JP2003511295A - 電動パワーステアリングアシスト機構 - Google Patents

電動パワーステアリングアシスト機構

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JP2003511295A
JP2003511295A JP2001528040A JP2001528040A JP2003511295A JP 2003511295 A JP2003511295 A JP 2003511295A JP 2001528040 A JP2001528040 A JP 2001528040A JP 2001528040 A JP2001528040 A JP 2001528040A JP 2003511295 A JP2003511295 A JP 2003511295A
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worm
ball bearing
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gearbox housing
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ジャマー，トッド・フレドリック
オズソイル，スアット
ストリーター，トロイ・ピー
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デルファイ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • H02K7/1163—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion
    • H02K7/1166—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion comprising worm and worm-wheel
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    • Y10T74/19893—Sectional
    • Y10T74/19898—Backlash take-up

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 ギア減速機構は、ギアボックスハウジング（１０１）と、第１シャフト（１１４）を中心とする第１回転軸を有する第１ギア（１０２）と、第２シャフト（１０９）を中心とする第２回転軸を有する第２ギア（１０４）とを含んでいる。第１ギア（１０２）及び第２ギア（１０４）は、第１ギア（１０２）の第１回転軸が、第２ギア（１０４）の第２回転軸に実質的に垂直となるように互いに噛み合うよう、ギアボックスハウジング（１０１）内に、回転可能に取り付けられている。機構が作動している間に第１ギア（１０２）と第２ギア（１０４）との間で発生する騒音を低減するため、ギアアイソレータアッセンブリ（１１２）が、ギアボックスハウジング（１０１）内で、第２ギア（１０４）の周りに配置されているのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （参考文献） 本出願は、代理人事件整理番号第ＤＥ−００４３号である、１９９９年１０月
７日出願の同時継続米国特許出願の、オーゾイル他の名前による「電動パワース
テアリングアシスト機構」に関係しており、これを参照することによって、その
内容は、本明細書に組み込まれる。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概括的には、自動車用のステアリング装置に係り、より詳しくは、
電動パワーステアリングアシスト機構における可聴騒音を低減するための減衰ウ
ォームアシスト機構に関する。
【０００３】
【従来技術】
現在、ある種の自動車には、電動パワーステアリングアシスト機構を採用した
コラム型パワーステアリング装置が装備されている。電動パワーステアリングア
シスト機構は、電動モーター及びウォーム／ウォームギア減速機構を通して、車
両のステアリングシャフトにトルクアシストを提供する。モーターから出力シャ
フトへの回転力の伝達経路において、十分なステアリングアシストと共に適切な
操舵速度を実現するため、出力シャフトとモーターとの間に、ウォーム／ウォー
ムギア減速機構が配置されている。
【０００４】 自動車が動いている間は、ウォームとウォームギアの歯の間の間隙、及び機構
内のその他の隣接構成要素間の間隙は、共に「ガタつき」騒音を発生する。路面
