JP5967431B2 - ステアリングロック装置 - Google Patents

Description

本発明はステアリングロック装置に関する。

特許文献１には、電動モータの回転を減速する減速機のウォームやウォームホイールに設けられたロック穴に、ロックピンを係合するステアリングロック装置が提案されている。
特許文献２には、減速機のウォームホイールの側面に固定された被ロック体に、ロック手段を係合させてステアリングロックを達成するステアリングロック装置が提案されている。

特許文献３には、減速機のウォームホイールの芯金が、回転軸線に直交する平面と交差して延びる突出部を有し、その突出部を係止してステアリングロックを達成するステアリングロック装置が提案されている。

特開２００３−３２７０８２号公報 特開２００６−１６８４１４号公報 特開２００６−１１７０３８号公報

法規上、ステアリングロック状態でも、所定以上（例えば１００Ｎｍ以上）のトルクが負荷された場合には、ステアリングシャフトとロック機構との間で滑りが生じるように、ステアリング装置にトルクリミッタ機能が付与されている。
例えば特許文献１では、ウォームホイールとステアリングシャフトとの間に、トルクリミッタとしての滑り軸受（具体的にはトレランスリング）を介在している。

しかしながら、トレランスリングは製造誤差によるスリップトルク（リミットトルク）のばらつきが大きい。そこで、トレランスリングとこれに嵌合する各部品を寸法精度毎に階層分けし、相性のよいものどうしを選別して組み立てることも考えられるが、その場合、手間がかかり、製造コストが高くなる。
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、トレランスリングを用いることなくトルクリミッタ機能を実現して精度の良いリミットトルクを達成できるステアリングロック装置を提供することである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、操舵部材（２）が取り付けられたステアリングシャフト（３）と、前記ステアリングシャフトの外周に相対回転不能に固定され、係合凹部（４２；１４２）を有する被ロック体（３０；１３０）と、前記係合凹部に係合するロック位置と前記係合凹部から離脱するロック解除位置とに変位するロック部材（４４；１４４）と、前記ロック部材を前記ロック位置に付勢する付勢部材（４５）と、を備え、前記係合凹部は、前記ステアリングシャフトに所定以上の回転トルクが負荷されたときに、前記ロック部材を前記付勢部材に抗して前記ロック解除位置に駆動するカム面（５１，５２；１５１，１５２）を含むステアリングロック装置（１０；１１０）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記付勢部材は、付勢ばね（４５）を含み、前記付勢部材としての付勢ばねに抗して、前記ロック部材をロック位置に駆動するアクチュエータ（４６）を備えていてもよい。

また、請求項３のように、前記係合凹部は、前記被ロック体の回転方向に対向し互いに逆向きに傾斜する第１カム面（５１；１５１）と第２カム面（５２；１５２）とを含んでいてもよい。
また、請求項４のように、前記ロック部材は、前記ロック位置で前記カム面に一致可能なカムフォロワ面（６１，６２；１６１，１６２）を含んでいてもよい。

また、請求項５のように、前記ステアリングシャフトに一体回転可能に固定された芯金（３０）と前記芯金に一体回転可能に固定され外周に歯（３１）を有する樹脂部材（３２）とを含み、操舵補助用の電動モータ（１９）の動力が伝達される被動ギヤ（２７；１２７）を備え、前記被ロック体は、前記被動ギヤの芯金により構成されていてもよい。

請求項１の発明によれば、ロック状態において、ステアリングシャフトに所定以上の回転トルクが負荷されたときに、係合凹部のカム面の働きで、ロック部材がロック解除位置に駆動される。したがって、ロック部材を係合凹部に係合、離脱させながら、操舵部材を回転操作することができ、従来のトレランスリングを用いることなくトルクリミッタ機能を実現することができる。また、カム面であれば、その傾斜角度や表面粗さ等を所要に設定して、精度の良いリミットトルクを実現することができる。

また、請求項２の発明によれば、操舵部材の操舵方向に応じたカム面が、ロック部材に係合することで、操舵方向に拘らず、トルクリミッタ機能を働かせて、ロック部材をロック解除位置に変位させることができる。
また、請求項３の発明によれば、ロック位置で係合凹部のカム面とロック部材のカムフォロワ面とが一致するので、ロック部材を係合凹部から離脱させるために必要なステアリングシャフトの回転力を精度良く設定することができる。

