JP2016155453A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵がされる際、スプライン嵌合に起因したガタによる異音発生を抑制でき、操舵感を向上できるステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリング装置１０は、テレスコロックされるときに、アッパーチューブ３２に形成された開口部５４を介してロアーチューブ３４に対して押圧する偏心カム５３と、ロアーチューブ３４とアッパーシャフト１３間に配置される弾性部材６０とを備えている。弾性部材６０が配置される位置を、ロアーチューブ３４とアッパーシャフト１３との間であって、テレスコロックされるときに弾性部材６０の付勢力が偏心カム５３の押圧力と反対方向に作用する位置としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

テレスコピック機構を有するステアリング装置は、特許文献１で公知である。前記ステアリング装置は、ステアリングホイールに連結されたアッパーシャフトと、前記アッパーシャフトに対してスプライン嵌合されたロアーシャフトを備えており、ステアリングホイールが操舵されると、アッパーシャフトとロアーシャフトが一体に回転して、回転トルクを伝達するようにしている。また、テレスコピック機構により、ステアリングホイールの車両前後方向位置の調整を可能とし、テレスコロック時には、両シャフトのテレスコ動作が不能となっている。

特開２００４−１４８９４６号公報

ところで、アッパーシャフトとロアーシャフトとがスプライン嵌合している領域では、径方向に所定のクリアランスを設ける必要があるため、このクリアランスにより両シャフトにはガタが生ずる。このガタがあることにより、ステアリングホイールによる操舵がされると、前記領域で打音による異音が発生したり、或いは、ステアリングホイールを操作すると、操作者が舵抜け感を感ずる場合がある。

本発明の目的は、操舵がされる際、スプライン嵌合に起因したガタによる異音発生を抑制でき、操舵感を向上できるステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明のステアリング装置は、ロアーシャフトと、前記ロアーシャフト外に対して軸方向にテレスコ動作可能にスプライン嵌合されたアッパーシャフトと、前記アッパーシャフトを回転自在に支持するアッパーチューブと、前記アッパーチューブ内に対して軸方向にテレスコ動作可能に嵌め合わされるとともに前記ロアーシャフトを回転自在に支持するロアーチューブと、テレスコロックされるときに、前記アッパーチューブに形成された開口部を介して前記ロアーチューブ外周を押圧する押圧部材と、前記ロアーチューブと前記アッパーシャフトとの間に配置される付勢部材とを備え、前記付勢部材が配置される位置を、前記ロアーチューブと前記アッパーシャフトとの間であって、テレスコロックされるときに該付勢部材の付勢力が前記押圧部材の押圧力と反対方向に作用する位置としたものである。

また、前記付勢部材は、前記アッパーシャフトのテレスコ動作時における前記付勢部材の摺動荷重が、前記アッパーシャフトと前記ロアーシャフトのテレスコ動作時における収縮動作時よりも伸張動作時の方が小さな値となる、摺動荷重軽減形状を有することが好ましい。

本発明によれば、操舵がされる際、スプライン嵌合に起因したガタによる異音発生を抑制でき、操舵感を向上できる効果を奏する。

一実施形態のステアリング装置におけるステアリングシャフトの軸方向に沿った断面図。 アッパーシャフト１３及びロアーシャフト１４のスプライン嵌合した部分の拡大縦断面図。 図２の３−３線拡大横断面図。 付勢部材の断面図。 ステアリング装置の要部の模式的断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ他の実施形態の付勢部材の断面図。 他の実施形態における図３に相当する断面図。 他の実施形態における図３に相当する断面図。

以下、本発明のステアリング装置を具体化したコラムアシスト型のＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）に具体化した一実施形態を図１〜図５を参照して説明する。なお、以下の説明における各部材の前後方向は車両の前後方向に対応する。

