JP3701524B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングハンドルの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置には、ステアリングハンドルによる操舵トルクを、第１ラックアンドピニオン機構に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トルクを、第２ラックアンドピニオン機構に伝達し、これらの第１・第２ラックアンドピニオン機構を介して、操舵輪を操舵するようにしたものがあり、例えば、例えば特開昭６１−１６０３５９号「パワーステアリング装置」（以下、「従来の技術」と言う。）が知られている。
【０００３】
上記従来の技術は、同公報の図面に示される通り、左右の車輪４５，４５（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）を操舵するサイドロッド４２にラック４３を設け、このラック４３に２個のピニオン４０，４４を噛み合わせるというものである。ラック４３には、ハンドル１による操舵トルクをピニオン４０を介して伝達するとともに、操舵トルクに応じて駆動モータ２５が発生した補助トルクをピニオン４４を介して伝達することになる。ラック４３並びにサイドロッド４２は、操舵トルクに補助トルクを加えた複合トルクにより、車輪４５，４５を操舵することができる。
このように、操舵トルクを伝達するラックアンドピニオン機構と、補助トルクを伝達するラックアンドピニオン機構とを分離したので、各ラックアンドピニオン機構は、一体型ラックアンドピニオン機構に比べて小さい強度ですむ。
【０００４】
ところで、自動車のステアリング装置は、一般に操舵輪の最大操舵角を制限するためのストッパ機構を備えている。
具体的には、ストッパ機構は、ラック４３をスライド可能に収容したハウジング（図示せず）の長手方向両端部にラックエンドストッパ（図示せず）を取付け、また、ラック４３の両端部にボールジョイント（図示せず）を取付けたものである。ラック４３が所定量だけスライドすると、ボールジョイントがラックエンドストッパに当る。このようにラック４３の移動量を規制することで、車輪４５，４５の最大操舵角を制限することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術において、ラック４３は所定量だけスライドしたときに、ストッパ機構によって移動が規制される。ラック４３が停止するので、減速比の２乗に比例した駆動モータ２５の慣性によるトルクがピニオン４４に入力され、通常の操作時に比べて大きな補助トルクが作用する。このときの補助トルクは、操舵トルクよりも極めて大きい最大補助トルクである。
従って、補助トルクを伝達するラックアンドピニオン機構（ラック４３とピニオン４４との組合せ構造）は、最大補助トルクを勘案した大きな強度を要する。強度を高めるには、ラック４３並びにピニオン４４のモジュールを大きくしたり、高級な材料を使用することが考えられる。しかし、ラックアンドピニオン機構が大型になったり、高価格になるので、改良の余地がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、操舵トルクを伝達するラックアンドピニオン機構と、補助トルクを伝達するラックアンドピニオン機構とを分離した電動パワーステアリング装置において、電動機の慣性による大トルクが入力されても十分な強度と耐久性を有するラックアンドピニオン機構を備えた、電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、ステアリングハンドルによる操舵トルクを、第１ラックアンドピニオン機構に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トルクを、歯車式減速機構を介して第２ラックアンドピニオン機構に伝達するものであって、第１ラックアンドピニオン機構のラックを形成したラック軸が、第２ラックアンドピニオン機構のラックを形成したラック軸を兼ね、このラック軸によって操舵輪を操舵するようにした電動パワーステアリング装置において、第２ラックアンドピニオン機構だけが、ピニオン並びにラックをはすば歯車とし、はすば歯車の歯形を、１組の歯車のうち、少なくとも一方の歯車の歯末の面が、基準ピッチ線上をほぼ中心とする円弧面であり、少なくとも他方の歯車の歯元の面が、基準ピッチ線上をほぼ中心とする円弧面である、円弧歯形としたことを特徴とする。
【０００８】
補助トルクを伝達する、第２ラックアンドピニオン機構だけ、ピニオン並びにラックを、特に、すぐば歯車に且つ円弧歯形にして強度を高めた。第２ラックアンドピニオン機構のピニオン並びにラックは、はすば歯車であるから、すぐば歯車（平歯車）よりも大きい補助トルクを伝達することができる。さらに、第２ラックアンドピニオン機構のピニオン並びにラックは、円弧歯形であるから、インボリュート歯形よりも表面疲れ強さ、曲げ強さ、曲げ疲れ強さが大きい。このため、電動機の補助トルクが通常の操作時より大きい場合であっても、十分に伝達することができる。
第１ラックアンドピニオン機構は、運転者の操舵トルクを伝達するだけのものであるから、ラック軸が停止したときであっても、通常の操作時に比べて操舵トルクがそれほど大きくならないので、強度を高める必要はそれほどない。
【０００９】
さらに請求項１は、第２ラックアンドピニオン機構の、はすば歯車をなすピニオンのねじれ角を、はすば歯車の摩擦角を越えない範囲に設定したことを特徴とする。
【００１０】
操舵輪を左又は右へ最大操舵角まで操舵して、ラック軸がラックエンドストッパに衝突したとき、すなわち、ラック軸が移動終端まで移動したとき、第２ラックアンドピニオン機構のラックは即時に停止する。このときのトルクは、静トルクではなく衝撃トルクであるから、通常の操舵時よりも極めて大きい。しかし、はすば歯車のねじれ角が、はすば歯車の摩擦角を越えない範囲にあるから、このときには、ピニオンにスラストが作用しない。一方、ラックが左又は右の移動終端で停止していない通常の状態にあるときには、第２ラックアンドピニオン機構のピニオンに作用するスラストは、極めて小さい。
【００１１】
請求項２は、歯車式減速機構を、駆動ギヤと従動ギヤの組合せ構造とし、これらの駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面のいずれか一方又は両方を、低摩擦剤からなる被膜層にて被覆するとともに、駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせたことを特徴とする。
ここで、「低摩擦剤からなる被膜層にて被覆する」ことには、低摩擦剤にてコーティングしたり低摩擦剤を含浸させることを含む。
【００１２】
駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせた。このため、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いのガタが無い。ガタが無いので、電動機の慣性による衝撃トルクが、駆動ギヤの歯面から従動ギヤの歯面に作用することはない。従って、請求項３によれば、歯車式減速機構の耐久性をより一層高めることができる。
さらには、駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面のいずれか一方又は両方を、低摩擦剤からなる被膜層にて被覆した。駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面との間の滑り面の摩擦係数を、低摩擦剤にて低減させる。従って、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いのガタが無いにもかかわらず、動力伝達効率を高めることができる。
【００１３】
請求項３は、電動機と歯車式減速機構との間にトルクリミッタを介在させたことを特徴とする。
【００１４】
所定以上のトルクをトルクリミッタにてカットすることで、電動機から歯車式減速機構へ伝達する補助トルクを制限する。ラック軸がラックエンドストッパに衝突したときに、負荷側から電動機へ逆トルクがかかる。しかし、この逆トルクが過大であればトルクリミッタで伝達させないので、電動機に過大な逆トルクがかかる心配はない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。
電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングハンドル１１から操舵輪（車輪）２１，２１に至るステアリング系２２に介在した操舵機構２３と、この操舵機構２３に補助トルクを加える補助トルク機構２４とからなる。
【００１６】
詳しくは、電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングハンドル１１にステアリングシャフト１２及び自在軸継手１３，１３を介して、操舵機構２３の入力軸３１を連結し、入力軸３１に第１ラックアンドピニオン機構３２を連結し、第１ラックアンドピニオン機構３２に左右のタイロッド３７，３７を介して左右の操舵輪２１，２１を連結したものである。
第１ラックアンドピニオン機構３２は、入力軸３１に設けた第１ピニオン３３と、第１ピニオン３３に噛み合うための第１ラック３４を設けたラック軸３５とからなる。
【００１７】
補助トルク機構２４は、ステアリングハンドル１１で発生したステアリング系２２の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ７０と、操舵トルクセンサ７０の検出信号に基づき制御信号を発生する制御手段８１と、制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを発生する電動機８２と、電動機８２にトルクリミッタ９０及び歯車式減速機構１１０を介して連結した第２ラックアンドピニオン機構１３２とからなる。操舵トルクセンサ７０は、操舵機構２３に取付けたものである。
【００１８】
第２ラックアンドピニオン機構１３２は、ピニオン軸１３１に設けた第２ピニオン１３３と、第２ピニオン１３３に噛み合う第２ラック１３４とからなる。第２ラック１３４は、第１ラックアンドピニオン機構３２のラック軸３５に設けたものである。すなわち、第１ラックアンドピニオン機構３２のラック軸３５が、第２ラックアンドピニオン機構１３２のラック軸を兼ねる。
【００１９】
このような電動パワーステアリング装置１０によれば、運転者がステアリングハンドル１１を操舵することにより発生した操舵トルクを、入力軸３１及び第１ラックアンドピニオン機構３２を介して、ラック軸３５に伝達することができる。
さらには、操舵トルクを操舵トルクセンサ７０で検出し、この検出信号に基づき制御手段８１で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動機８２で発生し、補助トルクをトルクリミッタ９０、歯車式減速機構１１０、ピニオン軸１３１及び第２ラックアンドピニオン機構１３２を介して、ラック軸３５に伝達することができる。
従って、運転者の操舵トルクに電動機８２の補助トルクを加えた複合トルクによって、ラック軸３５及び左右のタイロッド３７，３７を介して、左右の操舵輪２１，２１を操舵することができる。
【００２０】
図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る操舵トルクセンサの原理図である。
操舵トルクセンサ７０は、鉄鋼材のように磁歪特性を有する入力軸３１にトルクが作用したときに、このトルクに応じて生じる磁歪効果を電気コイルにて電気磁気的に検出する、磁歪式トルクセンサである。このような磁歪式トルクセンサは、特開平６−２２１９４０号公報「磁歪式トルクセンサ」に示されるように、公知のセンサである。以下、操舵トルクセンサ７０の概要について説明する。
【００２１】
（ａ）に示す操舵トルクセンサ７０は、概ね８の字状に形成した励磁コイル７１と、励磁コイル７１とほぼ同様の大きさで概ね８の字状に形成した検出コイル７２とを、ほぼ同心上に互いに略直交させて重ね、これらの励磁・検出コイル７１，７２を１組の磁気ヘッド７３として、入力軸３１の外周面の近傍に配置したものである。この場合、励磁コイル７１をなす８の字状の直線部分を、入力軸３１の外周にほぼ平行又は軸方向にほぼ平行にして配置する。７４は励磁電圧供給源、７５は出力電圧増幅器である。
【００２２】
励磁電圧供給源７４から励磁コイル７１に２０〜１００ｋＨｚ程度の高周波数の交流電圧（励磁電圧）を供給すれば、トルクに基づく入力軸３１の磁歪効果に対応して、検出コイル７２にて励磁電圧と同じ周波数の交流電圧（出力電圧）を得ることができる。
