JP2007182108A - 電動式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化があっても、送りねじとナットの互いに螺合するねじ山のフランク面の食い付きが回避され、送りねじとナットとの間の摩擦トルクの変動が小さい電動式ステアリング装置を提供する。
【解決手段】送りねじ７１は、そのねじ山７１２の山頂７１２Ａと谷底７１２Ｂを連絡するフランク面７１２Ｃが、凸面に形成されている。ナット７３は、そのねじ山７３１の山頂７３１Ａと谷底７３１Ｂを連絡するフランク面７３１Ｃが、平面に形成されている。従って、送りねじ７１のフランク面７１２Ｃと、ナット７３のフランク面７３１Ｃとの接触が線接触となるため、フランク面７１２Ｃとフランク面７３１Ｃとの間に隙間７６が形成される。従って、温度変化が起きて、フランク面７１２Ｃ、フランク面７３１Ｃが熱変形しても、隙間７６がフランク面７１２Ｃ、フランク面７３１Ｃの熱変形を吸収する。
【選択図】図６

Description

本発明は電動式ステアリング装置、特に、ステアリングホイールのチルト位置、または、テレスコピック位置を、電動モータにより調整することができる電動式ステアリング装置に関する。

運転者の体格や運転姿勢に応じて、ステアリングホイールのチルト位置やテレスコピック位置を調整する必要があり、このチルト位置、または、テレスコピック位置の調整を、電動モータの回転で送りねじを回転させ、この送りねじに螺合するナットを直進移動させて行う電動式ステアリング装置がある。

このような電動式ステアリング装置に使用される従来の送りねじ機構は、図９に示すような構造を有している。図９は、従来の送りねじとナットとの螺合部の要部拡大断面図である。

すなわち、図９に示すように、送りねじ７１は、そのねじ山７１１の山頂７１１Ａと谷底７１１Ｂを連絡する面であるフランク面７１１Ｃが、平面に形成されている。また、送りねじ７１に螺合するナット７３も、そのねじ山７３１の山頂７３１Ａと谷底７３１Ｂを連絡する面であるフランク面７３１Ｃが、平面に形成されている。

従って、送りねじ７１のフランク面７１１Ｃと、ナット７３のフランク面７３１Ｃとの接触が面接触となるため、温度変化が起きて、フランク面７１１Ｃ、フランク面７３１Ｃが熱変形すると、フランク面７１１Ｃとフランク面７３１Ｃが互いに食い付いてしまう。

その結果、送りねじ７１とナット７３との間の摩擦トルクが増大するため、円滑なテレスコピック位置調整やチルト位置調整を行うことができなくなる。特に、送りねじ７１を金属製にし、ナット７３を合成樹脂製にして、螺合部の摩擦係数を小さくした送りねじ機構の場合には、温度変化による熱変形量が送りねじ７１とナット７３で異なるため、食い付きが大きくなり、摩擦トルクの増大が大きくなる傾向があった。

このような、温度変化によって生じる摩擦トルクの変動を抑制する送りねじ機構を有する電動式ステアリング装置として、特許文献１に開示された電動式ステアリング装置がある。特許文献１の電動式ステアリング装置は、押し付け部材をスプリングの付勢力で送りねじ外周に当接させることで、温度変化があっても、送りねじとナットとの間のバックラッシュを除去して、送りねじとナットとの間の摩擦トルクを一定に維持するようにしている。

しかしながら、特許文献１に開示された電動式ステアリング装置では、構造が複雑で部品点数が多くなるため、製造コストが上昇すると共に、送りねじとナットとの間の剛性が低下する問題点があった。

