JP2001173756A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操舵ピニオンと補助ピニオンがラック軸を回
動させようとする力を相殺して歯面間で発生する衝撃音
を抑制し、作動性及び耐久性の優れた電動パワーステア
リング装置を供する。 【解決手段】 ステアリング側に連結された操舵ピニオ
ン12と噛み合うラック軸３の摺動により操舵輪を転舵さ
せるとともに、ステアリングの操舵トルクに応じて制御
される電動機出力を操舵ピニオン12と離間してラック軸
３と噛み合う補助ピニオン22に伝達し操舵を補助する電
動パワーステアリング装置において、操舵ピニオン12と
補助ピニオン22が互いに逆向きの傾斜角のはす歯を有
し、斯かる操舵ピニオン12と補助ピニオン22にそれぞれ
噛み合う互いに逆向きに傾斜したラック歯３ａ，３ｂが
ラック軸３に形成されている電動パワーステアリング装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリング側に
連結された操舵ピニオンと電動機出力側の補助ピニオン
がラック軸と噛み合う所謂ダブルピニオンラックアシス
トタイプの電動パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動パワーステアリング装置のラックピ
ニオン機構は、噛み合いを歯の傾斜面に沿って連続して
行い滑らかな動力伝達とともに、所定の噛合い強度を維
持するために、ピニオンははす歯でこれと噛み合うラッ
ク軸のラック歯は軸方向に対して垂直ではなくある傾斜
角を有している。

【０００３】操舵ピニオンとは別に電動機出力で駆動す
る補助ピニオンがラック軸に噛み合うダブルピニオンタ
イプの電動パワーステアリング装置では、従来操舵ピニ
オンと補助ピニオンのはす歯の傾斜角は同じ向きをして
いた。

【０００４】すなわち図９に要部を模式図で示すように
ラック軸01のラック歯01ａに操舵ピニオン02のはす歯02
ａが噛み合い、同ラック軸01のラック歯01ｂに補助ピニ
オン03のはす歯03ａが噛み合っている。

【０００５】ラック軸01のラック歯01ａとラック歯01ｂ
とは、軸方向に対して傾斜しており、傾斜の向きは同じ
向きであり、ラック歯01ａ，01ｂにそれぞれ噛合する操
舵ピニオン02と補助ピニオン03のはす歯02ａ，03ａは、
同じ向きの傾斜角を有する。

【０００６】したがって操舵ピニオン02の回転によりラ
ック軸01に掛かる荷重Ａと補助ピニオン03の回転により
ラック軸01に掛かる荷重Ｂとは同じベクトル方向の荷重
である。この荷重Ａ，Ｂを軸方向の分力Ａｈ，Ｂｈと垂
直な分力Ａｖ，Ｂｖとに分解すると、軸方向の分力Ａ
ｈ，Ｂｈが合わさってラック軸01を左右方向に移動す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そして軸方向と垂直な
分力Ａｖ，Ｂｖは、同じ上向き又は下向きであってラッ
ク軸01を軸中心に同じ方向に回動させるように働く（図
１０，図１１参照）。したがって操舵を左から右あるい
は右から左へ切り返すときに、軸方向と垂直な分力Ａ
ｖ，Ｂｖがともに上下逆転してラック軸01を一斉に軸心
に対して反対方向に回動する力が働くことになり、ラッ
ク歯01ａ，01ｂと操舵ピニオン02及び補助ピニオン03の
はす歯02ａ，03ａとの歯面間で歯当りが生じて衝撃音が
発生することがある。また適正な噛合いを保持できな
い。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑みなされたもので、
その目的とする処は、操舵ピニオンと補助ピニオンがラ
ック軸を回動させようとする力を相殺して歯面間で発生
する歯当りや衝撃音を抑制し、作動性及び耐久性の優れ
た電動パワーステアリング装置を供する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するために、本発明は、ステアリング側に連結され
た操舵ピニオンと噛み合うラック軸の摺動により操舵輪
を転舵させるとともに、ステアリングの操舵トルクに応
じて制御される電動機出力を前記操舵ピニオンと離間し
て前記ラック軸と噛み合う補助ピニオンに伝達し操舵を
補助する電動パワーステアリング装置において、前記操
舵ピニオンと前記補助ピニオンが互いに逆向きの傾斜角
のはす歯を有し、斯かる操舵ピニオンと補助ピニオンに
それぞれ噛み合う互いに逆向きに傾斜したラック歯が前
記ラック軸に形成されている電動パワーステアリング装
置とした。

