JPH05170112A - 電動式動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動モータからステアリングシャフトへの回
転伝達用ギヤの噛合い時の歯打ち音や、ギヤとこれを軸
支するシャフトとの間での打音を防止する。 【構成】 ギヤ部１１ａを一側面側に有する被駆動側の
大ギヤ１１を、ピニオン軸３上に設ける。また、この大
ギヤ１１のギヤ部１１ａに側方から噛合い電動モータ１
０からの回転駆動力を伝達する小ギヤ１２ａを設け、軸
違い歯車による回転伝達用歯車機構１３を構成する。さ
らに、この大ギヤを小ギヤに対して常時噛合わせる方向
に付勢する付勢手段２０を設ける。また、この大ギヤの
ピニオン軸上に軸支される軸孔内周部とこれに対応する
軸外周部で周方向の所定間隔をおいた位置に、略Ｖ字状
を呈する溝部３３，３４を形成する。そして、これら両
部材のＶ字状を呈する溝部間に跨った状態でボール３５
を介在させて設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電動モータを操舵補助力
発生手段として用いてなる電動式動力舵取装置に関し、
特に電動モータの回転駆動力をステアリングシャフトに
伝達する回転動力伝達系を構成する歯車機構でのギヤ同
士の噛合い時においてバックラッシュ等によって生じる
歯打ち音を始め、このギヤのステアリングシャフトへの
軸支部でのがた等による打音の発生を防止し得る電動式
動力舵取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動モータを操舵補助力発生手段として
用いる電動式の動力舵取装置が、従来からたとえば特開
昭61ー226362号公報等を始めとして種々提案されてい
る。そして、この種の電動式の装置は、従来一般的な油
圧式のものに比べて構成が簡素化され、装置全体の小
型、軽量かつコンパクト化などが図れ、しかも運転者の
舵取り操作や車輛の各種走行条件等に応じて適切かつ確
実な操舵補助力を操舵輪側に伝達制御でき、また操舵必
要時においてのみ駆動するだけでよいため省エネルギ化
も図れる等の利点をもつものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに電動モータを操舵補助力発生手段として採用するに
あたって、モータのステアリング系に対する連結構造や
モータの動作制御を始めとする応答性などの動作性能の
面で種々の問題があり、各部に対してまだまだ改良の余
地が残されている。

【０００４】たとえば上述した電動式動力舵取装置を構
成するうえで問題とされることの一つに、電動モータの
モータ軸上のピニオン（小ギヤ）と噛合するステアリン
グシャフト側の被駆動側の大ギヤとの間に生じるバック
ラッシュがある。すなわち、このような回転動力伝達用
の歯車機構において、その回転伝達を適切かつ確実に行
うためには、ギヤ間にバックラッシュが当然必要となる
が、この場合においてバックラッシュが必要以上に大き
いと、これらギヤ間での噛合い部にがた付きが生じ、こ
れにより左、右回転方向に操舵したときに歯打ち音、が
た付き音が生じたり、噛合いによるトルク変動も生じ易
く、回転伝達時に応答不良を生じたりするといった問題
を招いてしまうものであった。

【０００５】これは、このようなモータ側のピニオンと
被駆動側の大ギヤとの間のバックラッシュは、歯車機構
各部の寸法誤差やその動きを保証するために必要となる
間隙等によっても大きくなってしまうことから容易に理
解されよう。また、一方において、ステアリングシャフ
トにおいて入力側の軸に対し舵取ハンドル側のハンドル
軸がユニバーサルジョイント等で所定の傾きをもって連
結されており、操舵時等において生じる軸の曲がりや振
れ等によって、上述した入力側の軸、さらにはこれにト
ーションバーを介して連結されている出力側の軸が揺動
動作し、上述したバックラッシュが必要以上に大きくな
るという問題もあり、上述したがた付きは避けられない
ものであった。

