(57)【要約】ハウジングと、このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され、前記回転軸を回転自在に支持している転がり軸受と、車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールと、前記回転軸の前記モータから遠い方の軸端部に前記ウォームホイールに向かう予圧を与える予圧機構が設けてあることにより、バックラッシュの存在を無くし、動力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる簡単な構成の電動パワーステアリング装置を提供する。
2003047948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、
前記ハウジングに配設され、この回転軸を軸支孔で回転自在に支持する軸受と、
この回転軸と回転的に一体であり、そのギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、車軸を操舵するために操舵力を伝達するための、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、
前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に回転的に一体であり、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールとを有し、前記モータの補助操舵力を前記出力軸に伝達するウォームギヤ機構を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記モータは前記出力軸に対して、ウォームの噛み合い半径とウォームホイールの噛み合い半径を加えた長さが当該出力軸と前記モータ軸の軸芯間距離となる位置に設置され、且つ、前記軸受は前記出力軸に対して、前記軸支孔と前記出力軸の軸芯間距離が、前記出力軸とモータ軸の軸芯間距離よりもやや小さくなる位置に設置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記軸受は前記回転軸に、弾性部材を介して支持されており、前記ウォームは、わずかに軸方向に可動であることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記モータ軸と前記出力軸との軸芯間距離と、前記軸支孔と前記出力軸の軸芯間距離との差を０．１〜０．５ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記軸受は前記モータに近い位置の第１軸受とモータから離れた位置の第２軸受とから成り、該第１軸受と前記回転軸の軸心間の距離は前記第２軸受と前記回転軸の軸心間の距離より大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記軸受は前記モータに近い位置の第１軸受とモータから離れた位置の第２軸受とから成り、前記第１軸受には、その軸方向の両側に隣接して弾性部材が配置されて、その弾性限度内で前記回転軸が軸方向にわずかに移動可能とされ、且つ、前記第２軸受は、前記回転軸を弾性部材を介して支持することにより、当該回転軸が前記ウォームの噛み合い方向にわずかに移動可能とされていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記回転軸と前記モータ軸のスプライン結合部の少なくとも軸方向半分が、前記モータ側の軸受の前記軸支孔内に位置するように設定されていることを特徴とする請求項５記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
前記モータ側の軸受の前記弾性部材、又は前記モータから離れた方の軸受近傍の前記回転軸、又はその両方に、当該回転軸の軸方向の移動量を規制するためのストッパーが設けられていることを特徴とする請求項５又は６載の電動パワーステアリング装置。
【請求項８】
前記回転軸と前記モータ軸とはスプライン結合されており、前記回転軸は前記スプライン結合部分を支点として揺動可能に形成されている請求項５または６に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項９】
前記モータ軸に雄スプライン部が、そして前記回転軸に雌スプライン部が形成されてスプライン結合されており、
前記雄スプライン部はその軸方向両端では小径であり中心部で大径のドラム状に形成されている請求項８に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１０】
ハウジングと、
このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、
この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、
前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され、前記回転軸を回転自在に支持している軸受と、
車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、
前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールと、
を有し、前記モータは、前記出力軸に対して、前記ウォームの噛み合い半径と前記ウォームホイールの噛み合い半径を加えた長さが当該出力軸と前記モータ軸の軸芯間距離となる位置に設置されたウォームギヤ機構を備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記モータ側の前記軸受には、その軸方向の両側に隣接して弾性部材が配置されて、前記回転軸が軸方向にわずかに移動可能とされ、
且つ、前記モータから離れた方の軸受は、転がり軸受であり、前記回転軸上には前記転がり軸受けに並列してウォームを噛み合い方向へ付勢する弾性部が設けられており、
前記軸受の外輪は、前記ハウジングに内嵌・固定された筒状の軸受保持部材に内嵌・固定されると共に、その内輪は前記回転軸に外嵌・固定された筒状の緩衝部材をゆるく内嵌し、
前記弾性部は、前記回転軸を回転自在に軸支する付勢部材と、この付勢部材を前記軸受の軸芯に対して前記ウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に内嵌し、前記軸受保持部材の、近傍に固定された弾性体とから成っていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１１】
前記緩衝部材は、前記転がり軸受けの内輪側に内嵌・固定されており、前記回転軸をゆるく内嵌していることを特徴とする請求項１０記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１２】
前記付勢部材と前記弾性体は、樹脂により一体的に成形され、且つ前記付勢部材の周囲に複数の孔を設けて弾性を持たせたことを特徴とする請求項１０記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１３】
前記弾性部は、前記付勢部材と、この付勢部材の周囲に巻き付けたトーションスプリングと、このトーションスプリングの両端部を弾性的に掛止して前記付勢部材を前記転がり軸受けの軸芯に対して前記ウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に支持する掛止部材とから成ることを特徴とする請求項１０記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１４】
ハウジングと、
このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、
この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、
前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され、前記回転軸を回転自在に支持している転がり軸受と、
車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、
