JP2015532234A - 自動車用の電動ステアリングコラムロック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車のステアリングコラムのロックおよびアンロックを行う、高いコンパクト性を有する電動ステアリングコラムロック装置を提供する。【解決手段】 この電動ステアリングコラムロック装置は、自動車のステアリングコラムのロックおよびアンロックのために移動するようになっている舌片（３）と、第１の回転軸のまわりに回転して、舌片（３）の移動の制御のために、舌片（３）と協動するようになされているカム歯車（５）と、第２の回転軸のまわりに回転するようになっており、カム歯車（５）を回転駆動するように構成されている歯車（７）とを備えている。カム歯車（５）と歯車（７）とは、実質的に共通の平面上に配置されており、第１の回転軸（１３）と第２の回転軸（１１）とは、互いに平行であり、かつ舌片（３）の移動方向（３１）にも平行である。【選択図】図１

Description

本発明は、電動ステアリングコラムのロックおよびアンロックを行うことができる、自動車用の電動ステアリングコラムロック装置（ＥＳＣＬとも呼ばれる）に関する。

自動車に用いられる電動ステアリングコラムロック装置は、通常、ステアリングコラムを不動にしているロック位置から、ステアリングコラムを可動に（すなわち、自由に回転することができる）ようにする基準位置への舌片の移動を制御するためのモータを備えている。

このような電動ステアリングコラムロック装置は、ステアリングコラムのロックおよびアンロックのために、自動車内の、内部空間が小さく、かつ他の要素（電子回路、配線など）も実装される領域に配置される。

したがって、高いコンパクト性を有する電動ステアリングコラムロック装置を供給するという課題が存在する。

上述の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、次のものを備えている電動ステアリングコラムロック装置が提供される。
− ステアリングコラムのロックおよびアンロックを行うようになされている舌片と、
− 舌片の移動を制御するためのカム歯車と、
− モータによって制御されて、カム歯車の回転を制御するようになされている歯車。

カム歯車と歯車とは、それぞれ、互いに平行な回転軸を有しており、かつ同一平面上に配置されている。

モータも、カム歯車および歯車が配置されている平面上に配置されている。

本発明の電動ステアリングコラムロック装置は、十分にコンパクトであり、またステアリングコラムのロックおよびアンロックを信頼性高く、かつ効率的に行うという利点を有する。

本発明による電動ステアリングコラムロック装置の一実施形態の斜視図である。 図１の電動ステアリングコラムロック装置の、一部の部品を取り除いた状態における斜視図である。 図１の電動ステアリングコラムロック装置の部分断面図である。 図１および図２の、カム歯車の回転位置を特定するためのアセンブリの周辺の斜視図である。 図１および図２の、カム歯車の回転位置を特定するためのアセンブリの斜視図である。 図１および図２の、カム歯車の回転位置を特定するためのアセンブリの周辺の別の斜視図である。 図４ｃの、アセンブリの周辺を、別の角度から見た斜視図である。

添付図面に関する以下の説明を読むことによって、本発明の特徴および利点が明瞭になると思う。

全ての図において、同一の要素には、同一の符号を付してある。

本発明によれば、電動ステアリングコラムロック装置１は、次のものを備えている。
− ステアリングコラム（図示せず）のロック／アンロックを行うようになされている舌片３と、
− 舌片３の移動を制御するためのカム歯車５と、
− モータ９によって制御されて、カム歯車５の回転を制御するようになされている歯車７。

カム歯車５、歯車７は、互いに平行をなすそれぞれの回転軸１３、１１を有しており、同一平面上に配置されている。さらに、これらの回転軸１１および１３は、舌片３の移動方向３１と平行である。

モータ９も、カム歯車５と歯車７とによって共通に占められている共通平面上に配置されており、モータ９の長手方向軸は、この共通平面内に存在している。すなわち、この長手方向軸は、回転軸１１および１３と実質的に直交している。

本発明による電動ステアリングコラムロック装置１は、このような構造を有しているために、高いコンパクト性を有し、したがって占有空間を節約することができる。

モータ９は、その出力軸上に配置されており、歯車７の歯と噛み合っているウォーム歯車１５を介して、歯車７を作動させる。これにより、歯車７の歯に、カム歯車５が保有している歯が噛み合っているために、カム歯車５は回転運動される。

歯車７の径は、カム歯車５の直径より小さく、またカム歯車５の歯数より少ない歯数しか有していない。したがって、歯車７は、カム歯車５の回転速度およびトルクを調整するための減速ギアとして働く。

一代替実施形態（図示せず）として、ウォーム歯車１５が、歯車７の介在なしに、直接にカム歯車５を駆動し、したがって、カム歯車５は、モータ9によって直接に制御されるという形態があり得る。

