JPH09263250A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特殊理論歯形歯車を用いたコンパクトな電動
パワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】 ステアリングシャフトの回転を、シャフ
トに固定した電動モータの出力歯車とからなる減速機構
を介して補助する電動パワーステアリング装置におい
て、電動モータがステアリングコラムと平行に配置し、
前記減速機構の歯車を特殊理論歯形の平歯車又ははすば
歯車で形成するとともに、減速機構を収納するハウジン
グ３内の出力歯車２２と従動歯車２１の軸をそれぞれ回
転可能に嵌合するガイドプレート２４を設けて構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は自動車における電
動パワーステアリング装置に関するもので、特にその減
速機構に特殊理論歯形歯車を用いてコンパクト化した電
動パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の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力を軽減して操向性能を向上
させる装置であり、一般的には油圧を用いるが、軽自動
車にあっては電動モータを用いた電動パワーステアリン
グ装置が提供されている。

【０００３】従来の電動パワーステアリング装置は、電
動モータの回転をウオームギヤを介してステアリングシ
ャフトを回転させるようにしている。この減速機構は、
ウオームギヤのトルク伝達効率が低いため（６０〜８０
％）、減速比を不変とすれば、より大きなモータ出力ト
ルクが必要となり、結果的にモータ外径が大きくなるか
ら、コンパクト化に欠けるという問題点があった。そこ
で、駆動用モータをコラムと平行に取り付け、減速機構
として平歯車を使用するものが多々提供されている（実
開昭６２−１４４７７３号、実開昭５８−１４９２５５
号公報等参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】平歯車を利用すると、
トルク伝達効率が高いため（約９５％）、その分モータ
出力トルクが減り、モータのコンパクト化が可能とな
る。しかし、この減速機構は、モータピニオンギヤとそ
れに噛合するギヤの１段で必要な減速比を成立させよう
とすると、ピニオンギヤの最小歯数がインボリュート歯
形だと限られるため、ギヤの外径が大きくなり、依然と
してコンパクト化に欠けると云う問題点があった。ま
た、１段構成を断念して中間ギヤを介在させると、バッ
クラッシの増加やコストアップという新たな問題点があ
った（実開平１−１４５６６８号公報参照）。

【０００５】そこで、この発明は特殊理論歯形歯車を電
動パワーステアリング装置に応用することにより上記問
題点の解決を図ろうとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は電動モータがステアリングコラムと平行
に配置され前記減速機構の歯車を特殊理論歯形の平歯車
又ははすば歯車で形成するとともに、減速機構を収納す
るハウジング内の出力歯車と従動歯車の軸をそれぞれ回
転可能に嵌合するガイドプレートを設けたことを特徴と
しており、インボリュート歯形とは異なる平歯車又はは
すば歯車であって、特殊理論歯形歯車を用いて１段の減
速機構を形成する。特殊理論歯形歯車は最小歯数が４枚
で形成でき、ギヤの外径を小さくできるために、減速機
構の小型化ができる。

【０００７】そして、従動歯車を固定するステアリング
シャフトにガイドプレートを嵌合し、そのガイドプレー
トに出力歯車を回転可能に嵌合することで、出力歯車と
従動歯車との軸心間距離を精度高く保持でき耐久性の低
下を防止する。

【０００８】さらに、従動歯車に噛合すべき出力歯車を
複数、すなわち、出力歯車を有する電動モータを複数配
置しこの複数の電動モータをコントローラにより選択的
に回転駆動させることにより、小さなトルクの補助で足
りるときはその内の一個が、大きなトルクを必要とする
ときは複数個が駆動されて補助することができる。

【０００９】また、従動歯車は鉄製リングの外周部に樹
脂の平歯車又ははすば歯車が一体形成され、鉄製リング
をシャフトに圧入してなり、歯車に作用するトルクが所
定値を越えると鉄製リングとシャフトの間でスリップさ
せることを特徴としており、電動モータを使用すること
によるそのロックが生じてステアリングシャフトの回転
が妨害される懸念を除去する。

【００１０】したがって、電動モータのロックが生じた
ときでも、ステアリングホイールを回転させる力が所定
値を越えると、鉄製リングがステアリングシャフトとの
間でスリップしてステアリングホイールを回転できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態例を図
に基づき説明する。図１，２に示すように、ステアリン
グコラム１のロアジャケット２の下端部に、筒部３ａを
嵌着してハウジング３を固定するとともに、筒部３ａに
軸受４を介してステアリングシャフト５が回転自在に支
承され、ステアリングシャフト５の下端部は軸受４ａを
介在して端板３ｂで支承され、端板３ｂはハウジング３
に嵌着されている。

