JP2021131138A

JP2021131138A - 軸継手

Info

Publication number: JP2021131138A
Application number: JP2020027538A
Authority: JP
Inventors: 尚史川村; Hisashi Kawamura; 英幸本門; Hideyuki Motokado
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2021-09-09
Also published as: EP3869056A1; US20210262529A1; CN113276937A; US11624408B2

Abstract

【課題】ウォーム減速機のウォームシャフトと電動モータの出力軸体との間で偏角が発生しても電動モータからの異音の発生を抑制する。【解決手段】ウォームシャフト２１０と出力軸体３１０とを連結する軸継手１００であって、接続軸１９９の周りに所定の間隔で設けられ第二突起部１２２に向かって突出する複数の第一突起部１１２と、第一突起部１１２の間に突出する複数の第二突起部１２２と、第一突起部１１２と第二突起部１２２との間に配置される複数の放射状部１３１を有する緩衝部材１３０とを備え、第一突起部１１２と放射状部１３１との対向面のそれぞれは、接続軸１９９を中心とする同心円と一対の対向面との二つの交点の接続軸１９９を中心とする角度を隙間角θとした場合、最小隙間角θ１が、放射状部１３１の中央１９７よりも外径側に存在する。【選択図】図４

Description

本発明は、トルクが入力される第一軸体とトルクを出力する第二軸体とを連結する軸継手に関する。

従来、電動モータの出力軸体と減速機の入力軸体とは軸継手を介して軸方向に接続され、軸周りのトルクが伝達される。特許文献１に記載される軸継手は、電動モータの出力軸体とウォーム減速機のウォームシャフトとを接続するものであり、出力軸体とウォームシャフトとの間に緩衝部材を設けることで、軸ずれを吸収している。

特開２０１５−２１５０５２号公報

ウォーム減速機の中には、バックラッシを抑制するためにウォームシャフトを傾けてウォームホイールに押しつける機構を採用しているものがある。このようなウォーム減速機では、入力軸体であるウォームシャフトとトルクを出力する第二軸体の軸線が一致しない偏角状態でトルクが伝達される状況が発生する。

偏角状態でトルクが伝達される場合であっても軸継手に設けられた緩衝部材が偏角を吸収するはずであるが、出力側の電動モータから異音が発生することを発明者が見出すに至った。そして発明者が鋭意実験と研究を重ねた結果、偏角状態でトルクを伝達している場合、緩衝部材に作用するラジアル方向の荷重の均一性が失われ、ラジアル方向の荷重が相殺されずに一部に残り異音の発生原因であることを見出すに至った。

本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、接続される電動モータからの異音の発生を抑制することができる軸継手の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つである軸継手は、トルクが入力される第一軸体とトルクを出力する第二軸体とを連結する軸継手であって、前記第一軸体の前記第二軸体側端部に固定され、前記第一軸体の周方向に所定の間隔で設けられ前記第二軸体に向かって突出する複数の第一突起部を有する第一継手部材と、前記第二軸体の前記第一軸体側端部に固定され、前記第一突起部の間に突出するように前記第二軸体の周方向に所定の間隔で設けられる複数の第二突起部を有する第二継手部材と、放射状に延在し前記第一突起部と前記第二突起部との間に配置される複数の放射状部を有する緩衝部材とを備え、前記第一継手部材と前記第二継手部材とが同軸上に配置され、かつ無負荷状態において、前記第一突起部と前記放射状部とのそれぞれの対向面である第一対向面対、および前記第二突起部と前記放射状部とのそれぞれの対向面である第二対向面対の少なくとも一方は、前記第一継手部材、および前記第二継手部材が配置される軸を中心とする仮想的な同心円と一対の前記対向面との二つの交点の前記軸を中心とする角度を隙間角とした場合、最小の前記隙間角が、放射方向において前記放射状部の中央よりも外径側に存在する。

本発明によれば、電動モータから発生する異音を抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る軸継手、軸継手に連結された減速機、および電動モータを示す図である。図２は、軸継手を示す斜視図である。図３は、軸継手を分解して示す斜視図である。図４は、放射状部と第一突起部との関係を、間隔を強調して示す平面図である。図５は、緩衝部材、および維持部材を放射方向中心に向かって示す平面図である。図６は、緩衝部材の別例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施の形態に係る軸継手１００、軸継手１００に連結された減速機２００、および電動モータ３００を示す図である。同図に示すように、減速機２００は、トルクが入力される第一軸体として機能するウォームシャフト２１０と、ウォームホイール２２０と、ハウジング２３０と、第一軸受２４１と、第二軸受２４２と、付勢部材２５０と、を備えている。

