JPH11286279A

JPH11286279A - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JPH11286279A
Application number: JP23391298A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ito; 裕之伊藤; Takashi Machida; 尚町田; Ryoichi Otaki; 大滝　　亮一; Toshihiro Fukuda; 利博福田; Hiroshi Eda; 広恵田; Kazuo Chikaraishi; 一穂力石
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた応答性を有し、しかも小型で電動モー
タ５のエネルギ効率を高める事が可能な構造を実現す
る。【解決手段】補助回転軸２２と、ステアリングホイー
ルの操作に基づいて回転する主回転軸１９とを、互いの
中心軸α、βが交差する状態で配置する。補助回転軸２
２と同心に固定した駆動ディスク２５の駆動摩擦面２６
と、主回転軸１９と同心に支持した従動ディスク２８の
従動摩擦面４２とを摩擦係合させる。駆動摩擦面２６の
径と従動摩擦面４２の径との比を大きくして、減速機１
７の減速比を大きくできる。その分、電動モータ５の回
転速度を高くして、エネルギ効率を高める事が可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係る電動式パワー
ステアリング装置は、自動車の操舵装置に組み込み、電
動モータを補助動力として利用する事により、運転者が
ステアリングホイールを操作する為に要する力の軽減を
図るものである。

【０００２】

【従来の技術】操舵輪（フォークリフト等の特殊車両を
除き、通常は前輪）に舵角を付与する際に運転者がステ
アリングホイールを操作する為に要する力の軽減を図る
為の装置として、パワーステアリング装置が広く使用さ
れている。又、この様なパワーステアリング装置で、補
助動力源として電動モータを使用する電動式パワーステ
アリング装置も、近年普及し始めている。電動式パワー
ステアリング装置は、油圧式のパワーステアリング装置
に比べて小型・軽量にでき、補助動力の大きさ（トル
ク）の制御が容易で、しかもエンジンの動力損失が少な
い等の利点がある。図１１は、この様な電動式パワース
テアリング装置の基本構成を略示している。

【０００３】ステアリングホイール１の操作に基づいて
回転するステアリングシャフト２の中間部には、このス
テアリングホイール１からこのステアリングシャフト２
に加えられるトルクの方向と大きさとを検出するトルク
センサ３と、減速機４とを設けている。この減速機４の
出力側は上記ステアリングシャフト２の中間部に結合
し、同じく入力側は電動モータ５の出力軸に結合してい
る。又、上記トルクセンサ３の検出信号は、車速を表す
信号と共に、上記電動モータ５への通電を制御する為の
制御器６に入力している。上記減速機４として従来一般
的には、大きなリード角を有し、動力の伝達方向に関し
て可逆性を有するウォーム減速機を使用していた。即
ち、回転力受取部材であるウォームホイールを上記ステ
アリングシャフト２の中間部に固定すると共に、回転力
付与部材であり上記電動モータ５の出力軸に結合固定し
たウォームを、上記ウォームホイールと係合させてい
た。

【０００４】操舵輪に舵角を付与する為、上記ステアリ
ングホイール１を操作し、上記ステアリングシャフト２
が回転すると、上記トルクセンサ３がこのステアリング
シャフト２の回転方向とトルクとを検出し、その検出値
を表す信号を上記制御器６に送る。するとこの制御器６
は、上記電動モータ５に通電して、上記減速機４を介し
て上記ステアリングシャフト２を、上記ステアリングホ
イール１に基づく回転方向と同方向に回転させる。この
結果、上記ステアリングシャフト２の先端部（図１１の
下端部）は、上記ステアリングホイール１から付与され
た力に基づくトルクよりも大きなトルクで回転する。

【０００５】この様なステアリングシャフト２の先端部
の回転は、自在継手７、７及び中間シャフト８を介して
ステアリングギヤ９の入力軸１０に伝達される。この入
力軸１０は、上記ステアリングギヤ９を構成するピニオ
ン１１を回転させ、ラック１２を介してタイロッド１３
を押し引きし、操舵輪１４に所望の舵角を付与する。上
述した説明から明らかな通り、上記ステアリングシャフ
ト２の先端部から自在継手７を介して中間シャフト８に
伝達されるトルクは、上記ステアリングホイール１から
上記ステアリングシャフト２の基端部（図１１の上端
部）に加えられるトルクよりも、上記電動モータ５から
減速機４を介して加えられる補助動力分だけ大きい。従
って、上記操舵輪１４に舵角を付与する為に運転者が上
記ステアリングホイール１を操作する為に要する力は、
上記補助動力分だけ小さくて済む様になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した様な従来の電
動式パワーステアリング装置の場合、電動モータ５とス
テアリングシャフト２との間に設ける減速機４として、
ウォーム減速機等のギヤ式の減速機を使用していた為、
補助動力の付与時に騒音や振動等が発生し、運転者を含
む乗員に不快感を与える場合があった。又、ギヤ式の減
速機に不可避のバックラッシュが存在する為、多少なり
とも応答性が悪化する等、操作感が悪くなる場合があっ
た。特に、減速機部分で発生したバックラッシュは、拡
大された状態で上記ステアリングシャフト２の回転方向
の遊び（がたつき）となる場合がある為、上記応答性の
悪化が顕著になり易い。これらの不都合は、バックラッ
シュを小さくしたり、或は減速機を構成するギヤを合成
樹脂製とする事により、或る程度解消できるが、寸法精
度の管理が難しくなる等の問題を生じる。又、合成樹脂
製のギヤは、許容面圧及び許容応力が鋼等の金属製のギ
ヤよりも小さいので、出力が大きな電動モータ５と組み
合わせる事は困難であるだけでなく、耐熱性が金属製の
ギヤに比べて劣る為、高温となる（特に高出力エンジン
を搭載した高性能車の）エンジンルーム内に設置する事
が難しくなる。これらの理由により、現状に於いて電動
式のパワーステアリング装置は、電動モータの出力上の
問題もあり、比較的安価な小型車用に限られ、大型車、
高級車には従前通りの油圧式のものが使用されている。

