JP6158448B2 - Coupling - Google Patents

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Description

本発明は、カップリングに関し、特にたわみ継手に関するものである。   The present invention relates to a coupling, and more particularly to a flexible joint.

従来、互いに端部を突き合わされた駆動軸と従動軸とを連結する構造として、カップリングが知られている(特許文献1参照)。このカップリングでは、駆動軸および従動軸の各端部に駆動連結される高弾性体で構成された一対のジョイント部と、該ジョイント部に外嵌合する低弾性体で構成された円筒状のスリーブとが設けられており、該ジョイント部の外周には軸心に沿った方向に延びる複数の歯部が形成されている。それに対し、スリーブの内周面には中心線に平行な複数のスプライン溝が形成されており、これらのスプライン溝にジョイント部の歯部を歯合させることで、駆動軸の回転によるトルクをスリーブを介して従動軸に伝達する構造となっている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a coupling is known as a structure for connecting a drive shaft and a driven shaft whose end portions are abutted to each other (see Patent Document 1). In this coupling, a pair of joint parts composed of a high elastic body that is drive-coupled to each end of the drive shaft and the driven shaft, and a cylindrical shape composed of a low elastic body that fits outside the joint part. A sleeve is provided, and a plurality of teeth extending in the direction along the axis is formed on the outer periphery of the joint. On the other hand, a plurality of spline grooves parallel to the center line are formed on the inner peripheral surface of the sleeve, and by engaging the teeth of the joint portion with these spline grooves, the torque due to the rotation of the drive shaft is sleeved. It is the structure which transmits to a driven shaft via.

特許第3539925号公報Japanese Patent No. 3539925

このようなカップリングにおいては、スリーブの弾力性と、スリーブおよびジョイントの歯部の間に設けた遊びとによって、駆動および従動軸(2つの回転軸)間のミスアライメントを順応させ、両軸間の静かな伝動を実現することができる。この際、ジョイント部の歯部とスプライン溝との間の遊びが少ないほど、高剛性の伝動が可能となって駆動軸から従動軸へ効率よくトルクが伝達されることが知られており、例えば、自動車用の電動パワーステアリング装置におけるウォームと、該ウォームを駆動する電動モータからなる制御モータの出力軸との連結部などに当該技術が利用されている。   In such a coupling, the misalignment between the drive and driven shafts (two rotating shafts) is adapted by the elasticity of the sleeve and the play provided between the sleeve and the tooth portion of the joint, so The quiet transmission can be realized. At this time, it is known that the less play between the tooth portion of the joint portion and the spline groove, the higher rigidity transmission is possible and the torque is efficiently transmitted from the drive shaft to the driven shaft. The technique is used in a connecting portion between a worm in an electric power steering apparatus for an automobile and an output shaft of a control motor including an electric motor that drives the worm.

ところで、前述の自動車用の電動パワーステアリング装置においては、ウォームとウォームホイールとの間のバックラッシをなくすために、ウォームに軸心と垂直な方向へ与圧をかけてウォームホイールに押し付ける技術が知られている。このような場合には、ウォームと制御モータの出力軸とが偏心し、それに伴いカップリングのスリーブ内においてジョイントの歯部とスプライン溝の内壁とが接触することにより反力が生じ、回転によるトルク伝達を阻害してしまう。よって、このような場合には、偏心の初期段階には極めて低い剛性、つまり若干の「遊び」の効果が要求される。しかし、ジョイント部の歯部とスプライン溝との間の遊びを設けると、トルク伝達方向への高剛性を満足できなくなることになる。   By the way, in the electric power steering device for automobiles described above, a technique for applying pressure to the worm in a direction perpendicular to the shaft center and pressing the worm against the worm wheel is known in order to eliminate backlash between the worm and the worm wheel. ing. In such a case, the worm and the output shaft of the control motor are eccentric, and a reaction force is generated by the contact between the joint teeth and the inner wall of the spline groove in the coupling sleeve. It interferes with transmission. Therefore, in such a case, an extremely low rigidity, that is, a slight “play” effect is required in the initial stage of eccentricity. However, if play is provided between the tooth portion of the joint portion and the spline groove, high rigidity in the torque transmission direction cannot be satisfied.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カップリングの構造に改良を加えることにより、トルク伝達(回転)方向には高剛性を実現しつつ、駆動軸および従動軸が偏心する方向にはその初期において極めて低い剛性を実現するようにすることにある。   The present invention has been made in view of such points, and the object of the present invention is to improve the structure of the coupling, thereby realizing high rigidity in the torque transmission (rotation) direction, In the direction in which the driven shaft is eccentric, an extremely low rigidity is realized in the initial stage.

上記の目的を達成するために、本発明では、ジョイント部の歯部に先細部を設けることで、駆動軸と従動軸とが偏心した際に先細部がスプライン溝の内壁に接触しないようにして、偏心反力の発生を抑えつつ、トルク伝達方向には歯部の均一幅を有する部分がスプライン溝に直ぐに干渉して、高いトルク伝達を実現できるようにした。   In order to achieve the above object, in the present invention, by providing a tapered portion on the tooth portion of the joint portion, when the driving shaft and the driven shaft are eccentric, the tapered portion does not contact the inner wall of the spline groove. While suppressing the occurrence of the eccentric reaction force, a portion having a uniform width of the tooth portion in the torque transmission direction immediately interferes with the spline groove so that high torque transmission can be realized.

