JP2007161082A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

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Toshiyuki Iwano
敏行 岩野
Masushi Machida
益司 町田
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C27/00Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/06Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement by means of parts of rubber or like materials
    • F16C27/066Ball or roller bearings

Abstract

【課題】摩耗を抑えつつ、大きな補助操舵力を出力することができる電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】回転軸32は、ウォームホイール24から離隔する方向に移動しようとした場合、O−リング33が変形することで、回転軸32の軸線直交方向の移動を許容し、ウォーム40とウォームホイール24の歯面同士の競り合いを回避し、また打音等の低減を図っている。又、支持部32bと軸受36の内輪36bとが当接した状態では、両者間に潤滑剤Gが介在することとなり、それにより回転軸32の軸線方向移動を円滑に行えるようにしている。
【選択図】図3

Description

本発明は、電動式パワーステアリング装置に関する。
車両の電動式パワーステアリング装置として、補助操舵トルクとなる電動モータの回転出力を減速して操舵機構の出力軸に伝達し、ステアリングホイールに付与された手動操舵力を補助して、車輪の操舵を行うものが知られている。減速兼動力伝達機構としては各種歯車装置が好適に用いられる。
ところで、減速兼動力伝達機構としてウォーム機構を用いた場合には、ウォームとウォームホイールの歯面間に適度なバックラッシュを設定する必要がある。
即ち、かかるバックラッシュが小さすぎれば、噛合する歯同士が競り合いを起こし、作動トルクが重くなってハンドル戻りが悪くなる。また、ウォーム及びウォームホイールの加工精度を相当向上させねばならず製造コストが増大する。
これに対し、バックラッシュをある程度大きくすると、歯同士の競り合い等は生じなくなり、またウォーム機構において一方向に動力が伝達されている場合には、これでも特に大きな問題は生じない。ところが、電動式パワーステアリング装置においては、ステアリングホイールの操舵状況に応じて、あるいは車輪を介して路面から入力される振動等に基づき、動力の伝達方向が反転することがある。
このように動力の伝達方向が反転すると、ウォーム又はウォームホイールの今まで当接していた歯面の裏側の歯面が、バックラッシュ分だけ急に移動して相手の歯面に衝接し、比較的大きな叩き音が生ずる。かかる叩き音は、噛み合うギヤの材質、剛性によっても音質が変化し、またバックラッシュが大きいほど大きくなる傾向にある。特に鉄系のウォーム及びウォームホイール同士では、叩き音は耳障りな衝撃音となって、運転者に不快感を与える。このような問題を解消するために、特許文献1においては、回転軸を支持する軸受と、回転軸のフランジ部との間に弾性部材を挿入し、ウォーム及びウォームホイール同士の歯当たりを緩衝させ、叩き音の軽減を図っている。
特許第3253578号公報 国際公開第03/47948号パンフレット
しかるに、特許文献1においては、半径方向における軸受と回転軸との間に、テフロンをコーティングしたブッシュを挿入しており、それにより軸受と回転軸即ちウォームとの軸線方向移動を容易としている。ところで、技術文献1においては、タイヤ側から入力されるウォームホイールの微小な回転角度に対し、ウォームを回転させないで軸線方向のみに動かすことによりギヤの叩き音を低減しており、ウォームはラジアル方向位置が固定されているため、ウォーム及びウォームホイール同士に競り合いが発生したときは、作動トルクの増加を回避出来ないという問題がある。
一方、特許文献2には、ウォームが軸線方向に移動可能であることに加えて、ウォームの軸受支持部に弾性体を設定することで、ウォーム及びウォームホイール同士に競り合いにセリが発生したときに、作動トルクの増加を抑制している。
しかるに、モータによりウォームが回転駆動されたとき、その圧力角と進み角に応じて、ウォームは、軸線方向力と円周方向力と半径方向力とに分解した力を受けることになる。即ち、回転駆動されたウォームは、軸線方向及び芯間が離れる方向に動きながらウォームホイールへ回転を伝えることとなる。
