JP4281664B2

JP4281664B2 - 車両用ステアリングシステム

Info

Publication number: JP4281664B2
Application number: JP2004305266A
Authority: JP
Inventors: 和良若林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: JP2006117038A

Description

本発明は、ステアリング操作を禁止するためのステアリングロック装置に特徴を有する車両ステアリングシステムに関する。

車両用ステアリングシステムには、イグニッションキーを抜出した場合等において、ステアリング操作を禁止するためのステアリングロック装置が装備されている。そのステアリングロック装置は、一般的には、ステアリングコラムの運転者側の部分、つまり、イグニッションスイッチが設けられる部分の近傍に設けられる。ステアリングホイールへの運転者の二次衝突の衝撃を吸収するための衝撃吸収装置のストロークを大きくするという観点、インストゥルメントパネルの構造，意匠面からの要求に応えるという観点等から、パワーステアリングシステムの場合においてアシストモータからステアリングシャフトへのアシスト駆動力の伝達経路にステアリングロック装置を配置することが検討されている。そのような、車両用ステアリングシステムとして、例えば、下記特許文献に記載されたシステムが存在する。
特開２００３−２５２１７５号公報特開２００３−３２７０８２号公報

上記特許文献に記載のステアリングシステムは、いずれもパワーステアリングシステムに関するものであり、いずれも、アシストモータからステアリングシャフトへの伝達経路に存在する伝達機構に、詳しく言えば、互いに噛合するウォームとウォームホイールとを含んで構成された伝達機構に、ステアリングロック装置が設けられている。さらに詳しく言えば、上記特許文献のシステムでは、ウォームホイールは、樹脂製の環状歯部とその環状歯部が外嵌されてそれを支持する概してディスク状の支持部とから構成されており、ステアリングロック装置は、その支持部の側面に設けられた穴（溝）にピン（ソレノイドの可動ピン）を係合させることで、ウォームホイールの回転を禁止してステアリング操作を禁止する構造のものとされている。そのような構造のステアリングロック装置を備えたシステムでは、比較的小さな力でステアリング操作を禁止するために、ウォームホイールの中心から離れた外周部において係合することが望まれる。しかし、外周部には、樹脂製の環状歯部が存在し、係合穴は、その環状歯部には設けることができないため、支持部の外周部であって環状歯部にできるだけ近い位置、平たく言えば、両者の境目に設ける必要がある。ところが、その位置に係合穴を設ける場合、環状歯部と支持部との結合力（例えば、固着力等）を弱めることとなり、モータの駆動力の円滑な伝達が担保できない可能性がある。また、ウォームホイールの支持部に設けられた穴とピンとの繰り返される係合によって、いずれか一方が、摩耗したり一部が欠けたりすることによって金属粉，金属片等が異物として発生し、それらがウォームとウォームホイールとの噛み合わせ部分に介在する等によって，円滑な駆動力の伝達を阻害する可能性もある。ここに掲げた問題は、一例ではあるが、上記従来のステアリングシステムは、改善の余地を残すものとなっており、種々の改善を施すことにより、ステアリングロック装置を備えたステアリングシステムの実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高いステアリングシステムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両用ステアリングシステムは、
ステアリングシャフトと、
モータと、
そのモータに連結されたウォームと、そのウォームに噛合する歯が形成されて環状をなす樹脂製の環状歯部とその環状歯部が外嵌されてそれを支持する概してディスク状の支持部とを有するウォームホイールとを備えて、前記モータの駆動力を前記ステアリングシャフトに伝達する駆動力伝達機構と、
前記ウォームホイールの回転を禁止することでステアリング操作を禁止するステアリングロック装置と
を含んで構成されたステアリングシステムであって、
前記ウォームホイールの前記支持部が、それの回転軸線に直角な平面と交差して延びる１以上の突出部を有し、前記ステアリングロック装置が、前記１以上の突出部のうちの少なくとも１つのものを係止する係止機構を備え、
前記１以上の突出部が、突出端部に１以上の被係止部を有して円筒状に形成された１つの筒状突出部とされ、
前記係止機構が、前記１以上の被係止部のうちの少なくとも１つのものを係止する構造とされ、かつ、
前記駆動力伝達機構が、前記筒状突出部を内在させる円環状の突出部内在空間を有して前記ウォームホイールを収容するハウジングを備え、そのハウジングに、前記筒状突出部の突出端部と基端部との間の外周面および内周面に摺接して前記突出部内在空間を閉塞するシール手段が設けられたことを特徴とする。

