JP4483459B2 - 電動式ステアリングコラム装置 - Google Patents

Description

本発明は電動式ステアリングコラム装置、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コラム装置に関する。

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コラム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コラム装置として、特許文献１に開示された電動式ステアリングコラム装置がある。

特許文献１の電動式ステアリングコラム装置は、円滑で高剛性のチルト運動、または、テレスコピック運動を行わせるために、球面状の突起と、この球面状の突起が摺動自在に内嵌する円筒状のスリーブとからなる球面継手を、電動モータからコラムへの動力伝達経路内に有している。この球面継手は、球面状の突起とスリーブとの間の隙間を詰めてガタを無くすために、樹脂を介在させているが、隙間を詰めるためには、球面状の突起とスリーブの寸法精度がある程度必要であった。

国際公開第ＷＯ０３／０７８２３４号パンフレット

本発明は、球面継手を構成する部品に製造誤差が有っても、球面状の突起とスリーブとの間の嵌合隙間を簡単に調整することができ、ステアリングホイールの操舵感が向上し、製造コストを低減することが可能な電動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、電動モータ、上記電動モータの回転を、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動力伝達機構を備えた電動式ステアリングコラム装置において、上記動力伝達機構は、上記電動モータによって回転駆動されるスクリューと、上記スクリューに螺合するナットと、上記ナットに設けられた球面状の突起をなすボールと、内周に上記ボールが嵌合する凹球面を有する円筒状のブッシュであって、軸方向全長に亘って、このブッシュの径を拡大縮小するためのスリットが形成されたブッシュと、上記ブッシュが挿入される円筒状のスリーブと、上記ボールに形成されたスリットと、上記ボールのスリットの開口幅を拡縮して上記ボールの外形寸法を拡縮するための調整ねじと、を有しており、上記ボールの外周と上記ブッシュの内周の凹球面との間隙、及び、上記ブッシュの外周と上記スリーブの内周との間隙が、ともに上記調整ねじのねじ込み深さの調整によって調整することができることを特徴とする電動式ステアリングコラム装置である。

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コラム装置において、上記調整ねじの頭部の締付け面はテーパー形状を有し、この締付け面が当接する上記ボールのざぐり穴のテーパー角度が、上記締付け面のテーパー角度よりも小さく形成され、上記調整ねじのねじ込み深さを調整することにより、上記締付け面がざぐり穴を径方向に拡縮して、上記ボールの外形寸法が拡縮するものであることを特徴とする電動式ステアリングコラム装置である。

本発明の電動式ステアリングコラム装置では、球面継手を構成する球面状の突起とスリーブとの間の嵌合隙間を簡単に調整可能な嵌合隙間調整手段を有している。従って、部品各々に製造誤差が有っても、嵌合隙間を調整することで、球面状の突起とスリーブとの間の嵌合隙間を無くすことができるので、ステアリングホイールの操舵感を向上させ、部品各々の製造も容易となるため、製造コストを低減することが可能となる。

＊ 第１の実施形態
以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の電動式ステアリングコラム装置１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コラム装置１は、ステアリングシャフト２を回動自在に軸支している。ステアリングシャフト２には、その右端（車体後方側）にステアリングホイール３が装着され、ステアリングシャフト２の左端（車体前方側）には、ユニバーサルジョイント１０１を介してロアーシャフト１０２が連結されている。

ロアーシャフト１０２には、その左端にユニバーサルジョイント１０３が連結され、ユニバーサルジョイント１０３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１０４が連結されている。

運転者がステアリングホイール３を回転操作すると、ステアリングシャフト２、ユニバーサルジョイント１０１、ロアーシャフト１０２、ユニバーサルジョイント１０３を介して、その回転力がステアリングギヤ１０４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１０５を移動し、車輪の操舵角を変えることができる。

図２は、本発明の第１の実施形態の電動チルト式ステアリングコラム装置を示す一部断面を含む要部概略構成図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、第１の実施形態のチルト動作を示す説明図、図７は球面継手の拡大断面図であって、調整ねじをねじ込む前の状態を示す。図８（１）は、図７のＰ方向から見たボール単体を示す側面図、図８（２）は、図７のＰ方向から見たブッシュ単体を示す側面図である。図９は球面継手の拡大断面図であって、調整ねじをねじ込んだ後の状態を示す。

