JP4640435B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング装置に関し、詳しくは、電動モータやギヤボックス等と他の装置との干渉防止やステアリングホイールの操作性向上等を図る技術に関する。

自動車用の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。
従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが一般に用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難く、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置が近年注目されている。電動パワーステアリング装置では、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下（オルタネータに係るエンジンの駆動損失）も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長を有している。

一方、自動車のステアリング装置は、不特定多数の運転者により使用（操舵）されるため、個人の体格や運転姿勢等に対応してステアリングホイールの位置を調整できることが望ましい。このような要望に答えるべく、乗用車に限らず貨物車等においても、チルト機構を採用するものが多くなっている。チルト機構は、ステアリングホイールの位置を上下方向に調整するための機構であり、ステアリングコラムを揺動自在に支持するチルトピボットと、所望の位置（揺動角度）でステアリングコラムを固定するチルトレバー部等からなっている。尚、チルト機構には、ステアリングコラムとインタミネートジョイントとの連結部近傍にチルトピボットを配置したもの（腰振りチルト方式）や、ステアリングホイールとステアリングコラムとの間に配置したもの（首振りチルト方式）が公知である。

電動パワーステアリング装置にチルト機構を組み込むにあたり、腰振りチルト方式あるいは首振りチルト方式を採用した場合、それぞれ以下に述べるような問題があった。例えば、ステアリングコラムに取り付けられる電動モータやそのギヤボックス等は比較的大きくかつ縦横方向に突出するが、腰振りチルト方式では、これがステアリングコラムと一体に揺動することになる。これにより、装置密度の比較的高いダッシュボード周辺に電動モータ等の揺動空間を確保する必要が生じ、他の装置（アクセルペダルやブレーキペダル等）の設計自由度が減少すると共に、電動モータや他の電気部品に結線される電気配線の固定等にも細心の注意を払う必要が生じる。また、首振りチルト方式では、電動モータ等の移動に係る問題はないが、位置調整の際にステアリングホイールの傾斜が大きく変化するため、運転者の体格によっては操舵性が悪くなる不具合があった。
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、電動モータ等と他の装置との干渉防止やステアリングホイールの操作性向上等を図ったステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様では、上記課題を解決するべく、
上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動自在に支持するステアリングコラムと、
前記ステアリングシャフトおよび前記ステアリングコラムを上方部分と下方部分とに分割すると共に、該ステアリングシャフトの上方部分および該ステアリングコラムの上方部分の揺動支点となるそれぞれのチルトピボットと
を有し、前記ステアリングコラムのチルトピボットと前記ステアリングシャフトのチルトピボットが前記ステアリングコラムの側方から見て実質的に一致しているステアリング装置において、
車体側に固定され、前記ステアリングコラムのチルトピボットを支持する固定側支持部材は、板材の打ち抜き品であって、
支持部材を介して車体側に固定するための固定部と、チルトピボット支持部と、前記固定部と前記チルトピボット支持部を連結する中間部から成り、前記チルトピボット支持部は前記中間部に対して直角に折り曲げられていることを特徴とするものを提案する。
本発明の別の一態様では、チルト機構を有するステアリングコラムと、
該ステアリングコラム内に回動自在に保持されたアッパシャフトと、
第１のジョイントを介して前記アッパシャフトを揺動自在に連結するロアシャフトと、
前記ロアシャフトをラックアンドピニオン機構等が内蔵されるギアボックス側に連結するジョイント部材と、
前記ステアリングコラムをチルト自在に支持するチルトピボットとを有し、
前記チルトピボットの軸心は、前記アッパシャフトの揺動中心軸線と前記ステアリングコラムの側方から見て実質的に一致するステアリング装置において、
車体側に固定され、前記ステアリングコラムの前記チルトピボットを支持する固定側支持部材は、板材の打ち抜き品であって、
支持部材を介して車体に固定するための固定部と、チルトピボット形成用開口部を有する一対の対向する支持部と、前記固定部と前記一対の支持部とを連結する中間部とからなり、
前記中間部は前記固定部に対して所定の角度に折り曲げられているとともに、前記支持部は前記中間部に対して直角に折り曲げられており、前記ステアリングコラムの前記チルトピボットは前記支持部の開口部に支持されていることを特徴とするものを提案する。

本発明によれば、ステアリングホイールの上下位置調整を行った場合にも、ステアリングシャフト上方部分および下方部分の回動を阻害することがない。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、ステアリング装置の車室側部分を示す側面図であり、同図中の符号１はステアリングコラムを示す。ステアリングコラム１は、アジャスティングブラケット２を介して車体側メンバ３に固定されたアッパステアリングコラム（以下、アッパコラムと略称する）４と、車体側メンバ３に直に固定されたロアステアリングコラム（以下、ロアコラムと略称する）５とから構成されている。尚、本実施形態のステアリング装置には衝撃吸収機構が組み込まれており、二次衝突時等に図示しないカプセルが破断してアッパコラム４が脱落するが、煩雑になるためその詳細は省略する。

