JP2013173440A - 電動パワーステアリング装置、及びそれに用いられる軸連結器 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォーム減速機のバックラッシュを安定して低減すること。
【解決手段】電動パワーステアリング装置１０１におけるウォームシャフト２と電動モータ７の出力シャフト７ａとを連結する軸連結器１００であって、出力シャフト７ａに接続されるモータ側ジョイント８と、ウォームシャフト２に接続されるウォーム側ジョイント６と、モータ側ジョイント８とウォーム側ジョイント８との間に設けられ電動モータ７の回転トルクをウォームシャフト２に伝達するためのカップリング２０と、を備え、モータ側ジョイント８及びウォーム側ジョイント６は、軸方向に延びる複数の突出部３２，４２を有し、互いの突出部３２，４２が周方向に交互に並ぶように配置され、カップリング２０は、モータ側ジョイント８又はウォーム側ジョイント６の突出部３２，４２に嵌る複数のキャップ２１からなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置におけるウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとを連結する軸連結器に関するものである。

一般的に、電動パワーステアリング装置では、ウォーム減速機のバックラッシュを低減するために、ウォームシャフトをウォームホイール側に向けて付勢する構造となっている。そのため、ウォームシャフトは電動モータ側に設けられた軸受を中心に傾動するため、ウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとの連結部に軸ずれが発生する。この軸ずれを許容して電動モータの回転トルクをウォームシャフトに伝達するための継手が必要となる。

この種の継手を有する軸連結器として、特許文献１には、回転軸に連結された連結基体と、ステアリング軸に連結された連結基体と、両連結基体を介して回転軸とステアリング軸との間に配置され回転軸の回転をステアリング軸に伝達する一対の回転伝達部材と、を備え、回転伝達部材は、円環状の基部と、基部に一体的に径方向に突出して設けられた一対の突部と、を備えるものが開示されている。

ＷＯ２００５／１１６４７３

しかしながら、特許文献１に記載の軸連結器では、継手としての回転伝達部材が基部と突部が一体化した一部品からなる形状である。そのため、ウォームシャフトが電動モータの出力シャフトに対して傾動し回転伝達部材がウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとの軸ずれを許容する際に、ウォームシャフトの傾動トルクが大きくなり、ウォームシャフトがスムーズに傾動しない。その場合には、ウォーム減速機のバックラッシュ低減が不安定となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ウォーム減速機のバックラッシュを安定して低減することを目的とする。

本発明は、電動パワーステアリング装置におけるウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとを連結する軸連結器であって、前記電動モータの出力シャフトに接続されるモータ側ジョイントと、前記ウォームシャフトに接続されるウォーム側ジョイントと、前記モータ側ジョイントと前記ウォーム側ジョイントとの間に設けられ、前記電動モータの回転トルクを前記ウォームシャフトに伝達するためのカップリングと、を備え、前記モータ側ジョイント及び前記ウォーム側ジョイントは、軸方向に延びる複数の突出部を有し、互いの前記突出部が周方向に交互に並ぶように配置され、前記カップリングは、前記モータ側ジョイント又は前記ウォーム側ジョイントの前記突出部に嵌る複数のキャップからなることを特徴とする。

本発明によれば、電動モータの回転トルクをウォームシャフトに伝達するためのカップリングがモータ側ジョイント又はウォーム側ジョイントの突出部に嵌る複数のキャップからなる分割構造であるため、カップリングはウォームシャフトが傾動する際、個々のキャップが独立に動いてウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとの軸ずれを許容する。そのため、ウォームシャフトの傾動トルクの増加が抑制され、ウォームシャフトがスムーズに傾動するため、ウォーム減速機のバックラッシュが安定して低減される。

本発明の実施形態に係る軸連結器が用いられる電動パワーステアリング装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る軸連結器の分解図である。 本発明の実施形態に係る軸連結器の斜視図である。 本発明の実施形態に係る軸連結器の平面図である。 本発明の実施形態に係る軸連結器のキャップの変形例を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

