JP5105233B2 - 電動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、チルト方向及びテレスコ方向のうち少なくとも一方の方向に駆動調整する電動式ステアリングコラム装置に関する。

ステアリングコラム装置は、車両の重要安全保安部品であり、衝突時に乗員の安全を確保するために衝突時におけるその挙動を、どのように制御するかが非常に重要である。通常は、ステアリングコラム装置自体に衝撃エネルギー吸収機構を設けるともに、ステアリングホイール内に収納したエアーバッグの支持部材としても重要な役割を担っている。

ここで、ステアリングコラム装置は、ステアリングシャフトの先端に取り付けたステアリングホイールを、運転者の体格、体型、運転姿勢等により、任意にチルト・テレスコ方向に調整できることが要求される。特に近年は、省力化や高級感の演出等を図るために、手動での調整より電動による調整が好まれる傾向にある。

この場合、モータの回転を減速ギアなどを介して送りねじ或いはナットに伝達し、その回転運動を、ナット或いは送りねじの直線運動に変換する送りねじ機構を用いて、チルト・テレスコ調整させることが普通に行われている。例えば、チルト・テレスコ方向に、それぞれ１組のモータ・減速ギア・送りねじ機構を備え、１組もしくはチルト・テレスコ両調整方式の場合は２組の配置構成によつて、変換機構そのものの向きを変えたり、リンクなどを使用し駆動方向を変換させ、チルト・テレスコ駆動をそれぞれ独立して行わせることができる。
特開２００２−１６０６４６号公報 特開平０８−２９５２４７号公報 特開２００４−２６２３２３号公報

ここで、車両における運転者の膝回りのスペースは非常に制限されているという実情がある。従って、電動式ステアリングコラム装置を、よりコンパクトにしたいという強い要請がある。これに対し、特許文献１の技術によれば、チルト用の駆動部とテレスコピック用の駆動部は、それぞれ別体で設定されているため、レイアウト上スペースが大きく必要となるという潜在的な問題が有る。また、特許文献２に開示された構成では、駆動ユニットをステアリングコラム装置の上下に配置する必要が有り、上下にスぺースが必要となるという問題がある。加えて、車両が衝突した時に衝撃エネルギを吸収する機構は、別途設ける必要があるという問題点がある。更に、特許文献３の構成によれば、１本のねじ軸によりチルト用の駆動を行う構成のみであり、テレスコピック用の駆動部は別途必要になるという問題点があり、またねじ軸はステアリングシャフトに直交しているため、車両に据え付ける際に横方向のスペースを必要とするという問題点があった。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ステアリングコラムの自由な移動を確保しつつ支持剛性を高めることができるコンパクトな電動式ステアリングコラム装置を提供することを目的とする。

