JP2007247790A - ウォーム減速機及びこれを組み込んだ電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールの操舵性能を良好に維持しつつ、ウォーム減速機２０での歯打ち音及び衝撃音の発生を抑える。
【解決手段】ウォーム軸４の先端寄り部分と、この先端寄り部分を支持する第二の玉軸受３６の内輪４８との間に、剛性が異なる第一の弾性体素子５２と第二の弾性体素子５３とから成る弾力付与手段３２を設ける。ウォーム軸４に加わるトルクが０又は小さい場合には、上記弾力付与手段３２が、径方向の変位量に対する反力の比が小さい第一の弾性特性により、上記ウォーム軸４の先端部にウォームホイール３に向かう方向の弾力を付与する。上記トルクが大きくなる場合には、径方向の変位量に対する反力の比が大きい第二の弾性特性により、上記ウォーム軸４の先端部にウォームホイール３に向かう方向の弾力を付与する。
【選択図】図２

Description

この発明に係るウォーム減速機及びこれを組み込んだ電動式パワーステアリング装置は、例えば、自動車の操舵装置に組み込み、電動モータを補助動力として利用する事により、運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図る為に利用する。

操舵輪（フォークリフト等の特殊車両を除き、通常は前輪）に舵角を付与する際に運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図る為の装置として、パワーステアリング装置が広く使用されている。又、この様なパワーステアリング装置で、補助動力源として電動モータを使用する電動式パワーステアリング装置も、近年普及し始めている。電動式パワーステアリング装置は、油圧式のパワーステアリング装置に比べて小型・軽量にでき、補助動力の大きさ（トルク）の制御が容易で、しかもエンジンの動力損失が少ない等の利点がある。

又、電動モータの回転軸からステアリングシャフトに動力を伝達する動力伝達経路の途中に、ウォーム軸とウォームホイールとから成るウォーム減速機を設ける事も、従来から広く行なわれている。但し、この様なウォーム減速機には不可避のバックラッシュが存在する。このバックラッシュは、ウォーム軸と、ウォームホイールと、これら各部材を支持する軸受等の、上記ウォーム減速機の各構成部材の寸法誤差や、組み付け誤差が大きくなる程、大きくなる。この様な大きなバックラッシュが存在すると、これらウォームホイールとウォームとの一部の歯面同士が強く衝合して、耳障りな歯打ち音が発生する可能性がある。

特許文献１〜３には、この様な事情に鑑みて、上記バックラッシュを小さくする事を考慮したウォーム減速機と、これを組み込んだ電動式パワーステアリング装置とが記載されている。図１０は、このうちの特許文献１に記載された従来構造を示している。この図１０に示した従来構造の場合には、ステアリングシャフト１の一部に、ウォーム減速機２を構成するウォームホイール３を外嵌固定すると共に、このウォームホイール３にウォーム軸４のウォーム５を噛合させている。このウォーム軸４の両端部は、ギヤハウジング６の内側に、１対の転がり軸受７、７により、回転自在に支持している。このギヤハウジング６に電動モータ８を結合している。上記ウォーム軸４の両端部のうち、電動モータ８側の一端部（図１０の右端部）を、この電動モータ８の回転軸９の一端部（図１０の左端部）にスプライン係合している。

又、上記ギヤハウジング６の一部で、電動モータ８と反対側（図１０の左側）の部分に、上記ウォーム軸４に対し直交する方向にねじ孔１０を設けており、このねじ孔１０にナット部材１１を結合している。そして、上記１対の転がり軸受７、７のうち、上記電動モータ８と反対側の一方（図１０の左方）の転がり軸受７の外周面に、ばね保持部材１２の一端面（図１０の上端面）を突き当てると共に、このばね保持部材１２の他端面（図１０の下端面）と上記ナット部材１１との間にコイルばね１３を設けている。そして、このコイルばね１３により、上記ウォーム軸４の他端部（図１０の左端部）に弾力を付与し、この他端部をウォームホイール３に向かう方向（近付く方向）に変位させている。
この様な図１０に示した特許文献１に記載された構造によれば、ウォーム軸４のウォーム５とウォームホイール３との噛合部に予圧を付与する事ができ、この噛合部での耳障りな歯打ち音の発生を或る程度抑える事ができる可能性がある。

又、特許文献２、３に記載された構造の場合には、ウォーム軸をコイルばね１３（図１０参照）により付勢せず、その代わりに、ウォーム軸の端部を支持した転がり軸受（特許文献２に記載された構造の場合）又はブッシュ（特許文献３に記載された構造の場合）の外周面と、ギヤハウジングに設けた凹孔の内周面との間に環状の弾性体を設けて、この弾性体によりウォーム軸に、ウォームホイールに向かう様な弾力を付与している。

