JP2002067980A - 衝撃吸収式ステアリングコラム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コラプス荷重の可変化を実現し、もって運転
者の体重等に拘わらず二次衝突時の衝撃吸収を可能とし
た衝撃吸収式ステアリングコラム装置を提供する。 【解決手段】 ＥＣＵ５３は、ソレノイド５５に駆動電
流を出力し、圧縮コイルスプリング６１の付勢力に抗し
てプランジャ５７を図中上方に移動させ、これにより、
係止突起５９が第２金属球保持筒３７の貫通孔６３に嵌
入する。この状態で自動車が他の自動車や路上の障害物
に衝突すると、第２金属球保持筒３７がプランジャ５７
の係止突起５９により係止されているため、第１金属球
保持筒３５と伴に後退できず、第１金属球保持筒３５側
の鋼球４１による塑性溝のみが形成され、衝撃エネルギ
の吸収量が比較的小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衝撃吸収式ステア
リングコラム装置に係り、詳しくは、コラプス荷重の可
変化を実現する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車が他の自動車や建造物等に衝突し
た場合、運転者が慣性でステアリングホイールに二次衝
突することがある。近年の乗用車等では、このような場
合における運転者の受傷を防止するべく、衝撃吸収式ス
テアリングシャフトや衝撃吸収式ステアリングコラム装
置が広く採用されている。衝撃吸収式ステアリングコラ
ム装置は、運転者が二次衝突した際にステアリングコラ
ムがステアリングシャフトと共に脱落するもので、通常
はステアリングシャフトと同時にコラプスし、その際に
衝撃エネルギの吸収が行われる。衝撃エネルギの吸収方
式としては、ステアリングコラムの一部に形成されたメ
ッシュ部を圧縮座屈変形させるメッシュ式等も存在する
が、特公昭４６−３５５２７号公報等に記載されたよう
に、アウタコラムとインナコラムとの間に金属球を介装
させ、コラプス時にアウタコラムの内周面やインナコラ
ムの外周面に塑性溝を形成させるボール式が主流となっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した衝
撃吸収式ステアリングコラム装置では、所定のコラプス
荷重が作用した場合にステアリングコラムがコラプスす
るが、このことに起因して次のような問題が生じてい
た。通常、コラプス荷重は、標準的な体重の運転者が所
定の速度でステアリングホイールに二次衝突した際の運
動エネルギを基に設定される。しかしながら、運転者が
小柄な女性等である場合にはその運動エネルギが当然に
小さくなるため、このような運転者が同一速度でステア
リングホイールに衝突してもステアリングコラムはコラ
プスし難くなり、衝撃エネルギの吸収が円滑に行われな
くなってしまう。その結果、衝撃吸収式ステアリングコ
ラム装置は所期の作用を果たすことができず、運転者が
胸部や頭部に大きな衝撃を受けることがあった。本発明
は、上記状況に鑑みなされたもので、コラプス荷重の可
変化を実現し、もって運転者の体重等に拘わらず二次衝
突時の衝撃の吸収を可能とした衝撃吸収式ステアリング
コラム装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１の発明
では、上記課題を解決するべく、ステアリングシャフト
を回動自在に支持すると共に、所定のコラプス荷重によ
って短縮するコラプシブルコラムを備え、前記コラプシ
ブルコラムが、アウタコラムと、このアウタコラムに内
嵌し、前記コラプシブルコラムの短縮時に当該アウタコ
ラム内に進入するインナコラムと、前記アウタコラムと
前記インナコラムとの間に介装され、前記コラプシブル
コラムの短縮時に、衝撃エネルギの吸収を行うべく、当
該アウタコラムと当該インナコラムとの少なくとも一方
に塑性溝を形成する複数の金属球とからなる衝撃吸収式
ステアリングコラム装置において、車体側メンバに連結
され、前記金属球を互いに異なった位相で保持する複数
の金属球保持器と、前記コラプシブルコラムの短縮時に
前記金属球が形成する塑性溝の本数を減少させるべく、
前記金属球保持器の少なくとも一つを前記車体側メンバ
に対して分離させる保持器分離手段とを備えたものを提
案する。

【０００５】この発明では、例えば、運転者の体重が大
きい場合には全金属球に塑性溝を形成させて比較的大き
な大きなコラプス荷重を実現する一方、運転者の体重が
小さい場合には、保持器分離手段が一部の金属球保持器
を車体側メンバから分離させることで塑性溝の本数を減
少させ、比較的小さなコラプス荷重でコラプシブルコラ
ムがコラプスするようにする。

