JP2015003611A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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波満 健志
Takeshi Hama
健志 波満
武士 和泉
Takeshi Izumi
武士 和泉
雅芳 作田
Masayoshi Sakuta
雅芳 作田
正一郎 神崎
Shoichiro Kanzaki
正一郎 神崎
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Abstract

【課題】通常操舵時の噛み合い摩擦を低く抑えつつ、高い逆入力荷重が作用した場合にも異音の発生を抑制できる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電動モータ19と、電動モータ19に傾動可能に連結されるウォーム軸27と、ウォーム軸27に噛合するウォームホイール29と、ウォーム軸27をウォームホイール29側に付勢する付勢手段50とを備え、電動モータ19によって操舵補助する電動パワーステアリング装置1において、付勢手段50は、板材を環状に巻いて円筒状に形成された円筒部51と、円筒部51の周方向の両端部からそれぞれ径方向外側に延出する第1ばね部52および第2ばね部53とを有し、円筒部51はウォーム軸27の外周に配置され、第1ばね部52は、ハウジング23と当接してウォーム軸27をウォームホイール29側に付勢し、第2ばね部53は、ハウジング23との間に所定の隙間を有して配置されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、電動モータにより操舵補助する電動パワーステアリング装置に関する。
自動車用の電動パワーステアリング装置としては、例えば、操舵軸の外周側に設けられたウォームホイールと、このウォームホイールに噛み合い、一端部が電動モータに連結されたウォーム軸とからなる減速機構を備え、減速機構を介して伝達される電動モータの駆動力によって、操舵軸の回転トルクに応じて操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置が知られている。
ウォーム軸とウォームホイールから構成される減速機構では、その噛み合い位置において、ウォーム軸とウォームホイールのバックラッシが適度に設定されることが必要である。しかし、例えば悪路を走行した場合、路面からの逆入力により上記バックラッシに起因した歯打ち音が発生することがある。
このため、例えば、特許文献1では、ウォーム軸の一端部を電動モータの出力軸に対し傾動可能に連結するとともに、その他端部を支持する軸受を径方向ウォームホイール側に進退自在として、付勢手段を用いてウォーム軸の他端部をウォームホイール側に付勢することで、ウォーム軸とウォームホイールとの回転中心間の距離を自動的に調整して上記バックラッシを除去する電動パワーステアリング装置が提案されている。
特開2004−203154号公報
しかしながら、特許文献1の電動ステアリング装置では、例えば、路面の荒れた悪路を走行する場合や縁石への乗り上げ時に、路面から高い逆入力荷重がウォーム軸に作用した場合、付勢手段の付勢力に抗して瞬間的にウォーム軸がウォームホイールから離間し、ウォームホイール側に戻る際にウォーム軸がウォームホイールに接触し、歯打ち音が発生するといった問題があった。この問題を解決するために、付勢手段のばね定数を予め大きく設定して付勢力を高くしておくことが考えられるが、この場合、逆入力荷重が比較的低い通常操舵時において、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合い摩擦が増加し、ハンドル戻りが悪くなるなど、操舵フィーリングが悪化するといった問題がある。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、通常操舵時の噛み合い摩擦を低く抑えつつ、高い逆入力荷重が作用した場合にも異音の発生を抑制できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
