JP5338844B2 - 電動式ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は電動式ステアリング装置、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、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装置がある。

特許文献１の電動式ステアリング装置は、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、球面状の突起を有するボールと、内周にボールが嵌合する凹球面を有する円筒状のブッシュと、このブッシュが挿入され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、ボールとブッシュとの間の隙間、及び、ブッシュとスリーブとの間の隙間を詰めてガタを無くすために、ボールに形成されたスリットに調整ねじをねじ込んで、ボールのスリットの溝幅を拡縮してボールの外形寸法を拡縮している。

しかし、特許文献１の電動式ステアリング装置は、ボールのスリットの溝幅を拡縮すると、スリットの溝底に大きな応力が作用して応力集中が生じるため、ボールの耐久性が低下する恐れがあった。

特開２００６−３６０４３号公報

本発明は、球面継手を構成するボールのスリットの溝底に生じる応力集中を低減することが可能な電動式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、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、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ボールスクリュウと、上記ボールスクリュウに螺合するボールナットと、上記ボール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、上記ボールの軸心を通り、該軸心に平行かつ互いに直交して上記ボールナットの側面の角部方向に延び、当該ボールを上記軸心に関して４分割し、溝底にＲ面が形成された２個のスリットと、上記ボールのスリットの溝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、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装置において、上記ボールの上記スリットの溝底に形成された上記R面の直径寸法が当該スリットの溝幅よりも大きく形成されていること
を特徴とする電動式ステアリング装置である。

本発明の電動式ステアリング装置は、電動モータの回転を、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装置において、電動モータによって回転駆動されるスクリュウと、スクリュウに螺合するナットと、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、ブッシュが挿入される円筒状のスリーブと、ボールに形成され、溝底にＲ面が形成されたスリットと、ボールのスリットの溝幅を拡縮して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いる。従って、スリットの溝幅が拡大すると、スリットの溝底に大きな応力が作用するが、溝底にはＲ面が形成されているため、スリットの溝底には応力集中が生じることはなく、ボールの耐久性が向上する。

本発明の電動式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。 本発明の実施例１の電動チルト式ステアリング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。 実施例１のチルト動作を示す説明図である。 調整ねじをねじ込む前の状態を示す球面継手の拡大断面図である。 本発明の実施例１のボールとボールナットの一体成形品の正面図である。 （ａ）は図６のボールとボールナットの一体成形品を４５度回転した状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 図５のＰ方向から見たブッシュ単体を示す側面図である。 調整ねじをねじ込んだ後の状態を示す球面継手の拡大断面図である。 （ａ）は本発明の実施例２のボールとボールナットの一体成形品を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例２を説明する。

図１は、本発明の電動式ステアリング装置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を介して中間シャフト１０２が連結されている。

中間シャフト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、中間シャフト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は本発明の実施例１の電動チルト式ステアリング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は実施例１のチルト動作を示す説明図である。図５は調整ねじをねじ込む前の状態を示す球面継手の拡大断面図である。図６は本発明の実施例１のボールとボールナットの一体成形品の正面図である。図７（ａ）は図６のボールとボールナットの一体成形品を４５度回転した状態を示す正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の右側面図である。図８は図５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は調整ねじをねじ込んだ後の状態を示す球面継手の拡大断面図である。

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５、図８、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８参照）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５から図７に示すように、ボール７４には、溝幅がＷのスリット７４１が形成されている。スリット７４１は、ボール７４の軸心（図５から図６の左右方向）を通り、軸心に平行に形成されている。スリット７４１の溝底（図５から図６の左端）には、溝幅Ｗよりも直径寸法の大きなＲ面７４２が形成されている。また、ボール７４の軸心には、図５から図６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５から図６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の溝幅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５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、スリット７４１の溝幅Ｗが拡大して、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。スリット７４１の溝幅Ｗが拡大すると、スリット７４１の溝底に大きな応力が作用する。しかし、溝底にはＲ面７４２が形成されているため、スリット７４１の溝底には応力集中が生じることはなく、ボール７４の耐久性が向上する。

また、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５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。

図１０（ａ）は本発明の実施例２のボールとボールナットの一体成形品を示す正面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の右側面図である。以下の説明では、上記実施例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。また、同一部品には同一番号を付して説明する。実施例２は実施例１の変形例であって、スリットを２個形成した例である。

図１０に示すように、ボール７４には、溝幅がＷのスリット７４１と７４３が形成されている。スリット７４１と７４３は、ボール７４の軸心（図１０（ａ）の左右方向）を通り、軸心に平行に形成されている。また、スリット７４１と７４３は、互いに直交して形成され、ボール７４を４分割している。スリット７４１と７４３の溝底（図１０（ａ）の左端）には、溝幅Ｗよりも直径寸法の大きなＲ面７４２、７４４が形成されている。また、ボール７４の軸心には、図１０（ａ）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。

図示しないが、実施例１と同一形状の調整ねじ７８を雌ねじ７７にねじ込むと、スリット７４１、７４３の溝幅Ｗが拡大して、ブッシュの外周７６Ｂとスリーブ７５の内周７５Ａとの間の隙間、及び、ボール７４の外周７４Ｂとブッシュ７６の凹球面７６Ａとの間の隙間を無くすことができる。スリット７４１、７４３の溝幅Ｗが拡大すると、スリット７４１、７４３の溝底に大きな応力が作用する。しかし、溝底にはＲ面７４２、７４４が形成されているため、スリット７４１、７４３の溝底には応力集中が生じることはなく、ボール７４の耐久性が向上する。

本発明の実施例２では、２個のスリット７４１、７４３によってボール７４が４分割されているため、調整ねじ７８を調整してボール７４の外形寸法を拡縮した時に、ボール７４の外形寸法が球面に近似した形状を保持して拡縮する。そのため、ブッシュ７６の凹球面７６Ａとボール７４の外周７４Ｂとの接触面積が大きくなり、接触面圧が低減するため好ましい。

本発明の実施例では、ステアリングホイールのチルト位置を調整する電動チルト式ステアリング装置に適用した例について説明したが、ステアリングホイールのテレスコピック位置を調整する電動テレスコピック式ステアリング装置、及び、ステアリングホイールのチルト位置とテレスコピック位置の両方を調整する電動チルト・テレスコピック式ステアリング装置に適用してもよい。

１ 電動式ステアリング装置
１０１ ユニバーサルジョイント
１０２ 中間シャフト
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
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
７４２ Ｒ面
７４３ スリット
７４４ Ｒ面
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、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ボールスクリュウと、
   上記ボールスクリュウに螺合するボールナットと、
   上記ボール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、
   上記ボールの軸心を通り、該軸心に平行かつ互いに直交して上記ボールナットの側面の角部方向に延び、当該ボールを上記軸心に関して４分割し、溝底にＲ面が形成された２個のスリットと、
   上記ボールのスリットの溝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、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装置。
2. 請求項１に記載された電動式ステアリング装置において、
   上記ボールの上記スリットの溝底に形成された上記R面の直径寸法が当該スリットの溝幅よりも大きく形成されていること
   を特徴とする電動式ステアリング装置。
   

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