JP2008296633A - 電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構 - Google Patents

電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構 Download PDF

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Abstract

【課題】軸受のガタを除去して異音の発生を抑えることができ、好ましくは軸方向のコンパクト化を可能とした、電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を提供すること。
【解決手段】出力軸27をハウジング25に対して回動自在に支持する転がり軸受47,49を、ウォームホイール65の軸方向両側に配置した構成で、ウォームホイール65の芯金69と軸受47の内輪77との間に第2の皿バネ93を設け、芯金69を、一対の軸受47,49の内輪77,83により第2の皿バネ93を介して挟持する。
【選択図】図2

Description

本発明は、検知した操舵トルクに応じて操舵補助トルクを出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構に関する。
電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構において、運転者がステアリングホイールを回動することにより発生した操舵トルクを、トルク検知機構により検知し、検知した操舵トルクに応じて制御装置により電動モータを駆動させて操舵補助トルクを発生させ、ウォームギヤ減速機構を介して出力軸に伝達するようにしたものがある。このような電動アシスト機構を組み込んだ電動パワーステアリング装置では、運転者がステアリングホイールを回動すると、発生した操舵トルクは、ステアリングシャフト、ステアリングシャフトとトーションバーを介して連結された出力軸、出力軸と自在継手を介して連結されたロアステアリングシャフト、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤへと伝達され、走行輪を転舵する。
電動アシスト機構の一例として、特許文献1には、出力軸が一対の軸受を介してハウジングに回動自在に支持されているものが記載されている。出力軸にはウォームギヤのウォームホイールが外嵌しており、電動モータを駆動して発生させた操舵補助トルクが、ウォーム及びウォームホイールを介して出力軸に伝達されるようになっている。
特開2006−96209号公報
ところで、このような電動アシスト機構においては、出力軸を支持する軸受のガタ成分により、悪路走行時に異音が発生してドライバーに不快感を与えてしまうことがある。これを防ぐため、出力軸を支持する軸受にガタ成分の小さい4点接触軸受を採用する等の対策を行っているが、4点接触軸受は構造上高価であり、尚且つ出力軸のこじれ等に対してフリクションの増加や伝達効率の低下を招くため、電動アシスト機構の高精度加工が求められていた。
また、コラムタイプの電動パワーステアリング装置では、公知のエネルギー吸収機構のエネルギー吸収ストロークを充分に確保するため、電動パワーステアリング装置のコンパクト設計が望まれている。コラムタイプ電動パワーステアリング装置においては、特許文献1に記載のもののように、出力軸に外嵌する2個の軸受とウォームホイールが直列に配置されているため、軸方向のコンパクト化のためには、剛性を低下させることなくウォームホイールのボス部を軸方向に短縮する必要があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、軸受のガタを除去して異音の発生を抑えることができ、好ましくは軸方向のコンパクト化を可能とした、電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構は、ハウジングと、該ハウジングに収納され、ステアリングホイールの回動により発生した操舵トルクに応じて電動モータから発生させる操舵補助トルクを、前記ハウジング内部を貫いて延びる出力軸に伝達するウォームギヤとを有し、該ウォームギヤは、前記電動モータに連結されたウォームと、該ウォームに噛合するウォームホイールとから成り、該ウォームホイールは、中央に前記出力軸を圧入するためのボス部を一体に有する略円板状の芯金と、該芯金の外周部分に固着した樹脂ギヤとから成り、前記出力軸は、前記ボス部に圧入されると共に、前記芯金の軸方向両側において前記出力軸に外嵌した一対の軸受を介して前記ハウジングに回動自在に支持されている電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構において、
