JPH0370678A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 未発ｉｌｌ　（土自動車等車輌のステアリング装置にお
いて、運転者のかじ取り操作力を軽減するため。

ステアリング機構の途中に電動機のトルクを付加するよ
うにした電動式パワーステアリング装置に係るものであ
る。

〔従来の技術〕

電動式パワーステアリング装置においては、車輌の操向
輪にかじ取り運動を与えるステアリングギヤ装置の入力
軸と操向用ハンドルとを連結する操向シャフトを、前記
ステアリングギヤ装置の入力軸に連結する剛性の大なる
第１の操向シャフトと、操向用ハンドルに連結する弾性
を有するトーションバーとして形成された第２の操向シ
ャフトに分割して相互に連結するとともに、前記第１の
操向シャフトにウオームホイールを固定的に設け、主と
して前記第２の操向シャフトを躍うコラムハウジングに
電動機を固定して、該ｆｆｉ動機の出力軸に固定したウ
オームギヤを前記ウオームホイールに噛合せしめ、操向
用ハンドルによるかじ取り操作時に前記第２の操向シャ
フトに作用するトルクを検出して、該検出値に基づく出
力件号により電動機を作動させ、その出力軸に固定した
ウオームギヤと前記第１の操向シャフトに固定的に設け
たウオームホイールとの噛合を介して電動機の回転速度
を減速するとともに、その駆動トルクを増幅せしめて前
記第１の横向シャフトに付加し、運転者のかじ取り操作
力を軽減している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記ウオームギヤとウオームホイールとの噛合による減
速機構は、前記ギヤとホイールの回転軸が相互に直交し
、かつ噛合部の螺条のねじれ角に基づいて螺条の接触部
の歯面に所定のリード角を有し、このため動力伝達時に
、前記ウオームホイールはその接触部の歯面にほぼ垂直
方向の力を受ける。この力はウオームホイールの回転中
心軸を中心とする周方向に向かう分力と回転中心軸に平
行な分力とを有し、該回転中心軸に平行な分力はウオー
ムホイールをその回転中心軸に平行に移動せしめる方向
に作用し、ウオームホイール軸および操向シャフトにス
ラスト荷重を生じさせる。このためステアリング装置の
かじ取り操作力が大になればなるほどウオームホイール
軸および操向シャフトに生ずるスラスト荷重は大となり
、ウオームホイールの軸を支承する軸受の回転損失を増
大させ、軸受寿命を縮めるという問題点を生ずる。

本発明は、電動式パワーステアリング装置において、前
記のウオームホイール軸または操向シャフトに生ずるウ
オームホイールの回転軸に平行なスラスト荷重を軽減ま
たは消失させることを主たる目的とする。

また本発明は、電動式パワーステアリング装置における
。電動機の出力軸に固定されたウオームギヤと操向シャ
フト側に固定的に設けたウオームホイールとの噛合によ
る電動機の駆動トルクの伝達機構のトルク伝達効率を低
下せしめることなく。

かつ該伝達機構の軸受寿命、特に前記ウオームホイール
の軸受寿命を低下せしめない装置を提供することを他の
目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する手段として１本発明においては、車
輌の操向輪にかじ取り運動を与えるステアリングギヤ装
置の入力軸と操向用ハンドルとを連結する操向シャフト
に同軸的にウオームホイール（以下これを第１のウオー
ムホイールと称する）を固定的に設け、該第１のウオー
ムホイールに駆動的に噛合するウオームギヤ（以下これ
を第１のウオームギヤと称する）を電動機の出力軸に駆
動的に連結せしめて、電動機の駆動トルクを第Ｉのウオ
ームギヤと第１のウオームホイールの噛合を介して前記
ステアリングギヤ装置の入力軸に付加するようにした電
動式パワーステアリング装置において、前記第１のウオ
ームギヤより第１のウオームホイールへの動力伝達時に
第１のウオームホイールに発生する回転方向以外の分力
に対抗する力を前記第１のウオームホイールに固定的に
設けた操向シャフトに付与し、前記回転方向以外の分力
を相殺せしめることを基本的な思想とする。