【０００７】上記減速機４として、摩擦式のものを使用
すれば、上記不都合の原因となるがたつきの発生を防止
できるが、効率が良くしかも小型の電動式パワーステア
リングを実現する為には、依然として解決すべき点があ
る。即ち、エネルギ効率を確保する為には、上記電動モ
ータ５として回転速度が速い代わりにトルクが小さいも
のを使用する事が好ましい。これに対して、回転速度が
速い代わりにトルクが小さい電動モータ５を使用した場
合には、上記減速機４の減速比を大きくする必要があ
る。ところが、従来は、小型で且つ大きな減速比を有
し、しかも伝達効率の良い摩擦式減速機は得られておら
ず、エネルギ効率が高く、しかも小型で優れた応答性を
有する電動式パワーステアリング装置は実現していない
のが実情である。複数個の摩擦式減速機を動力の伝達方
向に関して互いに直列に配置すれば、大きな減速比を実
現できるが、構造が複雑になり、コストが嵩むだけでな
く、電動式パワーステアリングの小型・軽量化を図る事
が難しくなる。本発明は、上述の様な従来構造が有する
問題点を解消し、単一の摩擦式減速機で大きな減速比を
実現して、優れたエネルギ効率を有する電動式パワース
テアリング装置の小型・軽量化を図る事により、電動式
パワーステアリング装置の用途拡大を図るべく発明した
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電動式パワース
テアリング装置は、ステアリングホイールの操作に基づ
いて回転方向の力を付与され、操舵輪に対して回転量に
応じた舵角を付与する主回転軸と、この主回転軸の配設
方向と交差する方向に配置されて電動モータにより回転
駆動される補助回転軸と、この補助回転軸に対し、この
補助回転軸と同心に支持固定されてこの補助回転軸と共
に回転する駆動ディスクと、この駆動ディスクに設けら
れた、上記補助回転軸と同心の駆動摩擦面と、上記主回
転軸に対し、この主回転軸と同心に支持固定されてこの
主回転軸と共に回転する従動ディスクと、この従動ディ
スクに設けられた、上記主回転軸と同心の従動摩擦面と
を備える。そして、この従動摩擦面と上記駆動摩擦面と
を摩擦係合させて成る。又、上記駆動、従動両ディスク
のうちの少なくとも一方のディスクと当該ディスクを支
持した回転軸との間に、運転時に当該ディスクの摩擦面
を他方のディスクの摩擦面に向け押圧するローディング
カム装置を設けている。更に、上記従動ディスクと同心
のアイドラディスクを設け、駆動ディスクをこれら従
動、アイドラ両ディスクにより挟持している。

【０００９】

【作用】上述の様な本発明の電動式パワーステアリング
装置の作動時には、電動モータにより補助回転軸に加え
られる回転駆動力が、駆動ディスクと従動ディスクとが
構成する減速機を介して主回転軸に伝達され、この主回
転軸に補助動力を付加する。そして、この主回転軸の回
転を、ステアリングホイールに加える力以上の力により
回転駆動して、操舵輪に舵角を付与する。従って、運転
者が上記ステアリングホイールを操作する為に要する力
を軽減できる。回転駆動力の伝達時には、ローディング
カム装置の働きとアイドラディスクによるバックアップ
とにより、駆動、従動両摩擦面同士の当接圧を確保し、
これら両摩擦面同士の間での回転駆動力の伝達を効率良
く行なわせる。

【００１０】上記駆動ディスクと従動ディスクとが構成
する減速機により得られる減速比は、駆動摩擦面の径と
従動摩擦面の径との比となる。本発明の電動式パワース
テアリング装置に組み込む摩擦減速機の場合には、駆
動、従動両回転軸を、これら両回転軸の中心軸同士を交
差させる方向に配置しているので、上記駆動摩擦面の径
並びに従動摩擦面の径を自由に設定できる。特に、駆動
摩擦面の径を相当に小さくする事も可能である為、上記
駆動摩擦面の径と従動摩擦面の径との比を大きくし、小
型でしかも大きな変速比を得られる摩擦式減速機を得
て、エネルギ効率が高く、しかも小型で優れた応答性を
有する電動式パワーステアリング装置を、特にコストを
高くする事なく実現できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の第
１例を示している。ステアリングホイール１（図１１参
照。図１には省略。）の操作に基づいてステアリングシ
ャフト２（図１１参照）により、後述する伝達シャフト
２０及びトーションバー２１を介して回転駆動される、
主回転軸１９は、ハウジング１５内に挿入し、その一端
部（図１の左端部）をこのハウジング１５に対して、深
溝型の玉軸受１６、１６等の転がり軸受により、回転の
み自在に（軸方向に亙る変位を不能に）支持している。
又、上記ハウジング１５の側方（図１の上方）には電動
モータ５を設け、この電動モータ５の回転駆動力を、次
述する減速機１７により減速してから、上記主回転軸１
９に伝達する様に構成している。尚、この減速機１７の
入力部である、次述する補助回転軸２２と上記電動モー
タ５の出力軸との間には電磁クラッチ１８を設けてい
る。この電磁クラッチ１８は、上記電動モータ５が焼き
付き等により回転不能となる故障を起こした場合に、上
記補助回転軸２２と電動モータ５の出力軸との接続を断
つ。又、上記主回転軸１９の他端部（図１の右端部）に
は、伝達シャフト２０を、この主回転軸１９と同心に配
置し、これら主回転軸１９と伝達シャフト２０とを、ト
ーションバー２１を介して結合している。この主回転軸
１９の回転は、自在継手７、７及び中間シャフト８を介
してステアリングギヤ９の入力軸１０に伝達し、操舵輪
１４（図１１参照）に対して回転量に応じた舵角を付与
する。

