JP4093022B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に電動モータの回転をステアリングシャフトに伝達する減速機構の歯車構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用の電動パワーステアリング装置は、舵輪の操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクその他の信号を検出し、その検出信号に基づいて電動モータを駆動し、減速機構を介してステアリングシャフトを回転させ、操舵力を補助するものである。
【0003】
操舵力を補助する電動モータの制御は、CPUで構成された電子制御回路で実行されるもので、操舵トルクその他の検出信号に基づいて電動モータの出力を決定する電流指令値を演算する。このとき、電子制御回路には、フィードバック系の特性を改善するため位相補償器、微分補償器、比例演算器、積分演算器などが設けられており、これらの補償器や演算器の出力が電流指令値に加算され、電流制御値として出力される。
【0004】
そして、算出された電流制御値をモータ駆動回路に出力して電動モータを駆動するが、そのときの電動モータに流れるモータ実電流値を検出して電子制御回路にフィードバックし、電流制御値と検出されたモータ実電流値との差が零になるようにフィードバック制御が行われる。
【0005】
電流制御値と検出されたモータ実電流値との差を零にする制御は、モータに印加する電圧を調整するが、モータ駆動回路としては4個の半導体スイッチング素子をHブリッジ接続したモータ駆動回路が広く使用されており、モータ印加電圧の調整は、半導体スイッチング素子をPWM(パルス幅変調)信号のデューテイ比を調整して実施される(例えば特許文献1参照)。
【0006】
上記した電子制御回路では、多様な走行状態に対応して最適な操舵特性を得るためにステアリングシャフトの操舵角を知る必要がある。このためには電動モータに発生する逆起電力から操舵角を推定する方法も提案されているが(例えば特許文献1参照)、より正確に操舵角を検出するために舵角センサを設けるものが提案されている(例えば特許文献2参照)。そして、舵角センサには、例えば特許文献3に開示されているような構成のものが提案されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平09−039810号公報
【0008】
【特許文献2】
特開平07−010021号公報
【0009】
【特許文献3】
特開2000−205811号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両には衝突時に乗員を保護するために、ステアリングシャフトにはエネルギ吸収機構を備えることが法律により義務付けられており、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムにはエネルギ吸収機構を構成する各種部材が配置されるほか、ステアリングシャフト近辺には操舵補助力を供給する電動モータや減速機構が配置されている。
【0011】
このため、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムの周辺には、舵角センサを配置する空間が極めて限られてしまい、また、十分な空間を確保することが困難になってきた。特に、ステアリングシャフトにエネルギ吸収機構を設けるときはシャフトの軸方向にエネルギ吸収ストロークを確保することが必要となるが、舵角センサも軸方向に空間を必要とするから、舵角センサの配置によっては、エネルギ吸収機構のエネルギ吸収ストロークを確保しにくくなるという不都合がある。
【0012】
さらに、舵角センサは、被検出体の歯車に噛合する歯車を備えた回転体を備え、回転体の回転数を計数する構成を備えているものが一般的であるから、被検出体側にも舵角センサの歯車に噛合する歯を設けたり、舵角センサの歯車に噛合する歯車を設ける必要があるが、被検出体であるステアリングシャフト側に、舵角センサの歯車に噛合する歯を形成したり歯車を装着することは、ステアリングシャフトの構成を繁雑にし、望ましいことではない。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、少くとも電動モータに結合された第1の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第1の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第2の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両のステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に歯車の歯幅方向の一部を残して前記第1の歯車に噛合する歯が形成され、更に歯車の歯幅方向の残りの部分に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車が一体に構成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である。
【0015】
また、前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第1の歯車に噛合する所定ピッチの第1の歯と、前記第1の歯に対して1/2ピッチずれた位置に前記所定ピッチと同一ピッチで第2の歯とが形成され、前記第1及び第2の歯により舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。
【0016】
また、前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第1の歯車に噛合する歯が形成され、更にその円筒形樹脂部の側面に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。
【0017】
さらに、前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第1の歯車に噛合する歯が形成され、更にその金属製の芯金の側面に、樹脂材料の射出成形により形成されたセンサピニオンに噛合する内歯部材を圧入固定し、センサ歯車を一体に構成してもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【0020】
図1は、この発明を実施するに適した電動パワーステアリング装置10の構成の一例を説明する正面図で、コラム式の電動パワーステアリング装置である。図1において、11は舵輪軸、12は舵輪軸ハウジング、13は電動モータ、20はラック・ピニオン式運動変換機構を示す。
【0021】