具体的には、第1の発明は、端部が互いに突き合わされた駆動軸と従動軸とを同心状態ないし偏心変位量が変動する偏心状態でトルク伝達のために連結するようにしたカップリングであって、前記駆動軸および従動軸の端部にそれぞれ設けられ、互いに突き合わされて配置される一対のジョイント部と、前記一対のジョイント部間に外嵌合され、両ジョイント部を連結する円筒状のスリーブとを備え、前記スリーブの内周面には、該スリーブの中心線に沿った方向に延びる一定の溝幅を有する複数のスプライン溝が周方向に間隔をあけて設けられている一方、前記一対のジョイント部の外周面には、前記スプライン溝に歯合する複数の歯部が形成されており、前記歯部には、軸心方向に沿って歯部の幅が一定となっている均一幅部と、相対するジョイント部に向かうにつれて歯部の幅が狭くなる先細部とが設けられていることを特徴とする。   Specifically, the first invention is a coupling in which a driving shaft and a driven shaft whose end portions are abutted with each other are connected for torque transmission in a concentric state or an eccentric state in which an eccentric displacement amount varies. A pair of joint portions provided at end portions of the drive shaft and the driven shaft and arranged to face each other; and a cylindrical shape that is externally fitted between the pair of joint portions and connects the joint portions. A plurality of spline grooves having a constant groove width extending in a direction along the center line of the sleeve are provided at intervals in the circumferential direction. A plurality of tooth portions meshing with the spline grooves are formed on the outer peripheral surfaces of the pair of joint portions, and the tooth portions have a constant width along the axial direction. Uniform width and relative width Wherein the width of the teeth portion and a narrower tapered portion is provided toward the joint portion.

上記構成とすることで、ジョイント部の歯部が先細部において相対するジョイント部に向かうにつれて先細形状になっているため、駆動軸と従動軸とが偏心したときでも、ジョイント部の歯部の先細部とスプライン溝の内壁の接触による反力が発生することがなく、トルク伝達を阻害しない。このことで、駆動軸と従動軸とが偏心する方向にはその初期において極めて低い剛性が実現する。   By adopting the above configuration, since the tooth portion of the joint portion is tapered toward the joint portion facing in the taper, the tip of the tooth portion of the joint portion even when the drive shaft and the driven shaft are eccentric. There is no reaction force caused by contact between the details and the inner wall of the spline groove, and torque transmission is not hindered. This realizes extremely low rigidity in the initial direction in the direction in which the drive shaft and the driven shaft are eccentric.

一方、駆動軸と従動軸との間でトルクの伝達をするときには、ジョイント部の歯部の均一幅部とスプライン溝とが直ぐに接触するので、高剛性で効率のよいトルク伝達を行うことができる。   On the other hand, when torque is transmitted between the drive shaft and the driven shaft, the uniform width portion of the tooth portion of the joint portion and the spline groove are in immediate contact with each other, so that high-rigidity and efficient torque transmission can be performed. .

第2の発明は、第1の発明において、前記先細部は軸心方向に対して傾斜を持つ傾斜面によって、前記歯部の幅が狭くなっていることを特徴とする。   The second invention is characterized in that, in the first invention, the tapered portion has a narrowed width due to an inclined surface inclined with respect to the axial direction.

第3の発明は、第2の発明において、前記ジョイント部と前記スリーブの接触長さをS、前記一対のジョイント部間の間隙をG、前記駆動軸と従動軸との遊びが必要な最大偏心変位量をD、前記先細部における歯部側面が駆動軸及び従動軸の軸心方向となす傾斜角をAとしたときに、tanA≧D/(S+G)となることを特徴とする。   According to a third aspect, in the second aspect, the contact length between the joint portion and the sleeve is S, the gap between the pair of joint portions is G, and the maximum eccentricity that requires play between the drive shaft and the driven shaft is required. TanA ≧ D / (S + G), where D is the amount of displacement and A is the inclination angle between the tooth side surface of the tapered portion and the axial direction of the drive shaft and driven shaft.

これらの発明の構成とすることで、駆動軸と従動軸との偏心変位量が最大となっても、ジョイント部の歯部の先細部がスリーブ内のスプライン溝の内壁と接触することがなく、トルク伝達を阻害する反力の発生を防ぐことができる。   By adopting the configuration of these inventions, even if the amount of eccentric displacement between the drive shaft and the driven shaft is maximized, the tip of the tooth portion of the joint portion does not come into contact with the inner wall of the spline groove in the sleeve, Generation of a reaction force that inhibits torque transmission can be prevented.

第4の発明は、第1〜第3の発明のいずれか1つにおいて、前記ジョイント部と前記スリーブの接触長さをS、前記先細部の軸心方向の長さをLとしたときに、0.8S<L<0.99Sとなることを特徴とする。   In a fourth aspect of the invention, in any one of the first to third aspects, when the contact length between the joint portion and the sleeve is S, and the axial length of the tapered portion is L, 0.8S <L <0.99S.

上記構成とすることで、製造時のバラツキを考慮しつつ、所定の偏心変位量に対して満足できる偏心反力の抑止を実現することができる。   By adopting the above configuration, it is possible to realize the suppression of the eccentric reaction force that is satisfactory with respect to a predetermined amount of eccentric displacement while taking into account variations during manufacturing.

第5の発明は、第1〜第4の発明のいずれか1つにおいて、従動軸は、自動車用の電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトにウォームホイールを介して駆動連結されたウォームであり、駆動軸は前記ウォームを駆動する制御モータの出力軸であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the driven shaft is a worm that is drivingly connected to a steering shaft of an electric power steering apparatus for an automobile via a worm wheel, and the driving shaft Is an output shaft of a control motor for driving the worm.

第6の発明は、第1〜第5の発明のいずれか1つにおいて、前記ジョイント部は高弾性体で構成され、前記スリーブは低弾性体で構成されていることを特徴とする。   A sixth invention is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions, the joint portion is made of a high elastic body, and the sleeve is made of a low elastic body.

これらの発明の構成とすることで、偏心の発生しうる電動パワーステアリング装置のウォームと該ウォームを駆動する制御モータの出力軸との間に、本発明のカップリングを適用することができる。   With the configurations of these inventions, the coupling of the present invention can be applied between the worm of the electric power steering apparatus in which eccentricity can occur and the output shaft of the control motor that drives the worm.

以上説明したように、本発明によれば、ジョイント部とスリーブとを組み合わせたカップリングによって駆動軸および従動軸間のトルク伝達を行う場合に、ジョイント外周の歯部に先細部を設けたことにより、駆動軸と従動軸とが偏心した際に、ジョイント部の歯部の先細部がスリーブのスプライン溝の内壁と接触してトルク伝達を阻害する偏心反力が発生するのを抑止しつつ、均一幅部とスプライン溝との接触により効率の良いトルク伝達を実現することができる。   As described above, according to the present invention, when torque is transmitted between the drive shaft and the driven shaft by a coupling in which the joint portion and the sleeve are combined, the tapered portion is provided on the tooth portion on the outer periphery of the joint. Even when the drive shaft and driven shaft are eccentric, the tip of the tooth portion of the joint portion contacts the inner wall of the spline groove of the sleeve and prevents the occurrence of an eccentric reaction force that inhibits torque transmission. Efficient torque transmission can be realized by contact between the width portion and the spline groove.