ところがモータからの駆動トルク(補助操舵力)が大きくなると、ウォームは軸線方向力と芯間が離れる方向の力が共に大きくなり、軸受内輪の半径方向に強く当りながらスラスト方向に動くため、摩擦摩耗が発生する。この摩耗を抑えるため、特許文献1ではテフロン被膜ブッシュを使用しているが、その許容面圧が比較的低いため、大きな駆動力の伝達に適さないという問題がある。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、摩耗を抑えつつ、比較的大きな補助操舵力を出力することができる電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成すべく、本発明の電動式パワーステアリング装置は、
ハウジングと、
モータの駆動力を伝達される回転軸と、
前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、
前記回転軸に形成されたウォームと、
前記ウォームに噛合するウォームホイールと、
前記ウォームホイールに連結され、操舵機構に操舵力を伝達する出力軸とからなり、
少なくとも半径方向において前記回転軸と前記軸受との間に配置された弾性部材が設けられ、
前記弾性部材は、前記軸受の内輪内周面に当接する軸線方向に並んだ一対の弾性部を有し、前記弾性部の間に潤滑剤が配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、少なくとも半径方向において前記回転軸と前記軸受との間に配置された弾性部材が、前記軸受の内輪内周面に当接する軸線方向に並んだ一対の弾性部を有するので、前記モータにより前記ウォームが駆動されたときに、前記弾性部がたわむことで、前記ウォームの前記ウォームホイールから離隔する相対移動を許容し、それにより歯面の競り合いを抑制している。又、前記一対の弾性部間に配置された潤滑剤により、前記軸受と前記回転軸との軸線方向相対移動を容易にしている。
更に、軸線方向において前記軸受と前記回転軸との間には、ダンパ部材が配置されていると、前記回転軸と前記軸受との軸線方向相対移動について緩衝効果を得られるので好ましい。
更に、前記回転軸及び前記軸受の内輪の少なくとも一方には周溝が形成され、前記弾性部は、前記周溝内に配置されたO−リングであると、前記ウォームが前記ウォームホイールから離隔する方向に強大な力が付与されたときに、前記回転軸及び前記軸受の内輪とが接触し、かかる力を支持できると共に、その状態でも前記回転軸及び前記軸受の内輪との間に潤滑剤が介在することで、摩耗を抑制しつつ、それらの軸線方向相対移動を許容することができる。
以下、本発明による実施の形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態である電動式パワーステアリング装置100の一部断面図である。図1において、電動式パワーステアリング装置100は、水平に延在するチューブ90と、その左端に配置されたハウジング10と、電動モータ30とを有している。チューブ90は、ブラケット92により不図示の車体に固定されている。ハウジング10内を、不図示のステアリングホイールに連結された入力軸12が右方から左方に延在し、チューブ90内で不図示のトーションバーを介して左端が不図示の操舵機構に連結された出力軸14の右端(不図示)に連結されている。出力軸14の中央部は、2つの軸受16により回転自在に支持されている。軸受16の外輪は軸受ホルダ18により支持され、軸受ホルダ18はボルト20によりハウジング10に対して固定されている。なお、軸受16の内輪を押さえるべく、ロックナット22が出力軸14に螺合されている。
電動モータ30は、ハウジング10と交差する方向(図1の紙面と垂直な方向)に軸線が延在するように配置されている。この電動モータ30は、不図示のCPUに連結されており、CPUからトルクセンサ(不図示)の出力や車速等の情報を入力されて、適切な補助トルクを発生させるものである。出力軸14の右端(不図示)近傍には、樹脂製のウォームホイール24が相対回転不能に固着されている。一方、電動モータ30の駆動軸30a(図2)に連結される回転軸32にはウォーム40が形成され、ウォームホイール24と噛合している。
図2は、図1の電動式パワーステアリング装置100のII-II線で切断して矢印方向に見た図であり、図3は、図2の構成の矢印IIIで示す部位を拡大した図であり、図4は、図2の構成の矢印IVで示す部位を拡大した図である。図2において、電力供給線41により駆動用電力を供給される電動モータ30の駆動軸30aと同軸に配置された回転軸32は、駆動軸30aに対してセレーション結合などにより一体的に回転するように連結されている。
回転軸32は、中央に形成されたウォーム40の両側に、フランジ部32a、32aを形成し、更にその軸線方向外側にそれぞれ丸軸状の支持部32b、32bを形成している。
図3において、支持部32bの半径方向外方には、ハウジング10に固定された止め輪34により突き当てられ軸線方向位置を規制された軸受36が配置されている。軸受36と、回転軸32のフランジ部32aとの間には、筒状のダンパ部材38が配置されている。ダンパ部材38は、フランジ部32aに突き当てられた環状板38aと、軸受36の内輪36bに突き当てられた環状板38bと、それらの間に配置されたゴム又は樹脂製の緩衝部38cとからなる。なお、軸受36に対向する環状板38bは、その内輪36bのみに当接するように、軸受36側の端面外周に一段低い段部が形成されていると好ましい。
