JP6164477B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置では、電動モータの回転軸の回転を、継手を介して減速機ウォームに伝達し、そのウォームに噛み合うウォームホイールによって減速して転舵機構に伝達することにより、ステアリング操作をトルクアシストしている。
ウォームとウォームホイールとの噛み合いには、バックラッシが必要であるが、走行時に、バックラッシに起因した歯打ち音（ラトル音）が発生するおそれがある。

そこで、従来、ウォームの一端（モータ側端部）を支持する第１軸受を中心として、ウォームの他端を支持する第２軸受を付勢部材によってウォームホイール側に弾性的に揺動付勢することにより、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。また、軸受のガタを抑制するために、第１軸受の内輪の両側に一対の弾性体を配置した電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

一方、ウォームホイール側へのウォームの揺動付勢や、ウォームの軸方向付勢を採用するウォーム支持装置において、第２軸受の軌道溝の曲率半径を玉の直径の５２．５％以上とすることが提案されている（例えば特許文献２を参照）。

特開２０１２−１０１６４９号公報 特開２００４−３０１２６３号公報

付勢部材の付勢荷重を大きくすると、歯打ち音抑制には寄与できるものの、微小操舵時にウォームが軸方向に移動を開始するときの摩擦抵抗が増加することにより、微小操舵時の操舵フィーリングが悪くなる。
逆に、付勢部材の付勢荷重を小さくすると、微小操舵時にウォームが軸方向に移動を開始するときの摩擦抵抗を低減して微小操舵時の操舵フィーリングが向上するものの、歯打ち音を抑制できなくなる。

そこで、本発明の目的は、歯打ち音の抑制と微小操舵時の操舵フィーリングの向上とを両立することができる電動パワーステアリング装置を提供することである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、第１端部（１８ａ）および第２端部（１８ｂ）を有するウォーム（１８）と当該ウォームと噛み合い領域（Ｂ）で噛み合うウォームホイール（１９）とを含み、電動モータ（１６）の回転を減速する減速機（１７）と、前記減速機を収容するハウジング（１７ａ）と、前記ハウジングにより固定された外輪（３７）と、前記ウォームの第１端部にルーズフィットされた内輪（３４）とを含み、前記ウォームの第１端部を回転可能に且つ軸方向移動可能に支持する第１軸受（３０）と、外輪（５４）と、前記ウォームの第２端部にプレスフィットされた内輪（５０）と、を含み、前記ハウジングにより前記ウォームと前記ウォームホイールとの中心間距離（Ｄ１）が増減する方向（Ｙ１，Ｙ２）に変位可能に支持されて、前記ウォームの第２端部を回転可能に支持する第２軸受（３１；３１Ｋ）と、前記第１軸受の内輪の軸方向の両側に配置され前記第１軸受の内輪に対して前記ウォームを軸方向（Ｘ）に弾性支持する第１弾性部材（３２）および第２弾性部材（３３）と、前記第２軸受の外輪の外周を前記中心間距離が減少する方向（Ｙ２）に付勢する付勢部材（６０）と、を備え、前記第１軸受の内輪と前記ウォームとの軸方向に関する第１摩擦抵抗（Ｇ１）と、前記付勢部材と前記第２軸受の外輪の外周との軸方向に関する第２摩擦抵抗（Ｇ２）との和が、前記ウォームの軸方向に関する噛み合い摩擦抵抗（Ｇｍ）よりも小さくされている電動パワーステアリング装置（１）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記付勢部材の付勢荷重をＦとし、前記付勢部材と前記第２軸受の外輪との軸方向に関する摩擦係数をμｅとし、前記第１軸受の内輪と前記ウォームとの軸方向に関する摩擦係数をμｔとし、前記ウォームの軸方向に関して前記第１軸受の軸受中心と前記噛み合い領域との距離をＬ１とし、前記ウォームの軸方向に関して前記第２軸受の軸受中心と前記噛み合い領域との距離をＬ２とし、前記ウォームホイールのピッチ円半径をＲとし、前記第１軸受の内輪と前記ウォームとの軸方向の摩擦抵抗により生ずる第１摩擦トルクをＴ１とし、前記付勢部材と前記第２軸受の外輪の外周との軸方向の摩擦抵抗により生ずる第２摩擦トルクをＴ２とし、前記噛み合い領域での噛み合い摩擦抵抗により生ずる噛み合い摩擦トルクＴｍとして、下記式（１）、（２）、（３）を満足していてもよい。

Ｔ１＝Ｆ・（Ｌ１／Ｌ２）・μｔ・Ｒ …（１）
Ｔ２＝Ｆ・μｅ・Ｒ …（２）
（Ｔ１＋Ｔ２）＜Ｔｍ …（３）
また、請求項３のように、前記第２軸受の内輪（５０Ｋ）の軌道面（９１）および外輪（５４Ｋ）の軌道面（９２）の曲率半径（Ｋ１，Ｋ２）が、転動体（９３）の直径（Ｓ）の６０％以上とされていてもよい。