ハウジング２３０は、ウォームシャフト２１０、およびウォームホイール２２０を収容する構造部材である。

ウォームシャフト２１０は、第一軸受２４１、および第二軸受２４２によってハウジング２３０に回転可能に保持されている。また、ウォームシャフト２１０は、第二軸受２４２を中心として傾動可能に保持されており、付勢部材２５０の付勢力により、第一軸受２４１を介してウォームホイール２２０側に押しつけられている。

ウォームホイール２２０は、ハウジング２３０に回転可能に保持され、ウォームシャフト２１０の回転を減速して出力する。例えば、ウォームホイール２２０は、ステアリング装置が備えるステアリングシャフトに連結され、ウォームシャフト２１０に入力された電動モータ３００のトルクを増幅してステアリングシャフトにアシストトルクを付与する。

第一軸受２４１は、ハウジング２３０の内側においてウォームシャフト２１０の入力とは逆側の端部を保持する。第一軸受２４１は、ハウジング２３０に対しウォームホイール２２０に向かう方向（図中Ｚー方向）に往復動可能に保持されており、ウォームシャフト２１０の他端部を保持する第二軸受２４２に対しウォームシャフト２１０を傾動させることができるものとなっている。

電動モータ３００は、電力の投入により回転トルクを出力する第二軸体として機能する出力軸体３１０を備えたアクチュエータであれば、特に限定されるものではない。例えば、三相式のブラシレスモータを例示することができる。

図２は、軸継手１００を示す斜視図である。図３は、軸継手１００を分解して示す斜視図である。これらの図に示すように、軸継手１００は、トルクが入力される第一軸体として機能するウォームシャフト２１０とトルクを出力する第二軸体として機能する出力軸体３１０とを連結する継手であって、第一継手部材１１０と、第二継手部材１２０と、緩衝部材１３０と、を備えている。

第一継手部材１１０は、ウォームシャフト２１０の出力軸体３１０側の端部に固定される円板状の第一フランジ部１１１と、周方向に所定の間隔で設けられ、第二継手部材１２０に向かって突出する複数の第一突起部１１２を有する部材である。

本実施の形態の場合、第一フランジ部１１１と第一突起部１１２とは一体に形成された金属製であり、圧入によりウォームシャフト２１０の端部が挿入状態で固定される。第一突起部１１２は、接続軸１９９に沿った柱状であり、第一突起部１１２の接続軸１９９に垂直な平面における断面形状は、接続軸１９９方向において同じになっている。第一突起部１１２の数は、複数であれば限定されるものではないが、本実施の形態の場合、第一継手部材１１０は、周方向均等に４個の第一突起部１１２を備えている。

第二継手部材１２０は、出力軸体３１０のウォームシャフト２１０側の端部に固定される円板状の第二フランジ部１２１と、第一突起部１１２の間に突出するように第二フランジ部１２１の周方向に所定の間隔で設けられる複数の第二突起部１２２を有する部材である。

本実施の形態の場合、第二フランジ部１２１と第二突起部１２２とは一体に形成された金属製であり、圧入により出力軸体３１０の端部が挿入状態で固定される。第二突起部１２２は、接続軸１９９に沿った柱状であり、第二突起部１２２の接続軸１９９に垂直な平面における断面形状は、接続軸１９９方向において同じになっている。第二突起部１２２の数は、複数であれば限定されるものではないが、本実施の形態の場合、第二継手部材１２０は、周方向均等に４個の第二突起部１２２を備えている。第二突起部１２２の形状は、第一突起部１１２の形状と同一であり、第一継手部材１１０の全体形状と第二継手部材１２０の全体形状は同一である。

緩衝部材１３０は、軸継手１００がトルクを伝達する際の衝撃を緩和する部材であり、放射状部１３１と、ハブ部１３３とを備えている。緩衝部材１３０を構成する材質は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、軸継手１００がトルクを伝達する際に大きく潰れることはない硬度を備え、かつ伝達するトルクが加わる瞬間やトルクの向きが変わる時の衝撃を吸収することができる樹脂が採用されている。