【０００６】そして、このようなバックラッシュが増大
し、がた付きが大きくなると、その分だけモータが正
転、逆転駆動されて回転伝達を行う際にあたってモータ
に空転状態が生じ、車輛走行時に悪路走行、縁石乗り上
げ等を生じた場合に、操舵輪が接地面側から作用力で転
舵され、いわゆるキックバックと言われる衝撃回転力が
操舵輪側から逆入力として加わり、ギヤ部同士が衝突す
ることによって歯打ち音等が生じる等の問題をも招いて
しまうものであった。勿論、上述したバックラッシュを
零とすれば、がた付きをなくし、歯打ち音等をなくすこ
とは可能となるが、これには厳密な加工精度が必要とな
るばかりでなく、これらギヤ部同士の噛合いによる回転
伝達を行うことはできなくなるもので、現実的には不可
能であった。

【０００７】このため、上述したようなハイポイドギヤ
等による大ギヤを、ステアリングシャフト上で軸線方向
に摺動可能な状態で軸支し、かつこの大ギヤの一側面側
に設けられたギヤ部を、小ギヤとしてのピニオンとの噛
合い方向に付勢するコイルばね、板ばねあるいは波ワッ
シャ等の付勢手段を設け、上述したピニオンに対しての
大ギヤの噛合い部におけるバックラッシュを、非操舵時
においてほとんど零とするように調整し得るようにした
構成によるものが、たとえば実開平2ー100876号公報等に
より提案されている。

【０００８】しかしながら、このような構造によれば、
大ギヤのギヤ部と小ギヤのギヤ部との間での歯打ち音に
ついてはある程度防止し得るも、大ギヤをステアリング
シャフト上で摺動可能に軸支するキー結合、スプライン
結合等による軸支部での隙間の存在によって、操舵時や
キックバック等を受けた際の衝撃、振動等によって、打
音を生じることを避けられないものであった。

【０００９】すなわち、このような大ギヤのシャフトへ
の軸支部にあっては、大ギヤをシャフト上で軸線方向に
所要の状態で摺動させるために、ある程度の微小隙間が
必要となる一方、この隙間が大き過ぎると、上述した打
音の発生を避けられず、厳密な寸法管理を要するもので
あった。

【００１０】特に、このような軸支部での隙間が、たと
えば50μｍ以上であると、ハンドルを切り返したとき
に、運転者が認識できる程度の打音を生じることが実験
により確認されている。また、上記隙間が、たとえば10
μｍ以下であると、大ギヤがシャフト上を摺動せず、こ
じりや引っ掛かりを生じ、トルク変動が発生したり、大
ギヤと小ギヤとの間の噛合い部分に隙間が生じ、歯打ち
音が発生したりしてしまうものであった。そして、この
ような大ギヤとシャフトとの軸支部での寸法管理を、厳
密に行ない、上述した許容範囲内に抑えることは、量産
性やコスト面において問題で、このような問題点を一掃
し得る何らかの対策を講じることが望まれている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような要請に応える
ために本発明に係る電動式動力舵取装置は、ギヤ部を一
側面側に有しステアリングシャフト上に軸支される被駆
動側の大ギヤと、この大ギヤのギヤ部の一部に側方から
噛合い電動モータからの回転駆動力を伝達する小ギヤか
らなる軸違い歯車による回転動力伝達用の歯車機構を備
えてなり、大ギヤのギヤ部を、小ギヤのギヤ部に噛合わ
せる方向に付勢する付勢手段を設けるとともに、この大
ギヤの前記ステアリングシャフト上に軸支される軸孔内
周部およびこれに対応するステアリングシャフトの外周
部で周方向の所定間隔をおいた位置に、略Ｖ字状を呈す
る溝部を形成し、かつこれら両部材の溝部間に跨った状
態でボールを介在させて設けるようにしたものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば、ステアリングシャフト上でボ
ール結合により回転方向に連結した状態で軸支されてい
る大ギヤは、その一側面側のギヤ部が電動モータ側の小
ギヤのギヤ部に対し常時適切な状態で噛合うように付勢
手段により軸線方向に付勢され、これにより両ギヤのギ
ヤ部間でのバックラッシュを、非操舵時には実質的に零
となるようにし、操舵時においてがた付きによる歯打ち
音等を防止することが可能で、しかもこれら左、右いず
れの方向への操舵時にあっては、大ギヤが、付勢手段の
弾性支持力にて小ギヤから若干逃げてこれら両ギヤの噛
合い部において、上述した歯打ち音等が問題とならず、
所要の噛合い動作が可能となる程度のバックラッシュを
確保し、所要の回転伝達を適切に行なえ、しかもこの大
ギヤとステアリングシャフトとの間は、Ｖ字状溝部間に
跨って介在されるボールによってがた付きのない状態で
連結され、従来のような打音の発生を防止し得るもので
ある。

