JP2007271076A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用温度が変化しても、作動トルクの上昇、作動トルクの変動、作動音の上昇が起こらず、送りねじ機構を駆動するモータの出力が小さくて済み、その結果、モータの小型化が可能なステアリング装置、及び、送りねじ機構を提供する。
【解決手段】常温時の状態で、送りナット５５、６５のピッチＢ２を、送りねじ軸５３、６３のピッチＡ２よりも若干大きくしている。従って、送りナット５５、６５のねじ山が送りねじ軸５３、６３のねじ山に若干の締代で押し付けられるため、送りねじ軸５３、６３と送りナット５５、６５との間にガタが無く、円滑な送り動作を行うことができる。低温時の状態になると、送りナット５５、６５の方が送りねじ軸５３、６３よりも大きく収縮し、その結果として、送りナット５５、６５のピッチＢ１と送りねじ軸５３、６３のピッチＡ１がほぼ同一寸法になる。
【選択図】図５

Description

本発明はステアリング装置、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、送りねじ機構の送り運動により調整することができるステアリング装置、及び、送りねじ機構に関する。

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る。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軸を回転させ、この送りねじ軸に螺合する送りナットを直進移動させて行うステアリング装置がある。

このようなステアリング装置に使用される従来の送りねじ機構は、送りねじ軸を金属で成形し、送りナットを合成樹脂で成型し、この送りナットを半径方向内側に変形させて、送りねじ軸の外周に送りナットの内周を押し付けることで、送りねじ軸と送りナットとの間のガタをなくしている。

しかしながら、合成樹脂の熱膨張係数は、金属の熱膨張係数よりもかなり大きい。従って、ステアリング装置の使用温度が常温よりも低温になると、樹脂製の送りナットは、軸方向および径方向に縮む。その結果、軸方向の縮みによって、送りねじ軸のリードよりも送りナットのリードのほうが小さくなって締代が大きくなり、また、径方向の縮みにより、送りナットの内径が送りねじ軸の外径よりも縮径して、締代が大きくなる。よって、送りねじ機構が作動したときのトルクの上昇、トルクの変動、作動音の上昇が起きる。

樹脂製の送りナットを使用する場合、ねじ強度を確保するために、ある程度のねじ長さを必要とするので、ナット直径とナット軸方向長さを比較すると、ナット軸方向長さのほうが長くなる。よって、温度変化による寸法の変化量は、ナット軸方向長さのほうが大きくなるので、締代増大による作動トルクの上昇、作動トルクの変動、作動音の上昇への影響は、軸方向の縮みによるリード差によるもののほうが大きい。締代増大により作動トルクが上昇すると、大出力の大型モータが必要となるため、製造コストが上昇すると共に、大きなスペースが必要になるため、配置の自由度が制約される。

また、ステアリング装置の使用温度が常温よりも高温になると、樹脂製の送りナットは、軸方向および径方向に伸びる。その結果、軸方向の伸びによって、送りねじ軸のリードよりも送りナットのリードのほうが大きくなって締代が大きくなり、また、径方向の伸びにより、送りナットの内径が送りねじ軸の外径よりも拡径して、ガタが大きくなる。

このような、温度変化によって生じる送りねじ機構の動作不具合を抑制する送りねじ機構を有するステアリング装置として、特許文献１に開示されたステアリング装置がある。特許文献１のステアリング装置は、送りナットの軸方向両端の軸受部に、軸方向両端部が開放された軸方向スリットを形成している。さらに、送りナットの軸方向中央部の有効径を、低温時に送りナットが締まる締代を加えた大径にし、送りナットの軸方向両端の有効径を、常温で隙間のない小径にし、残りの軸方向の有効径を大径から小径へと徐々に変化する有効径にしている。

しかしながら、特許文献１に開示されたステアリング装置では、送りナットの径方向の締代を調整可能にして、送りねじ機構の作動不具合を改善しているが、この構造では、ねじ軸方向の締代（送りナットと送りねじ軸のリード差によるもの）の調整が出来ない。樹脂ナットを使用する場合、ねじ強度を確保するために、ある程度のねじ長さを必要とするので、ナット直径とナット軸方向長さを比較すると、ナット軸方向長さのほうが長くなる。よって、温度変化による寸法の変化量は、ナット軸方向長さのほうが大きくなるので、締代増大による作動トルクの上昇、作動トルクの変動、作動音の上昇への影響は、軸方向の縮みによるリード差によるもののほうが大きい。

そのため、低温時に送りナット径方向の締代を調整可能にしても、より影響の大きいねじ軸方向締代の増加を抑制できないので、トルクの上昇、トルクの変動、作動音の上昇が起こる。また締代が大きくなり作動トルクが増加するため、これを駆動するために、大出力の大型モータが必要となるため、大きなスペースが必要になり、配置の自由度が制約される。また、送りナット自体の構造も複雑なため、送りナットの加工コストが上昇する。

特開２００１−３１５６４８号公報

本発明は、使用温度が変化しても、作動トルクの上昇、作動トルクの変動、作動音の上昇が起こらず、作動トルクが上昇しないので、送りねじ機構を駆動するモータの出力が小さくて済み、その結果、モータの小型化が可能で、、製造コストが削減されると共に、スペースが小さくて済むため、配置の自由度を向上させたステアリング装置、及び、送りねじ機構を提供することを課題とする。また、送りナット自体の構造も簡単で、送りナットの加工コストを削減したステアリング装置、及び、送りねじ機構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、互いに螺合する金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送りナットの相対移動で、送り運動を行う送りねじ機構であって、上記送りねじ機構は、上記送りねじ機構の使用温度が高温になるに従って、送りねじ機構を作動するのに必要な作動トルクが大きくなる特性を備えたことを特徴とする送りねじ機構である。

