JPH09164964A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウォーム及びウォームホイール間の叩き音を低
減させる。 【解決手段】主ウォームホイール５の軸方向と直交する
方向を向くシャフト１１に円筒部材１３を同軸に且つ相
対回転自在に外嵌させ、円筒部材１３の外周にはウォー
ム６と噛み合う副ウォームホイール１４を形成する。シ
ャフト１１の先端側には同軸に且つ回転方向に一体に小
ベベルギア１５を固定する。主ウォームホイール５のシ
ャフト１１側の側面には小ベベルギア１５と噛み合う大
ベベルギア１６を一体に形成する。シャフト１１の副ウ
ォームホイール１４と小ベベルギア１５との間の部分に
は捩じりコイルバネ１７を配設し、捩じりコイルバネ１
７の一端側は円筒部材１３に、他端側はシャフト１１の
大径部１１Ａに固定する。ウォーム６及び主ウォームホ
イール５間の減速比と、ウォーム６から副ウォームホイ
ール１４，小ベベルギア１５を介して大ベベルギア１６
に至る間の減速比とは等しくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電動モータの回
転力を利用して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伝達機構がウォームギアから
なる装置において、ウォーム及びウォームホイール間の
バックラッシュによる叩き音の低減を図ったものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動式パワーステアリング装置と
しては、例えば、本出願人が先に提案した特開平７−２
１５２２７号公報に開示されたものがある。即ち、この
従来技術では、ハウジングに固定された電動モータの回
転軸とハウジングに回転自在に支持された出力軸との間
で回転力を伝達する機構として、回転軸に連結された駆
動歯車と、出力軸に連結された被駆動歯車とを備えた装
置において、被駆動歯車を、駆動歯車と噛み合う歯が形
成された弾性体製の外周部と、この外周部を支持し出力
軸に連結された金属製の円筒部とから構成するととも
に、金属製の円筒部と駆動歯車との線膨張係数を略等し
くし、さらに、各部の寸法を所定の式を満足するように
設定した点に特徴がある。

【０００３】そして、そのような構成とすることによ
り、雰囲気温度が変化した場合においても、歯車間の適
切なバックラッシュを維持できるから、歯車の噛み合い
音の増大や動力伝達の遅れ等を回避できる、というもの
であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】確かに、上記従来の技
術によれば、雰囲気温度が変化した場合でも伝達機構を
構成する歯車間の適切なバックラッシュを維持できるか
ら、上記のような有利な作用効果を奏することができ
る。しかし、上記従来の技術では、各部の寸法を高精度
に加工しなければならないためコストが嵩むという問題
点がある。また、バックラッシュを適切な値に調整でき
たとしても、バックラッシュが零になる訳ではないか
ら、ハンドルの切り返し時における電動モータの慣性や
車輪からのキックバック等の影響による衝撃的なギアの
叩き音は、完全に抑えることはできないという不具合が
あった。つまり、叩き音対策のためにはバックラッシュ
は完全に零にすることが望ましいのであるが、ギアの噛
み合いからすればバックラッシュを完全に零にすること
は不可能であり、ある程度のバックラッシュが存在する
以上、叩き音を零にすることはできないのである。

【０００５】本発明は、このような従来の技術が有する
未解決の課題に着目してなされたものであって、電動モ
ータと操舵系との間でトルクを伝達する伝達機構をウォ
ームホイールギアで構成した場合に、ギア間のバックラ
ッシュによる叩き音を極めて低減することができる電動
式パワーステアリング装置を提供することを目的として
いる。

【０００６】

【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、操舵系の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操
舵系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
タの出力軸と一体に回転するウォームと、前記操舵系の
回転軸と一体に回転し且つ前記ウォームと噛み合う主ウ
ォームホイールと、この主ウォームホイールとは位相を
ずらして配設されて前記ウォームと噛み合う副ウォーム
ホイールと、この副ウォームホイールと同軸に且つ相対
回転可能に配設された第１補助ギアと、前記副ウォーム
ホイール及び前記第１補助ギアを相対的に回転方向に付
勢する弾性体と、前記主ウォームホイールと一体に回転
し且つ前記第１補助ギアと噛み合う第２補助ギアと、か
ら構成するとともに、前記ウォーム及び前記主ウォーム
ホイール間の減速比と、前記ウォームから前記副ウォー
ムホイール及び前記第１補助ギアを介して前記第２補助
ギアに至る間の減速比とを等しくした。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明の一実施
の形態を示す図であって、図１は電動式パワーステアリ
ング装置１の全体構成を示す正面図、図２は図１の要部
拡大断面図である。

