JP4245009B2 - 電動位置調整式ステアリングコラム装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングシャフトを回転可能に保持すると共に、ステアリングホイールの位置を電動で調整できる電動位置調整式ステアリングコラム装置に関する。

従来の電動位置調整式ステアリングコラム装置として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この装置では、ステアリングホイールを所望の軸方向位置および上下位置に設定するため、チルト継手やテレスコピック継手を設けると共に、電動モータやねじ機構から構成されるアクチュエータによっ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できる構成を採っている。そして、ステアリングホイールの所定方向に所定以上の作用があった場合にのみ電動モータが動作し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電動調整できるようにしたスイッチ機構を設けている。
特許第２６４７４７６号公報

本発明は、アクチュエータ本体に保持されるロッド駆動機構を円滑に作動することができる電動位置調整式ステアリングコラム装置を提供することを課題とする。

上記課題を達成するため、請求項１の発明では、
後端部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と、
このステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムと、
当該ステアリングコラムを駆動して、前記ステアリングシャフトの位置を調節する電動アクチュエータと
を備える電動位置調整式ステアリングコラム装置において、
前記電動アクチュエータは、アクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体に保持される電動モータおよびロッド駆動機構とを有し、
該ロッド駆動機構は、前記アクチュエータ本体に一対のベアリングを介して回転自在に保持される合成樹脂製のギヤシャフトと、該ギヤシャフトに内嵌して該ギヤシャフトの回転により軸方向に移動して前記ステアリングコラムを駆動するアクチュエータロッドとから成り、
前記ギヤシャフトは前記電動モータの回転を伝達するドライブギヤに駆動されるドリブンギヤ部と、該ドリブンギヤ部からその軸方向に延在するシャフト部とから成り、
該シャフト部の外周面には前記ベアリングの内径より径方向に突出する変形部が形成され、該変形部が前記ベアリング内輪に圧入されて変形しており、
前記ドリブンギヤ部の両側面には軸方向に突出する変形部が形成され、該変形部が前記ベアリングの内輪側面に当接して変形しており、
前記一対のベアリングは前記ドリブンギヤ部を挟むように配設されて該ドリブンギヤ部の両側面で支持され、かつ前記シャフト部に圧入固定されていることを特徴とする電動位置調整式ステアリングコラム装置を提案する。

また、請求項２の発明では、請求項１の電動位置調整式ステアリングコラム装置において、前記アクチュエータロッドを内嵌する前記ギヤシャフトの内径面には雌ねじが形成され、前記アクチュエータロッドの外周面には前記雌ねじと螺合する雄ねじが形成され、かつ、前記雌ねじには潤滑油保持溝が形成されたものを提案する。

請求項１の発明によれば、例えばシャフト部の外周面に変形部として凸条や環状突起等を形成することにより、この変形部を塑性あるいは弾性変形させることでベアリングの内輪にシャフトを圧入する際の圧入力を一定にすることができ、シャフト部の変形（縮径量）が不要に大きくなることを防止できる。これによりベアリング内輪とギヤシャフトを確実に固着しながら、雌ねじと雄ねじとの圧着を防止し、ロッド駆動機構の円滑な作動を実現することができる。

請求項１の発明によれば、例えばドリブンギヤ部の側面に変形部として放射状凸条や同心円状突起を形成することにより、この変形部を塑性あるいは弾性変形させることで組立時におけるベアリングの予圧管理を容易かつ確実に行うことができる。

なお、請求項１の発明では、例えばギヤシャフトを合成樹脂を素材とする一体成形品等とすることにより、量産性の向上と軽量化とを容易に実現できる。

さらに請求項２の発明によれば、例えば、雌ねじや雄ねじとして加工が容易なメートルねじを採用しても、潤滑油保持溝から供給されるグリース等により螺合部の潤滑が行われ、ロッド駆動機構の円滑な作動と長期間の耐久性とを得ることができる。