また、請求項４のように、前記ウォームの第１端部に固定されたボス（２５）と前記ボスから延設されたフランジ（２６）とを有する第１回転要素（２２）と、前記電動モータの回転軸（２０）に固定された第２回転要素（２３）とを含み、前記ウォームと前記回転軸とをトルク伝達可能に連結する継手（２１）と、前記第１軸受の内輪の第１端面（３４ａ）と前記第１弾性部材との間に介在する環状の第１受け板（４１）と、前記第１軸受の内輪の第２端面（３４ｂ）と前記第２弾性部材との間に介在する環状の第２受け板（４２）と、を備え、前記第１弾性部材は、前記第１受け板に固着された第１端面（７１）と、前記ウォームの外周に形成された環状段部に摩擦係合する第２端面（７２）と、外周（７３）と、前記ウォームの外周を取り囲む内周（７４）と、を有して環状をなし、前記第２弾性部材は、前記第２受け板に固着された第１端面（８１）と、前記第１回転要素のフランジに摩擦係合する第２端面（８２）と、外周（８３）と、前記第１回転要素のボスの外周を取り囲む内周（８４）と、を有して環状をなしていてもよい。

また、請求項５のように、前記第１弾性部材および前記第２弾性部材のそれぞれは、外周と第２端面との間に面取り部（７５，８５）を有し、前記第１弾性部材および前記第２弾性部材のそれぞれにおいて、前記第２端面の外径（Ｅ２，Ｈ２）が、前記第１端面の外径（Ｅ１，Ｈ１）よりも小さくされていてもよい。
また、請求項６のように、前記第１弾性部材は、当該第１弾性部材の内周の周方向に等間隔で配置されて前記ウォームの外周に嵌合する複数の弾性突起（７６）、または当該第１弾性部材の内周の全周に連続して配置されて前記ウォームの外周に嵌合する環状の弾性突起（７６Ａ）を含み、前記第２弾性部材は、当該第２弾性部材の内周の周方向に等間隔で配置されて前記ボスの外周に嵌合する複数の弾性突起（８６）、または当該第２弾性部材の内周の全周に連続して配置されて前記ボスの外周に嵌合する環状の弾性突起（８６Ａ）を含んでいてもよい。

また、請求項７のように、前記第１弾性部材および前記第２弾性部材のそれぞれの内周において、前記弾性突起のみに締め代が設けられていてもよい。
また、請求項８のように、前記第１弾性部材の弾性突起は、当該第１弾性部材の第２端面に近接して配置され、前記第２弾性部材の弾性突起は、当該第２弾性部材の第２端面に近接して配置されていてもよい。

請求項１の発明によれば、付勢部材が第２軸受の外輪を付勢する付勢荷重に起因して、付勢部材と第２軸受の外輪の外周との間に軸方向に関する第１摩擦抵抗が生じ、また、第１軸受の内輪とウォームとの間に軸方向に関する第２摩擦抵抗が生ずる。これらの摩擦抵抗の和がウォームの軸方向に関する噛み合い摩擦抵抗より小さいので、微小操舵時に、ウォームホイールを回転させることなく、ウォームを軸方向に微小変位させることができる。したがって、付勢部材によって歯打ち音を防止しつつ、微小操舵時の操舵フィーリングを向上することができる。

請求項２の発明によれば、前記式（１），（２）を用いて、第１軸受の内輪とウォームとの軸方向の第１摩擦抵抗により生ずる第１摩擦トルクＴ１と、付勢部材と第２軸受の外輪の外周との軸方向の第２摩擦抵抗により生ずる第２摩擦トルクＴ２との和を、噛み合い領域での噛み合い摩擦抵抗により生ずる噛み合い摩擦トルクＴｍよりも小さくするように［（式（３）が成立するように］、付勢部材の付勢荷重Ｆと各摩擦係数μｅ，μｔの関係を調整する。これにより、付勢部材による付勢によって歯打ち音を防止しつつ、微小操舵時の操舵フィーリングを向上することが実質的に可能となる。

また、請求項３の発明によれば、第２軸受のアキシャル剛性を低減することができるので、付勢部材と第２軸受の外輪の外周との軸方向に関する第２摩擦抵抗が過度に小さくする必要がない。
また、請求項４の発明によれば、第１弾性部材および第２弾性部材の第１端面側のみに、受け板を配置するので、構造を簡素化することができる。

また、請求項５の発明によれば、第１弾性部材および第２弾性部材の第２端面が、対応するウォームの環状段部および第１回転要素のフランジから受ける反力荷重の位置が、対応する受け板から各弾性部材の第１端面が受ける押圧荷重の位置よりも、径方向内方に配置される。これにより、各弾性部材の圧縮変形時に、各弾性部材の第２端面が、対応するウォームの環状段部および第１回転要素のフランジに対して滑って径方向外方へ拡がることを抑制する方向にモーメント荷重を発生させることができる。可及的に、各弾性部材の第２端面の径方向外方への拡がりを抑制して、各弾性部材の荷重低下を抑制することができる。

また、請求項６の発明によれば、各弾性部材の内周に、周方向に等間隔で配置された複数の弾性突起または周方向に連続して配置された環状の弾性突起を設けたので、各弾性部材を、対応するウォームおよび第１回転要素に対して容易に芯合わせして同心的に組み込むことができる。
また、請求項７の発明によれば、各弾性部材を、対応するウォームおよび第１回転要素に対して確実に芯合わせすることができる。これにより、各弾性部材の偏摩耗の発生を抑制することができる。