前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記回転軸の前記モータから遠い方の軸端部に前記ウォームホイールに向かう予圧を与える予圧付与機構が設けてあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ウォーム減速機構を備えた電動パワーステアリング装置に関し、特に、バックラッシュによる騒音の改良を図った電動パワーステアリング装置に関するものである。
背景技術
一般に、ギヤの噛み合いにおいては、スムーズな作動を得るために、歯車間の遊び（バックラッシュ）が設けられている。
電動パワーステアリング装置のウォームホイール減速機構においても、適度なバックラッシュが必要であって、通常、（ウォームギヤ噛み合い半径＋ホイールギヤ噛み合い半径）の軸距離に対し、ハウジングのギヤ収納軸とモータの出力軸との軸距離は同距離に設定されているため、設定されたバックラッシュに加えて、各々の加工バラツキに起因するバックラッシュも発生する。このバックラッシュは、車両が悪路を走行する時、歯打ち音による不快感を運転手に与え、商品価値を損なうものとなっていた。
この対策として、ギヤの精度を高めることにより、バックラッシュを極力小さく設定したり、あるいは、特開平１１−４３０６２号公報に示されているように、ウォーム軸とその軸受間に弾性体を設けて振動を吸収する等の方法により、歯打ち音の低減を行っていた。
また、特開平１０−２８１２３５号公報においては、ウォーム軸を、ウォーム軸収容部に設けた、ウォームホイール側に偏心した長円形の軸孔に、軸受を介して支持し、この軸孔の内周面に同心に形成した円形溝にＯリング状の弾性部材を設け、この弾性部材により軸受（ウォーム軸）をウォームホイール側に付勢して、バックラッシュを除去する動力伝達装置が開示されている。
更に、ウォーム軸及びウォームホイールを組み付ける時、ウォーム、ウォーム軸、これを支持する軸受部、ウォームホイール及びこれを支持する操舵軸等の寸法誤差により、組み立て後に比較的大きな割り合いでバックラッシュが生じることになる。このため、部品を精度毎に分けて組み付ける必要があった。また、近年のように操舵補助力の高出力化が進んでくると、ウォーム及びウォームホイールの歯の摩耗が増大するようになるので、バックラッシュの発生が避けられないといった不具合が生じてきている。
これらの原因によるギヤ打音を防止するために、ウォームをウォームホイール方向に予圧し、バックラッシュをなくす方法が知られている。例えば、特開２００１−３２２５５４号公報、特開２００１−１０８０２５号公報に開示されているように、ウォーム端の軸受外輪とギヤハウジング間に設けられた弾性体を変形させることにより予圧力を発生するものが知られている。
しかしながら、前者に開示された従来の上記電動パワーステアリング装置の内、特開平１０−２８１２３５号公報の装置においては、軸受が移動する際にウォーム軸収容部が摩耗し易いといった不具合や、弾性部材によってウォーム軸を付勢した時に、モータ軸に対してウォーム軸が芯ずれを起こし易い等の問題点があった。
一般に、悪路の状況、車両からの入力の違い等により、バックラッシュが存在する限り、完全に歯打ち音を消すことはできないという問題点があり、車両毎に歯打ち音低減を行う必要がある。
また、後者に開示された従来の上記電動パワーステアリング装置においては、弾性体の変形量は、ハウジングの内径と負荷荷重により決定する転がり軸受の外径から決まり、そのスペース上の制約から微小変形せざるを得ず、且つ、ギヤハウジングの加工バラツキや噛み合いの振れによるウォーム端の微小変位によりウォームの予圧力が大きく変化してしまうので、期待される予圧力を確保することが困難となるといった問題点があった。
この予圧力が大き過ぎると、作動力が悪化して操舵中立時のフィーリングの悪化を招き、逆に小さ過ぎると、ギヤ打音が発生してしまって本来の目的を達成できない。
このように、従来の技術では、ギヤの摩耗等によりウォームとウォームホイールの軸芯間距離が変化した場合にも、ウォームの微小変位により予圧力は変化し、安定した予圧力を確保するのは困難であった。
また、操舵の度に、軸受の外周に設けた弾性体にラジアル方向への荷重及び回転トルクが加わることになるため、特開２００１−２７０４４８号公報に開示されているように、滑り軸受となる弾性体を撓ませる構造では、弾性体にへたり等の劣化が生じ易く、この劣化によってバックラッシュ量が増加したり、弾性体の永久変形により予圧力が減少するという問題点があった。
このラジアル方向の荷重及び回転トルクは、弾性体による予圧力に対する影響が非常に大きく、弾性体の変形量も大きくなる。このため、ウォームとウォームホイールの軸芯間距離が増して、ギヤの噛み合い面積が小さくなると、今度はギヤの強度が低下してしまうという問題点が生じる。
本発明の目的は、上述した従来例の有する不都合を改善し、バックラッシュの存在を無くし、動力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる、簡単な構成の電動パワーステアリング装置を提供することにある。
発明の開示
上記課題を達成するために、本発明の第１の発明では、ハウジングと、このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、前記ハウジングに配設され、この回転軸を軸支孔で回転自在に支持する軸受と、この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、車軸を操舵するために操舵力を伝達するための、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールとを有し、前記モータの補助操舵力を前記出力軸に伝達するウォームギヤ機構を備えた電動パワーステアリング装置において、前記モータは前記出力軸に対して、ウォームの噛み合い半径とウォームホイールの噛み合い半径を加えた長さが当該出力軸と前記モータ軸の軸芯間距離となる位置に設置され、且つ、前記軸受は前記出力軸に対して、前記軸支孔と当該出力軸の軸芯間距離が、前記出力軸とモータ軸の軸芯間距離よりもやや小さくなる位置に設置されていることを特徴としている。
また、前記軸受は前記回転軸に弾性部材を介して支持されており、前記ウォームはわずかに軸方向に可動であることが好ましい。
以上のように構成されたことで、回転軸がモータ軸芯よりもウォームホイール方向にやや偏心して設置されているため、組み付けた際に、ウォーム軸が弾性部材に押し付けられることになり、この押圧力がウォームをウォームホイール側に押し付ける弾性的な予圧を発生させ、ウォームとウォームホイールのギヤ部がバックラッシュのない噛み合いになる。したがって、ウォームとウォームホイールのギヤ部が適度な摩擦力で噛み合い、動力の伝達能力を損なうことなく、バックラッシュが除去される。
また、本発明の第２の発明では、ハウジングと、このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、この回転軸に形成又は外嵌され、そのギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールと、を有し、前記モータは、前記出力軸に対して、前記ウォームの噛み合い半径と前記ウォームホイールの噛み合い半径を加えた長さが当該出力軸と前記モータ軸の軸芯間距離となる位置に設置されたウォームギヤ機構を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記モータ側の前記軸受には、その軸方向の両側に隣接して弾性部材が配置されて、その弾性限度内で前記回転軸が軸方向にわずかに移動可能とされ、且つ、前記モータから離れた方の軸受は、転がり軸受であり前記回転軸上には、ウォームを噛み合い方向へ付勢する弾性部が設けられており、前記軸受の外輪は、前記ハウジングに内嵌・固定された筒状の軸受保持部材に内嵌・固定されると共に、その内輪は筒状の緩衝部材を外嵌・固定した前記回転軸をゆるく内嵌し、前記弾性部は、前記回転軸を回転自在に軸支する付勢部材と、この付勢部材を前記軸受の軸芯に対して前記ウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に内嵌し、前記軸受保持部材の、近傍に固定された弾性体とから成っていることを特徴としている。
