JP2001163228A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動パワーステアリング装置のラックアンド
ピニオン機構において、ピニオンとラックの加工精度を
高めること。 【解決手段】 電動パワーステアリング装置１０は、電
動機８２で操舵トルクに応じた補助トルクを発生し、こ
の補助トルクを歯車式減速機構１１０を介してラックア
ンドピニオン機構３２に伝達し、このラックアンドピニ
オン機構３２によって操舵輪２１，２１を操舵するよう
にしたものである。ラックアンドピニオン機構３２のピ
ニオン３３又はラック３４あるいはその両方を、鍛造品
等の塑性加工品にした。ピニオン３３並びにラック３４
の歯形を円弧歯形にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動パワーステアリ
ング装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ステアリングハンドルの操舵力を
軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステ
アリング装置が多用されてきた。この種の電動パワース
テアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助ト
ルクを発生し、この補助トルクをステアリング系のラッ
クアンドピニオン機構に伝達するものであって、例えば
特開平９−１９３８１５号「電動パワーステアリング装
置」（以下、「従来の技術」と言う。）が知られてい
る。

【０００３】上記従来の技術は、同公報の図４に示され
る通り、モータ１１（番号は公報に記載されたものを引
用した。以下同じ。）で操舵トルクに応じた補助トルク
（補助出力）を発生し、この補助トルクを小傘歯車７ｂ
と大傘歯車７ａを介して、ピニオン２ａとラック軸５の
組合せからなるラックアンドピニオン機構に伝達し、こ
のラックアンドピニオン機構によって操舵輪を操舵する
というものである。ラック軸５は丸棒状の軸であり、こ
の軸のうち、ピニオン２ａと対向する面にラックを形成
したものである。ピニオン２ａとラックの歯形は、一般
にインボリュート歯形である。

【０００４】上述のように、モータ１１で発生した補助
出力は、小傘歯車７ｂと大傘歯車７ａとからなる減速機
構を介して倍力され、さらに、倍力された補助出力はラ
ックアンドピニオン機構によって補助推力となる。モー
タ１１の補助出力は、減速機構の伝達効率η_Gとラック
アンドピニオン機構の伝達効率η_Rとにより定まる、複
合効率η_T＝η_G×η_Rでラック出力に変換されることに
なる。モータ１１の補助出力と「１−η_T」との積は出
力損失となり、各機構の摩耗や発熱などに変換され、シ
ステムの耐久性や発熱による出力の低下などを引き起こ
していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、モータ
１１の補助出力を、減速機構とラックアンドピニオン機
構とを介してラックの推力に変換する電動パワーステア
リング装置においては、特にモータ出力の大きいシステ
ムになるほど、この出力損失の影響が大きく、伝達効率
η_Gと伝達効率η_Rとを向上することが望まれている。

【０００６】そこで本発明の目的は、特に、ラックアン
ドピニオン機構の伝達効率を向上させることができる技
術を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルク
を発生し、この補助トルクを歯車式減速機構を介してラ
ックアンドピニオン機構に伝達し、このラックアンドピ
ニオン機構によって操舵輪を操舵するようにした電動パ
ワーステアリング装置において、ラックアンドピニオン
機構のピニオン又はラックあるいはその両方が鍛造品等
の塑性加工品であり、ピニオン並びにラックの歯型が、
少なくとも一方の歯車の歯末の面を、基準ピッチ線上を
ほぼ中心とする円弧面に形成し、少なくとも他方の歯車
の歯元の面を、基準ピッチ線上をほぼ中心とする円弧面
に形成した、円弧歯形であることを特徴とする。

【０００８】ピニオン並びにラックの歯型が円弧歯形で
あるから、インボリュート歯形よりも表面疲れ強さ、曲
げ強さ、曲げ疲れ強さが大きい。補助トルクが通常の操
作時より大きい場合であっても、十分に伝達することが
できる。さらには、ピニオン又はラックあるいはその両
方が鍛造品等の塑性加工品であるから、歯面の精度が比
較的良好であり、しかも、切削加工品のように歯面に加
工傷がほとんど無く、極めて滑らかである。このため、
歯面同士の摺動による摩擦力は極めて小さい。従って、
ラックアンドピニオン機構の動力伝達効率が大きい。

【０００９】請求項２は、ラック軸が、ラックを形成し
た面の背面を、ラックガイド部並びに圧縮ばねを介して
調整ボルトにて前記ピニオン側へ押出すように構成した
ものであり、このピニオンにラックを噛み合わせた状態
で、ラックガイド部の背面を調整ボルトで直接押すよう
に構成したことを特徴とする。

【００１０】操舵中にピニオンからラックへトルクを伝
達するとき、ラック軸には軸長手方向の力と軸直角方向
の力が作用する。軸直角方向の力はラックが後退してピ
ニオンから離れる方向の力である。ガイド部の背面を調
整ボルトで直接押しているので、軸直角方向の力によっ
てラックが後退することはない。従って、ピニオンとラ
ックは常に高い噛み合い精度を維持する。さらには、円
弧歯形であるから噛み合いの接触面積が大きい。噛み合
いの面圧が下がるので歯面の摺動は滑らかである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面に
基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見
るものとする。図１は本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の模式図である。電動パワーステアリング装置
１０は、車両のステアリングハンドル１１から操舵輪
（車輪）２１，２１に至るステアリング系２２に介在し
た操舵機構２３と、この操舵機構２３に補助トルクを加
える補助トルク機構２４とからなる。

【００１２】操舵機構２３は、ステアリングハンドル１
１にステアリングシャフト１２及び自在軸継手１３，１
３を介して連結した入力軸３１と、入力軸３１に連結し
たラックアンドピニオン機構３２とからなる。ラックア
ンドピニオン機構３２は、入力軸３１に設けたピニオン
３３と、ピニオン３３に噛み合うためのラック３４を設
けたラック軸３５とからなり、このラック軸３５の両端
に、左右のタイロッド３７，３７を介して左右の操舵輪
２１，２１を連結したものである。

【００１３】補助トルク機構２４は、ステアリングハン
ドル１１で発生したステアリング系２２の操舵トルクを
検出する操舵トルクセンサ７０と、操舵トルクセンサ７
０の検出信号に基づき制御信号を発生する制御手段８１
と、制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを
発生する電動機８２と、電動機８２にトルクリミッタ９
０及び歯車式減速機構１１０を介して連結した上記入力
軸３１並びにラックアンドピニオン機構３２とからな
る。すなわち、操舵機構２３に補助トルク機構２４の補
助トルクを付加するために、操舵機構２３と補助トルク
機構２４とで、入力軸３１並びにラックアンドピニオン
機構３２を共用するようにした。操舵トルクセンサ７０
は、操舵機構２３に取付けたものである。

