JP2003214529A

JP2003214529A - 減速機及びこれを備える電動式動力舵取装置

Info

Publication number: JP2003214529A
Application number: JP2002010358A
Authority: JP
Inventors: Michitoshi Mitsumaru; 道敏満丸; Koji Kitahata; 浩二北畑; Kenji Yamamoto; 賢二山元; Fumiaki Kasahara; 文明笠原; Kazutoshi Yamamoto; 和俊山本; Yoshimasa Shirai; 良昌白井
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-07-30
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: JP3847171B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電動モータの回転をウォーム軸及びウォームホ
イールを介して減速して舵取り機構に伝える場合、バッ
クラッシに起因する騒音が車室内に伝搬し、問題とな
る。【解決手段】ウォーム軸１１とウォームホイール１２と
の噛み合い部分Ａを少なくとも含む領域に、平均粒径
０．１〜５０μｍの緩衝材を含む潤滑剤を充填する。噛
み合い部分Ａに緩衝材が介在することで、歯打ち振動を
低減し、騒音を低減する。緩衝材として、平均分子量１
０００〜２００００のポリオレフィン樹脂等の合成樹脂
やＥＰＤＭ等のエチレン・プロピレンゴムを用いる。緩
衝材を３〜１０重量％添加することで、３〜５デシベル
の騒音レベルの低下が見込めるという実機での試験結果
を得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウォーム及びウォ
ームホイールを有する減速機、およびこれを備える電動
式動力舵取装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用の電動式動力舵取装置には減速
機が用いられている。例えばコラム型ＥＰＳでは、モー
タの回転力をウォームに伝え、さらにウォームホイール
に伝えることでモータの回転を減速してモータの出力を
増幅し、ステアリング操作をトルクアシストするように
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、減速機構と
してのウォーム及びウォームホイールの噛み合いには適
度なバックラッシが必要であるが、例えば石畳み等の悪
路を走行した場合、タイヤからの反力が上記のバックラ
ッシに起因した歯打ち音として発生したり、軸受その他
のクリアランスを有する部品がラトル音を発生する場合
がある。これらの音が車室内に騒音として伝わると、運
転者に不快感を与えることになる。

【０００４】同様の問題は電動式動力舵取装置の減速機
に限らず、ウォームとウォームホイールを有する一般の
減速機において存在する。そこで、本発明の課題は、騒
音の少ない減速機及びこれを備える電動式動力舵取装置
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するため、本発明の減速機では、ウォーム及びウ
ォームホイールを含む減速機において、前記ウォームと
ウォームホイールの噛み合い部分を少なくとも含む領域
に、平均粒径０．１〜５０μｍの緩衝材を含む潤滑剤が
充填されることを特徴とするものである。

【０００６】本発明では、ウォームとウォームホイール
の噛み合い部分に微小な緩衝材が介在することで、歯打
ち音を格段に低減することができる。しかも、潤滑剤と
しての例えば潤滑油やグリースに緩衝材を単に添加する
だけで、各部材の設計変更を伴わずにコスト安価に騒音
を低減することができる点で好ましい。緩衝材の平均粒
径が０．１μｍ未満では騒音低減の効果が小さく、ま
た、緩衝材の平均粒径が５０μｍを超えると、バックラ
ッシが詰まり過ぎて回転抵抗が大きくなるおそれがある
ので、緩衝材の平均粒径を０．１〜５０μｍの範囲に設
定してある。

【０００７】また、前記潤滑剤に占める緩衝材の充填割
合が０．１〜３０重量％であれば好ましい。すなわち、
０．１重量％未満では騒音低減効果がほとんど期待でき
ず、また、３０重量％を超えると、混練が困難となり均
一な潤滑剤が得られなくなるおそれがあるので、緩衝材
の充填割合を前記の範囲に設定してある。特に、前記潤
滑剤に占める緩衝材の割合が３〜１０重量％であれば、
高い騒音防止効果を得ることができる点で好ましい。す
なわち、３重量％以上であれば、例えば３デシベル以上
の騒音低減効果が期待できる一方で、１０重量％を超え
て緩衝材を充填しても、さらなる騒音レベルの低下は見
込めないからである。