請求項1に係る発明は、ハウジングに固定される操舵補助用の電動モータと、前記電動モータの出力軸に軸継手を介して傾動可能に連結されるウォーム軸と、前記ウォーム軸に噛合し舵取り機構に繋がるウォームホイールと、前記ウォーム軸を前記ウォームホイール側に付勢する付勢手段とを備え、前記電動モータの回転によって操舵補助する電動パワーステアリング装置において、前記付勢手段は、板材を環状に巻いて円筒状に形成された円筒部と、前記円筒部の周方向の両端部からそれぞれ径方向外側に延出する第1ばね部および第2ばね部とを有し、前記円筒部は、前記ウォーム軸の外周に配置され、前記第1ばね部は、前記ハウジングと当接して、前記ウォーム軸を前記ウォームホイール側に付勢し、前記第2ばね部は、前記ハウジングとの間に所定の隙間を有して配置されていることを特徴とする。
上記のように構成した請求項1に係る発明によれば、ウォーム軸をウォームホイール側に付勢する付勢手段として第1ばね部および第2ばね部を有し、第1ばね部は、ハウジングと当接しており、第2ばね部は、ハウジングとの間に所定の隙間を有して配置されている。これにより、路面からの逆入力荷重が比較的低い通常操舵時は、第1ばね部のみでウォーム軸をウォームホイール側に付勢し、ウォーム軸とウォームホイールとの噛み合い摩擦を低く抑えつつ、ウォーム軸とウォームホイールとの回転中心間の距離を自動的に調整してバックラッシを除去することができる。また、悪路走行時等に逆入力荷重が高くなったときには、第1ばね部と第2ばね部の双方により通常操舵時より高い付勢力でウォーム軸をウォームホイール側に付勢するので、ウォーム軸の傾動を十分に抑制でき、ウォーム軸がウォームホイールから離間し、ウォームホイール側に戻る際に発生するウォーム軸とウォームホイールの歯打ち音を抑制することができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記第2ばね部のばね定数は、前記第1ばね部のばね定数より大きく設定されていることを特徴とする。
上記のように構成した請求項2に係る発明によれば、第2ばね部のばね定数が、第1ばね部のばね定数より大きく設定されているので、逆入力荷重が高くなった時に、ウォーム軸の傾動をより効果的に抑制でき、ウォーム軸とウォームホイールの歯打ち音をより確実に抑制することができる。
本発明によれば、通常操舵時の噛み合い摩擦を低く抑えつつ、高い逆入力荷重が作用した場合にも異音の発生を抑制できる電動パワーステアリング装置を提供することができる。
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の概略構成を示す模式図である。 図1の要部断面図である。 図2の付勢部材周辺の拡大断面図である。 図2の付勢部材の斜視図である。 図2のA−A線に沿う断面図である。 本発明の第2実施形態における付勢部材の斜視図である。
(第1実施形態)
以下、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について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、電動パワーステアリング装置1は、ハンドル等の操舵部材2に連結されているステアリングシャフト3と、ステアリングシャフト3に自在継手4を介して連結される中間軸5と、この中間軸5に自在継手6を介して連結されるピニオン軸7と、ピニオン軸7の先端部に設けられたピニオン8に噛み合うラック9を形成して車両の左右方向に延びるラック軸10とを有している。
ラック軸10の両端部にはそれぞれタイロッド11が連結されており、各タイロッド11は、対応するナックルアーム(図示せず)を介して対応する車輪12に連結されている。操舵部材2が操作されてステアリングシャフト3が回転されると、この回転は中間軸5等を介してピニオン8に伝達され、ピニオン8およびラック9によって、車両の左右方向に沿うラック軸10の直線運動に変換される。これにより車輪12の転舵が達成される。
ステアリングシャフト3は、操舵部材2に連なる筒状の入力軸としての第1の操舵軸13と、中間軸5等を介してピニオン軸7に連なる出力軸としての第2の操舵軸14とを有している。これら第1および第2の操舵軸13、14は、トーションバー15を介して同軸上に互いに連結されている。