以下、図面を参照して本発明に係る電動位置調整式ステアリングコラム装置の参考例および実施形態について説明する。

図１は、参考例の電動位置調整式ステアリングコラム装置を示す概略構成図である。この電動位置調整式ステアリングコラム装置１は、いわゆる首振りチルト方式を採用しており、ステアリングホイール２から延びてステアリングギア（図示を省略）に連結されたステアリングシャフト３をその軸の周りに回転可能に保持する三つのステアリングコラム、すなわち、アッパコラム４，ミドルコラム５，ロアコラム６を備えている。そして、各コラム４，５，６の相対位置を適宜調節することによって、ステアリングシャフト３、ひいてはステアリングホイール２が所望の位置に保持される。

アッパコラム４は、内部空間にステアリングシャフト３のユニバーサルジョイント（図示を省略）を収容している。アッパコラム４は、ミドルコラム５の後端に形成されたフォーク部５１にチルトヒンジピン５１ａを介してチルト可能に取り付けられている。すなわち、アッパコラム４をチルトヒンジピン５１ａを支点として適宜揺動させることにより、ステアリングホイール２のチルト位置を調節することができる。

ミドルコラム５は、ロアコラム６に内嵌・保持され、アッパコラム４を支持するフォーク部５１と伴に軸線方向に摺動可能になっている。すなわち、車体側に固定されたロアコラム６に対してミドルコラム５を適宜進退させることにより、アッパコラム４がステアリングシャフト３と伴にその軸方向に移動し、ステアリングホイール２のテレスコピック位置を調節することができる。

アッパコラム４のチルト位置は、電動チルトアクチュエータ７によって調節される。この電動チルトアクチュエータ７は、ギアボックス７０が付設された電動モータ７１と、この電動モータ７１に駆動される伸縮ロッド装置７２と、電動モータ７１の回転量を検出する位置検出装置７３とを主要構成要素としている。

伸縮ロッド装置７２から延びるアクチュエータロッド７２ａは、電動モータ７１の回転に応じて伸縮し、この際の伸縮量は、位置検出装置７３によって電動モータ７１の回転数としてデジタル的に検出される。

伸縮ロッド装置７２の前端部は、ミドルコラム５に固定されたブラケット５２にピン５３で枢着されており、ヒンジを構成している。アクチュエータロッド７２ａの後端部は、アッパコラム４に固定されたブラケット４２にピン４３で枢着されており、ヒンジを構成している。したがって、伸縮ロッド装置７２からアクチュエータロッド７２ａを徐々に繰り出せば、アッパコラム４がミドルコラム５に対して反時計方向に滑らかに回転することになり、ステアリングホイール２を上向きに徐々に傾けることができる。一方、伸縮ロッド装置７２中にアクチュエータロッド７２ａを徐々に収納すれば、アッパコラム４がミドルコラム５に対して時計方向に滑らかに回転することになり、ステアリングホイール２を下向きに徐々に傾けることができる。この際の傾斜角（チルト位置）は、位置検出装置７３の出力から換算することができる。

アッパコラム４のテレスコピック位置は、電動チルトアクチュエータ７とほぼ同一構造の電動テレスコピックアクチュエータ８によって調節される。すなわち、この電動テレスコピックアクチュエータ８は、ギアボックス８０が付設された電動モータ８１と、この電動モータ８１に駆動される伸縮ロッド装置８２と、電動モータ８１の回転量を検出する位置検出装置８３とを主要構成要素としている。

伸縮ロッド装置８２の前端部は、ロアコラム６に固定されたブラケット６２にピン６３で枢着されており、ヒンジを構成している。アクチュエータロッド８２ａの後端部は、ミドルコラム５のフォーク部５１に固定されたブラケット５５にピン５６で枢着されており、ヒンジを構成している。したがって、伸縮ロッド装置８２からアクチュエータロッド８２ａを繰り出せば、ミドルコラム５がロアコラム６から繰り出されることになり、ステアリングホイール２を後退させることができる。一方、伸縮ロッド装置８２内にアクチュエータロッド８２ａを収納すれば、ミドルコラム５がロアコラム６に繰り込まれることになり、ステアリングホイール２を前進させることができる。