図１に示すように、ステアリング装置１０は、図示しないステアリングホイール等の操舵部材に連結された第１操舵軸１１と、第１操舵軸１１に対して連結された第２操舵軸１２とを含むステアリングシャフトと、図示はしないが、第２操舵軸１２と連結された図示しない中間軸等を備えている。第１操舵軸１１と第２操舵軸１２とは同軸に配置されている。また、ステアリング装置１０は、前記中間軸に図示しない自在継手を介して連結されたピニオン軸と、該ピニオン軸に噛み合うラック軸とを備えており、該ピニオン軸とラック軸を含むラックアンドピニオン機構によって、前記ラック軸の両端に設けられる転舵輪を転舵可能である。

図１に示すように、第１操舵軸１１は、一体回転可能に且つ軸方向に相対摺動可能に、すなわち、テレスコ動作可能にスプライン嵌合されたアッパーシャフト１３及びロアーシャフト１４を有している。すなわち、図３に示すように、アッパーシャフト１３及びロアーシャフト１４のそれぞれの嵌合側端部には、雌形のスプライン１３ａ及び雄形のスプライン１４ａがそれぞれ形成されていて、ロアーシャフト１４がアッパーシャフト１３内に挿入されたテレスコピック機構を構成している。

また、第２操舵軸１２は、ロアーシャフト１４と一体回転可能に連結された入力軸１５と、前記自在継手を介して前記中間軸に一体回転可能に連結された出力軸１６と、入力軸１５及び出力軸１６を相対回転可能に連結するトーションバー１７とを有する。

図１に示すように第１操舵軸１１及び第２操舵軸１２は、車体側部材２１、２２に固定されたステアリングコラム３０に対して、軸受２３等を介して回転可能に支持されている。図１ではアッパーシャフト１３を支持する軸受２３のみが図示されている。

ステアリングコラム３０は、アッパーチューブ３２と、アッパーチューブ３２に対してその軸方向に相対摺動可能に、すなわち、テレスコ動作可能に内嵌されたロアーチューブ３４と、ロアーチューブ３４の軸方向下端部に一体に連結されたハウジング３５とを備えている。前記軸受２３は、アッパーチューブ３２の軸方向上端部の内周に保持されて、アッパーシャフト１３を回転可能に支持する。

ハウジング３５内には、操舵補助用の電動モータ３６の動力を減速して出力軸１６に伝達する減速機構３７が収容されている。
また、ハウジング３５内には、入力軸１５と出力軸１６との相対回転に基づいて操舵トルクを検出する図示しないトルクセンサが収容されている。トルクセンサによるトルク検出結果と図示しない車速センサによる車速検出結果とが、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）に入力されて、ＥＣＵは、両検出結果に基づいて、電動モータ３６を駆動制御（操舵補助制御）し、電動モータ３６に操舵補助力を発生させる。また、減速機構３７は、電動モータ３６の回転軸（図示せず）と同行回転可能に連結された駆動ギヤと、該駆動ギヤに噛み合い出力軸１６と同伴回転する図示しない被動ギヤとを有している。前記駆動ギヤは例えばウォーム軸からなり、前記被動ギヤは例えばウォームホイールからなる。減速機構３７は、電動モータ３６の発生する操舵補助力を出力軸１６に伝達する。

図１に示すようにステアリングコラム３０は、車両後方側のアッパーブラケット３８及び車両前方側のロアーブラケット３９を介して車体側部材２１、２２に固定されている。ロアーブラケット３９はその一端がハウジング３５に固定され、他端が図示しない固定ボルトを用いて、車体側部材２２に固定されている。

図５に示すように、アッパーブラケット３８は、後述するコラムブラケット４０を介してステアリングコラム３０のアッパーチューブ３２に固定可能となっている。
図５に示すように、アッパーブラケット３８は、例えば板金により形成されており、左右一対の取付座４４を有する上板４５と、上板４５に固定された下向きに開放する溝形をなす支持部材４６とを備えている。

アッパーブラケット３８は、車体側部材２１から下方に突出する一対の固定ボルト（スタッドボルト）４１と、当該固定ボルト４１に螺合するナット４２と、アッパーブラケット３８に離脱可能に保持されたカプセル４３とを用いて、車体側部材２１に固定されている。すなわち、一対の固定ボルト４１は、アッパーブラケット３８の上板４５における取付座４４及びカプセル４３を挿通している。そして、各固定ボルト４１にナット４２を締め込むことにより、車体側部材２１とナット４２との間に、上板４５及びカプセル４３を挟持している。これにより、アッパーブラケット３８、すなわち、上板４５は車体側部材２１に固定されている。

