(57)【要約】【課題】部品点数の増加や、芯ずれなどによる噛合不良を招くことなくウォームの噛合を適正にし、歯打ち音などを抑制できる電動式パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】図１（ａ）の例における曲がり角θ１は、比較的大きな値となるので、点Ａで支持する軸受の内輪と回転軸との間に大きなクリアランスを設ける必要があり、振動、異音やフレッチングなどの不具合を生じる恐れがある。これに対し、図１（ｂ）に示す例によれば、従来例に比べ回転軸Ｓに生じる応力を低減し、例えばコジリなどの不具合を抑制し、軸受へのモーメント荷重の低減等を図ることができる。【選択図】図１
2008100640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ回転軸を回転させるモータと、
車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
ステアリングホイールから前記出力軸へと操舵力を伝達する入力軸と、
前記モータの前記回転軸に一体的に形成されたウォームと、前記出力軸に連結されたウォームホイールとを含み、前記回転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結するウォームギヤ機構と、からなり、
前記回転軸は、前記ウォームと前記モータとを挟むように配置された第１の軸受と第２の軸受とにより回転自在に支持されており、更に、前記モータに近い前記第１の軸受を支点として揺動的に変位可能となっており、前記回転軸の変位量は前記第１の軸受から離れるにつれて大きくなることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記回転軸を支持する前記第１の軸受は、前記回転軸と共に軸線方向に変位可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記ウォームの歯面と、それに噛合する前記ウォームホイールの歯面とに予圧を付与するウォーム予圧機構を、前記ハウジングと前記回転軸との間に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記ウォーム予圧機構は弾性体を備え、前記弾性体の弾性力を用いて前記ウォームの歯面と、それに噛合する前記ウォームホイールの歯面とに予圧を付与することを特徴とする請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記ウォーム予圧機構の予圧力は、前記ウォームの歯面と、前記ウォームホイールの歯面との噛合部におけるモータの不平衡力より大きいことを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動式パワーステアリング装置に関し、特に小型・軽量な電動式パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動式パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクやその他の信号を検出し、その検出信号に基づいて電動モータを駆動し、減速機を介して出力軸を回転させ、操舵力を補助するものである。
【０００３】
近年の電動式パワーステアリング装置において、ウォームとウォームホイールとの間にバックラッシュが存在すると歯打ち音が発生するとの観点より、バックラッシュをなくすように組立てる工夫や、予圧機構によりバックラッシュを発生させない機構などが取り入れられている（特許文献１参照）。また、モータの出力軸とウォーム軸との接合は、スプラインや継手によるものが一般的である。
【特許文献１】特開２０００−４３７３９号公報
【特許文献２】特開２００２−７９９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的な電動式パワーステアリング装置において、初期状態で、ウォームとウォームホイールとのバックラッシュを少なく設定しても、各部の摩耗や、樹脂製のウォームホイールに生じがちな吸水による寸法変化などでバックラッシュが発生したり芯間が詰ったりするという問題がある。これに対し、予圧機構を設ければウォームホイールとウォーム軸の芯間距離を調整できるので、それにより経時変化に対応できるため、近年においては、予圧機構を設けた電動式パワーステアリング装置が主流になりつつある。
【０００５】
一方で、従来においては比較的軽量な小型車両に電動式パワーステアリング装置が用いられていたが、近年においては、より重い大型車両にも電動式パワーステアリング装置が採用される傾向がある。これに伴い、電動式パワーステアリング装置のモータも高出力化が求められている。しかるに、増大したモータの出力による歯面の摩耗や吸水による樹脂製ウォームホイールの膨張を許容できるようウォーム軸の調整量を確保すると、高負荷運転の時にウォーム軸が反力により今まで以上に大きく傾きやすくなるという問題がある。
【０００６】
このようにウォーム軸が大きく傾いた状態で大トルクを伝達すると、モータ軸とスプライン部との接合部で、こじり等によるスプラインの摩耗や損失増大の不具合が発生する恐れがある。かかる不具合を解消もしくは緩和すべく、スプライン部のこじりを吸収する機構や継手を用いることも考えられるが、それにより部品点数の増大やシステムの複雑化を引き起こすとともに、コスト増にもつながる。
【０００７】
また、ウォーム軸の傾きが大きくなると、支点となる軸受に大きなモーメント荷重がかかり、軸受に負担がかかることとなる。これに対し、ウォーム軸と軸受内輪に隙間を大きくとり、ウォーム軸を比較的大きく傾き可能とすることも考えられるが、ウォーム軸と軸受内輪との隙間が大きくなると、振動や騒音を招く恐れがある。
【０００８】