なお、ミドルコラム５に固定されたブラケット５２は、ロアコラム６に形成された溝６ａに案内され、ミドルコラム５と伴にロアコラム６に対して軸線方向に沿って摺動できるようになっている。

図２は、本参考例における電動チルトアクチュエータ７の要部を説明する図である。ギアボックス７０は、電動モータ７１の回転軸に連結された複数のギア（図示を省略）を収納している。伸縮ロッド装置７２内には、ギアボックス７０からの動力の伝達を受けて回転する環状ギア７２ｂと、周囲に雄ねじが形成されると共に環状ギア７２ｂの内径面の雌ねじと螺合するロッド基部７２ｃとを備える。電動テレスコピックアクチュエータ８も同様の構造を有するので、ここでは説明を省略する。

図３は、位置検出装置７３の内部構造を説明する図である。図３（ａ）は、位置検出の一例を示し、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、その変形例を示す。

図３（ａ）に示すように、位置検出装置７３は、電動モータ７１と伴に回転する円板状のフォトインタラプタ７３ａと、フォトインタラプタ７３ａに形成されたスリットｓを光学的に非接触で検出するフォトカプラ７３ｂとを備える。図３（ｂ）に示す変形例の場合、位置検出装置１７３は、電動モータ７１と伴に回転する円板状の磁性体パルサー１７３ａと、磁性体パルサー１７３ａに形成された磁気的なスリットｓを磁気的に非接触で検出する磁気センサ１７３ｂとを備える。図３（ｃ）に示す変形例の場合、位置検出装置２７３は、電動モータ７１と伴に回転する円板状の静電パルサー２７３ａと、静電パルサー２７３ａに形成されたスリットｓの近接を極板によって非接触で検出する静電センサ２７３ｂとを備える。以上の参考例では、スリットｓの数を６としているが、例えばスリットｓの数を４として電動モータ７１の１回転で４パルスを得られるようにしてもよい。つまり、スリットｓの数は必要な精度に応じて適宜調節できる。

なお、位置検出装置７３は、電動モータ７１と伴に回転する円板状の誘電パルサーと、誘電パルサーに形成された誘電体領域の近接をコイルで検出する誘電センサとで構成することもできる。また、電動モータ７１を直流ブラシモータとすれば、ブラシがコミュータを超える際に発生するリプル電圧や高次ノイズを位置検出パルスとして用いることができる。さらに、電動モータ７１をホール素子やタコジェネレータ等を内蔵する直流ブラシレスモータとすれば、ホール素子やタコジェネレータ等の出力に基づいてステアリングホイールの位置を検出することができるようにもなる。

図４は、電動モータ７１の制御回路を概念的に説明する図である。電動モータ７１の回転量は、電源９０に接続されたコントローラ９１によって制御される。コントローラ９１には、電動モータ７１と伴に回転するフォトインタラプタ７３ａの回転を検出するフォトカプラ７３ｂの検出出力がフィードバックされる。また、コントローラ９１には、図示を省略する主制御装置からチルト角度の設定値が入力されており、電動モータ７１の回転量に換算されているので、フォトカプラ７３ｂからのパルス信号をカウントしながら電動モータ７１を所望の方向に回転させることで、ステアリングホイール２のチルト位置を目標値にもってくることができる。なお、電動テレスコピックアクチュエータ８の電動モータ８１の制御回路については、図４と同様であるので説明を省略する。

図５は、図２の電動チルトアクチュエータ７の変形例を説明する図である。すなわち、この電動チルトアクチュエータ１０７は、電動モータ１７１と、この電動モータ１７１にウォームホイール機構等を介して直接駆動される伸縮ロッド装置１７２と、電動モータ１７１の回転量を検出する位置検出装置１７３とを主要構成要素としている。

