JP2000095122A - 電動式パワーステアリング装置におけるウォームホイールの取付け構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 電動式パワーステアリング装置において、ウ
ォームホイールのピニオン軸への取付けの容易化、偏心
の解消、十分な回り止めの確保を図る。 【解決手段】 操舵入力軸３がピニオン軸４とトーショ
ンバー５を介して連結され、ピニオン４a が、ラックシ
ャフト６のラックと噛み合って、操舵力および操舵補助
力を車輪側に伝達する。トルクセンサー７は、センサー
コア７b を備え、センサーコア７b は、入力軸とピニオ
ン軸とにまたがって嵌合されて、各軸の回転量差に応じ
て上下動する。トルクセンサーの出力信号に応じて作動
する電動機による操舵補助力は、ウォーム12とウォーム
ホイール11との噛合を介してピニオン軸に伝達される。
ピニオン軸の外周面とウォームホイールのボス部11a の
内周面のいずれか一方に、セレーション25が形成され、
他方のいんろう26との嵌め合いにより、ウォームホイー
ルがピニオン軸に取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は、電動式パワーステ
アリング装置におけるウォームホイールの取付け構造に
関し、特にウォームホイールのピニオン軸への取付けの
容易化を図った電動式パワーステアリング装置における
ウォームホイールの取付け構造に関する。

【０００２】

【従来技術】電動式パワーステアリング装置において、
電動機から出力される操舵補助力を、ウォームギヤ減速
機構を介してピニオン軸に伝達するようにしたものがあ
る。このような構造を備えた電動式パワーステアリング
装置において、ウォームギヤ減速機構を構成するウォー
ムホイールをピニオン軸に取り付けるに当たっては、従
来、図５および図６に図示されるように、キー016 を用
いて、キー結合させることにより取り付けている。

【０００３】すなわち、ウォームホイール011 のボス部
011aの内周面に形成されたキー溝とピニオン軸04の外周
面に形成されたキー溝とを周方向に合致させた上、これ
らのキー溝にまたがるキー016 を嵌入することにより、
ウォームホイール011 をピニオン軸04に取り付けてい
る。

【０００４】もしくは、ピニオン軸04のキー溝に抱持さ
れたキー016 に、ウォームホイール011 のキー溝が合致
するように周方向の位置合わせをして、次いで、ウォー
ムホイール011 をピニオン軸04に嵌合させることによ
り、ウォームホイール011 をピニオン軸04に取り付けて
いる。

【０００５】なお、これらの場合において、ウォームホ
イール011 を軸方向に位置決めするためには、別途止め
輪等の手段を必要とする。02はギヤボックス、012 はウ
ォーム、08および09は、ピニオン軸04を軸受けするボー
ル軸受である。

【０００６】

【解決しようとする課題】いずれにしても、ウォームホ
イール011 をピニオン軸04に取り付けるに当たっては、
ウォームホイール011 のキー溝とピニオン軸04のキー溝
とを周方向に合致させる必要があり、この結果、ウォー
ムホイール011 の取付け姿勢が周方向（回転方向）の方
向性を有してしまうので、電動式パワーステアリング装
置の量産性が損なわれていた。

【０００７】また、キー016 とウォームホイール011 の
キー溝との間のクリアランスおよびキー016 とピニオン
軸04のキー溝との間のクリアランスに起因して、ガタが
発生し易く、それだけにまた、ウォームホイール011 の
ピニオン軸04に対するセンタリングが難しかった。