また、請求項４の発明によれば、係合凹部を設けるための被ロック体が、被動ギヤの芯金により構成されるので、構造を簡素化することができる。

本発明の一実施形態のステアリングロック装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式的断面図である。 ステアリングロック装置の概略図であり、ロック解除状態を示している。 ステアリングロック装置の概略図であり、ロック状態を示している。 本発明の別の実施形態のステアリングロック装置が適用された電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。 図４の実施形態のウォームホイール周辺の一部破断平面図である。 図４の実施形態のステアリングロック装置の一部破断概略図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態のステアリングロック装置を含む電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２が取り付けられたステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４、中間軸５および自在継手６を介して連結されたラックアンドピニオン機構７を含む転舵機構８と、ステアリングシャフト３に操舵補助力を付与する操舵補助機構９と、ステアリングシャフト３の回転を禁止するステアリングロック装置１０とを備えている。

ラックアンドピニオン機構７は、自在継手６を介して中間軸５に連結されたピニオン軸１１と、ピニオン軸１１と噛み合い自動車の左右方向（軸方向）に延びる転舵軸としてのラック軸１２とを備えている。ピニオン軸１１の端部近傍に設けられたピニオン１１ａが、ラック軸１２のラック１２ａと噛み合っている。
ラック軸１２は、車体に固定されたラックハウジング１３内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動可能に支持されている。ラック軸１２の両端部は、ラックハウジング１３の両側へ突出し、それぞれ、タイロッド１４および図示しないナックルアームを介して対応する転舵輪１５に連結されている。転舵機構８は、ラックアンドピニオン機構７と、タイロッド１４と、ナックルアームと、転舵輪１５とによって構成されている。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２と一体回転可能な第１操舵軸１６と、中間軸５に連結された第２操舵軸１７と、第１操舵軸１６と第２操舵軸１７とを同軸上にトルク伝達可能に連結したトーションバー１８とを備えている。操舵部材２が操作されて第１操舵軸１６が回転されると、この回転がピニオン１１ａおよびラック１２ａによって、ラック軸１２の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１５の転舵が達成される。

操舵補助機構９は、操舵補助用の電動モータ１９と、電動モータ１９の回転を減速して第２操舵軸１７に伝達するウォームギヤ機構からなる減速機構２０とを備えている。
ステアリングシャフト３を支持するハウジング２１は、例えばアルミニウム合金からなり、車体（図示せず）に取り付けられている。ハウジング２１は、互いに嵌め合わされた第１ハウジング２２（センサハウジングに相当）と第２ハウジング２３（ギヤハウジングに相当）とを含んでいる。

第１ハウジング２２は、操舵部材２を介してステアリングシャフト３に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサ２４と、電動モータ１９の動作を制御する制御回路を実装した制御基板２５等を収容している。第２ハウジング２３は、減速機構２０を収容している。
減速機構２０は、電動モータ１９の回転軸（図示せず）に継手（図示せず）を介して連結された駆動ギヤとしてのウォーム２６と、このウォーム２６と噛み合う被動ギヤ（減速ギヤ）としてのウォームホイール２７とを備えている。

ウォームホイール２７は、第２操舵軸１７の軸方向中間部に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に保持されている。第２操舵軸１７は、第１ハウジング２２に保持された第１軸受２８と、第２ハウジング２３に保持された第２軸受２９とによって、回転可能に支持されている。第１軸受２８および第２軸受２９は、ウォームホイール２７の軸方向の両側に配置されている。

ウォームホイール２７は、ステアリングシャフト３の第２操舵軸１７に一体回転可能に固定された環状の芯金（被ロック体３０）と、芯金（被ロック体３０）の外周に一体回転可能に固定され外周に歯３１を形成した環状の樹脂部材３２とを備えている。
ステアリングロック装置１０は、ウォームホイール２７の芯金により構成され、一端面から突出した環状凸部４１を有する被ロック体３０と、図２に示すように、被ロック体３０の環状凸部４１の外周４１ａに周方向Ｘ１に等間隔で配置され、径方向外方に開放した複数の係合凹部４２とを備えている。

また、ステアリングロック装置１０は、ハウジング２１によって支持されたピボット軸４３の回りに、係合凹部４２に係合するロック位置（図３参照）と係合凹部４２から離脱するロック解除位置（図２参照）とに揺動可能に支持されたロック部材としてのロックアーム４４と、ロックアーム４４をロック位置に付勢する付勢部材としての付勢ばね４５と、付勢ばね４５に抗して、ロックアーム４４をロック解除位置に駆動するアクチュエータとしてのソレノイド４６とを備えている。

ピボット軸４３は、ロックアーム４４の第１端部４４ａと第２端部４４ｂとの間に配置されている。付勢ばね４５は、例えば、ピボット軸４３の回りに巻かれたねじりコイルばねからなる。ソレノイド４６は、ハウジング２１に固定された本体４６ａと、本体４６ａに収容された励磁コイル（図示せず）の働きで本体４６ａから進退する可動鉄心４６ｂとを備えている。