【００１０】操舵ピニオンと補助ピニオンが互いに逆向
きの傾斜角のはす歯を有し、ラック軸の互いに逆向きに
傾斜したラック歯にそれぞれ噛合するので、操舵ピニオ
ンと補助ピニオンがそれぞれラック軸に与える荷重のう
ち軸中心に回動させようとする分力が、互いに逆方向と
なりラック軸を回動させる力が相殺されて、特に操舵切
り返し時に歯面間で発生する衝撃音を抑制でき、ギヤ噛
合を適正に保持することができる。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
動パワーステアリング装置において、前記ラック軸の互
いに逆向きに傾斜したラック歯の傾斜角が互いに異なる
ことを特徴とする。

【００１２】運転者の操舵力に比べ電動機の駆動力は大
きいので、操舵ピニオンと補助ピニオンがそれぞれ噛み
合うラック軸のラック歯の各傾斜角を互いに異ならしめ
ることで、操舵ピニオンと補助ピニオンがそれぞれラッ
ク軸に与える荷重のうち軸中心に回動させようとする分
力を、互いに逆方向で略同じ大きさとして略完全に相殺
するよう調整することができ、歯面間で発生する音を抑
制し、作動性をさらに改善し良好とすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明に係る一実施の形態に
ついて図１ないし図７に基づき説明する。本実施の形態
に係る電動パワーステアリング装置１の概略全体の後面
図を図１に示す。

【００１４】電動パワーステアリング装置１は、車両の
左右方向（図１における左右方向に一致）に指向した略
円筒状のラックハウジング２を有し、そのラックハウジ
ング２内にラック軸３が左右軸方向に摺動自在に収容さ
れている。

【００１５】ラックハウジング２の両端開口から突出し
たラック軸３の両端部にそれぞれジョイントを介してタ
イロッド４，４が連結され、ジョイント部を覆うブーツ
５，５からタイロッド４，４が側方に突出しており、ラ
ック軸３の移動によりタイロッド４，４が動かされ、さ
らに転舵機構を介して車両の転舵輪が転舵される。

【００１６】ラックハウジング２の右端部にステアリン
グギヤボックス10が設けられている。ステアリングギヤ
ボックス10には、ステアリングホイールが一体的に取り
付けられたステアリング軸にジョイントを介して連結さ
れる入力軸11が軸受を介して回動自在に軸支されてお
り、入力軸11はステアリングギヤボックス10内でトーシ
ョンバーを介して相対的なねじり可能に操舵ピニオン12
と連結されている。

【００１７】この操舵ピニオン12のはす歯12ａがラック
軸３のラック歯３ａと噛合している。したがってステア
リングホイールの回動操作により入力軸11に伝達された
操舵力は、トーションバーを介して操舵ピニオン12を回
動して操舵ピニオン12のはす歯12ａとラック歯３ａの噛
合によりラック軸３を左右軸方向に摺動させる。

【００１８】ステアリングギヤボックス10は、図２に示
すように操舵ピニオン12とラック歯３ａとの噛合い部の
ラック３の背後にラック３及び操舵ピニオン12と直交す
る方向にラックガイド円筒部10ａが突出形成されてい
る。

【００１９】ラックガイド円筒部10ａに摺動自在にラッ
クガイド13が嵌挿され、ラックガイド円筒部10ａの開口
に螺着されロックナット15で固定されたラックガイドス
クリュー14との間に介装されたラックガイドスプリング
16によりラックガイド13が付勢されて操舵ピニオン12に
噛合するラック軸３の背後を押圧している。

【００２０】ラックハウジング２の左端部には、図３及
び図４を参照して補助ギヤボックス20が形成されてお
り、補助ギヤボックス20は、ラックハウジング２に若干
傾いて上下方向にピニオン円筒部20ａが形成されるとと
もに上下方向に直行するようにラックガイド円筒部20ｂ
が形成されている。

【００２１】ピニオン円筒部20ａの内部にラック軸３の
ラック歯３ｂに噛合して補助ピニオン22が収容され、ラ
ックガイド円筒部20ｂに摺動自在にラックガイド23が嵌
挿され、ラックガイド円筒部20ｂの開口に螺着されロッ
クナット25で固定されたラックガイドスクリュー24との
間に介装されたラックガイドスプリング26によりラック
ガイド23が付勢されて補助ピニオン22のはす歯22ａにラ
ック歯３ｂが噛合するラック軸３の背後を押圧してい
る。