支持部材４６は、上板４５の下面に固定されたウェブ４７と、ウェブ４７の両端から下方へ延設された一対の側板４８とにより、下向きに開放する溝形を有する。一方、ステアリングコラム３０のアッパーチューブ３２には、上向きに開放する溝形をなすコラムブラケット４０が固定されている。コラムブラケット４０はアッパーブラケット３８の一対の側板４８に対向する一対の側板４９を有している。

図５に示すようにアッパーブラケット３８及びコラムブラケット４０の側板４８、４９には、ボルトからなる締付軸５０が貫通されている。図２に示すように側板４９には、前記締付軸５０が貫通する長孔４９ａがロアーシャフト１４の軸心方向と平行に延出されていて、アッパーチューブ３２と一体に連結されたコラムブラケット４０のテレスコ動作を許容する。

図５に示すように締付軸５０の先端にはナット５１が螺合しており、ナット５１を、操作レバー５２のテレスコロック操作方向への回転操作によって回転させることにより、締付軸５０としてのボルトの頭部とナット５１との間に、両側板４８，４９を締め付け、両側板４８，４９をロックする。これにより、テレスコピック調整後の操舵部材の位置をロックし、テレスコロックを達成する。また、テレスコロック状態から、操作レバー５２の反テレスコロック操作方向への操作によって回転させることにより、締付軸５０の頭部とナット５１との間の両側板４８，４９の締め付けが解除され、これにより両側板４８，４９のロックが解除される。

また、締付軸５０の軸方向の途中部には、締付軸５０と一体回転する押圧部材としての偏心カム５３が設けられている。テレスコロックされるときに、操作レバー５２の回転操作に伴って締付軸５０と一体回転した偏心カム５３が、アッパーチューブ３２に設けられた開口部５４を通して、ロアーチューブ３４の外周３４ａを押し上げることにより、両チューブ３２，３４間のガタが除去された状態となる。

また、図１、図２、図３に示すように、第１操舵軸１１を間にして偏心カム５３とは反対側のロアーチューブ３４とアッパーシャフト１３との間には、付勢部材としての弾性部材６０が配置されている。すなわち、ロアーシャフト１４に対してアッパーシャフト１３がスプライン嵌合している部位の外周面と、ロアーチューブ３４との間には弾性部材６０が、圧縮した状態で配置されている。本実施形態では、弾性部材６０は、ゴム等から半円筒形状に形成されており、ロアーチューブ３４に対して、その外周部がかしめ着されることにより、固定されている。図２では、弾性部材６０がロアーチューブ３４に設けられたかしめ孔３４ｂに挿入されてかしめ着された状態が示されている。なお、弾性部材６０のロアーチューブ３４に対する固定方法は、かしめ着に限定するものではなく、他の連結手段にて固定してもよい。また、弾性部材６０は、アッパーシャフト１３がその軸心の周りで回転した際に、アッパーシャフト１３に対して摺接可能となっている。なお、本実施形態では、図１に示すように、偏心カム５３よりも前方に弾性部材６０を配置したが、ロアーチューブ３４の軸方向において、第１操舵軸１１を間にして偏心カム５３と１８０度反対位置でもよく、或いは、偏心カム５３よりも後方である軸受２３側に配置してもよい。

また、図３に示すように、弾性部材６０は半円筒形状に形成されていて、ロアーシャフト１４の軸心を中心として角度θ＝１８０度の範囲で配置されている。この弾性部材６０が配置される位置は、ロアーチューブ３４とアッパーシャフト１３との間であって、テレスコロックされるときに弾性部材６０の付勢力が偏心カム５３の押圧力と反対方向に作用する位置である。