また、モータの回転軸とウォーム軸とをスプライン結合した場合には、両者の芯ずれなども考えられるが、大トルクを伝達する場合には、少しの芯ずれでもスプライン部のこじりや噛合不良による損失や騒音問題などが起こる恐れがある。
【０００９】
モータ出力軸とウォームを一体化し、接合部のこじれや摩耗を防ぐ技術が特許文献２に開示されているが、かかる技術のように、片持ち軸のたわみにより噛合を維持する技術では、摩耗によるバックラッシュ拡大を防ぐことはできない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、部品点数の増加や、芯ずれなどによる噛合不良を招くことなくウォームギヤの噛合を適正にし、歯打ち音などを抑制できる電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電動式パワーステアリング装置は、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ回転軸を回転させるモータと、
車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
ステアリングホイールから前記出力軸へと操舵力を伝達する入力軸と、
前記モータの前記回転軸に一体的に形成されたウォームと、前記出力軸に連結されたウォームホイールとを含み、前記回転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結するウォームギヤ機構と、からなり、
前記回転軸は、前記ウォームと前記モータとを挟むように配置された第１の軸受と第２の軸受とにより回転自在に支持されており、更に、前記モータに近い前記第１の軸受を支点として揺動的に変位可能となっており、前記回転軸の変位量は前記第１の軸受から離れるにつれて大きくなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果について、図面を参照して説明する。図１は、モータＭの回転軸Ｓの支持モデルを示す図であるが、ハウジングは省略している。まず、特許文献１の従来例に相当する図１（ａ）に示すモデルでは、回転軸Ｓは二分割されセレーション等で結合された左軸部と右軸部とから構成される。ウォームＷが設けられ他左軸部は点Ｃ，Ａの２点で軸受により支持され、またモータＭが設けられた右軸部は点Ｅ，Ｂの２点で軸受により支持されるが、回転軸Ｓの左端近傍の点Ｃでは、例えば予圧機構ＰＳを介して支持が行われているものとする。ここで、トルク伝達時に、点Ｃ、Ａ間における位置ＤでウォームＷを介して軸線直交方向に力Ｆを付与されたとすると、回転軸Ｓは、点線で示すように変位することとなる。このとき、異音を抑制しつつトルク伝達をスムーズに行うために、力Ｆを付与される位置Ｄにおけるリフト量即ち変位量（伝達トルクの大きさにもよるが、大凡±０．００１〜０．３ｍｍ）を最適なものとする必要がある。かかるリフト量を適正にするために必要な最大調整量をａとすると、点Ｅ、Ｂ間では、回転軸Ｓの変位が生じないので、点Ａにおける揺動角θ１は、点Ｄ、Ａ間の距離をＬ１とすると、θ１＝ｔａｎ-1（ａ／Ｌ１）で近似できることとなる。
【００１３】
次に、本発明の一例に相当する図１（ｂ）に示すモデルについて考察する。かかるモデルでは、回転軸Ｓの中央で支持することなく、回転軸Ｓの右端の点Ｂで第１の軸受により支持し、回転軸Ｓの左端の点Ｃでは、例えば予圧機構ＰＳを介して第２の軸受により支持するものとする。第１の軸受と第２の軸受との間にはウォームＷとモータＭが配置されている。即ち、回転軸Ｓは、モータＭに近い方の第１の軸受（点Ｂ）を支点として（即ち第１の軸受の中心位置を固定して）揺動的に変位可能に支持されている。ここで、上述と同様に、トルク伝達時に、点ＣとモータＭとの間における位置ＤでウォームＷを介して軸線直交方向に力Ｆを付与されたとすると、回転軸Ｓは、その変位量が点Ｂの第１の軸受から離れるにつれて漸次大きくなるように、点線で示すごとく揺動的に変位することとなる。本発明の例では、点Ｃ、Ｂ間に支点がないため、回転軸Ｓは全体的に揺動し、点Ｂにおける揺動角θ２は、点Ｄ、Ｂ間の距離をＬ２とすると、θ２＝ｔａｎ-1（ａ／Ｌ２）で近似できることとなる。
【００１４】
ここで、両者を比較すると、Ｌ１＜Ｌ２であることから、θ１＞θ２となることは明らかである。即ち、図１（ａ）の例における揺動角θ１は、比較的大きな値となるので、回転軸Ｓの左軸部と右軸部との結合部でコジリが生じる恐れがあり、また点Ａで支持する軸受の内輪と回転軸との間に大きなクリアランスを設ける必要があり、振動、異音やフレッチングなどの不具合を生じる恐れがある。これに対し、図１（ｂ）に示す本発明によれば、揺動角θ２を小さく抑えることができ、ウォーム軸は一体であるのでスプライン結合部で、こじれが生じることもない。また軸受に付与されるモーメント荷重の低減等を図ることができる。
【００１５】
更に図１（ｃ）は、比較例として示すモデルであるが、かかるモデルでは、回転軸Ｓの右端の点Ｂで例えば予圧機構ＰＳを介して軸受により支持し、回転軸Ｓの左端の点Ｃで例えば予圧機構ＰＳを介して軸受により支持し、それ以外に支持を設けないものとする。この比較例のモデルでは、力Ｆを付与される位置Ｄにおいて噛合を適正にするためには、回転軸Ｓ全体を最大調整量ａだけ平行移動するように変位させることとなるので、回転軸の揺動は生じないものの、その変位により、モータＭ内において、ステータと、回転軸Ｓに固定されたロータとの間のクリアランスが偏ることに起因する比較的大きなモータの不平衡力（後述）が生じ、ステータとロータとの接触を招く恐れがある。又、予圧機構ＰＳに使用する弾性体が増えることによる固有振動数低下に起因して共振などを誘発する恐れもある。これに対し、本発明によれば、図１（ｂ）に示すように、回転軸Ｓが位置Ｂにおいては軸受により固定的に支持されているので、モータＭにおけるステータとロータのギャップを大きく変化させることなくモータの不平衡力の発生を抑制しながらも、位置Ｄにおける比較的大きな回転軸Ｓの最大調整量ａを確保することができ、それにより噛合を適正に維持しつつ安定した動作を行うことができる。