第２番目の発明は、互いに螺合する金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送りナットの相対移動で、送り運動を行う送りねじ機構を備え、常温時に、上記送りねじ機構の送りナットのピッチが送りねじ軸のピッチよりも大きく形成されていることを特徴とする送りねじ機構である。

第３番目の発明は、第２番目の発明の送りねじ機構において、上記送りナットのピッチは、実質的に、送りねじ軸のピッチよりも送りナットの軸方向長さの０．０２５％から０．０７５％の範囲で大きく形成されていること
を特徴とする送りねじ機構である。

第４番目の発明は、第２番目の発明の送りねじ機構において、上記送りナットの軸方向の端面には環状溝が形成されていることを特徴とする送りねじ機構である。

第５番目の発明は、第４番目の発明の送りねじ機構において、上記環状溝の内周面が環状溝の開口側に向かって小径に形成されていることを特徴とする送りねじ機構である。

第６番目の発明は、第１番目から第５番目までのいずれかの発明の送りねじ機構において、上記送りナットを形成する合成樹脂のガラス転移点が、送りねじ機構の使用温度範囲の上限値を超える値であることを特徴とする送りねじ機構である。

第７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、互いに螺合する金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送り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ねじ機構を備え、上記送りねじ機構は、上記送りねじ機構の使用温度が高温になるに従って、送りねじ機構を作動するのに必要な作動トルクが大きくなる特性を備えたことを特徴とするステアリング装置である。

第８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、互いに螺合する金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送り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ねじ機構を備え、常温時に、上記送りねじ機構の送りナットのピッチが送りねじ軸のピッチよりも大きく形成されていることを特徴とするステアリング装置である。

第９番目の発明は、第８番目の発明のステアリング装置において、上記送りナットのピッチは、実質的に、送りねじ軸のピッチよりも送りナットの軸方向長さの０．０２５％から０．０７５％の範囲で大きく形成されていること
を特徴とするステアリング装置である。

第１０番目の発明は、第８番目の発明のステアリング装置において、上記送りナットの軸方向の端面には環状溝が形成されていることを特徴とするステアリング装置である。

第１１番目の発明は、第１０番目の発明のステアリング装置において、上記環状溝の内周面が環状溝の開口側に向かって小径に形成されていることを特徴とするステアリング装置である。

第１２番目の発明は、第８番目から第１１番目までのいずれかの発明のステアリング装置において、上記送りナットを形成する合成樹脂のガラス転移点が、送りねじ機構の使用温度範囲の上限値を超える値であることを特徴とするステアリング装置である。

本発明のステアリング装置、及び、送りねじ機構では、常温時に、合成樹脂製の送りナットのピッチを金属製の送りねじ軸のピッチよりも大きく形成している。従って、使用温度が変化しても、作動トルクの上昇、作動トルクの変動、作動音の上昇が起こらず、作動トルクが上昇しないので、送りねじ機構を駆動するモータの出力が小さくて済み、その結果、モータの小型化が可能で、製造コストが削減されると共に、スペースが小さくて済むため、配置の自由度が向上する。また、送りナット自体の構造も簡単で、送りナットの加工コストが削減され、送りナットの軸方向の寸法を短縮することが可能となる。

また、ステアリング装置においては、送りねじ機構以外の構造部分の作動部や摺動部も、グリース等の影響によって、低温時に作動トルクの上昇等が起こる。本発明の送りねじ機構では、送りねじ機構の使用温度が高温になるに従って、送りねじ機構を作動するのに必要な作動トルクが大きくなる特性を備えている。

従って、本発明の送りねじ機構をステアリング装置に使用することによって、ステアリング装置全体としての低温時の作動トルクの上昇等を抑えることができ、その結果、出力の小さいモータで駆動できるため、モータの小型化が可能で、製造コストが削減されると共に、スペースが小さくて済むため、配置の自由度が向上する。

以下の実施例では、ステアリングホイールの上下方向位置と前後方向位置の両方の位置を調整する、チルト・テレスコピック式の電動ステアリング装置、及び、ステアリングホイールの前後方向位置のみを調整する、テレスコピック式の電動ステアリング装置に本発明を適用した例について説明する。もちろん、本発明は、ステアリングホイールの上下方向位置のみが調整可能なチルト式の電動ステアリング装置に適用してもよい。

図１は本発明の電動ステアリング装置１０１を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。電動ステアリング装置１０１は、ステアリングシャフト１０２を回動自在に軸支している。ステアリングシャフト１０２には、その上端（車体後方側）にステアリングホイール１０３が装着され、ステアリングシャフト１０２の下端（車体前方側）には、ユニバーサルジョイント１０４を介して中間シャフト１０５が連結されている。

中間シャフト１０５にはその下端にユニバーサルジョイント１０６が連結され、ユニバーサルジョイント１０６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１０７が連結されている。

