(57)【要約】【課題】電源を用いることなく不快な機械的振動を低減でき、装置の小型化、コストの低廉化を達成できる振動低減装置を提供する。【解決手段】振動低減装置は、ステアリングシャフト１２ａ，１２ｂに生じた不快な機械的な振動６１を低減するもので、機械的振動を検出すると共に機械的振動を電気に変換する圧電素子５２と、圧電素子から出力される電気を蓄電するキャパシタ６４と、圧電素子で検出された機械的振動の振動量が所定値を超えたか否かを判定する振動量レベル判定部６５と、振動量レベル判定部６５が振動量が所定値を超えたと判定したときに、キャパシタに蓄電された電気と圧電素子から出力される電気のうちのいずれか一方または両方に基づき駆動され、機械的振動を打ち消す逆位相振動を発生する発振装置（偏心モジュール５３）とから構成される。【選択図】図４
2008039038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的振動を検出すると共に前記機械的振動を電気に変換する圧電素子と、
前記圧電素子から出力される電気を蓄電するキャパシタと、
前記圧電素子で検出された前記機械的振動の振動量が所定値を超えたか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段が前記振動量が前記所定値を超えたと判定したときに、前記キャパシタに蓄電された電気と前記圧電素子から出力される電気のうちのいずれか一方または両方に基づき駆動され、前記機械的振動を打ち消す逆位相振動を発生する発振装置と、
を備えることを特徴とする振動低減装置。
【請求項２】
前記キャパシタによる電気の蓄電は、前記機械的振動の振動量が前記所定値以下であるときにも行われることを特徴とする請求項１記載の振動低減装置。
【請求項３】
前記発振装置の発振動作では、前記キャパシタに蓄電された電気および／または前記圧電素子から出力される電気のみが使用され、他の電源は使用されないことを特徴とする請求項１または２記載の振動低減装置。
【請求項４】
前記機械的振動はステアリングシャフトで発生する機械的振動であり、前記圧電素子と前記発振装置は前記ステアリングシャフトまたはこれにつながる部分に付設されていることを特徴とする請求項１記載の振動低減装置。
【請求項５】
前記圧電素子は２個以上用意され、すべての圧電素子を前記キャパシタの蓄電用に使用し、１つの圧電素子を前記機械的振動の検出用に使用することを特徴とする請求項１記載の振動低減装置。
【請求項６】
前記振動量の前記所定値は前記機械的振動が不快感を与えるか否かを基準にして決まる値であることを特徴とする請求項１記載の振動低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動低減装置に関し、特に、電源を用いることなく不快な機械的振動を低減することが可能な振動低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されたステアリング機構の振動低減装置では、ステアリングシャフトの近傍に付設された回転センサで振動の信号を検出し、この信号に基づいて電動モータを駆動して歯車機構を動作させ、歯車機構で生じた振動をステアリングシャフトに与えて、ステアリングシャフトに生じた望ましくない振動を低減させる。電動モータの動作は、回転センサで検出された振動信号に基づいてモータ制御信号を生成するモータ制御回路によって制御される。ステアリングシャフトに生じた望ましくない振動を低減するための振動を生じさせる電動モータの動作は、電気回路に用意した電源から供給される電気により行われる。
【０００３】
特許文献２に記載されたステアリングホイールの制振装置では、ステアリングホイールのフレーム材に生じた望ましくない振動を振動検出センサで検出し、検出信号に基づいて制御部がフレーム材に取り付けられた圧電変換素子を駆動制御し、望ましくない振動を抑制する。特に、ステアリングシャフトからスポーク部を介してリム部に伝わる振動を抑制するようにしている。圧電変換素子を駆動する電気は、制御回路からアンプを介して圧電変換素子に供給される。
【特許文献１】実開昭６３−６４０８３号公報