【０００６】また、請求項２の発明では、請求項１の衝
撃吸収式ステアリングコラム装置において、前記保持器
分離手段が電動アクチュエータであるものを提案する。

【０００７】この発明では、例えば、装置に一体化され
た駆動制御装置からの電流により電動アクチュエータが
作動し、運転者の体重や運転状況等に応じたコラプス荷
重の調整が行われる。

【０００８】また、請求項３の発明では、請求項２の衝
撃吸収式ステアリングコラム装置において、前記電動ア
クチュエータは、通電時にのみ前記金属球保持器を前記
車体側メンバに対して分離させるものを提案する。

【０００９】この発明では、衝突時の衝撃等により電動
アクチュエータへの電流供給が絶たれても、金属球保持
器の車体側メンバからの分離が行われず、コラプス荷重
の意図しない低下が防止される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施形
態を図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に
係るステアリング装置の車室側部分を示す側面図であ
り、同図中の符号１はコラプシブルコラムを示してい
る。コラプシブルコラム１は、共に鋼管製のアウタコラ
ム３およびインナコラム５と衝撃エネルギ吸収機構７と
を構成要素としており、アウタコラム３を保持するアッ
パコラムブラケット９とインナコラム５を保持するロア
コラムブラケット１１とを介して車体側メンバ１３に取
り付けられている。尚、アッパコラムブラケット９と車
体側メンバ１３との間にはアルミ合金製のカプセル１５
が介装されており、所定値以上の衝撃荷重が作用する
と、アッパコラムブラケット９がアウタコラム３と伴に
前方に脱落する。

【００１１】コラプシブルコラム１は、図示しないベア
リングを介して、アッパステアリングシャフト２１を回
動自在に保持している。アッパステアリングシャフト２
１の上端にはステアリングホイール２３が取り付けられ
る一方、下端にはユニバーサルジョイント２５を介して
ロアステアリングシャフト２７が連結されている。図１
中で、符号２９はステアリングコラム１の上部を覆うコ
ラムカバーを示し、符号３１は車室とエンジンルームと
を区画するダッシュボードを示し、符号３３はコラプシ
ブルコラム１のチルト操作に供されるチルトレバーを示
している。

【００１２】このステアリング装置では、運転者がステ
アリングホイール２３を回転させると、アッパステアリ
ングシャフト２１およびロアステアリングシャフト２７
を介して、その回転力が図示しないステアリングギヤに
伝達される。ステアリングギヤ内には、回転入力を直線
運動に変換するラックアンドピニオン機構等が内蔵され
ており、タイロッド等を介して車輪の舵角が変動して操
舵が行われる。尚、ステアリングギヤには、ラックアン
ドピニオン式の他、ボールスクリュー式やウォームロー
ラ式等、種々の形式が公知である。

【００１３】図２は図１中のＡ部拡大図であり、図３は
図２中のＢ矢視図であり、図４は図２中のＣ−Ｃ断面図
である。これらの図に示したように、衝撃エネルギ吸収
機構７は、アウタコラム３とインナコラム５との間に介
装された第１金属球保持筒３５と、この第１金属球保持
筒３５の前方に配設された第２金属球保持筒３７と、電
磁アクチュエータ５５を固定する保持筒係止装置３９と
を主要構成部材としている。

【００１４】第１金属球保持筒３５および第２金属球保
持筒３７は、共に合成樹脂や焼結含油合金等を素材とし
ており、それぞれに鋼球４１，４３を回転自在に保持す
る鋼球保持孔４５，４７を有している。本実施形態の場
合、第１金属球保持筒３５と第２金属球保持筒３７とは
図示しない係合爪により所定の係合力で結合している
が、樹脂製剪断ピン等により結合されていてもよい。

【００１５】鋼球４１，４３は、その外径がアウタコラ
ム３とインナコラム５との間隙より所定量大きく設定さ
れており、アウタコラム３とインナコラム５とが軸方向
に相対移動する際に両コラム３，５の内周面や外周面に
塑性溝を形成する。尚、第１金属球保持筒３５側の鋼球
保持孔４５と第２金属球保持筒３７側の鋼球保持孔４７
とは回転方向で角度位相が異なっており、両鋼球４１，
４３は互いに異なった角度位置に塑性溝を形成する。