運転者がステアリングホイール１０３を回転操作すると、ステアリングシャフト１０２、ユニバーサルジョイント１０４、中間シャフト１０５、ユニバーサルジョイント１０６を介して、その回転力がステアリングギヤ１０７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１０８を移動し、車輪の操舵角を変えることができる。

図２はチルト・テレスコピック式の電動ステアリング装置１０１の要部を示す正面図である。図３は図２のＡ−Ａ断面図であって、チルト駆動機構の要部を示す。

図２から図３に示すように、本発明のチルト・テレスコピック式の電動ステアリング装置１０１は、車体取付けブラケット２、ロアーコラム（アウターコラム）３、アッパーコラム（インナーコラム）４等から構成されている。

車体後方側の車体取付けブラケット２は、その上板２１が車体１１に固定されている。ロアーコラム３の車体前方側端部にはブラケット３１が一体的に形成され、このブラケット３１にチルト中心軸３２が取付けられている。このチルト中心軸３２を支点として、中空円筒状のロアーコラム３の車体前方側端部が、車体１１に、チルト位置調整（図２の紙面に平行な平面内で揺動）可能に軸支されている。

ロアーコラム３の内周には、アッパーコラム４がテレスコピック位置調整（ロアーコラム３の中心軸線に平行に摺動）可能に嵌合している。アッパーコラム４には、上部ステアリングシャフト１０２Ａが回動可能に軸支され、上部ステアリングシャフト１０２Ａの車体後方側（図２の右側）端部には、ステアリングホイール１０３（図１参照）が固定されている。

ロアーコラム３には、下部ステアリングシャフト１０２Ｂが回動可能に軸支され、下部ステアリングシャフト１０２Ｂは上部ステアリングシャフト１０２Ａとスプライン嵌合している。従って、アッパーコラム４のテレスコピック位置に関わらず、上部ステアリングシャフト１０２Ａの回転が下部ステアリングシャフト１０２Ｂに伝達される。

下部ステアリングシャフト１０２Ｂの車体前方側（図２の左側）は、ユニバーサルジョイント１０４（図１参照）を介してステアリングギヤ１０７（図１参照）に連結され、ステアリングホイール１０３を運転者が手で回すと、上部ステアリングシャフト１０２Ａを介して下部ステアリングシャフト１０２Ｂが回動し、車輪の操舵角を変えることができる。

車体取付けブラケット２の上板２１には、上板２１から下方に平行に延びる図示しない左右の側板が形成され、この左右の側板の内側面に、ロアーコラム３がチルト摺動可能に挟持されている。

ロアーコラム３の下面外周には、テレスコ位置調整を行うテレスコ駆動機構５が取付けられている。また、車体取付けブラケット２の下方には、チルト位置調整を行うチルト駆動機構６が取付けられている。

チルト駆動機構６用のチルト用モータ６１の図示しない出力軸に取付けられたウォーム６２が、送りねじ軸６３（図３参照）の下方に取付けられたウォームホイール６４に噛み合って、チルト用モータ６１の回転を送りねじ軸６３に伝達している。

送りねじ軸６３は、チルト用モータ６１の中心軸線に対して垂直（図２、図３の上下方向）に延び、その上端と下端が、軸受６３１、６３２によって車体取付けブラケット２に回転可能に軸支されている。送りねじ軸６３の外周に形成された雄ねじには、送りナット６５が螺合し、この送りねじ軸６３と送りナット６５によって、チルト駆動用の送りねじ機構が構成されている。

送りナット６５には、チルト駆動力伝達突起６５１が一体的に形成されている。このチルト駆動力伝達突起６５１は、ロアーコラム３の中心軸線に向かって突出し、ロアーコラム３に形成された係合孔６６に、チルト駆動力伝達突起６５１の先端が嵌入している。送りねじ軸６３が回転すると、送りナット６５及びチルト駆動力伝達突起６５１は、垂直方向に直線運動を行う。

ロアーコラム３の下面外周には、図２に部分的に見えるテレスコ用モータ５１が取付けられている。ロアーコラム３の下面には、ロアーコラム３の中心軸線に平行に送りねじ軸５３が取付られ、送りねじ軸５３の車体後方端（図２の右端）が、アッパーコラム４の車体後方端に固定されたフランジ４１の下端に連結されている。

テレスコ用モータ５１の図示しない出力軸に取付けられたウォームの回転が、図示しないウォームホイールに伝達され、送りねじ軸５３に螺合する図示しない送りナットを回転させる。この送りナットの回転で送りねじ軸５３を往復移動（図２の左右方向の移動）して、アッパーコラム４をテレスコピック位置調整する。

この電動ステアリング装置１０１で、ステアリングホイール１０３のチルト位置を調整する必要が生じると、運転者は図示しないスイッチを操作して、チルト用モータ６１を正逆いずれかの方向に回転させる。すると、チルト用モータ６１の回転によって送りねじ軸６３が回転し、送りナット６５が直線運動を行う。

すると送りナット６５と一体のチルト駆動力伝達突起６５１が直線運動を行う。チルト駆動力伝達突起６５１はロアーコラム３の係合孔６６に係合しているから、ロアーコラム３は、チルト中心軸３２を支点として上方または下方にチルト移動する。

また、この電動ステアリング装置１０１で、ステアリングホイール１０３のテレスコピック位置を調整する必要が生じると、運転者は図示しないスイッチを操作して、テレスコ用モータ５１を正逆いずれかの方向に回転させる。すると、テレスコ用モータ５１の回転によって、ロアーコラム３の中心軸線に平行に送りねじ軸５３が移動することで、アッパーコラム４がテレスコピック移動を行う。

