JP2008230324A - パワーステアリング装置 - Google Patents

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Takayuki Shirai
貴之 白井
Toshimitsu Sakaki
敏光 榊
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Abstract

【課題】ステアリングシャフトの振動がステアリングホイールに伝わり、操舵フィーリングが悪化するのを抑制する。
【解決手段】ハウジング2と、該ハウジング2に回転自在に収容されると共にステアリングホイールが設けられた入力軸3と、前記ハウジング2に回転自在に収容されると共に前記入力軸3にトーションバー5を介して連結された出力軸4とが設けられ、前記入力軸3に摺動抵抗力を付与する第1摺動抵抗力付与手段19と前記出力軸4に摺動抵抗力を付与する第2摺動抵抗力付与手段20とが設けられている。
【選択図】図1

Description

本発明はパワーステアリング装置に関し、パワーステアリング装置のトーションバーに捩り振動が生じて振動音が発生するのを抑制したものである。
自動車には、運転者がステアリングホィールを回転操作する際にステアリングシャフトに補助操舵力を付与するため、パワーステアリング装置が設けられている。パワーステアリング装置は、モータの回転力により補助操舵力を付与する電動パワーステアリング装置と、油圧シリンダにより補助操舵力を付与する油圧パワーステアリング装置とがある。そして、いずれのパワーステアリング装置も、運転者がステアリングホィールを回転操作する際のトルクを検出し、該トルクの大きさに応じて、モータあるいは油圧シリンダにより補助操舵力を付与するように構成されている。
そして、モータのトルクリップルや油圧シリンダの油圧のポンプ脈動を原因としてステアリングシャフトにトルク変動が生じる。また、制御系に遅れを生じる電動パワーステアリング装置では、トーションバーの捩れ共振などが発生する。このようなステアリングシャフトのトルク変動やトーションバーの捩れ共振による捩り振動はステアリングホイールに伝わり、操舵フィーリングが悪化するという間題がある。
このため、捩り振動を抑制したパワーステアリング装置として、例えば特許文献1に記載のものが知られている。この電動パワーステアリング装置は、車輪やモータを発生源としてラック軸が振動し、入力軸と出力軸とを連結するトーションバーに捩り振動が発生することから、ラック軸に中空部を形成してラック軸の固有振動を調整し、これによって振動音の発生を抑制したものである。
特開2003−291831号公報
ところが、ラック軸に中空部を形成してラック軸の固有振動を調整してラック軸の振動を抑制する構成であるため、振動の発生原因の一部についての振動を抑制する構成であり、汎用性がないためその他の振動を抑制することはできない。
そこで本発明は、上記の課題を解決し、振動の抑制がより確実に行えるようにしたパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
請求項1に係る発明は、ハウジングと、該ハウジングに回転自在に収容されると共にステアリングホイールが連結された入力軸と、前記ハウジングに回転自在に収容されると共に前記入力軸にトーションバーを介して連結された出力軸と、前記ハウジングと、前記入力軸または前記出力軸の少なくともいずれか一方との間に設けられ、前記入力軸または前記出力軸の少なくともいずれか一方に摺動抵抗力を付与する摺動抵抗力付与手段と、を有することを特徴とする。
この発明によれば、ハウジングに対して相対回転する入力軸または出力軸の少なくともいずれか一方に対して摺動抵抗力を付与するので、トーションバーを介して発生する入力軸や出力軸の振動を抑制することができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のパワーステアリング装置において、前記摺動抵抗力付与手段は、前記ハウジングと前記入力軸との間に設けられる第1摺動抵抗力付与手段または、前記ハウジングと前記出力軸との間に設けられる第2摺動抵抗力付与手段のいずれか一方により構成されていることを特徴とする。
この発明によれば、入力軸または出力軸のいずれかに摺動抵抗力を付与するので、トーションバーを介して発生する入力軸または出力軸のいずれかの振動を抑制することができる。
