JP2003072564A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウォームとウォームホイールとのバックラッ
シュに起因する騒音の効果的な抑制を実現した電動パワ
ーステアリング装置を提供する。 【解決手段】 ウォームシャフト５５には、第１，第２
軸受５９，６１に対峙するかたちで第１，第２フランジ
７１，７３が形成されており、これら第１，第２フラン
ジ７１，７３と第１，第２軸受５９，６１との間には磁
性反発機構８１が介装されている。磁性反発機構８１
は、ウォームシャフト５５に外嵌した環状の第１，第２
永久磁石８３，８５からなっており、第１永久磁石８３
がウォームシャフト５５の両フランジ７１，７３に当接
し、第２永久磁石８５がカラー６３，６５に当接してい
る。両永久磁石８３，８５は、軸方向に極性を有する同
一品であるが、同一極が対峙するように配置されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウォーム減速機構
を有する電動パワーステアリング装置に係り、特に、ウ
ォームとウォームホイールとのバックラッシュに起因す
る騒音を抑制する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の操舵系では、外部動力源を用い
て操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリン
グ装置が広く採用されている。従来、パワーステアリン
グ装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが
用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動
するものが多かった。ところが、この種のパワーステア
リング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエ
ンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬
力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用
が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視
できないほど低下することが避けられなかった。

【０００３】そこで、これらの問題を解決するものとし
て、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング
装置（Electriｃ Power Steering、以下ＥＰＳと記す）
が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源
に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動
損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動
されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御
が極めて容易に行える等の特長がある。

【０００４】ＥＰＳは、電動モータの装着部位によって
コラムアシスト型やピニオンアシスト型等に分類され、
その型式に応じてステアリングシャフトやステアリング
ギヤピニオン等に対してアシストが行われる。コラムア
シスト型のＥＰＳでは、ステアリングコラムの一部が減
速ギヤボックスにより形成され、この減速ギヤボックス
に電動モータが取り付けられている。電動モータの回転
は、減速ギヤボックスに収納された動力伝達手段たるウ
ォーム減速機構により減速された後、ステアリングシャ
フトの一部を形成するアウトプットシャフトに伝達され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】動力伝達手段としてウ
ォーム減速機構を採用した場合、ウォームとウォームホ
イールとの歯面間には適度なバックラッシュを設定する
必要がある。例えば、バックラッシュが小さ過ぎれば、
噛み合う歯同士が競り合いを起こし、摩擦トルクの増大
によりハンドルの戻りが悪くなる。一方、バックラッシ
ュが必要以上に大きければ、歯同士の競り合い等は生じ
なくなるが、操舵反転時や悪路走行時にウォームの歯面
とウォームホイールの歯面とが衝突し、比較的大きな叩
き音が生ずる。

【０００６】叩き音は、噛み合うギヤの材質や剛性によ
っても音質が変化し、またバックラッシュが大きいほど
大きくなる傾向にある。特に、ウォームとウォームホイ
ールとが共に鋼を素材とする場合、叩き音は耳障りな衝
撃音となって、運転者に不快感を与える。尚、叩き音を
低減させるべく、ウォームとウォームホイールとのいず
れか一方の素材を合成樹脂とすることもできるが、この
場合にも叩き音を完全に無くすことはできず、逆に低周
波のこもり音が生起される問題が生じる。

【０００７】そこで、本発明者等は、特開平１１−４３
０６２号公報や特開平１１−１７１０２７号公報等にお
いて、ウォームをハウジングに対して軸方向に移動可能
に保持させると共に、ウォームと一体となったウォーム
シャフトと軸受との間に弾性体を介装させ、これによ
り、ウォームの歯面とウォームホイールの歯面とが衝突
した際にウォームを軸方向に移動させながら緩衝を行
い、衝撃音を低減させるものを提案した。更に、本発明
者等は、ウォームシャフトに軸方向のみ移動可能に低質
量のウォームを外嵌させると共に、ウォームと軸受との
間に弾性体を介装させ、これにより、ウォームの歯面と
ウォームホイールの歯面とが衝突した際にウォームを軸
方向に移動させながら緩衝を行い、ウォームの軽量化に
より衝撃音をより低減させるものを開発した。