以上のように構成されたことで、弾性部にて回転軸がウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に設定されているため、ウォームを組み付けた際に回転軸が軸受の緩衝部材に押し付けられると共に、ウォームをウォームホイール側に押し付ける弾性的な予圧を発生させる。したがって、ウォームとウォームホイールのギヤ部がバックラッシュ無しで適度な摩擦力で噛み合うので、動力の伝達能力を損なうことなく、バックラッシュが除去される。
特に、弾性部において、弾性体の体積が占める割合が大きく取られているので、予圧を発生させるために必要な初期の偏芯量を大きく取ることができ、弾性体のバネ定数を下げることができる。このため、加工精度のバラツキやギヤの摩耗によるウォーム形状の変化が有っても、一定の予圧力が安定して維持され、ギヤの歯打ち音を効果的に防止される。
また、回転軸は軸方向に移動可能であるため、回転軸に力が加わった時に、弾性部材の弾性限度内で回転軸が軸方向に移動することにより、ウォームとウォームホイールのギヤ部が適正な位置で噛み合って衝撃を吸収し、歯打ち音が低減される。
さらに、装置の駆動時（アシスト時）に発生するウォームの噛み合い方向の荷重及び回転トルクは、軸受がそれを受け、当該軸受でウォームの変位が規制されるので、弾性部の弾性体には大きな歪みや負荷は発生せず、弾性体の寿命の向上につながる。
また、回転軸が軸受の軸支孔に接した時点で、噛み合い逆方向に変位不可能となるので、ギヤの噛み合い面積が過度に減少することはなく、ギヤ強度の低下を防止することができる。
また、本発明の第３の発明では、ハウジングと、このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され、前記回転軸を回転自在に支持している転がり軸受と、車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールとを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記回転軸の前記モータから遠い方の軸端部に前記ウォームホイールに向かう予圧を与える予圧付与機構が設けてあることを特徴としている。
本第３の発明の構成によれば、予圧付与機構によって回転軸がウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に設定されるため、ウォームとウォームホイールのギヤ部がバックラッシュ無しで適度な摩擦力で噛み合うので、動力の伝達能力を損なうことなく、バックラッシュが除去される。
発明の実施形態
以下、本発明の第１の発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の発明に係る第１実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面構成図、図２Ａは図１のＡ部分の部分拡大図であり、図２Ｂは図１の弾性部材の部分の断面図である。
図１の電動パワーステアリング装置１００において、ハウジング１内に、電動モータ１０、ウォーム軸２を軸支する玉軸受３ａ，３ｂ、ウォームホイール４の出力軸５等が所定位置に配設又は固定されている。
ウォーム軸２は、その略中央部に形成されたウォーム２ａと、このウォーム２ａの両側に形成された軸受支持部２ｂと、ウォーム軸２の一端部（図中右端部）に形成されたセレーション部２ｃ等、から成っている。一方、電動モータ１０のモータ軸１０ａにセレーション穴１０ｂが設けられ、このセレーション穴１０ｂにウォーム軸２のセレーション部２ｃがゆるく内嵌することにより、ウォーム軸２がモータ軸１０ａに対して、軸方向に可動に、回転方向には不動の状態で結合されている。
図１、図２Ａに示すように、玉軸受３ａ、３ｂはその内周面には軸受支持部２ｂ、２ｂが嵌合している。各軸受支持部２ｂの軸方向中央部には環状溝２ｅが形成されており、そこに環状の弾性部材６がぴったりと外嵌されている。
弾性部材６の外周面の径は軸受支持部２ｂの外径ｒよりもわずかに大きく設定されている。この環状の弾性部材６はゴムブッシュ６ａを本体とし、その内径部はジャバラ形状をして環状溝２ｅの底周面に外嵌され、その外周にウォーム軸２の軸方向移動を許容すべく摩擦係数の小さい材料（例えばテフロン（登録商標）材）６ｂがリング状に溶着させてある。
ウォームホイール４は、ウォーム軸２の軸方向とは直交する方向の出力軸５に外嵌・固定されており、ウォーム２ａと噛み合った状態で、出力軸５がハウジング１の所定位置に軸支されることにより配設されている。ウォームホイール４のギヤ部４ａは樹脂で形成されている。
図１に示すように、ウォーム２ａとウォームホイール４の噛み合いにおいて、ウォーム２ａの噛み合い半径ａとウォームホイール４の噛み合い半径ｂを加えたものをＳ１（ａ＋ｂ＝Ｓ１）とすると、電動モータ１０のモータ軸１０ａとウォームホイール４の出力軸５の軸芯間距離がＳ１となるように、出力軸５及び電動モータ１０はハウジング１に配設されている。一方、電動モータ１０に遠い方の軸受３ａは、その軸支孔３ｃと出力軸５の軸芯間距離Ｓ２が、出力軸５とモータ軸１０ａの軸芯間距離Ｓ１よりもやや小さくなる位置にハウジング１に配設されている。本実施形態において、Ｓ１＝４７．５ｍｍ、Ｓ２＝４７．２ｍｍに設定されており、この軸芯間距離Ｓ１と軸芯間距離Ｓ２との差はΔＳ（Ｓ１−Ｓ２＝ΔＳ）である。この差ΔＳは０．１〜０．５ｍｍで最適な値になる。
これに対して、図２に示すように、ウォーム軸２の玉軸受３ａ，３ｂに軸支される軸受支持部２ｂの外径ｒは、（軸支孔３ｃの内径Ｒ−２・ΔＳ）の大きさに設定されている。それと共に、弾性部材６の厚みは、ウォーム軸２の軸受支持部２ｂがゆるく内嵌する程度の値に設定されている。
この構成において、玉軸受３ａ，３ｂの軸支孔３ｃの軸心は上記の如く、ΔＳだけウォームホイール４側へ偏芯されて設定されているため、組み付けた際に、ウォーム２ａとウォームホイール４のギヤ部４ａはバックラッシュなしで噛み合うが、その反作用でウォーム軸２（軸受支持部２ｂ）が環状の弾性部材６に押し付けられることになり、この押圧力がウォーム２ａをウォームホイール４側に押し付ける弾性的な予圧を発生させる、一方、ウォーム２ａは、いわゆるフローティング状態とされている。
この予圧力は、ウォーム２ａがウォームホイール４と噛み合う際に、ある程度の摩擦を生み出すが、ギヤの性能に支障が及ぶ程この抵抗力が大きくなり過ぎないように、又、タイヤからの加振入力によって噛み合いがずれない程度に、環状の弾性部材６の厚みや剛性を設定する。この弾性部材６の剛性の設定は、ゴム硬度と形状により自由な設定が可能である。
また、ウォーム軸２は軸方向に移動可能であるため、ウォーム２ａとウオームホイール４のギヤ部４ａが適正な位置で噛み合うことができる。
このように、玉軸受３ａ，３ｂの軸支孔３ｃ内径の偏芯した設置、ウォーム軸２（軸受支持部２ｂ）径の小さめの設定、ウォーム軸２と軸受３ａ，３ｂ間に設けた環状の弾性部材６ｂにより、簡単に予圧機構を構成することができ、バックラッシュを除去することができる。
本第１の発明の第１実施形態では、軸受３ａ，３ｂにおける軸支孔３ｃ内径の偏芯量は両方とも同じΔＳとしているが、モータ１０側に近い方の軸受３ｂの偏芯量を軸受３ｂの偏心量ΔＳよりも小さく設定することができる。すなわち、モータに遠い方の軸受３ａと出力軸５の軸心間の距離はモータに近い方の軸受３ｂと出力軸５の軸心間の距離よりも大きく設定することができる。偏心量の差ΔＳ’は０〜ΔＳ／２の値が望ましい。この構成によれば、ウォーム軸２の回転抵抗を減らし、モータ軸１０ａとウォーム軸２の芯ずれを防止する意味で、より望ましい。
次に、本発明の第１の発明に係る第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は本発明の第１の発明に係る第２実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面構成図、図４は図３の軸受部分を示す拡大図である。
以下の説明において、第１の発明の第１実施形態と同じ構造の部分は同じ符号を用いて説明する。
図３の電動パワーステアリング装置１００において、ハウジング１内に、電動モータ１０、ウォーム軸２を軸支する玉軸受３ａ，３ｂ、ウォームホイール４の出力軸５等が所定位置に配設又は固定されている。