ステアリングシャフト3の外周側に、トーションバー15を介する第1の操舵軸13と第2の操舵軸14との相対回転変位量を検出するトルクセンサ16が設けられている。このトルクセンサ16の検出信号は、制御部17に与えられる。制御部17は、トルクセンサ16からの検出信号に基づいて操舵部材2に加えられた操舵トルクを算出し、算出した操舵トルクや車速センサ22からの車速検出信号等に基づいて、ドライバ18を介して操舵補助用の電動モータ19への印加電圧を制御する。これにより、電動モータ19が駆動し、この電動モータ19の出力回転は、減速機構20を介して第2の操舵軸14へ伝達され、さらに中間軸5等を介して、ラック軸10、タイロッド11およびナックルアーム等を含む舵取り機構21に伝えられ、運転者の操舵が補助される。
次に、本発明の第1実施形態である電動パワーステアリング装置1の要部について図2を参照して説明する。減速機構20は、ハウジング23に収容され、ウォーム軸27と、このウォーム軸27と噛み合うと共に、第2の操舵軸14に一体回転可能且つ軸方向移動不能に連結されるウォームホイール29とを備える。
ハウジング23は、アルミニウム合金等からなり、ウォーム軸27を収容するウォーム軸収容部24と、ウォーム軸収容部24に連続して形成されるとともにウォームホイール29を収容するウォームホイール収容部25とを有している。ウォーム軸収容部24は、ウォーム軸27の軸方向に延びる円柱状の空間であり、その一端側(図2における右側)は、電動モータ19が固定される電動モータ固定孔26が設けられている。また、ウォーム軸収容部24の他端側(図2における左側)は、外部に開口しており、エンドカバー31によって閉塞されている。
電動モータ19は、ハウジング23に貫設された第2の操舵軸14の軸方向に対して、電動モータ19の軸方向が直交するように電動モータ固定孔26に固定されている。
ウォームホイール29は、第2の操舵軸14に結合される鉄等の金属にて形成された環状の芯金29aと、芯金29aの周囲を取り囲んで外周面に歯部30を形成する合成樹脂部材29bとを備えている。芯金29aは、例えば合成樹脂部材29bの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
ウォーム軸27は、鉄等の金属にて形成され、ウォーム軸27の一端部27aの先端は、後述する軸継手36を介して電動モータ19の出力軸32に連結されている。ウォーム軸27の軸方向中間部には、一端部27aと他端部27bよりも大径でウォームホイール29の歯部30に噛合するウォーム歯部28が形成されている。
ウォーム軸27の一端部27aと他端部27bは、それぞれ第1の軸受33および第2の軸受34によって回転自在に支持されている。第1および第2の軸受33、34は、例えば玉軸受からなる。
ここで、本実施形態の減速機構20には、ウォーム軸27とウォームホイール29との回転中心間の距離を調整してバックラッシを除去するバックラッシ調整機構が組み込まれている。すなわち、ウォーム軸27は、その一端部27aが軸継手36により電動モータ19の出力軸32に対して傾動可能に連結されるとともに、その他端部27bが付勢手段としての付勢部材50によりウォームホイール29に近接する方向(図2における略下方向)に付勢されている。
詳述すると、ウォーム軸27の一端部27aを支持する第1の軸受33は、その内部隙間が比較的大きく設定されており、ウォーム軸27の一端部27aの傾動が許容されている。そして、第1の軸受33は、固定部材44によってウォーム軸収容部24内に固定されている。一方、ウォーム軸27の他端部27bを支持する第2の軸受34は、その径方向に移動可能に設けられている。具体的には、ウォーム軸収容部24における他端側の開口部45の内径は、第2の軸受34の外径よりも大きく形成されている。そして、第2の軸受34は、エンドカバー31との間に間隔を空けて開口部45内に配置されることで径方向へ移動可能に設けられている。このようにウォーム軸27は、第1および第2の軸受33、34によって電動モータ19の出力軸32に対して傾動が許容された状態で回転可能に支持されている。
軸継手36は、互いに対向する方向に突出する複数の係合爪37a、38aを有する一対の金属製の継体37、38と、これら継体37、38間に介在する弾性体39とを備えている。弾性体39は、例えば、合成ゴムや合成樹脂で形成されている。そして、軸継手36は、継体37、38間で弾性体39が圧縮されることにより、各継体37、38に接続されたウォーム軸27と電動モータ19の出力軸32との間の傾動を許容しつつトルク伝達可能な構成となっている。
図3および図4に示すように、付勢部材50は、例えばステンレス鋼やばね鋼等の板材から形成され、該板材を環状に巻いて円筒状に形成された円筒部51と、円筒部51の端部51aによって片持ち状に支持された略L字状の第1ばね部52と、第1ばね部52の側方両側に配置され、円筒部51の端部51bによって片持ち状に支持された略L字状の一対の第2ばね部53、53とを有している。