【００１２】上記減速機１７は、上記主回転軸１９の中
間部で上記ハウジング１５の内側部分に設けている。上
記減速機１７を構成する為に上記ハウジング１５の側方
には、補助回転軸２２を、１対の転がり軸受２３ａ、２
３ｂにより、回転自在に支持している。これら両転がり
軸受２３ａ、２３ｂは、深溝型、或はアンギュラ型の玉
軸受の如く、ラジアル荷重の他にスラスト荷重も支承自
在なものを使用する。そして、上記補助回転軸２２を上
記ハウジング１５の側面部分に設けた取付孔２４の内側
に、回転のみ自在に（軸方向に亙る変位を不能に）支持
している。この様に上記補助回転軸２２と上記主回転軸
１９とを上記ハウジング１５に支持した状態で、これら
補助回転軸２２の中心軸αと主回転軸１９の中心軸βと
は、この主回転軸１９の中心軸β上の点Ｏ部分で交差す
る。

【００１３】上記補助回転軸２２の基端部（図１の上端
部）にはスプライン部６４を設け、このスプライン部６
４と上記電磁クラッチ１８の出力部とを係合させて、上
記電動モータ４により、上記補助回転軸２２を回転駆動
自在としている。又、上記補助回転軸２２の先端部（図
１の下端部）で上記ハウジング１５の内面側に露出した
部分には、駆動ディスク２５を、上記補助回転軸２２と
一体に結合固定している。この駆動ディスク２５は、先
端部に向かう程外径が細くなる先細の円すい台状に形成
したもので、上記補助回転軸２２と同心に設けられて、
この補助回転軸２２と共に回転する。そして、この様な
駆動ディスク２５の外周面を構成する、上記補助回転軸
２２と同心の円すい状凸面を、駆動摩擦面２６としてい
る。尚、この駆動摩擦面２６の母線の延長線は、上記主
回転軸１９の中心軸β上の点Ｏ部分で交差する。

【００１４】一方、上記主回転軸１９の中間部で上記ハ
ウジング１５内に位置する部分の周囲には、円筒状のス
リーブ２７を介して、従動ディスク２８と、ローディン
グカム装置２９と、アイドラディスク３０とを設けてい
る。上記スリーブ２７は、全体を円筒状に形成したもの
で、一端部（図１の右端部）内周面を上記主回転軸１９
の中間部外周面に、スプライン３１（図１の上側部分参
照）或はボールスプライン３２（図１の下側部分参照）
により係合させている。尚、図面には説明の為、上記ス
プライン３１とボールスプライン３２との両方を描いて
いるが、実際にはスリーブ２７の一端部内周面と主回転
軸１９の中間部外周面との間には、このうちの何れか一
方のみを設ける。又、上記スリーブ２７の他端部（図１
の左端部）内周面と上記主回転軸１９の中間部外周面と
の間には、滑り軸受、ラジアルニードル軸受等の、ラジ
アル荷重のみを支承する（スラスト荷重を支承しない）
軸受３３を設けている。従って上記スリーブ２７は、上
記主回転軸１９の周囲に、この主回転軸１９と同期した
回転並びにこの主回転軸１９の軸方向に亙る変位自在に
支持している。尚、上記軸受３３部分には、この軸受３
３に代えて、上記スプライン３１又はボールスプライン
３２を設けても良い。

【００１５】上述の様なスリーブ２７の一端部外周面に
は、上記ローディングカム装置２９を構成する為のカム
板部３４を、上記スリーブ２７と一体の外向フランジ状
に設けている。又、上記スリーブ２７の他端部外周面に
は、ローディングナット３５を螺合固定している。そし
て、このローディングナット３５と上記カム板部３４と
の間に、上記ローディングカム装置２９を構成する為の
ローラ３６、３６と、上記従動ディスク２８と、ホルダ
３７と、予圧ばねである皿板ばね３８とを、上記カム板
部３４の側から順に、上記スリーブ２７の軸方向に亙り
互いに直列に設けている。

【００１６】上記従動ディスク２８は上記スリーブ２７
の中間部周囲に、滑り軸受、ラジアルニードル軸受等
の、ラジアル荷重のみを支承する軸受３９により、上記
スリーブ２７と同心に支持している。この様な従動ディ
スク２８の片面（図１の右面）内径寄り部分と、上記カ
ム板部３４の片面（図１の左面）とには、それぞれ円周
方向に亙る凹凸であるカム面４０ａ、４０ｂを設けてい
る。そして、これら両カム面４０ａ、４０ｂ同士の間に
上記各ローラ３６、３６を、それぞれの中心軸と上記カ
ム板部３４及び従動ディスク２８の直径方向とを一致さ
せ、保持器４１により転動自在に保持した状態で挟持し
ている。この構成により、上記従動ディスク２８を上記
カム板部３４から離れる方向に押圧しつつ、上記スリー
ブ２７と従動ディスク２８との間で回転力の伝達を行な
わせる、上記ローディングカム装置２９を構成してい
る。尚、上記各カム面４０ａ、４０ｂの円周方向に亙る
形状は、山部の頂部に平坦面を持たず、傾斜方向が互い
に逆である傾斜面を、交互に配置する事が好ましい。こ
の理由は、頂部に平坦面が存在した場合、上記ローディ
ングカム装置２９に過大トルクが入力し、上記ローラ３
６、３６が頂部に乗り上げると、このトルクが消滅した
後も、これら各ローラ３６、３６がそのまま頂部に残る
可能性がある為である。