本発明の車両用ステアリングシステムによれば、ステアリングロック装置が、ウォームホイールの支持部の側面から突出する部分を係止する構造とされているため、先に説明したところの支持部に形成された穴にピンを係合させる構造と異なり、環状歯部と支持部との結合力を弱めることがなく、駆動力伝達機構の円滑な駆動力の伝達が担保することが可能となる。そのような利点を有することで、本発明の車両用ステアリングシステムは、実用性の高いシステムとなる。また、本発明の車両用ステアリングシステムによれば、突出部の強度を高くすることができるため、突出部の支持部からの突出量を比較的大きくすることができる。さらに、本発明の車両用ステアリングシステムによれば、駆動力伝達機構の主要部分への異物の混入を防止あるいは抑制することが可能となる。特に、ウォームとウォームホイールとが噛合する部分に異物が付着する等の可能性が低く、駆動力伝達機構の円滑な駆動力の伝達が担保されることになる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の（１）項と（３）項と（４）項とを合わせたものが、請求項１に相当する。

（１）ステアリングシャフトと、
モータと、
そのモータに連結されたウォームと、そのウォームに噛合する歯が形成されて環状をなす樹脂製の環状歯部とその環状歯部が外嵌されてそれを支持する概してディスク状の支持部とを有するウォームホイールとを備えて、前記モータの駆動力を前記ステアリングシャフトに伝達する駆動力伝達機構と、
前記ウォームホイールの回転を禁止することでステアリング操作を禁止するステアリングロック装置と
を含んで構成されたステアリングシステムであって、
前記ウォームホイールの前記支持部が、それの回転軸線に直角な平面と交差して延びる１以上の突出部を有し、前記ステアリングロック装置が、前記１以上の突出部のうちの少なくとも１つのものを係止する係止機構を備えたことを特徴とする車両用ステアリングシステム。

本項の態様のステアリングシステムは、平たく言えば、上記駆動力伝達機構において、樹脂製の環状歯部を支持する支持部の側面から突出させられた突出部を係止するステアリングロック装置を備えたステアリングシステムである。小さい力でステアリング操作を禁止する（以下、「ステアリングロックさせる」という場合がある）ために、ウォームホイールの歯を係止する構造のステアリングロック装置を採用することも考えられるが、ウォームホイールの歯が樹脂製であるため、歯が変形する等によって、駆動力伝達機構による円滑な駆動力の伝達が阻害される可能性もある。本項の態様では、歯を係止するものではないことから、そのような問題は発生しない。また、先に説明したように、ウォームホイールの支持部に穴を形成し、その穴を係止することも考えられる。その場合、支持部の外周部、すなわち、環状歯部との境目に穴を形成すれば、環状歯部と支持部との結合力を弱めることに繋がる。本項の態様では、支持部から突出する突出部を設けてそれを係止する構造のステアリングロック装置とされているため、環状歯部と支持部との結合力を弱めることなく、駆動力伝達機構による円滑な駆動力の伝達が担保されることになる。本項に記載の態様によれば、そのような利点を有することにより、実用性の高いステアリングシステムが実現することになる。

本項に記載の態様は、ステアリングホイール等の操作部材に加えられる操舵操作力をモータの駆動力によってアシストするシステム、いわゆる、パワーステアリングシステムに適用することが可能である。また、パワーステアリングシステムのみならず、いわゆるステアバイワイヤシステム、つまり、操作部材に加えられた操舵操作力によらず、転舵装置が備える駆動源を電気的に制御することで操作部材の操作に応じた車輪の転舵を可能とするシステムにも適用可能である。このステアバイワイヤシステムでは、操作部材に対して操作反力を付与するための反力モータを備えるものも検討されており、その反力モータの駆動力を操作反力としてステアリングシャフトに伝達する機構において、上記ステアリングロック装置を備えるように構成することが可能である。

