(57)【要約】【課題】ゴムや軟質樹脂等の有機物からなる緩衝材を含む潤滑剤組成物によって減速機を潤滑する場合に比べて、騒音の低減効果を、さらに長期間に亘って維持できる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】操舵補助用の電動モータＭの出力を減速して舵取機構に伝える減速機５０のウォーム軸１１とウォームホイール１２とを、潤滑剤と、緩衝材としてのカーボンナノチューブとを含む潤滑剤組成物によって潤滑する。【選択図】図２
2009040112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助用の電動モータの出力を減速して舵取機構に伝える減速機を備え、前記減速機が、潤滑剤と、緩衝材としてのカーボンナノチューブとを含む潤滑剤組成物によって潤滑されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
カーボンナノチューブが螺旋形状をなしている請求項１に記載の電動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、自動車の操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の電動パワーステアリング装置には、減速機が用いられる。例えばコラム型ＥＰＳでは、電動モータの回転を、前記減速機において、ウォーム等の小歯車からウォームホイール等の大歯車に伝えて、回転速度を減速すると共に出力を増幅した後、ステアリングシャフトに付与することで、ステアリング操作をトルクアシストしている。前記小歯車と大歯車の噛み合いには、適度なバックラッシが必要である。
【０００３】
しかし、バックラッシが大きすぎる場合には、例えば、前記両歯車の回転を逆転させた際や、石畳等の悪路を走行してタイヤからの反力が入力（キックバック）された際等に、バックラッシに起因して歯打ち音が発生する場合があり、それ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。そのため、従来は、適正なバックラッシとなるように、小歯車と大歯車との組み合わせを選別して減速機を組み立てる、いわゆる層別組み立てが採用されてきたが、層別組み立ての作業には手間がかかるため、前記減速機を組み込んだ電動パワーステアリング装置の生産性を向上できないという問題があった。
【０００４】
また、ウォームホイールの軸の偏芯によって発生する操舵トルクのむらは、層別組み立てをしても解消できなかった。そこで、これらの問題を解決するため、特許文献１において、ウォーム軸をウォームホイールの方向へ偏倚可能に配置すると共に、前記ウォーム軸を、ばね等を用いて、弾性的に、ウォームホイールへ向けて偏倚させることによって、実質的に、両者間のバックラッシを無くするようにした電動パワーステアリング装置が提案された。しかし、前記構成では、減速機の構造が複雑になる分、電動パワーステアリング装置の製造コストが嵩むという問題があった。
【０００５】
そこで、特許文献２ないし５において、ゴムや軟質樹脂からなる緩衝材を含む潤滑剤組成物を、減速機の、少なくとも小歯車と大歯車との噛み合い部分を含む領域に充填することが提案された。前記潤滑剤組成物を用いると、緩衝材が、両歯車の歯面間に介在して、歯面同士の衝突を緩衝するため、減速機の構造には手を加えずに、歯打ち音を低減させることができる。
【特許文献１】特開２０００−４３７３９号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４５２９号公報
【特許文献３】特開２００４−１６２０１８号公報
【特許文献４】特開２００４−３６０７２９号公報
【特許文献５】特開２００５−２６３９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近時、前記緩衝材について、継続使用による摩耗や劣化等に対応して、これまでより長期間に亘って使用できるようにするために、例えば、ゴムや軟質樹脂の分子構造等について、様々な工夫をすることが検討されている。しかし、前記ゴムや軟質樹脂は有機物であるので、前記各特性の向上効果には限界がある。
本発明の目的は、有機物からなる緩衝材を用いた場合に比べて、騒音の低減効果をさらに長期間に亘って維持できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、操舵補助用の電動モータの出力を減速して舵取機構に伝える減速機を備え、前記減速機が、潤滑剤と、緩衝材としてのカーボンナノチューブとを含む潤滑剤組成物によって潤滑されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。前記課題を解決するため、発明者は、炭素原子によって造られる六員環ネットワークが、単層あるいは多層の同軸管状に形成された基本骨格を有するカーボンナノチューブに着目して検討を行った。
【０００８】
例えば、前記基本骨格を有すると共に、管がほぼ一定の径を有する直線状に形成された、外径φ数十ｎｍ程度、長さ数μｍ以下程度のカーボンナノチューブは、鋼の５倍以上のヤング率（およそ４０００ＧＰａ程度）と引張強度（およそ４５ＧＰａ程度）とを有すると共に、弾性限界が大きく、大きな角度で曲げても損傷せずに復元できる上、有機物に比べて耐熱性にも優れていることが知られている。
【０００９】
そのため、前記直線状のカーボンナノチューブ（「狭義のカーボンナノチューブ」と記載することがある）を含む、種々の立体形状を有するカーボンナノチューブの少なくとも１種を緩衝材として用いる本発明の電動パワーステアリング装置によれば、有機物からなる緩衝材を用いた場合に比べて、騒音の低減効果を、さらに長期間に亘って維持することが可能となる。また、前記カーボンナノチューブとして、螺旋形状をなす、いわゆるカーボンナノコイルを用いる場合には、前記カーボンナノコイルが弾性変形特性に優れるため、騒音の低減効果を、さらに向上することも可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機物からなる緩衝材を用いた場合に比べて、騒音の低減効果を、さらに長期間に亘って維持できる電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の電動パワーステアリング装置は、減速機を備えると共に、前記減速機が、潤滑剤と、緩衝材としてのカーボンナノチューブとを含む潤滑剤組成物によって潤滑されていることを特徴とするものである。