【００１６】
前記回転軸を支持する前記第１の軸受は、前記回転軸と共に軸線方向に変位可能に支持されていると好ましい。例えば前記第１の軸受に対して軸線方向に対向する位置にゴムダンパを設けて、前記回転軸と前記第１の軸受とを一体的に微少量だけ軸線方向に変位可能とすると、タイヤ側から微小振動が入力された場合、または中立付近で小刻みにステアリングホイールを切るような場合など、回転軸が軸線方向に変位することでその動きを逃がすことができ、モータの慣性の影響を及ぼさないようにできる。
【００１７】
前記ウォームの歯面と、それに噛合する前記ウォームホイールの歯面とに予圧を付与するウォーム予圧機構を、前記ハウジングと前記回転軸との間に設けると、歯面の摩耗や、樹脂製ウォームホイールが吸水により膨張などしても、ウォームホイールとウォームとの噛合不良が発生したり、膨張により芯間距離が詰まったりすることを抑制できるので好ましい。又、回転軸とウォームが一体となっていると、両者を別体とした場合に生じうる結合部での摩耗やこじりなどの不具合を回避できる。
【００１８】
前記ウォーム予圧機構は弾性体を備え、前記弾性体の弾性力を用いて前記ウォームの歯面と、それに噛合する前記ウォームホイールの歯面とに予圧を付与すると好ましい。前記ウォーム予圧機構が軸受の外輪を抑圧する機構でなく、弾性体としてのコイルばねの付勢力を用いて回転軸に予圧を与える構成であれば、ウォーム半径方向に大きくなることが抑制され、コンパクト化に貢献する。但し、弾性体が軸受を介して間接的に回転軸に予圧を与えるようにすることもできる。
【００１９】
前記ウォーム予圧機構の予圧力は、前記モータ軸のマグネットとステータのギャップのアンバランスにより発生する不平衡力より大きいと、モータの不平衡力が生じた場合でも予圧を与えることができるので好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図２は、本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。図２において、車体２６に対して、ブラケット２４を介してチューブ状のコラム１５が、チルト方向（矢印Ａ方向）及びテレスコ方向（矢印Ｂ方向）に移動可能に支持されている。上端部にステアリングホイール１を取り付けたステアリングシャフト１７は、ステアリングコラム１５に挿通され、それに対して回転自在に支持されている。ステアリングコラム１５とステアリングシャフト１７とは、二次衝突時などに軸線方向に大きな荷重を受けたとき縮長するように変形する、いわゆるコラプシブル構造を備えている。
【００２１】
ステアリングシャフト１７の下端は、車体２６に対してブラケット１８により取り付けられた電動式パワーステアリング装置１００の入力軸１０２に連結されている。一方、電動式パワーステアリング装置１００の出力軸１０３は、ユニバーサルジョイント７Ａを介して中間軸８の上端に連結され、中間軸８の下端は、ユニバーサルジョイント７Ｂを介してピニオンシャフト１０に連結されている。ピニオンシャフト１０に形成されたピニオンは、ラック軸９のラック歯に噛合している。ラック軸９の両端は、それぞれタイロッド１３を介して、不図示の車輪を操舵する操舵機構に連結されている。
【００２２】
図３は、図２の矢印IIIにより示す、本実施の形態に用いる電動式パワーステアリング装置１００の断面図である。本体１０１ｂと蓋部材１０１ａとからなるアルミ又はアルミ合金、マグネシウム又はマグネシウム合金から形成されたハウジング１０１内に、入力軸１０２および出力軸１０３が配置されている。入力軸１０２は、不図示の軸受によりハウジング１０１に対して回転自在に支持されている。中空の出力軸１０３は、軸受１０４，１１０によりハウジング１０１に対して回転自在に支持されている。図３で右端を入力軸１０２に圧入し、左端を出力軸１０３にピン結合させることで連結したトーションバー１０５が、出力軸１０３内を延在している。
【００２３】
出力軸１０３の図３で右端近傍外周に対向する位置に、受けたトルクに比例してトーションバー１０５がねじれることに基づき、操舵トルクを検出する検出装置すなわちトルクセンサ１０６が設けられている。このトルクセンサ１０６は、ロータリー式非接触トルクセンサであって、トーションバー１０５のねじれに基づく入力軸１０２と出力軸１０３との相対角度変位を、所定の磁気回路におけるインピーダンスの変化としてコイルにより検出し、電気信号として不図示の制御回路へ出力するものである。
【００２４】
出力軸１０３の中央部において軸受１０４，１１０の間には、ウォームホイール１０７が配置されている。ウォームホイール１０７は、圧入などにより出力軸１０３に一体的に回転するように取り付けられた芯金１０７ａと、その外周にインサート成形されてなる樹脂の歯部１０７ｂとからなる。ウォームホイール１０７の歯部１０７ｂは、ハウジング１０１に取り付けられたモータ１０９の回転軸に一体的に形成されたウォーム１０８と噛合している。ウォームホイール１０７とウォーム１０８とで動力伝達機構（ウォーム機構）を構成する。従って、ハウジング１０１は動力伝達機構を収容するハウジングとなる。
【００２５】