からフィードバックされる力とトルクは、ステアリングシャフトを通してウォー
ムギアへ伝えられる。これらの振動荷重は、ウォームギアを通してウォームへ伝
達される。振動的衝撃は、ウォームとウォームのギアの歯が噛み合う箇所で発生
する。この振動的衝撃は、ウォームに働く軸力に変換される。この軸力は、ウォ
ームを通して隣接する構成要素に作用し、その結果「ガタつき」騒音を発生させ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、ギアの噛み合いにより生じる可聴騒音を低減する減衰ギア減速機構が
必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ギアの噛み合いにより生じる可聴騒音を低減する減衰ギア減速機構
を提供することにより、従来技術に勝る利点及び代替効果を提供する。本発明に
よれば、減衰ギア減速機構が提供される。減衰ギア減速機構は、機構の作動中に
第１ギアと第２ギアとの噛み合いによって生じる騒音を低減するための、ギアア
イソレータアッセンブリを含んでいるのが望ましい。
【０００７】 ある代表的実施例では、第１ギアは第１シャフトを中心とする第１回転軸を有
しており、第２ギアは第２シャフトを中心とする第２回転軸を有している。第１
及び第２ギアは、第１ギアの第１回転軸が第２ギアの第２回転軸と実質的に垂直
になるように互いに噛み合うよう、ギアボックスのハウジング内に回転可能に取
り付けられている。機構の作動中に第１ギアと第２ギアとの間で生じる騒音を低
減するため、ギアボックス内の第２ギアの周りに、ギアアイソレータアッセンブ
リを配置するのが望ましい。具体的には、第１及び第２ギアは、機構の作動中そ
れぞれの軸の回りに回転する。騒音を作り出すのは第１ギアと第２ギアとの間の
この相互作用であり、それがギアボックスハウジングを通して伝達される。
【０００８】 ある代表的実施例では、ギアアイソレータアッセンブリは、第１及び第２側面
を有する弾性部材を備えている。第１及び第２側面は、それぞれ複数のリッジを
含んでおり、その間に複数の溝が形成されている。弾性部材は、第１ワッシャと
第２ワッシャとの間に配置されている。代表的なワッシャは、相対する両フレア
縁部の間に形成されている環状平面部分を有している。弾性部材の内側及び外側
平面は、それぞれのフレア縁部の間の第１及び第２ワッシャの平面部分内に着座
している。弾性部材の第１及び第２側面は、圧力が掛かると弾性部材が圧縮され
るように設計されている。
【０００９】 本発明は、更に、第１ギアと第２ギアの噛み合いにより生じる可聴騒音を低減
することができる減衰ギアアシスト機構を提供するので有用である。 本発明は、更に、機械システムの組み合わせ剛性を下げることができ、第１ギ
アと第２ギアの噛み合いにより生じる可聴騒音の低減に寄与する減衰ギアアシス
ト機構を提供するので有用である。
【００１０】 本発明は、更に、ボールベアリングアッセンブリの遊びを無くし、第１ギアと
第２ギアの噛み合いにより生じる可聴騒音の低減に寄与する減衰ギアアシスト機
構を提供するので有用である。
【００１１】 本発明の上記及びその他の特徴と利点は、当業者には、以下の詳細な説明、添
付図面及び特許請求の範囲に述べる事項を参照することにより理解、把握されよ
う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を説明する。 本発明を利用した電動パワーステアリングアシスト機構アッセンブリを、図１
に示す。当業者には、ウォーム／ウォームギア減速機構が、車両用途に特有なも
のであることを理解されよう。ウォーム／ウォームギア減速機構は、車両毎に、
その特定の車両の仕様に応じて製造される。当業者には、多くの異なる車両用途
で利用するために、本発明に修正を加え得ることを理解されよう。
【００１３】 図１に示すように、減衰型ウォームアシスト機構は、全体を１００で示すが、
これには、ギアボックスハウジング１０１と、ウォーム１０２と、ウォーム１０
４と、一対のブッシング１０６と、一対のボールベアリングアッセンブリ１０８
と、一対のリテーニングリング１１０と、一対のウォームアイソレータアッセン
ブリ１１２とが含まれている。
【００１４】 ウォームギア１０２は、ギアボックスハウジング１０１の内側壁とステアリン
グシャフト１１４との間に配置されている。ウォーム１０４は、その第１端部１
０５と第２端部１０７を、ブッシング１０６、ボールベアリングアッセンブリ１
０８及びウォームアイソレータアッセンブリ１１２の間に配置することにより、
ギアボックスハウジング１０１内に配置されている。ウォーム１０４の第２端部
