JP2006335165A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 中空のステアリングシャフトを使用して軽量化すると共に、キーロックカラーがステアリングシャフトに対して安定したすべりトルクで回転するようにしたステアリング装置を提供する。
【解決手段】 ステアリングシャフト３は、キーロックカラー７の内周面７５が圧入される部分の外周面３１に、高周波による焼き入れが施されており、焼き入れ後のビッカース硬さをＨＶ３００からＨＶ５００に設定している。キーロックカラー７は、調質処理による焼き入れが施されており、焼き入れ後のビッカース硬さをＨＶ４００以下にしている。本発明の実施形態のステアリング装置の場合には、ステアリングホイール２を繰り返し回転させた場合でも、ステアリングホイール２を回転させる為に要するすべりトルクが極端に低下する事がなく、またすべりトルクの変動も小さい。
【選択図】 図３

Description

本発明はステアリング装置、特に、イグニションキーをロック位置に回して鍵穴から引き抜くと、自動車の盗難防止のため、ステアリングホイールが回らないようにロックするステアリングロック装置を有するステアリング装置に関する。

ステアリングロック装置を有するステアリング装置においては、イグニションキーをロック位置に回して鍵穴から引き抜くと、ロックキーがステアリングシャフトの軸心側に向かって突出する。その結果、ステアリングシャフトの外周に固定されたキーロックカラーのキーロック孔に、ロックキーの先端が係合して、ステアリングシャフトをアウターコラムに対して固定して、ステアリングシャフトの回転を阻止するようにしている。

しかし、ステアリングシャフトがロックされている状態で、力の強い者がステアリングホイールを無理に回転させると、ロックキーが破壊されてステアリングロック装置の機能が喪失し、盗難防止装置としての機能が損なわれる可能性がある。

このため、大きなトルクが加えられた場合に、キーロックカラーがステアリングシャフトに対してすべって回転するようにして、ロックキーが破壊しないようにしたステアリング装置として、特許文献１のステアリング装置がある。

特許文献１のステアリング装置は、ステアリングシャフトの外周面に外嵌されるキーロックカラーの内周面を非円形とし、キーロックカラーの自由状態における内周面の内接円の直径を、ステアリングシャフトの自由状態における外周面の直径よりも小さく形成している。これによって、ステアリングシャフトの外周面とキーロックカラーの内周面が弾性的に当接する摩擦係合部を構成している。

特許文献１のステアリング装置は、この簡単な構造により、キーロックカラーの内周面とステアリングシャフトの外周面との間に作用する摩擦力（すべりトルク）が、ロックキーを破壊するのには不足するが、自動車の運行に必要なステアリング操作を行なえない程度の大きさを有するようにしている。従って、ステアリングロック装置の機能が喪失する事がなく、盗難防止装置としての機能を確保している。

特許文献１のステアリング装置は、ステアリングシャフトが中実の場合には安定した摩擦力（すべりトルク）が得られる。しかし、軽量化するためにステアリングシャフトを中空にした場合には、ステアリングシャフトの剛性が低下するため、ステアリングシャフトにキーロックカラーを圧入した時に、ステアリングシャフトが変形してしまい、安定した摩擦力（すべりトルク）が得られない。

特許第３４５３９０９号公報

本発明は、中空のステアリングシャフトを使用して軽量化すると共に、キーロックカラーがステアリングシャフトに対して安定したすべりトルクで回転するようにした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、コラムに回転可能に軸支され、車体後方側にステアリングホイールを装着可能な中空円筒状のステアリングシャフト、上記ステアリングシャフトの外周面に外嵌される非円形の内周面を有し、キーロック孔が形成されたキーロックカラー、及び、上記コラムに設けられ、イグニションキーの操作によってその先端部が上記キーロック孔に係合可能なロックキーを備え、上記キーロックカラーの自由状態における内周面の内接円の直径が、上記ステアリングシャフトの自由状態における外周面の直径よりも小さいステアリング装置において、上記ステアリングシャフト、または、上記ステアリングシャフトと上記キーロックカラーの両方に焼き入れを施したことを特徴とするステアリング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記ステアリングシャフトには、上記キーロックカラーが外嵌されるステアリングシャフトの外周面に高周波焼き入れが施されていることを特徴とするステアリング装置である。

第３番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記ステアリングシャフトの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ３００からＨＶ５００であることを特徴とするステアリング装置である。

第４番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記ステアリングシャフトの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ３００からＨＶ５００であり、上記キーロックカラーの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ４００以下であることを特徴とするステアリング装置である。

第５番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記ステアリングシャフトの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ３００からＨＶ５００で、かつその板厚が２ｍｍから３．５ｍｍであることを特徴とするステアリング装置である。