特開２０００−２８０９１６号公報

本発明は、構造が簡単で、温度変化があっても、送りねじとナットの互いに螺合するねじ山のフランク面の食い付きが回避され、送りねじとナットとの間の摩擦トルクの変動が小さく抑えられる電動式ステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、車体後方側にステアリングホイールが装着されるステアリングシャフト、車体取付けブラケットを介して車体に取り付けられ、上記ステアリングシャフトを回転可能に軸支するとともに、チルト中心軸を支点とするチルト位置調整、または、上記ステアリングシャフトの中心軸線に沿ったテレスコピック位置調整が可能なコラム、上記コラムまたは車体取付けブラケットに設けられた電動アクチュエータ、上記電動アクチュエータによって駆動され、互いに螺合する送りねじとナットの相対移動で、上記コラムのチルト運動、または、テレスコピック運動を行う送り機構を備え、上記送りねじまたはナットの少なくともいずれか一方のねじ山のフランク面が凸面に形成されていることを特徴とする電動式ステアリング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の発明の電動式ステアリング装置において、上記送りねじのねじ山のフランク面が凸面に形成され、上記ナットのねじ山のフランク面が平面に形成されていることを特徴とする電動式ステアリング装置である。

第３番目の発明は、第１番目の発明の電動式ステアリング装置において、上記ナットのねじ山のフランク面が凸面に形成され、上記送りねじのねじ山のフランク面が平面に形成されていることを特徴とする電動式ステアリング装置である。

第４番目の発明は、第１番目の発明の電動式ステアリング装置において、上記ナット及び送りねじのねじ山のフランク面が両方共に凸面に形成されていることを特徴とする電動式ステアリング装置である。

第５番目の発明は、第１番目から第４番目までのいずれかの発明の電動式ステアリング装置において、上記凸面が円弧であることを特徴とする電動式ステアリング装置である。

第６番目の発明は、第１番目から第４番目までのいずれかの発明の電動式ステアリング装置において、上記凸面がインボリュート曲線であることを特徴とする電動式ステアリング装置である。

本発明の電動式ステアリング装置では、送りねじまたはナットの少なくともいずれか一方のねじ山のフランク面を凸面に形成しているため、フランク面の接触部が線接触となり、互いに接触するフランク面の間に隙間が形成される。従って、部品点数が増加せず、温度変化が起きて、フランク面が熱変形しても、隙間がフランク面の熱変形を吸収するため、フランク面の食い付きが回避され、送りねじとナットとの間の摩擦トルクの変動が小さく抑えられる。

図１は、本発明の電動式ステアリング装置１を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。図１に示すように、電動式ステアリング装置１は、ステアリングシャフト２を回動自在に軸支している。ステアリングシャフト２には、その右端（車体後方側）にステアリングホイール３が装着され、ステアリングシャフト２の左端（車体前方側）には、ユニバーサルジョイント１０１を介してロアーシャフト１０２が連結されている。

ロアーシャフト１０２には、その左端にユニバーサルジョイント１０３が連結され、ユニバーサルジョイント１０３には、ラックアンドピニオン機構等からなるステアリングギヤ１０４が連結されている。

運転者がステアリングホイール３を回転操作すると、ステアリングシャフト２、ユニバーサルジョイント１０１、ロアーシャフト１０２、ユニバーサルジョイント１０３を介して、その回転力がステアリングギヤ１０４に伝達され、ラックアンドピニオン機構を介して、タイロッド１０５を移動し、車輪の操舵角を変えることができる。

図２は、ステアリングホイール３のチルト位置調整を電動モータで行う電動チルト式ステアリング装置を示す一部断面を含む要部概略構成図である。図３は図２のＡ−Ａ断面図である。

図２の左側（車体前方側）には、Ｔ字状の下部車体取付けブラケット５１の上部に形成された取付け部５１１が、車体５３に固定されており、取付け部５１１からピボット部５１２が下方に延びている。コラム４の左端は、ピボット部５１２に軸支されたピボットピン５１３を支点として、下部車体取付けブラケット５１に揺動可能に支持されている。