舵輪軸11は、図1では図示されていないが、上部舵輪軸11aと下部舵輪軸11bとから構成され、舵輪軸11は舵輪軸ハウジング12の内部に軸心回りに回転自在に支承されており、舵輪軸ハウジング12は、車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されている。また、上部舵輪軸11aの上端には、図示されていない舵輪が固定されている。
【0022】
さらに、上部舵輪軸11aと下部舵輪軸11bとは、図示されていないトーションバーにより結合されており、舵輪から上部舵輪軸11aを経て下部舵輪軸11bに伝達される操舵トルクが、トーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ13の出力が制御される。
【0023】
ラック・ピニオン式運動変換機構20は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸21と、ラック軸21の軸心に対して斜めに支承されてラック軸21の歯部に噛合する歯部を備えたピニオン軸22、及びラック軸21とピニオン軸22を支承する筒状のラック軸ケース23とから構成される。
【0024】
ピニオン軸22と下部舵輪軸11bの下部とは、2個の自在継手15、16及び連結部材17で連結されている。また、下部舵輪軸11bの中間部分には後述するウォーム歯車減速機構30が配置され、電動モータ13から下部舵輪軸11bに対して操舵補助力が供給されるように構成されている。
【0025】
図2は、上記した電動パワーステアリング装置のウォーム歯車減速機構30の構成を示す部分断面図で、31はウォームホイール、32はウォームホイール31に噛合するウォーム、33はギアケースである。
【0026】
ウォーム32はその両端にウォーム軸32a、32bが一体に形成されており、ウォーム軸32a、32bはそれぞれギアケース33に装着された玉軸受34a、34bにより回転自在に支承されている。また、ウォーム軸32bは、電動モータ13の駆動軸13aにスプライン結合している。
【0027】
ウォームホイール31のハブ、即ち芯金35は下部舵輪軸11bに結合し、電動モータ13の回転はウォーム32、ウォームホイール31を経て下部舵輪軸11bに伝達される。
【0028】
次に、ウォーム歯車減速機構のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成について説明する。この構成については複数の実施の形態がある。
【0029】
[第1の実施の形態]
図3は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第1の実施の形態を説明する断面図である。図3において、ウォームホイール31は、金属製のハブ、即ち芯金35の外周面に適宜スプライン加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部36を設ける。そして樹脂部36の外周面にウォーム32に噛合するウォームホイール31の歯(以下、ホイール歯という)37が歯幅方向の一部を残して、即ち歯幅方向に一方に片寄せて形成され、ウォームホイール31が構成されている。なお、35aは芯金35の中心に設けた軸孔で、下部舵輪軸11bに嵌合する。
【0030】
さらに、樹脂部36の外周面には、舵角センサ51の図示しない回転体から延長された軸52に設けられたセンサピニオン53に噛合するセンサ用歯車38が、前記した樹脂部36の外周面のホイール歯37の形成されていない部分に形成されている。センサ用歯車38の歯は、前記したホイール歯37とは独立の歯であるが、センサ用歯車38の歯の頂面38aと前記したホイール歯37の頂面37aとは同一の面に来るように構成する。
【0031】
ウォームホイール31のホイール歯37を歯幅方向の一部を残して、即ち歯幅方向に一方に片寄せて形成し、片ウォームホイールとする。これにより、ホイール歯37の一方の端面が強固に保持されるので、ホイール歯37の曲強度を向上させることができる。
【0032】
舵角センサ51によりウォームホイール31の回転角をより正確に検出するにはセンサ用歯車38の回転を増速する必要があるが、この場合、センサ用歯車38をウォームホイール31の内側に設ける内歯歯車とすると、必要なギア比を確保できない場合があるので、センサ用歯車38をウォームホイール31の外側に配置し、高いギア比を確保している。
【0033】
[第2の実施の形態]
図4は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第2の実施の形態を説明する断面図、図5はそのウォームホイール31の歯とセンサ用歯車39の歯の関係を説明する展開図である。第1の実施の形態と共通する部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0034】
図4において、ウォームホイール31は、金属製のハブ、即ち芯金35の外周面に適宜スプライン加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部36を設ける。そして、樹脂部36の外周面にウォーム32に噛合するウォームホイール31の歯(以下、ホイール歯という)37が形成され、ウォームホイール31が構成されている。この実施の形態では、ウォームホイール31のホイール歯37は樹脂部36の外周面に歯幅方向に片寄せることなく形成されている。
【0035】
なお、図5では、ウォームホイール31のホイール歯37についてはその歯溝を符号37dで示し、後述するセンサ用歯車39の歯については、その歯溝を符号39dで示した。
【0036】
樹脂部36の外周面には、舵角センサ51のセンサピニオン53に噛合するセンサ用歯車39が形成される。センサ用歯車39の歯(歯溝39d)は、前記した樹脂部36の外周面に形成されたホイール歯37(歯溝37d)の中間に、ホイール歯37のピッチpと同一ピッチで、ホイール歯37に対してピッチ1/2pずれて形成されており、ホイール歯37(歯溝37d)とセンサ用歯車39の歯(歯溝39d)とは同一の歯型に形成されている。但し、歯幅方向はセンサピニオン53に噛合する幅とし、深さもセンサピニオン53に噛合するだけの深さに形成されている。
【0037】
この構成により、センサ用歯車39の歯(歯溝39d)はウォームホイール31のホイール歯37(歯溝37d)を共有するから、ホイール歯37(歯溝37d)はピッチpで形成されているのに対し、センサ用歯車39の歯(歯溝39d)はピッチ1/2pで形成されていることになる。
【0038】
この構成によれば、ウォームホイールの樹脂部36にセンサ用歯車39を別に設けるスペースを必要としないから、ウォームホイール31の歯車幅を小さくすることができ、ウォーム歯車減速機構を小型に構成することができる。
【0039】
[第3の実施の形態]
