JP5649341B2 - モータ及びモータ用ジョイント部材 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の駆動源等として使用されるモータに関し、特に、焼結金属製のジョイント部材により、モータの出力軸と被動軸との間を接続するモータに関する。

電動モータを駆動源として使用するシステムでは、モータの回転トルクを被動側に伝達する際、モータの出力軸と被動軸との間を接続するジョイント部材が使用される。ジョイント部材は、モータ出力軸（シャフト）に圧入固定され、シャフト側又はジョイント部材側に設けられたセレーションにより回り止め固定される。このセレーションをシャフト側に設ける場合は、セレーションを形成したシャフトに焼入れを行い、シャフトをジョイントの挿入孔に食い込ませるように取り付ける。

一方、ジョイントの挿入孔にセレーションを設けたものでは、ジョイント側に焼入れを行い、シャフトにセレーションの山を食い込ませるように設定する。図６は、挿入孔側にセレーションを設けたタイプのジョイントの構成を示す説明図である。図６に示すように、ジョイント部材５１では、シャフト５２にセレーション５３を積極的に食い込ませるため、セレーション５２を三角歯状に形成している。セレーション５３は、表面を削ぐ形でシャフト５２に食い込み、ジョイント部材５１とシャフト５２が固定される。

特開2002-369443号公報 特開2004-88901号公報

ところが、セレーションを食い込ませる形でシャフトと固定されるジョイント部材では、若干の芯ズレがある場合でも、セレーションの食い込みが不均一な状態で、シャフトをジョイントに取り付けることができる。このため、シャフトとジョイントが芯ズレした状態で接続され、両者間の同軸精度が低下し、シャフトの振れが生じ易いという問題があった。また、このようなシャフトの振れが生じると、被動軸を支持するベアリングに偏荷重が掛かり、ベアリングの負担が増大して騒音発生や寿命低下などの問題が生じるおそれがある。

さらに、従来のジョイント部材５１では、セレーション５２を三角歯状に形成しているため、セレーション先端部５４（図６（ｂ）参照）の肉厚が薄くなる。このため、ねじりトルクが加わると、先端部５４が欠損しセレーション５３が破損するおそれがある。特に、焼結金属製のジョイント部材の場合、三角歯セレーションの先端部は、焼結工程時に圧縮荷重が掛かりにくく、密度が低くなりがちなため、脆くなり易いという問題があった。

本発明の目的は、ねじりトルクに対する剪断強度に優れ、しかも、高い同軸精度を確保し得るモータ用ジョイント部材を使用したモータを提供することにある。

本発明のモータは、出力軸と被動軸との間を焼結金属製ジョイント部材によって接続するモータであって、前記ジョイント部材は、浸炭焼き入れが施されてなり、前記出力軸が圧入固定される駆動軸取付孔と、前記被動軸が挿入される被動軸取付孔とを有し、前記駆動軸取付孔は、前記出力軸が圧入される際、該出力軸の外周面に圧接される曲面状の内周面を有するインボリュート形状に形成されたセレーション部を備え、前記出力軸は、前記セレーション部との間で該出力軸の塑性変形に伴う圧接保持力により、前記駆動軸取付孔内で、前記出力軸と面接触状態で回り止め固定されることを特徴とする。

本発明にあっては、ジョイント部材の駆動軸取付孔にモータの出力軸を圧入すると、駆動軸取付孔に設けたセレーション部により、出力軸とセレーション部との間に圧接保持力が生じる。出力軸は、この圧接保持力によってジョイント部材に固定される。すなわち、出力軸は、セレーションが食い込む形ではなく、ジョイント部材との間の圧接保持力にてジョイント部材内に回り止め固定される。

また、本発明のモータ用ジョイント部材は、モータの出力軸と前記モータによって駆動される被動軸との間を接続し、前記出力軸が圧入固定される駆動軸取付孔と、前記被動軸が挿入される被動軸取付孔とを有するモータ用ジョイント部材であって、該モータ用ジョイント部材は浸炭焼き入れが施されてなり、前記駆動軸取付孔は、前記出力軸が圧入される際、該出力軸の外周面に圧接される曲面状の内周面を有するインボリュート形状に形成されたセレーション部を備え、前記出力軸は、前記セレーション部との間で該出力軸の塑性変形に伴う圧接保持力により、前記駆動軸取付孔内で、前記出力軸と面接触状態で回り止め固定されることを特徴とする。

