JP5114869B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明はステアリング装置、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、送りねじ機構の送り運動により調整することができるステアリング装置に関する。

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る。このチルト位置、または、テレスコピック位置の調整を、電動モータの回転で送りねじ軸を回転させ、この送りねじ軸に螺合する送りナットを直進移動させて行うステアリング装置がある。

このようなステアリング装置に使用される従来の送りねじ機構は、特許文献１に示すように、送りねじ軸を金属で成形し、送りナットを合成樹脂で成型することにより、送りねじ軸と送りナットの螺合時の摺動抵抗を減少させて、送りねじ機構の耐久性を向上させると共に、送り移動時の動作音を低減している。

しかしながら、特許文献１に示すような従来の送りねじ機構の送りねじ軸のねじ山の幅と、送りナットのねじ山の幅は同一寸法（ねじ山のピッチの半分）に形成されている。ところが、金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送りナットでは、合成樹脂製の送りナットの方が材料強度が極端に小さい。従って、材料強度の小さい送りナットに合わせて、ねじの噛み合い長さ（送りナットの軸方向の長さ）を決めているため、送りナットが大型化し、送りナットの重量が増加すると共に、製造コストが上昇する問題があった。

特開２０００−２３８６４７号公報

本発明は、小型、軽量化すると共に、製造コストを低減した送りねじ機構を有するステアリング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、車体取付けブラケットを介して車体に取り付けられ、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、上記コラムまたは車体取付けブラケットに設けられた電動アクチュエータ、上記電動アクチュエータによって駆動され、互いに螺合する金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送りナットの相対移動で、上記コラムのチルト運動、または、テレスコピック運動を行う送りねじ機構を備えたステアリング装置において、上記送りねじ機構の送りナットのねじ山の幅と送りねじ軸のねじ山の幅の比を、送りナットの材料の剪断強度と送りねじ軸の材料の剪断強度の各逆数に比例して形成し、送りナットと送りねじ軸との螺合位置におけるねじ山の耐荷重を同等にしたことを特徴とするステアリング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記送りねじ軸が転造ねじであることを特徴とするステアリング装置である。

本発明のステアリング装置では、送りねじ機構の送りナットのねじ山の幅を、送りねじ軸のねじ山の幅よりも大きく形成している。従って、送りナット軸方向の長さが短くなり、その結果、送りナットの重量が軽減されると共に、製造コストを低減することが可能となる。

以下の実施例では、ステアリングホイールの上下方向位置と前後方向位置の両方の位置を調整する、チルト・テレスコピック式の電動ステアリング装置、及び、ステアリングホイールの前後方向位置のみを調整する、テレスコピック式の電動ステアリング装置に本発明を適用した例について説明する。もちろん、本発明は、ステアリングホイールの上下方向位置のみが調整可能なチルト式の電動ステアリング装置に適用してもよい。

図１は本発明の電動ステアリング装置１０１を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。電動ステアリング装置１０１は、ステアリングシャフト１０２を回動自在に軸支している。ステアリングシャフト１０２には、その上端（車体後方側）にステアリングホイール１０３が装着され、ステアリングシャフト１０２の下端（車体前方側）には、ユニバーサルジョイント１０４を介して中間シャフト１０５が連結されている。

中間シャフト１０５には、その下端にユニバーサルジョイント１０６が連結され、ユニバーサルジョイント１０６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１０７が連結されている。

運転者がステアリングホイール１０３を回転操作すると、ステアリングシャフト１０２、ユニバーサルジョイント１０４、中間シャフト１０５、ユニバーサルジョイント１０６を介して、その回転力がステアリングギヤ１０７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１０８を移動し、車輪の操舵角を変えることができる。

図２はチルト・テレスコピック式の電動ステアリング装置１０１の要部を示す正面図である。図３は図２のＡ−Ａ断面図であって、チルト駆動機構の要部を示す。

図２から図３に示すように、本発明のチルト・テレスコピック式の電動ステアリング装置１０１は、車体取付けブラケット２、ロアーコラム（アウターコラム）３、アッパーコラム（インナーコラム）４等から構成されている。

