JP2000211538A - 電動パワ―ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操舵補助力を伝達するためのギヤのバックラッ
シ調節を不要にすることで、組み立て時の作業性を向上
でき、そのギヤの噛み合いを円滑に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】ステアリングシャフト５に同心状に取り付
けられる従動ギヤ５２に噛み合う駆動ギヤ５１の駆動用
電動モータを備える。そのモータの出力トルクが駆動ギ
ヤ５１から従動ギヤ５２を介してステアリングシャフト
５に伝達されることで操舵補助力が付与される。その従
動ギヤ５２はステアリングシャフト５に軸方向移動可能
かつ同行回転可能に取り付けられる。その従動ギヤ５２
を前記駆動ギヤ５１に弾力により押し付ける弾性部材７
５が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータの出力
をステアリングシャフトにギヤを介して伝達することで
操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ステアリングシャフトの外周に同心状に
嵌め合わされる従動ギヤと、その従動ギヤに噛み合う駆
動ギヤと、その駆動ギヤの駆動用電動モータとを備え、
両ギヤを介して上記モータの出力トルクをステアリング
シャフトに伝達することで操舵補助力を付与する電動パ
ワーステアリング装置が汎用されている。

【０００３】その駆動ギヤおよび従動ギヤとしてハイポ
イドギヤやベベルギヤ等が用いられ、その従動ギヤの軸
心と駆動ギヤの軸心は交差するものとされている。

【０００４】従来、その従動ギヤをステアリングシャフ
トの外周における段差にシムを介して押し付け、そのシ
ムの厚さ変更により、その駆動ギヤと従動ギヤの噛み合
い部におけるバックラッシを調節していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、バックラッシ
調節のためのシム交換は組み立て時の作業性を低下させ
るという問題がある。特に、ステアリングシャフトと従
動ギヤとの間にトルクリミッターを構成するトルク設定
部材を介在させる場合（特開平９‐２０７７９１号公報
参照）、そのシム交換の際にトルク設定部材も着脱する
必要があり、組み立て作業が非常に面倒なものになる。
また、車輪を介して作用する路面からの反力によって、
その駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯との衝突音が発生する
という問題があった。

【０００６】本発明は、上記問題を解決することのでき
る電動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】本発明は、ステアリング
シャフトと、そのステアリングシャフトに同心状に取り
付けられる従動ギヤと、その従動ギヤに噛み合う駆動ギ
ヤと、その駆動ギヤの駆動用電動モータとを備え、その
モータの出力トルクが駆動ギヤから従動ギヤを介してス
テアリングシャフトに伝達されることで操舵補助力が付
与される電動パワーステアリング装置において、その従
動ギヤはステアリングシャフトに軸方向移動可能かつ同
行回転可能に取り付けられ、その従動ギヤを前記駆動ギ
ヤに弾力により押し付ける弾性部材が設けられているこ
とを特徴とする。本発明の構成によれば、弾力により従
動ギヤを駆動ギヤに押し付けることで、両ギヤの噛み合
い部におけるバックラッシをなくすので、バックラッシ
調節が不要になり、組み立て時の作業性を向上できる。

【０００８】前記ステアリングシャフトに筒状部材が軸
方向移動可能かつ同行回転可能に嵌め合わされ、その筒
状部材と前記従動ギヤとの間にトルクリミッターが設け
られ、そのトルクリミッターは、その筒状部材の外周と
従動ギヤの内周とに挟まれることで径方向に変形してい
るトルク設定部材を有し、そのトルク設定部材は、径方
向変形量に対応する径方向力を筒状部材と従動ギヤとに
作用させ、そのトルクリミッターのリミットトルクは、
そのトルク設定部材の径方向変形量に対応し、前記弾性
部材は、その筒状部材と前記ステアリングシャフトとの
間に配置されるのが好ましい。これにより、ステアリン
グシャフトと従動ギヤとの間の伝達トルクがリミットト
ルクを超えると、そのトルク設定部材と従動ギアとの
間、あるいはトルク設定部材と筒状部材との間の中の摩
擦抵抗の小さい方において、相対的な滑りが生じるの
で、トルクリミッターが機能する。このようなトルクリ
ミッターを設ける場合において、バックラッシ調節が不
要になるので、組み立て時の作業性が低下することはな
い。