第1ばね部52は、ハウジング23と当接して常にウォーム軸27をウォームホイール29側に付勢しており、第2ばね部53は、ハウジング23との間に所定の隙間を介して配置され、ウォーム軸27がウォームホイール29側に離間するように傾動したときにウォーム軸27をウォームホイール29側に付勢している。なお、図5に示すように、付勢部材50の円筒部51は、ウォームホイール29と反対側(図5における上側)の一部が切り欠かれている。
図4を参照して、さらに詳述すると、付勢部材50の第1ばね部52および第2ばね部53は、円筒部51から延接されており、第1ばね部52の第1基端部52aおよび第2ばね部53の第2基端部53aは、それぞれ円筒部51の端部51a、51bに連結されている。また、第1ばね部52は第1屈曲部52bと第1舌片部52cとを有し、第2ばね部53は第2屈曲部53bと第2舌片部53cとを有している。第1屈曲部52bと第2屈曲部53bはそれぞれ、第1基端部52aと第2基端部53aの端部から外向き直交状に延設されている。第1舌片部52cと第2舌片部53cはそれぞれ、第1屈曲部52bと第2屈曲部53bの端部から直交状に延接され、円筒部51と略同心の円弧状をなしている。
また、付勢部材50の第1ばね部52と第2ばね部53は、軸方向に間隔を空けて形成されている。第1ばね部52は円筒部51の軸方向中央に配置され、一対の第2ばね部53、53は、円筒部51の側端54、55側にそれぞれ配置されている。これにより、第1ばね部52および第2ばね部53は互い違いにされている。一対の第2ばね部53、53の軸方向の幅の合計は、第1ばね部52の幅より大きく形成されている。従って、第2ばね部53の合成ばね定数は、第1ばね部52のばね定数より大きく設定されている。また、付勢部材50の円筒部51の一方の側端54に第2の軸受34の端面に係止する複数の係止爪56が円筒部51と一体的に形成されている。
図3および図5に示すように、開口部45の内周面には、ウォームホイール29と反対側(図3、図5における上側)で、第1ばね部52および第2ばね部53と対向する位置に第1舌片部52cおよび第2舌片部53cを収容する凹部61が形成されている。凹部61は、断面略四角形状に形成されている。凹部61の深さは、逆入力荷重によってウォーム軸27がウォームホイール29から離間するように傾動していない組み付け時の状態で、凹部61の底面61aに第1ばね部52の第1舌片部52cが当接して弾性変形するように設定されている。これにより、第1ばね部52は、ウォーム軸27を常にウォームホイール29に付勢するようになっている。詳しくは、第1ばね部52において、円筒部51から延接する第1基端部52aが弾性変形する際の支点となっている。そして、第1ばね部52は、第1舌片部52cで発生した付勢力が円筒部51を介してウォーム軸27の他端部27bに伝達されることにより、該他端部27bを付勢する。
また、第2ばね部53は、組み付け時の状態では、凹部61の底面61aに第2ばね部53の第2舌片部53cが当接せず、悪路走行時等に逆入力荷重が高くなりウォーム軸27がウォームホイール29から離間するように傾動したときに接触して弾性変形するように設定されている。すなわち、組み付け時の状態で、第2ばね部53は、第2ばね部53の第2舌片部53cと凹部61の底面61aとの間に所定の隙間を有して配置されている。これにより、第2ばね部53は、逆入力荷重が高くなりウォーム軸27がウォームホイール29から離間するように傾動したときに、ウォーム軸27をウォームホイール29側に付勢するようになっている。なお、第2ばね部53は、第1ばね部52と同様に、第2舌片部53cで発生した付勢力が円筒部51を介してウォーム軸27の他端部27bに伝達されることにより、該他端部27bを付勢する。
上記のように構成された電動パワーステアリング装置1によれば、ウォーム軸27をウォームホイール29側に付勢する付勢手段として第1ばね部52および第2ばね部53を有している。第1ばね部52は、組み付け時の状態で、ハウジング23の開口部45に設けられた凹部61の底面61aに第1ばね部52の第1舌片部52cが当接して弾性変形するように配置されている。また、第2ばね部53は、組み付け時の状態では、第2ばね部53の第2舌片部53cと凹部61の底面61aとの間に所定の隙間を有して配置されている。
