JP2008114716A - ステアリング装置 - Google Patents

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広忠 柳本
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Abstract

【課題】部品点数の増加や外形寸法の増大が無く、ロータの回転力による電動モータの首振り振動を抑制した電動モータを有するステアリング装置を提供する。
【解決手段】モータケース81の外周面は、モータケース81の左端のフランジ部812側の外径寸法が最も大きく、フランジ部812から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなるように、テーパ状に形成されている。従って、モータケース81の剛性が高くなるため、電動モータ31の固有振動数が大きくなり、ロータの回転力による電動モータ31の首振り振動が抑制される。また、部品点数が増加しないため、製造コストの上昇も小さく、電動モータの外形寸法が大きくならないため、電動モータを配置する場所の制限を受けない。
【選択図】図5

Description

本発明はステアリング装置、特に、ステアリングホイールのチルト位置またはテレスコピック位置を、電動モータにより調整することができるステアリング装置、または、ステアリングホイールを操作する力を電動モータの操舵補助力によって軽減することができる、電動パワーステアリング装置を備えたステアリング装置、及び、これらのステアリング装置に使用される電動モータに関する。
運転者の体格や運転姿勢に応じて、ステアリングホイールのチルト位置やテレスコピック位置を調整する必要があり、このチルト位置、または、テレスコピック位置の調整を、電動モータを使用して楽に行うようにしたステアリング装置がある。
また、ステアリングホイールを操作する力を軽減するために、電動モータを使用して操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置を備えたステアリング装置がある。
このようなステアリング装置及び電動パワーステアリング装置を備えたステアリング装置に使用される電動モータは、ステアリング装置にボルトで固定されたフランジ部から離れた位置でロータが回転するため、ロータの回転力によって電動モータの首振り振動が発生し、この振動が車室内に伝達されて騒音となり、運転者に不快感を与えることがある。
このような騒音を解消した電動モータを有するステアリング装置として、特許文献1に開示されたステアリング装置がある。特許文献1の電動モータは、電動モータの出力軸突出側とは反対側の端部まで延びる複数のボルトによって、電動モータをステアリング装置に固定することで、電動モータの首振り振動を抑制している。しかし、特許文献1の電動モータは、部品点数が増加するため製造コストが上昇するとともに、電動モータの外形寸法が大きくなるため、電動モータを配置する場所に制限を受けてしまう問題がある。
特開2000−326855号公報
本発明は、部品点数の増加や外形寸法の増大が無く、ロータの回転力による電動モータの首振り振動を抑制した電動モータを有するステアリング装置を提供することを課題とする。
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第1番目の発明は、車体後方側にステアリングホイールが装着されるステアリングシャフト、上記ステアリングシャフトを回転可能に軸支するコラム、電動モータ、上記電動モータのモータケースに回転可能に軸支された回転軸、上記回転軸の回転を減速して、上記ステアリングシャフトの操舵補助力として伝達する減速機構を内蔵し、上記モータケースのフランジ部に結合されたハウジングを備えたステアリング装置において、上記電動モータのモータケースの外周面は、フランジ部側の外径寸法が大きく、フランジ部から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなるテーパ状に形成されていることを特徴とするステアリング装置である。
