JP2819484B2 - 電動式動力舵取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電動モータを操舵補助力発生手段として用い
てなる電動式動力舵取装置に関し、特に電動モータの回
転駆動力をステアリングシャフトに伝達する回転動力伝
達系を構成する歯車機構でのギヤ同士の噛合い時におい
てバックラッシュによって生じる歯打ち音等の発生を防
止するようにした電動式動力舵取装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

電動モータを操舵補助力発生手段として用いる電動式
の動力舵取装置が、従来からたとえば特開昭61−226362
号公報等を始めとして種々提案されている。そして、こ
の種の電動式の装置は、従来一般的な油圧式のものに比
べて構成が簡素化され、装置全体の小型、軽量かつコン
パクト化などが図れ、しかも運転者の舵取り操作や車輛
の各種走行条件等に応じて適切かつ確実な操舵補助力を
操舵輪側に伝達制御でき、また操舵必要時においてのみ
駆動するだけでよいため省エネルギ化も図れる等の利点
を奏するものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述したように電動モータを操舵補助力発
生手段として採用するにあたって、モータのステアリン
グ系に対する連結構造やモータの動作制御を始めとする
応答性などの動作性能の面で種々の問題があり、各部に
対してまだまだ改良の余地が残されている。

たとえば上述した電動式動力舵取装置を構成するうえ
で問題とされることの一つに、電動モータのモータ軸上
のピニオン（小ギヤ）と噛合するステアリングシャフト
側の被駆動側の大ギヤとの間に生じるバックラッシュが
ある。すなわち、このような回転動力伝達用の歯車機構
において、その回転伝達を適切かつ確実に行うために
は、ギヤ間にバックラッシュが当然必要となるが、この
場合においてバックラッシュが必要以上に大きいと、こ
れらギヤ間で噛合い部にがた付きが生じ、これにより
左、右回転方向に操舵したときに歯打ち音、がた付き音
が生じたり、噛合いによるトルク変動も生じ易く、回転
伝達時に応答不良を生じたりするといった問題を招いて
しまうものであった。これは、このようなモータ側のピ
ニオンと被駆動側の大ギヤとの間のバックラッシュは、
歯車機構各部の寸法誤差やその動きを保証するために必
要となる間隙等によっても大きくなってしまうことから
容易に理解されよう。また、一方において、ステアリン
グシャフトにおいて入力側の軸に対し舵取ハンドル側の
ハンドル軸がユニバーサルジョイント等で所定の傾きを
もって連結されており、操舵時等において生じる軸の曲
がりや振れ等によって、上述した入力側の軸、さらには
これにトーションバーを介して連結されている出力側の
軸が揺動動作し、上述したバックラッシュが必要以上に
大きくなるという問題もあり、上述したがた付きは避け
られないものであった。

そして、このようなバックラッシュが増大し、がた付
きが大きくなると、その分だけモータが正転、逆転駆動
されて回転伝達を行う際にあたってモータに空転状態が
生じ、車輛走行時に悪路走行、縁石乗り上げ等を生じた
場合に、操舵輪が接地面側から作用力で転舵され、いわ
ゆるキックバックと言われる衝撃回転力が操舵輪側から
逆入力として加わり、ギヤ部同士が衝突することによっ
て歯打ち音等が生じる等の問題をも招いてしまうもので
あった。

勿論、上述したバックラッシュを零とすれば、がた付
きをなくし、歯打ち音等をなくすことは可能となるが、
これには厳密な加工精度が必要となるばかりでなく、こ
れらギヤ部同士の噛合いによる回転伝達を行うことはで
きなくなるもので、現実的には不可能であった。

このため、本出願人は、実開平２−100876号公報など
により、一側面側にギヤ部を有するハイポイドギヤ等に
よる大ギヤを、ステアリングシャフト上で軸線方向に摺
動可能な状態で軸支し、かつこの大ギヤを、小ギヤとし
てのピニオンとの噛合い方向に付勢するコイルばね、板
ばねあるいは波ワッシャ等の付勢手段を設け、上述した
ピニオンに対しての大ギヤの噛合い部におけるバックラ
ッシュを、非操舵時においてほとんど零とするように調
整し得るようにした構成を、先に提案している。