本発明の電動式ステアリングコラム装置は、チルト方向及びテレスコ方向に対して位置調整可能に駆動する電動式ステアリングコラム装置において、
車体に固定されたハウジングと、
前記ハウジングに対して取り付けられた第１のモータと、
前記ステアリングシャフトに並行する第１の軸と、
前記第１のモータから前記第１の軸に動力を伝達する第１の伝達機構と、
前記ステアリングコラムに対して一端を枢動可能に連結された第１のリンク部材と、
前記第１の軸の回転運動を前記第１のリンク部材の他端の軸線方向運動に変換する第１の変換機構と、
前記ハウジングに対して取り付けられた第２のモータと、
前記ステアリングシャフトに並行する第２の軸と、
前記第２のモータから前記第２の軸に動力を伝達する第２の伝達機構と、
前記ステアリングコラムに対して一端を枢動可能に連結された第２のリンク部材と、
前記第２の軸の回転運動を前記第２のリンク部材の他端の軸線方向運動に変換する第２の変換機構と、
前記ステアリングコラムに取り付けられ、前記第１のリンク部材の一端と、前記第２のリンク部材の一端とを枢動可能に支持する駆動軸と、を有し、
前記第１のリンク部材の他端の移動方向と移動量、及び前記第２のリンク部材の他端の移動方向と移動量に応じて、前記ステアリングコラムは、チルト方向成分とテレスコ方向成分とを含む合成された所定の方向に所定量だけ移動可能となっており、
前記第１のモータと前記第２のモータのうち少なくとも一方は、前記第１の軸と前記第２の軸の間に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、前記第１の軸と前記第２の軸とは、前記ステアリングシャフトに並行しているので、前記ステアリングシャフトに直交する方向のサイズのコンパクト化を図ることができる。又、前記第１のモータと前記第２のモータのうち少なくとも一方が、前記第１の軸と前記第２の軸の間に配置されているので、コンパクトなステアリングコラム装置を提供できる。更に本発明によれば、例えば前記ステアリングコラムをチルト方向にのみ移動させたいときは、前記第１のモータと前記第２のモータとを駆動して、前記第１のリンク部材の他端と前記第２のリンク部材の他端とを等速で同量だけ逆方向に移動させればよく、或いは前記ステアリングコラムをテレスコ方向にのみ移動させたいときは、前記第１のモータと前記第２のモータとを駆動して、前記第１のリンク部材の他端と前記第２のリンク部材の他端とを等速で同量だけ同一方向に移動させればよいので、前記軸やリンク部材の配置が簡素化され、コンパクトな構成を提供できる。更に本発明によれば、例えばチルト・テレスコ駆動の際、２つのモータを同時に駆動するため、各モータへの負担を軽減でき、モータの小型化も可能となる。なお、本明細書中、「テレスコ方向」とはステアリングシャフトの軸線方向をいい、「チルト方向」とは、それに交差する方向（特に上下方向）をいうものとする。更に、前記第１のリンク部材の他端と前記第２のリンク部材の他端とを、任意パターンの組合せで移動させることにより、所望の方向・速度で、前記ステアリングホイールを移動させることも可能である。又、各種伝達機構を用いて、前記第１のモータと前記第１の軸、及び前記第２のモータと前記第２の軸の角度や位置関係を変え、前記駆動ユニットを最適形状にしたり、周辺自動車部品との配置を最適化することも可能である。

前記第１の軸の軸線と前記第２の軸の軸線とは平行であり、前記第１のモータの軸線と前記第２のモータの軸線とは一致していると、更にコンパクトな構成を提供できる。

前記第１のモータと前記第２のモータとは、前記ステアリングシャフトの上方又は下方に配置されていると好ましい。

前記第１のモータと、前記第１の軸と、前記第１の伝達機構と、前記第１の変換機構と、前記第２のモータと、前記第２の軸と、前記第２の伝達機構と、前記第２の変換機構とは駆動ユニットを構成していると好ましい。

以下、本発明の実施の形態に係るチルト ・テレスコピック式の電動式ステアリングコラム装置を図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態に係る電動式ステアリングコラム装置の斜視図であり、図２は、本実施の形態に係る電動式ステアリングコラム装置の側面図であり、図３は、本実施の形態に係る電動式ステアリングコラム装置の上面図である。

筒状のコラム本体１は、その下端において軸線方向沿って延在する長孔１ａ内に挿通されたボルトＬＢに対して揺動可能に、不図示の車体に固定されたロワーブラケット３を介して不図示の車体に取り付けられるようになっている。駆動ユニットＤＵの筐体１０は、アッパブラケット２を介して不図示の車体に取り付けられるようになっている。図３に示すように、アッパブラケット２は、不図示の車体に固定された離脱プレート４に対して離脱可能に取り付けられている。また図２，３に示すように、アッパブラケット２と筐体１０とは、折り曲げられたエネルギ吸収プレート５を介して連結されている。コラム本体１内には、ステアリングホイールＳＷ（図１）と操舵機構（不図示）とを連結するステアリングシャフトＳが挿通され、不図示のベアリングにより回転自在に支持されている。