図４は、図２の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。図５（ａ）は、図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）において矢印IVBで示す部位を拡大して示す図である。図４において、ハウジング１０１と一体的に形成されたフレーム本体２２３Ａの内径部２２３ａ内に、ブラシレスモータ１０９が配置されている。ブラシレスモータ１０９は、図４に示すように、ステータ２２１及びロータ回転角を検出する回転角検出器としてのレゾルバ２２２とを収容するフレーム２２３を有している。このフレーム２２３は、ウォーム機構を収容するハウジング１０１と一体的に形成され且つステータ２２１を収容するフレーム本体２２３Ａと、レゾルバ２２２を収容するフレーム蓋部２２３Ｂとに２分割され、両者はインロー嵌めにより固定されている。
【００２６】
フレーム本体２２３Ａの内径部２２３ａの内周面には、フレーム蓋部２２３Ｂ側端面から軸方向にステータ２２１の軸方向長さと略等しい長さで延長するブラシレスモータのスロット数と同数の断面円弧状の凹部２３０（図５参照）が等間隔に形成されている。
【００２７】
また、フレーム蓋部２２３Ｂには、図４で明らかなように、フレーム本体２２３Ａとは反対端側の内周面にレゾルバ２２２を収容する内径部２２３ｂが形成され、この内径部２２３ｂと連通して、４点接触式玉軸受（モータ１０９に近い第１の軸受）１１２に嵌合する小径部２２３ｃが形成されている。外周部におけるレゾルバ２２２と対向する位置に半径方向に突出するフィン状のリブ（不図示）が円周方向に所定間隔を保って多数一体成形されている。なお、フレーム蓋部２２３Ｂも、フレーム本体２２３Ａ及びハウジング１０１と同様にアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つをダイキャスト機による鋳造によって一体成形され、またインロー部などは機械加工されていると好ましい。
【００２８】
図５（ａ）に示すように、フレーム本体２２３Ａの内径部２２３ａ内にステータ２２１が嵌合配置されている。このステータ２２１は、１２個の電磁鋼板を積層したＴ形の分割コア２４１を円環状に連接させた構成を有する。
【００２９】
各分割コア２４１の夫々は、軸方向と直交する断面において、外周面が円弧状で円周方向に延長するステータヨーク２４２と、このステータヨーク２４２の内周面における円周方向の中央部に内方に中心軸に向かって延長する磁極部２４３とでＴ形に形成された鉄心で構成され、磁極部２４３の先端にハット部が形成されている。そして、磁極部２４３にモータコイル２４４が集中巻で巻装されている。ハット部は、Ｔ形の分割コア２４１を１２個組み合わせて円環状にした状態において、若干のスロット開口幅が形成される形状であり、そのスロット開口幅はモータコイル２４４に使用されるマグネットワイヤの直径以下に設定されている。ステータヨーク２４２のフレーム本体２２３Ａに嵌合される面は、フレームの曲率と略同じ曲率であるが、磁極部２４３の首部の真裏にあたる部位が平取りしてあるので、フレーム本体２２３Ａへの嵌合時に２点で線接触する形状となっている。
【００３０】
一方、ステータヨーク２４２のスロット側は、磁極部２４３の首部中心線に直交する直線形状とされている。隣接する分割コア２４１が突き当たる部位は、モータコイル２４４が施される磁極部２４３の中心線に対して回転中心で交差する±１５°の直線形状であり、互いに面接触する形状とされている。
【００３１】
また、外周側基部２４２の外周面における円周方向の両端部にフレーム本体２２３Ａの凹部２３０に係合する断面が、４分の１円状の凸半部２４５が軸方向の全域にわたって形成されている。したがって、分割コア２４１同士を連接させたときに、図５（ｂ）に示すように、双方の凸半部２４５で断面半円形のフレーム本体２２３Ａに形成した凹部２３０に係合する凹部２３０と同一の曲率で、その中心点をフレーム本体２２３Ａの凹部３０の中心点よりもステータ中心軸側に若干ずらした形状の凸部２４６が形成される。そして、各分割コア２４１を円環状に連接させた状態で、凸部２４６をレーザ溶接等で溶接することにより、円環状のステータ２２１が構成され、このステータ２２１が、フレーム本体２２３Ａの内径部２２３ａに凸部２４６を凹部２３０に係合させて嵌合されている。このとき、フレーム本体２２３Ａに形成したステータ２２１のヨーク２４３を突き当てるステータヨーク突き当て部２４７と、ステータ２２１の先端を突き当てるステータ先端突き当て部２４８は、その両部でステータ２２１の端面に接触する形状としており、さらにその部位におけるコイルエンドとの間の隙間には、エポキシ系樹脂からなる伝熱体２４９が充填されている。
【００３２】
各相のモータコイル２４４の終端は、Ｙ結線中点、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相毎に絶縁された四層構造の円環状のバスバー２５０に連結され（図４参照）、このバスバー２５０がフレーム本体２２３Ａに焼きばめ嵌合されている。
【００３３】
このように、ステータ２２１を分割コア方式にすることにより、一体コア方式に巻線を施す際に必要な巻線ノズルを通すための空間や、巻線をスロットに落とし込む際のガイドのための空間など、巻線構成のためだけに生じる無駄なスロット空間が不要となるので、高密度な巻線が可能となる。
【００３４】
また、分割コア２４１において、ハット部２４３ａによって形成されるスロット開口幅を、モータコイル２４４に使用されるマグネットワイヤの直径以下に設定することにより、モータコイル２４４が緩んだり断線してもエアギャップに噛み込まないので、モータロックによるステアリングホイールロックを防止することができる。
【００３５】
また、分割コア２４１において、ステータヨーク２４２のフレーム本体２２３Ａに形成される面を、フレーム嵌合時に２点で線接触する形状としたことにより、トルク発生時に磁極部２５７に反力がかかってもＴ形の分割コア２４１が倒れにくいので、騒音、振動を低減することができる。
【００３６】
さらに、Ｔ形の分割コア２４１において、ステータヨーク２４２のスロット側を磁極部２５７の首部中心線に直交する直線形状としたことにより、巻線時にステータヨーク２４２が干渉しないので、高密度な巻線が可能である。