但し、上述の様な特許文献１〜３に記載された従来構造の様に、コイルばね又は環状の弾性体によりウォーム軸に弾力を付与して、このウォーム軸のウォームとウォームホイールとの歯面に予圧を付与する場合、この歯面同士の間に作用する摩擦力が大きくなる。そして、この摩擦力の増大が、ステアリングホイールの戻り性能等の操舵性能の悪化に繋がる可能性がある。

これに対して、上記コイルばね又は弾性体の弾力を小さく設定し、上記ウォーム軸のウォームとウォームホイールとの歯面同士を押し付け合わせる予圧力を小さく設定する事により、これら歯面同士の間に作用する摩擦力を小さくする事も考えられる。但し、この予圧力を小さくした場合には、電動モータからウォーム軸に伝達されるトルクが大きくなる場合に、ウォーム軸にウォームホイールから加わるギヤ反力が大きくなる事により、上記ウォーム軸がこのウォームホイールから離れる方向に変位し易くなってしまう。この為、上記ウォーム軸に加わるトルクが急激に大きくなると、このウォーム軸がウォームホイールから離れる方向に大きく変位する。そして、この様な大きな変位を規制する為に、例えば、ギヤハウジングの一部にストッパ部を設けた場合には、このストッパ部に上記ウォーム軸が強く衝合してしまい、大きな衝撃音が発生する可能性がある。

特開２０００−４３７３９号公報 特開２００２−９６７４９号公報 特開２００４−２０３１５５号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、ウォーム減速機を組み込んだ、例えば電動式パワーステアリング装置のステアリングホイールの操舵性能を良好に維持しつつ、上記ウォーム減速機での歯打ち音及び衝撃音の発生を抑えるべく発明したものである。

本発明のウォーム減速機は、ウォームホイールと、ウォーム軸と、弾力付与手段とを備える。
このうちのウォームホイールは、シャフトと、このシャフトの前端側に設けたピニオンと、このピニオンと離れた位置でラックに噛合するサブピニオンとのうちの何れかの部材に固定するものである。
又、上記ウォーム軸は、両端寄り部分をギヤハウジングの内側に１対の軸受により回転自在に支持されると共に、中間部に設けたウォームが上記ウォームホイールと噛合するものである。
又、上記弾力付与手段は、上記ウォーム軸にこのウォームホイールに向かう方向の弾力を付与するものである。

特に、請求項１に記載した本発明のウォーム減速機に於いては、上記弾力付与手段は、剛性が異なる第一、第二の弾性体素子から成るもので、上記両軸受のうち、電動モータの回転軸と反対側部分を支持する軸受を構成する内輪の内径側に設けており、上記ウォーム軸に加わるトルクが０又は小さい場合には、径方向の変位量に対する反力の比が小さい第一の弾性特性を有し、上記ウォーム軸に加わるトルクが大きい場合には、径方向の変位量に対する反力の比が大きい第二の弾性特性を有する。

又、請求項２に記載した本発明の電動式パワーステアリング装置は、後端部にステアリングホイールを設けたステアリングシャフトと、このステアリングシャフトの前端側に設けられたピニオンと、このピニオン又はこのピニオンに支持した部材と噛合させたラックと、上述の請求項１に記載したウォーム減速機と、このウォーム減速機を構成するウォーム軸を回転駆動する電動モータと、上記ステアリングシャフト又はピニオンに加わるトルクの方向と大きさとを検出するトルクセンサと、このトルクセンサから入力された信号に基づき上記電動モータの駆動状態を制御する制御器とを備える。又、上記ステアリングシャフトは、請求項１に記載したシャフトである。

上述の様な本発明のウォーム減速機及びこれを組み込んだ電動式パワーステアリング装置の場合、弾力付与手段により、ウォーム軸にウォームホイールに向かう方向の弾力を付与している。この為、これらウォームホイールとウォーム軸との噛合部に予圧を付与する事ができ、この噛合部での耳障りな歯打ち音の発生を抑える事ができる。
特に、本発明の場合には、上記弾力付与手段は、剛性が異なる第一、第二の弾性体素子から成る。又、上記ウォーム軸を支持する１対の軸受のうち、電動モータの回転軸と反対側の軸受を構成する内輪の内径側に上記弾力付与手段を設けている。そして、この弾力付与手段は、ウォーム軸に加わるトルクが０又は小さい場合には、径方向の変位量に対する反力の比が小さい第一の弾性特性により、上記ウォーム軸に上記ウォームホイールに向かう方向の弾力を付与し、これらウォーム軸とウォームホイールとの歯面同士の間に予圧を与える。この為、このウォーム軸のウォームの歯面をこのウォームホイールの歯面に押し付けたままの状態とする事ができる。しかも、この場合、上記予圧が過大となる事はないので、例えば、請求項２に記載した様に、本発明を電動式パワーステアリング装置に組み込んだ場合に、ステアリングホイールの戻り性能等の操舵性能が大きく悪化するのを防止できる。これに対して、上記ウォーム軸に加わるトルクが大きくなる場合には、上記弾力付与手段は、径方向の変位量に対する反力の比が大きい第二の弾性特性により、上記ウォーム軸に上記ウォームホイールに向かう方向の弾力を付与する為、上記ウォーム軸が上記ウォームホイールから離れる方向に大きく変位する傾向となるのにも拘らず、上記ウォーム軸が上記ウォームホイールに向かう方向の弾力を急激に大きくする事ができる。この為、上記ウォーム軸の変位を規制でき、しかも、ウォーム減速機の一部にこのウォーム軸がウォームホイールから離れる方向に大きく変位するのを規制するストッパ部を設けた場合でも、上記ウォーム軸がこのストッパ部に強く衝合するのを防止できる。従って、大きな衝撃音の発生防止を図れる。