【０００８】また、前記緩衝材として平均分子量１００
０〜２００００の合成樹脂を用いることができる。平均
分子量が１０００未満では緩衝材が柔らくなり過ぎ、平
均分子量が２００００を超えると緩衝材が硬くなり過
ぎ、何れの場合にも、騒音防止効果が低下するおそれが
あるので、平均分子量を前記の範囲に設定してある。合
成樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェ
ニレンサルファイド樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹
脂等や、前記樹脂の混合物（共析物を含む）を例示する
ことができる。

【０００９】また、前記緩衝材として合成ゴムを用いる
ことができる。合成ゴムとして、ＥＰＭ（エチレンプロ
ピレンジエン共重合体）やＥＰＤＭ（エチレンプロピレ
ンジエン三元共重合体）等のエチレン・フロピレンゴム
を例示することができる。また、前記緩衝材が自己潤滑
性を持つ場合には、摺動抵抗や摩耗量の低減を図ること
ができる点で好ましい。自己潤滑性を持つ緩衝材として
は、ポリオレフィン、ポリアミド等の合成樹脂や、フッ
素樹脂等を添加した合成ゴムを例示することができる。

【００１０】操舵補助用の電動モータの回転を前述した
減速機を介して減速する電動式動力舵取装置であれば、
車室内での騒音をコスト安価に低減できる点で好まし
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を添
付図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施の
形態の電動式動力舵取装置の概略断面図である。図１を
参照して、本電動式動力舵取装置（以下では単に動力舵
取装置という）では、ステアリングホイール１を取り付
けている入力軸としての第１の操舵軸２と、ラックアン
ドピニオン機構等の舵取機構（図示せず）に連結される
出力軸としての第２の操舵軸３とがトーションバー４を
介して同軸的に連結されている。

【００１２】第１及び第２の操舵軸２，３を支持するハ
ウジング５は、例えばアルミニウム合金からなり、車体
（図示せず）に取り付けられている。ハウジング５は、
互いに嵌め合わされるセンサハウジング６とギヤハウジ
ング７により構成されている。具体的には、ギヤハウジ
ング７は筒状をなし、その上端の環状縁部７ａがセンサ
ハウジング６の下端外周の環状段部６ａに嵌め合わされ
ている。ギヤハウジング７は減速機構としてのウォーム
ギヤ機構８を収容し、センサハウジング６はトルクセン
サ９及び制御基板１０等を収容している。ギヤハウジン
グ７にウォームギヤ機構８を収容することで減速機５０
が構成されている。

【００１３】上記ウォームギヤ機構８は、図２に示すよ
うに、電動モータＭの回転軸３２に例えばスプライン３
３継手等の継手機構を介して連結されるウォーム軸１１
と、このウォーム軸１１と噛み合い、且つ図１に示すよ
うに、第２の操舵軸３の軸方向中間部に一体回転可能で
且つ軸方向移動を規制されたウォームホイール１２とを
備える。図示していないが、ウォーム軸１１はギヤハウ
ジング７内に一対の軸受を介して回転自在に支持されて
いる。

【００１４】ウォームホイール１２は第２の操舵軸３に
一体回転可能に結合される環状の芯金１２ａと、芯金１
２ａの周囲を取り囲んで外周面部に歯を形成する合成樹
脂部材１２ｂとを備えている。芯金１２ａは例えば合成
樹脂部材１２ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされ
るものである。ギヤハウジング７内において、ウォーム
軸１１とウォームホイール１２の噛み合い部分Ａを少な
くとも含む領域に潤滑剤が充填されている。すなわち、
潤滑剤は噛み合い部分Ａのみに充填しても良いし、噛み
合い部分Ａとウォーム軸１１の周縁全体に充填しても良
いし、ギヤハウジング７内全体に充填しても良い。

【００１５】第２の操舵軸３は、ウォームホイール１２
を軸方向の上下に挟んで配置される第１及び第２の転が
り軸受１３，１４により回転自在に支持されている。第
１の転がり軸受１３の外輪１５は、センサハウジング６
の下端の筒状突起６ｂ内に設けられた軸受保持孔１６に
嵌め入れられて保持されている。第１の転がり軸受１３
の外輪１５の上端面は環状の段部１７に当接しており、
センサハウジング６に対する軸方向上方への移動が規制
されている。一方、第１の転がり軸受１３の内輪１８は
第２の操舵軸３に締まりばめにより嵌め合わされてい
る。内輪１８の下端面はウォームホイール１２の芯金１
２ａの上端面に当接している。