そこで本発明においては、前記第１のウオームホイール
の軸に同軸的に第２のウオームホイールを前記操向シャ
フトに固定的に設け、回転中心軸を前記第１のウオーム
ギヤの回転中心軸と平行せしめて支承した第２のウオー
ムギヤを前記第２のウオームホイールに駆動的に噛合せ
しめるとともに、前記第２のウオームホイールと第２の
ウオームギヤの螺条を、それぞれ前記第１のウオームホ
イールおよび第１のウオームギヤの螺条のねじれ角と逆
のねじれ角を有する螺条とし、前記第１のウオームギヤ
および第２のウオームギヤにはそれぞれギヤを固定して
該ギヤを相互に噛合させ、第２のウオームホイールが第
２のウオームギヤに噛合して回転する回転速度を第Ｉの
ウオームホイールが第１のウオームギヤに噛合して回転
する回転速度と同一速度とするように、第１および第２
のウオームギヤを互いに反対の回転方向に回転せしめる
ことを特徴とするものである。

〔発明の作用および効果〕

本発明によるときは、電動機に電流を通じて出力軸を回
転せしめると、電動機の出力軸に駆動的に連結した第１
のウオームギヤは第１のウオームホイールを一方向に減
速して回転せしめるとともに、第１および第２のウオー
ムギヤにそれぞれ固定されて相互に噛合するギヤを介し
て第２のウオームギヤを第１のウオームギヤの回転方向
と反対方向に回転させる。第２のウオームギヤとこれに
噛合する第２のウオームホイールの螺条は、第１のウオ
ームギヤと第１のウオームホイールの螺条のねじれ方向
と逆のねじれ方向を有する螺条に形成されており、前記
相互に噛合するギヤにより、第２のウオームホイールの
回転速度が第（のウオームホイールの回転速度と同一速
度となるように回転せしめられるから、前記第１のウオ
ームホイールと第（のウオームギヤとの噛合により第Ｉ
のウオームホイールの螺条の歯面に作用する電動機の駆
動トルクと、前記第２のウオームホイールと第２のウオ
ームギヤとの噛合により第２のウオームホイールの螺条
の歯面に作用する電動機の駆動トルクとは、ともに第１
および第２のウオームホイールの周方向には同一方向に
向かうベクトルを有する分力と、前記ウオームホイール
の共通の回転中心軸方向にはそれぞれ逆方向に向かうベ
クトルを有する分力とを有することとなり、前記第１お
よび第２のウオームホイールの周方向に作用し、かつ同
一方向に向かうベクトルを有する分力が。

共にステアリングギヤ装置の入力軸に電動機の開動トル
クを付加して運転者のかじ取り操作力を軽減する効果を
生じ、前記第１および第２のウオームホイールの回転中
心軸方向に向かうベクトルを有する分力は、第１のウオ
ームホイールに作用する分力と第２のウオームホイール
に作用する分力とが相殺され、この結果第１および第２
のウオームホイールの回転中心軸方向に作用するウオー
ムホイール軸および操向シャフトに生ずるスラスト荷重
を著しく軽減させることとなるから、ウオームホイール
軸または操向シャフトの軸受の回転損失を著しく軽減し
、軸受寿命を延長し、ひいては電動式パワーステアリン
グ装置における電動機トルクの伝達機構の寿命を延長す
るという効果を奏する。

本発明において、第１のウオームギヤおよび第２のウオ
ームギヤの螺条はそれぞれ同一ピッチでねじれ角を等し
くシ、かつねじれ方向を相互に逆方向に形成するととも
に、前記第Ｉのウオームギヤに噛合する第１のウオーム
ホイールおよび前記第２のウオームギヤに噛合する第２
のウオームホイールの螺条も、それぞれ同一のピッチで
ねじれ角を等しくし、かつねじれ方向を相互に逆方向に
形威し、さらに前記第１のウオームギヤおよび第２のウ
オームギヤに同軸的に固定されて相互に噛合するギヤを
、前記第２のウオームホイールが第２のウオームギヤに
噛合して回転する回転速度が、前記第１のウオームホイ
ールが第１のウオームギヤに噛合して回転する回転速度
と同一速度とする噛合関係とすれば、前記スラスト荷重
の発生を実質的になくすことができる。