【０００９】前記ステアリングシャフトを支持するハウ
ジングを備え、そのハウジングと前記モータの中の一方
に凹部が他方に凸部が、その凹部の内周と凸部の外周と
が円柱面に沿うように形成され、そのモータはハウジン
グに、その凹部と凸部を介してインロー嵌合され、その
円柱面の中心は、そのモータの出力軸と同軸心の前記駆
動ギヤの軸心に対して偏心され、その円柱面の中心回り
にモータのハウジングに対する相対配置が変更可能とさ
れているのが好ましい。これにより、そのモータのハウ
ジングに対する相対配置を変更すると、駆動ギヤの軸心
位置はステアリングシャフトの軸方向において変化す
る。この変化により、その駆動ギヤに押し付けられる従
動ギヤの位置はステアリングシャフトの軸方向において
変化する。この変化により、その従動ギヤを駆動ギヤに
押し付ける弾性部材の弾力は変化する。よって、その弾
性部材の弾力を調節することで、駆動ギヤと従動ギヤの
噛み合いを円滑化できる。

【００１０】その駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯の中の少
なくとも一方は、金属製の基部と、この基部よりも硬度
が小さく弾性に富む衝撃吸収部とを有し、その衝撃吸収
部を介して駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯とが噛み合わさ
れるのが好ましい。これにより、車輪を介して路面から
反力が作用する際に、駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯とが
衝突する際の衝撃を衝撃吸収部により吸収できるので、
歯の衝突音の発生を防止できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１、図２に示す自動車用電動パワ
ーステアリング装置１は、ステアリングホイールに連結
される筒状第１ステアリングシャフト３と、この第１ス
テアリングシャフト３に同軸心に連結される筒状第２ス
テアリングシャフト５と、両ステアリングシャフト３、
５を支持するハウジング９を備える。両ステアリングシ
ャフト３、５に挿通されるトーションバー４が、ピン６
を介して第１ステアリングシャフト３に連結され、セレ
ーション７を介して第２ステアリングシャフト５に連結
される。これにより、その第１ステアリングシャフト３
と第２ステアリングシャフト５は、操舵トルクに応じて
弾性的に相対回転可能とされている。

【００１２】図３に示すように、その第１ステアリング
シャフト３の外周の一部と第２ステアリングシャフト５
の内周の一部とは互いに対向する非円形部３′、５′と
され、両非円形部３′、５′が互いに当接することで、
両シャフト３、５の相対回転は一定範囲に規制される。
その規制により、過大な操舵トルクが作用した場合のト
ーションバー４の破損を防止している。

【００１３】その第１ステアリングシャフト３は、一端
側が第１ボールベアリング８を介してハウジング９によ
り支持され、他端側がブッシュ１０を介して第２ステア
リングシャフト５の内周により支持される。その第２ス
テアリングシャフト５は、一端側が第２ボールベアリン
グ１１を介してハウジング９により支持され、他端側が
ニードルベアリング１２を介してハウジング９により支
持される。その第２ステアリングシャフト５にヘリカル
ピニオン１３が一体的に設けられ、このピニオン１３に
ラック１４が噛み合う。そのラック１４はハウジング９
によりラック支持部材１５を介して支持される。そのラ
ック１４の各端に車輪（図示省略）が連結される。これ
により、操舵による第１ステアリングシャフト３の回転
が、トーションバー４、第２ステアリングシャフト５を
介してピニオン１３に伝達され、そのピニオン１３の回
転によりラック１４が車両幅方向に移動し、自動車の操
舵がなされる。

