JP2008260471A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力軸１０の先端部とウォーム８の基端部との間に設けたトルク継手部２０に組み込んだ弾性部材２５、２６の剛性が、このトルク継手部２０で伝達されるトルクの大きさに応じて変化する構造を実現する。
【解決手段】スプライン孔１１ａとスプライン軸部１２ａとの係合に基づくトルク継手部２０は、上記トルクの伝達方向に関する剛性が低い低剛性伝達部２９と、同じくこの剛性が中間である中剛性伝達部２８と、同じくこの剛性が高い高剛性伝達部２７とを、軸方向に関して互いに直列に配置して成る。このうちの低剛性伝達部２９の、トルクの伝達方向に関する隙間の大きさを、上記高剛性伝達部２７の同方向の隙間よりも小さく、上記中剛性伝達部の同方向の隙間の大きさをその中間とする。
【選択図】図２

Description

この発明に係る電動式パワーステアリング装置は、自動車の操舵装置として利用するもので、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。本発明は、この様な電動式パワーステアリング装置を構成する減速機のウォーム軸の基端部と、上記電動モータの出力軸の先端部との接続部に設けるトルク継手部の特性を改良して、上記ステアリングホイールの操作感の向上を図るべく発明したものである。

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。

電動式パワーステアリング装置の構造は、各種知られているが、何れの構造の場合でも、ステアリングホイールの操作によって回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する回転軸に電動モータの補助動力を、減速機を介して付与する。この減速機として一般的には、ウォーム減速機が使用されている。ウォーム減速機を使用した電動式パワーステアリング装置の場合、上記電動モータにより回転駆動されるウォームと、上記回転軸と共に回転するウォームホイールとを噛合させて、上記電動モータの補助動力をこの回転軸に伝達自在とする。

例えば特許文献１には、図６〜７に示す様な電動式パワーステアリング装置が記載されている。ステアリングホイール１により所定方向に回転させられる、回転軸であるステアリングシャフト２の前端部は、ハウジング３の内側に回転自在に支持しており、この部分にウォームホイール４を固定している。又、このウォームホイール４と噛合するウォーム歯５をウォーム軸６の軸方向中間部に設け、電動モータ７により回転駆動されるウォーム８の両端部を、深溝型玉軸受等の１対の転がり軸受９ａ、９ｂにより、上記ハウジング３内に回転自在に支持している。

上記ウォーム８を上記電動モータ７の出力軸１０により回転駆動する為に、上記ウォーム軸６の基端部にスプライン孔１１を、このウォーム軸６の基端面に開口する状態で形成している。又、上記出力軸１０の先端部にスプライン軸部１２を形成している。そして、このスプライン軸部１２と上記スプライン孔１１とをスプライン係合させる事で、上記出力軸１０と上記ウォーム軸６とを、回転力の伝達を自在に結合している。

更に、図７に示した従来構造の場合、上記ウォームホイール４と上記ウォーム歯５との噛合部のバックラッシュをなくす為に、上記ウォーム軸６の先端部（図７の右端部）を上記ウォームホイール４に向け弾性的に押圧する様にしている。即ち、上記ウォーム軸６の先端部で先端側の転がり軸受９ａよりも突出した部分に押圧駒１３を外嵌し、この押圧駒１３と上記ハウジング３との間にコイルばね１４等の弾性部材を設けている。そして、このコイルばね１４により、上記押圧駒１３を介して、上記ウォーム歯５を上記ウォームホイール４に向け押圧している。この様な構成により、これらウォーム歯５とウォームホイール４との間のバックラッシュを抑え、上記電動モータ７の起動時や回転方向の変換時に、上記ウォームホイール４と上記ウォーム歯５との噛合部での歯打ち音の発生を抑えている。

上述の様な電動式パワーステアリング装置では、上記ウォームホイール４と上記ウォーム歯５との噛合部での歯打ち音の発生を抑えられるが、上記スプライン軸部１２と上記スプライン孔１１とのスプライン係合部での歯打ち音の発生は抑えられない。特に、このスプライン係合部には、或る程度隙間を設ける必要がある。この理由は、上記スプライン孔１１と上記スプライン軸部１２とをスプライン係合させる作業を容易に行なえる様にする必要上、更には上記ウォームホイール４と上記ウォーム歯５との間のバックラッシュを抑えるべく、上記ウォーム軸６の先端部を上記ウォームホイール４に向け揺動変位させる必要上である。この様な必要上設けられる、上記スプライン係合部の隙間に基づいて、上記電動モータ７の起動時や回転方向の変換時に、このスプライン係合部で、雄スプライン歯の側面と雌スプライン歯の側面との衝突に基づく、騒音や振動が発生する。