請求項3に係る発明は、請求項1に記載のパワーステアリング装置において、前記摺動抵抗力付与手段は、前記ハウジングと前記入力軸との間に設けられる第1摺動抵抗力付与手段と、前記ハウジングと前記出力軸との間に設けられる第2摺動抵抗力付与手段との双方により構成されていることを特徴とする。
この発明によれば、入力軸と出力軸との双方に摺動抵抗力を付与するので、トーションバーを介して発生する入力軸および出力軸の双方の振動を抑制することができる。
以下、本発明によるパワーステアリング装置の実施の形態を説明する。
(a)実施の形態1
まず、実施の形態1について説明する。
図1に示すように、パワーステアリング装置1を構成するハウジング2が車体に固定されており、該ハウジング2は、アッパハウジング2aとロアハウジング2bとから構成されている。該ハウジング2内には、図示しないステアリングホイールが連結された入力軸3と、紙面と直角に配置されたラック軸16と噛み合うピニオン4aの形成された出力軸4とが同一軸心上に配置され、入力軸3,出力軸4は夫々軸受6,7a,7bを介して回転自在に支持されている。ラック軸16の両端部は、図示しない操舵車輪に連結されている。
前記入力軸3と前記出力軸4とは導電性金属からなるトーションバー5を介して連結され、前記入力軸3と前記出力軸4との間に作用するトルクによりトーションバー5が捩れるように構成されている。即ち、入力軸3と該入力軸3の内部に挿通されたトーションバー5とがピン8を介して結合され、トーションバー5の下端は出力軸4の上部に形成された凹部に挿入されると共に該出力軸4とスプライン結合部9を介して連結されている。そして、前記入力軸3の下端部は、出力軸4の前記凹部に相対回転自在に挿入され、入力軸3の下端部と出力軸4の凹部とには、両者の相対的な回動角度を規制する図示しないストッパが設けられている。
前記出力軸4には、図示しないウォームホイールが一体に取り付けられており、該ウォームホイールに噛み合うウォームを介して図示しないモータが連結されている。このモータにより、前記トーションバー5に作用するトルクと対応した補助操舵力が出力軸4に付与される。
入力軸3の長さ方向における中間部の外周には、内筒10が取り付けられている。この内筒10は、非磁性かつ導電性を有するアルミニウム合金材により形成され、入力軸3と共に内側磁路を形成する。該内筒10には、軸方向に沿ってスリット10a,10bが上下2段に配置され、該スリット10a,10bは円周方向に沿って等間隔に複数形成されている。そして、円周方向で隣接するスリット10a,10a間あるいはスリット10b,10b間の梁部が磁束の通過を遮断する遮蔽領域となる。すなわち、スリット10aまたはスリット10bと梁部とにより、内筒10には磁気抵抗の大きい領域と小さい領域とが交互に形成されている。
前記内筒7の外側には、前記内筒7を囲繞する外筒11が所定の隙間をもって非接触状態で設けられている。該外筒11の下部は出力軸4の上部外周面を覆っており、該外筒11の下部が出力軸4の上部にかしめ固定されている。この外筒11は、前記内筒10と同様に、非磁性かつ導電性を有するアルミニウム合金材により形成され、外筒11には内筒10のスリット10a,10bと同数のスリット11a,11bが軸方向に沿って上下二段に配置されている。両段のスリット11a,11b同士は周方向に相互オフセットされている。すなわち、スリット11a,11bは、トーションバー5が捩られると、その捩れ量と方向に応じて前記内筒10のスリット10a,10bとの重合面積が夫々増減変化する。
前記外筒11を囲繞するようにして、非接触状態でコイルユニット18が設けられている。該コイルユニット18は、上下一対の第1ヨーク12a,第2ヨーク12bと、該第1ヨーク12a,第2ヨーク12b内に収容保持された一対の第1ボビン13a,第2ボビン13bと、該第1ボビン13a,第2ボビン13bの外側に巻回された一対のコイル巻線14a,14bと、前記両ボビン13a,13bの間に一体に介装された2枚のプレート板材15a,15bと、を備えている。
前記第1,第2ヨーク12a,12bの組み付け状態を保持するため、両ヨーク12a,12bを軸方向に付勢する皿ばね状の押圧部材17がアッパハウジング2aの内部に設けられている。そして、アッパハウジング2aの外側にはインピーダンス検出回路37がねじ37aを介して結合され、前記コイル巻線14a,14bの各端子は、ハーネス23a,23bを介してインピーダンス検出回路37に接続されている。
