歯16aの外歯歯底16bの間には、間隔S10の間隙が設けられている。
ただ、軸心Oの周方向の大間隙範囲P11においては、内歯17aが欠けて無くなり、大間隙範囲P11における外歯16aの外歯歯底16bと、凹部17の間に生じる大間隙の間隔S11は、それ以外の範囲における間隔S10より広くなっている。大間隙範囲P11に形成された間隔S11の大間隙も、第1の実施形態の大間隙範囲P1に形成された間隔S1の大間隙と同様に、潤滑剤で塞がれ難い連通孔として機能する。
図3では、大間隙範囲P11を、一箇所設定したが、これに限らず、周方向に二箇所以上設定してもよい。ただし、複数箇所設定する場合は、大間隙範囲P11を、軸心Oを対称軸とする点対称に配置しない。これは、内歯17aを欠けて無くしたことによる、ジョイント15としてのトルクの伝達機能を極力低下させないためである。また、大間隙範囲P11の幅は、間隔S10の間隙の幅P10に略等しくなっている。このため、外歯16aの周方向のピッチは、全周にわたって均一で一定になるように配置することができ、ジョイント15としてのトルクの伝達機能を極力低下させない。
(第3の実施形態)
図4に、本発明の第3の実施形態に係るジョイント15の断面図を示す。第3の実施形態のジョイント15も、第1の実施形態のジョイント15に換えて、第1の実施形態の電動ステアリング装置1に用いることができる。第3の実施形態のジョイント15が、第1の実施形態のジョイント15と異なる点は、大間隙範囲P1において、欠けて無くなっている歯の換わりに、他の領域より歯の歯先が低くなっている点である。
外歯16aの外歯歯底16bから外歯歯先16cまでの高さH0に対し、大間隙範囲P1における外歯16aの外歯歯底16bから外歯歯先16cまでの高さH1は低くなっている。
内歯17aの内歯歯先17cと、外歯16aの外歯歯底16bの間には、間隔S10の間隙が設けられている。これに対し、大間隙範囲P1においては、高さH1が低くなった分、大間隙の間隔S1は、それ以外の範囲における間隔S0より広くなっている。大間隙範囲P1に形成された間隔S1の大間隙も、第1の実施形態の大間隙範囲P1に形成された間隔S1の大間隙と同様に、潤滑剤で塞がれ難い連通孔として機能する。
図4では、大間隙範囲P1を、一箇所設定したが、これに限らず、第1の実施形態と同様に、周方向に二箇所以上設定してもよい。また、大間隙範囲P1の幅も、第1の実施形態と同様に、間隔S0の間隙の幅P0に略等しくなっている。
(第4の実施形態)
図5に、本発明の第4の実施形態に係るジョイント15の断面図を示す。第4の実施形態のジョイント15も、第1の実施形態のジョイント15に換えて、第1の実施形態の電動ステアリング装置1に用いることができる。第4の実施形態のジョイント15が、第3の実施形態のジョイント15と異なる点は、歯先が低くなっている歯が、外歯16aではなく、内歯17aになっている点である。
内歯17aの内歯歯底17bから内歯歯先17cまでの高さH10に対し、大間隙範囲P11における内歯17aの内歯歯底17bから内歯歯先17cまでの高さH11は低くなっている。
内歯17aの内歯歯先17cと、外歯16aの外歯歯底16bの間には、間隔S10の間隙が設けられている。これに対し、大間隙範囲P11においては、高さH11が低くなった分、大間隙の間隔S11は、それ以外の範囲における間隔S10より広くなっている。大間隙範囲P11に形成された間隔S11の大間隙も、第1の実施形態の大間隙範囲P1に形成された間隔S1の大間隙と同様に、潤滑剤で塞がれ難い連通孔として機能する。
図5では、大間隙範囲P11を、一箇所設定したが、これに限らず、周方向に二箇所以上設定してもよい。また、大間隙範囲P11の幅も、間隔S10の間隙の幅P10に略等しくなっている。
(第5の実施形態)
図6に、本発明の第5の実施形態に係るジョイント15の断面図を示す。第5の実施形態のジョイント15も、第1の実施形態のジョイント15に換えて、第1の実施形態の電動ステアリング装置1に用いることができる。第5の実施形態のジョイント15が、第3の実施形態のジョイント15と異なる点は、大間隙範囲P1において、他の領域より外歯16aの外歯歯先16cを低くする換わりに、対向する内歯17aの内歯歯底17bを深くしている点である。
内歯17aの内歯歯底17bと、外歯16aの外歯歯先16cの間には、間隔S0の間隙が設けられている。これに対し、大間隙範囲P1においては、内歯17aの内歯歯底17bが深くなった分、大間隙の間隔S1は、それ以外の範囲における間隔S0より広くなっている。大間隙範囲P1に形成された間隔S1の大間隙も、第1の実施形態の大間隙範囲P1に形成された間隔S1の大間隙と同様に、潤滑剤で塞がれ難い連通孔として機能する。
図6では、大間隙範囲P1を、一箇所設定したが、これに限らず、第1の実施形態と同様に、周方向に二箇所以上設定してもよい。また、大間隙範囲P1の幅も、第1の実施形態と同様に、間隔S0の間隙の幅P0に略等しくなっている。
