【手続補正書】
【提出日】平成17年2月14日(2005.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】          明細書
【発明の名称】      電動式パワーステアリング装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主操舵力と電動モータからの補助操舵力が入力され、かつハウジング内で回転自在に支持される操舵機構の出力軸と、該出力軸からの操舵のための出力をピニオン歯車を介してラックシャフトに出力させる機構とを備え、前記補助操舵力の前記出力軸への入力は、前記出力軸に取付けられた一方の歯車と前記電動モータの回転軸に連結された他方の歯車の噛合を介してなされる電動式パワーステアリング装置において、
前記出力軸のハウジング内での回転自在な支持は、前記出力軸の前記補助操舵力入力位置近傍の一方側位置と前記出力軸の操舵のための出力位置近傍の他方側位置における軸受支持部によりなされており、前記出力軸の一方側位置における軸受支持部による支持が、その支持中心を通る径方向延長線上に前記一方の歯車と他方の歯車の噛合い中心が位置し、もしくはほぼ位置するような関係においてなされていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記一方の歯車はウォームホイールであり、前記他方の歯車はウォームである請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記一方の歯車の前記出力軸への取付けは、前記出力軸の前記一方側位置の軸受支持部から一方側端部に向かって延出した軸部においてなされており、前記一方の歯車はその本体部にカップ状の凹部構造を備えていて、該カップ状の凹部構造内に前記出力軸の一方側位置の軸受支持部が収納され、これにより、該一方側位置の軸受支持部による支持が、その支持中心を通る径方向延長線上に前記一方の歯車と他方の歯車の噛合い中心が位置し、もしくはほぼ位置するような関係においてなされている請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記出力軸の一方側位置における軸受支持部の軸受の幅方向中心位置とされる該軸受の支持中心が、ウォームホイールの幅方向中心位置とされる噛合い中心と一致する関係において、前記出力軸の振れが最も小さくされ、前記軸受の幅方向側端の一部がウォームホイールの幅内に重なる関係において、前記出力軸の振れが最も大きくなるようになされている請求項２記載の電動式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動式パワーステアリング装置に関し、特に、操舵機構の出力軸に電動モータからの補助操舵力を伝達する歯車伝達機構における噛合い位置のずれや噛合い歯面間のガタつき防止構造に係り、前記歯車伝達機構においてその動力伝達時における噛合い歯車の軸間距離を一定に保持して前記噛合い位置のずれや噛合い歯面間のガタつきを防止することにより、前記補助操舵力の円滑な伝達を達成させる電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および解決しようとする課題】
車両の電動式パワーステアリング装置として、電動モータからの補助操舵力をウォームギヤ機構等の歯車伝達機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達し、ステアリングホイールに加えられた操舵力に前記補助操舵力を付与させて、車輪の操舵を軽トルクで行うようにしたものが従来知られている。
【０００３】
ところで、前記歯車伝達機構においては、その動力伝達時の歯車の噛合い作動時に伝達トルクの変動により歯車が揺動するという問題がある。そして、該揺動が所定量を超える大きなものとなると、前記歯車の噛合いにおける噛合い位置のずれや噛合い歯面間の異常なガタつきが発生して互いの歯同士が衝接して異音を発するという現象が発生し、結果として歯車の噛合い歯面の早期磨耗を招来し、該揺動の程度によっては重大な噛合い支障を招来することになりかねない。