車体後方側の車体取付けブラケット２は、その上板２１が車体１１に固定されている。ロアーコラム３の車体前方側端部にはブラケット３１が一体的に形成され、このブラケット３１にチルト中心軸３２が取付けられている。このチルト中心軸３２を支点として、中空円筒状のロアーコラム３の車体前方側端部が、車体１１に、チルト位置調整（図２の紙面に平行な平面内で揺動）可能に軸支されている。

ロアーコラム３の内周には、アッパーコラム４がテレスコピック位置調整（ロアーコラム３の中心軸線に平行に摺動）可能に嵌合している。アッパーコラム４には、上部ステアリングシャフト１０２Ａが回動可能に軸支され、上部ステアリングシャフト１０２Ａの車体後方側（図２の右側）端部には、ステアリングホイール１０３（図１参照）が固定されている。

ロアーコラム３には、下部ステアリングシャフト１０２Ｂが回動可能に軸支され、下部ステアリングシャフト１０２Ｂは上部ステアリングシャフト１０２Ａとスプライン嵌合している。従って、アッパーコラム４のテレスコピック位置に関わらず、上部ステアリングシャフト１０２Ａの回転が下部ステアリングシャフト１０２Ｂに伝達される。

下部ステアリングシャフト１０２Ｂの車体前方側（図２の左側）は、ユニバーサルジョイント１０４（図１参照）を介してステアリングギヤ１０７（図１参照）に連結され、ステアリングホイール１０３を運転者が手で回すと、上部ステアリングシャフト１０２Ａを介して下部ステアリングシャフト１０２Ｂが回動し、車輪の操舵角を変えることができる。

車体取付けブラケット２の上板２１には、上板２１から下方に平行に延びる図示しない左右の側板が形成され、この左右の側板の内側面に、ロアーコラム３がチルト摺動可能に挟持されている。

ロアーコラム３の下面外周には、テレスコ位置調整を行うテレスコ駆動機構５が取付けられている。また、車体取付けブラケット２の下方には、チルト位置調整を行うチルト駆動機構６が取付けられている。

チルト駆動機構６用のチルト用モータ６１の図示しない出力軸に取付けられたウォーム６２が、送りねじ軸６３（図３参照）の下方に取付けられたウォームホイール６４に噛み合って、チルト用モータ６１の回転を送りねじ軸６３に伝達している。

送りねじ軸６３は、チルト用モータ６１の中心軸線に対して垂直（図２、図３の上下方向）に延び、その上端と下端が、軸受６３１、６３２によって車体取付けブラケット２に回転可能に軸支されている。送りねじ軸６３の外周に形成された雄ねじには、送りナット６５が螺合し、この送りねじ軸６３と送りナット６５によって、チルト駆動用の送りねじ機構が構成されている。

送りナット６５には、チルト駆動力伝達突起６５１が一体的に形成されている。このチルト駆動力伝達突起６５１は、ロアーコラム３の中心軸線に向かって突出し、ロアーコラム３に形成された係合孔６６に、チルト駆動力伝達突起６５１の先端が嵌入している。送りねじ軸６３が回転すると、送りナット６５及びチルト駆動力伝達突起６５１は、垂直方向に直線運動を行う。

ロアーコラム３の下面外周には、図２に部分的に見えるテレスコ用モータ５１が取付けられている。ロアーコラム３の下面には、ロアーコラム３の中心軸線に平行に送りねじ軸５３が取付られ、送りねじ軸５３の車体後方端（図２の右端）が、アッパーコラム４の車体後方端に固定されたフランジ４１の下端に連結されている。

テレスコ用モータ５１の図示しない出力軸に取付けられたウォームの回転が、図示しないウォームホイールに伝達され、送りねじ軸５３に螺合する図示しない送りナットを回転させる。この送りナットの回転で送りねじ軸５３を往復移動（図２の左右方向の移動）して、アッパーコラム４をテレスコピック位置調整する。

