JP2010000840A

JP2010000840A - ステアリング装置

Info

Publication number: JP2010000840A
Application number: JP2008159436A
Authority: JP
Inventors: Akio Koga; 明雄古賀; Takeshi Ogue; 健小久江
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】アクチュエータの作動によってチルト角を設定する際に異音を発生させず軽快な作動が可能なステアリング装置を構成する。
【解決手段】ステアリングホイール１を支持するメインチューブ１０と、固定フレーム２０とをチルト軸芯Ｘ周りで揺動自在に連結すると共に、ステアリングホイール１に対して持ち上げ方向に付勢力を作用させるコイルバネ３０を備えた。固定フレーム２０に支持された回転型のカム体３３のカム面３３Ｓに接触する受圧体１５をメインチューブ１０に備え、カム体３３を電動モータＭで駆動することでメインチューブ１０をチルト軸芯Ｘ周りでチルト作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステアリング装置に関し、詳しくは、ステアリングホイールのチルト角をアクチュエータの駆動力によって調節するための技術に関する。

上記のように構成されたステアリング装置として特許文献１に示されるものが存在する。この特許文献１では、ステアリングホイール側のアッパーチューブ５と、固定側のロアーチューブ１とが支点Ｏ周りで回動自在に支持されている。アッパーチューブ５の下方に設けたステー２７に支点Ｙ周りで回動自在にホルダ７が支持され、このホルダ７にＤＣモータ９が固定されている。また、ロアーチューブ１の下方に設けられたステー２７に支点Ｘ周りで回動自在にスライダー１１が支持され、このスライダー１１の内部に雌ネジ部１１ａが設けられている。

ホルダ７に対して、回転自在、かつ、軸芯方向への移動が禁止される状態でシャフト１３を支持し、このシャフト１３の雄ネジ部１３ａをスライダー１１の雌ネジ部１１ａに螺合している。シャフト１３の端部に形成したウォームホイールギヤ１７に対して、ＤＣモータ９で駆動されるウォームギヤ１５を噛合させている。

この構成からＤＣモータ９を駆動することにより、スライダー１１に対してシャフト１３が軸方向に移動し、この移動力がホルダ７を介してアッパーチューブ５に伝えられ、これを上下させることによりチルト角の調節が可能となる。

特開２００１‐３３４９４２号公報（段落番号〔００１２〜００２０〕、図１〜図５）

特許文献１の構成のようにシャフトを回転させ、このシャフトのネジ部に螺合するスライダーと、このシャフトとの相対移動力によってチルト作動を行わせるものでは、シャフトの軸芯方向に力が作用するため、シャフトが振れやすく、このシャフトが振れブッシュ等の近傍の部材に接触して負荷を増大させることがある。また、シャフトが一定の周期に振れることでブッシュ等に接触する場合には、周期的に異音を発生させることもある。

特許文献１に記載されたステアリング装置では、アッパーチューブの重量がシャフトを圧縮する方向に向けて常に作用する状況にあり、シャフトとして長い部材が使用されるので、このシャフトの姿勢が安定し難くシャフトの振れを招く原因になっている。特に、シャフトに対して軸芯方向にアッパーチューブの重量が常に作用する構造では、アッパーチューブを下方に移動させる駆動を軽快に行える反面、アッパーチューブを上方に移動させる駆動が重くなることから、異音や、駆動音が周期的に増減する「うなり」を発生させやすいものとなる。

また、この特許文献１ではＤＣモータの出力軸が、ステアリング操作系の軸芯と直交する姿勢で配置されるため、このＤＣモータが装置の横幅方向のサイズを拡大させるものとなり改善の余地があった。

