JPH0382671A

JPH0382671A - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JPH0382671A
Application number: JP1217502A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Eda; 広恵田; Isamu Chikuma; 竹間　勇
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1989-08-25
Publication date: 1991-04-08

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〕この発明は、車両の操舵系に操舵補助トルクを付与する
電動式パワーステアリング装置に関し、特に、電動モー
タの回転力を操舵系に伝達する機構を改良したものであ
る。

〔従来の技術〕

従来の電動式のパワーステアリング装置としては、例え
ば特開昭６３−７５６３１号公報、特開昭６３−１８６
１０２号公報、特開昭６４−３０８７９号公報等に開示
されているものがある。

これら電動式パワーステアリング装置は、操舵系に発生
する操舵トルクを検出し、その検出結果に基づいて、操
舵トルクが減少する方向、即ち、ステアリングホイール
の回転に操舵系が追従する方向に、操舵系に連結された
電動モータを回転させることにより、操縦者の負担を軽
減するようにしている。

そして、電動モータと操舵系とは、上記公開公報等に開
示されているように、電動モータの回転軸側に設けられ
るウオームと、操舵系に設けられるウオームホイールと
を介して連結されているのが一般的であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の電動式パワーステアリング装
置にあっては、電動モータの回転力を、ウオーム及びウ
オームホイールを介して操舵系に伝達する構造であり、
その回転力の伝達はウオーム及びウオームホイールの歯
面を滑りながら行われるから、伝達効率が悪く、騒音（
滑り音）が大きいという欠点がある。

このような欠点は、ウオーム及びウオームホイールを比
較的摩擦係数の小さい合成樹脂等から形成すれば、ある
程度は低減することはできるが、樹脂製のギヤは耐久性
に劣るため、大きな操舵補助トルクを操舵系に伝達する
ことができないという問題点がある。

また、ウオームギヤは、特に逆作動効率が悪いため、車
両の旋回終了時等に操縦者が保舵力を緩めても、操舵系
が速やかに直進状態に戻らないという不具合もある。

本発明は、このような従来の技術における未解決の課題
に着目してなされたものであり、正方向及び逆方向の伝
達効率が良く、騒音の低減や耐久性の向上が図られる伝
達機構を、電動モータ及び操舵系間に有する電動式パワ
ーステアリング装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、回転自在に支持
され且つ操舵系のステアリングホイール側に位置する入
力軸と、回転自在に支持され且つ操舵系の転舵輪側に位
置する出力軸と、前記入力軸及び出力軸を連結する弾性
体と、前記入力軸及び出力軸間の相対回転に基づいて操
舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵ト
ルクに応じた回転力を発生する電動モータと、この電動
モータの回転力を前記出力軸に伝達する伝達機構と、を
備えた電動式パワーステアリング装置において、前記伝
達機構を、前記電動モータの回転軸と一体に回転するウ
オームと、前記出力軸と一体に回転するウオームホイー
ルと、これらウオーム及びウオームホイール間に介在し
且つ転動自在なボールと、から構成した。

〔作用〕

ステアリングホイールが操舵されると、操舵系には、路
面及び転舵輪間の摩擦力等に起因した操舵トルクが発生
するから、弾性体を介して連結されている入力軸及び出
力軸間には、その操舵トルクに応した相対回転が発生す
る。

すると、操舵トルク検出手段が、上記相対回転に基づい
て操舵トルクを検出し、その操舵トルクに応じて電動モ
ータに発生する回転力が、伝達機構を介して出力軸に伝
達される。

そして、伝達機構は、電動モータの回転軸と一体に回転
するウオームと、出力軸と一体に回転するウオームホイ
ールと、これらウオーム及びウオームホイール間に介在
し且つ転動自在なボールとから構成されているので、ウ
オーム及びウオームホイール間の回転力の伝達は、転動
するボールを介して行われる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示す図であり、
第１図は本発明を適用した車両操舵系の要部の断面図、
第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図である。