本発明の実施形態に係る軸連結器１００は、電動パワーステアリング装置１０１におけるウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとを連結するものである。

まず、図１を参照して、電動パワーステアリング装置１０１について説明する。

電動パワーステアリング装置１０１は、車両に搭載され、ドライバーが操舵ハンドルに加える操舵力を補助する装置である。

電動パワーステアリング装置１０１は、操舵ハンドルに連係する操舵軸に設けられるウォームホイール１と、ウォームホイール１に噛み合うウォームシャフト２と、ウォームシャフト２と軸連結器１００を介して連結された電動モータ７と、を備える。電動モータ７の駆動に伴ってウォームシャフト２が回転し、ウォームシャフト２の回転が減速してウォームホイール１に伝達される。ウォームホイール１とウォームシャフト２にてウォーム減速機が構成される。

軸連結器１００は、ウォームシャフト２と電動モータ７の出力シャフト７ａとを連結するものである。軸連結器１００については、後に詳細に説明する。

電動モータ７から出力されるトルクは、ウォームシャフト２からウォームホイール１に伝達されて操舵軸にアシストトルクとして付与される。電動モータ７が出力するトルクは、操舵軸を構成する入力軸と出力軸との相対回転によって捩れるトーションバーの捩れ量に基づいて演算される操舵トルクに対応する。

ウォームシャフト２は金属製のギヤケース３に収容される。ウォームシャフト２の一部には、ウォームホイール１の歯部１ａと噛み合う歯部２ａが形成される。ギヤケース３の内周面には歯部２ａに対応する位置に開口部３ｃが形成され、その開口部３ｃを通じてウォームシャフト２の歯部２ａとウォームホイール１の歯部１ａとが噛み合う。

ウォームシャフト２の電動モータ７側である基端側は、第１軸受４によって回転自在に支持される。第１軸受４は、環状の内輪と外輪の間にボールが介在されたものである。第１軸受４の外輪は、ギヤケース３に形成された段部３ａとロックナット５との間で挟持される。第１軸受４の内輪は、ウォームシャフト２の段部２ｂとウォームシャフト２に接続されたウォーム側ジョイント６との間で挟持される。これにより、ウォームシャフト２の軸方向への移動が規制される。

ギヤケース３の底部には、断面がＬ字状の環状の弾性部材としてのＬ字リング１０を介して第２軸受１１が収装される。ウォームシャフト２の先端側は第２軸受１１によって回転自在に支持される。第２軸受１１は、環状の内輪と外輪の間にボールが介在されたものである。第２軸受１１の内輪にはウォームシャフト２の先端部付近に形成された段部２ｃが係止される。

第２軸受１１はＬ字リング１０の付勢力によってウォームシャフト２の段部２ｃに押し付けられるため、第２軸受１１の軸方向のガタつきが低減される。つまり、Ｌ字リング１０は、ギヤケース３の底部と第２軸受１１の底部との間にて圧縮され、第２軸受１１を軸方向に与圧している。

ギヤケース３の端部側の外周面には、端面１７ａが平面状のフランジ部１７が突出して形成される。フランジ部１７には、第２軸受１１の外周面に臨んで開口する貫通孔１３が形成される。フランジ部１７の端面１７ａに開口する貫通孔１３の開口部はプラグ１４によって閉塞される。

貫通孔１３には、プラグ１４の先端面と第２軸受１１の外周面との間で圧縮された付勢部材としてのコイルスプリング１２が収装される。コイルスプリング１２は、ウォームシャフト２の歯部２ａとウォームホイール１の歯部１ａとの隙間が小さくなる方向に第２軸受１１を付勢する。つまり、コイルスプリング１２は、第２軸受１１を介してウォームシャフト２をウォームホイール１に向けて付勢する。

