(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング４と、
ステータ２及びロータ３を有し、ハウジング４に対して固定された電気モータ１と、
ロータ３に直接的に接続された入力軸５と、
ステアリングコラムに接続された出力軸１２と、
出力軸１２におけるトルクを表示する出力信号を発生させ得るようにされたトルクセンサとを備え、
モータ１が、入力軸５上に設けたウォーム歯車１３を通じてトルクセンサからの出力信号に依存して出力軸１２に対しトルクを付与し得るようにされ、かつ該入力軸５が、出力軸１２に作用可能に接続した歯車１１とかみ合うようにされた、電力アシスト式ステアリング装置において、
入力軸５とロータ３との接続箇所を支持する第二のベアリング手段１０であって、入力軸５が第二のベアリング手段１０に中心がある傾動動作を可能とする前記第二のベアリング手段１０と、
前記モータ１から末端側のその端部にてハウジング４に対して入力軸５を支持する第一のベアリング手段９と、
前記入力軸５を歯車１１に向けて偏倚させるべく第一のベアリング手段９に作用し得るようにされた板ばね２００とを更に備えることを特徴とする、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項２】
請求項１による電力アシスト式ステアリング装置において、
該第二のベアリング手段１０が、入力軸５とロータ３との接続箇所にて入力軸５をハウジング４に対して支持する、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項３】
請求項１による電力アシスト式ステアリング装置において、
前記板ばねが、歯車が支持する所定の範囲のトルク値に亙ってウォーム歯車１３の歯と歯車１１の歯との間に完全にかみ合った係合状態を保つべく十分な偏倚力を第一のベアリング手段９に付与し得るようにされた、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項４】
ハウジング４と、
ステータ２及びロータ３を有し、ハウジング４に対して固定された電気モータ１と、
ロータ３に接続された入力軸５と、
ステアリングコラムに接続された出力軸１２と、
出力軸１２におけるトルクを表示する出力信号を発生させ得るようにされたトルクセンサとを備え、
モータ１が、入力軸５上に設けたウォーム歯車１３を通じてトルクセンサからの出力信号に依存して出力軸１２に対しトルクを付与し得るようにされ、かつ該入力軸５が、出力軸１２に作用可能に接続した歯車１１とかみ合うようにされた、電力アシスト式ステアリング装置において、
入力軸５とロータ３との接続箇所を支持する第二のベアリング手段１０であって、入力軸５が第二のベアリング手段１０に中心がある傾動動作を可能とする前記第二のベアリング手段１０と、
前記モータ１から末端側のその端部にてハウジング４に対して入力軸５を支持する第一のベアリング手段９と、
前記入力軸５を歯車１１に向けて偏倚させるべく第一のベアリング手段９に作用し得るようにされた板ばね２００とを更に備え、
前記入力軸５が、撓み継手５２を通じてロータ３に作用可能に接続され、
該撓み継手５２が、ロータ３を移動させずにウォームが移動することを許容する、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項５】
請求項４による電力アシスト式ステアリング装置において、
前記板ばね２００が、第一の端部にてハウジングに取り付けられ且つその第二の端部にて第一のベアリング手段９に作用する、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項６】
請求項５による電力アシスト式ステアリング装置において、
前記板ばね２００がハウジング４の外側に設けられ、
該板ばね２００の第二の端部が、第一のベアリング手段９と係合し得るようにハウジング４の開口部を貫通する、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項７】
請求項５又は６による電力アシスト式ステアリング装置において、
前記板ばね２００の第二の端部が、該板ばねが貫通する開口部に対して密封するシールを保持し得るようにされた、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項８】
請求項１乃至３の何れかによる電力アシスト式ステアリング装置において、
前記入力軸５が、ロータ３を連続的に貫通して伸び且つ前記板ばねが所望の程度だけウォームを撓ませるのを許容するのに十分なだけ可撓性である、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項９】
請求項４による電力アシスト式ステアリング装置において、
前記撓み継手５２が弾性的要素を備え、
前記モータロータ３が、弾性的要素の周方向に隔てられた半径方向に伸びる１つ以上の面５４を通じて弾性的要素５２に駆動力を付与し得るようにされた、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項１０】