また、請求項８の発明によれば、各弾性部材の組み込み側となる第２端面に近接して、芯合わせ用の弾性突起を配置しているので、組み込みが一層容易になる。

本発明の一実施形態の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の要部の断面図である。 継手の分解斜視図である。 電動パワーステアリング装置の要部の拡大断面図であり、ウォームを支持する第１軸受の周辺を示している。 第１受け板に固着された第１弾性部材の正面図である。 第１受け板に固着された第１弾性部材の断面図であり、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面に相当する。 第２受け板に固着された第２弾性部材の正面図である。 第２受け板に固着された第２弾性部材の断面図であり、図７のVIII−VIII線に沿う断面に相当する。 第１弾性部材が軸方向に圧縮された状態を示す模式図である。 図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 付勢部材としての板ばねの斜視図である。 ウォーム支持構造の模式図である。 本発明の別の実施形態における第２軸受の概略断面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別の実施形態における第１弾性部材および第２弾性部材の断面図である。

本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、一端にステアリングホイール等の操舵部材２が連結された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を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。ピニオン軸７およびラックバー８により、ラックアンドピニオン機構からなる転舵機構Ａが構成されている。

ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動可能に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１１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、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。

ステアリングシャフト３は、一端に操舵部材２が連結された入力側の第１操舵軸３ａと、ピニオン軸７に連なる出力側の第２操舵軸３ｂと、第１操舵軸３ａと第２操舵軸３ｂとを同一軸線上で相対回転可能に連結したトーションバー１２とを備えている。
トーションバー１２を介する第１操舵軸３ａと第２操舵軸３ｂとの間の相対回転変位量に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサ１３が設けられている。トルクセンサ１３のトルク検出結果は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１４に与えられる。ＥＣＵ１４では、トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路１５を介して操舵補助用の電動モータ１６を駆動制御する。

電動モータ１６の出力回転が伝動装置としての減速機１７を介して減速されてピニオン軸７に伝達され、ラックバー８の直線運動に変換されて、操舵が補助される。減速機１７は、電動モータ１６により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム１８と、このウォーム１８に噛み合うと共にステアリングシャフト３の第２操舵軸３ｂに一体回転可能に連結された被動ギヤとしてのウォームホイール１９とを備えている。

図２に示すように、ウォーム１８は電動モータ１６の回転軸２０と同軸上に配置される。ウォーム１８は、その軸長方向に離隔する第１端部１８ａおよび第２端部１８ｂと、第１端部１８ａおよび第２端部１８ｂ間の中間部の歯部１８ｃとを有する。
ウォームホイール１９は、ステアリングシャフト３の第２操舵軸３ｂの軸方向中間部に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール１９は、第２操舵軸３ｂに一体回転可能に結合された環状の芯金１９ａと、芯金１９ａの周囲を取り囲み外周に歯部１９ｃを形成した合成樹脂部材１９ｂとを備える。芯金１９ａは、例えば合成樹脂部材１９ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされる。

ウォーム１８の第１端部１８ａとこれに対向する電動モータ１６の回転軸２０（出力軸）の端部とは、継手２１を介してトルク伝達可能に且つ互いに揺動可能に連結されている。具体的には、継手２１は、ウォーム１８の第１端部１８ａに一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結された第１回転要素２２と、電動モータ１６の回転軸２０に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結された第２回転要素２３と、第１回転要素２２と第２回転要素２３との間に介在し、両回転要素２２，２３間にトルクを伝達する弾性部材２４とを備えている。

図３に示すように、第１回転要素２２は、ウォーム１８の第１端部１８ａ（図２参照）が圧入される嵌合孔２５ａが形成されたボス２５と、ボス２５から径方向外方へ延びる環状のフランジ２６とを備えている。ボス２５は、ウォーム１８の第１端部１８ａに一体回転可能に且つ軸方向移動不能に嵌合されている。
第２回転要素２３は、電動モータ１６の回転軸２０（図２参照）が圧入される嵌合孔２７ａが形成されて第１回転要素２３のフランジ２６に軸方向Ｘに対向する本体２７を備えている。

第１回転要素２２のフランジ２６は、第２回転要素２３の本体２７に向けて突出する複数の係合突起２６１を周方向Ｚに等間隔離隔するように設けている。また、第２回転要素２３の本体２７は、第１回転要素２２のフランジ２６に向けて突出する複数の係合突起２７１を周方向Ｚに等間隔離隔するように設けている。係合突起２６１と係合突起２７１とは、周方向Ｚの交互に配置されている。

弾性部材２４は、環状の主体部２８と、主体部２８から放射状に延びる複数の係合腕２９とを備えている。両回転要素２２，２３の周方向Ｚに隣接する係合突起２６１，２７１間に、弾性部材２４の対応する係合腕２９が挟持されている。
図２を参照して、ウォーム１８の第１端部１８ａは、第１軸受３０を介して減速機１７のハウジング１７ａに回転可能に支持されている。ウォーム１８の第２端部１８ｂは、第２軸受３１を介して減速機１７のハウジング１７ａに回転可能に支持されている。継手２１の弾性部材２４が弾性変形することで、第１軸受３０の軸受中心を中心として回転軸２０に対するウォーム１８の揺動が許容されている。

第１軸受３０および第２軸受３１は、例えば玉軸受により構成されている。ウォーム１８の第１端部１８ａには、ウォーム１８を軸方向の中立位置に付勢する第１弾性部材３２および第２弾性部材３３が配置されている。
第１軸受３０は、ウォーム１８の第１端部１８ａに、一体回転可能に嵌合された内輪３４と、減速機１７のハウジング１７ａに設けられた軸受孔３５にブッシュ３６を介して保持された外輪３７とを備えている。