出力電圧は、入力軸３１に作用するトルクの方向によって、励磁電圧と同相又は逆相になる。このときの出力電圧の振幅は、トルクの大きさに比例する。従って、励磁電圧の位相を基準として、出力電圧を同期整流すれば、トルクの大きさと方向を検出することができる。
【００２３】
出力電圧は出力電圧増幅器７５にて増幅され、操舵トルクセンサ７０の検出信号として、制御手段８１に発することになる。
なお、入力軸３１の磁化力が小さければ、励磁コイル７１と検出コイル７２の巻数を増し、これらの励磁・検出コイル７１，７２を１巻ずつ交互に配列することで、対応すればよい。
【００２４】
（ｂ）に示す操舵トルクセンサ７０は、励磁・検出コイル７１，７２からなる磁気ヘッド７３を２組準備し、これら２組の磁気ヘッド７３，７３を、入力軸３１の外周面の近傍に且つ入力軸３１の軸線の対称位置に配置したものである。そして、出力電圧増幅器７５で、検出コイル７２，７２からの出力電圧の差を増幅することにより、環境温度の変化に対してあまり変化しない操舵トルク信号を得ることができる。
【００２５】
上記（ａ）や（ｂ）の操舵トルクセンサ７０を採用することにより、従来の電動パワーステアリング装置において操舵トルクを検出する場合のように、入力軸３１を長手方向に二分割して、これら分割軸間をトーションバーにて連結する必要がない。従って、入力軸３１を簡素な構成にすることができるとともに、入力軸３１を十分に長く設定することができる。
しかも、図１に示す入力軸３１に設けた第１ピニオン３３を加工する場合に、入力軸３１を加工機械にセッテイングすることが容易であり、加工精度を一層高めることができる。加工精度が高まると、第１ピニオン３３と第１ラック３４との噛み合い精度も高まる。この結果、第１ラックアンドピニオン機構３２の動力伝達効率を高めることができる。
【００２６】
図３は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、左端部及び右端部を断面して表したものである。この図は、電動パワーステアリング装置３０のラック軸３５を、車幅方向（図左右方向）に延びるハウジング４１に軸方向へスライド可能に収容したことを示す。
ラック軸３５は、ハウジング４１から突出した長手方向両端にボールジョイント３６，３６をねじ結合し、これらのボールジョイント３６，３６に左右のタイロッド３７，３７を連結した軸である。ハウジング４１は、図示せぬ車体に取付けるためのブラケット４２，４２を備えるとともに、長手方向両端部にストッパ４３，４３を取付けたものである。
【００２７】
ラック軸３５が右へ所定量だけスライドすると、左のボールジョイント３６の当接端面（ラックエンド）３８がストッパ４３に当る。ラック軸３５が左へ所定量だけスライドすると、右のボールジョイント３６の当接端面（ラックエンド）３８がストッパ４３に当る。このようにしてラック軸３５の移動量を規制することで、左右の操舵輪２１，２１（図１参照）の最大操舵角を制限することができる。すなわち、ラック軸３５が移動終端まで移動したときに、左右の操舵輪２１，２１の操舵角は最大になる。
図中、４４，４４はダストシール用ブーツである。
【００２８】
図４は図３の４−４線断面図であり、操舵機構２３の縦断面構造を示す。
操舵機構２３は、入力軸３１、第１ラックアンドピニオン機構３２、操舵トルクセンサ７０をハウジング４１に収納し、このハウジング４１の上部開口をリッド４５で塞いだものである。操舵トルクセンサ７０は、ハウジング４１又はリッド４５に取付けたものである。
【００２９】
ハウジング４１は、入力軸３１の下端部及び長手中央部を、上下２個の軸受５１，５２を介して回転可能に支承することで、縦置きにセットしたものであり、第１ラックガイド６０を備える。５３はリッド取付ボルト、５４は止め輪である。
【００３０】
入力軸３１は、下部に第１ピニオン３３を一体に形成し、さらに下端部にねじ部５５を形成するとともに、上端部をリッド４５から外方へ突出したピニオン軸である。第１ラック３４は、ラック軸３５に一体に形成したものである。ねじ部５５にナット５６をねじ込むことで、入力軸３１の長手方向（軸方向）の移動を規制することができる。５７は袋ナット、５８はオイルシールである。
【００３１】
第１ラックガイド６０は、第１ラック３４と反対側からラック軸３５に当てるガイド部６１と、このガイド部６１を圧縮ばね６２を介して押す調整ボルト６３とからなる。このような第１ラックガイド６０によれば、ハウジング４１にねじ込んだ調整ボルト６３にて、圧縮ばね６２を介してガイド部６１を適切な押圧力で押すことで、ガイド部６１で第１ラック３４に予圧を与えて、第１ラック３４を第１ピニオン３３に押し付けることができる。６４はラック軸３５の背面を滑らせる当て部材、６５はロックナットである。
【００３２】
ところで、上記操舵トルクセンサ７０については、次のような構成にすることができる。すなわち、入力軸３１に、作用トルクに応じて磁歪特性が変化する強磁性体膜７７を所定幅で全周にわたって設け、この強磁性体膜７７に対向して、上記図２に示す励磁・検出コイル７１，７２を配置する。入力軸３１を介して強磁性体膜７７にトルクが作用したときに、このトルクに応じて強磁性体膜７７に生じる磁歪効果を、検出コイル７２にて電気磁気的に検出することができる。強磁性体膜７７は、例えば、入力軸３１に気相メッキ法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜である。
【００３３】
図５は図３の５−５線断面図であり、補助トルク機構２４の縦断面構造を示す。
補助トルク機構２４は、トルクリミッタ９０（図１参照）、歯車式減速機構１１０、ピニオン軸１３１、第２ラックアンドピニオン機構１３２をハウジング４１に収納し、このハウジング４１の上部開口をリッド４６で塞いだものである。ハウジング４１は、ピニオン軸１３１の下端部及び長手中央部を、上下２個の軸受１５１，１５２を介して回転可能に支承することで、縦置きにセットしたものであり、第２ラックガイド１６０を備える。１５３はリッド取付ボルト、１５４は止め輪である。
【００３４】
ピニオン軸１３１は、下部に第２ピニオン１３３を一体に形成し、さらに下端部にねじ部１５５を形成したものである。第２ラック１３４は、ラック軸３５に一体に形成したものである。ねじ部１５５にナット１５６をねじ込むことで、ピニオン軸１３１の長手方向（軸方向）の移動を規制することができる。１５７は袋ナット、１５９はスペーサである。
【００３５】
第２ラックガイド１６０は、第２ラック１３４と反対側からラック軸３５に当てるガイド部１６１と、このガイド部１６１を圧縮ばね１６２を介して押す調整ボルト１６３とからなる。このような第２ラックガイド１６０によれば、ハウジング４１にねじ込んだ調整ボルト１６３にて、圧縮ばね１６２を介してガイド部１６１を適切な押圧力で押すことで、ガイド部１６１で第２ラック１３４に予圧を与えて、第２ラック１３４を第２ピニオン１３３に押し付けることができる。１６４はラック軸３５の背面を滑らせる当て部材、１６５はロックナットである。
【００３６】
図６は図５の６−６線断面図であり、電動機８２とトルクリミッタ９０と歯車式減速機構１１０とピニオン軸１３１との関係を示す。
電動機８２は、出力軸８３を横向きにしてハウジング４１に取付け、ハウジング４１内に出力軸８３を延したものである。
【００３７】
歯車式減速機構１１０は、電動機８２で発生した補助トルクをピニオン軸１３１に伝達するトルク伝達手段であって、駆動ギヤと従動ギヤの組合せ構造である、ウォームギヤ機構からなる。詳しくは、歯車式減速機構１１０は、電動機８２の出力軸８３にトルクリミッタ９０を介して連結した伝動軸１１１と、伝動軸１１１に形成したウォーム（駆動ギヤ）１１２と、ウォーム１１２に噛み合うとともにピニオン軸１３１に結合したウォームホイール（従動ギヤ）１１３とからなる。電動機８２の補助トルクを、ピニオン軸１３１を介して第２ラックアンドピニオン機構１３２（図１参照）に伝達することができる。
【００３８】
本発明は、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面との、いずれか一方又は両方を、表面処理することによって、低摩擦剤からなる被膜層にて被覆したことを特徴とする。低摩擦剤からなる被膜層にて被覆するには、例えば、低摩擦剤にてコーティングしたり低摩擦剤を含浸させる。低摩擦剤にて、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面との間の、滑り面の摩擦係数を所定値まで低減させることにより、動力伝達効率を高めることができる。
低摩擦剤としては、例えば、ポリテトラフルエチレン（略記；ＰＴＦＥ、登録商標；テフロン）等のフッ素樹脂がある。フッ素樹脂は摩擦係数が極めて小さい。
【００３９】
上記低摩擦剤を用いる表面処理方法としては、次の第１表面処理方法や第２表面処理方法がある。
（１）第１表面処理方法は、ウォーム１１２やウォームホイール１１３の材質を機械構造用炭素鋼鋼材（JIS-G-4051）等の鉄鋼とし、所定の処理液中でウォーム１１２の歯面やウォームホイール１１３の歯面に無電解ニッケルとＰＴＦＥを共析させ、被膜の中にＰＴＦＥを容積比で１０〜３０％まで均一に含ませ、被膜生成後に熱処理（約４００℃で焼成）を施すことで、歯面に無電解ニッケルとＰＴＦＥの被膜を強固に密着させる処理方法である。被膜の厚みは５〜２０μｍである。この第１表面処理方法は、アルバックテクノ（株）の「ニフグリップ（登録商標）」として知られている。
【００４０】
（２）第２表面処理方法は、ウォーム１１２やウォームホイール１１３の材質を機械構造用炭素鋼鋼材（JIS-G-4051）等の鉄鋼とし、ウォーム１１２の歯面やウォームホイール１１３の歯面に、無電解メッキ法にてニッケル・リンの多孔性被膜を形成し、この多孔性被膜にＰＴＦＥを含浸させ、その後に、熱処理（約４００℃で焼成）を施すことで、歯面に被膜を強固に密着させる処理方法である。歯面に密着した被膜は、粒子状に析出したニッケル・リンの多孔性被膜にＰＴＦＥを含浸させたものであり、厚みは５〜２０μｍである。この第２表面処理方法は、アルバックテクノ（株）の「ニダックス（登録商標）」として知られている。
【００４１】
伝動軸１１１は、出力軸８３と同心上に配置し、２個の軸受１１４，１１５を介してハウジング４１にて回転可能に支承した軸である。ハウジング４１は、出力軸８３に近い位置にある第１軸受１１４を軸方向移動不能に取付け、出力軸８３から遠い位置にある第２軸受１１５を軸方向移動可能に嵌合したものである。さらには、第２軸受１１５の外輪の端面を、板ばね１１６を介して調整ボルト１１７で出力軸８３側に押している。調整ボルト１１７と薄板円盤状の板ばね１１６の押圧力にて、第１・第２軸受１１４，１１５に予圧を与えることで、伝動軸１１１の軸方向の遊びがないように調整する、すなわち、ガタ取りすることができる。しかも、ウォーム１１２の軸方向変位を調整して、ウォーム１１２とウォームホイール１１３の噛み合いを、適切な摩擦を保ちつつガタが無いように調整することができる。
また、板ばね１１６の弾性力により、伝動軸１１１の軸方向の熱膨張等を吸収することができる。１１８はロックナット、１１９は止め輪である。
【００４２】
ところで、本発明は、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせたことを特徴とする。バックラッシを無くする構成としては、例えば、次の（１）〜（４）の組合せからなる。
（１）ウォーム１１２を金属製品にするとともに、その歯面を上記低摩擦剤からなる被膜層にて被覆する。
（２）ウォームホイール１１３を樹脂製品にする。
（３）ウォーム１１２の中心Ｏ1からウォームホイール１１３の中心Ｏ2までの距離Ｘを、所定の理論値（基準値）に設定する。
（４）ウォーム１１２の基準ピッチ円直径ｄ１又はウォームホイール１１３の基準ピッチ円直径ｄ２を、所定の理論値（基準値）よりも若干大きく設定する。
【００４３】
歯車式減速機構１１０を組立たときに、基準ピッチ円直径ｄ１又はｄ２が大きい分だけ、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面とを、予圧を付加して噛み合わせることになる。この結果、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面との間のバックラッシ（噛み合い隙間）が無くなるので、噛み合いのガタが無くなる。噛み合いのガタが無いので、電動機８２の慣性による衝撃トルクが、ウォーム１１２の歯面からウォームホイール１１３の歯面に作用することはない。従って、歯車式減速機構１１０の耐久性が、より一層高まる。