１０７は、出力シャフト１０９に接続されており、出力シャフト１０９は、図示
していない電気モーターに接続されているので、電気モーターが作動するとウォ
ーム１０４が駆動されるようになっている。図面の実施例では、第２端部１０７
は、出力シャフト１０９の開口１１１内に固定されている。
【００１５】 ウォームギア１０２は、ギアボックスハウジング１０１内に回転可能に取り付
けられており、ステアリングシャフト１１４に剛接されている。図示の実施例で
は、ウォームギア１０２は環状型ギアである。ウォームギア１０２は、その表面
に、ウォームギア１０２の連結要素として形成された歯（図示せず）を含んでい
てもよいと理解されたい。代表的ウォームギア１０２は、外側リング１１８に連
結されている内側リング１１６を備えている。内側リング１１６と外側リング１
１８とは、当業者には理解されている数多くの既知の技術又は手段によって、連
結することだできる。これは例として述べているのであって、全てのウォームギ
アが２つの構成要素で構成されているわけではない。ウォームギア１０２も、ギ
アボックスハウジング１０１内に回転可能に支持されている。
【００１６】 ウォーム１０４は、ギアボックスハウジング１０１内に回転可能に取り付けら
れている。ウォーム１０４の第２端部１０７は、出力シャフト１０９に直接接続
されているのが望ましい。ある代表的なウォーム１０４は、ギアボックスハウジ
ングの長さ方向と直交する細長い軸を備えており、第１端部１０５及び第２端部
１０７それぞれで支持されるようになっている。ブッシング１０６及びボールベ
アリングアッセンブリ１０８も、ギアボックスハウジング１０１内でウォーム１
０４を支持している。ブッシング１０６及びボールベアリングアッセンブリ１０
８は、環状リテーニングリング１１０によって、ギアボックスハウジング１０１
内に保持されている。ブッシング１０６は、管状で、ウォーム１０４の周囲に配
置され、ボールベアリングアッセンブリ１０８に対してウォーム１０４が軸方向
に移動できるようにしているのが望ましい。ボールベアリングアッセンブリ１０
８は、ギアボックスハウジング１０１に対しては静止していながら、ウォーム１
０４を回転可能に支持している。
【００１７】 本発明によるウォームアイソレータアッセンブリ１１２を図２−４に示す。ウ
ォームアイソレータアッセンブリ１１２は、第１端部１０５と第２端部１０７の
双方で、ウォーム１０４の周りに配置されている。更に具体的には、１つのウォ
ームアイソレータアッセンブリ１１２と、もう１つのウォームアイソレータアッ
センブリ１１２は、両方が、ウォーム１０４の第１表面１１３と第２表面１１５
に向かって着座している。更に、ウォームアイソレータアッセンブリ１１２は、
ボールベアリングアッセンブリ１０８と、ウォーム１０４の第１表面及び第２表
面１１３、１１５上に形成されている環状ショルダ１１７との間に配置されてい
る。つまり、環状ショルダ１１７は、ウォームアイソレータアッセンブリ１１２
を、ボールベアリングアッセンブリ１０８及びウォーム１０４に対して位置決め
し、配置する働きがある。
【００１８】 ウォームアイソレータアッセンブリ１１２は、弾性部材１２０と、一対のワッ
シャ１２２及び１２４とを備えている。弾性部材１２０は、内側表面１１９と、
これに向かい合う外側表面１２１とを有している。各表面１１９、１２１上には
複数のリッジ１２３が形成されており、複数の溝１２９を画定している。内側及
び外側表面１１９及び１２１の形状と弾性を有する部材１２０とを組み合わせ、
部材１２０は、圧力が掛かると圧縮されるようになっている。ワッシャ１２２、
１２４は、それぞれ、向かい合うフレア縁部１２５、１２７を備えた環状平面部
分１２６を含んでいる。弾性部材１２０の内側及び外側表面１１９、１２１は、
ワッシャ１２２、１２４の環状平面部分１２６内に収容され着座しており、ワッ
シャ１２２、１２４の相対するフレア縁部１２５と１２７との間に固定されてい
る。更に特定すると、フレア縁部１２５は内側環状フレア縁部を構成し、フレア
縁部１２７は外側環状フレア縁部を構成している。
【００１９】 特別な形状をした複数のリッジ１２３と、ワッシャ１２２、１２４とを備えた
ウォームアイソレータアッセンブリ１１２は、規定された荷重対たわみの関係を
呈する。ウォームアイソレータアッセンブリ１１２は、この関係による全作動条
件の下で、ウォーム軸に沿って所望のプリロードを維持する。更に、このばね定
数特性により、ウォーム１０４とウォームギア１０２との間の衝撃力の振幅が最
小になる。従来のばねは、全作動条件を通してこの可変ばね定数を達成してはい
ない。
【００２０】 更に図５ａ、５ｂ及び５ｃに示すように、ウォームアイソレータアッセンブリ