請求項９による電力アシスト式ステアリング装置において、
前記弾性的要素５２が、該要素の周方向に隔てた半径方向に伸びる１つ以上の面５４を通じて入力軸５に対し駆動力を付与し得るようにされた、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかによる電力アシスト式ステアリング装置において、
モータから末端側の入力軸５の端部にてハウジングと第一のベアリング手段９との間に第一の圧縮手段１６、５６が設けられ、
該第一の圧縮手段が、入力軸をモータロータに向けて偏倚させ得るように入力軸に圧縮力を付与する、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項１２】
請求項１１による電力アシスト式ステアリング装置において、
第一の圧縮手段がコイルばね１６、５６を備える、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２による電力アシスト式ステアリング装置において、
前記モータロータに隣接する入力軸の端部とモータロータとの間に第二の圧縮手段５５を更に設けることができる、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項１４】
請求項１３による電力アシスト式ステアリング装置において、
入力軸５の一端にカップ５１が形成される一方、モータロータの回転軸線の周りを伸び且つロータの一部を形成するピン３３がカップ５１内に突き出して、第二の圧縮手段５５に係合する、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れかによる電力アシスト式ステアリング装置において、
前記ハウジングが第一の部分と第二の部分とを画定し、
該第一の部分が、少なくとも一対の両壁を有する、入力軸用のハウジングであって、第一及び第二のベアリング手段９、１０がそれぞれ設けられる各壁の開口部を有する前記ハウジングを備え、
前記第二の部分が、少なくとも一対の両壁を有する、出力軸１２の少なくとも一部用のハウジングを備え、
出力軸をハウジングに対して固着し得るようにされた１つ以上のベアリングを受け入れ得るように各壁に開口部が形成された、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れかによる電力アシスト式ステアリング装置において、
過度に変位したとき、第一のベアリング手段とハウジングとの接触を防止するプラスチックライニング部分が第一のベアリング手段の周方向外面の周りに設けられる、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６の何れかによる電力アシスト式ステアリング装置において、
第一のベアリング手段９を受け入れる、ハウジングの第一の部分に形成された開口部が、細長いスロットを備え、
半円形の端部分と、中央の一対の平行な側部とを有する入力軸５が該細長いスロットを貫通し、これにより、第一のベアリング手段９がスロットに沿って軸方向に動くが、スロットに対して半径方向垂直方向に動くのを防止し得るようにした、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項１８】
ハウジング４と、
ステータ２及びロータ３を有し、ハウジング４に対して固定された電気モータ１と、
ロータ３に接続された入力軸５と、
ステアリングコラムに接続された出力軸１２と、
出力軸におけるトルクを表示する出力信号を発生させ得るようにされたトルクセンサとを備え、
モータ１が、出力軸１２上に設けられた歯車１１とかみ合うようにされた、入力軸５に設けたウォーム歯車１３を通じてトルクセンサからの出力信号に依存して出力軸に対しトルクを付与し得るようにした、電力アシスト式ステアリング装置において、
前記入力軸５が、撓み継手５２により前記モータロータ３に接続され、
前記撓み継手５２が、実質的に半径方向に伸びる複数の駆動面５４を確定する、複数の半径方向に伸びるアーム５３を有する弾性的スパイダ５２を備え、
１つ以上の前記駆動面５４が、ロータ上に確定された１つ以上の半径方向駆動面と協働し、
１つ以上の前記駆動面５４が、入力軸上に確定された駆動面と協働することとを特徴とする、電力アシスト式ステアリング装置。
【請求項１９】
請求項１８による電力アシスト式ステアリング装置において、
入力軸が、モータロータに隣接してその端部に形成されたカップ５１を有し、
ロータの回転軸線に沿って配置されたピン３３が該カップ５１内に受け入れられるようにした、電力アシスト式ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、歯車アセンブリ、特に、電気モータからステアリングコラムに又は電気モータと作用可能に接続された出力軸にトルクを伝達するウォーム及び歯車アセンブリを内蔵する電力アシスト式ステアリングアセンブリに関する。
【０００２】