【００４４】
但し、バックラッシが無いので、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面との間の噛み合い抵抗（フリクション）が増す。この点を解消するために、ウォーム１１２の歯面を上記低摩擦剤からなる被膜層にて被覆した。この結果、低摩擦剤にて、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面との間の、滑り面の摩擦係数を低減させることができる。従って、ウォーム１１２とウォームホイール１１３の噛み合いのガタが無いように調整したにもかかわらず、各ギヤ１１２，１１３の歯面同士の摩擦を適切に保って、動力伝達効率を高めることができる。
【００４５】
図７は本発明に係るトルクリミッタの断面図である。
本発明は、電動機８２と歯車式減速機構１１０との間にトルクリミッタ９０を介在させたことを特徴とする。トルクリミッタ９０は、電動機８２の出力軸８３にセレーション結合したインナ部材９１を、伝動軸１１１にセレーション結合した筒状のアウタ部材９３に嵌合したトルク制限機構である。
【００４６】
インナ部材９１は外周面９２を、伝動軸１１１の先端に向って先細りテーパとした雄部材である。アウタ部材９３は内周面９４を、インナ部材９１の外周面９２が嵌合するべく先広がりテーパとした雌部材である。テーパ状の外周面９２をテーパ状の内周面９４に嵌合し、インナ部材９１の後端面９５を皿ばね９６で弾発しつつ止め輪９７で抜け止めすることで、トルクリミッタ９０を組立ることができる。１０１はスペーサ、１０２はワッシャ、１０３は皿ばねである。
【００４７】
皿ばね９６の弾発力で、外周面９２を内周面９４に押し付けて予圧を与えることにより、外周面９２を内周面９４に所定の摩擦力を有して、連結することができる。このようなトルクリミッタ９０であるから、所定の摩擦力を上回る大きなトルクが作用すると、外周面９２と内周面９４との間がスリップする。この結果、電動機８２から歯車式減速機構１１０へ伝達する補助トルクを制限、すなわち、オーバートルクをカットすることができる。負荷側から電動機８２へかかる逆トルクが過大であればトルクリミッタ９０で伝達させないので、電動機８２に過大な逆トルクがかかる心配はない。
【００４８】
さらには、インナ部材９１をアウタ部材９３にテーパにて嵌合したので、両者の組立精度は高く、心合せも容易である。従って、出力軸８３に対する伝動軸１１１の組立精度は高く、心合せも容易である。
また、比較的高速回転する電動機８２と歯車式減速機構１１０との間に、トルクリミッタ９０を介在させたので、トルクリミッタ９０が小さくてすみ、トルクリミッタ９０の小型化、低コスト化を図ることができる。小型のトルクリミッタ９０であるから配置スペースが少なくてすむので、ハウジング４１に収納することが容易である。
【００４９】
図８（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る第２ラックアンドピニオン機構の構成図である。なお、理解を容易にするために、第２ラック１３４よりも図手前側に第２ピニオン１３３を配置して表した。Ｌ１は第２ピニオンの中心線、Ｌ２はラック軸の中心線、Ｌ３は第２ラックの歯面に直角な線である。
なお、図８及び図９においては、第２ピニオンの中心線Ｌ１がラック軸の中心線Ｌ２に直交する場合について、説明する。
【００５０】
（ａ）は、第２ラックアンドピニオン機構１３２の第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４を「はすば歯車（ヘリカルギヤ）」としたことを示す。すなわち、第２ピニオン１３３は、はすばピニオンであり、第２ラック１３４は、はすばラックである。
例えば、第２ピニオン１３３をなす「はすば歯車」とは、（ｂ）に示すように、基準ピッチ面となる円筒１３３ａの周面と歯面１３３ｂとの交線である、歯すじ１３３ｃが、所定のねじれ角θを有したつる巻線である、円筒歯車を言う。「ねじれ角θ」とは、つる巻線１３３ｄとつる巻線１３３ｄを考える円筒１３３ａの母線１３３ｅとのなす、鋭角θを言う。
【００５１】
（ｃ）は、第２ラック１３４をなす「はすば歯車」の部分拡大斜視図であり、はすば歯車のねじれ角が、第２ピニオン１３３をなす「はすば歯車」のねじれ角θと同一であることを示す。
本発明は、第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４をなす、はすば歯車のねじれ角θを、はすば歯車の摩擦角を越えない範囲に設定したことを特徴とする。その理由については後述する。
【００５２】
（ｄ）は、第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４をなす「はすば歯車」の歯形の拡大断面図であり、はすば歯車の歯形が円弧歯形であることを示す。
円弧歯形の歯車については、「［新しい歯車とその応用］円弧歯形歯車」（機械設計・第２６巻第３号（１９８２年３月号）第４７頁〜第５１頁、日刊工業新聞社発行）の文献等によって知られている。以下、円弧歯形の概要について説明する。
【００５３】
円弧歯形の歯車とは、１組の歯車のうち、少なくとも一方の歯車の歯末の面を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とする円弧面に形成し、少なくとも他方の歯車の歯元の面を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とする円弧面に形成した、円弧歯形を有する歯車であって、Ｗ／Ｎ歯車とも言う。円弧歯形の歯車には、対称形の円弧歯形と非対称形の円弧歯形がある。
ここで、歯元の面とは、歯底曲面と基準ピッチ線Ｐｉとの間にある歯面の部分であり、歯末の面とは、歯先曲面と基準ピッチ線Ｐｉとの間にある歯面の部分である。
【００５４】
第２ピニオン１３３において、対称形の円弧歯形とは、（ｄ）に示すように、歯末の面１３３ｆを円弧面に形成するとともに歯元の面１３３ｇも円弧面に形成、すなわち、歯末の面１３３ｆと歯元の面１３３ｇとを、基準ピッチ線Ｐｉに対してほぼ点対称形の円弧面に形成した円弧歯形であり、例えば、ノビコフ歯車第３種やシンマーク歯車がある。ｒは円弧面の半径である。
第２ラック１３４における、対称形の円弧歯形も、上記第２ピニオン１３３における対称形の円弧歯形と同一であって、歯末の面１３４ａと歯元の面１３４ｂとを、基準ピッチ線Ｐｉに対してほぼ点対称形の円弧面に形成したものである。
【００５５】
一方、非対称形の円弧歯形とは、１組の歯車のうち、一方の歯車の歯を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とする歯末円弧だけで形成し、他方の歯車の歯を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とする歯元円弧だけで形成した円弧歯形であり、例えば、ノビコフ歯車第１，２種やサーカーク歯車がある。
本発明においては、はすば歯車の歯形を、対称形の円弧歯形にすることが、より好ましい。
【００５６】
インボリュート歯形の正面歯形は、凸歯面と凸歯面との噛み合いである。これに対して本発明は、はすば歯車の歯形を円弧歯形にした。円弧歯形の正面歯形は、凹歯面と凸歯面との噛み合いである。歯すじ方向の相対曲率半径が大きいので、負荷が作用したときには、接触線が大きな面積を有した領域となる。一般に、円弧歯形の強度はインボリュート歯車に比べて、表面疲れ強さが６〜７倍、曲げ強さが１．５〜１．６倍、曲げ疲れ強さが１．５〜１．６倍である。
【００５７】
第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４を上述の円弧歯形のはすば歯車にしたことにより、これらの歯車の強度をより一層高めることができ、例えば、次のようなときに効果を発揮する。
左右の操舵輪を最大操舵角まで操舵したとき、すなわち、図３においてラック軸３５が移動終端まで移動したとき、左のボールジョイント３６がストッパ４３に当ったり、右のボールジョイント３６がストッパ４３に当たることで、第２ラック１３４（図１参照）は即時に停止する。このとき、通常の操舵時よりも極めて大きなトルクが、第２ピニオン１３３（図１参照）と第２ラック１３４とに作用する。このような場合であっても、強度を高めた第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４は、大トルクを十分に受けることができる。
【００５８】
図９（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第２ラックアンドピニオン機構の概念図である。
（ａ）は、第２ピニオン１３３を回転させることで、第２ラック１３４を図左方向に移動させたことを示す。左右の操舵輪を右へ最大操舵角まで操舵したとき、すなわち、ラック軸３５が移動終端まで移動したとき、右のボールジョイント３６がストッパ４３に当たることで、第２ラック１３４は即時に停止する。このときのトルクは、衝撃トルクであるので、通常の操舵時よりも極めて大きい最大トルクである。
【００５９】
（ｂ）は、第２ピニオン１３３の歯面で第２ラック１３４の歯面を図左方向に押している状態を示した模式図である。（ｃ）は、（ｂ）を更に模式的に示した図であり、第２ラック１３４の歯面を斜辺Ｄとする直角三角形を、△ＡＢＣとして表した。
（ｂ）及び（ｃ）において、斜辺Ｄの傾斜角は、はすば歯車のねじれ角θと同一のθである。斜辺Ｄを第２ピニオン１３３の歯Ｅで押す力はＷ0であり、この力Ｗ0は第２ピニオン１３３のピッチ円上の円周方向に作用する力（第２ピニオン１３３の回転力）に相当する。従って、力Ｗ0は線ＡＢに直角方向に働く。
【００６０】
移動終端で停止した状態の第２ラック１３４を、第２ピニオン１３３で更に押した場合には、歯Ｅは斜辺Ｄ上を点Ａ方向へ滑って移動しようとする。斜辺Ｄと歯Ｅとの間に働く直圧力、すなわち、第２ピニオン１３３の歯面と第２ラック１３４の歯面との間に働く直圧力（歯面に直角に働く力）Ｗ1は、
Ｗ1＝Ｗ0×cosθ ・・・・・・（１）
斜辺Ｄに平行に働く力（第２ラック１３４の歯面に平行に働く力）Ｗ2は、
Ｗ2＝Ｗ0×sinθ ・・・・・・（２）
【００６１】
また、力Ｗ2によって、歯Ｅが斜辺Ｄ上を点Ａ方向へ滑って移動しないように、線ＡＢと平行な力Ｐ0で支える必要がある。この支える力Ｐ0は第２ピニオン１３３に働くスラストであり、力Ｐ0の方向は力Ｗ0の方向と直交する。支える力Ｐ0の分力は、斜辺Ｄに直角な分力Ｐ1と斜辺Ｄに平行な分力Ｐ2とであり、次式で表すことができる。
Ｐ1＝Ｐ0×sinθ ・・・・・・（３）
Ｐ2＝Ｐ0×cosθ ・・・・・・（４）
【００６２】
斜辺Ｄに直角な方向の力の成分の総和、すなわち、複合直圧力Ｒは直圧力Ｗ1と分力Ｐ1の和であるから、これを次式で表すと、
Ｒ＝Ｗ1＋Ｐ1 ・・・・・・（５）
第２ピニオン１３３の歯面と第２ラック１３４の歯面との間の最大摩擦力をＦとしたとき、最大摩擦力Ｆの大きさは複合直圧力Ｒに比例する。
これを次式で表すと、
Ｆ＝μ×Ｒ ・・・・・・（６）
但し、μは、はすば歯車としての第２ピニオン１３３の歯面と第２ラック１３４の歯面との間の、摩擦係数である。摩擦係数μに対応する、はすば歯車の摩擦角をρとすれば、
μ＝tanρ ・・・・・・（７）
力Ｗ2によって、歯Ｅが斜辺Ｄ上を点Ａ方向へ滑って移動しようとするので、摩擦力Ｆは力Ｗ2の方向と逆向きに働く。
【００６３】
斜辺Ｄに平行な３つの力Ｆ、Ｗ2、Ｐ2は次式の関係にある。
Ｐ2＝Ｗ2−Ｆ ・・・・・・（８）
（８）式に（１）〜（６）式を代入すると、
（９）式を整理すると、
Ｐ0（cosθ＋μ×sinθ）＝Ｗ0（sinθ−μ×cosθ） ・・・・・・（１０）
Ｐ0＝Ｗ0（sinθ−μ×cosθ）／（cosθ＋μ×sinθ） ・・・・・・（１１）
（１１）式に（７）式を代入すると、
【００６４】
【数１】
【００６５】
上記（１２）式から明らかなように、θ＝ρのときにはＰ0＝０となる。また、θ＜ρのときにはＰ0＜０となる。従って、第２ラック１３４が停止した状態では、第２ピニオン１３３に大きなトルクが作用しても、第２ピニオン１３３にスラスト、すなわち、力Ｐ0が働くことはない。これが、はすば歯車のねじれ角θを、はすば歯車の摩擦角ρを越えない範囲（０°＜θ≦ρ）に設定したことの、理由である。
【００６６】
一方、第２ラック１３４が左又は右の移動終端で停止していない、通常の状態にあるとき、第２ピニオン１３３で第２ラック１３４を左又は右へ駆動する場合には、斜辺Ｄを第２ピニオン１３３の歯Ｅで押す力は、力Ｗ0よりも極めて小さい力である。この小さい力に応じたスラストが第２ピニオン１３３に働くことになる。