【００２２】ピニオン円筒部20ａに収容される補助ピニ
オン22は、下端がピニオン円筒部20ａの下端開口部にベ
アリング27を介して軸支され、その下方を栓部材28によ
り閉塞されており、補助ピニオン22の上端はピニオン円
筒部20ａの上端開口部から突出している。

【００２３】ピニオン円筒部20ａの補助ピニオン22が突
出する上側には、径方向に延出して矩形に展開した側壁
20ｃが形成されており、対向した側壁21ａを有する扁平
なウオームギヤケース21が側壁20ｃに取り付けられてギ
ヤボックスが形成されている。

【００２４】ピニオン円筒部20ａから突出した補助ピニ
オン22の上端部は、ウオームギヤケース21の側壁21ａの
中央の凹部に嵌入されたベアリング29により回転自在に
軸支され、補助ピニオン22の突出部にはウオームギヤケ
ース21内でウオームホイール30が一体に嵌着されてい
る。

【００２５】ウオームギヤケース21の一部に半円筒状周
壁21ｂが形成されて、内部にウオーム31が回転自在に軸
支され、ウオームホイール30と噛み合ってウオーム減速
機構がウオームギヤケース21内に構成されている。

【００２６】半円筒状周壁21ｂの一端は大きく開口しモ
ータ取付部21ｃを形成しており、同モータ取付部21ｃに
モータ32が取り付けられ、モータ32の駆動軸32ａがウオ
ーム31に同軸に連結されている。

【００２７】モータ32の駆動によりウオーム31が回転す
ると、ウオーム31に噛み合ったウオームホイール30を回
転させ、ウオームホイール30の回転は、補助ピニオン22
を一体に回動し、補助ピニオン22のはす歯22ａがラック
歯３ｂと噛み合うラック軸３を左右軸方向に摺動するよ
うに作用する。

【００２８】モータ32は、前記トーションバーにより検
出したステアリングホイールの操舵トルクに応じて制御
され、人力による操舵力が操舵ピニオンを介してラック
軸３に伝達される一方で、その操舵トルクに応じて制御
されるモータ32による駆動力がウオーム減速機構，補助
ピニオン22を介して同じラック軸３に作用し、人力を補
助して転舵が行われる。

【００２９】ここにラック軸３の両端部に形成されたラ
ック歯３ａとラック歯３ｂは、軸方向に対して傾斜して
おり、傾斜の向きは互いに逆向きであり、ラック歯３
ａ，３ｂにそれぞれ噛合する操舵ピニオン12と補助ピニ
オン22のはす歯12ａ，22ａは、互いに逆向きの傾斜角を
有する。

【００３０】操舵ピニオン12と補助ピニオン22からラッ
ク軸３に伝達される力の作用を図５ないし図７に模式図
で示し説明する。操舵ピニオン12の回転によりラック軸
３に掛かる荷重Ａと補助ピニオン22の回転によりラック
軸３に掛かる荷重Ｂとは異なるベクトル方向の荷重であ
る。

【００３１】この荷重Ａ，Ｂを軸方向の分力Ａｈ，Ｂｈ
と垂直な分力Ａｖ，Ｂｖとに分解すると、軸方向の分力
Ａｈ，Ｂｈは同じ方向で合わさってラック軸３を左右い
ずれかの方向に移動する。そして軸方向に垂直な分力Ａ
ｖ，Ｂｖは、互いに逆方向に作用することになる。

【００３２】例えば図５のように荷重Ａ，Ｂが加わると
きは、操舵ピニオン12による荷重Ａの軸方向に垂直な分
力Ａｖは、ラック軸３に下方向への力として作用し、図
６に示すようにラック軸３を時計回りに回動するように
働き、補助ピニオン22による荷重Ｂの軸方向に垂直な分
力Ｂｖは、ラック軸３に上方向への力として作用し、図
７に示すようにラック軸３を反時計回りに回動するよう
に働く。

【００３３】このように軸方向に垂直な分力Ａｖ，Ｂｖ
は、ラック軸３を互いに軸心に対し逆方向に回動しよう
として相殺される。完全に相殺されなくともラック軸３
を回動しようとする力は大幅に削減される。