ギヤケース３における第２軸受１１の外周面を囲う内周面３ｂは、第２軸受１１がコイルスプリング１２の付勢力によってウォームホイール１に向けて移動できるように、長穴形状に形成される。

ギヤケース３内へのウォームシャフト２の組み付けが完了した初期時点では、第２軸受１１は、コイルスプリング１２の付勢力によってウォームホイール１側に付勢され、バックラッシュがない状態となる。この状態では、ウォームシャフト２は、コイルスプリング１２の付勢力によって第１軸受４を支点として傾き、ウォームシャフト２と電動モータ７の出力シャフト７ａとの軸がずれた状態となる。このウォームシャフト２と電動モータ７の出力シャフト７ａとの軸ずれは、軸連結器１００にて許容される。

電動パワーステアリング装置１０１の駆動に伴ってウォームシャフト２とウォームホイール１の歯部１ａ，２ａの摩耗が進めば、コイルスプリング１２の付勢力によって第２軸受１１がギヤケース３の長穴内を移動し、ウォームシャフト２とウォームホイール１との歯部１ａ，２ａのバックラッシュが低減される。したがって、バックラッシュが安定して低減されるためには、軸連結器１００によってウォームシャフト２と電動モータ７の出力シャフト７ａとの軸ずれが許容され、ウォームシャフト２が電動モータ７の出力シャフト７ａに対してスムーズに傾動することが必要となる。

次に、主に図２〜４を参照して、軸連結器１００について説明する。図２は軸連結器１００の分解図であり、図３は軸連結器１００の斜視図であり、図４は軸連結器１００の平面図である。

軸連結器１００は、電動モータ７の出力シャフト７ａに接続されるモータ側ジョイント８と、ウォームシャフト２に接続されるウォーム側ジョイント６と、モータ側ジョイント８とウォーム側ジョイント６との間に設けられ電動モータ７の回転トルクをウォームシャフト２に伝達するためのカップリング２０と、を備える。

モータ側ジョイント８は、電動モータ７の出力シャフト７ａの先端側外周面に圧入される嵌合穴３１ａが形成された環状の基部３１と、基部３１の外周縁から突出して形成され軸方向に延びる複数の突出部３２と、を有する。モータ側ジョイント８は鉄鋼材料からなる。

モータ側ジョイント８は、出力シャフト７ａの先端側外周面に嵌合穴３１ａを圧入することによって出力シャフト７ａに接続され、出力シャフト７ａに対する抜け止めと回り止めが図られる。出力シャフト７ａへのモータ側ジョイント８の接続方法は、圧入に限られず、出力シャフト７ａに対するモータ側ジョイント８の抜け止めと回り止めが実現されれば、他の方法を用いてもよい。

突出部３２は、周方向に等間隔に並んで４つ形成される。４つの突出部３２は、基部３１の中心軸を中心として略円弧形状に形成される。突出部３２の外周面は、略径方向に延びる一対の平面部３２ａを有する。

ウォーム側ジョイント６は、ウォームシャフト２の基端側外周面に圧入される嵌合穴４１ａが形成された環状の基部４１と、基部４１の外周縁から突出して形成され軸方向に延びる複数の突出部４２と、を有する。ウォーム側ジョイント６は鉄鋼材料からなる。

ウォーム側ジョイント６は、ウォームシャフト２の基端側外周面に嵌合穴４１ａを圧入することによってウォームシャフト２に接続され、ウォームシャフト２に対する抜け止めと回り止めが図られる。ウォーム側ジョイント６は、基部４１の端面４１ｂがウォームシャフト２の段部２ｄ及び第１軸受４の内輪に当接するまでウォームシャフト２の基端側外周面に圧入される。ウォームシャフト２へのウォーム側ジョイント６の接続方法は、モータ側ジョイント８と同様に圧入に限られない。

突出部４２は、周方向に等間隔に並んで４つ形成される。４つの突出部４２は、基部４１の中心軸を中心として略円弧形状に形成される。突出部４２の外周面は、略径方向に延びる一対の平面部４２ａを有する。