第2番目の発明は、車体後方側にステアリングホイールが装着されるステアリングシャフト、上記ステアリングシャフトを回転可能に軸支するとともに、チルト中心軸を支点とするチルト位置調整、または、上記ステアリングシャフトの中心軸線に沿ったテレスコピック位置調整が可能なコラム、電動モータ、上記電動モータのモータケースに回転可能に軸支された回転軸、上記回転軸の回転を減速して、上記コラムのチルト運動、または、テレスコピック運動として伝達する減速機構を内蔵し、上記モータケースのフランジ部に結合されたハウジングを備えたステアリング装置において、上記電動モータのモータケースの外周面は、フランジ部側の外径寸法が大きく、フランジ部から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなるテーパ状に形成されていることを特徴とするステアリング装置である。
第3番目の発明は、第1番目または第2番目のいずれかの発明のステアリング装置において、上記電動モータのモータケースの外周面は、電動モータのモータケースの軸方向長さの全長にわたってテーパ状に形成されていることを特徴とするステアリング装置である。
第4番目の発明は、第1番目または第2番目のいずれかの発明のステアリング装置において、上記電動モータのモータケースの外周面は、電動モータのモータケースの軸方向長さの途中までテーパ状に形成され、残りの外周面は外径寸法が一定の円筒状に形成されていることを特徴とするステアリング装置である。
本発明のステアリング装置では、電動モータのモータケースの外周面は、フランジ部側の外径寸法が大きく、フランジ部から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなるテーパ状に形成されている。従って、モータケースの剛性が高くなるため、電動モータの固有振動数が大きくなり、ロータの回転力による電動モータの首振り振動が抑制される。また、部品点数が増加しないため、製造コストの上昇も小さく、電動モータの外形寸法が大きくならないため、電動モータを配置する場所の制限を受けない。
以下の実施例では、ステアリングホイールの上下方向位置と前後方向位置の両方の位置を調整する、チルト・テレスコピック式のステアリング装置に本発明を適用した例について説明する。
図1は本発明のステアリング装置101を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。ステアリング装置101は、ステアリングシャフト102を回動自在に軸支している。ステアリングシャフト102には、その上端(車体後方側)にステアリングホイール103が装着され、ステアリングシャフト102の下端(車体前方側)には、ユニバーサルジョイント104を介して中間シャフト105が連結されている。
中間シャフト105には、その下端にユニバーサルジョイント106が連結され、ユニバーサルジョイント106には、ラックアンドピニオン機構等からなるステアリングギヤ107が連結されている。
運転者がステアリングホイール103を回転操作すると、ステアリングシャフト102、ユニバーサルジョイント104、中間シャフト105、ユニバーサルジョイント106を介して、その回転力がステアリングギヤ107に伝達され、ラックアンドピニオン機構を介して、タイロッド108を移動し、車輪の操舵角を変えることができる。
図2はステアリング装置101の要部を示す正面図である。図3は図2のP矢視図である。図4は図2のA−A断面図であって、チルト駆動機構の要部を示す。
図2から図4に示すように、本発明のステアリング装置101は、車体取付けアッパーブラケット2、ロアーコラム(アウターコラム)3、操舵補助部37(電動アシスト機構)、アッパーコラム(インナーコラム)4等から構成されている。
車体後方側の車体取付けアッパーブラケット2は、その上板21が車体11に固定されている。ロアーコラム3の車体前方側(左側)には、操舵補助部(電動アシスト機構)37のハウジング85の右端がボルトによって固定される。操舵補助部37は、電動モータ(アシスト用モータ)31、減速ギヤボックス部373、出力軸374等から構成されている。操舵補助部37は、下部車体取付けブラケット375によって、チルト中心軸376を介して車体11に、チルト位置調整(図2の紙面に平行な平面内で揺動)可能に支持されている。
ロアーコラム3の内周には、アッパーコラム4がテレスコピック位置調整(ロアーコラム3の中心軸線に平行に摺動)可能に嵌合している。アッパーコラム4には、上部ステアリングシャフト102Aが回動可能に軸支され、上部ステアリングシャフト102Aの車体後方側(図2の右側)端部には、ステアリングホイール103(図1参照)が固定されている。