図２の左側（車体前方側）には、Ｔ字状の下部車体取付けブラケット５１の上部に形成された取付け部５１１が、車体５３に固定されており、取付け部５１１からピボット部５１２が下方に延びている。コラム４の左端は、ピボット部５１２に軸支されたピボットピン５１３を支点として、下部車体取付けブラケット５１に揺動可能に支持されている。

図２の右側（車体後方側）には、Ｌ字状の上部車体取付けブラケット５２の上部に形成された取付け部５２１が、車体５３に固定されており、取付け部５２１からコラム支持部５２２が下方に延びている。コラム支持部５２２には、図３に示すように、上下に長い長孔５２３が形成されており、円筒形のコラム４の右端が、この長孔５２３を貫通して図２の右側に延び、チルト位置調整時に、コラム４の右端が長孔５２３内を上下方向に自由に移動可能である。コラム４には、ステアリングシャフト２が回動自在に軸支され、ステアリングシャフト２には、その右端（車体後方側）にステアリングホイール３が装着されている。

コラム４の左側面にはコの字状のブラケット４１が一体的に形成され、このブラケット４１に電動モータ６１が固定されている。また、ブラケット４１の上軸支部４１Ａと下軸支部４１Ｂには、図示しないころがり軸受を介して、ボールスクリュウ７１の上下両端が各々軸支されている。

電動モータ６１の出力軸６１１には、ウォームギヤ６２が一体的に形成され、ボールスクリュウ７１に固定されたウォームホイール７２がウォームギヤ６２に噛み合っている。ウォームホイール７２とウォームギヤ６２で減速機構が構成され、電動モータ６１の回転がボールスクリュウ７１に減速して伝達される。

ボールスクリュウ７１には、ボールスクリュウ７１の回転を直線運動に変換するボールナット７３が螺合している。ボールスクリュウ７１とボールナット７３で構成される送り機構は、ボールスクリュウ７１の外周の螺旋溝と、ボールナット７３の内周の螺旋溝との間に複数のボールを介在して、ボールスクリュウ７１の回転をボールナット７３の直線運動に変換する送り機構である。

ボールを介在しているため、ボールスクリュウ７１とボールナット７３との間にバックラッシュが無いため、コラム４にガタ感が無く、ステアリングホイール３の操舵感が良好になる。また、送り抵抗が小さくて、送り抵抗の変動も小さいため、円滑なチルト位置調整が可能となる。

ボールナット７３には図２の右側に、球面状の突起を有するボール７４が一体的に形成されている。図２から見て、コラム支持部５２２の左側端面５２２Ａには円筒状のスリーブ７５が一体的に形成され、ボール７４がスリーブ７５に摺動可能に嵌入することで、球面継手を構成している。

図７から図９に示すように、ボール７４の外周７４Ｂとスリーブ７５の内周７５Ａとの間には、円筒状のブッシュ７６が介挿されている。ブッシュ７６の内周には、ボール７４の球面状の外周７４Ｂと密に接合する凹球面７６Ａが形成されている。ブッシュ７６には、ブッシュ７６の軸方向全長にわたってスリット７６１（図８（２））が形成され、ブッシュ７６が径方向に容易に拡大縮小するようにしている。ボール７４がブッシュ７６の凹球面７６Ａに沿って円滑に回転するようにするため、ブッシュ７６は摩擦係数の小さい合成樹脂や、含油軸受材で形成したり、低摩擦材でコーティングしたりすることが好ましい。

図７、図８（１）に示すように、ボール７４には、開口幅がＷのスリット７４１が形成されている。スリット７４１は、図７の左右方向に水平なボール７４の軸心に平行に形成されている。また、ボール７４の軸心には、図７の左右方向に雌ねじ７７が形成され、雌ねじ７７の右端には、テーパー形状のざぐり穴７７１が形成されている。