図１〜５は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例のウォーム減速機２０を組み込んだ電動式パワーステアリング装置は、後端部（図１の右端部）にステアリングホイール１４を固定し、請求項１に記載したシャフトに相当するステアリングシャフト１５と、このステアリングシャフト１５の前端側（図１の左端側）に自在継手１６、１６及び中間シャフト１７を介して連結された入力軸１８と、この入力軸１８に結合されたピニオン１９と、このピニオン１９又はこのピニオン１９に支持した部材と噛合させたラック（図示せず）と、ウォーム減速機２０（図２〜４）と、電動モータ８と、トルクセンサ及び制御器（図示せず）とを備える。

このうちのステアリングシャフト１５は、アウターシャフト２１とインナーシャフト２２とを、スプライン係合部により、回転力の伝達自在に、且つ軸方向の変位を可能に組み合わせて成る。又、上記ステアリングシャフト１５を挿通したステアリングコラム２３は、アウターコラム２４とインナーコラム２５とを、テレスコープ状に組み合わせて成る。そして、上記インナーコラム２５の前端部（図１の左端部）にギヤハウジング２６の後端面（図１の右端面）を結合固定すると共に、上記インナーシャフト２２の前端部（図１の左端部）を、上記ギヤハウジング２６の前端面（図１の左端面）から突出させている。上記ステアリングコラム２３は、ダッシュボードの下面等、車体２７の一部に支持している。

上記ステアリングシャフト１５の先端部の回転は、上記自在継手１６、１６及び中間シャフト１７を介してステアリングギヤの入力軸１８に伝達される。この入力軸１８は、上記ステアリングギヤを構成するピニオン１９を回転させ、上記ラックを介してタイロッド２８、２８を押し引きし、図示しない操舵輪に所望の舵角を付与する。

前記トルクセンサは、上記ステアリングシャフト１５の中間部の周囲に設けて、ステアリングホイール１４からこのステアリングシャフト１５に加えられるトルクの方向と大きさとを検出し、検出値を表す信号（検出信号）を、前記制御器に送る。そして、この制御器は、この検出信号に応じて、上記電動モータ８に駆動の為の信号を送り、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。又、上記インナーシャフト２２は、前端側に設けた第一のインナーシャフト２９と、後端側に設けた第二のインナーシャフト３０とを、トーションバー３１（図２）により連結している。

特に、本例の場合、前記ウォーム減速機２０は、図２〜４に詳示する様に、上記インナーシャフト２２を構成する第一のインナーシャフト２９の一部に外嵌固定したウォームホイール３と、このウォームホイール３にその中間部に設けたウォーム５を噛合させたウォーム軸４と、弾力付与手段３２とを備える。この弾力付与手段３２は、上記ウォーム軸４の先端部（図２、４の右端部）の周囲に設けている。上記ウォームホイール３とウォーム軸４と弾力付与手段３２とは、上記ギヤハウジング２６の内側に設けている。

このギヤハウジング２６には、上記電動モータ８を構成するケース３３を結合固定すると共に、この電動モータ８の回転軸９の一端部（図２、３の右端部）と上記ウォーム軸４の基端部（図２、３の左端部）とを、スプライン係合部３４により、回転力の伝達を可能に連結している。上記回転軸９の両端部は、上記ケース３３の内側に、図示しない１対の軸受により回転自在に支持している。上記回転軸９の中間部周囲にロータ（図示せず）を設けており、このロータと、上記ケース３３の内周面に設けたステータ（図示せず）とを対向させている。