本発明のモータによれば、出力軸と被動軸との間を焼結金属製ジョイント部材によって接続するモータにて、前記ジョイント部材の駆動軸取付孔に、出力軸が圧入される際、該出力軸の外周面に圧接されるセレーション部を設け、このセレーション部と出力軸との間に生じる圧接保持力により、出力軸を駆動軸取付孔内に回り止め固定するようにしたので、出力軸にセレーションを食い込ませる形ではなく、圧接力にてジョイント部材と出力軸を固定することが可能となる。

このようなセレーション部を設けることにより、芯ズレがある状態では出力軸をジョイント部材内に圧入しにくくなり、ジョイント部材と出力軸を高い同軸精度で結合することが可能となる。また、かかるセレーション部は、三角歯状セレーションに比して、内径寸法を高精度に仕上げることができるため、この点においても、出力軸とジョイントとの間の同軸精度向上が図られる。

さらに、前述のセレーション部は、三角歯状セレーションに比して、周方向の厚さを大きくできるため、セレーションの強度が向上すると共に、焼結密度を上げることも可能となる。従って、ねじりトルクによりセレーション部が破損してしまうのを防止することができ、ジョイント部材の信頼性向上が図られる。

一方、本発明のモータ用ジョイント部材によれば、モータの出力軸とモータによって駆動される被動軸との間を接続し、出力軸が挿入される駆動軸取付孔と、被動軸が挿入される被動軸取付孔とを有するモータ用ジョイント部にて、材駆動軸取付孔に、出力軸が圧入される際、該出力軸の外周面に圧接されるセレーション部を設け、このセレーション部と出力軸との間に生じる圧接保持力により、出力軸を駆動軸取付孔内に回り止め固定するようにしたので、出力軸にセレーションを食い込ませる形ではなく、圧接力にてジョイント部材と出力軸を固定することが可能となる。

本発明の一実施例であるモータの構成を示す断面図である。 本発明の一実施例であるジョイントの構成を示す断面図である。 ジョイントの右側面図である。 出力軸圧入時のインボリュートセレーションと出力軸の状態を示す説明図である。 台形歯形状のセレーションの構成を示す説明図である。 従来のジョイントの構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例であるモータを用いたモータユニットの構成を示す断面図である。図１のモータユニット１０は、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用され、運転者がハンドルを操作すると、その操舵角や車両走行速度等に従い、操舵補助力を供給する。モータユニット１０は、モータ１１と、減速機構部４１とから構成されており、モータ１１の出力軸１２は、本発明の一実施例であるジョイント（ジョイント部材）１を介して、減速機構部４１の入力軸（被動軸）１３と接続されている。

モータユニット１０では、モータ１１の回転は、ジョイント１を介して入力軸１３に伝わる。入力軸１３の回転は、減速機構部４１内にて適宜減速される。減速機構部４１のギヤハウジング４２内には、ベアリング４３ａ,４３ｂによって、入力軸１３が回転自在に支持されている。入力軸１３にはウォーム４４が形成されており、ウォームホイール４５と噛合している。ウォームホイール４５はホイール軸４６に固定されており、ホイール軸４６は、ウォームホイール４５と共に回転する。

モータ１１が回転すると、その回転は減速機構部４１によって減速され、ホイール軸４６から出力される。ホイール軸４６の回転は、図示しないユニバーサルジョイント等を介してステアリングコラムに伝達される。ステアリングコラムの回転動作は、ラックアンドピニオン型のステアリングギア部においてタイロッドの往復動作に変換され、操向車輪の転舵が行われる。これにより、操舵力がモータ１１の回転力により補助され、運転者は小さな力でハンドルを操作することが可能となる。

モータ１１は通常の電磁モータであり、円筒状のヨーク１５内面には複数の界磁永久磁石１６が固定されている。界磁永久磁石１６の内側には、アーマチュア１７が回転自在に配置されている。アーマチュア１７は、軸方向に延びる複数のスロット１８を有するコア１９と、スロット１８に巻回された巻線２０とを備えている。アーマチュア１７は出力軸１２に固定され、ベアリング２１ａ，２１ｂにて回転自在に支持されている。

アーマチュア１７の図１において左側には整流子２２が設けられている。整流子２２は、出力軸１２に固定され、その表面にはブラシ２３が当接している。ブラシ２３は、ブラシホルダ２４内に保持されている。ブラシホルダ２４は、ブラケット２５内に収容され、ねじ２６にてブラケット２５に固定されている。ブラケット２５は、ボルト２７によりヨーク１５と結合されている。