【０００８】先ず、構成を説明すると、ステアリングコ
ラムを構成するハウジング２内には、図示しないトーシ
ョンバーを介して連結された入力軸３及び出力軸４が軸
受によって回転自在に支持されていて、入力軸３の図示
しない図１右端側には、ステアリングホイールが回転方
向に一体に取り付けられており、また、出力軸４の図示
しない図１左端側には、例えば公知のラックアンドピニ
オン式ステアリング装置を構成するピニオン軸が連結さ
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３，トー
ションバー，出力軸４及びラックアンドピニオン式ステ
アリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達する。

【０００９】また、ハウジング２内には、トーションバ
ーの捩じれを伴って生じる入力軸３及び出力軸４間の相
対回転を検出することにより、操舵系に発生している操
舵トルクを検出するトルクセンサが内蔵されていて、か
かるトルクセンサの検出結果は、図示しないコントロー
ラに供給されるようになっている。そして、出力軸４に
は、図１及び図２にその一部を示すように、その出力軸
４と回転方向に一体となるように主ウォームホイール５
が固定されている。

【００１０】一方、ハウジング２には電動モータ１０が
固定されていて、その電動モータ１０の電動モータ１０
の出力軸１０Ａには、主ウォームホイール５と噛み合う
ウォーム６が固定されている。さらに、ハウジング２内
には、特に図２に拡大図示するように、主ウォームホイ
ール５の軸方向（図２左右方向）と直交する方向（図２
上下方向）を軸方向が向くようにシャフト１１が、その
一端側に配設された転がり軸受１２Ａ及び他端側に配設
されたニードルころ軸受１２Ｂによって回転自在に支持
されている。

【００１１】シャフト１１には、円筒部材１３が同軸に
且つ相対回転自在に外嵌しており、円筒部材１３の外周
には、ウォーム６と噛み合う副ウォームホイール１４が
一体に構成されている。なお、円筒部材１３は、転がり
軸受１２Ａの内輪端面とシャフト１１の大径部１１Ａと
の間に挟まれて、軸方向への移動は阻止されている。つ
まり、この副ウォームホイール１４は、主ウォームホイ
ール５とは位相が９０度ずれた状態で回転自在にハウジ
ング２内に設けられていて、ウォーム６の回転力は、主
ウォームホイール５及び副ウォームホイール１４の両方
に伝達されるようになっている。

【００１２】また、シャフト１１の先端側（ニードルこ
ろ軸受１２Ｂに支持された側）には、このシャフト１１
と同軸に且つ回転方向に一体に第１補助ギアとしての小
ベベルギア１５が固定されている。そして、主ウォーム
ホイール５のシャフト１１側の側面には、小ベベルギア
１５と噛み合う第２補助ギアとしての大ベベルギア１６
が一体に形成されている。

【００１３】一方、シャフト１１の副ウォームホイール
１４と小ベベルギア１５との間の部分には、弾性体とし
ての金属製の捩じりコイルバネ１７が配設されていて、
その捩じりコイルバネ１７の一端側は円筒部材１３に結
合され、捩じりコイルバネ１７の他端側はシャフト１１
の大径部１１Ａに固定されている。ただし、捩じりコイ
ルバネ１７は、シャフト１１及び円筒部材１３を相対的
に回転方向に付勢するのに十分な予変形を与えられた状
態で配設されている。

【００１４】さらに、ウォーム６及び主ウォームホイー
ル５間の減速比と、ウォーム６から副ウォームホイール
１４及び小ベベルギア１５を介して大ベベルギア１６に
至る間の減速比とは等しくなっている。次に、本実施の
形態の動作を説明する。今、操舵系が直進状態にあり、
操舵トルクが零であるものとすると、入力軸３及び出力
軸４間には相対回転は生じないから、トルクセンサは操
舵トルクを検出せず、操舵系に操舵補助トルクは発生し
ない。