ステータ及びロータを有する電気モータと、ロータに作用可能に接続され且つ該ロータと共に回転し得るようにされた入力軸と、ステアリングコラムと関係した出力軸と、トルクセンサにより発生された、出力軸におけるトルクの測定値に応答してトルクを入力軸から出力軸に伝達し得るようにされたギアボックスとを備える、車用のパワーステアリング装置を提供することは公知である。モータは、測定したトルクが増すに伴い、出力軸に対し増大するトルクを付与し、これにより、車のステアリングに役立つ支援トルクを付与し得るように典型的に作動される。
【０００３】
簡単な構成において、入力軸は、ウォーム歯車を画定し、出力軸には、ウォーム歯車とかみ合うようにされた歯車が設けられている。かかる装置は、比較的効果的ではあるが、ウォームと歯車との間の不正確なかみ合いに起因する騒音及び振動に伴う問題点がある。この不正確なかみ合いは、製造許容公差、寸法の熱的変化、作用する間の捩り負荷及び磨耗に起因する歪みによって生ずる可能性がある。
【０００４】
第一の特徴によれば、本発明は、ハウジングと、ステータ及びロータを有し、ハウジングに対して固定された電気モータと、ロータに作用可能に接続された入力軸と、ステアリングコラムに作用可能に接続された出力軸と、出力軸におけるトルクを示す出力信号を発生させ得るようにしたトルクセンサとを備え、モータが、出力軸における歯車とかみ合うようにされた、入力軸に設けたウォーム歯車を介してトルクセンサからの出力信号に依存して出力軸にトルクを付与し得るようにした、電力アシスト式ステアリング装置であって、モータから末端方向のその端部にてハウジングに対して入力軸を支持する第一のベアリング手段と、入力軸を歯車に向けて偏倚させ得るように第一のベアリング手段に作用し得るようにされた弾性的偏倚手段とを更に備えることを特徴とする、電力アシスト式ステアリング装置を提供するものである。
【０００５】
好ましくは、入力軸は、モータに隣接するその端部にて入力軸をハウジングに対して支持する第二のベアリング手段に中心がある傾動動作にて偏倚されるようにする。
【０００６】
偏倚手段は、歯車が支持する所定の範囲のトルク値に亙ってウォーム歯車の歯と歯車の歯との間にて完全にかみ合った係合状態を保つのに十分な偏倚力を第一のベアリング手段に付与し得るようにすることができる。このことは、ウォーム及び歯車の係合する歯の両側部がこのトルク範囲に亙って実質的に常時、接触していることを確実にすることにより、直進するとき又はラフロードを走るとき、歯車のがたつきを防止するのに役立つ。この構成は、ギアボックス内での静止摩擦を増すから、必要とされる入力軸の全範囲に亙って偏倚手段により付与される力を制御する状態を保つことが重要である。このため、偏倚手段は、低ばね率を有しなければならない。
【０００７】
偏倚手段を設けることは、製造の変動及び温度変化等に起因する寸法の変化を補正し得るように、入力軸の十分な傾動動作を許容しつつ、制御された偏倚力を付与することを許容する。過度の摩擦を防止すべく、その値まで完全にかみ合った係合が効果的である最大トルク値を慎重に選択する（妥協によって）。
【０００８】
偏倚手段は、ハウジングの一部分と第一のベアリング手段との間にて作用し得るようにされた任意の型式の弾性ばねを備えることができる。
幾つかの形態において、弾性ばねは、第一の端部にてハウジングに取り付けることができ、また、その第二の端部にて第一のベアリング手段に作用することのできる板ばねを備えることが好ましい。この板ばねは、歯車に対する入力軸の反対側にて第一のベアリング手段と係合し、ウォームを偏倚させ歯車と接触させることができる。
【０００９】
板ばねは、ハウジングの外側に設け、また、板ばねの第二の端部は、第一のベアリング手段と係合するように、ハウジングの開口部を通るようにすることができる。板ばねの第二の端部は、該第二の端部が通る開口部を密封するシールを保持することができる。
【００１０】
入力軸は、モータのロータに直接、接続することができる。この入力軸は、ロータを貫通して連続的に伸びることができる。
入力軸は、ウォームがロータを動かすことなく、傾動することを許容する撓み継手を介してロータに作用可能に接続することができる。
【００１１】
この撓み継手は、例えば、ゴム製の弾性要素を備えることができる。モータロータは、弾性要素の周方向に隔てられ且つ半径方向に伸びる面の１つ以上を通じて弾性要素に駆動力を付与し得るようにすることができる。一方、弾性要素は、該要素の周方向に隔てられ且つ半径方向に伸びる１つ以上の面を通じて入力軸に対し駆動力を付与し得るようにすることができる。該要素は、半径方向に伸び且つ周方向に隔てられた多数の駆動面を提供する多数のアームを有するスパイダの形状とすることができる。
【００１２】
入力軸が撓み継手によりモータロータに接続される場合、モータから末端側の入力軸の端部にてハウジングと第一のベアリング手段との間に第一の圧縮手段を設けることができ、この第一の圧縮手段は、入力軸をモータロータに向けて偏倚させるべく該入力軸に圧縮力を付与する。この第一の圧縮手段は、コイルばねを備えることができる。この第一の圧縮手段の作用は、第二のベアリング手段における軸方向への自由な遊びに起因する騒音及び振動を防止することである。その圧縮した状態において、その入力軸の傾動動作に対する摩擦抵抗を防止し得るように隣接するコイルの間に自由空間が存在しなければならない。