モータ側ジョイント８とウォーム側ジョイント６は、同一形状であり、図３及び図４に示すように、互いの突出部３２，４２が周方向に交互に等間隔で並ぶように対向して配置される。図４では、ウォーム側ジョイント６の突出部４２を一点鎖線で示す。

カップリング２０は、モータ側ジョイント８の各突出部３２に嵌る複数の独立したキャップ２１からなる。このように、カップリング２０は、複数のキャップ２１からなる分割構造である。本実施形態では、カップリング２０は、モータ側ジョイント８の突出部３２の数と同数の４つのキャップ２１からなる。４つのキャップ２１は同一形状である。図４は、モータ側ジョイント８の各突出部３２にキャップ２１が嵌った状態の平面図であり、ウォーム側ジョイント６については突出部４２のみを一点鎖線で示している。

キャップ２１は、突出部３２の外周面に対応する内周面を有するリング形状であり、突出部３２の外周面に嵌る。キャップ２１は、モータ側ジョイント８及びウォーム側ジョイント６の隣り合う突出部３２，４２の平面部３２ａと平面部４２ａに挟まれ、電動モータ７の回転トルクをウォームシャフト２に伝達するための一対のトルク伝達部２２と、一対のトルク伝達部２２の中心側の端部を連結する内周部２３と、一対のトルク伝達部２２の外側の端部を連結する外周部２４と、からなる。

トルク伝達部２２は、隣り合う突出部３２，４２の隙間に嵌るように、略径方向に延びて形成される。つまり、各キャップ２１のトルク伝達部２２は、電動モータ７の出力シャフト７ａを中心として放射状に配置される（図４参照）。これにより、電動モータ７の回転トルクは、モータ側ジョイント８の突出部３２からキャップ２１のトルク伝達部２２を通じてウォーム側ジョイント６の突出部４２に伝達され、ウォームシャフト２に伝達されることになる。

キャップ２１をモータ側ジョイント８の各突出部３２に嵌める代わりに、ウォーム側ジョイント６の各突出部４２に嵌めるようにしてもよい。つまり、キャップ２１は、モータ側ジョイント８の突出部３２又はウォーム側ジョイント６の突出部４２に嵌められる。

キャップ２１は、相対的に剛性の小さい柔軟性のあるゴム等の弾性材５１を、相対的に剛性の大きい一対の樹脂材５２にて挟んだ３層構造にて構成される。キャップ２１を剛性の小さい材料と大きい材料にて構成することによって、キャップ２１は柔軟性と剛性を兼ね備えた特性を有することになる。したがって、キャップ２１は、電動モータ７の回転トルクをウォームシャフト２へ効率良く伝達する共に、ウォームシャフト２と電動モータ７の出力シャフト７ａとの軸ずれを許容するように機能する。

キャップ２１を、相対的に剛性の小さい柔軟性のある弾性材５１と相対的に剛性の大きい樹脂材５２との２層構造にて構成するようにしてもよい。

次に、軸連結器１００の組み立て手順について説明する。

まず、モータ側ジョイント８の嵌合穴３１ａを電動モータ７の出力シャフト７ａの先端側外周面に圧入することによって、モータ側ジョイント８を出力シャフト７ａに接続する。

次に、４つのキャップ２１をモータ側ジョイント８の各突出部３２に嵌める。

次に、ウォーム側ジョイント６の各突出部４２を隣り合うキャップ２１の間に挿入する。これにより、キャップ２１のトルク伝達部２２は、モータ側ジョイント８及びウォーム側ジョイント６の隣り合う突出部３２，４２に挟まれた状態となる（図３及び４に示す状態）。

最後に、ウォーム側ジョイント６の嵌合穴４１ａをウォームシャフト２の基端側外周面に圧入することによって、ウォーム側ジョイント６をウォームシャフト２に接続する。以上のようにして、ウォームシャフト２と電動モータ７の出力シャフト７ａとが軸連結器１００を介して連結される。