本発明の目的は、アクチュエータの作動によってチルト角を設定する際に異音を発生させず軽快な作動が可能な装置を合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、ステアリングホイールに連結するステアリングシャフトを回転自在に支持するメインチューブと、このメインチューブを前記ステアリングホイールと反対の端部側における横向き姿勢のチルト軸芯周りで揺動自在に支持する固定フレームと、前記ステアリングホイールが連結する側のメインチューブの端部側に持ち上げ方向に付勢力を作用させる付勢機構とを備えると共に、アクチュエータの駆動力によりカム軸芯周りで回動するカム体を前記固定フレームとメインチューブとの何れか一方に備え、このカム体のカム面に対し前記付勢機構の付勢力によって接触する受圧体を前記固定フレームとメインチューブとのうちの他方に備えることにより、前記カム体の回動によるカム体からの押圧力を受圧体に伝え、前記付勢機構の付勢力に抗してメインチューブを前記チルト軸芯周りで揺動させる点にある。

この構成によると、メインチューブを持ち上げる方向に付勢機構の付勢力が作用し、カム体と受圧体とが付勢機構の付勢力によって接触する状態を維持するので、メインチューブを持ち上げる方向にカム体を回転させた場合でも、メインチューブを下げる方向にカム体を回転させた場合でも、カム体と受圧体との接触圧が大きく変動するものではなく、この部位で異音を発生させることがない。従って、アクチュエータの作動によってチルト角を設定する際に異音を発生させず軽快な作動が可能なステアリング装置が構成された。

本発明は、前記カム軸芯と、前記チルト軸芯とが互いに平行に設定されると共に、前記カム体と一体回動するカム軸にホイールギヤが連結され、このホイールギヤに咬合するウォームギヤを前記アクチュエータとしての電動モータで駆動しても良い。この構成によると、アクチュエータとしての電動モータを、その駆動軸の姿勢をステアリングホイールの軸芯に沿う姿勢に設定し、横方向への張り出しを抑制して装置の小型化を可能にする。

本発明は、弁の切換により、ボトム側空間とロッド側空間との間での流体の移動を許す自由伸縮位置と、この流体の移動を阻止するロック位置とに切換自在なロックシリンダが構成されると共に、このロックシリンダが前記固定フレームと前記メインチューブとの間に介装され、前記アクチュエータの作動時にはシリンダを前記自由伸縮位置に設定し、前記アクチュエータの停止時にはシリンダを前記ロック位置に設定するように前記弁を制御する制御手段を備えても良い。この構成によると、チルト角を調節する際には、ロックシリンダを自由伸長状態に設定することでアクチュエータの作動によるチルト角の調節が許容され、アクチュエータの作動を停止した後にロックシリンダをロック位置にすることで、ロックシリンダによってチルト角の維持が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１〜図３には乗用車等の車両の運転座席（図示せず）の近傍に備えられるステアリング装置を示している。このステアリング装置は、アクチュエータとしての電動モータＭの駆動力によってステアリングホイール１のチルト角を調節するチルト角調節機構Ａを備えている。

ステアリング装置は、ステアリングホイール１に連結するステアリングシャフト２を回転自在に支持するメインチューブ１０と、ステアリングシャフト２にユニバーサルジョイント３によって連結する駆動シャフト４を回転自在に支持する固定フレーム２０とを備えている。

図面には示していないが、ステアリングシャフト２はメインチューブ１０の内部においてボールベアリング等によってシャフト軸芯Ｐ周りで回転自在、かつ、シャフト軸芯Ｐの方向に移動不能に支持されている。これと同様に、駆動シャフト４は固定フレーム２０の内部においてボールベアリング等によって回転自在に支持されている。また、駆動シャフト４は車両の前車輪等の操舵輪に回転操作力を伝える。

メインチューブ１０は、ダイキャスト等の鋳造の技術によって製造され、その幅方向の両側部には軸受部１１が外側に突出する形態で一体的に形成され、その上部には上方に突出する一対の連結アーム１２が一体的に形成されている。