図２の右側（車体後方側）には、Ｌ字状の上部車体取付けブラケット５２の上部に形成された取付け部５２１が、車体５３に固定されており、取付け部５２１からコラム支持部５２２が下方に延びている。コラム支持部５２２には、図３に示すように、上下に長い長孔５２３が形成されており、円筒形のコラム４の右端が、この長孔５２３を貫通して右側に延び、チルト位置調整時に、コラム４の右端が長孔５２３内を上下方向に自由に移動可能である。コラム４には、ステアリングシャフト２が回動自在に軸支され、ステアリングシャフト２には、その右端（車体後方側）にステアリングホイール３が装着されている。

コラム４の左側面にはコの字状のブラケット４１が一体的に形成され、このブラケット４１に、電動アクチュエータとしての電動モータ６１が固定されている。また、ブラケット４１の上軸支部４１Ａと下軸支部４１Ｂには、図示しないころがり軸受を介して、送りねじ７１の上下両端が各々軸支されている。

電動モータ６１の出力軸６１１には、ウォームギヤ６２が一体的に形成され、送りねじ７１に固定されたウォームホイール７２がウォームギヤ６２に噛み合っている。ウォームホイール７２とウォームギヤ６２で減速機構が構成され、電動モータ６１の回転が送りねじ７１に減速して伝達される。

送りねじ７１には、送りねじ７１の回転を直線運動に変換するナット７３が螺合している。送りねじ７１とナット７３で構成される送り機構は、送りねじ７１の回転をナット７３の直線運動に変換する送り機構である。

ナット７３には図２の右側に、球面状の突起を有するボール７４が一体的に形成されている。コラム支持部５２２の左端面５２２Ａ（図２から見て）には円筒状のスリーブ７５が一体的に形成され、ボール７４の外周がスリーブ７５の内周７５Ａに摺動可能に嵌入することで、球面継手を構成している。

ステアリングホイール３のチルト位置を調整する必要が生じた場合、図示しないスイッチを操作すると、電動モータ６１が正逆いずれかの方向に回転駆動される。すると、電動モータ６１の回転が、ウォームギヤ６２からウォームホイール７２に減速して伝達され、ウォームホイール７２と一体の送りねじ７１が回転することにより、例えば、ナット７３が送りねじ７１に沿って軸方向に下降する。

すると、ナット７３と一体のボール７４もコラム４に対して下降し、ボール７４がスリーブ７５に嵌合しているため、コラム４が上方にチルト移動する。また、ボール７４が上昇した場合には、コラム４は下方にチルト移動する。コラム４がチルト移動すると、ボール７４はスリーブ７５の内周７５Ａ内で、自由に回転及び摺動するため、コラム４のチルト移動を阻害したり、ボール７４とスリーブ７５との間に、不要な応力や摩擦を生じさせることがない。

上記した電動チルト式ステアリング装置では、コラム４に電動モータ６１が固定されているが、上部車体取付けブラケット５２側に電動モータ６１、送りねじ７１、ナット７３を取り付け、コラム４側に円筒状のスリーブ７５を取り付けるようにしてもよい。

また、上記した電動チルト式ステアリング装置では、送りねじ７１を回転させてナット７３の直線運動に変換しているが、ウォームホイール７２の内周に形成した雌ねじを送りねじ７１に螺合させ、ナット７３を送りねじ７１に固定して、ウォームホイール７２の回転で送りねじ７１を直線運動させ、ボール７４をコラム４に対して上昇下降させて、ステアリングホイール３のチルト位置調整を行うようにしてもよい。

図４は、ステアリングホイール３のテレスコピック位置調整を電動モータで行う電動テレスコピック式ステアリング装置を示す一部断面を含む要部概略構成図である。図５は図４の下面図である。