カム歯車５は、回転軸１３と直交する２つの主面のうちの一方に、螺旋状の傾斜面１２（図２を参照）を有している。舌片３は、弾性手段２７（この例においては、コイルばね）によって、その一部を傾斜面１２に押し当てられ、螺旋状の傾斜面１２に支えられるようになっており、案内手段３３（この例においては、内部を舌片３が移動する通路を形成している壁）によって、その移動は並進移動に制限されている。螺旋状の傾斜面１２によって駆動されて、舌片３が移動する移動方向３１は、主たる構成要素であるカム歯車５、歯車７、およびモータ９を含む平面と直交している。

カム歯車５が回転すると、舌片３は、螺旋状の傾斜面１２に沿って滑り、その結果、モータ９、歯車７、およびカム歯車５を含む平面に直交する方向に移動する。この移動によって、舌片３は、舌片３がステアリングコラムに係合しており、ステアリングコラムの回転を阻止しているロック位置から、ステアリングコラムが自由に回転することができるアンロック位置に変位する。

さらに、螺旋状の傾斜面１２は、それぞれに異なる傾斜値を有する複数の傾斜部分（図示せず）を備えている場合がある。各傾斜部分における傾斜値が互いに異なるから、カム歯車５の一定回転速度において、舌片３の並進移動速度は、傾斜部分ごとに異なる。

このような螺旋状の傾斜面１２の一例において、傾斜面１２は、舌片３を徐々に移動させる第１低傾斜部分を備えている。第１低傾斜部分に続いて、舌片３をロック位置に急速に移動させるための高傾斜部分、およびステアリングコラムの対応する受け溝の内部に、および／または内部から、舌片３を徐々に滑らせるための第２低傾斜部分が存在する。舌片３は、この受け溝内で、ステアリングコラムをロックするように適合化されている。

モータ９は、例えば基板上にプリントされている電子回路、いわゆるプリント回路板２１によって制御される。

本発明の電動ステアリングコラムロック装置が、このような構造を呈しているために、プリント回路板２１を、カム歯車５および歯車７の上方に配置することができる。図１に示されているように、プリント回路板２１は、カム歯車５および歯車７のそれぞれの回転軸１３および１１に直交し、かつカム歯車５および歯車７の中心を通る平面に実質的に平行な平面上に配置されている。プリント回路板２１は、電動ステアリングコラムロック装置１の側面の１つに配置されている場合もある。

プリント回路板２１は、この例においては、特に、モータ９、歯車７、およびカム歯車５が存在する側と反対の側に、銅またはその他の金属から成る電流路がプリントされており、さらに電子素子を実装されている平坦な樹脂本体を有している。

プリント回路板２１は、図示されている例においては、上述の主要な構成要素（モータ９、歯車７、およびカム歯車５）が存在する側と反対の側に、特定の命令に基づいてモータ９を駆動するように構成されている電気回路を有している。

プリント回路板２１と、その下方の主要な構成要素（モータ９、歯車７、およびカム歯車５）との間の空間が、利用可能である場合には、プリント回路板２１の他方の側（主要な構成要素が存在する側）に、電気回路の少なくとも一部分が配される場合がある。

本発明による電動ステアリングコラムロック装置１は、そのロック動作が電子的になされるから、電動装置である。

図１〜図３に示すように、ハウジングは、２つのハウジング分割体から成る場合がある。モータ９、歯車７、カム歯車５、舌片３、および弾性手段１３は、２つのハウジング分割体２３ａと２３ｂとの間に挟まれて、ハウジング内に収容されている。

ステアリングコラムに接するようになされている側のハウジング分割体は、Ｚａｍａｃ（登録商標）により作られている場合があり、他方のハウジング分割体は、例えばプラスチック材料で作られている場合がある。Ｚａｍａｃ（登録商標）は、亜鉛に、合金化元素のアルミニウム、マグネシウムおよび銅を添加した合金である。

ハウジングは、１つまたは複数の、ネジなどの固定手段２５を受容している。

固定手段２５は、ハウジング内にプリント回路板２１を固定するために用いられる場合がある。

固定手段２５は、ハウジング分割体２３ａと２３ｂとを組み付け合わせるときに、それに並行して、またはそれに加えて、ハウジングにプリント回路板２１を取り付けるために用いられる場合がある。

舌片３は、弾性手段２７（例えばばね）と組み合わされている。このばねが圧縮ばねである場合には、弾性手段２７は、舌片３の移動方向３１に実質的に平行な軸に沿って配置されている。