【００１２】ステアリングシャフト５の下端部には軸孔
５ａが形成され、この軸孔５ａ内にトーションバー６が
挿入されてその上端部がピン７で連結されている。トー
ションバー６の下端部の外周面にはセレーション６ａが
形成され、このセレーション６ａと係合するセレーショ
ンを内周面に形成した穴８ａを有するシャフト８が連結
されている。

【００１３】シャフト８とステアリングシャフト５の端
面は所定の間隔を有して異形嵌合しており、ステアリン
グシャフト５とシャフト８の回転差が所定値になると当
接して直接トルクの伝達が行われる。シャフト８はセレ
ーション係合により自在継手９に締結されている。自在
継手９には中間シャフト（図示略）が連結され、この中
間シャフトにはステアリングギヤボックスに接続され
る。ステアリングシャフト５の上端部はロアジャケット
２を貫通してその上端部にステアリングホイール（図示
略）が軸着されている。

【００１４】前記ハウジング３内には公知のセンサー機
構が形成されている。すなわち、シャフト８に有底筒形
のセンサー内蔵シャフト１０が嵌合固着され、このセン
サー内蔵シャフト１０は軸受１１を介してハウジング３
に回転可能に支承されている。センサー内蔵シャフト１
０の内底部にはコイルばね１２が圧接し、このコイルば
ね１２に当接する断面Ｌ字形のリング１３がシャフト８
付近でカラー１４を介してステアリングコラム５に軸方
向移動可能に嵌合している。

【００１５】カラー１４には軸方向移動可能にステアリ
ングシャフト５に嵌合する摺動カラー１５が係合し、こ
の摺動カラー１５に設けた周溝にポテンショメータ１６
のセンサアーム１６ａが係合している。そして、カラー
１４の周面には直径方向で相対向して穴１７が形成さ
れ、この穴１７内にほぼ同径のボール１８が挿入されて
いる。一方、摺動カラー１５に面するステアリングシャ
フト５にはボール１８が転動する断面半円形の溝５ｂを
直径方向で相対向して略らせん状に形成してある。

【００１６】コントローラ１９は、図２に示すように、
ステアリングコラムの上方側において、ハウジング３に
固定されるブラケット４０を介しステアリングコラム１
と平行に配置される。コントローラ１９はインストルメ
ントパネル４１の下部に収納できる。

【００１７】ついで、センサー内蔵シャフト１０には鉄
製リング２０が圧入して嵌着され、この鉄製リング２０
の外周部には樹脂製の特殊理論歯形の平歯車又ははすば
歯車からなる従動歯車２１が一体成形されている。そし
て、この従動歯車２１に噛合する特殊理論歯形の平歯車
又ははすば歯車からなる出力歯車（モータピニオンギ
ヤ）２２がハウジング３に回転可能に軸支され、この出
力歯車２２は電動モータ２３から突出している。電動モ
ータ２３はハウジング３にステアリングコラムと平行に
配置されている。

【００１８】センサー内蔵シャフト１０と出力歯車２２
の軸心間距離の精度を高く保持するため、センサー内蔵
シャフト１０にガイドプレート２４を回動可能に嵌合
し、このガイドプレート２４をＣリング２５で抜け止め
する。ガイドプレート２４の周縁部には出力歯車２２の
端部が回転可能に嵌合される。したがって、出力歯車２
２とセンサー内蔵シャフト１０の軸心間距離は精度よく
一定に保持されて変化することなく、これにより、歯車
の耐久性を向上させるものである。

【００１９】センサー内蔵シャフト１０に圧入した鉄製
リング２０は歯車に作用するトルクが所定値を越えると
スリップを生じるように設定される。すなわち、通常の
電動モータ２３の駆動トルクではスリップを生じること
はないが、万一、電動モータ２３がロックした場合に、
ステアリングホイールを所定値以上の力で操作すること
で、センサー内蔵シャフト１０と鉄製リング２０の間で
スリップを生じ、ステアリングホイールからの操舵を可
能としている。

【００２０】したがって、操向のためステアリングホイ
ールを介しステアリングシャフト５を軸中心で回転させ
ると、トーションバー６をねじりながらステアリングシ
ャフト５が回転し、このトーションバー６のねじれによ
るステアリングシャフト５とセンサー内蔵シャフト１０
の回転差によって略らせん状の溝５ｂとボール１８を介
してカラー１４及び摺動カラー１５がコイルばね１２を
圧縮又は伸長してステアリングシャフト５の軸方向へ移
動することにより、ポテンショメーター１６のセンサア
ーム１６ａがステアリングシャフト５の右回転又は左回
転を検出し、この信号をコントローラ１９に入力する。
コントローラ１９は電動モータ２３に正回転又は逆回転
の駆動を指令する。そのため、電動モータ２３が正回転
又は逆回転駆動し、出力歯車２２が従動歯車２１を回転
させてトーションバー６のねじれをなくす方向へセンサ
ー内蔵シャフト１０を回転させる。したがって、ステア
リングホイールを回転させる力の軽減がなされるという
ものである。