電動モータの出力軸とウォーム減速機のウォーム軸との間でトルクを伝達する為のトルク継手部で、歯打ち音と呼ばれる騒音や振動が発生する事を防止する為の構造として従来から、特許文献２〜５に記載された構造が知られている。図８は、このうちの特許文献２〜４に記載された、電動モータの出力軸とウォーム減速機のウォーム軸との間に設置するトルク継手部の構造を示している。この従来構造の場合には、互いの間でトルクを伝達すべき１対の回転軸１５ａ、１５ｂの互いに対向する端面に凹凸部１６ａ、１６ｂを形成し、これら両凹凸部１６ａ、１６ｂを、弾性部材１７を介して凹凸係合させる。金属材料製の上記両回転軸１５ａ、１５ｂに設けた、上記両凹凸部１６ａ、１６ｂの円周方向側面同士は、上記弾性部材１７を介して噛合するので、噛合部で歯打ち音の如き騒音や振動が発生する事はなくなる。尚、特許文献３には、上記弾性部材１７の形状を工夫する事により、この弾性部材１７の耐久性向上を図る為の構造が記載されている。又、特許文献４には、上記両凹凸部１６ａ、１６ｂ同士の間での上記弾性部材１７の締め代を、一部で残部よりも大きくする事で、この弾性部材１７の組み付け性を向上させる為の構造が記載されている。更に、特許文献５には、電動モータの出力軸とステアリングシャフトとを、１対の回転軸の端部同士を、１対の回転伝達部材及び中間介在部材を介して凹凸係合させる事で、上記出力軸から上記ステアリングシャフトに振動や衝撃が加わらない様にする構造が記載されている。

上述の様な特許文献２〜５に記載された従来構造の場合、上記両回転軸１５ａ、１５ｂ同士の間で伝達するトルクの大きさと、上記弾性部材１７の弾性変形量との関係が、ほぼ直線的になる。言い換えれば、この弾性部材１７の剛性（弾性）が、上記両回転軸１５ａ、１５ｂ同士の間で伝達するトルクの大きさに応じて変化する事はない。この為、上記弾性部材１７の剛性は、上記両回転軸１５ａ、１５ｂ同士の間で伝達するトルクの最大値に応じて規制する必要があり、上記剛性の値が相当に大きくならざるを得ない。この為、上記図８に示した様なトルク継手部の構造を、前述の図７に示した電動モータ７の出力軸１０の先端部とウォーム軸６の基端部とに組み込んだ場合に、トルク伝達に関する特性が、ステアリングホイールの操作感を良好にする面から好ましくないものになる。上記特許文献５に記載された発明の構造も、ほぼ同様の問題を生じる。この点に就いて、以下に説明する。

上記出力軸１０から上記ウォーム軸６に伝達するトルクが小さい場合、即ち、ステアリングホイール１を操作する為の操舵力を補助する為、ステアリングシャフト２（図６参照）に付与する補助力が小さくて済む場合には、この出力軸１０からこのウォーム軸６に、トルクが緩徐に伝達される事が好ましい。言い換えれば、この様な場合には、上記出力軸１０の回転が上記ウォーム軸６に、弾性部材による十分な緩衝作用を受けた状態で伝達される事が好ましい。これに対して、上記図８に示した様なトルク継手部の構造の場合、上記弾性部材１７の剛性を大きくせざるを得ない為、上記出力軸１０の回転が上記ウォーム軸６に、かなり直接的に（上記弾性部材１７による緩衝をあまり受けずに）伝達される。この結果、上記ステアリングホイール１を操作する運転者に違和感を与える。勿論、上記弾性部材１７の剛性を低く（軟らかく）すれば、この様な違和感をなくせる。但し、大きなトルクを伝達する際の、上記弾性部材１７の弾性変形量が過大になり、トルク伝達の遅れに伴う操舵感の悪化や、この弾性部材１７の耐久性の低下に繋がる為、上記弾性部材１７の剛性を低くする事は難しい。

