JP2002067993A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡素な構成であるにも関わらずバックラッシュ
の初期調整が容易であり、しかもバックラッシュの経時
的な増大を抑制することが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】ウォームホイール２５は、積層材２３，２
４を介して支持されているので、ウォーム３０ａ及びウ
ォームホイール２５の芯間距離を、それらが組み付けら
れるハウジング１の芯間距離より大きく設定すること
で、ギヤ部２５ａを、噛合する相手側のギヤであるウォ
ーム３０ａに対して半径方向の予圧を付加した状態で取
り付けるようにすれば、歯面の摩耗などが生じた場合で
も、ゴム製の薄板２３ｂによって初期の予圧（すなわち
バックラッシュゼロの状態）を維持することができ、そ
れにより短いサイクルで歯面間のバックラッシュ調整を
行わずとも、長期間にわたって叩き音の抑制を図ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静音化がより図ら
れる電動式パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用の電動式パワーステアリング装置
として、例えば特開平８−２０７７９８号に示すよう
に、車輪の操舵を行う際に操舵トルクを検出してステア
リングホイールに付与された手動力を補助するように構
成したものが知られている。かかる構成においては、ス
テアリングホイールから操舵力を受ける入力軸と、車輪
に操舵力を伝達する出力軸との間をトーションバーで連
結し、かかるトーションバーのネジレを検出することに
よって、制御に必要な操舵トルクを検出できるようにな
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術の
電動式パワーステアリング装置においては、モータの回
転軸と出力軸とを連結する動力伝達手段としてウォーム
とウォームホイールの組み合わせを用いているタイプが
あるが、互いに噛合し合うウォームとウォームホイール
の歯面間のバックラッシュにより、歯面のたたき音が生
じ、車両の乗員に不快感を与えるという問題がある。

【０００４】これに対し、特開平１０−２９７５０５号
公報には、ウォームホイールを偏心させることで軸間距
離を変更し、それによりウォームとウォームホイールの
歯面間のバックラッシュを調整する技術が開示されてい
る。一方、特開平１１−３４８８８号公報には、ウォー
ム側ハウジングと、ウォームホイールハウジングとに分
けた上で、その間に挟むシム厚を選択調整することによ
り軸間距離を変更し、それによりウォームとウォームホ
イールの歯面間のバックラッシュの初期値を抑える技術
が開示されている。

【０００５】しかるに、上述した公開公報に記載された
ようにしてバックラッシュの初期値を抑えることは可能
ではあるが、組み付け時の調整作業が煩雑であるという
問題と、使用による摩耗などに基づくバックラッシュの
経時的な増大に対処できないという問題がある。

【０００６】かかる問題に鑑み、本発明は、簡素な構成
であるにも関わらずバックラッシュの初期調整が容易で
あり、しかもバックラッシュの経時的な増大を抑制する
ことが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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、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と前記
出力軸とを動力伝達可能に連結するギヤを含む動力伝達
機構と、からなり、前記ギヤは、少なくともその半径方
向に延在し、かつ比較的剛性の高い板材と比較的弾性変
形しやすい板材とを交互に積層した積層材を介して、前
記回転軸と前記出力軸の少なくとも一方に対して支持さ
れているものである。

【０００８】

【作用】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と
前記出力軸とを動力伝達可能に連結するギヤを含む動力
伝達機構と、からなり、前記ギヤは、少なくともその半
径方向に延在し、かつ比較的剛性の高い板材と比較的弾
性変形しやすい板材とを交互に積層した積層材を介し
て、前記回転軸と前記出力軸の少なくとも一方に対して
支持されているので、例えば前記ギヤを、噛合する相手
側のギヤに対して予圧を付加した状態で取り付けること
で部品精度に関わらず又容易にバックラッシュをゼロと
することができ、しかも歯面の摩耗などが生じた場合で
も、前記比較的弾性変形しやすい板材によって初期の予
圧（すなわちバックラッシュゼロ）を維持することがで
きるため、長期間にわたって叩き音の抑制を図ることが
できる。尚、前記積層材は、少なくとも前記ギヤの半径
方向に延在し、かつ層状の板構造であるため、回転方向
には幾分弾性的である。これを利用して、例えばギヤ反
転時における歯面同士の衝接を緩和させて叩き音の減少
を図ることもできる。又、モータのトルクリップルなど
も減衰できるため、操舵フィーリングの向上を図れる。
ここで、比較的剛性の高い板材は、鉄やアルミなどの金
属板材などが好ましいが、適度な剛性を有する樹脂材で
あっても良い。又、比較的弾性変形しやすい板材は、ゴ
ム板材であると好ましいが、弾性変形しやすい樹脂板材
であっても良い。