【００１３】
また、モータロータに隣接する入力軸の端部とモータロータとの間に第二の圧縮手段（コイルばねのような）を設けることもできる。この第二の圧縮手段は、入力軸の一端に形成されたカップ内に設けることができる一方、モータロータの回転軸線の周りを伸び且つロータの一部を形成するピンがカップ内に突き出してばねに係合する。
【００１４】
このように、第一の圧縮手段は、撓み継手を介して第二のベアリング手段を偏倚させる一方、第二の圧縮手段は、ロータをピンを介して直接、偏倚させる。第一及び第二の圧縮手段によりそれぞれ提供される力は、第二のベアリング手段を所望の程度だけ入力軸の軸線の方向に向けて偏倚させるのに十分、相違しなければならない。
【００１５】
１つの代替例において、偏倚手段は、第一のベアリング手段とハウジングとの間に設けられた環状のＯリングを備えることができる。該Ｏリングは、ゴム製とし、また、第一のベアリング手段の外周及びハウジングの一部に接触するようにすることができる。
【００１６】
このため、第一のベアリング手段は、Ｏリングの少なくとも一部が圧縮されるとき、Ｏリングにより付与される抵抗力に抗して、ハウジングに対して動くことができる。かかる構成において、歯車又はウォーム歯車は、そのそれぞれの軸の軸線の間の距離に従って計算した寸法に対して僅かに過大な寸法となるように計画的に形成することができる。このことは、Ｏリングが常に、僅かな程度、残留圧縮下の状態にあることを保証する。
【００１７】
Ｏリングに対する１つの代替例において、弾性的偏倚手段は、第一のベアリング手段とハウジングとの間に受け入れられた、ゴムスペーサブロックのような弾性要素を備えることができる。この要素は、第一のベアリング手段と、歯車に係合する入力軸の側と反対側におけるハウジングとの間に配置することができる。この偏倚手段は圧縮又は張力状態にて作用することができる。
【００１８】
第二のベアリング手段は、偏倚手段により付与される偏倚力に抗して入力軸が傾動動作するのを許容しつつ、入力軸がハウジングに対して半径方向に且つ軸方向に動くのを防止し得るようにされたボールベアリングを備えることができる。
【００１９】
第二のベアリング手段は、許容公差の大きいボールベアリングアセンブリを備えるよう選択することができる。このボールベアリングアセンブリは、ボールが配置される溝の形状によって、次のことが可能であるようにされている、すなわち、入力軸が第二のベアリング手段の面の一点を通るその軸線の一点の周りを回動するのを許容しつつ、第二のベアリング手段を通るとき、入力軸がハウジングに対して半径方向に変位するのを実質的に防止し得るようにされている。
【００２０】
１つの好ましい配置において、ハウジングは、第一の部分と、第二の部分とを画定し、該第一の部分は、少なくとも一対の両壁を有すると共に、その壁の各々に形成された開口部を有し、該開口部内に第一及び第二のベアリング手段がそれぞれ設けられたハウジングを備え、第二の部分が、少なくとも一対の両壁を有する出力軸の少なくとも一部に対するハウジングを備え、出力軸をハウジングに対して固着し得るようにされた１つ以上のベアリングを受け入れる開口部が各壁に設けられている。出力軸は、入力軸に対して直角に取り付けられ且つハウジングに対して半径方向に動くのを実質的に防止されることが好ましい。
【００２１】
第一のベアリング手段の外周面の周りにはプラスチックライニング部分を設けることができ、このプラスチックライニング部分は、過度に変位したとき、第一のベアリング手段とハウジングとが接触するのを防止する。このことは、第一のベアリング手段とハウジングとの間の金属対金属の接触に起因する振動騒音を解消する働きをする。
【００２２】
ハウジングの第一の部分に形成された第一の開口部（第一のベアリング手段を受け入れる）は、細長いスロットを備えることができ、半円形の端部分及び中央対の平行な側部とを有する入力軸がこの細長いスロットを通る。平行な側部の間の間隔は、第一のベアリング手段の外径と実質的に等しくすることができる。スロットの半円形の端部分の半径は、第一のベアリング手段の外半径と実質的に等しくすることができる。このように、第一のベアリング手段は、スロットに沿って軸方向に動き得るが、スロットに対して半径方向に垂直に動かないようにすることができる。
【００２３】
第一の部分の第一の開口部は、第一のベアリング手段の直径よりも大きい直径の内面を有する環状穴を備えることができる。このように、第一のベアリング手段の外面を内壁から隔てることができる。偏倚手段を形成するＯリング要素をこの空間内に受け入れることができる。
【００２４】
Ｏリングを壁に対する所定の位置に配置する１つの溝を内壁の円周の周りに形成することができ、この溝の深さは、Ｏリング要素の半径方向厚さよりも浅くする。この場合、第一のベアリング手段は、Ｏリングの半径方向厚さと溝の深さとの差に等しい距離だけＯリングにより提供される偏倚力に抗してその休止位置から変位させることができる。その後、第一のベアリング手段は、第一の開口部の内壁に係合するため、開口部内で更に半径方向に変位することが防止される。