一方、前記ウォーム軸４の両端部は、上記ギヤハウジング２６の内側に、第一、第二の玉軸受３５、３６により回転自在に支持している。この為に、上記ウォーム軸４の基端寄り部分（図２、３の左端寄り部分）に上記第一の玉軸受３５を構成する内輪３７を外嵌すると共に、この第一の玉軸受３５の外輪３８を、上記ギヤハウジング２６の一部に内嵌している。又、上記ウォーム軸４の基端寄り部分外周面と、上記第一の玉軸受３５の内輪３７の内周面との間に微小隙間を設ける事により、この第一の玉軸受３５に対する、上記ウォーム軸４の所定の範囲での傾きを可能としている。又、上記ギヤハウジング２６の内面で、上記第一の玉軸受３５の外輪３８の軸方向一端側（図２、３の左端側）に外れた部分にＣ字形の止め輪３９を係止すると共に、この止め輪３９の片面（図２、３の右面）と上記第一の玉軸受３５の外輪３８の軸方向一端面（図２、３の左端面）とを対向させている。そして、この構成により、上記ギヤハウジング２６に対する、上記外輪３８の軸方向の変位を規制している。

又、上記第一の玉軸受３５を構成する内輪３７の軸方向一端面（図２、３の右端面）と、上記ウォーム軸４の基端寄り部分外周面に設けた鍔部４０の片面（図２、３の左面）との間に、図３に詳示する様な弾性リング４１を挟持している。この弾性リング４１は、１対の円環状の金属板４２ａ、４２ｂの内側に、合成ゴムの如きエラストマー等の弾性材製の筒状部材４３を結合している。又、上記両金属板４２ａ、４２ｂのうち、一方（図２、３の左方）の金属板４２ａの内周寄り部分の片面（図２、３の右面）と、上記ウォーム軸４の基端寄り部分外周面に設けた段差面４４との間に、軸方向の微小隙間を設けている。

一方、上記ウォーム軸４の先端部に設けた小径軸部４５の周囲に上記第二の玉軸受３６を設けると共に、この第二の玉軸受３６を構成する外輪４６を、上記ギヤハウジング２６に設けた凹孔４７に内嵌している。そして、上記第二の玉軸受３６の外輪４６の軸方向一端面（図２、４の右端面）を、上記凹孔４７の底面に突き当てている。又、上記第二の玉軸受３６を構成する内輪４８の軸方向一端面（図２、４の左端面）と、上記ウォーム軸４の先端寄り部分外周面に設けた第二の段差面４９との間に、図４（ａ）（ｂ）に詳示する様な、第二の弾性リング５０を挟持している。この第二の弾性リング５０の基本的な構造は、上記ウォーム軸４の基端寄り部分の周囲に設けた弾性リング４１（図２、３）の構造と同様である。又、上記第二の弾性リング５０の一方（図４の右方）の金属板４２ａの内周寄り部分と、上記ウォーム軸４の先端寄り部分外周面に設けた第三の段差面５１との間に、軸方向の微小隙間を設けている。この結果、上記ウォーム軸４は、第一、第二の玉軸受３５、３６の存在に拘らず、上記ギヤハウジング２６に対する軸方向の変位が可能となる。

特に、本例の場合には、上記ウォーム軸４の先端部に設けた小径軸部４５の外周面と、上記第二の玉軸受３６の内輪４８の内周面との間に、前記弾力付与手段３２を設けている。この弾力付与手段３２は、上記ウォーム軸４の先端部に前記ウォームホイール３に向かう方向の弾力を付与するものである。この為に、上記弾力付与手段３２を、図４（ａ）（ｂ）に詳示する様に、互いに剛性が異なる円筒状の第一、第二の弾性体素子５２、５３により構成している。又、これら両弾性体素子５２、５３のうち、第一の弾性体素子５２の剛性は、第二の弾性体素子５３の剛性よりも小さくしている。例えば、このうちの第一の弾性体素子５２を、ゴム、可塑性エラストマー等の比較的剛性の小さい材料により構成し、上記第二の弾性体素子５３を、合成樹脂等の比較的剛性の大きい材料により構成する。又、上記両弾性体素子５２、５３のうち、第一の弾性体素子５２の軸方向の全長は、第二の弾性体素子５３の軸方向の全長よりも小さい。又、この第二の弾性体素子５３の軸方向中間部外周面に凹溝５４を、同じく軸方向中間部内周面に幅の小さい環状突部５５を、それぞれ全周に亙り形成している。そして、上記第二の弾性体素子５３の凹溝５４に上記第一の弾性体素子５２を外嵌している。又、上記第一、第二の弾性体素子５２、５３の自由状態で、この第一の弾性体素子５２の外周寄り部分は、第二の弾性体素子５３の軸方向両端部外周面よりも径方向外方に突出している。尚、上記両弾性体素子５２、５３の材料、及び、自由状態での、第一の弾性体素子５２の外周寄り部分の第二の弾性体素子５３からの突出量は、後述するウォーム軸４に加わるトルクの大きさ、ウォーム軸４と後述するストッパ部との隙間等との関係で定める。又、上記両弾性体素子５２、５３の径方向に関する位置関係は逆であっても良い。即ち、第二の弾性体素子５３を内輪４８に内嵌固定し、この第二の弾性体素子５３に内嵌した第一の弾性体素子５２の内周寄り部分を、この第二の弾性体素子５３の内周面よりも径方向内方に突出させる構造としても良い。