図４はテレスコピック式の電動ステアリング装置１０１の要部を示す正面図である。図４に示すように、テレスコピック式の電動ステアリング装置１０１は、ロアーコラム（アウターコラム）３、アッパーコラム（インナーコラム）４等から構成されている。

ロアーコラム３の内周には、アッパーコラム４がテレスコピック位置調整（ロアーコラム３の中心軸線に平行に摺動）可能に嵌合している。アッパーコラム４には、上部ステアリングシャフト１０２Ａが回動可能に軸支され、上部ステアリングシャフト１０２Ａの車体後方側（図４の右側）端部には、ステアリングホイール１０３が固定されている。

ロアーコラム３には、下部ステアリングシャフト１０２Ｂが回動可能に軸支され、下部ステアリングシャフト１０２Ｂは上部ステアリングシャフト１０２Ａとスプライン嵌合している。従って、アッパーコラム４のテレスコピック位置に関わらず、上部ステアリングシャフト１０２Ａの回転が下部ステアリングシャフト１０２Ｂに伝達される。

下部ステアリングシャフト１０２Ｂの車体前方側（図４の左側）は、ユニバーサルジョイント１０４（図１参照）を介してステアリングギヤ１０７（図１参照）に連結され、ステアリングホイール１０３を運転者が手で回すと、上部ステアリングシャフト１０２Ａを介して下部ステアリングシャフト１０２Ｂが回動し、車輪の操舵角を変えることができる。

ロアーコラム３の下面外周には、テレスコ位置調整を行うテレスコ駆動機構５が取付けられている。ロアーコラム３の下面には、ロアーコラム３の中心軸線に平行に送りねじ軸５３が配置され、送りねじ軸５３の車体後方端（図４の右端）が、アッパーコラム４の車体後方側に固定されたフランジ４１の下端に連結されている。

ロアーコラム３の下面には、テレスコ用モータ５１が取付けられている。テレスコ用モータ５１の図示しない出力軸に取付けられたウォーム５２の回転が、ウォームホイール５４に伝達され、送りねじ軸５３に螺合する送りナット５５を回転させる。送りナット５５は、軸受５６Ａ、５６Ｂによって、ロアーコラム３の下面に回転可能に軸承されている。

この送りナット５５の回転で送りねじ軸５３を往復移動（図４の左右方向の移動）して、アッパーコラム４をテレスコピック位置調整する。この送りねじ軸５３と送りナット５５によって、テレスコピック駆動用の送りねじ機構が構成されている。

この電動ステアリング装置１０１で、ステアリングホイール１０３のテレスコピック位置を調整する必要が生じると、運転者は図示しないスイッチを操作して、テレスコ用モータ５１を正逆いずれかの方向に回転させる。すると、テレスコ用モータ５１の回転によって、ロアーコラム３の中心軸線に平行に送りねじ軸５３が移動することで、アッパーコラム４がテレスコピック移動を行う。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例３を説明する。

図５は、本発明の実施例１のチルト駆動用の送りねじ軸６３と送りナット６５、または、テレスコピック駆動用の送りねじ軸５３と送りナット５５との螺合部を示す部分拡大断面図であって、（１）が高温時、（２）が常温時、（３）が低温時の状態を示す。

本発明の実施例１では、送りねじ軸５３及び６３は、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ等の金属で成形されている。送りねじ軸５３及び６３の材質は金属であればよく、アルミニウムやステンレス等でもよい。また、送りナット５５及び６５は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、芳香族ナイロン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミドＭＸＤ６樹脂、全芳香族ポリイミド樹脂、ＰＯＭ、変性ポリアミド６Ｔ等の合成樹脂で成形されている。さらに、送りねじ軸５３、６３、送りナット５５、６５の呼びはＭ１２で、ピッチが２ミリ、送りナット５５、６５の軸方向長さは２０ミリに設定されている。

図５（２）に示すように、本発明の実施例１では、常温時の状態で、送りナット５５、６５のピッチＢ２を、送りねじ軸５３、６３のピッチＡ２よりも若干大きく形成している。本発明の実施例では、常温時とは、１０〜３０℃程度のことを指している。常温時の状態で、ピッチＢ２とピッチＡ２との差は、実質的に、送りナット５５、６５の軸方向長さの０．０２５％から０．０７５％の範囲に設定するのが望ましい。

従って、常温時の状態では、図５（２）に示すように、送りナット５５、６５のねじ山が、送りねじ軸５３、６３のねじ山に若干の締代で押し付けられるため、送りねじ軸５３、６３と送りナット５５、６５との間にガタが無く、円滑な送り動作を行うことができる。締代はわずかなので、作動トルクも上昇しない。

図５（３）に示すように、低温時の状態になると、合成樹脂で成形された送りナット５５、６５の方が送りねじ軸５３、６３よりも熱膨張係数が大きいので、送りナット５５、６５の方が送りねじ軸５３、６３よりも大きく収縮する。その結果として、送りナット５５、６５のピッチＢ１と送りねじ軸５３、６３のピッチＡ１がほぼ同一寸法になる。従って、送りナット５５、６５と送りねじ軸５３、６３は、低温になっても締代が大きくなることが無いため、トルクの上昇や、トルクの変動、作動音の上昇が起きず、円滑な送り動作を行うことができる。