【００１７】又、上記従動ディスク２８の他面（図１の
左面）外径寄り部分には、従動摩擦面４２を形成してい
る。この従動摩擦面４２は、前記駆動摩擦面２６との当
接部がこの駆動摩擦面と平行な円すい凸面とし、これら
両摩擦面４２、２６の母線同士が、これら母線のほぼ全
長に亙り、互いに均一に当接する様にしている。尚、上
記両摩擦面４２、２６のうち、一方の母線形状を直線と
し、他方の母線形状を、当該摩擦面の中央部が凸となる
方向に僅かに湾曲した、大きな曲率半径を有する曲線と
すれば、上記両摩擦面４２、２６同士の当接部にエッジ
ロ−ドを生じさせる事なく、安定した当接状態を実現で
きる為、好ましい。

【００１８】又、前記ホルダ３７は上記スリーブ２７の
中間部周囲に、やはり滑り軸受、ラジアルニードル軸受
等の、ラジアル荷重のみを支承する軸受４３により、上
記スリーブ２７と同心に支持している。上記ホルダ３７
は、円輪部４４と円筒部４５とを有する断面略Ｌ字形
で、全体を円環状に形成しており、このうちの円輪部４
４を前記ローディングナット３５に対向させた状態で、
上記スリーブ２７の中間部周囲に配置している。尚、こ
のローディングナット３５の外径寄り部分で、上記円輪
部４４に対向する部分には、環状の突部４６を形成して
いる。そして、この突部４６よりも内径側部分で上記ロ
ーディングナット３５と円輪部４４との間に、前記皿板
ばね３８を設けている。尚、上記突部４６の高さは、こ
の皿板ばね３８の自由状態での厚さよりも小さいが、こ
の皿板ばね３８を圧縮し切った状態での厚さよりは大き
い。従って、前記ローディングカム装置２９が発生する
トルクが大きい場合でも、上記皿板ばね３９が完全に押
し潰される事はなく、この皿板ばね３９の耐久性が損な
われる事はない。

【００１９】更に、上記ホルダ３７の周囲には前記アイ
ドラディスク３０を、アンギュラ型の玉軸受、テーパこ
ろ軸受、ラジアル、スラスト両転がり軸受を組み合わせ
た軸受ユニット等、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支
承自在な転がり軸受４７により、上記スリーブ２７と同
心に、且つ、このスリーブ２７に対する相対回転を自在
に支持している。そして、上記アイドラディスク３０の
片面（図１の右面）外径寄り半部に、バックアップ面４
８を形成している。このバックアップ面４８は、前記駆
動摩擦面２６との当接部がこの駆動摩擦面２６と平行な
円すい凸面とし、前記従動摩擦面４２と反対側部分でこ
の駆動摩擦面２６の母線と、これら母線のほぼ全長に亙
り均一に当接する様にしている。尚、上記バックアップ
面４８と駆動摩擦面４２とのうちの一方の母線形状も、
エッジロードが発生しない様に、大きな曲率半径を有す
る曲線とする事が好ましい。従って、好ましくは、駆動
摩擦面４２の母線形状を、上記曲線とする。

【００２０】尚、前記従動ディスク２８の片面及び上記
アイドラディスク３０の他面、即ち、それぞれ従動摩擦
面４２、バックアップ面４８を形成した面と反対面に
は、それぞれ直径方向に亙る補強リブ４９ａ、４９ｂを
形成している。これら各補強リブ４９ａ、４９ｂは、そ
れぞれ上記従動ディスク２８、アイドラディスク３０の
曲げ剛性を高めて、摩擦変速機による動力の伝達時に、
前記駆動摩擦面２６と上記従動摩擦面４２及びバックア
ップ面４８とを、この駆動摩擦面２６の母線のほぼ全長
に亙って均一に当接させる役目を果たす。

【００２１】上述の様に構成する本発明の電動式パワー
ステアリング装置を構成する減速機１７は、次の様な機
能により、前記補助回転軸２２から主回転軸１９に回転
力を伝達する。運転者がステアリングホイール１を操作
する事によりステアリングシャフト２を介して前記伝達
シャフト２０を回転させると、この伝達シャフト２０か
ら前記トーションバー２１を介して前記主回転軸１９に
回転力が付与される。この際、このトーションバー２１
の弾性変形に基づき上記伝達シャフト２０と主回転軸１
との回転方向に亙る位相がずれる。そして、このずれに
基づくトルクセンサ３（図１１）の検出値により、前記
電動モータ５の出力軸が、上記ステアリングホイール１
により主回転軸１９に加えられた回転力及び回転方向に
応じた大きさ及び方向で回転する。この様な電動モータ
５の出力軸により、補助回転軸２２及び駆動ディスク２
５が回転すると、上記駆動摩擦面２６と従動摩擦面４２
との摩擦係合に基づき、上記従動ディスク２８が回転す
る。そして、この出力ディスク１５の回転が、前記ロー
ディングカム装置２９を介して前記スリーブ２７に伝わ
り、更にこのスリーブ２７の回転が、前記スプライン３
１又はボールスプライン３２を介して上記主回転軸１９
に伝わる。そして、この主回転軸１９の回転が、前記自
在継手７、７及び中間シャフト８を介してステアリング
ギヤ９の入力軸１０に伝達され、操舵輪１４（図１１参
照）に対して回転量に応じた舵角を付与する。上記駆動
摩擦面２６と従動摩擦面４２とは、前記皿板ばね３８の
弾力に基づき、始めから或る程度の当接圧で当接してい
る。従って、上記補助回転軸２２から主回転軸１９への
回転力の伝達は、始めから滑る事なく、効率良く行なえ
る。