図２の一部を拡大した図４に示すように、外輪３７とブッシュ３６の端部の環状フランジ３６ａとが、軸受孔３５の端部に設けられた位置決め段部３８と、軸受孔３５にねじ嵌合された止定部材３９との間で軸方向に挟持されている。これにより、外輪３７の軸方向移動が規制されている。
第１軸受３０の内輪３４は、ウォーム１８の第１端部１８ａの外周に一体回転可能に嵌合されている。第１弾性部材３２および第２弾性部材３３は、内輪３４を軸方向Ｘに挟んだ両側に配置されており、ウォーム１８を軸方向Ｘの中立位置に弾性的に付勢している。各弾性部材３２，３３は、例えばゴム、熱可塑性エラストマーなどの弾性材料で形成されたブッシュである。

第１弾性部材３２は、ウォーム１８の外周に形成された環状段部４０と、内輪３４の第１端面３４ａに当接した環状の第１受け板４１との間に介在し、軸方向Ｘに圧縮されている。第２弾性部材３３は、内輪３４の第２端面３４ｂに当接した環状の受け板４２と、継手２１の第１回転要素２２のフランジ２６の端面２６ａとの間に介在し、軸方向Ｘに圧縮されている。各受け板４１，４２は、例えば金属製である。各弾性部材３２，３３は、ゴム製であり、対応する受け板４１，４２に加硫接着により固着されている。

第１端部１８ａの外周には、第１弾性部材３２が嵌合されて保持された第１部分４５と、第１部分４５よりも小径で、内輪３４および両受け板４１，４２が嵌合された内輪嵌合部としての第２部分４６と、第２部分４６よりも小径で第１回転要素２２のボス２５が嵌合されたボス嵌合部としての第３部分４７とが設けられている。
ボス２５の外周２５ｂには、第２弾性部材３３が嵌合され保持されている。第１部分４５と第２部分４６（内輪嵌合部）との間には、位置決め段部４８が形成されている。位置決め段部４８は、内輪３４の第２端面３４ｂに当接した第１受け板４１に対して、所定の間隙を設けて対向している。

第２部分４６（内輪嵌合部）と第３部分（ボス嵌合部）との間には、位置決め段部４９が形成されている。ボス２５の端面２５ｃが位置決め段部４９に突き当てられて、ボス２５がウォーム１８に対して軸方向Ｘに位置決めされている。位置決め段部４８とボス２５の端面２５ｃとの距離Ｐ１が、両受け板４１，４２の外側の端面間の距離Ｐ２よりも長く設定されている。両距離Ｐ１，Ｐ２間の差分（Ｐ１−Ｐ２）が、ウォーム１８の軸方向Ｘの可動範囲（例えば中立位置から左右０．３ｍｍずつで計０．６ｍｍ）に相当する。

図５および図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である図６に示すように、第１弾性部材３２は、第１受け板４１に固着された第１端面７１と、ウォーム１８の環状段部４０に摩擦係合する第２端面７２と、外周７３と、ウォーム１８の外周を取り囲む内周７４とを有して環状をなしている。
また、第１弾性部材３２は、外周７３と第２端面７２との間に、例えばＲ面取り部（Ｃ面取り部でもよい）からなる面取り部７５を有している。これにより、第１弾性部材３２の第１端面７１の外径Ｅ１よりも、第２端面７２の外径Ｅ２が小さくされている（Ｅ２＜Ｅ１）。

図４〜図６に示すように、第１弾性部材３２は、内周７４の周方向に等間隔で配置されてウォーム１８の外周（第１部分４５）に嵌合する複数の弾性突起７６を有している。複数の弾性突起７６は、第２端面７２に近接して配置されている。第１弾性部材３２の内周７４において、複数の弾性突起７６のみに、ウォーム１８の外周（第１部分４５）に対する締め代が設けられている。図５、図６の例では、第１弾性部材３２の内周７４に周方向の等間隔で複数の弾性突起７６を配置したが、これに代えて、後述する図１４（ａ）に示すように、第１弾性部材３２の内周７４の周方向の全周に配置されてウォーム１８の外周（第１部分４５）に嵌合する環状の弾性突起７６Ａを設けてもよい。

図７および図VIII−VIII線に沿う断面図である図８に示すように、第２弾性部材３３は、第２受け板４２に固着された第１端面８１と、第１回転要素２２のフランジ２６の端面２６ａに摩擦係合する第２端面８２と、外周８３と、第１回転要素２２のボス２５の外周２５ｂを取り囲む内周８４とを有して環状をなしている。
また、第２弾性部材３３は、外周８３と第２端面８２との間に、例えばＲ面取り部（Ｃ面取り部でもよい）からなる面取り部８５を有している。これにより、第２弾性部材３３の第１端面８１の外径Ｈ１よりも、第２端面８２の外径Ｈ２が小さくされている（Ｈ２＜Ｈ１）。

図４、図７、図８を参照して、第２弾性部材３３は、内周８４の周方向に等間隔で配置されて第１回転要素２２のボス２５の外周２５ｂに嵌合する複数の弾性突起８６を有している。複数の弾性突起８６は、第２端面８２に近接して配置されている。第２弾性部材３３の内周８４において、複数の弾性突起８６のみに、ボス２５の外周２５ｂに対する締め代が設けられている。図７、図８の例では、第２弾性部材３３の内周８４に周方向の等間隔で複数の弾性突起８６を配置したが、これに代えて、後述する図１４（ｂ）に示すように、第２弾性部材３３の内周８４の周方向の全周に配置されてボス２５の外周２５ｂに嵌合する環状の弾性突起８６Ａを設けてもよい。