そして、テレスコロック時においては、偏心カム５３によりロアーチューブ３４が上方向に押圧されて、ハウジング３５を介してロアーチューブ３４に連結されたロアーシャフト１４も上方向に移動（傾動）し、その結果、テレスコロックされていない場合に比して、アッパーシャフト１３を介して弾性部材６０の圧縮を増すようにしている。そして、上記のように弾性部材６０が、圧縮が増加状態となってその付勢力にてアッパーシャフト１３と締め代を持つことにより、アッパーシャフト１３とロアーシャフト１４のスプライン嵌合した部位には、予圧が付与されて、両者間のガタを抑制するようにしている。

また、偏心カム５３の押圧が解除されてテレスコロックが解除されると、ロアーチューブ３４及びハウジング３５を介してロアーチューブ３４に連結されたロアーシャフト１４とが下方向に移動し、その結果、テレスコロックされている場合に比して、アッパーシャフト１３を介して弾性部材６０の圧縮が減少するようにしている。そして、上記のように弾性部材６０が、圧縮が減少するとその付勢力にてアッパーシャフト１３と締め代を少なくするようにしている。

また、図２及び図４に示すように、弾性部材６０は、摺動荷重軽減形状として操舵部材側を向く面には溝６２が形成されている。溝６２は、操舵部材側が開口し、反操舵部材側に内底壁を有することが好ましい。

なお、本実施形態では溝６２の断面形状を５角形状に形成しているが、溝の形状は限定するものではなく、例えば、図６（ａ）の断面横Ｕ字状の溝６２、図６（ｂ）に示すように断面横Ｖ字状の溝６２としてもよい。

このように溝６２は、操舵部材側が開口しているため、テレスコ動作時において、第１操舵軸１１が伸張する場合（図２において、アッパーシャフト１３がＡ矢印方向に移動する場合）は、収縮する場合（図２において、Ｂ矢印方向に移動する場合）に比して撓みやすい形状となっている。すなわち、溝６２を有する弾性部材６０は、アッパーシャフト１３のテレスコ動作時における弾性部材６０の摺動荷重が、アッパーシャフト１３とロアーシャフト１４のテレスコ動作時における収縮動作時よりも伸張動作時の方が小さな値とすることができる。

（実施形態の作用）
上記のように構成されたステアリング装置１０の作用を説明する。
図１〜図３に示すテレスコロック時は、偏心カム５３によりロアーチューブ３４が上方向に押圧されて、ハウジング３５を介してロアーチューブ３４に連結されたロアーシャフト１４も上方向に移動（傾動）し、その結果、テレスコロックされていない場合に比して、アッパーシャフト１３を介して弾性部材６０の圧縮が増す。

そして、上記のように弾性部材６０が、圧縮が増加状態となってその付勢力にてアッパーシャフト１３と締め代を持つことにより、アッパーシャフト１３とロアーシャフト１４のスプライン嵌合した部位には、予圧が付与されて、両者間のガタを抑制する。

一方、偏心カム５３の押圧が解除されてテレスコロックが解除されると、ロアーチューブ３４及びハウジング３５を介してロアーチューブ３４に連結されたロアーシャフト１４とが下方向に移動し、その結果、テレスコロックされている場合に比して、アッパーシャフト１３を介して弾性部材６０の圧縮が減少する。上記のように弾性部材６０が、圧縮が減少するとその付勢力によるアッパーシャフト１３の締め代が少なくなる。

この結果、この状態で、テレスコ操作を行うと、摺動荷重を低減することができる。
また、本実施形態では、弾性部材６０は、摺動荷重軽減形状として操舵部材側を向く面には操舵部材側が開口した溝６２が形成されている。この溝６２はテレスコ動作時において、第１操舵軸１１が伸張する場合（図２において、アッパーシャフト１３がＡ矢印方向に移動する場合）は、収縮する場合（図２において、アッパーシャフト１３がＢ矢印方向に移動する場合）に比して撓みやすい形状となっている。

この結果、本実施形態によれば、アッパーシャフト１３のテレスコ動作時における弾性部材６０の摺動荷重が、アッパーシャフト１３とロアーシャフト１４のテレスコ動作時における収縮動作時よりも伸張動作時の方が小さな値とすることができる。