実施形態に係る自動車用の電動パワーステアリング装置の概要を示す斜視図である。It is a perspective view showing the outline of the electric power steering device for vehicles concerning an embodiment. 図1における制御モータおよび減速ギア部を一部破断して示す拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view showing a control motor and a reduction gear portion in FIG. 実施形態に係るカップリングのジョイント部の斜視図である。It is a perspective view of the joint part of the coupling concerning an embodiment. 実施形態に係るカップリングのジョイント部およびスリーブの連結構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the connection structure of the joint part and sleeve of a coupling which concern on embodiment. 実施形態に係る駆動軸と従動軸とが同心状態のときのジョイント部の歯部とスプライン溝との連結状態を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the connection state of the tooth part of a joint part, and a spline groove when the drive shaft and driven shaft which concern on embodiment are concentric. 実施形態に係る駆動軸と従動軸とが最大偏心状態のときの図5相当図である。FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5 when the drive shaft and the driven shaft according to the embodiment are in a maximum eccentric state. 実施例においてねじり角度と伝達トルクとの関係の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the relationship between a twist angle and a transmission torque in an Example. 実施例において偏心変位と偏心反力との関係の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the relationship between eccentric displacement and eccentric reaction force in an Example. 比較例1に係る測定結果を示す図7相当図である。FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 7 and showing measurement results according to Comparative Example 1. 比較例1に係る測定結果を示す図8相当図である。FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 8 and showing measurement results according to Comparative Example 1; 比較例2に係る測定結果を示す図7相当図である。FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 7 and showing measurement results according to Comparative Example 2. 比較例2に係る測定結果を示す図8相当図である。FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 8 and showing measurement results according to Comparative Example 2. 比較例1に係るカップリングの側面図である。6 is a side view of a coupling according to Comparative Example 1. FIG. 比較例2に係る図13相当図である。FIG. 14 is a diagram corresponding to FIG. 13 according to Comparative Example 2.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the following description of the embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.

図1は、実施形態に係る自動車用の電動パワーステアリング装置10の概要を示す。運転手が操舵するステアリングホイール1はその中心部でコラムシャフト2の後端部に回転一体に取り付けられている。コラムシャフト2の前端部は、減速ギア部3を介してインタミディエットシャフト6(中間シャフト)の上端部と連結されている。インタミディエットシャフト6の下端部はピニオン軸7に連結されている。このピニオン軸7にはピニオン(図示せず)が設けられ、このピニオンは車幅方向に延びるラックハウジング8内のラック(図示せず)に噛合されている。ラックはラックハウジング8内を摺動可能で、その両端部はタイロッド9を介して左右の前輪(図示せず)と連結されており、これにより運転手によるステアリングホイール1の操舵力が前輪に伝わって前輪が転舵される構成となっている。減速ギア部3にはトルクセンサ5が設けられており、トルクセンサ5によって運転手によるステアリングホイール1の操舵トルクを検出し、制御モータ4を制御する構成となっている。   FIG. 1 shows an outline of an electric power steering apparatus 10 for an automobile according to an embodiment. A steering wheel 1 that is steered by a driver is attached to a rear end portion of a column shaft 2 at the center thereof so as to rotate together. The front end portion of the column shaft 2 is connected to the upper end portion of the intermediate shaft 6 (intermediate shaft) via the reduction gear portion 3. The lower end portion of the intermediate shaft 6 is connected to the pinion shaft 7. The pinion shaft 7 is provided with a pinion (not shown), and this pinion is meshed with a rack (not shown) in the rack housing 8 extending in the vehicle width direction. The rack is slidable within the rack housing 8, and both ends thereof are connected to the left and right front wheels (not shown) via tie rods 9, whereby the steering force of the steering wheel 1 by the driver is transmitted to the front wheels. The front wheels are steered. The reduction gear unit 3 is provided with a torque sensor 5. The torque sensor 5 detects the steering torque of the steering wheel 1 by the driver and controls the control motor 4.

図2に拡大して示すように、減速ギア部3内部には、ウォームホイール33がコラムシャフト2に回転一体に取付固定されて配置され、このウォームホイール33はウォーム31と歯合されており、ウォーム31の回転に伴いウォームホイール33が回転するように構成されている。ウォーム31は、本発明の従動軸を構成しており、その一端側には、電動モータからなる制御モータ4の出力軸41がその端部をウォーム31の一端部に同心状態で突き合わせた状態で配置されている。この制御モータ4の出力軸41は駆動軸を構成しており、その出力軸41(駆動軸)とウォーム31(従動軸)とを連結するために本発明の実施形態に係るカップリング50が設けられている。そして、制御モータは図外のコントローラからの制御信号を受けて作動制御され、コントローラには前記トルクセンサ5の出力信号が入力されるようになっており、これにより、トルクセンサ5で検出したトルクに基づいて制御モータ4が作動し、その出力軸41の回転によるトルクがカップリング50を介してウォーム31に伝達されて、ウォーム31と歯合したウォームホイール33を回転させ、この回転がコラムシャフト2に伝わることにより、ステアリング操舵で発生したトルクに応じたステアリングホイール1の操舵補助(アシスト)を行い、電動パワーステアリング装置10としての機能を実現する。   As shown in an enlarged view in FIG. 2, a worm wheel 33 is rotatably and integrally attached to the column shaft 2 in the reduction gear portion 3. The worm wheel 33 is engaged with the worm 31. The worm wheel 33 is configured to rotate with the rotation of the worm 31. The worm 31 constitutes the driven shaft of the present invention, and at one end thereof, the output shaft 41 of the control motor 4 made of an electric motor is in a state in which the end thereof is confronted with one end of the worm 31 in a concentric state. Has been placed. The output shaft 41 of the control motor 4 constitutes a drive shaft, and a coupling 50 according to the embodiment of the present invention is provided to connect the output shaft 41 (drive shaft) and the worm 31 (driven shaft). It has been. The control motor is controlled in response to a control signal from a controller (not shown), and the output signal of the torque sensor 5 is input to the controller, whereby the torque detected by the torque sensor 5 is detected. The control motor 4 is actuated on the basis of the rotation of the output shaft 41, and the torque generated by the rotation of the output shaft 41 is transmitted to the worm 31 via the coupling 50 to rotate the worm wheel 33 engaged with the worm 31. 2, steering assist (assist) of the steering wheel 1 according to the torque generated by steering is performed, and the function as the electric power steering device 10 is realized.