雌ねじ７７にねじ込まれる調整ねじ７８は、ねじ頭部の締付け面７８１がテーパー形状のさらねじである。ざぐり穴７７１のテーパー角度Ｑよりも、調整ねじ７８の締付け面７８１のテーパー角度Ｒを大きくしている。調整ねじ７８を雌ねじ７７にねじ込むと、締付け面７８１がざぐり穴７７１を径方向外側に押し広げることで、スリット７４１を図７の上下方向に押し広げる。

従って、調整ねじ７８のねじ込み深さを適宜調整することにより、上記スリット７４１の開口幅Ｗを拡縮して、上記ボール７４の外形寸法を拡縮することができる。図７に示すように、調整ねじ７８を雌ねじ７７にねじ込む前の状態では、ブッシュ７６の外周７６Ｂと、スリーブ７５の内周７５Ａとの間には隙間ｂが形成されている。

図９に示すように、調整ねじ７８を雌ねじ７７にねじ込むと、ブッシュ７６の外周７６Ｂとスリーブ７５の内周７５Ａとの間の隙間ｂを無くすことができ、また、ボール７４の外周７４Ｂとブッシュ７６の凹球面７６Ａとの間の隙間も無くすことができる。従って、
ボール７４、ブッシュ７６、スリーブ７５の各々の嵌合寸法に製造誤差があっても、調整ねじ７８のねじ込み深さを適宜調整することで、部品間の寸法誤差を吸収して、部品間の隙間を完全に無くすことができるので、ステアリングホイール３の操舵感が向上し、部品各々の製造も容易となるため、製造コストを低減することが可能となる。

また、スリット７４１の拡縮方向が、図２、図７の上下方向であって、ステアリングホイール３のチルト位置調整時に、ボール７４に加わる荷重方向と同一にしているため、チルト位置調整時に荷重が負荷された時の部品間の隙間の変動を考慮して、調整ねじ７８による隙間調整を行うことが可能となる。

また、ざぐり穴７７１の深さＬ１、締付け面７８１の高さＬ２を適宜選択することで、調整ねじ７８とボール７４との間の結合剛性、すなわち、スリット７４の剛性を適宜調整することができる。

ステアリングホイール３のチルト位置を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が正逆いずれかの方向に回転駆動される。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７２に減速して伝達され、ウォームホイール７２と一体のボールスクリュウ７１が回転することにより、例えば、ボールナット７３がボールスクリュウ７１に沿って図２の軸方向に下降する。

すると、ボールナット７３と一体のボール７４もコラム４に対して下降し、ボール７４がブッシュ７６に嵌合しているため、図４に示すように、コラム４が上方にチルト移動する。また、ボール７４が上昇した場合には、コラム４は下方にチルト移動する。コラム４がチルト移動すると、ボール７４はブッシュ７６の凹球面７６Ａ内で、自由に回転及び摺動するため、コラム４のチルト移動を阻害したり、ボール７４とブッシュ７６との間に、不要な応力や摩擦を生じさせることがない。

＊ 第２の実施形態
次に本発明の第２の実施形態を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態の電動テレスコピック式ステアリングコラム装置を示す一部断面を含む要部概略構成図である。図６は、図５の下面図である。以下の説明では、上記実施形態と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。第２の実施形態は、第１の実施形態で説明した球面継手をテレスコピック式のステアリングコラム装置に適用した例である。

中空円筒状のアウターコラム４２には、インナーコラム４３が軸方向（図５の左右方向）にテレスコピック摺動可能に嵌合している。アウターコラム４２の下部には、矩形形状の開口部４５が形成され、この開口部４５を通して、インナーコラム４３に固定したスリーブ７５が、下向きに外方に突出している。開口部４５は、テレスコピック位置調整時にスリーブ７５の外周が開口部４５の前端４５Ａ、後端４５Ｂに当接することで、ストッパとしての機能を果たし、また、インナーコラム４３の回転方向の回り止めの機能も果たしている。