【０００４】
そして、前記のような歯車の揺動に起因する前記現象の発生は、電動式パワーステアリング装置における円滑な補助操舵力の伝達を阻害し、強いては車両の快適な操舵感覚を悪化させる原因となりかねない。
【０００５】
したがって、前記電動式パワーステアリング装置における、前記歯車伝達機構の歯車の噛合い作動時における歯車の揺動は可能な限り抑制しなければならず、特に前記のような歯車の噛合い位置のずれや歯面間の異常なガタつきの発生要因となる所定量を超える大きな揺動の発生は確実に防止しなければならないという問題がある。
【０００６】
そこで、前記視点から、従来の電動式パワーステアリング装置の構造上の問題点をその具体的一例（例えば、特開平１０−１３８９３６号、特開平１０−２９７５０５号、特開２００１−１７１５３１号公報等参照）に基づいて探ることにする。
【０００７】
図２および図３に図示される特開２００１−１７１５１３号公報の電動式パワーステアリング装置０１では、図２に示すように、出力軸０３には、ステアリングホイール（図示せず）に加えられた操舵力が伝達され、また、電動モータ（図示せず）からの補助操舵力がウォームギヤ機構０４を介して伝達されるようになされている。
【０００８】
前記出力軸０３の支持は、その一方側の軸受と他方側の軸受である第１および第２軸受０３a，０３bによるハウジング０Hbへの支持によりなされ、その支持構造は実質的に前記ウォームギヤ機構０４の取付け位置に対してその一方側（図２の右方側）に偏ってなされており、しかもその軸受０３a，０３bの支持間隔は比較的狭く、出力軸０３はいわゆる片持ち支持される状態である。
【０００９】
また、前記ウォームギヤ機構０４のウォームホイール０４bが前記出力軸０３の前記第１軸受０３aの軸受支持部から延出した軸部０３eに取付けられているので、前記補助操舵力伝達時の噛合トルクによる作用力は前記出力軸０３に対して偏位力（偏荷重）として作用するので、出力軸０３は振れ動きし易い構造になっている。
【００１０】
そして、前記出力軸０３の延出した軸部０３eは、前記補助操舵力伝達時の噛合いトルクの変動による作用力と、ステアリング操作に基づく入力軸からのトルク変動の影響を受けて図３に示すように振れ動くことになる。
【００１１】
前記出力軸０３の延出した軸部０３eの振れ動きは、前記ウォーム０４aとウォームホイール０４bの両歯車の取付け軸間の距離を変動させることになり、前記軸部０３eに取付けられたウォームホイール０４bの揺動を招き、前記両歯車の噛合い位置のずれや歯面間の間隙の変動をもたらし、該噛合い歯面間に異常なガタつきや歯同士の歯面の衝接による異常な打音の発生等を引き起こすことになる。
そして、結果として前記両歯車の歯面の早期磨耗を招来し、歯車の正常な噛合い状態を失することになり、前記補助操舵力の伝達における円滑なトルク伝達が阻害されるという問題がある。
【００１２】
また、前記のようにウォーム０４aとウォームホイール０４bの噛合い歯面の早期磨耗が生ずることから、該歯面間の適正なバックラッシュ量維持のための対策は不可欠であり、該対策はシムA，Bを用いた調整によりなされており、該調整は適宜必要に応じてなさなければならないという問題がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、前記従来の電動式パワーステアリング装置における前記構造的要因に基づく問題点、すなわち、前記従来の電動式パワーステアリング装置における前記補助操舵力伝達時の噛合い位置のずれや歯面間の異常なガタつきの発生問題の解決をなすための該装置の改良であり、該改良による構造的特徴、すなわち、両噛合い歯車の軸間距離の変動を抑制する構造の採用により、前記噛合い位置のずれやガタつきの発生を防止して円滑な前記操舵力の伝達を達成させるものであり、前記補助操舵力の出力軸への入力は、前記出力軸に取付けられた一方の歯車と、電動モータの回転軸に連結された他方の歯車の噛合いを介してなされる電動式パワーステアリング装置において、前記出力軸のハウジング内での回転