JP2004330922A - ステアリング軸 - Google Patents

Abstract

【課題】円形断面を有する外軸と内軸とを両者間に介装されるボールを利用して周方向のガタ付きなく嵌め合わせ、操舵トルクの作用下での一体回転を確実に実現することができるようにする。
【解決手段】円筒形をなす外軸３の内側に円形断面を有する内軸４を嵌め合わせ、外軸３の周壁を貫通するボール挿入孔３０から挿入されたボール５を、内軸４の外周に設けたボール保持部４０に保持させる。この状態で外軸３と内軸４とを軸長方向に押圧し、外軸３の内周面及び内軸４の外周面を塑性変形させて係合溝３１，４１を形成し、これらの係合溝３１，４１に隙間なく係合するボール５により外軸３と内軸４との周方向のガタ付きを防止する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリングホイールと舵取機構とを連結し、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを舵取機構に伝達すべく用いられるステアリング軸に関し、更に詳しくは、軸長方向の作用力に対して所定の抵抗下にて短縮して、車両の衝突に伴う二次衝突の衝撃エネルギを吸収する構成としたステアリング軸に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵は、車室の内部に配された操舵部材（ステアリングホイール）に加えられる操舵トルクを、操舵用の車輪（一般的には前輪）の舵取りのために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。このような操舵を行わせるためのステアリング装置は、車室の内部に軸回りでの回転自在に支持されたステアリング軸の上端部に、運転者に対面するようにステアリングホイールを取付け、また前記ステアリング軸の下端部を舵取機構に連結して構成されている。
【０００３】
このようなステアリング装置においては、前記ステアリング軸、及び該ステアリング軸を支持するステアリングコラムを軸方向の作用力に対して所定の抵抗下にて短縮可能とし、車両の前面衝突に伴って前方への慣性の作用により運転者がステアリングホイールに衝突（二次衝突）する際の衝撃エネルギを、前記ステアリング軸及びステアリングコラムの短縮により吸収する衝撃吸収式のステアリング装置として構成されたものがある。また同様に、前記ステアリング軸及びステアリングコラムを伸縮可能とし、この伸縮によりステアリング軸の上端部に取付けられたステアリングホイールの位置を、運転者の運転姿勢及び好みに合わせて調節可能としたテレスコピックステアリング装置として構成されたものがある。
【０００４】
このような伸縮（又は短縮）を可能としたステアリング軸は、筒形をなす外軸の内側に適長に亘って内軸を嵌合し、両者を一体回転可能に連結して構成されており、衝撃吸収式のステアリング装置に用いる場合、内軸と外軸との嵌合部に抵抗付与手段が介装される。この抵抗付与手段は、短縮可能長さの全長に亘って略一定の抵抗を安定して付与し得ることが重要であり、例えば、外軸及び内軸の嵌合部に複数のボールを介装し、外軸と内軸との短縮による衝撃吸収が、前記ボールの転動下での嵌合周面の塑性変形を伴って生じるように構成されたステアリング軸が用いられている（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。
【０００５】
【特許文献１】
実開平７−４２５３号公報
【特許文献２】
特開平１０−５３１４５号公報
【特許文献３】
実開昭５５−７６７６３号公報
【特許文献４】
実開昭６１−１５０６７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、以上の如く構成されたステアリング軸においては、操舵部材に加えられる操舵トルクを舵取機構に伝える本来の作用を確実に行わせるために、外軸と内軸とを一体回転可能に連結する必要がある。特許文献１、２に開示されたステアリング軸においては、外軸及び内軸の嵌合部を、適宜の２面幅を有する小判形断面又は長方形断面とし、夫々の２面幅部の当りにより回転の一体性を確保する構成としてある。
【０００７】
ところが、以上の如き小判形断面、長方形断面等の異形断面の嵌合部を採用した場合、２面幅部を隙間なく嵌め合わせることが難しく、外軸と内軸との間での回転伝達に際して前記隙間内でのガタ付きが生じ、このガタ付きの影響により、例えば、操舵方向の転換時に遅れを伴い、操舵感の悪化を招来するという問題がある。
【０００８】
そこで従来から、特許文献１に開示されているように、外軸及び内軸の嵌合部に樹脂を注入し嵌合隙間を埋めるように硬化させる等、ガタ付き防止のための構成を別途追加しており、構成の複雑化を招来し、製品コストの増大を招く結果となっている。
【０００９】