第６番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記ステアリングシャフトの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ３００からＨＶ５００で、かつその板厚が２ｍｍから３．５ｍｍであり、上記キーロックカラーの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ４００以下で、かつその板厚が２ｍｍから３ｍｍであることを特徴とするステアリング装置である。

第７番目の発明は、第１番目から第６番目までのいずれかの発明のステアリング装置において、上記キーロックカラーの内周面の両端には面取りが施されていることを特徴とするステアリング装置である。

本発明のステアリング装置では、中空のステアリングシャフト、または、中空のステアリングシャフトとキーロックカラーの両方に焼き入れを施すことで、キーロックカラー圧入時のステアリングシャフトの変形を小さくしている。従って、ステアリング装置が軽量になると共に、ステアリングシャフトに対するキーロックカラーのすべりトルクを安定させることが可能となる。

＊ 第１の実施形態
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明のステアリング装置の全体を示す側面図である。図２は図１の要部の縦断面図である。図３はステアリングシャフトとキーロックカラーとの嵌合部の拡大図であり、（１）は拡大縦断面図、（２）は（１）の右側面図である。図４は本発明の実施形態のキーロックカラー単体を示し、（１）はキーロックカラーの縦断面図、（２）は（１）の右側面図、（３）は（１）のキーロック孔の平面図、（４）は（２）のＡ−Ａ断面図である。

図１及び図２に示すように、コラム１には、車体後方側にステアリングホイール２を装着したステアリングシャフト３が回転可能に軸支されている。ステアリングシャフト３の車体前方側には、上自在継手４１を介して、伸縮自在な中間シャフト４２が連結されている。

この中間シャフト４２の下端には、下自在継手４３を介して、ラック・ピニオン式等の図示しないステアリングギヤが連結され、ステアリングギヤには、タイロッドを介して車輪が連結されている。これにより、ステアリングホイール２を手で操作すると、車輪を操舵することができる。

コラム１の軸方向の略中間位置には、車体（図示せず）に固定されたアッパーブラケット５と、このアッパーブラケット５に対してコラム１をチルト調整するチルト調整機構６が取付けられている。

図２に示すように、中空円筒状のステアリングシャフト３の車体後方側は、コラム１の内周に、軸受１１によって回転可能に軸支されている。ステアリングシャフト３の外周面３１には、キーロックカラー７が圧入して固定されている。

キーロックカラー７には、キーロック孔７１が形成されており、図示しないイグニションキーをロック位置に回して鍵穴から引き抜くと、ロックキー８がステアリングシャフト３の軸心側に向かって突出する。その結果、キーロックカラー７のキーロック孔７１に、ロックキー８の先端が係合して、ステアリングシャフト３をコラム１に対して固定して、ステアリングシャフト３の回転を阻止するようにしている。

図３及び図４に示すように、本実施形態では、キーロックカラー７を、機械構造用炭素鋼鋼管等の弾性を有する金属材料により、四角筒状に形成している。即ち、大きな曲率半径Ｒ１を有し、それぞれの外周側面を円弧状凸面とした４個所の辺部７２と、この辺部７２の円周方向両端同士を、小さな曲率半径Ｒ２を有し、それぞれの外周側面を円弧状凸面とした４個所の角部７３により滑らかに接続した形状にしている。

そして、対向する２個所の角部７３、７３の軸方向（図３（１）の左右方向）の中間位置に、軸方向に長い長孔であるキーロック孔７１を形成している。この様に全体を四角筒状に形成する事で、キーロックカラー７の内周面７５を非円形にしている。キーロックカラー７の内周面７５の内接円の直径Ｄ１は、このキーロックカラー７の自由状態において、ステアリングシャフト３の自由状態における外周面３１の直径Ｄ２（外径）よりも小さくしている。

この構成によって、ステアリングシャフト３の外周面３１と、キーロックカラー７の各辺部７２の内周面７５の円周方向中間部とは、互いに弾性的に当接し合う摩擦係合部７４を構成している。

このキーロックカラー７は、調質処理による焼き入れが施されており、焼き入れ後のビッカース硬さをＨＶ４００以下にしている。また、キーロックカラー７の板厚Ｔ１は、２ｍｍから３ｍｍに設定している。

本実施形態では、ステアリングシャフト３を、機械構造用炭素鋼鋼管等の弾性を有する金属材料により、中空円筒状に形成して軽量化し、図３に示すステアリングシャフト３の板厚Ｔ２を、２ｍｍから３．５ｍｍに設定している。ステアリングシャフト３は、キーロックカラー７の内周面７５が圧入される部分の外周面３１に、高周波焼き入れが施されており、焼き入れ後のビッカース硬さを、ＨＶ３００からＨＶ５００に設定している。