図3および図4は前記カップリング50を拡大して示しており、このカップリング50は、一対のジョイント部51,51と、それら一対のジョイント部51,51間に外嵌合された円筒状のスリーブ56とを備えている。図3においては、ジョイント部51に外嵌合するスリーブ56は仮想線で示している。また、図4は、カップリング50のジョイント部51およびスリーブ56の連結構造を示しており、構造を判り易くするため、スリーブ56の半分および一方(紙面手前)のジョイント部51の半分を省略している。   3 and 4 show the coupling 50 in an enlarged manner. The coupling 50 has a pair of joint portions 51 and 51 and a cylindrical shape that is externally fitted between the pair of joint portions 51 and 51. The sleeve 56 is provided. In FIG. 3, the sleeve 56 that fits outside the joint portion 51 is indicated by an imaginary line. FIG. 4 shows the coupling structure of the joint portion 51 and the sleeve 56 of the coupling 50. In order to make the structure easy to understand, half of the sleeve 56 and half of the joint portion 51 on one side (front side of the paper) are omitted. ing.

前記一対のジョイント部51,51はいずれも径が均一な円筒状のもので、例えば鉄などの高弾性体(弾性率:206GPa)で構成されている。両ジョイント部51,51は互いに対向して突き合わされて配置され、一方のジョイント部51には、前記ウォーム31の一端部(制御モータ4側の端部)が、また他方のジョイント部51には、制御モータ4の出力軸41がそれぞれ回転一体に嵌入されるようになっている。このことで、一対のジョイント部51,51は、それぞれ駆動軸としての制御モータ4の出力軸41の端部と、従動軸としてのウォーム31の端部とに駆動連結されている。   The pair of joint portions 51, 51 are both cylindrical with a uniform diameter, and are composed of, for example, a highly elastic body (elastic modulus: 206 GPa) such as iron. Both joint portions 51, 51 are arranged to face each other, and one joint portion 51 has one end portion of the worm 31 (the end portion on the control motor 4 side) and the other joint portion 51 has the other joint portion 51. The output shaft 41 of the control motor 4 is inserted in a rotating manner. Thus, the pair of joint portions 51 and 51 are drivingly connected to the end portion of the output shaft 41 of the control motor 4 as the drive shaft and the end portion of the worm 31 as the driven shaft.

各ジョイント部51の外周面には、その相対するジョイント部51側に、ジョイント部51の軸心と平行に延びる複数(例えば10本乃至15本程度)の歯部52,52,…が周方向に等ピッチで間隔を空けて並んだ状態で突設されている。歯部52,52,…の高さは軸心に沿って一定となっている。   A plurality of (for example, about 10 to 15) tooth portions 52, 52,... Extending in parallel with the axis of the joint portion 51 are provided on the outer peripheral surface of each joint portion 51 in the circumferential direction. Are arranged in a state where they are lined up at regular intervals. The height of the tooth portions 52, 52,... Is constant along the axis.

一方、円筒状のスリーブ56は、両ジョイント部51,51に外嵌合されて両ジョイント部51,51を連結するものであり、ゴムや樹脂などの低弾性体(弾性率:100MPa以上1000MPa以下)からなっている。スリーブ56の内周面には、そのスリーブ56の長さ方向の両端間に亘ってスリーブ56の中心線に沿った方向に延びる複数のスプライン溝57,57,…が周方向に等ピッチで間隔を空けて設けられている。この各スプライン溝57は、その全長(スリーブ56の長さ方向の両端間)に亘って一定の溝幅および溝深さを有しており、このスリーブ56のスプライン溝57に前記ジョイント部51の歯部52が歯合するように構成されている。   On the other hand, the cylindrical sleeve 56 is externally fitted to the joint portions 51, 51 to connect the joint portions 51, 51, and is a low-elastic body such as rubber or resin (elastic modulus: 100 MPa to 1000 MPa). ). A plurality of spline grooves 57, 57,... Extending in the direction along the center line of the sleeve 56 across the longitudinal ends of the sleeve 56 are spaced at equal pitches in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the sleeve 56. Is provided. Each spline groove 57 has a constant groove width and groove depth over the entire length (between both ends in the length direction of the sleeve 56), and the spline groove 57 of the sleeve 56 has the joint portion 51. The tooth part 52 is configured to mesh.

そして、本発明の特徴として、前記各ジョイント部51の外周面の各歯部52は一定の幅を有している均一幅部53aと、相対するジョイント部51に向かうにつれて歯部52の幅が狭くなる先細部53bとが設けられている。この先細部53bは、図示の例では軸心方向に対して傾斜する傾斜面を有しており、歯部52の幅がテーパ状に細くなっている。   As a feature of the present invention, each tooth part 52 on the outer peripheral surface of each joint part 51 has a uniform width part 53a having a constant width, and the width of the tooth part 52 increases toward the joint part 51 facing each other. A narrowing point 53b is provided. In the illustrated example, the tapered portion 53b has an inclined surface that is inclined with respect to the axial direction, and the width of the tooth portion 52 is tapered.