アッパコラム４にはアッパステアリングシャフト６が回動自在に支持され、ロアコラム５にはセンサアウトプットシャフト７が回動自在に支持されている。また、アッパステアリングシャフト６の上端にはステアリングホイール８が装着される一方、センサアウトプットシャフト７の下端にはユニバーサルジョイント９を介してロアステアリングシャフト１０が連結されている。図１中の符号１１は電動モータ１２や後述するトルクセンサ等を保持・収納するモータハウジング、１３はアジャスティングブラケット２に取り付けられたチルトレバー、１４はアッパコラム４の下部を覆うエネルギー吸収用の鋼製ベローズをそれぞれ示す。また、１５はアッパコラム４を覆うコラムカバー、１６は車室とエンジンルームとを区画するダッシュボードをそれぞれ示す。

図２（図１中のＡ部拡大断面図）および図３（図２中のＢ−Ｂ断面図）に示したように、アッパステアリングシャフト６は、ジョイントピン２１を介して、合成樹脂製のボールハブ２２と揺動自在に連結している。また、ボールハブ２２は、ジョイントピンに対して９０゜位相がずれた位置に嵌入された一対のショートピン２３を介して、トルクセンサ２４のセンサインプットシャフト２５に揺動自在に連結している。これにより、アッパステアリングシャフト６は、センサインプットシャフト２５に対してジョイントピン２１とショートピン２３との交点を揺動ポイントＳＰとして揺動することになり、所定範囲内のジョイント角をもった状態でもセンサインプットシャフト２５に対して回転力を伝達することができる。

トルクセンサ２４は、上述したセンサインプットシャフト２５の他に、センサインプットシャフト２５とセンサアウトプットシャフト７との相対回転に伴って前後方向（図２中左右方向）に移動するスライダ２６、スライダ２６を後方に付勢するコイルスプリング２７、センサアウトプットシャフト７とスライダ２６との間に介装されたガイドボール２８、スライダ２６の移動を検出する図示しない位置センサ等から構成されている。また、センサインプットシャフト２５は、トーションバー２９を介して、センサアウトプットシャフト７と相対回転可能に連結されている。したがって、運転者がアッパステアリングシャフト６を操舵すると、トーションバー２９が捻れてセンサインプットシャフト２５とセンサアウトプットシャフト７とが相対回転し、スライダ２６の移動量に基づいて操舵トルクが検出される。

センサアウトプットシャフト７には、トルクセンサ２４の近傍にウォームホイール３１が外嵌・固着されている。ウォームホイール３１は、電動モータ１２の図示しない回転軸に接続されたウォームギヤ３２と噛み合っており、電動モータ１２の回転が減速されてセンサアウトプットシャフト７に伝達される。図２中、３３はセンサアウトプットシャフト７をロアコラム５に回動自在に支持させるボールベアリングである。

アッパステアリングシャフト６は、センサアウトプットシャフト７側のインナシャフト３５と、ステアリングホイール８側のアウタシャフト３６とからなっている。これにより、自動車の衝突時に運転者がステアリングホイール８に二次衝突した際、アッパステアリングシャフト６は、所定値以上の軸方向加重が作用すると、インナシャフト３５がアウタシャフト３６内に進入することによりコラプス（短縮）して衝突エネルギーを吸収する。同様に、アッパコラム４も、センサアウトプットシャフト７側のインナチューブ３７と、ステアリングホイール８側のアウタチューブ３８とからなっており、アッパステアリングシャフト６と同時にコラプスする。尚、前述した鋼製ベローズ１４は、その先端がインナチューブ３７に固定され、後端がアウタチューブ３８に固定されている。

図４（図１中のＡ部拡大図）および図５（図４中のＣ矢視図）に示したように、モータハウジング１１の後部には鋼板プレス成形品で逆Ｌ字形状のハウジング側カプラ４１がボルト締めされている。図６に示したように、ハウジング側カプラ４１には、モータハウジング１１の後端面に当接する部位にトルクセンサ２４のセンサインプットシャフト２５が遊嵌する貫通穴４２が形成されると共に、後面の左右端から一対のブラケット４３が後方に向けて延設されている。これらブラケット４３には、側方視で前述したアッパステアリングシャフト６の揺動ポイントＳＰに対応する位置に、それぞれピン孔４４が穿設されている。