【０００８】ところが、このようにウォームシャフト
（あるいは、ウォーム）と軸受との間に弾性体を介装さ
せる構成を採った場合、軸受に適正な予圧を与えること
ができなかった。通常、ウォームシャフトの支持に深溝
玉軸受等を用いる場合、軸受からの異音防止や軸受寿命
の向上を図るべく、軸受に所定量の予圧を与えて内外輪
と転道体とを圧接させる必要があるが、この構成では予
圧の値は弾性体の剛性（ばね常数）により決定される。
そのため、適正な予圧を与えるためには、比較的高剛性
の弾性体を用いることが望ましいことになるが、ウォー
ムとウォームホイールとの衝突時の緩衝性能を考慮する
と弾性体の剛性をむやみに高くすることができなかっ
た。すなわち、ウォームの歯面とウォームホイールの歯
面との衝突音の十分な抑制を実現した場合、弾性体の剛
性を適正な予圧を軸受に与えられる値に設定することが
できず、軸受からの異音や軸受寿命の低下を余儀なくさ
れるのである。

【０００９】一方、特開２０００−１６１４３５号公報
では、ウォームと軸受との間に組み込まれる二段式の防
振装置が提案されている。この防振装置は、軸方向に間
隔をもって配置された３枚の金属プレート（第１，第２
端部プレートおよび中間プレート）の間に一対の弾性体
（環状エラストマー）を介装させたもので、小振幅の振
動に対しては、両弾性体を圧縮変形させて低ばね常数域
で振動の吸収を行う。一方、大振幅の振動に対しては、
中間プレートをウォームに形成された環状段差に当接さ
せることにより、一方の弾性体のみを圧縮変形させて高
ばね常数域で振動の吸収を行う。しかしながら、この方
法においても、ウォームの移動速度が大きい場合、中間
プレートが環状段差に衝突する際に着座音が発生する欠
点があった。本発明は、上記状況に鑑みなされたもの
で、ウォームとウォームホイールとのバックラッシュに
起因する騒音の効果的な抑制を実現した電動パワーステ
アリング装置を提供することを目的する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記課題を解決するべく、電動モータの駆動力をウォーム
減速機構を介してステアリングシャフトに伝達して操舵
アシストを行わせる電動パワーステアリング装置であっ
て、電動モータと、この電動モータのモータシャフトに
連結され、第１および第２軸受に回転自在に支持された
ウォームシャフトと、このウォームシャフトの外周に形
成されたウォームと、このウォームに噛み合うと共に、
ステアリングシャフトに連結されたウォームホイールと
を備え、前記ウォームが前記第１および第２軸受に対し
て軸方向に相対動可能に保持されると共に、当該ウォー
ムと当該第１軸受との間および当該ウォームと当該第２
軸受との間にそれぞれ磁性反発機構が設けられたものを
提案する。

【００１１】また、請求項２の発明では、請求項１の電
動パワーステアリング装置において、前記磁性反発機構
は、相対する面が同極となるように着磁された一対の永
久磁石を構成要素とし、当該永久磁石の一方が前記ウォ
ーム側に装着され、当該永久磁石の他方が前記軸受側に
装着されたものを提案する。

【００１２】また、請求項３の発明では、請求項２の電
動パワーステアリング装置において、前記永久磁石の少
なくとも一方は、他方の永久磁石に相対する面が弾性体
で覆われたものを提案する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施形
態を図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に
係るステアリング装置の車室側部分を示す側面図であ
り、同図中の符号１は傾斜配置されたステアリングコラ
ムを示す。ステアリングコラム１は、鋼板製のアッパブ
ラケット３を介して車体側メンバ５に固定された鋼管製
のアッパステアリングコラム（以下、アッパコラムと略
称する）７と、鋼板製のロアブラケット９を介して車体
側メンバ５に固定されたアルミ合金鋳造品の減速ギヤボ
ックス１１とから構成されている。