【００２５】
更に別の代替的な配置において、偏倚手段は、第一のベアリング手段に作用する第一の端部と、ハウジングの一部分に対して固定された第二の端部とを有する捩りバーを備え、該捩りバーが第一のベアリング手段に対して偏倚力を付与するようにすることができる。
【００２６】
捩りバーはロッドの第一の端部に端末を有する実質的にＵ字形の細長いロッドを備えることができる。このＵ字形の細長いロッドは、第一の端部の他の部分に対し且つロッドの中央部分に対して約９０°の角度にて曲がり、第一のベアリング手段の一部と係合する。好ましくは、端末部分は、ハウジングの第一の部分の第一の開口部の内壁から半径方向に伸びるハウジングの開口部通路を通ることにより、出力軸の歯車に抗して第一のベアリング手段の外面に直接作用するようにする。
【００２７】
捩りバーの中央部分は、１つ以上のクランプ又はシャクルを通じてハウジングの一部分に固着することができる。
捩りバーの第二の端部は、ハウジングと係合するねじ付きボルトの端面に静止することができる。該ボルトがねじ付き穴内で回転すると、捩りバーの第二の端部はハウジングに対して変位する。第一の端部が第一のベアリング手段と係合すると、この第一の端部は、公知の方法にてバーの捩りを増し又は減少させる働きをする一方、第一のベアリング手段に付与される偏倚力を変化させる（すなわち、調節に使用するため）。
【００２８】
１つの好ましい構成において、捩りバーの第二の端部の端末部分は、第二の端部分の残りの部分に対して約９０°曲がっており、また、ボルトの端面のリセス部に係合する。このことは、第二の端部分を確実に位置決めすることになる。
【００２９】
車内のスペースが許容する場合、更なる代替的な構成において、偏倚手段は、ウォーム軸の軸線に対して実質的に垂直な軸線を有するコイルばねを備えることができる。該コイルばねをハウジングの穴内に取り付けることができる。該ばねの第一の端部は、ばねに形成された一端を介し又はばねと第一のベアリング手段との間に配置された別個の部品を介して第一のベアリング手段の外側レースに力を付与することができる。ベアリング手段から末端側の穴の端部における閉塞栓又はプレートは、コイルばねに対する支持体及び密封手段を提供することができる。
【００３０】
最も好ましい構成において、捩りバーの第二の端部の端末部分は、ハウジングのリセス部に係合する。このことは、この構成を調節不能及び乱用防止型とし、この乱用防止型であることは、製造型式にとって好ましい。
【００３１】
偏倚手段が第一のベアリング手段とハウジングとの間にて作用するＯリングシールを備える１つの改良例において、Ｏリングの中心軸線は、入力軸の中心軸線に対してずらすことができる。このことは、Ｏリングの中心軸線と軸の中心軸線とが一致する場合と比べて偏倚力とベアリング手段の変位との間に異なる関係を提供する。Ｏリングの軸線は、第一のベアリング手段を貫通する場合の入力軸よりも、歯車に対してより近い位置にあるようにすることが好ましい。
【００３２】
第一のベアリング手段の偏倚力と変位との間の関係を更に巧緻なものとするため、Ｏリングの溝（設けられる場合）の形状は、Ｏリングの断面に対し、次のように選ぶことができる、すなわち、Ｏリングの圧縮した部分が、所定の偏倚力に対応する所定の変位量であるとき、溝を完全に充填し、その後、完全に変位したときの偏倚力の増加程度が所定の変位量以下の変位における偏倚力の増加量よりも著しく大きいように選ぶことができる。このため、Ｏリングが歯車における零トルクに対応するその通常の位置にあるとき、Ｏリングはこの時点にて溝の一部分のみを充填することができる。
【００３３】
第二の特徴によれば、本発明は、ハウジングと、ステータ及びロータを有し、ハウジングに対して固定された電気モータと、ロータに作用可能に接続された入力軸と、ステアリングコラムに作用可能に接続された出力軸と、出力軸におけるトルクを示す出力信号を発生させ得るようにしたトルクセンサとを備え、モータが、出力軸における歯車とかみ合うようにされた入力軸に設けたウォーム歯車を介してトルクセンサからの出力信号に依存して出力軸にトルクを付与し得るようにされた、電力アシスト式ステアリング装置であって、入力軸が撓み継手によりモータロータに作用可能に接続され、撓み継手が実質的に半径方向に伸びる複数の駆動面を確定する、半径方向に伸びる複数のアームを有する弾性的スパイダを備え、該駆動面の１つ以上がロータ上に確定された１つ以上の半径方向駆動面と協働し、駆動面の１つ以上が入力軸上に確定された駆動面と協働することを特徴とする電力アシスト式ステアリング装置を提供するものである。
入力軸は、モータロータに隣接するその端部に形成されたカップを備えることができる。ロータの回転軸線に沿って配置されたピンをカップ内に受け入れ得るようにすることができる。カップの端面とロータとの間に、多分ピンの周りに撓み継手を設けることができる。
【００３７】
該カップは、ピンの端部とカップの基部との間にて作用し、ロータを入力軸から偏倚させる作用を果たすばねのような第一の弾性的偏倚要素を受け入れ得るようにすることができる。