この電動ステアリング装置１０１で、ステアリングホイール１０３のチルト位置を調整する必要が生じると、運転者は図示しないスイッチを操作して、チルト用モータ６１を正逆いずれかの方向に回転させる。すると、チルト用モータ６１の回転によって送りねじ軸６３が回転し、送りナット６５が直線運動を行う。

すると送りナット６５と一体のチルト駆動力伝達突起６５１が直線運動を行う。チルト駆動力伝達突起６５１はロアーコラム３の係合孔６６に係合しているから、ロアーコラム３は、チルト中心軸３２を支点として上方または下方にチルト移動する。

また、この電動ステアリング装置１０１で、ステアリングホイール１０３のテレスコピック位置を調整する必要が生じると、運転者は図示しないスイッチを操作して、テレスコ用モータ５１を正逆いずれかの方向に回転させる。すると、テレスコ用モータ５１の回転によって、ロアーコラム３の中心軸線に平行に送りねじ軸５３が移動することで、アッパーコラム４がテレスコピック移動を行う。

図４はテレスコピック式の電動ステアリング装置１０１の要部を示す正面図である。図４に示すように、テレスコピック式の電動ステアリング装置１０１は、ロアーコラム（アウターコラム）３、アッパーコラム（インナーコラム）４等から構成されている。

ロアーコラム３の内周には、アッパーコラム４がテレスコピック位置調整（ロアーコラム３の中心軸線に平行に摺動）可能に嵌合している。アッパーコラム４には、上部ステアリングシャフト１０２Ａが回動可能に軸支され、上部ステアリングシャフト１０２Ａの車体後方側（図４の右側）端部には、ステアリングホイール１０３が固定されている。

ロアーコラム３には、下部ステアリングシャフト１０２Ｂが回動可能に軸支され、下部ステアリングシャフト１０２Ｂは上部ステアリングシャフト１０２Ａとスプライン嵌合している。従って、アッパーコラム４のテレスコピック位置に関わらず、上部ステアリングシャフト１０２Ａの回転が下部ステアリングシャフト１０２Ｂに伝達される。

下部ステアリングシャフト１０２Ｂの車体前方側（図４の左側）は、ユニバーサルジョイント１０４（図１参照）を介してステアリングギヤ１０７（図１参照）に連結され、ステアリングホイール１０３を運転者が手で回すと、上部ステアリングシャフト１０２Ａを介して下部ステアリングシャフト１０２Ｂが回動し、車輪の操舵角を変えることができる。

ロアーコラム３の下面外周には、テレスコ位置調整を行うテレスコ駆動機構５が取付けられている。ロアーコラム３の下面には、ロアーコラム３の中心軸線に平行に送りねじ軸５３が配置され、送りねじ軸５３の車体後方端（図４の右端）が、アッパーコラム４の車体後方側に固定されたフランジ４１の下端に連結されている。

ロアーコラム３の下面には、テレスコ用モータ５１が取付けられている。テレスコ用モータ５１の図示しない出力軸に取付けられたウォーム５２の回転が、ウォームホイール５４に伝達され、送りねじ軸５３に螺合する送りナット５５を回転させる。送りナット５５は、軸受５６Ａ、５６Ｂによって、ロアーコラム３の下面に回転可能に軸承されている。

この送りナット５５の回転で送りねじ軸５３を往復移動（図４の左右方向の移動）して、アッパーコラム４をテレスコピック位置調整する。この送りねじ軸５３と送りナット５５によって、テレスコピック駆動用の送りねじ機構が構成されている。

この電動ステアリング装置１０１で、ステアリングホイール１０３のテレスコピック位置を調整する必要が生じると、運転者は図示しないスイッチを操作して、テレスコ用モータ５１を正逆いずれかの方向に回転させる。すると、テレスコ用モータ５１の回転によって、ロアーコラム３の中心軸線に平行に送りねじ軸５３が移動することで、アッパーコラム４がテレスコピック移動を行う。