【０００９】更に、前記ギヤが、前記回転軸に設けられ
たウォームと噛合するウォームホイールであり、前記ウ
ォームホイールは、前記出力軸に設けられたフランジに
対して、前記積層材を介して取り付けられていると、例
えば前記比較的弾性変形しやすい板材の弾性特性によ
り、前記ウォームホイールの反転時における歯面同士の
衝撃を緩和して、叩き音を更に抑制することができる。
又、前記比較的弾性変形しやすい板材を選定することに
より、減衰効果を与えることも可能であり、それにより
更に効果的に叩き音の抑制を図ることができる。

【００１０】又、前記ウォームホイールは、一対の前記
積層材に挟持され、前記一対の積層材及び前記ウォーム
ホイールは、一対の前記フランジ部材に挟持されてお
り、前記ウォームホイールと前記積層材と、前記フラン
ジ部材との間に生じる摩擦力に基づいて、前記回転軸と
前記出力軸との間の動力伝達を行うようになっていれ
ば、例えばかかる摩擦力を、通常ウォームホイールに付
与される回転力より大きく、車輪が縁石に衝接したとき
などに伝達される異常な回転力よりも小さく設定するこ
とで、異常な回転力の伝達を阻止するトルクリミッタと
して用いることができ、動力伝達経路の過大なストレス
発生を抑制できる。

【００１１】更に、組み付けられた状態で、前記ウォー
ムホイールの内周と、前記フランジ部材もしくは前記出
力軸の外周との間には所定のスキマが形成され、動作時
に前記ウォームホイールが半径方向に所定量変位した場
合、前記ウォームホイールの内周が、前記フランジ部材
もしくは前記出力軸の外周に当接することで、それ以上
の変位が阻止されるようになっていれば、過大な回転力
を受けたような場合に、ウォームとウォームホイールの
間で離隔する方向の力が作用するときでも、前記ウォー
ムホイールの半径方向変位を制限することで、前記積層
材の過大変形などを抑制することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本発明の
第１の実施の形態である電動式のパワーステアリング装
置を、入力軸の軸線に沿って切断して示す断面図であ
る。

【００１３】図１において、本体１ａと蓋部材１ｂとか
らなるハウジング１内を、入力軸２および出力軸３が延
在している。中空の入力軸２は、上端を図示しないステ
アリングシャフトに連結されており、更にステアリング
シャフトは図示しないステアリングホイールに連結され
ている。入力軸２は、軸受４によりハウジング１に対し
て回転自在に支持されている。上端を入力軸２に連結
し、下端をブッシュ７を介して出力軸３に圧入により連
結したネジレ部材としてのトーションバー５が、入力軸
２内を延在している。

【００１４】入力軸２の下端周囲において、受けたトル
クに比例してネジレ部材であるトーションバー５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６が設けられている。このトルクセン
サ６は、いわゆる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５のねじれに基づく入力軸２と出
力軸３との相対角度変位をインピーダンスの変化として
検出し、回路基板６ａを介して電気信号として外部の制
御回路（不図示）へ出力するものである。かかる制御回
路は、入力された電気信号に基づき、入力軸２と出力軸
３との間に伝達される操舵トルクを検出できることとな
る。尚、このようなトルクセンサに関しては、例えば特
開平８−２４０４９１号に開示されているため、以下に
詳細は記載しない。このようなトルクセンサの代わり
に、機械的に角度変位を測定する機械的トルクセンサを
用いることもできる。

【００１５】出力軸３は、本体１ａに対し、ラジアル玉
軸受１４，１５により回転自在に支持されている。図中
上方の玉軸受１４は、ラジアル方向の力のみを受け、図
中下方の玉軸受１５は、ラジアル方向及びスラスト方向
の力を受ける。下方の玉軸受１５の内輪は、出力軸３の
下端に対してナット１７で固定され、その外輪は、ハウ
ジング１に対してねじカバー９により固定されている。

【００１６】出力軸３の中央部には、ピニオン歯車３ａ
が形成されており、出力軸３に交差する方向に延在する
ラック軸１１のラック歯１１ａと噛合している。ラック
軸１１は、ラックガイド１２ａ、スプリング１２ｂ、ロ
ック部材１２ｃからなる公知のラックサポート装置１２
により背面から支持され、ピニオン歯車３ａに向かって
押圧されている。