【００３８】
入力軸をロータに向けて偏倚させ得るようにした第二の圧縮手段を設けることができる。この第二の圧縮手段は、ハウジングと入力軸を支持するベアリング手段との間に配置されたばねを備えるものとすることができる。
【００３９】
単に一例としてのみ、本発明の３つの実施の形態に関して以下に説明する。同様の部品を同様の参照番号にて表示する、添付図面に関して説明する。
図１は、車にて使用される本発明の電力アシスト式ステアリング装置の一部分の切欠き図である。
【００４０】
ステアリングコラム軸に作用可能に接続された出力軸１２に支援トルクを付与するモータ１は、ステータ２と、ロータ３とを備えている。モータはハウジング４の一側部に取り付けられている。ロータの一端にスプライン止めされた入力軸５の一端は、開口部８を貫通してハウジングの内部キャビティ６内に伸びている。入力軸の他端は、ハウジングの反対側部における開口部７を貫通して開口部８まで伸び、開口部７及び開口部８内にそれぞれ配置された第一のベアリング手段９及び第二のベアリング手段１０は、それぞれ、入力軸をハウジングに対して支持する。
【００４１】
入力軸５は、２つのベアリング手段の間にてウォーム歯車１３を保持している。該ウォーム歯車１３は、ハウジングを貫通して通る出力軸１２に設けられた歯付き歯車１１と係合し得るようにされている。ベアリング（図示せず）は、入力軸５の軸線に対して直角にハウジング４に対して出力軸１２を支持し、ウォーム歯車及び歯車がかみ合うようにする。
【００４２】
使用時、出力軸１２（又は該出力軸に作用可能に接続されたステアリング軸）におけるトルクを測定し得るようにされたトルクセンサ（図示せず）からの出力は、電子的制御装置（ＥＣＵ）により送られる一方、該制御装置は、モータ１により発生されたトルクを制御するモータ駆動信号を発生する。次に、モータ１は、トルクをモータロータ３を通じて入力軸５に且つ出力軸１２まで伝達し、車のドライバーを支援するアシスト力を提供する。
【００４３】
ベアリング手段９、１０の各々は、入力軸と協働する内側ベアリングレースと、内側レースの周りに隔てられた外側ベアリングレースとを有し、そのレースの間にベアリングが設けられた、ボールベアリング又はローラベアリングカートリッジを備えている。設計者が設定した許容公差及び荷重支持能力の条件に適合するならば、任意の周知のベアリングアセンブリを使用することができる。
【００４４】
第二のベアリング手段１０は、ハウジング４に固着され、入力軸５がその周りを傾動可能な枢着点として機能する。該ベアリング手段は、ベアリング１０を通るとき、軸５の実質的に全ての半径方向への動きを防止する。
【００４５】
第一のベアリング手段９は、入力軸５を出力軸１２の歯車１１に向けて偏倚させ得るようにした弾性的偏倚手段１４によりハウジング４から隔てられている。このため、第二の（より大きい）ベアリング手段１０は、ウォームにより歯車に付与される接線方向力及び歯のヘリクス角度及び圧力角度に起因する半径方向への力（すなわち、ウォームの軸線に対して直角な力）に対して反作用する。
【００４６】
第一のベアリングアセンブリ９は、ハウジング４に対して軸方向に動かないように規制される（以下に説明するように）が、偏倚手段１４により加えられた偏倚力に抗して半径方向へは自由に動くことができる。
【００４７】
偏倚手段１４は次のように作用する、すなわち、弾性的媒体を介してウォームを偏倚させて歯車とかみ合うようにすると共に、該ウォームが（製造許容公差に起因する）歯車の寸法及び位置の変化、温度及び歯の磨耗状態の範囲に亙って完全にかみ合った状態（すなわち、係合するウォームと歯車の歯の両側部にて側面の間に何ら隙間が存在しない状態）となることを許容する作用を果たす。図１に図示するように、偏倚手段は、四角の断面を有する溝１５内に配置されるＯリングを備えている。
【００４８】
ラフロードを直進する運転のとき、歯車のがたつきを防止し得るように、歯車にて測定したトルク値の範囲（１つの適用例において、例えば、４Ｎ−ｍ以内）に対し、この完全にかみ合った状態を保つことが必要とされる。４Ｎ−ｍの歯車のトルクのとき完全にかみ合う状態を保つためには、歯車に対して半径方向に、２０Ｎの力をウォームに付与する必要がある。より大きいトルクを加えたとき、ウォームは歯車から離れ、トルクを伝達しない隙間が歯の側部に生ずる。図１に図示した歯車装置の最大トルクの定格値は４２Ｎ−ｍである。
【００４９】
実験の結果、偏倚手段が設けられていない場合に許容公差、温度及び磨耗に起因して生ずるであろうバックラッシュによる寸法の変化範囲は、典型的に約０．１５０ｍｍであることが分かった。これを補償するため、歯車に対するウォームの半径方向への変位範囲は、バックラッシュの変化の約２倍（圧力角度が１４°であるため）、すなわち、合計０．３００ｍｍ（又は名目的なウォームの軸線の位置から＋／−０．１５０ｍｍ）であることが必要とされる。ウォーム軸が名目的な垂直面内を動くより大きいボールベアリングの周りで回動することを許容し且つより小さいボールベアリングの外側レースに作用する幅３ｍｍのＯリングにより、その動きが歯車に向けて偏倚することを許容することにより、この寸法範囲が提供される。