〈潤滑剤組成物〉
潤滑剤組成物に、緩衝材として含有させるカーボンナノチューブとしては、炭素原子によって造られる六員環ネットワークが、単層あるいは多層の同軸管状に形成された基本骨格を有すると共に、様々な立体形状を有するカーボンナノチューブが挙げられる。前記カーボンナノチューブとしては、管がほぼ一定の径を有する直線状に形成された狭義のカーボンナノチューブの他、途中で径が異なる異径ナノチューブや、管の径が、チューブの一端から多端へ一方的に減少して他端が尖端状とされたカーボンナノホーン、前記カーボンナノチューブやカーボンナノホーンが多数、分枝状に一体化された立体形状を有するもの、カーボンナノチューブが螺旋形状をなすカーボンナノコイル、カーボンナノファイバー等の１種または２種以上が挙げられる。
【００１２】
中でも、弾性変形特性に優れるため、騒音の低減効果をさらに向上することができるカーボンナノコイルが好ましい。前記カーボンナノコイル（カーボンナノツイスト等）としては、チューブの径とコイルの巻き径が、共にナノメータオーダである狭義のカーボンナノコイルだけでなく、チューブの径はナノメータオーダで、コイルの巻き径がミクロンオーダであるカーボンマイクロコイルも使用可能である。
【００１３】
カーボンナノチューブは、様々な製造方法によって製造することができる。例えば、カーボンナノコイルは、特開２００３−２６４１０号公報に記載された、加熱した反応器内部に炭化水素ガスを流通させると共に、前記炭化水素ガス中にインジウム、錫、鉄系触媒を粒子状に分散させることで、炭化水素ガスを、触媒粒子の表面近傍で分解反応させて、前記表面にコイル状に成長させる方法によって製造することができる。また、特開２００５−３５８００号公報に記載された、有機液体中で、触媒物質からなる薄膜を担持した基板を加熱すると共に、前記加熱の温度を一定周期で上下させることで、前記薄膜の表面に、コイル状に成長させる方法によってカーボンナノコイルを製造することもできる。
【００１４】
潤滑剤組成物における、緩衝材としてのカーボンナノチューブの含有割合は、前記潤滑剤組成物の総量の５質量％以上、５０質量％以下、特に２０質量％以上、４０質量％以下であるのが好ましい。含有割合が、前記範囲未満では、緩衝材としてのカーボンナノチューブによる、小歯車と大歯車との噛み合いの衝撃を緩衝して、歯打ち音を低減する効果が不十分になって、車室内での騒音を十分に低減できないおそれがある。また、前記範囲を超える場合には、相対的に、潤滑剤の含有割合が少なくなって、電動パワーステアリング装置の操舵トルクが上昇したり、摺動音が発生して、却って車室内での騒音が大きくなったりするおそれがある。
【００１５】
緩衝材粒子と共に潤滑剤組成物を構成する潤滑油としては、動粘度が５〜２００ｍｍ2／ｓ（４０℃）、特に、２０〜１００ｍｍ2／ｓ（４０℃）であるものを用いるのが好ましい。前記潤滑油としては合成炭化水素油〔例えばポリαオレフィン油（ＰＡＯ）〕が好ましいが、シリコーン油、フッ素油、エステル油、エーテル油等の合成油や鉱油等を用いることもできる。潤滑油はそれぞれ単独で使用できる他、２種以上を併用しても良い。潤滑剤組成物は、液状であってもよいし、半固形状の、いわゆるグリースであってもよい。
【００１６】
グリースは、緩衝材粒子を添加した状態での混和ちょう度（２５℃）が２６５〜４７５、特に３５５〜４３０であるのが好ましい。潤滑剤組成物をグリースにするためには、増ちょう剤を添加すればよい。増ちょう剤としては、石けん系増ちょう剤、ウレア系増ちょう剤、有機系増ちょう剤、無機系増ちょう剤等の、従来公知の種々の増ちょう剤が挙げられる。
【００１７】
このうち、石けん系増ちょう剤としては、アルミニウム石けん、カルシウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん等の金属石けん型増ちょう剤、リチウム−カルシウム石けん、ナトリウム−カルシウム石けん等の混合石けん型増ちょう剤、アルミニウムコンプレックス、カルシウムコンプレックス、リチウムコンプレックス、ナトリウムコンプレックス等のコンプレックス型増ちょう剤等が挙げられ、特にリチウムステアレート等のリチウム石けんが好ましい。また、ウレア系増ちょう剤としてはポリウレア等が挙げられ、有機系増ちょう剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ナトリウムテレフタラート等が挙げられる。さらに無機系増ちょう剤としては、有機ベントナイト、グラファイト、シリカゲル等が挙げられる。
【００１８】
液状の、またはグリースとしての潤滑剤組成物には、必要に応じて、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ等）、二硫化モリブデン、グラファイト、ポリオレフィン系ワックス（アマイド等を含む）等の固体潤滑剤、リン系や硫黄系の極圧添加剤、トリブチルフェノール、メチルフェノール等の酸化防止剤、防錆剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤、油性剤等を添加してもよい。
【００１９】
〈電動パワーステアリング装置〉
図１は、本発明の、一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置としてのコラム型ＥＰＳの概略断面図である。また、図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。図１を参照して、この例の電動パワーステアリング装置においては、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）に連結されている、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。
【００２０】