〔実施例〕

第３図は本発明の電動式パワーステアリング装置を実施
する自動車用かじ取り装置の概要を示した斜面図であっ
て、１，１はかじ取りされる操向車輪、２，２はタイロ
ッドエンド、３はステアリングギヤを収納するギヤボッ
クス、４はステアリングギヤの入力軸、５は電動式パワ
ーステアリング装置のケーシング、６は電動機ケーシン
グ、７は電動式パワーステアリング装置の出力軸とステ
アリングギヤの入力軸４とを連結する中間軸、８は電動
式パワーステアリング装置のケーシング５とともに自動
車車体に固定されるコラム、９は前記コラムの上端に回
転自在に支承される操向用ハンドルをそれぞれ示す。

第１図は本発明の電動式パワーステアリング装置の一実
施例の一部欠截正面図を示す。電動式パワーステアリン
グ装置のケーシング５は、電動機ケーシング６を固定す
るスリーブ５１を突設し、該スリーブ５１に固定した電
動機ケーシング６から突出する電動機出力軸６１を貫通
する通孔を形成した第１のケーシング５２と、後述する
駆動ギヤおよび被動ギヤを覆う第２のケーシング５３と
より筒形に形成され、電動機出力軸６１に平行する前記
第１のケーシング５２の端壁５４には、貫通孔を形成し
て、その周縁に形成した段部に主軸受１１のアウタレー
スを係合するとともに、前記貫通孔に同軸的に前記コラ
ム８の端部が第２のケーシング５３の一部にわたって固
定され、主軸受１１を固定する。前記第１のケーシング
５２の前記主軸受１１を取付ける端壁５４と対向せしめ
て。

前記第１のケーシング５２に第３のケーシング５５がボ
ルトにより固着される。該第３のケーシング５５には、
前記端壁５４に形成した主軸受１１取付用の貫通孔と同
心的にスリーブ５６を形成し、該スリーブ５６の内壁に
主軸受１２のアウタレースを固定した環状部材５７を固
定する。

前記主軸受１１と該軸受１１に同軸的に固定された主軸
受１２との間には、ウオームホイール基部２１が後述す
るように回転自在に支承される。

前記主軸受１１には前記コラム８の内部に延在して一端
を前記操向用ハンドル９に固着されるハンドル軸である
操向シャフト２３の他端が回転自在に支承される。該操
向シャフト２３の端部は前記ウオームホイール基部２１
の回転中心軸に沿って形成された軸孔２４に同軸的に嵌
挿され、該軸孔２４の内表面に軸方向に刻設したキー溝
と前記操向シャフト２３の端部周面部に軸方向に刻設し
たキー溝とにキー２５（第２図参照）を嵌合せしめて、
一体内に回転せしめられる。前記ウオームホイール基部
２工の軸孔２４を貫通して延在する操向シャフト２３の
自由端は、主軸受１２の外側でユニバーサルジヨイント
７１により前記中間ｉ？１！１７に連結され、かつ前記
主軸受１２に回転自在に支承されているジョイント軸２
２に軸方向に嵌挿され、ピン７２で固着される。

電動機ケーシング６から突出する電動機出力軸６１には
、該軸６１が貫通する第１のケーシング５２に形成した
通孔の部分に配置された軸受１３と、第２のケーシング
５３に配設された軸受１４との間に、前記軸６１に同軸
的に第１のウオームギヤ２６と駆動ギヤ２７とが固定さ
れ、前記ウオームホイール基部２１には該基部２１に同
軸的に第１のウオームギヤ２６に噛合する第１のウオー
ムホイール２８が一体的に形成される。一方、前記軸受
１３．１４に並列にそれぞれ第１および第２のケーシン
グ５２，５３にそれぞれ配設した軸受１５，１６の間に
被動ギヤ３１を同軸的に設けた第２のウオームギヤ３２
が回転自在にかつ該第２のウオームギヤ３２の回転中心
軸を前記第１のウオームギヤ２６の回転中心軸に平行せ
しめて軸支され、前記被動ギヤ３１は駆動ギヤ２７に噛
合せしめられるとともに、前記ウオームホイール基部２
↓には、該基部２１に同軸的に前記第２のウオームギヤ
３２に噛合する第２のウオームホイール３３が一体的に
形成される。