前記トーションバー5が捩られると、前記内筒10のスリット10a,10bと前記外筒11のスリット11a,11bとの重合面積が増減するため、前記入力軸3の露出面積が増減して磁束が増減する。この磁束の増減を、前記インピーダンス検出回路37が、前記コイル巻線14a,14bのインピーダンスの差として検出し、トーションバー5に対する入力トルクが演算される。
前記入力軸3に摺動抵抗力を付与するため、前記アッパハウジング2aと前記入力軸3との間に第1摺動抵抗力付与手段19が設けられ、前記出力軸4に摺動抵抗力を付与するため、前記アッパハウジング2aと前記出力軸4との間に第2摺動抵抗力付与手段20が設けられている。
まず、第1摺動抵抗力付与手段19の構成を説明する。第1摺動抵抗力付与手段19は、摺動板21と摺動部材22とによって構成される。摺動板21は金属により形成され内部に貫通孔を有する円板形状であり、該貫通孔に入力軸3を挿入して止めねじ23で固定することにより、摺動板21が入力軸3に入力軸3の径方向外側へ突出した状態に設けられている。
一方、摺動部材22は樹脂材料により、図2(a)(b)に示すように略リング状に形成されている。摺動部材22の断面形状は略L字形状であり、筒部22aとフランジ部22bとを有する。筒部22aにおける円周方向での1箇所にはスリット22cが形成されている。摺動部材22の筒部22aをアッパハウジング2aの外周面の上部に嵌め込み、前記スリット22cの部分に挿入した回り止め24をアッパハウジング2aの外周面へねじ込むことにより、摺動部材22は回り止め24により回転が拘束された状態で軸方向へ移動自在になっている。そして、摺動部材22は、前記摺動板21の少なくとも軸方向一側面である下面を摺動面21aとして摺動接触する。
この摺動部材22を摺動板21の摺動面21aへ向かって付勢する付勢部材としてコイルばね25が設けられている。アッパハウジング2aの外周面の上部であって摺動部材22が嵌め込まれた外側下方には凹部が形成され、該凹部にリング状のカラー26を介してコイルばね25の下部が支持され、コイルばね25の上部は摺動部材22のフランジ部22bの下面に当接している。つまり、コイルばね25は、軸を囲繞するように前記アッパハウジング2aの外周部を囲繞して設けられている。
次に、第2摺動抵抗力付与手段20の構成を説明する。アルミニュウム合金材からなる金属製の前記外筒11の下部が摺動板として兼用されており、第2摺動抵抗力付与手段20は、該摺動板とアッパハウジング2aに設けた摺動部材27とにより構成されている。つまり、前記外筒11の下部には、出力軸4の外周面を覆う被覆部11cと出力軸4の端面を覆う端板部11dとが形成されており、被覆部11cと端板部11dとが摺動板28として機能する。そして、端板部11dの上面が摺動面となる。
一方、摺動部材27は図3(a)(b)に示すように構成されている。即ち、摺動部材27は樹脂材料により形成されており、前記被覆部11cを囲繞する筒部27aと、該筒部27aの上端側から径方向内側へ向かって突出して前記摺動板28の前記端板部11dと摺動接触する内周側突出部27bと、前記筒部27aの下端側から径方向外側へ向かって突出するフランジ部27cとによって構成されている。そして、フランジ部27cの相互に180度をなす反対位置には、切欠部27eが形成されている。前記被覆部11cの部分を覆うようにして摺動部材27をアッパハウジング2aの内部に設けた状態で、アッパハウジング2aの外部からアッパハウジング2aに軸直角方向へ駆動ピン31がねじ込まれ、駆動ピン31の先端部が摺動部材27の切欠部27eに係合して摺動部材27の回り止めとなっている。
該摺動部材27を軸方向へ付勢して前記摺動板28の前記端板部11dに摺動接触させる付勢部材としてのコイルばね29が前記筒部27aを囲繞して設けられている。コイルばね29は軸を囲繞するようにハウジング2の内部に配置され、ハウジング2の内部に嵌合されたL字形断面のリング状のカラー30と前記フランジ部27cとの間に設けられている。
次に、パワーステアリング装置1の作用を説明する。