出力軸１２の左端部には、ジョイント１の一端側（図１において右端側）が取り付けられる。一方、ジョイント１の他端側（同左端側）には、入力軸１３が取り付けられ、これによって出力軸１２と入力軸１３とが連結される。ジョイント１は、鉄やステンレス等を用いた焼結金属製の軸継手であり、浸炭焼き入れ・焼き戻しが施されている。ジョイント１は、ベアリング２１ｂの端面との間に約０.３〜１mm程度の間隙をあけて取り付けられる。

図２は、ジョイント１の構成を示す断面図、図３は、ジョイント１の右側面図である。図２に示すように、ジョイント１は円筒状に形成されており、その一端側には、駆動軸取付孔（駆動軸取付部）２が設けられている。駆動軸取付孔２の内周面には、インボリュートセレーション（セレーション部）３１が形成されている。インボリュートセレーション３１は、インボリュート曲線にて歯形が形成されており、その内周面は曲面状となっている。駆動軸取付孔２には、出力軸１２が圧入固定される。ジョイント１の他端側には、被動軸取付孔（被動軸取付部）３が設けられている。被動軸取付孔３の内周面には、スプライン３２が形成されている。被動軸取付孔３には、入力軸１３が挿入固定される。

当該ジョイント１では、被動軸取付孔３は、駆動軸取付孔２よりも大径に形成されており、被動軸取付孔３の基準ピッチ円径は１０ｍｍ、駆動軸取付孔２の基準ピッチ円径は８.５ｍｍに形成されている。また、インボリュートセレーション３１は、モジュール０.２５，歯数３４、スプライン３２は、モジュール０.５，歯数２０に形成されている。なお、これらの数値はモータ等の仕様によって適宜変更可能なのは言うまでもない。

このようなモータ１１では、次のようにして出力軸１２と入力軸１３が連結される。ここではまず、図１のように、ジョイント１を出力軸１２に取り付ける。前述のように、駆動軸取付孔２には出力軸１２が圧入され、その際、インボリュートセレーション３１が出力軸１２に圧接される。図４は、出力軸圧入時のインボリュートセレーション３１と出力軸１２の状態を示す説明図である。図４に示すように、出力軸１２を駆動軸取付孔２に圧入すると、インボリュートセレーション３１の内周面３１ａが、出力軸１２の外周面１２ａに圧接する。この圧接により出力軸１２の外周面１２ａが塑性変形し、出力軸１２とインボリュートセレーション３１が密接し、両者間の摩擦力によって圧接保持力が生じる。そして、出力軸１２は、この圧接保持力の下、インボリュートセレーション３１に面接触状態で回り止め固定される。

ジョイント１では、駆動軸取付孔２の内周面を、三角歯状ではなく、曲面状のセレーションとしている。このため、ジョイント１は、従来のジョイントのようにセレーション部分をシャフトに食い込ませる構成ではなく、圧接保持力にてインボリュートセレーション３１と出力軸１２が固定される。つまり、出力軸１２は、セレーションによって削がれる形ではなく、出力軸１２の塑性変形に伴う圧接保持力によってジョイント１内に固定される。従って、従来のジョイントとは異なり、芯ズレがある状態では出力軸１２をジョイント１内に圧入しづらく、ジョイント１は出力軸１２に高い同軸精度にて取り付けられる。

また、従来の三角歯状セレーションでは、セレーション部分の内径、すなわち、三角歯先端部の内径寸法を高精度に成形することは難しく、圧入されるシャフトとの同軸性低下が避けがたかった。これに対し、本発明によるジョイント１では、セレーションがインボリュート形状のため、内径寸法を高精度に仕上げることができる。従って、この点においても、出力軸１２とジョイント１との間の同軸精度が向上する。また、寸法精度の向上に伴い、圧入荷重の調整も容易となる。

さらに、インボリュートセレーション３１と出力軸１２の圧接部分は、従来の三角歯と異なり、周方向の厚さ（図３における左右方向の厚さｔ）が大きくなるため、セレーション自体の強度も向上する。また、三角歯のように、焼結工程時の圧縮荷重が掛かりにくい部位がなく、焼結密度を上げることができ、この点においても、セレーション強度の向上が図られる。従って、ねじりトルクによりインボリュートセレーション３１が破損してしまうのを防止することができ、ジョイント１の信頼性向上が図られる。

なお、インボリュートセレーション３１の歯数（山の数）が少ない場合には、接触面が大きくなり圧接力も大きくなるが、圧入荷重も増大するため、圧入代を小さく設定し、圧接保持力を確保しつつ作業性悪化を回避する。逆に、インボリュートセレーション３１の歯数が多い場合には、接触面が小さくなり圧接力も小さくなるが、圧入荷重も小さくなるため、圧入代を大きく設定して固着力を確保する。このように、ジョイント１と出力軸１２の間の固着力は、専ら両者間の圧入代に依っており、歯数と圧入代、圧入荷重を適宜設定することにより、インボリュートセレーション３１の圧接による緊縛力を調整することができる。