【００１６】保持筒係止装置３９は、アウタコラム３に
固着されたアルミ合金製のハウジング５１と、ハウジン
グ５１に保持されてＥＣＵ（電子制御装置）５３に駆動
制御されるプッシュ型の電磁アクチュエータ（以下、ソ
レノイドと記す）５５と、ソレノイド５５のプランジャ
５７の先端に形成された係止突起５９と、プランジャ５
７を図４中右方に付勢する圧縮コイルスプリング６１等
からなっている。ハウジング５１はアルミ合金製に限ら
ず、樹脂もしくはスチール製でも良い。第２金属球保持
筒３７には貫通孔６３が形成されており、プランジャ５
７の突出時にこの貫通孔６３に係止突起５９が嵌入す
る。尚、ＥＣＵ５３には、シートポジションセンサ６７
の他、体重センサ６９、車速センサ７１、乗員位置セン
サ７３、シートベルト着用センサ７５等、少なくとも一
つのセンサが接続されている。

【００１７】本実施形態の場合、ハウジング５１には後
部にスリット７７が形成されており、ボルト７９を締め
込むことによりハウジング５１がアウタコラム３に固着
される。また、ハウジング５１には位置決め突起８１が
形成されており、この位置決め突起８１の内側端がアウ
タコラム３に形成された係止孔（図示せず）に嵌入する
ことにより、ハウジング５１のアウタコラム３に対する
位置決めおよび回転防止がなされる。尚、アウタコラム
３へのハウジング５１の固定にあたっては、ハウジング
５１をその内径がアウタコラム３の外径より所定量小さ
い円筒形状としたうえで、アウタコラム３に圧入する方
法を採ってもよい。

【００１８】以下、第１実施形態の作用を述べる。自動
車が走行を開始すると、ＥＣＵ５３は、前述した各種セ
ンサ６７，６９，７１，７３，７５の検出信号に基づ
き、所定の制御インターバルで目標コラプス荷重の算出
を繰り返し行う。例えば、運転者の体重が比較的大きい
場合、あるいは運転者の体重が比較的小さくても車速が
大きい場合、衝突時における運転者の運動エネルギが大
きくなるため、目標コラプス荷重も大きくなる。する
と、ＥＣＵ５３は、ソレノイド５５に駆動電流を出力せ
ず、図３に示したように、圧縮コイルスプリング６１の
付勢力によってプランジャ５７が同図中で下方に位置し
たままとなり、係止突起５９は第２金属球保持筒３７の
貫通孔６３に嵌入しない。

【００１９】この状態で自動車が他の自動車や路上の障
害物に衝突すると、運転者は慣性によってステアリング
ホイール２３に二次衝突し、その衝撃によって先ずアッ
パコラムブラケット９がアウタコラム３と伴に前方に脱
落する。その後、運転者の運動エネルギによりステアリ
ングホイール２３が前方に押し付けられ、図５に示した
ように、インナコラム５がアウタコラム３内に進入する
ことでコラプシブルコラム１がコラプスを開始する。

【００２０】この際、本実施形態では、第１金属球保持
筒３５と第２金属球保持筒３７とが連結されているた
め、両金属球保持筒３５，３７は一体となって、インナ
コラム５の移動量の半分の移動量をもって、アウタコラ
ム３とインナコラム５との間を後退する。これにより、
アウタコラム３の内周面とインナコラム５の外周面とに
は、第１金属球保持筒３５側の鋼球４１と第２金属球保
持筒３７側の鋼球４３とによる塑性溝がそれぞれ形成さ
れ、比較的大きな衝撃エネルギの吸収が実現されること
になる。図６はアウタコラム３の移動ストロークとコラ
プス荷重との関係を示すグラフであり、同図中の実線は
この際（大コラプス荷重時）の試験結果を示している。

【００２１】また、運転者が比較的体重の小さい小柄な
女性等の場合、衝突時における運転者の運動エネルギが
比較的小さくなるため、ＥＣＵ５３により算出された目
標コラプス荷重も小さくなる。すると、ＥＣＵ５３は、
ソレノイド５５に駆動電流を出力し、図７に示したよう
に、圧縮コイルスプリング６１の付勢力に抗してプラン
ジャ５７を同図中で上方に移動させ、これにより、係止
突起５９が第２金属球保持筒３７の貫通孔６３に嵌入す
ることになる。