【００１４】その第１ステアリングシャフト３から第２
ステアリングシャフト５に伝達される操舵トルクを検出
するためのトルクセンサ２０が設けられている。そのト
ルクセンサ２０は、ハウジング９により保持される検出
コイル３３と、その第１ステアリングシャフト３の外周
に固定される磁性材製の第１検出リング３６と、その第
２ステアリングシャフト５の外周に固定される磁性材製
の第２検出リング３７を有する。その第１検出リング３
６の一端面と第２検出リング３７の一端面とは互いに対
向するように配置され、各検出リング３６、３７の一端
面に、それぞれ歯３６ａ、３７ａが周方向に沿って複数
設けられている。その第１検出コイル３３は第１検出リ
ング３６と第２検出リング３７の対向間を覆うように配
置される。操舵トルクによりトーションバー４が捩れ、
第１検出リング３６と第２検出リング３７とが相対的に
回転すると、両検出リング３６、３７の歯３６ａ、３７
ａの対向部分の面積が変化する。その面積変化により、
その歯３６ａ、３７ａの対向間における第１検出コイル
３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化することから、
その変化に基づき第１検出コイル３３の出力が変化し、
その出力に対応した操舵トルクが検出される。

【００１５】そのトルクセンサ２０に接続される車載制
御装置（図示省略）により、その検知された操舵トルク
に応じた出力トルクを発生するように電動モータ５０が
駆動される。その電動モータ５０はハウジング９に取り
付けられている。そのモータ５０は、ケーシング５０ａ
から突出する出力軸５０ｂを有する。その出力軸５０ｂ
の外周に、駆動ギヤ５１が同軸心に一体成形されてい
る。その駆動ギヤ５１に噛み合う従動ギヤ５２が、第２
ステアリングシャフト５の外周に同心状に嵌め合わされ
ている。その駆動ギヤ５１が小ギヤとされ、従動ギヤ５
２が大ギヤとされる。本実施形態では、その駆動ギヤ５
１および従動ギヤ５２としてハイポイドギヤが用いられ
ている。

【００１６】そのモータ５０のハウジング９への取り付
けのため、ハウジング９に凹部８０が形成され、そのモ
ータ５０のケーシング５０ａに凸部８１が形成されてい
る。その凹部８０の内周と凸部８１の外周は円柱面に沿
う。その凹部８０と凸部８１を介してモータ５０はハウ
ジング９にインロー嵌合される。図６に示すように、そ
の凹部８０の内周と凸部８１の外周が沿う円柱面の中心
Ｐは、駆動ギヤ５１の軸心Ｑに対して図においてＥだけ
偏心されている。その偏心量Ｅは、例えば±０．２ｍｍ
程度とされる。その円柱面の中心Ｐ回りにモータ５０を
ハウジング９に対して回転させることが可能とされ、こ
れにより、その円柱面の中心Ｐ回りにモータ５０のハウ
ジング９に対する相対配置が変更可能とされている。そ
のモータ５０のケーシング５０ａをハウジング９に固定
するボルト８２は、そのケーシング５０ａに形成される
通孔５０ａ′に挿通される。その通孔５０ａ′は、その
モータ５０のハウジング９に対する相対配置変更を許容
するため、その円柱面の中心と同心の円に沿う長孔とさ
れている。

【００１７】その第２ステアリングシャフト５の外周に
筒状部材６０がセレーション６１を介して軸方向移動可
能かつ同行回転可能に嵌め合わされる。その筒状部材６
０は、円筒部６０ａと、この円筒部６０の一端から張り
出すフランジ６０ｂとを有する。