図４は、図２の構成を矢印IV-IV線で切断して矢印方向に見た図であり、図５は、図４の構成を矢印V-V線で切断して矢印方向に見た図であり、図６は、図５の構成の斜視図であり、駆動ユニットＤＵの主要部を示している。それぞれステアリングシャフトＳ（図２参照）に並行するび第１のねじ軸１２と第２のねじ軸２２とは、図６において、互いに平行に延在しており、筐体１０内で不図示の軸受により回転自在に支持されている。第１のねじ軸１２と第２のねじ軸２２との間において、第１のモータ１１と第２のモータ２１とが筐体１０に固定されている。第１のモータ１１と第２のモータ２１の軸線は一致しており、また第１のねじ軸１２と第２のねじ軸２２の軸線に平行している。

第１のモータ１１の回転軸１１ａは、第１のモータギヤＧ１１に連結され、第１のモータギヤＧ１１は、第１の中間大ギヤＧ１２に噛合している。第１の中間大ギヤＧ１２は、筐体１０内で不図示の軸受により回転自在に支持された第１の中間軸Ｓ１の一端に結合されており、第１の中間軸Ｓ１の他端には第１の中間小ギヤＧ１３が結合されている。更に、第１の中間小ギヤＧ１３は、第１のねじ軸１２の一端に結合された第１のねじ軸ギヤＧ１４に噛合している。第１のモータギヤＧ１１，第１の中間大ギヤＧ１２、第１の中間軸Ｓ１、第１の中間小ギヤＧ１３、第１のねじ軸ギヤＧ１４により、第１のモータ１１のトルクを減速して第１のねじ軸１２に伝達する第１の伝達機構を構成する。

一方、第２のモータ２１の回転軸２１ａは、第１のモータギヤＧ１１に対して外側で対向する位置で、第２のモータギヤＧ２１に連結され、第２のモータギヤＧ２１は、第２の中間大ギヤＧ２２に噛合している。第２の中間大ギヤＧ２２は、筐体１０内で不図示の軸受により回転自在に支持された第２の中間軸Ｓ２の一端に結合されており、第２の中間軸Ｓ２の他端には第２の中間小ギヤＧ２３が結合されている。更に、第２の中間小ギヤＧ２３は、第２のねじ軸２２の一端に結合された第２のねじ軸ギヤＧ２４に噛合している。第２のモータギヤＧ２１，第２の中間大ギヤＧ２２、第２の中間軸Ｓ２、第２の中間小ギヤＧ２３、第２のねじ軸ギヤＧ２４により、第２のモータ２１のトルクを減速して第２のねじ軸２２に伝達する第２の伝達機構を構成する。

第１のねじ軸１２には、第１のナット１３が螺合している。第１のナット１３は、第１のねじ軸１２の回転角に応じて軸線方向に移動するようになっている。第１のねじ軸１２と第１のナット１３とで第１の変換機構（すべりねじ機構）を構成する。

第１のナット１３には、クランク板状のリンク部材１４の下端が枢動可能に連結されている。リンク部材１４の上端は、駆動軸３０に枢動可能に係合している。

一方、第２のねじ軸２２には、第２のナット２３が螺合している。第２のナット２３は、第２のねじ軸２２の回転角に応じて軸線方向に移動するようになっている。第２のねじ軸２２と第２のナット２３とで第２の変換機構（すべりねじ機構）を構成する。

第２のナット２３には、クランク板状のリンク部材２４の下端が枢動可能に連結されている。リンク部材２４の上端は、駆動軸３０に枢動可能に係合している。第１のリンク部材１４の両端枢動端間の距離は、第２のリンク部材２４の両端枢動端間の距離に等しくなっている。

駆動軸３０の両端は、図２に示すようにガイド板３１に回転可能に取り付けられている。ガイド板３１は、コラム本体１の下面に取り付けられている。第１のモータ１１と第２のモータ１２は、不図示のスイッチを介して電力を供給され、それぞれ独立して回転可能となっている。