【００２２】この状態で自動車が他の自動車や路上の障
害物に衝突すると、上述した場合と同様のプロセスによ
り、アウタコラム３が脱落した後、コラプシブルコラム
１がコラプスを開始する。この際、第２金属球保持筒３
７がプランジャ５７の係止突起５９により係止されてい
るため、図８に示したように、第１金属球保持筒３５と
伴にアウタコラム内に進入できず（係止爪等による係合
力に打ち勝って両金属球保持筒３５，３７が分離し）、
第１金属球保持筒３５側の鋼球４１による塑性溝のみが
形成され、衝撃エネルギの吸収量が比較的小さくなる。
その結果、運転者が小柄な女性等であっても、コラプシ
ブルコラム１のコラプスが円滑に行われ、運転者の胸部
や頭部に大きな衝撃が加わることがなくなる。図６中の
破線はこの際（小コラプス荷重時）の試験結果を示して
おり、小コラプス荷重が大コラプス荷重に対して有意に
小さくなることが判る。

【００２３】一方、衝突時において、ＥＣＵ５３への電
流経路やＥＣＵ５３からソレノイド５５への電流経路が
断たれていると、本実施形態ではソレノイド５５への通
電が行われない。そのため、小コラプス荷重時において
も、係止突起５９は第２金属球保持筒３７の貫通孔６３
に嵌入せず、運転者が比較的体重の小さい小柄な女性等
である場合には、コラプシブルコラム１のコラプスが円
滑に行われ難い場合がある。しかし、使用される状況と
しては大コラプス荷重の方が遙かに頻度が高いため、消
費電力の大幅な低減が図れる他、安全側となる確率も高
くなる。

【００２４】図９は、本発明の第２実施形態に係るステ
アリング装置を示す要部側面図である。第２実施形態
は、上述した第１実施形態と略同様の構成を採っている
が、保持筒係止装置３９の構成が異なっている。すなわ
ち、本実施形態では、位置決め突起８１をプランジャ５
７の係止突起５９と略同位置に配設すると共に、係止突
起５９を第２金属球保持筒３７の後端面に当接させるよ
うにしている。これにより、第２金属球保持筒３７は、
その加工が容易になると同時に、その軸方向寸法を第１
実施形態のものに較べて遙かに短くすることができた。
尚、第２実施形態の作用は第１実施形態と全く同様であ
る。

【００２５】図１０は、本発明の第３実施形態に係るス
テアリング装置を示す要部側面図である。第３実施形態
では、保持筒係止装置３９にプルタイプのソレノイド５
５が用いられると共に、プランジャ５７の先端に係止レ
バー８３が連結されている。そして、ソレノイド５５に
通電されない状態では、図１０に示したように、圧縮コ
イルスプリング６１の付勢力によりプランジャ５７が同
図中で上方に移動し、係止レバー８３の先端が第２金属
球保持筒３７の貫通孔６３に係合する。尚、第３実施形
態の作用は第１実施形態と略同様である。

【００２６】図１１は本発明を電動パワーステアリング
装置に適用した第４実施形態を示す側面図である。第４
実施形態では、アウタコラム３とインナコラム５との位
置関係が逆転していることと、アウタコラム３がアッパ
コラムブラケット９とロアコラムブラケット１１とを介
して車体側メンバ１３に固着されていることとを除け
ば、上述した第１実施形態と略同様の構成が採られてい
る。図１１中の符号９１は電動モータ９３や図示しない
ギヤ等からなるステアリングアクチュエータを示してい
る。