また特許文献２の一部及び特許文献３、４には、外軸及び内軸の嵌合部を円形断面とし、この嵌合部に衝撃吸収手段として介装されたボールにより回転の一体性を確保する構成も開示されているが、これらの構成においても、外軸及び内軸の嵌合周面に設けた係合溝と前記ボールとの間に隙間が存在し、ガタ付きに伴う前述した問題が発生する上、ボールと係合溝との衝突の繰り返しにより前記隙間が拡大し、ガタ付きの影響が一層顕著に発生することとなる。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、円形断面を有する外軸と内軸とを両者間に介装されるボールを利用して周方向のガタ付きなく嵌め合わせ、操舵トルクの作用下での一体回転を確実に実現することができるステアリング軸を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明に係るステアリング軸は、円筒形をなす外軸と円形断面を有する内軸とを適長に亘って内外に嵌合し、これらの嵌合周面に複数のボールを介装してなり、これらの内軸と外軸との間にて前記ボールを介して回転伝達する構成としてあるステアリング軸において、前記外軸の周壁に貫通形成されたボール挿入孔と、前記内軸の外周面に凹設されたボール保持部とを備え、前記ボールは、前記ボール挿入孔を経て前記ボール保持部に保持させ、この状態で前記外軸及び内軸を軸方向に相対移動させて、前記外軸の内周面及び前記内軸の外周面を塑性変形せしめて形成された係合溝に係合させてあることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、外軸と内軸との間に介装されるボールを、外軸及び内軸の嵌合周面を前記ボール自身の作用により塑性変形させて形成された係合溝に隙間なく係合させ、このボールの作用により外軸と内軸とを周方向のガタ付きなく連結し、別途の部品を追加することなく外軸及び内軸の回転の一体性を確保し、操舵トルクの確実な伝達を可能とする。
【００１３】
また本発明の第２発明に係るステアリング軸は、第１発明における外軸と内軸とが、嵌合周面の周方向に並設された凹凸部の係合により、軸回りに一体回転可能に連結してあることを特徴とする。
【００１４】
この発明においては、外軸と内軸とを、嵌合周面に形成されたスプライン、セレーション等の凹凸部を係合せしめて連結し、これらの凹凸部により前記ボールによるガタ付きの防止下にて操舵トルクを分散負荷させる。
【００１５】
更に本発明の第３発明に係るステアリング軸は、第１又は第２発明におけるボールが、前記外軸及び内軸の嵌合長さの範囲内において、軸長方向の複数か所に配してあることを特徴とする。
【００１６】
この発明においては、軸長方向の複数か所に隙間なく係合するボールを配し、外軸と内軸とに撓みを生じさせるべく加わる曲げ力に対しても十分な強度を確保する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るステアリング軸を備えるステアリング装置の構成を示す模式図である。
【００１８】
図中１は、ステアリング軸であり、該ステアリング軸１は、円筒形をなすステアリングコラム２の内部に同軸的に支持され、該ステアリングコラム２の中途部及び一端部に夫々固設されたアッパブラケット２０とロアブラケット２１とにより、ロアブラケット２１の側を前下方（図における左下方）に向けた傾斜姿勢にて車室の内部に支持されている。なおアッパブラケット２０は、ステアリングコラム２に下向きに加わる所定限度を超える力の作用により、車体側の固定部にカプセル２２を残して下方に離脱する公知のブレークアウエイブラケットとして構成されている。
【００１９】
ステアリングコラム２の上部に突出するステアリング軸１の上端部１ａには、車室内部の図示しない運転者に対面するようにステアリングホイール１０が嵌着固定され、同じく下部に突出するステアリング軸１の下端部１ｂは、両端にユニバーサルジョイント６０，６０を備える中間軸６を介して舵取機構７の入力軸７０に連結されている。以上の構成により、運転者により操舵のためにステアリングホイール１０に加えられる操舵トルクは、ステアリング軸１及び中間軸６を介して舵取機構７の入力軸７０に伝達され、該舵取機構７の動作により操舵が実行される。
【００２０】
なお図１に示すステアリング装置は、ステアリングコラム２の下端部近傍に取付けられた操舵補助用のモータ２３を備え、また該モータ２３よりも上位置のステアリングコラム２の内部にトルクセンサ２４を備えており、ステアリングホイール１０に加えられる操舵トルクをトルクセンサ２４により検出し、この検出トルクに基づいて駆動されるモータ２３の回転力をステアリングコラム２内部のステアリング軸１に伝え、前述の如く行われる操舵を補助する電動パワーステアリング装置として構成されているが、以下に示す特徴的な構成を有する本発明に係るステアリング軸１は、運転者によりステアリングホイール１０に加えられる操舵トルクのみによって操舵を行わせるマニュアル式のステアリング装置への適用も可能であり、また舵取機構７に付設された油圧シリンダの発生力により操舵を補助する油圧パワーステアリング装置への適用も可能である。