【特許文献２】特許第３４２６１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の振動低減装置によれば、ステアリングシャフトに生じた振動であって運転者に不快感を与える望ましくない振動が生じた場合に、特許文献１では電動モータと歯車機構で打ち消し用の振動を発生させることにより、また特許文献２では圧電変換素子で打ち消し用の振動を発生させることにより、それぞれ望ましくない振動を低減するようにしていた。従来の振動低減装置では、いずれも、打ち消し用振動を発生させるための電気的手段を駆動する電源が必要であった。その結果、電源を設けることにより装置を小型化することができず、またコストが高くなるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、電源を用いることなく不快な機械的振動を低減することができ、装置の小型化、コストの低廉化を達成することができる振動低減装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る振動低減装置は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【０００７】
本発明の振動低減装置は、好ましくはステアリングシャフトに生じた不快な機械的な振動を低減するもので、機械的振動を検出すると共に機械的振動を電気に変換する圧電素子と、圧電素子から出力される電気を蓄電するキャパシタと、圧電素子で検出された機械的振動の振動量が所定値を超えたか否かを判定する判定手段と、判定手段が振動量が所定値を超えたと判定したときに、キャパシタに蓄電された電気と圧電素子から出力される電気のうちのいずれか一方または両方に基づき駆動され、機械的振動を打ち消す逆位相振動を発生する発振装置とから構成される。
【０００８】
本発明の振動低減装置では、機械的信号を検出する圧電素子によって併せて機械的信号に応じた電気を発生させ、これをキャパシタに蓄電させる。そして、望ましくない不快な機械的振動が発生した場合には、キャパシタに蓄電した電気および／または圧電素子が出力する電気を使用して発振装置を駆動し、機械的信号を打ち消す逆位相振動を発生させる。発振装置は、偏心回転体を備えたモータ装置である。これにより、ステアリングシャフトで生じた不快な機械的振動がステアリングホイールに伝達されるのを抑制することが可能となる。
【０００９】
上記の振動低減装置において、好ましくは、キャパシタによる電気の蓄電は、機械的振動の振動量が所定値以下であるときにも行われる。圧電素子が機械的振動を検出するときには、当該圧電素子の圧電変換性能に基づいて機械的振動に応じた電気を出力するので、当該電気は原則的にキャパシタに蓄電される。さらに、キャパシタの蓄電動作は、発振装置が、振動打ち消し用の逆位相振動を発生しない上記所定値以下の場合にも継続して行われている。これにより、振動量が所定値を超えた時に発振装置を動作させるための十分な電気がキャパシタに蓄電される。
【００１０】
上記の振動低減装置において、好ましくは、発振装置の発振動作では、圧電素子から出力される電気および／またはキャパシタに蓄電された電気のみが使用されることとし、他の別途の電源は使用されないようにした。発振装置を動作させる特別な電源を備えないので、装置を小型化することが可能となる。
【００１１】
上記の振動低減装置において、好ましくは、機械的振動はステアリングシャフトで発生する機械的振動であり、圧電素子と発振装置は当該ステアリングシャフトまたはこれにつながる部分に付設されている。この振動低減装置によれば、ステアリングシャフトで発生する望ましくない機械的信号を低減するように構成される。
【００１２】
上記の振動低減装置において、好ましくは、上記の圧電素子を２個以上用意され、複数の圧電素子のすべてを上記キャパシタの蓄電用に使用することとし、１つの圧電素子を機械的振動の検出用に使用するように構成される。キャパシタを蓄電する電気を圧電素子を複数用意することにより、キャパシタに蓄電される電気量の発生を増し、効果的に蓄電を行えるようにする。
【００１３】