先ず、構成を説明すると、第１図において、ハウシング
１内には、弾性体としてのトーションバー４を介して連
結された入力軸２及び出力軸３が、軸受５ａ、５ｂ及び
５ｃによって回動自在に支持されている。但し、入力軸
２．出力軸３及びトーションバー４は、同軸に配置され
ている。

入力軸２は、ハウジング１に圧入されたステアリングコ
ラム６に覆われると共に、その図示しない第１図右端部
には、ステアリングホイールが回動方向に一体に取り付
けられている。

一方、出力軸３の第１図左端部には、例えば公知のラッ
クピニオン式ステアリング装置を構成するピニオン軸（
図示せず）が連結されている。

従って、操縦者がステアリングホイールを操舵すること
によって発生した操舵力は、入力軸２゜トーションバー
４．出力軸３及びラックピニオン式ステアリング装置を
介して、図示しない転舵輪に伝達する。

また、出力軸３の右端部には、径方向外側に突出したピ
ン３ａ及び３ｂが圧入され、これらピン３ａ及び３ｂの
外端は、入力軸２に相対回動自在に外嵌したスライダ７
に形成され且つピン３ａ及び３ｂ外径よりも若干大きな
幅を有する縦溝７ａ及び７ｂに挿入されている。

従って、出力軸３及びスライダ７は、回動方向には一体
であるが、軸方向には縦溝７ａ及び７ｂの長さの範囲内
で相対変位が可能である。

スライダ７は、スプリング８によって第１図右方に常時
付勢されると共に、その内周面には、１８０度の位相を
もった二つの螺旋溝７０及び７ｄが形成されている。

これら螺旋溝７０及び７ｄには、入力軸２の外周面に１
８０度離間して形成された凹陥部２ａ及び２ｂ内に転動
自在に収容されたスチール製のボール９ａ及び９ｂの一
部分が、溝の内面に摺接した状態で収まっている。

さらに、スライダ７の外面には、軸方向に離間して、同
寸法の二つのリング状の磁石１０及び１１が同軸に固定
されている。

これら磁石１０及び１１は、例えば一方の磁石１０は外
周面側をＮ極、内周面側をＳ極とすると共に、他方の磁
石１１は外周面側をＳ極、内周面側をＮ極とすることに
より、互いに逆磁性になっている。

そして、スライダ７に近接するハウジングｌには、スラ
イダ７の軸方向の変位を検出し、その検出信号を図示し
ないコントローラに供給する操舵トルク検出手段として
のセンサ部１２が固定されている。

センサ部１２は、ケース１２ａと、このケース１２ａ内
に固定された基板１２ｂと、基板１２ｂの下面に固着さ
れた嵌合部１２ｃとを備えていて、基板１２ｂの下面に
は二つのホール素子１３及び１４が、スライダ７の進退
方向に離間して固定され、基板１２ｂの上面には、ホー
ル、素子１３及び１４に所定電流を供給すると共に、こ
れらホール素子１３及び１４の出力電圧を測定し、その
測定結果を図示しないコントローラに供給するための電
子回路が構成されている。

なお、入力軸２及び出力軸３間に相対回転が生じていな
い時に、ホール素子１３及び１４間の中心が、磁石１０
及び１１間の中心に一致するように構成する。

そして、コントローラは、上記測定結果、即ち、操舵系
の操舵トルクに応した操舵補助トルクが出力軸３に発生
するように、後述する電動モータに電流を供給する。

さらに、出力軸３には、出力軸３と同軸且つ一体に回動
するウオームホイール１５が外嵌していて、このウオー
ムホイール１５の外周面には、軸に対して傾斜した半円
形のボール溝１５ａが形成されている。

そして、第１図及び第２図に示すように、ノ＼ウジング
１内には、ウオームホイール１５の外周面に沿って、電
動モータ１６の回転軸１６ａが挿入されていて、その回
転軸１６ａにはウオーム１７が同軸且つ回転方向一体に
設けられている。