また、作動トルクが上昇しないので、送りねじ機構を駆動するモータの出力が小さくて済み、その結果、モータの小型化が可能で、製造コストが削減されると共に、スペースが小さくて済むため、配置の自由度が向上する。

図５（１）に示すように、高温時の状態になると、合成樹脂で成形された送りナット５５、６５の方が送りねじ軸５３、６３よりも熱膨張係数が大きいので、送りナット５５、６５の方が送りねじ軸５３、６３よりも大きく膨張し、その結果として、送りナット５５、６５のピッチＢ３が送りねじ軸５３、６３のピッチＡ３よりも大きくなる。

その結果、送りナット５５、６５のねじ山と送りねじ軸５３、６３のねじ山との間の締代が常温時よりも大きくなる。しかしながら、合成樹脂で成形された送りナット５５、６５は、高温状態では常温状態よりも撓みやすくなる。従って、送りナット５５、６５のねじ山が撓み、送りねじ機構の作動時に、トルクの上昇や、トルクの変動、作動音の上昇が小さく抑えられるため、円滑な送り動作を行うことができる。

熱膨張で変形する場合、線膨張係数が一定なので、温度変化による変形量は一定となり、高温時と低温時での歪み量は同じになる。しかし、温度変化によりヤング率が変化するため、高温時と低温時では応力が異なる。応力と、おねじとめねじ間の接触面圧は比例し、また、接触面圧と送りねじ機構の作動トルクが比例するので、高温時と低温時では、温度変化による作動トルクの変化量が異なることになる。

一般的に樹脂では、高温になるほどヤング率は小さくなり、例えば芳香族ナイロン樹脂の一種であるザイテル（登録商標）のヤング率は、−４０℃で１０．９ＧＰａ、８０℃で７．７ＧＰａである。従って、温度変化による変形量が一定で、高温時と低温時の歪み量が同一でも、ヤング率が高温時のほうが小さいため、応力が小さくて済み、その結果、作動トルクも小さくて済む。そのため、低温時に締代を持たせるよりも、高温時に締代を持たせるほうが、締代による作動トルク上昇への影響を小さく抑えることができる。

高温状態で、送りナット５５、６５のねじ山に作用する締代が大きくなる結果、送りナット５５、６５のクリープ（高温で荷重が加わると、時間の経過に伴って、徐々に塑性変形が進む現象）が問題になる場合がある。特に本発明の場合、常温時に、おねじとめねじに若干の締代を持たせているため、高温時には従来よりも大きな締代を持つこととなり、クリープが起こりやすい状態になっている。

この問題を避けるためには、送りナット５５、６５の材料となる合成樹脂のガラス転移点（高分子物質を加熱した場合に、ガラス状の硬い状態からゴム状に変わる現象をガラス転移といい、ガラス転移が起こる温度をガラス転移点という）が、送りねじ機構の使用温度範囲の上限値を超える値を持つ合成樹脂を選択すればよい。本発明では、高温でクリープが起こりやすい状態になっている。従って、従来のものに比べ、本発明おいては、ガラス転移点を送りねじ機構の使用温度範囲の外に持ってくることの効果は大きい。

例えば、送りねじ機構の使用温度範囲が−４０℃から８０℃の場合、送りナット５５、６５の材料となる合成樹脂として、ガラス転移点が８０℃を超える値を持つ合成樹脂であるポリスチレンを選択すればよい。

次に本発明の実施例２を説明する。図６は本発明の実施例２の送りねじ軸５３、６３と送りナット５５、６５との螺合部を示す断面図であって、（１）は螺合部全体を示す断面図、（２）は（１）のＰ部拡大断面図、（３）は送りナットのねじ山と送りねじ軸のねじ山との間の締代が大きくなった時の状態を示すＰ部拡大断面図である。以下の説明では、実施例１と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、実施例１と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例２は、実施例１の変形例であって、送りナット５５、６５の軸方向の両端面に環状溝を形成した例である。その構成によって、送りナット５５、６５のねじ山と送りねじ軸５３、６３のねじ山との間の締代が大きくなると、送りナット５５、６５の軸方向の両端側のねじ山を半径方向外側に撓ませて、螺合部の面圧の上昇を抑制するようにした例である。

本発明の実施例２では、上記実施例１と同様に、送りねじ軸５３及び６３は、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ等の金属で成形され、送りナット５５及び６５は、合成樹脂で成形されている。また、図６（１）に示すように、常温時の状態で、送りナット５５、６５のピッチＢ２を、送りねじ軸５３、６３のピッチＡ２よりも若干大きく形成している。

図６（１）、（２）に示すように、送りナット５５、６５の軸方向の端面７１、７１には、環状溝７２、７２が形成されている。環状溝７２、７２は、送りナット５５、６５の中心軸線７３を中心とする円環状に形成され、溝幅Ｗが一定に形成されている。環状溝７２、７２の溝深さＨ１は、送りナット５５、６５のピッチＢ２の約１．５倍に設定している。

例えば、高温になって、合成樹脂で成形された送りナット５５、６５が金属製の送りねじ軸５３、６３よりも大きく膨張する。その結果、送りナット５５、６５のねじ山と送りねじ軸５３、６３のねじ山との間の締代が大きくなる。