【００１６】また、第２の転がり軸受１４の外輪１９
は、ギヤハウジング７の軸受保持孔２０に嵌め入れられ
て保持されている。第２の転がり軸受１４の外輪１９の
下端面は、環状の段部２１に当接し、ギヤハウジング７
に対する軸方向下方への移動が規制されている。第２の
転がり軸受１４の内輪２２は、第２の操舵軸３に一体回
転可能で且つ軸方向相対移動を規制されて取り付けられ
ている。内輪２２は第２の操舵軸３の段部２３と、第２
の操舵軸３のねじ部に締め込まれるナット２４との間に
挟持されている。

【００１７】トーションバー４は第１及び第２の操舵軸
２，３を貫通している。トーションバー４の上端４ａ
は、連結ピン２５により第１の操舵軸２と一体回転可能
に連結され、トーションバー４の下端４ｂは、連結ピン
２６により第２の操舵軸３と一体回転可能に連結されて
いる。第２の操舵軸３の下端は、図示しない中間軸を介
してラックアンドピニオン機構等の舵取機構に連結され
ている。上記の連結ピン２５は、第１の操舵軸２と同軸
に配置される第３の操舵軸２７を、第１の操舵軸２と一
体回転可能に連結している。第３の操舵軸２７はステア
リングコラムを構成するチューブ２８内を貫通してい
る。

【００１８】第１の操舵軸２の上部は、例えば針状ころ
軸受からなる第３の転がり軸受２９を介してセンサハウ
ジング６に回転自在に支持されている。第１の操舵軸２
の下部の縮径部３０と第２の操舵軸３の上部の孔３１と
は、第１及び第２の操舵軸２，３の相対回転を所定の範
囲に規制するように、回転方向に所定の遊びを設けて嵌
め合わされている。次いで、図２を参照して、ウォーム
軸１１はギヤハウジング７により保持される第４及び第
５の転がり軸受３４，３５によりそれぞれ回転自在に支
持されている。第４及び第５の転がり軸受３４，３５は
例えば玉軸受からなる。

【００１９】第４及び第５の転がり軸受３４，３５の内
輪３６，３７がウォーム軸１１の対応するくびれ部に嵌
合されている。また、第４及び第５の転がり軸受３４，
３５の外輪３８，３９は、ギヤハウジング７の軸受保持
孔４０，４１にそれぞれ保持されている。ギヤハウジン
グ７は、ウォーム軸１１の周面の一部に対して径方向に
対向する部分７ｂを含んでいる。また、ウォーム軸１１
の一端部１１ａを支持する第４の転がり軸受３４の外輪
３８は、ギヤハウジング７の段部４２に当接し位置決め
されている。一方、第４の転がり軸受３４の内輪３６
は、ウォーム軸１１の位置決め段部４３に当接すること
により、ウォーム軸１１の他端部１１ｂ側への移動が規
制されている。

【００２０】ウォーム軸１１の他端部１１ｂ（継手側端
部）の近傍を支持する第５の転がり軸受３５の内輪３７
はウォーム軸１１の位置決め段部４４に当接することに
より、ウォーム軸１１の一端部１１ａ側への移動が規制
されている。また、第５の転がり軸受３５の外輪３９は
予圧調整用のねじ部材４５により、第４の転がり軸受３
４側へ付勢されている。ねじ部材４５は、ギヤハウジン
グ７に形成されるねじ孔４６にねじ込まれることによ
り、一対の転がり軸受３４，３５に予圧を付与すると共
に、ウォーム軸１１を軸方向に位置決めしている。４７
は予圧調整後のねじ部材４５を止定するためにねじ部材
４５に係合されるロックナットである。

【００２１】次いで、前述した潤滑剤について説明す
る。この潤滑剤は、液体潤滑剤としての潤滑油であって
も良いし、半固体潤滑剤としてのグリースであっても良
いが、潤滑剤には、緩衝材としての平均粒径０．１〜５
０μｍの弾性材の微粉末（丸形ブロック状でも良いし、
スティック状でも良い）が含まれる。この微小な緩衝材
がウォーム軸１１とウォームホイール１２の噛み合い部
分Ａに介在することで、歯打ち音を格段に低減すること
ができる。