放射状部１３１は、接続軸１９９を中心とした放射状に延在し、第一突起部１１２と第二突起部１２２との間に配置される部分である。本実施の形態の場合、第一突起部１１２と第二突起部１２２とはそれぞれ４個ずつ噛み合わさった状態で配置されるため、放射状部１３１は、周方向均等に８箇所に配置されるようハブ部１３３に一体に接続されている。

図４は、放射状部１３１と第一突起部１１２との関係を、間隔を強調して示す平面図である。同図に示すように、第一継手部材１１０と第二継手部材１２０とが同じ接続軸１９９上に配置され、かつ無負荷状態において、第一突起部１１２と放射状部１３１とのそれぞれの対向面である第一対向面対１４１は、接続軸１９９を中心とする仮想的な同心円１９８と一対の第一対向面対１４１との二つの交点１４２の接続軸１９９を中心とする角度を隙間角θとした場合、最小の隙間角θである最小隙間角θ１が、放射状部１３１の中央１９７よりも外径側に存在する。なお、θ１≦θｒ（θｒは、仮想的な同心円１９８の半径ｒに依存する隙間角θの関数、放射状部１３１の最内径＜ｒ＜放射状部１３１の最外径）の関係となる。

これにより、軸継手１００がトルクを伝達する際に、放射状部１３１に加えられる大きな荷重を放射状部１３１の中央１９７よりも外径側に配置することができ、ウォームシャフト２１０と出力軸体３１０とに偏角が発生しラジアル方向の荷重の均一性が失われた場合に相殺されずに残存する荷重を抑制することができる。これにより、電動モータ３００に与える歪を抑制して電動モータ３００から発生する異音を抑制することができる。

本実施の形態の場合、最小隙間角θ１となる交点１４２の位置は、放射状部１３１の最外径部（面取り部分を除く）となっている。つまり、軸継手１００がトルクを伝達する際に、最初に大きな荷重が発生する部分は、放射状部１３１の最外径部となる。放射状部１３１の対向面は、接続軸１９９を中心として放射方向に延在する仮想的な軸を放射軸とした場合、放射軸と接続軸１９９とを含む平面に平行、かつ前記平面から所定長さ離れた位置に配置された平面内に配置される。一方、第一突起部１１２の対向面は、接続軸１９９と放射軸とを含む平面と平行ではなく、外径から内径に向かうに従い前記平面から遠ざかるように傾いている。第一対向面対１４１がこのような関係になることにより、最小隙間角θ１となる交点１４２の位置が最外径部に配置される。

なお、図４は、第一突起部１１２の逆時計回り側の放射状部１３１と第一突起部１１２との関係を示しているが、第一突起部１１２の時計回り側の放射状部１３１と第一突起部１１２との関係も同様であってよい。また、第二突起部１２２と放射状部１３１とのそれぞれの対向面である第二対向面対も同様であってよい。

本実施の形態の場合、軸継手１００は、無負荷状態において、第一突起部１１２と放射状部１３１との間隔、および第二突起部１２２と放射状部１３１との間隔の少なくとも一方を所定の間隔に維持する維持部材１３２を備えている。維持部材１３２は、緩衝部材１３０の少なくとも放射状部１３１よりも軟質の材質で形成されている。維持部材１３２は、例えばゴム、多孔質の樹脂などで形成される。軸継手１００がトルクを伝達する際は、維持部材１３２がトルクにほとんど抗することなく潰れ、緩衝部材１３０がトルクを伝達する。トルクを伝達しない無負荷状態の際は、維持部材１３２は自身の復元性により形状が復元し第一突起部１１２と放射状部１３１との間隔、および第二突起部１２２と放射状部１３１との間隔の少なくとも一方を所定の間隔に調整する。

維持部材１３２の配置は特に限定されるものではなく、例えば、第一対向面対１４１のいずれか一方の表面に取り付けられるものでもかまわない。本実施の形態の場合、維持部材１３２は、接続軸１９９方向に２層に分かれた緩衝部材１３０の間に配置されている。維持部材１３２の接続軸１９９に垂直な面における形状は、緩衝部材１３０とほぼ同形状であるが、図５に示すように、放射状部１３１に対応する維持部材１３２の幅（接続軸１９９を中心とした周方向の長さ）は、放射状部１３１よりも長くなっており、維持部材１３２は、放射状部１３１から周方向の両側に突出するように緩衝部材１３０に取り付けられている。なお本実施の形態の場合、全ての放射状部１３１と、これに対応する維持部材１３２は同じ配置関係になっている。