【００１８】その筒状部材６０と従動ギヤ５２との間に
トルクリミッター７０が設けられる。上記従動ギヤ５２
は第２ステアリングシャフト５の外周に、そのトルクリ
ミッター７０を介して軸方向移動可能かつ同行回転可能
に取り付けられている。すなわち、そのトルクリミッタ
ー７０は、その円筒部６０ａの外周と従動ギヤ５２の内
周とに挟まれることで径方向に変形しているトルク設定
部材７１を有する。このトルク設定部材７１として本実
施形態では、図４の（１）、（２）に示すように、割り
溝７１ａを有する金属製リング本体７１ｂに、周方向に
沿って一定間隔で、径方向外方へ突出する複数の半円筒
状突出部７１ｃを一体的に形成したものが用いられる。
このトルク設定部材７１は、各突出部７１ｃにおける径
方向変形量に対応する径方向力を、筒状部材６０と従動
ギヤ５２とに作用させる。このようなトルク設定部材７
１として、例えばトレランスリング（レンコルトレラン
スリングス社製、ＳＶ型）を用いることができる。図５
は、そのトルク設定部材７１の径方向変形量と径方向力
との関係を示す。すなわち、径方向変形量が一定値δａ
以下において、径方向変形量に比例して径方向力が増加
するものとされ、その一定値δａを超える領域におい
て、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が一定値
δａ未満の領域における増加割合よりも小さくなる領域
Ａを有する。その一定値δａを超える領域Ａ内の値δｂ
に、そのトルク設定部材７１の径方向変形量が設定され
ている。そのトルク設定部材７１の径方向変形量に対応
する径方向力を筒状部材６０と従動ギヤ５２とに作用さ
せることで、そのトルク設定部材７１の内周と筒状部材
６０の外周との間の摩擦抵抗、およびトルク設定部材７
１の外周と従動ギヤ５２の内周との間の摩擦抵抗によ
り、第２ステアリングシャフト５と従動ギヤ５２との間
でトルクを伝達することができる。このトルクリミッタ
ー７０のリミットトルクは、その摩擦抵抗、すなわちト
ルク設定部材７１の径方向変形量に対応する。本実施形
態では、そのトルク設定部材７１の内周と筒状部材６０
の外周との間の摩擦抵抗が、そのトルク設定部材７１の
外周と従動ギヤ５２の内周との間の摩擦抵抗よりも小さ
くされる。よって、そのトルク設定部材７１の内周と筒
状部材６０の外周とが相対的に滑り始める時のトルク
が、トルクリミッター７０のリミットトルクとなる。そ
のトルク設定部材７１の径方向変形量に対する径方向力
の増加割合が、その径方向変形量に比例して径方向力が
増加する場合の増加割合よりも小さくされることで、筒
状部材６０の外径寸法や従動ギヤ５２の内径寸法の加工
公差によりトルク設定部材７１の径方向変形量が変動し
ても、その径方向力の変動を小さくできる。これによ
り、その径方向力に対応して定まるリミットトルクを正
確に所期設定範囲内に設定することができる。

【００１９】その筒状部材６０のフランジ６０ｂと第２
ステアリングシャフト５に形成されるフランジ５ａとの
間に、皿バネにより構成される弾性部材７５が配置され
ている。その弾性部材７５は、その筒状部材６０と第２
ステアリングシャフト５とにより挟まれることで、その
第２ステアリングシャフト５の軸方向に沿う弾力を作用
させる。その弾力により、その筒状部材６０のフランジ
６０ｂを介して従動ギヤ５２を駆動ギヤ５１に押し付け
る。その弾性部材７５として、皿バネ以外のバネやゴム
等の弾性体を用いてもよい。

【００２０】そのハウジング９は、ステアリングシャフ
ト３、５の軸方向に並列する第１部材９ａと第２部材９
ｂを、ボルト（図示省略）により連結することで構成さ
れている。その従動ギヤ５２の外周側は、その第２部材
９ｂにより第３ボールベアリング９０を介して支持され
ている。その第１部材９ａと第３ボールベアリング９０
の外輪９０ａとの間に第１シム９１が配置される。ま
た、上記筒状部材６０と第２ボールベアリング１１の内
輪１１ｂとの間に、筒状スペーサ９２と第２シム９３が
配置される。その第１部材９ａと第２部材９ｂのボルト
による締め付け力は、第１シム９１、第３ボールベアリ
ング９０、従動ギヤ５２、筒状部材６０、スペーサ９
２、第２シム９３を介して、第２ボールベアリング１１
の内輪１１ｂに作用する。よって、その締め付け力によ
り第２ボールベアリング１１の内輪１１ｂは、ステアリ
ングシャフト３、５の軸方向（Ａ方向）に向かう。これ
により、その第２ボールベアリング１１に予圧を付与で
きる。その予圧はシム９１、９３の厚さ変更により調節
できる。