【０００８】本願の発明は、前記のような問題点を解決
して、ウォームホイールのピニオン軸への取付けに際
し、ウォームホイールの取付け姿勢に方向性を考慮する
必要を失くして、取付けを容易にするとともに、ピニオ
ン軸に対し偏心無く取り付けられ、回り止め（スリップ
トルク）も十分に確保することができる電動式パワース
テアリング装置におけるウォームホイールの取付け構造
を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段および効果】本願の発明
は、前記のような課題を解決した電動式パワーステアリ
ング装置におけるウォームホイールの取付け構造に係
り、その請求項１に記載された発明は、ギヤボックス内
に挿通された操舵入力軸が、前記ギヤボックス内に収容
されたピニオン軸とトーションバーを介して連結され、
前記ピニオン軸に形成されたピニオンが、ラックシャフ
トのラックと噛み合って、操舵力および操舵補助力を車
輪側に伝達するようにされ、前記トーションバーに作用
するトルクを検出するトルクセンサーの出力信号に応じ
て作動する電動機が、前記操舵補助力を出力し、前記操
舵補助力が、前記電動機の出力軸に連結されたウォーム
と前記ピニオン軸に嵌着されたウォームホイールとの噛
合を介して前記電動機から前記ピニオン軸に伝達される
ようにされた電動式パワーステアリング装置におけるウ
ォームホイールの取付け構造において、前記ピニオン軸
の外周面と前記ウォームホイールのボス部の内周面との
うちのいずれか一方の面に、セレーションが形成され、
いずれか他方の面に、前記セレーションに嵌まり合うい
んろうが形成され、前記セレーションと前記いんろうと
の嵌め合いにより、前記ウォームホイールが前記ピニオ
ン軸に取り付けられるようにされたことを特徴とする電
動式パワーステアリング装置におけるウォームホイール
の取付け構造である。

【００１０】請求項１に記載された発明は、前記のよう
に構成されているので、電動式パワーステアリング装置
におけるウォームホイールの取付け構造が、ピニオン軸
の外周面とウォームホイールのボス部の内周面とのうち
のいずれか一方の面に、セレーションが形成され、いず
れか他方の面に、該セレーションに嵌まり合ういんろう
が形成され、これらセレーションといんろうとの嵌め合
いにより、ウォームホイールがピニオン軸に取り付けら
れることからなる。

【００１１】この結果、ウォームホイールのピニオン軸
への取付けに際し、ウォームホイールの取付け姿勢に方
向性を考慮する必要がなくなり、取付けを容易にするこ
とができ、電動式パワーステアリング装置の量産性を損
なわない。

【００１２】また、ピニオン軸の外周面とウォームホイ
ールのボス部の内周面とのうちのいずれかの面にそれぞ
れ形成されるセレーションといんろうとのそれぞれの心
出しさえ正確に行なわれておれば、これらセレーション
といんろうとの嵌め合いにより、ウォームホイールをピ
ニオン軸に対して偏心無く取り付けることができる。

【００１３】さらに、セレーションといんろうとの嵌め
合いの堅さを適度に選定することにより、ピニオン軸に
対するウォームホイールの回り止め（スリップトルク）
も容易に十分に確保することができ、ガタが生ずること
がない。

【００１４】また、請求項２記載のように請求項１記載
の発明を構成することにより、ウォームホイールは、ピ
ニオン軸の入力軸側の端部近傍を軸受けする軸受と、ピ
ニオン軸の外周面に形成された環状溝に嵌合させられた
止め輪とにより、軸方向に挟持される。

【００１５】この結果、ウォームホイールのピニオン軸
に対する軸方向支持を、セレーションといんろうとの嵌
め合いによる軸方向支持に加えて、さらに強固にするこ
とができる。

【００１６】さらにまた、請求項３記載のように請求項
２記載の発明を構成することにより、ウォームホイール
は、ピニオン軸の入力軸側の端部を軸受けする軸受と、
ピニオン軸の外周面に形成された雄ネジ部に螺装された
ロックナットとにより、軸方向に締め付けられて挟持さ
れる。

【００１７】この結果、ウォームホイールのピニオン軸
に対する軸方向支持を、セレーションといんろうとの嵌
め合いによる軸方向支持に加えて、さらに一段と強固に
することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図４に図示され
る本願の請求項１ないし請求項３に記載された発明の一
実施形態について説明する。図１は、本実施形態におけ
るウォームホイールの取付け構造が適用された電動式パ
ワーステアリング装置のトルクセンサー側ギヤボックス
（以下、ギヤボックスという。）部分を中心に縦断した
縦断面図、図２は、図１の部分拡大図であって、ピニオ
ン軸およびセンサーコア部分を側面視した図、図３は、
ギヤボックスを切断して見たウォームギヤ減速機構とピ
ニオン軸との連結部分の平面図、図４は、ピニオン軸の
外周面に形成されるセレーションを拡大して示した図で
ある。