自在な支持は、前記出力軸の補助操舵力入力位置近傍の一方側位置と出力軸の操舵のための出力位置近傍の他方側位置における軸受支持によりなされており、前記出力軸の一方側位置における軸受支持が、その支持中心を通る径方向の延長線上に一方の歯車と他方の歯車の噛合い中心が位置し、もしくはほぼ位置するような関係においてなされていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１に記載の発明では、前記補助操舵力の出力軸への入力は、該出力軸に取付けられた一方の歯車と電動モータの回転軸に連結された他方の歯車の噛合いを介してなされる電動式パワーステアリング装置において、前記出力軸のハウジング内での回転自在な支持は、前記出力軸の補助操舵力入力位置近傍の一方側位置と前記出力軸の操舵のための出力位置近傍の他方側位置における軸受支持部によりなされており、前記出力軸の一方側位置における軸受支持部による支持が、その支持中心を通る径方向延長線上に前記一方の歯車と他方の歯車の噛合い中心が位置し、もしくはほぼ位置するような関係においてなされているので、前記補助操舵力伝達時の前記一方の歯車と他方の歯車との噛合時のトルク変動の作用点が前記延長線上にあり、該作用点は、前記一方の軸受支持の支持中心と一致することになり、前記出力軸の振れ動きはほぼ完全に抑制され、前記両歯車の軸間距離は一定に保たれて前記一方の歯車の揺動は抑制されるので、前記歯車の噛合いにおける噛合い位置のずれや異常なガタつきの発生はほぼ完全に防止される。  そして、結果として、適正なバックラッシュ量が維持されて円滑な補助操舵力の伝達が可能となり、前記噛合い歯面の磨耗を大幅に減少させることができるので前記従来のようなシムによるバックラッシュ量の調整は不要となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、前記一方の歯車はウォームホイールであり、前記他方の歯車がウォームであるから、特に、噛合い位置のずれやガタつきが生じ易い食い違い歯車の噛合において、請求項１において述べた理由により、噛合い位置のずれや異常なガタつきの発生はほぼ完全に防止され、前記補助操舵力の伝達は円滑になされる。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、前記一方の歯車はその本体部にカップ状の凹部構造を備えていて，該カップ状の凹部構造内に前記出力軸の一方側位置の軸受支持部が収納され，これにより、該一方側位置の軸受支持部による支持が、その支持中心を通る径方向延長線上に前記一方の歯車と他方の歯車の噛合い中心が位置し、もしくはほぼ位置するような関係においてなされているから，前記請求項１で述べた効果に加えて、前記一方の歯車本体部のカップ状凹部構造内に前記出力軸の一方側の軸受支持部が位置するので、前記歯車と前記軸受支持部が出力軸の軸方向において互いに重なって配置されることになるから、前記電動式パワーステアリング装置の小型化が可能となる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、前記出力軸の一方側位置における軸受支持部の軸受の幅方向中心位置とされる該軸受の支持中心が、ウォームホイールの幅方向中心位置とされる噛合い中心と一致する関係において、前記出力軸の振れが最も小さくされ、前記軸受の幅方向側端の一部がウォームホイールの幅内に重なる関係において、前記出力軸の振れが最も大きくなされているから、ステアリング装置の設計が行い易く、また、該ステアリング装置の組立も行い易くなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１の参照に基づき説明する。
【００１９】
図１は、本発明の電動式パワーステアリング装置１を示すものであり、その一部は入力軸２の軸線に沿って切断されて示されている。
【００２０】
本発明の電動式パワーステアリング装置１はピニオンタイプとして知られた形式のものであり、その具体的な構造は次のとおりである。
【００２１】