ここで、本実施例においては、第１のウオームギヤ２６
および第２のウオームギヤ３２の螺条は、それぞれ同一
ピッチでねじれ角を等しくし、かつねじれ方向を逆方向
に形成するとともに、前記第１のウオームギヤ２６に噛
合する第１のウオームホイール２８および第２のウオー
ムギヤ３２に噛合する第２のウオームホイール３３の螺
条も、それぞれ同一ピッチでねじれ角を等しくシ、かつ
ねじれ方向を逆方向に形成する。さらに駆動ギヤ２７お
よびこれに噛合する被動ギヤ３１は互いに等しい回転速
度で噛合するギヤに形成し、第２のウオームホイールが
第２のウオームギヤに噛合して回転する回転速度を、第
１のウオームホイールが第１のウオームギヤに噛合して
回転する回転速度と同一になるようにする。

第１図および第２図から明らかなように、電動式パワー
ステアリング装置のケーシング５の第工のケーシング５
２は、第１および第２のウオームホイール２８．３３を
形成したウオームホイール基部２工および第１および第
２のウオームギヤ２６．３２を収容し、第２のケーシン
グ５３は軸受１４，１６を取付けるとともに、駆動ギヤ
２７および被動ギヤ３１の主要部を覆う大きさに分割さ
れ、相互にボルトにより結合される。また操向シャフト
２３のウオームホイール基部２１に嵌装される端部には
同軸的にスリーブ３５がはめこまれ、該スリーブ３５が
その一面で主軸受１１のインナレースに当接するととも
に他面でウオームホイール基部２１の端面に当接し、ま
たユニバーサルジヨイント７１に連結したジョイント軸
２２に形成した段部３６が主軸受１２のインナレースに
当接し、さらに前記ジョイント軸２２の軸端部７８とウ
オームホイール基部２１との間には、操向シャフト２３
の外周にスリーブ８０を嵌装して、該スリーブ８０の両
端をそれぞれ前記軸端部７８とウオームホイール基部２
１とに当接せしめて。

ウオームホイール基部２１の軸方向の位置決めをしてい
る。

また図示していないが、操向用ハンドル９と操向シャフ
ト２３とにトーションバーの両端が固定されている。前
記操向用ハンドル９の中心部に同軸的に形成したスリー
ブ９１内には、前記トーションバーの弾性に基づいて生
ずるトルクまたは前記スリーブ９１とコラム８との間の
相対回転を検出するセンサを設け、該センサの出力信号
により制御装置１０を作動させ、電動機を正逆に回転す
る電流を供給する。駆動ギヤ２７および被動ギヤ３１は
、それぞれ第１および第２のウオームギヤ２６．３２に
ピン等で取付けられる。

本実施例においては、自動車車体に固定されたコラム８
内に同軸的に収容されて一端をトーションバーを介して
操向用ハンドル９に固定された操向シャフト２３と、ケ
ーシング５内に支承されて前記操向シャフト２３の他端
を嵌挿し、かつキー２５で操向シャフト２３と一体的に
回転すべくされているウオームホイール基部２１と、該
基部２１とユニバーサルジヨイント７１で連結されてい
る中間軸７が、ギヤボックス３内に収容されているステ
アリングギヤの入力軸４と操向用ハンドル９とを連結す
る操向シャフトを構成し、前記ウオームホイール基部２
１に同軸的に形成された第１のウオームホイール２８に
噛合せしめた第１のウオームギヤ２６には、電動機ケー
シング６内に収容した電動機出力軸６１を連結して、電
動機に正または逆の直流電流を付与したとき、電動機ケ
ーシング６のクラッチケーシング６２内に内蔵せしめた
クラッチを係合せしめて電動機の回転軸を電動機出力軸
６１に連結し、電動機の駆動トルクを操向用ハンドル９
の回転方向に付加する電動式パワーステアリング装置を
構成するとともに、前記ウオームホイール基部２１には
前記第１のウオームホイール２８と同軸的に第２のウオ
ームホイール３３を一体的に形成し、該第２のウオーム
ホイール３３には回転中心軸を第１のウオームギヤ２６
と平行するように前記ケーシング５に支承せしめた第２
のウオームギヤ３２を噛合させ、かつ第１のウオームギ
ヤ２６に同軸的に配設した駆動ギヤ２７と第２のウオー
ムギヤ３２に同軸的に配設した被動ギヤ３１とを相互に
噛合させたものである。