可動鉄心４６ｂの先端が、ロックアーム４４（ロック部材）の第１端部４４ａに連結されている。具体的には、可動鉄心４６ｂの先端に設けられた連結ピン４７が、ロック部材４４の第１端部４４ａに設けられた長溝からなる連結溝４８に、連結溝４８の長手方向に摺動可能に係合している。ロックアーム４４の第２端部４４ｂには、係合凹部４２に係合する係合凸部４９が設けられている。

図示しない制御部からのオン信号によりソレノイド４６の励磁コイルに通電されると、ソレノイド４６の電磁力によって可動鉄心４６ｂが後退移動し、付勢ばね４５に抗してロックアーム４４が、図２に示すように、その係合凸部４９を係合凹部４２から離脱させるロック解除位置に変位する。これにより、ウォームホイール２７の回転、ひいては、ステアリングシャフト３の回転が許容される。

一方、ソレノイド４６の励磁が解除されてソレノイド４６の電磁力がオフされると、付勢ばね４５に付勢されたロックアーム４４が、図３に示すように、その係合凸部４９を係合凹部４２に係合させるロック位置に変位する。これにより、ウォームホイール２７の回転、ひいては、ステアリングシャフト３の回転がロックされる。
各係合凹部４２は、図３に示すロック状態において、ステアリングシャフト３に所定以上の回転トルクが負荷されたときに、ロックアーム４４の係合凸部４９を係合凹部４２から離脱させる方向に駆動するカム面として、第１カム面５１と第２カム面５２とを有している。第１カム面５１と第２カム面５２とは、係合凹部４２において周方向Ｘ１（回転方向）に対向する一対の内壁面に、それぞれ設けられている。

図２に示すように、係合凹部４２の第１カム面５１および第２カム面５２は、径方向Ｙ１外方に向かうにしたがって周方向Ｘ１に拡がって離隔するように、径方向Ｙ１に対して互いに逆向きに傾斜している。一方、ロックアーム４４の係合凸部４９は、ロック位置で第１カム面５１に平行となる第１カムフォロワ面６１と、ロック位置で第２カム面５２に平行となる第２カムフォロワ面６２とを有している。操舵方向に応じて第１カム面５１および第２カム面５２の何れか一方が、対応するカムフォロワ面６１または６２と一致する。

本実施形態によれば、ロック状態において、ステアリングシャフト３に所定以上の回転トルクが負荷されたときに、係合凹部４２のカム面（第１カム面５１または第２カム面５２）の働きで、ロック部材としてのロックアーム４４がロック解除位置に駆動される。したがって、ロックアーム４４を係合凹部４２に係合、離脱させながら、操舵部材２を回転操作することができ、従来のトレランスリングを用いることなくトルクリミッタ機能を実現することができる。また、カム面（第１カム面５１および第２カム面５２）であれば、その傾斜角度や表面粗さ等を所要に設定して、精度の良いリミットトルクを実現することができる。

また、カム面として、周方向Ｘ１に対向する第１カム面５１および第２カム面５２を設けたので、操舵部材２の操舵方向に応じたカム面（第１カム面または第２カム面５２）が、ロックアーム４４に係合することで、操舵方向に拘らず、トルクリミッタ機能を働かせて、ロックアーム４４をロック解除位置に変位させることができる。
また、ロック位置において、係合凹部４２のカム面がロックアーム４４の対応するカムフォロワ面と一致する。すわなち、操舵方向に応じて、第１カム面５１がロックアーム４４の第１カムフォロワ面６１とが一致して係合（図３参照）するか、第２カム面５２が第２カムフォロワ面６２と一致して係合（図示せず）するので、ロックアーム４４を係合凹部４２から離脱させるために必要なステアリングシャフト３の回転力を精度良く設定することができる。

また、係合凹部４２を設けるための被ロック体３０が、被動ギヤ（ウォームホイール２７）の芯金により構成されるので、構造を簡素化することができる。
次いで、図４〜図６は本発明の別の実施形態を示している。本実施形態が図１〜図３の実施形態と主に異なるのは、下記である。
すなわち、図１〜３の実施形態では、被ロック体３０の環状凸部４１の外周４１ａに、複数の係合凹部４２を設けていたが、本実施形態のステアリングロック装置１１０では、図４および図５に示すように、ウォームホイール１２７の芯金からなる被ロック体１３０において、該被ロック体１３０の環状凸部１４１の外周１４１ａではなく、環状凸部１４１の端面１４１ｂに、複数の係合凹部１４２を設けている。図５に示すように、係合凹部１４２は、周方向Ｘ１に等間隔で配置され、図４に示すように、軸方向Ｚ１に窪んでいる。