【００２７】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記各実施形態では、第２金属球保持筒を電磁
アクチュエータによりアウタコラムに係合させることに
より、第１金属球保持筒と第２金属球保持筒とを分離さ
せてコラプス荷重を１：２に変化させるようにしたが、
電動モータとねじ機構等を組み合わせたもの等を用いて
もよいし、両金属球保持筒に形成する鋼球保持孔の配列
等を適宜設定することによりコラプス荷重の変化量を自
在に設定することが可能であるし、３段階以上に変化さ
せることも可能である。その他、ステアリングコラム装
置および吸収エネルギ可変手段の具体的構成や金属球保
持筒等の具体的形状についても、本発明の主旨を逸脱し
ない範囲で適宜変更可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る衝撃吸
収式ステアリングコラム装置によれば、ステアリングシ
ャフトを回動自在に支持すると共に、所定のコラプス荷
重によって短縮するコラプシブルコラムを備え、前記コ
ラプシブルコラムが、アウタコラムと、このアウタコラ
ムに内嵌し、前記コラプシブルコラムの短縮時に当該ア
ウタコラム内に進入するインナコラムと、前記アウタコ
ラムと前記インナコラムとの間に介装され、前記コラプ
シブルコラムの短縮時に、衝撃エネルギの吸収を行うべ
く、当該アウタコラムと当該インナコラムとの少なくと
も一方に塑性溝を形成する複数の金属球とからなる衝撃
吸収式ステアリングコラム装置において、車体側メンバ
に連結され、前記金属球を互いに異なった位相で保持す
る複数の金属球保持器と、前記コラプシブルコラムの短
縮時に前記金属球が形成する塑性溝の本数を減少させる
べく、前記金属球保持器の少なくとも一つを前記車体側
メンバに対して分離させる保持器分離手段とを備えるよ
うにしたため、例えば、運転者の体重が大きい場合には
金属球が形成する塑性溝の本数を多くしてコラプス荷重
を増大させる一方、運転者の体重が小さい場合には同塑
性溝の本数を少なくしてコラプス荷重を減少させること
により、コラプシブルコラムのコラプスを適切に行わせ
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るステアリング装置の車室側
部分を示す側面図である。

【図２】図１中のＡ部拡大図である。

【図３】図２中のＢ矢視図である。

【図４】図２中のＣ−Ｃ断面図である。

【図５】第１実施形態での大コラプス荷重時の作用を示
す要部側面図である。

【図６】アウタコラムの移動ストロークとコラプス荷重
との関係を示すグラフである。

【図７】第１実施形態での小コラプス荷重時の作用を示
す要部側面図である。

【図８】第１実施形態での小コラプス荷重時の作用を示
す要部側面図である。

【図９】本発明の第２実施形態に係るステアリング装置
を示す要部側面図である。

【図１０】本発明の第３実施形態に係るステアリング装
置を示す要部側面図である。

【図１１】本発明の第４実施形態に係るステアリング装
置を示す要部側面図である。

【符号の説明】

１‥‥コラプシブルコラム ３‥‥アウタコラム ５‥‥インナコラム ７‥‥衝撃エネルギ吸収機構 ２１‥‥アッパステアリングシャフト ３５‥‥第１金属球保持筒 ３７‥‥第２金属球保持筒 ３９‥‥保持筒係止装置 ４１，４３‥‥鋼球 ５７‥‥ＥＣＵ ５５‥‥電磁アクチュエータ ５７‥‥プランジャ ５９‥‥係止突起 ６１‥‥圧縮コイルスプリング ６３‥‥貫通孔 ８３‥‥係止レバー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングシャフトを回動自在に支持す
   ると共に、所定のコラプス荷重によって短縮するコラプ
   シブルコラムを備え、 前記コラプシブルコラムが、 アウタコラムと、 このアウタコラムに内嵌し、前記コラプシブルコラムの
   短縮時に当該アウタコラム内に進入するインナコラム
   と、 前記アウタコラムと前記インナコラムとの間に介装さ
   れ、前記コラプシブルコラムの短縮時に、衝撃エネルギ
   の吸収を行うべく、当該アウタコラムと当該インナコラ
   ムとの少なくとも一方に塑性溝を形成する複数の金属球
   とからなる衝撃吸収式ステアリングコラム装置におい
   て、 前記金属球を互いに異なった位相で保持する複数の金属
   球保持器と、 前記コラプシブルコラムの短縮時に前記金属球が形成す
   る塑性溝の本数を減少させるべく、前記金属球保持器の
   少なくとも一つを前記車体側メンバに対して分離させる
   保持器分離手段とを備えたことを特徴とする衝撃吸収式
   ステアリングコラム装置。
2. 【請求項２】前記保持器分離手段が電動アクチュエータ
   であることを特徴とする、請求項１記載の衝撃吸収式ス
   テアリングコラム装置。
3. 【請求項３】前記電動アクチュエータは、通電時にのみ
   前記金属球保持器を前記車体側メンバに対して分離させ
   ることを特徴とする、請求項２記載の衝撃吸収式ステア
   リングコラム装置。