JP2010162942A - 電動式ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送りナットと緩衝部の当接面の平行度が悪くても、緩衝部に作用する応力を軽減して、緩衝部材の耐久性を向上させた電動式ステアリング装置を提供する。
【解決手段】各部品の製造誤差等によって、ナットホルダの上端面と補強部８５の下端面８５２との平行度が悪いと、ナットホルダの上端面が補強部８５の下端面８５２に片当たりし、補強部８５の片当り部に、部分的に大きな応力が作用する。補強部８５は金属材料製であるため、この応力が補強部８５によって分散されて緩衝部８３に作用する。また、金属材料製の補強部８５と金属材料製のナットホルダとの間の摩擦係数が小さいため、補強部８５を介して緩衝部８３に作用するねじり応力が小さくなる。
【選択図】図４

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であって、チルト移動またはテレスコピック移動の移動端での衝撃力を緩和する緩衝部材を有す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、電動モータを使用して楽に行うようにした電動式ステアリング装置を採用することが多くなっている。

このような電動式ステアリング装置では、ステアリング装置をコンパクトで剛性を大きくするためには、チルト運動またはテレスコピック運動の、機械的に移動可能な範囲と制御的に移動可能な範囲をできるだけ同一にする必要がある。

しかしながら、機械的に移動可能な範囲と制御的に移動可能な範囲をできるだけ同一にすると、送りナットの移動端で電動モータの回転を速やかに停止させないと、送りナットが移動端の固定部に衝突し、送りナットが送りねじ軸のねじ部に大きなトルクで締め付けられてしまう。その結果、締め付けられた送りナットを緩めるのに大きなトルクが必要になり、確実に送りナットを緩めることが難しくなる。

特許文献１の電動式ステアリング装置では、送りナットの移動端で送りナットに当接する緩衝部材によって衝撃力を緩和し、送りナットが送りねじ軸のねじ部に大きなトルクで締め付けられることがないようにしている。

特許文献１の電動式ステアリング装置では、緩衝部材が、弾性材料で成形された緩衝部と、緩衝部の片面に接着された金属材料製の補強部の２層構造で構成され、送りねじ軸の外周に緩衝部材の内径孔を外嵌して装着している。

送りナットの移動端で送りナットが弾性材料の緩衝部に当接すると、緩衝部が弾性変形して衝撃力を緩和する。しかし、各部品の製造誤差等によって、送りナットと緩衝部の当接面の平行度が悪いと、緩衝部が部分的に大きく弾性変形し、緩衝部に部分的に大きな応力が作用することになるため、各部品を精度良く製造する必要があり、製造コストがアップする。また、弾性材料の緩衝部は送りねじ軸の回転に伴ってつれ回りし、金属材料製の送りナットと弾性材料の緩衝部が当接した時に、緩衝部の摩擦係数が大きいため、緩衝部がねじられながら押し潰されて弾性変形することになる。

特開２００７−２３８０７５号公報

本発明は、送りナットと緩衝部の当接面の平行度が悪くても、緩衝部に作用する応力を軽減して、緩衝部材の耐久性を向上させた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、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、上記コラムに設けられた電動アクチュエータ、上記コラムに回転可能に軸支され、上記電動アクチュエータによって回転されると共に、外周にねじ部が形成された送りねじ軸、上記送りねじ軸のねじ部に螺合して送りねじ軸の回転を直線運動に変換し、上記コラムのチルト運動、または、テレスコピック運動として伝達する送りナット、上記送りナットの直線運動の移動端で上記送りナットに当接して、移動端での送りナット停止時の衝撃力を緩和する緩衝部材を備え、上記緩衝部材が、弾性材料で成形された緩衝部と、金属材料で成型され、上記緩衝部を上記送りナットの直線運動の移動方向の両側から挟み込む一対の補強部との３層構造で構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、上記一対の補強部のうちの少なくとも一方が上記緩衝部に接着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２番目の発明の電動式ステアリング装置において、上記緩衝部及び補強部は中空円盤形に成形され、上記送りねじ軸の外周に上記緩衝部及び補強部の内径孔が外嵌して装着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３番目の発明の電動式ステアリング装置において、上記緩衝部と補強部は、一方に形成された複数の凹部に他方に形成された複数の凸部が嵌合して結合し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。