【００１５】一方、ステアリングホイールを操舵して入
力軸３に回転力が生じると、その回転力は、トーション
バーを介して出力軸４に伝達される。このとき、出力軸
４には、転舵輪及び路面間の摩擦力や出力軸４の図示し
ない左端側に構成されたラックアンドピニオン式ステア
リング装置のギアの噛み合い等の摩擦力に応じて抵抗力
が生じるため、入力軸３及び出力軸４間には、トーショ
ンバーが捩じれることによって出力軸４が遅れる相対回
転が発生し、その相対回転が操舵トルクとしてトルクセ
ンサに検出される。

【００１６】すると、図示しないコントローラが、トル
クセンサが検出した操舵トルクの方向及び大きさに応じ
て電動モータ１０に電流を供給するため、電動モータ１
０の出力軸１０Ａには操舵系に発生している操舵トルク
の方向及び大きさに応じた回転力が発生し、その回転力
が主ウォームホイール５及び副ウォームホイール１４に
伝達される。

【００１７】そして、主ウォームホイール５に伝達され
た回転力は出力軸４に伝達されるから、出力軸４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。また、ウォーム６から
副ウォームホイール１４に伝達された回転力は、捩じり
コイルバネ１７及びシャフト１１を介して小ベベルギア
１５に伝達され、そこから大ベベルギア１６を通じて主
ウォームホイール５に伝達されるが、本実施の形態で
は、ウォーム６及び主ウォームホイール５間の減速比
と、ウォーム６から副ウォームホイール１４及び小ベベ
ルギア１５を介して大ベベルギア１６に至る間の減速比
とを等しくしているので、副ウォームホイール１４や小
ベベルギア１５によって主ウォームホイール５の回転が
阻害されることはない。従って、操舵補助トルクの伝達
には、何ら支障はない。

【００１８】その一方で、操舵系に操舵トルクが発生し
ていない無負荷状態においては、捩じりコイルバネ１７
の付勢力によって、副ウォームホイール１４及び小ベベ
ルギア１５が相対的に一方の回転方向に付勢されること
になるが、その付勢力は、副ウォームホイール１４から
ウォーム６に伝達され、小ベベルギア１５及び大ベベル
ギア１６を介して主ウォームホイール５に伝達されるた
め、それらウォーム６と主ウォームホイール５との間
は、相対的に一方の回転方向に常時付勢されることにな
る。

【００１９】すると、ウォーム６及びウォームホイール
５間では、一方の歯面同士は常時接触し、他方の歯面同
士は常時離隔した状態が維持させることになる。この状
態から、操舵系に操舵補助トルクを発生させるために出
力軸１０Ａからウォーム６に回転力が伝達された場合、
出力軸１０Ａの回転方向がウォーム６及びウォームホイ
ール５間の常時接触している歯面を押し付け合う方向で
あれば、ウォーム６及びウォームホイール５間にはバッ
クラッシュが存在しないことと等価であるから、叩き音
が発生することはない。これに対し、出力軸１０Ａの回
転方向がウォーム６及びウォームホイール５間の常時接
触している歯面を離隔させる方向であれば、他方の歯面
同士が衝突することになるが、その歯面同士が衝突する
よりも前に、ウォーム６から副ウォームホイール１４を
通じて捩じりコイルバネ１７にも回転力が伝達され、そ
こから小ベベルギア１５及び大ベベルギア１６を介して
主ウォームホイール５に回転力が伝達されるから、ウォ
ーム６及びウォームホイール５が衝突したときのウォー
ム６及びウォームホイール５間の相対回転速度は従来に
比べて小さくなる。つまり、捩じりコイルバネ１７がク
ッションとして働く結果、ウォーム６及びウォームホイ
ール５間の衝突時の衝撃が和らげられ、叩き音が小さく
て済むのである。このような作用は、路面からのキック
バックにより主ウォームホイール５に回転力が発生した
場合も同様である。

【００２０】そして、再び無負荷状態になれば、捩じり
コイルバネ１７の付勢力によって、ウォーム６と主ウォ
ームホイール５との間が相対的に一方の回転方向に常時
付勢され、ウォーム６及びウォームホイール５間で一方
の歯面同士が常時接触するようになる。このように、本
実施の形態の構成であれば、ウォーム６及び主ウォーム
ホイール５間で伝達する回転力の方向が急変したような
場合であっても、ウォーム６及びウォームホイール５の
歯面同士が大きな衝撃力で衝突することはないから、噛
み合いに必要な適切なバックラッシュをウォーム６及び
ウォームホイール５間に設定したとしても、叩き音を大
幅に低減することができるのである。