しかしながら、このような従来構造では、大ギヤ全体
をシャフト上でピニオン側に付勢しているだけの構成で
あり、この大ギヤとその側面のギヤ部の一部に噛合うよ
うにピニオンを配置させてなる軸違い歯車であるハイポ
イドギヤにあっては、大ギヤがシャフト回りでピニオン
との噛合い部分と非噛合い部分での軸線方向への作用力
の相違によって片寄りを生じ、大ギヤのシャフトへの軸
支部分に加工精度等によって生じる隙間内でいわゆる倒
れ現象を生じる虞れがあった。そして、このような倒れ
現象が生じると、大ギヤの軸支部分とシャフトとの間で
こじりや引っ掛かり現象を生じることを避けられず、大
ギヤのがた付き、これによる歯打ち音の発生、さらにト
ルク変動、あるいは大ギヤとピニオンとのギヤ部の噛み
込み等といった問題を招いてしまうもので、これらの問
題点を解決し得る何らかの対策を講じることが望まれて
いる。

〔課題を解決するための手段〕

このような要請に応えるために本発明に係る電動式動
力舵取装置は、ギヤ部を一側面側に有しステアリングシ
ャフト上に軸支されている被駆動側の大ギヤと、この大
ギヤのギヤ部の一部に側方から噛合い電動モータからの
回転駆動力を伝達する小ギヤからなる軸違い歯車による
回転動力伝達用歯車機構を備えてなり、前記大ギヤをス
テアリングシャフト上に回転方向においてのみ連結した
状態で軸支させるとともに、この大ギヤにおける前記小
ギヤのギヤ部への噛合い部分に対応する他側面側に、こ
の大ギヤの一部を軸線方向に押圧して小ギヤに対して噛
合わせる付勢手段を付設したものである。

〔作用〕

本発明によれば、ステアリングシャフト上に回転方向
においてのみ連結して軸支される大ギヤの一側面側のギ
ヤ部において電動モータ側の小ギヤに対しての噛合い部
分のみを、付勢手段により常時適切な噛合い状態が得ら
れるように直接軸線方向に押圧して付勢し、これにより
両ギヤのギヤ部間でのバックラッシュを、非操舵時には
実質的に零となるようにし、左、右方向への操舵時にお
いてがた付きによる歯打ち音等を防止することが可能
で、しかもこれら左、右いずれの方向への操舵時にあっ
ては、大ギヤが、付勢手段の弾性支持力にて小ギヤから
若干逃げてこれら両ギヤの噛合い部において、上述した
歯打ち音等が問題とならず、所要の噛合い動作が可能と
なる程度のバックラッシュを確保することも可能で、所
要の回転伝達を適切に行える。

〔実施例〕

第１図および第２図は本発明に係る電動式動力舵取装
置の一実施例を示し、これらの図において、まず、全体
を符号１で示す電動式動力舵取装置の概略構成を第１図
および第２図にて簡単に説明すると、２は図示せぬ舵取
ハンドル側に連結される入力軸としてのスタブ軸、３は
図示せぬ操舵輪側に連結されるピニオン3aを有する出力
軸としてのピニオン軸、４はこれら両軸2,3を所定角度
範囲内で相対的に回転変位可能に連設するトーションバ
ーで、これらによってステアリングシャフトが構成され
ている。このステアリングシャフトを構成する軸2,3等
は、ピニオン3aと噛合するラック歯5aを有するラック５
と共に、ステアリングギヤボディ6,7内に貫通して配設
され、舵取操作に伴なって回転駆動される。なお、8a,8
b,8c;9a,9bはボディ6,7内で軸3,2を回転自在に支持する
ボールベアリング、ニードルベアリング、ブッシュ等に
よる軸受である。また、ラック５は、図示せぬピットマ
ンアーム、タイロッド等と共に操舵輪間を連結する舵取
リンク機構を構成する。