【００２１】上記構成によれば、モータ５０により駆動
ギヤ５１が駆動され、その駆動ギヤ５１から従動ギヤ５
２を介して第２ステアリングシャフト５にモータ５０の
出力トルクが伝達されることで操舵補助力が付与され
る。その従動ギヤ５２を駆動ギヤ５１に弾性部材７５の
弾力により押し付けることで、両ギヤ５１、５２の噛み
合い部におけるバックラッシをなくすので、バックラッ
シ調節が不要になり、組み立て時の作業性を向上でき
る。また、そのモータ５０のハウジング９に対する相対
配置を変更すると、上記偏心量Ｅに応じて駆動ギヤ５１
の軸心位置Ｑはステアリングシャフト３、５の軸方向に
おいて変化する。この変化により、その駆動ギヤ５１に
押し付けられる従動ギヤ５２の位置はステアリングシャ
フト３、５の軸方向において変化する。この変化によ
り、その従動ギヤ５２を駆動ギヤ５１に押し付ける弾性
部材７５の弾力は変化する。よって、その弾性部材７５
の弾力を調節することで、駆動ギヤ５１と従動ギヤ５２
の噛み合いを円滑化できる。さらに、車輪の縁石への乗
り上げ等により第２ステアリングシャフト５と従動ギヤ
５２との間の伝達トルクがトルクリミッター７０のリミ
ットトルクを超えると、トルク設定部材７１と筒状部材
６０との相対的な滑りにより第２ステアリングシャフト
５と従動ギヤ５２とが相対回転し、ギヤ５１、５２の歯
部及びモータ８の破損が防止される。このようなトルク
リミッター７０を設ける場合において、バックラッシ調
節が不要になるので、組み立て時の作業性が低下するこ
とはない。

【００２２】図７の（１）は本発明の第１変形例を示
す。上記実施形態との相違は、駆動ギヤ５１の歯５１ａ
と従動ギヤ５２の歯５２ａの中の少なくとも一方が、金
属製の基部５１′、５２′と、この基部５１′、５２′
よりも硬度が小さく弾性に富む衝撃吸収部５１″、５
２″とを有し、その衝撃吸収部５１″、５２″を介して
駆動ギヤ５１の歯５１ａと従動ギヤ５２の歯５２ａとが
噛み合わされる点にある。その衝撃吸収部５１″、５
２″は、例えば基部５１′、５２′が挿入された型内で
成形されたり基部５１′、５２′にコーティングされる
合成樹脂やゴム等により構成される。本変形例では、そ
の衝撃吸収部５１″、５２″は、歯５１ａ、５２ａの歯
先と歯元との中間位置において歯筋方向に沿うように基
部５１′、５２′に固定されている。これにより、車輪
を介して路面から反力が作用する際に、駆動ギヤ５１の
歯５１ａと従動ギヤ５２の歯５２ａとが衝突する際の衝
撃を衝撃吸収部５１″、５２″により吸収できるので、
歯５１ａ、５２ａの衝突音の発生を防止できる。他は上
記実施形態と同様である。

【００２３】図７の（２）は本発明の第２変形例を示
す。第１変形例との相違は、衝撃吸収部５１″、５２″
が、歯５１ａ、５２ａの歯筋方向における中間位置にお
いて歯５１ａ、５２ａの歯たけ方向に沿うように基部５
１′、５２′に固定されている点にある。他は第１変形
例と同様である。

【００２４】図７の（３）は本発明の第３変形例を示
す。第１変形例との相違は、衝撃吸収部５１″、５２″
が、歯５１ａ、５２ａの全体を覆うように基部５１′、
５２′に固定されている点にある。他は第１変形例と同
様である。