【００２２】この様に上記補助回転軸２２から主回転軸
１９に回転力を伝達する際、上記ローディングカム装置
２９は、この回転力を伝達すると同時に、上記従動ディ
スク２８を上記駆動ディスク２５に向けて押し付ける。
この様に従動ディスク２８を上記駆動ディスク２５に向
けて押し付ける荷重は、上記補助回転軸２２から主回転
軸１９に伝達するトルクが大きくなる程大きくなる。従
って、上記ローディングカム装置２９を構成する前記各
カム面４０ａ、４０ｂの形状を工夫すれば、上記駆動摩
擦面２６と従動摩擦面４２との当接圧を適正値にして、
上記補助回転軸２２から主回転軸１９への回転力の伝達
を効率良く行なわせる事ができる。又、前述の様に、上
記駆動摩擦面２６の母線の延長線を、上記主回転軸１９
の中心軸β上の点Ｏ部分で交差させる為、上記駆動摩擦
面２６と従動摩擦面４２との当接部で滑りを生じさせる
事なく、効率の良い回転力伝達を行なえる。

【００２３】更に、上記駆動ディスク２５の外周面に設
けた駆動摩擦面２６の一部で、上記従動摩擦面４２との
当接部に対して直径方向反対部分を、前記アイドラディ
スク３０のバックアップ面４８に当接させている。従っ
て、上記ローディングカム装置２９が上記従動ディスク
２８を上記駆動ディスク２５に押し付けても、この駆動
ディスク２５が従動ディスク２８から退避する事はな
い。この為、上記ローディングカム装置２９による上記
駆動摩擦面２６と従動摩擦面４２との当接圧の確保を確
実に行なえる。尚、上記アイドラディスク３０は、変速
機の運転中、上記従動ディスク２８と反対方向に、この
従動ディスク２８と同速で回転する。

【００２４】上述の様な本発明の電動式パワーステアリ
ング装置に組み込む減速機１７により実現できる減速比
は、駆動摩擦面２６の径と従動摩擦面４２の径との比と
なる。上記減速機１７の場合には、補助回転軸２２及び
主回転軸１９を、これら両軸２２、１９の中心軸同士を
交差させる方向に配置しているので、上記駆動摩擦面２
６の径並びに従動摩擦面４２の径を自由に設定できる。
特に、例えば図示の様に、駆動摩擦面２６の径を相当に
小さくする事も可能である。この為、上記駆動摩擦面２
６の径と従動摩擦面４２の径との比を大きくして、小型
でしかも大きな変速比を得られる摩擦式減速機を実現で
きる。従って、前記電動モータ５のエネルギ効率を高め
るべく、この電動モータ５の回転速度を速くした場合で
も、構造を大型化せず、しかも優れた応答性を有する電
動式パワーステアリング装置を実現できる。

【００２５】次に、図２は、本発明の実施の形態の第２
例を示している。上述した第１例は、補助回転軸２２の
中心軸αと主回転軸１９の中心軸βとを直角に交差させ
ていたのに対して、本例の場合には、補助回転軸２２の
中心軸αと主回転軸１９の中心軸βとを、傾斜させた状
態で交差させている。駆動摩擦面２６の母線の延長線
を、上記補助回転軸２２の中心軸αと共に、主回転軸１
９の中心軸β上の点Ｏ部分で交差させる事を含み、その
他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様であ
るから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明
を省略する。

【００２６】次に、図３〜５は、請求項２〜４に対応す
る、本発明の実施の形態の第３例を示している。主回転
軸１９はハウジング１５内に、それぞれが請求項３の転
がり軸受に対応する１対の玉軸受１６ａ、１６ｂによ
り、回転自在に支持している。これら両玉軸受１６ａ、
１６ｂはそれぞれ、深溝型、アンギュラ型の様に、ラジ
アル荷重及びスラスト荷重を支承自在なもので、図示の
例では上記１対の玉軸受１６ａ、１６ｂに、正面組み合
わせの状態で接触角を付している。又、これら１対の玉
軸受１６ａ、１６ｂは、上記主回転軸１９の中間部周囲
に支持した従動ディスク２８及びアイドラディスク３０
を軸方向両側から挟む２個所位置に設けている。

【００２７】この為に、上記１対の玉軸受１６ａ、１６
ｂのうちの一方（図３の右方）の玉軸受１６ａを構成す
る外輪５０ａの一端面（図３の右端面）を、上記ハウジ
ング１５の内周面に形成した段部５１に、同じく内輪５
２ａの他端面（図３の左端面）を上記主回転軸１９の中
間部外周面に固設した外向フランジ状の鍔部５３の片面
（図３の右面）に、それぞれ突き当てている。これに対
して、他方（図３の左方）の玉軸受１６ｂの内輪５２ｂ
の一端面を、上記主回転軸１９の中間部に形成した段部
５４に突き当てている。又、上記ハウジング１５の開口
部に螺合した、円筒状のねじ部材５５の端面を、上記玉
軸受１６ｂの外輪５０ｂの他端面に突き当てている。
尚、このねじ部材５５の一部で上記ハウジング１５外に
突出した部分には、ロックナット５６を螺合させてい
る。