本発明の第１番目から第３番目までの発明の電動式ステアリング装置では、送りナットの直線運動の移動端で送りナットに当接して、移動端での送りナット停止時の衝撃力を緩和する緩衝部材が、弾性材料で成形された緩衝部と、金属材料で成型され、緩衝部を送りナットの直線運動の移動方向の両側から挟み込む一対の補強部との３層構造で構成されている。

従って、送りナットの移動端で送りナットが緩衝部材に当接すると、金属材料製の補強部によって、当接時の応力が分散されて緩衝部に作用する。また、金属材料製の補強部の摩擦係数が小さいため、補強部を介して緩衝部に作用するねじり応力が小さくなる。そのため、部品の製作誤差等によって、送りナットと緩衝部材の当接面の平行度が悪くても、緩衝部に作用する応力が軽減され、緩衝部材の耐久性を向上させることができる。

本発明の第４番目の発明の電動式ステアリング装置では、緩衝部と補強部は、一方に形成された複数の凹部に他方に形成された複数の凸部が嵌合して強固に結合している。従って、緩衝部材の耐久性をさらに向上させることができる。

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。 本発明の実施例１のチルト・テレスコピック式の電動式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。 本発明の実施例１の緩衝部材単体を示す部品図であり、（１）は正面図、（２）は（１）の縦断面図である。 本発明の実施例２の緩衝部材単体を示す部品図であり、（１）は正面図、（２）は（１）の縦断面図である。

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に本発明を適用した例について説明する。

図１は本発明の電動式ステアリング装置１０１を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。電動式ステアリング装置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は本発明の実施例１のチルト・テレスコピック式の電動式ステアリング装置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４は本発明の実施例１の緩衝部材単体を示す部品図であり、（１）は正面図、（２）は（１）の縦断面図である。

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式ステアリング装置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左右の側板２２、２２が形成され、この左右の側板２２、２２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。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。

図２に部分的に見え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。

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の出力軸に取付けられたウォーム６２（図３参照）が、金属で成形された送りねじ軸６３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、送りねじ軸６３が回転すると、送りねじ軸６３に沿って、図３の上下方向に送りナット６５が直線運動を行う。送りナット６５は、潤滑性能に優れた潤滑剤含有ポリマで成形されている。

また、車体取付けブラケット２には、ウォームホイール６４の上部に、中空円筒状で金属材料製のストッパ筒６７が固定されている。ストッパ筒６７は、送りねじ軸６３の外周に隙間を空けて外嵌している。

この送りナット６５に金属材料で成形されたナットホルダ６６が、図３の紙面に直交する方向に摺動可能に外嵌している。ナットホルダ６６にはチルト駆動力伝達ピン６６１が一体的に形成され、このチルト駆動力伝達ピン６６１が、ロアーコラム３の中心軸線に向かって突出している。

ロアーコラム３に形成された長孔（図３の紙面に直交する方向に長孔３３の長径側が配置されている）３３に、チルト駆動力伝達ピン６６１の先端が回転可能に嵌入している。送りねじ軸６３が回転すると、送りナット６５が図３の上下方向に直線運動を行い、ナットホルダ６６、チルト駆動力伝達ピン６６１、長孔３３を介して、ロアーコラム３のチルト位置調整時の揺動運動に変換する。

送りねじ軸６３の外周には、上端の軸受６３１とナットホルダ６６の上端面６６Ａとの間に緩衝部材８１が外嵌され、ストッパ筒６７の上端面６７１とナットホルダ６６の下端面６６Ｂとの間にも緩衝部材８２が外嵌されている。

緩衝部材８１、８２は同一形状をしており、図４に示すように、１個の緩衝部８３と、図４（２）の上下両側から緩衝部８３を挟み込む一対の補強部（ワッシャ）８４、８５の３層構造で構成されている。すなわち、補強部８４、８５は、送りナット６５の直線運動の移動方向の両側から緩衝部８３を挟み込んでいる。