ここで、図4に示すように、ジョイント部51とスリーブ56の接触長さをS、先細部53bの軸心方向の長さをL、一対のジョイント部51,51間の間隙をG、出力軸41(駆動軸)とウォーム31(従動軸)との遊びが必要な最大偏心変位量をD、先細部53bにおける歯部側面が出力軸41およびウォーム31の軸心方向となす傾斜角をAとしたとき、ジョイント部51とスリーブ56との幾何学的関係を考慮すると、tanA≧D/(S+G)の関係を満たす傾斜角Aをジョイント部51の歯部52の先細部53bにつけることが好ましく、さらには0.8S<L<0.99Sの関係を満たすことが好ましい。ここで、「遊びが必要な最大偏心変位量」とは、出力軸41(駆動軸)とウォーム31(従動軸)とが偏心した場合において、偏心反力を抑制する必要がある偏心変位量の最大値を意味する。   Here, as shown in FIG. 4, the contact length between the joint portion 51 and the sleeve 56 is S, the length of the tip 53b in the axial direction is L, the gap between the pair of joint portions 51 and 51 is G, and output. D is the maximum eccentric displacement that requires play between the shaft 41 (drive shaft) and the worm 31 (driven shaft), and A is the inclination angle that the side surface of the tooth portion of the tapered portion 53b is in the axial direction of the output shaft 41 and the worm 31. In consideration of the geometric relationship between the joint portion 51 and the sleeve 56, an inclination angle A satisfying the relationship of tanA ≧ D / (S + G) can be applied to the tapered portion 53b of the tooth portion 52 of the joint portion 51. More preferably, the relationship 0.8S <L <0.99S is preferably satisfied. Here, the “maximum eccentric displacement that requires play” is an eccentric displacement that needs to suppress the eccentric reaction force when the output shaft 41 (drive shaft) and the worm 31 (driven shaft) are eccentric. It means the maximum value.

以下において、電動パワーステアリング装置10の作動について説明する。運転手によるステアリングホイール1の操舵による回転トルクがトルクセンサ5で検出され、その大きさに応じてコントローラにより制御モータ4が作動制御され、この制御モータ4の出力軸41が回転する。ここで、出力軸41と減速ギア部3内部のウォーム31とがカップリング50を介して連結されているため、出力軸41の回転がウォーム31に伝達され、それによってウォーム31と、ウォーム31に歯合されたウォームホイール33とが回転されることになる。   Hereinafter, the operation of the electric power steering apparatus 10 will be described. Rotational torque due to steering of the steering wheel 1 by the driver is detected by the torque sensor 5, and the control motor 4 is operated and controlled by the controller according to the magnitude, and the output shaft 41 of the control motor 4 rotates. Here, since the output shaft 41 and the worm 31 in the reduction gear unit 3 are connected via the coupling 50, the rotation of the output shaft 41 is transmitted to the worm 31, thereby the worm 31 and the worm 31. The meshed worm wheel 33 is rotated.

このとき、ウォーム31とウォームホイール33との歯合面とのバックラッシをなくすために、ウォーム31はその軸心と垂直な方向(ウォームホイール33に押し付ける方向)に与圧が加えられる。この予圧は、ウォーム31の制御モータ4と反対側の端部に備えられた与圧部32によって制御されるが、この予圧により、ウォーム31の軸心は制御モータ4の出力軸41の軸心と偏心した状態となる。   At this time, in order to eliminate backlash between the worm 31 and the meshing surface of the worm wheel 33, the worm 31 is pressurized in the direction perpendicular to the axis (the direction of pressing against the worm wheel 33). This preload is controlled by a pressurizing unit 32 provided at the end of the worm 31 opposite to the control motor 4, and due to this preload, the axis of the worm 31 is the axis of the output shaft 41 of the control motor 4. It becomes an eccentric state.

図6は、制御モータ4の出力軸41(駆動軸)とウォーム31(従動軸)とが最大偏心状態となった場合のジョイント部51とスリーブ56との連結状態を模式的に示しており、スリーブ56の構成は仮想線で描かれている。ここでは、ウォーム31に連結された図6下側のジョイント部51が、制御モータ4の出力軸41に連結された図6上側のジョイント部51に対し、図で右側へ遊びが必要な最大偏心変位量Dだけ偏心している状態である。このとき、ウォーム31と連結されたジョイント部51の偏心によりスリーブ56が傾き、それに伴いスリーブ56の内周面に設けられたスプライン溝57も傾くこととなる。しかし、その際、ジョイント部51の歯部52には、相対するジョイント部51に向かうにつれて歯部52の幅が狭くなる先細部53bが設けられているため、この先細部53bがスリーブ56内のスプライン溝57の内壁と接触せず、トルク伝達を妨げる偏心反力が発生しない。このことで、制御モータ4の出力軸41(駆動軸)とウォーム31(従動軸)とが偏心する方向の初期において極めて低い剛性が実現する。   FIG. 6 schematically shows a connection state between the joint portion 51 and the sleeve 56 when the output shaft 41 (drive shaft) and the worm 31 (driven shaft) of the control motor 4 are in the maximum eccentric state. The configuration of the sleeve 56 is drawn with virtual lines. Here, the joint portion 51 on the lower side in FIG. 6 connected to the worm 31 is the maximum eccentricity that requires play to the right in the drawing with respect to the joint portion 51 on the upper side in FIG. 6 connected to the output shaft 41 of the control motor 4. In this state, the displacement amount D is eccentric. At this time, the sleeve 56 is inclined due to the eccentricity of the joint portion 51 connected to the worm 31, and the spline groove 57 provided on the inner peripheral surface of the sleeve 56 is also inclined accordingly. However, at this time, since the tooth portion 52 of the joint portion 51 is provided with a tapered portion 53 b that becomes narrower toward the opposing joint portion 51, the tapered portion 53 b becomes a spline in the sleeve 56. There is no contact with the inner wall of the groove 57, and no eccentric reaction force that prevents torque transmission occurs. Thus, extremely low rigidity is realized at the initial stage in the direction in which the output shaft 41 (drive shaft) and the worm 31 (driven shaft) of the control motor 4 are eccentric.

これに対し、トルク伝達方向にはスプライン溝57と歯部52の均一幅部53aとが直ぐに干渉するため、高いトルク伝達を実現することができる。   On the other hand, since the spline groove 57 and the uniform width portion 53a of the tooth portion 52 immediately interfere with each other in the torque transmission direction, high torque transmission can be realized.