前記芯金と一方の前記軸受との間には弾性体が設けられ、前記芯金は前記一対の軸受の内輪に前記弾性体を介して挟持されていることを特徴とする。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構においては、前記弾性体は皿バネであることが好ましい。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構においては、前記皿バネのたわみ設定荷重は、前記モータ出力により前記ウォームホイールに発生する前記皿バネ向きの軸方向分力以上であることが好ましい。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構においては、前記出力軸の外周面上において、前記芯金の前記ボス部は前記樹脂ギヤの軸方向端面内で且つ該軸方向端面の一方側に配置され、前記樹脂ギヤの軸方向端面の他方側には前記軸受のいずれか一方が配置され、該いずれか一方の軸受は軸方向幅の半分以上が前記樹脂ギヤの径方向内側の空間に収納されていることが好ましい。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構においては、前記ボス部の一方の軸方向端面は、前記出力軸に形成された環状拡径段部の端面に当接しており、前記ボス部の前記一方の軸方向端面と前記環状拡径段部の前記端面には、互いに噛合して前記ウォームホイールと前記出力軸との相対回転を防止する凹凸部がそれぞれ成形されており、前記ボス部の軸方向厚さは、前記樹脂ギヤの軸方向幅の半分以下であり、且つ前記ボス部と前記樹脂ギヤとの間の前記芯金部分の厚さと略同じであることが好ましい。
本発明によれば、軸受のガタを除去して異音の発生を抑えることができる。また軸方向のコンパクト化を達成することもできる。
以下、本発明の第1及び第2実施形態について図面を参照して説明する。
まず、本発明の第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を組み込んだ、電動パワーステアリング装置の全体的な構成について図1を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を組み込んだ、電動パワーステアリング装置の車室側部分の一例を示す側面図である。
電動パワーステアリング装置1は、後端部にステアリングホイール3を取り付けたステアリングシャフト5と、内側でステアリングシャフト5を回動自在に支持する中空のステアリングコラム7と、ステアリングコラム7の前端部に設けられ、ステアリングホイール3の操舵力を補助する電動アシスト機構9等を有する。車室側において、電動パワーステアリング装置1は、ステアリングコラム7を支持する公知のブラケット機構11と、電動アシスト機構9に設けられたピボットピン13とを介して車体側構造部材15、17に取り付けられている。なお、本明細書中の説明における各部材の前後方向は、車両の前後方向に対応するものとする。
ブラケット機構11は、車体側構造部材15に固定された車体側ブラケット19とステアリングコラム7に固設された図示しないコラム側ブラケットとから成る。ブラケット機構11には、調整用レバー21を操作してコラム側ブラケットを車体側ブラケット19に対してロックまたはアンロックすることで、ステアリングホイール3のチルト位置を調整可能とする図示しない公知の機構が設けられている。またピボットピン13は、ステアリングホイール3のチルト位置調整の際に揺動支点となるチルトピボットを形成するものである。チルト位置調整の際には、調整用レバー21をアンロック操作してから、ステアリングホイール3をステアリングコラム7等と共に揺動させ、所望の位置で調整用レバー21をロック操作してステアリングホイール3のチルト位置を固定する。