また、ステアリングシャフト機構部において、本実施
例では、舵取ハンドル側のスタブ軸２にトーションバー
４を介して連結された操舵輪側のピニオン軸３上に、入
力軸２側の側面が歯面（ギヤ部）10aとされた被伝達用
ギヤとなる大ギヤ10を軸支するとともに、この大ギヤ10
を介してピニオン軸３側に操舵補助力を与える電動モー
タ11およびそのモータ軸11aから回転伝達を受けるギヤ
軸12を、前記ピニオン軸３に略直交して同軸上に配置さ
せ、そのギヤ軸12先端に、大ギヤ10と共に操舵補助力伝
達用の歯車機構13となる減速歯車機構を構成する伝達用
ギヤである小ギヤ（ピニオン）12aを、前記大ギヤ10の
歯面10aの一部に側方から噛み合わせて設け、モータ11
からの操舵補助力をピニオン軸３側に伝達可能に構成し
ている。このような構成によれば、ステアリングシャフ
ト（2,3,4）等を有するギヤボディ6,7、ピニオン軸３に
ハイポイドギヤ、傘歯車等による減速歯車機構を介して
直接的に連結される電動モータ11などを効率よく連結で
き、装置全体の小型、軽量かつコンパクト化が可能とな
る。特に、本実施例のようなハイポイドギヤによれば、
軸の食違い分だけ軸線方向での小型化が可能となる。

一方、前記スタブ軸２とピニオン軸３とのトーション
バー４のねじりによる相対的な回転変位を検出しモータ
11を駆動するための検出機構14は、非接触型のトルクセ
ンサとしてピニオン軸３側に設けられるホール素子15お
よびこれに対向してスタブ軸２側に設けられるマグネッ
ト16と、前記ホール素子15が付設されかつその検出回路
としてのセンサ信号処理回路を有するプリント配線基板
17等によって構成され、その検出信号は、基板17に一体
的に設けた出力信号取出し用スリップリングとこれに摺
接するブラシ（摺動子）を有し信号取出部となるブラシ
ホルダ18からリード線18aによって引出されかつその先
端コネクタ部が接続されるジョイント部19aを有するコ
ネクタ部材19によりボディ６外部に引出されるように構
成されている。なお、このコネクタ部材19は、ボディ６
に穿設される開口部6aをシール材で水密構造をもって閉
塞した状態で着脱自在にねじ止めされるように構成さ
れ、その内部には前記ジョイント部19aに電気的に接続
されるとともに外部に導出されるリード線19bが付設さ
れている。なお、上述したホール素子15とマグネット16
とによるトルクセンサ等を含む検出機構14は、たとえば
特開平１−115771号公報等に示されるものと略同等の構
成を有するもので、その詳細な説明は省略する。

さらに、20は舵取操作に応じて操舵補助力を操舵輪側
に与える操舵系での出力側部材であるピニオン軸３先端
側での回転変位にて操舵角度、その角速度を検出する操
舵角速度センサである。

また、本実施例では、操舵輪側のステアリングシャフ
トであるピニオン軸３（出力軸系）に操舵補助力を伝達
する電動モータ11からの小ギヤ12aおよび大ギヤ10によ
る歯車機構13の途中に介在されたモータ軸11a側とピニ
オン軸３側への伝達用の小ギヤ12aを有するギヤ軸12側
との間での回転伝達を選択的に連結、遮断する電磁クラ
ッチ30を備えてなり、この電磁クラッチ30のフィールド
コア31を含む固定側部材であるクラッチハウジング32
を、モータ11の本体部11b側に固定するとともに、モー
タ軸11a側にフィールドコア31によって磁化されるクラ
ッチロータ33を設け、このクラッチロータ33に選択的に
吸着されるアーマチュア34を、ギヤ軸12側に設けられる
フランジ状部材35に板ばね36によりクラッチロータ33に
接するように付勢した状態で軸線方向に摺動動作可能に
設けている。ここで、図中37はアーマチュア34とフラン
ジ状部材35とのスプライン結合部、38はこれら両部材を
回転しない状態で軸線方向には移動可能に連結するガイ
ドピンである。また、前記ギヤ軸12をボールベアリング
39,40を介して回動可能に軸支するステアリングボディ
６側の段付き軸受孔41に、モータ本体部11b側のクラッ
チハウジング32の筒状部32aが嵌合され、インロー結合
により連結固定されている。