ロアーコラム3には、図示しない下部ステアリングシャフトが回動可能に軸支され、下部ステアリングシャフトは上部ステアリングシャフト102Aとスプライン嵌合している。従って、アッパーコラム4のテレスコピック位置に関わらず、上部ステアリングシャフト102Aの回転が下部ステアリングシャフトに伝達される。
操舵補助部37は、下部ステアリングシャフトに作用するトルクを検出し、電動モータ31を駆動して、出力軸374を所要の操舵補助力で回転させ、車体前方側に接続される図示しない中間シャフトを経由して、ステアリングギヤに連結され、車輪の操舵角を変えることができる。
車体取付けアッパーブラケット2の上板21には、上板21から下方に平行に延びる左側板22と右側板23が形成されている。左側板22、右側板23の内側面221、231に、ロアーコラム3の左側面33と右側面34がチルト摺動可能に挟持されている。すなわち、ロアーコラム3の右側面34は、車体取付けアッパーブラケット2の右側板23の内側面231に直接当接している。
また、左側板22、右側板23の下端は下板24によって連結され、上板21、左側板22、右側板23、下板24によって閉じた矩形形状を形成し、車体取付けアッパーブラケット2の剛性を向上させている。
ロアーコラム3の下面外周には、テレスコ位置調整を行うテレスコ駆動機構5が取付けられている。また、車体取付けアッパーブラケット2の左側板22、右側板23の下方には、チルト位置調整を行うチルト駆動機構6が取付けられている。
チルト駆動機構6用の電動モータ(チルト用モータ)61の出力軸に取付けられたウォーム86(図4参照)が、送りねじ軸63の下方に取付けられたウォームホイール87に噛み合って、電動モータ61の回転を送りねじ軸63に伝達している。
送りねじ軸63は、電動モータ61の中心軸線に対して垂直(図2から図4の上下方向)に延び、その上端と下端が、軸受631、632によって車体取付けアッパーブラケット2に回転可能に軸支されている。送りねじ軸63の外周に形成された雄ねじには、送りナット65が螺合している。
送りナット65には、図4の紙面に直交する方向に、ナットホルダ652が摺動可能に外嵌し、このナットホルダ652にはチルト駆動力伝達突起651が一体的に形成されている。このチルト駆動力伝達突起651は、ロアーコラム3の中心軸線に向かって突出し、ロアーコラム3に形成された係合孔66に、チルト駆動力伝達突起651の先端が嵌入している。
従って、チルト位置調整時のロアーコラム3の円弧運動と送りナット65の直線運動との間の位置のずれを吸収可能である。送りねじ軸63が回転すると、送りナット65及びチルト駆動力伝達突起651は、垂直方向に直線運動を行い、チルト中心軸376を支点として、ロアーコラム3が円弧状の軌跡に沿って揺動(図2の紙面に平行な平面内で揺動)する。
ロアーコラム3の下面外周には、電動モータ(テレスコ用モータ)51が取付けられている。ロアーコラム3の下面外周には、ロアーコラム3の中心軸線に平行に送りねじ軸52が固定され、送りねじ軸52の車体後方端(図2の右端)が、アッパーコラム4の車体後方端に固定されたフランジ41の下端に連結されている。
電動モータ51の図示しない出力軸に取付けられたウォームの回転が、図示しないウォームホイールに伝達され、送りねじ軸52に螺合する図示しない送りナットを回転させる。この送りナットの回転で送りねじ軸52を往復移動(図2の左右方向の移動)して、アッパーコラム4をテレスコピック位置調整する。
図2及び図3に示すように、ロアーコラム3の左側面33と、車体取付けアッパーブラケット2の左側板22の内側面221との間には、スペーサ7が介挿されている。すなわち、ロアーコラム3の左側面33には、スペーサ7の内側面71が当接している。また、図2に示すように、平板状のスペーサ7は矩形に形成されている。
車体取付けアッパーブラケット2の左側板22には、図2、図3の上下方向(チルト位置調整方向)に離間して2個の図示しない雌ねじが形成され、この雌ねじには、調整ねじ72、72がねじ込まれている。
スペーサ7には、雌ねじの上下方向の間隔と同一間隔で2個の図示しない貫通孔が形成されている。従って、調整ねじ72、72と貫通孔の位相が一致したところで、調整ねじ72、72をねじ込めば、調整ねじ72、72の先端軸部が貫通孔に嵌入する。
調整ねじ72、72を更にねじ込めば、スペーサ7をロアーコラム3の左側面33に向って押し付けることができる。その結果、製造誤差等によって、車体取付けアッパーブラケット2の内側面221とロアーコラム3の左側面33との間の間隔が傾斜していても、調整ねじ72、72のねじ込み量を適宜調整すれば、ロアーコラム3の左側面33にスペーサ7の内側面71を均等に当接させることができる。