ウォーム軸２は、その略中央部に形成されたウォーム２ａと、このウォーム２ａの両側に形成された軸受支持部２ｂと、ウォーム軸２の一端部（図中右端部）に形成されたセレーション部２ｃ等、から成っている。一方、電動モータ１０のモータ軸１０ａにセレーション穴１０ｂが設けられ、このセレーション穴１０ｂにウォーム軸２のセレーション部２ｃがゆるく内嵌することにより、ウォーム軸２がモータ軸１０ａに対して、軸方向に可動に、回転方向には不動の状態で結合されている。
図４にも示すように、玉軸受３ａ、３ｂの軸支孔３ｃの内周面には、所定の厚みと弾性を有する環状の弾性部材６０が隙間なしで内嵌されている。この環状の弾性部材６０は、つば部６０ａと筒部６０ｂとから成っており、筒部６０ｂの部分が軸支孔３ｃに内嵌され、ウォーム軸２の軸受支持部２ｂがこの筒部６０ｂにゆるく内嵌されている。したがって、ウォーム軸２は、この軸受支持部２ｂにおいて弾性部材６０を介して玉軸受３ａ、３ｂに回転自在に支持されている。
ウォーム軸２には、一対の軸受支持部２ｂのウォーム２ａ側に隣接して、弾性体支持部材７がそれぞれ外嵌・固定されている。この弾性体支持部材７は、弾性部材６０のつば部６０ａを軸受３ａ、３ｂとの間で狭持して、ウォーム軸２の軸方向（図中、左右方向）の変位を弾性部材６０の弾性限度内で許容する機能を有している。
ウォームホイール４は、ウォーム軸２の軸方向とは直交する方向の出力軸５に外嵌・固定されており、ウォーム２ａと噛み合った状態で、出力軸５がハウジング１の所定位置に軸支されることにより配設されている。ウォームホイール４のギヤ部４ａは樹脂で形成されている。
図３に示すように、ウォーム２ａとウォームホイール４の噛み合いにおいて、ウォーム２ａの噛み合い半径ａとウォームホイール４の噛み合い半径ｂを加えたものをＳ１（ａ＋ｂ＝Ｓ１）とすると、電動モータ１０のモータ軸１０ａとウォームホイール４の出力軸５の軸芯間距離がＳ１となるように、出力軸５及び電動モータ１０はハウジング１に配設されている。一方、玉軸受３ａ、３ｂは、その軸支孔３ｃと出力軸５の軸芯間距離Ｓ２が、出力軸５とモータ軸１０ａの軸芯間距離Ｓ１よりもやや小さくなる位置にハウジング１に配設されている。この軸芯間距離Ｓ１と軸芯間距離Ｓ２との差はΔＳ（Ｓ１−Ｓ２＝ΔＳ）であり、この差ΔＳは０．１〜０．５ｍｍで最適な値に設定する。
これに対して、図４に示すように、ウォーム軸２の軸受３ａ，３ｂに軸支される軸受支持部２ｂの外径ｒは、（軸支孔３ｃの内径Ｒ−２・ΔＳ）の大きさに設定されている。それと共に、弾性部材６０の厚みは、ウォーム軸２の軸受支持部２ｂがゆるく内嵌する程度の値に設定されている。
この構成において、軸受３ａ，３ｂの軸支孔３ｃの軸心は上記の如くΔＳだけウォームホイール４側へ偏芯されて設定されているため、組み付けた際に、ウォーム２ａとウォームホイール４のギヤ部４ａはバックラッシュなしで噛み合うが、その反作用でウォーム軸２（軸受支持部２ｂ）が環状の弾性部材６０の筒部６０ｂに押し付けられることになり、この押圧力がウォーム２ａをウォームホイール４側に押し付ける弾性的な予圧を発生させる、したがって、ウォーム２ａは、いわゆるフローティング状態とされている。
この予圧力は、ウォーム２ａがウォームホイール４と噛み合う際に、ある程度の摩擦を生み出すが、ギヤの性能に支障が及ぶ程この抵抗力が大きくなり過ぎないように、又、タイヤからの加振入力によって噛み合いがずれない程度に、弾性部材６０の厚みや剛性を設定する。この弾性部材６０の剛性の設定は、ゴム硬度と形状により自由な設定が可能である。
また、ウォーム軸２が弾性部材６０のつば部６０ａの弾性限度内で軸方向に移動可能であるため、ウォーム２ａとウォームホイール４のギヤ部４ａが適正な位置で噛み合うことができる。
このように、玉軸受３ａ，３ｂの軸支孔３ｃ内径の偏芯した設置、ウォーム軸２（軸受支持部２ｂ）径の小さめの設定、ウォーム軸２と軸受３ａ，３ｂ間に設けた弾性部材６０により、簡単に予圧機構を構成することができ、完全にバックラッシュを除去することができる。
次に、本発明の第１の発明に係る第３実施形態について説明する。
図５は本発明の第１の発明に係る第３実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図である。本第１の発明の第３実施形態は以下に述べる点以外は第１の発明の第２実施形態と同じ構成であるので、第１の発明の第２実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて図示し、説明を省略する。
上述の第１の発明の第２実施形態では、玉軸受３ａ，３ｂにおける軸支孔３ｃ内径の偏芯量は両方とも同じΔＳとしているが、本第１の発明の第３実施形態では、モータ１０側に近い方の軸受３ｂの偏芯量を軸受３ｂの偏心量ΔＳよりも小さく設定することができる。すなわち、図５に示す本第１の発明の第３実施形態において、モータに遠い方の軸受３ａと出力軸５の軸心間の距離Ｓ３はモータに近い方の軸受３ｂと出力軸５の軸心間の距離Ｓ４よりも大きく設定されている。これらＳ３とＳ４との差ΔＳ’（Ｓ３−Ｓ４＝ΔＳ’）は０〜ΔＳ／２の値が望ましい。この構成によれば、ウォーム軸２の回転抵抗を減らし、モータ軸１０ａとウォーム軸２の芯ずれを防止する意味で、より望ましい。
次に、本発明の第１の発明に係る第４の実施形態を図面に基づいて説明する。
図６は本発明の第１の発明に係る第４実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図、図７は図６の電動パワーステアリング装置におけるスプライン結合部の変形例を示す断面図、図８は図６の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第１の変形例を示す断面図、図９は図６の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第２の変形例を示す断面図、図１０Ａは図６の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第３の変形例を示す断面図、図１０Ｂは図１０ＡのＡ−Ａ断面図である。
図６の電動パワーステアリング装置１００において、ハウジング１内に、電動モータ１０、回転軸であるウォーム軸２を軸支する玉軸受３ａ，３ｂ、ウォームホイール４の出力軸５等が所定位置に配設又は固定されている。
ウォーム軸２は、その略中央部に形成されたウォーム２ａと、このウォーム２ａの両側に形成された軸受支持部２ｂと、から成っている。電動モータ１０に近い方の軸受３ｂ側の軸受支持部２ｂ（図中右側）には筒形状の結合部材１８が外嵌・固定され、この結合部材１８の内周面の軸方向略半分に雌スプライン１８ａが形成されている。結合部材１８は軸受３ｂの軸支孔３ｃ（内輪の内周面）に軸方向移動自在に内嵌されている。
一方、電動モータ１０のモータ軸１０ａの先端部には雄スプライン部１０ｂが設けられている。この雄スプライン部１０ｂが結合部材１８の雌スプライン部１８ａにゆるく内嵌することにより、ウォーム軸２がモータ軸１０ａに対して、軸方向に可動に、回転方向には不動の状態でスプライン結合されている。このスプライン結合部は、その略半分が軸受３ｂの軸支孔３ｃ内に位置するように設定されている。スプライン結合部は、少なくとも軸方向半分、言い替えると軸方向半分以上が軸受３ｂの軸支孔３ｃ内に位置するように設定されている。
電動モータ１０から遠い方の軸受３ａの軸支孔３ｄには略筒状の弾性部材１６の一部が内嵌・固定されている。この弾性部材１６は、当該内嵌部１６ａと、内嵌部１６ａに隣接する部分でその外径が軸支孔３ｄ径より大きい大径部１６ｂと、この大径部１６ａに続く部分で軸受支持部２ｂの外径と略等しい内径を有する軸支持部１６ｃとから成っている。軸支持部１６ｃの外周部には、当該軸支持部１６ｃをウォーム軸２の軸受支持部２ｂに外嵌・固定させるための締付けリング１１が外嵌されている。
この軸支持部１６ｃは、ウォーム軸２の軸受支持部２ｂを内嵌部１６ａ内径において略中間位置に弾性的に保持する機能を有している。上記大径部１６ｂは、軸支持部１６ｃが軸受支持部２ｂと共に軸方向に移動する際に軸方向に伸縮することにより、ウォーム軸２を軸方向に移動し易くする機能を有している。
弾性部材１６の内嵌部１６ａの内径Ｒ１（図８も参照）は、軸受３ａに軸支される軸受支持部２ｂの外径ｒよりもわずかに大きく設定され、軸受支持部２ｂの外径ｒは、（内嵌部１６ａの内径Ｒ１−２・ΔＳ）の大きさに設定されている。これは、ウォーム軸２の軸受支持部２ｂが、内嵌部１６ａにてゆるく内嵌する程度の値である。