特開２００４−３０６８９８号公報 特開２００２−１４５０８３号公報 特開２００５−２１２６２２号公報 特開２００５−２１２６２３号公報 特開２００６−１８３６７６号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、出力軸の先端部とウォームの基端部との間に設けたトルク継手部に組み込んだ弾性部材の剛性が、このトルク継手部で伝達されるトルクの大きさに応じて変化する構造を実現すべく発明したものである。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、ハウジングと、回転軸と、ウォームホイールと、ウォームと、電動モータと、トルク継手部とを備える。
このうちのハウジングは、固定の部分に支持されて回転する事がない。
又、上記回転軸は、このハウジングに対し回転自在に設けられて、ステアリングホイールの操作により回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する。尚、この様な回転軸としては、前述の図６に示したステアリングシャフト２の他、中間シャフト１８、ステアリングギヤユニット１９の入力軸（ピニオン軸）等が採用可能である。勿論、上記回転軸が何れであるかにより、上記ハウジングを支持する為の固定の部分は異なる。
又、上記ウォームホイールは、上記ハウジングの内部で上記回転軸の一部に、この回転軸と同心に支持されており、この回転軸と共に回転する。
又、上記ウォームは、ウォーム軸の軸方向中間部にウォーム歯を設けて成る。そして、このウォーム歯を上記ウォームホイールと噛合させた状態で、上記ウォーム軸の軸方向端部を、軸受により、上記ハウジングに対し回転自在に支持されている。
又、上記電動モータは、上記ウォームを回転駆動する為、その出力軸をこのウォームと同心に配置している。
又、上記トルク継手部は、上記出力軸の先端部と上記ウォームの基端部との間に設けられて、この出力軸からこのウォームへのトルクの伝達を自在としている。そして、上記トルク継手部は、駆動側凹凸部と、被駆動側凹凸部と、弾性部材とから成る。
このうちの駆動側凹凸部は、上記出力軸側にこの出力軸と同心に設けられて、この出力軸と共に回転する。
又、上記被駆動側凹凸部は、上記ウォーム側にこのウォームと同心に設けられて、上記駆動側凹凸部と上記トルクの伝達方向に関して凹凸係合し、このウォームと共に回転する。
又、上記弾性部材は、上記駆動側凹凸部と上記被駆動側凹凸部との間に、上記トルクの伝達方向に関して挟持されている。

特に、本発明の電動式パワーステアリング装置に於いては、上記駆動側凹凸部と上記被駆動側凹凸部との係合に基づく上記トルク継手部は、上記トルクの伝達方向に関する剛性が低い低剛性伝達部と、同じくこの剛性が高い高剛性伝達部とを、軸方向に関して互いに直列に配置して成る。又、このうちの低剛性伝達部の、上記トルクの伝達方向に関する隙間の大きさを、上記高剛性伝達部の同方向の隙間の大きさよりも小さくしている。

上述の様な本発明の電動式パワーステアリング装置を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、トルクの伝達方向に関する剛性が、低剛性伝達部と高剛性伝達部との中間である、中剛性伝達部を、軸方向に関してこれら低剛性伝達部及び高剛性伝達部と直列に配置する。そして、この中剛性伝達部の、上記トルクの伝達方向に関する隙間の大きさを、これら低剛性伝達部及び高剛性伝達部の同方向の隙間の中間の値とする。
尚、トルクの伝達方向に関する低剛性伝達部の隙間の大きさは、請求項３に記載した様に零にする事もできるし、或いは、請求項４に記載した様に、前記出力軸と上記ウォームとの間に存在する可能性のあるミスアライメントを補償できる（製造現場で許容できる最大のミスアライメントが発生した場合にも、円周方向の一部で隙間が消失せず、上記低剛性伝達部に存在する弾性部材が弾性的に圧縮されない）だけの小さな値とする事もできる。