図６に示すように、外周７３と第２端面７２との間に面取り部７５が形成されているので、第２端面７２と環状段部４０との接触円が、第１端面７１と第１受け板４１との接触円よりも、小径となる。したがって、図９に示すように、第１弾性部材３２が軸方向Ｘに圧縮されるときに、第１弾性部材３２の第２端面７２が、ウォーム１８の環状段部４０から受ける反力荷重Ｑ１の位置が、第１受け板４１から第１弾性部材３２の第１端面７１が受ける押圧荷重Ｑ２の位置よりも、径方向内方に配置される。

これにより、第１弾性部材３２の圧縮変形時に、第１弾性部材３２の第２端面７２が、ウォーム１８の環状段部４０に対して滑って径方向外方へ拡がることを抑制する方向にモーメント荷重Ｍを発生させることができる。可及的に、軸方向Ｘへの圧縮変形時に、第１弾性部材３２の第２端面７２の径方向外方への拡がりを抑制して、第１弾性部材３２の荷重低下を抑制することができる。

図示していないが、第２弾性部材３３が軸方向Ｘに圧縮されるときにも、第２弾性部材３３の第２面面８２の径方向外方への拡がりを抑制して、第２弾性部材３３の荷重低下を抑制することができる。
再び、図２および図４を参照して、第２軸受３１の内輪５０は、ウォーム１８の第２端部１８ｂの外周に設けられた嵌合凹部５１に一体回転可能に嵌合されている。内輪５０の一方の端面が、第２端部１８ｂの外周に設けられた位置決め段部５２に当接しており、これにより、ウォーム１８に対する内輪５０の軸方向移動が規制されている。

ハウジング１７ａには、第２軸受３１を保持するための軸受孔５３が設けられている。軸受孔５３は、第２軸受３１を、ウォーム１８とウォームホイール１９の中心間距離Ｄ１（ウォーム１８の回転中心Ｃ１とウォームホイール１９の回転中心Ｃ２との距離に相当）が増減する方向Ｙ１，Ｙ２（増加する方向Ｙ１および減少する方向Ｙ２）に偏倚可能に保持することのできる偏倚孔に形成されている。

軸受孔５３の内周と、第２軸受３１の外輪５４との間に、例えば環状の板ばねからなる付勢部材６０が介在している。付勢部材６０は、第２軸受３１を中心間距離Ｄ１が減少する方向Ｙ２に付勢する。
付勢部材６０は、例えば板金により形成される薄板状の部材である。図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である図１０および斜視図である図１１を参照して、付勢部材６０は、第２軸受３１の外輪５４の外周５４ａを包囲する有端環状をなす主体部６１と、主体部６１の周方向の端部である第１端部６１ａおよび第２端部６１ｂからそれぞれ折り曲げ状に延設された一対の回転規制部６２と、各回転規制部６２からそれぞれ折り曲げ状に延びる一対の片持ち状の弾性舌片６３とを含む。

各回転規制部６２の幅は、主体部６１の幅よりも細くされている。主体部６１は、摩擦係合によりハウジング１７ａの軸受孔５３の内周に保持されている。図１１に示すように、一対の弾性舌片６３の一方は第１の側縁６１ｃ側に配置され、他方の弾性舌片６３は第２の側縁６１ｄ側に配置されて、互い違いとされている。
再び図１０を参照して、ハウジング１７ａの軸受孔５３は、その内周の一部に、第２軸受３１に対してウォームホイール１９側（中心間距離が減少する方向Ｙ２）とは反対の方向（中心間距離が増加する方向Ｙ１）に窪む受け凹部６４を形成している。付勢部材６０の各弾性舌片６３の先端は、軸受孔５３の受け凹部６４の底６４ｃによって受けられ、各弾性舌片６３の付勢力が、第２軸受３１を介してウォーム１８の第２端部１８ｂを、上記中心間距離Ｄ１が減少する方向Ｙ２に付勢している。

受け凹部６４はそれぞれ軸受孔５３の周方向Ｚに対向する一対の内壁６４ａ，６４ｂを有しており、付勢部材６０の各回転規制部６２は、対応する内壁６４ａ，６４ｂに当接することにより、軸受孔５３の周方向Ｚへの、付勢部材６０の回転を規制する。
次いで、図１２は、ウォーム支持構造の模式図である。付勢部材６０の付勢荷重をＦとし、付勢部材６０と第２軸受３１の外輪５４の外周５４ａとの軸方向Ｘに関する摩擦係数をμｅとする。ウォーム１８と共に軸方向Ｘに移動する第２軸受３１の外輪５４の外周５４ａと付勢部材６０との間の摩擦抵抗Ｇ２は、付勢荷重Ｆと摩擦係数μｅとの積となり、下記の式（４）で表される。

Ｇ２＝Ｆ・μｅ …（４）
第２軸受３１を介してウォーム１８の第２端部１８ｂに負荷される付勢荷重Ｆは、噛み合い領域Ｂを支点として図１２において、反時計回りのモーメントを生ずる。したがって、ウォーム１８の第１端部１８ａには、前記反時計回りのモーメントに釣り合う時計回りのモーメントが生じさせる反力Ｊが、付勢荷重Ｆと平行な方向に負荷される。