これらにより、制御モータ4の出力軸41とウォーム31の偏心に伴い、連結されたジョイント部51,51同士が偏心しても、トルク伝達(回転)方向には高剛性を実現しつつ、出力軸41とウォーム31とが偏心する方向にはその初期において極めて低い剛性を実現できる。   As a result, even if the connected joint portions 51 and 51 are decentered due to the eccentricity of the output shaft 41 of the control motor 4 and the worm 31, the output shaft 41 is realized with high rigidity in the torque transmission (rotation) direction. In the direction in which the worm 31 and the worm 31 are eccentric, extremely low rigidity can be realized at the initial stage.

また、この実施形態では、ジョイント部51とスリーブ56の接触長さS、先細部53bの軸心方向の長さL、一対のジョイント部51,51間の間隙G、出力軸41(駆動軸)とウォーム31(従動軸)との遊びが必要な最大偏心変位量をD、先細部53bにおける歯部側面が出力軸41およびウォーム31の軸心方向となす傾斜角Aの関係が、tanA≧D/(S+G)であるので、出力軸41とウォーム31との偏心変位量が最大となっても、ジョイント部51の歯部52の先細部53bがスリーブ56内のスプライン溝57の内壁と接触することがなく、トルク伝達を阻害する反力の発生をより確実に防ぐことができる。   In this embodiment, the contact length S between the joint portion 51 and the sleeve 56, the length L in the axial direction of the tapered portion 53b, the gap G between the pair of joint portions 51 and 51, and the output shaft 41 (drive shaft). D is the maximum eccentric displacement that requires play between the worm 31 and the worm 31 (driven shaft), and the relationship between the inclination angle A between the tooth side surface of the tip 53b and the axial direction of the output shaft 41 and the worm 31 is tanA ≧ D / (S + G), so that even if the amount of eccentric displacement between the output shaft 41 and the worm 31 becomes maximum, the tapered portion 53b of the tooth portion 52 of the joint portion 51 contacts the inner wall of the spline groove 57 in the sleeve 56. Therefore, it is possible to more reliably prevent the generation of a reaction force that inhibits torque transmission.

さらに、このとき、0.8S<Lの関係を満たすことで、偏心変位量に対して偏心反力を十分に抑えることができる。また、L<0.99Sであるので、先細部53bが接触長さSの範囲内に収まり、ジョイント部51とスリーブ56との間隔が0となる区間が必ず存在するため、トルク伝達のときに直ぐに干渉する。   Furthermore, at this time, by satisfying the relationship of 0.8S <L, the eccentric reaction force can be sufficiently suppressed with respect to the eccentric displacement amount. Further, since L <0.99S, the tapered portion 53b is within the range of the contact length S, and there is always a section where the interval between the joint portion 51 and the sleeve 56 is zero. Interfere immediately.

(その他の実施形態)
上記実施形態では、自動車用の電動パワーステアリング装置10の制御モータ4の出力軸41とウォーム31との間の連結に本発明のカップリングを用いているが、他の偏心の発生し得る駆動軸と従動軸との連結においても本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the coupling of the present invention is used for the connection between the output shaft 41 of the control motor 4 and the worm 31 of the electric power steering apparatus 10 for an automobile. The present invention can also be applied to the connection between the motor and the driven shaft, and similar effects can be obtained.

次に、具体的に実施した実施例について説明する。   Next, specific examples will be described.

(実施例)
上記実施形態で説明した構造のカップリング50である。
(Example)
It is the coupling 50 of the structure demonstrated by the said embodiment.

(比較例1)
図13に示すように、ジョイント部51の歯部52に先細部53bは設けずにスリーブ−ジョイント間の遊びをなくしたものである。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 13, the tooth portion 52 of the joint portion 51 is not provided with the tapered portion 53b, and the play between the sleeve and the joint is eliminated.

(比較例2)
図14に示すように、ジョイント部51の歯部52に先細部53bは設けずにスリーブ−ジョイント間の遊びを設けたものである。
(Comparative Example 2)
As shown in FIG. 14, the tooth portion 52 of the joint portion 51 is provided with a play between the sleeve and the joint without providing the tapered portion 53b.

これら実施例および比較例について、ねじり角度と伝達トルクとの関係、および偏心変位と偏心反力との関係を有限要素法を用いた数値解析で求め、発明の効果を検証した。その結果を図7〜図12に示す。   For these examples and comparative examples, the relationship between the torsion angle and the transmission torque, and the relationship between the eccentric displacement and the eccentric reaction force were obtained by numerical analysis using the finite element method, and the effects of the invention were verified. The results are shown in FIGS.

図7に示すように、実施例では、ねじり角度と伝達トルクとの関係はほぼ比例関係となっており、高いトルク伝達効率を実現していることを読み取ることができる。   As shown in FIG. 7, in the embodiment, the relationship between the torsion angle and the transmission torque is almost proportional, and it can be read that high torque transmission efficiency is realized.

図8では、歯部52の駆動軸および従動軸の軸心に沿った軸心方向の長さSと、先細部53bの軸心方向の長さLとの関係を変化させたときの偏心変位と偏心反力との関係が示されている。この図より、Lの値を大きくしていくことで、大きな偏心変位量に対しても偏心反力の発生を抑えられることを読み取ることができる。ここで、L=0.85Sのときのグラフにおける幅Pにおいて、ジョイント部51の歯部52に先細部53bを設けたことによる遊びの効果が現れている。   In FIG. 8, the eccentric displacement when the relationship between the axial length S along the axial center of the drive shaft and driven shaft of the tooth portion 52 and the axial length L of the tapered portion 53b is changed. And the relationship between the eccentric reaction force and the eccentric reaction force. From this figure, it can be read that by increasing the value of L, the occurrence of the eccentric reaction force can be suppressed even for a large amount of eccentric displacement. Here, in the width P in the graph when L = 0.85S, an effect of play due to the provision of the tapered portion 53b in the tooth portion 52 of the joint portion 51 appears.

図9および図10は比較例1における伝達トルクと偏心反力との測定結果を示している。図9に示すように、スリーブ−ジョイント間の遊びをなくした場合、ねじり角度に比例した高い伝達トルクを実現することができる。しかし、図10に示すように、偏心反力についても偏心変位に比例する形で高い比率で増加してしまう。これは、スリーブ−ジョイント間に遊びがないことにより、ジョイントの偏心の影響をまともに受けた結果である。   9 and 10 show measurement results of the transmission torque and the eccentric reaction force in Comparative Example 1. FIG. As shown in FIG. 9, when the play between the sleeve and the joint is eliminated, a high transmission torque proportional to the torsion angle can be realized. However, as shown in FIG. 10, the eccentric reaction force also increases at a high rate in a form proportional to the eccentric displacement. This is a result of decent influence of the eccentricity of the joint due to the absence of play between the sleeve and the joint.