電動アシスト機構9は電動モータ23やハウジング25、ハウジング25内部を貫いて延びる出力軸27等を有し、詳細な構成については後述するが、ハウジング25内で入力軸であるステアリングシャフト5と出力軸27とがトーションバーを介して連結され、両軸の周りにトルク検知機構やウォームギヤが設けられている。出力軸27は前端部で自在継手29を介してロアステアリングシャフト31に連結され、さらにロアステアリングシャフト31は図示しない車両前方のラックアンドピニオン式のステアリングギヤに連結されている。また、符号33は電動パワーステアリング装置1を覆うコラムカバー、符号35は車室とエンジンルームとを区画するダッシュボードをそれぞれ示す。
運転者がステアリングホイール3を回動することにより発生した操舵トルクは、ステアリングシャフト5から電動アシスト機構9に入力され、電動アシスト機構9内部で増大されて操舵補助トルクとして出力軸27に伝達され、さらに出力軸27から自在継手29、ロアステアリングシャフト31を介してステアリングギヤに伝達される。このようにして運転者は走行輪を転舵することができる。
次に、電動アシスト機構の構成について図2を参照して説明する。
図2は、図1の電動パワーステアリング装置の電動アシスト機構を拡大して示す断面図である。なお、電動モータ及びピボットピンの図示は省略している。また、チルトピボットの位置は、図1の配置に特に限定されるものではなく、例えば電動アシスト機構のハウジングから外れた位置にしても良い。
電動アシスト機構9のハウジング25は、ギヤハウジング37とその前側に固設されたカバー39とから成る。ギヤハウジング37は、前側でカバー39と共に画成する空間に後述するウォームギヤ41を収納し、後側には後述するトルク検知機構43を収納している。ギヤハウジング37の後端部には、ステアリングコラム7の前端部が外嵌して固定されている。また、ギヤハウジング37の後端部付近には、ステアリングコラム7内部を延びるステアリングシャフト5の前端部があり、ステアリングシャフト5は操舵トルクを電動アシスト機構9に入力する入力軸となっている(以下、ステアリングシャフト5を入力軸と呼ぶ)。また、符号44で示す部材はダストシールである。
ギヤハウジング37内部を中空の出力軸27が延在しており、出力軸27の前端部はハウジング25の外に出ている。出力軸27の前後端間の略中央部分には、出力軸外周面部を径方向に若干拡径した環状拡径段部45が形成されており、軸方向に幅を持つ環状拡径段部45の外周面とギヤハウジング37との径方向の間には転がり軸受47が介装されている。また、環状拡径段部45よりも前方の出力軸27の外周面とカバー39との径方向の間には転がり軸受49が介装されている。これら一対の転がり軸受47,49を介して、出力軸27がハウジング25に対して回動自在に、かつ入力軸5と同軸に支持されている。
入力軸5の前端部には、前端面側が開放された孔51と、この孔51に連続して軸線方向後方に穿設された有底孔53とが形成されている。孔51に出力軸27の後端部が挿入されている。出力軸27後端部外周と孔51の内周は、それぞれ複数の軸方向溝を有すると共に、互いに所定の径方向・周方向の隙間を開けて対向しており、操舵トルクが一定値を越えた際に入出力軸5,27が一体的に回動するようになっている。有底孔53にはトーションバー55の基端部が圧入固定してあり、トーションバー55は、中空に形成された出力軸27の内部空間を前方へ延び、その先端部が出力軸の前端部に固定ピン57により固定してある。
転がり軸受47よりも後側においてギヤハウジング37に設けられたトルク検知機構43は、環状拡径段部45よりも後側において出力軸27の外周面部に等間隔で形成された、軸方向に延びる図示しないトルク検知用溝と、これらトルク検知用溝の径方向外方に配置され、入力軸5の前端部外周に加締め等により外嵌固設された窓付のスリーブ59と、スリーブ59の径方向外方に配置されたトルク検知用のコイル61と、ギヤハウジング37に固定され、コイル61を包囲する略円筒状のコイル収納部62と、コイル61に接続されたトルク検知用の回路基板63と、外部との電気的接続用の図示しないハーネス等から構成されている。