【００３７】
さらにまた、Ｔ形の分割コア２４１において、隣接する分割コア２４１のステータヨーク２４２が突き当たる部位の外周側に半割れ状の凸半部２４５を設けたことにより、単純な円環状のステータヨーク部を分割した分割コア方式よりも突き当たる面積が広く、トルク発生時に磁極部２５７に反力がかかってもＴ形の分割コア２４１が倒れにくい。なおさらに、外周側に突出した凸半部２４５を溶接するので、溶接部を通る磁束は少なく、ヒステリシス損を小さくすることができる。これらの効果により、騒音、振動及び鉄損を低減できる。
【００３８】
また、凸部２４６は、外周側に突出しているので、ステータヨーク２４２のスロット側を磁極部２５７の首部中心線に直交する直線形状としたことに起因する磁路細りを防止することができる。
【００３９】
また、その凸部２４６は、フレーム本体２２３Ａに設けてなる凹部に対して、径方向には隙間が大きいが、回転方向には隙間が殆どない形状なので、分割コア２４１同士を溶接する際に生じるビードや膨らみを取り除くことなくフレーム本体２２３Ａに焼ばめすることができる。さらに、ブラシレスモータ１０９の雰囲気温度のみが急激に上昇してフレーム本体２２３Ａのみが高温になったり、予期せぬ外力などでフレーム本体２２３Ａに割れが生じたりしてフレーム本体２２３Ａとステータ２２１のしめしろが無くなってしまった場合でもステータ２２１は空転しないので、トルク低下やトルクリップル、回転方向によるトルク差、さらにはセルフステアといった現象を確実に防ぐことができる。
【００４０】
また、前述したように、フレーム本体２２３Ａの凹部２３０はフレーム蓋部２２３Ｂを取付ける側からステータ嵌合部をへてステータヨーク突き当て部位よりも若干深い位置まで同一形状で延長しているので、電磁鋼板の形状を積圧方向によって変える必要が無く、同一形状のＴ形の電磁鋼板でステータ２２１を構成できる。
【００４１】
これらの特徴は、Ｔ形の分割コア２４１がスロット数と同数個連結されており、連結部を折り曲げることにより円環状のステータ２２１となる展開コア方式のステータで適用しても同様の効果が得られる。また、図４に示すように、フレーム蓋部２２３Ｂの内径部２２３ｂには、レゾルバ２２２を構成するレゾルバステータ２２２ｓが内嵌されている。
【００４２】
一方、モータ１０９の回転軸（ロータ）１０９ａの端部には、フレーム蓋部２２３Ｂの内径部２２３ｂに取り付けられたレゾルバステータ２２２ｓと対向してレゾルバロータ２２２ｒが一体的に回転するようにナット２２２ｎで固定されている。レゾルバステータ２２２ｓとレゾルバロータ２２２ｒとで、レゾルバ２２２を構成する。
【００４３】
ここで、磁極部２５７は、回転軸１０９ａを挿通する円筒状のロータヨーク２５８と、このロータヨーク２５８の外周面に円周方向に等間隔で接着された８枚の永久磁石２５９と、これら永久磁石２５９の外周面を覆うオーステナイト系の非磁性ステンレスでなるキャップ２６０とで構成されている。磁極となる永久磁石２５９は極毎に分割されたセグメント磁石であり、その形状は外周側の円弧中心を意図的に回転中心からシフトした蒲鉾型に形成されている。
【００４４】
磁極部２５７を構成する永久磁石２５９の外周部はキャップ２６０で覆われており、キャップ２６０はすきまばめであるが、接着剤を併用することで永久磁石２５９に固定されており、さらに、キャップ２６０の端面をリベットでかしめることによりさらに強固に固定されている。
【００４５】
ここで、モータの不平衡力について説明する。図５（ａ）において、キャップ２６０の外周と磁極部２４３の内周との間には、全周においてギャップが存在する。ここで、出力軸１０３にトルクを伝達するためにモータコイル２４４に通電すると、磁極部２４３と永久磁石２５９との間には全周において磁気的な吸引力が発生するが、かかる吸引力は、両者間の距離に反比例して増大する特性がある。一方、互いに噛合するウォームホイール１０７とウォーム１０８との間でトルク伝達が行われたとき、回転軸１０９ａは、ウォームホイール１０７から離隔する方向即ち図で下方に押されて変位する。すると、図で上方におけるキャップ２６０と磁極部２４３とのギャップは広がるが、図で下方におけるキャップ２６０と磁極部２４３とのギャップは狭まることとなる。従って、図５（ａ）の上方側で吸引力が小さくなり、下方側で吸引力が大きくなるため、回転軸１０９ａは、更に下方に向かって付勢されることとなる。このように、物体がある方向に移動したときに、その方向への移動を助長するように作用する力をモータの不平衡力という。
【００４６】
本実施の形態によれば、後述するウォーム予圧機構が設けられているので、モータの不平衡力が発生した場合でも、回転軸１０９ａをウォームホイール１０７に向かって付勢することで、ウォームホイール１０７とウォーム１０８との芯間の離隔を抑制し、最適な噛合を維持することができる。
【００４７】
更に、フレーム本体２２３Ａの内径部２２３ａと回転軸１０９ａとの間は、シール１０９ｅにより密封されている。モータ１０９の回転軸１０９ａの一端（図４で左端）は、フレーム蓋部２２３Ｂに対して４点玉接触式軸受１１２で支持されている。
【００４８】