一方、電動モータ１０から近い方の軸受３ｂの軸方向両側に隣接して略リング状の弾性部材１７が配設されている。この２つの弾性部材１７はそれぞれ２つのリング状の保持部材１７ａ，１７ｂにより挟持された形で配置（図７も参照）されている。軸受３ｂに対して外側の保持部材１７ａはそれぞれ結合部材１８に外嵌・固定されており、軸受３ｂ側の保持部材１７ｂは軸受３ｂに固定されると共に、結合部材１８ａには接触しないで外嵌されている。弾性部材１７は、結合部材１８の軸方向の移動に伴って軸方向に弾性的に伸縮することにより、その弾性限度内においてウォーム軸２の軸方向の移動を許容するようになっている。
ウォームホイール４は、ウォーム軸２の軸方向とは直交する方向の出力軸５に外嵌・固定されている。出力軸５は、ウォームホイール４がウォーム２ａと噛み合った状態で、ハウジング１の所定位置に軸支されるように配置されている。ウォームホイール４のギヤ部４ａは樹脂で形成されている。
図６に示すように、ウォーム２ａとウォームホイール４の噛み合いにおいて、ウォーム２ａの噛み合い半径ａとウォームホイール４の噛み合い半径ｂを加えたものをＳ１（ａ＋ｂ＝Ｓ１）とすると、電動モータ１０のモータ軸１０ａとウォームホイール４の出力軸５の軸芯間距離がＳ１となるように、出力軸５及び電動モータ１０はハウジング１に配設されている。一方、電動モータ１０に遠い方の軸受３ａは、その軸支孔３ｄと出力軸５の軸芯間距離Ｓ２が、出力軸５とモータ軸１０ａの軸芯間距離Ｓ１よりもやや小さくなる位置にハウジング１に配設されている。本実施形態において、Ｓ１＝４７．５ｍｍ、Ｓ２＝４７．２ｍｍに設定されており、この軸芯間距離Ｓ１と軸芯間距離Ｓ２との差ΔＳ（Ｓ１−Ｓ２＝ΔＳ）は０．１〜０．５ｍｍの範囲で最適な値を設定するのが効果的である。
上記構成において、軸受３ａの軸支孔３ｄの軸心は上記の如く、ΔＳだけウォームホイール４側へ偏芯されて設定されているため、組み付けた際に、ウォーム２ａとウォームホイール４のギヤ部４ａはバックラッシュなしで噛み合うが、その反作用でウォーム軸２（軸受支持部２ｂ）が弾性部材６に押し付けられることになり、この押圧力がウォーム２ａをウォームホイール４側に押し付ける弾性的な予圧を発生させる。このように、ウォーム２ａは、いわゆるフローティング状態とされている。
この予圧力は、ウォーム２ａがウォームホイール４と噛み合う際に、ある程度の摩擦を生み出すが、ギヤの性能に支障が及ぶ程この抵抗力が大きくなり過ぎないように、又、タイヤからの加振入力によって噛み合いがずれない程度に、弾性部材１６の厚みや剛性を設定する。この弾性部材１６の剛性の設定は、ゴム硬度と形状により自由な設定が可能である。
また、ウォーム軸２は軸方向に移動可能であるため、タイヤ側から力が加わった時に、弾性部材７の弾性限度内においてウォーム軸２が軸方向に移動することにより、ウォーム２ａとウォームホイール４のギヤ部４ａが適正な位置で噛み合って衝撃を吸収することができる。
ところで、ウォーム軸２は、電動モータ１０から遠い方の軸受３ａ部分においてウォーム２ａとウォームホイール４の噛み合い方向に移動可能であるため、ウォーム軸２には電動モータ１０から近い方の軸受３ｂを支点としてスプライン結合部に芯ずれが生じて、ウォーム軸２を軸方向に移動するのに支障をきたす可能性がある。
しかし、本第１の発明の第４実施形態では、ウォーム軸２とモータ軸１０ａのスプライン結合部は、その軸方向略半分が軸受３ｂの軸支孔３ｃ内に位置するように設定されているため、ウォーム軸２がウォーム２ａの噛み合い方向にわずかに移動しても、軸受３ｂが支点となって、スプライン結合部のわずかなアソビによりウォーム軸２の変位が許容され、スプライン結合部をこじることなくウォーム軸２を軸方向に移動することができる。
このように、軸受３ａの軸支孔３ｃ内径の偏芯した設置、ウォーム軸２（軸受支持部２ｂ）径の小さめの設定、ウォーム軸２と軸受３ａ，３ｂ間に設けた弾性部材１６，１７により、簡単に予圧機構を構成することができ、完全にバックラッシュを除去することができると共に、衝撃を吸収し、歯打ち音（ラトル音）を抑制することができる。
尚、本第１の発明の第４実施形態では、スプライン結合部に結合部材１８を用いたが、この構成に限らず、図７に示すように、軸受３ｂ側の軸受支持部２ｂ´を結合部材１８の外径と略同一径に成形して、モータ軸１０ａ用の雌スプライン２ｅを有する結合穴２ｆを設け、この結合穴２ｆにモータ軸１０ａの雄スプライン部１０ｄを挿入してスプライン結合させた構成であっても良い。この場合も、保持部材１７ａ、１７ｂは上記結合部材１８の実施形態と同様の構成で軸受支持部２ｂ´に取り付けられている。図７において、図６の装置と同一部材には同一番号を付している。
次に、弾性部材１６の変形例について図８〜図１０Ｂを参照して説明する。
弾性部材１６の第１の変形例を図８に示している。同図において、図６の実施形態と同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。筒状の弾性部材１６０は、軸受支持部２ｂをゆるく内嵌する部分で、軸受３ａの軸支孔３ｃに内嵌・固定された（弾性部材１６のものと同一）内嵌部１６０ａと、この内嵌部１６０ａに隣接する部分で、軸受支持部２ｂの外径と略等しい内径を有し、軸受支持部２ｂを隙間無しで内嵌する軸支持部１６０ｂと、内嵌部１６０ａと軸支持部１６０ｂとを一体に接続する切頭円錐状部１６０Ｃとから成っている。即ち、弾性部材１６０は、上記弾性部材１６において大径部１６ｂを除去し、締付けリング１１が無い代わりに、軸支持部１６ｃの軸方向長さを延長した形状となっている。
筒状の弾性部材１６０の内嵌部１６０ａの内径Ｒ１と、軸受支持部２ｂの外径ｒとの関係は、図６の実施形態と同様であり、説明を省略する。
この構成において、軸支持部１６０ｂは、軸受支持部２ｂを内嵌部１６０ａ内径において略中間位置に弾性的に保持する機能を有している。この軸支持部１６０ｂの内径は、当該軸支持部１６０ｂが軸受支持部２ｂの回転と共に回転して軸受３ａの内輪が回転可能な、且つ、軸受支持部２ｂが軸方向に移動する際に、軸受支持部２ｂが無理なく摺動可能な大きさに設定する必要がある。この弾性部材１６０も弾性部材１６と同様の効果を期待することができる。
弾性部材１６の第２の変形例を図９に示している。同図において、図６の実施形態と同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。筒状の弾性部材１６１は、軸受支持部２ｂの外径と略等しい内径を有し、軸受支持部２ｂを隙間無しで内嵌する軸支持部１６１ａと、軸支持部１６１ａの軸方向中間部に一体的に形成され、肉厚の薄い大径部であって軸受３ａの軸支孔３ｃに内嵌・固定された突出部１６１ｂと、から成っている。軸支持部１６１ａの内径は、軸受支持部２ｂが軸方向に移動する際に、軸受支持部２ｂが無理なく摺動可能な大きさに設定する必要がある。軸受支持部２ｂの図中左端部にはリング状のストッパー１９が外嵌・固定されている。
この構成において、軸支持部１６１ａは、軸受支持部２ｂの軸方向の移動を許容するが、ストッパー１９により軸方向（モータ１０方向）の移動は規制される。軸受支持部２ｂがウォーム２ａの噛み合い方向に移動する際には、突出部１６１ｂが軸支孔３ｃ内周面を押圧する方向に圧縮されることにより、弾性的に移動を許容する。
次に、弾性部材１６の第３の変形例を図１０Ａに示している。同図において、図６の実施形態と同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。筒状の弾性部材１６２は、保持部材１６２ａに内嵌・固定されており、保持部材１６２ａは軸受３ａの軸支孔３ｄに内嵌・固定されている。弾性部材１６２の内径は、軸受支持部２ｂの外径と略等しく、軸受支持部２ｂが軸方向に移動する際に、軸受支持部２ｂが無理なく摺動可能な大きさに設定されている。
この弾性部材１６２の内周面には、図１０Ｂに示すように、軸方向に多数の溝１６２ｂが形成されていて、内周面側から圧縮され易くなっている。軸受支持部２ｂがウォーム２ａの噛み合い方向に移動する際には、軸受支持部２ｂが弾性部材１６２の内周面（多数の溝１６２ｂ部分）を押圧してその方向に圧縮することにより、弾性的に移動を許容する。
軸受支持部２ｂの図中左端部にはリング状のストッパー１９が外嵌・固定されている。弾性部材１６２は、軸受支持部２ｂの軸方向の移動を許容するが、ストッパー１９により軸方向（モータ１０方向）の移動は規制される。