【００２１】次にこの発明の他の実施の形態例について
説明すると、図３に示すように、ロアジャケット２の下
端部にハウジング３０の筒部３１を嵌合して固定し、こ
のハウジング３０に直径方向で相対向して形成したモー
タ固定部３２，３２にそれぞれ電動モータ３３，３３を
固定する。電動モータ３３の出力歯車３４は特殊理論歯
形の平歯車であって、モータ固定部３２に形成した透孔
からハウジング３０内へ突出している。なお、電動モー
タ３３の数は２個以上の複数であって、ハウジング３０
の周方向へ一定間隔で配置する。また、電動モータ３３
は前例同様にコントローラで制御される。

【００２２】一方、ステアリングシャフト５の下端部に
は前例同様にトーションバー６を介してシャフト８が連
結され、シャフト８には自在継手９が連結されている。
さらに、シャフト８に固定されたセンサー内蔵シャフト
１０に鉄製リング２０が圧入され、鉄製リング２０には
樹脂製の特殊理論歯形の平歯車からなる従動歯車２１が
一体成形され、この従動歯車２１に前記複数の出力歯車
３４が噛合する。センサー内蔵シャフト１０は前例同様
にセンサーを形成する部品が関係し、トーションバー６
のねじれをコントローラに入力する。

【００２３】さらに、ステアリングシャフト５と出力歯
車３４との軸心間距離を常に一定に精度高く保持するた
めに、ガイドプレート３５をセンサー内蔵シャフト１０
に回動可能に嵌合し、このガイドプレート３５をＣリン
グ２５で抜け止めをする。ガイドプレート３５は複数の
出力歯車３４を回転可能に嵌合する透孔を有する。ステ
アリングシャフト５には、図示しないが、下端部に自在
継手を介して中間シャフトが連結され、また、上端部に
ステアリングホイールが軸着されることは前例と同じで
ある。

【００２４】そこで操向のため、ステアリングホイール
を回転させるとステアリングシャフト５が回転し、トー
ションバー６にねじりが生じてこれを検出したコントロ
ーラ１９が電動モータ３３を駆動し、出力歯車３４が従
動歯車２１を回転させてセンサー内蔵シャフト１０が回
転することにより、シャフト８を介して自在継手９が回
転するために、ステアリングホイールを回転させる力の
軽減がなされるというものである。

【００２５】そして、ステアリングシャフト５の回転力
を大きく必要とする場合には複数の電動モータ３３，３
３のすべてを駆動させるとともに、小さな回転力で足り
る場合にはいずれか一つの電動モータ３３を駆動させる
ようにコントローラ６で制御することができる。これに
より、一つの電動モータ３３の出力トルクを小さくでき
るため、電動モータ３３の小型化が図れる。

【００２６】なお、特殊理論歯形の歯車について説明す
ると、このギヤは新しい歯形理論から生まれた高耐久歯
歯車であり、図４に示したように、出力歯車２２は全部
で例えば６枚の歯部２２ａを有し、また、これと噛合す
る被駆動側の従動歯車２１は全部で例えば５０枚の歯部
２１ａを有して構成されている。歯形曲線の曲率が歯タ
ケ方向に周期的に増減する連続且つ微分可能な函数であ
ることを特徴とする歯歯車であり、特公平２−１５７４
３号公報に掲載された公知の歯車である。

【００２７】そこで、この特殊理論歯形の歯車の概要
を、小守勉氏の論文(１９９０年発行の機械設計誌)から
引用すれば、図５に示したように、基準ラック歯形は、
ピッチ線Ｐ.Ｌとの交点に対して点対称になるよう配置
される。点対称とすることにより、歯元部は凹面に、歯
末部は凸面になる。この基準ラック歯形は、連続して微
小区間に区切られたインボリュート曲線から構成され、
実線で示したｍｎ間が区切られた数番目（ｉ番目）のイ
ンボリュート曲線の詳細を示している。ｍｓ間は、Ｏgt
を中心とする半径Ｇtの基礎円からできるインボリュー
ト曲線で、ｓｎ間は、Ｏg'tを中心とする半径Ｇ1の基礎
円からできるインボリュート曲線である。歯形上のｍｎ
点における曲率中心は、ピッチ線上に位置するようにな
っている。ｍｎ間の長さは、圧力角のパラメータである
角度デルタの大きさによって調整される。