【００２５】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、駆動ギヤおよび従動ギヤとしてベベルギヤを用い
てもよく、駆動ギヤの軸心と従動ギヤの軸心との交差角
は９０度に限定されない。また、従動ギヤをステアリン
グシャフトに直接に軸方向移動可能かつ同行回転可能に
取り付けてもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、操舵補助力を伝達する
ためのギヤのバックラッシ調節を不要にすることで、組
み立て時の作業性を向上でき、そのギヤの噛み合いを円
滑にし、さらにギヤの歯の衝突音発生を防止できる電動
パワーステアリング装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における電動パワーステアリ
ング装置の断面図

【図２】本発明の実施形態における電動パワーステアリ
ング装置の要部断面図

【図３】本発明の実施形態における電動パワーステアリ
ング装置の部分断面図

【図４】本発明の実施形態におけるトルク設定部材の
（１）は断面図、（２）は正面図

【図５】本発明の実施形態におけるトルク設定部材の径
方向変形量と径方向力との関係を示す図

【図６】本発明の実施形態におけるモータの正面図

【図７】（１）は本発明の第１変形例におけるギヤの歯
の斜視図、（２）は本発明の第２変形例におけるギヤの
歯の斜視図、（３）は本発明の第３変形例におけるギヤ
の歯の斜視図

【符号の説明】

３ 第１ステアリングシャフト ５ 第２ステアリングシャフト ９ ハウジング ５０ モータ ５１ 駆動ギヤ ５１′、５２′ 基部 ５１″、５２″ 衝撃吸収部 ５２ 従動ギヤ ６０ 筒状部材 ７０ トルクリミッター ７１ トルク設定部材 ７５ 弾性部材 ８０ 凹部 ８１ 凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦野 正治 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D033 CA04 CA05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングシャフトと、そのステアリ
   ングシャフトに同心状に取り付けられる従動ギヤと、そ
   の従動ギヤに噛み合う駆動ギヤと、その駆動ギヤの駆動
   用電動モータとを備え、そのモータの出力トルクが駆動
   ギヤから従動ギヤを介してステアリングシャフトに伝達
   されることで操舵補助力が付与される電動パワーステア
   リング装置において、その従動ギヤはステアリングシャ
   フトに軸方向移動可能かつ同行回転可能に取り付けら
   れ、その従動ギヤを前記駆動ギヤに弾力により押し付け
   る弾性部材が設けら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。
2. 【請求項２】 前記ステアリングシャフトに筒状部材が
   軸方向移動可能かつ同行回転可能に嵌め合わされ、その
   筒状部材と前記従動ギヤとの間にトルクリミッターが設
   けられ、そのトルクリミッターは、その筒状部材の外周
   と従動ギヤの内周とに挟まれることで径方向に変形して
   いるトルク設定部材を有し、そのトルク設定部材は、径
   方向変形量に対応する径方向力を筒状部材と従動ギヤと
   に作用させ、そのトルクリミッターのリミットトルク
   は、そのトルク設定部材の径方向変形量に対応し、前記
   弾性部材は、その筒状部材と前記ステアリングシャフト
   との間に配置される請求項１に記載の電動パワーステア
   リング装置。
3. 【請求項３】 前記ステアリングシャフトを支持するハ
   ウジングを備え、そのハウジングと前記モータの中の一
   方に凹部が他方に凸部が、その凹部の内周と凸部の外周
   とが円柱面に沿うように形成され、そのモータはハウジ
   ングに、その凹部と凸部を介してインロー嵌合され、そ
   の円柱面の中心は、そのモータの出力軸と同軸心の前記
   駆動ギヤの軸心に対して偏心され、その円柱面の中心回
   りにモータのハウジングに対する相対配置が変更可能と
   されている請求項１または２に記載の電動パワーステア
   リング装置。
4. 【請求項４】 その駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯の中の
   少なくとも一方は、金属製の基部と、この基部よりも硬
   度が小さく弾性に富む衝撃吸収部とを有し、その衝撃吸
   収部を介して駆動ギヤの歯と従動ギヤの歯とが噛み合わ
   される請求項１〜３の中の何れかに記載の電動パワース
   テアリング装置。