上述の様な構成を有する本発明の電動式パワーステアリング装置によれば、出力軸の先端部とウォームの基端部との間に設けたトルク継手部の剛性を、このトルク継手部で伝達されるトルクの大きさに応じて変化させられる。具体的には、このトルクが小さい場合に上記剛性を低く抑えつつ、このトルクが大きい場合にこの剛性を高くできる。
即ち、本発明の構造によれば、このトルクが小さい場合には、低剛性伝達部及び高剛性伝達部のうちの低剛性伝達部のみが、このトルクを伝達する。この状態では、残りの高剛性伝達部には、未だ、トルクの伝達方向に関する隙間が存在する為、この高剛性伝達部がトルク伝達に供される事はない。この状態では、上記トルク継手部の剛性を低くできて、十分な緩衝作用を受けられる。この結果、出力軸からウォームに、トルクが緩徐に伝達される為、この出力軸の回転がこのウォーム軸に、直接的に伝達される事がなくなり、ステアリングホイールを操作する運転者に違和感を与える事がなくなる。

これに対して、上記トルクが大きくなると、このトルクの伝達方向に関する、上記低剛性伝達部の弾性変形量が増大し、上記高剛性伝達部の隙間が消失する。そして、それ以上のトルクを伝達する場合には、上記低剛性伝達部だけでなく、上記高剛性伝達部も、このトルクの伝達に供される。この為、上記トルク伝達に関する、上記トルク継手部の剛性を高くできる。この結果、トルク伝達の遅れに伴う操舵感の悪化を防止できる。又、この状態では、上記低剛性伝達部で伝達されるトルクの大きさは一定となり、この低剛性伝達部の弾性変形量がそれ以上大きくなる事はない為、この低剛性伝達部を構成する弾性部材の耐久性が低下する事を防止できる。
要するに、本発明によれば、トルク継手部で伝達するトルクが小さい場合にこのトルク継手部の剛性を低く抑えつつ、このトルクが大きい場合にこのトルク継手部の剛性を高くできる。この為、このトルク継手部の耐久性を確保しつつ、ステアリングホイールを操作する運転者に違和感を与える事を防止できる。

更に、請求項２に記載した発明の様に、低剛性伝達部及び高剛性伝達部に加えて中剛性伝達部を設ければ、上記出力軸と上記ウォームとの間で伝達されるトルクの変動に応じて、上記トルク継手部の剛性を３段階に変化させられる。この為、上記低剛性伝達部と上記高剛性伝達部とだけを設けて、上記トルク継手部の剛性を２段階だけ変化させる場合に比べて、トルク継手部の耐久性確保と、ステアリングホイールの操作感向上とを、より高次元で両立させられる。
トルクの伝達方向に関する低剛性伝達部の隙間に関しては、請求項３に記載した様に零にすれば、ステアリングホイールの操作感向上の面からは有利である。即ち、上記隙間を零にすれば、上記出力軸の起動直後から、この出力軸から上記ウォームへのトルク伝達が開始されるので、上記ステアリングホイールの操作開始直後から、電動モータによるアシスト力を得られ、上記操作感の向上を図れる。
これに対して、請求項４に記載した様に、上記隙間として、ミスアライメントを補償できるだけの、小さな正の値を設定すれば、出力軸とウォームとの間にミスアライメントが存在しても、上記低剛性伝達部に存在する弾性部材が弾性的に圧縮されない。この結果、上記ミスアライメントに基づいてトルク継手部で発生する伝達効率の低下（ロストルクの増大）を抑えられる。
上記隙間に関して、何れの値（零又は正の値）を採用するかは、発生し得るミスアライメントの大きさ、電動モータの出力、低剛性部に設置する弾性部材の弾力等に応じて設計的に選択する。

［実施の形態の第１例］
図１〜４は、請求項１、２、４に対応する、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の電動式パワーステアリング装置の特徴は、トルク継手部２０で伝達するトルクが小さい場合にこのトルク継手部２０の剛性を低く抑えつつ、このトルクが大きい場合にこのトルク継手部の剛性を高くすると共に、弾性部材の耐久性を確保すべく、この弾性部材が過度に押し潰される事を防止する為の構造にある。その他、電動式パワーステアリング装置全体の構造及び作用に就いては、前述した従来構造と同様であるから、この従来構造と同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。尚、前述の図６〜７と図１とで、ハウジング３に対する電動モータ７の取付方向が異なっているが、この点は、設置する自動車に応じ適宜設計的に変更するものであって、本発明の特徴部分とは関係がない。