【００２１】従って、ウォーム６及びウォームホイール
５間に十分なバックラッシュを与えることができるか
ら、噛み合い作動時のロストルクを極力抑えることがで
きる。また、バックラッシュを極めて高精度に設定する
必要もないから、コスト的にも非常に有利であるという
利点がある。ここで、本実施の形態では、入力軸３，出
力軸４，トーションバー，ラックアンドピニオン式ステ
アリング装置等によって操舵系が構成され、それらのう
ち、出力軸４が本発明における回転軸に対応する。

【００２２】なお、上記実施の形態では、第１補助ギア
及び第２補助ギアとしてベベルギア１５，１６を適用し
ているが、これに限定されるものではなく、他の形式の
歯車であってもよい。また、上記実施の形態では、弾性
体として捩じりコイルバネ１７を用いているが、これに
限定されるものではなく、例えばゴム状の弾性体でシャ
フト１１及び円筒部材１３を相対的に捩じり方向に付勢
するようにしてもよい。ただし、耐久性を考慮した場合
には、上記実施の形態のように金属製の捩じりコイルバ
ネ１７を用いることが得策である。

【００２３】さらに、上記実施の形態では、主ウォーム
ホイール５と副ウォームホイール１４とはその位相が９
０度ずれているが、位相の大きさはこれに限定されるも
のではなく、要は、ウォーム６の回転力が主ウォームホ
イール５及び副ウォームホイール１４の両方に伝達可能
で、その副ウォームホイール１４に伝達された回転力が
捩じりコイルバネ１７等の弾性体や小ベベルギア１５，
大ベベルギア１６等の歯車を介して主ウォームホイール
５に伝達されるようになっていればよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
伝達機構に、主ウォームホイールとは位相をずらして配
設されて前記ウォームと噛み合う副ウォームホイール
と、この副ウォームホイールと同軸に且つ相対回転可能
に配設された第１補助ギアと、副ウォームホイール及び
第１補助ギアを相対的に回転方向に付勢する弾性体と、
主ウォームホイールと一体に回転し且つ前記第１補助ギ
アと噛み合う第２補助ギアとを設けるとともに、ウォー
ム及び主ウォームホイール間の減速比と、ウォームから
副ウォームホイール等を介して前記第２補助ギアに至る
間の減速比とを等しくしたため、ウォーム及び主ウォー
ムホイール間で伝達する回転力の方向が急変したような
場合であっても、ウォーム及びウォームホイールの歯面
同士が大きな衝撃力で衝突することはなく、叩き音を大
幅に低減することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動式パワーステアリング装置の正面図であ
る。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 電動式パワーステアリング装置 ２ ハウジング ３ 入力軸 ４ 出力軸（回転軸） ５ 主ウォームホイール ６ ウォーム １０ 電動モータ １１ シャフト １４ 副ウォームホイール １５ 小ベベルギア（第１補助ギア） １６ 大ベベルギア（第２補助ギア） １７ 捩じりコイルバネ（弾性体）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵系の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操
   舵系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、前記電動モータの出力軸と一体に回転
   するウォームと、前記操舵系の回転軸と一体に回転し且
   つ前記ウォームと噛み合う主ウォームホイールと、この
   主ウォームホイールとは位相をずらして配設されて前記
   ウォームと噛み合う副ウォームホイールと、この副ウォ
   ームホイールと同軸に且つ相対回転可能に配設された第
   １補助ギアと、前記副ウォームホイール及び前記第１補
   助ギアを相対的に回転方向に付勢する弾性体と、前記主
   ウォームホイールと一体に回転し且つ前記第１補助ギア
   と噛み合う第２補助ギアと、から構成するとともに、前
   記ウォーム及び前記主ウォームホイール間の減速比と、
   前記ウォームから前記副ウォームホイール及び前記第１
   補助ギアを介して前記第２補助ギアに至る間の減速比と
   を等しくしたことを特徴とする電動式パワーステアリン
   グ装置。