１１２の必要なばね定数を達成するには、弾性部材１２０の形状が重要である。
図５ａに示すように、ウォームアイソレータアッセンブリ１１２が自由高さにあ
るときは、弾性部材１２０のリッジ１２３の直径は、ワッシャ１２２、１２４の
内側表面１２８の直径よりも小さい。
【００２１】 図５ｂは、取り付け高さにあるウォームアイソレータアッセンブリを示す。取
り付け高さでは、弾性部材１２０は、静水力学的圧縮の前の状態にある。リッジ
１２３は、共に圧縮されて柱を形成し、アッセンブリが所望のばね定数を維持で
きるようにしている。取り付け高さから更に圧縮されると、静水力学的圧縮が支
配する状態になる。図５ｃに示すように、弾性部材１２０がワッシャ１２２、１
２４内で静水力学的に圧縮されると、弾性部材１２０は、一般的に「底つき」と
称する点、即ち、現下の場合では、ウォームアイソレータアッセンブリ１１２の
正圧ストッパ高さ又は閉止高さに達するまで、ワッシャ１２２、１２４の形状の
境界まで膨張し形状が沿うようになる。例えば、各コイルが互いに接触する点ま
で圧縮されたときに、コイルばねが底つきするようなものである。
【００２２】 本発明では、ワッシャ１２２、１２４内に封入されている弾性部材１２０の圧
縮は、静水力学的なものである。この静水力学的圧縮は、弾性部材１２０がワッ
シャ１２２、１２４内に封入されることによって発生する。すべての側面から弾
性部材１２０に働く力は、弾性部材１２０が、変形又は破壊されるのではなく、
ワッシャ１２２、１２４の形状に沿うように、弾性部材１２０の何れの点にも等
しく働く。
【００２３】 弾性部材１２０の正圧ストッパ高さは、圧縮されている間にワッシャ１２２、
１２４が互いに接触しないようにしている。ワッシャ１２２、１２４それぞれの
フレア縁部１２５と１２７の間で定義される間隙１３０は、弾性部材１２０の正
圧ストッパ高さが限界に達し、部材１２０が限界まで膨張しているときに形成さ
れる。この間隙１３０は、金属対金属のインターフェースの発生を防止し、これ
も、ウォーム／ウォームギア減速機構の作動中の騒音の低減に寄与する。
【００２４】 図２に戻るが、これはウォームギア１０２がウォーム１０４とどのように噛み
合うかを示している。ウォーム１０４の回転軸１３２は、ウォームギア１０２の
回転軸１３４に概ね垂直であることがわかる。作動中は、路面のフィードバック
力及びトルク又は振動荷重が、ステアリングシャフト１１４を通してウォームギ
ア１０２へ伝えられる。この振動荷重は、ウォームギア１０２を通してウォーム
１０４へと伝達される。振動的衝撃は、ウォーム１０４とウォームギア１０２と
が噛み合う箇所で発生する。この振動的衝撃は、ウォーム１０４に作用する軸力
に変換される。この軸力は、ウォームアイソレータアッセンブリ１１２、ブッシ
ング１０６、ボールベアリングアッセンブリ１０８及びリテーニングリング１１
０を通して、ギアボックスハウジング１０１に働く。
【００２５】 ウォーム１０４は、ウォームアイソレータアッセンブリ１１２がその軸方向の
移動を規制している状態で、軸方向に浮動できるようになっている。更に、ウォ
ームアイソレータアッセンブリ１１２は、ベアリングプリロードを作り出し、ボ
ールベアリングアッセンブリ１０８の遊びを無くしている。ウォーム１０４、ウ
ォームアイソレータアッセンブリ１１２及びボールベアリングアッセンブリ１０
８の間のこの相互作用は、機械的システムの組み合わせ剛性を下げ、ウォーム１
０４、ブッシング１０６及びボールベアリングアッセンブリ１０８の遊びを無く
している。その結果、ウォーム／ウォームギア減速機構による可聴騒音が減少す
る。
【００２６】 作動中、ウォームアイソレータアッセンブリ１１２は圧縮状態にあり、ウォー
ム１０４の軸１３２に沿って軸方向のプリロードを維持している。ボールベアリ
ングアッセンブリ１０８内の間隙、及び、ブッシング１０６とリテーニングリン
グ１１０の間の間隙は、何れも取り除かれる。金属対金属のインターフェースの
防止に加え、この間隙を取り除くことによって、ウォーム／ウォームギア減速機
構の騒音、即ち「ガタつき」が低減される。
【００２７】 当業者には、特許請求の範囲に述べる範囲及び目的内で、本明細書に示した好
適な実施例に修正を加え得ることを理解されよう。以上、本発明を、その特定の
実施例を引用して説明してきたが、本発明は、これに限定する意図はなく、特許
請求の範囲に述べる範囲及び精神内で、幅広く規定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を具現化したウォームアイソレータアッセンブリを備えている電動パワ
ーステアリングアシスト機構の断面図である。