ステアリングホィール操作がされないでステアリングシャフトが中立状態にある場合は、トーションバー5に捩れが生じない。このため、図示しないモータにより前記出力軸4に補助操舵力が付与されることはない。次に、ステアリングホィールの操作が行われ、ステアリングシャフトがいずれかの方向へ回転すると、トーションバー5が捩れるため、トーションバー5の下部に結合された出力軸4に対し、トーションバー1の上部に結合された入力軸3が相対的にいずれかの方向へ回転する。この相対的な回転方向と回転数とにより、前記のように内筒10のスリット10a,10bと外筒11のスリット11a,11bとの重合面積が増減し、入力軸3の露出面積が増減することから、磁束が増減する。これにより、前記各コイル巻線14a,14bのインピーダンスの差から、インピーダンス検出回路37が入力トルクを演算し、この入力トルクに応じて図示しないモータから前記出力軸4に補助操舵力が付与される。
ハウジング2と入力軸3との間に第1摺動抵抗力付与手段19を設けたので、コイルばね25の付勢力により摺動部材22が摺動板21の摺動面21aに押圧され、入力軸3に摺動抵抗力が付与される。また、ハウジング2と出力軸4との間に第2摺動抵抗力付与手段20を設けたので、コイルばね29の付勢力により摺動部材27の内周側突出部27bが摺動板28の端板部11dに押圧され、出力軸4に摺動抵抗力が付与される。このように、入力軸3および出力軸4に摺動抵抗力が付与されるため、トルク変動やトーションバー5の捩れ共振が抑制される。
この発明によれば、摺動板21の摺動面21aを径方向外側に配置したので、入力軸3の回転量を一定としたときの、摺動板21に対する摺動部材22の摺動距離を大きくすることができる。
この発明によれば、コイルばね25による付勢力の大きさを調整することにより、摺動抵抗力の大きさを調整することができる。また、摺動抵抗力を容易に変更することができる。
この発明によれば、コイルばね25が軸を囲繞するように配置されているので、パワーステアリング装置1の径方向寸法を小形化することができる。
この発明によれば、摺動部材22を付勢するコイルばね25をハウジング2の外周部を囲繞して設けたので、摺動板21に対する摺動部材22の摺動距離を大きくすることができる。
この発明によれば、摺動部材22が樹脂材料により形成されているので、摺動部材22が金層材料等である場合に比べて摺動抵抗力をより大きく得ることができる。
この発明によれば、コイルばね29が筒部27aを囲繞して設けられるため、摺動部材27の筒部27aをコイルばね29のスプリングリテーナとして機能させることができる。
この発明によれば、コイルばね29による付勢力の大きさを調整することにより、摺動抵抗力の大きさを調整することができる。また、摺動抵抗力を容易に変更することができる。
この発明によれば、コイルばね29が軸を囲繞するように設けられているので、パワーステアリング装置1の径方向寸法を小形化することができる。
この発明によれば、摺動部材27が樹脂材料により形成されているので、摺動部材27が金層材料等である場合に比べて摺動抵抗力をより大きく得ることができる。
なお、摺動板21の摺動面21aに凹凸を形成して摩擦係数を大きくし、摺動抵抗力を大きくすることもできる。
(b)実施の形態2
次に、実施の形態2を図4に基づいて説明する。なお、この実施の形態2は実施の形態1の一部を変更したものなので、同一部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
実施の形態2は、第1摺動抵抗力付与手段19と第2摺動抵抗力付与手段20とが実施の形態1と異なる。
第1摺動抵抗力付与手段19について説明する。実施の形態1における摺動部材22に代えて、実施の形態2では樹脂製のシール部材としての本実施の形態ではVR型オイルシール(VR35A)31が設けられている。即ち、アッパハウジング2aの上部の外周面に、断面形状がL字形のリング状のカラー32を介してリング状のシム33が嵌め込まれ、該シム33の上にVR型オイルシール31が嵌め込まれている。VR型オイルシール31の上端部が摺動板21の摺動面21aに摺動接触している。
次に、第2摺動抵抗力付与手段20について説明する。実施の形態1における前記出力軸4を覆う摺動板28と該摺動板28に摺動接触すると共に前記ハウジング2に設けられた摺動部材27とに代えて、ハウジング2に設けられた摺動板34と、該摺動板34に摺動接触すると共に前記出力軸4の外周面に装着された樹脂製のシール部材としての本実施の形態ではVR型オイルシール(VR32A)35とにより構成されている。