図11および図12は比較例2における伝達トルクと偏心反力との測定結果を示している。図12に示すように、スリーブ−ジョイント間に遊びを設けた場合、偏心反力については偏心変位が所定の値を超えるまでほとんど発生しておらず、図12における幅Pの分だけ遊びの効果が現れている。しかし、図11に示すように、ねじり角度が所定の値を超えるまで、伝達トルクがほとんど発生していない。これは、スリーブ−ジョイント間に遊びを設けた影響が、図11における幅Pの分だけ現れているためである。   11 and 12 show measurement results of the transmission torque and the eccentric reaction force in Comparative Example 2. As shown in FIG. 12, when a play is provided between the sleeve and the joint, the eccentric reaction force hardly occurs until the eccentric displacement exceeds a predetermined value, and the play effect is equivalent to the width P in FIG. Appears. However, as shown in FIG. 11, almost no transmission torque is generated until the twist angle exceeds a predetermined value. This is because the effect of providing play between the sleeve and the joint appears by the width P in FIG.

以上を検証することにより、実施例において、ねじり角度に対するトルク伝達についてはスリーブ−ジョイント間の遊びをなくした場合において現れるような高いトルク伝達効率を実現できる一方で、偏心変位が発生したときの現れる偏心反力についてはスリーブ−ジョイント間に遊びを設けた場合のおいて現れるような偏心反力を抑えることが実現できている。これにより、本発明のカップリングにおいては、トルク伝達方向には高剛性を実現しつつ、2つの回転軸が偏心する方向にはその初期において極めて低い剛性を実現できていることが判る。   By verifying the above, in the embodiment, the torque transmission with respect to the torsional angle can realize a high torque transmission efficiency that appears when the play between the sleeve and the joint is eliminated, while it appears when the eccentric displacement occurs. Regarding the eccentric reaction force, it is possible to suppress the eccentric reaction force that appears when play is provided between the sleeve and the joint. Accordingly, it can be seen that in the coupling of the present invention, high rigidity is realized in the torque transmission direction, while extremely low rigidity is realized in the initial direction in the direction in which the two rotating shafts are eccentric.

以上説明したように、本発明は、例えば自動車の電動パワーステアリング装置に利用されるような、偏心の発生しうる駆動軸と従動軸との連結に用いるカップリングに極めて有用である。   As described above, the present invention is extremely useful for a coupling used for connecting a drive shaft and a driven shaft, which may be eccentric, such as used in an electric power steering device of an automobile, for example.

3 減速ギア部
4 制御モータ
10 電動パワーステアリング装置
31 ウォーム(従動軸)
32 与圧部
33 ウォームホイール
41 出力軸(駆動軸)
50 カップリング
51 ジョイント部
52 歯部
53a 均一幅部
53b 先細部
56 スリーブ
57 スプライン溝
3 Reduction gear 4 Control motor 10 Electric power steering device 31 Worm (driven shaft)
32 Pressurizing section 33 Worm wheel 41 Output shaft (drive shaft)
50 Coupling 51 Joint 52 Tooth 53a Uniform width 53b Tip 56 Sleeve 57 Spline groove

Claims (8)