本項の態様において、「突出部」は、それの形状，数量等が特に限定されるものではない。例えば、棒状のもの，突起状のもの等、種々の形状の突出部とすることができる。突出部の延びる方向（「突出方向」ということもできる）は、ウォームホイールの回転軸線に平行な方向、つまり、ウォームホイールの側面に直角な方向とされてもよく、その方向に対して傾斜する方向とされてもよい。また、例えば、棒状，突起状等の突出部とする場合は、１の突出部としてもよく、複数の突出部としてもよい。複数の突出部を設ける場合には、例えば、回転軸線を中心とした一円周上に等角度ピッチで設けることも可能である。また、突出部は、支持部と一体的に形成されたものであってもよく、別部材として支持部に付設されたものであってもよい。さらに、本項の態様において、「係止機構」も特に限定されるものではなく、例えば、ソレノイド等を始めとして、種々のアクチュエータを含んで構成されるものであればよい。例えば、そのアクチュエータの駆動力により、そのアクチュエータの一部あるいはアクチュエータとは別体の係止部材を、それらが突出部を係止可能な位置に移動させることによって、ウォームホイールの回転を禁止するような構造のものとすることができる。また、係止機構は、突出部をウォームホイールの回転軸線に平行な方向から係止するものであっても、また、回転軸線と交差あるいは立体交差する方向から係止するものであってもよい。なお、「ステアリングシャフト」は、ステアリングホイールを直接保持する部材に限定されるものではなく、ステアリングホイールと転舵装置との間に配設される複数の部材およびそれらの組み合わせによって構成されるものであってもよい。例えば、複数のシャフトがジョイントによって連結されたような構造のものであってもよいのである。

（２）前記１以上の突出部が、前記支持部の前記環状歯部が外嵌される外周部分から突出して設けられた(1)項に記載の車両用ステアリングシステム。

本項の態様によれば、支持部と環状歯部との結合力を弱めることなく、ウォームホイールの回転軸線から離れた位置において突出部を設けることが可能であるため、小さな力でウォームホイールの回転を禁止することが可能である。したがって、係止機構の突出部を係止する部分の強度が比較的小さくでき、また、係止機構のアクチュエータを小型化することができるため、ステアリングロック装置の小型化が図れることになる。

（３）前記１以上の突出部が、突出端部に１以上の被係止部を有して円筒状に形成された１つの筒状突出部とされ、前記係止機構が、前記１以上の被係止部のうちの少なくとも１つのものを係止する構造とされた(1)項または(2)項に記載の車両用ステアリングシステム。

本項の態様は、突出部として１つの円筒状のものを設けた態様である。筒状突出部の軸線は、ウォームホイールの回転軸線と一致させることが望ましい。本項に記載の態様によれば、突出部の強度を高くすることができるため、突出部の支持部からの突出量を比較的大きくすることができる。

（４）前記駆動力伝達機構が、前記筒状突出部を内在させる円環状の突出部内在空間を有して前記ウォームホイールを収容するハウジングを備え、そのハウジングに、前記筒状突出部の突出端部と基端部との間の外周面および内周面に摺接して前記突出部内在空間を閉塞するシール手段が設けられた(3)項に記載の車両用ステアリングシステム。

本項に記載の態様は、平たく言えば、上記円筒状の突出部を利用して、ウォームホイールとウォームとが噛合する部分等を含む駆動力伝達機構の主要部分をシールする態様である。本項の態様によれば、その主要部分への異物の混入を防止あるいは抑制することが可能となる。特に、ハウジング内において、筒状突出部が係止される部分が存在する空間と、上記主要部が存在する空間とが分断されるため、筒状突出部の凸部の繰り返される係止において、その凸部あるいはそれを係止する部材が摩耗あるいは一部が欠けることにより発生する金属粉，金属片等の異物の混入が防止あるいは抑制されることになる。したがって、本項の態様によれば、ウォームとウォームホイールとが噛合する部分に異物が付着する等の可能性が低く、駆動力伝達機構の円滑な駆動力の伝達が担保されることになる。

以下、本発明のいくつかの実施例およびその変形例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

図１に、本発明の一実施例たる車両用ステアリングシステム１０を示し、図２に、そのシステム１０を構成するところの、ステアリングホイール１２を保持するステアリングコラム１４を示す。本システム１０の全体的な構成は、一般によく知られたものであるため、ここでは簡単に説明する。本システム１０は、運転者により操作されるステアリングホイール１２と、その操作操舵力を伝達するステアリングシャフト１６と、ステアリングシャフト１６の回転運動を軸方向運動に変換して車輪に伝達する転舵装置１８とを含んで構成されている。