【００１７】出力軸３の上方端近傍の外周には、ウォー
ムホイール組立体２０が取り付けられている。ウォーム
ホイール組立体２０は、一対のフランジ２１ａ、２２ａ
を有する円筒付きフランジ部材２１，２２と、円盤状の
積層材２３，２４と、ウォームホイール２５とから構成
されている。ウォームホイール２５は、周辺のギヤ部２
５ａと、ギヤ部２５ａの内周中央より半径方向内方に延
在する薄い円板部２５ｂとからなる。

【００１８】図２は、積層材２３を取り出して示す図で
あり、図３は、図２の積層材のIII部を拡大して示す図
である。図３において、積層材２３は、４枚のゴム製の
薄板２３ｂを、５枚の金属製の薄板２３ａでサンドイッ
チ状に挟持してなる。薄板２３ａ、２３ｂの枚数はこれ
に限られない。尚、積層材２４も同様な構成であるた
め、説明を省略する。

【００１９】図１において、積層材２３，２４は、ウォ
ームホイール２５の円板部２５ｂを挟持しており、円筒
付きフランジ部材２１，２２は、フランジ２１ａ、２２
ａにより積層材２３，２４及びウォームホイール２５を
挟持した状態で、出力軸３の上部外周に圧入されてい
る。かかる状態では、圧入時に付加された外力により、
フランジ２１ａ、２２ａが弾性変形して、積層材２３，
２４を介してウォームホイール２５の円板部２５ｂに適
度な軸線方向の予圧を付与している。

【００２０】一方、ウォームホイール２５のギヤ部２５
ａは、不図示の電動モータの回転軸３０に連結されたウ
ォーム３０ａと噛合しているが、かかる状態で、ウォー
ムホイール２５とウォーム３０ａとの間で、離隔し合う
ような力すなわち半径方向の予圧が付与されるようにな
っている。尚、かかる電動モータは、不図示の制御回路
に連結されているが、かかる制御回路は、トルクセンサ
６の出力や車速等の情報を入力し、所定の電力を電動モ
ータに供給して適切な補助トルクを発生させるものであ
る。

【００２１】次に、本発明による実施の形態の動作につ
き以下に説明する。車両が直進状態にあり、図示しない
ステアリングホイールおよびステアリングシャフトを介
して、入力軸２に操舵力が入力されていないとすると、
トルクセンサ６は出力信号を発生せず、従って電動モー
タは補助操舵力を発生しない。

【００２２】車両がカーブを曲がろうとするときに運転
者が不図示のステアリングホイールを操舵すると、操舵
力に応じてトーションバー５がねじれ、入力軸２と出力
軸３との間で相対回動が発生する。トルクセンサ６は、
この相対回動の方向および量に応じて信号を出力する。
この信号に基づき、電動モータは回転して補助操舵力を
発生する。かかる電動モータの回転は、動力伝達機構す
なわちウォームギヤ機構（ウォーム３０ａ，ウォームホ
イール組立体２０）により減速されて出力軸３に伝達さ
れ、ラック軸１１の移動を支援することとなる。

【００２３】本実施の形態によれば、ウォームホイール
２５は、積層材２３，２４を介して支持されているの
で、ウォーム３０ａ及びウォームホイール２５の芯間距
離を、それらが組み付けられるハウジング１の芯間距離
より大きく設定することで、ギヤ部２５ａを、噛合する
相手側のギヤであるウォーム３０ａに対して半径方向の
予圧を付加した状態で取り付けることにより、歯面の摩
耗などが生じた場合でも、ゴム製の薄板２３ｂによって
初期の予圧（すなわちバックラッシュゼロの状態）を維
持することができ、それにより短いサイクルで歯面間の
バックラッシュ調整を行わずとも、長期間にわたって叩
き音の抑制を図ることができる。尚、積層材２３，２４
は、層状の板構造であるため、回転方向には幾分弾性的
である。これを利用して、例えばウォーム３０ａ反転時
における歯面同士の衝接を緩和させて叩き音の減少を図
ることもできる。又、モータのトルクリップルなども減
衰できるため、操舵フィーリングの向上を図れる。

【００２４】更に、ウォームホイール２５は、出力軸３
に圧入された円筒付きフランジ部材２１，２２に設けら
れたフランジ２１ａ、２２ａに対して、積層材２３，２
４を介して取り付けられているので、ゴム製の板材２３
ｂの弾性特性により、ウォームホイール２５の反転時に
おける歯面同士の衝撃を緩和して、叩き音を更に抑制す
ることができる。又、ゴム製の板材２３ｂの特性を選定
することにより、減衰効果を与えることも可能であり、
それにより更に効果的に叩き音の抑制を図ることができ
る。