その結果、スペーサ7が、車体取付けアッパーブラケット2の内側面221とロアーコラム3の左側面33の所定位置に保持される。調整ねじ72、72の調整が完了したら、ロックナット73、73をねじ込んで、調整ねじ72、72を緩み止めする。
従って、ロアーコラム3と右側板23、及び、ロアーコラム3とスペーサ7との間のチルト摺動抵抗を所望の摺動抵抗に設定でき、かつ、チルト角度にかかわらず、チルト動作中のチルト摺動抵抗が一定に維持される。
次に、本発明の実施例1の電動モータの詳細な構造について説明する。
図5は、本発明の実施例1の電動モータの断面図であって、電動モータ(アシスト用モータ)31に適用した例である。図5に示すように、電動モータ31は、有底円筒状のモータケース81を有し、モータケース81の内周面811には、マグネット82が固定されている。マグネット82の内側には、ロータコアとロータコイルを有する電機子83が回転可能に収容されている。
電機子83はその軸心に回転軸(出力軸)84を有している。モータケース81はマグネット82のヨークを兼ねており、モータケース81の左端のフランジ部812には、ハウジング85のフランジ部851が、図示しないボルトにより結合されている。ハウジング85はアルミニウム製で、内部に減速機構を内蔵している。
モータケース81の内周面811は、モータケース81の軸方向の全長にわたって同一の内径寸法に形成されている。また、モータケース81の外周面は、フランジ部812側のテーパ状外周面813と、フランジ部812から離間した円筒状外周面814で構成されている。
すなわち、テーパ状外周面813は、モータケース81の左端のフランジ部812側の外径寸法が最も大きく、フランジ部812から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなり、モータケース81の左端のフランジ部812からモータケース81の軸方向に、長さL1だけ、テーパ状に形成されている。また、円筒状外周面814は、テーパ状外周面813の右端の外径寸法と同一の外径寸法で、テーパ状外周面813の右端からモータケース81の右端まで、長さL2だけ、外径寸法が一定の円筒状に形成されている。
回転軸84の左端(図5の左側)には、ウォーム(減速機構の入力軸)86が、回転軸84と同一軸線上に一体的に成形され、ウォーム86はハウジング85内(図5の左側)へ延出している。このウォーム86がウォームホイール87に噛み合って減速機構を構成し、電動モータ31の回転軸84の回転を減速して、ウォームホイール87に伝達する。モータケース81、回転軸84(回転軸84と一体のウォーム86)は、熱膨張係数が略等しい鉄系の材料で形成されている。
回転軸84はその右端外周が、すべり軸受(ラジアル荷重だけを軸支するジャーナル軸受)871によって回転可能に軸支されている。すべり軸受871の外周は、モータケース81の右端に圧入されると共に、回転軸84の外周とすべり軸受871の内周の嵌合は、すきまばめになっている。
回転軸84の左端(回転軸84がモータケース81のフランジ部812から突出した位置であって、回転軸84がウォーム86に接続する位置の近傍)は、深みぞ形ラジアル玉軸受88によって回転可能に軸支されている。回転軸84の外周と深みぞ形ラジアル玉軸受88の内輪881の内周の嵌合は、すきまばめになっている。
深みぞ形ラジアル玉軸受88の外輪882の外周は、ハウジング85のフランジ部851に形成された環状凹部852に内嵌している。深みぞ形ラジアル玉軸受88の外輪882の左端面は、環状凹部852の底面853に当接している。深みぞ形ラジアル玉軸受88の外輪882と環状凹部852との嵌合は、しまりばめになっている。
ウォーム86はその左端部861の外周が、すべり軸受(ラジアル荷重だけを軸支するジャーナル軸受)872によって回転可能に軸支されている。すべり軸受872の外周は、ハウジング85の左端に形成された環状凹部854に圧入されると共に、ウォーム86の左端部861の外周とすべり軸受872の内周の嵌合は、すきまばめになっている。
ハウジング85の左端には、予圧調整ねじ89がねじ込まれており、予圧調整ねじ89の端面891とウォーム86の左端部861の左端面862との間には、すべりスラスト軸受873が介挿されている。また、モータケース81の右端と回転軸84の右端面841との間には、すべりスラスト軸受874が介挿されている。すべりスラスト軸受873及び874は、摩擦係数が小さく、耐摩耗性に優れた樹脂材料で成形されている。