【００２８】上述の様にして上記ハウジング１５内に回
転自在に支持した上記主回転軸１９の中間部には、従動
ディスク２８及びアイドラディスク３０を、前述した第
１〜２例と同様にして支持している。尚、本例の場合に
は、これら従動ディスク２８及び駆動ディスク３０の配
置を、上記主回転軸１９の軸方向に関して、前述した第
１〜２例の場合とは逆にしている。又、転がり軸受４７
をスリーブ２７とアイドラディスク３０との間に直接設
けると共に、ローディングカム装置２９を構成するロー
ディングカム６５を上記スリーブ２７の周囲に、スプラ
イン３１により、軸方向に亙る変位のみ自在に支持して
いる。そして、上記スリーブ２７の端部に螺合固定した
ローディングナット３５と上記ローディングカム６５と
の間に、予圧付与の為の皿板ばね３８を設けている。但
し、上記両ディスク２８、３０の配置は、電動式パワー
ステアリング装置の機能上、特に問題にはならない（ど
ちらでも良い）。

【００２９】そして、上述の様にして上記ハウジング１
５内に回転自在に支持した従動ディスク２８及びアイド
ラディスク３０の外周縁に、上記ハウジング１５内の油
分（トラクショングリース）を攪拌する為のフィン５
７、５７を設けている。これら各フィン５７、５７は、
上記電動式パワーステアリング装置の運転時に、上記ハ
ウジング１５内に充填した油分を攪拌して、この油分
を、動力伝達部である駆動摩擦面２６と従動摩擦面４２
との当接部に円滑に供給する役目を有する。尚、上記各
フィン５７、５７は、従動ディスク２８及びアイドラデ
ィスク３０の両方のディスクの外周縁に設けなくても、
少なくとも一方のディスクの外周縁にのみ設けても良
い。

【００３０】又、上記ハウジング１５内で、上記従動デ
ィスク２８及びアイドラディスク３０よりもステアリン
グホイール側（図３の右側）に寄った部分に、上記主回
転軸１９に加わるトルクを検出する為のトルク検出装置
５８を設けている。このトルク検出装置５８は、ステア
リングシャフト２に結合した伝達シャフト２０から上記
主回転軸１９に付与されるトルクを、トーションバー２
１の捩り量に基づいて検出し、トルクセンサ３の検出値
として制御器６（図１１）に送る。そして、この制御器
６は、この検出値に応じて、上記電動式パワーステアリ
ング装置の動力源となる電動モータ５に通電する。尚、
上記トルク検出装置５８及び制御器６の構造及び作用に
就いては、従来から広く知られており、本発明の要部で
もないので、詳しい説明は省略する。

【００３１】特に、本発明の電動式パワーステアリング
装置の場合には、上記トルクセンサ６０と上記従動ディ
スク２８及びアイドラディスク３０との間に設ける、前
記一方の玉軸受１６ａを、シール付の玉軸受としてい
る。そして、このシール付の玉軸受１６ａにより、上記
ハウジング１５内で上記従動ディスク２８及びアイドラ
ディスク３０が存在する部分に充填した油分であるトラ
クショングリースと、上記トルク検出装置５８の可動部
に塗布した通常のグリースとが混ざり合う事を防止して
いる。言い換えれば、上記玉軸受１６ａにより異種のグ
リース同士が混ざり合う事を防止して、これら両グリー
スが劣化するのを防止している。更には、必要に応じ
て、上記トルク検出装置５８の設置部分を、油分が存在
しない乾燥状態に保つ事もできる。その他の構成及び作
用は、前述した第１例の場合と同様であるから、同等部
分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。

【００３２】次に、図６は、請求項２に対応する、本発
明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合に
は、従動ディスク２８及びアイドラディスク３０の外周
縁に設けるフィン５７ａ、５７ｂの円周方向片面又は両
面を、これら両ディスク５７、５８の軸方向（図６の左
右方向）に対し、互いに逆方向に傾斜させている。従っ
て本例の場合には、上記従動ディスク２８及びアイドラ
ディスク３０の回転に伴って上記各フィン５７ａ、５７
ｂが、ハウジング内に充填したトラクショングリースを
攪拌すると同時に、このトラクショングリースに、上記
両ディスク５７、５８の軸方向に亙る流れを惹起する。
この結果、動力伝達部である駆動摩擦面２６と従動摩擦
面４２との当接部（図３参照）に、上記トラクショング
リースをより円滑に供給できる。その他の構成及び作用
は、上述した第３例の場合と同様であるから、重複する
図示並びに説明は省略する。

【００３３】次に、図７〜８は、請求項５に対応する、
本発明の実施の形態の第５例を示している。上述した各
例は、本発明を車室内（ダッシュパネルよりも運転席寄
り部分）に設ける電動式パワーステアリング装置に適用
した例を示したが、本例は、エンジンルーム内に設ける
電動式パワーステアリング装置に本発明を適用した例を
示している。尚、本例に使用する減速機１７は、前述の
図２に示した第２例の減速機１７と同様に、補助回転軸
２２の中心軸αと主回転軸１９の中心軸βとを、傾斜さ
せた状態で交差させている。但し、この点に関しては、
単に操舵装置を構成するステアリングシャフト等のレイ
アウト上の問題であるから、前述の図１に示した第１例
の減速機の如く、補助回転軸２２の中心軸αと主回転軸
１９の中心軸βとを直角に交差させる構造のものを採用
しても良い。

【００３４】何れにしても、本例の場合には、上記減速
機１７を構成する主回転軸１９の端部に固定したピニオ
ン６１と操舵軸６２に設けたラック６３とを噛合させて
いる。即ち、上記主回転軸１９の先端部で従動ディスク
２８及びアイドラディスク３０よりも上記操舵軸６２側
に突出した部分を、１対の玉軸受１６ｂ、１６ｃによ
り、回転自在に支持している。又、これら両玉軸受１６
ｂ、１６ｃを、上記操舵軸６２の両側に配置して、上記
ピニオン６１とラック６３との噛合部の剛性を確保して
いる。又、図示の例では、上記操舵軸６２を、上記主回
転軸１９及び補助回転軸２２の中心軸が存在する平面と
（操舵軸６２と主回転軸１９とが捩り方向に配置されて
いるので、完全に同一平面上に位置させる事は不可能で
あるが）ほぼ同一平面上に位置させている。更に、上記
操舵軸６２と補助回転軸２２（及び電動モータ５の回転
軸）とを、互いに平行に配置している。