図５は、上記したチルト駆動用の送りねじ軸６３と送りナット６５、または、テレスコピック駆動用の送りねじ軸５３と送りナット５５との螺合部を示す部分拡大断面図である。図５に示すように、送りナット５５、６５のねじ山の幅Ｗ２は、送りねじ軸５３、６３のねじ山の幅Ｗ１よりも大きく形成されている。ここで、ねじ山の幅Ｗ２、ねじ山の幅Ｗ１は、図５で、ねじの軸線７０を含む断面において、有効径７１の位置で測定したねじ山の幅を意味している。

本発明の実施例では、送りねじ軸５３及び６３は、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ等の金属で成形されている。送りねじ軸５３及び６３の材質は金属であればよく、アルミニウムやステンレス、真鍮等でもよい。また、送りナット５５及び６５は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、芳香族ナイロン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミドＭＸＤ６樹脂、全芳香族ポリイミド樹脂、ＰＯＭ、変性ポリアミド６Ｔ、ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）、ＰＡ（ポリアミド）等の合成樹脂で成形されている。

本発明の実施例では、送りナット５５、６５のねじ山の幅Ｗ２と、送りねじ軸５３、６３のねじ山の幅Ｗ１の比を、送りナット５５、６５の材料強度と、送りねじ軸５３、６３の材料強度の逆数に比例して形成している。図６が、送りねじ軸５３、６３のねじ山の幅Ｗ１と、送りナット５５、６５のねじ山の幅Ｗ２の計算方法の一例を示す部分拡大断面図である。

図６で、送りねじ軸５３、６３の外径Ｄ１は１２．４ｍｍ、送りナット５５、６５の内径Ｄ２は１０．４ｍｍとする。この送りねじ機構で、送りねじ軸５３、６３と送りナット５５、６５の噛み合い高さＨは、
Ｈ＝（Ｄ１−Ｄ２）／２＝（１２．４−１０．４）／２＝１．０ｍｍ
となる。

送りねじ軸５３、６３の剪断長をＬ１、送りナット５５、６５の剪断長をＬ２、剪断長Ｌ１と剪断長Ｌ２の合計剪断長をＬ、ねじ山のピッチＰを２．０ｍｍ、ねじ山の半角θを１５度とすると、合計剪断長Ｌは、
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＝Ｐ＋Ｈ＊ｔａｎθ＊２＝２．０＋１．０＊ｔａｎ（１５°）＊２
＝２．５３６ｍｍ
となる。

送りねじ軸５３、６３の材質をＳ４５Ｃとすると、その剪断強度τ１が４００Ｎ／ｍｍ^２、送りナット５５、６５の材質を芳香族ナイロン樹脂とすると、その剪断強度τ２が９５Ｎ／ｍｍ^２となる。送りねじ軸５３、６３の剪断長Ｌ１を、送りナット５５、６５の剪断強度と、送りねじ軸５３、６３の剪断強度の逆数に比例した値になるように計算すると、
Ｌ１＝Ｌ＊（τ２＊Ｄ１＊π）／（（τ１＊Ｄ２＊π）＋（τ２＊Ｄ１＊π））
＝２．５３６＊（９５＊１２．４＊π）／（（４００＊１０．４＊π）＋
（９５＊１２．４＊π））
＝０．５６０ｍｍ
となる。

同様に、送りナット５５、６５の剪断長Ｌ２を、送りねじ軸５３、６３のの剪断強度と、送りナット５５、６５の剪断強度の逆数に比例した値になるように計算すると、
Ｌ２＝Ｌ＊（τ１＊Ｄ２＊π）／（（τ１＊Ｄ２＊π）＋（τ２＊Ｄ１＊π））
＝２．５３６＊（４００＊１０．４＊π）／（（４００＊１０．４＊π）＋
（９５＊１２．４＊π））
＝１．９７６ｍｍ
となる。