ばねがねじりばねである場合には、このねじの軸は、舌片３の移動方向３１に対して直角に配置されている。

ハウジングは、１対の案内手段３３を有していることが好ましい。

これらの案内手段３３の内壁は、舌片３に付随している突起（図示せず）を受容するためのリセスを有している場合がある。このようにすると、舌片３は、ステアリングコラムのロックまたはアンロックのために、移動方向３１に沿って移動するときに、これらの案内手段に沿って摺動することができる。

舌片３は、単一体から成る場合もあるし、いくつかの舌片分割体、例えば図３に示すように、連結し合って、同じ運動を行う２つの舌片分割体３ａおよび３ｂから成る場合もある。一方の舌片分割体３ａは、Ｚａｍａｃ（登録商標）またはプラスチック材料で作られる場合があり、ステアリングコラムと係合する他方の舌片分割体３ｂは、堅牢性の確保のために、鋼などの、弾性を有する材料で作られる場合がある。

図示の実施形態においては、舌片分割体３ａのみが、弾性手段２７を受け止めている。

舌片３の移動を制御するカム歯車５は、下部に歯を有する歯車である場合もあるし、下部に平歯車を嵌め込んである歯車である場合もある。舌片分割体の１つ、例えば舌片分割体３ａは、カム歯車５と組み合って、舌片３の移動の制御を可能にしている。

カム歯車５は、回転軸１３のまわりに回転可能である。

歯車７は、回転軸１１のまわりに回転するようになっている。回転軸１３と１１とは、実質的に互いに平行である。カム歯車５と歯車７とは、実質的に同一平面上に配置されている。これは、回転軸１３および１１に実質的に直交する、歯車７の中央平面が、カム歯車５の中央平面と一致しているということを意味する。

歯車７は、モータ９の回転を、特定のギア比でカム歯車５に伝える。

カム歯車５は、自身の回転位置を特定するためのアセンブリを備えている。このアセンブリには、通常、複数のＮ極およびＳ極を有する磁石８と組み合わされた、ホール効果位置センサなどのセンサ６が備えられている。センサ６の出力を、カム歯車５を駆動するモータの制御のために用いることができることが有利である。

センサ６は、磁石の位置、詳細には磁極の位置を検出するのに適している限り、いかなる形状を有していてもよい。センサ６は、モータの運動を制御することができる、プリント回路板２１にプリントされている電気回路上に配置されている場合がある。

図示の実施形態においては、磁石８は、１組のＮ極とＳ極とから成る単一の磁気双極子を形成している。図において、２つの磁極Ｎ、Ｓは、それぞれＮ極（北極）、Ｓ極（南極）を表している。

ホール効果位置センサであるセンサ６（プリント回路板２１上に配置されていることが好ましい）は、センサ６と磁石８との間の相対回転位置の既知関数である電圧の値を出力する。センサ６は固定されており、したがって、センサ６は、カム歯車５の回転位置を特定することになる。カム歯車５の回転位置の時間経過を求めることによって、カム歯車５の回転速度を導くことができる。回転速度が知れると、カム歯車５の特定の位置に、より正確に到達するように、制動装置による、その時点の回転速度に対する制動作用を調節することができる。

したがって、Ｎ極、Ｓ極が、回転軸１３と直交する方向に分極した磁気双極子が、位置測定器として用いられている。

通常、磁石８は、より良いコンパクト性を得ることができるように、カム歯車５の２つの主面のうちの一方上に配置される。したがって、磁石８は、カム歯車５のその主面の形状と相補性を呈し得る、いかなる形状にもすることができる。図示のように（図１および図４ａ〜図４ｄを参照）、磁石８は、カム歯車５の回転に正確に従って回転することができるものであって、半径方向に突き出た１つまたはいくつかのブレード１０を有する、ほぼ円盤である。磁石８は、本明細書においては、カム歯車５の回転軸の方向と直交する２つの主面のうちの一方にある、相補的なハウジング内に挿入されている。カム歯車５は、２つの分割体を有する場合がある。第１の分割体は、磁石８を受容するように構成されており、第２の分割体は、歯車やモータによって制御されるように構成されている。

この場合には、カム歯車５の回転速度に応じて、カム歯車５の運動の制動や停止を行うための、例えば電子回路によって制御される制動装置（図示せず）を付加することができる。例えばカム歯車５の回転速度が高速になるほど、より速い制動が行われ、カム歯車５の回転速度が低速になるほど、より遅い制動が行われるようにする。