これと同様に固定フレーム２０がダイキャスト等の鋳造の技術によって製造され、その幅方向の両側部には水平方向に張り出す一対の支持アーム２１が一体的に形成され、その上部には電動モータＭを支持するフランジ部２２が一体的に形成されている。更に、この固定フレーム２０にはフランジ部２２からメインチューブ１０の方向に突出する部位にカム支持部２３が一体形成されている。

固定フレーム２０の支持アーム２１と、メインチューブ１０の軸受部１１とに亘りチルト軸芯Ｘと同軸芯上に支持軸１３を配置することにより、固定フレーム２０とメインチューブ１０とがチルト軸芯Ｘ周りで揺動自在に連結される。

メインチューブ１０に形成された一対の連結アーム１２の突出端を貫通する支持ロッド１４が備えられ、この支持ロッド１４と、固定フレーム２０の上部のバネ支持部２４とに亘って付勢機構として引っ張り型のコイルバネ３０が備えられている。これによりメインチューブ１０のうちステアリングホイール１が支持される部位を持ち上げる方向にコイルバネ３０の付勢力が常時作用する。

この連結アーム１２の基端部で、この一対の連結アームに挟まれる位置には円柱状の受圧体１５が備えられている。

固定フレーム２０のカム支持部２３の内部にチルト軸芯Ｘと平行姿勢となるカム軸芯Ｙ周りで回動自在となるようにラジアルボールベアリングで成る軸受（図示せず）でカム軸３２が回転自在に支持されている。このカム軸３２の外端部にカム体３３が支持され、このカム軸３２のうちカム支持部２３の内部には、ホイールギヤ３４が備えられている。このカム体３３は、その外周のカム面３３Ｓが前記受圧体１５に接触する位置に配置される。

固定フレーム２０のフランジ部２２に連結支持した電動モータＭの駆動軸Ｍａをカム軸芯Ｙと直交する姿勢でフランジ部２２に貫通させ、この駆動軸Ｍａによって駆動されるウォームギヤ３５をカム支持部２３の内部空間においてホイールギヤ３４に咬合させている。

メインチューブ１０の下部と、固定フレーム２０の下部との対向する部位に複動型シリンダに等しい構造を有するロックシリンダＣが介装されている。このロックシリンダＣはシリンダ部３７と、これに挿嵌されたピストン部３８（図４を参照）と、このピストン部３８に連結するピストンロッド部３９とを備えている。そして、シリンダ部３７が固定フレーム２０に連結され、ピストンロッド部３９がメインチューブ１０に連結されている。

図４に示すように、シリンダ部３７のボトム側の空間と、ピストンロッド部側の空間との間での流体の移動を許す自由伸縮位置と、この流体の移動を阻止するロック位置とに切り換える２位置切換型の電磁弁Ｖを備えている。この電磁弁Ｖは非駆動状態でロック位置に維持され、その電磁ソレノイドに電力を供給する駆動状態で自由伸縮位置に切り換えられる。

尚、このロックシリンダＣでは、流体としてアクチュエータの作動油やブレーキ油として使用される液体が用いられる。また、電磁弁Ｖが自由伸縮位置にある場合において流体に抵抗を作用させるオリフィスが電磁弁Ｖの内部に備えられている。

固定フレーム２０には、メインチューブ１０が揺動し、そのチルト角が作動限界に達したことを電気的に検出する限界センサＳを備えている。この限界センサＳはメインチューブ１０がステアリングホイール１を持ち上げる方向の限界に達した際、及び、メインチューブ１０がステアリングホイール１を下げる方向の限界に達した際にＯＮ状態に達する一対のスイッチを想定しているが、ポテンショメータやロータリエンコーダであっても良い。

この実施形態では、コイルバネ３０と、受圧体１５と、カム体３３と、このカム体３３を駆動する電動モータＭを含む駆動系、及び、制御装置４１によってチルト角調節機構Ａが構成されている。