本例の構造の場合には、図１〜２に示す様に、ウォーム軸６の基端部に、特許請求の範囲に記載した被駆動側凹凸部であるスプライン孔１１ａを、このウォーム軸６の基端面（図１〜２の左端面）に開口する状態で、このウォーム軸６と同心に形成している。又、上記電動モータ７の出力軸１０の先端部に、特許請求の範囲に記載した駆動側凹凸部であるスプライン軸部１２ａを、この出力軸１０と同心に形成している。そして、このスプライン軸部１２ａと上記スプライン孔１１ａとを、特許請求の範囲に記載した凹凸係合であるスプライン係合させる事で、上記出力軸１０と上記ウォーム軸６とを、回転力の伝達を可能に結合している。但し、上記スプライン軸部１２ａの外周面に形成した雄スプライン歯のピッチ、並びに、上記スプライン孔１１ａの内周面に形成した雌スプライン歯のピッチは、通常のスプライン歯のピッチよりも粗くしている。図示の例では、これら各スプライン歯の中心角ピッチを、それぞれ６０度としている。又、上記両軸１２ａ、６の中心軸に直交する仮想平面に関する、上記各スプライン歯の断面形状は、略等脚台形としている。

上記スプライン孔１１ａと上記スプライン軸部１２ａとのうち、スプライン孔１１ａの（中心軸に直交する仮想平面に関する）内周面の断面形状、及び、断面積（この断面形状により周囲を囲まれる部分の面積）に関しては、トルク継手部２０の全長に亙り同じである（変化していない）。又、上記スプライン孔１１ａの内周面は、上記トルク継手部２０の全長に亙り、上記ウォーム軸６を構成する金属材が露出している。従って、上記スプライン孔１１ａの内周面に関しては、上記トルク継手部２０の全長に亙り、十分に大きな剛性を確保している。

これに対して、上記スプライン軸部１２ａの外周面に関しては、基端部（図１〜２の左端部）から先端部（図１〜２の右端部）に向けて、断面積（中心軸に直交する仮想平面に関して、外周面の断面形状により周囲を囲まれる部分の面積）を３段階に変化させると共に、材質に関しても、基端部と、中間部乃至先端部とで異ならせている。即ち、上記スプライン軸部１２ａの軸方向に関して、基端部に高剛性スプライン軸部２１を、中間部に中剛性スプライン軸部２２を、先端部に低剛性スプライン軸部２３を、それぞれ設けている。これら各スプライン軸部２１〜２３の断面積に関しては、基端部に設けた高剛性スプライン軸部２１から先端部に設けた低剛性スプライン軸部２３に向かう程大きくしている（高剛性スプライン軸部２１の断面積＜中剛性スプライン軸部２２の断面積＜低剛性スプライン軸部２３の断面積）。

尚、上記各スプライン軸部２１〜２３は、断面積が異なるが、外周面の形状に関しては、相似形としている。従って、上記スプライン孔１１ａと上記スプライン軸部１２ａとを中立位置にした（雄スプライン、雌スプライン各歯の山部の位相を半ピッチ分ずらせた＝雄スプライン、雌スプライン各歯の山部の位相と谷部の位相とを一致させた）状態で、円周方向（トルクの伝達方向）に関して存在する隙間の大きさは、上記各スプライン軸部２１〜２３同士、互いに異なる。具体的には、図４に示す様に、高剛性スプライン軸部２１に関する円周方向隙間の厚さδ_H が最も大きく、中剛性スプライン軸部２２に関する円周方向隙間の厚さδ_M がそれに続き、低剛性スプライン軸部２３の円周方向隙間の厚さδ_S が最も小さく（δ_H ＞δ_M ＞δ_S ＞０）なっている。

又、上記各スプライン軸部２１〜２３の外周面の材質に関しては、基端部に設けた高剛性スプライン軸部２１の外周面を金属製（一般的には、炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄系合金製）としている。これに対して、中間部に設けた中剛性スプライン軸部２２、及び、先端部に設けた低剛性スプライン軸部２３の外周面は、弾性材製としている。これら中剛性、低剛性、両スプライン軸部２２、２３の外周面を覆う弾性材としては、ニトリルゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム、或いはポリウレタンの如きエラストマー、合成樹脂等を使用する。