(第6の実施形態)
図7に、本発明の第6の実施形態に係るジョイント15の断面図を示す。第6の実施形態のジョイント15も、第1の実施形態のジョイント15に換えて、第1の実施形態の電動ステアリング装置1に用いることができる。第6の実施形態のジョイント15が、第4の実施形態のジョイント15と異なる点は、他の領域より内歯17aの内歯歯底17bを深くする換わりに、大間隙範囲P11において、外歯16aの外歯歯底16bを深くしている点である。
内歯17aの内歯歯先17cと、外歯16aの外歯歯底16bの間には、間隔S10の間隙が設けられている。これに対し、大間隙範囲P11においては、外歯16aの外歯歯底16bが深くなった分、大間隙の間隔S11は、それ以外の範囲における間隔S10より広くなっている。大間隙範囲P11に形成された間隔S11の大間隙も、第1の実施形態の大間隙範囲P1に形成された間隔S1の大間隙と同様に、潤滑剤で塞がれ難い連通孔として機能する。
図7では、大間隙範囲P11を、一箇所設定したが、これに限らず、第1の実施形態と同様に、周方向に二箇所以上設定してもよい。また、大間隙範囲P11の幅も、第1の実施形態と同様に、間隔S10の間隙の幅P10に略等しくなっている。
なお、第1乃至第6の実施形態は、2つ以上の実施形態を組み合わせて実施しても良い。例えば、第3の実施形態と第5の実施形態とを組み合わせることで、大間隙範囲P1に形成される大間隙の間隔S1を、第3の実施形態と第5の実施形態の間隔S1より大きくすることができ、大間隙(連通孔)を潤滑剤で一層塞がれ難くすることができる。
1 電動ステアリング装置
2 ステアリングホイール
3 ステアリングシャフト
4 ピニオン軸
4a ピニオンギヤ
5 ラックバー
5a ラックギヤ
6 車輪
7 トルクセンサ
8 モータ
9 回転角センサ
10 制御装置
11 ウォームホイール
12 ウォームギヤ
13 伝達シャフト
14 モータシャフト
15 ジョイント
16 凸部
16a 外歯
16b 外歯歯底
16c 外歯歯先
17 凹部
17a 内歯
17b 内歯歯底
17c 内歯歯先
P1、P11 大間隙範囲

Claims (6)

  1. モータで発生したトルクを、モータシャフトから伝達シャフトへ伝達するモータシャフトのジョイントであって、
    前記モータシャフトと前記伝達シャフトの一方のシャフトの第1端部に設けられ、外周に外歯を有する凸部と、
    他方のシャフトの第2端部に設けられ、前記第1端部が挿入されると前記外歯と噛合う内歯を内周に有する凹部とを備え、
    前記内歯と前記外歯が噛合ったときに前記凹部と前記凸部の間に生じる間隙について、両シャフトの周方向に他の範囲より広くなる大間隙範囲が形成され、
    前記大間隙範囲は、前記両シャフトの軸心を対称軸とする点対称に配置されないことを特徴とするモータシャフトのジョイント。
  2. 前記大間隙範囲では、前記内歯と前記外歯の少なくとも一方の歯が無くなっていることを特徴とする請求項1に記載のモータシャフトのジョイント。
  3. 前記大間隙範囲では、前記他の領域より、前記内歯と前記外歯の少なくとも一方の歯の歯先が低くなっていることを特徴とする請求項1に記載のモータシャフトのジョイント。
  4. 前記大間隙範囲では、前記他の領域より、前記内歯と前記外歯の少なくとも一方の隣り合う歯の間の歯底が深くなっていることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載のモータシャフトのジョイント。
  5. 前記周方向の前記歯のピッチは、全周にわたって一定であることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のモータシャフトのジョイント。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のジョイントと、
    運転者のステアリングホイールの操舵によって回転するピニオン軸と、
    前記ピニオン軸に設けられ操舵トルクを検出するトルクセンサと、
    前記ピニオン軸と一体に回転するウォームホイールと、
    前記ウォームホイールに噛合うウォームギヤと、
    前記操舵トルクに応じた補助トルクを発生させる前記モータと、
    前記補助トルクを前記モータから前記ジョイントへ伝達する前記モータシャフトと、
    前記ウォームギヤと一体に回転し、前記補助トルクを前記ジョイントから前記ウォームギヤへ伝達する前記伝達シャフトと、を備え、
    前記補助トルクが、前記ウォームギヤから前記ウォームホイールへ伝達することで、前記運転者の操舵力を軽減することを特徴とする電動ステアリング装置。
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