これにより、路面からの逆入力荷重が比較的低い通常操舵時は、第1ばね部52のみによってウォーム軸27の他端部27bが第2の軸受34を介してウォームホイール29側に付勢され、ウォーム軸27とウォームホイール29との噛み合い摩擦を低く抑えつつ、ウォーム軸27とウォームホイール29との回転中心間の距離を自動的に調整してバックラッシを除去することができる。
また、路面の荒れた悪路を走行する場合や縁石への乗り上げ時に、路面からの逆入力荷重が高くなったときには、ウォーム軸27がウォームホイール29から離間するように傾動し第1ばね部52の変形量が増加するとともに、第2ばね部53の第2舌片部53cが凹部61の底面61aに当接して、第2ばね部53が弾性変形する。これにより、ウォーム軸27は、第1ばね部52と第2ばね部53の双方によって通常操舵時より高い付勢力でウォームホイール29側に付勢されるようになり、ウォーム軸27の傾動を十分に抑制でき、ウォーム軸27がウォームホイール29から離間しウォームホイール29側に戻る際に発生するウォーム軸27とウォームホイール29の歯打ち音を抑制することができる。
さらに、付勢部材50の軸方向に対し、一対の第2ばね部53、53の幅の合計は、第1ばね部52の幅より大きく形成されており、第2ばね部53の合成ばね定数は、第1ばね部52のばね定数より大きく設定されているので、路面からの逆入力荷重が高くなった時に、第2ばね部53により大きな付勢力をウォーム軸27に作用させることができる。これにより、ウォーム軸27の傾動をより効果的に抑制でき、ウォーム軸27とウォームホイール29の歯打ち音をより確実に抑制することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明を具体化した第2実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態と上記第1実施形態との相違点は、付勢部材50を構成する第1ばね部52と第2ばね部53の配置位置および個数にある。付勢部材50以外は、第1実施形態と同じ構成である。このため、説明の便宜上、同一の構成については上記第1実施形態と同一の符号を付してその説明の一部又は全部を省略する。
第1実施形態では、図4に示すように、付勢部材50は、第1ばね部52と一対の第2ばね部53とを有している。これに対し、第2実施形態では、図6に示すように、付勢部材50として、第1ばね部52と第2ばね部53をそれぞれ1個有した構成となっている。第1ばね部52は円筒部51の側端55側に配置され、第2ばね部53は、円筒部51の側端54側にそれぞれ配置されている。また、第2ばね部53の幅は、付勢部材50の軸方向に対し第1ばね部52の幅より大きく形成され、第2ばね部53のばね定数を第1ばね部52より大きく設定されている。
付勢部材50のその他の構成については上記第1実施形態と同様であり、第1ばね部52は、ウォーム軸27がウォームホイール29から離間するように傾動していない組み付け時の状態で、凹部61の底面61aに第1ばね部52の第1舌片部52cが当接して弾性変形するように配置され、第2ばね部53は、組み付け時の状態では、第2ばね部53の第2舌片部53cと凹部61の底面61aとの間に所定の隙間を有して配置される。
上記のように構成された第2実施形態の電動パワーステアリング装置1においても、第1実施形態と同様な効果が得られる。また、付勢部材50の形状を簡素化できコストの増大を抑制することができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更することが可能である。
上記第1、第2実施形態に示す付勢部材50では、第2ばね部53のばね定数を第1ばね部52のばね定数より大きく設定するために、付勢部材50の軸方向に対する第2ばね部53の幅を第1ばね部52の幅より大きく形成していたが、これに限らず、第1ばね部52と第2ばね部53との径方向の厚みを相違させることにより、第2ばね部53のばね定数を第1ばね部52のばね定数より大きくしてもよい。また、第1ばね部52と第2ばね部53とで異なる熱処理を適用し、第2ばね部53のばね定数を第1ばね部52のばね定数より大きくしてもよい。