回転軸32の支持部32bには、一対の周溝32c、32cが形成されている。周溝32c、32c内には、弾性部材の弾性部であるO−リング33、33が配置されている。O−リング33,33は、軸受36の内輪36bの内周面に当接している。O−リング33、33の間であって、軸受36の内輪36bと支持部32bの外周とで囲う空間には、グリース等の潤滑剤Gが充填されている。なお、潤滑剤Gは、かかる空間に配置されたスポンジ状の部材に含浸されていても良い。
図4において、支持部32bの半径方向外方には、ハウジング10の段部10aに突き当てられて軸線方向位置を規制された軸受36が配置されている。軸受36と、回転軸32のフランジ部32aとの間には、筒状のダンパ部材38が配置されている。ダンパ部材38は、フランジ部32aに突き当てられた環状板38aと、軸受36の内輪36bに突き当てられた環状板38bと、それらの間に配置されたゴム又は樹脂製の緩衝部38cとからなる。なお、軸受36に対向する環状板38bは、その内輪36bのみに当接するように、軸受36側の端面外周に一段低い段部が形成されていると好ましい。
回転軸32の支持部32bには、一対の周溝32c、32cが形成されている。周溝32c、32c内には、弾性部材の弾性部であるO−リング33、33が配置されている。O−リング33,33は、軸受36の内輪36bの内周面に当接している。O−リング33、33の間であって、軸受36の内輪36bと支持部32bの外周とで囲う空間には、グリース等の潤滑剤Gが充填されている。なお、潤滑剤Gは、かかる空間に配置されたスポンジ状の部材に含浸されていても良い。
又、組み付けた状態で、各ダンパ部材38の緩衝部38cは、圧縮する方向に予圧を与えられており、通常のトルクが入力される場合にはほとんど変形せず、ウォーム40とウォームホイール24の噛合関係を維持している。
次に、本実施の形態の動作につき以下に説明する。車両が直進状態にあり、図示しないステアリングホイールを介して、入力軸12に操舵力が入力されていないとすると、不図示のトルクセンサは出力信号を発生せず、従って電動モータ30は補助トルクを発生しない。車両がカーブを曲がろうとするときに運転者が不図示のステアリングホイールを操舵すると、操舵力に応じてトーションバー(不図示)がねじれ入力軸12と出力軸14との間で相対回動が発生する。トルクセンサは、この相対回動の方向および量に応じて信号をCPU(不図示)に出力し、この信号に基づき電動モータ30はCPUに制御され、補助操舵力を発生する。
かかる電動モータ30の回転は、ウォーム40とウォームホイール24とからなるウォーム機構により減速されて出力軸14に伝達される。
ところで、車両の幅寄せ等を行う際にステアリングホイールを一方向に切った後、直ちに逆方向に切るような場合には、動力伝達の方向が急激に逆転し、バックラッシュ分だけ離隔しているウォーム40とウォームホイール24の歯面同士が衝接する。また、走行時に車輪から伝わる振動により歯面同士が衝接する場合もある。それによりウォーム40とウォームホイール24の歯面同士の間において衝撃的な力が伝達されることになる。更に、高性能な電動モータ10を用いて強大な補助操舵トルクを発生する場合もある。かかる場合、回転軸32は、軸線方向及びウォームホイール24から離隔する方向に移動しようとする。
本実施の形態によれば、衝撃力を与えられた回転軸32が、軸線方向いずれかに移動しようとした場合、ダンパ部材38の緩衝部38cが弾性変形し、それにより衝撃力を緩和・吸収するように作用する。従って、打音やウォーム40とウォームホイール24の歯面の破損などを回避することができる。更に、本実施の形態の作用効果について、図5を参照して説明する。
図5は、図3の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。図5(a)に示すように、ウォーム40とウォームホイール24の歯面同士の間において力の伝達がない場合には、回転軸32と軸受36は同軸にあり、即ち回転軸32はO−リング33によりフローティング状態で支持されている。ここで、図5(b)に示すように、ウォーム40とウォームホイール24の歯面同士の間において衝撃的な力が伝達された場合には、回転軸32は、ウォームホイール24から離隔する方向に移動しようとする。
本実施の形態によれば、回転軸32は、ウォームホイール24から離隔する方向に移動しようとした場合、O−リング33が変形することで、回転軸32の軸線直交方向の移動を許容し、ウォーム40とウォームホイール24の歯面同士の競り合いを回避し、また打音等の低減を図っている。又、図5(b)に示すように、支持部32bと軸受36の内輪36bとが当接した状態では、両者間に潤滑剤G(図3)が介在することとなり、それにより回転軸32の軸線方向移動を円滑に行えるようにしている。潤滑剤Gは、一対のO−リング33により密封された状態で保持されているため、外部に流出することが抑制され、長期間にわたって安定したスベリを提供できる。同様な作用は、図4に示す構成においても生じるが、その説明は省略する。