このように、第２ピニオン１３３に作用するスラストを、極めて小さなものに抑制することができる。
【００６７】
次に、ピニオン軸１３１を傾けて取付けた場合の、第２ピニオン１３３に作用するスラストについて、図１０に基づき説明する。
図１０（ａ），（ｂ）は本発明に係るラックアンドピニオン機構の変形概念図である。
（ａ）は、ラック軸３５の中心線Ｌ２に直交する直線を基準線Ｓとしたとき、この基準線Ｓから図左へ、ピニオン軸１３１を傾き角αだけ傾けた場合を示す。
（ｂ）は、基準線Ｓから図右へ、ピニオン軸１３１を傾き角αだけ傾けた場合を示す。
【００６８】
ここで、はすば歯車としての第２ラック１３４のねじれ角をβとする。（ａ）の第２ラック１３４のねじれ角はβ＝θ＋αであり、（ｂ）の第２ラック１３４のねじれ角はβ＝θ−αである。しかし、第２ピニオン１３３のねじれ角θは、ピニオン軸１３１の傾き角αにかかわらず、一定である。第２ピニオン１３３のねじれ角θが常に一定であるから、第２ピニオン１３３に働くスラストＰ0も一定であり、上記（１２）式で表すことができる。
上述のように、第２ピニオン１３３のねじれ角θについては、はすば歯車の摩擦角ρを越えない範囲（０°＜θ≦ρ）に設定してある。従って、ピニオン軸１３１の傾き角αにかかわらず、第２ラック１３４が停止した状態では、第２ピニオン１３３に大きなトルクが作用しても、第２ピニオン１３３にスラスト、すなわち、力Ｐ0が働くことはない。
【００６９】
以上をまとめると、第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４をはすば歯車としたので、すぐば歯車（平歯車）に比べて、比較的大きいトルクを伝達することができる。この結果、第２ラックアンドピニオン機構１３２を小型にすることができる。
しかも、はすば歯車としての第２ピニオン１３３のねじれ角θを、はすば歯車の摩擦角ρを越えない範囲に設定したので、第２ピニオン１３３に作用するスラストは、第２ラック１３４が左又は右の移動終端で停止していない、通常の状態にあるときの小さい力だけである。このため、図９（ａ）のピニオン軸１３１や図１０（ａ），（ｂ）のピニオン軸１３１に作用するスラストは小さく、ピニオン軸１３１を支承した軸受１５１，１５２や、ピニオン軸１３１に連結した歯車式減速機構１１０（図５参照）に、作用するスラストも小さい。
従って、はすば歯車を採用したにもかかわらず、歯車式減速機構１１０、ピニオン軸１３１、軸受１５１，１５２の強度を高める必要がなく、これらの部材を小型にすることができるとともに、安価にすることができる。
【００７０】
図１１は本発明に係る歯車式減速機構の変形例図（その１）であり、歯車式減速機構１１０における伝動軸１１１の支持構造の変形例を示す。
変形例の支持構造は、伝動軸１１１を第１・第２軸受１１４，１１５並びに偏心スリーブ１７１を介して、ハウジング４１にて支承したことを特徴とする。詳しくは、偏心スリーブ１７１は、ハウジング４１の孔に回転可能に嵌合した管状スリーブであり、この管状スリーブの内部の孔に第１・第２軸受１１４，１１５を嵌合し、これらの第１・第２軸受１１４，１１５を介して伝動軸１１１を回転可能に支承したものである。ハウジング４１に偏心スリーブ１７１をリング状ボルト１７２にて軸方向に押し付けることで、ハウジング４１に偏心スリーブ１７１を摩擦力で固定することができる。
【００７１】
図１２は本発明に係る歯車式減速機構の変形例図（その２）であり、上記図１１の１２−１２線断面における、ウォーム１１２とウォームホイール１１３と偏心スリーブ１７１との関係を表したものである。
この図は、偏心スリーブ１７１の中心Ｏ3に対して、ウォーム１１２の中心Ｏ1（伝動軸１１１の中心Ｏ1）が、上又は下へ偏心量δだけ偏心していることを示す。偏心スリーブ１７１の偏心した位置で伝動軸１１１を支承するので、偏心スリーブ１７１を回転させると、ウォーム１１２の中心Ｏ1が中心Ｏ2に接・離するように移動する。この結果、ウォーム１１２の中心Ｏ1からウォームホイール１１３の中心Ｏ2までの距離Ｘが変わる。このため、偏心スリーブ１７１を回転させるだけで、ウォームホイール１１３に対するウォーム１１２のバックラッシを容易に調整することができる。なお、この変形例においても、ウォーム１１２を金属製品にするとともに、その歯面を上記低摩擦剤からなる被膜層にて被覆し、また、ウォームホイール１１３を樹脂製品にすることが好ましい。
【００７２】
従って、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせ調整し、更に、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面とを、予圧を付加して噛み合わせることができる。バックラッシが無くなるので、ウォーム１１２とウォームホイール１１３との噛み合いのガタが無くなる。噛み合いのガタが無いので、電動機８２（図１１参照）の慣性による衝撃トルクが、ウォーム１１２の歯面からウォームホイール１１３の歯面に作用することはない。従って、変形例においても、歯車式減速機構１１０の耐久性が、より一層高まる。
【００７３】
このような歯車式減速機構１１０の噛み合わせ調整作業は、次の手順による。
（１）上記図１１において、電動機８２及びリング状ボルト１７２を外した状態で、偏心スリーブ１７１を工具で徐々に回転させる。この結果、伝動軸１１１の中心Ｏ1が移動するので、ウォームホイール１１３に対するウォーム１１２のバックラッシを調整することができる。
（２）調整完了後にリング状ボルト１７２を締めて、ハウジング４１に偏心スリーブ１７１を摩擦力で固定する。
（３）電動機８２に組込んだ状態のトルクリミッタ９０を、ハウジング４１内に挿入して、伝動軸１１１に嵌合させる。
（４）ハウジング４１に電動機８２をボルト１７３にて取付けて、作業を完了する。なお、電動機８２のボルト孔１７４は、通常のボルト孔径よりも大きい孔である。従って、電動機８２の出力軸８３の中心を伝動軸１１１の中心Ｏ1に容易に合せることができる。
【００７４】
なお、上記実施の形態において、トルクリミッタ９０は、摩擦式トルクリミッタに限定されるものではない。
また、歯車式減速機構１１０は、ウォームギヤ機構に限定されるものではなく、例えば、ベベルギヤ機構や平歯車機構であってもよい。
さらには、ラック軸３５に形成した第２ラック１３４を延長して、第１ラック３４を兼ねてもよい。その場合の第１ピニオン３３並びに第１ラック３４は、第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４と同一の、はすば歯車で且つ円弧歯形である。
【００７５】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、操舵トルクを第１ラックアンドピニオン機構を介して単一のラック軸に伝達するとともに、補助トルクを第２ラックアンドピニオン機構を介して前記ラック軸に伝達し、このラック軸によって操舵輪を操舵するようにした電動パワーステアリング装置において、特に、第２ラックアンドピニオン機構のピニオン並びにラックをはすば歯車としたので、すぐば歯車（平歯車）よりも大きい補助トルクを伝達することができる。
さらには、第２ラックアンドピニオン機構だけ、はすば歯車の歯形を、特に、円弧歯形としたので、歯車の強度をより一層高めることができる。従って、補助トルクが通常の操作時よりも大きい場合であっても、この大きい補助トルクを、第２ラックアンドピニオン機構の大強度のピニオン並びにラックで、十分に伝達することができる。
このようなことから、電動機の慣性による大きな負荷トルクに対して十分な強度と耐久性を有する第２ラックアンドピニオン機構を備えた電動パワーステアリング装置を、小型で安価にすることができる。
しかも、第１ラックアンドピニオン機構は、運転者の操舵トルクを伝達するだけのものであるから、ラック軸が停止したときであっても、通常の操作時に比べて操舵トルクがそれほど大きくならないので、強度をほとんど高める必要がない。
【００７６】
さらに請求項１は、第２ラックアンドピニオン機構の、はすば歯車をなすピニオンのねじれ角を、はすば歯車の摩擦角を越えない範囲に設定したので、ラックが左又は右の移動終端で停止したときには、ピニオンにスラストが作用しない。一方、ラックが左又は右の移動終端で停止していない通常の状態にあるときには、第２ラックアンドピニオン機構のピニオンに作用するスラストは、極めて小さい。このため、ピニオン軸に作用するスラストは小さく、ピニオン軸を支承した軸受やピニオン軸に連結した歯車式減速機構に作用する、スラストも小さい。従って、はすば歯車を採用したにもかかわらず、ピニオン軸、軸受、歯車式減速機構の強度を高める必要がなく、これらの部材を小型にすることができるとともに、安価にすることができる。
【００７７】
請求項２は、歯車式減速機構の駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせたので、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いのガタを無くすることができる。ガタが無いので、電動機の慣性による衝撃トルクが、駆動ギヤの歯面から従動ギヤの歯面に作用することはない。従って、歯車式減速機構の耐久性を、より一層高めることができる。
さらには、駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面のいずれか一方又は両方を、低摩擦剤からなる被膜層にて被覆することによって、駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面との間の滑り面の摩擦係数を、低摩擦剤にて低減させることができる。従って、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いのガタが無いにもかかわらず、歯車式減速機構の動力伝達効率を高めることができる。
【００７８】
請求項３は、電動機と歯車式減速機構との間にトルクリミッタを介在させたので、所定以上のトルクをトルクリミッタにてカットすることにより、電動機から歯車式減速機構へ伝達する補助トルクを制限することができる。従って、ラック軸がラックエンドストッパに衝突したときに、負荷側から電動機へかかる逆トルクが過大であればトルクリミッタで伝達させないので、電動機に過大な逆トルクがかかる心配はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図
【図２】本発明に係る操舵トルクセンサの原理図
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】図３の５−５線断面図
【図６】図５の６−６線断面図
【図７】本発明に係るトルクリミッタの断面図
【図８】本発明に係る第２ラックアンドピニオン機構の構成図
【図９】本発明に係る第２ラックアンドピニオン機構の概念図
【図１０】本発明に係る第２ラックアンドピニオン機構の変形概念図
【図１１】本発明に係る歯車式減速機構の変形例図（その１）
【図１２】本発明に係る歯車式減速機構の変形例図（その２）
【符号の説明】
１０…電動パワーステアリング装置、２１…操舵輪、３１…入力軸、３２…第１ラックアンドピニオン機構、３３…第１ピニオン、３４…第１ラック、３５…ラック軸、７０…操舵トルクセンサ、８２…電動機、９０…トルクリミッタ、１１０…歯車式減速機構、１１２…駆動ギヤ（ウォーム）、１１３…従動ギヤ（ウォームホイール）、１３１…ピニオン軸、１３２…第２ラックアンドピニオン機構、１３３…第２ピニオン、１３３ｆ…歯末の面、１３３ｇ…歯元の面、１３４…第２ラック、１３４ａ…歯末の面、１３４ｂ…歯元の面、１７１…偏心スリーブ、Ｐｉ…基準ピッチ線、θ…はすば歯車のねじれ角、ρ…はすば歯車の摩擦角。
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ステアリングハンドルの操舵力を軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステアリング装置が多用されてきた。この種の電動パワーステアリング装置には、ステアリングハンドルによる操舵トルクを、第１ラックアンドピニオン機構に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トルクを、第２ラックアンドピニオン機構に伝達し、これらの第１・第２ラックアンドピニオン機構を介して、操舵輪を操舵するようにしたものがあり、例えば、例えば特開昭６１−１６０３５９号「パワーステアリング装置」（以下、「従来の技術」と言う。）が知られている。