第１および第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とによって構成されている。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には、減速機構としてのウォームギヤ機構８が収容され、センサハウジング６には、トルクセンサ９、制御基板１０等が収容されている。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。
【００２１】
ウォームギヤ機構８は、第２の操舵軸３の軸方向中間部に、一体回転可能で、かつ、軸方向移動が規制されたウォームホイール１２と、このウォームホイール１２と噛み合わされていると共に、電動モータＭの回転軸３２に、スプライン継手３３を介して連結されているウォーム軸１１（図２参照）とを備えている。このうち、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た、環状の芯金１２ａと、芯金１２ａの周囲を取り囲んで外周面部に歯が形成された、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。そして、このインサートした状態での樹脂成形によって、芯金１２ａと合成樹脂部材１２ｂとが結合、一体化されている。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および第２の転がり軸受１３、１４によって、回転自在に支持されている。
【００２２】
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。また、外輪１５は、その上端面が、環状の段部１７に当接されることで、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、締まり嵌めによって嵌め合わされている。また、内輪１８の下端面は、ウォームホイール１２の芯金１２ａの上端面に当接されている。
【００２３】
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。また外輪１９は、その下端面が、環状の段部２１に当接されることで、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。一方、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、かつ、軸方向の相対移動が規制された状態で、取り付けられている。また、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。
【００２４】
トーションバー４は、第１および第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、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、先に説明したように、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。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。
【００２５】
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および第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。
図２を参照して、ウォーム軸１１は、ギヤハウジング７によって保持される第４および第５の転がり軸受３４、３５によって回転自在に支持されている。第４および第５の転がり軸受３４、３５の内輪３６、３７は、ウォーム軸１１の、対応するくびれ部に嵌合されている。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。
【００２６】
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に当接して位置決めされている。一方、内輪３６は、ウォーム軸１１の位置決め段部４３に当接されることによって、他端部１１ｂ側への移動が規制されている。また、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に当接されることによって、一端部１１ａ側への移動が規制されている。
【００２７】
外輪３９は、予圧調整用のねじ部材４５によって、第４の転がり軸受３４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で、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、当該ねじ部材４５に係合されるロックナットである。
【００２８】
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は、先に述べた、緩衝材としてカーボンナノチューブを含む潤滑剤組成物が充てんされる。すなわち、潤滑剤組成物は、噛み合い部分Ａのみに充てんされてもよいし、噛み合い部分Ａとウォーム軸１１の周縁全体に充てんされてもよいし、ギヤハウジング７内全体に充てんされてもよい。なお、本発明は、図１、２の実施形態には限定されない。例えば、本発明の電動パワーステアリング装置は、コラム型ＥＰＳには限定されず、ピニオン型ＥＰＳ、ラック型ＥＰＳ等の、他の方式の電動パワーステアリング装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の、一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置としてのコラム型ＥＰＳの概略断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ  噛み合い部分、  Ｍ  モータ、  １１  ウォーム軸（小歯車）、  １２  ウォームホイール（大歯車）、  ５０  減速機
【図１】
2009040112.tif 000003
【図２】
2009040112.tif 000004