すなわち、ウォーム１８の軸方向Ｘに関して第１軸受３０の軸受中心と噛み合い領域Ｂとの距離をＬ１とし、ウォーム１８の軸方向Ｘに関して第２軸受３１の軸受中心と噛み合い領域Ｂとの距離をＬ２として、モーメントの釣り合いから、下記の式（５）が成立する。式（５）から下記の式（６）が導かれる。
Ｆ・Ｌ２＝Ｊ・Ｌ１ …（５）
Ｊ＝Ｆ・（Ｌ２／Ｌ１） …（６）
第１軸受３０の内輪３４とウォーム１８との軸方向Ｘに関する摩擦係数をμｔとして、第１軸受３０の内輪３４とウォーム１８との軸方向Ｘに関する摩擦抵抗Ｇ１は、下記の式（７）で表される。すなわち、式（８）が成立する。

Ｇ１＝Ｊ・μｔ …（７）
Ｇ１＝Ｆ・（Ｌ２／Ｌ１）・μｔ …（８）
一方、噛み合い領域Ｂにおける噛み合い摩擦トルクをＴｍとすると、ウォーム１８の軸方向Ｘに関しての噛み合い摩擦抵抗Ｇｍは、ウォームホイール１９のピッチ円半径をＲとして、下記の式（９）で表される。

Ｇｍ＝Ｔｍ／Ｒ …（９）
本実施形態では、第１軸受３０の内輪３４とウォーム１８との軸方向Ｘに関する摩擦抵抗Ｇ１と、付勢部材６０と第２軸受３１の外輪５４の外周５４ａとの軸方向Ｘに関する摩擦抵抗Ｇ２との和（Ｇ１＋Ｇ２）が、ウォーム１８の軸方向Ｘに関する噛み合い摩擦抵抗Ｇｍよりも小さくされている。すなわち、下記の式（１０）が成立する。

（Ｇ１＋Ｇ２）＜Ｇｍ …（１０）
一方、ウォーム１８の軸方向Ｘに関する第１摩擦抵抗Ｇ１により生ずる第１摩擦抵抗トルクＴ１は、下記の式（１）で表される。
Ｔ１＝Ｆ・（Ｌ１／Ｌ２）・μｔ・Ｒ …（１）
また、ウォーム１８の軸方向に関する第２摩擦抵抗Ｇ２により生ずる第２摩擦抵抗トルクＴ２は、下記の式（２）で表される。

Ｔ２＝Ｆ・μｅ・Ｒ …（２）
本実施形態では、第１摩擦トルクＴ１と第２摩擦トルクＴ２との和（Ｔ１＋Ｔ２）が、噛み合いＢでの噛み合い摩擦抵抗Ｇｍにより生ずる噛み合い摩擦トルクＴｍよりも小さくされている。すなわち、下記の式（３）が成立する。
（Ｔ１＋Ｔ２）＜Ｔｍ …（３）
本実施形態によれば、付勢部材６０が第２軸受３１の外輪５４を付勢する付勢荷重Ｆに起因して、付勢部材６０と第２軸受３１の外輪５４の外周５４ａとの間に軸方向Ｘに関する第２摩擦抵抗Ｇ２が生じ、また、第１軸受３０の内輪３４とウォーム１８との間に軸方向Ｘに関する第１摩擦抵抗Ｇ１が生ずる。これらの摩擦抵抗の和（Ｇ１＋Ｇ２）がウォーム１８の軸方向Ｘに関する噛み合い摩擦抵抗Ｇｍより小さいので［（Ｇ１＋Ｇ２）＜Ｇｍ］、微小操舵時に、ウォームホイール１９を回転させることなく、ウォーム１８を軸方向Ｘに微小変位させることができる。したがって、付勢部材６０によって歯打ち音を防止しつつ、微小操舵時の操舵フィーリングを向上することができる。

また、前記の式（１），（２）を用いて、第１軸受３０の内輪３４とウォーム１８との軸方向Ｘの第１摩擦抵抗Ｇ１により生ずる第１摩擦トルクＴ１と、付勢部材６０と第２軸受３１の外輪５４の外周５４ａとの軸方向Ｘの摩擦抵抗Ｇ２により生ずる第２摩擦トルクＴ２との和（Ｔ１＋Ｔ２）を、噛み合い領域Ｂでの噛み合い摩擦抵抗Ｇｍにより生ずる噛み合い摩擦トルクＴｍよりも小さくするように［すなわち、式（３）が成立するように］、付勢部材６０の付勢荷重Ｆと各摩擦係数μｅ，μｔの関係を調整する。これにより、付勢部材６０による付勢によって歯打ち音を防止しつつ、微小操舵時の操舵フィーリングを向上することが実質的に可能となる。

また、第１弾性部材３２の第１端面７１側のみに第１受け板４１を配置し、第２弾性部材３３の第１端面８１側のみに第２受け板４２を配置するので、構造を簡素化することができる。
また、第１弾性部材３２および第２弾性部材３３のそれぞれが、外周７３，８３と第２端面７２，８２との間に、面取り部７５，８５を形成することにより、第２端面７２，８２の外径Ｅ２，Ｈ２を第１端面７１，８１の外径Ｅ１，Ｈ１よりも小さくしているので（Ｅ２＜Ｅ１，Ｈ２＜Ｈ１）、下記の利点がある。