【０００３】
上記従来の技術は、同公報の図面に示される通り、左右の車輪４５，４５（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）を操舵するサイドロッド４２にラック４３を設け、このラック４３に２個のピニオン４０，４４を噛み合わせるというものである。ラック４３には、ハンドル１による操舵トルクをピニオン４０を介して伝達するとともに、操舵トルクに応じて駆動モータ２５が発生した補助トルクをピニオン４４を介して伝達することになる。ラック４３並びにサイドロッド４２は、操舵トルクに補助トルクを加えた複合トルクにより、車輪４５，４５を操舵することができる。
このように、操舵トルクを伝達するラックアンドピニオン機構と、補助トルクを伝達するラックアンドピニオン機構とを分離したので、各ラックアンドピニオン機構は、一体型ラックアンドピニオン機構に比べて小さい強度ですむ。
【０００４】
ところで、自動車のステアリング装置は、一般に操舵輪の最大操舵角を制限するためのストッパ機構を備えている。
具体的には、ストッパ機構は、ラック４３をスライド可能に収容したハウジング（図示せず）の長手方向両端部にラックエンドストッパ（図示せず）を取付け、また、ラック４３の両端部にボールジョイント（図示せず）を取付けたものである。ラック４３が所定量だけスライドすると、ボールジョイントがラックエンドストッパに当る。このようにラック４３の移動量を規制することで、車輪４５，４５の最大操舵角を制限することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術において、ラック４３は所定量だけスライドしたときに、ストッパ機構によって移動が規制される。ラック４３が停止するので、減速比の２乗に比例した駆動モータ２５の慣性によるトルクがピニオン４４に入力され、通常の操作時に比べて大きな補助トルクが作用する。このときの補助トルクは、操舵トルクよりも極めて大きい最大補助トルクである。
従って、補助トルクを伝達するラックアンドピニオン機構（ラック４３とピニオン４４との組合せ構造）は、最大補助トルクを勘案した大きな強度を要する。強度を高めるには、ラック４３並びにピニオン４４のモジュールを大きくしたり、高級な材料を使用することが考えられる。しかし、ラックアンドピニオン機構が大型になったり、高価格になるので、改良の余地がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、操舵トルクを伝達するラックアンドピニオン機構と、補助トルクを伝達するラックアンドピニオン機構とを分離した電動パワーステアリング装置において、電動機の慣性による大トルクが入力されても十分な強度と耐久性を有するラックアンドピニオン機構を備えた、電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、ステアリングハンドルによる操舵トルクを、第１ラックアンドピニオン機構に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トルクを、歯車式減速機構を介して第２ラックアンドピニオン機構に伝達するものであって、第１ラックアンドピニオン機構のラックを形成したラック軸が、第２ラックアンドピニオン機構のラックを形成したラック軸を兼ね、このラック軸によって操舵輪を操舵するようにした電動パワーステアリング装置において、第２ラックアンドピニオン機構だけが、ピニオン並びにラックをはすば歯車とし、はすば歯車の歯形を、１組の歯車のうち、少なくとも一方の歯車の歯末の面が、基準ピッチ線上をほぼ中心とする円弧面であり、少なくとも他方の歯車の歯元の面が、基準ピッチ線上をほぼ中心とする円弧面である、円弧歯形としたことを特徴とする。
【０００８】
補助トルクを伝達する、第２ラックアンドピニオン機構だけ、ピニオン並びにラックを、特に、すぐば歯車に且つ円弧歯形にして強度を高めた。第２ラックアンドピニオン機構のピニオン並びにラックは、はすば歯車であるから、すぐば歯車（平歯車）よりも大きい補助トルクを伝達することができる。さらに、第２ラックアンドピニオン機構のピニオン並びにラックは、円弧歯形であるから、インボリュート歯形よりも表面疲れ強さ、曲げ強さ、曲げ疲れ強さが大きい。このため、電動機の補助トルクが通常の操作時より大きい場合であっても、十分に伝達することができる。
第１ラックアンドピニオン機構は、運転者の操舵トルクを伝達するだけのものであるから、ラック軸が停止したときであっても、通常の操作時に比べて操舵トルクがそれほど大きくならないので、強度を高める必要はそれほどない。
【０００９】
さらに請求項１は、第２ラックアンドピニオン機構の、はすば歯車をなすピニオンのねじれ角を、はすば歯車の摩擦角を越えない範囲に設定したことを特徴とする。
【００１０】
操舵輪を左又は右へ最大操舵角まで操舵して、ラック軸がラックエンドストッパに衝突したとき、すなわち、ラック軸が移動終端まで移動したとき、第２ラックアンドピニオン機構のラックは即時に停止する。このときのトルクは、静トルクではなく衝撃トルクであるから、通常の操舵時よりも極めて大きい。しかし、はすば歯車のねじれ角が、はすば歯車の摩擦角を越えない範囲にあるから、このときには、ピニオンにスラストが作用しない。一方、ラックが左又は右の移動終端で停止していない通常の状態にあるときには、第２ラックアンドピニオン機構のピニオンに作用するスラストは、極めて小さい。
【００１１】
請求項２は、歯車式減速機構を、駆動ギヤと従動ギヤの組合せ構造とし、これらの駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面のいずれか一方又は両方を、低摩擦剤からなる被膜層にて被覆するとともに、駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせたことを特徴とする。
ここで、「低摩擦剤からなる被膜層にて被覆する」ことには、低摩擦剤にてコーティングしたり低摩擦剤を含浸させることを含む。
【００１２】
駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせた。このため、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いのガタが無い。ガタが無いので、電動機の慣性による衝撃トルクが、駆動ギヤの歯面から従動ギヤの歯面に作用することはない。従って、請求項３によれば、歯車式減速機構の耐久性をより一層高めることができる。
さらには、駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面のいずれか一方又は両方を、低摩擦剤からなる被膜層にて被覆した。駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面との間の滑り面の摩擦係数を、低摩擦剤にて低減させる。従って、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いのガタが無いにもかかわらず、動力伝達効率を高めることができる。
【００１３】
請求項３は、電動機と歯車式減速機構との間にトルクリミッタを介在させたことを特徴とする。
【００１４】
所定以上のトルクをトルクリミッタにてカットすることで、電動機から歯車式減速機構へ伝達する補助トルクを制限する。ラック軸がラックエンドストッパに衝突したときに、負荷側から電動機へ逆トルクがかかる。しかし、この逆トルクが過大であればトルクリミッタで伝達させないので、電動機に過大な逆トルクがかかる心配はない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。
電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングハンドル１１から操舵輪（車輪）２１，２１に至るステアリング系２２に介在した操舵機構２３と、この操舵機構２３に補助トルクを加える補助トルク機構２４とからなる。
【００１６】
詳しくは、電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングハンドル１１にステアリングシャフト１２及び自在軸継手１３，１３を介して、操舵機構２３の入力軸３１を連結し、入力軸３１に第１ラックアンドピニオン機構３２を連結し、第１ラックアンドピニオン機構３２に左右のタイロッド３７，３７を介して左右の操舵輪２１，２１を連結したものである。
第１ラックアンドピニオン機構３２は、入力軸３１に設けた第１ピニオン３３と、第１ピニオン３３に噛み合うための第１ラック３４を設けたラック軸３５とからなる。
【００１７】
補助トルク機構２４は、ステアリングハンドル１１で発生したステアリング系２２の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ７０と、操舵トルクセンサ７０の検出信号に基づき制御信号を発生する制御手段８１と、制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを発生する電動機８２と、電動機８２にトルクリミッタ９０及び歯車式減速機構１１０を介して連結した第２ラックアンドピニオン機構１３２とからなる。操舵トルクセンサ７０は、操舵機構２３に取付けたものである。
【００１８】
第２ラックアンドピニオン機構１３２は、ピニオン軸１３１に設けた第２ピニオン１３３と、第２ピニオン１３３に噛み合う第２ラック１３４とからなる。第２ラック１３４は、第１ラックアンドピニオン機構３２のラック軸３５に設けたものである。すなわち、第１ラックアンドピニオン機構３２のラック軸３５が、第２ラックアンドピニオン機構１３２のラック軸を兼ねる。
【００１９】
このような電動パワーステアリング装置１０によれば、運転者がステアリングハンドル１１を操舵することにより発生した操舵トルクを、入力軸３１及び第１ラックアンドピニオン機構３２を介して、ラック軸３５に伝達することができる。
さらには、操舵トルクを操舵トルクセンサ７０で検出し、この検出信号に基づき制御手段８１で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動機８２で発生し、補助トルクをトルクリミッタ９０、歯車式減速機構１１０、ピニオン軸１３１及び第２ラックアンドピニオン機構１３２を介して、ラック軸３５に伝達することができる。
従って、運転者の操舵トルクに電動機８２の補助トルクを加えた複合トルクによって、ラック軸３５及び左右のタイロッド３７，３７を介して、左右の操舵輪２１，２１を操舵することができる。
【００２０】
図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る操舵トルクセンサの原理図である。
操舵トルクセンサ７０は、鉄鋼材のように磁歪特性を有する入力軸３１にトルクが作用したときに、このトルクに応じて生じる磁歪効果を電気コイルにて電気磁気的に検出する、磁歪式トルクセンサである。このような磁歪式トルクセンサは、特開平６−２２１９４０号公報「磁歪式トルクセンサ」に示されるように、公知のセンサである。以下、操舵トルクセンサ７０の概要について説明する。
【００２１】
（ａ）に示す操舵トルクセンサ７０は、概ね８の字状に形成した励磁コイル７１と、励磁コイル７１とほぼ同様の大きさで概ね８の字状に形成した検出コイル７２とを、ほぼ同心上に互いに略直交させて重ね、これらの励磁・検出コイル７１，７２を１組の磁気ヘッド７３として、入力軸３１の外周面の近傍に配置したものである。この場合、励磁コイル７１をなす８の字状の直線部分を、入力軸３１の外周にほぼ平行又は軸方向にほぼ平行にして配置する。７４は励磁電圧供給源、７５は出力電圧増幅器である。
【００２２】
励磁電圧供給源７４から励磁コイル７１に２０〜１００ｋＨｚ程度の高周波数の交流電圧（励磁電圧）を供給すれば、トルクに基づく入力軸３１の磁歪効果に対応して、検出コイル７２にて励磁電圧と同じ周波数の交流電圧（出力電圧）を得ることができる。
出力電圧は、入力軸３１に作用するトルクの方向によって、励磁電圧と同相又は逆相になる。このときの出力電圧の振幅は、トルクの大きさに比例する。従って、励磁電圧の位相を基準として、出力電圧を同期整流すれば、トルクの大きさと方向を検出することができる。
【００２３】
出力電圧は出力電圧増幅器７５にて増幅され、操舵トルクセンサ７０の検出信号として、制御手段８１に発することになる。
なお、入力軸３１の磁化力が小さければ、励磁コイル７１と検出コイル７２の巻数を増し、これらの励磁・検出コイル７１，７２を１巻ずつ交互に配列することで、対応すればよい。
【００２４】