【００１３】

【実施例】図１ないし図５は本発明に係る電動式動力舵
取装置の一実施例を示し、これらの図において、まず、
全体を符号１で示す電動式動力舵取装置の概略構成を図
１および図５を用いて簡単に説明すると、２は図示せぬ
舵取ハンドル側に連結されるスタブ軸である入力軸、３
は図示せぬ操舵輪側に連結されるピニオン３ａを有する
出力軸としてのピニオン軸で、これら両軸２，３は結合
手段（セレーション圧入を例示している）により同一軸
線上に配置され、これらによってステアリングシャフト
が構成されている。このステアリングシャフトを構成す
る軸２，３は、ピニオン３ａと噛合するラック歯４ａを
有するラック４と共に、ステアリングギヤボディ５，６
内に貫通して配設され、舵取操作に伴なって回転駆動さ
れる。なお、７ａ，７ｂ，７ｃはこれら両軸２，３をボ
ディ６，５内で回転自在に支持する軸受としてのボール
ベアリングで、またラック４は、図示しないタイロッド
等と共に操舵輪間を連結する舵取リンク機構を構成す
る。

【００１４】８はステアリングボディ６内で入力軸２の
回転トルクを検出することで、舵取ハンドル側から伝達
される操舵要求を検知するためのトルクセンサで、本実
施例ではたとえば特開平2-281115号公報などに示される
ような磁歪式トルク検出器を用いた場合を例示してい
る。すなわち、入力軸２上に高透磁率軟磁性材からなる
歪検出層が設けられるとともに、その周囲を取り囲むよ
うにしてボディ６側に歪検出層の歪による透磁率変化を
検出する検出コイルを設けてなる構成となっている。そ
して、この検出コイルで得られた出力が、操舵補助力発
生源である電動モータ１０の電気制御系に送られるよう
になっている。しかし、このようなトルクセンサとして
は、たとえばトーションバーにより二軸を所定角度宛回
動可能に連結するとともに、その相対的な角度変位を非
接触型センサ等により検出するような構造を有するもの
を用いてもよいことは言うまでもない。

【００１５】９はピニオン軸３の軸端側に臨んで設けら
れ舵取り操作に応じて操舵輪側に操舵補助力を与える操
舵系での出力側部材であるピニオン軸３先端側での回転
変位にて操舵角度、操舵角速度を検出する操舵角速度セ
ンサである。

【００１６】また、ステアリングシャフト機構部におい
て、舵取ハンドル側の入力軸２に一体に連結されている
操舵輪側のピニオン軸３上に、該ピニオン軸３側の側面
が歯面（ギヤ部）１１ａとされた被伝達用ギヤとなるハ
イポイドギヤによる大ギヤ１１を軸支するとともに、こ
の大ギヤ１１を介してピニオン軸３側に操舵補助力を与
える電動モータ１０およびそのモータ軸１０ａから回転
伝達を受けるギヤ軸１２を、前記ピニオン軸３に略直交
して同軸上に配置させ、そのギヤ軸１２先端に、大ギヤ
１１と共に操舵補助力伝達用の歯車機構１３となる減速
歯車機構を構成する伝達用ギヤである小ギヤ（ピニオ
ン）１２ａを、前記大ギヤ１１の歯面１１ａの一部に側
方から噛み合わせて設け、モータ１０からの操舵補助力
をピニオン軸３側に伝達可能に構成している。このよう
な構成によれば、ステアリングシャフト（２，３）を有
するギヤボディ６，７、ピニオン軸３にハイポイドギ
ヤ、傘歯車等による減速歯車機構を介して直接的に連結
される電動モータ１０を効率よく連結でき、装置全体の
小型、軽量かつコンパクト化が可能となる。特に、本実
施例によるハイポイドギヤでは、軸の食違い分だけ軸線
方向での小型化が可能となる。