以上説明したように、本発明の第１の発明に係る第４実施形態によれば、モータ側の軸受には、その軸方向の両側に隣接して弾性部材が配置されてウォームが軸方向にわずかに移動可能とされ、且つ、モータから離れた方の軸受は、回転軸（ウォーム軸）を弾性部材を介して支持し、当該回転軸がウォームの噛み合い方向にわずかに移動可能とされているので、簡単な構成にて、バックラッシュを完全に無くすことができる。又、回転軸に力が加わった時に、弾性部材の弾性限度内で回転軸が軸方向に移動することにより、ウォームとウォームホイールのギヤ部が適正な位置で噛み合って衝撃を吸収するため、補助操舵力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる。
また、本第１の発明の第４実施形態において、回転軸とモータ軸のスプライン結合部は、少なくとも軸方向半分が軸受の軸支孔内に位置しているため、回転軸がウォームの噛み合い方向にわずかに移動しても、モータ側の軸受が支点となって、回転軸はスプライン結合部をこじることなく軸方向に移動することができる。
さらに、ウォームの与圧力を弾性部材の材質や形状により調整できるので、回転軸や軸受の寸法精度が過度に求められることがなく、寸法管理が容易になる。
次に、本発明の第１の発明に係る第５実施形態を図１１、図１２に基づいて説明する。図１１は本第１の発明に係る第５実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図であり、図１２はモータ軸の雄スプライン部の部分側面図である。
本第１の発明に係る第５実施形態において、前述した第１の発明の実施形態における部分と同じ構造部分については、同じ符号をもって示す。
図１１の電動パワーステアリング装置１００において、ハウジング１内に、電動モータ１０、回転軸であるウォーム軸２を軸支する玉軸受３ａ、３ｂ、ウォームホイール４の出力軸５等が所定位置に配設または固定されている。
ウォーム軸２は、その各中央部に形成されたウォーム２ａと、この両側に形成された軸受部２ｂ、２ｂ’から成っている。電動モータ１０に近い方の軸受部２ｂ’と電動モータ１０のモータ１０との関係は図７に示すもの類似している。すなわち、軸受部２ｂ’にはモータ側に開き雌スプライン部２ｅを有する結合穴２ｆが形成されている。モータ軸１０ａの先端には雄スプライン部１０ｄ’として形成されており、これら雌スプライン部２ｅと雄スプライン部１０ｄ’とがスプライン結合されている。
本第１の発明の第５実施形態において、モータ軸１０の雄スプライン部１０ｄ’は、図１２に示す如くその両端では径が小さく歯幅が細くなり軸方向中心部の径が大きくなるドラム状であって、玉軸受３ｂの中心部でウォーム軸の軸受部２ｂ’と嵌合している。軸受部２ｂ’の雌スプライン部の径は軸方向の変化はない。
本第１の発明の第５実施形態において、モータ１０に遠い方の玉軸受３ａ、ウォーム軸２の軸受支持部２ｅ、およびこれら間に介装された筒状の弾性部材１６０との間の構造は図８に示したものと同じである。
本第１の発明の第５実施形態において、上述した以外の構造については前述実施形態と同じであるので説明を省略する。
本第１の発明の第５実施形態において、電動モータ１０がアシストトルクを発生させる際、ウォームはホイールから離間する方向へ力を受ける。この時、ウォームはモータに近い方の軸受の中心部を支点に傾きを生じるが、スプライン同士が干渉することはなく作動力の悪化や、操舵中立時のフィーリングの悪化を招くことはない。また、ウォームが軸方向に移動した場合にも、スプラインの干渉が生じることはない。
また、装置の組込み時には、モータ軸１０ａの雄スプライン部１０ｄ’の端部が小径であることから、雌スプライン部２ｅに嵌めこみ易く、作業性が向上する。
次に、本発明の第２の発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
図１３Ａは本発明の第２の発明に係る第１実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図１３Ｂは図１３ＡのＡ−Ａ断面図を示す。図１４Ａは本発明の第２の発明に係る第２実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図１４Ｂは図１４Ａの要部拡大図を示す。図１５Ａは本発明の第２の発明に係る第３実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図１５Ｂは図１５ＡのＢ−Ｂ断面図を示す。図１６Ａは本発明の第２の発明に係る第４実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図１６Ｂは図１６ＡのＣ−Ｃ断面図を示す。図１７Ａは本発明の第２の発明に係る第５実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図１７Ｂは図１７ＡのＥ−Ｅ断面図を示す。図１８Ａは本発明の第２の発明に係る第６実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図を、図１８Ｂは図１８ＡのＤ−Ｄ断面図である。
本発明の第２の発明に係る第１実施形態である図１３Ａ、図１３Ｂの電動パワーステアリング装置１００において、ハウジング１０１内に、電動モータ１１０、回転軸であるウォーム軸１０２を軸支する玉軸受１０３ａ，１０３ｃ、弾性部１０３ｂ、ウォームホイール１０４の出力軸１０５等が所定位置に配設又は固定されている。
ウォーム軸１０２は、その略中央部に形成されたウォーム１０２ａと、このウォーム１０２ａの両側に形成された軸受支持部１０２ｂと、から成っている。電動モータ１１０に近い方の玉軸受１０３ｃ側の軸受支持部１０２ｂ（図中右側）には筒形状の結合部材１０８が外嵌・固定され、この結合部材１０８の内周面の軸方向略半分に雌スプライン１０８ａが形成されている。結合部材１０８は玉軸受１０３ｃの軸支孔１０３ｄ（内輪の内周面）に軸方向移動自在に内嵌されている。
一方、電動モータ１１０のモータ軸１１０ａの先端部には雄スプライン部１１０ｂが設けられている。この雄スプライン部１１０ｂが結合部材１０８の雌スプライン部１０８ａにゆるく内嵌することにより、ウォーム軸１０２がモータ軸１１０ａに対して、軸方向に可動に、回転方向には不動の状態でスプライン結合されている。このスプライン結合部は、その軸方向略半分が軸受１０３ｃの軸支孔１０３ｄ内に位置するように設定されている。この結合部材１０８はウォーム１０２ａと一体に成形されていても良い。
反モータ側には、玉軸受１０３ａと弾性部１０３ｂが軸方向に並んで配設されている。軸受１０３ａは転がり軸受としての機能を有し、その外輪がハウジング１０１内に内嵌・固定された筒状の軸受保持部材である軸受部リング１１４に内嵌・固定されている。軸受１０３ａの内輪には、ウォーム軸１０２の軸受支持部１０２ｂに外嵌・固定された樹脂等より成る筒状の緩衝部材１０６がゆるく内嵌している。
弾性部１０３ｂは、軸受支持部１０２ｂの外径と略等しい内径を有し、樹脂より成る付勢部材１１２と、この付勢部材１１２を内嵌・固定して軸受部リング１１４に内嵌・固定され、ゴム等より形成された弾性体１１３と、から成っている。弾性体１１３が付勢部材１１２を内嵌する位置はウォーム１０２ａの噛み合い方向にかなり偏芯している。しかし、ウォーム軸１０２を玉軸受１０３ａ及び弾性部１０３ｂに組み込んだ時に、ウォーム軸１０２は軸受１０３ａと略同芯になるため、弾性体１１３はウォーム１０２ａの噛み合い逆方向に変形して噛み合い方向に予圧力を生じさせる。
緩衝部材１０６の外径は、軸受１０３ａの内輪の内径よりもわずかに小さく設定されている。バックラッシュを無くすためのウォーム１０２ａの噛み合い方向の変位量をΔＳとすると、緩衝部材１０６の外径は、（内輪の内径−２・ΔＳ）の大きさに設定されている。これは、内輪が緩衝部材１０６をゆるく内嵌する程度の値である。
一方、モータ１１０に近いほうの玉軸受１０３ｃの軸方向両側に隣接して略リング状の弾性部材１０７が配設されている。この２つの弾性部材１０７、１０７はそれぞれ２つのリング状の保持部材１０７ａ，１０７ｂにより挟持された形で配置されている。軸受１０３ｃに対して外側の保持部材１０７ａはそれぞれ結合部材１０８に外嵌・固定されており、軸受１０３ｃ側の保持部材１０７ｂは軸受１０３ｂに固定されると共に、結合部材１０８には接触しないで外嵌されている。弾性部材１０７は、結合部材１０８の軸方向の移動に伴って軸方向に弾性的に伸縮することにより、その弾性限度内においてウォーム軸１０２の軸方向の移動を許容するようになっている。