なお、図中11cはモータ軸11aをクラッチハウジング32
側に軸支するボールベアリング、42はギヤ軸12を軸支す
るボールベアリング39を段付き軸受孔41内に係止保持さ
せるためのリング状板材で、ねじ42aによりステアリン
グボディ６側に固定されている。さらに、43はインロー
結合によりステアリングボディ６側に連設されるクラッ
チハウジング32の止めねじで、また44は前記段付き軸受
孔41の大径部による段部とこれに嵌合して保持されるボ
ールベアリング39との間に介装される小ギヤ12aの大ギ
ヤ10の歯部10aへの歯当り調整を行なうためのシム、12b
はギヤ軸12のクラッチ側端面に凹設され装置組立時にお
いて適宜の治具でギヤ軸12を回動調整することにより小
ギヤ12aと大ギヤ10側とのバックラッシュ調整を行なう
ための調整用ねじ穴である。ここで、上述した構成にお
いて、電磁クラッチ30やモータ11はそれぞれ周知の構造
を有し、さらに周知の動作を行なうものであり、その詳
細な説明は省略する。

さて、本発明によれば、上述した構成による電動式動
力舵取装置１において、ギヤ部10aを一側面側に有しス
テアリングシャフト（ピニオン軸３）上に軸線方向に移
動可能で回転方向においてのみ連結して軸支される被駆
動側の大ギヤ10と、この大ギヤ10のギヤ部10aの一部に
側方から噛合い電動モータ11からの回転駆動力を伝達す
る小ギヤ12からなるハイポイドギヤ等の軸違い歯車によ
る回転動力伝達用の歯車機構13を備えてなり、前記大ギ
ヤ10における小ギヤ12のギヤ部12aへの噛合い部分に対
応する他側面側に、この大ギヤ10の一部を小ギヤ12に対
して常時噛み合わせるように局部的に軸線方向に押圧す
る弾性支持用の付勢手段60を付設するようにしたところ
に特徴を有している。

ここで、本実施例では、上述した大ギヤ10と小ギヤ12
との噛合い部分に、直接押圧付勢力を与える付勢手段60
として、ボディ６の一部に穿設したねじ孔61に螺合して
設けられるプラグホルダ62内に、ボール63を受け部材64
にて保持した状態で軸線方向に移動可能に支持させ、こ
れをばね65にて常時大ギヤ10の小ギヤ12への噛合い部分
を背面側から押圧して小ギヤ12との噛合い部分にバック
ラッシュがほとんど零となるように付勢し得る構成を採
用している。なお、図中66はばね65を保持しホルダ62の
外方端側に螺合して設けられる調整用部材、66aはその
調整用角穴、67はこの調整用部材66をホルダ62に固定す
るためのダブルナットである。ここで、上述した角穴66
aはこれに限定されず、調整用部材66の頭部を六角ナッ
ト状に形成し、これにより調整可能としてもよい。

このような構成によれば、大ギヤ10の一側面側にギヤ
部10aにおいて、電動モータ11側の小ギヤ12に対しての
噛合い部分のみを、付勢手段60により常時適切な噛合い
状態が得られるように直接押圧して付勢し、これにより
両ギヤ10,12のギヤ部10a,12a間でのバックラッシュを、
非操舵時には実質的に零となるようにし、左、右方向へ
の操舵時においてがた付きによる歯打ち音等を防止する
ことが可能で、しかもこれら左、右いずれの方向への操
舵時にあっては、大ギヤ10が、付勢手段60の弾性支持力
にて小ギヤ12から若干逃げてこれら両ギヤ10,12の噛合
い部において、上述した歯打ち音等が問題とならず、所
要の噛合い動作が可能となる程度のバックラッシュを確
保することも可能で、従来のような倒れ現象等を招くこ
となく、所要の回転伝達を適切に行えるものである。特
に、本発明によれば、上述した大ギヤ10を、ピニオン軸
３上に回転方向においてのみ連結して軸支し、キー結合
などで軸線方向に移動可能であって、しかもこの大ギヤ
10の軸支部分とピニオン軸３との間に該大ギヤ10がいわ
ゆるすりこぎ運動するような隙間をもたせて設けること
により、上述した作用効果を得ることが可能となるもの
である。

ここで、上述した付勢手段60による付勢力としては、
大ギヤ10の噛合い部分のみを小ギヤ12に対し直線軸線方
向に押圧して付勢することで、両ギヤ部10a,12a間での
バックラッシュを実質的に零とするか、あるいは歯打ち
音が微少で外部に聞こえない範囲で接している程度の大
きさであって、操舵時等では大ギヤ10を逃がして所要の
噛合い状態を得られるような弾性支持力を有するように
設定するとよい。また、大ギヤ10のピニオン軸３への軸
支部は、回転方向にのみ連結されておればよく、該ギヤ
10の軸線方向および径方向への多少の動きを許容し得る
程度のものでよい。