【００１７】なお、図５中１５はピニオン軸３（出力軸
系）に操舵補助力を伝達する電動モータ１０の動力をピ
ニオン軸３側に選択的に伝達するための電磁クラッチ
で、その詳細は周知の通りであり、具体的な説明は省略
する。

【００１８】さて、本発明に係る電動式動力舵取装置１
によれば、ギヤ部１１ａを一側面側に有しステアリング
シャフト（ピニオン軸３）上に回転方向において連結し
て軸支される被駆動側の大ギヤ１１と、この大ギヤ１１
のギヤ部１１ａの一部に側方から噛合い電動モータ１０
からの回転駆動力を伝達する小ギヤ１２ａからなるハイ
ポイドギヤ等の軸違い歯車による回転動力伝達用の歯車
機構１３において、前記大ギヤ１１のギヤ部１１ａを、
前記小ギヤ１２のギヤ部１２ａに噛合わせる方向に付勢
する付勢手段２０を設けるとともに、この大ギヤ１１の
ピニオン軸３上に軸支される軸孔３１内周部およびこれ
に対応するピニオン軸３の大ギヤ１１軸支用外周部３２
で周方向の所定間隔をおいた位置に、略Ｖ字状を呈する
溝部３３，３４を等配して形成し、かつこれら両部材の
溝部３３，３４間に跨った状態でボール３５を介在させ
てなるボール結合機構３０を設けたところに特徴を有し
ている。

【００１９】ここで、本実施例では、大ギヤ１１を、そ
のギヤ部１１ａが小ギヤ１２のギヤ部１２ａに常時噛合
うように付勢する付勢手段２０として、前記大ギヤ１１
における小ギヤ１２ａのギヤ部への噛合い部分に対応す
る他側面側に、この大ギヤ１１の一部を小ギヤ１２ａに
対して常時噛み合わせるように、大ギヤ１１の偏心して
いる部分を局部的に軸線方向に直接押圧して弾性支持す
るものを用いた場合を示している。この付勢手段２０
は、図１等から明らかなように、ボディ６の一部に穿設
したねじ孔２１に螺合して設けられるプラグホルダ２２
内に、ボール２３を受け部材２４にて保持した状態で軸
線方向に移動可能に支持させ、これをばね２５にて常時
大ギヤ１１の小ギヤ１２ａへの噛合い部分を背面側から
押圧して小ギヤ１２ａとの噛合い部分にバックラッシュ
がほとんど零となるように付勢し得る構成を採用してい
る。なお、図中２６はばね２５を保持しボディ６に螺合
して設けられることで付勢力を調整可能なホルダ２２の
外方端側に螺合されたロックナットである。

【００２０】一方、上述した大ギヤ１１とこれを軸支す
るピニオン軸３との間を連結するボール結合機構３０
は、図１ないし図４から明らかなように、大ギヤ１１の
軸孔３１の内周部の等配した三個所に形成されたＶ字状
を呈する溝部３３と、これに対応してピニオン軸３の大
ギヤ軸支用外周部３２の等配した三個所に形成されたＶ
字状を呈する溝部３４と、これら両溝部３３，３４に跨
って介在されたボール３５と、これらのボール３５に一
方向への付勢力を与えるばね３６と、大ギヤ１１のギヤ
部１１ａと反対側面にねじ止め固定されかつ前記両Ｖ字
状溝部３３，３４による開口を閉塞する樹脂製の押えプ
レート３７とによって構成されている。なお、図中３７
ａはプレート３７に突設されて両Ｖ字状溝部３３，３４
に係入される突部、３８はプレート３７を大ギヤ１１に
固定するねじである。