キャップ２１をウォーム側ジョイント６の各突出部４２に嵌める場合には、上記手順と逆の手順で行えばよい。キャップ２１をモータ側ジョイント８の突出部３２及びウォーム側ジョイント６の突出部４２のいずれに嵌めるかは、ウォームシャフト２と電動モータ７の組み上げる順番による。つまり、電動モータ７を先に組み上げる場合には、キャップ２１はモータ側ジョイント８の突出部３２に嵌められ、ウォームシャフト２を先に組み上げる場合には、キャップ２１はウォーム側ジョイント６の突出部４２に嵌められることになる。

次に、軸連結器１００の作用及び効果について説明する。

上述のように、ウォームシャフト２は、バックラッシュ低減のために、コイルスプリング１２によって付勢されており、第１軸受４を支点として傾動する構造となっている。ウォームシャフト２が傾動すると、ウォームシャフト２と電動モータ７の出力シャフト７ａとの軸がずれた状態となり、この軸ずれは軸連結器１００のカップリング２０にて許容される。

従来の一体型のカップリングでは、ウォームシャフト２の傾動に伴ってウォームシャフト２の傾動トルクが大きくなる傾向がある。このような傾動トルクが大きい状態では、コイルスプリング１２がウォームシャフト２を付勢し切れなくなるため、ウォームシャフト２がスムーズに傾動できず、ウォーム減速機のバックラッシュ低減が不安定となる。

これに対して、本実施形態のカップリング２０は、複数のキャップ２１からなる分割構造であるため、ウォームシャフト２が傾動する際、個々のキャップ２１が独立に動いてウォームシャフト２と出力シャフト７ａとの軸ずれを許容する。そのため、ウォームシャフト２の傾動トルクの増加が抑制され、ウォームシャフト２がスムーズに傾動するため、ウォーム減速機のバックラッシュが安定して低減されると共に、電動モータ７の回転トルクをより正確にウォームシャフト２に伝達することが可能となる。

また、カップリング２０は、複数のキャップ２１からなる分割構造であるため、電動モータ７の回転トルクがそれぞれのキャップ２１に均等に分散されてウォームシャフト２へ伝達される。したがって、電動モータ７の回転トルクがウォームシャフト２へ効率良く伝達されると共に、騒音が低減される。さらに、キャップ２１同士が影響し合わないため、寿命においても有利となる。

以上のように、カップリング２０は、ウォーム減速機のバックラッシュが安定して低減されるように作用すると共に、電動モータ７の回転トルクがウォームシャフト２へ効率良く伝達されるように作用する。