（ｂ）に示す操舵トルクセンサ７０は、励磁・検出コイル７１，７２からなる磁気ヘッド７３を２組準備し、これら２組の磁気ヘッド７３，７３を、入力軸３１の外周面の近傍に且つ入力軸３１の軸線の対称位置に配置したものである。そして、出力電圧増幅器７５で、検出コイル７２，７２からの出力電圧の差を増幅することにより、環境温度の変化に対してあまり変化しない操舵トルク信号を得ることができる。
【００２５】
上記（ａ）や（ｂ）の操舵トルクセンサ７０を採用することにより、従来の電動パワーステアリング装置において操舵トルクを検出する場合のように、入力軸３１を長手方向に二分割して、これら分割軸間をトーションバーにて連結する必要がない。従って、入力軸３１を簡素な構成にすることができるとともに、入力軸３１を十分に長く設定することができる。
しかも、図１に示す入力軸３１に設けた第１ピニオン３３を加工する場合に、入力軸３１を加工機械にセッテイングすることが容易であり、加工精度を一層高めることができる。加工精度が高まると、第１ピニオン３３と第１ラック３４との噛み合い精度も高まる。この結果、第１ラックアンドピニオン機構３２の動力伝達効率を高めることができる。
【００２６】
図３は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、左端部及び右端部を断面して表したものである。この図は、電動パワーステアリング装置３０のラック軸３５を、車幅方向（図左右方向）に延びるハウジング４１に軸方向へスライド可能に収容したことを示す。
ラック軸３５は、ハウジング４１から突出した長手方向両端にボールジョイント３６，３６をねじ結合し、これらのボールジョイント３６，３６に左右のタイロッド３７，３７を連結した軸である。ハウジング４１は、図示せぬ車体に取付けるためのブラケット４２，４２を備えるとともに、長手方向両端部にストッパ４３，４３を取付けたものである。
【００２７】
ラック軸３５が右へ所定量だけスライドすると、左のボールジョイント３６の当接端面（ラックエンド）３８がストッパ４３に当る。ラック軸３５が左へ所定量だけスライドすると、右のボールジョイント３６の当接端面（ラックエンド）３８がストッパ４３に当る。このようにしてラック軸３５の移動量を規制することで、左右の操舵輪２１，２１（図１参照）の最大操舵角を制限することができる。すなわち、ラック軸３５が移動終端まで移動したときに、左右の操舵輪２１，２１の操舵角は最大になる。
図中、４４，４４はダストシール用ブーツである。
【００２８】
図４は図３の４−４線断面図であり、操舵機構２３の縦断面構造を示す。
操舵機構２３は、入力軸３１、第１ラックアンドピニオン機構３２、操舵トルクセンサ７０をハウジング４１に収納し、このハウジング４１の上部開口をリッド４５で塞いだものである。操舵トルクセンサ７０は、ハウジング４１又はリッド４５に取付けたものである。
【００２９】
ハウジング４１は、入力軸３１の下端部及び長手中央部を、上下２個の軸受５１，５２を介して回転可能に支承することで、縦置きにセットしたものであり、第１ラックガイド６０を備える。５３はリッド取付ボルト、５４は止め輪である。
【００３０】
入力軸３１は、下部に第１ピニオン３３を一体に形成し、さらに下端部にねじ部５５を形成するとともに、上端部をリッド４５から外方へ突出したピニオン軸である。第１ラック３４は、ラック軸３５に一体に形成したものである。ねじ部５５にナット５６をねじ込むことで、入力軸３１の長手方向（軸方向）の移動を規制することができる。５７は袋ナット、５８はオイルシールである。
【００３１】
第１ラックガイド６０は、第１ラック３４と反対側からラック軸３５に当てるガイド部６１と、このガイド部６１を圧縮ばね６２を介して押す調整ボルト６３とからなる。このような第１ラックガイド６０によれば、ハウジング４１にねじ込んだ調整ボルト６３にて、圧縮ばね６２を介してガイド部６１を適切な押圧力で押すことで、ガイド部６１で第１ラック３４に予圧を与えて、第１ラック３４を第１ピニオン３３に押し付けることができる。６４はラック軸３５の背面を滑らせる当て部材、６５はロックナットである。
【００３２】
ところで、上記操舵トルクセンサ７０については、次のような構成にすることができる。すなわち、入力軸３１に、作用トルクに応じて磁歪特性が変化する強磁性体膜７７を所定幅で全周にわたって設け、この強磁性体膜７７に対向して、上記図２に示す励磁・検出コイル７１，７２を配置する。入力軸３１を介して強磁性体膜７７にトルクが作用したときに、このトルクに応じて強磁性体膜７７に生じる磁歪効果を、検出コイル７２にて電気磁気的に検出することができる。強磁性体膜７７は、例えば、入力軸３１に気相メッキ法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜である。
【００３３】
図５は図３の５−５線断面図であり、補助トルク機構２４の縦断面構造を示す。
補助トルク機構２４は、トルクリミッタ９０（図１参照）、歯車式減速機構１１０、ピニオン軸１３１、第２ラックアンドピニオン機構１３２をハウジング４１に収納し、このハウジング４１の上部開口をリッド４６で塞いだものである。ハウジング４１は、ピニオン軸１３１の下端部及び長手中央部を、上下２個の軸受１５１，１５２を介して回転可能に支承することで、縦置きにセットしたものであり、第２ラックガイド１６０を備える。１５３はリッド取付ボルト、１５４は止め輪である。
【００３４】
ピニオン軸１３１は、下部に第２ピニオン１３３を一体に形成し、さらに下端部にねじ部１５５を形成したものである。第２ラック１３４は、ラック軸３５に一体に形成したものである。ねじ部１５５にナット１５６をねじ込むことで、ピニオン軸１３１の長手方向（軸方向）の移動を規制することができる。１５７は袋ナット、１５９はスペーサである。
【００３５】
第２ラックガイド１６０は、第２ラック１３４と反対側からラック軸３５に当てるガイド部１６１と、このガイド部１６１を圧縮ばね１６２を介して押す調整ボルト１６３とからなる。このような第２ラックガイド１６０によれば、ハウジング４１にねじ込んだ調整ボルト１６３にて、圧縮ばね１６２を介してガイド部１６１を適切な押圧力で押すことで、ガイド部１６１で第２ラック１３４に予圧を与えて、第２ラック１３４を第２ピニオン１３３に押し付けることができる。１６４はラック軸３５の背面を滑らせる当て部材、１６５はロックナットである。
【００３６】
図６は図５の６−６線断面図であり、電動機８２とトルクリミッタ９０と歯車式減速機構１１０とピニオン軸１３１との関係を示す。
電動機８２は、出力軸８３を横向きにしてハウジング４１に取付け、ハウジング４１内に出力軸８３を延したものである。
【００３７】
歯車式減速機構１１０は、電動機８２で発生した補助トルクをピニオン軸１３１に伝達するトルク伝達手段であって、駆動ギヤと従動ギヤの組合せ構造である、ウォームギヤ機構からなる。詳しくは、歯車式減速機構１１０は、電動機８２の出力軸８３にトルクリミッタ９０を介して連結した伝動軸１１１と、伝動軸１１１に形成したウォーム（駆動ギヤ）１１２と、ウォーム１１２に噛み合うとともにピニオン軸１３１に結合したウォームホイール（従動ギヤ）１１３とからなる。電動機８２の補助トルクを、ピニオン軸１３１を介して第２ラックアンドピニオン機構１３２（図１参照）に伝達することができる。
【００３８】
本発明は、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面との、いずれか一方又は両方を、表面処理することによって、低摩擦剤からなる被膜層にて被覆したことを特徴とする。低摩擦剤からなる被膜層にて被覆するには、例えば、低摩擦剤にてコーティングしたり低摩擦剤を含浸させる。低摩擦剤にて、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面との間の、滑り面の摩擦係数を所定値まで低減させることにより、動力伝達効率を高めることができる。
低摩擦剤としては、例えば、ポリテトラフルエチレン（略記；ＰＴＦＥ、登録商標；テフロン）等のフッ素樹脂がある。フッ素樹脂は摩擦係数が極めて小さい。
【００３９】
上記低摩擦剤を用いる表面処理方法としては、次の第１表面処理方法や第２表面処理方法がある。
（１）第１表面処理方法は、ウォーム１１２やウォームホイール１１３の材質を機械構造用炭素鋼鋼材（JIS-G-4051）等の鉄鋼とし、所定の処理液中でウォーム１１２の歯面やウォームホイール１１３の歯面に無電解ニッケルとＰＴＦＥを共析させ、被膜の中にＰＴＦＥを容積比で１０〜３０％まで均一に含ませ、被膜生成後に熱処理（約４００℃で焼成）を施すことで、歯面に無電解ニッケルとＰＴＦＥの被膜を強固に密着させる処理方法である。被膜の厚みは５〜２０μｍである。この第１表面処理方法は、アルバックテクノ（株）の「ニフグリップ（登録商標）」として知られている。
【００４０】
（２）第２表面処理方法は、ウォーム１１２やウォームホイール１１３の材質を機械構造用炭素鋼鋼材（JIS-G-4051）等の鉄鋼とし、ウォーム１１２の歯面やウォームホイール１１３の歯面に、無電解メッキ法にてニッケル・リンの多孔性被膜を形成し、この多孔性被膜にＰＴＦＥを含浸させ、その後に、熱処理（約４００℃で焼成）を施すことで、歯面に被膜を強固に密着させる処理方法である。歯面に密着した被膜は、粒子状に析出したニッケル・リンの多孔性被膜にＰＴＦＥを含浸させたものであり、厚みは５〜２０μｍである。この第２表面処理方法は、アルバックテクノ（株）の「ニダックス（登録商標）」として知られている。
【００４１】
伝動軸１１１は、出力軸８３と同心上に配置し、２個の軸受１１４，１１５を介してハウジング４１にて回転可能に支承した軸である。ハウジング４１は、出力軸８３に近い位置にある第１軸受１１４を軸方向移動不能に取付け、出力軸８３から遠い位置にある第２軸受１１５を軸方向移動可能に嵌合したものである。さらには、第２軸受１１５の外輪の端面を、板ばね１１６を介して調整ボルト１１７で出力軸８３側に押している。調整ボルト１１７と薄板円盤状の板ばね１１６の押圧力にて、第１・第２軸受１１４，１１５に予圧を与えることで、伝動軸１１１の軸方向の遊びがないように調整する、すなわち、ガタ取りすることができる。しかも、ウォーム１１２の軸方向変位を調整して、ウォーム１１２とウォームホイール１１３の噛み合いを、適切な摩擦を保ちつつガタが無いように調整することができる。
また、板ばね１１６の弾性力により、伝動軸１１１の軸方向の熱膨張等を吸収することができる。１１８はロックナット、１１９は止め輪である。
【００４２】
ところで、本発明は、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせたことを特徴とする。バックラッシを無くする構成としては、例えば、次の（１）〜（４）の組合せからなる。
（１）ウォーム１１２を金属製品にするとともに、その歯面を上記低摩擦剤からなる被膜層にて被覆する。
（２）ウォームホイール１１３を樹脂製品にする。
（３）ウォーム１１２の中心Ｏ1からウォームホイール１１３の中心Ｏ2までの距離Ｘを、所定の理論値（基準値）に設定する。
（４）ウォーム１１２の基準ピッチ円直径ｄ１又はウォームホイール１１３の基準ピッチ円直径ｄ２を、所定の理論値（基準値）よりも若干大きく設定する。
【００４３】
歯車式減速機構１１０を組立たときに、基準ピッチ円直径ｄ１又はｄ２が大きい分だけ、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面とを、予圧を付加して噛み合わせることになる。この結果、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面との間のバックラッシ（噛み合い隙間）が無くなるので、噛み合いのガタが無くなる。噛み合いのガタが無いので、電動機８２の慣性による衝撃トルクが、ウォーム１１２の歯面からウォームホイール１１３の歯面に作用することはない。従って、歯車式減速機構１１０の耐久性が、より一層高まる。
【００４４】
但し、バックラッシが無いので、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面との間の噛み合い抵抗（フリクション）が増す。この点を解消するために、ウォーム１１２の歯面を上記低摩擦剤からなる被膜層にて被覆した。この結果、低摩擦剤にて、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面との間の、滑り面の摩擦係数を低減させることができる。従って、ウォーム１１２とウォームホイール１１３の噛み合いのガタが無いように調整したにもかかわらず、各ギヤ１１２，１１３の歯面同士の摩擦を適切に保って、動力伝達効率を高めることができる。