【００１４】このような電動パワーステアリング装置１
０によれば、運転者がステアリングハンドル１１を操舵
することにより発生した操舵トルクを、入力軸３１及び
ラックアンドピニオン機構３２を介して、ラック軸３５
に伝達することができる。さらには、操舵トルクを操舵
トルクセンサ７０で検出し、この検出信号に基づき制御
手段８１で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操
舵トルクに応じた補助トルクを電動機８２で発生し、補
助トルクをトルクリミッタ９０、歯車式減速機構１１
０、入力軸３１及びラックアンドピニオン機構３２を介
して、ラック軸３５に伝達することができる。従って、
運転者の操舵トルクに電動機８２の補助トルクを加えた
複合トルクにより、ラック軸３５及び左右のタイロッド
３７，３７を介して、左右の操舵輪２１，２１を操舵す
ることができる。

【００１５】図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る操舵ト
ルクセンサの原理図である。操舵トルクセンサ７０は、
鉄鋼材のように磁歪特性を有する入力軸３１にトルクが
作用したときに、このトルクに応じて生じる磁歪効果を
電気コイルにて電気磁気的に検出する、磁歪式トルクセ
ンサである。このような磁歪式トルクセンサは、特開平
６−２２１９４０号公報「磁歪式トルクセンサ」に示さ
れるように、公知のセンサである。以下、操舵トルクセ
ンサ７０の概要について説明する。

【００１６】（ａ）に示す操舵トルクセンサ７０は、概
ね８の字状に形成した励磁コイル７１と、励磁コイル７
１とほぼ同様の大きさで概ね８の字状に形成した検出コ
イル７２とを、ほぼ同心上に互いに略直交させて重ね、
これらの励磁・検出コイル７１，７２を１組の磁気ヘッ
ド７３として、入力軸３１の外周面の近傍に配置したも
のである。すなわち、入力軸３１の外周面に対向して、
概ね８の字状の励磁コイル７１を配置し、この励磁コイ
ル７１に概ね８の字状の検出コイル７２を９０゜位相を
変えた状態で重ね合わせた。この場合、励磁コイル７１
をなす８の字状の直線部分を、入力軸３１の外周にほぼ
平行又は軸方向にほぼ平行にして配置する。７４は励磁
電圧供給源、７５は出力電圧増幅器である。

【００１７】励磁電圧供給源７４から励磁コイル７１に
２０〜１００ｋＨｚ程度の高周波数の交流電圧（励磁電
圧）を供給すれば、トルクに基づく入力軸３１の磁歪効
果に対応して、検出コイル７２にて励磁電圧と同じ周波
数の交流電圧（出力電圧）を得ることができる。出力電
圧は、入力軸３１に作用するトルクの方向によって、励
磁電圧と同相又は逆相になる。このときの出力電圧の振
幅は、トルクの大きさに比例する。従って、励磁電圧の
位相を基準として、出力電圧を同期整流すれば、トルク
の大きさと方向を検出することができる。

【００１８】出力電圧は出力電圧増幅器７５にて増幅さ
れ、操舵トルクセンサ７０の検出信号として、制御手段
８１に発することになる。なお、入力軸３１の磁化力が
小さければ、励磁コイル７１と検出コイル７２の巻数を
増し、これらの励磁・検出コイル７１，７２を１巻ずつ
交互に配列することで、対応すればよい。

【００１９】（ｂ）に示す操舵トルクセンサ７０は、励
磁・検出コイル７１，７２からなる磁気ヘッド７３を２
組準備し、これら２組の磁気ヘッド７３，７３を、入力
軸３１の外周面の近傍に且つ入力軸３１の軸線の対称位
置に配置したものである。そして、出力電圧増幅器７５
で、検出コイル７２，７２からの出力電圧の差を増幅す
ることにより、環境温度の変化に対してあまり変化しな
い操舵トルク信号を得ることができる。

【００２０】上記（ａ）や（ｂ）の操舵トルクセンサ７
０を採用することにより、従来の電動パワーステアリン
グ装置において操舵トルクを検出する場合のように、入
力軸３１を長手方向に二分割して、これら分割軸間をト
ーションバーにて連結する必要がない。従って、入力軸
３１を簡素な構成にすることができるとともに、入力軸
３１を十分に長く設定することができる。しかも、図１
に示す入力軸３１に設けたピニオン３３を加工する場合
に、入力軸３１を加工機械にセッテイングすることが容
易であり、加工精度を一層高めることができる。加工精
度が高まると、ピニオン３３とラック３４との噛み合い
精度も高まる。この結果、ラックアンドピニオン機構３
２の動力伝達効率を高めることができる。

【００２１】図３は本発明に係る電動パワーステアリン
グ装置の全体構成図であり、左端部及び右端部を断面し
て表したものである。この図は、電動パワーステアリン
グ装置１０のラック軸３５を、車幅方向（図左右方向）
に延びるハウジング４１に軸方向へスライド可能に収容
したことを示す。ラック軸３５は、ハウジング４１から
突出した長手方向両端にボールジョイント３６，３６を
ねじ結合し、これらのボールジョイント３６，３６に左
右のタイロッド３７，３７を連結した軸である。ハウジ
ング４１は、図示せぬ車体に取付けるためのブラケット
４２，４２を備えるとともに、長手方向両端部にストッ
パ４３，４３を取付けたものである。

【００２２】ラック軸３５が右へ所定量だけスライドす
ると、左のボールジョイント３６の当接端面（ラックエ
ンド）３８がストッパ４３に当る。ラック軸３５が左へ
所定量だけスライドすると、右のボールジョイント３６
の当接端面（ラックエンド）３８がストッパ４３に当
る。このようにしてラック軸３５の移動量を規制するこ
とで、左右の操舵輪２１，２１（図１参照）の最大操舵
角を制限することができる。すなわち、ラック軸３５が
移動終端まで移動したときに、左右の操舵輪２１，２１
の操舵角は最大になる。図中、４４，４４はダストシー
ル用ブーツである。

【００２３】図４は図３の４−４線断面図であり、電動
パワーステアリング装置１０の縦断面構造を示す。電動
パワーステアリング装置１０は、入力軸３１、ラックア
ンドピニオン機構３２、操舵トルクセンサ７０、トルク
リミッタ９０（図１参照）、歯車式減速機構１１０をハ
ウジング４１に収納し、このハウジング４１の上部開口
をリッド４５で塞いだものである。操舵トルクセンサ７
０は、ハウジング４１又はリッド４５に取付けたもので
ある。

【００２４】ハウジング４１は、入力軸３１の下端部及
び長手中央部を、上下２個の軸受５１，５２を介して回
転可能に支承することで、縦置きにセットしたものであ
り、ラックガイド６０を備える。５３はリッド取付ボル
ト、５４は止め輪である。

【００２５】ピニオン３３並びにラック３４は鍛造品
（転造品を含む）等の塑性加工品であることを特徴とす
る。具体的には、入力軸３１は、下部にピニオン３３を
一体に形成し、さらに下端部にねじ部５５を形成すると
ともに、上端部をリッド４５から外方へ突出したピニオ
ン軸である。ラック３４は、ラック軸３５に一体に形成
したものである。ねじ部５５にナット５６をねじ込むこ
とで、入力軸３１の長手方向（軸方向）の移動を規制す
ることができる。５７は袋ナット、５８はオイルシー
ル、５９はスペーサである。