以下に、上記実施形態の変形例について説明する。
（１）上記実施形態では、キャップ２１が突出部３２の外周面に対応する内周面を有するリング形状である場合を例示した。これに代わり、キャップ２１を、図５に示すように、一対のトルク伝達部２２と、一対のトルク伝達部２２の中心側の端部を連結する内周部２３と、からなるように構成してもよい。つまり、キャップ２１の外周部２４を取り除き、キャップ２１の外側を開放するように構成してもよい。この場合には、モータ側ジョイント８の内周側へのキャップ２１の脱落を防止するために、ウォームシャフト２がウォーム側ジョイント６の嵌合穴４１ａを挿通してウォームシャフト２の先端側外周面がキャップ２１の内周部２３に対峙するように構成するか、又は電動モータ７の出力シャフト７ａがモータ側ジョイント８の嵌合穴３１ａを挿通して出力シャフト７ａの先端側外周面がキャップ２１の内周部２３に対峙するように構成する必要がある。この場合、内周部２３の内周面２３ａをウォームシャフト２の先端側外周面又は出力シャフト７ａの先端側外周面に対応する円弧状に形成するのが望ましい。また、ウォームシャフト２の先端側外周面又は出力シャフト７ａの先端側外周面をキャップ２１の内周部２３に対峙させる代わりに、ウォームシャフト２の先端側外周面又は出力シャフト７ａの先端側外周面に、キャップ２１の内周部２３に対峙する環状部材を結合するようにしても、キャップ２１の脱落を防止することができる。
（２）上記実施形態では、モータ側ジョイント８及びウォーム側ジョイント６がそれぞれ４つの突出部３２，４２を有する構成について例示したが、突出部３２，４２の数は４つに限定されるものではなく、複数であればよい。例えば、突出部３２，４２は３つであってもよい。
（３）上記実施形態では、キャップ２１は、相対的に剛性の小さい柔軟性のある弾性材５１を相対的に剛性の大きい一対の樹脂材５２にて挟んだ３層構造にて構成されると説明した。しかし、この構成に代わり、４つのキャップ２１を、相対的に剛性の小さい柔軟性のあるゴム等の弾性材料にて形成された２つのキャップと相対的に剛性の大きい樹脂材料にて形成された２つのキャップとからなるように構成してもよい。この場合には、弾性材料にて形成されたキャップと樹脂材料にて形成されたキャップとが周方向に交互に配置されるように、モータ側ジョイント８の突出部３２に嵌めるのが望ましい。キャップ２１をこのように構成することによって、キャップ２１の製造コストを低減することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の軸連結器は、ドライバーがハンドルに加える操舵力を補助する電動パワーステアリング装置に用いることができる。

１ ウォームホイール
２ ウォームシャフト
３ ギヤケース
４ 第１軸受
６ ウォーム側ジョイント
７ 電動モータ
７ａ 出力シャフト
８ モータ側ジョイント
１２ コイルスプリング
２０ カップリング
２１ キャップ
２２ トルク伝達部
３１，４１ 基部
３１ａ，４１ａ 嵌合穴
３２，４２ 突出部
５１ 弾性材
５２ 樹脂材
１００ 軸連結器
１０１ 電動パワーステアリング装置

Claims (6)

1. 電動パワーステアリング装置におけるウォームシャフトと電動モータの出力シャフトとを連結する軸連結器であって、
   前記電動モータの出力シャフトに接続されるモータ側ジョイントと、
   前記ウォームシャフトに接続されるウォーム側ジョイントと、
   前記モータ側ジョイントと前記ウォーム側ジョイントとの間に設けられ、前記電動モータの回転トルクを前記ウォームシャフトに伝達するためのカップリングと、を備え、
   前記モータ側ジョイント及び前記ウォーム側ジョイントは、軸方向に延びる複数の突出部を有し、互いの前記突出部が周方向に交互に並ぶように配置され、
   前記カップリングは、前記モータ側ジョイント又は前記ウォーム側ジョイントの前記突出部に嵌る複数のキャップからなることを特徴とする軸連結器。
2. 前記キャップは、前記モータ側ジョイント及び前記ウォーム側ジョイントの隣り合う前記突出部に挟まれて前記電動モータの回転トルクをウォームシャフトに伝達する一対のトルク伝達部を有することを特徴とする請求項１に記載の軸連結器。
3. 前記キャップは前記突出部の外周面に嵌るリング形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸連結器。
4. 前記キャップが、前記一対のトルク伝達部と、当該一対のトルク伝達部の中心側の端部を連結する内周部と、からなることを特徴とする請求項２に記載の軸連結器。
5. 前記複数のキャップは、相対的に剛性の小さい柔軟性のある弾性材料にて形成されたキャップと、相対的に剛性の大きい樹脂材料にて形成されたキャップと、からなり、
   弾性材料にて形成された前記キャップと樹脂材料にて形成された前記キャップとは、周方向に交互に配置されるように前記突出部に嵌ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の軸連結器。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の軸連結器によって前記ウォームシャフトと前記電動モータの出力シャフトとが連結されたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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