図４（４）は図４（２）のＡ−Ａ断面図であって、キーロックカラー７の辺部７２を断面した図である。キーロックカラー７の内周面７５には、図４（１）の左右両端に、３０度の面取り７６が形成されている。この面取り７６の直径Ｄ３は、ステアリングシャフト３の自由状態における外周面３１の直径Ｄ２（外径）よりも大きく設定している。

従って、４個所の辺部７２の両端に、面取り７６が各々形成されている。これによって、ステアリングシャフト３にキーロックカラー７を圧入する時に、ステアリングシャフト３の外周面３１にキーロックカラー７の内周面７５が円滑に挿入されるため、ステアリングシャフト３の外周面３１とキーロックカラー７の内周面７５のかじりを回避することができる。

上述のキーロックカラー７とステアリングシャフト３で構成される、本発明のステアリング装置の場合には、上記各摩擦係合部７４の摩擦力（すべりトルク）は、キーロックカラー７の各辺部７２が直径方向外方に弾性変形する事に基づいて得られる。

本発明の実施形態では、ステアリングシャフト３に焼き入れを施して硬化させることで、キーロックカラー７をステアリングシャフト３に圧入した時に、ステアリングシャフト３の変形が小さくなる。ステアリングシャフト３だけに焼き入れを施してもよいが、上記したように、キーロックカラー７にも焼き入れを施して硬化させれば、キーロックカラー７側の変形も小さくなるのでより好ましい。

従って、キーロックカラー７の内周面７５が、ステアリングシャフト３の外周面３１との間で、安定したすべりトルクで回転するようになる。キーロックカラー７の自由状態における内周面７５の内接円の直径Ｄ１を、ステアリングシャフト３の外周面３１の直径Ｄ２よりも小さくしておけば、多少の寸法精度の違いが摩擦力の大きさに大きく影響することはない。

次に、上記したキーロックカラー７とステアリングシャフト３を使用して、すべりトルクを測定した実験結果について説明する。図５−１は本発明のステアリング装置のすべりトルクの測定結果を示す一例であり、１回目から３回目までのデータである。図５−２は本発明のステアリング装置のすべりトルクの測定結果を示す一例であり、４回目から６回目までのデータである。

図６−１は本発明のステアリング装置のすべりトルクの測定結果を示す他の例であり、１回目から３回目までのデータである。図６−２は本発明のステアリング装置のすべりトルクの測定結果を示す他の例であり、４回目から６回目までのデータである。

実験に使用したステアリングシャフト３は、自由状態における外周面３１の直径Ｄ２が２６．５ｍｍ、高周波焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ４００〜ＨＶ５００、板厚Ｔ２が３ｍｍのものを使用した。キーロックカラー７は、大きな曲率半径Ｒ１が１９．５ｍｍ、小さな曲率半径Ｒ２が４ｍｍ、板厚Ｔ１が２．６ｍｍ、面取り７６の直径Ｄ３が２７．７ｍｍのものを使用した。

図５−１〜図５−２と図６−１〜図６−２の実験では、条件を変えて測定している。すなわち、図５−１〜図５−２の実験では、キーロックカラー７は、焼き入れ後のビッカース硬さをＨＶ２８０、ステアリングシャフト３の外周面３１に対するキーロックカラー７の締め代を０．７４６ｍｍにしている。図６−１〜図６−２の実験では、キーロックカラー７は、焼き入れ後のビッカース硬さをＨＶ３２０、ステアリングシャフト３の外周面３１に対するキーロックカラー７の締め代を０．３６５ｍｍにしている。

実験方法は、キーロックカラー７のキーロック孔７１に、ロックキー８の先端を係合させて、キーロックカラー７をコラム１に対して固定した状態のまま、ステアリングシャフト３に回転方向の力を付与する。そして、このステアリングシャフト３の外周面３１をキーロックカラー７の内周面７５に対して回転させるのに要するトルク（すべりトルク）を測定した。

すべりトルクの測定作業は、次の行程を１サイクルとして、計６サイクル行なった。［ステアリングシャフト３を１８０度右回転させる］→［ステアリングシャフト３を１８０度左回転させる］→［ステアリングシャフト３を１８０度右回転させる］

この様なサイクルを各試料毎に計６サイクル行い、それぞれ右回転させる場合と左回転させる場合とに要するトルクを測定し、その結果を図５−１〜図６−２に記載した。図５−１〜図６−２の測定結果から明らかな通り、本発明の実施形態のキーロックカラー７とステアリングシャフト３を組み込んだステアリング装置の場合には、ステアリングホイール２を繰り返し回転させた場合でも、ステアリングホイール２を回転させるのに要するすべりトルクが極端に低下する事がなく、またすべりトルクの変動も小さい。