本発明の電動ステアリングコラムロック装置は、次のことが可能であり、正確な角運動検出と、正確な角度位置検出との両方ができるという利点を有している。
− ロック用の舌片の位置を制御して、モータ９による過度の駆動を防ぎ、それによって、起こり得る損傷を防ぐための回転速度検出、
− 電動ステアリングコラムロック装置の臨界安全条件の診断機能を改善するための、より優れた妥当性を有する誤差検出、
− 損傷が生じる前にモータ９を停止させるための、ステアリングコラムの不動化状態の迅速な検出（したがって、モータの過負荷が避けられるために熱負荷が低下するから、モータのドライバ回路部品を削減することができる可能性も生じる）、
− モータ9による過度の駆動をもたらす可能性がある、カム歯車５の角度位置の誤想定を避けるための、電圧遮断後においても行われる正確な角度位置検出、および
− センサの故障の高い診断の可能性。

絶対位置を検出するセンサを用いることの利点は、それによって速度制御が可能になること、リアルタイムで位置を知ることができること、および部品が、大きな応力を受ける可能性のある極端な位置に達する前に、モータを停止させることができることである。

１ 電動ステアリングコラムロック装置
３ 舌片
３ａ、３ｂ 舌片分割体
５ カム歯車
６ センサ
７ 歯車
８ 磁石
９ モータ
１０ ブレード
１１ 回転軸
１２ 傾斜面
１３ 回転軸
１５ ウォーム歯車
２１ プリント回路板
２３ａ、２３ｂ ハウジング分割体
２５ 固定手段
２７ 弾性手段
３１ 移動方向
３３ 案内手段

Claims (11)

1. − 自動車のステアリングコラムのロックおよびアンロックのために移動するようになされている舌片（３）と、
   − 第１の回転軸のまわりに回転して、前記舌片（３）の移動の制御のために、前記舌片（３）と協動するようになされているカム歯車（５）と、
   − 第２の回転軸のまわりに回転するようになされており、前記カム歯車（５）を回転駆動するように構成されている歯車（７）とを備えている、ステアリングコラムのロックおよびアンロックを行うことができる、自動車用の電動ステアリングコラムロック装置であって、
   前記カム歯車（５）と前記歯車（７）とは、実質的に共通の平面上に配置されており、前記第１の回転軸（１３）と前記第２の回転軸（１１）とは、互いに平行であり、かつ前記舌片（３）の移動方向（３１）にも平行であることを特徴とする電動ステアリングコラムロック装置。
2. 前記歯車の回転は、前記共通の平面上にあって、前記第１および第２の回転軸と実質的に直交している長手方向軸を有するモータ（９）によって制御されるようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の電動ステアリングコラムロック装置。
3. 前記カム歯車（５）と前記歯車（７）とは、共通の平面上にあること、および前記電動ステアリングコラムロック装置は、さらに、該共通の平面と実質的に平行な平面上に配置されている、平坦なプリント回路板（２１）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の電動ステアリングコラムロック装置。
4. 前記カム歯車（５）は、前記舌片（３）を駆動することができる螺旋状の傾斜面（１２）、および前記舌片（３）の移動を、並進移動（３１）に制限することができる案内手段（３３）を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動ステアリングコラムロック装置。
5. 前記歯車（７）は、前記カム歯車（５）の回転速度およびトルクを適合させるために、前記カム歯車（５）の歯数より少ない歯数を有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の電動ステアリングコラムロック装置。
6. 前記カム歯車（５）の回転中に、前記カム歯車（５）の絶対回転位置を特定するためのアセンブリを、さらに備えていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の電動ステアリングコラムロック装置。
7. 前記カム歯車（５）の絶対回転位置を特定するための前記アセンブリは、ホール効果位置センサ（６）および磁石（８）を備えていることを特徴とする、請求項６に記載の電動ステアリングコラムロック装置。
8. 絶対回転位置を特定するための前記ホール効果位置センサ（６）は、前記プリント回路板（２１）上に配置されていること、および前記磁石（８）は、前記カム歯車（５）上に配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の電動ステアリングコラムロック装置。
9. 前記磁石（８）は、前記磁石（８）が、前記カム歯車（５）の回転に正確に従って回転することを可能にするための１つまたはいくつかのブレード（１０）を有する円盤であることを特徴とする、請求項７または８に記載の電動ステアリングコラムロック装置。
10. 前記磁石（８）は、複数の磁気双極子（Ｎ、Ｓ）を備えていることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１つに記載の電動ステアリングコラムロック装置。
11. 前記複数の磁気双極子（Ｎ、Ｓ）のうちの１つは、他の磁気双極子（Ｎ、Ｓ）の磁化値より高い磁化値、または低い磁化値を有していることを特徴とする、請求項１０に記載の電動ステアリングコラムロック装置。

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