【００１９】図１において、本実施形態におけるウォー
ムホイールの取付け構造が適用された電動式パワーステ
アリング装置１は、図示されないステアリングハンドル
が入力軸３に連動連結され、該入力軸３は、その過半の
部分がギヤボックス２内に挿通され、その下端部は、ピ
ニオン軸（出力軸）４の上端部に形成された嵌合孔内に
回動自在に嵌入されている。

【００２０】入力軸３は、長い筒状体からなり、その上
端部には、該長い筒状体の内部に収容されたトーション
バー５の上端部がピン結合され、トーションバー５の下
端部は、ピニオン軸４の前記嵌合孔底に穿孔された連結
孔に嵌着されていて、入力軸３とピニオン軸４とが、該
トーションバー５を介して連結されている。

【００２１】ピニオン軸４の下方部に形成されたピニオ
ン４a は、ラックシャフト６のラックと噛み合い、該ラ
ックシャフト６は、図示されないタイロッドおよびリン
ク機構を介して車輪に連結されている。

【００２２】したがって、いま、ステアリングハンドル
の操作で、入力軸３が左右に回転されたときには、ラッ
クシャフト６が左右に移動して、車輪が左右に転舵され
る。ラックシャフト６は、ギヤボックス２と一体でこれ
と略直交する車幅方向に延びるラックシャフト側ギヤボ
ックス内に、そのほとんどの部分が収容されている。

【００２３】ギヤボックス２は、上方ギヤボックス部分
２a 、中央ギヤボックス部分２b 、下方ギヤボックス部
分２c の３つの部分から構成されている。上方ギヤボッ
クス部分２a は、トルクセンサー７を収容し、中央ギヤ
ボックス部分２b は、ピニオン軸４の上方部分を軸受す
るボール軸受８と、ピニオン軸４に操舵補助力を伝達す
るウォームギヤ減速機構（ウォーム12とウォームホイー
ル11とからなる。）とを収容し、下方ギヤボックス部分
２c は、ピニオン軸４のピニオン４a が形成された下方
部分を収容している。

【００２４】トルクセンサー７は、上方ギヤボックス部
分２a の周壁に埋め込まれたコイル７a と、入力軸３の
下方部とピニオン軸４の上方部とにまたがってこれらに
嵌合されて、該入力軸３と該ピニオン軸４との相対的な
回転量差に応じて上下動するセンサーコア７b とからな
っている。センサーコア７b は、ボール軸受８の端面を
座にして支持されたコイルスプリング（弾発手段）21に
より、常時上方に付勢されている。

【００２５】そして、センサーコア７b が入力軸３とピ
ニオン軸４との相対的な回転量差に応じて上下動する
と、コイル７a が、該センサーコア７b の上下動をイン
ダクタンスの変化として検出するので、トーションバー
５に作用するトルクの大きさを、その方向とともに検出
することができる。

【００２６】入力軸３と同一軸線上に位置するピニオン
軸４は、次のようにしてギヤボックス２内に軸受支持さ
れている。ピニオン軸４の下端部は、下方ギヤボックス
部分２c の下方軸受部に形成された軸受孔24に嵌着され
たボール軸受10により、回転自在に支持されている。軸
受孔24には、エンドキャップ23が被冠させられている。
ボール軸受10は、ピニオン軸４の下端部を単にラジアル
方向に支持している。

【００２７】また、ピニオン軸４の上端近傍（上方部
分）は、中央ギヤボックス部分２b の内周面に形成され
た軸受孔14に嵌着されたボール軸受８により回転自在に
支持されている。ボール軸受８、ボール軸受10には、４
点接触式のものが使用されている。

【００２８】このボール軸受８の内輪は、ピニオン軸４
の上端近傍に形成された段部４b と、ピニオン軸４に嵌
着されたウォームホイール11のボス部11a とにより挟着
されており、しかも、このウォームホイール11は、後述
するように、止め輪17により軸方向に位置決めされてい
るので、ピニオン軸４は、ボール軸受８に対して軸方向
に動くことができない。このようにして、ピニオン軸４
は、スラスト方向にも堅固に支持されている。