図6は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第3の実施の形態を説明する断面図、図7はそのウォームホイール31に設けるセンサ用歯車40を説明する平面図である。
【0040】
図6において、ウォームホイール31は、金属製のハブ、即ち芯金35の外周面に適宜スプライン加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部36を設ける。そして、樹脂部36の外周面にウォーム32に噛合するウォームホイール31の歯(以下、ホイール歯という)37を形成し、さらに、樹脂部36の側面に、舵角センサ51のセンサピニオン53に噛合するフェースギアであるセンサ用歯車40を形成したものである。
【0041】
この構成によれば、舵角センサをウォームホイール31の半径方向に配置してウォームホイール31の歯車幅を小さくすることができ、ウォーム歯車減速機構を小型に構成することができる。
【0042】
[第4の実施の形態]
図8は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第4の実施の形態を説明する断面図、図9はそのウォームホイール31に設けるセンサ用歯車41を説明する平面図である。
【0043】
図8において、ウォームホイール31は、金属製のハブ、即ち芯金35の外周面に適宜クロスローレット加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部36を設ける。そして、樹脂部36の外周面にウォーム32に噛合するウォームホイール31の歯(以下、ホイール歯という)37を形成し、さらに、芯金35の側面に、樹脂材料の射出成形により形成したセンサピニオン53に噛合する内歯のセンサ用歯車41を圧入して固定したものである。
【0044】
この構成によれば、樹脂部36の材料がMCナイロン(商標名)等の樹脂を使用するためにセンサ用歯車41の加工が困難な場合にも、適した構成である。
【0045】
また、舵角センサのピニオンが樹脂製の場合は、これに噛合するセンサ用歯車41も耐摩耗性を考慮すると樹脂製であることが望ましいが、芯金35に樹脂材料で射出成形したセンサ用歯車41を圧入固定することで、耐摩耗性を確保することができる。
【0046】
[第5の実施の形態]
図10は、ウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成の第4の実施の形態を説明する断面図、図11はそのウォームホイール31に設けるセンサ用歯車42を説明する平面図である。
【0047】
図10において、ウォームホイール31は、金属製のハブ、即ち芯金35の外周面に適宜クロスローレット加工を施すなどの加工を行い、その加工面に合成樹脂で一体形成した円筒形の樹脂部36を設ける。そして、樹脂部36の外周面にウォーム32に噛合するウォームホイール31の歯(以下、ホイール歯という)37が形成され、さらに、芯金35の側面に、舵角センサ51のセンサピニオン53に噛合する内歯のセンサ用歯車42を形成したものである。
【0048】
なお、図11において、42aはセンサ用歯車42の歯の端面の面取り加工を示している。センサ用歯車42の歯の端面の面取り加工については、後で説明する。
【0049】
上記した構成によれば、芯金35を加工する段階で、同時にセンサ用歯車42を加工することができ、特に樹脂部36の材料がMCナイロン(商標名)等の樹脂を使用し、センサ用歯車42の加工が困難なときに適した構成である。
【0050】
また、舵角センサのピニオンが金属製の場合は、これに噛合するセンサ用歯車42が樹脂製歯車では摩耗する可能性があるが、芯金35にセンサ用歯車42を設けることで摩耗のおそれを解消することができる。
【0051】
以上、ウォーム歯車減速機構のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成について、複数の実施の形態を説明した。いずれの実施の形態においても、ウォーム歯車減速機構には別体に組み立てられた舵角センサを装着する。このとき、舵角センサのピニオンを、ウォームホイール側に設けられたセンサ用歯車に対して歯筋方向から挿入して噛合させるが、舵角センサのピニオン及びセンサ用歯車の噛み合い面のガタ(緩み)に対する許容誤差を最小に設定してあるので、ウォーム歯車減速機構に別体の舵角センサを装着するとき、舵角センサのピニオンとセンサ用歯車との角度位置を正確に設定しておかないと、舵角センサのピニオンとセンサ用歯車との端面とが当接して装着が極めて困難になる。
【0052】
そこで、ウォームホイール側に設けられたセンサ用歯車の歯の端面を面取り加工しておく。上記した第5の実施の形態では、図11に、センサ用歯車42の歯の端面の面取り加工42aを示しているが、センサ用歯車の端面の面取り加工は、第5の実施の形態に限られるものではなく、他の実施の形態についても適用することができる。また、舵角センサのピニオンの歯の端面に面取り加工を施してもよい。
【0053】
これにより、ウォーム歯車減速機構に舵角センサを装着するとき、舵角センサのピニオンとセンサ用歯車との角度位置を正確に設定しなくとも、容易にピニオンとセンサ用歯車とを噛合させることができ、舵角センサの装着を容易に行うことができる。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の電動パワーステアリング装置は、少くとも電動モータに結合された第1の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第1の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第2の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両のステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に歯車の歯幅方向の一部を残して前記第1の歯車に噛合する歯が形成され、更に歯車の歯幅方向の残りの部分に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成したものである。このほか、前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第1の歯車に噛合する所定ピッチの第1の歯と、前記第1の歯に対して1/2ピッチずれた位置に前記所定ピッチと同一ピッチで第2の歯とが形成され、前記第1及び第2の歯により舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。また、前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第1の歯車に噛合する歯が形成され、更にその円筒形樹脂部の側面に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車を一体に構成してもよい。さらに、前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第1の歯車に噛合する歯が形成され、更にその金属製の芯金の側面に、樹脂材料の射出成形により形成されたセンサピニオンに噛合する内歯部材が圧入固定されてセンサ歯車を一体に構成してもよい。