図６に示すように、係合凹部１４２の第１カム面１５１および第２カム面１５２は、軸方向Ｚ１の一側（ロックアーム１４４側）に向かうにしたがって周方向Ｘ１に拡がって離隔するように、軸方向Ｚ１に対して互いに逆向きに傾斜している。一方、ロックアーム１４４の係合凸部１４９は、ロック位置で第１カム面１５１に平行となる第１カムフォロワ面１６１と、ロック位置で第２カム面１５２に平行となる第２カムフォロワ面１６２とを有している。

本実施形態の構成要素において、図１〜３の実施形態の構成要素と同じ構成要素には、図１〜３の実施形態の構成要素の参照部号と同じ参照符号を付してある。本実施形態においても、図１〜３の実施形態と同じく、トレランスリングを用いることなくトルクリミッタ機能を実現して精度の良いリミットトルクを実現することができる。なお、本実施形態において、環状凸部１４１を廃止し、芯金（被ロック体１３０）の端面に係合凹部を設けるようにしてもよい。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、前記実施形態では、被ロック体３０；１３０を、ウォームホイール２７；１２７の芯金により構成したが、これに代えて、被ロック体３０；１３０を、ウォームホイールとは別体で設けて、ステアリングシャフト３（第２操舵軸１７）に一体回転可能に固定してもよい。
また、前記実施形態では、ロック部材（ロックアーム４４；１４４）をロック位置に付勢する付勢部材が付勢ばね４５であり、ロック部材（ロックアーム４４；１４４）をロック解除位置に駆動するアクチュエータがソレノイド４６であったが、これに代えて、付勢部材としてソレノイドを用い、アクチュエータとして付勢ばねを用いてもよい。

また、ロック部材としてのロックアームを廃止し、ソレノイドの可動鉄心の先端に、被ロック体の係合凹部に係合する係合凸部を設けて、可動鉄心をロック部材として機能させてもよい。その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…電動パワーステアリング装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、８…転舵機構、９…操舵補助機構、１０；１１０…ステアリングロック装置、１６…第１操舵軸、１７…第２操舵軸、１９…電動モータ、２０…減速機構、２６…ウォーム（駆動ギヤ）、２７；１２７…ウォームホイール（被動ギヤ）、３０；１３０…被ロック体（芯金）、４１；１４１…環状凸部、４２；１４２…係合凹部、４３…ピボット軸、４４；１４４…ロックアーム（ロック部材）、４５…付勢ばね（付勢部材）、４６…ソレノイド、４６ａ…本体、４６ｂ…可動鉄心、４７…連結ピン、４８…連結溝、４９；１４９…係合凸部、５１；１５１…第１カム面、５２；１５２…第２カム面、６１；１６１…第１カムフォロワ面、６２；１６２…第２カムフォロワ面、Ｘ１…周方向、Ｙ１…径方向、Ｚ１…軸方向

Claims (5)

1. 操舵部材が取り付けられたステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトの外周に相対回転不能に固定され、係合凹部を有する被ロック体と、
   前記係合凹部に係合するロック位置と前記係合凹部から離脱するロック解除位置とに変位するロック部材と、
   前記ロック部材を前記ロック位置に付勢する付勢部材と、を備え、
   前記係合凹部は、前記ステアリングシャフトに所定以上の回転トルクが負荷されたときに、前記ロック部材を前記付勢部材に抗して前記ロック解除位置に駆動するカム面を含むステアリングロック装置。
2. 請求項１において、前記付勢部材は、ばねを含み、
   前記付勢部材としてのばねに抗して、前記ロック部材をロック位置に駆動するアクチュエータを備えるステアリングロック装置。
3. 請求項１または２において、前記係合凹部は、前記被ロック体の回転方向に対向し互いに逆向きに傾斜する第１カム面と第２カム面とを含むステアリングロック装置。
4. 請求項１から３の何れか１項において、前記ロック部材は、前記ロック位置で前記カム面に一致可能なカムフォロワ面を含むステアリングロック装置。
5. 請求項１から４の何れか１項において、前記ステアリングシャフトに一体回転可能に固定された芯金と前記芯金に一体回転可能に固定され外周に歯を有する樹脂部材とを含み、操舵補助用の電動モータの動力が伝達される被動ギヤを備え、
   前記被ロック体は、前記被動ギヤの芯金により構成されているステアリングロック装置。

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