この様な第一、第二の両弾性体素子５２、５３を組み合わせて成る弾力付与手段３２は、上記ウォーム軸４の小径軸部４５に外嵌した状態で、前記第二の玉軸受３６の内輪４８の内側に挿入している。又、上記第二の弾性体素子５３の内周面に設けた環状突部５５を、上記小径軸部４５の外周面に形成した係止溝５６に係止する事により、上記小径軸部４５に対する、上記各弾性体素子５２、５３の軸方向の変位を阻止すると共に、この小径軸部４５からのこれら各弾性体素子５２、５３の脱落を防止している。

電動モータ８の非駆動時、即ち、ウォーム軸４に加わるトルクが０（無負荷時）の状態と、この電動モータの駆動時でもトルクが小さい状態とでは、図４（ａ）に示す様に、上記第一、第二の弾性体素子５２、５３のうち、剛性が小さい外径側の第一の弾性体素子５２の外周面のみが、第二の玉軸受３６の内輪４８の内周面に弾性的に押し付けられる。内径側の第二の弾性体素子５３の軸方向両端部外周面と上記内輪４８の外周面との間には、円筒状の隙間６２、６２が、それぞれ全周に亙り形成される。この状態では、弾力付与手段３２が、径方向の変位量に対する反力の比（剛性）が小さい第一の弾性特性により、上記ウォーム軸４の先端部にウォームホイール３に向かう方向（図４（ａ）の上方）の弾力を付与する。この結果、上記ウォーム軸４のウォーム５の歯面が上記ウォームホイール３の歯面に、比較的小さな予圧力で押し付けられた状態となる。

これに対して、上記ウォーム軸４に加わるトルクが大きくなる場合には、ウォームホイール３からウォーム軸４に加わるギヤ反力が大きくなる事に基づいて、このウォーム軸４が上記ウォームホイール３から大きく離れる方向に変位する傾向となる。この場合には、図４（ｂ）に示す様に、上記第一の弾性体素子５２の円周方向一部（図４（ｂ）の下端部）が上記第二の弾性体素子５３の凹溝５４内に圧縮した状態で押し込まれ、剛性が大きい第二の弾性体素子５３の円周方向一部の軸方向両端部外周面が、上記第二の玉軸受３６の内輪４８の内周面に押し付けられる。そして、上記弾力付与手段３２が、径方向の変位量に対する反力の比（剛性）が大きい第二の弾性特性により、上記ウォーム軸４の先端部にウォームホイール３に向かう方向（図４（ｂ）の上方）の弾力を付与する。

上述の様に構成する本例のウォーム減速機２０を組み込んだ電動式パワーステアリング装置の場合には、第一、第二の弾性体素子５２、５３から成る弾力付与手段３２により、ウォーム軸４を弾性的に押圧している。この為、ウォームホイール３とウォーム軸４のウォーム５との噛合部に安価な構造で予圧を付与する事ができ、この噛合部での歯打ち音の発生を安価に抑える事ができ、しかも、ウォーム減速機２０の組立作業を容易に行なえる。

特に、本例の場合には、上記弾力付与手段３２は、剛性が異なる第一、第二の弾性体素子５２、５３から成る。又、上記ウォーム軸４を支持する第一、第二の玉軸受３５、３６のうち、電動モータ８の回転軸９と反対側の第二の玉軸受３６を構成する内輪４８の内径側に、上記弾力付与手段３２を設けている。そして、上記ウォーム軸４に加わるトルクが０又は小さい場合には、図４（ａ）に示す様に、上記両弾性体素子５２、５３のうち、剛性の小さい外径側の第一の弾性体素子５２の外周面が、上記内輪４８の内周面に弾性的に押し付けられる。この状態では、上記両弾性体素子５２、５３から成る弾力付与手段３２が、径方向の変位量に対する反力の比（剛性）が小さい第一の弾性特性により、上記ウォーム軸４の先端部にウォームホイール３に向かう方向（図４（ａ）の上方）の弾力を付与し、これらウォーム軸４とウォームホイール３との歯面同士の間に予圧を与える。この為、このウォーム軸４のウォーム５の歯面をウォームホイール３の歯面に押し付けたままの状態とする事ができる。しかも、この場合、上記予圧が過大となる事はないので、ステアリングホイール１４の戻り性能等の操舵性能が大きく悪化するのを防止できる。例えば、電動モータ８の非駆動時で、ウォームホイール３の中心軸Ｏ₁ と、ウォーム軸４の中心軸Ｏ₂ 上の当該噛合部に対応する位置Ｓとの距離である、芯間距離をＬ₁ （図２）とし、上記ウォームホイール３の歯面とウォーム軸４のウォーム５の歯面とに付与される予圧力をＰ₁ とすると、電動モータ８の無負荷時の芯間距離Ｌ₁ 及び低負荷時の芯間距離Ｌ₂ と、それぞれに対応する予圧力Ｐ₁ 、Ｐ₂ との関係は、図５に直線イで表される関係となる。即ち、上記芯間距離Ｌ₂ が大きくなる程、予圧力Ｐ₂ も大きくなるが、その増大する程度は比較的小さい。