予圧調整ねじ89を適度にねじ込み、すべりスラスト軸受873を介してウォーム86を右方に押圧した後、ロックナット892を締め付けて、予圧調整ねじ89をハウジング85の左端に固定すると、回転軸84の右端面841がすべりスラスト軸受874に強く押圧される。従って、ウォーム86及び回転軸84は、すべりスラスト軸受874とすべりスラスト軸受873によって、図5の左右両方向のスラスト力に対して予圧が付与されて、ガタの無い状態になる。
上記したように、本発明の実施例1では、モータケース81の外周面は、モータケース81の左端のフランジ部812側の外径寸法が最も大きく、フランジ部812から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなるように、テーパ状に形成されている。従って、モータケース81の剛性が高くなるため、電動モータ31の固有振動数が大きくなり、ロータの回転力による電動モータ31の首振り振動が抑制される。
本発明の実施例1では、モータケース81の外周面は、フランジ部812から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなるように、テーパ状に形成されているので、単純にモータケース81の肉厚を厚くした場合と比較して、フランジ部812から離れた側の重量の増加が小さいので、重量の増加に対する固有振動数の増加の効率が良い。また、部品点数が増加しないため、製造コストの上昇も小さく、電動モータの外形寸法が大きくならないため、電動モータを配置する場所の制限を受けない。
次に本発明の実施例2を説明する。図6は本発明の実施例2の電動モータの断面図である。以下の説明では、上記実施例1と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例1と同一部品には同一番号を付して説明する。
図6に示すように、実施例2の電動モータ31は実施例1と同様に、モータケース81の内周面811は、モータケース81の軸方向の全長にわたって同一の内径寸法に形成されている。また、モータケース81の外周面は、モータケース81の軸方向の長さの全長L3にわたって、テーパ状外周面815が形成されている。
すなわち、実施例2のテーパ状外周面815は、モータケース81の左端のフランジ部812側の外径寸法が最も大きく、フランジ部812から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなるように、モータケース81の左端のフランジ部812から、モータケース81の軸方向の長さの全長L3にわたって、テーパ状に形成されている。
本発明の実施例2では、モータケース81の外周面は、モータケース81の軸方向の全長にわたって、モータケース81の左端のフランジ部812側の外径寸法が最も大きく、フランジ部812から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなるように、テーパ状に形成されている。従って、実施例1よりもモータケース81の剛性が高くなるため、電動モータ31の固有振動数が大きくなり、ロータの回転力による電動モータ31の首振り振動の抑制効果が大きくなる。
上記実施例においては、電動モータのモータケース81の内周面811にマグネット82が固定され、回転軸84に電機子83が取り付けられているが、モータケース81の内周面811に電機子を固定し、回転軸84にマグネットを取り付けたブラシレスモータに適用してもよい。
さらに、上記実施例においては、電動パワーステアリング装置用のアシスト用モータ31に適用した例を示したが、ステアリングホイールのチルト位置またはテレスコピック位置を調整する、テレスコ用モータやチルト用モータに適用してもよい。
本発明のステアリング装置を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。 本発明のステアリング装置101の要部を示す正面図である。 図2のP矢視図である。 図2のA−A断面図であって、チルト駆動機構の要部を示す。 本発明の実施例1の電動モータの断面図である。 本発明の実施例2の電動モータの断面図である。
符号の説明
101 ステアリング装置
102 ステアリングシャフト
102A 上部ステアリングシャフト