送りナット５５、６５のピッチＢ２を、送りねじ軸５３、６３のピッチＡ２よりも若干大きく形成しているため、送りナット５５、６５の軸方向の両端側のねじ山が、送りねじ軸５３、６３の両端側のねじ山に強く押し付けられる。すると、図６（３）の二点鎖線に示すように、送りナット５５、６５の軸方向の両端側のねじ山（環状溝７２、７２の溝深さＨ１部分の近傍のねじ山）が半径方向外側に撓んで、螺合部の面圧の過度な上昇を抑制する。

従って、送りナット５５、６５及び送りねじ軸５３、６３を高精度に加工しなくても、温度変化による送りねじ機構のトルクの上昇や、トルクの変動、作動音の上昇が小さく抑えられるため、円滑な送り動作を行うことができる。

次に本発明の実施例３を説明する。図７は本発明の実施例３の送りねじ軸５３、６３と送りナット５５、６５との螺合部を示す断面図であって、（１）は螺合部全体を示す断面図、（２）は（１）のＱ部拡大断面図、（３）は送りナットのねじ山と送りねじ軸のねじ山との間の締代が大きくなった時の状態を示すＱ部拡大断面図である。以下の説明では、実施例１及び実施例２と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、実施例１及び実施例２と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例３は、実施例２の変形例であって、送りナット５５、６５の軸方向の両端面の環状溝の形状の変形例である。

本発明の実施例３では、上記実施例１及び実施例２と同様に、送りねじ軸５３及び６３は、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ等の金属で成形され、送りナット５５及び６５は、合成樹脂で成形されている。また、図７（１）に示すように、常温時の状態で、送りナット５５、６５のピッチＢ２を、送りねじ軸５３、６３のピッチＡ２よりも若干大きく形成している。

図７（１）、（２）に示すように、送りナット５５、６５の軸方向の端面７１、７１には、環状溝７４、７４が形成されている。環状溝７４、７４は、送りナット５５、６５の中心軸線７３を中心とする円環状に形成され、開口側の溝幅Ｗ２が溝底側の溝幅Ｗ１よりも大きくなるようにテーパ状に形成されている。

実施例３では、環状溝７４、７４の内周面７４１だけをテーパ状に形成（内周面７４１の開口側が小径になるように形成）しているが、外周面７４２もテーパ状に形成（外周面７４２の開口側が大径になるように形成）してもよい。また、環状溝７４、７４の溝深さＨ２は、送りナット５５、６５のピッチＢ２の約１．５倍に設定している。

例えば高温になって、合成樹脂で成形された送りナット５５、６５が金属製の送りねじ軸５３、６３よりも大きく膨張する。その結果、送りナット５５、６５のねじ山と送りねじ軸５３、６３のねじ山との間の締代が大きくなる。

送りナット５５、６５のピッチＢ２を、送りねじ軸５３、６３のピッチＡ２よりも若干大きく形成しているため、送りナット５５、６５の軸方向の両端側のねじ山が、送りねじ軸５３、６３の両端側のねじ山に強く押し付けられる。

すると、図７（３）の二点鎖線に示すように、送りナット５５、６５の軸方向の両端側のねじ山（環状溝７４、７４の溝深さＨ２部分の近傍のねじ山）が半径方向外側に撓んで、螺合部の面圧の過度な上昇を抑制する。環状溝７４、７４の内周面７４１の開口側が小径になるように形成することで、環状溝７４、７４の開口側に行く程、ねじ山の剛性が小さくなるようにしている。従って、実施例３の両端側のねじ山は、実施例２よりも半径方向外側に容易に撓むことができる。

従って、送りナット５５、６５及び送りねじ軸５３、６３を高精度に加工しなくても、温度変化による送りねじ機構のトルクの上昇や、トルクの変動、作動音の上昇が小さく抑えられるため、円滑な送り動作を行うことができる。

上記実施例２及び実施例３では、送りナット５５、６５の軸方向の両端面に環状溝７２または７４が形成されているが、送りナット５５、６５の軸方向の一方の端面に環状溝７２または７４を形成してもよい。

次に使用温度によって、上記実施例の送りねじ機構の作動トルクがどのように変化するかを確認するために行った試験結果について説明する。図８は、使用温度によって、本発明の送りねじ機構の作動トルクがどのように変化するかを確認するために行った試験結果を示す線図であって、送りナットと送りねじ軸のピッチ差による特性の違いを検証し、適切なピッチ差を決定するためのデータを求めたものである。

図８の試験では、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ等の鉄で成形した送りねじ軸と、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）で成形した送りナットを使用した。送りねじ軸及び送りナットの呼びはＭ１２で、送りナットの軸方向長さは２０ミリとし、送りナットのピッチを常温時で２．０００ミリとし、一定にした。

送りねじ軸のピッチを、常温時で１．９９５ミリ、１．９９０ミリ、１．９８５ミリ、１．９８０ミリの４種類とした。すなわち、常温時の状態で、送りナットのピッチが送りねじ軸のピッチよりも、５μ、１０μ、１５μ、２０μ大きくなるように組み合わせた４種類の送りねじ機構を使用し、使用温度によって、送りねじ機構の作動トルクがどのように変化するかを確認した。

図８の線図に示すように、試験した４種類の送りねじ機構は、いずれも、使用温度が常温時よりも低温になると、作動トルクが徐々に減少し、使用温度が常温時よりも高温になると、作動トルクは上昇するが、作動トルクの上昇は小さく抑えられている。