なお、本発明は、上述した実施例構造に限定されず、
各部の形状、構造等を必要に応じて適宜変形、変更する
ことは自由で、種々の変形例が考えられよう。たとえ
ば、上述した実施例では、モータ11からの操舵補助力伝
達用の歯車機構13として、ハイポイドギヤを用いた場合
を例示したが、本発明はこれに限定されず、平歯車を始
め、はすば歯車、遊星歯車、傘歯車等による軸違い歯車
からなる歯車機構13であってもよいもので、種々の変形
例が考えられる。

また、上述した実施例では、大ギヤ10をステアリング
シャフトとしてのピニオン軸３上に軸線方向に摺動可能
に軸支する手段として、キー結合を用いた場合を示して
いるが、大ギヤ10を回転方向において連結しかつ軸線方
向に移動可能な状態で支持し得る構成であればよく、ス
プライン結合等を始め、従来から周知の構成を採用し得
るものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る電動式動力舵取装置
によれば、ギヤ部を一側面側に有しステアリングシャフ
ト上に回転方向においてのみ連結して軸支される被駆動
側の大ギヤと、この大ギヤのギヤ部の一部に側方から噛
合い電動モータからの回転駆動力を伝達する小ギヤから
なる軸違い歯車による回転動力伝達用の歯車機構を有
し、前記大ギヤにおける小ギヤのギヤ部への噛合い部分
に対応する他側面側に、この大ギヤの一部を軸線方向に
押圧し小ギヤに対して噛合わせる付勢手段を付設するよ
うにしたので、簡単かつ安価な構成にもかかわらず、大
ギヤの一側面側にギヤ部において、電動モータ側の小ギ
ヤに対しての噛合い部分のみを、付勢手段により常時適
切な噛合い状態が得られるように直接押圧して付勢し、
これにより両ギヤのギヤ部間でのバックラッシュを、非
操舵時には実質的に零となるようにし、左、右方向への
操舵時の噛合いやキックバック時において従来生じてい
たがた付きによる歯打ち音等を防止することが可能で、
しかもこれら左、右いずれの方向への操舵時にあって
は、大ギヤが、付勢手段の弾性支持力にて小ギヤから若
干逃げてこれら両ギヤの噛合い部において、上述した歯
打ち音等が問題とならず、所要の噛合い動作が可能とな
る程度のバックラッシュを確保することも可能で、従来
のような倒れ現象を招く虞れもなく、所要の回転伝達
を、応答不良等を招くことなく、適切かつ確実に行える
という種々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電動式動力舵取装置の一実施例を
示す要部を拡大した概略側断面図、第２図は装置全体の
概略構成を説明するための概略断面図である。 １……電動式動力舵取装置、２……スタブ軸（入力
軸）、３……ピニオン軸（出力軸）、４……トーション
バー、５……ラック、6,7……ステアリングギヤボデ
ィ、10……大ギヤ（被伝達側歯車）、10a……ギヤ部、1
1……電動モータ、11a……モータ軸、12……ギヤ軸、12
a……小ギヤ（伝達歯車としてのピニオン）、13……操
舵補助力伝達用の歯車機構、60……弾性支持用の付勢手
段、63……ボール、64……受け部材、65……ばね、66…
…調整用部材。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ギヤ部を一側面に有しステアリングシャフ
   ト上に軸支されている被駆動側の大ギヤと、この大ギヤ
   のギヤ部の一部に側方から噛合い電動モータからの回転
   駆動力を伝達する小ギヤからなる軸違い歯車による回転
   動力伝達用歯車機構を備えてなり、前記大ギヤをステア
   リングシャフト上に回転方向においてのみ連結した状態
   で軸支させるとともに、この大ギヤにおける前記小ギヤ
   のギヤ部への噛合い部分に対応する他側面側に、この大
   ギヤの一部を軸線方向に押圧して小ギヤに対して噛合わ
   せる付勢手段を付設したことを特徴とする電動式動力舵
   取装置。