【００４５】
図７は本発明に係るトルクリミッタの断面図である。
本発明は、電動機８２と歯車式減速機構１１０との間にトルクリミッタ９０を介在させたことを特徴とする。トルクリミッタ９０は、電動機８２の出力軸８３にセレーション結合したインナ部材９１を、伝動軸１１１にセレーション結合した筒状のアウタ部材９３に嵌合したトルク制限機構である。
【００４６】
インナ部材９１は外周面９２を、伝動軸１１１の先端に向って先細りテーパとした雄部材である。アウタ部材９３は内周面９４を、インナ部材９１の外周面９２が嵌合するべく先広がりテーパとした雌部材である。テーパ状の外周面９２をテーパ状の内周面９４に嵌合し、インナ部材９１の後端面９５を皿ばね９６で弾発しつつ止め輪９７で抜け止めすることで、トルクリミッタ９０を組立ることができる。１０１はスペーサ、１０２はワッシャ、１０３は皿ばねである。
【００４７】
皿ばね９６の弾発力で、外周面９２を内周面９４に押し付けて予圧を与えることにより、外周面９２を内周面９４に所定の摩擦力を有して、連結することができる。このようなトルクリミッタ９０であるから、所定の摩擦力を上回る大きなトルクが作用すると、外周面９２と内周面９４との間がスリップする。この結果、電動機８２から歯車式減速機構１１０へ伝達する補助トルクを制限、すなわち、オーバートルクをカットすることができる。負荷側から電動機８２へかかる逆トルクが過大であればトルクリミッタ９０で伝達させないので、電動機８２に過大な逆トルクがかかる心配はない。
【００４８】
さらには、インナ部材９１をアウタ部材９３にテーパにて嵌合したので、両者の組立精度は高く、心合せも容易である。従って、出力軸８３に対する伝動軸１１１の組立精度は高く、心合せも容易である。
また、比較的高速回転する電動機８２と歯車式減速機構１１０との間に、トルクリミッタ９０を介在させたので、トルクリミッタ９０が小さくてすみ、トルクリミッタ９０の小型化、低コスト化を図ることができる。小型のトルクリミッタ９０であるから配置スペースが少なくてすむので、ハウジング４１に収納することが容易である。
【００４９】
図８（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る第２ラックアンドピニオン機構の構成図である。なお、理解を容易にするために、第２ラック１３４よりも図手前側に第２ピニオン１３３を配置して表した。Ｌ１は第２ピニオンの中心線、Ｌ２はラック軸の中心線、Ｌ３は第２ラックの歯面に直角な線である。
なお、図８及び図９においては、第２ピニオンの中心線Ｌ１がラック軸の中心線Ｌ２に直交する場合について、説明する。
【００５０】
（ａ）は、第２ラックアンドピニオン機構１３２の第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４を「はすば歯車（ヘリカルギヤ）」としたことを示す。すなわち、第２ピニオン１３３は、はすばピニオンであり、第２ラック１３４は、はすばラックである。
例えば、第２ピニオン１３３をなす「はすば歯車」とは、（ｂ）に示すように、基準ピッチ面となる円筒１３３ａの周面と歯面１３３ｂとの交線である、歯すじ１３３ｃが、所定のねじれ角θを有したつる巻線である、円筒歯車を言う。「ねじれ角θ」とは、つる巻線１３３ｄとつる巻線１３３ｄを考える円筒１３３ａの母線１３３ｅとのなす、鋭角θを言う。
【００５１】
（ｃ）は、第２ラック１３４をなす「はすば歯車」の部分拡大斜視図であり、はすば歯車のねじれ角が、第２ピニオン１３３をなす「はすば歯車」のねじれ角θと同一であることを示す。
本発明は、第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４をなす、はすば歯車のねじれ角θを、はすば歯車の摩擦角を越えない範囲に設定したことを特徴とする。その理由については後述する。
【００５２】
（ｄ）は、第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４をなす「はすば歯車」の歯形の拡大断面図であり、はすば歯車の歯形が円弧歯形であることを示す。
円弧歯形の歯車については、「［新しい歯車とその応用］円弧歯形歯車」（機械設計・第２６巻第３号（１９８２年３月号）第４７頁〜第５１頁、日刊工業新聞社発行）の文献等によって知られている。以下、円弧歯形の概要について説明する。
【００５３】
円弧歯形の歯車とは、１組の歯車のうち、少なくとも一方の歯車の歯末の面を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とする円弧面に形成し、少なくとも他方の歯車の歯元の面を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とする円弧面に形成した、円弧歯形を有する歯車であって、Ｗ／Ｎ歯車とも言う。円弧歯形の歯車には、対称形の円弧歯形と非対称形の円弧歯形がある。
ここで、歯元の面とは、歯底曲面と基準ピッチ線Ｐｉとの間にある歯面の部分であり、歯末の面とは、歯先曲面と基準ピッチ線Ｐｉとの間にある歯面の部分である。
【００５４】
第２ピニオン１３３において、対称形の円弧歯形とは、（ｄ）に示すように、歯末の面１３３ｆを円弧面に形成するとともに歯元の面１３３ｇも円弧面に形成、すなわち、歯末の面１３３ｆと歯元の面１３３ｇとを、基準ピッチ線Ｐｉに対してほぼ点対称形の円弧面に形成した円弧歯形であり、例えば、ノビコフ歯車第３種やシンマーク歯車がある。ｒは円弧面の半径である。
第２ラック１３４における、対称形の円弧歯形も、上記第２ピニオン１３３における対称形の円弧歯形と同一であって、歯末の面１３４ａと歯元の面１３４ｂとを、基準ピッチ線Ｐｉに対してほぼ点対称形の円弧面に形成したものである。
【００５５】
一方、非対称形の円弧歯形とは、１組の歯車のうち、一方の歯車の歯を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とする歯末円弧だけで形成し、他方の歯車の歯を、基準ピッチ線Ｐｉ上をほぼ中心とする歯元円弧だけで形成した円弧歯形であり、例えば、ノビコフ歯車第１，２種やサーカーク歯車がある。
本発明においては、はすば歯車の歯形を、対称形の円弧歯形にすることが、より好ましい。
【００５６】
インボリュート歯形の正面歯形は、凸歯面と凸歯面との噛み合いである。これに対して本発明は、はすば歯車の歯形を円弧歯形にした。円弧歯形の正面歯形は、凹歯面と凸歯面との噛み合いである。歯すじ方向の相対曲率半径が大きいので、負荷が作用したときには、接触線が大きな面積を有した領域となる。一般に、円弧歯形の強度はインボリュート歯車に比べて、表面疲れ強さが６〜７倍、曲げ強さが１．５〜１．６倍、曲げ疲れ強さが１．５〜１．６倍である。
【００５７】
第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４を上述の円弧歯形のはすば歯車にしたことにより、これらの歯車の強度をより一層高めることができ、例えば、次のようなときに効果を発揮する。
左右の操舵輪を最大操舵角まで操舵したとき、すなわち、図３においてラック軸３５が移動終端まで移動したとき、左のボールジョイント３６がストッパ４３に当ったり、右のボールジョイント３６がストッパ４３に当たることで、第２ラック１３４（図１参照）は即時に停止する。このとき、通常の操舵時よりも極めて大きなトルクが、第２ピニオン１３３（図１参照）と第２ラック１３４とに作用する。このような場合であっても、強度を高めた第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４は、大トルクを十分に受けることができる。
【００５８】
図９（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第２ラックアンドピニオン機構の概念図である。
（ａ）は、第２ピニオン１３３を回転させることで、第２ラック１３４を図左方向に移動させたことを示す。左右の操舵輪を右へ最大操舵角まで操舵したとき、すなわち、ラック軸３５が移動終端まで移動したとき、右のボールジョイント３６がストッパ４３に当たることで、第２ラック１３４は即時に停止する。このときのトルクは、衝撃トルクであるので、通常の操舵時よりも極めて大きい最大トルクである。
【００５９】
（ｂ）は、第２ピニオン１３３の歯面で第２ラック１３４の歯面を図左方向に押している状態を示した模式図である。（ｃ）は、（ｂ）を更に模式的に示した図であり、第２ラック１３４の歯面を斜辺Ｄとする直角三角形を、△ＡＢＣとして表した。
（ｂ）及び（ｃ）において、斜辺Ｄの傾斜角は、はすば歯車のねじれ角θと同一のθである。斜辺Ｄを第２ピニオン１３３の歯Ｅで押す力はＷ0であり、この力Ｗ0は第２ピニオン１３３のピッチ円上の円周方向に作用する力（第２ピニオン１３３の回転力）に相当する。従って、力Ｗ0は線ＡＢに直角方向に働く。
【００６０】
移動終端で停止した状態の第２ラック１３４を、第２ピニオン１３３で更に押した場合には、歯Ｅは斜辺Ｄ上を点Ａ方向へ滑って移動しようとする。斜辺Ｄと歯Ｅとの間に働く直圧力、すなわち、第２ピニオン１３３の歯面と第２ラック１３４の歯面との間に働く直圧力（歯面に直角に働く力）Ｗ1は、
Ｗ1＝Ｗ0×cosθ ・・・・・・（１）
斜辺Ｄに平行に働く力（第２ラック１３４の歯面に平行に働く力）Ｗ2は、
Ｗ2＝Ｗ0×sinθ ・・・・・・（２）
【００６１】
また、力Ｗ2によって、歯Ｅが斜辺Ｄ上を点Ａ方向へ滑って移動しないように、線ＡＢと平行な力Ｐ0で支える必要がある。この支える力Ｐ0は第２ピニオン１３３に働くスラストであり、力Ｐ0の方向は力Ｗ0の方向と直交する。支える力Ｐ0の分力は、斜辺Ｄに直角な分力Ｐ1と斜辺Ｄに平行な分力Ｐ2とであり、次式で表すことができる。
Ｐ1＝Ｐ0×sinθ ・・・・・・（３）
Ｐ2＝Ｐ0×cosθ ・・・・・・（４）
【００６２】
斜辺Ｄに直角な方向の力の成分の総和、すなわち、複合直圧力Ｒは直圧力Ｗ1と分力Ｐ1の和であるから、これを次式で表すと、
Ｒ＝Ｗ1＋Ｐ1 ・・・・・・（５）
第２ピニオン１３３の歯面と第２ラック１３４の歯面との間の最大摩擦力をＦとしたとき、最大摩擦力Ｆの大きさは複合直圧力Ｒに比例する。
これを次式で表すと、
Ｆ＝μ×Ｒ ・・・・・・（６）
但し、μは、はすば歯車としての第２ピニオン１３３の歯面と第２ラック１３４の歯面との間の、摩擦係数である。摩擦係数μに対応する、はすば歯車の摩擦角をρとすれば、
μ＝tanρ ・・・・・・（７）
力Ｗ2によって、歯Ｅが斜辺Ｄ上を点Ａ方向へ滑って移動しようとするので、摩擦力Ｆは力Ｗ2の方向と逆向きに働く。
【００６３】
斜辺Ｄに平行な３つの力Ｆ、Ｗ2、Ｐ2は次式の関係にある。
Ｐ2＝Ｗ2−Ｆ ・・・・・・（８）
（８）式に（１）〜（６）式を代入すると、
Ｐ0（cosθ＋μ×sinθ）＝Ｗ0（sinθ−μ×cosθ） ・・・・・・（１０）
Ｐ0＝Ｗ0（sinθ−μ×cosθ）／（cosθ＋μ×sinθ） ・・・・・・（１１）
（１１）式に（７）式を代入すると、
【００６４】
【数１】
上記（１２）式から明らかなように、θ＝ρのときにはＰ0＝０となる。また、θ＜ρのときにはＰ0＜０となる。従って、第２ラック１３４が停止した状態では、第２ピニオン１３３に大きなトルクが作用しても、第２ピニオン１３３にスラスト、すなわち、力Ｐ0が働くことはない。これが、はすば歯車のねじれ角θを、はすば歯車の摩擦角ρを越えない範囲（０°＜θ≦ρ）に設定したことの、理由である。
【００６６】
一方、第２ラック１３４が左又は右の移動終端で停止していない、通常の状態にあるとき、第２ピニオン１３３で第２ラック１３４を左又は右へ駆動する場合には、斜辺Ｄを第２ピニオン１３３の歯Ｅで押す力は、力Ｗ0よりも極めて小さい力である。この小さい力に応じたスラストが第２ピニオン１３３に働くことになる。
このように、第２ピニオン１３３に作用するスラストを、極めて小さなものに抑制することができる。
【００６７】
次に、ピニオン軸１３１を傾けて取付けた場合の、第２ピニオン１３３に作用するスラストについて、図１０に基づき説明する。
図１０（ａ），（ｂ）は本発明に係るラックアンドピニオン機構の変形概念図である。
（ａ）は、ラック軸３５の中心線Ｌ２に直交する直線を基準線Ｓとしたとき、この基準線Ｓから図左へ、ピニオン軸１３１を傾き角αだけ傾けた場合を示す。
（ｂ）は、基準線Ｓから図右へ、ピニオン軸１３１を傾き角αだけ傾けた場合を示す。
【００６８】
ここで、はすば歯車としての第２ラック１３４のねじれ角をβとする。（ａ）の第２ラック１３４のねじれ角はβ＝θ＋αであり、（ｂ）の第２ラック１３４のねじれ角はβ＝θ−αである。しかし、第２ピニオン１３３のねじれ角θは、ピニオン軸１３１の傾き角αにかかわらず、一定である。第２ピニオン１３３のねじれ角θが常に一定であるから、第２ピニオン１３３に働くスラストＰ0も一定であり、上記（１２）式で表すことができる。