これに対して、ウォーム軸４に加わるトルクが大きくなる場合には、図４（ｂ）に示す様に、上記両弾性体素子５２、５３のうち、剛性の大きい内径側の第二の弾性体素子５３の軸方向両端部外周面が、上記内輪４８の内周面に弾性的に押し付けられる。この状態では、上記両弾性体素子５２、５３から成る弾力付与手段３２が、径方向の変位量に対する反力の比（剛性）が大きい第二の弾性特性により、上記ウォーム軸４の先端部にウォームホイール３に向かう方向の弾力を付与する。この為、上記ウォーム軸４がウォームホイール３から離れる方向に大きく変位する傾向となるのにも拘らず、上記ウォーム軸４が上記ウォームホイール３に向かう方向の弾力を急激に大きくする事ができる。例えば、電動モータ８の回転トルクが大きくなる場合の、ウォームホイール３の中心軸Ｏ₁ と、ウォーム軸４の中心軸Ｏ₂ 上の当該噛合部に対応する位置Ｓ（図２）との距離である、芯間距離Ｌ₃ と、予圧力Ｐ₃ との関係は、図５に直線ロで表される様な関係となり、上記弾力を急激に大きくできる。この為、上記ウォーム軸４の変位を規制でき、しかも、ウォーム減速機２０の一部にこのウォーム軸４がウォームホイール３から離れる方向に大きく変位するのを規制するストッパ部を設けた場合でも、上記ウォーム軸４がこのストッパ部に強く衝合するのを防止できる。従って、大きな衝撃音の発生防止を図れる。

次に、図６〜７は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ウォーム軸４の先端部に設けた小径軸部４５の外周面と、第二の玉軸受３６を構成する内輪４８の内周面との間に設ける弾力付与手段３２ａを、上記小径軸部４５の基端側（図６、７の左端側）に設けた第一の弾性体素子５７と、この小径軸部４５の先端側（図６、７の右端側）に設けた第二の弾性体素子５８とにより構成している。上記第一、第二の両弾性体素子５７、５８は、円筒状に造っており、上記第一の弾性体素子５７の剛性を上記第二の弾性体素子５８の剛性よりも小さくしている。例えば、上記第一の弾性体素子５７を、ゴム、熱可塑性エラストマー等の比較的剛性の小さい材料により構成し、上記第二の弾性体素子５８を、合成樹脂等の比較的剛性の大きい材料により構成する。

又、上記両弾性体素子５７、５８の自由状態での内径を互いに同じとしているのに対して、上記第一の弾性体素子５７の自由状態での外径は、上記第二の弾性体素子５８の自由状態での外径よりも大きくしている。そして、上記両弾性体素子５７、５８を上記小径軸部４５に外嵌した状態で、これら両弾性体素子５７、５８を上記第二の玉軸受３６を構成する内輪４８の内側に挿入している。又、上記第二の弾性体素子５８の軸方向中間部内周面に設けた環状突部５９を、上記小径軸部４５の外周面に形成した係止溝５６ａに係止する事で、この小径軸部４５に対する、上記両弾性体素子５７、５８の軸方向の変位を阻止すると共に、この小径軸部４５からのこれら両弾性体素子５７、５８の脱落を防止している。尚、これら両弾性体素子５７、５８の位置は互いに逆にしても良い。但し、逆にする場合には、小径軸部４５の先端側に設ける第一の弾性体素子５７の内周面に環状突部を形成し、この環状突部を小径軸部４５の係止溝５６ａに係止する。

ウォーム軸４に加わるトルクが０又は小さい場合には、図７（ａ）に示す様に、上記第一、第二の弾性体素子５７、５８のうち、剛性の小さい、小径軸部４５の基端側の第一の弾性体素子５７の外周面のみが、第二の玉軸受３６の内輪４８の内周面に弾性的に押し付けられる。この状態で、小径軸部４５の先端側の第二の弾性体素子５８の外周面と上記内輪４８の内周面との間には、円筒状の隙間６３が全周に亙り形成される。又、この状態では、上記両弾性体素子５７、５８から成る弾力付与手段３２ａが、径方向の変位量に対する反力の比（剛性）が小さい第一の弾性特性により、上記ウォーム軸４の先端部にウォームホイール３に向かう方向（図７（ａ）の上方）の弾力を付与する。この結果、上記ウォーム軸４のウォーム５の歯面が上記ウォームホイール３の歯面に、比較的小さな予圧力で押し付けられた状態となる。