特に、６サイクル目の最後のすべりトルクが１００Ｎ・ｍ以上あって、十分に大きなすべりトルクを確保することができる。一般的なステアリングホイール２の直径は４０ｃｍ（半径２０ｃｍ）程度であるから、ステアリングホイール２を回転させるのに要するトルクが１００Ｎ・ｍ以上であれば、６サイクル目でも、ステアリングホイール２に５０ｋｇを越える力を加える必要がある。通常の人間にとって、運転しながら５０ｋｇを越える大きな力を加える事は不可能であるから、本発明のステアリング装置が十分な防犯性能を維持できる事が分る。

また、すべり始めの時にすべりトルクが急激な増大傾向を示す場合があるが、本発明では、すべり始めの時にすべりトルクの急激な増大が無い。従って、過大なトルクが加わってロックキー８が破壊し、ステアリングロック装置の機能が喪失するような不具合が生じる事がなく、盗難防止装置としての機能を確実に確保することができる。

さらに、図５−１〜図５−２と図６−１〜図６−２で締め代を約半分に減らしても、すべりトルクの変動が小さいので、寸法精度の違いがすべりトルクの大きさに影響することが少ないため、製造が容易となり、製造コストを低減することが可能となる。

本発明のステアリング装置の全体を示す側面図である。 図１の要部の縦断面図である。 本発明の実施形態のステアリングシャフトとキーロックカラーとの嵌合部の拡大図であり、（１）は拡大縦断面図、（２）は（１）の右側面図である。 本発明の実施形態のキーロックカラー単体を示し、（１）はキーロックカラーの縦断面図、（２）は（１）の右側面図、（３）は（１）のキーロック孔の平面図、（４）は（２）のＡ−Ａ断面図である。 本発明のステアリング装置のすべりトルクの測定結果を示す一例であり、１回目から３回目までのデータである。 本発明のステアリング装置のすべりトルクの測定結果を示す一例であり、４回目から６回目までのデータである。 本発明のステアリング装置のすべりトルクの測定結果を示す他の例であり、１回目から３回目までのデータである。 本発明のステアリング装置のすべりトルクの測定結果を示す他の例であり、４回目から６回目までのデータである。

符号の説明

１ コラム
１１ 軸受
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
３１ 外周面
４１ 上自在継手
４２ 中間シャフト
４３ 下自在継手
５ アッパーブラケット
６ チルト調整機構
７ キーロックカラー
７１ キーロック孔
７２ 辺部
７３ 角部
７４ 摩擦係合部
７５ 内周面
７６ 面取り
８ ロックキー

Claims (7)

1. コラムに回転可能に軸支され、車体後方側にステアリングホイールを装着可能な中空円筒状のステアリングシャフト、
   上記ステアリングシャフトの外周面に外嵌される非円形の内周面を有し、キーロック孔が形成されたキーロックカラー、及び、
   上記コラムに設けられ、イグニションキーの操作によってその先端部が上記キーロック孔に係合可能なロックキーを備え、
   上記キーロックカラーの自由状態における内周面の内接円の直径が、上記ステアリングシャフトの自由状態における外周面の直径よりも小さいステアリング装置において、
   上記ステアリングシャフト、または、上記ステアリングシャフトと上記キーロックカラーの両方に焼き入れを施したこと
   を特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載されたステアリング装置において、
   上記ステアリングシャフトには、上記キーロックカラーが外嵌されるステアリングシャフトの外周面に高周波焼き入れが施されていること
   を特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１に記載されたステアリング装置において、
   上記ステアリングシャフトの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ３００からＨＶ５００であること
   を特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１に記載されたステアリング装置において、
   上記ステアリングシャフトの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ３００からＨＶ５００であり、上記キーロックカラーの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ４００以下であること
   を特徴とするステアリング装置。
5. 請求項１に記載されたステアリング装置において、
   上記ステアリングシャフトの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ３００からＨＶ５００で、かつその板厚が２ｍｍから３．５ｍｍであること
   を特徴とするステアリング装置。
6. 請求項１に記載されたステアリング装置において、
   上記ステアリングシャフトの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ３００からＨＶ５００で、かつその板厚が２ｍｍから３．５ｍｍであり、
   上記キーロックカラーの焼き入れ後のビッカース硬さがＨＶ４００以下で、かつその板厚が２ｍｍから３ｍｍであること
   を特徴とするステアリング装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載されたステアリング装置において、
   上記キーロックカラーの内周面の両端には面取りが施されていること
   を特徴とするステアリング装置。

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