特に、このチルト角調節機構Ａを構成するに、電動モータＭ、及び、この電動モータＭからの動力で回動するカム体３３をメインチューブ１０に備え、カム体３３のカム面３３Ｓに接触する受圧体１５を固定フレーム２０に備えても良い。つまり、メインチューブ１０と固定フレーム２０との形状や構造上の制約がある場合でも、このように実施形態と異なる位置関係でカム体３３と受圧体１５とを備えることにより、柔軟な配置を行うことも可能となる。

〔制御構成〕
図４に示すように、電動モータＭと電磁弁Ｖとを制御することで、ステアリングホイール１のチルト角の調節を行う制御手段としての制御装置４１を備えている。この制御装置４１は、２つのチルトスイッチ４２の選択的な操作によってステアリングホイール１を持ち上げる方向と下げる方向に揺動させるように作動する。

２つのチルトスイッチ４２は、運転座席の近傍位置に配置され、夫々に対応した操作ボタン４２ａが人為操作されることでＯＮ状態に達する。制御装置４１は何れのチルトスイッチ４２も操作されない状態では電動モータＭを停止状態に維持すると共に、電磁弁Ｖを同図に示すロック位置に維持する。

また、何れかのチルトスイッチ４２がＯＮ状態に達すると、制御装置４１が電磁弁Ｖを自由伸縮位置に操作すると共に、操作されたチルトスイッチ４２に対応する方向にＯＮ状態が継続している間だけ電動モータＭを回転させる。このようにチルトスイッチ４２が操作された場合には、限界センサＳによって限界に達したことが検出されるまでは、ＯＮ状態が継続する限り電動モータＭの駆動を維持し、限界に達したことが検出されると電動モータＭを停止させる。

図面には示していないが、車両のエンジンを始動させるキースイッチにキーが挿入され、そのキーがエンジンを稼働状態に維持する位置（例えば、アクセサリー位置）にある状態において、チルトスイッチ４２の操作に基づいた電動モータＭの制御を行うように制御装置４１の制御形態を設定しても良い。

更に、キースイッチをＯＦＦ位置（エンジン停止位置）に操作した状態でメインチューブ１０を上限まで揺動させ、キースイッチにキーを挿入してエンジンを稼働状態に維持する位置（例えば、アクセサリー位置）に操作した時点で、ステアリングホイール１を先に設定したチルト角まで下降させるように制御装置４１の制御形態を設定しても良い。

この制御装置４１は、チルトスイッチ４２がＯＮ操作された際に、電動モータＭを駆動し、電磁弁Ｖの電磁ソレノイドに電力を供給させる単純な制御を行うため、論理ゲートを用いた構成を採用して良い。尚、この制御装置４１として、ＣＰＵやＡＳＩＣ等を核としたＥＣＵ（ Electric Control Unit）の一部を用いて構成しても良い。

〔チルト作動〕
このステアリング装置では、ステアリングホイール１を持ち上げる方向のチルトスイッチ４２が操作された場合には、電磁弁Ｖを自由伸縮位置に操作した状態においてカム体３３を時計方向に回動させる方向に電動モータＭが駆動され、カム体３３のカム面３３Ｓのうち、カム軸芯Ｙからの距離が短縮する部位に受圧体１５が接触する結果、コイルバネ３０の付勢力によってメインチューブ１０が持ち上げ方向に揺動する。

これとは逆に、ステアリングホイール１を下げる方向のチルトスイッチ４２が操作された場合には、電磁弁Ｖを自由伸縮位置に操作した状態において図２に示すカム体３３を反時計方向に回動させる方向に電動モータＭが駆動され、カム体３３のカム面３３Ｓのうち、カム軸芯Ｙからの距離が増大する部位に受圧体１５が接触する結果、コイルバネ３０の付勢力に抗してカム体３３からの力によってメインチューブ１０が下がる方向に揺動する。