ただし、送りナットとのピッチ差が２０μの送りねじ機構では、使用温度が低温になると、作動トルクが０になる。作動トルクが０になるということは、送りねじ機構にガタが生じていることを意味しているため、送りねじ機構の特性として、また、ステアリング装置用の送りねじ機構の特性としても好ましくない。従って、送りナットとのピッチ差が５μ、１０μ、１５μの３種類の送りねじ機構が、ステアリング装置用として望ましい。すなわち、常温時の状態で、送りナットと送りねじ軸のピッチ差は、実質的に、送りナットの軸方向長さの０．０２５％から０．０７５％の範囲に設定するのが望ましいという結果がでた。

図９は従来の送りねじ機構の使用温度による作動トルク特性と、本発明の送りねじ機構の使用温度による作動トルク特性の違いを説明するための線図である。

図９（１）に示すように、合成樹脂製の送りナットと金属製の送りねじ軸のピッチが常温で同一寸法に形成されている従来の送りねじ機構は、使用温度が常温よりも低温になると、合成樹脂製の送りナットが軸方向および径方向に縮む。それによって、軸方向及び径方向の送りねじ機構の締代が大きくなって、送りねじ機構が作動したときの作動トルクが大きくなる。作動トルクが上昇すると、大出力の大型モータが必要となる。

これに対して、図９（２）に示すように、合成樹脂製の送りナットのピッチを金属製の送りねじ軸のピッチよりも常温で大きく形成した本発明の送りねじ機構は、常温では送りナットのねじ山が、送りねじ軸のねじ山に若干の締代で押し付けられているので、作動トルクは小さい。

また、図８の試験結果でも明らかなように、使用温度が常温よりも低温になると、送りナットの方が送りねじ軸よりも大きく収縮するので、送りねじ機構の締代が小さくなり、送りねじ機構の作動トルクが徐々に小さくなる。使用温度が常温よりも高温になると、合成樹脂で成形された送りナットの方が送りねじ軸よりも熱膨張係数が大きいので、送りナットの方が送りねじ軸よりも大きく膨張し、その結果として、送りナットのねじ山と送りねじ軸のねじ山との間の締代が常温時よりも大きくなる。

しかしながら、合成樹脂で成形された送りナットは、高温状態では常温状態よりも撓みやすくなる。従って、送りナットのねじ山が撓み、送りねじ機構の作動時に、作動トルクの上昇が小さく抑えられるため、円滑な送り動作を行うことができる。その結果、送りねじ機構を駆動するモータの出力が小さくて済み、モータの小型化が可能となる。

図１０は、従来のステアリング装置の作動トルク及び作動力が、使用温度によって、どのように変化するかを説明するための線図であり、図１１は、本発明のステアリング装置の作動トルク及び作動力が、使用温度によって、どのように変化するかを説明するための線図である。

図１０（１）に示すように、従来のステアリング装置の送りねじ機構以外の部分は、使用温度が常温よりも低温になると、作動部や摺動部に塗布したグリースの粘度が大きくなるため、作動力が大きくなる。また、図１０（２）に示すように、従来のステアリング装置の送りねじ機構は、使用温度が常温よりも低温になると、合成樹脂製の送りナットが軸方向および径方向に縮む。それによって、軸方向及び径方向の送りねじ機構の締代が大きくなって、送りねじ機構が作動したときの作動トルクが大きくなる。

その結果、図１０（３）に示すように、従来のステアリング装置全体では、図１０（１）と図１０（２）の作動力を加えた大きさの作動力となるため、使用温度が常温よりも低温になると、作動力が大きくなるため、大出力の大型モータが必要となるため、製造コストが上昇すると共に、大きなスペースが必要になるため、配置の自由度が制約される。

これに対し、本発明のステアリング装置では、図１１（１）に示すように、本発明のステアリング装置の送りねじ機構以外の部分は、使用温度が常温よりも低温になると、従来のステアリング装置の送りねじ機構以外の部分と同様に、作動部や摺動部に塗布したグリースの粘度が大きくなるため、作動力が大きくなる。

しかし、図１１（２）に示すように、本発明のステアリング装置の送りねじ機構は、使用温度が常温よりも低温になると、送りナットの方が送りねじ軸よりも大きく収縮するので、送りねじ機構の締代が小さくなり、送りねじ機構の作動トルクが徐々に小さくなる。

その結果、図１１（３）に示すように、本発明のステアリング装置全体では、図１１（１）と図１１（２）の作動力を加えた大きさの作動力となるため、使用温度が常温よりも低温になっても、作動力の上昇が小さく抑えられるため、モータの小型化が可能で、製造コストが削減されると共に、スペースが小さくて済むため、配置の自由度が向上する。

上記実施例では、ロアーコラム３がアウターコラム、アッパーコラム４がインナーコラムで構成されているが、ロアーコラム３をインナ−コラム、アッパーコラム４をアウターコラムにしてもよい。