上述の様な、上記各スプライン軸部２１〜２３を構成する為に本例の場合には、上記高剛性スプライン軸部２１に関しては、上記スプライン軸部１２ａと一体に形成する事で、この高剛性スプライン軸部２１の（中心部から外周面に至る）全体を、金属製としている。これに対して、上記中剛性、低剛性、両スプライン軸部２２、２３は、上記スプライン軸部１２ａのうちで上記高剛性スプライン軸部２１よりも先端側に突出した支持軸部２４に、上述の様な弾性材を外嵌支持する事で構成している。このうち、支持軸部２４の基半部には、上記中剛性スプライン軸部２２を構成する為の中剛性側弾性部材２５を、同じく先半部には、上記低剛性スプライン軸部２３を構成する低剛性側弾性部材２６を、それぞれ外嵌支持している。上記支持軸部２４の外周面、及び、これら両弾性部材２５、２６の内周面の断面形状は、これら支持軸部２４と弾性部材２５、２６との間でトルクの伝達が可能な様に、非円形（例えば四角形、より好ましくは、上記スプライン軸部１２ａの外周面と相似である六つ星形等）に形成している。上記両弾性部材２５、２６は、それぞれ上記支持軸部２４に締り嵌めで外嵌する事で、上記スプライン軸部１２ａに、トルクの伝達を可能に支持している。

本例の場合、上記中剛性側弾性部材２５の径方向に関する厚さ寸法Ｔ₂₅を、上記低剛性側弾性部材２６の同方向の厚さ寸法Ｔ₂₆よりも小さく（Ｔ₂₅＜Ｔ₂₆）している。従って、これら両弾性部材２５、２６の材質（硬度）を同じとしても、上記中剛性スプライン軸部２２の剛性が、上記低剛性スプライン軸部２３の剛性よりも高くなる。但し、上記厚さ寸法Ｔ₂₅、Ｔ₂₆の相違のみでは、これら両スプライン軸部２２、２３の剛性の差を十分に出せない場合には、上記両弾性部材２５、２６の材質（硬度）を異ならせても良い。何れにしても、上記高剛性スプライン軸部２１と前記スプライン孔１１ａとのスプライン係合部が、円周方向隙間の厚さδ_H が最も大きい、高剛性伝達部２７を構成する。又、上記中剛性スプライン軸部２２と上記スプライン孔１１ａとのスプライン係合部が、円周方向隙間の厚さδ_M が中間である、中剛性伝達部２８を構成する。更に、上記低剛性スプライン軸部２３と上記スプライン孔１１ａとのスプライン係合部が、円周方向隙間の厚さδ_S が最も小さい低剛性伝達部２９を構成する。

上述の様な構成を有する本例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７からステアリングシャフト２（図６参照）に補助動力を付与すべく、この電動モータ７の出力軸１０により、前記ウォーム軸６を回転駆動する。この際、上記補助動力の大きさに応じて、上記低剛性伝達部２９と、上記中剛性伝達部２８と、上記高剛性伝達部２７とのうちの１以上の伝達部を介して、上記ウォーム軸６を回転駆動する。又、上記補助動力が小さい状態から大きい状態に変化する場合には、その程度に応じて、上記各伝達部２９、２８、２７のうちの何れの部分を介して上記ウォーム軸６を回転駆動するかを異ならせる。

先ず、上記補助動力が最も小さい場合には、上記各伝達部２９、２８、２７のうちの低剛性伝達部２９のみで、上記出力軸１０から上記ウォーム軸６にトルクを伝達する。即ち、この場合には、上記最も小さい、厚さがδ_S である円周方向隙間が消失（上記スプライン孔１１ａの内周面に形成した雌スプライン歯の円周方向側面と、前記低剛性側弾性部材２６の外周面に形成した雄スプライン歯の円周方向側面とが当接）し、上記低剛性伝達部２９が上記トルクを伝達する。この状態では、上記スプライン孔１１ａの内周面と、前記中剛性側弾性部材２５の外周面及び前記高剛性スプライン軸部２１の外周面との間には、全周に亙り（トルクの伝達方向に関して後側は勿論、前側に関しても）隙間が介在したままとなる。上記低剛性側弾性部材２６の剛性は低い為、上記出力軸１０から上記ウォーム軸６に、図５のａ範囲に示す様に、トルクが緩徐に伝達される。即ち、ステアリングホイール１を操作する為の操舵力を補助する為、ステアリングシャフト２（図６参照）に付与する補助力が小さくて済む場合には、上記出力軸１０の回転が上記ウォーム軸６に、弾性部材による十分な緩衝作用を受けた状態で伝達される。従って、前記電動モータ７への通電開始時に、上記出力軸１０の起動トルクが上記ウォーム軸６に、直接的に（いきなり）伝達される事が防止される。この為、上記ステアリングホイール１を操作する運転者に違和感を与える事を防止できる。