さらに上記の振動低減装置において、好ましくは、打ち消し用の逆位相振動を発生させるための前述の振動量の所定値は、ステアリングシャフトで発生した機械的振動が運転者に不快感を与えるか否かという観点を基準にして決まる値である。この構成によって、低減する必要のある不快な機械的振動が生じたことを前提にして、当該機械的振動を除去するようにしている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ステアリングシャフト等で生じた不快な機械的振動を低減する振動低減装置で、圧電素子の圧電変換作用を利用して機械的振動を検出すると共に電気を発生するように、当該電気をキャパシタに蓄電し、機械的振動を打ち消すための振動を発生する発振装置を圧電素子が出力する電気および／またはキャパシタが蓄電した電気を利用して駆動するようにしたため、特別に電源を必要とせず、装置を小型化でき、かつコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、発明に係る振動低減装置が適用されるステアリングシャフトの装置例を示し、電動パワーステアリング装置を示す。
【００１７】
電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されるステアリングシャフト１２ａに対して補助用の操舵力（操舵トルク）を与えるように構成されている。ステアリングシャフト１２ａは、ステアリングシャフト１２ｂと自在軸継手１２ｃを介して連結されている。ステアリングシャフト１２ａの上端はステアリングホイール１１に連結され、ステアリングシャフト１２ｂの下端にはピニオン１３が取り付けられている。ピニオン１３に対して、これに噛み合うラックギヤ１４ａを設けたラック軸１４が配置されている。ピニオン１３とラックギヤ１４ａによってラック・ピニオン機構１５が形成される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１６が設けられ、各タイロッド１６の外側端には前輪１７が取り付けられる。
【００１８】
ステアリングシャフト１２ｂに対し動力伝達機構１８を介してモータ１９が設けられている。動力伝達機構１８は、ウォームギヤ１８ａとウォームホイール１８ｂによって形成されている。モータ１９は、操舵トルクを補助する回転力（トルク）を出力し、この回転力を、動力伝達機構１８を経由してステアリングシャフト（１２ａ，１２ｂ）に与える。
【００１９】
ステアリングシャフト１２ｂには操舵トルク検出部２０が設けられる。操舵トルク検出部２０は、運転者がステアリングホイール１１を操作することによって生じる操舵トルクをステアリングシャフト１２ａ，１２ｂに加えたとき、ステアリングシャフト１２ａ，ｂに加わった当該操舵トルクを検出する。
【００２０】
２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置２２は、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと車速検出部２１から出力される車速信号Ｖを取り入れ、操舵トルクに係る情報を車速に係る情報に基づいて、モータ１９の回転動作を制御する駆動制御信号ＳＧ１を出力する。
【００２１】
運転者がステアリングホイール１１を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリングシャフト１２ａ，１２ｂに加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１４の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１６を介して前輪１７の走行方向を変化させようとする。このとき、同時に、ステアリングシャフト１２ｂに付設された操舵トルク検出部２０は、ステアリングホイール１１での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置２２へ出力する。また、車速検出部２１は、車両の車速を検出して車速信号Ｖに変換し、この車速信号Ｖを制御装置２２へ出力する。
【００２２】
制御装置２２は、操舵トルク信号Ｔ、車速信号Ｖに基づいてモータ１９を駆動するためのモータ電流を発生する。モータ電流によって駆動されるモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助操舵力をステアリングシャフト１２ｂ，１２ａに作用させる。以上のごとくモータ１９を駆動することにより、ステアリングホイール１１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。
【００２３】
以上の構造を有する電動パワーステアリング装置１０では、機械的振動が発生しやすい構造を有し、当該機械的振動はステアリングシャフト１２ａ，１２ｂに伝達されやすい。ステアリンシャフト１２ａに伝達した機械的振動はステアリングホイール１１に伝達されることになる。