出力軸27には、転がり軸受47と49との間の位置においてウォームホイール65が外嵌している。ウォームホイール65は、中央に出力軸27を圧入するためのボス部67を一体に有する略円板状の芯金69と、芯金69の外周部分に固着した樹脂ギヤ71とから成っている。芯金69のボス部67は、その外周の芯金69の部分より軸方向に肉厚に形成され、内側に円筒孔73を有している。この円筒孔73に出力軸27を圧入し、出力軸27の環状拡径段部45の軸方向前端面を、ボス部67の軸方向後端面に当接させる。また、ボス部67の軸方向前端面には、後述のように転がり軸受49の内輪を当接させる。出力軸27とウォームホイール65とはこのようにして固定され、トルク伝達時、一体的に回動する。
ウォームホイール65の樹脂ギヤ71は、電動モータ23の駆動軸に連結したウォーム75に噛合している。ウォーム75及びウォームホイール65が、電動アシスト機構9の減速機構であるウォームギヤ41を構成している。
電動アシスト機構9は以上のように構成されており、運転者がステアリングホイール3を回動することにより発生した操舵トルクは、入力軸5からトーションバー55、出力軸27へと伝達される。この際、トルク検知機構43により操舵トルクを検知し、これに応じて図示しない制御装置により適切な駆動信号を出力して電動モータ23を回転駆動させ、電動モータ23の回転力を、ウォームギヤ41を介して出力軸27に操舵補助トルクとして伝達する。電動モータ23の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、適切な操舵補助トルクを出力軸27に伝達することができる。
次に、出力軸を支持する転がり軸受と周辺部材との関係を中心に、より詳細に説明する。
転がり軸受47は、内輪77、外輪79、及び転動体である複数の玉(同一の符号81で表す)を有する。同様に、転がり軸受49は、内輪83、外輪85、及び転動体である複数の玉87を有する。また、転がり軸受49には、軸受内部から潤滑剤が漏洩したり、軸受内部に異物が入り込んだりすることを防ぐため、シールやシールド等の密封部材89が設けられている。転がり軸受47,49は以上のように構成されており、それぞれの内外輪が相対回転自在になっている。
転がり軸受47とコイル収納部62との間には、第1の皿バネ90が設けられている。第1の皿バネ90は、中央に出力軸27を挿通する孔を有する円板状で、且つ断面でみて軸方向後方に湾曲した形状であり、外周部が転がり軸受47の外輪79後端面に接触し、内周部がコイル収納部62前端面に接触している。
転がり軸受47の外輪79は、ギヤハウジング37に形成された環状の座部91に内嵌しており、径方向外方の動きが抑止されると共に、第1の皿バネ90を介して軸方向後方の動きが抑止されている。
転がり軸受47の内輪77と芯金69との間には弾性体である第2の皿バネ93が設けられている。第2の皿バネ93は、中央に孔を有する円板状で、且つ断面でみて軸方向後方に湾曲した形状であり、外周部が芯金69に接触し、内周部が転がり軸受47の内輪77前端面に接触している。
転がり軸受47の内輪77は、第2の皿バネ93を介して、転がり軸受49の内輪83と共に、ウォームホイール65の芯金69を挟み込んでいる。ここで、ボス部67の軸方向前端面が転がり軸受49の内輪83の軸方向後端面に当接している。さらに、内輪83は、出力軸27外周面に周に沿って形成された溝に嵌め込まれた内輪用止め輪94によって、軸方向前方の動きが抑止されている。
カバー39は中央に出力軸27を挿通する貫通孔を有し、貫通孔の周縁が、転がり軸受49に嵌合して外輪85を固定する軸受外輪固定部95となっている。軸受外輪固定部95が、外輪85の径方向外方及び軸方向後方の動きを抑止している。さらに、外輪85は、軸受外輪固定部95内周面に周に沿って形成された溝に嵌め込まれた外輪用止め輪96によって、軸方向前方の動きが抑止されている。
カバー39の外周部は、所定のインロー径でギヤハウジング37に嵌め合わせることが可能な形に成形されており、ギヤハウジング37に内嵌すると共にギヤハウジング37の前端面に当接している。
転がり軸受47,49と出力軸27、ウォームホイール65、ハウジング25とは上述のように構成されており、第2の皿バネ93を介して両軸受内輪で芯金69を挟持することで、転がり軸受2個とも同時に軸方向予圧を掛け、転がり軸受自体のガタ成分を除去している。また、弾性体93の弾性機能によりアキシャル予圧荷重の影響を緩和し、軸受フリクションの増加を抑えている。また、この予圧荷重は、モータ出力で発生するアシスト力範囲では、出力軸27が軸方向に移動できない程度の抑制力が望ましい。よって、弾性体である第2の皿バネ93のたわみ設定荷重を、モータ出力によりウォームホイールに発生する第2の皿バネ93向きの軸方向分力以上に設定している。