ウォームホイール１０４は、ウォーム軸１０２の軸方向とは直交する方向の出力軸１０５に外嵌・固定されている。出力軸１０５は、ウォームホイール１０４がウォーム１０２ａと噛み合った状態で、ハウジング１０１の所定位置に軸支されるように配置されている。ウォームホイール１０４のギヤ部１０４ａは樹脂で形成されている。
図１３Ａに示すように、ウォーム１０２ａとウォームホイール１０４の噛み合いにおいて、ウォーム１０２ａの噛み合い半径ａとウォームホイール１０４の噛み合い半径ｂを加えたものをＳ（ａ＋ｂ＝Ｓ）とすると、電動モータ１１０のモータ軸１１０ａとウォームホイール１０４の出力軸１０５の軸芯間距離、及び軸受１０３ｃと出力軸１０５の軸芯間距離がＳとなるように、出力軸１０５、軸受１０３ｃ、及び電動モータ１１０はハウジング１０１に配設されている。本実施形態において、Ｓ＝４７．５ｍｍに設定されており、バックラッシュを無くすためのウォーム１０２ａの噛み合い方向の変位量ΔＳは０．１〜０．５ｍｍの範囲で最適な値を設定するのが効果的である。
上記構成において、弾性部１０３ｂの弾性体１１３の付勢部材１１２を内嵌する位置はウォーム１０２ａの噛み合い方向に偏芯しているため、ウォーム軸１０２を軸受１０３ａに組み込んだ時に、弾性体１１３は変形してウォーム２１０ａの噛み合い方向に予圧力を生じさせ、ウォーム１０２ａとウォームホイール１０４のギヤ部１０４ａはバックラッシュなしで噛み合う。このように、ウォーム１０２ａは、いわゆるフローティング状態とされている。
特に、この弾性部１０３ｂにおいては、弾性体１１３の体積が占める割合が大きく取られているので、予圧を発生させるために必要な初期の偏芯量を大きく取ることができ、弾性体１１３のバネ定数を下げることができる。このため、加工精度のバラツキやギヤの摩耗によりウォーム１０２ａ形状が変化しても、一定の予圧力を安定して維持することができ、ギヤの歯打ち音を効果的に防止することができる。
この予圧力は、ウォーム１０２ａがウォームホイール１０４と噛み合う際に、ある程度の摩擦を生み出すが、ギヤの性能に支障が及ぶ程この抵抗力が大きくなり過ぎないように、又、タイヤからの加振入力によって噛み合いがずれない程度に、弾性体１１３の厚みや剛性を設定する。この弾性体１１３の剛性の設定は、ゴム硬度と形状により自由な設定が可能である。
また、ウォーム軸１０２は軸方向に移動可能であるため、タイヤ側から力が加わった時に、弾性部材１０７の弾性限度内においてウォーム軸１０２が軸方向に移動することにより、ウォーム１０２ａとウォームホイール１０４のギヤ部１０４ａが適正な位置で噛み合って衝撃を吸収することができる。
玉軸受１０３ａ部分において、ウォーム１０２ａの噛み合い方向への急激な変位により緩衝部材１０６に圧力が加わる場合でも、緩衝部材１０６によって振動が吸収され、衝突音が発生するのが防止される。又、緩衝部材１０６は樹脂製であるため、ウォーム軸１０２の軸方向移動の摩擦を低減させる効果もある。
さらに、玉軸受１０３ａにおいて、内輪とウォーム軸１０２の緩衝部材１０６との間には微小な隙間ΔＳが配されているため、加工精度のバラツキや噛み合いによるウォーム軸１０２と出力軸１０５の軸芯間距離の変化が吸収され、安定した作動を確保することができる。
また、装置の駆動時（アシスト時）に発生するウォーム１０２ａの噛み合い方向の荷重及び回転トルクは、玉軸受１０３ａがそれを受け、当該軸受１０３ａでウォーム１０２ａの変位が規制されるので、弾性部１０３ｂの弾性体１１３には大きな歪みや負荷は発生せず、弾性体１１３の耐久性を向上させることができる。
このように、弾性部１０３ｂの弾性体１１３の軸受支持部１０２ｂ内嵌位置の偏芯した設定、緩衝部材１０６外径の軸受１０３ａ内輪内径より小さめの設定、ウォーム軸１０２と軸受１０３ｃ間に設けた弾性部材１０７により、簡単に予圧機構を構成することができ、完全にバックラッシュを除去することができると共に、衝撃を吸収し、歯打ち音（ラトル音）を抑制することができる。
次に、本発明の第２の発明に係る第２実施形態について図１４Ａ、図１４Ｂを参照して説明する。この第２の発明に係る実施形態は上記第２の発明の第１実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その説明は省略する。異なっているのは、緩衝部材１０６を第１の軸受１０３ａの内輪側に内嵌・固定した点である。緩衝部材１０６は肉薄の筒１１５に接着され、筒１１５は内輪に内嵌・固定されている。この構成においても、本第２の発明に係る第１実施形態と同様の効果を期待できる。また、この緩衝部材１０６は筒１１５を介さずに内輪に固定されても良い。
次に、本発明の第２の発明に係る第３実施形態について図１５Ａ、図１５Ｂを参照して説明する。この実施形態は上記第２の発明の第１実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その説明は省略する。異なっているのは、弾性部１０３ｂのゴム製の弾性体１１３を、樹脂製の弾性体１１６とし、図１５Ｂに示すように、付勢部材１１２の周囲に複数の孔１１６ａを空けている点である。
この構成において、弾性体１１６は、複数の孔１１６ａによりウォーム１０２ａの噛み合い方向に弾性的に変形可能な弾性体として機能する。この実施形態においても、第２の発明の第１実施形態と同様の効果を期待することができるが、部品点数をより少なくすることができ、低コスト化に寄与するものとなる。
次に、本発明の第２の発明に係る第４実施形態について図１６Ａ、図１６Ｂを参照して説明する。この実施形態は上記第２の発明の第１実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その説明は省略する。異なっているのは、弾性部１０３ｂの弾性体１１３の代わりにトーションスプリング１１７を採用している点である。この場合、弾性部１０３ｂは、ウォーム軸１０２の軸受支持部１０２ｂを回転自在に支持する付勢部材１１２と、この付勢部材１１２の外周部に巻かれたトーションスプリング１１７と、付勢部材１１２をウォーム１０２ａ噛み合い方向に偏芯した位置に支持すべくトーションスプリング１１７の両端部を掛止し、軸受部リング１１４内に内嵌・固定された掛止部材１１８とから成っている。図１６Ｂに示すように、トーションスプリング１１７は初期状態では両端部は開いているが、掛止部材１１８に組み込んだ時に弾性的に閉じられ、この時の付勢力によってウォーム１０２ａに噛み合い方向の予圧力を発生する。この構成においても、第２の発明の第１実施形態と同様の効果を期待することができる。
次に、本発明の第２の発明に係る第５実施形態について図１７Ａ、図１７Ｂを参照して説明する。この実施形態は上記第２の発明の第１実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その説明は省略する。異なっているのは、弾性部１０３ｂの弾性体１１３の代わりにトーションスプリング１１７を採用している点である。この場合、弾性部１０３ｂは、ウォーム軸１０２の軸受支持部１０２ｂを回転自在に支持する付勢部材１１２と、この付勢部材１１２の外周部に巻かれたトーションスプリング１１７と、付勢部材１１２をウォーム１０２ａ噛み合い方向に偏芯した位置に支持すべくトーションスプリング１１７の両端部を掛止し、軸受部リング１１４内に内嵌・固定された掛止部材１１８とから成っている。付勢部材１１２はその中心でウォーム軸１０２ｂと嵌め合い、その外周に穴と同心に巻きつけられたトーションスプリング１１７の巻き戻そうとする力によってウォーム１０２ａに対する予圧を発生する。付勢部材１１２とトーションスプリング１１７の接触部分はホイール１０４の反対側でトーションスプリング１１７の内周に対して十分短く、トーションスプリング１１７によって発生する予圧力を効率的に付勢部材１１２に伝達することができる構成である。また、掛止部材１１８はハウジング１０１に内嵌・固定され、軸受部リング１１４によって固定されている。この掛止部材１１８は、プレス加工で成形されたものであっても、樹脂等により成形されたものであっても良い。
図１７Ｂに示すように、トーションスプリング１１７は初期状態で両端部がトーションスプリング１１７の巻き中心に対して１８０°位相がずれた位置にそれぞれ配置された２箇所のフック１１７ａが掛止部材１１８の突起によって掛止されている。更に、このトーションスプリング１１７は、予め捩りトルクを与えられている。このことにより、付勢部材１１２はウォーム１０２ａを組み込む前、弾性部に対して若干変位した位置にて掛止部材１１８の突起１１８ａによって保持され、ウォーム１０２ａが組み込まれることによって付勢部材１１２は変位し、ウォーム１０２ａに対して予圧力を発生することになるので、調整や予圧を与える特別な工程は必要とせず、組み込み性が向上する。更に、バネ定数を低く設定しても所定の予圧力を確保できる。この構成においても、第２の発明の第１実施形態と同様の効果を期待することができる。