【００１４】本実施形態のステアリング装置には衝撃吸
収機構（コラプシブル機構）が組み込まれており、二次
衝突時等に図示しない樹脂ピンが破断してアッパコラム
７が脱落するが、煩雑になるためその詳細は省略する。
図中、符号１３で示した部材は、アッパコラム７と減速
ギヤボックス１１との間に介装された衝撃エネルギー吸
収用の鋼板製ベローズである。

【００１５】アッパコラム７にはアッパステアリングシ
ャフト１５が回動自在に支持されており、減速ギヤボッ
クス１１にはアウトプットシャフト１７が回動自在に支
持されている。また、アッパステアリングシャフト１５
の後端にはステアリングホイール１９が装着される一
方、アウトプットシャフト１７の前端にはユニバーサル
ジョイント２１を介してロアステアリングシャフト２３
が連結されている。

【００１６】減速ギヤボックス１１は、鋼板製ベローズ
１３が上端に固着されたギヤボックス本体３１と、ロア
ブラケット９と伴にギヤボックス本体３１にボルト締め
されたギヤボックスカバー３３とからなっている。ギヤ
ボックス本体３１には、電動モータ３５がその側面に取
り付けられる他、ウォーム３７やウォームホイール３９
等からなるウォーム減速機構やトルクセンサ（図示せ
ず）が内蔵されている。また、ギヤボックスカバー３３
には、アウトプットシャフト１７を回動自在に支持する
べく、前後一対のベアリング４１，４３が保持されてい
る。

【００１７】図２は減速ギヤボックスの縦断面図であ
る。この図に示したように、電動モータ３５のモータシ
ャフト５１は、その軸芯に雌セレーション５３が形成さ
れており、この雌セレーション５３にウォームシャフト
５５の端部に形成された雄セレーション５７が摺動自在
に嵌合している。尚、説明の便宜上、図２以降において
は、右側を基端側とし、左側を先端側とする。

【００１８】ウォームシャフト５５は、基端側（電動モ
ータ３５側）の第１軸受（深溝玉軸受）５９と、先端側
の第２軸受（深溝玉軸受）６１とにより軸方向摺動自在
かつ回転自在に支持されている。図２中、符号６３，６
５で示した部材は各軸受５９，６１の内輪に内嵌・固着
された鋼板プレス成型品のカラーである。また、符号６
７で示した部材は第１軸受５９の外輪を係止する止め輪
であり、ギヤボックス本体３１に形成された環状溝６９
に嵌入している。

【００１９】ウォームシャフト５５には、第１，第２軸
受５９，６１に対峙するかたちで第１，第２フランジ７
１，７３が形成されており、これら第１，第２フランジ
７１，７３と第１，第２軸受５９，６１との間には磁性
反発機構８１が介装されている。本実施形態の磁性反発
機構８１は、ウォームシャフト５５に外嵌した環状の第
１，第２永久磁石８３，８５からなっており、第１永久
磁石８３がウォームシャフト５５の両フランジ７１，７
３に当接し、第２永久磁石８５がカラー６３，６５に当
接している。両永久磁石８３，８５は、軸方向に極性を
有する同一品であるが、同一極（Ｓ極あるいはＮ極）が
対峙するように配置されている。

【００２０】以下、第１実施形態の作用を述べる。運転
者がステアリングホイール１９を回転させると、アッパ
ステアリングシャフト１５およびアウトプットシャフト
１７，ロアステアリングシャフト２３を介して、その回
転力が図示しないステアリングギヤに伝達される。ステ
アリングギヤ内には、回転入力を直線運動に変換するラ
ックアンドピニオン機構等が内蔵されており、タイロッ
ドを介して車輪の舵角が変動して操舵が行われる。この
際、図示しないトルクセンサの検出信号や車速等に基づ
き電動モータ３５が正逆いずれかの方向に所定の回転ト
ルクをもって回転し、その回転が減速ギヤ機構を介して
アウトプットシャフト１７に伝達され、これにより操舵
アシストが行われる。