103 ステアリングホイール
104 ユニバーサルジョイント
105 中間シャフト
106 ユニバーサルジョイント
107 ステアリングギヤ
108 タイロッド
11 車体
2 車体取付けアッパーブラケット
21 上板
22 左側板
221 内側面
23 右側板
231 内側面
24 下板
3 ロアーコラム
31 電動モータ(アシスト用モータ)
33 左側面
34 右側面
37 操舵補助部(電動アシスト機構)
373 減速ギヤボックス部
374 出力軸
375 下部車体取付けブラケット
376 チルト中心軸
4 アッパーコラム
41 フランジ
5 テレスコ駆動機構
51 電動モータ(テレスコ用モータ)
52 送りねじ軸
6 チルト駆動機構
61 電動モータ(チルト用モータ)
63 送りねじ軸
631、632 軸受
65 送りナット
651 チルト駆動力伝達突起
652 ナットホルダ
66 係合孔
7 スペーサ
71 内側面
72 調整ねじ
73 ロックナット
81 モータケース
811 内周面
812 フランジ部
813 テーパ状外周面
814 円筒状外周面
815 テーパ状外周面
82 マグネット
83 電機子
84 回転軸(出力軸)
841 右端面
85 ハウジング
851 フランジ部
852 環状凹部
853 底面
854 環状凹部
86 ウォーム
861 左端部
862 左端面
87 ウォームホイール
871、872 すべり軸受
873 すべりスラスト軸受
874 すべりスラスト軸受
88 深みぞ形ラジアル玉軸受
881 内輪
882 外輪
89 予圧調整ねじ
891 端面
892 ロックナット

Claims (4)

  1. 車体後方側にステアリングホイールが装着されるステアリングシャフト、
    上記ステアリングシャフトを回転可能に軸支するコラム、
    電動モータ、
    上記電動モータのモータケースに回転可能に軸支された回転軸、
    上記回転軸の回転を減速して、上記ステアリングシャフトの操舵補助力として伝達する減速機構を内蔵し、上記モータケースのフランジ部に結合されたハウジングを備えたステアリング装置において、
    上記電動モータのモータケースの外周面は、フランジ部側の外径寸法が大きく、フランジ部から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなるテーパ状に形成されていること
    を特徴とするステアリング装置。
  2. 車体後方側にステアリングホイールが装着されるステアリングシャフト、
    上記ステアリングシャフトを回転可能に軸支するとともに、チルト中心軸を支点とするチルト位置調整、または、上記ステアリングシャフトの中心軸線に沿ったテレスコピック位置調整が可能なコラム、
    電動モータ、
    上記電動モータのモータケースに回転可能に軸支された回転軸、
    上記回転軸の回転を減速して、上記コラムのチルト運動、または、テレスコピック運動として伝達する減速機構を内蔵し、上記モータケースのフランジ部に結合されたハウジングを備えたステアリング装置において、
    上記電動モータのモータケースの外周面は、フランジ部側の外径寸法が大きく、フランジ部から離れるに従って外径寸法が徐々に小さくなるテーパ状に形成されていること
    を特徴とするステアリング装置。
  3. 請求項1または請求項2のいずれかに記載されたステアリング装置において、
    上記電動モータのモータケースの外周面は、電動モータのモータケースの軸方向長さの全長にわたってテーパ状に形成されていること
    を特徴とするステアリング装置。
  4. 請求項1または請求項2のいずれかに記載されたステアリング装置において、
    上記電動モータのモータケースの外周面は、電動モータのモータケースの軸方向長さの途中までテーパ状に形成され、残りの外周面は外径寸法が一定の円筒状に形成されていること
    を特徴とするステアリング装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9865330B2 (en) 2010-11-04 2018-01-09 Qualcomm Incorporated Stable SRAM bitcell design utilizing independent gate FinFET

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