従って、送りねじ軸５３、６３のねじ山の幅Ｗ１は、
Ｗ１＝Ｌ１−Ｈ＊ｔａｎθ＝０．５６０−１．０＊ｔａｎ（１５°）
＝０．２９２ｍｍ
となる。

また、送りナット５５、６５のねじ山の幅Ｗ２は、
Ｗ２＝Ｌ２−Ｈ＊ｔａｎθ＝１．９７６−１．０＊ｔａｎ（１５°）
＝１．７０８ｍｍ
となる。

従って、送りナット５５、６５、及び、送りねじ軸５３、６３は、螺合位置のねじ山の耐荷重が同等となるので、送りナット５５、６５の軸方向の長さ（噛み合い長さ）ＬＮ（図５参照）を短くすることができるため、送りナットが小型し、送りナットの重量が軽量になると共に、製造コストを低減することが可能となる。さらに、送りねじ軸５３、６３のねじ山の幅Ｗ１が小さくなるため、送りねじ軸が軽量化され、製造コストを削減することが可能となる。

また、送りねじ軸５３、６３を転造ねじにすれば、さらに製造コストを削減することが可能となる。

上記実施例では、ロアーコラム３がアウターコラム、アッパーコラム４がインナーコラムで構成されているが、ロアーコラム３をインナ−コラム、アッパーコラム４をアウターコラムにしてもよい。

本発明の電動ステアリング装置を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。 本発明のチルト・テレスコピック式の電動ステアリング装置の要部を示す正面図である。 図２のＡ−Ａ断面図であって、チルト駆動機構の要部を示す。 本発明のテレスコピック式の電動ステアリング装置の要部を示す正面図である。 送りねじ軸と送りナットとの螺合部を示す部分拡大断面図である。 送りねじ軸のねじ山の幅と送りナットのねじ山の幅の計算方法の一例を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１０１ 電動ステアリング装置
１０２ ステアリングシャフト
１０２Ａ 上部ステアリングシャフト
１０２Ｂ 下部ステアリングシャフト
１０３ ステアリングホイール
１０４ ユニバーサルジョイント
１０５ 中間シャフト
１０６ ユニバーサルジョイント
１０７ ステアリングギヤ
１０８ タイロッド
１１ 車体
２ 車体取付けブラケット
２１ 上板
３ ロアーコラム
３１ ブラケット
３２ チルト中心軸
４ アッパーコラム
４１ フランジ
５ テレスコ駆動機構
５１ テレスコ用モータ
５２ ウォーム
５３ 送りねじ軸
５４ ウォームホイール
５５ 送りナット
５６Ａ、５６Ｂ 軸受
６ チルト駆動機構
６１ チルト用モータ
６２ ウォーム
６３ 送りねじ軸
６３１、６３２ 軸受
６４ ウォームホイール
６５ 送りナット
６５１ チルト駆動力伝達突起
６６ 係合孔
７０ ねじの軸線
７１ 有効径

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、
   車体取付けブラケットを介して車体に取り付けられ、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、
   上記コラムまたは車体取付けブラケットに設けられた電動アクチュエータ、
   上記電動アクチュエータによって駆動され、互いに螺合する金属製の送りねじ軸と合成樹脂製の送りナットの相対移動で、上記コラムのチルト運動、または、テレスコピック運動を行う送りねじ機構を備えたステアリング装置において、
   上記送りねじ機構の送りナットのねじ山の幅と送りねじ軸のねじ山の幅の比を、送りナットの材料の剪断強度と送りねじ軸の材料の剪断強度の各逆数に比例して形成し、送りナットと送りねじ軸との螺合位置におけるねじ山の耐荷重を同等にしたこと
   を特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載されたステアリング装置において、
   上記送りねじ軸が転造ねじであること
   を特徴とするステアリング装置。

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