【００２８】図６は、微小区間に区切られたインボリュ
ート曲線が、接続されていく過程を示す図である。破曲
線部は前述のｍｎにつながるインボリュート曲線であ
る。この前後の破曲線が、ｍ点若しくはｎ点に接続する
条件は、ｍ点或いはｎ点で曲率半径が等しく、その中心
がピッチ線上にあることである。また、基礎円半径Ｇｔ
の大きさは圧力角の関数とし、ＧtからＧt+2に変わる。
図のｎ’点でも曲率中心がピッチ線上にあり、以後この
パターンを繰り返し、ラック歯形を形成していく。

【００２９】図７は前述の原理にしたがって描いた基準
ラック歯形である。斜線は小区間に区切られたインボリ
ュート曲線の接合点の曲率半径を示している。図からも
判るように、歯形の曲率中心がピッチ線上に多数存在し
ている。このラック歯形をラック工具（ホブ歯形）に置
き換えて考えてみると、このラック工具により歯切りさ
れた歯歯車は、ピッチ円上に歯形の曲率中心が多数存在
することになる。したがって、一対の歯歯車の噛合にお
いては、全接続点で相対曲率が０であり、凹面と凸面と
のかみあいとなる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、電動モ
ータとステアリングコラムとを平行に配置し、減速機構
の歯車を特殊理論歯形の平歯車又ははすば歯車で形成す
るとともに、減速機構を収納するハウジング内の出力歯
車と従動歯車の軸をそれぞれ回転可能に嵌合するガイド
プレートを設けたから、ギヤの外径が小さくなり、その
ため電動ステアリング装置のコンパクト化が可能とな
る。

【００３１】また、出力歯車と従動歯車の軸心間距離の
精度を、ガイドプレートを使用することにより向上させ
るようにしたので、歯車の耐久性が向上する。そして、
減速機構に平歯車又ははすば歯車をしようしているた
め、トルク伝達効率が高くなり、その分、モータ出力ト
ルクを減少できるので、電動モータの小型化及び低コス
ト化ができる。

【００３２】また、従動歯車は鉄製リングの外周部に樹
脂の歯車が一体形成されるとともに、鉄製リングをシャ
フトに圧入してなり、歯車に作用するトルクが所定値を
越えると鉄製リングとシャフトの間でスリップするた
め、万一、電動モータがロックした場合でも、ステアリ
ングホイールを操作して操舵トルクを伝達できる。した
がって、従来使用していたクラッチを廃止することがで
き、これにより低コスト化ができる。

【００３３】さらに、コントローラをハウジング上に一
体化することにより、例えば助手席のグローブボックス
の下側等の、従来のコントローラの位置を考慮せずとも
よく、ユニットとして小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態例を示す断面平面図

【図２】図１の断面側面図

【図３】この発明の他の実施の形態例を示す断面平面図

【図４】特殊理論歯形歯車の歯形図

【図５】特殊理論歯形の理論の説明図

【図６】特殊理論歯形の理論の説明図

【図７】特殊理論歯形の理論の説明図

【符号の説明】

１…ステアリングコラム ２…ロアジャケット ３…ハウジング ５…ステアリングシャフト ６…トーションバー ８…シャフト ９…自在継手 １０…センサー内蔵シャフト ２０…鉄製リング ２１…従動歯車 ２２，３４…出力歯車 ２３，３３…電動モータ ２４，３５…ガイドプレート ２５…Ｃリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングシャフトの回転をシャフト
   に固定した従動歯車と電動モータの出力歯車とからなる
   減速機構を介して補助する電動パワーステアリング装置
   において、電動モータがステアリングコラムと平行に配
   置され前記減速機構の歯車を特殊理論歯形の平歯車又は
   はすば歯車で形成するとともに、減速機構を収納するハ
   ウジング内の出力歯車と従動歯車の軸をそれぞれ回転可
   能に嵌合するガイドプレートを設けたことを特徴とする
   電動パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 電動モータが複数であって、その出力歯
   車がそれぞれ従動歯車に噛合しており、この複数の電動
   モータがコントローラにより選択的に回転駆動されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング
   装置。
3. 【請求項３】 コントローラが減速機構のハウジングと
   一体的に取り付けられていることを特徴とする請求項２
   記載の電動パワーステアリング装置。
4. 【請求項４】 従動歯車は鉄製リングの外周部に樹脂の
   歯車が一体形成されるとともに、鉄製リングをシャフト
   に圧入してなり、歯車に作用するトルクが所定値を越え
   ると鉄製リングとシャフトの間でスリップできることを
   特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の電動パワース
   テアリング装置。