ステアリング装置１の大部分はハウジングにより覆われており、該ハウジングは、その各々がボルト９により一体的に固定された入力側のハウジングHaと出力側のハウジングHbとを備え、該ハウジングHa，Hb内をそれぞれ入力軸２と出力軸３が延在している。
【００２２】
入力軸２は中空であり、その一端はステアリングシャフト（図示せず）に連結され、さらにステアリングシャフトはステアリングホイール（図示せず）に連結されている。
入力軸２は軸受２aにより入力側ハウジングHaに回転自在に支持され、その中空内をトーションバー２bが延在しており、該トーションバー２bはその一端において入力軸２に、また他端において出力軸３にそれぞれ連結されている。
そして、入力軸２の他端近傍には、トーションバー２bがねじれることに基づく操舵トルクを検出する検出装置、即ち、トルクセンサ７が設けられている。なお、８は、該トルクセンサ７の検出コイルである。
【００２３】
出力軸３は、出力側ハウジングHbにその一方側と他方側において２つの軸受３a、３bを介して回転自在に支持されており、該出力軸３の前記他方側（図１の右方側）にはピニオン歯車３dが形成されていて、該ピニオン歯車３dは紙面垂直方向に延在するラックシャフト５のラック歯５aに噛合している。
ラックシャフト５は周知のラックサポート装置６により背面から支持され、ピニオン歯車３dに向かって押圧手段６aにより押圧されている。ラックシャフト５は図示しない周知の操舵機構に連結される。
【００２４】
出力軸３の前記一方側（図１の左方側）にはウォーム歯車機構４のウォームホイール４bが圧入等の手段により固定されており、該ウォームホイール４bは図示されない電動モータの回転軸に連結されたウォーム４aと噛合されている。
【００２５】
前記の構造は既によく知られたところである。
【００２６】
出力軸３は、前記のように出力側ハウジングHbにその一方側と他方側において２つの軸受３a，３bにより回転自在に支持されており、前記他方側の支持は、その他方側のピニオン歯車３dに隣接した位置において他方の軸受である第２軸受３bによりなされ、また、前記一方側の支持は、前記一方の軸受である第１軸受３aによりなされている。したがって、結果として、前記ピニオン歯車３dとラックシャフト５との噛合は実質的に前記両軸受３a、３b間においてなされている。
【００２７】
前記出力軸３の一方側における第１軸受３aによる支持は、その支持中心（実質的に軸受の取付け中心と同じ）３cを通る径方向の延長線上に前記ウォーム歯車４aとウォームホイール４bの噛合い中心４cが位置する関係位置においてなされており、前記関係を満たすために、ウォームホイール４bは、その本体部４dにカップ状の凹部構造４eを備え、該本体部４dの外周部に歯部を有する環状部４gを備えた形状に構成されていて、前記本体部４dのカップ状凹部構造４e内において前記第１軸受３aによる出力軸３の支持がなされている。
【００２８】
そして、前記本体部４dの凹部構造４e底部中心近傍には環状の突出した取付けフランジ部４fが設けられ、該取付けフランジ部４fは前記カップ状の凹部構造４e形成側と反対向方向に延出され、該フランジ部４fにより前記ウォームホイール４bは前記出力軸３に圧入等の手段により固定され、ウォームホイール４bの取付けは実質的に前記第１および第２軸受３a，３b間の外側においてなされている。
【００２９】
また、出力側ハウジングHbは、前記第１軸受３aの取付け時にその軸受による支持中心３cを通る径方向延長線上に前記ウォーム４aとウォームホイール４bとの噛合い中心４cを位置させるための適切な構造を備えており、そのために該ハウジングHbは前記ウォームホイール４b本体部４dのカップ状凹部構造４eに入り込むように突出した環状の軸受取付けフランジ部Hb１を備え、該フランジ部Hb１の環状内周面にて前記第１軸受３aのアウターレース外周が強固に圧入固定されるようになされている。
【００３０】
そして、前記構造により、前記第１軸受３aは、図示されるように実質的に前記ウォームホイール４bのカップ状凹部構造４e内に配置され、該配置の採用により、その軸受支持中心３cが前記延長線上に前記ウォーム４aとウォームホイール４bとの噛合い中心４cが位置するような関係を満たして、出力側ハウジングHbの前記軸受取付けフランジHb１の環状内周面に前記のように圧入固定される。