【００２１】ここで、本実施例では、ピニオン軸３側の
Ｖ字状溝部３４を、軸線方向に傾斜したテーパ溝として
形成し、このテーパ付き溝部３４の溝深さが浅い方に向
かってボール３５をばね３６により付勢しており、これ
によりボール３５を、常にＶ字状溝部３３，３４間にお
いて回転方向および軸線方向においてがた付きのない状
態で係合させることが可能で、これにより大ギヤ１１を
ピニオン軸３上に回転方向および軸線方向において隙間
のない状態で軸支することができ、従来のような加工誤
差等によるがた付きで打音を生じるといった問題を防止
し得るものである。さらに、このような構成では、上述
したような大ギヤ１１の小ギヤ１２に噛合う部分のみを
局部的に付勢する付勢手段２０によって、大ギヤ１１が
ピニオン軸３上で傾くといった倒れ現象を生じたとして
も、ボール３５とＶ字状溝部３３、テーパ付きＶ字状溝
部３４によって、軸支部にがた付きが生じることを防止
でき、打音の発生を始め、トルク変動の発生も防止し得
るものである。

【００２２】以上の構成によれば、大ギヤ１１の一側面
側にギヤ部１１ａにおいて、電動モータ１０側のギヤ軸
１２先端側の小ギヤ１２ａに対しての噛合い部分のみ
を、付勢手段２０により常時適切な噛合い状態が得られ
るように直接押圧して付勢し、これによりこれら大ギヤ
１１のギヤ部１１ａと小ギヤ１２のギヤ部間でのバック
ラッシュを、非操舵時には実質的に零となるようにし、
左、右方向への操舵時においてがた付きによる歯打ち音
等を防止することが可能となる。しかも、これら左、右
いずれの方向への操舵時にあっては、大ギヤ１１が、付
勢手段２０の弾性支持力にて小ギヤ１２ａから若干逃げ
てこれら両ギヤ１１，１２ａの噛合い部において、上述
した歯打ち音等が問題とならず、所要の噛合い動作が可
能となる程度のバックラッシュを確保することも可能
で、従来のような倒れ現象等を招くことなく、所要の回
転伝達を適切に行えるものである。なお、上述した大ギ
ヤ１１の小ギヤ１２ａへの噛合いは、上述した付勢手段
２０で一旦バックラッシュを零とした後、若干緩めてボ
ール２３の調整逃げ分だけのバックラッシュを確保する
ことで、所要の回転伝達を行える状態とし得るものであ
る。

【００２３】一方、上述した大ギヤ１１とピニオン軸３
との軸支部での回転方向および軸線方向へのがた付き
は、Ｖ字状溝部３３，３４とボール３５とによるボール
結合機構３０によって、所要の状態で防止でき、この軸
支部での加工誤差等による隙間の存在によって打音が生
じるといった問題を一掃し得るものである。勿論、この
ようなボール結合機構３０では、大ギヤ１１とピニオン
軸３とを、回転方向には連結し、軸線方向には摺動動作
可能な状態とするという所要の目的を達成し得るもので
ある。ここで、この軸線方向への動きは、ボール３５に
よって所要の状態で得られ、しかもがた付きといった問
題が生じる虞れはない。

【００２４】なお、本発明は、上述した実施例構造に限
定されず、電動式動力舵取装置１各部の形状、構造等を
必要に応じて適宜変形、変更することは自由で、種々の
変形例が考えられよう。たとえば、上述した実施例で
は、モータ１０からの操舵補助力伝達用の歯車機構１３
として、ハイポイドギヤを用いた場合を例示したが、本
発明はこれに限定されず、平歯車を始め、はすば歯車、
遊星歯車、傘歯車等による軸違い歯車からなる歯車機構
１３であってもよいもので、種々の変形例が考えられ
る。