これに対して、上記補助動力が少し大きくなると、上記最も小さい、厚さがδ_S である円周方向隙間だけでなく、中程度の厚さδ_M の円周方向隙間もが消失し、上記低剛性伝達部２９に加えて、上記中剛性伝達部２８も上記トルクを伝達する。この状態でも、上記スプライン孔１１ａの内周面と、上記高剛性スプライン軸部２１の外周面との間には、全周に亙り隙間が介在したままとなる。この結果、図５のｂ範囲に示す様に、上記少し大きめの補助動力を、上記出力軸１０から上記ウォーム軸６に、確実に伝達して、上記ステアリングホイール１を回転させる為に必要となる操舵力を、適切に軽減できる。

又、上記補助動力が更に大きくなると、上記最も小さい、厚さがδ_S である円周方向隙間、上記中程度の厚さδ_M の円周方向隙間に加えて、前記最も大きい厚さがδ_H である円周方向隙間迄もが消失し、前記高剛性伝達部２７が、上記低剛性伝達部２９及び上記中剛性伝達部２８により伝達し切れないトルクを伝達する。従って上記ウォーム軸６は上記出力軸１０により、図５のｃ範囲に示す様に、十分に大きなトルクにより回転駆動される。

上記補助動力が大きくなる過程で、上記高剛性伝達部２７を構成する、前記高剛性スプライン軸部２１の外周面に形成した雄スプライン歯と、上記スプライン孔１１ａの内周面に形成した雌スプライン歯とが衝突するが、この衝突は、低剛性伝達部２９を構成する低剛性側弾性部材２６及び上記中剛性伝達部２８を構成する中剛性側弾性部材２５の弾性に抗しつつ（これら両弾性部材２６、２５が上記両スプライン歯同士の動きを或る程度緩衝した後に）行なわれるので、緩徐に行なわれる。従って、上記補助動力の伝達方向が逆転する様な場合、或いは悪路走行等に伴って振動が加わる様な場合にも、上記高剛性スプライン軸部２１と上記スプライン孔１１ａとのスプライン係合部で、歯打ち音等の耳障りな騒音や振動が発生する事はない。又、大きな補助動力を伝達する場合にも、上記両弾性部材２６、２５を介して伝達する補助動力は限られた値である為、これら両弾性部材２６、２５が過度に弾性変形する事はなく、これら両弾性部材２６、２５の耐久性が損なわれる事はない。

又、本例の構造は、上記ウォーム軸６の基端部をハウジング３に対し回転自在に支持する為の転がり軸受９ｂの内径側に設置できる等、小型且つ軽量に構成できる。又、上記ウォーム軸６の基端部と上記出力軸１０の先端部とを結合する作業は、上記両弾性部材２６、２５を上記スプライン孔１１ａ内に挿入する事で、容易に行なえる。更に、上記ウォーム軸６の基端部と上記出力軸１０とは、前記トルク継手部２０の内部に存在する隙間により、相対変位を可能に結合している。従って、上記ウォーム軸６と出力軸１０との位置関係が、トルク伝達に基づく弾性変形、摩耗、温度変化、吸水等により多少変化した場合でも、上記トルク継手部２０の内部に存在する隙間部分での変位に基づいて、この変化を吸収（補償）できる。この為、上記位置関係が多少変化しても、上記ウォーム軸６の基端部と上記出力軸１０との結合部で、コジリが発生する事はなく、コジリに基づく伝達効率の低下や耐久性の低下を招く事はない。尚、上記スプライン孔１１ａの内周面と前記スプライン軸部１２ａとの係合部にグリースを介在させれば、この係合部の作動をより滑らかにして、上記コジリの防止に加えて、前記歯打ち音等の異音や振動の発生をより確実に防止できる。
尚、図示の例とは逆に、出力軸の側にスプライン孔を、ウォーム軸の側にスプライン軸を、それぞれ設ける事もできる。