【００２４】
図２はステアリングホイール１１の外観を示す。ステアリングホイール１１はステアリングシャフト１２ａの上端部に設けられる。ステアリングホイール１１は、リング状のグリップ部１１ａと、中央に位置してステアリングシャフト１２ａの上端部に連結されるベース部１１ｂと、グリップ部１１ａとベース部１１ｂを連結する３本のスポーク部１１ｃとを備えている。グリップ部１１ａの内部にはフレームを形成する金属製のリム部が設けられ、同様にベース部１１ｂの内部には金属製のベースプレートが設けられ、スポーク部１１ｃの内部には金属製のスポークプレートが設けられている。
【００２５】
またベース部１１ｂの外観容器の内部には、図３に示されるごとく本実施形態に係る振動低減装置の回路等の要部が収容されている。
【００２６】
図３は、上記のステアリングホイール１１のフレーム部分と、振動低減装置の要部構成とを示す。図３において、ステアリングホイール１１の金属製フレーム部分としては、ベースプレート３１と、ベースプレート３１から外方へ延設される３本のスポークプレート３２が示されている。ベースプレート３１の中心部には上記のステアリングシャフト１２ａの上端部に嵌合される孔３１ａが形成されている。ベースプレート３１の上面には、例えば２本のビス３３により、振動低減ユニット３４が固定される。図３では分解図の状態で図示されている。
【００２７】
振動低減ユニット３４は、振動低減回路を内蔵する１つの回路ケース５１と、回路ケース５１と一体的になるように固定された少なくとも２つの圧電素子５２と、回路ケース５１に連結して設けられ、マイクロモータを内蔵しかつ振動を適宜に発生する偏心モジュール５３とから構成されている。圧電素子５２は、機械振動を電気に変換する周知の圧電変換素子である。偏心モジュール５３は、回転する動作するマイクロモータと、マイクロモータで回転する偏心ウェイトとによって構成される。偏心モジュール５３は、偏心ウェイトが回転することにより、振動を発生させることができる。回路ケース５１内の電気回路の構成については後述される。
【００２８】
上記において、２つの圧電素子５２のそれぞれは、ベースプレート４１に接触する状態で取り付けられる。圧電素子５２には、ステアリングシャフト１２ａから伝達される振動が、ベースプレート３１を介して効果的に伝達されるようになっている。
【００２９】
また圧電素子５２は２つに限定されない。圧電素子５２は１つあってもよいし、２つ以上であってもよい。圧電素子５２の圧電変換作用によって作られかつ蓄電される電気は多いほどよいので、圧電素子５２は２以上であることが好ましい。
【００３０】
また圧電素子５２の設置箇所はステアリングシャフトまたはこれにつながる部分における振動源に近いほど望ましいが、振動低減ユニット３４として構成し、取付け・取外し等の取扱い性を良好することも好ましい。
【００３１】
図４に回路ケース５１に収容される振動低減回路の構成を示す。図４で、２つの圧電素子５２の各々は、ベースプレート３１から与えられる機械的振動を電気に変換する作用を有している。圧電素子５２は、振動・電気変換素子として機能し、機械的振動を検出する機能と、機械的振動から電気を発生する機能を有している。
【００３２】
図４で、２つの圧電素子５２のそれぞれが機械的振動６１に感応して電流（電気）を出力すると、この電流は変換器６２によって電圧に変換され、さらに当該電圧は昇圧回路６３で昇圧された後に、キャパシタ６４に蓄電される。圧電素子５２は、その圧電変換性能に基づいて、発生した機械的振動６１を電気に変換し、キャパシタ６４に蓄電させる。
【００３３】
他方、好ましくは１つの圧電素子５２による振動検出情報（機械的振動６１の振動量情報）は、振動量レベル判定部６５に供給される。振動量レベル判定部６５は、供給された機械的振動６１の振動量レベルが予め設定された基準となる所定値以上であるか否かを判定する。機械的振動６１の振動量レベルが所定値よりも小さいときには、上記蓄電作用を継続するのみであり、その他の動作は行われない。機械的振動６１の振動量レベルが上記所定値以上であるときには、電気供給回路６６を開状態にする。電気供給回路６６が開状態になると、キャパシタ６４に蓄電された電気と、２つの圧電素子５２のそれぞれから出力されかつ変換器６２および昇圧回路６３を経由して直接に供給される電気とが、適宜に選択され、次段のモータ制御回路６７に供給される。
【００３４】