また、ＥＰＳの場合、トーションバー１７を構造上有している。
従来は、トーションバー１７のバネ定数が小さい場合は、操舵部材からの入力条件によっては、操舵部材の回転方向において微振動し、この微振動が収束しないことがある。本実施形態では、弾性部材６０が、ロアーチューブ３４とアッパーシャフト１３間に配置されて、フリクションを付与しているため、操舵方向の微振動を抑制する。

本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）本実施形態のステアリング装置１０は、テレスコロックされるときに、アッパーチューブ３２に形成された開口部５４を介してロアーチューブ３４外周を押圧する偏心カム５３（押圧部材）と、ロアーチューブ３４とアッパーシャフト１３間に配置される弾性部材６０（付勢部材）とを備えている。そして、弾性部材６０が配置される位置を、ロアーチューブ３４とアッパーシャフト１３との間であって、テレスコロックされるときに弾性部材６０の付勢力が偏心カム５３の押圧力と反対方向に作用する位置としている。

この結果、アッパーシャフトをテレスコ動作する際、スプライン嵌合に起因したガタによる異音発生を抑制でき、操舵感を向上できる効果を奏する。
（２）また、本実施形態では、弾性部材６０は、アッパーシャフト１３のテレスコ動作時における弾性部材６０の摺動荷重が、アッパーシャフト１３とロアーシャフト１４のテレスコ動作時における収縮動作時よりも伸張動作時の方が小さな値となる溝６２を有する。一般に、テレスコ操作は、その特性上、引き側（操舵部材を車両後方へ移動させる側）が、反引き側（操舵部材を車両前方へ移動させる側）よりも重いが、本実施形態によれば、上記構成により、従来よりも引き側の摺動荷重を低減できる。

（３）本実施形態では、ＥＰＳとしているため、トーションバーを構造上有しているが、トーションバーのバネ定数を小さくしている場合がある。このような場合、操舵部材からの入力条件によっては、操舵部材が微振動し、この微振動が収束しない場合がある。このような場合であっても、本実施形態によれば、ロアーチューブ３４とアッパーシャフト１３間に配置されて、両者間にフリクションを付与できるため、操舵部材の回転方向の微振動を抑制することができる。

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・前記実施形態では、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に具体化したが、ラックアシスト型、ピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置に具体化してもよい。

・前記実施形態では、ステアリング装置を電動パワーステアリング装置に具体化したが、マニュアル式のステアリング装置に適用してもよい。
・前記実施形態では、テレスコピック調整のみが可能なステアリング装置に具体化したが、チルト機構及びテレスコピック機構を有するステアリング装置に具体化してもよい。

・前記実施形態では、弾性部材６０をロアーチューブ３４に対して固定したが、弾性部材６０をロアーチューブ３４に固定する代わりに、アッパーシャフト１３に対して固定するようにしてもよい。この場合は、弾性部材６０は、アッパーシャフト１３がその軸心の周りで回転した際に、アッパーシャフト１３とともに一体に回転して、ロアーチューブ３４に対して摺接する。

・前記実施形態では、弾性部材６０としてゴムを例示したが、ゴム以外の弾性部材であってもよい。例えば、ロアーチューブ３４に連結された板ばね、コイルスプリング等のスプリング材であってもよい。また、これらのスプリング材をアッパーシャフト１３に一体に連結して、ロアーチューブ３４に対して摺接可能に配置してもよい。

・前記実施形態では、摺動荷重軽減形状として、操舵部材側が開口するとともに反操舵部材側に内底壁を有する溝６２としたが、摺動荷重軽減形状は溝に限定するものではない。例えば、図６（ｃ）に示すように、摺動荷重軽減形状として、反操舵部材側の側壁６０ａと、操舵部材側の側壁６０ｂを有する中空部６３を形成してもよい。この場合、側壁６０ｂの厚みを側壁６０ａの厚みよりも薄く形成して、側壁６０ｂの剛性を側壁６０ａよりも弱く形成するものとする。操舵部材側を向く側壁が、反操舵部材側に向いた側壁よりも、剛性を弱くする形状は、厚みに薄くする構成以外に、切れ込み（スリット）、切り欠き等を有するようにしてもよい。なお、中空部６３において、ロアーチューブ３４の軸心に対して直交する端部の端面は開口することが好ましい。