【００３１】
また、前記第２軸受３bによる出力軸３の支持は、該出力軸３の他方側（図１の右方側）に設けられたピニオン歯車３dの隣接位置においてなされ、該支持のために前記第２軸受３bは、そのアウターレース外周が出力側ハウジングHbの軸受取付け部Hb２として形成された環状内周面に強固に圧入固定される。
【００３２】
前記出力軸３の組み立てに際しては、前記第１および第２軸受３a、３bがそれぞれ前記出力側ハウジングHbにそのアウターレースにより圧入固定された後に、前記出力軸３が該軸受３a，３bのインナーレースの取付孔に挿入されるようになされており、該挿入は、前記両軸受３a，３bの出力側ハウジングHbへの圧入に比較して軽圧入によりなされる。
【００３３】
さて、ここで、前記実施形態に示す電動式パワーステアリング装置１の動作を簡単に説明する。
【００３４】
車両が直進状態にあり、図示しないステアリングホイールおよびステアリングシャフトを介して、入力軸２に操舵力が入力されていないとすると、トルクセンサ７は出力信号を発生せず、したがって電動モータ（図示せず）は補助操舵力を発生しない。
【００３５】
車両がカーブを曲がろうとするときに運転者がステアリングホイールを操舵すると、該操舵力に応じてトーションバー２bがねじれ、入力軸２と出力軸３との間で相対回動が発生する。トルクセンサ７はこの相対回動を検出し、該相対回動の方向および量に応じて信号を出力する。そして、該信号に基づき電動モータは制御され、トーションバー２bのねじれをなくす方向に回転して補助操舵力を発生する。かかる電動モータの回転力は、ウォーム４aからウォームホイール４bを経て減速されて出力軸３に伝達され、さらに該軸３の他方側のピニオン歯車３dを介してラックシャフト５に伝達されて操舵のための補助力を与える。
【００３６】
図１に図示の実施形態は前記のように構成されるので、取付け状態の第１軸受３aの支持中心３cを通る径方向延長線上にウォームギヤ機構４の噛合中心４cが位置されるので、前記補助操舵力のウォームギヤ機構４を介した出力軸３への伝達時に発生するウォーム４aとウォームホイール４bとの噛合によるトルク変動の作用点が、実質的に該軸受３aの支持中心３cの径方向延長線上にあるので、該圧力変動の作用による出力軸３の前記延出した軸部３eの振れ動きや撓みはほぼ完全に抑制され、結果として前記ウォーム４aとウォームホイール４bの両歯車の軸間距離はほぼ一定に保たれ、該軸部３eに取付けられたウォームホイール４bの揺動はほぼ完全に抑制される。
【００３７】
また、ステアリング操作に基づく入力軸２側からの変動トルクによっても、該出力軸３の前記延出した軸部３eの振れ動きは、前記第１軸受３aがその取付け状態において前記ウォームホイール４bのカップ状凹部構造４e内に収納されて、該軸受３aの取付け位置が実質的に一方側の端部（図１の左方側）寄りに寄せられるので、両軸受３a，３b間の距離が十分に確保されて前記出力軸３の支持は安定するからほぼ完全に抑制される。
【００３８】
したがって、ウォームホイール４bの出力軸３への取付けが前記第１軸受３aから延出した前記軸部３eにおいてなされていても、前記補助操舵力を用いた操舵時における該軸部３eの振れ動きはほぼ完全に抑制され、ウォーム４aとウォームホイール４bとの両歯車の取付け軸間距離はほぼ一定に保たれるので、ウォームホイール４bの揺動はほぼ完全に抑制され、前記ウォームギヤ機構４のウォーム４aとウォームホイール４bの噛合における噛合い位置のずれや歯面間のガタつきはほぼ完全に防止され、結果として適正なバックラッシュ量が維持されて前記補助操舵力の伝達は円滑になされので、前記噛合い歯面の磨耗を大幅に減少させることができ、前記従来のシムA，Bによるバックラッシュ量の調整を不要なものとすることができる。
【００３９】