また、上記第1、第2実施形態では、付勢手段としての付勢部材50の第1ばね部52および第2ばね部53を、板材を環状に巻いて形成した板ばねにより構成したが、これに限らず、例えば、第1ばね部52および第2ばね部53をそれぞれ、コイルばねと樹脂やゴム等の弾性体により構成してもよい。具体的には、コイルばねの一端を凹部61の底面61aに当接させ、他端を第2の軸受34の外輪に当接させ、ウォーム軸27がウォームホイール29から離間するように傾動していない組み付け時の状態で、弾性変形するように配置するとともに、樹脂やゴム等の弾性体を、組み付け時の状態で、凹部61の底面61a又は第2の軸受34の外輪との間に所定の隙間を有するように配置してもよい。
1:電動パワーステアリング装置、 2:操舵部材、 3:ステアリングシャフト、
4、6:自在継手、 5:中間軸、 7:ピニオン軸、 8:ピニオン、 9:ラック、
10:ラック軸、 11:タイロッド、 12:車輪、 13:第1の操舵軸、
14:第2の操舵軸、 15:トーションバー、 16:トルクセンサ、
17:制御部、 18:ドライバ、 19:電動モータ、 20:減速機構、
21:舵取り機構、 22:車速センサ、 23:ハウジング、
24:ウォーム軸収容部、 25:ウォームホイール収容部、
26:電動モータ固定孔、 27:ウォーム軸、 27a:一端部、 27b:他端部、
28:ウォーム歯部、 29:ウォームホイール、 29a:芯金、
29b:合成樹脂部材、 30:歯部、 31:エンドカバー、 32:出力軸、
33:第1の軸受、 34:第2の軸受、 36:軸継手、 37、38:継体、
37a、38a:係合爪、 39:弾性体、 44:固定部材、 45:開口部、
50:付勢部材、 51:円筒部、 51a、51b:端部、 52:第1ばね部、
52a:第1基端部、 52b:第1屈曲部、 52c:第1舌片部、
53:第2ばね部、 53a:第2基端部、 53b:第2屈曲部、
53c:第2舌片部、 54、55:側端、 56:係止爪、 61:凹部、
61a:底面

Claims (2)

  1. ハウジングに固定される操舵補助用の電動モータと、前記電動モータの出力軸に軸継手を介して傾動可能に連結されるウォーム軸と、前記ウォーム軸に噛合し舵取り機構に繋がるウォームホイールと、前記ウォーム軸を前記ウォームホイール側に付勢する付勢手段とを備え、前記電動モータの回転によって操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
    前記付勢手段は、板材を環状に巻いて円筒状に形成された円筒部と、前記円筒部の周方向の両端部からそれぞれ径方向外側に延出する第1ばね部および第2ばね部とを有し、
    前記円筒部は、前記ウォーム軸の外周に配置され、
    前記第1ばね部は、前記ハウジングと当接して、前記ウォーム軸を前記ウォームホイール側に付勢し、
    前記第2ばね部は、前記ハウジングとの間に所定の隙間を有して配置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1に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記第2ばね部のばね定数は、前記第1ばね部のばね定数より大きく設定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。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016148248A1 (ja) * 2015-03-18 2016-09-22 株式会社ジェイテクト ウォーム減速機および電動パワーステアリング装置
EP3088278A1 (en) 2015-04-30 2016-11-02 Jtekt Corporation Worm reduction gear and steering system
JP2017222257A (ja) * 2016-06-15 2017-12-21 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーステアリング装置
JP2020176679A (ja) * 2019-04-18 2020-10-29 日本精工株式会社 ウォーム減速機及び電動アシスト装置
CN112398094A (zh) * 2020-11-21 2021-02-23 西安庆安电气控制有限责任公司 一种具有过载反馈功能的电动机构过载保护装置

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