次に、本発明の第2実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構について、図3及び図4を参照して説明する。
図3は、本発明の第2実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を示す断面図である。なお、電動モータ、ピボットピン及びハウジング下方部分の図示は省略している。
図4は、図3の出力軸とウォームホイールとの結合方式を説明する分解斜視図である。
第2実施形態の電動アシスト機構は、第1実施形態と同様、図1に示した電動パワーステアリング装置に組み込むことができる。第2実施形態は第1実施形態と全体的な構成が同じであるため、重複する説明は省略し、各部材を第1実施形態と同一の符号で図3及び図4に示すにとどめる。以下、第2実施形態の主な特徴であるウォームホイールの構成を中心に説明する。
第2実施形態においては、出力軸27とウォームホイール65との圧入固定をより強固にするため、環状拡径段部45の軸方向前端面とボス部67の軸方向後端面に互いに噛合する形状の凹凸部をそれぞれ成形し、これらを回転止め手段としている。これら凹凸部は、図4に示すように、放射状に延びる突条からなり、周方向に交互に凹凸を繰り返す歯状に成形された出力軸側凹凸部97、及びホイール側凹凸部99である。なお、出力軸27とウォームホイール65との圧入固定をより一層強固にするため、ボス部67の一部を出力軸27外周面に形成した溝に加締めても良い。この加締めにより出力軸27とウォームホイール65との軸方向の移動を確実に規制することができる。
出力軸27の外周面上において、芯金69のボス部67と、ボス部67と樹脂ギヤ71との間の芯金部分は、樹脂ギヤ71の軸方向端面内で且つ樹脂ギヤ71の軸方向前端面側に配置され、樹脂ギヤ71の軸方向後端面側には転がり軸受47が配置され、転がり軸受47は軸方向幅の半分以上が樹脂ギヤ71の径方向内側の空間に収納されている。
より詳しく言えば、芯金69のボス部67と、ボス部67と樹脂ギヤ71との間の芯金部分は、樹脂ギヤ71の軸方向端面内で且つ樹脂ギヤ71の軸方向幅の中心位置(A−A面)から前方に外れた位置に配置されている。そして中心位置(A−A面)から後方に外れた位置では、樹脂ギヤ71の内周面と芯金69、出力軸27により画成される空間内に、転がり軸受47の軸方向幅の半分以上が収納されている。
ボス部67の軸方向厚さは、樹脂ギヤ71の軸方向幅の半分以下であり、且つボス部67と樹脂ギヤ71との間の芯金部分の厚さと略同じになっている。ここで、第2実施形態においては、上述のように出力軸27とウォームホイール65とは回転止め手段である凹凸部97,99を噛合させて固定されているので、ボス部67の軸方向厚さを、ボス部67から径方向外方にフランジ状に延在する芯金部分と同厚にしても、充分な剛性を保つことができる。従って、従来の円筒圧入のみによる固定の場合と比べ、ボス部の軸方向幅を短縮することができ、電動アシスト機構の軸方向のコンパクト化を達成することができる。これにより、例えば二次衝突時に衝撃を緩和する公知のエネルギー吸収機構のエネルギー吸収ストロークを長く取ることができる。
また、カバー39の軸受外輪固定部95は、軸方向後方に突出して外輪85に外嵌し、外輪85の径方向外方の動きを抑止する環状の径方向抑止部95aと、径方向抑止部95aの前端から一体的に径方向内方に延び、その後端面を外輪85の軸方向前端面に当接させて、外輪85の軸方向前方の動きを抑止する環状の軸方向抑止部95bとから成る。外輪85外周面は、略全体に亘り径方向抑止部95aの内周面に接触して支持されており、外輪85の軸方向前端面は、略全体に亘り軸方向抑止部95bの後端面に接触して支持されている。第2実施形態においては、止め輪は使用していない。転がり軸受47の内輪77と芯金69との間には弾性体である第2の皿バネ93が設けられ、内輪77,83はウォームホイール65の芯金69を挟持している。このようにして、第1実施形態と同様、軸受47,49に軸方向予圧が掛けられている。