【００２９】ボール軸受８は、前記のとおり、中央ギヤ
ボックス部分２b の内周面に形成された軸受孔14に嵌着
された上、さらに、該軸受孔14の直ぐ下方に段をなして
連設されたネジ孔15に螺着されたロックナット13によ
り、その外輪部分が押さえられて、固定されている。

【００３０】ボール軸受８の軸受孔14への嵌着、ロック
ナット13のネジ孔15への螺着は、実際には、次のように
して行なわれる。中央ギヤボックス部分２b に下方ギヤ
ボックス部分２c を組み付ける前に、中央ギヤボックス
部分２b の下方からピニオン軸４、ボール軸受８および
ウォームホイール11の一体組立体にロックナット13を遊
嵌させたものを挿入し、ピニオン軸４を押して、ボール
軸受８の外輪を軸受孔14内に嵌入させながら、ウォーム
ホイール11のボス部11a と歯部とをつなぐ環状連結板に
形成された複数個の穴（図示されず）を通り抜ける複数
本の腕を持ったスパナ（特殊工具。図示されず。）を、
ウォームホイール11の下方からロックナット13の下面の
係止孔に当てがって回動する。

【００３１】前記のようなスパナの回動動作を反復する
ことにより、ロックナット13をネジ孔15にねじ込むこと
ができる。また、これにより、ボール軸受８の外輪を軸
受孔14内に深く嵌入させて、そこに堅く嵌着させること
ができる。

【００３２】ウォームホイール11は、図示されない電動
機の出力軸に連結されたウォーム12と噛み合い、これと
ともにウォームギヤ減速機構を構成しており、トルクセ
ンサー７の出力信号に応じて作動する電動機から出力さ
れる操舵補助力が、該ウォームギヤ減速機構を介してピ
ニオン軸４に伝達され、さらに、そこからラックシャフ
ト６を介して車輪側に伝達される。

【００３３】ウォームホイール11のピニオン軸４への取
付け（連結）は、次のようになされている。ピニオン軸
４の外周面には、図２ないし図４により良く図示されて
いるように、ウォームホイール11のボス部11a の軸方向
長さより短い所定の長さにわたって、セレーション25が
形成されている。

【００３４】そして、ウォームホイール11のボス部11a
には、前記セレーション25に嵌まり合ういんろう26が、
図１および図２においてその上端側から軸方向の所定長
さにわたって形成されている。この場合のいんろう26
は、ウォームホイール11のボス部11a の内周面に、該内
周面と同心に形成される凹面である。

【００３５】前記凹面の直径は、ボス部11a のその他の
部分の内周面の直径よりわずかに大きくされているが、
図面上は明確に読み取ることができない。いんろう26の
軸方向長さは、セレーション25の軸方向長さに略等しく
されるのが望ましい。

【００３６】いんろう26の直径は、セレーション25の山
の直径よりわずかに小さくされ、セレーション25といん
ろう26とは固く嵌まり合う。この結果、ウォームホイー
ル11が、ピニオン軸４に十分な回り止め（スリップトル
ク）を有して連結される。

【００３７】なお、セレーション25をウォームホイール
11のボス部11a の内周面に形成し、いんろう26をピニオ
ン軸４の外周面に形成するようにしてもよい。この場合
のいんろう26は、ピニオン軸４の外周面に該外周面と同
心に形成される凸面である。なお、この場合には、いん
ろう26の直径は、セレーション25の山の直径よりわずか
に大きくされる。

【００３８】ウォームホイール11は、ピニオン軸４の外
周面に形成された環状溝に嵌合させられた止め輪17によ
り、ボール軸受８の内輪側に向けて押し付けられ、位置
決めされている。したがって、ウォームホイール11は、
ボール軸受８と止め輪17とにより、軸方向に挟持されて
いる。

【００３９】なお、ボール軸受８の内輪は、前記のとお
り、ピニオン軸４の上端近傍に形成された段部４b に係
合しているので、ウォームホイール11は、ボール軸受８
を介して段部４b と止め輪17とにより、軸方向に不動に
挟持されているということができる。