図６は、本発明の実施形態の電動位置調整式ステアリングコラム装置を示す概略構成図である。この電動位置調整式ステアリングコラム装置１は、いわゆる腰振りチルト方式を採用しており、後端部にステアリングホイール２が装着されると共に前端部にステアリングギア（図示を省略）が連結されたステアリングシャフト３をその軸の周りに回転可能に保持する二つのステアリングコラム、すなわち、アッパコラム４およびロアコラム６と、車体側に固定される固定ブラケット１０１を備えている。そして、固定ブラケット１０１に対する両コラム４，６の傾きや両コラム４，６間の相対位置を適宜調節することによって、ステアリングシャフト３、ひいてはステアリングホイール２が所望の位置に保持される。

アッパコラム４は、鋼管プレス成形品であり、ベアリング（図示せず）を介してステアリングシャフト３を回転自在に保持すると共に、ロアコラム６に摺動自在に内嵌・保持されている。また、ロアコラム６は、アルミニウム合金を素材とする薄肉のダイキャスト成形品（以下、アルミダイキャスト成形品と称する）であり、剛性を確保するべく、外周面に多数のリブを有している。ロアコラム６は、固定ブラケット１０１の前端部にチルトヒンジピン１０３を介して揺動自在に連結されている。したがって、固定ブラケット１０１に対してロアコラム６を適宜揺動させることで、ステアリングシャフト３およびステアリングホイール２のチルト位置を調節することができる。尚、本実施形態では、固定ブラケット１０１も、ロアコラム６と同様のアルミダイキャスト成形品である。

本実施形態の場合、ステアリングホイール２のチルト位置は、電動チルトアクチュエータ７によって調節される。電動チルトアクチュエータ７は、図７に横断面視を示したように、電動モータ７１およびロッド駆動機構１０３や、これらの保持に供されるアルミダイキャスト成形品のアクチュエータ本体１０５等から構成されている。ロッド駆動機構１０３は、アクチュエータ本体１０５に一対のベアリング１０７を介して回転自在に保持されたギヤシャフト１０９と、ギヤシャフト１０９の軸心に形成された雌ねじ１１１に螺合する雄ねじ１１３が外周面に形成された中空のアクチュエータロッド１１５とを主要構成要素としている。尚、本実施形態においても、前記参考例と同様の位置検出手段が設けられているが、説明が煩雑になるためその記載は省略する。

本実施形態のギヤシャフト１０９は合成樹脂の射出成形品であり、図８にその斜視を示したように、アイドラギヤ１１７を介して電動モータ７１側のドライブギヤ１１９に駆動されるドリブンギヤ部１２１と、ベアリング１０７の内輪１２３に圧入される一対のシャフト部１２５とで構成されている。更に、ドリブンギヤ部１２１は、円盤状のギヤベース１２７と、このギヤベース１２７に所定厚み（例えば、１〜３ｍｍ）の合成ゴム環１２９を介して外嵌する合成樹脂射出成形品のギヤリング１３１とからなっている。

本実施形態の電動チルトアクチュエータ７では、このような構成を採ったことにより、ドライブギヤ１１９やアイドラギヤ１１７、ギヤリング１３１間にバックラッシュが存在していても、電動モータ７１が逆転する際等に合成ゴム環１２９がバックラッシュに起因する衝撃を吸収して騒音が低減される。

また、シャフト部１２５には、その外周面に第１の変形部としてセレーション様の多数本の凸条１３３が軸方向に沿って形成される一方、ドリブンギヤ部１２１には、その側面に第２の変形部として多数本の放射状突起１３５が形成されている。更に、シャフト部１２５には、雌ねじ１１１を一部切り欠くかたちで軸方向に沿った一条の潤滑油保持溝１３７が形成されており、この潤滑油保持溝１３７にシリコングリース等の潤滑剤が保持されている。尚、本実施形態の場合、ギヤシャフト１０９の雌ねじ１１１およびアクチュエータロッド１１５の雄ねじ１１３には、旧来の台形ねじに代えて加工の容易なメートルねじが採用され、その径も比較的大きく（例えば、Ｍ１４〜Ｍ１８に）設定されている。