さらに、本発明の第２の発明に係る第６実施形態について図１８Ａ、図１８Ｂを参照して説明する。この実施形態は上記第２の発明の第１実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その説明は省略する。異なっているのは、弾性部１０３ｂの弾性体１１３の代わりに渦巻状のバネ１１９を採用している点である。この渦巻状バネ１１９は、その一端がウォーム軸１０２の軸受支持部１０２ｂを回転自在に支持する付勢部材１１２の外周部に固定され、他端が軸受部リング１１４に固定されている。付勢部材１１２は軸受部リング１１４の軸芯に対してウォーム１０２ａ噛み合い方向に偏芯しており、ウォーム軸１０２を玉軸受１０３ａに組み込んだ時に、渦巻状バネ１１９は変形してウォーム１０２ａに噛み合い方向の予圧力を生じさせる。この構成においても、第２の発明の第１実施形態と同様の効果を期待することができる。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明の第１の発明によれば、モータは出力軸に対して、ウォームの噛み合い半径とウォームホイールの噛み合い半径を加えた長さが出力軸とモータ軸の軸芯間距離となる位置に設置され、且つ、軸受は出力軸に対して、軸支孔と出力軸の軸芯間距離が、出力軸とモータ軸の軸芯間距離よりもやや小さくなる位置に設置されており、軸受の軸支孔の内周面と前記回転軸との間には、所定の弾性と厚みを有する弾性部材が介在され、この回転軸の弾性部材が外嵌されている部分の外径は、弾性部材によってウォームのウォームホイール方向に適度な付勢力が付与される程度に、軸支孔の内径よりも小さく設定されているので、簡単な構成にて、バックラッシュを無くすことができ、補助操舵力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる。
また、予圧力を弾性部材の材質や形状により調整できるので、回転軸や軸受の寸法精度が過度に求められることがなく、寸法管理が容易になる。
また、本発明の第２の発明によれば、モータ側の軸受には、その軸方向の両側に隣接して弾性部材が配置されてウォームが軸方向にわずかに移動可能とされ、且つ、モータから離れた方の軸受は転がり軸受けであり、回転軸上にはウォームを噛み合い方向へ付勢する弾性部が設けられており、軸受の外輪は、ハウジングに内嵌・固定された筒状の軸受保持部材に内嵌・固定されると共に、その内輪は回転軸に外嵌・固定された筒状の緩衝部材をゆるく内嵌し、弾性部は、回転軸を回転自在に軸支する付勢部材と、この付勢部材を軸受の軸芯に対して前記ウォームの噛み合い方向に偏芯した位置に内嵌し、前記軸受保持部材の近傍に固定された弾性体とから成っているので、ウォームはその噛み合い方向に予圧力を生じ、簡単な構成にて、バックラッシュを完全に無くすことができる。
特に、弾性部において、弾性体の体積が占める割合が大きく取られているので、予圧を発生させるために必要な初期の偏芯量を大きく取ることができ、弾性体のバネ定数を下げることができるため、加工精度のバラツキやギヤの摩耗によるウォーム形状の変化が有っても、一定の予圧力を安定して維持することができ、ギヤの歯打ち音を効果的に防止することができる。
また、回転軸に力が加わった時に、弾性部材の弾性限度内で回転軸が軸方向に移動することにより、ウォームとウォームホイールのギヤ部が適正な位置で噛み合って衝撃を吸収するため、補助操舵力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる。
さらに、装置の駆動時に発生するウォームの噛み合い方向の荷重及び回転トルクは軸受が受け、ウォームの変位を規制するので、弾性部の弾性体には大きな歪みや負荷は発生せず、弾性体の寿命の向上につながる。
また、本発明の第３の発明によれば、ハウジングと、このハウジングに取り付けられ、補助操舵力をモータ軸を介して回転軸に伝達するモータと、この回転軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が金属又は樹脂で形成されたウォームと、前記ハウジングに配設され、前記ウォームの両側位置にそれぞれ配置され、前記回転軸を回転自在に支持している転がり軸受と、車軸を操舵するための操舵力を伝達するもので、前記ハウジングの所定位置に軸支された出力軸と、前記ウォームと噛み合うように前記出力軸に形成又は外嵌され、ギヤ部が樹脂で形成されたウォームホイールと、前記回転軸の前記モータから遠い方の軸端部に前記ウォームホイールに向かう予圧を与える予圧機構が設けてあることにより、バックラッシュの存在を無くし、動力の伝達性能を損なうことなく、歯打ち音を低減することができる簡単な構成の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１の発明に係る第１実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図。
図２Ａは図１のＡ部分の部分拡大図である。
図２Ｂは図１の弾性部材の部分の断面図である。
図２Ｃは図２ＢのＣ−Ｃ線断面を示している。
図３は本発明の第１の発明に係る第２実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図。
図４は図３の軸受部分を示す部分拡大図。
図５は本発明の第１の発明に係る第３実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図。
図６は本発明の第１の発明に係る第４実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図。
図７は図６の電動パワーステアリング装置におけるスプライン結合部の変形例を示す断面図。
図８は図６の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第１の変形例を示す断面図。
図９は図６の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第２の変形例を示す断面図。
図１０Ａは図６の電動パワーステアリング装置における弾性部材の第３の変形例を示す断面図である。
図１０Ｂは図１０ＡのＡ−Ａ断面図である。
図１１は本発明の第１の発明に係る第５実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図である。
図１２はモータ軸の雄スプライン部の部分側面図である。
図１３Ａは本発明の第２の発明に係る第１実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図である。
図１３Ｂは図１３ＡのＡ−Ａ断面図である。
図１４Ａは本発明の第２の発明に係る第２実施形態を示す電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
図１４Ｂは図１４Ａの要部拡大図である。
図１５Ａは本発明の第２の発明に係る第３実施形態を示す電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
図１５Ｂは図１５ＡのＢ−Ｂ断面図である。
図１６Ａは本発明の第２の発明に係る第４実施形態を示す電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
図１６Ｂはｈ図１６ＡのＣ−Ｃ断面図である。
図１７Ａは本発明の第２の発明に係る第５実施形態を示す電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
図１７Ｂは図１７ＡのＥ−Ｅ断面図である。
図１８Ａは本発明の第２の発明に係る第６実施形態を示す電動パワーステアリング装置の部分断面図である。
図１８Ｂは図１８ＢのＤ−Ｄ断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【国際調査報告】
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