【００２１】
本発明に係るステアリング軸１は、図１中に一部を破断して示すステアリングコラム２の中途部内側において、適長に亘って内外に嵌合され、軸長方向への相対移動可能に組み合わされた外軸３及び内軸４を備えており、上位置にある外軸３をステアリングコラム２の上端部近傍に、また下位置にある内軸４をトルクセンサ２４の構成位置近傍に各別の軸受（図示せず）により夫々支持させてある。
【００２２】
図２は、ステアリング軸１を構成する外軸３及び内軸４の嵌合部の縦断面図、図３は、図２の ＩＩＩ−ＩＩＩ 線による横断面図である。図示の如く薄肉の円筒体である外軸３には、内軸４の嵌め込み側となる下端（図における左端）近傍位置と、該位置の上方に適長離れた位置との２か所に、周壁を貫通する各複数（図においては４つ）のボール挿入孔３０，３０…が周方向に等配をなして形成されており、外軸１１の内周面には、半円形断面を有する係合溝３１，３１…が、夫々のボール挿入孔３０，３０…を起点として軸長方向上向きに延設されている。
【００２３】
内軸４は、外軸３の内側への嵌め込みが可能な外径を有する中実軸（又は中空軸）であり、該内軸４の外周面には、外軸４への嵌め込み側となる上端（図における右端）近傍位置と、該位置から下方に適長離れた位置との２か所に、外軸３の係合溝３１，３１…と同数の半円形断面を有する係合溝４１，４１…が、周方向に等配をなして軸長方向に延設されている。
【００２４】
以上の如く構成された外軸３及び内軸４は、夫々の係合溝３１，３１…及び係合溝４１，４１…が周方向に整合し、軸長方向の適長に亘ってオーバラップするように嵌め合わされており、夫々のオーバラップ部に各１つのボール５，５…を後述の如く介装し、これらを係合溝３１，３１…及び係合溝４１，４１…に係合せしめて連結されている。
【００２５】
図４は、ボール５の介装手順の説明図である。本図に示す如くボール５の介装は、ボール５の挿入が可能なボール挿入孔３０のみが形成された外軸３と、係合溝４１の起点となる位置に、ボール５の受け入れが可能な半球形状を有して凹設されたボール保持部４０が形成された内軸４とを用いて行われ、まず、これらの外軸３と内軸４とを嵌め合わせ、図４（ａ）に示す如く、ボール挿入孔３０の内側にボール保持部４０を整合させ、ボール挿入孔３０の外側からボール５を挿入して、該ボール５の半部をボール保持部４０に保持させる。
【００２６】
次いで、図４（ｂ）に示す如く、外軸３と内軸４とに、両者の嵌合長さを増す向きに軸長方向の押圧力を加える。これによりボール保持部４０に保持させたボール５が、外軸３の内周面及び内軸４の外周面に作用し、これらの周面が塑性変形せしめられ、外軸３の内周面には、ボール挿入孔３０を起点として軸長方向に延びる係合溝３１が形成され、同じく内軸４の外周面には、ボール保持部４０を起点として軸長方向に延びる係合溝４１が形成される。
【００２７】
このような係合溝３１，４１の形成は、外軸３及び内軸４に比して十分に硬い材料からなるボール５を用いることにより達成される。係合溝３１，４１の形成長さは、外軸３及び内軸４の硬度差の影響を受けるため、これらの形成長さを略同一とするためには、外軸３及び内軸４を、同一材料製、又は略等しい硬度を有する材料製とする必要があるが、係合溝３１，４１の形成長さを等しくすることは必ずしも必要ではない。
【００２８】
このようにして係合溝３１，４１を形成した後、外軸と内軸４とを適長引き戻す。これにより、図４（ｃ）に示す如く、係合溝３１，４１の中途部に係合するボール５により外軸３と内軸４とが連結された状態となり、同様の連結が、軸長方向の２か所において周方向の各複数か所に介装されたボール５，５…の作用によって実現され、外軸３と内軸４とが図２に示す如く嵌め合わされたステアリング軸１が構成される。
【００２９】
ここで、外軸３内周の係合溝３１と内軸４外周の係合溝４１とは、ボール５自体の作用により形成された溝であり、係合溝３１，４１とボール５との係合は、周方向の隙間を有することなく実現されているから、外軸３及び内軸４を備えるステアリング軸１は、ボール５，５…を媒体として周方向にガタ付くことなく一体回転することができ、ステアリングホイール１０に加えられる操舵トルクは、ガタ付きに起因する遅れを伴うことなく舵取機構７に伝達される。
【００３０】
またボール５，５…は、外軸３と内軸４の嵌合長さの範囲内において軸長方向に離れた複数か所（２か所）に配設されていることから、ステアリング軸１を撓ませるべく加わる曲げ力に対しても十分な強度を確保することができる。
【００３１】