特に、従来技術のように軸受にブッシュを嵌合させ、更に回転軸の支持部にローレットを形成して潤滑剤を保持するようにした場合、回転軸とブッシュとの接触面積が大きくなり、摺動抵抗が大きくなってしまうが、本実施の形態によれば、軸受36と接触しているのはO−リング33のみであるため、摺動抵抗は比較的低いものとなっている。
図6は、図1の電動式パワーステアリング装置に用いることができる第2の実施の形態の図3と同様な図である。本実施の形態においては、上述した実施の形態に対して異なる点のみ説明し、共通する構成には同じ符号を付して説明を省略する。図6において、回転軸132の支持部132には周溝が形成されておらず、同径の丸軸状となっており、その代わりに、軸受136の内輪136bの内周面に、一対の周溝136c、136cが形成され、周溝136c、136c内には、弾性部材の弾性部であるO−リング133、133が配置されている。O−リング133,133は、支持部132bの外周面に当接している。O−リング133、133の間であって、軸受136の内輪136bと支持部132bの外周とで囲う空間には、グリース等の潤滑剤Gが充填されている。同様の構成は、図4に示す部位に用いても良い。本実施の形態においても、上述した実施の形態と同様な作用効果を有する。
図7は、図1の電動式パワーステアリング装置に用いることができる第3の実施の形態の図3と同様な図である。本実施の形態においては、上述した実施の形態に対して異なる点のみ説明し、共通する構成には同じ符号を付して説明を省略する。図7においては、回転軸232の支持部232bにも、軸受36の内輪36bにも周溝は形成されておらず、その代わりに、ダンパ部材238に弾性部材を設けている。
より具体的には、ダンパ部材238は、フランジ部232aに突き当てられた環状板238aと、軸受36の内輪36b側に配置される環状板238bと、それらの間に配置されたゴム又は樹脂製の緩衝部238cと、環状板238bに取り付けられ、内輪36bの側面から内周面にかけて延在する保持部(弾性部材)238dとからなる。保持部238dは、その内周面に、それぞれ周方向に連続した一対の内周突起(弾性部)238e、238eを形成している。内周突起238e、238eは、支持部232bの外周面に当接している。内周突起238e、238eの間であって、保持部238dと回転軸232の支持部232bの外周とで囲う空間には、グリース等の潤滑剤Gが充填されている。
本実施の形態によれば、衝撃力を与えられた回転軸232が、軸線方向いずれかに移動しようとした場合、ダンパ部材238の緩衝部238cが弾性変形し、それにより衝撃力を緩和・吸収するように作用する。
一方、回転軸232が、ウォームホイール24から離隔する方向に移動しようとした場合、内周突起238eが変形することで、回転軸232の軸線直交方向の移動を許容し、ウォーム40とウォームホイール24の歯面同士の競り合いを回避し、万が一回転軸232の支持部232bが当接した際にも、その衝撃力を保持部238dが緩和し、それにより打音の低減を図ることができる。又、支持部232bと保持部238dとが当接した状態では、両者間に潤滑剤Gが介在することとなり、それにより回転軸32の軸線方向移動を円滑に行えるようにしている。本実施の形態によれば、ダンパ部材と弾性部とが一部品で形成できるため、組付性が高まるという利点がある。
図8は、図1の電動式パワーステアリング装置に用いることができる第3の実施の形態の図3と同様な図である。本実施の形態においては、図7の実施の形態に対して異なる点のみ説明し、共通する構成には同じ符号を付して説明を省略する。図8においては、ダンパ部材338は、フランジ部232aに突き当てられた環状板338aと、軸受36の内輪36b側に配置される環状板338bと、それらの間に配置されたゴム又は樹脂製の緩衝部338cと、緩衝部338cと一体で即ち同じ素材からなり、内輪36bの側面から内周面にかけて延在する保持部(弾性部材)338dとからなる。保持部338dは、その内周面に、それぞれ周方向に連続した一対の内周突起(弾性部)338e、338eを形成している。内周突起338e、338eは、軸受36の内輪36bの内周面に当接している。内周突起338e、338eの間であって、保持部338dと回転軸232の支持部232bの外周とで囲う空間には、グリース等の潤滑剤Gが充填されている。保持部338dが緩衝部338cと一体で形成されている以外は、図7に示す実施の形態と同様であり、従って同様の作用効果を奏する。
図9は、図1の電動式パワーステアリング装置に用いることができる、図4又は図6に示す実施の形態の変形例を示す図である。図9において、回転軸32の支持部32bには、一本の周溝32cのみが形成されており、それより回転軸32の端部側において、軸受36の内輪36bには、一本の周溝36cが形成されている。周溝32c内には、弾性部材の弾性部であるO−リング33が配置されており、軸受36の内輪36bに当接している。又、周溝36c内には、弾性部材の弾性部であるO−リング33が配置されており、回転軸32の支持部32bに当接している。O−リング33、33の間であって、軸受36の内輪36bと支持部32bの外周とで囲う空間には、グリース等の潤滑剤Gが充填されている。本変形例の作用効果については上述した実施の形態と同様であるが、更に本変形例によれば、組み付け時に周溝32c、36cが互いに相手を乗り越えないため組付性がよいという利点がある。