【００２５】また、上述した実施例では、歯車機構１３
を構成する大ギヤ１１における小ギヤ１２のギヤ部への
噛合い部分に対応する他側面側に、この大ギヤ１１の一
部を軸線方向に押圧して小ギヤ１２に噛合わせる付勢手
段２０を設けた場合を例示したが、本発明はこれに限定
されず、たとえば実開平2-100876号公報等に示されるよ
うに、大ギヤ１１のギヤ部１１ａを、小ギヤ１２のギヤ
部１２ａに噛合わせる方向に、大ギヤ１１全体を軸線方
向に付勢する付勢手段であってもよいことは勿論であ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電動式
動力舵取装置によれば、ギヤ部を一側面側に有しステア
リングシャフト上に軸支される被駆動側の大ギヤと、こ
の大ギヤのギヤ部の一部に側方から噛合い電動モータか
らの回転駆動力を伝達する小ギヤからなる軸違い歯車に
よる回転動力伝達用の歯車機構を備えてなり、大ギヤの
ギヤ部を、小ギヤのギヤ部に噛合わせる方向に付勢する
付勢手段を設けるとともに、この大ギヤの前記ステアリ
ングシャフト上に軸支される軸孔内周部およびこれに対
応するステアリングシャフトの外周部で周方向の所定間
隔をおいた位置に、略Ｖ字状を呈する溝部を形成し、か
つこれら両部材の溝部間に跨った状態でボールを介在さ
せて設けるようにしたので、簡単かつ安価な構成にもか
かわらず、ステアリングシャフト上でボール結合により
回転方向に連結した状態で軸支されている大ギヤを、そ
の一側面側のギヤ部が電動モータ側の小ギヤのギヤ部に
対し常時適切な状態で噛合うように付勢する付勢手段に
よって、両ギヤのギヤ部間でのバックラッシュを、非操
舵時には実質的に零となるようにし、操舵時においてが
た付きによる歯打ち音等を防止することが可能で、しか
もこれら左、右いずれの方向への操舵時にあっては、大
ギヤが、付勢手段の弾性支持力にて小ギヤから若干逃げ
てこれら両ギヤの噛合い部において、上述した歯打ち音
等が問題とならず、所要の噛合い動作が可能となる程度
のバックラッシュを確保し、所要の回転伝達を適切に行
なえ、さらにこの大ギヤとステアリングシャフトとの間
がＶ字状溝部間に跨って介在されるボールによってがた
付きのない状態で連結されていることから、従来のよう
な打音の発生を確実に防止し得るといった種々優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動式動力舵取装置の一実施例を
示す要部を拡大した概略側断面図である。

【図２】本発明の要部構成を説明するための概略分解斜
視図である。

【図３】図１におけるIII−III線断面図である。

【図４】大ギヤ側部に設けられるプレートを示し、(a)
は概略側面図、(b) はそのIV−IV線断面図である。

【図５】装置全体の概略構成を説明するための概略断面
図である。

【符号の説明】

１ 電動式動力舵取装置 ２ スタブ軸（入力軸） ３ ピニオン軸（出力軸） ４ ラック ５ ステアリングギヤボディ ６ ステアリングギヤボディ １０ 電動モータ １０ａ モータ軸 １１ 大ギヤ（被伝達側歯車） １１ａ ギヤ部 １２ ギヤ軸 １２ａ 小ギヤ（伝達歯車としてのギヤ部を有するピニ
オン） １３ 操舵補助力伝達用の歯車機構 ２０ 付勢手段 ２２ プラグホルダ ２３ ボール ２５ ばね ３０ ボール結合機構 ３１ 大ギヤの軸孔 ３２ ピニオン軸の大ギヤ軸支用外周部 ３３ Ｖ字状溝部 ３４ テーパ付きＶ字状溝部 ３５ ボール ３６ ばね ３７ 押えプレート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ギヤ部を一側面に有しステアリングシャ
   フト上に軸支される被駆動側の大ギヤと、この大ギヤの
   ギヤ部の一部に側方から噛合い電動モータからの回転駆
   動力を伝達する小ギヤからなる軸違い歯車による回転動
   力伝達用の歯車機構を備えてなり、 前記大ギヤのギヤ部を、前記小ギヤのギヤ部に噛合わせ
   る方向に付勢する付勢手段を設けるとともに、 この大ギヤの前記ステアリングシャフト上に軸支される
   軸孔内周部およびこれに対応するステアリングシャフト
   の外周部で周方向の所定間隔をおいた位置に、略Ｖ字状
   を呈する溝部を形成し、かつこれら両部材の溝部間に跨
   った状態でボールを介在させて設けたことを特徴とする
   電動式動力舵取装置。