【００２２】潤滑剤に用いる潤滑油としては、例えば動
粘度が１０〜５００ｍｍ²／ｓ（４０°Ｃ）の範囲の潤
滑油を用いることができ、合成炭化水素油（例えばポリ
αオレフィン油）が好ましく使用されるが、その他、鉱
油、シリコーン油、フッ素系合成樹脂等を用いることが
できる。必要に応じて、固体潤滑剤（二硫化モリブデ
ン、グラファイト、ＰＴＦＥ）、リン系や硫黄系の化合
物等の極圧添加剤、トリブチルフェノール、トリメチル
フェノール等の酸化防止剤等を添加剤として添加しても
良い。

【００２３】潤滑剤に用いるグリースとしては、例え
ば、ちょう度がＮＬＧ１番号０００〜２のグリースが好
ましく用いられる。グリースにおける基油としては、合
成炭化水素油（例えばポリαオレフィン油）が好ましく
使用されるが、その他、鉱油、シリコーン油、フッ素系
合成油等を用いることができる。また、増ちょう剤とし
て、従来公知の種々の増ちょう剤（石けん系、非石けん
系）が使用可能であり、固体潤滑剤（二硫化モリブデ
ン、グラファイト、ＰＴＦＥ）、リン系や硫黄系の化合
物等の極圧添加剤、トリブチルフェノール、トリメチル
フェノール等の酸化防止剤等を添加剤として添加しても
良い。

【００２４】特に、潤滑剤に緩衝材を添加するのみで、
各部材の設計変更を伴わずにコスト安価に騒音を低減す
ることができるので、非常に好ましい。さらに、減速機
５０の使用時間の経過と共に、噛み合い部分Ａで圧縮さ
れた緩衝材がギヤ歯の表面に固着して薄い被膜を形成し
ていくものと考えられ、したがって、長期にわたって高
い騒音低減効果を維持することが可能となる。緩衝材の
平均粒径を０．１〜５０μｍの範囲に設定するのは、緩
衝材の平均粒径が０．１μｍ未満では騒音低減の効果が
小さく、また、緩衝材の平均粒径が５０μｍを超える
と、バックラッシが詰まり過ぎて回転抵抗が大きくなる
おそれがあるからである。

【００２５】また、前記潤滑剤に占める緩衝材の充填割
合が０．１〜３０重量％であれば好ましい。というの
は、０．１重量％未満では騒音低減効果がほとんど期待
できず、また、３０重量％を超えると、基油に緩衝材を
混合して潤滑剤を生成するときに均一に混合することが
困難になるおそれがあるからである。特に、前記潤滑剤
に占める緩衝材の充填割合が３〜１０重量％であれば好
ましい。というのは、後述する実施例に示す如く、３重
量％以上であれば、例えば３デシベル以上の騒音低減効
果が期待できる一方で、１０重量％を超えて緩衝材の充
填割合を増加しても、騒音レベルのさらなる低下は見込
めないからである。その中でコストパフォーマンスを考
慮すると、３〜５重量％が最も好ましい。

【００２６】また、前記緩衝材として平均分子量１００
０〜２００００の合成樹脂を用いることができる。平均
分子量が１０００未満では緩衝材が柔らくなり過ぎ、平
均分子量が２００００を超えると緩衝材が硬くなり過
ぎ、何れの場合にも、騒音防止効果が低下するおそれが
あるので、平均分子量を前記の範囲に設定してある。合
成樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェ
ニレンサルファイド樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹
脂等や前記樹脂の混合物（共析物を含む）を例示するこ
とができる。

【００２７】また、前記緩衝材として合成ゴムを用いる
ことができる。合成ゴムとして、ＥＰＭ（エチレンプロ
ピレンジエン共重合体）やＥＰＤＭ（エチレンプロピレ
ンジエン三元共重合体）等のエチレン・フロピレンゴム
を例示することができる。また、前記緩衝材が自己潤滑
性を持つ場合には、摺動抵抗や摩耗量の低減を図ること
ができる点で好ましい。自己潤滑性を持つ緩衝材として
は、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂や、それらに
フッ素樹脂を添加した混合物（共析物を含む）等の合成
樹脂や、フッ素樹脂等を添加した合成ゴムを例示するこ
とができる。

【００２８】そして、本実施の形態の減速機５０を備え
る電動式動力舵取装置であれば、ウォームギヤ機構８の
バックラッシによる歯打ち振動等に起因する騒音を低減
でき、したがって、車室内での騒音をコスト安価に低減
することができる。なお、本発明は上記実施の形態に限
定されるものではなく、例えば、本発明の減速機を電動
式動力舵取装置以外の装置の一般の減速機に適用するこ
とができる等、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更
を施すことができる。