図７、８は、本実施の形態にかかる電動式ステアリングコラム装置の側面図であるが、図２に対して簡略化して図示している。ステアリングコラムであるコラム本体１をチルト動作させる場合、運転者のスイッチの操作により、第１のモータ１１と第２のモータ１２とを逆方向に回転させる。すると、第１のねじ軸１２と第２のねじ軸２２が、互いに逆方向に回転するため、図７の矢印に示すように、第１のナット１３と第２のナット２３（図７で不図示）とは、例えば近接する方向に移動する。

かかる場合、第１のナット１３と第２のナット２３の移動量が等しければ、第１のリンク部材Ｌ１と第２のリンク部材Ｌ２とが駆動軸３０に対して枢動しながら接近しても、駆動軸３０はステアリングシャフトＳの軸線方向に移動しない。従って、ガイド板３１は軸線に直交する方向にのみ押し上げられ、これによりコラム本体１は、ステアリングシャフトＳと共にボルトＬＢ回りに揺動することで、上方側へのチルト動作が行われる。尚、明らかであるが、第１のナット１３と第２のナット２３とが、離れる方向に移動するように、第１のモータ１１と第２のモータ１２とを回転させれば、下方側へのチルト動作が行われることとなる。

これに対し、コラム本体１をテレスコ動作させる場合、運転者のスイッチの操作により、第１のモータ１１と第２のモータ１２とを同一方向に回転させる。すると、第１のねじ軸１２と第２のねじ軸２２が、互いに同一方向に回転するため、図８の矢印に示すように、第１のナット１３と第２のナット２３（図８で不図示）とは一体で、例えばステアリングホイール側に移動する。

かかる場合、第１のナット１３と第２のナット２３の移動量が等しければ、第１のリンク部材Ｌ１と第２のリンク部材Ｌ２とは、その姿勢（傾き）を維持したまま移動するため，駆動軸３０に対する相対位置関係は不変であり、従ってガイド板３１は押し上げ又は押し下げられることなく軸線方向にのみ移動する。これにより、コラム本体１は、ボルトＬＢが長孔１ａに沿って移動し、それと共にステアリングシャフトＳが伸長することで、例えば運転者側（車両後方側）へのテレスコ動作が行われる。尚、明らかであるが、第１のナット１３と第２のナット２３とが、運転者から遠ざかる方向に移動するように、第１のモータ１１と第２のモータ１２とを回転させれば、車両前方側へのテレスコ動作が行われることとなる。

更に、明らかであるが、第１のナット１３と第２のナット２３の移動量や速度を異なるように調整して駆動すれば、任意の方向へのチルト及びテレスコ動作を複合的に行うことができる。即ち、第１のナット１３の移動方向と移動量、及び第２のナット２３の移動方向と移動量に応じて、コラム本体１は、チルト方向成分とテレスコ方向成分とを合成した所定の方向に所定量だけ移動可能となる。尚、第１のナット１３や第２のナット２３の移動量や速度を前記センサにより検出し、その信号をもとにモータへの駆動信号を制御すれば、チルトおよびテレスコの動作もしくは前記複合動作をより安定させることができ望ましい。

次に、衝撃吸収動作について説明する。車両の衝突時に、慣性で前方に移動する運転者の体がステアリングホイールＳＷ（図１）に衝突し、所謂２次衝突が生じた場合、ステアリングホイールＳＷからの衝撃は、ステアリングシャフトＳ、コラム本体１，ガイド板３１、リンク部材１４，２４、ナット１３，２３，ねじ軸１２，２２、筐体１０という順序で、アッパブラケット２に伝達される。