これに対して、上記ウォーム軸４に加わるトルクが大きくなる場合には、ウォームホイール３からウォーム軸４に加わるギヤ反力が大きくなる事に基づいて、このウォーム軸４が上記ウォームホイール３から大きく離れる方向に変位する傾向となる。この場合には、図７（ｂ）に示す様に、上記第一の弾性体素子５７の円周方向一部が小径軸部４５の外周面と第二の玉軸受３６の内輪４８の内周面との間で圧縮され、上記第一の弾性体素子５７の円周方向一部の径方向厚さｔ₁ が小さくなって、上記第二の弾性体素子５８の、この円周方向一部と対向する部分の径方向厚さｔ₂ と同じ大きさになる（ｔ₁ ＝ｔ₂ ）。この状態では、上記第二の弾性体素子５８の円周方向一部の外周面が、上記第二の玉軸受３６の内輪４８の内周面に弾性的に押し付けられる。そして、上記両弾性体素子５７、５８から成る弾力付与手段３２ａが、径方向の変位量に対する反力の比（剛性）が大きい第二の弾性特性により、上記ウォーム軸４の先端部にウォームホイール３に向かう方向（図７（ｂ）の上方）の弾力を付与する。

上述の様に構成する本例の電動式パワーステアリング装置用ウォーム減速機を組み込んだ電動式パワーステアリング装置の場合、ウォーム軸４に加わるトルクが０又は小さい場合には、上記両弾性体素子５７、５８のうち、剛性の小さい第一の弾性体素子５７の外周面が上記内輪４８の内周面に弾性的に押し付けられ、弾力付与手段３２ａが、上記ウォーム軸４の先端部に、径方向の剛性の小さい第一の弾性特性を有する弾力を付与し、予圧を与える為、上記ウォーム軸４のウォーム５の歯面をウォームホイール３の歯面に押し付けたままの状態とする事ができる。しかも、この場合、上記予圧が過大となる事はないので、ステアリングホイールの戻り性能等の操舵性能が大きく悪化するのを防止できる。

これに対して、上記ウォーム軸４に加わるトルクが大きくなる場合には、上記両弾性体素子５７、５８のうち、剛性の大きい第二の弾性体素子５８の外周面が上記内輪４８の内周面に弾性的に押し付けられ、上記弾力付与手段３２ａが、径方向の剛性の大きい第二の弾性特性により、上記ウォーム軸４の先端部に上記ウォームホイール３に向かう方向の弾力を付与する。この為、上記ウォーム軸４が上記ウォームホイール３から離れる方向に大きく変位する傾向となるのにも拘らず、上記ウォーム軸４が上記ウォームホイール３に向かう方向の弾力を急激に大きくする事ができる。この為、上記ウォーム軸４の変位を規制でき、しかも、ウォーム減速機２０の一部にこのウォーム軸４がウォームホイール３から離れる方向に大きく変位するのを規制するストッパ部を設けた場合でも、上記ウォーム軸４がこのストッパ部に強く衝合するのを防止できる。従って、大きな衝撃音の発生防止を図れる。
その他の構成及び作用に就いては、上述の実施の形態の第１例の場合と同様である為、同等部分には同一符号を付して重複する図示並びに説明を省略する。

尚、本発明の電動式パワーステアリング装置は、上述した各例の様に、入力軸１８の端部に固定したピニオン１９（図１参照）とラックとを直接噛合させる構造に限定するものではない。例えば、入力軸１８の下端部に設けたピンを、この入力軸１８と別体に設けたピニオンギヤの長孔内に、この長孔の長さ方向の変位を可能として係合させると共に、このピニオンギヤとラックとを噛合させ、車速に応じてステアリングシャフトの回転角度に対するラックの変位量の比を変化させる、所謂車速応動可変ギヤレシオ機構（ＶＧＳ）を組み込んだ構造と、上述した各例の構造とを組み合わせる事もできる。又、上述した各例で、第一、第二の両弾性体素子の剛性を異ならせる為に、同じ材料により構成しつつ、互いの形状、寸法等を異ならせる事もできる。

又、本発明は、電動モータ８とウォーム減速機２０とを、ステアリングシャフト１５（図１参照）の周囲に設ける構造に限定するものでもない。例えば、図８に示す様に、ラックと噛合させるピニオン１９（図１参照）の周辺部に電動モータ８を設けた構造とする事もできる。そして、この様な図８に示す構造の場合には、上記ピニオン１９又はこのピニオン１９に支持した部材の一部に、ウォームホイールを固定する。この様な図８に示した構造の場合には、トルクセンサを、ステアリングシャフト１５の周囲ではなく、上記ピニオン１９の周辺部に設ける事もできる。