また、アッパコラム４のインナチューブ３７には、その先端に鋼板プレス成形品で円板状のコラム側カプラ５１が溶接により固着・一体化されている。コラム側カプラ５１には、その左右端から一対のアーム５２が平行するかたちで前方に向けて延設されると共に、これらアーム５２にはハウジング側カプラ４１のブラケット４３に設けられたピン孔４４と同径のピン孔５３がそれぞれ穿設されている。尚、コラム側カプラ５１のアーム５２は、ハウジング側カプラ４１のブラケット４３の内側に嵌まり込むべく、その左右幅が小さく設定されている。

本実施形態の場合、ハウジング側カプラ４１とコラム側カプラ５１とは、ピン孔４４，５３を貫通する左右２本のリベット６１により連結されている。リベット６１は、ハウジング側カプラ４１のピン孔４４から挿入され、コラム側カプラ５１のピン孔５３を貫通した後、加締められている。尚、この際の加締めは、ハウジング側カプラ４１とコラム側カプラ５１とが容易に相対回動できるように、両カプラ４１，５１のブラケット４３，アーム５２間に若干の間隙を残すようになされている。これにより、コラム側カプラ５１は、リベット６１の軸心をチルトピボットＴＰとして、ハウジング側カプラ４１に対して上下にチルト（揺動）可能となる。

一方、アッパコラム４のアウタチューブ３８には、図７（図４中のＤ−Ｄ断面図）に示したように、アジャスティングブラケット２の内側面に摺接するかたちで、断面コ字形状のステー７１が溶接により一体化されている。ステー７１の下部には貫通孔７２が穿設され、アジャスティングブラケット２とその左側面に固着された固定側ストッパプレート７３とにはそれぞれ円弧孔７４，７５が穿設されている。これら貫通孔７２と円弧孔７４，７５とには、チルト調整機構を構成するチルトボルト７６が右側から貫通している。

チルトボルト７６は、チルトレバー１３の基部に一体化されたナット７７と螺合しており、チルトレバー１３が反時計方向に回動されると、スペーサ７８および移動側ストッパプレート７９とを介して、アジャスティングブラケット２を左右から締め付ける。両ストッパプレート７３，７９には、相対向する面にそれぞれ滑り止めのセレーションが形成されており、チルトボルト７６によってアジャスティングブラケット２が締め付けられた状態では、アジャスティングブラケット２とアッパコラム４との相対動が阻止される。図４中の符号８１はチルトレバー１３を上限位置で係止するストッパ、８２はアッパコラム４を上方に牽引するアシストスプリングをそれぞれ示す。

以下、本実施形態の作用を述べる。
運転者がステアリングホイール８を回転させると、アッパステアリングシャフト６およびセンサアウトプットシャフト７，ロアステアリングシャフト１０を介して、その回転力が図示しないステアリングギヤに伝達される。ステアリングギヤ内には、回転入力を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構等が内蔵されており、タイロッドを介して車輪の舵角が変動して操舵が行われる。この際、モータハウジング１１内のトルクセンサ２４の検出信号や車速等に基づき電動モータ１２が正逆いずれかの方向に所定の回転トルクをもって回転し、その回転が減速ギヤを介してセンサアウトプットシャフト７に伝達され、これにより操舵アシストが実現される。

一方、運転者の交代等によりステアリングホイール８の上下位置を調整する必要が生じた場合、運転者は先ず、チルトレバー１３を時計方向（下方）に回動させる。すると、チルトボルト７６による締め付けが解除され、両ストッパプレート７３，７９のセレーションの係合が外れることにより、アッパコラム４がチルトピボットＴＰを中心として上下に揺動する。運転者は、ステアリングホイール８を上下させて所望の位置に調整すると、チルトレバー１３を反時計方向に回動させる。すると、チルトボルト７６が再び締め付けられ、両ストッパプレート７３，７９のセレーションが係合することにより、アッパコラム４がアジャスティングブラケット２に固定される。この際、アッパコラム４がアシストスプリング８２により上方に牽引されているため、非力な運転者であっても、ステアリングホイール８の上下が容易に行える。また、チルトピボットＴＰがアッパステアリングシャフト６とセンサインプットシャフト２５との揺動ポイントＳＰを含んでいるため、ステアリングホイール８の上下位置調整を行った場合にも、各ステアリングシャフト６，７の回動を阻害することがない。