このように構成された弾性部材６０は、テレスコ動作時において、第１操舵軸１１が伸張する場合は、収縮する場合に比して撓みやすい形状となる。すなわち、このような弾性部材６０は、アッパーシャフト１３のテレスコ動作時における弾性部材６０の摺動荷重が、アッパーシャフト１３とロアーシャフト１４のテレスコ動作時における収縮動作時よりも伸張動作時の方が小さな値とすることができる。

・前記実施形態では、弾性部材６０に溝６２または中空部６３を設けたが、溝６２、中空部６３を省略して充実体に形成してもよい。
・前記実施形態では、弾性部材６０を半円筒形状に形成したが、半円筒形状に限定するものではない。例えば、図７に示すように、弾性部材６０をその全体が偏心カム５３とは第１操舵軸１１とは１８０度反対側に位置するように配置し、かつ、半円等よりも周方向においては半円筒よりも短く形成してもよい。図７では、弾性部材６０はロアーシャフト１４の軸心を中心として角度θ１＜１８０度の範囲で配置されていることが示されている。

・前記実施形態では、弾性部材６０を単体としたが、図８に示すように、複数個の弾性部材６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃを、第１操舵軸１１を間にして偏心カム５３とは反対側のロアーチューブ３４とアッパーシャフト１３間に、配置するようにしてもよい。なお、図８の個数は３個で図示しているが、この数は例示であって、３個に限定するものではない。この場合の弾性部材６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃのロアーチューブ３４またはアッパーシャフト１３への固定方法は、前述した方法で固定すればよい。この場合においても、弾性部材６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃをロアーシャフト１４の軸心を中心として角度θ１≦１８０度の範囲で配置することが好ましい。この例においても、弾性部材６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃには、それぞれ溝６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃを有する。

１０…ステアリング装置、１１…第１操舵軸、１２…第２操舵軸、
１３…アッパーシャフト、１４…ロアーシャフト、１５…入力軸、
１６…出力軸、１７…トーションバー、２１…車体側部材、
２２…車体側部材、２３…軸受、３０…ステアリングコラム、
３２…アッパーチューブ、３４…ロアーチューブ、３４ａ…外周、
３５…ハウジング、３６…電動モータ、３７…減速機構、
３８…アッパーブラケット、３９…ロアーブラケット、４０…コラムブラケット、
４１…固定ボルト、４２…ナット、４３…カプセル、４４…取付座、４５…上板、
４６…支持部材、４７…ウェブ、４８…側板、４９…側板、
５０…締付軸、５１…ナット、５２…操作レバー、５３…偏心カム（押圧部材）、
５４…開口部、６０、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ…弾性部材、
６２、６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ…溝、６３…中空部、θ、θ１…角度。

Claims (2)

1. ロアーシャフトと、
   前記ロアーシャフト外に対して軸方向にテレスコ動作可能にスプライン嵌合されたアッパーシャフトと、
   前記アッパーシャフトを回転自在に支持するアッパーチューブと、
   前記アッパーチューブ内に対して軸方向にテレスコ動作可能に嵌め合わされるとともに前記ロアーシャフトを回転自在に支持するロアーチューブと、
   テレスコロックされるときに、前記アッパーチューブに形成された開口部を介して前記ロアーチューブ外周を押圧する押圧部材と、
   前記ロアーチューブと前記アッパーシャフトとの間に配置される付勢部材とを備え、
   前記付勢部材が配置される位置を、前記ロアーチューブと前記アッパーシャフトとの間であって、テレスコロックされるときに該付勢部材の付勢力が前記押圧部材の押圧力と反対方向に作用する位置としたステアリング装置。
2. 前記付勢部材は、前記アッパーシャフトのテレスコ動作時における前記付勢部材の摺動荷重が、前記アッパーシャフトと前記ロアーシャフトのテレスコ動作時における収縮動作時よりも伸張動作時の方が小さな値となる、摺動荷重軽減形状を有する請求項１に記載のステアリング装置。