JP2008230555A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コラプシブル機能を実現しながらも、ロアコラムに対するアッパコラムの回り止めを確保できるステアリング装置を提供する。
【解決手段】回り止め部材１２０によって、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６との相対回転を阻止することが出来、且つ所定値以上の力を受けたときに、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６の軸線方向における相対移動を許容することができるため、アッパコラム１０６の軸回りの回転を抑制するために、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６の圧入荷重を高める必要がなくなって、制御されたコラプシブル機能を実現することができる。
【選択図】図７

Description

本発明はステアリングコラム（特に電動パワーステアリング）の改良に関するものであり、特に衝突エネルギーを吸収するためにコラプシブル構造を備えたステアリング装置に関する。

車両のステアリングコラムの周辺には、コンビネーションスイッチ等が配置されており、特にステアリングコラムに電動式パワーステアリング装置を組み込んだ構成においては、それに加えてモータや減速機などが設けられるので、スペース的な制約が大きくなっている。又、安全への要求の高まりから、ステアリング装置をコラプシブルな構造として、衝突時の衝撃エネルギーを吸収したいという要求もある。これに伴い、ステアリングシャフトを支持するコラムを二分割構造の入れ子式とすることも行われている。

ここで、例えばコンビネーションスイッチがアッパコラムに取り付けられている場合、運転者がウインカー操作等をするために、その操作レバーを上下させると、コンビネーションスイッチには、コラム軸に対して回転しようとする力（モーメント）が作用する。すると、コンビネーションスイッチを介して、アッパコラムにもコラム軸に対して回転しようとする力が作用するため、それに抗する構成が必要になる。

特開２００５−１６２０７２号公報

ここで、二分割構造のコラムにおいて、アッパコラムがブラケットを介して車体に連結されている場合には、コンビネーションスイッチを介して入力されるモーメント力に抗することができる。しかしながら、スペースの関係から、アッパコラムをブラケットを介して車体に連結できない場合がある。かかる場合、ロアコラムしか固定されてないのであるから、ロアコラムに対してアッパコラムを圧入嵌合することによって、両者間に発生する摩擦力を用いてアッパコラムの回り止めを行うことが考えられる。しかるに、衝突エネルギーを吸収する際には、ロアコラムとアッパコラムとの軸線方向における相対移動を許容させなくてはならないという問題がある。即ち、ロアコラムに対するアッパコラムの回り止めを確保しようとすると、ロアコラムとアッパコラムとの軸線方向移動を生じさせるために必要な力が大きくなり、吸収エネルギーの制御が困難となってしまう。

尚、特許文献１に示すように、移動コラムに形成した長溝に、固定コラムに植設したボルトを係合させることで回り止めを実現できるが、長溝を形成することでコラムの強度が低下するため、十分な強度を確保するためには肉厚を増大させなくてはならず、軽量化が図れないという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コラプシブル機能を実現しながらも、ロアコラムに対するアッパコラムの回り止めを確保できるステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明のステアリング装置は、
車体に固定される筒状を有する第１のコラムと、
前記第１のコラムに対して嵌合し、軸線方向に移動可能に支持された筒状の第２のコラムと、
前記第１のコラムと前記第２のコラムとの一方に形成された切欠又は孔に対して移動不能に係合し、且つその他方に当接する回り止め手段とを有し、
前記回り止め手段は、所定の力を受けたときに、前記第１のコラムと前記第２のコラムの軸線方向における相対移動を許容することを特徴とする。

本発明によれば、前記回り止め手段によって、前記第１のコラムと前記第２のコラムとの相対回転を阻止することが出来、且つ所定の力を受けたときに、前記第１のコラムと前記第２のコラムの軸線方向における相対移動を許容することができるため、前記第２のコラムの軸回りの回転を抑制するために、前記第１のコラムと前記第２のコラムの圧入荷重を高める必要がなくなって、制御されたコラプシブル機能を実現することができる。

前記他方のコラムには、軸線方向に延在する形成されたガイド部が形成され、前記一方のコラムの切欠又は孔に、前記ガイド部に対して軸線方向に摺動可能に係合する回り止め部材を取り付けていると好ましい。

前記回り止め部材は、前記一方のコラムの端部に形成された切欠に係合しており、更にその一部が、前記一方のコラムに形成された孔に嵌入していると好ましい。

前記コラムの双方に孔が形成されており、前記双方の孔に係合する単一の係合部材を設けると好ましい。

前記係合部材の断面係数は、前記コラムの軸線方向と周方向とで異なっていると好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００の斜視図であり、図２は、同電動式パワーステアリング装置の側面図であり、図３は、図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図であり、図４は、アッパブラケットを分解した状態で示す同電動式パワーステアリング装置の斜視図である。