中空円筒状のアウターコラム４２には、インナーコラム４３が軸方向（図４の左右方向）にテレスコピック摺動可能に嵌合している。アウターコラム４２の下部には、矩形形状の開口部４５が形成され、この開口部４５を通して、インナーコラム４３に固定したスリーブ７５が、下向きに外方に突出している。開口部４５は、テレスコピック位置調整時にスリーブ７５の外周が開口部４５の前端４５Ａ、後端４５Ｂに当接することで、ストッパとしての機能を果たし、また、インナーコラム４３の回転方向の回り止めの機能も果たしている。

インナーコラム４３には、ステアリングシャフト２が回動自在に軸支され、ステアリングシャフト２には、その右端（車体後方側）にステアリングホイール３が装着されている。アウターコラム４２の下面には、開口部４５を挟んで前後に、前軸支部４４Ａ、後軸支部４４Ｂが下向きに突出して一体に形成され、図示しないころがり軸受を介して、送りねじ７１の前後両端が各々軸支されている。また、アウターコラム４２の側面には、電動モータ６１が固定されている。

電動モータ６１の出力軸６１１には、ウォームギヤ６２が一体的に形成され、送りねじ７１に固定されたウォームホイール７２がウォームギヤ６２に噛み合っている。ウォームホイール７２とウォームギヤ６２で減速機構が構成され、電動モータ６１の回転が送りねじ７１に減速して伝達される。

送りねじ７１には、送りねじ７１の回転を直線運動に変換するナット７３が螺合している。ナット７３には、上方に球面状の突起を有するボール７４が一体的に形成されており、ボール７４の外周が上記スリーブ７５の内周７５Ａに摺動可能に嵌入することで、球面継手を構成している。

ステアリングホイール３のテレスコピック位置を調整する必要が生じた場合、図示しないスイッチを操作すると、電動モータ６１が正逆いずれかの方向に回転駆動される。すると、電動モータ６１の回転が、ウォームギヤ６２からウォームホイール７２に減速して伝達され、ウォームホイール７２と一体の送りねじ７１が回転することにより、例えば、ナット７３が送りねじ７１に沿って、左方向（車体前方側）に移動する。

すると、ナット７３と一体のボール７４も左方向に移動し、ボール７４がスリーブ７５に嵌合しているため、インナーコラム４３が左方向にテレスコピック移動する。また、ボール７４が右方向（車体後方側）に移動した場合には、インナーコラム４３は右方向にテレスコピック移動する。インナーコラム４３がテレスコピック移動すると、ボール７４はスリーブ７５の内周７５Ａ内で、自由に回転及び摺動するため、インナーコラム４３のテレスコピック移動を阻害したり、ボール７４とスリーブ７５との間に、不要な応力や摩擦を生じさせることがない。

上記した電動テレスコピック式ステアリング装置では、送りねじ７１を回転させてナット７３の直線運動に変換しているが、ウォームホイール７２の内周に形成した雌ねじを送りねじ７１に螺合させ、ナット７３を送りねじ７１に固定して、ウォームホイール７２の回転で送りねじ７１を直線運動させ、ボール７４を車体前後方向に移動させて、ステアリングホイール３のテレスコピック位置調整を行うようにしてもよい。

次に、送りねじ７１とナット７３との螺合部のねじ山の詳細な形状について説明する。

図６は、本発明の実施例１の送りねじ７１とナット７３との螺合部の要部拡大断面図である。実施例１は、送りねじ７１のフランク面を凸面にし、ナット７３のフランク面を平面にした例である。すなわち、図６に示すように、送りねじ７１は、そのねじ山７１２の山頂７１２Ａと谷底７１２Ｂを連絡する面であるフランク面７１２Ｃが、凸面に形成されている。

フランク面７１２Ｃの凸面の形状は、円弧、または、インボリュート曲線等、任意の凸面形状であればよい。また、ナット７３は、そのねじ山７３１の山頂７３１Ａと谷底７３１Ｂを連絡する面であるフランク面７３１Ｃが、平面に形成されている。送りねじ７１はＳ４５Ｃ等の鉄鋼材料で成形され、ナット７３は銅、黄銅、青銅等の硬度の小さな金属や合成樹脂で成形されている。