４点接触式玉軸受１１２の軸線方向両側には、回転軸１０９ａの外周に取り付けられたゴムダンパＧＰが配置されており、回転軸１０９ａに対して４点接触式玉軸受１１２が軸線方向両方向に変位することを許容すると共に、軸線方向の変位量に応じた付勢力を与えるようになっている。ゴムダンパＧＰは、タイヤ側から微小振動が入力された場合、または中立付近で小刻みにステアリングホイールを切るような場合など、自身が弾性変形することによって回転軸１０９ａを軸線方向に変位させることでその動きを逃がすことができ、モータ１０９の慣性の影響を及ぼさないようにできる。又、４点接触式玉軸受１１２の内輪内径と、それが嵌合する回転軸１０９ａの外径とはスキマ嵌合であり、回転軸１０９ａの外周には周溝１０９ｇが形成され、ここにＯ−リングＯＲが配置されている。このような構成とすることで、トルク伝達時にウォーム機構からの反力を回転軸１０９ａが受けたときに、４点接触式玉軸受１１２に対して傾きやすくしている。更に、ゴムダンパＧＰへのモーメントも小さくできるので、回転軸１０９ａの軸線方向への変位もスムーズに行える。一方、回転軸１０９ａの他端（図４で右端）は、ハウジング１０１に対してウォーム予圧機構１２０を介して予圧を付与されながら一般的な玉軸受（第２の軸受）１１３で支持されている。回転軸１０９ａの支持態様は、図１（ｂ）のモデルに相当する。
【００４９】
図６は、図４の矢印VI部を拡大して示す図であり、図７は、図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。図８は、ウォーム予圧機構１２０の斜視図であり、図９は、ウォーム予圧機構１２０の分解図である。図６において、玉軸受１１３の内輪と、回転軸１０９ａの端部との間には、弾性部材から形成されたブッシュ１２１が介在している。一方、玉軸受１１３と、ハウジング１０１の袋孔１０１ｆとの間には、断面Ｌ字状のホルダ１２２が介在している。回転軸１０９ａの端部には、第１先端部１０９Ａと、それより小径の第２先端部１０９Ｂとが設けられており、ホルダ１２２から、第２先端部１０９Ｂとが突き出しており、その周囲には予圧パッド１２３が配置されている。玉軸受１１３の軸線方向の位置決めは、内輪に当接するブッシュ１２１の外フランジ１２１ａと、それに対向して外輪に当接するホルダ１２２のフランジ部１２２ａで行っている。ブッシュ１２１の内フランジ１２１ｂは、第２先端部１０９Ｂの外周面に当接している。
【００５０】
予圧パッド１２３は、固体潤滑材を混入した合成樹脂を射出成形する等により形成されており、内周に奥側に向かって拡径するテーパ状内周面１２３ｂを有している。このテーパ状内周面１２３ｂに、回転軸１０９ａの第２先端部１０９Ｂが嵌合している。予圧パッド１２３は、図７に図示する方向から見て逆Ｔ字形状を有しており、即ちその外周に、軸を挟んで両側に平行に設けた平面部１２３ａ、１２３ａと、その下端に接続する段部１２３ｃ、１２３ｃとを有している。
【００５１】
予圧パッド１２３の外周面で、図７の下方においては、円周面から突出した突起１２３ｅが設けられている。予圧パッド１２３は、ハウジング１０１に内嵌固定自在なホルダ１２２に組み合わせている。即ち、このホルダ１２２は、軸線方向に突出する４つの爪部１２２ｃを有しており、図７で左側の爪部１２２ｃ、１２２ｃは、予圧パッド１２３の左の平面部１２３ａに近接して配置され、一方、右側の爪部１２２ｃ、１２２ｃは、予圧パッド１２３の右の平面部１２３ａに近接して配置されている。爪部１２２ｃは、予圧パッド１２３に組み合わされた状態で、概ね予圧パッド１２３の円周面に一致する外表面をそれぞれ有している。
【００５２】
左側の爪部１２２ｃ、１２２ｃの間に折り曲げた一端１２４ａを挿入し、右側の爪部１２２ｃ、１２２ｃの間に折り曲げた他端１２４ｂを挿入すると共に、予圧パッド１２３の外周を何重にも取り巻くようにして、ねじりコイル１２４が配置されている。
【００５３】
ホルダ１２２と予圧パッド１２３との組み合わせにより、互いの軸線方向の相対移動が阻止される。更に、このホルダ１２２の一部に設けた、互いに隣り合う爪部１２２ｃ、１２２ｃの間に、弾性体としてのねじりコイル１２４の両端部１２４ａ、１２４ｂを配置しつつ、爪部１２２ｃ、１２２ｃの外径側側面と予圧パッド１２３の外周面とにねじりコイルばね１２４を外嵌すると、この予圧パッド１２３に設けた下側外周面１２３ｆがこのねじりコイル１２４の内周縁に接触しない状態では、この予圧パッド１２３に設けたテーパ状内周面１２３ｂの中心軸は、ホルダ１２２の中心軸に対し、片側（図の上側）に片寄っている。この為、このホルダ１２２に、予圧パッド１２３とねじりコイル１２４とを組み合わせた状態でこのホルダ１２２をハウジング１０１の所定部分に固定し、更に、予圧パッド１２３に設けたテーパ状内周面１２３ｂの内側に上記ウォーム軸１０９ａの第２先端部１０９Ｂを挿入すると、この予圧パッド１２３に設けた下側外周面１２３ｆによりねじりコイル１２４の直径が弾性的に押し広げられる。そして、このねじりコイル１２４が巻き戻る（直径を縮める）方向に弾性復帰する傾向となる事により、このねじりコイル１２４から予圧パッド１２３に、ウォームホイール１０７に向かう方向の弾力が付与されることとなる。それによりウォームホイール１０７を外嵌固定した出力軸１０３と回転軸１０９ａとの軸間距離は縮まる。この結果、ウォーム１０８とウォームホイール１０７との歯面同士が、予圧を付与された状態で当接する。
【００５４】
このように、本実施の形態のウォームホイール機構を組み込んだ電動式パワーステアリング装置の場合、ウォーム予圧機構１２０を介して予圧を付与することにより、ウォーム１０８とウォームホイール１０７との歯面同士の噛合を適正に調整しているので、車輪などから入力される衝撃や振動に対して、この噛合部でのラトル音の発生を抑えることができる。
【００５５】
次に、本実施の形態の動作について説明する。車両が直進状態にあり、ステアリングホイール１から、ステアリングシャフト１７を介して入力軸１０２に操舵力が入力されていないとすると、トルクセンサ１０６は出力信号を発生せず、従ってモータ１０９は補助操舵力を発生しない。
【００５６】