アッパブラケット２と離脱プレート４とは、ステアリングシャフトＳの軸線方向に所定値以上の力が作用した場合には係脱するようになっているので、衝撃力を受けたアッパブラケット２は、離脱プレート４即ち車体から離脱する。このとき、衝撃吸収装置としてのエネルギ吸収プレート５は、アッパーブラケット２に支持されているため、アッパー側固定ボルト（図示せず）との間で折り曲げ位置が変位し、その際にエネルギを吸収するようになっている。ここで、ロアブラケット３は、車体に固定されたままであるが、コラム本体１は長孔１ａに沿って車両前方へ移動が可能であるため、運転者が受ける衝撃を緩和できる。尚、衝撃吸収装置はプレートのみならず、ワイヤー等のエネルギ吸収部材から構成されていても良い。アッパブラケット２の車体への取り付けをより強固にするためには アッパブラケット２とロアブラケット３を結合するか、もしくは筐体１０の一部を延長してロアブラケット３と結合するとよい。結合部は衝突時に離脱できるようにしておくことが望ましい。

本実施の形態によれば、コラム本体１をチルト及びテレスコ方向に駆動する装置を駆動ユニットＤＵとして設けているので、コンパクトな構成を提供できる。又、駆動ユニットＤＵに平行なねじ軸１２，２２を設けており、更に第１のリンク部材１４と第２のリンク部材２４の上端における駆動軸３０に枢動可能に取り付けられ同一の枢動軸線回りに枢動可能となるようにしたので、チルト・テレスコ動作の作用点が１点に集約され、これをガイド板３１を介してコラム本体１に取り付けることで、簡素且つコンパクトな構成を実現できる。ガイド板３１無しで、リンクの一端（駆動軸３０）を直接コラム本体１に連結しても良い

本実施の形態において、ねじ軸１２，２２の双方に、回転方向及び回転角度をそれぞれ検出するセンサを設けることができる。例えば、運転者がシートに座り、イグニッションキーを差し込んだ状態で、第１のモータ１１と第２のモータ１２とを駆動して、ステアリングホイールを最適なチルト・テレスコ位置にしたものとする。ここで、運転者がイグニッションキーを抜き出すと、車両は運転者が降車すると判断し、乗降を妨げないようにステアリングホイールを所定の待機位置へと駆動する。このとき、センサはねじ軸１２，２２の回転方向及び回転角度を検出して、その値（又はステアリングコラムの位置に対応する換算値でも良い）不揮発性のメモリに記憶する。その後、運転者が再度乗車してイグニッションキーを差し込めば、メモリに記憶された回転方向及び回転角度が読み出され、それに基づいてねじ軸１２，２２が元の回転位置になるまで第１のモータ１１と第２のモータ１２とを退避動作時とは逆に駆動する。これにより、ステアリングホイールが元のチルト・テレスコ位置に復帰することとなる。尚、イグニッションキーを差し込むことなくエンジンを始動可能な車両の場合、例えばエンジンスタートボタンをオンしたことに応じて、ステアリングホイールを最適なチルト・テレスコ位置へと変位させ、エンジンスタートボタンをオフしたことに応じて、ステアリングホイールを待機位置へと変位させることもできる。

更に、本発明によれば、第１のねじ軸１２と第２のねじ軸２２とは、ステアリングシャフトＳに並行しているので、ステアリングシャフトＳに直交する方向のサイズのコンパクト化を図ることができる。又、第１のモータ１１と第２のモータ２１の軸線を揃えて、第１のねじ軸１２と第２のねじ軸２２の間に配置しているので、コンパクトなステアリングコラム装置を提供できる。また、軸線を揃えた２個のモータ１２，２２を、コラム本体１の下方や上方に配置することにより、ステアリングシャフトＳに対して左右の張り出しを無くしたコンパクトなステアリングコラム装置を提供できる。

以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。例えば、モータ１２，２２を含む駆動ユニットＤＵは、コラム本体１の下側に配置されているが、コラム本体１の上側に配置されてもかまわない。又、両ねじ軸の螺旋溝巻き方向を逆にすれば、モータの回転方向を同一方向とすることでテレスコ駆動を実現し、逆方向とすることでチルト駆動を実現できる。更に、すべりねじ機構の代わりにボールねじ機構を用いることもできる。