【００２１】さて、自動車の走行中に運転者が操舵方向
を反転させたり、路面からの振動が入力した場合、ウォ
ームホイール３９が反転し、ウォームホイール３９の歯
面はバックラッシュの分だけ遊動した後ウォーム３７の
歯面と衝突する。ところが、本実施形態では、ウォーム
シャフト５５がモータシャフト５１および第１，第２軸
受５９，６１に対して軸方向に摺動可能となっているた
め、ウォームホイール３９と衝突した瞬間にウォーム３
７が軸方向に移動して衝突音が抑制される。

【００２２】この際、ウォームシャフト５５の移動量が
小さい場合には、磁性反発機構８１における第１，第２
永久磁石８３，８５の間隔も比較的大きく保たれ、ウォ
ームシャフト５５の移動に抗する磁性反発力（すなわ
ち、ばね常数）がごく弱くなる。そのため、ウォームシ
ャフト５５は、ウォームホイール３９との交番的な衝突
に伴って小刻みに移動することができ、悪路走行等の際
に小振動の入力時にも不快なガタ音が発生し難くなる。

【００２３】一方、ウォームシャフト５５の移動量が大
きい場合には、磁性反発機構８１における第１，第２永
久磁石８３，８５の間隔は急速に小さくなる。周知のよ
うに、同一極が対峙した永久磁石８３，８５では、両者
の間の磁性反発力は間隔の二乗に反比例するため、ウォ
ームシャフト５５の移動に対する磁性反発力が二次曲線
的に増大する。その結果、ウォームシャフト５５は、そ
の移動ストローク端で急減速され、第１永久磁石８３と
第２永久磁石８５との衝突が防止あるいは軽減されて不
快な着座音が発生し難くなる。

【００２４】また、本実施形態では、第１，第２軸受５
９，６１は、カラー６３，６５を介して両永久磁石８
３，８５によりそれぞれ磁化されるため、各構成要素
（内外輪および鋼球）間に磁性吸引力が生起されること
になり、磁性反発機構８１によって予圧が与えられるこ
とも相俟って、両軸受５９，６１からの異音の発生等も
起こり難くなる。

【００２５】図３は第２実施形態に係る減速ギヤボック
スの要部拡大縦断面図である。本実施形態の構成や作用
は上述した第１実施形態と略同様であるが、磁性反発機
構の構成が一部異なっている。すなわち、本実施形態の
磁性反発機構８１では、第１，第２永久磁石８３，８５
の表面が合成ゴム等の弾性体９１，９３により覆われて
おり、両永久磁石８３，８５どうしが直に接触しないよ
うになっている。これにより、第１，第２永久磁石８
３，８５として、合成樹脂を混合したボンド磁石等の脆
弱なものを用いた場合にも、着座時の衝撃荷重が分散さ
れてその破損が防止される。

【００２６】図４は第３実施形態に係る減速ギヤボック
スの縦断面図である。本実施形態の構成や基本的な作用
も上述した第１実施形態と略同様であるが、ウォームの
構造が異なっている。すなわち、本実施形態では、ウォ
ーム３７とウォームシャフト５５とが別体となってお
り、中空なウォーム３７の内周面に形成された雌セレー
ション９５がウォームシャフト５５の外周面に形成され
た雄セレーション９７に嵌合し、これによりウォーム３
７がウォームシャフト５５に対して軸方向に摺動自在に
保持されている。

【００２７】本実施形態では、このような構成を採った
ことにより、ウォームホイール３９との衝突時等には比
較的慣性質量の小さなウォーム３７のみが移動すること
になり、衝突音の更なる抑制が図られる。図４中に符号
９９で示した部材は、ウォームシャフト５５の先端に外
嵌・一体化されたスリーブである。尚、第３実施形態の
場合、ウォームシャフト５５およびスリーブ９９は、軸
方向に移動する必要がないため、両軸受５９，６１の内
輪に圧入されることが望ましい。