以上のように、第1及び第2実施形態によれば、転がり軸受に軸方向予圧を与えることにより、転がり軸受のガタを除去して異音の発生を抑えることができる。また、電動アシスト機構をコンパクト化してエネルギー吸収ストロークを長く取ることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、種々変形可能である。
本発明の第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を組み込んだ、電動パワーステアリング装置の車室側部分の一例を示す側面図である。 図1の電動アシスト機構を拡大して示す断面図である。 本発明の第2実施形態に係る電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構を示す断面図である。 図3の出力軸とウォームホイールとの結合方式を説明する分解斜視図である。
符号の説明
1・・・・電動パワーステアリング装置
3・・・・ステアリングホイール
7・・・・ステアリングコラム
9・・・・電動アシスト機構
23・・・・電動モータ
25・・・・ハウジング
27・・・・出力軸
37・・・・ギヤハウジング
39・・・・カバー
41・・・・ウォームギヤ
47,49・・・・転がり軸受
65・・・・ウォームホイール
67・・・・ボス部
69・・・・芯金
71・・・・樹脂ギヤ
75・・・・ウォーム
77,83・・・・内輪
79,85・・・・外輪
90・・・・第1の皿バネ
93・・・・第2の皿バネ
97・・・・出力軸側凹凸部
99・・・・ホイール側凹凸部

Claims (5)

  1. ハウジングと、
    該ハウジングに収納され、ステアリングホイールの回動により発生した操舵トルクに応じて電動モータから発生させる操舵補助トルクを、前記ハウジング内部を貫いて延びる出力軸に伝達するウォームギヤとを有し、
    該ウォームギヤは、前記電動モータに連結されたウォームと、該ウォームに噛合するウォームホイールとから成り、
    該ウォームホイールは、中央に前記出力軸を圧入するためのボス部を一体に有する略円板状の芯金と、該芯金の外周部分に固着した樹脂ギヤとから成り、
    前記出力軸は、前記ボス部に圧入されると共に、前記芯金の軸方向両側において前記出力軸に外嵌した一対の軸受を介して前記ハウジングに回動自在に支持されている電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構において、
    前記芯金と一方の前記軸受との間には弾性体が設けられ、前記芯金は前記一対の軸受の内輪に前記弾性体を介して挟持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用の電動アシスト機構。
  2. 前記弾性体は皿バネであることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構。
  3. 前記皿バネのたわみ設定荷重は、前記モータ出力により前記ウォームホイールに発生する前記皿バネ向きの軸方向分力以上であることを特徴とする請求項2に記載の電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構。
  4. 前記出力軸の外周面上において、前記芯金の前記ボス部は前記樹脂ギヤの軸方向端面内で且つ該軸方向端面の一方側に配置され、前記樹脂ギヤの軸方向端面の他方側には前記軸受のいずれか一方が配置され、該いずれか一方の軸受は軸方向幅の半分以上が前記樹脂ギヤの径方向内側の空間に収納されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構。
  5. 前記ボス部の一方の軸方向端面は、前記出力軸に形成された環状拡径段部の端面に当接しており、前記ボス部の前記一方の軸方向端面と前記環状拡径段部の前記端面には、互いに噛合して前記ウォームホイールと前記出力軸との相対回転を防止する凹凸部がそれぞれ成形されており、
    前記ボス部の軸方向厚さは、前記樹脂ギヤの軸方向幅の半分以下であり、且つ前記ボス部と前記樹脂ギヤとの間の前記芯金部分の厚さと略同じであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置用の電動アシスト機構。
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