本実施の形態に係る電動式ステアリングコラム装置の斜視図である。 本実施の形態に係る電動式ステアリングコラム装置の側面図である。 本実施の形態に係る電動式ステアリングコラム装置の上面図である。 図２の構成を矢印IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 図４の構成を矢印V-V線で切断して矢印方向に見た図である。 図６は、図５の構成の斜視図である。 本実施の形態にかかる電動式ステアリングコラム装置の側面図であり、チルト時の状態を示している。 本実施の形態にかかる電動式ステアリングコラム装置の側面図であり、テレスコ時の状態を示している。

符号の説明

１ コラム本体
１Ａ アウターコラム
１Ｂ インナーコラム
１ａ 長孔
２ アッパブラケット
３ ロワーブラケット
４ 離脱プレート
５ エネルギ吸収プレート
１０ 筐体
１１ 第１のモータ
１２ 第１のねじ軸
１３ 第１のナット
１４ 第１のリンク部材
２１ 第２のモータ
２２ 第２のねじ軸
２３ 第２のナット
２４ 第２のリンク部材
３０ 駆動軸
３１ ガイド板
Ｇ１１ 第１のモータギヤ
Ｇ１２ 第１の中間大ギヤ
Ｇ１３ 第１の中間小ギヤ
Ｇ１４ 第１のねじ軸ギヤ
Ｇ２１ 第２のモータギヤ
Ｇ２２ 第２の中間大ギヤ
Ｇ２３ 第２の中間小ギヤ
Ｇ２４ 第２のねじ軸ギヤ
Ｓ１ 第１の中間軸
Ｓ２ 第２の中間軸
ＤＵ 駆動ユニット
ＬＢ ボルト
Ｓ ステアリングシャフト
ＳＷ ステアリングホイール

Claims (4)

1. 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を、チルト方向及びテレスコ方向に対して位置調整可能に駆動する電動式ステアリングコラム装置において、
   車体に固定されたハウジングと、
   前記ハウジングに対して取り付けられた第１のモータと、
   前記ステアリングシャフトに並行する第１の軸と、
   前記第１のモータから前記第１の軸に動力を伝達する第１の伝達機構と、
   前記ステアリングコラムに対して一端を枢動可能に連結された第１のリンク部材と、
   前記第１の軸の回転運動を前記第１のリンク部材の他端の軸線方向運動に変換する第１の変換機構と、
   前記ハウジングに対して取り付けられた第２のモータと、
   前記ステアリングシャフトに並行する第２の軸と、
   前記第２のモータから前記第２の軸に動力を伝達する第２の伝達機構と、
   前記ステアリングコラムに対して一端を枢動可能に連結された第２のリンク部材と、
   前記第２の軸の回転運動を前記第２のリンク部材の他端の軸線方向運動に変換する第２の変換機構と、
   前記ステアリングコラムに取り付けられ、前記第１のリンク部材の一端と、前記第２のリンク部材の一端とを枢動可能に支持する駆動軸と、を有し、
   前記第１のリンク部材の他端の移動方向と移動量、及び前記第２のリンク部材の他端の移動方向と移動量に応じて、前記ステアリングコラムは、チルト方向成分とテレスコ方向成分とを合成した所定の方向に所定量だけ移動可能となっており、
   前記第１のモータと前記第２のモータのうち少なくとも一方は、前記第１の軸と前記第２の軸の間に配置されていることを特徴とする電動式ステアリングコラム装置。
2. 前記第１の軸の軸線と前記第２の軸の軸線とは平行であり、前記第１のモータの軸線と前記第２のモータの軸線とは一致していることを特徴とする請求項１に記載の電動式ステアリングコラム装置。
3. 前記第１のモータと前記第２のモータとは、前記ステアリングシャフトの上方又は下方に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のステアリングコラム。
4. 前記第１のモータと、前記第１の軸と、前記第１の伝達機構と、前記第１の変換機構と、前記第２のモータと、前記第２の軸と、前記第２の伝達機構と、前記第２の変換機構とは駆動ユニットを構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動式ステアリングコラム装置。

Images