【００２６】ラックガイド６０は、ラック３４と反対側
からラック軸３５に当てるガイド部６１と、このガイド
部６１を圧縮ばね（調整ばね）６２を介して押す調整ボ
ルト６３とからなる。このようなラックガイド６０によ
れば、ハウジング４１にねじ込んだ調整ボルト６３に
て、圧縮ばね６２を介してガイド部６１を適切な押圧力
で押すことで、ガイド部６１でラック３４に予圧を与え
て、ラック３４をピニオン３３に押し付けることができ
る。６４はラック軸３５の背面を滑らせる当て部材、６
５はロックナットである。

【００２７】ラックガイド６０は、ピニオン３３にラッ
ク３４を噛み合わせた状態で、ガイド部６１の背面６１
ａを調整ボルト６３の先端６３ａで直接押すようにした
ことを特徴とする。その理由を以下に述べる。

【００２８】運転者の操舵トルクに電動機８２（図１参
照）の補助トルクを加えた複合トルクが、ピニオン３３
からラック３４に伝達されるとき、ラック軸３５には軸
長手方向の力と軸直角方向の力が作用する。軸直角方向
の力はラック３４が後退してピニオン３３から離れる方
向の力であり、歯型の圧力角に応じて生じる分力であ
る。特にこの分力は、ラック軸３５が所定量だけスライ
ドした後に移動が規制された場合には、通常の操作時よ
りも極めて大きくなる。従来のラックガイドは、ピニオ
ン３３にラック３４を噛み合わせた状態で、ラック３４
と反対側からラック軸３５にガイド部を当て、このガイ
ド部を単に圧縮ばねを介して調整ボルトで押したもので
ある。このため、大きな軸直角方向の力によって圧縮ば
ねが縮むので、ラック３４が後退し得る。

【００２９】これに対し、ピニオン３３にラック３４を
噛み合わせた状態で、ガイド部６１の背面６１ａを調整
ボルト６３の先端６３ａで直接押すようにした。このた
め、軸直角方向の力によって圧縮ばね６２が縮みラック
３４が後退することはない。従って、ピニオン３３とラ
ック３４の歯当り状態を常に良好に保つことができ、噛
み合い精度を常に高い状態で維持することができる。

【００３０】ところで、上記操舵トルクセンサ７０につ
いては、次のような構成にすることができる。すなわ
ち、入力軸３１に、作用トルクに応じて磁歪特性が変化
する磁歪膜７７を所定幅で全周にわたって設け、この磁
歪膜７７に対向して、上記図２に示す励磁・検出コイル
７１，７２を配置する。入力軸３１を介して磁歪膜７７
にトルクが作用したときに、このトルクに応じて磁歪膜
７７に生じる磁歪効果を、検出コイル７２にて電気磁気
的に検出することができる。磁歪膜７７は、例えば、入
力軸３１に気相メッキ法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金
膜からなる、強磁性体膜である。

【００３１】図５は図４の５−５線断面図であり、入力
軸３１と電動機８２とトルクリミッタ９０と歯車式減速
機構１１０との関係を示す。電動機８２は、出力軸８３
を横向きにしてハウジング４１に取付け、ハウジング４
１内に出力軸８３を延したものである。

【００３２】歯車式減速機構１１０は、電動機８２で発
生した補助トルクを入力軸３１に伝達するトルク伝達手
段であって、駆動ギヤと従動ギヤの組合せ構造である、
ウォームギヤ機構からなる。詳しくは、歯車式減速機構
１１０は、電動機８２の出力軸８３にトルクリミッタ９
０を介して連結した伝動軸１１１と、伝動軸１１１に形
成したウォーム１１２と、ウォーム１１２に噛み合うと
ともに入力軸３１に結合したウォームホイール１１３と
からなる。電動機８２の補助トルクを、入力軸３１を介
してラックアンドピニオン機構３２（図１参照）に伝達
することができる。

【００３３】伝動軸１１１は、出力軸８３と同心上に配
置し、２個の軸受１１４，１１５を介してハウジング４
１にて回転可能に支承した軸である。ハウジング４１
は、出力軸８３に近い位置にある第１軸受１１４を軸方
向移動不能に取付け、出力軸８３から遠い位置にある第
２軸受１１５を軸方向移動可能に嵌合したものである。
さらには、第２軸受１１５の外輪の端面を、板ばね１１
６を介して調整ボルト１１７で出力軸８３側に押してい
る。調整ボルト１１７と薄板円盤状の板ばね１１６の押
圧力にて、第１・第２軸受１１４，１１５に予圧を与え
ることで、伝動軸１１１の軸方向の遊びがないように調
整する、すなわち、ガタ取りすることができる。しか
も、ウォーム１１２の軸方向変位を調整して、ウォーム
１１２とウォームホイール１１３の噛み合いを、適切な
摩擦を保ちつつガタが無いように調整することができ
る。また、板ばね１１６の弾性力により、伝動軸１１１
の軸方向の熱膨張等を吸収することができる。１１８は
ロックナット、１１９は止め輪である。

【００３４】図６は本発明に係るトルクリミッタの断面
図である。本発明は、電動機８２と歯車式減速機構１１
０との間にトルクリミッタ９０を介在させたことを特徴
とする。トルクリミッタ９０は、電動機８２の出力軸８
３にセレーション結合したインナ部材９１を、伝動軸１
１１にセレーション結合した筒状のアウタ部材９３に嵌
合したトルク制限機構である。

【００３５】インナ部材９１は外周面９２を、伝動軸１
１１の先端に向って先細りテーパとした雄部材である。
アウタ部材９３は内周面９４を、インナ部材９１の外周
面９２が嵌合するべく先広がりテーパとした雌部材であ
る。テーパ状の外周面９２をテーパ状の内周面９４に嵌
合し、インナ部材９１の後端面９５を皿ばね９６で弾発
しつつ止め輪９７で抜け止めすることで、トルクリミッ
タ９０を組立ることができる。１０１はスペーサ、１０
２はワッシャ、１０３は皿ばねである。

【００３６】皿ばね９６の弾発力で、外周面９２を内周
面９４に押し付けて予圧を与えることにより、外周面９
２を内周面９４に所定の摩擦力を有して、連結すること
ができる。このようなトルクリミッタ９０であるから、
所定の摩擦力を上回る大きなトルクが作用すると、外周
面９２と内周面９４との間がスリップする。この結果、
電動機８２から歯車式減速機構１１０へ伝達する補助ト
ルクを制限、すなわち、オーバートルクをカットするこ
とができる。従って、電動機８２に過大なトルクが発生
することはなく、また、負荷側に過大なトルクが伝わる
こともない。