ウオームエフは、ウオームホイール１５の外周面に対向
する軸方向の中央部がそのウオームホイール１５の外周
面に沿って徐々に縮径していると共に、その中央部には
、ウオームホイール１５のボール溝１５ａに対向する方
向に旋回した螺旋状の半円形のボール溝１７ａが形成さ
れていて、これらボール溝１５ａ及び１７ａは対向した
状態で円筒形の通路を構成する。

また、ウオーム１７の内、ウオームホイール１５外周面
に近接しない部分は、ピン１８によってハウジング１内
面に固定されたポールガイド■９に覆われていて、ボー
ル溝１５ａとボール溝１７ａとの間、及びボール溝１７
ａとポールガイド１９との間には、スチール製の多数の
ボール２０が転動可能に内在している。そして、ボール
２０が確実に転動するように、ボール溝１５ａとボール
溝１７ａとの間、及びボール溝１７ａとポールガイド１
９との間において、ボール２０に適度な圧力が加わるよ
うにする。

なお、ボールガイド１９の内面の内、縮径しているウオ
ーム１７の中央部に対向する部分が径方向内側に突出し
ていて、これにより、ボール溝１７ａからのボール２０
の脱落を防止している。また、ウオームホイール１５と
ボールガイド１９とは、僅かな隙間をもって近接してい
る。

さらに、ウオーム１７の内部には、ボール２０が通過可
能で且つボール溝１７ａの両端間を連通ずるボール循環
用のチューブ２１が構成されていて、ボール溝１７ａと
チューブ２１との連通部には、ボール２０の循環をなめ
らかに案内するデフレクタ２２（一方の図示は省略）が
、ボルト２２ａによってウオーム１７に固定された状態
で配置されている。

そして、電動モータ１６には、上述した図示しないコン
トローラから電流が供給され、ウオーム１７が設けられ
た回転軸１６ａが正逆方向に回動する。ウオーム１７の
回転力は、多数のボール２０の転動を介してウオームホ
イール１５に伝達し、ウオームホイール１５の回転力は
、操舵補助トルクとして出力軸３に伝達する。

次に、上記実施例の動作を説明する。

今、車両が直進状態にあり、入力軸２及び出力軸３間に
相対回動が生じていないものとすると、スライダ７には
進退力は発生せず、従って、磁石１０及び１１間の中心
に、ホール素子１３及び１４間の中心が一致する状態を
維持する。

従って、コントロ１うは、ホール素子１３及び１４の出
力電圧に基づいて、操舵系に操舵トルクは発生していな
いものと判断し、電動モータ１６に電流は供給しない。

よって、出力軸３には操舵補助トルクは発生しないから
、操舵系は直進状態を維持する。

そして、ステアリングホイールを操舵して入力軸２に回
転力が生じると、その回転力は、トーションバー４を介
して出力軸３に伝達する。

この時、出力軸３には、転舵輪及び路面間の摩擦力や、
出力軸３の図示しない左端側に構成されるラックピニオ
ン式ステアリング装置の摩擦力等に応じた抵抗力が生じ
るため、入力軸２及び出力軸３間には、トーションバー
４が捩じれることによって出力軸３が遅れる相対回動が
発生する。

すると、出力軸３と回動方向に一体となったスライダ７
にも入力軸２に対する相対回動が生じるが、スライダ７
の内面に形成された螺旋溝７ｃ。

７ｄには、入力軸２の凹陥部２ａ、２ｂに収容されたボ
ール９ａ、９ｂの一部分が収まっているので、螺旋溝７
ｃ、７ｄの傾斜角度に従って、スライダ７は軸方向に進
退する。

なお、スライダ７の螺旋溝７ｃ、７ｄとボール９ａ、９
ｂとの間には、若干の隙間が生じるが、スプリング８が
スライダ７を一方向に付勢しているので、その隙間によ
るスライダ７のがたつきは防止されている。

スライダ７が進退すると、これに外嵌する磁石１０及び
１１も一体に移動するため、ホール素子１３及び１４と
交わる磁束が変化（一方は増加、他方は減少）し、それ
に伴ってホール素子１３及び工４の出力電圧も変化する
。