すなわち、各弾性部材３２，３３が、対応するウォーム１８の環状段部４０および第１回転要素２２のフランジ２６から受ける反力荷重Ｑ１の位置が、対応する受け板４１，４２から各弾性部材３２，３３の第１端面７１，８１が受ける押圧荷重Ｑ２の位置よりも、径方向内方に配置される（第１弾性部材３２に則して説明した図９を参照）。これにより、各弾性部材３２，３３の圧縮変形時に、各弾性部材３２、３３の第２端面７２，８２の径方向外方への拡がりを抑制する方向にモーメント荷重Ｍを発生させることができる。可及的に、軸方向Ｘへの圧縮変形時に、各弾性部材３２，３３の第２端面７２，３３の径方向外方への拡がりを抑制して、各弾性部材３２，３３の荷重低下を抑制することができる。

また、各弾性部材３２，３３の内周７４，８４に、周方向に等間隔で配置された複数の弾性突起７６，８６を設けたので、各弾性部材３２，３３を、対応するウォーム１８および第１回転要素２２に対して容易に芯合わせして同心的に組み込むことができる。特に、第２弾性部材３３を第１回転要素２２のボス２５に予め嵌合させて一体化させた状態で、ボス２５の嵌合孔２５ａにウォーム１８の第３部分４７を圧入する組み立てかた（図示せず）を採用することができ、この点からも組み立てが容易になる。

また、各弾性部材３２，３３の内周７４，８４において弾性突起７６，８６のみが締め代を生ずるようにしたので、各弾性部材３２，３３を、対応するウォーム１８および第１回転要素２２に対して確実に芯合わせすることができる。これにより、各弾性部材３２，３３の偏摩耗の発生を抑制することができる。
第１弾性部材３２の弾性突起７６が、第１弾性部材３２においてウォーム１８（の第１部分４５）への組み込み側となる第２端面７２に近接して配置されているので、ウォーム１８への第１弾性部材３２の組み込みが一層容易になる。同じく、第２弾性部材３３の弾性突起８６が、第２弾性部材３３において第１回転要素２２のボス２５への組み込み側となる第２端面８２に近接して配置されているので、第１回転要素２２のボス２５への第２弾性部材３３の組み込みが一層容易になる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、図１３に示すように、内輪５０Ｋの軌道面９１の曲率半径Ｋ１および外輪５４Ｋの軌道面９２の曲率半径Ｋ２が、それぞれ、ボールである転動体９３の直径Ｓの６０％以上とされた第２軸受３１Ｋを用いてもよい。すなわち、Ｋ１≧０．６・Ｓであり、Ｋ２≧０．６・Ｓである。この場合、第２軸受３１Ｋのアキシャル剛性を低減することができるので、第２軸受３１Ｋの外輪５４Ｋの外周５４Ｋａとの軸方向Ｘに関する摩擦抵抗μｅを過度に小さくする必要がなくなるという利点がある。

また、図５、図６の実施形態の複数の弾性突起７６に代えて、図１４（ａ）に示すように、第１弾性部材３２に、当該第１弾性部材３２の内周７４の周方向の全周に配置されてウォーム１８の外周［第１部分４５。図１４（ａ）には示さず］に嵌合する環状の弾性突起７６Ａを設けてもよい。また、図７、図８の実施形態の複数の弾性突起８６に代えて、図１４（ｂ）に示すように、第２弾性部材３３に、当該第２弾性部材３３の内周８４の周方向の全周に配置されてボス２５の外周２５ｂ［図１４（ｂ）には示さず］に嵌合する環状の弾性突起８６Ａを設けてもよい。

また、前記実施形態では、ステアリングシャフトに電動モータの操舵補助力を付与したが、これに代えて、ピニオン軸に電動モータの操舵補助力を付与してもよい。その他、本発明は、請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…電動パワーステアリング装置、３…ステアリングシャフト、１６…電動モータ、１７…減速機、１７ａ…ハウジング、１８…ウォーム、１８ａ…第１端部、１８ｂ…第２端部、１９…ウォームホイール、２０…回転軸、２１…継手、２２…第１回転要素、２３…第２回転要素、２５…ボス、２６…フランジ、３０…第１軸受、３１；３１Ｋ…第２軸受、３２…第１弾性部材、３３…第２弾性部材、３４…（第１軸受の）内輪、３４ａ…第１端面、３４ｂ…第２端面、４０…環状段部、４１…第１受け板、４２…第２受け板、５０；５０Ｋ…（第２軸受の）内輪、５４；５４Ｋ…（第２軸受の）外輪、６０…付勢部材、７１…第１端面、７２…第２端面、７３…外周、７４…内周、７５…面取り部、７６；７６Ａ…弾性突起、８１…第１端面、８２…第２端面、８３…外周、８４…内周、８５…面取り部、８６；８６Ａ…弾性突起、９１…軌道面、９２…軌道面、９３…転動体、Ｂ…噛み合い領域、Ｃ１…（ウォームの）回転中心、Ｃ２…（ウォームホイールの）回転中心、Ｄ１…中心間距離、Ｅ１…（第１端面の）外径、Ｅ２…（第２端面の）外径、Ｆ…付勢荷重、Ｇ１…第１摩擦抵抗、Ｇ２…第２摩擦抵抗、Ｇｍ…噛み合い摩擦抵抗、Ｈ１…（第１端面の）外径、Ｈ２…（第２端面の）外径、Ｋ１，Ｋ２…（軌道面の）曲率半径、Ｌ１，Ｌ２…距離、Ｒ…ピッチ円半径、Ｓ…（転動体の）直径、Ｔ１…第１摩擦トルク、Ｔ２…第２摩擦トルク、Ｔｍ…噛み合い摩擦トルク、μｅ，μｔ…摩擦係数、Ｘ…軸方向、Ｙ１…中心間距離が増加する方向、Ｙ２…中心間距離が減少する方向