本発明の電動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。 本発明のチルト・テレスコピック式の電動ステアリング装置の要部を示す正面図である。 図２のＡ−Ａ断面図であって、チルト駆動機構の要部を示す。 本発明のテレスコピック式の電動ステアリング装置の要部を示す正面図である。 本発明の実施例１の送りねじ軸と送りナットとの螺合部を示す部分拡大断面図であって、（１）が高温時、（２）が常温時、（３）が低温時の状態を示す。 本発明の実施例２の送りねじ軸と送りナットとの螺合部を示す断面図であって、（１）は螺合部全体を示す断面図、（２）は（１）のＰ部拡大断面図、（３）は送りナットのねじ山と送りねじ軸のねじ山との間の締代が大きくなった時の状態を示すＰ部拡大断面図である。 本発明の実施例３の送りねじ軸と送りナットとの螺合部を示す断面図であって、（１）は螺合部全体を示す断面図、（２）は（１）のＱ部拡大断面図、（３）は送りナットのねじ山と送りねじ軸のねじ山との間の締代が大きくなった時の状態を示すＱ部拡大断面図である。 使用温度によって、本発明の送りねじ機構の作動トルクがどのように変化するかを確認するために行った試験結果を示す線図であって、送りナットと送りねじ軸のピッチ差による特性の違いを試験した結果を示すものである。 従来の送りねじ機構の使用温度による作動トルク特性と、本発明の送りねじ機構の使用温度による作動トルク特性の違いを説明するための線図である。 使用温度によって、従来のステアリング装置の作動トルク及び作動力が、どのように変化するかを説明するための線図である。 使用温度によって、本発明のステアリング装置の作動トルク及び作動力が、どのように変化するかを説明するための線図である。

符号の説明

１０１ 電動ステアリング装置
１０２ ステアリングシャフト
１０２Ａ 上部ステアリングシャフト
１０２Ｂ 下部ステアリングシャフト
１０３ ステアリングホイール
１０４ ユニバーサルジョイント
１０５ 中間シャフト
１０６ ユニバーサルジョイント
１０７ ステアリングギヤ
１０８ タイロッド
１１ 車体
２ 車体取付けブラケット
２１ 上板
３ ロアーコラム
３１ ブラケット
３２ チルト中心軸
４ アッパーコラム
４１ フランジ
５ テレスコ駆動機構
５１ テレスコ用モータ
５２ ウォーム
５３ 送りねじ軸
５４ ウォームホイール
５５ 送りナット
５６Ａ、５６Ｂ 軸受
６ チルト駆動機構
６１ チルト用モータ
６２ ウォーム
６３ 送りねじ軸
６３１、６３２ 軸受
６４ ウォームホイール
６５ 送りナット
６５１ チルト駆動力伝達突起
６６ 係合孔
７１ 端面
７２ 環状溝
７３ 中心軸線
７４ 環状溝
７４１ 内周面
７４２ 外周面

Claims (12)

1. 互いに螺合する金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送りナットの相対移動で、送り運動を行う送りねじ機構であって、
   上記送りねじ機構は、
   上記送りねじ機構の使用温度が高温になるに従って、送りねじ機構を作動するのに必要な作動トルクが大きくなる特性を備えたこと
   を特徴とする送りねじ機構。
2. 互いに螺合する金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送りナットの相対移動で、送り運動を行う送りねじ機構を備え、
   常温時に、上記送りねじ機構の送りナットのピッチが送りねじ軸のピッチよりも大きく形成されていること
   を特徴とする送りねじ機構。
3. 請求項２に記載された送りねじ機構において、
   上記送りナットのピッチは、実質的に、送りねじ軸のピッチよりも送りナットの軸方向長さの０．０２５％から０．０７５％の範囲で大きく形成されていること
   を特徴とする送りねじ機構。
4. 請求項２に記載された送りねじ機構において、
   上記送りナットの軸方向の端面には環状溝が形成されていること
   を特徴とする送りねじ機構。
5. 請求項４に記載された送りねじ機構において、
   上記環状溝の内周面が環状溝の開口側に向かって小径に形成されていること
   を特徴とする送りねじ機構。
6. 請求項１から請求項５までのいずれかに記載された送りねじ機構において、
   上記送りナットを形成する合成樹脂のガラス転移点が、送りねじ機構の使用温度範囲の上限値を超える値であること
   を特徴とする送りねじ機構。
7. 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、互いに螺合する金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送り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ねじ機構を備え、
   上記送りねじ機構は、
   上記送りねじ機構の使用温度が高温になるに従って、送りねじ機構を作動するのに必要な作動トルクが大きくなる特性を備えたこと
   を特徴とするステアリング装置。
8. 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、互いに螺合する金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送り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ねじ機構を備え、
   常温時に、上記送りねじ機構の送りナットのピッチが送りねじ軸のピッチよりも大きく形成されていること
   を特徴とするステアリング装置。
9. 請求項８に記載されたステアリング装置において、
   上記送りナットのピッチは、実質的に、送りねじ軸のピッチよりも送りナットの軸方向長さの０．０２５％から０．０７５％の範囲で大きく形成されていること
   を特徴とするステアリング装置。
10. 請求項８に記載されたステアリング装置において、
    上記送りナットの軸方向の端面には環状溝が形成されていること
    を特徴とするステアリング装置。
11. 請求項１０に記載されたステアリング装置において、
    上記環状溝の内周面が環状溝の開口側に向かって小径に形成されていること
    を特徴とするステアリング装置。
12. 請求項８から請求項１１までのいずれかに記載されたステアリング装置において、
    上記送りナットを形成する合成樹脂のガラス転移点が、送りねじ機構の使用温度範囲の上限値を超える値であること
    を特徴とするステアリング装置。

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