【００３５】上述の様な構成により、操舵輪である前輪
に舵角を付与する際には、上記主回転軸１９の回転に基
づいて上記操舵軸６２を軸方向に変位させ、この操舵軸
６２の軸方向変位に基づいて、この操舵輪６２の両端部
に結合したタイロッド１３、１３を押し引きし、上記操
舵輪に対して舵角を付与自在としている。この様な本例
の構造によれば、電動式パワーステアリング装置をコン
パクトに構成して、限られたエンジンルーム内への設置
が容易になる。その他の構成及び作用は、前述した第１
例或は第３例の場合と同様であるから、同等部分には同
一符号を付して、重複する説明を省略する。

【００３６】次に、図９〜１０は、請求項６に対応す
る、実施の形態の第６例を示している。本例の場合に
は、ローディングカム装置２９に、請求項６に記載した
第一の弾性部材に対応する皿板ばね３８と、同じく第二
の弾性部材に対応する第二の皿板ばね６６とを、軸方向
（図９の左右方向）に亙り互いに直列に設けている。即
ち、上記ローディングカム装置２９を構成するローディ
ングカム６５と、スリーブ２７の端部に螺合固定したロ
ーディングナット３５ａの外周面に係止した止め輪６７
との間に、上記ローディングカム６５の側から順に、上
記皿板ばね３８と、円輪状の押圧板６８と、上記第二の
皿板ばね６６とを、互いに直列に配している。又、この
押圧板６８の内周縁部は、上記ローディングナット３５
ａの外周面に全周に亙って形成した凹溝６９に、軸方向
に亙る若干の変位自在に係合させている。そして、上記
押圧板６８が上記止め輪６７から最も離隔した状態で
も、上記第二の皿板ばね６６が或る程度圧縮されて、上
記押圧板６８に、上記ローディングナット３５ａに向か
う、比較的大きな弾力を付与する様にしている。

【００３７】上記皿板ばね３８は、上記ローディングカ
ム６５を従動ディスク２８に向け弾性的に押圧して、こ
のローディングカム６５を含んで構成するローディング
カム装置２９に、所定の予圧を発生させるもので、前述
した各例にも組み込んでいたものである。尚、上記押圧
板６８の片面外周寄り部分で、上記皿板ばね３８の周囲
部分には、突部４６を形成している。この突部４６の高
さは、前述した第１例でローディングナット３５に設け
た突部４６と同様に、上記皿板ばね３８の自由状態での
厚さよりも小さいが、この皿板ばね３８を圧縮し切った
状態での厚さよりは大きくしている。一方、上記第二の
皿板ばね６６は、上記ローディングカム装置２９が発生
する推力が必要以上に大きくなる事を防止する為のもの
で、少なくとも組み付け状態では、上記皿板ばね３８よ
りも大きな弾力を有する。

【００３８】この点に就いて、図１０により説明する。
図１０は、上記ローディングカム６５の変位量と、上記
ローディングカム装置２９が発生する推力（駆動ディス
ク２５に向けて従動ディスク２８を押圧する力）との関
係を表している。上記ローディングカム装置２９の非作
動時、即ち、このローディングカム装置２９を構成する
ローラ３６、３６が上記ローディングカム６５及び駆動
ディスク２５の互いに対向する面に形成したカム面４０
ａ、４０ｂの谷部に存在する状態では、上記ローディン
グカム装置２９が発生する推力は、上記皿板ばね３８の
セット荷重となる。

【００３９】これに対して、上記ローディングカム装置
２９の作動時、即ち、上記ローラ３６、３６が上記各カ
ム面４０ａ、４０ｂの山部に乗り上げた状態では、上記
皿板ばね３８が圧縮されるのに伴って、図１０の傾斜部
イで示す様に、上記推力が増大する。そして、上記ロー
ディングカム６５が上記突部４６に当接した後は、この
ローディングカム６５がそれ以上変位せず、図１０の垂
直部ロで示す様に、上記推力のみが増大する。そして、
この推力が、通常の使用状態で考えられる最大値（図１
０の鎖線ｘ）よりも大きくなると、上記第二の皿板ばね
６６が圧縮され始めて、図１０の傾斜部ハで示す様に、
上記ローディングカム６５が再び変位し始める。この結
果、上記ローディングカム装置２９の推力が極端に上昇
する事を防止して、上記従動ディスク２８や、アイドラ
ディスク３０、更にはこのアイドラディスク３０を支持
する為の転がり軸受４７が損傷する事を防止できる。
又、上記ローディングカム装置２９が伝達するトルクが
過大になるのを防止する、伝達トルクの制御機能も備え
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明の電動式パワーステアリング装置
は、以上に述べた通り構成され作用するが、運転時に騒
音や振動が発生せず、バックラッシュもない為、舵角付
与時に運転者を含む乗員に不快感を与えたり、ステアリ
ングホイールの操作感を悪くする事がない。しかも、電
動モータのエネルギ効率を高めつつ、小型に構成でき、
しかも耐熱性が劣る合成樹脂製のギヤを使用する必要が
なく、高温となるエンジンルーム内への設置も可能であ
る為、高級車、高性能車を含め、あらゆる自動車への組
み付けが可能になる等、電動式パワーステアリング装置
の使用範囲拡大に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す部分切断面
図。