【００３７】さらには、インナ部材９１をアウタ部材９
３にテーパにて嵌合したので、両者の組立精度は高く、
心合せも容易である。従って、出力軸８３に対する伝動
軸１１１の組立精度は高く、心合せも容易である。ま
た、比較的高速回転する電動機８２と歯車式減速機構１
１０との間に、トルクリミッタ９０を介在させたので、
トルクリミッタ９０が小さくてすみ、トルクリミッタ９
０の小型化、低コスト化を図ることができる。小型のト
ルクリミッタ９０であるから配置スペースが少なくてす
むので、ハウジング４１に収納することが容易である。

【００３８】図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るラック
軸の構成図であって、（ａ）はラック軸３５の斜視図、
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。ラック軸３５
は直径Ｄ１の丸棒であって、長手途中にラック３４を形
成したものである。ラック３４を形成する部分３９の長
さＭは、操舵輪２１，２１（図１参照）を左右に最大操
舵角だけ操舵するために所定量だけスライド可能な長さ
である。Ｒ１はラック軸の中心である。

【００３９】本発明は（ｂ）に示すように、ラック軸３
５に形成したラック３４の歯幅Ｗ１を、ラック３４が無
い部分におけるラック軸３５の径Ｄ１よりも大きく設定
したことを特徴とする（Ｗ１＞Ｄ１）。ラック３４を形
成する部分３９は、ラック形成面が平坦な略半円状断面
を呈するとともに、歯幅Ｗ１を大きくした分に見合うだ
け肉厚Ｔ１を小さくしたものである。肉厚Ｔ１は、ラッ
ク３４の歯先からラック軸３５背面までの厚みであり、
当然のことながら、径Ｄ１よりも小さい（Ｔ１＜Ｄ
１）。このように、ラック軸３５のうちラック３４の歯
幅だけを大きくしたので、ラック軸３５の重量を抑制す
ることができる。

【００４０】このように、ラック３４の歯幅Ｗ１を大き
く設定したので、ラック３４の機械的強度（曲げ強さや
面圧強さ）は大幅に高まる。一方、ラック軸３５のうち
ラック３４が無い部分は、操舵輪を操舵するべくスライ
ドするだけであるから、従来と同様の剛性を有するもの
であればよい。このため、ラック軸３５のうちラック３
４の歯幅Ｗ１だけを大きく設定し、その分だけ肉厚Ｔ１
を小さくした。肉厚Ｔ１がラック軸３５の径Ｄ１より小
さいので、ラック３４を形成する部分３９は、ラック軸
の中心Ｒ１からピニオン側（図４参照）へ偏位したもの
である。この結果、ラック軸３５の断面積に対して、ラ
ックを形成する部分３９の断面積はほとんど同一であ
り、ラックを形成する部分３９の幅Ｗ１がラック軸３５
の径Ｄ１より大きいにもかかわらず、ラック軸３５の重
量はほとんど変わらない。このため、ラック軸３５の重
量を抑制することができる。

【００４１】以上をまとめると、ラック３４の歯幅Ｗ１
を大きく設定したことにより、ラック軸３５の重量を抑
制しつつ、ピニオン３３並びにラック３４の械的強度
（曲げ強さや面圧強さ）を高めることができる。なお、
ラック３４と反対側からラックガイド６０（図４参照）
にてピニオン３３側へ押しているので、肉厚Ｔ１が小さ
いことによる、ラック軸３５の曲げ剛性については実質
的に影響が無い。

【００４２】図８（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るラック
軸の製造手順図であり、ラック軸３５を鍛造にて製造し
た場合の軸断面を示す。ラック軸３５を製造するには、
先ず（ａ）において、鉄鋼材からなる丸棒３５Ａのう
ち、ラックを形成する部分３９のみを想像線にて示す略
半円断面形状になるまで鍛造で成形する。丸棒３５Ａの
うち、ラックを形成する部分３９の背面３９ａから後部
までの断面積Ａ１は、ラックを形成する部分３９の突出
した下部３９ｂ又は上部３９ｃの断面積Ａ２に概ね相当
する。すなわち、ラックを形成する部分３９を幅Ｗ０に
鍛造することによって、断面積Ａ１と断面積Ａ２とが概
ね同一になり、その結果、厚みＴ２が定まる。従って、
実線にて示す丸棒３５Ａの断面積に対して、想像線にて
示すラックを形成する部分３９の断面積はほとんど同一
であり、ラックを形成する部分３９の幅Ｗ０が丸棒３５
Ａの径より大きいにもかかわらず、ラック軸３５の重量
はほとんど変わらない。

【００４３】鍛造によって得られた、ラックを形成する
部分３９の断面形状を（ｂ）に示す。その後、（ｃ）に
おいて、ラックを形成する部分３９の全表面を切削加工
により滑らかにするとともに、平坦面（ラック形成面）
３９ｄに転造加工等でラック３４を形成して、作業を完
了する。

【００４４】図９（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るラック
アンドピニオン機構の構成図である。なお、理解を容易
にするために、ラック３４よりも図手前側にピニオン３
３を配置して表した。Ｌ１はピニオンの中心、Ｒ２はラ
ックの歯面に直角な線である。

【００４５】（ａ）は、ラックアンドピニオン機構３２
のピニオン３３並びにラック３４を「はすば歯車（ヘリ
カルギヤ）」としたことを示す。すなわち、ピニオン３
３は、はすばピニオンであり、ラック３４は、はすばラ
ックである。例えば、ピニオン３３をなす「はすば歯
車」とは、（ｂ）に示すように、基準ピッチ面となる円
筒３３ａの周面と歯面３３ｂとの交線である、歯すじ３
３ｃが、所定のねじれ角θを有したつる巻線である、円
筒歯車を言う。「ねじれ角θ」とは、つる巻線３３ｄと
つる巻線３３ｄを考える円筒３３ａの母線３３ｅとのな
す、鋭角θを言う。

【００４６】（ｃ）は、ラック３４をなす「はすば歯
車」の部分拡大斜視図であり、はすば歯車のねじれ角
が、ピニオン３３をなす「はすば歯車」のねじれ角θと
同一であることを示す。本発明は、ピニオン３３並びに
ラック３４をなす、はすば歯車のねじれ角θを、はすば
歯車の摩擦角を越えない範囲に設定したことを特徴とす
る。その理由については後述する。

【００４７】（ｄ）は、ピニオン３３並びにラック３４
をなす「はすば歯車」の歯形の拡大断面図であり、はす
ば歯車の歯形が円弧歯形であることを示す。円弧歯形の
歯車については、「［新しい歯車とその応用］円弧歯形
歯車」（機械設計・第２６巻第３号（１９８２年３月
号）第４７頁〜第５１頁、日刊工業新聞社発行）の文献
等によって知られている。以下、円弧歯形の概要につい
て説明する。