【００２５】又、ウォームホイール２５と、積層材２
３，２４と、フランジ２１ａ、２２ａとの間に生じる摩
擦力を、通常ウォームホイール２５に付与される回転力
より大きく、車輪が縁石に衝接したときなどに伝達され
る異常な回転力よりも小さく設定することで、異常な回
転力の伝達を阻止するトルクリミッタとして用いること
ができ、動力伝達経路の過大なストレス発生を抑制でき
る。これにより、従来別個に設けていたトルクリミッタ
機構が不要となり、構成の簡略化と低コスト化が図れ
る。尚、積層材２３，２４のウォームホイール２５及び
フランジ２１ａ、２２ａに対する当たり面は、金属製の
板材２３ａであるので、過大なトルク伝達時にそれらの
間に摺動が生じても摩耗を良好に抑えることができる。

【００２６】更に、組み付けられた状態で、ウォームホ
イールの２５の内周と、円筒付きフランジ部材２１，２
２の円筒部外周との間に所定のスキマを形成することが
できる。それにより、過大なトルクを伝達されたような
場合にウォームホイール２５が半径方向に大きく変位し
ようとしても、ウォームホイール２５の内周が、円筒付
きフランジ部材２１，２２の円筒部外周に当接すること
で、それ以上の変位を阻止して積層材２３，２４の剥が
れなどを防止できる。尚、円筒付きフランジ部材２１，
２２を天地を逆にして組み込むこともでき、かかる場合
には、ウォームホイールの２５の内周と、出力軸３の外
周との間に所定のスキマを形成することにより、同様な
作用効果が期待できる。

【００２７】図４は、第２の実施の形態にかかる電動式
パワーステアリング装置の図１と同様な断面図である。
第２の実施の形態については、図１の実施の形態に対し
て、ウォームホイール組立体の円筒付きフランジ部材の
構成のみが異なるため、それ以外の構成については説明
を省略する。

【００２８】図４のウォームホイール組立体１２０は、
異なる形状の円筒付きフランジ部材１２１、１２２を有
している。すなわち内側の円筒付きフランジ部材１２１
のフランジ１２１ａは、外側の円筒付きフランジ部材１
２２のフランジ１２２ａより長く、かつ内側の円筒付き
フランジ部材１２１の円筒部１２１ｂは、外側の円筒付
きフランジ部材１２２の円筒部１２２ｂより長くなって
いて、外側の円筒付きフランジ部材１２２は、内側の円
筒部１２１の円筒部１２２ｂに圧入により外嵌してい
る。これにより、ウォームホイール組立体１２０のみを
アッセンブリとして予め組み立てておき、積層材２３，
２４に対する予圧の調整が容易となり、組み付け時には
円筒付きフランジ部材１２１のみを出力軸３に外嵌させ
れば良いので、組み付け性も向上する。

【００２９】本実施の形態においても、上述した実施の
形態と同様な効果が得られる。すなわち、ウォームホイ
ール２５（第１の実施の形態と同様な構成）は、出力軸
３に圧入された円筒付きフランジ部材１２１のフランジ
１２１ａと、円筒付きフランジ部材１２２のフランジ１
２２ａに挟持された積層材２３，２４（第１の実施の形
態と同様な構成）を介して取り付けられているので、そ
のゴム製の板材の弾性特性により、ウォームホイール２
５の反転時における歯面同士の衝撃を緩和して、叩き音
を更に抑制することができる。

【００３０】図５は、第３の実施の形態にかかる電動式
パワーステアリング装置の図１と同様な断面図である。
第３の実施の形態については、図１の実施の形態に対し
て、ウォームホイール組立体のフランジ部材の構成のみ
が主として異なるため、それ以外の構成については説明
を省略する。

【００３１】図５のウォームホイール組立体２２０は、
図４の実施の形態と同様に、円筒付きフランジ部材２２
１を設けているが、外側のフランジ部材２２２は円筒部
を有しておらず、単純な円板形状となっている。

【００３２】内側の円筒付きフランジ部材２２１の円筒
部２２１ｂの中央外周には、雄スプライン部２２１ｃが
形成され、その下方外周には、雄ねじ２２１ｄが形成さ
れている。一方、外側のフランジ部材２２２の内周に
は、雌スプライン部２２２ｃが形成されている。雄スプ
ライン部２２１ｃに雌スプライン部２２２ｃを係合させ
ることで、内側の円筒付きフランジ部材２２１と、外側
の円筒付きフランジ部材２２２とは一体的に回転するよ
うになり、更に、ナット２２６を雄ねじ２２１ｄに螺合
させ適度に締め上げることで、積層材２３，２４に対す
る予圧調整が容易に行える。