さて、本実施形態では、チルトピボットＴＰが、ステアリングホイール８と電動モータ１２との間で、かつ電動モータ１２の近傍（モータハウジング１１の直後）に設けられており、これにより以下のような効果を得られた。すなわち、ステアリングホイール８の位置調整時に電動モータ１２やモータハウジング１１が移動しないため、装置密度の比較的高いダッシュボード周辺に電動モータ等の揺動空間を確保する必要が無くなり、アクセルペダルやブレーキペダル等の設計自由度が向上すると共に、電動モータ１２やトルクセンサ２４等への電気配線も容易になった。また、チルトピボットＴＰとステアリングホイール８との間の距離が比較的大きくとれるため、ステアリングホイール８の上下移動量を十分に確保しながら、上下位置調整時におけるステアリングホイール８の傾斜変化を許容可能な範囲（本実施形態では、中立位置から±４゜程度）に収めることができた。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記各実施形態では、鋼板プレス成形品のコラム側カプラを用いたが、図８に示したように、アルミ合金や鋳鉄を素材とする円筒形状のコラム側カプラ９１を用い、これをアッパコラム４のインナチューブ３７に外嵌・固着させるようにしてもよいし、インナチューブとコラム側カプラとをプレス成形あるいは鋳造によって一体に形成するようにしてもよい、更に、電動アシスト機構やチルト機構の具体的構成やステアリングシャフトやステアリングコラム等の具体的形状等についても、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。

［発明の効果］
以上述べたように、本発明によれば、ステアリングホイールの上下位置調整を行った場合にも、ステアリングシャフト上方部分および下方部分の回動を阻害することがない。

本発明に係るステアリング装置の車室側における構造を示す説明図である。 図１中のＡ部拡大断面図である。 図２中のＢ−Ｂ断面図である。 図１中のＡ部拡大図である。 図４中のＣ矢視図である。 ハウジング側カプラやコラム側カプラ等の分解斜視図である。 図４中のＤ−Ｄ断面図である。 構成を一部変形した実施形態を示す分解斜視図である。

符号の説明

１‥‥ステアリングコラム
２‥‥アジャスティングブラケット
４‥‥アッパコラム
５‥‥ロアコラム
６‥‥アッパステアリングシャフト
７‥‥センサアウトプットシャフト
８‥‥ステアリングホイール
１１‥‥モータハウジング
１２‥‥電動モータ
１３‥‥チルトレバー
３５‥‥インナシャフト
３７‥‥インナコラム
４１‥‥ハウジング側カプラ
４３‥‥ブラケット
５１‥‥コラム側カプラ
５２‥‥アーム
６１‥‥リベット
ＳＰ‥‥揺動ポイント
ＴＰ‥‥チルトピボット

Claims (5)

1. 上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動自在に支持するステアリングコラムと、
   前記ステアリングシャフトおよび前記ステアリングコラムを上方部分と下方部分とに分割すると共に、該ステアリングシャフトの上方部分および該ステアリングコラムの上方部分の揺動支点となるそれぞれのチルトピボットと
   を有し、前記ステアリングコラムのチルトピボットと前記ステアリングシャフトのチルトピボットが前記ステアリングコラムの側方から見て実質的に一致しているステアリング装置において、
   車体側に固定され、前記ステアリングコラムのチルトピボットを支持する固定側支持部材は、板材の打ち抜き品であって、
   支持部材を介して車体側に固定するための固定部と、チルトピボット支持部と、前記固定部と前記チルトピボット支持部を連結する中間部から成り、前記チルトピボット支持部は前記中間部に対して直角に折り曲げられていることを特徴とするステアリング装置。
2. 前記固定側支持部材の前記中間部には前記ステアリングシャフトの前記下方部分が貫通する穴が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記固定側支持部材は、前記ステアリングコラムの下方部分の上端部でハウジング部材を介して車体側に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステアリング装置。
4. チルト機構を有するステアリングコラムと、
   該ステアリングコラム内に回動自在に保持されたアッパシャフトと、
   第１のジョイントを介して前記アッパシャフトを揺動自在に連結するロアシャフトと、
   前記ロアシャフトをラックアンドピニオン機構等が内蔵されるギアボックス側に連結するジョイント部材と、
   前記ステアリングコラムをチルト自在に支持するチルトピボットとを有し、
   前記チルトピボットの軸心は、前記アッパシャフトの揺動中心軸線と前記ステアリングコラムの側方から見て実質的に一致するステアリング装置において、
   車体側に固定され、前記ステアリングコラムの前記チルトピボットを支持する固定側支持部材は、板材の打ち抜き品であって、
   支持部材を介して車体に固定するための固定部と、チルトピボット形成用開口部を有する一対の対向する支持部と、前記固定部と前記一対の支持部とを連結する中間部とからなり、
   前記中間部は前記固定部に対して所定の角度に折り曲げられているとともに、前記支持部は前記中間部に対して直角に折り曲げられており、前記ステアリングコラムの前記チルトピボットは前記支持部の開口部に支持されていることを特徴とするステアリング装置。
5. 前記固定側支持部材は、前記ステアリングコラムのハウジング部材を介して車体側に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のステアリング装置。

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