この構成によって、送りねじ７１のフランク面７１２Ｃと、ナット７３のフランク面７３１Ｃとの接触が線接触となるため、フランク面７１２Ｃとフランク面７３１Ｃとの間に隙間７６、７６が形成される。従って、温度変化が起きて、フランク面７１２Ｃ、フランク面７３１Ｃが熱変形しても、隙間７６、７６がフランク面７１２Ｃ、フランク面７３１Ｃの熱変形を吸収する。

そのため、ランク面７１２Ｃとフランク面７３１Ｃとの食い付きが回避され、温度変化が起きても、送りねじ７１とナット７３との間の摩擦トルクの変動が小さくなり、円滑なテレスコピック位置調整やチルト位置調整を行うことが可能となる。

次に本発明の実施例２を説明する。図７は、本発明の実施例２の送りねじ７１とナット７３との螺合部の要部拡大断面図である。実施例２は、送りねじ７１のフランク面を平面にし、ナット７３のフランク面を凸面にした例である。すなわち、図７に示すように、送りねじ７１は、そのねじ山７１１の山頂７１１Ａと谷底７１１Ｂを連絡する面であるフランク面７１１Ｃが、凸面に形成されている。また、ナット７３は、そのねじ山７３２の山頂７３２Ａと谷底７３２Ｂを連絡する面であるフランク面７３２Ｃが、平面に形成されている。

この構成によって、送りねじ７１のフランク面７１１Ｃと、ナット７３のフランク面７３２Ｃとの接触が線接触となるため、フランク面７１１Ｃとフランク面７３２Ｃとの間に隙間７７、７７が形成される。従って、温度変化が起きて、フランク面７１１Ｃ、フランク面７３２Ｃが熱変形しても、隙間７７、７７がフランク面７１１Ｃ、フランク面７３２Ｃの熱変形を吸収する。

そのため、実施例１と同様に、温度変化が起きても、ランク面７１１Ｃとフランク面７３２Ｃとの食い付きが回避され、送りねじ７１とナット７３との間の摩擦トルクの変動が小さくなり、円滑なテレスコピック位置調整やチルト位置調整を行うことが可能となる。

次に本発明の実施例３を説明する。図８は、本発明の実施例３の送りねじ７１とナット７３との螺合部の要部拡大断面図である。実施例３は、送りねじ７１のフランク面とナット７３のフランク面の両方を凸面にした例である。すなわち、図８に示すように、送りねじ７１は、そのねじ山７１２の山頂７１２Ａと谷底７１２Ｂを連絡する面であるフランク面７１２Ｃが、凸面に形成されている。また、ナット７３は、そのねじ山７３２の山頂７３２Ａと谷底７３２Ｂを連絡する面であるフランク面７３２Ｃが、平面に形成されている。

この構成によって、送りねじ７１のフランク面７１２Ｃと、ナット７３のフランク面７３２Ｃとの接触が線接触となるため、フランク面７１２Ｃとフランク面７３２Ｃとの間に隙間７８、７８が形成される。従って、温度変化が起きて、フランク面７１２Ｃ、フランク面７３２Ｃが熱変形しても、隙間７８、７８がフランク面７１２Ｃ、フランク面７３２Ｃの熱変形を吸収する。

そのため、実施例１と同様に、温度変化が起きても、フランク面７１２Ｃとフランク面７３２Ｃとの食い付きが回避され、送りねじ７１とナット７３との間の摩擦トルクの変動が小さくなり、円滑なテレスコピック位置調整やチルト位置調整を行うことが可能となる。

上記した実施例においては、テレスコピック位置調整またはチルト位置調整のどちらか一方のみを行うステアリング装置に適用した実施例を示したが、テレスコピック位置とチルト位置の両方を調整可能なステアリング装置に適用してもよい。