インナーコラム４３には、ステアリングシャフト２が回動自在に軸支され、ステアリングシャフト２には、その右端（車体後方側）にステアリングホイール３が装着されている。アウターコラム４２の下面には、開口部４５を挟んで前後に、前軸支部４４Ａ、後軸支部４４Ｂが下向きに突出して一体に形成され、図示しないころがり軸受を介して、ボールスクリュウ７１の前後両端が各々軸支されている。また、アウターコラム４２の側面には、電動モータ６１が固定されている。

電動モータ６１の出力軸６１１には、ウォームギヤ６２が一体的に形成され、ボールスクリュウ７１に固定されたウォームホイール７２がウォームギヤ６２に噛み合っている。ウォームホイール７２とウォームギヤ６２で減速機構が構成され、電動モータ６１の回転がボールスクリュウ７１に減速して伝達される。

ボールスクリュウ７１には、ボールスクリュウ７１の回転を直線運動に変換するボールナット７３が螺合している。ボールを介在しているため、ボールスクリュウ７１とボールナット７３との間にバックラッシュが無いため、コラム４にガタ感が無く、ステアリングホイール３の操舵感が良好になる。また、送り抵抗が小さくて、送り抵抗の変動も小さいため、円滑なテレスコピック位置調整が可能となる。

ボールナット７３には、上方に球面状の突起を有するボール７４が一体的に形成されており、ボール７４が上記スリーブ７５に摺動可能に嵌入することで、球面継手を構成している。ボール７４の外周７４Ｂとスリーブ７５の内周７５Ａとの間には、第１の実施形態と同一形状のブッシュ７６が介挿されている。

図５に示すように、ボール７４は第１の実施形態と同一形状を有し、上下方向に垂直なボール７４の軸心に平行にスリット７４１が形成されている。また、ボール７４の軸心には、図７に示す第１の実施形態と同一形状の雌ねじ７７とテーパー形状のざぐり穴７７１が形成されている。雌ねじ７７には、第１の実施形態と同一形状のテーパー形状の締付け面７８１を有する調整ねじ７８がねじ込まれている。

従って、調整ねじ７８のねじ込み深さを適宜調整することにより、上記スリット７４１の開口幅Ｗを拡縮して、上記ボール７４の外形寸法を拡縮し、ブッシュ７６の外周７６Ｂとスリーブ７５の内周７５Ａとの間の隙間ｂを簡単に無くすことができ、また、ボール７４の外周７４Ｂとブッシュ７６の凹球面７６Ａとの間の隙間も簡単に無くすことができる。

第２の実施形態では、スリット７４の拡縮方向が、図５の左右方向であって、ステアリングホイール３のテレスコピック位置調整時に、ボール７４に加わる荷重方向と同一にしているため、テレスコピック位置調整時に荷重が負荷された時の部品間の隙間の変動を考慮して、調整ねじ７８による隙間調整を行うことが可能となる。

ステアリングホイール３のテレスコピック位置を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が正逆いずれかの方向に回転駆動される。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７２に減速して伝達され、ウォームホイール７２と一体のボールスクリュウ７１が回転することにより、例えば、ボールナット７３がボールスクリュウ７１に沿って、左方向（車体前方側）に移動する。

すると、ボールナット７３と一体のボール７４も左方向に移動し、ボール７４がブッシュ７６に嵌合しているため、インナーコラム４３が左方向にテレスコピック移動する。また、ボール７４が右方向（車体後方側）に移動した場合には、インナーコラム４３は右方向にテレスコピック移動する。インナーコラム４３がテレスコピック移動すると、ボール７４はブッシュ７６の凹球面７６Ａ内で、自由に回転及び摺動するため、インナーコラム４３のテレスコピック移動を阻害したり、ボール７４とブッシュ７６との間に、不要な応力や摩擦を生じさせることがない。

上記した第１の実施形態及び第２の実施形態では、ボール７４の外周７４Ｂとスリーブ７５の内周７５Ａとの間に、円筒状のブッシュ７６が介挿されているが、ブッシュ７６を省略し、スリーブ７５の内周７５Ａにボール７４の外周７４Ｂが直接嵌合するようにしてもよい。また、ボールナット７３とボール７４が一体で形成されているが、各々別体で形成し、ボルト等の結合手段によって結合してもよい。