Claims (8)

1. 第１端部および第２端部を有するウォームと当該ウォームと噛み合い領域で噛み合うウォームホイールとを含み、電動モータの回転を減速する減速機と、
   前記減速機を収容するハウジングと、
   前記ハウジングにより固定された外輪と、前記ウォームの第１端部にルーズフィットされた内輪とを含み、前記ウォームの第１端部を回転可能に且つ軸方向移動可能に支持する第１軸受と、
   外輪と、前記ウォームの第２端部にプレスフィットされた内輪と、を含み、前記ハウジングにより前記ウォームと前記ウォームホイールとの中心間距離が増減する方向に変位可能に支持されて、前記ウォームの第２端部を回転可能に支持する第２軸受と、
   前記第１軸受の内輪の軸方向の両側に配置され前記第１軸受の内輪に対して前記ウォームを軸方向に弾性支持する第１弾性部材および第２弾性部材と、
   前記第２軸受の外輪の外周を前記中心間距離が減少する方向に付勢する付勢部材と、を備え、
   前記第１軸受の内輪と前記ウォームとの軸方向に関する第１摩擦抵抗と、前記付勢部材と前記第２軸受の外輪の外周との軸方向に関する第２摩擦抵抗との和が、前記ウォームの軸方向に関する噛み合い摩擦抵抗よりも小さくされている電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、前記付勢部材の付勢荷重をＦとし、前記付勢部材と前記第２軸受の外輪との軸方向に関する摩擦係数をμｅとし、前記第１軸受の内輪と前記ウォームとの軸方向に関する摩擦係数をμｔとし、前記ウォームの軸方向に関して前記第１軸受の軸受中心と前記噛み合い領域との距離をＬ１とし、前記ウォームの軸方向に関して前記第２軸受の軸受中心と前記噛み合い領域との距離をＬ２とし、前記ウォームホイールのピッチ円半径をＲとし、前記第１軸受の内輪と前記ウォームとの軸方向の摩擦抵抗により生ずる第１摩擦トルクをＴ１とし、前記付勢部材と前記第２軸受の外輪の外周との軸方向の摩擦抵抗により生ずる第２摩擦トルクをＴ２とし、前記噛み合い領域での噛み合い摩擦抵抗により生ずる噛み合い摩擦トルクＴｍとして、下記式（１）、（２）、（３）を満足する電動パワーステアリング装置。
   Ｔ１＝Ｆ・（Ｌ１／Ｌ２）・μｔ・Ｒ …（１）
   Ｔ２＝Ｆ・μｅ・Ｒ …（２）
   （Ｔ１＋Ｔ２）＜Ｔｍ …（３）
3. 請求項１または２において、前記第２軸受の内輪の軌道面および外輪の軌道面の曲率半径が、転動体の直径の６０％以上とされている電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１から３の何れか１項において、
   前記ウォームの第１端部に固定されたボスと前記ボスから延設されたフランジとを有する第１回転要素と、前記電動モータの回転軸に固定された第２回転要素とを含み、前記ウォームと前記回転軸とをトルク伝達可能に連結する継手と、
   前記第１軸受の内輪の第１端面と前記第１弾性部材との間に介在する環状の第１受け板と、
   前記第１軸受の内輪の第２端面と前記第２弾性部材との間に介在する環状の第２受け板と、を備え、
   前記第１弾性部材は、前記第１受け板に固着された第１端面と、前記ウォームの外周に形成された環状段部に摩擦係合する第２端面と、外周と、前記ウォームの外周を取り囲む内周と、を有して環状をなし、
   前記第２弾性部材は、前記第２受け板に固着された第１端面と、前記第１回転要素のフランジに摩擦係合する第２端面と、外周と、前記第１回転要素のボスの外周を取り囲む内周と、を有して環状をなしている電動パワーステアリング装置。
5. 請求項４において、前記第１弾性部材および前記第２弾性部材のそれぞれは、外周と第２端面との間に面取り部を有し、
   前記第１弾性部材および前記第２弾性部材のそれぞれにおいて、前記第２端面の外径が、前記第１端面の外径よりも小さくされている電動パワーステアリング装置。
6. 請求項４または５において、前記第１弾性部材は、当該第１弾性部材の内周の周方向に等間隔で配置されて前記ウォームの外周に嵌合する複数の弾性突起、または当該第１弾性部材の内周の全周に連続して配置されて前記ウォームの外周に嵌合する環状の弾性突起を含み、
   前記第２弾性部材は、当該第２弾性部材の内周の周方向に等間隔で配置されて前記ボスの外周に嵌合する複数の弾性突起、または当該第２弾性部材の内周の全周に連続して配置されて前記ボスの外周に嵌合する環状の弾性突起を含む電動パワーステアリング装置。
7. 請求項６において、前記第１弾性部材および前記第２弾性部材のそれぞれの内周において、前記弾性突起のみに締め代が設けられている電動パワーステアリング装置。
8. 請求項６または７において、前記第１弾性部材の弾性突起は、当該第１弾性部材の第２端面に近接して配置され、前記第２弾性部材の弾性突起は、当該第２弾性部材の第２端面に近接して配置されている電動パワーステアリング装置。

Images