緩衝部８３は、硬質ゴム、ウレタン、合成樹脂等の弾性材料を肉厚の中空円盤形に成形して形成されている。補強部８４、８５は、鉄（例えば軟鉄）や鋼鉄（例えばＳＫ材、ＳＵＪII、高炭素鋼など）などの金属材料製で、薄肉中空円盤形に成形されている。

補強部８４を緩衝部８３の上端面８３１に接着し、補強部８５を緩衝部８３の下端面８３２に接着して、緩衝部８３と補強部８４、８５を一体的に構成している。補強部８４、８５のうちの一方だけを、緩衝部８３に接着してもよい。補強部８４の上端面８４２、補強部８５の下端面８５２に、低摩擦材をコーティングすれば、ナットホルダ６６と当接した時のねじり応力が軽減されるためより好ましい。

この緩衝部８３の内径孔８３３と、補強部８４、８５の内径孔８４１、８５１を、送りねじ軸６３の外周に外嵌することで、緩衝部材８１、８２を送りねじ軸６３の外周に装着している。緩衝部８３の内径孔８３３を傾斜孔とし、傾斜孔のエッジ部を送りねじ軸６３の外周に接触させることにより、緩衝部材８１、８２を送りねじ軸６３の外周に保持するようにしてもよい。テレスコ駆動機構５の送りねじ軸５３の外周にも、緩衝部材８１、８２と同一構造の緩衝部材が外嵌されているが、詳細な説明は省略する。

ステアリングホイール１０３のチルト位置を車体上方側に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６４に減速して伝達され、ウォームホイール６４と一体の送りねじ軸６３が回転することにより、送りナット６５が送りねじ軸６３のねじ部に沿って軸方向に上昇する。

すると、送りナット６５に外嵌しているナットホルダ６６も上昇し、チルト駆動力伝達ピン６６１がロアーコラム３の長孔３３に嵌入しているため、ロアーコラム３が上方にチルト移動する。ロアーコラム３がチルト上昇端に達すると、ナットホルダ６６の上端面６６Ａが緩衝部材８１の補強部８５の下端面８５２に当接する。

チルト駆動機構６を構成する各部品の製造誤差等によって、ナットホルダ６６の上端面６６Ａと補強部８５の下端面８５２との平行度が悪いと、ナットホルダ６６の上端面６６Ａが補強部８５の下端面８５２に片当たりし、補強部８５の片当り部に、部分的に大きな応力が作用する。

補強部８５は金属材料製であるため、この応力が補強部８５によって分散されて緩衝部８３に作用する。また、送りねじ軸６３の回転に伴って緩衝部材８１がつれ回りして、ナットホルダ６６の上端面６６Ａが緩衝部材８１の補強部８５の下端面８５２に当接した時に、補強部８５がねじられる。しかし、金属材料製の補強部８５と金属材料製のナットホルダ６６との間の摩擦係数が小さいため、補強部８５を介して緩衝部８３に作用するねじり応力が小さくなる。

従って、部品の製造誤差等によって、ナットホルダ６６と補強部８５の当接面の平行度が悪くても、緩衝部８３に作用する応力が軽減され、緩衝部材８１の耐久性を向上させることができる。ロアーコラム３がチルト下降端に達した時も、ナットホルダ６６の下端面６６Ｂが緩衝部材８２の補強部８４の上端面８４２に当接し、緩衝部材８２の緩衝部８３を弾性変形させながら、ナットホルダ６６が衝撃無く停止する。

図５は本発明の実施例２の緩衝部材単体を示す部品図であり、（１）は正面図、（２）は（１）の縦断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例と同一部品には同一番号を付して説明する。

図５に示すように、実施例２の緩衝部材８６は、実施例１の緩衝部材８１、８２と同様に、１個の緩衝部８３と、緩衝部８３を挟み込む一対の補強部８４、８５の３層構造で構成されている。緩衝部８３、補強部８４、８５の材質は、実施例１と同一である。補強部８４、８５を、緩衝部８３の上端面８３１と下端面８３２に各々接着して、一体的に構成している。