そして前記第２のウオームギヤ３２および第２のウオー
ムホイール３３の螺条をそれぞれ前記第１のウオームギ
ヤ２６および第１のウオームホイール２８の螺条のピッ
チおよびねじれ角と同一のピッチおよびねじれ角を有し
、かつねじれ方向をそれぞれ逆の螺条に形成するととも
に、駆動ギヤ２７と被動ギヤ３１は互いに等しい回転速
度で噛合するギヤに構成したから、第２のウオームギヤ
３２は第Ｉのウオームギヤ２６と等しい速度で逆方向に
回転せしめられて第２のウオームホイール３３と噛合し
、電動機の出力トルクは２分割されて、一方は第１のウ
オームギヤ２６と第１のウオームホイール２８との噛合
を介し、他方は第２のウオームギヤ３２と第２のウオー
ムホイール３３との噛合を介して、それぞれウオームホ
イール基部２１と連結されたジョイント軸２２に伝達さ
れる。

このときの第１および第２のウオームギヤ２６゜３２お
よび第１および第２のウオームホイール２８．３３によ
る動力伝達機構内に発生する力の関係を第４図にあられ
す。操向用ハンドル９および操向シャフト２３の回転方
向が矢印４０に示す方向で電動機出力軸６１の回転方向
が矢印４１で示す方向である場合、駆動ギヤ２７と被動
ギヤ３１の噛合により第２のウオームギヤ３２の回転方
向は矢印４２で示すように電動機出力軸６１の回転方向
と反対方向であり、第１のウオームギヤ２６と第１のウ
オームホイール２８との噛合により第１のウオームホイ
ール２８の螺条の歯面に作用する力４３は、第１のウオ
ームホイール２６の回転方向に向かうベクトル４４を有
する分力と、ウオームホイール基部２１の回転中心軸方
向に向かうベクトル４５を有する分力とに分解して考え
ることができる。一方策２のウオームギヤ３２と第２の
ウオームホイール３３との噛合により第２のウオームホ
イール３３の螺条の歯面に作用する力４６は、第２のウ
オームホイール３３の回転方向に向かうベクトル４７を
有する分力と、ウオームホイール基部２１の回転中心軸
方向に向かうベクトル４８とに分解して考えることがで
きる。ここに力４３のベクトル４４を有する分力と、力
４６のベクトル４７を有する分力とは、ともにウオーム
ホイール基部２工を矢印４０で示す操向用ハンドル９の
回転方向に回転させる分力であるが、力４３のベクトル
４５を有する分力と、力４６のベクトル４８を有する分
力とはウオームホイール基部２１を回転中心軸方向に向
かうスラスト荷重を生じさせる力であり、主軸受の回転
損失を生じさせ、軸受寿命を縮めようとする分力である
。

前記実施例においては、第１のウオームホイール２８と
第２のウオームホイール３３の螺条は、そのねじれ方向
が互いに逆方向であるから、第１のウオームホイール２
８に作用する力４３のベクトル４５と第２のウオームホ
イール３３に作用する力４６のベクトル４８とはウオー
ムホイール基部２１の回転中心軸上で反対方向を向いて
おり、力４３のベクトル４５を有する分力と力４６のベ
クトル４８を有する分力とは相殺される方向を有する。

その上前記実施例における第１のウオームギヤ２６およ
び第２のウオームギヤ３２の螺条は、それぞれ同一のピ
ッチでねじれ角を等しくし、かつねじれ方向を逆方向に
形成され、第１のウオームホイール２８と第２のウオー
ムホイール３３の螺条も、それぞれ同一ピッチでねじれ
角を等しくし、かつねじれ方向を逆方向に形成されてお
り、駆動ギヤ２７と被動ギヤ３１はそれぞれ第１のウオ
ームギヤ２６および第２のウオームギヤ３２を等しい回
転速度で互いに反対方向に回転させるように噛合してい
るから、第１のウオームホイール２８に作用する力４３
のベクトル４５を有する分力と第２のウオームホイール
３３に作用する力４６のベクトル４８を有する分力はほ
ぼ等しく、これらのウオームホイール基部２１の回転中
心軸方向に作用してスラスト荷重を生じさせる力を実質
的に相殺させることができる。