【００４０】ラックシャフト６は、ピニオン４a との噛
合部において、コイルスプリング18により弾発支持され
たラックガイド19により抑えられ、支持されている。な
お、ラックシャフト６とラックガイド19との間には、耐
摩耗性に優れた金属製のライニング20が、ラックガイド
19に支持されて介装されている。

【００４１】本実施形態は、前記のように構成されてい
るので、次のような効果を奏することができる。電動式
パワーステアリング装置１におけるウォームホイール11
の取付け構造が、ピニオン軸４の外周面とウォームホイ
ール11のボス部11a の内周面とのうちのいずれか一方の
面に、セレーション25が形成され、いずれか他方の面
に、該セレーション25に嵌まり合ういんろう26が形成さ
れ、これらセレーション25といんろう26との嵌め合いに
より、ウォームホイール11がピニオン軸４に取り付けら
れるようにされることからなっている。

【００４２】この結果、ウォームホイール11のピニオン
軸４への取付けに際し、ウォームホイール11の取付け姿
勢に方向性を考慮する必要がなくなり、取付けを容易に
することができ、これにより、電動式パワーステアリン
グ装置の量産性を高めることができる。

【００４３】また、ピニオン軸４の外周面とウォームホ
イール11のボス部11a の内周面とのうちのいずれかの面
にそれぞれ形成されるセレーション25といんろう26との
それぞれの心出しさえ正確に行なわれておれば、これら
セレーション25といんろう26との嵌め合いにより、ウォ
ームホイール11をピニオン軸４に対して偏心無く取り付
けることができる。

【００４４】さらに、セレーション25といんろう26との
嵌め合いの堅さを適度に選定することにより、ピニオン
軸４に対するウォームホイール11の回り止め（スリップ
トルク）を容易に十分に確保することができ、ガタが生
ずることがない。

【００４５】また、ウォームホイール11は、ピニオン軸
４の入力軸３側の端部近傍を軸受けするボール軸受８
と、ピニオン軸４の外周面に形成された環状溝に嵌合さ
せられた止め輪17とにより、軸方向に挟持されるので、
ウォームホイール11のピニオン軸４に対する軸方向支持
を、セレーション25といんろう26との嵌め合いによる軸
方向支持に加えて、さらに強固にすることができる。

【００４６】この場合において、ボール軸受８の内輪
は、さらに、ピニオン軸４の上端近傍に形成された段部
４b に係合させられているので、ウォームホイール11の
ピニオン軸４に対する軸方向支持を、ボール軸受８を介
して段部４b と止め輪17とにより、確実に行なうことが
できる。

【００４７】また、ピニオン軸４は、センサーコア７b
とウォームホイール11との間の軸方向部位において、中
央ギヤボックス部分２b 内の軸受部（軸受孔14）に嵌着
されたボール軸受８により、ラジアル方向およびスラス
ト方向に支持されている。

【００４８】この結果、ピニオン軸４が温度変化により
膨張、収縮したとしても、その伸縮量は、軸受孔14から
比較的近い位置に配設されたセンサーコア７b の位置に
おいて、わずかの量としてしか現れないので、センサー
コア７b の中立位置が変動してステアリングハンドルの
操舵力が左右不均衡になる虞が解消される。

【００４９】さらに、ピニオン軸４の支持支点が上方の
軸受孔14の位置にあるため、ピニオン軸４がその軸受部
（ボール軸受８、ボール軸受10）のガタにより振れたと
しても、同じく上方部に位置するセンサーコア７b やウ
ォームホイール11に対して、その振れの振幅はわずかの
量としてしか現れないので、ウォームギヤ減速機構の歯
車対（ウォームホイール11とウォーム12）の噛合は正常
に保たれ、歯面の摩耗や歯の噛合による騒音の発生が抑
制される。また、センサーコア７b の中立位置が変動し
てステアリングハンドルの操舵力が左右不均衡になる虞
も、さらに解消される。

【００５０】本実施形態において、ウォームホイール11
のピニオン軸４に対する軸方向位置決めに、止め輪17が
使用されたが、これに限定されず、ロックナットを使用
するようにしてもよい。