本発明の電動式ステアリング装置を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。 本発明の電動チルト式ステアリング装置を示す一部断面を含む要部概略構成図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の電動テレスコピック式ステアリング装置を示す一部断面を含む要部概略構成図である。 図４の下面図である。 本発明の実施例１の送りねじとナットとの螺合部の要部拡大断面図である。 本発明の実施例２の送りねじとナットとの螺合部の要部拡大断面図である。 本発明の実施例３の送りねじとナットとの螺合部の要部拡大断面図である。 従来の送りねじとナットとの螺合部の要部拡大断面図である。

符号の説明

１ 電動式ステアリング装置
１０１ ユニバーサルジョイント
１０２ ロアーシャフト
１０３ ユニバーサルジョイント
１０４ ステアリングギヤ
１０５ タイロッド
２ ステアリングシャフト
３ ステアリングホイール
４ コラム
４１ ブラケット
４１Ａ 上軸支部
４１Ｂ 下軸支部
４２ アウターコラム
４３ インナーコラム
４４Ａ 前軸支部
４４Ｂ 後軸支部
４５ 開口部
４５Ａ 前端
４５Ｂ 後端
５１ 下部車体取付けブラケット
５１１ 取付け部
５１２ ピボット部
５１３ ピボットピン
５２ 上部車体取付けブラケット
５２１ 取付け部
５２２ コラム支持部
５２２Ａ 左端面
５２３ 長孔
５３ 車体
６１ 電動モータ
６１１ 出力軸
６２ ウォームギヤ
７１ 送りねじ
７１１ ねじ山
７１１Ａ 山頂
７１１Ｂ 谷底
７１１Ｃ フランク面
７１２ ねじ山
７１２Ａ 山頂
７１２Ｂ 谷底
７１２Ｃ フランク面
７２ ウォームホイール
７３ ナット
７３１ ねじ山
７３１Ａ 山頂
７３１Ｂ 谷底
７３１Ｃ フランク面
７３２ ねじ山
７３２Ａ 山頂
７３２Ｂ 谷底
７３２Ｃ フランク面
７４ ボール
７５ スリーブ
７５Ａ 内周
７６、７７、７８ 隙間

Claims (6)

1. 車体後方側にステアリングホイールが装着されるステアリングシャフト、
   車体取付けブラケットを介して車体に取り付けられ、上記ステアリングシャフトを回転可能に軸支するとともに、チルト中心軸を支点とするチルト位置調整、または、上記ステアリングシャフトの中心軸線に沿ったテレスコピック位置調整が可能なコラム、
   上記コラムまたは車体取付けブラケットに設けられた電動アクチュエータ、
   上記電動アクチュエータによって駆動され、互いに螺合する送りねじとナットの相対移動で、上記コラムのチルト運動、または、テレスコピック運動を行う送り機構を備え、
   上記送りねじまたはナットの少なくともいずれか一方のねじ山のフランク面が凸面に形成されていること
   を特徴とする電動式ステアリング装置。
2. 請求項１に記載された電動式ステアリング装置において、
   上記送りねじのねじ山のフランク面が凸面に形成され、上記ナットのねじ山のフランク面が平面に形成されていること
   を特徴とする電動式ステアリング装置。
3. 請求項１に記載された電動式ステアリング装置において、
   上記ナットのねじ山のフランク面が凸面に形成され、上記送りねじのねじ山のフランク面が平面に形成されていること
   を特徴とする電動式ステアリング装置。
4. 請求項１に記載された電動式ステアリング装置において、
   上記ナット及び送りねじのねじ山のフランク面が両方共に凸面に形成されていること
   を特徴とする電動式ステアリング装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれかに記載された電動式ステアリング装置において、
   上記凸面が円弧であること
   を特徴とする電動式ステアリング装置。
6. 請求項１から請求項４までのいずれかに記載された電動式ステアリング装置において、
   上記凸面がインボリュート曲線であること
   を特徴とする電動式ステアリング装置。

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