端部が互いに突き合わされた駆動軸と従動軸とを同心状態ないし偏心変位量が変動する偏心状態でトルク伝達のために連結するようにしたカップリングであって、
前記駆動軸および従動軸の端部にそれぞれ設けられ、互いに突き合わされて配置される一対のジョイント部と、
前記一対のジョイント部間に外嵌合され、両ジョイント部を連結する円筒状のスリーブと、
を備え、
前記スリーブの内周面には、該スリーブの中心線に沿った方向に延びる一定の溝幅を有する複数のスプライン溝が周方向に間隔をあけて設けられている一方、
前記一対のジョイント部の外周面には、前記スプライン溝に歯合する複数の歯部が形成されており、
前記歯部は、前記歯部の幅が軸心方向に沿って一定となっている均一幅部と、前記均一幅部の相対する前記ジョイント部側に連続して設けられ前記歯部の幅が相対する前記ジョイント部に向かうにつれて狭くなった先細部とを含み、且つ前記均一幅部及び前記先細部を含む前記歯部の高さが軸心方向に沿って一定であるカップリング。
A coupling in which the drive shaft and the driven shaft, whose ends are butted against each other, are connected for torque transmission in a concentric state or in an eccentric state where the eccentric displacement varies.
A pair of joint portions provided at end portions of the drive shaft and the driven shaft, respectively, and arranged to face each other;
A cylindrical sleeve that is externally fitted between the pair of joint portions and connects the joint portions;
With
On the inner peripheral surface of the sleeve, while a plurality of spline grooves having a constant groove width extending in a direction along the center line of the sleeve are provided at intervals in the circumferential direction,
Wherein the outer peripheral surfaces of the pair of joint portions, and tooth portions of the multiple that match teeth are formed in the spline grooves,
The tooth portion is continuously provided on the joint portion side facing the uniform width portion, and the uniform width portion in which the width of the tooth portion is constant along the axial direction, and the width of the tooth portion is A coupling that includes a tapered portion that narrows toward the joint portion and that has a uniform width portion and a height of the tooth portion including the tapered portion that is constant along the axial direction .
請求項1において、
前記先細部は軸心方向に対して傾斜する傾斜面によって、前記歯部の幅が狭くなっているカップリング。
In claim 1,
The tapered portion is a coupling in which the width of the tooth portion is narrowed by an inclined surface inclined with respect to the axial direction.
請求項2において、
前記ジョイント部と前記スリーブの接触長さをS、前記一対のジョイント部間の間隙をG、前記駆動軸と従動軸との遊びが必要な最大偏心変位量をD、並びに前記先細部における歯部側面が駆動軸及び従動軸の軸心方向となす傾斜角をAとしたときに、
tanA≧D/(S+G)
となるカップリング。
In claim 2,
The contact length between the joint portion and the sleeve is S, the gap between the pair of joint portions is G, the maximum eccentric displacement that requires play between the drive shaft and the driven shaft is D, and the tooth portion at the tapered portion When the inclination angle between the side surface and the axial direction of the drive shaft and driven shaft is A,
tanA ≧ D / (S + G)
Coupling.
請求項1〜3のいずれか1つにおいて、
前記ジョイント部と前記スリーブの接触長さをS、及び前記先細部の軸心方向の長さをLとしたときに、
0.8S<L<0.99S
となるカップリング。
In any one of Claims 1-3,
When the contact length between the joint part and the sleeve is S, and the axial length of the tapered portion is L,
0.8S <L <0.99S
Coupling.
請求項1〜4のいずれか1つにおいて、
従動軸は、自動車用の電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトにウォームホイールを介して駆動連結されたウォームであり、
駆動軸は前記ウォームを駆動する制御モータの出力軸であるカップリング。
In any one of Claims 1-4,
The driven shaft is a worm that is drivingly connected to a steering shaft of an electric power steering device for an automobile via a worm wheel,
The drive shaft is a coupling that is an output shaft of a control motor that drives the worm.
請求項1〜5のいずれか1つにおいて、
前記ジョイント部は高弾性体で構成され、前記スリーブは低弾性体で構成されているカップリング。
In any one of Claims 1-5,
The coupling portion is formed of a high elastic body, and the sleeve is formed of a low elastic body.
端部が互いに突き合わされた駆動軸と従動軸とを同心状態ないし偏心変位量が変動する偏心状態でトルク伝達のために連結するようにしたカップリングであって、
前記駆動軸および従動軸の端部にそれぞれ設けられ、互いに突き合わされて配置される一対のジョイント部と、
前記一対のジョイント部間に外嵌合され、両ジョイント部を連結する円筒状のスリーブと、
を備え、
前記スリーブの内周面には、該スリーブの中心線に沿った方向に延びる一定の溝幅を有する複数のスプライン溝が周方向に間隔をあけて設けられている一方、
前記一対のジョイント部の外周面には、前記スプライン溝に歯合する複数の歯部が形成されており、
前記歯部には、軸心方向に沿って歯部の幅が一定となっている均一幅部と、相対するジョイント部に向かうにつれて歯部の幅が狭くなる先細部とが設けられており、
前記先細部は軸心方向に対して傾斜する傾斜面によって、前記歯部の幅が狭くなっており、
前記ジョイント部と前記スリーブの接触長さをS、前記一対のジョイント部間の間隙をG、前記駆動軸と従動軸との遊びが必要な最大偏心変位量をD、及び前記先細部における歯部側面が駆動軸及び従動軸の軸心方向となす傾斜角をAとしたときに、
tanA≧D/(S+G)
となるカップリング。
A coupling in which the drive shaft and the driven shaft, whose ends are butted against each other, are connected for torque transmission in a concentric state or in an eccentric state where the eccentric displacement varies.
A pair of joint portions provided at end portions of the drive shaft and the driven shaft, respectively, and arranged to face each other;
A cylindrical sleeve that is externally fitted between the pair of joint portions and connects the joint portions;
With
On the inner peripheral surface of the sleeve, while a plurality of spline grooves having a constant groove width extending in a direction along the center line of the sleeve are provided at intervals in the circumferential direction,
A plurality of tooth portions that mesh with the spline grooves are formed on the outer peripheral surfaces of the pair of joint portions,
The tooth portion is provided with a uniform width portion in which the width of the tooth portion is constant along the axial direction, and a tapered portion where the width of the tooth portion becomes narrower toward the opposite joint portion,
The tapered portion is narrowed by an inclined surface inclined with respect to the axial direction, and the width of the tooth portion is narrow.
The contact length between the joint portion and the sleeve is S, the gap between the pair of joint portions is G, the maximum eccentric displacement that requires play between the drive shaft and the driven shaft is D, and the tooth portion at the tapered portion When the inclination angle between the side surface and the axial direction of the drive shaft and driven shaft is A,
tanA ≧ D / (S + G)
Coupling.
端部が互いに突き合わされた駆動軸と従動軸とを同心状態ないし偏心変位量が変動する偏心状態でトルク伝達のために連結するようにしたカップリングであって、
前記駆動軸および従動軸の端部にそれぞれ設けられ、互いに突き合わされて配置される一対のジョイント部と、
前記一対のジョイント部間に外嵌合され、両ジョイント部を連結する円筒状のスリーブと、
を備え、
前記スリーブの内周面には、該スリーブの中心線に沿った方向に延びる一定の溝幅を有する複数のスプライン溝が周方向に間隔をあけて設けられている一方、
前記一対のジョイント部の外周面には、前記スプライン溝に歯合する複数の歯部が形成されており、
前記歯部には、軸心方向に沿って歯部の幅が一定となっている均一幅部と、相対するジョイント部に向かうにつれて歯部の幅が狭くなる先細部とが設けられており、
前記ジョイント部と前記スリーブの接触長さをS、及び前記先細部の軸心方向の長さをLとしたときに、
0.8S<L<0.99S
となるカップリング。
A coupling in which the drive shaft and the driven shaft, whose ends are butted against each other, are connected for torque transmission in a concentric state or in an eccentric state where the eccentric displacement varies.
A pair of joint portions provided at end portions of the drive shaft and the driven shaft, respectively, and arranged to face each other;
A cylindrical sleeve that is externally fitted between the pair of joint portions and connects the joint portions;
With
On the inner peripheral surface of the sleeve, while a plurality of spline grooves having a constant groove width extending in a direction along the center line of the sleeve are provided at intervals in the circumferential direction,
A plurality of tooth portions that mesh with the spline grooves are formed on the outer peripheral surfaces of the pair of joint portions,
The tooth portion is provided with a uniform width portion in which the width of the tooth portion is constant along the axial direction, and a tapered portion where the width of the tooth portion becomes narrower toward the opposite joint portion,
When the contact length between the joint part and the sleeve is S, and the axial length of the tapered portion is L,
0.8S <L <0.99S
Coupling.
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