【図２】同第２例を示す部分切断面図。

【図３】同第３例を示す部分断面図。

【図４】第３例に組み込む従動ディスク及びアイドラデ
ィスクの側面図。

【図５】図４の左方から見た図。

【図６】本発明の実施の形態の第４例を示す、図４と同
様の図。

【図７】同第５例を示す正面図。

【図８】図７のＡ部拡大断面図。

【図９】本発明の実施の形態の第６例を示す部分断面
図。

【図１０】第７例で、ローディングカムの変位量とロー
ディングカム装置が発生する推力との関係を示す線図。

【図１１】本発明の対象となる電動式パワーステアリン
グ装置の全体構造を示す略図。

【符号の説明】

１ステアリングホイール２ステアリングシャフト３トルクセンサ４減速機５電動モータ６制御器７自在継手８中間シャフト９ステアリングギヤ１０入力軸１１ピニオン１２ラック１３タイロッド１４操舵輪１５ハウジング１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ玉軸受１７減速機１８電磁クラッチ１９主回転軸２０伝達シャフト２１トーションバー２２補助回転軸２３ａ、２３ｂ転がり軸受２４取付孔２５駆動ディスク２６駆動摩擦面２７スリーブ２８従動ディスク２９ローディングカム装置３０アイドラディスク３１スプライン３２ボールスプライン３３軸受３４カム板部３５、３５ａローディングナット３６ローラ３７ホルダ３８皿板ばね３９軸受４０ａ、４０ｂカム面４１保持器４２従動摩擦面４３軸受４４円輪部４５円筒部４６突部４７転がり軸受４８バックアップ面４９ａ、４９ｂ補強リブ５０ａ、５０ｂ外輪５１段部５２ａ、５２ｂ内輪５３鍔部５４段部５５ねじ部材５６ロックナット５７、５７ａ、５７ｂフィン５８トルク検出装置６１ピニオン６２操舵軸６３ラック６４スプライン部６５ローディングカム６６第二の皿板ばね６７止め輪６８押圧板６９凹溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福田利博群馬県前橋市鳥羽町78番地日本精工株式会社内 (72)発明者恵田広群馬県前橋市鳥羽町78番地日本精工株式会社内 (72)発明者力石一穂群馬県前橋市鳥羽町78番地日本精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリングホイールの操作に基づいて
回転方向の力を付与され、操舵輪に対して回転量に応じ
た舵角を付与する主回転軸と、この主回転軸の配設方向
と交差する方向に配置されて電動モータにより回転駆動
される補助回転軸と、この補助回転軸に対し、この補助
回転軸と同心に支持固定されてこの補助回転軸と共に回
転する駆動ディスクと、この駆動ディスクに設けられ
た、上記補助回転軸と同心の駆動摩擦面と、上記主回転
軸に対し、この主回転軸と同心に支持固定されてこの主
回転軸と共に回転する従動ディスクと、この従動ディス
クに設けられた、上記主回転軸と同心の従動摩擦面とを
備え、この従動摩擦面と上記駆動摩擦面とを摩擦係合さ
せて成り、上記駆動、従動両ディスクのうちの少なくと
も一方のディスクと当該ディスクを支持した回転軸との
間に、運転時に当該ディスクの摩擦面を他方のディスク
の摩擦面に向け押圧するローディングカム装置を設ける
と共に、上記従動ディスクと同心のアイドラディスクを
設け、駆動ディスクをこれら従動、アイドラ両ディスク
により挟持した電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】主回転軸と従動ディスクとアイドラディ
スクとをハウジング内に回転自在に支持すると共に、こ
れら従動ディスクとアイドラディスクとのうちの少なく
とも一方のディスクの外周縁に、上記ハウジング内の油
分を攪拌する為のフィンを設けた、請求項１に記載した
電動式パワーステアリング装置。
【請求項３】主回転軸と従動ディスクとアイドラディ
スクとをハウジング内に回転自在に支持すると共に、上
記主回転軸をこのハウジングに対して、上記従動ディス
ク及びアイドラディスクを軸方向両側から挟む２個所位
置に設けた１対の転がり軸受により支持している、請求
項１〜２の何れかに記載した電動式パワーステアリング
装置。
【請求項４】ハウジング内で従動ディスク及びアイド
ラディスクよりもステアリングホイール側に寄った部分
に、主回転軸に加わるトルクを検出する為のトルクセン
サを設けており、このトルクセンサと上記従動ディスク
及びアイドラディスクとの間に設けて上記ハウジングに
対して上記主回転軸を回転自在に支持する転がり軸受
を、上記ハウジング内で上記従動ディスク及びアイドラ
ディスク内に存在する油分が上記トルクセンサ側に入り
込むのを防止するシール付転がり軸受とした、請求項３
に記載した電動式パワーステアリング装置。
【請求項５】主回転軸の端部に固定したピニオンと操
舵軸に設けたラックとを噛合させて、上記主回転軸の回
転に基づいてこの操舵軸を軸方向に変位させ、この操舵
軸の軸方向変位に基づいて操舵輪に舵角を付与自在とし
た、請求項１〜４の何れかに記載した電動式パワーステ
アリング装置。
【請求項６】ローディングカム装置に、このローディ
ングカム装置により駆動摩擦面と従動摩擦面との間での
回転力伝達に必要とする推力を発生させる為の予圧を付
与する為の第一の弾性部材と、上記ローディングカム装
置が発生する推力が必要以上に大きくなる事を防止する
為の第二の弾性部材とを設け、伝達トルクを制御する機
能を持たせた、請求項１〜５の何れかに記載した電動式
パワーステアリング装置。