ステアリングシャフト１６は、一方の端部においてステアリングホイール１２を保持するメインシャフト２０を有している。メインシャフト２０は、ステアリングチューブ２２に回転可能に保持され、そのステアリングチューブ２２は、ブラケット２４によって図示を省略する車体側の支持部に取り付けられる。メインシャフト２０は、図２に示すように、アッパシャフト３０と、アッパシャフト３０と相対回転不能に嵌め合わされたロワシャフト３２と、トーションバー３４と、トーションバー３４によってロワシャフト３２に相対回転可能に連結された出力シャフト３６とを備える。出力シャフト３６はユニバーサルジョイント３８を介してインタミディエイトシャフト４０に接続されている。インタミディエイトシャフト４０は別のユニバーサルジョイント４２を介して転舵装置１８の入力軸４４に接続されている。アッパシャフト３０から入力軸４４までの複数の部材が共同してステアリングシャフト１６を構成している。転舵装置１４は、いわゆるラックアンドピニオン機構を備え、入力軸４４の回転運動が水平に延びる転舵ロッド４６の軸方向運動に変換することで車輪を転舵する構造とされている。

ステアリングチューブ２２は、２つの部材であるアッパチューブ５０とロワチューブ５２とが相対回転不能に嵌合されて構成されている。ロワチューブ５２のアッパチューブ５０とは反対側の端部には、ハウジング６０が固定されており、そのハウジング６０は駆動源としての電動モータ６２を支持するとともに、自身の内部に駆動力伝達機構６４を収容している。メインシャフト２０，ステアリングチューブ２２，電動モータ６２，駆動力伝達機構６４等が共同してステアリングコラム１４を構成している。

図３に示すように、駆動力伝達機構６４は、電動モータ６２により回転させられる第１ギヤたるウォーム８０と、そのウォーム８０に噛み合わせられてメインシャフト２０に駆動力を伝達する第２ギヤたるウォームホイール８２とを備える。それらウォーム８０およびウォームホイール８２は、それぞれが、ハウジング６０に回転可能に保持されている。ウォームホイール８２は、金属製のインナディスク９０の外周に、樹脂製のアウタリング９２が固着されて構成されている。インナディスク９０はウォームホイール８２の支持部として機能している。そのインナディスク９０を貫通して軸穴が形成され、その軸穴に上述の出力シャフト３６が相対回転不能に嵌合されている。一方、アウタリング９２の外周には、ウォーム８０と噛み合う歯が形成されており、アウタリング９２が環状歯部として機能するようにされている。

図４に示すように、出力シャフト３６は、ハウジング６０に一対の軸受１００，１０２を介して軸線周りに回転可能に保持されている。なお、図では、一方の軸受１００を軸方向移動不能に支持するハウジング側部材を省略している。ウォームホイール８２は、上述のように、インナディスク９０とアウタリング９２とにより構成されているが、そのインナディスク９２の外周部から軸方向に延び出す突出部としての円筒部１０４が形成されている。その円筒部１０４の突出端部には、凹部１０６が複数形成されている。本実施例においては、６つの凹部１０６が等角度間隔に形成され、それぞれが、被係止部として機能する。

ハウジング６０内にはさらに、ステアリングロック装置１０８を構成する係止機構１１０が設けられている。図３および図４に示すように、係止機構１１０は、円筒部１０４より外周側に配設され、凹部１０６を利用してウォームホイール６２の回転を阻止する。なお、図３には係止機構１１０が破線で示されている。係止機構１１０は、アクチュエータたるソレノイド１１２を備え、そのソレノイド１１２の可動部材たるロッド１１４が凹部１０６に係合することによりウォームホイール６２の回転を阻止する構造とされている。ソレノイド１１２は、非励磁状態において、ロッド１１４の先端部が凹部１０６に進入してステアリングロックする係止状態を実現させ、励磁状態において、ロッド１１４を凹部１０６から退出させてウォームホイール８２の回転を許容する非係止状態を実現させるように切り換えられる。

ハウジング６０は、上記円筒部１０４を隙間を有して収容する環状の収容室１２０を有する。この収容室１２０は、突出部内在空間として機能するものとされており、本実施例においては、収容室１２０は外部から遮断された空間とされている。その収容室１２０の周壁と円筒部１０４の内周面および外周面との間、詳しく言えば、円筒部１０４の突出端部と基端部との間において、ゴム製のダストシール１２２が、収容室１２０閉塞するシール手段として設けられている。このダストシール１２２により、収容室１２０側からウォーム８０とウォームホイール８２との噛合部が存在する空間内への異物の侵入が防止される。