上記した実施形態では、ボールを介在したボールスクリュウ７１とボールナット７３を使用しているが、ボールを介在しないスクリュウとナットの組み合わせでもよい。また、上記した実施形態では、雌ねじ７７、調整ねじ７８は平行ねじであるが、テーパねじに置き換えてもよい。さらに、上記した実施形態のウォームギヤ６２とウォームホイール７２で構成される減速機構は、電動モータ６１の出力軸６１１とボールスクリュウ７１との交叉角を変えることにより、平歯車、はすば歯車、かさば歯車等の減速機構に置き換えることができる。

本発明の電動式ステアリングコラム装置を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。 本発明の第１の実施形態の電動チルト式ステアリングコラム装置を示す一部断面を含む要部概略構成図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 第１の実施形態のチルト動作を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態の電動テレスコピック式ステアリングコラム装置を示す一部断面を含む要部概略構成図である。 図５の下面図である。 球面継手の拡大断面図であって、調整ねじをねじ込む前の状態を示す。 （１）は、図７のＰ方向から見たボール単体を示す側面図、（２）は、図７のＰ方向から見たブッシュ単体を示す側面図である。 球面継手の拡大断面図であって、調整ねじをねじ込んだ後の状態を示す。

符号の説明

１ 電動式ステアリングコラム装置
１０１ ユニバーサルジョイント
１０２ ロアーシャフト
１０３ ユニバーサルジョイント
１０４ ステアリングギヤ
１０５ タイロッド
２ ステアリングシャフト
３ ステアリングホイール
４ コラム
４１ ブラケット
４１Ａ 上軸支部
４１Ｂ 下軸支部
４２ アウターコラム
４３ インナーコラム
４４Ａ 前軸支部
４４Ｂ 後軸支部
４５ 開口部
４５Ａ 前端
４５Ｂ 後端
５１ 下部車体取付けブラケット
５１１ 取付け部
５１２ ピボット部
５１３ ピボットピン
５２ 上部車体取付けブラケット
５２１ 取付け部
５２２ コラム支持部
５２２Ａ 左端面
５２３ 長孔
５３ 車体
６１ 電動モータ
６１１ 出力軸
６２ ウォームギヤ
７１ ボールスクリュウ
７２ ウォームホイール
７３ ボールナット
７４ ボール
７４Ｂ 外周
７４１ スリット
７５ スリーブ
７５Ａ 内周
７６ ブッシュ
７６Ａ 凹球面
７６Ｂ 外周
７６１ スリット
７７ 雌ねじ
７７１ ざぐり穴
７８ 調整ねじ
７８１ 締付け面

Claims (2)

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、
   電動モータ、
   上記電動モータの回転を、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動力伝達機構を備えた電動式ステアリングコラム装置において
   上記動力伝達機構は、
   上記電動モータによって回転駆動されるスクリューと、
   上記スクリューに螺合するナットと、
   上記ナットに設けられた球面状の突起をなすボールと、
   内周に上記ボールが嵌合する凹球面を有する円筒状のブッシュであって、軸方向全長に亘って、このブッシュの径を拡大縮小するためのスリットが形成されたブッシュと、
   上記ブッシュが挿入される円筒状のスリーブと、
   上記ボールに形成されたスリットと、
   上記ボールのスリットの開口幅を拡縮して上記ボールの外形寸法を拡縮するための調整ねじと、
   を有しており、
   上記ボールの外周と上記ブッシュの内周の凹球面との間隙、及び、上記ブッシュの外周と上記スリーブの内周との間隙が、ともに上記調整ねじのねじ込み深さの調整によって調整することができること
   を特徴とする電動式ステアリングコラム装置。
2. 請求項１に記載された電動式ステアリングコラム装置において、
   上記調整ねじの頭部の締付け面はテーパー形状を有し、この締付け面が当接する上記ボールのざぐり穴のテーパー角度が、上記締付け面のテーパー角度よりも小さく形成され、上記調整ねじのねじ込み深さを調整することにより、上記締付け面がざぐり穴を径方向に拡縮して、上記ボールの外形寸法が拡縮するものであること
   を特徴とする電動式ステアリングコラム装置。

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