また、緩衝部８３の上端面８３１と下端面８３２には、円柱状の凸部８３４、８３５が各々複数（同一円周上に等間隔に８個）突出して形成されている。補強部８４、８５には、凹部（円筒状の貫通孔）８４３、８５３が各々複数（凸部８３４、８３５と同一円周上に等間隔に８個）形成され、凹部８４３、８５３に凸部８３４、８３５が嵌合している。

従って、緩衝部８３と補強部８４、８５の結合剛性が向上し、緩衝部材８６の耐久性がさらに向上する。他の例として、緩衝部８３の上端面８３１と下端面８３２に凹部を形成し、補強部８４、８５に形成した凸部を緩衝部８３の凹部に嵌合してもよい。

上記実施例では、緩衝部材８１、８２、８６は、１個の緩衝部８３と、緩衝部８３を挟み込む一対の補強部８４、８５の３層構造で構成されている。他の方法として、１個の緩衝部８３と、緩衝部８３に接着された１個の補強部の２層構造で緩衝部材を構成して、３層構造と同様の効果を発揮させることができる。

すなわち、金属材料製のナットホルダ６６の上端面６６Ａと下端面６６Ｂの各々に、２層構造の緩衝部材の緩衝部８３を接着し、ナットホルダ６６と一緒に緩衝部材が移動するように構成する。このように構成すれば、緩衝部８３が金属材料製の補強部と金属材料製のナットホルダ６６で挟まれた３層構造になるため、上記実施例１、実施例２と同様の効果を奏する。

上記実施例では、テレスコピック位置とチルト位置の両方を調整可能な電動式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調整またはチルト位置調整のどちらか一方のみを行う電動式ステアリング装置に適用してもよい。

１０１ 電動式ステアリング装置
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
２２ 側板
３ ロアーコラム
３１ ブラケット
３２ チルト中心軸
３３ 長孔
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
５３ 送りねじ軸
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
６６ ナットホルダ
６６Ａ 上端面
６６Ｂ 下端面
６６１ チルト駆動力伝達ピン
６７ ストッパ筒
６７１ 上端面
８１、８２、８６ 緩衝部材
８３ 緩衝部
８３１ 上端面
８３２ 下端面
８３３ 内径孔
８３４、８３５ 凸部
８４ 補強部
８４１ 内径孔
８４２ 上端面
８４３ 凹部
８５ 補強部
８５１ 内径孔
８５２ 下端面
８５３ 凹部

Claims (4)

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、
   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、
   上記コラムに設けられた電動アクチュエータ、
   上記コラムに回転可能に軸支され、上記電動アクチュエータによって回転されると共に、外周にねじ部が形成された送りねじ軸、
   上記送りねじ軸のねじ部に螺合して送りねじ軸の回転を直線運動に変換し、上記コラムのチルト運動、または、テレスコピック運動として伝達する送りナット、
   上記送りナットの直線運動の移動端で上記送りナットに当接して、移動端での送りナット停止時の衝撃力を緩和する緩衝部材を備え、
   上記緩衝部材が、
   弾性材料で成形された緩衝部と、
   金属材料で成型され、上記緩衝部を上記送りナットの直線運動の移動方向の両側から挟み込む一対の補強部との３層構造で構成されていること
   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、
   上記一対の補強部のうちの少なくとも一方が上記緩衝部に接着されていること
   を特徴とする電動式ステアリング装置。
3. 請求項２に記載された電動式ステアリング装置において、
   上記緩衝部及び補強部は中空円盤形に成形され、
   上記送りねじ軸の外周に上記緩衝部及び補強部の内径孔が外嵌して装着されていること
   を特徴とする電動式ステアリング装置。
4. 請求項３に記載された電動式ステアリング装置において、
   上記緩衝部と補強部は、
   一方に形成された複数の凹部に他方に形成された複数の凸部が嵌合して結合していること
   を特徴とする電動式ステアリング装置。

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