【００２８】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、磁性反発機構として一対の
環状の永久磁石を用いたが、ウォームを着磁して永久磁
石の個数を削減するようにしてもよい。また、上記各実
施形態では、モータシャフトとウォームシャフトとの連
結やウォームとウォームシャフトとの連結にセレーショ
ンを用い、軸受として深溝玉軸受を用いたが、連結にス
プライン等を用いてもよいし、軸受としてアンギュラ玉
軸受やテーパローラ軸受等を用いてもよい。更に、減速
ギヤボックスの具体的構成やウォームやウォームシャフ
トの具体的形状等についても、本発明の主旨を逸脱しな
い範囲であれば適宜変更可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る電動パ
ワーステアリング装置によれば、電動モータの駆動力を
ウォーム減速機構を介してステアリングシャフトに伝達
して操舵アシストを行わせる電動パワーステアリング装
置であって、電動モータと、この電動モータのモータシ
ャフトに連結され、第１および第２軸受に回転自在に支
持されたウォームシャフトと、このウォームシャフトの
外周に形成されたウォームと、このウォームに噛み合う
と共に、ステアリングシャフトに連結されたウォームホ
イールとを備え、前記ウォームが前記第１および第２軸
受に対して軸方向に相対動可能に保持されると共に、当
該ウォームと当該第１軸受との間および当該ウォームと
当該第２軸受との間にそれぞれ磁性反発機構を設けるよ
うにしたため、ウォームとウォームホイールとの衝突に
よる騒音等が大幅に抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るステアリング装置の車室側
部分を示す側面図である。

【図２】同実施形態における減速ギヤボックスの縦断面
図である。

【図３】第２実施形態における減速ギヤボックスの要部
拡大縦断面図である。

【図４】第３実施形態における減速ギヤボックスの縦断
面図である。

【符号の説明】

１１‥‥減速ギヤボックス ３５‥‥電動モータ ３７‥‥ウォーム ３９‥‥ウォームホイール ５１‥‥モータシャフト ５３‥‥雌セレーション ５５‥‥ウォームシャフト ５７‥‥雄セレーション ５９‥‥第１軸受 ６１‥‥第２軸受 ６５‥‥第２シャフト ８１‥‥磁性反発機構 ８３‥‥第１永久磁石 ８５‥‥第２永久磁石 ９１，９３‥‥弾性体 ９５‥‥雌セレーション ９７‥‥雄セレーション ９９‥‥スリーブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D033 CA02 CA04 CA13 CA16 CA21 3J009 DA11 EA06 EA19 EA23 EA32 EB30 FA08 FA14 3J030 AA08 AB02 AB09 BA03 CA10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動モータの駆動力をウォーム減速機構を
   介してステアリングシャフトに伝達して操舵アシストを
   行わせる電動パワーステアリング装置であって、 電動モータと、 この電動モータのモータシャフトに連結され、第１およ
   び第２軸受に回転自在に支持されたウォームシャフト
   と、 このウォームシャフトの外周に形成されたウォームと、 このウォームに噛み合うと共に、ステアリングシャフト
   に連結されたウォームホイールとを備え、 前記ウォームが前記第１および第２軸受に対して軸方向
   に相対動可能に保持されると共に、当該ウォームと当該
   第１軸受との間および当該ウォームと当該第２軸受との
   間にそれぞれ磁性反発機構が設けられたことを特徴とす
   る電動パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】前記磁性反発機構は、相対する面が同極と
   なるように着磁された一対の永久磁石を構成要素とし、
   当該永久磁石の一方が前記ウォーム側に装着され、当該
   永久磁石の他方が前記軸受側に装着されたことを特徴と
   する、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 【請求項３】前記永久磁石の少なくとも一方は、他方の
   永久磁石に相対する面が弾性体で覆われていることを特
   徴とする、請求項２記載の電動パワーステアリング装
   置。