【００４８】円弧歯形の歯車とは、１組の歯車のうち、
少なくとも一方の歯車の歯末の面を、基準ピッチ線Ｐｉ
上をほぼ中心とする円弧面に形成し、少なくとも他方の
歯車の歯元の面を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とす
る円弧面に形成した、円弧歯形を有する歯車であって、
Ｗ／Ｎ歯車とも言う。円弧歯形の歯車には、対称形の円
弧歯形と非対称形の円弧歯形がある。ここで、歯元の面
とは、歯底曲面と基準ピッチ線Ｐｉとの間にある歯面の
部分であり、歯末の面とは、歯先曲面と基準ピッチ線Ｐ
ｉとの間にある歯面の部分である。

【００４９】ピニオン３３において、対称形の円弧歯形
とは、（ｄ）に示すように、歯末の面３３ｆを円弧面に
形成するとともに歯元の面３３ｇも円弧面に形成、すな
わち、歯末の面３３ｆと歯元の面３３ｇとを、基準ピッ
チ線Ｐｉに対してほぼ点対称形の円弧面に形成した円弧
歯形であり、例えば、ノビコフ歯車第３種やシンマーク
歯車がある。ｒは円弧面の半径である。ラック３４にお
ける、対称形の円弧歯形も、上記ピニオン３３における
対称形の円弧歯形と同一であって、歯末の面３４ａと歯
元の面３４ｂとを、基準ピッチ線Ｐｉに対してほぼ点対
称形の円弧面に形成したものである。

【００５０】一方、非対称形の円弧歯形とは、１組の歯
車のうち、一方の歯車の歯を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほ
ぼ中心とする歯末円弧だけで形成し、他方の歯車の歯
を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とする歯元円弧だけ
で形成した円弧歯形であり、例えば、ノビコフ歯車第
１，２種やサーカーク歯車がある。本発明においては、
はすば歯車の歯形を、対称形の円弧歯形にすることが、
より好ましい。

【００５１】インボリュート歯形の正面歯形は凸面なの
で、１組の歯車の噛み合いが凸面と凸面との接触（噛み
合い）である。これに対して本発明は、はすば歯車の歯
形を円弧歯形にした。円弧歯形の正面歯形は、１組の歯
車の噛み合いが凹面と凸面との接触（噛み合い）であ
る。歯すじ方向の相対曲率半径が大きいので、負荷が作
用したときには、接触線が大きな面積を有した領域とな
る。一般に、円弧歯形の強度はインボリュート歯車に比
べて、表面疲れ強さが６〜７倍、曲げ強さが１．５〜
１．６倍、曲げ疲れ強さが１．５〜１．６倍である。さ
らには、円弧歯形であるから、従来のインボリュート歯
形に比べて歯元の面３３ｇ，３４ｂに丸みがある。従っ
て、衝撃並びに疲労強さにおけるノッチ効果を低減する
ことができ、この結果、歯部の曲げ強さをより一層高め
ることができる。

【００５２】ピニオン３３並びにラック３４を上述の円
弧歯形のはすば歯車にしたことにより、これらの歯車の
強度をより一層高めることができ、例えば、次のような
ときに効果を発揮する。左右の操舵輪を最大操舵角まで
操舵したとき、すなわち、上記図３においてラック軸３
５が移動終端まで移動したとき、左のボールジョイント
３６がストッパ４３に当ったり、右のボールジョイント
３６がストッパ４３に当たることで、ラック３４（図１
参照）は即時に停止する。このとき、通常の操舵時より
も極めて大きなトルクが、ピニオン３３（図１参照）と
ラック３４とに作用する。このような場合であっても、
強度を高めたピニオン３３並びにラック３４は、大トル
クを十分に受けることができる。

【００５３】さらには、ピニオン３３並びにラック３４
の歯形を円弧歯形にしたので、１組の歯車の噛み合いが
凹面と凸面との接触であり、インボリュート歯形の場合
よりも噛み合いの接触面積が大きい。噛み合いの面圧が
下がる（接触面圧がインボリュート歯形の約１／６に低
減する）ので、歯面の摺動は滑らかになる。しかも円弧
歯形の歯車は、周知のように滑り軸受に極めて近い接触
をする歯車である。滑り軸受の接触は、接触状態が一様
であるという長所を有している。その長所をそのまま、
円弧歯形の歯車の接触にも活かすことができる。従っ
て、歯面同士の摺動による摩擦力が著しく低減する。

【００５４】ところで、上記図４において、電動機８２
の慣性による大きな負荷トルクがラックアンドピニオン
機構３２に作用したとき、これに伴う大きな軸直角方向
の力がラック軸３５に作用する。この力によってラック
軸３５が後退しないように、ラックガイド部６１の背面
を調整ボルト６３で直接押して支えているにもかかわら
ず、歯面同士の摺動による摩擦力が低減するので、ラッ
クアンドピニオン機構３２の動力伝達効率が高めること
ができるとともに、ステアリングハンドル１１（図１参
照）の良好な操舵感覚を維持することができる。

【００５５】さらには、歯面同士の摺動による摩擦力が
小さいので、負荷が大きい据え切り操舵時（停車した状
態で操舵するとき）であっても、電動機８２からの補助
トルクをピニオン３３からラック軸３５へ効率良く伝達
することができる。この結果、従来のインボリュート歯
形を用いた場合に比べて、補助トルクが小さくてすみ、
消費電力の少ない電動パワーステアリング装置を提供す
ることができる。

【００５６】図１０は本発明に係るピニオン並びにラッ
クの歯形の模式図であり、ピニオン３３の歯形並びにラ
ック３４の歯形の繊維組織Ｓが、歯形に沿って連続して
流れていることを示す。繊維組織Ｓとは、一般に金属繊
維（加工繊維）とも言われているものであって、鍛造品
の場合には鍛流線と称する。上述のように、ピニオン３
３並びにラック３４は塑性加工品であり、ピニオン３３
並びにラック３４の歯形は円弧歯形である。

【００５７】塑性加工品とは、冷間又は熱間で素材に塑
性変形を与えて所定の形状・寸法に製造した物であり、
例えば転造品等の回転加工品や鍛造品がある。転造加工
は回転加工の一種であり、本発明においては鍛造加工に
包含する。転造加工によってピニオン３３の歯形並びに
ラック３４の歯形を造るには、歯車の歯形を有する工具
を素材に徐々に押し付けて、所定の歯形を造っていくこ
とになる。転造加工によれば、生産性が高く連続生産が
可能である。

【００５８】切削加工の歯車に対する塑性加工の歯車の
長所としては、次の点がある。 （１）図に示すように、歯形に沿って連続した繊維組織
Ｓが得られるので強度が増し、繊維組織Ｓが切断されて
いる切削加工の歯車に比べて、歯部の曲げ強さと耐摩耗
性が大きい。

【００５９】（２）切削加工による残留応力が歯面に発
生しないので、焼入れ時の変形が少ない。従って、円弧
歯車の仕上り精度を確保するために焼入れ後の歯型修正
をしなくても、良好な噛み合い状態を維持することがで
きる。このため、加工工程を短縮することができるとと
もに、生産性を高めることができる。