【００５１】この場合には、止め輪17用の環状溝が形成
された個所に雄ネジを刻設して、該雄ネジにロックナッ
トを螺装する。これにより、ウォームホイール11を、ボ
ール軸受８と該ロックナットとにより、さらに強固に軸
方向に締め付けて挟持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の請求項１ないし請求項３に記載された発
明の一実施形態におけるウォームホイールの取付け構造
が適用された電動式パワーステアリング装置のトルクセ
ンサー側ギヤボックス部分を中心に縦断した縦断面図で
ある。

【図２】図１の部分拡大図であって、ピニオン軸および
センサーコア部分を側面視した図である。

【図３】ギヤボックスを切断して見たウォームギヤ減速
機構とピニオン軸との連結部分の平面図である。

【図４】ピニオン軸の外周面に形成されるセレーション
を拡大して示した図である。

【図５】従来例を示す図であって、図２と同様の図であ
る。

【図６】図４の従来例を示す図であって、図３と同様の
図である。

【符号の説明】

１…電動式パワーステアリング装置、２…ギヤボック
ス、２a …上方ギヤボックス部分、２b …中央ギヤボッ
クス部分、２c …下方ギヤボックス部分、３…入力軸、
４…ピニオン軸（出力軸）、４a …ピニオン、４b …段
部、５…トーションバー、６…ラックシャフト、７…ト
ルクセンサー、７a …コイル、７b …センサーコア、８
…ボール軸受、９…ニードル軸受、10…ボール軸受、11
…ウォームホイール、11a …ボス部、11b …穴、12…ウ
ォーム、13…ロックナット、14…軸受孔、15…ネジ孔、
16…キー、17…リング、18…コイルスプリング、19…ラ
ックガイド、20…ライニング、21…コイルスプリング
（弾発手段）、23…エンドキャップ、24…軸受孔、25…
セレーション、26…いんろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪井 義隆 栃木県芳賀郡芳賀町芳賀台112番地１ 株 式会社ショーワ栃木開発センター内 Ｆターム(参考） 3D033 CA04 CA28 3J009 DA13 EA06 EA19 EA23 EA32 EB20 EC01 FA08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ギヤボックス内に挿通された操舵入力軸
   が、前記ギヤボックス内に収容されたピニオン軸とトー
   ションバーを介して連結され、 前記ピニオン軸に形成されたピニオンが、ラックシャフ
   トのラックと噛み合って、操舵力および操舵補助力を車
   輪側に伝達するようにされ、 前記トーションバーに作用するトルクを検出するトルク
   センサーの出力信号に応じて作動する電動機が、前記操
   舵補助力を出力し、 前記操舵補助力が、前記電動機の出力軸に連結されたウ
   ォームと前記ピニオン軸に嵌着されたウォームホイール
   との噛合を介して前記電動機から前記ピニオン軸に伝達
   されるようにされた電動式パワーステアリング装置にお
   けるウォームホイールの取付け構造において、 前記ピニオン軸の外周面と前記ウォームホイールのボス
   部の内周面とのうちのいずれか一方の面に、セレーショ
   ンが形成され、いずれか他方の面に、前記セレーション
   に嵌まり合ういんろうが形成され、 前記セレーションと前記いんろうとの嵌め合いにより、
   前記ウォームホイールが前記ピニオン軸に取り付けられ
   るようににされたことを特徴とする電動式パワーステア
   リング装置におけるウォームホイールの取付け構造。
2. 【請求項２】 前記ウォームホイールは、前記ピニオン
   軸の前記入力軸側の端部近傍を軸受けする軸受と、前記
   ピニオン軸の外周面に形成された環状溝に嵌合させられ
   た止め輪とにより、軸方向に挟持されたことを特徴とす
   る請求項１記載の電動式パワーステアリング装置におけ
   るウォームホイールの取付け構造。
3. 【請求項３】 前記ウォームホイールは、前記ピニオン
   軸の前記入力軸側の端部を軸受けする軸受と、前記ピニ
   オン軸の外周面に形成された雄ネジ部に螺装されたロッ
   クナットとにより、軸方向に締め付けられて挟持された
   ことを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリ
   ング装置におけるウォームホイールの取付け構造。