本発明の実施の形態の１例を示す、図６の拡大Ａ−Ａ断面に相当する図。 図１のＢ部拡大断面図。 図２のＣ−Ｃ断面図。 図３のＤ部拡大図。 電動モータの出力軸とウォーム軸との間の、捩れ角と伝達トルクの大きさとの関係を示す線図。 従来構造の第１例を示す、電動式パワーステアリング装置の全体構成の部分切断側面図。 図６の拡大Ａ−Ａ断面図。 従来構造の第２例を示す、継手部の分解斜視図。

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 ハウジング
４ ウォームホイール
５ ウォーム歯
６ ウォーム軸
７ 電動モータ
８ ウォーム
９ａ、９ｂ 転がり軸受
１０ 出力軸
１１、１１ａ スプライン孔
１２、１２ａ スプライン軸部
１３ 押圧駒
１４ コイルばね
１５ａ、１５ｂ 回転軸
１６ａ、１６ｂ 凹凸部
１７ 弾性部材
１８ 中間シャフト
１９ ステアリングギヤユニット
２０ トルク継手部
２１ 高剛性スプライン軸部
２２ 中剛性スプライン軸部
２３ 低剛性スプライン軸部
２４ 支持軸部
２５ 中剛性側弾性部材
２６ 低剛性側弾性部材
２７ 高剛性伝達部
２８ 中剛性伝達部
２９ 低剛性伝達部

Claims (4)

1. 固定の部分に支持されて回転する事のないハウジングと、このハウジングに対し回転自在に設けられて、ステアリングホイールの操作により回転させられ、回転に伴って操舵輪に舵角を付与する回転軸と、上記ハウジングの内部でこの回転軸の一部に、この回転軸と同心に支持されて、この回転軸と共に回転するウォームホイールと、ウォーム軸の軸方向中間部にウォーム歯を設けて成り、このウォーム歯を上記ウォームホイールと噛合させた状態で、上記ウォーム軸の軸方向端部を軸受により上記ハウジングに対し回転自在に支持されたウォームと、上記ウォームを回転駆動する為、その出力軸をこのウォームと同心に配置した電動モータと、これら出力軸の先端部とウォームの基端部との間に設けられて、この出力軸からこのウォームへのトルクの伝達を自在としたトルク継手部とを備え、このトルク継手部は、上記出力軸側にこの出力軸と同心に設けられてこの出力軸と共に回転する駆動側凹凸部と、上記ウォーム側にこのウォームと同心に設けられてこの駆動側凹凸部と上記トルクの伝達方向に関して凹凸係合し、このウォームと共に回転する被駆動側凹凸部と、この被駆動側凹凸部と上記駆動側凹凸部との間に上記トルクの伝達方向に関して挟持された弾性部材とから成るものである電動式パワーステアリング装置に於いて、上記被駆動側凹凸部と上記駆動側凹凸部との係合に基づく上記トルク継手部は、上記トルクの伝達方向に関する剛性が低い低剛性伝達部と、同じくこの剛性が高い高剛性伝達部とを、軸方向に関して互いに直列に配置し、このうちの低剛性伝達部の、上記トルクの伝達方向に関する隙間の大きさを、上記高剛性伝達部の同方向の隙間の大きさよりも小さくしている事を特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. トルクの伝達方向に関する剛性が、低剛性伝達部と高剛性伝達部との中間である、中剛性伝達部を、軸方向に関してこれら低剛性伝達部及び高剛性伝達部と直列に配置し、この中剛性伝達部の、上記トルクの伝達方向に関する隙間の大きさを、これら低剛性伝達部及び高剛性伝達部の同方向の隙間の大きさの中間の値とした、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置。
3. トルクの伝達方向に関する低剛性伝達部の隙間を零とした、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した電動式パワーステアリング装置。
4. トルクの伝達方向に関する低剛性伝達部の隙間の大きさを、出力軸とウォームとの間に存在する可能性のあるミスアライメントを補償できるだけの小さな値とした、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した電動式パワーステアリング装置。

Images