このようにカム体３３がカム軸芯Ｙ周りで回動する際には、カム体３３のカム面３３Ｓと受圧体１５との接触圧は大きく変動するものではなく、この接触部位で異音を発生させることもない。また、コイルバネ３０の付勢力によってカム体３３のカム面３３Ｓと受圧体１５との接触状態が維持する構造であり、外力が作用した場合には、カム面３３Ｓと受圧体１５とが離間する方向にメインチューブ１０に外力が作用した場合でも、ロックシリンダＣがメインチューブ１０と固定フレーム２０との相対的な位置関係を維持することによってメインチューブ１０が揺動せずロックされる。

特に、電動モータＭが作動する際にはロックシリンダＣのボトム側の空間と、ピストンロッド部側の空間との間に流れる流体に対して電磁弁Ｖのオリフィスから抵抗が作用するので、電動モータＭの回転速度が乱れることがあっても、オリフィスが流体に抵抗力に作用させることにより電動モータＭの回転の乱れの影響を低減し、メインチューブ１０を一定速度で揺動させることも可能となる。

本発明のチルト角調節機構Ａでは、電動モータＭを固定フレーム２０の上部に配置しているので、チルト角調節機構Ａの横幅方向での寸法の拡大を抑制して全体的のコンパクト化を実現する。そして、電動モータＭの駆動力をウォームギヤ３５からホイールギヤ３４に伝え、カム式にチルト作動を行わせる伝導系を備えることにより、ネジ式にチルト作動を行うものと比較して伝動軸等に振れを招かず円滑な作動により異音を発生させる現象も抑制される。

ステアリング装置とチルト角調節機構との側面図ステアリングホイール側を下げる方向にチルトさせた状態のチルト角調節機構の作動状態を示す側面図ステアリング措置とチルト角調節機構との平面図チルト角調節機構の制御系のブロック回路図

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
１０メインチューブ
１５受圧体
２０固定フレーム
３０付勢機構（コイルバネ）
３２カム軸
３３カム体
３３Ｓカム面
３４ホイールギヤ
３５ウォームギヤ
４１制御手段（制御装置）
Ｃロックシリンダ
Ｍアクチュエータ・電動モータ
Ｖ弁（電磁弁）
Ｘチルト軸芯
Ｙカム軸芯

Claims

ステアリングホイールに連結するステアリングシャフトを回転自在に支持するメインチューブと、このメインチューブを前記ステアリングホイールと反対の端部側における横向き姿勢のチルト軸芯周りで揺動自在に支持する固定フレームと、前記ステアリングホイールが連結する側のメインチューブの端部側に持ち上げ方向に付勢力を作用させる付勢機構とを備えると共に、
アクチュエータの駆動力によりカム軸芯周りで回動するカム体を前記固定フレームとメインチューブとの何れか一方に備え、このカム体のカム面に対し前記付勢機構の付勢力によって接触する受圧体を前記固定フレームとメインチューブとのうちの他方に備えることにより、前記カム体の回動によるカム体からの押圧力を受圧体に伝え、前記付勢機構の付勢力に抗してメインチューブを前記チルト軸芯周りで揺動させるステアリング装置。
前記カム軸芯と、前記チルト軸芯とが互いに平行に設定されると共に、前記カム体と一体回動するカム軸にホイールギヤが連結され、このホイールギヤに咬合するウォームギヤを前記アクチュエータとしての電動モータで駆動する請求項１記載のステアリング装置。
弁の切換により、ボトム側空間とロッド側空間との間での流体の移動を許す自由伸縮位置と、この流体の移動を阻止するロック位置とに切換自在なロックシリンダが構成されると共に、このロックシリンダが前記固定フレームと前記メインチューブとの間に介装され、前記アクチュエータの作動時にはシリンダを前記自由伸縮位置に設定し、前記アクチュエータの停止時にはシリンダを前記ロック位置に設定するように前記弁を制御する制御手段を備えている請求項１又は２記載のステアリング装置。