以上のように構成される車両用ステアリングシステム１０においてイグニッションキーが挿入された状態であれば、ソレノイド１１２が励磁状態とされて、ロッド１１４が凹部１０６から退出させられ、ステアリング操作が許容される。それに対して、イグニッションキーが抜出されれば、ソレノイド１１２が非励磁状態とされてロッド１１４の先端部が凹部１０６内に進入させられて係止状態となり、ステアリング操作が禁止される。

突出部および係止機構に関しては、上記実施例の態様の他に、種々の態様を採用することが可能である。例えば、図５に示すように、ソレノイド１１２を備える係止機構１３０を、円筒部１０４の突出方向において円筒部から離れた位置において、ソレノイド１１２のロッド１１４がウォームホイール８２の回転軸線に平行な向きに進退するような向きに配設してもよい。

また、突出部は、ウォームホイール８２に対して一体に構成されなくてもよく、ウォームホイール８２のインナディスク９０に別の部材が固定されて突出部を構成してもよい。例えば、図６（ａ）に示すように、カギ状に形成された角棒部材１４０であって、ウォームホイール８２の軸方向に平行に延びる係合突部１４２とインナディスク９０に固定的に保持される被保持部１４４とを備える形状のものを複数配設し、それとソレノイド１１２のロッド１１４とが係合するような構成とすることで、ウォームホイール８２の回転を阻止するようにしてもよい。なお、本変形例においては、係合突部１４２が突出部として機能するものとされている。

さらに、突出部は、ウォームホイール８２の回転軸線に平行な方向に、インナディスク９０から延び出す形状とされなくてもよく、他の形状であってもよい。例えば、図６（ｂ）に示すように、インナディスク９０の外周から径方向に延び出す係合凸部１５０が複数形成されるようにしてもよい。本変形例では、その係合凸部１５０が突出部として機能するものとなっている。

本発明の一実施例であるステアリングシステムを概念的に示す図である。上記ステアリングシステムのステアリングコラムを示す一部断面図である。上記ステアリングシステムの駆動力伝達機構とステアリングロック装置とを示す断面図である。上記駆動力伝達機構とステアリングロック装置とを示す断面図（図３とは別の方向における断面図）である。本発明の別の実施例であるステアリングシステムが備えるステアリングロック装置の要部を示す図である。本発明の変形例としてのステアリングシステムが備えるステアリングロック装置の要部を示す図である。

符号の説明

１０：車両用ステアリングシステム１２：ステアリングホイール１４：ステアリングコラム１６：ステアリングシャフト１８：転舵装置２０：メインシャフト２２：ステアリングチューブ２４：ブラケット６０：ハウジング６２：電動モータ６４：駆動力伝達機構８０：ウォーム８２：ウォームホイール９０：インナディスク（支持部）９２：アウタリング（環状歯部）１０４：円筒部（突出部）１０６：凹部（被係止部）１０８：ステアリングロック装置１１０：係止機構１１２：ソレノイド１１４：ロッド１３０：係止機構１４０：角棒部材１４２：係合突部（突出部）１４４：被保持部１５０：係合凸部（突出部）

Claims

ステアリングシャフトと、
モータと、
そのモータに連結されたウォームと、そのウォームに噛合する歯が形成されて環状をなす樹脂製の環状歯部とその環状歯部が外嵌されてそれを支持する概してディスク状の支持部とを有するウォームホイールとを備えて、前記モータの駆動力を前記ステアリングシャフトに伝達する駆動力伝達機構と、
前記ウォームホイールの回転を禁止することでステアリング操作を禁止するステアリングロック装置と
を含んで構成されたステアリングシステムであって、
前記ウォームホイールの前記支持部が、それの回転軸線に直角な平面と交差して延びる１以上の突出部を有し、前記ステアリングロック装置が、前記１以上の突出部のうちの少なくとも１つのものを係止する係止機構を備え、
前記１以上の突出部が、突出端部に１以上の被係止部を有して円筒状に形成された１つの筒状突出部とされ、
前記係止機構が、前記１以上の被係止部のうちの少なくとも１つのものを係止する構造とされ、かつ、
前記駆動力伝達機構が、前記筒状突出部を内在させる円環状の突出部内在空間を有して前記ウォームホイールを収容するハウジングを備え、そのハウジングに、前記筒状突出部の突出端部と基端部との間の外周面および内周面に摺接して前記突出部内在空間を閉塞するシール手段が設けられたことを特徴とする車両用ステアリングシステム。