これに対し、車両がカーブを曲がろうとするときに運転者がステアリングホイール１を操作すると、その力に応じてトーションバー１０５がねじれ、入力軸１０２と出力軸１０３との間で相対回動が発生する。トルクセンサ１０６は、この相対回動の方向および量に応じてトルク信号を出力する。このトルク信号と、不図示のセンサからの車速信号とから予め設定された制御マップ等に基づいて、不図示の制御回路は、レゾルバ２２２で検出されるロータ回転角に応じた三相モータ電流をモータ１０９に供給するので、モータ１０９は所望の補助操舵力を発生する。かかるモータ１０９の発生したトルクは、動力伝達機構（１０８、１０７）により減速されて出力軸１０３に伝達され、中間軸８を介してラック軸９の移動を支援する。それによりタイロッド１３を介して操舵機構が動作し、不図示の車輪を操舵できるようになっている。
【００５７】
操舵トルク伝達時、又は路面からの反力が逆方向に伝達された時に、ウォームホイール１０７とウォーム１０８との噛合部に発生する力で、回転軸１０９ａは４点接触式玉軸受１１２を支点として揺動的に変位することとなるが、噛合部における変位量は、伝達されたトルクにもよるが、軸線に交差する方向において±０．００１〜０．３ｍｍ以内とされている。これに対し、ウォームホイール１０７とウォーム１０８との噛合部における適切な噛合を確保すべく、ウォーム予圧機構１２０が軸受１１３を介して回転軸１０９ａの端部を予圧するようになっている。この予圧力が大きすぎると摩擦損失が大きくなり、小さすぎると車体の振動により歯打ち音などが発生する恐れがあるため、車体の仕様により異なるが、予圧力は噛合部で３〜３０Ｎになるように設定してある。また、ウォーム予圧機構１２０自体が発生する予圧力は、回転軸１０９ａが最大変位した状態で、モータの不平衡力に打ち勝つように設定している。
【００５８】
更に、ブラシレスモータ１０９におけるステータ２２１のモータコイル２４４に比較的大電流のモータ電流を供給することにより、回転磁界を発生させて、回転軸１０９ａを回転駆動するが、モータ駆動電流が大電流となることにより、このモータコイル２４４で発熱を生じる。この発熱は、ステータ２２１の分割コア２４１を介してフレーム本体２２３Ａに伝導され、このフレーム本体２２３Ａが通常の鋼製のフレームより高い熱伝導率のアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つで構成され、しかもハウジング１０１と鋳造により一体成形されているので、フレーム本体２２３Ａを介して、モータコイル２４４で発生した熱を効果的にハウジング１０１に伝熱させて、モータコイル２４４が許容できる銅損を従来例よりも大きくすることができる。
【００５９】
さらに、上記実施形態では、ハウジング１０１とフレーム本体２２３Ａを、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つを用いてダイキャスト機で鋳造するようにしているので、従来例のように薄鋼板を絞る場合のように肉厚の制限がなく、且つ比重は薄鋼板に対して約１／３であるので、従来例の薄鋼板フレームの円筒部厚さに対し、約３倍の肉厚にすることができる。その上、アルミニウム合金は、鉄の３倍の熱伝導率を有する材質であり、さらにステータ先端突き当て部２４８を設け、コイルエンドとの間に伝熱体２４９を充填することで、銅損によるコイルエンドの熱をステータ先端突き当て部２４８及び伝熱体２４９を介してフレーム本体２２３Ａへ伝熱できる。これらの効果により、従来例と同じ重さのフレームでありながら、更に多くの熱量をハウジング１０１へ伝熱できるので、モータコイル２４４が許容できる銅損を従来例より大幅に大きくすることができる。
【００６０】
また、ロータの磁極部２５７及びステータ２２１が８極１２スロットというスロットコンビネーションとされているので、最も基本的な２極３スロット形式の４倍の構成である。このように磁極部２５７とステータ２２１の構成を基本構成の２ｎ倍（ｎは整数）としたことにより径方向の磁気吸引力が相殺されるため回転時のロータ振動を小さくできるという利点がある。また、このスロットコンビネーションの巻線係数は「０．８６６」であり、且つ集中巻であることから、銅損に対して大きなトルクを得ることができるという利点がある。
【００６１】
しかし、各々の磁極による鎖交磁束の変化量がそのままコギングトルク及びトルクリップルとして現れるため、電動パワーステアリング装置に適用するためには運転者に不快な振動と騒音を与えるコギングトルク及びトルクリップルを低減する必要がある。本実施形態では、磁極となる永久磁石２５９は極毎に分割されたセグメント磁石であり、その形状は外周側の円弧中心を意図的に回転中心からずらした蒲鉾型に形成されている。このような磁極により、鎖交磁束の変化量を正弦波化し、コギングトルク及び正弦波通電時のトルクリップルを低減することができる。
【００６２】
また、フレーム蓋部２２３Ｂでは、フィン状のリブをレゾルバ２２２が内包される位置に設けているので、この部位の雰囲気環境への伝導、対流、放射による伝熱を従来例よりも増すことができ、レゾルバ２２の固定側はモータコイル２４４の銅損によって生じた熱の影響を受けにくくなり、レゾルバ信号のドリフトや精度低下、誤動作を防ぐことができる。
【００６３】
さらに、レゾルバ２２２は、４点接触式玉軸受１１２の近傍に配置したので、モータ温度が変化した際のフレーム材質とシャフト材質の線膨張係数差によりレゾルバステータ２２２ｓとレゾルバロータ２２２ｒの軸方向ズレを防止することができる。特に、本実施形態のようにシャフト材質とフレーム材質の線膨張係数差が大きい組み合わせの場合、その効果は顕著である。
【００６４】
また、磁極部２５７とレゾルバロータ２２２ｒを機械的に位置決めすることで、両者の位相がずれた際に生じるトルク低下やトルクリップル、回転方向によるトルク差、さらには電動パワーステアリング装置においてはあってはならないセルフステアといった現象を確実に防止することができる。
【００６５】