【0055】
これにより、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムの周辺に舵角センサを配置するとき、被検出体であるステアリングシャフトに舵角センサの回転体に噛合する歯を形成したり歯車を装着する必要がなく、舵角センサを操舵補助力を供給する減速機構の周辺にコンパクトに配置することができ、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムの周辺を簡潔にまとめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を実施するに適した電動パワーステアリング装置の構成の一例を説明する正面図。
【図2】図1に示す電動パワーステアリング装置のウォーム歯車減速機構の構成を示す部分断面図。
【図3】第1の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図4】第2の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図5】第2の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分展開図。
【図6】第3の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図7】第3の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分側面図。
【図8】第4の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図9】第4の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分側面図。
【図10】第5の実施の形態のウォームホイールに舵角センサ用歯車を設ける構成を説明する部分断面図。
【図11】第5の実施の形態のウォームホイールと舵角センサ用歯車との関係を説明する部分側面図。
【符号の説明】
10 電動パワーステアリング装置
11 舵輪軸
11a 上部舵輪軸
11b 下部舵輪軸
12 舵輪軸ハウジング
13 電動モータ
15、16 自在継手
17 連結部材
20 ラック・ピニオン式運動変換機構
21 ラック軸
22 ピニオン軸
30 ウオーム歯車減速機構
31 ウォームホイール
32 ウォーム
32a、32b ウォーム軸
33 ギアケース
35 芯金(ハブ)
36 樹脂歯
38、39、40、41、42 センサ用歯車
51 舵角センサ
53 センサピニオン
Claims (4)
- 少くとも電動モータに結合された第1の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第1の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第2の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両のステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に歯車の歯幅方向の一部を残して前記第1の歯車に噛合する歯が形成され、更に歯車の歯幅方向の残りの部分に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車が一体に構成されていること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 少くとも電動モータに結合された第1の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第1の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第2の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両のステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第1の歯車に噛合する所定ピッチの第1の歯と、前記第1の歯に対して1/2ピッチずれた位置に前記所定ピッチと同一ピッチで第2の歯とが形成され、前記第1及び第2の歯により舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車が一体に構成されていること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 少くとも電動モータに結合された第1の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第1の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第2の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両のステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第1の歯車に噛合する歯が形成され、更にその円筒形樹脂部の側面に舵角センサのセンサピニオンに噛合する歯が形成されたセンサ歯車が一体に構成されていること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 少くとも電動モータに結合された第1の歯車と、金属製の芯金の外周面に樹脂歯を備えて前記第1の歯車に噛合すると共にステアリングシャフトに結合された第2の歯車とを備え、電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介して車両のステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記第2の歯車は、その円筒形樹脂部の円周面に前記第1の歯車に噛合する歯が形成され、更にその金属製の芯金の側面に、樹脂材料の射出成形により形成されたセンサピニオンに噛合する内歯部材が圧入固定されてセンサ歯車が一体に構成されていること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
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