【００５０】
図１に図示した特別な設計において、ウォームの係合中心からの長さとそれぞれのベアリングの中心との比は、Ｏリングが２０ｘ４８［４８＋３８．５］Ｎ（＝１１Ｎ）の力を付与する必要があることを意味する。このことは、ウォームの名目的な軸線位置からある範囲の変位、すなわち、＋／−０．２７０ｍｍ（＝＋／−０．１５０ｘ［（４８＋３８．５）／４８］ｍｍ）の範囲に亙って保つことが理想的である。しかしながら、かかる簡単な弾性的媒体の場合、動きに伴って力が変化しなければならないから、このことは実際的ではない。１つの妥協として、本発明は、０．５４０ｍｍ（すなわち、＋／−０．２７０ｍｍ）の全体的な変位範囲に亙って約１７乃至２７Ｎの範囲の力を実現する。このことは、ウォーム軸線の名目的な位置に対してＯリング溝の中心をずらして配置することにより実現される。このずらす程度は、力対Ｏリングの変位の特徴に依存する。このＯリングは、ウォームが歯車から反対方向に付勢されるに伴ってその定格値が増大する非線形ばねとして機能する。上記の作用可能な変位範囲の限界値が歯車から離れる方向に向けて超えたならば、高トルク時のウォーム軸の過度の動きを防止し得るように、Ｏリングの抵抗は極めて急激に増大しなければならない。
【００５１】
直径２２ｍｍのベアリングに対するハウジングの穴を２３ｍｍまで機械加工することにより絶対的な移動限界点が提供される（例えば、名目的軸線から０．５００ｍｍ）。金属対金属の衝撃騒音を防止するため、小さいベアリングの中心から０．５００ｍｍ変位した位置におけるＯリングの力は少なくとも１５０Ｎであるように選ぶことができる。このことは、ばね率が０．３００乃至０．５００ｍｍの変位範囲内で極めて迅速に増大することを必要とする。これは、Ｏリングの断面の直径に対してＯリング溝の正確な形状を形成し、ばね率が急激に増大することが必要とされる正確な時点にてＯリング材料が溝を充填するようにすることで実現することができる。ゴムの硬さは、最適化することのできるもう１つのパラメータである。
【００５２】
より低トルクにて生ずるかみ合い力を制限することが重要であり、それは、そのかみ合い力は、ギアボックスの作動に対し顕著な程度の静止摩擦を作用させ、効率及び路面の良好な感触の点で有害となるからである。２０Ｎのかみ合い力は、歯車にて測定したとき、０．４Ｎの摩擦を生じさせよう。この最大の許容可能値は、典型的に約０．５Ｎである。
【００５３】
関係する少なくとも小さい角度変位（＋／−０．１８°）に亙ってウォーム軸に対する回動中心として機能し得るようにするため、「Ｃ３」の隙間等級としてより大きいベアリングを指定することができる（すなわち、標準隙間が最大となるように選ぶ）。このことは、ベアリングが過度の摩擦及び磨耗を伴わずに必要な非整合状態にて作動することを許容する。ラフロードを直線状に運転するときに徽時々生ずる、ギアボックスのトルクの反転に起因してベアリングががたつくのを防止するため、ベアリングに９０Ｎにて軸方向に予負荷を加えることができる。この予負荷は、圧縮したコイルばね１６により、より小さいベアリングの外側レースに予負荷を加えることで軸を介して付与することができる。
【００５４】
ウォーム軸５とモータロータ３との間の接続は、隙間スプライン係合を介して行なわれる。この場合、雄型スプラインに雌型スプラインに対して横方向に負荷を加え、モータ駆動装置内にて全ての捩り可能な自由な遊びを無くすため、小さい板ばねが使用される。この構成は、ウォーム軸とモータロータとの間に僅かな程度の曲げコンプライアンスを許容し、従ってウォーム軸の所望の変位を許容する。
【００５５】
１つの代替的な実施の形態が図２及び図３に図示されており、可能である場合、多くの部品は、同一であるから、図１に図示した部品に対して同様の参照番号を使用する。
【００５６】
第二の実施の形態は、偏倚手段がＯリングシールではなくて、第一のベアリング手段の外面に作用する捩りバー１００を備える点にて第一の実施の形態と相違する。
【００５７】
捩りバー１００は、細長いＵ字形の形状に曲げた細長いバーを備えている。バーの各端部は約９０°の角度にて更に曲がっている。
バー１００の中央部分１０１は、ブッシュを通じてハウジング４の一部分にクランプ止めされており、このブッシュはバーがその軸線の周りで回転するのを許容する。バーの一端１０２は、ベアリング手段に作用する一方、その他端１０３は、ハウジング４と螺着可能に係合したボルト１０４に作用する。ボルト１０４を回すと、バーの関係した端部は変位し、他端はベアリング手段により動くのが防止されるため、バーに捩りを生じさせる。このように、ボルトを回すことにより、偏倚力を調節することができる。
【００５８】
勿論、ボルトは必須ではなく、偏倚力を変化させるその他の多数の方法を採用することができる。例えば、捩りバーの端部とベアリング手段又はハウジングの何れかの間にシムを差し込むことができる。また、本発明の範囲内で代替的なばね型式を採用することも考えられる。
【００５９】