摺動板34は金属板状のリングであって、軸受7とアッパウジング2aとにより上下から挟んで固定されている。一方、VR型オイルシール35は、前記外筒11の下部の被覆部11cに装着されており、その下方の先端部が摺動板34の摺動面34aに摺動接触している。VR型オイルシール35の上面は、アッパウジング2aの内部に嵌合されたコの字形の断面形状のカラー36の下面に当接している。
次に、パワーステアリング装置の作用を説明する。
ハウジング2と入力軸3との間に第1摺動抵抗力付与手段19を設けたので、VR型オイルシール31の上面が摺動板21の摺動面21aと摺動し、入力軸3に摺動抵抗力が付与される。また、ハウジング2と出力軸4との間に第2摺動抵抗力付与手段20を設けたので、VR型オイルシール35の下面が摺動板34の摺動面34aと摺動し、出力軸4に摺動抵抗力が付与される。このように、入力軸3および出力軸4に摺動抵抗力が付与されるため、トルク変動やトーションバー5の捩れ共振が抑制される。
この発明によれば、上部のVR型オイルシール31が所定の付勢力で摺動板21の摺動面21aと摺動接触するので、所定の摺動抵抗力を得ることができる。
この発明によれば、下部のVR型オイルシール35が所定の付勢力で摺動板34の摺動面34aと摺動接触するので、所定の摺動抵抗力を得ることができる。
その他の構成,作用は実施の形態1と同じなので、説明を省略する。
前記実施の形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について、以下に説明する。
(1)請求項2または3に記載のパワーステアリング装置において、前記第1摺動抵抗力付与手段は、前記入力軸に前記入力軸の径方向外側へ突出して設けられた摺動板と、前記ハウジングに設けられ前記摺動板の少なくとも軸方向一側面に摺動接触する摺動部材と、から構成されることを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、摺動板の摺動面を径方向外側に配置したので、入力軸の回転量を一定としたときの、摺動板に対する摺動部材の摺動距離を大きくすることができる。
(2)前記(1)に記載のパワーステアリング装置において、前記摺動部材を前記摺動板へ向かって付勢する付勢部材を設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、付勢部材による付勢力の大きさを調整することにより、摺動抵抗力の大きさを調整することができる。また、摺動抵抗力を容易に変更することができる。
(3)前記(2)に記載のパワーステアリング装置において、前記付勢部材が軸を囲繞するように配置されたコイルばねであることを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、コイルばねが軸を囲繞するように配置されているので、パワーステアリング装置の径方向寸法を小形化することができる。
(4)前記(3)に記載のパワーステアリング装置において、前記コイルばねは前記ハウジングの外周部を囲繞して設けられていることを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、摺動部材を付勢するコイルばねをハウジングの外周部を囲繞して設けたので、摺動板に対する摺動部材の摺動距離を大きくすることができる。
(5)前記(1)に記載のパワーステアリング装置において、前記摺動部材が樹脂材料により形成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、摺動部材が樹脂材料により形成されているので、摺動部材が金層材料等である場合に比べて摺動抵抗力をより大きく得ることができる。
(6)前記(1)に記載のパワーステアリング装置において、前記摺動部材が樹脂製のシール部材であることを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、樹脂製のシール部材が所定の付勢力で摺動板と摺動接触するので、所定の摺動抵抗力を得ることができる。