図10は、図1の電動式パワーステアリング装置に用いることができる、図8に示す実施の形態の変形例を示す図である。図8において、ダンパ部材338は、回転軸232の支持部232bに形成された薄い周溝232cの周囲に接着された保持部(弾性部材)338dを有している。保持部338dは、その外周面に、それぞれ周方向に連続した一対の外周突起(弾性部)338e’、338e’を形成している。外周突起338e’、338e’は、軸受36の内輪36bの内周面に当接している。外周突起338e’、338e’の間であって、保持部338dと回転軸232の周溝232cとで囲う空間には、グリース等の潤滑剤Gが充填されている。本変形例の作用効果については上述した実施の形態と同様であるが、特にダンパ部材338が一部材であるので取り扱いが容易である。なお、上述した一対のO−リング、外周突起又は内周突起は、軸受の玉の中心から軸線方向両側に等間隔に配置されると、軸受の内輪を傾けることなくラジアル方向に押し当てることができるので好ましい。
以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。例えば、回転軸の支持部或いは軸受の内輪に摺動改善処理(例えばDLC処理等)を施しても良い。本発明は、ステアリングホイールとラック軸とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤ(SBW)式操舵機構や、4輪操舵(4WS)車に用いる後輪操舵機構などにも適用可能である。
第1の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置の要部断面図である。 図1の電動式パワーステアリング装置100のII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 図2の構成の矢印IIIで示す部位を拡大した図である。 図2の構成の矢印IVで示す部位を拡大した図である。 図3の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。 第2の実施の形態の図3と同様な図である。 第3の実施の形態の図3と同様な図である。 第4の実施の形態の図3と同様な図である。 図1の電動式パワーステアリング装置に用いることができる、図4又は図6に示す実施の形態の変形例を示す図である。 図1の電動式パワーステアリング装置に用いることができる、図8に示す実施の形態の変形例を示す図である。
符号の説明
10 ハウジング
10a 段部
12 入力軸
14 出力軸
16 軸受
18 軸受ホルダ
20 ボルト
22 ロックナット
24 ウォームホイール
30 電動モータ
30a 駆動軸
32 回転軸
32a フランジ部
32b 支持部
32c 周溝
33 O−リング
34 止め輪
36 軸受
36b 内輪
38 ダンパ部材
38a 環状板
38b 環状板
38c 緩衝部
40 ウォーム
41 電力供給線
90 チューブ
92 ブラケット
100 電動式パワーステアリング装置
132 回転軸
132b 支持部
133 O−リング
136 軸受
136b 内輪
136c 周溝
232 回転軸
232 支持部
232a フランジ部
232b 支持部
238 ダンパ部材
238a 環状板
238b 環状板
238c 緩衝部
238d 保持部
238e 内周突起
338 ダンパ部材
338a 環状板
338b 環状板
338c 緩衝部
338d 保持部
338e 内周突起

Claims (3)

  1. ハウジングと、
    モータの駆動力を伝達される回転軸と、
    前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、
    前記回転軸に形成されたウォームと、
    前記ウォームに噛合するウォームホイールと、
    前記ウォームホイールに連結され、操舵機構に操舵力を伝達する出力軸とからなり、
    少なくとも半径方向において前記回転軸と前記軸受との間に配置された弾性部材が設けられ、
    前記弾性部材は、前記軸受の内輪内周面に当接する軸線方向に並んだ一対の弾性部を有し、前記弾性部の間に潤滑剤が配置されていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
  2. 軸線方向において前記軸受と前記回転軸との間には、ダンパ部材が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電動式パワーステアリング装置。
  3. 前記回転軸及び前記軸受の内輪の少なくとも一方には周溝が形成され、前記弾性部は、前記周溝内に配置されたO−リングであることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動式パワーステアリング装置。

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