このため、当業者は、歯車のがたつきを少なくとも部分的に防止し得るように所望の変位偏倚力の関係にて、入力軸を出力軸に向けて偏倚させる偏倚手段を設けることが本発明の内容であることが理解されう。
【００６０】
本発明の電力アシスト式ステアリング装置の第三の実施の形態が図４に図示されている。
この装置は、撓み継手によりモータロータ３から隔離された入力軸５の上にウォーム歯車が設けられる点にて以前の２つの装置と相違する。このウォーム歯車は、モータと反対側の軸５の端部を支持する第一のベアリング手段９に作用し得るように配置された板ばね２００を使用して歯車１１に対しても偏倚されている。
【００６１】
モータロータ３は、円筒状であり且つそれぞれのハブ３０、３１により各端部にて支持されている。第一のハブ３０は、ベアリングがその回転軸線上に配置された支持フレームを備えている。該ベアリングは、中心に設定したスタッド３２の上に滑り嵌めし、該スタッドは、モータハウジング４の一部を形成し且つロータの中心回転軸線上に配置されている。このように、スタッドはベアリングを貫通し、ギアボックスと反対側のモータの端部にてロータに対する支持体を提供する。
【００６２】
第二のハブ３１は、半径方向支持フレームと、中央に配置された一体のピン３３とを備えている。ピン３３は、ロータ３からギアボックスに向けて外方に突き出し且つ入力軸５の端部に形成されたカップ５１内に受け入れられ、ロータと入力軸５とが略軸方向に整合することを確実にする。
【００６３】
撓み継手５２が第二のハブ３１とカップ５１との間に存在している。この撓み継手５２は、１６個の半径方向駆動面５４を画定する周方向に隔たった同一の８つのアーム５３を有するゴムスパイダを備えている。
【００６４】
図６にて理解し得るように、第二のハブ３１は、可撓性のスパイダの対応するアームの間に係合する、ギアボックスに向けて突き出す４つの駆動歯又は止め部３１ａを有している。ウォーム歯車の軸によるカップ５１には、同様に、ロータに向けて軸方向に伸びる４つの歯又は止め部が同様に設けられており、これら歯又は止め部は、スパイダのアームの間にて残りの駆動面と係合する。このように、モータロータからの駆動力はスパイダを介してウォーム軸に接続される。
【００６５】
添付図面の図５及び図７により詳細に見ることのできる撓み継手を提供することは、モータロータ３の対応する動きを必要とせずに、入力軸５が動くことを許容し、これによりモータの作動寿命を長くすることができる。
【００６６】
小さいコイルばね５５がカップ内に設けられている。該コイルばねは、スペーサを介して第二のハブのピンの端部に作用し、モータロータをギアボックスから離れる方向に偏倚させる。入力軸５をロータに向けて偏倚させるため、ギアボックスのハウジングと第一のベアリング手段との間に第二のばね５６が設けられている。
【００６７】
板ばね２００は、添付図面の図７により詳細に見ることができる。該板ばねは、一端にてモータハウジングにボルト止めされ、２０２、ばねの内部から入力軸の軸線に対して平行である実質的に平坦な弾性要素を備えている。
【００６８】
板ばね２００の自由端２０１は、９０°曲げられ且つハウジングのオリフィスを通って伸びて、第一のベアリング手段９と係合する。このことは、歯車に向けて入力軸に力を付与することになる。板ばねの端部２０１におけるオーバ成形シールがオリフィスの壁と協働して該オリフィスを密封する。更に、カバーを除去しない限り、板ばねへのアクセスを防止するカバープレート３００が設けられている。
【００６９】
ウォーム歯車軸の自由端を支持する第一のベアリング手段がハウジング内に締まり嵌めするプラスチックガイド内に配置されている。このガイドは、歯車に半径方向に向け且つ歯車から離れる第一のベアリング手段の動きに対して０．７６ｍｍだけ過大な寸法とされているが、その方向へのベアリングの動きを規制し得るように直角（水平）方向に厳密な許容公差にて嵌まる。このように、このガイドは、第一のベアリング手段の１°の自由度のみを許容する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を具体化する電力アシスト式ステアリング装置の第一の実施の形態の部分切欠き図である。
【図２】  本発明を具体化する電力アシスト式ステアリング装置の第二の実施の形態の図である。
【図３】  捩りバーとハウジングに締結されたねじ付きボルトとの間の接続部を示す、図２の装置の代替的な図である。
【図４】  本発明を具体化する電力アシスト式ステアリング装置の第三の実施の形態の図である。
【図５】  モータロータの第二の支持ハブの詳細図である。
【図６】  可撓性のスパイダ要素の詳細図である。
【図７】  板ばね要素の平面図である。
【図１】
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【図２】
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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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