本実施形態の電動チルトアクチュエータ７では、このような構成を採ったことにより、ベアリング１０７の内輪１２３にシャフト部１２５を圧入する際には、シャフト部１２５の凸条１３３が所定量塑性変形（あるいは、弾性変形）し、圧入によるシャフト部１２５の縮径が殆ど生じなくなる。これにより、ベアリング１０７の内輪１２３とギヤシャフト１０９との確実な固着を実現しながら、雌ねじ１１１と雄ねじ１１３との圧着が防止され、ロッド駆動機構１０３の円滑な作動が実現された。また、ギヤシャフト１０９およびベアリング１０７のアクチュエータ本体１０５へのセット時には、ドリブンギヤ部１２１の放射状突起１３５が所定量塑性変形（あるいは、弾性変形）し、ベアリング１０７の予圧管理が極めて容易となった。更に、雌ねじ１１１に潤滑剤を保持した潤滑油保持溝１３７が形成されているため、雌ねじ１１１および雄ねじ１１３にメートルねじを採用しながら、その螺合部に十分な潤滑が行われてロッド駆動機構１０３の円滑な作動が実現された。

さて、本実施形態の場合、電動チルトアクチュエータ７は、アクチュエータ本体１０５の前端部がピン１４１を介してロアコラム６に揺動自在に接続される一方、アクチュエータロッド１１５の後端部がピン１４３を介して鋼板プレス成形品のチルト揺動部材１４５の前端部に連結されている。チルト揺動部材１４５は、中間部上方が固定ブラケット１０１にピン１４７を介して揺動自在に支持される一方、後端部に形成された矩形孔１４９にはロアコラム６に固着されたピン１５０が嵌入している。

これにより、電動チルトアクチュエータ７のアクチュエータ本体１０５からアクチュエータロッド１１５が繰り出されると、チルト揺動部材１４５が図６中で反時計回りに回動し、ロアコラム６がアッパコラム４およびステアリングシャフト３と伴にチルトヒンジピン１０３を支点にして上方に揺動することになり、ステアリングホイール２の上方へのチルト調節がなされる。また、電動チルトアクチュエータ７のアクチュエータ本体１０５内にアクチュエータロッド１１５が収納されると、チルト揺動部材１４５が図６中で時計回りに回動し、ロアコラム６がアッパコラム４およびステアリングシャフト３と伴にチルトヒンジピン１０３を支点にして下方に揺動することになり、ステアリングホイール２の下方へのチルト調節がなされる。

一方、アッパコラム４がロアコラム６に摺動自在に内嵌・保持されているため、ロアコラム６に対してアッパコラム４を繰り出すあるいは進入させることで、ステアリングシャフト３およびステアリングホイール２のテレスコピック位置を調節することができる。

本実施形態の場合、ステアリングホイール２のテレスコピック位置は、電動テレスコピックアクチュエータ８によって調節される。電動テレスコピックアクチュエータ８は、電動チルトアクチュエータ７と全く同一品であり、その取付形態のみが異なる。すなわち、電動テレスコピックアクチュエータ８は、アクチュエータ本体１０５の前端部がピン１５１を介してロアコラム６に連結され、アクチュエータロッド１１５の後端がピン１５３を介してアッパコラム４に固着された鋼板製のステー１５５に連結されている。

これにより、電動テレスコピックアクチュエータ８のアクチュエータ本体１０５からアクチュエータロッド１１５が繰り出されると、ステー１５５と伴にアッパコラム４およびステアリングシャフト３が後退することになり、ステアリングホイール２の後方へのテレスコピック調節がなされる。また、電動テレスコピックアクチュエータ８のアクチュエータ本体１０５内にアクチュエータロッド１１５が収納されると、ステー１５５と伴にアッパコラム４およびステアリングシャフト３が前進することになり、ステアリングホイール２の前方へのテレスコピック調節がなされる。

本実施形態では、電動チルトアクチュエータ７と電動テレスコピックアクチュエータ８とを同一品としたため、コスト上および組立作業上の効果を得ることができた。すなわち、アクチュエータ本体１０５やアクチュエータロッド１１５等が共通となるため、ダイキャスト成形や転造等に要する金型の種類が削減されると同時に電動アクチュエータの量産性も大幅に向上し、製造コストの低減が実現できた。また、電動位置調整式ステアリングコラム装置１への組付けにあたっても、電動アクチュエータの選別が不要になるため、組立作業者の負担が軽減されると共に組み間違えの虞も無くなった。