上述のように、第２ピニオン１３３のねじれ角θについては、はすば歯車の摩擦角ρを越えない範囲（０°＜θ≦ρ）に設定してある。従って、ピニオン軸１３１の傾き角αにかかわらず、第２ラック１３４が停止した状態では、第２ピニオン１３３に大きなトルクが作用しても、第２ピニオン１３３にスラスト、すなわち、力Ｐ0が働くことはない。
【００６９】
以上をまとめると、第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４をはすば歯車としたので、すぐば歯車（平歯車）に比べて、比較的大きいトルクを伝達することができる。この結果、第２ラックアンドピニオン機構１３２を小型にすることができる。
しかも、はすば歯車としての第２ピニオン１３３のねじれ角θを、はすば歯車の摩擦角ρを越えない範囲に設定したので、第２ピニオン１３３に作用するスラストは、第２ラック１３４が左又は右の移動終端で停止していない、通常の状態にあるときの小さい力だけである。このため、図９（ａ）のピニオン軸１３１や図１０（ａ），（ｂ）のピニオン軸１３１に作用するスラストは小さく、ピニオン軸１３１を支承した軸受１５１，１５２や、ピニオン軸１３１に連結した歯車式減速機構１１０（図５参照）に、作用するスラストも小さい。
従って、はすば歯車を採用したにもかかわらず、歯車式減速機構１１０、ピニオン軸１３１、軸受１５１，１５２の強度を高める必要がなく、これらの部材を小型にすることができるとともに、安価にすることができる。
【００７０】
図１１は本発明に係る歯車式減速機構の変形例図（その１）であり、歯車式減速機構１１０における伝動軸１１１の支持構造の変形例を示す。
変形例の支持構造は、伝動軸１１１を第１・第２軸受１１４，１１５並びに偏心スリーブ１７１を介して、ハウジング４１にて支承したことを特徴とする。詳しくは、偏心スリーブ１７１は、ハウジング４１の孔に回転可能に嵌合した管状スリーブであり、この管状スリーブの内部の孔に第１・第２軸受１１４，１１５を嵌合し、これらの第１・第２軸受１１４，１１５を介して伝動軸１１１を回転可能に支承したものである。ハウジング４１に偏心スリーブ１７１をリング状ボルト１７２にて軸方向に押し付けることで、ハウジング４１に偏心スリーブ１７１を摩擦力で固定することができる。
【００７１】
図１２は本発明に係る歯車式減速機構の変形例図（その２）であり、上記図１１の１２−１２線断面における、ウォーム１１２とウォームホイール１１３と偏心スリーブ１７１との関係を表したものである。
この図は、偏心スリーブ１７１の中心Ｏ3に対して、ウォーム１１２の中心Ｏ1（伝動軸１１１の中心Ｏ1）が、上又は下へ偏心量δだけ偏心していることを示す。偏心スリーブ１７１の偏心した位置で伝動軸１１１を支承するので、偏心スリーブ１７１を回転させると、ウォーム１１２の中心Ｏ1が中心Ｏ2に接・離するように移動する。この結果、ウォーム１１２の中心Ｏ1からウォームホイール１１３の中心Ｏ2までの距離Ｘが変わる。このため、偏心スリーブ１７１を回転させるだけで、ウォームホイール１１３に対するウォーム１１２のバックラッシを容易に調整することができる。なお、この変形例においても、ウォーム１１２を金属製品にするとともに、その歯面を上記低摩擦剤からなる被膜層にて被覆し、また、ウォームホイール１１３を樹脂製品にすることが好ましい。
【００７２】
従って、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせ調整し、更に、ウォーム１１２の歯面とウォームホイール１１３の歯面とを、予圧を付加して噛み合わせることができる。バックラッシが無くなるので、ウォーム１１２とウォームホイール１１３との噛み合いのガタが無くなる。噛み合いのガタが無いので、電動機８２（図１１参照）の慣性による衝撃トルクが、ウォーム１１２の歯面からウォームホイール１１３の歯面に作用することはない。従って、変形例においても、歯車式減速機構１１０の耐久性が、より一層高まる。
【００７３】
このような歯車式減速機構１１０の噛み合わせ調整作業は、次の手順による。
（１）上記図１１において、電動機８２及びリング状ボルト１７２を外した状態で、偏心スリーブ１７１を工具で徐々に回転させる。この結果、伝動軸１１１の中心Ｏ1が移動するので、ウォームホイール１１３に対するウォーム１１２のバックラッシを調整することができる。
（２）調整完了後にリング状ボルト１７２を締めて、ハウジング４１に偏心スリーブ１７１を摩擦力で固定する。
（３）電動機８２に組込んだ状態のトルクリミッタ９０を、ハウジング４１内に挿入して、伝動軸１１１に嵌合させる。
（４）ハウジング４１に電動機８２をボルト１７３にて取付けて、作業を完了する。なお、電動機８２のボルト孔１７４は、通常のボルト孔径よりも大きい孔である。従って、電動機８２の出力軸８３の中心を伝動軸１１１の中心Ｏ1に容易に合せることができる。
【００７４】
なお、上記実施の形態において、トルクリミッタ９０は、摩擦式トルクリミッタに限定されるものではない。
また、歯車式減速機構１１０は、ウォームギヤ機構に限定されるものではなく、例えば、ベベルギヤ機構や平歯車機構であってもよい。
さらには、ラック軸３５に形成した第２ラック１３４を延長して、第１ラック３４を兼ねてもよい。その場合の第１ピニオン３３並びに第１ラック３４は、第２ピニオン１３３並びに第２ラック１３４と同一の、はすば歯車で且つ円弧歯形である。
【００７５】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、操舵トルクを第１ラックアンドピニオン機構を介して単一のラック軸に伝達するとともに、補助トルクを第２ラックアンドピニオン機構を介して前記ラック軸に伝達し、このラック軸によって操舵輪を操舵するようにした電動パワーステアリング装置において、特に、第２ラックアンドピニオン機構のピニオン並びにラックをはすば歯車としたので、すぐば歯車（平歯車）よりも大きい補助トルクを伝達することができる。
さらには、第２ラックアンドピニオン機構だけ、はすば歯車の歯形を、特に、円弧歯形としたので、歯車の強度をより一層高めることができる。従って、補助トルクが通常の操作時よりも大きい場合であっても、この大きい補助トルクを、第２ラックアンドピニオン機構の大強度のピニオン並びにラックで、十分に伝達することができる。
このようなことから、電動機の慣性による大きな負荷トルクに対して十分な強度と耐久性を有する第２ラックアンドピニオン機構を備えた電動パワーステアリング装置を、小型で安価にすることができる。
しかも、第１ラックアンドピニオン機構は、運転者の操舵トルクを伝達するだけのものであるから、ラック軸が停止したときであっても、通常の操作時に比べて操舵トルクがそれほど大きくならないので、強度をほとんど高める必要がない。
【００７６】
さらに請求項１は、第２ラックアンドピニオン機構の、はすば歯車をなすピニオンのねじれ角を、はすば歯車の摩擦角を越えない範囲に設定したので、ラックが左又は右の移動終端で停止したときには、ピニオンにスラストが作用しない。一方、ラックが左又は右の移動終端で停止していない通常の状態にあるときには、第２ラックアンドピニオン機構のピニオンに作用するスラストは、極めて小さい。このため、ピニオン軸に作用するスラストは小さく、ピニオン軸を支承した軸受やピニオン軸に連結した歯車式減速機構に作用する、スラストも小さい。従って、はすば歯車を採用したにもかかわらず、ピニオン軸、軸受、歯車式減速機構の強度を高める必要がなく、これらの部材を小型にすることができるとともに、安価にすることができる。
【００７７】
請求項２は、歯車式減速機構の駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせたので、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いのガタを無くすることができる。ガタが無いので、電動機の慣性による衝撃トルクが、駆動ギヤの歯面から従動ギヤの歯面に作用することはない。従って、歯車式減速機構の耐久性を、より一層高めることができる。
さらには、駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面のいずれか一方又は両方を、低摩擦剤からなる被膜層にて被覆することによって、駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面との間の滑り面の摩擦係数を、低摩擦剤にて低減させることができる。従って、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いのガタが無いにもかかわらず、歯車式減速機構の動力伝達効率を高めることができる。
【００７８】
請求項３は、電動機と歯車式減速機構との間にトルクリミッタを介在させたので、所定以上のトルクをトルクリミッタにてカットすることにより、電動機から歯車式減速機構へ伝達する補助トルクを制限することができる。従って、ラック軸がラックエンドストッパに衝突したときに、負荷側から電動機へかかる逆トルクが過大であればトルクリミッタで伝達させないので、電動機に過大な逆トルクがかかる心配はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図
【図２】本発明に係る操舵トルクセンサの原理図
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】図３の５−５線断面図
【図６】図５の６−６線断面図
【図７】本発明に係るトルクリミッタの断面図
【図８】本発明に係る第２ラックアンドピニオン機構の構成図
【図９】本発明に係る第２ラックアンドピニオン機構の概念図
【図１０】本発明に係る第２ラックアンドピニオン機構の変形概念図
【図１１】本発明に係る歯車式減速機構の変形例図（その１）
【図１２】本発明に係る歯車式減速機構の変形例図（その２）
【符号の説明】
１０…電動パワーステアリング装置、２１…操舵輪、３１…入力軸、３２…第１ラックアンドピニオン機構、３３…第１ピニオン、３４…第１ラック、３５…ラック軸、７０…操舵トルクセンサ、８２…電動機、９０…トルクリミッタ、１１０…歯車式減速機構、１１２…駆動ギヤ（ウォーム）、１１３…従動ギヤ（ウォームホイール）、１３１…ピニオン軸、１３２…第２ラックアンドピニオン機構、１３３…第２ピニオン、１３３ｆ…歯末の面、１３３ｇ…歯元の面、１３４…第２ラック、１３４ａ…歯末の面、１３４ｂ…歯元の面、１７１…偏心スリーブ、Ｐｉ…基準ピッチ線、θ…はすば歯車のねじれ角、ρ…はすば歯車の摩擦角。
Claims (3)
- ステアリングハンドルによる操舵トルクを、第１ラックアンドピニオン機構に伝達するとともに、前記操舵トルクに応じて電動機が発生した補助トルクを、歯車式減速機構を介して第２ラックアンドピニオン機構に伝達するものであって、前記第１ラックアンドピニオン機構のラックを形成したラック軸が、前記第２ラックアンドピニオン機構のラックを形成したラック軸を兼ね、このラック軸によって操舵輪を操舵するようにした電動パワーステアリング装置において、
前記第２ラックアンドピニオン機構だけが、ピニオン並びにラックは、はすば歯車であり、このはすば歯車の歯形は、１組の歯車のうち、少なくとも一方の歯車の歯末の面を、基準ピッチ線上をほぼ中心とする円弧面に形成し、少なくとも他方の歯車の歯元の面を、基準ピッチ線上をほぼ中心とする円弧面に形成した、円弧歯形であり、
前記第２ラックアンドピニオン機構の、はすば歯車をなすピニオンのねじれ角を、はすば歯車の摩擦角を越えない範囲に設定したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記歯車式減速機構は、駆動ギヤと従動ギヤの組合せ構造であり、これらの駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面のいずれか一方又は両方を、低摩擦剤からなる被膜層にて被覆するとともに、駆動ギヤの歯面と従動ギヤの歯面とを、バックラッシが無いように噛み合わせたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記電動機と前記歯車式減速機構との間にトルクリミッタを介在させたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
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