【００６０】（３）切削加工による歯車は、歯面を加工
する工具の刃先形状と工具の送り速度によって決定され
る表面の凹凸（歯面の加工傷）が有る。これに対して、
塑性加工による歯車は、切削加工品のような表面の凹凸
（歯面の加工傷）が無く、均一な歯面粗さにすることが
できるので、歯の表面粗さ状態が良好であって極めて滑
らかであり、寸法精度のバラツキも少ない。このよう
に、歯面の精度が良好になり、一定水準以上の寸法精度
を維持することが容易であり、しかも、切削加工品のよ
うに歯面に加工傷がほとんど無く、極めて滑らかであ
る。このため、歯面同士の摺動による摩擦力は極めて小
さい。従って、ラックアンドピニオン機構の動力伝達効
率が大きく、噛み合い騒音も小さい。

【００６１】次に、電動パワーステアリング装置の変形
例について、図１１〜図１７に基づき説明する。なお、
上記図１〜図１０の構成と同じ構成については同一符号
を付し、その説明を省略する。図１１（ａ），（ｂ）は
本発明に係る電動パワーステアリング装置（第１変形
例）の模式図であり、（ａ）はラックアンドピニオン機
構３２周りの平面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断
面図である。第１変形例は、符号３５Ｂで示すラック軸
としてパイプ材を使用したことを特徴とする。ラック軸
３５Ｂは長手方向両端にボールジョイント３６，３６を
結合するめねじ３５ａ，３５ａを形成するとともに、ピ
ニオン３３と対向する面にラック軸３５Ｂの中心Ｒ１か
ら所定寸法Ｙ１だけ離れた平坦面３５ｂを形成し、この
平坦面３５ｂにラック３４を形成したことを示す。

【００６２】図１２は本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置（第１変形例）のラック軸の製造手順図であ
り、ラック軸３５Ｂを塑性加工にて製造した場合の各断
面構造を示す。ラック軸３５Ｂを製造するには、次の
〜の手順による。 鋼管からなるパイプ材３５Ｃを準備する。 パイプ材３５Ｃの一端を絞り込んで、ねじ形成部３５
ｃを形成する。 パイプ材３５Ｃの長手途中をプレスにて平坦状に潰し
て、平坦面３５ｂを形成する。この結果をａ−ａ線断面
図に示す。 平坦面３５ｂに塑性加工、例えば転造加工にてラック
３４を形成する。この結果をｂ−ｂ線断面図に示す。 パイプ材３５Ｃをしごき押出し加工によって変肉加工
する。これによって、パイプ材３５Ｃに厚肉部３５ｄと
薄肉部３５ｅができる。 パイプ材３５Ｃの他端を絞り込んで、ねじ形成部３５
ｆを形成する。 左右のねじ形成部３５ｃ，３５ｆにめねじ３５ａ，３
５ａを形成する。 以上でラック軸３５Ｂが完成する。

【００６３】図１３は本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置（第２変形例）の模式図である。第２変形例の
電動パワーステアリング装置２００は、操舵機構２３の
第１ラックアンドピニオン機構２３２と補助トルク機構
２４の第２ラックアンドピニオン機構３３２とに、分離
したことを特徴とする。第１ラックアンドピニオン機構
２３２は、入力軸３１に設けた第１ピニオン２３３と、
第１ピニオン２３３に噛み合うための第１ラック２３４
を設けたラック軸２３５とからなる。第１ピニオン２３
３並びに第１ラック２３４は、操舵トルクのみを伝達す
るものであるから、インボリュート歯形でよい。

【００６４】第２変形例における補助トルク機構２４
は、歯車式減速機構１１０にピニオン軸３３１を介して
第２ラックアンドピニオン機構３３２を連結したもので
ある。第２ラックアンドピニオン機構３３２は、ピニオ
ン軸３３１に設けた第２ピニオン３３３と、第２ピニオ
ン３３３に噛み合う第２ラック３３４とからなる。第２
ラック３３４は、第１ラックアンドピニオン機構２３２
のラック軸２３５に設けたものである。すなわち、第１
ラックアンドピニオン機構２３２のラック軸２３５が、
第２ラックアンドピニオン機構３３２のラック軸を兼ね
る。

【００６５】このような電動パワーステアリング装置２
００によれば、運転者がステアリングハンドル１１を操
舵することにより発生した操舵トルクを、入力軸３１及
び第１ラックアンドピニオン機構２３２を介して、ラッ
ク軸２３５に伝達することができる。さらには、操舵ト
ルクを操舵トルクセンサ７０で検出し、この検出信号に
基づき制御手段８１で制御信号を発生し、この制御信号
に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動機８２で
発生し、補助トルクをトルクリミッタ９０、歯車式減速
機構１１０、ピニオン軸３３１及び第２ラックアンドピ
ニオン機構３３２を介して、ラック軸２３５に伝達する
ことができる。従って、運転者の操舵トルクに電動機８
２の補助トルクを加えた複合トルクによって、ラック軸
２３５及び左右のタイロッド３７，３７を介して、左右
の操舵輪２１，２１を操舵することができる。

【００６６】図１４は本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置（第２変形例）の全体構成図であり、操舵機構
２３と補助トルク機構２４とをハウジング４１に並列に
して取付けたことを示す。

【００６７】図１５は図１４の１５−１５線断面図であ
り、操舵機構２３の縦断面構造を示す。第２変形例の操
舵機構２３は、入力軸３１、操舵トルクセンサ７０、第
１ラックアンドピニオン機構２３２をハウジング４１に
収納し、このハウジング４１の上部開口をリッド４５で
塞いだものである。ハウジング４１は縦置きにセットし
たものであり、第１ラックガイド２６０を備える。第１
ピニオン２３３並びに第１ラック２３４は転造品等の塑
性加工品である。具体的には、入力軸３１に第１ピニオ
ン２３３を一体に形成し、ラック軸２３５に第１ラック
２３４を一体に形成した。

【００６８】第１ラックガイド２６０は、第１ラック２
３４と反対側からラック軸２３５に当てるガイド部２６
１と、このガイド部２６１を圧縮ばね２６２を介して押
す調整ボルト２６３とからなる。このような第１ラック
ガイド２６０によれば、ハウジング４１にねじ込んだ調
整ボルト２６３にて、圧縮ばね２６２を介してガイド部
２６１を適切な押圧力で押すことで、ガイド部２６１で
第１ラック２３４に予圧を与えて、第１ラック２３４を
第１ピニオン２３３に押し付けることができる。２６４
はラック軸２３５の背面を滑らせる当て部材、２６５は
ロックナットである。第１ラックガイド２６０は、この
図に示すように第１ピニオン２３３に第１ラック２３４
を噛み合わせた状態で、ガイド部２６１の背面２６１ａ
を、調整ボルト２６３の先端２６３ａで直接押すように
したものである。