【図２】 図１のウォームアイソレータアッセンブリを備えている電動パワーステアリン
グアシスト機構の一部分の拡大断面図である。
【図３】 図１のウォームアイソレータアッセンブリの断面図である。
【図４】 図３の領域４のウォームアイソレータアッセンブリの拡大断面図である。
【図５】 図５ａは、図１のウォームアイソレータアッセンブリの断面図であり、自由高
さ位置にあるところを示している。 図５ｂは、図１のウォームアイソレータアッセンブリの断面図であり、取り付
け高さ位置にあるところを示している。 図５ｃは、図１のウォームアイソレータアッセンブリの断面図であり、正圧ス
トッパ高さ位置にあるところを示している。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年７月３日（２００２．７．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ストリーター，トロイ・ピー アメリカ合衆国ミシガン州48759，セベワ イング，ウエスト・ヒッコリー・コート 670 Ｆターム(参考） 3D033 CA04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ギアボックスハウジング（１０１）と、 第１シャフト（１１４）を中心とする第１回転軸を有する第１ギア（１０２）
    と、 第１端部（１０５）と、第２端部（１０７）と、第２シャフト（１０９）を中
    心とする第２回転軸と、を有する第２ギア（１０４）であって、前記第１ギア（
    １０２）と第２ギア（１０４）は、前記第１ギア（１０２）の前記第１回転軸が
    前記第２ギア（１０４）の前記第２回転軸に実質的に垂直になるように互いに噛
    み合うよう、前記ギアボックスハウジング（１０１）内に回転可能に取り付けら
    れている、前記第２ギア（１０４）と、 回転する間に、前記第１ギア（１０２）と前記第２ギア（１０４）との間の噛
    み合いによって生じる騒音を低減するために、前記ギアボックスハウジング（１
    ０１）内の、前記第２ギア（１０４）の前記第１端部（１０５）及び前記第２端
    部（１０７）の周りに配置されているギアアイソレータアッセンブリ（１１２）
    であって、第１ワッシャ（１２２）と第２ワッシャ（１２４）との間に配置され
    た弾性部材（１２０）を有している、前記ギアアイソレータアッセンブリ（１１
    ２）と、を備えている、装置（１００）。
  2. 【請求項２】 ギア減速機構はウォーム／ウォームギア減速機構である、請
    求項１に記載の装置（１００）。
  3. 【請求項３】 前記第１ギア（１０２）はウォームギアであり、前記第２ギ
    ア（１０４）はウォームである、請求項１に記載の装置（１００）。
  4. 【請求項４】 前記第１ギア（１０２）はウォームギアである、請求項１に
    記載の装置（１００）。
  5. 【請求項５】 前記第２ギア（１０４）はウォームである、請求項１に記載
    の装置（１００）。
  6. 【請求項６】 前記第１ギア（１０２）の周りに配置されている複数のボー
    ルベアリングアッセンブリ（１０８）と、 前記第１ギア（１０２）の周りに配置されている複数のブッシング（１０６）
    とを更に備えており、 前記ボールベアリングアッセンブリ（１０８）及び前記ブッシング（１０６）
    は、前記ギアボックスハウジング（１０１）内に前記第１ギア（１０２）を支持
    するように働く、請求項１に記載の装置（１００）。
  7. 【請求項７】 前記複数のボールベアリングアッセンブリ（１０８）は、一
    対のボールベアリングアッセンブリ（１０８）を含んでいる、請求項７に記載の
    装置（１００）。
  8. 【請求項８】 前記複数のブッシング（１０６）は、一対のブッシング（１
    ０６）を含んでいる、請求項８に記載の装置（１００）。
  9. 【請求項９】 前記ウォーム（１０４）は環状のショルダ（１１７）を有し
    ており、前記ギアアイソレータアッセンブリ（１１２）は、前記環状のショルダ
    （１１７）と、複数のボールベアリングアッセンブリ（１０８）及び複数のブッ
    シング（１０６）との間に配置されている、請求項４に記載の装置（１００）。
  10. 【請求項１０】 前記複数のボールベアリングアッセンブリ（１０８）及び
    ブッシング（１０６）は、リテーニングリング（１１０）によって保持されてい
    る、請求項７に記載の装置（１００）。
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