ジョイント１を出力軸１２に取り付けた後、被動軸取付孔３に入力軸１３を挿入する。入力軸１３の先端部にはスプライン部１４が形成されており、このスプライン部１４を被動軸取付孔３のスプライン３２と係合させつつ、入力軸１３を被動軸取付孔３に挿入する。これにより、入力軸１３がジョイント１に回り止めされた状態で取り付けられ、出力軸１２と入力軸１３がジョイント１によって連結される。その際、ジョイント１は、前述のように同軸精度が高い状態で出力軸１２に取り付けられており、入力軸１３は出力軸１２と高同軸精度で接続される。従って、芯ズレに起因する入力軸１３の振れが抑えられ、ベアリング４３ａ,４３ｂに掛かる偏荷重も抑制される。このため、モータユニット１０の振動や異音、寿命低下などを抑制することができ、モータユニット１０の静粛性や耐久性の向上を図ることが可能となる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、駆動軸取付孔２の内周面にインボリュートセレーション３１を形成した例を示したが、インボリュートセレーション３１に代えて、図５のような、台形歯形状のセレーション３５を形成しても良い。このような台形歯形状のセレーション３５も内径寸法精度が確保し易く、歯自体の強度も高い。また、セレーション内周面をインボリュート形状ではなく、サイン曲線や楕円曲線等の他の曲面形状とすることも可能である。

一方、前述の実施例では、本発明によるジョイント１をブラシ付きモータに使用した例を示したが、本発明のモータの形式には特に限定はなく、ブラシレスモータなどにも適用可能である。また、モータの用途にも特に限定はなく、ワイパ装置等の他の車載モータや、家電製品等に使用される一般のモータにも本発明は使用可能である。なお、モータ以外の回転電機、例えば、発電機などにも本発明のジョイントは使用可能である。

１ ジョイント(ジョイント部材)
２ 駆動軸取付孔
３ 被動軸取付孔
１０ モータユニット
１１ モータ
１２ 出力軸
１２ａ 外周面
１３ 入力軸（被動軸）
１４ スプライン部
１５ ヨーク
１６ 界磁永久磁石
１７ アーマチュア
１８ スロット
１９ コア
２０ 巻線
２１ａ,２１ｂ ベアリング
２２ 整流子
２３ ブラシ
２４ ブラシホルダ
２５ ブラケット
２６ ねじ
２７ ボルト
３１ インボリュートセレーション（セレーション部）
３１ａ 内周面
３２ スプライン
３５ セレーション
４１ 減速機構部
４２ ギヤハウジング
４３ａ,４３ｂ ベアリング
４４ ウォーム
４５ ウォームホイール
４６ ホイール軸
５１ ジョイント部材
５２ シャフト
５３ セレーション
５４ セレーション先端部

Claims (2)

1. 出力軸と被動軸との間を焼結金属製ジョイント部材によって接続するモータであって、
   前記ジョイント部材は、浸炭焼き入れが施されてなり、前記出力軸が圧入固定される駆動軸取付孔と、前記被動軸が挿入される被動軸取付孔とを有し、
   前記駆動軸取付孔は、前記出力軸が圧入される際、該出力軸の外周面に圧接される曲面状の内周面を有するインボリュート形状に形成されたセレーション部を備え、
   前記出力軸は、前記セレーション部との間で該出力軸の塑性変形に伴う圧接保持力により、前記駆動軸取付孔内で、前記出力軸と面接触状態で回り止め固定されることを特徴とするモータ。
2. モータの出力軸と前記モータによって駆動される被動軸との間を接続し、前記出力軸が圧入固定される駆動軸取付孔と、前記被動軸が挿入される被動軸取付孔とを有するモータ用ジョイント部材であって、
   該モータ用ジョイント部材は浸炭焼き入れが施されてなり、
   前記駆動軸取付孔は、前記出力軸が圧入される際、該出力軸の外周面に圧接される曲面状の内周面を有するインボリュート形状に形成されたセレーション部を備え、
   前記出力軸は、前記セレーション部との間で該出力軸の塑性変形に伴う圧接保持力により、前記駆動軸取付孔内で、前記出力軸と面接触状態で回り止め固定されることを特徴とするモータ用ジョイント部材。
   

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