なお以上の説明から理解できるように、第１のウオーム
ホイール２８および第２のウオームホイール３３の螺条
のねじれ方向が逆方向であれば、ウオームホイール基部
２１の回転中心軸方向に作用する分力が相殺されること
が明らかであるから、第１のウオームホイール２８の螺
条と第２のウオームホイール３３の螺条のねじれ角が異
なっていても、電動機出力軸６１に具備せしめたウオー
ムギヤ２６とウオームホイール２８の噛合のみを伝達機
構とする従来の電動式パワーステアリング装置に比して
、スラスト荷重を減らし、従って軸受の回転損失を減少
させ、軸受寿命を延長する構成であることは明らかであ
る。この場合第１のウオームホイール２８と第２のウオ
ームホイール３３が同軸的に固定的に設けられるから、
駆動ギヤ２７と被動ギヤ２８は、第２のウオームホイー
ルが第２のウオームギヤに噛合して回転する速度を。

第１のウオームホイールが第１のウオームギヤに噛合し
て回転する回転速度と同一速度とする噛合関係にあるも
のでなくてはならない。

また本実施例では第１のウオームホイール２８と第２の
ウオームホイール３３とを同一のウオームホイール基部
２１上に形成して一体のものとしたが、第１および第２
のウオームホイール２８゜３３をそれぞれ別のウオーム
ホイール基部上に形成して、それぞれ操向シャフトにキ
ー止めしてもよいことが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の一部欠截正面図。 第２図は第１図■−■線に沿う一部欠截断面側面図、第
３図は前記実施例の電動式パワーステアリング装置を実
施する自動車用かじ取り装置の概要を示す斜面図、第４
図は前記実施例において発生する力を説明する説明図で
ある。 なお図中１次の符号はそれぞれ次の部分を示す。 ４ニステアリングギヤの入力軸、 ５：ケーシング。 ６：電動機ケーシング、 １１．１２，１３，１４，１５．ｔｅ：軸受、２１：ウ
オームホイール基部、 ２３：操向シャフト、 ２６：第１のウオームギヤ、 ２７：駆動ギヤ、 ２８：第１のウオームホイール、 ３工：被動ギヤ。 ３２：第２のウオームギヤ、 ３３：第２のウオームホイール

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 車輌の操向輪にかじ取り運動を与えるステアリングギヤ
   装置の入力軸と操向用ハンドルとを連結する操向シャフ
   トに電動機の駆動トルクを付加する電動式パワーステア
   リング装置において、前記ステアリングギヤ装置の入力
   軸に連結される操向シャフトに同軸的に第１のウォーム
   ホィールを固定的に設け、該第１のウォームホィールに
   駆動的に噛合せしめた第１のウォームギヤを電動機の出
   力軸に駆動的に連結せしめ、 前記第１のウォームホィールに同軸的に第２のウォーム
   ホィールを前記操向シャフトに固定的に設け、該第２の
   ウォームホィールにはその回転中心軸を前記第１のウォ
   ームギヤと平行とするように支承された第２のウォーム
   ギヤを駆動的に噛合せしめるとともに、前記第２のウォ
   ームホィールと第２のウォームギヤの螺糸を、それぞれ
   前記第１のウォームホィールおよび第１のウォームギヤ
   の螺糸のねじれ方向と逆のねじれ方向を有する螺糸に形
   成し、 前記第１のウォームギヤおよび第２のウォームギヤには
   相互に噛合するギヤをそれぞれ固定して、第２のウォー
   ムホィールが第２のウォームギヤに噛合して回転する回
   転速度を、第１のウォームホィールが第１のウォームギ
   ヤに噛合して回転する回転速度と同一速度となるように
   、第１および第２のウォームギヤを互いに反対の回転方
   向に回転せしめることを特徴とする電動式パワーステア
   リング装置。