上記実施の形態に示した減速機２００のウォームシャフト２１０と電動モータ３００の出力軸体３１０とを接続する軸継手１００によれば、電動モータ３００からトルクが入力された際、第一突起部、および第二突起部の少なくとも一方は、緩衝部材１３０の放射状部１３１を押圧する。第一突起部、および第二突起部の少なくとも一方は、放射状部１３１の中央よりも径方向外側に大きな荷重を加えるため、放射状部１３１の全体に加えられる荷重の偏りが小さくなる。よって、電動モータ３００に伝えられる歪が抑制され、電動モータ３００から異音が生じるおそれが抑制される。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、図６に示すように、放射状部１３１は、放射状部１３１の中央１９７よりも外径側に第一突起部１１２、および第二突起部１２２の少なくとも一方に突出する部分を備えていてもかまわない。

また上記実施の形態では、放射状部１３１の幅（周方向の長さ）が径方向に一定、第一突起部１１２、および第二突起部１２２の少なくとも一方が径方向外側に向かうに従い幅が広くなる場合を説明したが、第一突起部１１２、および第二突起部の少なくとも一方の幅（周方向の長さ）が径方向に一定、放射状部１３１が径方向外側に向かうに従い幅が広くなってもかまわない。また、第一突起部１１２、および第二突起部１２２の少なくとも一方が径方向外側に向かうに従い幅が広くなり、かつ放射状部１３１が径方向外側に向かうに従い幅が広くなってもかまわない。

本発明は、アンチ・バックラッシ・システムを備えたウォーム減速機と電動モータとの接続や、その他トルクを伝え偏角が発生する二つの軸体の接続に利用可能である。

１００…軸継手、１１０…第一継手部材、１１１…第一フランジ部、１１２…第一突起部、１２０…第二継手部材、１２１…第二フランジ部、１２２…第二突起部、１３０…緩衝部材、１３１…放射状部、１３２…維持部材、１３３…ハブ部、１４１…第一対向面対、１４２…交点、１９７…中央、１９８…同心円、１９９…接続軸、２００…減速機、２１０…ウォームシャフト、２２０…ウォームホイール、２３０…ハウジング、２４１…第一軸受、２４２…第二軸受、２５０…付勢部材、３００…電動モータ、３１０…出力軸体

Claims

トルクが入力される第一軸体とトルクを出力する第二軸体とを連結する軸継手であって、
前記第一軸体の前記第二軸体側の端部に固定され、前記第一軸体の周方向に所定の間隔で設けられ前記第二軸体に向かって突出する複数の第一突起部を有する第一継手部材と、
前記第二軸体の前記第一軸体側の端部に固定され、前記第一突起部の間に突出するように前記第二軸体の周方向に所定の間隔で設けられる複数の第二突起部を有する第二継手部材と、
放射状に延在し前記第一突起部と前記第二突起部との間に配置される複数の放射状部を有する緩衝部材とを備え、
前記第一継手部材と前記第二継手部材とが同軸上に配置され、かつ無負荷状態において、前記第一突起部と前記放射状部とのそれぞれの対向面である第一対向面対、および前記第二突起部と前記放射状部とのそれぞれの対向面である第二対向面対の少なくとも一方は、前記第一継手部材、および前記第二継手部材が配置される軸を中心とする仮想的な同心円と一対の前記対向面との二つの交点の前記軸を中心とする角度を隙間角とした場合、最小の前記隙間角が、放射方向において前記放射状部の中央よりも外径側に存在する
軸継手。
無負荷状態において、前記第一突起部と前記放射状部との間隔、および前記第二突起部と前記放射状部との間隔の少なくとも一方を所定の間隔に維持する前記緩衝部材よりも軟質の維持部材を備える
請求項１に記載の軸継手。
前記放射状部は、前記軸の方向に複数の層に分かれ、前記維持部材は前記放射状部の層の間に配置される
請求項２に記載の軸継手。