【００３３】図６は、第４の実施の形態にかかる電動式
パワーステアリング装置の図５と同様な断面図である。
第４の実施の形態については、図５の実施の形態に対し
て、ウォームホイール組立体が、天地逆に出力軸に組み
付けられている点のみが主として異なるため、それ以外
の構成については説明を省略する。

【００３４】尚、図６のウォームホイール組立体３２０
においては、内側の円筒付きフランジ部材３２１の円筒
部３２１ｂの上部内周に段差３２１ｅが形成されてお
り、段差３２１ｅの内周で、トルクセンサのスリーブ６
ｂを抑えることができるようになっている。

【００３５】以上、実施の形態を参照して本発明を詳細
に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して
解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜
変更、改良可能であることはもちろんである。たとえ
ば、上述した実施の形態においては、ウォームホイール
とウォームとで動力伝達手段を構成したが、ハスバ歯車
や平歯車などを用いて構成しても良い。又、モータの回
転軸側のギヤに、積層材を設けるようにしても良い。

【００３６】

【発明の効果】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
転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結するギヤを含
む動力伝達機構と、からなり、前記ギヤは、少なくとも
その半径方向に延在し、かつ比較的剛性の高い板材と比
較的弾性変形しやすい板材とを交互に積層した積層材を
介して、前記回転軸と前記出力軸の少なくとも一方に対
して支持されているので、例えば前記ギヤを、噛合する
相手側のギヤに対して予圧を付加した状態で取り付ける
ことで部品精度に関わらず又容易にバックラッシュをゼ
ロとすることができ、しかも歯面の摩耗などが生じた場
合でも、前記比較的弾性変形しやすい板材によって初期
の予圧（すなわちバックラッシュゼロ）を維持すること
ができるため、長期間にわたって叩き音の抑制を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である電動式のパワ
ーステアリング装置を、入力軸の軸線に沿って切断して
示す断面図である。

【図２】積層材を取り出して示す図である。

【図３】図２の積層材のIII部を拡大して示す図であ
る。

【図４】第２の実施の形態にかかる電動式パワーステア
リング装置の図１と同様な断面図である。

【図５】第３の実施の形態にかかる電動式パワーステア
リング装置の図１と同様な断面図である。

【図６】第４の実施の形態にかかる電動式パワーステア
リング装置の図５と同様な断面図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 入力軸 ３ 出力軸 ５ トーションバー ６ トルクセンサ ２０、１２０，２２０，３２０ ウォームホイール組立
体 ２１，２２，１２１，１２２，２２１，３２１ 円筒付
きフランジ部材 ２２１ｃ、３２１ｃ 雄スプライン部 ２２１ｄ、３２１ｄ 雄ねじ ２３，２４ 積層材 ２５ ウォームホイール ３０ａ ウォーム ２２２，３２２ フランジ部材 ２２２ｃ、３２２ｃ 雌ねじ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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と前記出力軸とを動力伝達可能
   に連結するギヤを含む動力伝達機構と、からなり、 前記ギヤは、少なくともその半径方向に延在し、かつ比
   較的剛性の高い板材と比較的弾性変形しやすい板材とを
   交互に積層した積層材を介して、前記回転軸と前記出力
   軸の少なくとも一方に対して支持されている電動式パワ
   ーステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記ギヤは、前記回転軸に設けられたウ
   ォームと噛合する、前記出力軸に設けられたウォームホ
   イールであり、前記ウォームホイールは、前記出力軸に
   設けられたフランジ部材に対して、前記積層材を介して
   取り付けられている請求項１に記載の電動式パワーステ
   アリング装置。
3. 【請求項３】 前記ウォームホイールは、一対の前記積
   層材に挟持され、前記一対の積層材及び前記ウォームホ
   イールは、一対の前記フランジ部材に挟持されており、
   前記ウォームホイールと前記積層材と、前記フランジ部
   材との間に生じる摩擦力に基づいて、前記回転軸と前記
   出力軸との間の動力伝達を行うようになっている請求項
   ２に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 【請求項４】 組み付けられた状態で、前記ウォームホ
   イールの内周と、前記フランジ部材もしくは前記出力軸
   の外周との間には所定のスキマが形成され、動作時に前
   記ウォームホイールが半径方向に所定量変位した場合、
   前記ウォームホイールの内周が、前記フランジ部材もし
   くは前記出力軸の外周に当接することで、それ以上の変
   位が阻止されるようになっている請求項２又は３に記載
   の電動式パワーステアリング装置。