【００６９】図１６は図１４の１６−１６線断面図であ
り、補助トルク機構２４の縦断面構造を示す。補助トル
ク機構２４は、トルクリミッタ９０（図１３参照）、歯
車式減速機構１１０、ピニオン軸３３１、第２ラックア
ンドピニオン機構３３２をハウジング４１に収納し、こ
のハウジング４１の上部開口をリッド４６で塞いだもの
である。ハウジング４１は、ピニオン軸３３１の下端部
及び長手中央部を、上下２個の軸受３５１，３５２を介
して回転可能に支承することで、縦置きにセットしたも
のであり、第２ラックガイド３６０を備える。３５３は
リッド取付ボルト、３５４は止め輪である。

【００７０】第２ピニオン３３３並びに第２ラック３３
４は転造品等の塑性加工品である。具体的には、ピニオ
ン軸３３１は、下部に第２ピニオン３３３を一体に形成
し、さらに下端部にねじ部３５５を形成したものであ
る。第２ラック３３４は、ラック軸２３５に一体に形成
したものである。このような第２ピニオン３３３並びに
第２ラック３３４は「はすば歯車」であり、はすば歯車
の歯形が円弧歯形である。この点は、上記ピニオン３３
並びにラック３４と同様の構成であり、詳細な説明を省
略する。ねじ部３５５にナット３５６をねじ込むこと
で、ピニオン軸３３１の長手方向（軸方向）の移動を規
制することができる。３５７は袋ナット、３５９はスペ
ーサである。

【００７１】第２ラックガイド３６０は、第２ラック３
３４と反対側からラック軸２３５に当てるガイド部３６
１と、このガイド部３６１を圧縮ばね３６２を介して押
す調整ボルト３６３とからなる。このような第２ラック
ガイド３６０によれば、ハウジング４１にねじ込んだ調
整ボルト３６３にて、圧縮ばね３６２を介してガイド部
３６１を適切な押圧力で押すことで、ガイド部３６１で
第２ラック３３４に予圧を与えて、第２ラック３３４を
第２ピニオン３３３に押し付けることができる。３６４
はラック軸２３５の背面を滑らせる当て部材、３６５は
ロックナットである。第２ラックガイド３６０は、この
図に示すように第２ピニオン３３３に第２ラック３３４
を噛み合わせた状態で、ガイド部３６１の背面３６１ａ
を、調整ボルト３６３の先端３６３ａで直接押すように
したものである。

【００７２】なお、この図のＸ−Ｘ線断面の構成は、上
記図５に示す電動機８２とトルクリミッタ９０と歯車式
減速機構１１０との関係からなる構成と同一であるので
省略する。但し第２変形例においては、上記図５に示す
入力軸３１がピニオン軸３３１に代る。

【００７３】図１７（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るラッ
ク軸（第２変形例）の構成図であって、（ａ）はラック
軸２３５の正面図、（ｂ）はラック軸２３５の平面図、
（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線断面図、（ｄ）は（ａ）のｄ
−ｄ線断面図である。ラック軸２３５は直径Ｄ１の丸棒
であって、長手途中に第１ラック２３４及び第２ラック
３３４を形成したものである。第１ラック２３４を形成
する部分の長さＭ及び第２ラック３３４を形成する部分
２３９の長さＭは、操舵輪２１，２１（図１１参照）を
左右に最大操舵角だけ操舵するために所定量だけスライ
ド可能な長さである。Ｐ１は第１ピニオンの中心、Ｐ２
は第２ピニオンの中心である。

【００７４】（ｃ）は、丸棒からなるラック軸２３５の
うち、第１ピニオンと対向する面にラック軸の中心Ｒ１
から所定寸法Ｙ２だけ離れた平坦面２３５ａを形成し、
この平坦面２３５ａに第１ラック２３４を形成したこと
を示す。第１ラック２３４の歯幅Ｗ２はラック軸２３５
の径Ｄ１よりも小さい（Ｗ２＜Ｄ１）。

【００７５】（ｄ）は、ラック軸２３５に形成した第２
ラック３３４の歯幅Ｗ１を、第２ラック３３４が無い部
分におけるラック軸２３５の径Ｄ１よりも大きく設定し
たことを特徴とする（Ｗ１＞Ｄ１）。（ｄ）に示す第２
ラック３３４の断面構造は、上記図７（ｂ）に示すラッ
ク３４の断面構造と同一である。

【００７６】以上をまとめると、第２変形例の電動パワ
ーステアリング装置２００においても、第２ラック３３
４の歯幅Ｗ１を大きく設定したことにより、ラック軸２
３５の重量を抑制しつつ、第２ピニオン３３３（図１６
参照）並びに第２ラック３３４の械的強度（曲げ強さや
面圧強さ）を高めることができる。

【００７７】なお、上記実施の形態並びに各変形例にお
いて、トルクリミッタ９０は、摩擦式トルクリミッタに
限定されるものではない。また、歯車式減速機構１１０
は、ウォームギヤ機構に限定されるものではなく、例え
ば、ベベルギヤ機構や平歯車機構であってもよい。さら
に、ラックアンドピニオン機構３２，２３２，３３２
は、ピニオン３３，２３３，３３３又はラック３４，２
３４，３３４あるいはその両方を、鍛造品等の塑性加工
品にしたものであればよい。さらにまた、上記第２変形
例において、ラック軸２３５に形成した第２ラック３３
４を延長して、第１ラック２３４を兼ねてもよい。その
場合の第１ピニオン２３３並びに第１ラック２３４は、
第２ピニオン３３３並びに第２ラック３３４と同一の、
はすば歯車で且つ円弧歯形である。

【００７８】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、ラックアンドピニオン機構のピニオ
ン並びにラックの歯形を円弧歯形としたものである。従
来のインボリュート歯形は凸面なので、１組の歯車の噛
み合いが凸面と凸面との接触である。これに対して請求
項１の円弧歯形は、１組の歯車の噛み合いが凹面と凸面
との接触である。この結果、接触面積が大きくなるので
接触面圧がインボリュート歯形の約１／６に低減する。
このように、ラックアンドピニオン機構のピニオン並び
にラックの歯形を円弧歯形とすることによって、歯車の
強度をより一層高めることができる。補助トルクが通常
の操作時よりも大きい場合であっても、大強度のピニオ
ン並びにラックで十分に伝達することができる。従っ
て、電動機の慣性による大きな負荷トルクに対して十分
な強度と耐久性を有するラックアンドピニオン機構を備
えた電動パワーステアリング装置を、小型で安価にする
ことができる。しかも、円弧歯形であるから、従来のイ
ンボリュート歯形に比べて歯元の面に丸みがある。従っ
て、衝撃並びに疲労強さにおけるノッチ効果を低減する
ことができ、この結果、ピニオン並びにラックの歯部の
曲げ強さをより一層高めることができる。