又、図９に示す様に、ラック６０の一部で、ピニオン１９との係合部から外れた位置に噛合させたサブピニオン６１の周辺部に、電動モータ８を設ける事もできる。この図９に示す構造の場合には、このサブピニオン６１に固定したウォームホイールと、ウォーム軸４とを噛合させる。この様な図９に示した構造の場合にも、トルクセンサを、上記ピニオン１９の周辺部に設ける事ができる。

本発明の実施の形態の第１例の電動式パワーステアリング装置を、一部を切断して示す図。 一部を省略して示す、図１のＡ−Ａ拡大断面図。 図２のＢ部拡大断面図。 （ａ）はウォーム軸に加わるトルクが０の状態で、（ｂ）はこのトルクが大きくなった状態で、それぞれ示す、図２のＣ部拡大断面相当図。 ウォームホイールの中心軸とウォーム軸の中心軸上の当該噛合部に対応する位置との距離（芯間距離）と、これらウォームホイールとウォーム軸のウォームとの歯面に加わる予圧力との関係を示す線図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図２と同様の図。 （ａ）はウォーム軸に加わるトルクが０の状態で、（ｂ）はこのトルクが大きくなった状態で、それぞれ示す、図６のＤ部拡大断面相当図。 ウォーム減速機及び電動モータをピニオンの周辺部に設けた構造の１例を示す図。 ウォーム減速機及び電動モータをサブピニオンの周辺部に設けた構造の１例を示す図。 従来構造の１例の電動式パワーステアリング装置を示す部分断面図。

符号の説明

１ ステアリングシャフト
２ ウォーム減速機
３ ウォームホイール
４ ウォーム軸
５ ウォーム
６ ギヤハウジング
７ 転がり軸受
８ 電動モータ
９ 回転軸
１０ ねじ孔
１１ ナット部材
１２ ばね保持部材
１３ コイルばね
１４ ステアリングホイール
１５ ステアリングシャフト
１６ 自在継手
１７ 中間シャフト
１８ 入力軸
１９ ピニオン
２０ ウォーム減速機
２１ アウターシャフト
２２ インナーシャフト
２３ ステアリングコラム
２４ アウターコラム
２５ インナーコラム
２６ ギヤハウジング
２７ 車体
２８ タイロッド
２９ 第一のインナーシャフト
３０ 第二のインナーシャフト
３１ トーションバー
３２、３２ａ 弾力付与手段
３３ ケース
３４ スプライン係合部
３５ 第一の玉軸受
３６ 第二の玉軸受
３７ 内輪
３８ 外輪
３９ 止め輪
４０ 鍔部
４１ 弾性リング
４２ａ、４２ｂ 金属板
４３ 筒状部材
４４ 段差面
４５ 小径軸部
４６ 外輪
４７ 凹孔
４８ 内輪
４９ 第二の段差面
５０ 第二の弾性リング
５１ 第三の段差面
５２ 第一の弾性体素子
５３ 第二の弾性体素子
５４ 凹溝
５５ 環状突部
５６、５６ａ 係止溝
５７ 第一の弾性体素子
５８ 第二の弾性体素子
５９ 環状突部
６０ ラック
６１ サブピニオン
６２ 隙間
６３ 隙間

Claims (2)

1. ウォームホイールと、ウォーム軸と、弾力付与手段とを備え、このウォームホイールは、シャフトと、このシャフトの前端側に設けたピニオンと、このピニオンと離れた位置でラックに噛合するサブピニオンとのうちの何れかの部材に固定するものであり、上記ウォーム軸は、両端寄り部分をギヤハウジングの内側に１対の軸受により回転自在に支持されると共に、中間部に設けたウォームが上記ウォームホイールと噛合するものであり、上記弾力付与手段は、上記ウォーム軸にこのウォームホイールに向かう方向の弾力を付与するものであるウォーム減速機に於いて、
   上記弾力付与手段は、剛性が異なる第一、第二の弾性体素子から成るもので、上記両軸受のうち、電動モータの回転軸と反対側部分を支持する軸受を構成する内輪の内径側に設けており、上記ウォーム軸に加わるトルクが０又は小さい場合には、径方向の変位量に対する反力の比が小さい第一の弾性特性を有し、上記ウォーム軸に加わるトルクが大きい場合には、径方向の変位量に対する反力の比が大きい第二の弾性特性を有する事を特徴とするウォーム減速機。
2. 後端部にステアリングホイールを設けたステアリングシャフトと、このステアリングシャフトの前端側に設けられたピニオンと、このピニオン又はこのピニオンに支持した部材と噛合させたラックと、請求項１に記載したウォーム減速機と、このウォーム減速機を構成するウォーム軸を回転駆動する電動モータと、上記ステアリングシャフト又はピニオンに加わるトルクの方向と大きさとを検出するトルクセンサと、このトルクセンサから入力された信号に基づき上記電動モータの駆動状態を制御する制御器とを備え、上記ステアリングシャフトは、請求項１に記載したシャフトである、電動式パワーステアリング装置。

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