図５は、本発明に係るステアリング軸１の他の実施の形態を示す外軸３及び内軸４の嵌合部の縦断面図である。本図においても外軸３と内軸４とは、夫々の嵌合周面に同様にして形成された係合溝３１，４１にボール５を係合せしめて連結されており、更に加えて、外軸３の内周面に形成された雌スプライン３２と内軸４の外周面に形成された雄スプライン４２とが相互に係合させてある。
【００３２】
この構成によれば、ステアリングホイール１０に加えられる操舵トルクは、相互に係合する雌スプライン３２及び雄スプライン４２に分散して負荷され、係合溝３１，４１に係合するボール５，５…は、周方向のガタ止め作用を主として行うこととなり、周方向のガタ付きを抑えた操舵トルクの伝達をより確実に行わせることができる。
【００３３】
以上の如く構成されたステアリング軸１は、車両の前面衝突時に、前方への慣性の作用によりステアリングホイール１０に運転者が衝突（二次衝突）したとき、図１中に白抜矢符にて示す如く加わる衝撃のエネルギを吸収する作用もなす。
【００３４】
二次衝突の発生時には、まず、前述の如くブレークアウエイブラケットとして構成されたアッパブラケット２０が車体から離脱し、該アッパブラケット２０による拘束が解かれた外軸３は、図１中にＳとして示す移動ストローク間にて内軸４に対して下方に相対移動し、この相対移動によるステアリング軸１の短縮により二次衝突に伴う衝撃のエネルギが吸収される。
【００３５】
このようになされる衝撃吸収動作において、ステアリングホイール１０に衝突した運転者には、外軸３と内軸４との間にボール５，５…により加わる抵抗が作用する。ここでボール５，５…は、係合溝３１，４１の末端に達した後、外軸３及び内軸４の嵌合周面を塑性変形させつつ抵抗を発生するが、この塑性変形は、ボール５，５…の転動を伴って安定して生じるため、運転者に反力として加わる抵抗を高精度に管理することができ、移動ストロークＳ間の移動により所望の衝撃吸収性能を確実に実現することが可能となり、この間運転者は、大なるダメージを受けることなく保護される。
【００３６】
なお以上の実施の形態においては、二次衝突時の衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収式のステアリング装置への適用例について述べたが、本発明に係るステアリング軸１は、係合溝３１，４１に沿ったボール５の移動を伴って、これらの係合溝３１，４１の長さ範囲内での伸縮が可能であり、このことを利用して前述したテレスコピックステアリング装置に適用する等、種々の構成のステアリング装置に適用可能であることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係るステアリング軸においては、円形断面を有する外軸と内軸とのガタ付きのない連結を、専用の構成を追加せずに実現することができ、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを遅れを伴わずに舵取機構に伝達し、良好な操舵感の実現に寄与することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステアリング軸を備えるステアリング装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係るステアリング軸を構成する外軸及び内軸の嵌合部の縦断面図である。
【図３】図２の ＩＩＩ−ＩＩＩ 線による横断面図である。
【図４】ボールの介装手順の説明図である。
【図５】本発明に係るステアリング軸の他の実施の形態を示す外軸及び内軸の嵌合部の縦断面図である。
【符号の説明】
１ ステアリング軸
２ ステアリングコラム
３ 外軸
４ 内軸
５ ボール
３０ ボール挿入孔
３１ 係合溝
３２ 雌スプライン（凹凸部）
４０ ボール保持部
４１ 係合溝
４２ 雄スプライン（凹凸部）

Claims (3)

1. 円筒形をなす外軸と円形断面を有する内軸とを適長に亘って内外に嵌合し、これらの嵌合周面に複数のボールを介装してなり、これらの内軸と外軸との間にて前記ボールを介して回転伝達する構成としてあるステアリング軸において、
   前記外軸の周壁に貫通形成されたボール挿入孔と、
   前記内軸の外周面に凹設されたボール保持部とを備え、
   前記ボールは、前記ボール挿入孔を経て前記ボール保持部に保持させ、この状態で前記外軸及び内軸を軸方向に相対移動させて、前記外軸の内周面及び前記内軸の外周面を塑性変形せしめて形成された係合溝に係合させてあることを特徴とするステアリング軸。
2. 前記外軸と内軸とは、嵌合周面の周方向に並設された凹凸部の係合により、軸回りに一体回転可能に連結してある請求項１記載のステアリング軸。
3. 前記ボールは、前記外軸及び内軸の嵌合長さの範囲内において、軸長方向の複数か所に配してある請求項１又は２記載のステアリング軸。

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