【００７９】さらに請求項１は、ピニオン又はラックあ
るいはその両方を鍛造品等の塑性加工品にしたものであ
る。従来のピニオンやラックは切削加工品であるから、
歯面を加工する工具の刃先形状と工具の送り速度によっ
て決定される表面の凹凸（歯面の加工傷）が有る。これ
に対して請求項１のピニオン又はラックあるいはその両
方は塑性加工品であるから、切削加工品のような表面の
凹凸（歯面の加工傷）が無く、歯の表面粗さ状態が良好
であって極めて滑らかである。このように、ピニオン又
はラックあるいはその両方を鍛造品等の塑性加工品とし
たので、歯面の精度が比較的良好であり、しかも、切削
加工品のように歯面に加工傷がほとんど無く、極めて滑
らかである。このため、歯面同士の摺動による摩擦力は
極めて小さい。従って、ラックアンドピニオン機構の動
力伝達効率が高まる。

【００８０】さらにまた、塑性加工品としたので、切削
加工による残留応力が歯面に発生せず、歯面に焼き入れ
した時の変形が少ない。従って、焼入れ後の歯型修正を
しなくても、歪みの少ない良好な状態になる。つまり、
塑性加工品であるから、歯の表面粗さ状態は、工具によ
る凹凸や焼き入れによる歪みの少ない良好な状態にな
る。このため、生産性を高めることができる。しかも、
塑性加工品としたので、歯形に沿って連続した繊維組織
が得られることから強度が増し、繊維組織が切断されて
いる切削加工の歯車に比べて、歯部の曲げ強さと耐摩耗
性が大きい。

【００８１】以上のように、ピニオン並びにラックの歯
形を円弧歯形とし、この円弧歯形のピニオン並びにラッ
クを鍛造品等の塑性加工品とすることにより、接触面圧
を低減させ、表面粗さ状態を良好にし、潤滑油の油膜が
切れることを防止することができる。これにより、歯面
の接触抵抗が大幅に低減し、ラックアンドピニオン機構
の動力伝達効率が向上するので、モータ出力損失の少な
い電動パワーステアリング装置を提供することができ
る。さらに、円弧歯形のピニオン並びにラックを鍛造品
等の塑性加工品とすることにより、材料の機械的性質が
向上し、歯元応力が向上するとともに、摩耗も少なくな
り、強度、耐久性に優れた電動パワーステアリング装置
を提供することができる。

【００８２】請求項２は、ピニオンにラックを噛み合わ
せた状態で、ガイド部のうち凹状先端を形成した面の背
面を、調整ボルトで直接押すようにしたことにより、ラ
ックが押し返されることがないので、歯当り状態を常に
良好に保ち、ピニオンとラックの噛み合い精度を常に高
い状態で維持することができる。従って、ラックアンド
ピニオン機構の動力伝達効率を常に高い状態で維持し、
動力伝達効率の安定化を図ることができる。特に、負荷
が大きい据え切り操舵時であっても、電動機からの補助
トルクをピニオンからラック軸へ効率良く伝達すること
ができる。この結果、従来のインボリュート歯形を用い
た場合に比べて、補助トルクが小さくてすみ、消費電力
の少ない電動パワーステアリング装置を提供することが
できる。さらに、円弧歯形を鍛造等の塑性加工にて形成
してあるので、歯面の摩耗が少ない。従って、調整ばね
を介して押え付けなくてもガタの少ないラックアンドピ
ニオン機構を備えた、電動パワーステアリング装置を提
供することができる。

【００８３】さらには、ピニオン並びにラックの歯形を
円弧歯形にしたので、インボリュート歯形よりも噛み合
いの接触面積が大きい。噛み合いの面圧が下がるので歯
面の摺動は滑らかになる。電動機の慣性による大きな負
荷トルクがラックアンドピニオン機構に作用したとき、
これに伴う大きな軸直角方向の力に対して、ラック軸が
後退しないように調整ボルトで直接支えているにもかか
わらず、ステアリングハンドルの良好な操舵感覚を維持
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の模
式図

【図２】本発明に係る操舵トルクセンサの原理図

【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全
体構成図

【図４】図３の４−４線断面図

【図５】図４の５−５線断面図

【図６】本発明に係るトルクリミッタの断面図

【図７】本発明に係るラック軸の構成図

【図８】本発明に係るラック軸の製造手順図

【図９】本発明に係るラックアンドピニオン機構の構成
図

【図１０】本発明に係るピニオン並びにラックの歯形の
模式図

【図１１】本発明に係る電動パワーステアリング装置
（第１変形例）の模式図

【図１２】本発明に係る電動パワーステアリング装置
（第１変形例）のラック軸の製造手順図

【図１３】本発明に係る電動パワーステアリング装置
（第２変形例）の模式図

【図１４】本発明に係る電動パワーステアリング装置
（第２変形例）の全体構成図

【図１５】図１４の１５−１５線断面図

【図１６】図１４の１６−１６線断面図

【図１７】本発明に係るラック軸（第２変形例）の構成
図

【符号の説明】

１０，２００…電動パワーステアリング装置、２１…操
舵輪（車輪）、３１…入力軸、３２，２３２，３３２…
ラックアンドピニオン機構、３３，２３３，３３３…ピ
ニオン、３３ｆ…歯末の面、３３ｇ…歯元の面、３４，
２３４，３３４…ラック、３４ａ…歯末の面、３４ｂ…
歯元の面、３５，２３５…ラック軸、６０，２６０，３
６０…ラックガイド、６１，２６１，３６１…ラックガ
イド部、６２，２６２，３６２…圧縮ばね、６３，２６
３，３６３…調整ボルト、８２…電動機、１１０…歯車
式減速機構、３３１…ピニオン軸、Ｄ１…ラック軸の
径、Ｐｉ…基準ピッチ線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 勝治 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 山脇 茂 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 米田 篤彦 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 寺田 泰浩 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3D033 CA04 CA05 JB03 3J030 AC10 BA08 BB07 BB08 BB12 BC06 BD01 BD06 CA10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機で操舵トルクに応じた補助トルク
   を発生し、この補助トルクを歯車式減速機構を介してラ
   ックアンドピニオン機構に伝達し、このラックアンドピ
   ニオン機構によって操舵輪を操舵するようにした電動パ
   ワーステアリング装置において、前記ラックアンドピニ
   オン機構のピニオン又はラックあるいはその両方は鍛造
   品等の塑性加工品であり、ピニオン並びにラックの歯型
   は、少なくとも一方の歯車の歯末の面を、基準ピッチ線
   上をほぼ中心とする円弧面に形成し、少なくとも他方の
   歯車の歯元の面を、基準ピッチ線上をほぼ中心とする円
   弧面に形成した、円弧歯形であ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】 前記ラック軸は、前記ラックを形成した
   面の背面を、ラックガイド部並びに圧縮ばねを介して調
   整ボルトにて前記ピニオン側へ押出すように構成したも
   のであり、このピニオンにラックを噛み合わせた状態
   で、ラックガイド部の背面を調整ボルトで直接押すよう
   に構成した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。