(7)請求項2または3に記載のパワーステアリング装置において、前記第2摺動抵抗力付与手段は、前記出力軸の外周面を覆う被覆部と前記出力軸の端面を覆い摺動面を有する端板部とを備えた摺動板と、前記ハウジングに設けられ前記被覆部を囲繞する筒部と該筒部の一端側から径方向内側へ向かって突出して前記摺動面と摺動接触する内周側突出部と前記筒部の他端側から径方向外側へ向かって突出するフランジ部とを有する摺動部材とから構成され、該摺動部材を軸方向へ付勢して前記摺動面に摺動接触させるコイルばねが前記筒部を囲繞して前記ハウジングと前記フランジ部との間に設けられていることを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、コイルばねが筒部を囲繞して設けられるため、摺動部材の筒部をコイルばねのスプリングリテーナとして機能させることができる。
(8)前記(7)に記載のパワーステアリング装置において、前記摺動部材を前記摺動板へ向かって付勢する付勢部材を設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、付勢部材による付勢力の大きさを調整することにより、摺動抵抗力の大きさを調整することができる。また、摺動抵抗力を容易に変更することができる。
(9)前記(8)に記載のパワーステアリング装置において、前記付勢部材が軸を囲繞するように配置されたコイルばねであることを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、コイルばねが軸を囲繞するように配置されているので、パワーステアリング装置の径方向寸法を小形化することができる。
(10)前記(7)に記載のパワーステアリング装置において、前記摺動部材が樹脂材料により形成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、摺動部材が樹脂材料により形成されているので、摺動部材が金層材料等である場合に比べて摺動抵抗力をより大きく得ることができる。
(11)前記(7)に記載のパワーステアリング装置において、前記第2摺動抵抗力付与手段は、前記出力軸の外周面を覆う摺動板と該摺動板に摺動接触すると共に前記ハウジングに設けられた摺動部材とに代えて、前記ハウジングに設けられた摺動板と該摺動板に摺動接触すると共に前記出力軸の外周面に装着された摺動部材としての樹脂製のシール部材とであることを特徴とするパワーステアリング装置。
この発明によれば、樹脂製のシール部材が所定の付勢力で摺動板の摺動面と摺動接触するので、所定の摺動抵抗力を得ることができる。
パワーステアリング装置の断面図(実施の形態1)。 摺動部材に係り、(a)は平面図、(b)は正面断面図(実施の形態1)。 摺動部材に係り、(a)は正面断面図、(b)は底面図(実施の形態1)。 パワーステアリング装置の断面図(実施の形態2)。
符号の説明
1…パワーステアリング装置
2…ハウジング
3…入力軸
4…出力軸
5…トーションバー
19…第1摺動抵抗力付与手段
20…第2摺動抵抗力付与手段

Claims (3)

  1. ハウジングと、該ハウジングに回転自在に収容されると共にステアリングホイールが連結された入力軸と、前記ハウジングに回転自在に収容されると共に前記入力軸にトーションバーを介して連結された出力軸と、
    前記ハウジングと、前記入力軸または前記出力軸の少なくともいずれか一方との間に設けられ、前記入力軸または前記出力軸の少なくともいずれか一方に摺動抵抗力を付与する摺動抵抗力付与手段と、
    を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
  2. 請求項1に記載のパワーステアリング装置において、
    前記摺動抵抗力付与手段は、前記ハウジングと前記入力軸との間に設けられる第1摺動抵抗力付与手段または、前記ハウジングと前記出力軸との間に設けられる第2摺動抵抗力付与手段のいずれか一方により構成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。
  3. 請求項1に記載のパワーステアリング装置において、
    前記摺動抵抗力付与手段は、前記ハウジングと前記入力軸との間に設けられる第1摺動抵抗力付与手段と、前記ハウジングと前記出力軸との間に設けられる第2摺動抵抗力付与手段との双方により構成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。
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