【００３４】そのため特に操舵を左から右あるいは右か
ら左へ切り返すときにも、ラック軸３を逆回動しようと
する力は小さく、ラック歯３ａ，３ｂと操舵ピニオン12
及び補助ピニオン22のはす歯12ａ，22ａとの歯面間での
歯当り音の発生を抑制することができる。

【００３５】一般に運転者の操舵力に比べ電動機の駆動
力は大きく、ラック軸３への操舵ピニオン12の荷重Ａよ
り補助ピニオン22の荷重Ｂの方が大きい。そこで図８に
示す第２の実施の形態では、ラック軸50における操舵ピ
ニオン51のはす歯51ａが噛み合うラック歯50ａと補助ピ
ニオン52のはす歯52ａが噛み合うラック歯50ｂの互いの
傾斜を逆向きとするとともに、ラック歯50ａよりラック
歯50ｂの傾斜を急傾斜とし傾斜角度を大きくしている。

【００３６】ラック歯50ｂの傾斜角度を大きくすること
で、補助ピニオン52からラック軸50に作用する荷重Ｂの
軸方向に垂直な分力Ｂｖを小さくすることができ、この
分力Ｂｖを操舵ピニオン51からラック軸50に作用する荷
重Ａの軸方向に垂直な分力Ａｖと逆方向でかつ大きさを
等しくすることができる。

【００３７】ラック軸50に働く軸方向に垂直な分力Ａｖ
とＢｖを略完全に相殺してラック歯50ａ，50ｂと操舵ピ
ニオン51及び補助ピニオン52のはす歯51ａ，52ａとの歯
面間での衝撃音の発生を防止できるとともに、作動性を
向上させることができる。

【００３８】これは使用するモータの出力に応じてラッ
ク軸のラック歯の傾斜角を調整して加工形成することに
より、所要の出力のモータが使用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る電動パワーステア
リング装置の概略全体の後面図である。

【図２】図１におけるII−II線に沿って切断した断面図
である。

【図３】図１におけるIII−III線に沿って切断し一部回
転視した断面図である。

【図４】図１におけるIＶ−IＶ線に沿って切断した断面
図である。

【図５】操舵ピニオン及び補助ピニオンのラック軸に作
用する力を示す模式図である。

【図６】図５におけるＶI−ＶI線に沿って切断した断面
図である。

【図７】図５におけるＶII−ＶII線に沿って切断した断
面図である。

【図８】別の実施の形態において操舵ピニオン及び補助
ピニオンのラック軸に作用する力を示す模式図である。

【図９】従来における操舵ピニオン及び補助ピニオンの
ラック軸に作用する力を示す模式図である。

【図１０】図９におけるＸ−Ｘ線に沿って切断した断面
図である。

【図１１】図９におけるＸI−ＸI線に沿って切断した断
面図である。

【符号の説明】

１…電動パワーステアリング装置、２…ラックハウジン
グ、３…ラック軸、４…タイロッド、５…ブーツ、10…
ステアリングギヤボックス、11…入力軸、12…操舵ピニ
オン、13…ラックガイド、14…ラックガイドスクリュ
ー、15…ロックナット、16…ラックガイドスプリング、
20…補助ギヤボックス、21…ウオームギヤケース、22…
補助ピニオン、23…ラックガイド、24…ラックガイドス
クリュー、25…ロックナット、26…ラックガイドスプリ
ング、27…ベアリング、28…栓部材、29…ベアリング、
30…ウオームホイール、31…ウオーム、32…モータ、50
…ラック軸、51…操舵ピニオン、52…補助ピニオン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリング側に連結された操舵ピニオ
   ンと噛み合うラック軸の摺動により操舵輪を転舵させる
   とともに、ステアリングの操舵トルクに応じて制御され
   る電動機出力を前記操舵ピニオンと離間して前記ラック
   軸と噛み合う補助ピニオンに伝達し操舵を補助する電動
   パワーステアリング装置において、 前記操舵ピニオンと前記補助ピニオンが互いに逆向きの
   傾斜角のはす歯を有し、斯かる操舵ピニオンと補助ピニ
   オンにそれぞれ噛み合う互いに逆向きに傾斜したラック
   歯が前記ラック軸に形成さ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】 前記ラック軸の互いに逆向きに傾斜した
   ラック歯の傾斜角が互いに異な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。