また、前記ピニオン歯車３dと前記ラックシャフト５の噛合は、前記第１軸受３aと第２軸受３b間の該第２軸受３bに隣接した位置においてなされるから、該噛合によるトルク変動を受けても出力軸３の振れ動きや撓みはほぼ完全に抑制され、該ピニオン歯車３dとラックシャフト５の噛合における異常なガタつきの発生は防止され、円滑な操舵力の伝達がなされる。
【００４０】
さらに、前記第１軸受３aは、その取付け状態において前記ウォームホイール本体４dのカップ状凹部構造４eに実質的に収納されて、該ウォームホイール４bと第１軸受３aはその軸方向の位置において互いに重なって配置されるので、基本的には操舵機構出力軸の下止め構造を採用しながら、該出力軸３を支持する軸受３a，３b間の距離を大きくとることができるので、該出力軸３の安定した支持が得られる。
【００４１】
また、前記構造の採用により、電動式パワーステアリング装置の小型化が可能となる。
【００４２】
前記図１の実施形態に換えて種々の実施形態が考えられる。
【００４３】
前記図１の実施形態においては、取付け状態の第１軸受３aの支持中心３cを通る径方向延長線上にウォームギヤ機構４におけるウォーム４aとウォームホイール４bとの噛合中心４cが位置する関係になされているが、必ずしも厳密な意味において該関係が満たされる必要性はなく、ほぼ該関係を満たすものであれば十分に出力軸３の振れ動きを抑制し、前記ウォーム４aとウォームホイール４b両歯車の取付け軸間の距離をほぼ一定に保持して、前記ウォームホイール４bの揺動を抑制する作用効果は達成される。
【００４４】
特に、前記噛合い中心４cを前記延長線上よりも僅かに第２軸受３b寄りに移動させる構造変更は、前記出力軸３の振れ動きの抑制効果において前記図１の実施形態と差異はないものである。
【００４５】
前記図１の実施形態においては、ウォームホイール４bの前記取付けフランジ４fによる出力軸３への取付けが、前記第１軸受３aの一方側端部方向に延出した軸部３eにおいてなされているが、該取付けは第１軸受３aを挟んだ該軸受３aに近接した前記軸部３eの反対側でもよく、この場合、ウォームホイール本体４dのカップ状凹部構造４eは前記図１の実施形態とは逆向きとされるが、前記第１軸受３aの支持中心と前記ウォーム４aとウォームホイール４bとの噛合い中心４cとの位置関係は前記図１の実施形態と同様であり、また、前記軸受３aがウォームホイール本体４dのカップ状凹部構造４eの内部に実質的に収納される関係になされることも前記図１の実施形態と同様である。
【００４６】
そして、前記構造変更によれば、ウォームホイール４bの取付けが第１軸受３aと第２軸受３b間でなされ、しかも第１軸受３aに近接してなされるから、出力軸３の振れ動きや撓みは殆ど発生せず、ウォーム４aとウォームホイール４b両歯車の軸間距離は一定に保たれ、ウォームホイール４bの揺動はほぼ完全に抑制され、前記ウォーム４aとウォームホイール４bとの噛合における噛合い位置のずれやガタつきはほぼ完全に防止されて円滑な補助操舵力の伝達が可能となる。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例の電動式パワーステアリング装置を示す図である。
【図２】
従来の電動式パワーステアリング装置を示す図である。
【図３】
従来の電動式パワーステアリング装置の補助操舵力伝達機構における歯車噛合部のガタつき発生の様子を示す説明図である。
【００４８】
【符号の説明】
１・・・電動式パワーステアリング装置、２・・・入力軸、２a・・・軸受、２b・・・トーションバー、３・・・出力軸、３a・・・第１軸受、３b・・・第２軸受、３c・・・軸受の支持中心、３d・・・ピニオン歯車、３e・・・延出した軸部、４・・・ウォームギヤ機構、４a・・・ウォーム、４b・・・ウォームホイール、４c・・・歯車の噛合い中心、４d・・・ウォームホイールの本体部、４e・・・カップ状の凹部構造、４f・・・取付けフランジ、４g・・・環状部、５・・・ラックシャフト、５a・・・ラック歯、６・・・ラックサポート、６a・・・押圧手段、７・・・トルクセンサ、８・・・検出コイル、９・・・ボルト、Ha・・・入力側ハウジング、Hb・・・出力側ハウジング、Hb１・・・環状の軸受取付けフランジ部、Hb２・・・軸受取付け部