電気供給回路６６は、キャパシタ６４に蓄電された電気、２つの圧電素子５２のそれぞれから出力される電気のうちのいずれか一方または両方の電気を適宜に選択して、モータ制御回路６７に供給する。
【００３５】
モータ制御回路６７は、電気供給回路６６から供給される電流を入力し、偏心モジュール５３を駆動する駆動電流を生成し、出力する。偏心モジュール５３は、モータ６８と、モータ６８の回転軸に固定された偏心ウェイト６９を備えている。モータ制御回路６７が駆動電流を出力すると、この駆動電流でモータ６８が回転動作を行い、偏心ウェイト６９を回転させる。偏心ウェイト６９は、回転することにより振動を発生し、発振装置として作動する。
【００３６】
上記の振動量レベル判定部６５で設定された基準の所定値は、機械的振動６１が運転者に不快感を与える振動であるか否かで決まる値である。機械的振動６１が所定値以上であるときには、不快感を与える振動であることを意味する。また具体的数値例で述べると、車速８０Ｋｍ／ｈであるときの振動加速度振幅レベル（ｄＢ）が１５、振動加速度振幅（Ｇ）が０．２である。この数値は、車速に応じて変化させることができる。
【００３７】
上記の構成を有する振動低減回路の構成によれば、振動量レベル判定部６５で機械的振動６１の振動量レベルが所定値よりも小さいと判定したときには２つの圧電素子５２で発生した電気をキャパシタ６４に蓄電する。また振動量レベル判定部６５で機械的振動６１の振動量レベルが所定値以上であると判定したときには、電気供給回路を開状態にして、キャパシタ６４に蓄電された電気等をモータ制御回路６７に供給し、偏心モジュール５３を回転駆動し、振動を生じさせる。なお、機械的振動６１の振動量レベルが所定値以上であるときにも、圧電素子５２で発生した電気をキャパシタ６４に蓄電させるようにすることもできる。
【００３８】
偏心モジュール５３を動作させるための電気は、機械的振動６１に基づき圧電素子５２で発生させかつキャパシタ６４で蓄電された電気のみであり、他の電源（電池等）を別途に設けているわけではない。すなわち、電源を特別に用意することが不要である。
【００３９】
偏心モジュール５３を動作させて発生する振動は、不快な機械的振動６１を打ち消すための振動である。図５に示されるごとく、機械的振動６１に対して、偏心モジュール５３は逆位相の振動７１を発生する。従って、図５の（Ｃ）に示すごとく、機械的振動６１と逆位相振動７１は干渉し、互いに打ち消しあう。これにより不快な機械的振動６１を消失させることができる。不快な振動以外の振動のエネルギは、キャパシタ６４への電気蓄電に利用される。
【００４０】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、車両のステアリンシャフトに発生する不快な振動を、電源を使用することなく、打ち消して低減するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る振動低減装置が適用されるステアリングシャフトの一例を示す装置構成図である。
【図２】ステアリングホイールの具体的な外観を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る振動低減装置の取付状態を示す斜視図である。
【図４】本実施形態に係る振動低減装置の電気回路を示す回路構成図である。
【図５】振動と逆位相振動との打ち消し関係を示す波形図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１              ステアリングホイール
１２ａ，１２ｂ    ステアリングシャフト
１１ａ            グリップ部
１１ｂ            ベース部
１１ｃ            スポーク部
３１              ベースプレート
３２              スポークプレート
３４              振動低減ユニット
５１              回路ケース
５２              圧電素子
５３              偏心モジュール
６４              キャパシタ
【図１】
2008039038.tif 000003
【図２】
2008039038.tif 000004
【図３】
2008039038.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008039038.tif 000007