以上で参考例および具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限られるものではない。例えば、本実施形態では、シャフト部１２５に形成される第１の変形部として多数本の凸条１３３を採用し、ドリブンギヤ部１２１に形成される第２の変形部として多数本の放射状突起１３５を採用したが、図９に示したように、第１の変形部として環状突起１６１を採用し、第２の変形部として同心円状の環状突起１６３を採用するようにしてもよい。その他、電動位置調整式ステアリングコラム装置１の全体構成や各部材の形状等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宜変更可能である。

参考例の電動位置調整式ステアリングコラム装置を示す概略構成図である。 同参考例における位置調節機構の要部を説明する部分横断面図である。 デジタル的に位置検出する方法を説明する図である。 電動モータの制御回路を概念的に説明する図である。 位置調節機構の要部の変形例を説明する図である。 実施形態の電動位置調整式ステアリングコラム装置を示す概略構成図である。 同実施形態における電動アクチュエータを示す横断面図である。 同実施形態におけるギヤシャフトを示す斜視図である。 同実施形態におけるギヤシャフトの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
４ アッパコラム
５ ミドルコラム
６ ロアコラム
７ 電動チルトアクチュエータ
８ 電動テレスコピックアクチュエータ
７０ ギアボックス
７１ 電動モータ
７２ 伸縮ロッド装置
７３ 位置検出装置
８０ ギアボックス
８１ 電動モータ
８２ 伸縮ロッド装置
８３ 位置検出装置
１０１ 固定ブラケット
１０３ ロッド駆動機構
１０５ アクチュエータ本体
１０７ ベアリング
１０９ ギヤシャフト
１１１ 雌ねじ
１１３ 雄ねじ
１１５ アクチュエータロッド
１１７ アイドラギヤ
１１９ ドライブギヤ
１２１ ドリブンギヤ部
１２５ シャフト部
１２７ ギヤベース
１２９ 合成ゴム環
１３１ ギヤリング
１３３ 凸条
１３５ 放射状突起
１３７ 潤滑油保持溝
１４５ チルト揺動部材
１６１，１６３ 環状突起

Claims (2)

1. 後端部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と、
   このステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムと、
   当該ステアリングコラムを駆動して、前記ステアリングシャフトの位置を調節する電動アクチュエータと
   を備える電動位置調整式ステアリングコラム装置において、
   前記電動アクチュエータは、アクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体に保持される電動モータおよびロッド駆動機構とを有し、
   該ロッド駆動機構は、前記アクチュエータ本体に一対のベアリングを介して回転自在に保持される合成樹脂製のギヤシャフトと、該ギヤシャフトに内嵌して該ギヤシャフトの回転により軸方向に移動して前記ステアリングコラムを駆動するアクチュエータロッドとから成り、
   前記ギヤシャフトは前記電動モータの回転を伝達するドライブギヤに駆動されるドリブンギヤ部と、該ドリブンギヤ部からその軸方向に延在するシャフト部とから成り、
   該シャフト部の外周面には前記ベアリングの内径より径方向に突出する変形部が形成され、該変形部が前記ベアリング内輪に圧入されて変形しており、
   前記ドリブンギヤ部の両側面には軸方向に突出する変形部が形成され、該変形部が前記ベアリングの内輪側面に当接して変形しており、
   前記一対のベアリングは前記ドリブンギヤ部を挟むように配設されて該ドリブンギヤ部の両側面で支持され、かつ前記シャフト部に圧入固定されていることを特徴とする電動位置調整式ステアリングコラム装置。
2. 前記アクチュエータロッドを内嵌する前記ギヤシャフトの内径面には雌ねじが形成され、前記アクチュエータロッドの外周面には前記雌ねじと螺合する雄ねじが形成され、かつ、前記雌ねじには潤滑油保持溝が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の電動位置調整式ステアリングコラム装置。

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