そして、コントローラは、ホール素子１３及び１４の出
力電圧の変化の方向及び大きさに基づいて操舵系に発生
している操舵トルクの方向及び大きさを判断し、その操
舵トルクが減少する回転力がウオームホイール１５に発
生するように、電動モータ１６に電流を供給してその回
転軸１６ａに回転力を与える。

回転軸１６ａの回転力は、上述したように、ウオーム１
７、ボール２０及びウオームホイール１５を介して出力
軸３に伝わるから、その出力軸３に操舵補助トルクが付
与されたことになり、操舵トルクが減少し、操縦者の負
担が軽減される。

しかも、上記実施例にあっては、ウオーム１７及びウオ
ームホイール１５間に多数のボール２０を介在させ、そ
のボール２０の転動によってウオームエフの回転力をウ
オームホイール１５に伝達する構成であるため、従来の
ウオームギヤ等のように滑りによる動力伝達部がなくな
り、伝達効率が大幅に向上する。

そのため、滑り音等の騒音が低減されると共に、ウオー
ム１７やウオームホイール１５を合成樹脂製とする必要
がなくなるから、耐久性の向上が図られ、電動モータ１
６の出力を大きくすることができる。

また、ウオーム１７及びウオームホイール１５間に多数
のボール２０を介在させると、ウオーム１７からウオー
ムホイール１５への（正方向の）作動だけではなく、ウ
オームホイール１５からウオーム１７への（逆方向の）
作動の効率も向上するから、例えば、車両の旋回終了時
等に操縦者が保舵力を緩めると、操舵系（ステアリング
ホイール）が素早く直進状態に戻るようになる。

なお、上記実施例では、入力軸２及び出力軸３間の相対
回動を、スライダ７の進退変位に変換し、その進退変位
を磁石１０．１１及びホール素子１３．１４によって測
定することにより、操舵トルクを検出する構成としたが
、操舵トルクを検出する構成はこれに限定されるもので
はない。

〔発明の効果］以上説明したように、本発明の電動式パワーステアリン
グ装置によれば、電動モータの回転力を操舵系の出力軸
に伝達する伝達機構を、電動モータの回転軸と一体に回
転するウオームと、出力軸と一体に回転するウオームホ
イールと、これらウオーム及びウオームホイール間に介
在し且つ転動自在なボールとから構成したため、電動モ
ータ及び出力軸間の動力の伝達効率が大幅に向上するか
ら、滑り音等の騒音が低減されると共に、伝達機構の耐
久性の向上が図られるし、また、逆作動の効率も向上す
るから、操舵系の直進状態への復帰動作が素早くなる等
の種々の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図のＡ−Ａ線断面図である。１・・・ハウジング、２・・・入力軸、３・・・出力軸
、４・・・トーションバー（弾性体）、７・・・スライ
ダ、１０．１１・・・磁石、１２・・・センサ部、１３
．１４・・・ホール素子、１５・・・ウオームホイール
、１５ａ・・・ボール溝、６・・・電動モータ、６ａ・・・回転軸、７・・・ウオーム、７ａ・・・ボール溝、 ■ ９・・・ボールガイド、２０・・・ボール

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転自在に支持され且つ操舵系のステアリングホ
ィール側に位置する入力軸と、回転自在に支持され且つ
操舵系の転舵輪側に位置する出力軸と、前記入力軸及び
出力軸を連結する弾性体と、前記入力軸及び出力軸間の
相対回転に基づいて操舵トルクを検出する操舵トルク検
出手段と、前記操舵トルクに応じた回転力を発生する電
動モータと、この電動モータの回転力を前記出力軸に伝
達する伝達機構と、を備えた電動式パワーステアリング
装置において、前記伝達機構を、前記電動モータの回転軸と一体に回転
するウォームと、前記出力軸と一体に回転するウォーム
ホィールと、これらウォーム及びウォームホィール間に
介在し且つ転動自在なボールと、から構成したことを特
徴とする電動式パワーステアリング装置。