【００２９】

【実施例】石けん系グリースに下記の緩衝材を下記の充
填割合でそれぞれ充填して用いる実施例１〜５と、同じ
石けん系グリースに緩衝材を添加しないで用いる比較例
１に関して、電動式動力舵取装置の実機にて騒音テスト
を実施したところ、下記の試験結果を得た。なお、ウォ
ーム軸のバックラッシは通常（１〜２’）よりも少し多
めの４’に設定して試験を実施した。

【００３０】緩衝材（衝撃吸収材）：平均分子量５００
０で平均粒径３μｍの直鎖型ＰＥを含むポリエチレン系
ワックス試験結果（図３参照）比較例１（添加量０重量％）：５０ｄＢ実施例１（添加量１重量％）：４９ｄＢ実施例２（添加量３重量％）：４７ｄＢ実施例３（添加量５重量％）：４６ｄＢ実施例４（添加量１０重量％）：４５ｄＢ実施例５（添加量１５重量％）：４５ｄＢ以上のように、何れの実施例１〜５においても騒音レベ
ルを低下させることが実証された。特に、添加量が３重
量％以上であれば、比較例１に比較して３デシベル以上
の騒音低減効果を得ることができることが判明した。ま
た、添加量が１０重量％を超えて充填しても騒音レベル
にあまり変化がないことが判明した。この観点から、緩
衝材の添加量を３〜１０重量％に設定することが好まし
く、特に３〜５重量％の範囲であれば、実用上、十分な
騒音レベルを実現できることが判明した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の電動式動力舵取装置の
要部の断面図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】試験結果において、緩衝材の充填割合と騒音レ
ベルの関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

７ギヤハウジング８ウォームギヤ機構１１ウォーム軸（ウォーム）１２ウォームホイールＡ噛み合い部分５０減速機Ｍ電動モータ

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１月３０日（２００２．１．３
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】潤滑剤に用いる潤滑油としては、例えば動
粘度が１０〜５００ｍｍ²／ｓ（４０°Ｃ）の範囲の潤
滑油を用いることができ、合成炭化水素油（例えばポリ
αオレフィン油）が好ましく使用されるが、その他、鉱
油、シリコーン油、フッ素系合成油等を用いることがで
きる。必要に応じて、固体潤滑剤（二硫化モリブデン、
グラファイト、ＰＴＦＥ）、リン系や硫黄系の化合物等
の極圧添加剤、トリブチルフェノール、トリメチルフェ
ノール等の酸化防止剤等を添加剤として添加しても良
い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山元賢二大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内 (72)発明者笠原文明大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内 (72)発明者山本和俊大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内 (72)発明者白井良昌大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内Ｆターム(参考） 3D033 CA04 CA22 3J009 DA11 DA15 EA19 EA23 EB03 EB24 FA08 3J063 AA02 AB03 AC01 BA09 CA01 CB13 XB02 XB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウォーム及びウォームホイールを含む減速
機において、前記ウォームとウォームホイールの噛み合
い部分を少なくとも含む領域に、平均粒径０．１〜５０
μｍの緩衝材を含む潤滑剤が充填されることを特徴とす
る減速機。
【請求項２】請求項１に記載の減速機おいて、前記潤滑
剤に占める緩衝材の充填割合が０．１〜３０重量％であ
ることを特徴とする減速機。
【請求項３】請求項１に記載の減速機において、前記潤
滑剤に占める緩衝材の充填割合は３〜１０重量％である
ことを特徴とする減速機。
【請求項４】請求項１，２又は３に記載の減速機におい
て、前記緩衝材は平均分子量１０００〜２００００の合
成樹脂を含むことを特徴とする減速機。
【請求項５】請求項１，２又は３に記載の減速機におい
て、前記緩衝材は合成ゴムを含むことを特徴とする減速
機。
【請求項６】請求項１ないし５の何れか一つに記載の減
速機において、前記緩衝材は自己潤滑性を持つことを特
徴とする減速機。
【請求項７】操舵補助用の電動モータの回転を請求項１
ないし６の何れか一つに記載の減速機を介して減速する
ことを特徴とする電動式動力舵取装置。