更に、磁極部２５７を構成する永久磁石２５９をキャップ２６０で覆うことにより、永久磁石２５９に欠けや割れが生じたり、永久磁石２５９がロータヨーク２５８から剥がれたりした場合であっても永久磁石２５９がエアギャップに噛み込まないので、電動パワーステアリング装置においてあってはならない故障であるモータロックによるホイールステアリングロックを確実に防止することができる。
【００６６】
以上述べたように、本実施の形態によれば、ハウジング１０１が、フレーム２２３のフレーム本体部１２３Ａと一体的に形成され、ロータヨーク２５８とステータヨーク２４２を囲っているので、モータ１０９から発生した熱が、ハウジング１０１を介して伝熱され外部に放出される。それによりハウジング１０１とフレーム１２３とが別体である場合に比べて、伝熱性は格段に向上し、モータ１０９の冷却効果が高まり、それにより小型軽量化を図りながらモータ１０９の高出力化を図ることができ、ひいては電動式パワーステアリング装置全体の小型化を図れることとなる。特に、ハウジング１０１の材質をアルミニウムやマグネシウムとすることで、放熱性、軽量化の更に大きな効果が期待される。
【００６７】
更に、本実施の形態によれば、モータ１０９の後方部で一体型の回転軸１０９ａを支持する軸受１１２を４点接触式玉軸受としているので、別個に軸受予圧装置等を用いることなく、軸線方向の力（両方向）をこの軸受１１２で受けることができ、また４点接触玉軸受であるためガタも少なくウォーム１０８とウォームホイール１０７の歯面を適切に噛み合わせることができる。
【００６８】
ガタをなくす方法としてはアンギュラ玉軸受を２個使用し、一体型の回転軸１０９ａを支持する方法もあるが、予圧機構や寸法管理などが必要となり複雑となってしまい、また軸受でのロスも大きくなる。４点接触玉軸受を用いることは組立や寸法管理の容易性などを考えても望ましく、更に軽量化や摩擦ロスの低減も図れる。
【００６９】
図１０は、別の実施の形態にかかるピニオンタイプの電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。図１０に示す実施の形態においては、図１に示す実施の形態に対して、図２〜９に示す電動式パワーステアリング装置１００をピニオンハウジング１０１に設けた点のみが異なるため、同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００７０】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明を、従来例及び比較例と比較して説明する図である。
【図２】本実施の形態である電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。
【図３】図２の矢印IIIにより示す、本実施の形態に用いる電動式パワーステアリング装置１００の断面図である。
【図４】図２の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。
【図５】図５（ａ）は、図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）において矢印VBで示す部位を拡大して示す図である。
【図６】図４の矢印VI部を拡大して示す図である。
【図７】図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。
【図８】ウォーム予圧機構１２０の斜視図である。
【図９】ウォーム予圧機構１２０の分解図である。
【図１０】別の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ ステアリングホイール
７Ａ ユニバーサルジョイント
７Ｂ ユニバーサルジョイント
８ 中間軸
９ ラック軸
１０ ピニオンシャフト
１３ タイロッド
１５ コラム
１５ ステアリングコラム
１７ ステアリングシャフト
１８ ブラケット
２４ ブラケット
２６ 車体
１００ 電動式パワーステアリング装置
１０１ ハウジング
１０１ａ 蓋部材
１０１ｂ 本体
１０２ 入力軸
１０３ 出力軸
１０４，１１０ 軸受
１０５ トーションバー
１０６ トルクセンサ
１０７ ウォームホイール
１０７ａ 芯金
１０７ｂ 歯部
１０８ ウォーム
１０８ ウォームホイール
１０９ モータ
１０９ａ 回転軸
１０９ｅ シール
１１２ ４点玉接触式軸受
１１３ 玉軸受
１２０ ウォーム予圧機構
１２１ ブッシュ
１２１ａ 外フランジ
１２１ｂ 内フランジ
１２２ ホルダ
１２２ｃ 爪部
１２３ 予圧パッド
１２３ａ 平面部
１２３ｂ テーパ状内周面
１２３ｃ 段部
１２３ｅ 突起
１２３ｆ 下側外周面
１２４ コイル
１２４ａ 一端
１２４ｂ 他端
２２１ ステータ
２２２ レゾルバ
２２２ｓ レゾルバステータ
２２２ｒ レゾルバロータ
２２２ｎ ナット
２２３ フレーム
２２３Ａ フレーム本体
２２３Ｂ フレーム蓋部
２２３ａ 内径部
２２３ｂ 内径部
２２３ｃ 小径部
２３０ 凹部
２４１ 分割コア
２４２ ステータヨーク
２４３ ヨーク
２４３ 磁極部
２４３ａ ハット部
２４４ モータコイル
２４５ 凸半部
２４６ 凸部
２４７ ステータヨーク突き当て部
２４８ ステータ先端突き当て部
２４９ 伝熱体
２５０ バスバー
２５７ 磁極部
２５８ ロータヨーク
２５９ 永久磁石
２６０ キャップ
【図１】
2008100640.tif 000003
【図２】
2008100640.tif 000004
【図３】
2008100640.tif 000005
【図４】
2008100640.tif 000006
【図５】
2008100640.tif 000007
【図６】
2008100640.tif 000008
【図７】
2008100640.tif 000009
【図８】
2008100640.tif 000010
【図９】
2008100640.tif 000011
【図１０】
2008100640.tif 000012