図１，２において、ギヤボックス１０１は、筒状のロアコラム１０２を連結している。又、ギヤボックス１０１は、ロアブラケット１０３により不図示の車体に取り付けられている。尚、ギヤボックス１０１及びロアコラム１０２等（アッパブラケット１０４，ロアブラケット１０３，ボルト１０５以外）は、ロアブラケット１０３とギヤボックス１０１とを固定するボルト１０５の軸心（枢動点Ｏ）を中心としてチルト方向に枢動可能となっていて、操作レバーＬを操作することで、任意のチルト位置でロアコラム１０２がアッパブラケット１０４に対して固定されるようになっている。

ロアコラム１０２に嵌合するようにして、筒状のアッパコラム１０６が取り付けられている。アッパコラム１０６の周囲には、アッパブラケット１０４に隣接して、図２に一点鎖線で示すようなコンビネーションスイッチＣＳが組み付けられている。

図１，２で右端にステアリングホイール（不図示）を取り付けられるアッパシャフト１０８は中空状であって、アッパコラム１０６及びロアコラム１０２内に延在し、アッパコラム１０６に対して、軸受（不図示）を介して軸線方向に位置決めされ且つ回転自在に支持されている。アッパシャフト１０８は、ロアコラム１０２内に同軸に配置されたロワシャフト１１０に対して、スプライン結合によって軸線方向に相対移動可能だが、相対回転不能に連結されている。アッパシャフト１０８とロワシャフト１１０とで、ステアリングシャフトを構成する。

尚、詳細は説明しないが、本実施の形態においては、不図示のステアリングホイールを介してステアリングシャフトに付与されたトルクをギヤボックス１０１内のトルクセンサにより検出し、更に車速などの信号に基づいて、ギヤボックス１０１内に収容されたＥＣＵがモータ１１５に適切な駆動信号を出力するようになっている。モータ１１５から出力された回転力は、ギヤボックス１０１内のウォームホイール機構等によって減速され、操舵アシスト力としてロワシャフト１１０に伝達され、これらの操舵力は不図示のユニバーサルジョイント等を介して、車輪を操舵する操舵機構（不図示）に伝達され、車輪を操舵するようになっている。

図３において、アッパブラケット１０４は、垂直方向に延在する一対の板部１０４ａ、１０４ａを有している。板部１０４ａ、１０４ａの間には、両側を断面がＵ字状のディスタンスブラケット１０２ａに溶接（Ｂ）されたロアコラム１０２が配置されている。ロアコラム１０２内には、アッパコラム１０６が嵌合している。

板部１０４ａ、１０４ａは、それぞれチルト方向に延在する長孔１０４ｂ、１０４ｂを有している。又、ディスタンスブラケット１０２ａの側面には、長孔１０４ｂ、１０４ｂに対向して孔１０２ｂ、１０２ｂが形成されている。

クランプボルト１１１が、図３で右方の板部１０４ａの長孔１０４ｂと、ディスタンスブラケット１０２ａの孔１０２ｂを貫通し、更に図３で左方のディスタンスブラケット１０２ａの孔１０２ｂと、板部１０４ａの長孔１０４ｂとを貫通し、更に締付ナット１１２，操作レバーＬの端部を貫通し、その端部にナット１１３を螺合してなる。尚、クランプボルト１１１は、図で左方にねじが切ってあり、締付ナット１１２及びナット１１３と係合している。又、操作レバーＬは、ナット１１３の締付によって締め付けナット１１３に押さえつけられている。

ここで、操作レバーＬを所定の方向に回動させると、操作レバーＬと共に締付ナット１１２も回動し、クランプボルト１１１に軸力が発生し、これにより一対の板部１０４ａ、１０４ａを近接する方向に変位させる力が発生する。この力により、板部１０４ａ、１０４ａとディスタンスブラケット１０２ａとの間に摩擦力が発生し、板部１０４ａ、１０４ａに対してロアコラム１０２を固定できる。

一方、操作レバーＬを逆方向に回動させると、クランプボルト１１１の軸力が喪失するので、板部１０４ａ、１０４ａとディスタンスブラケット１０２ａとの間に作用する摩擦力が小さくなり、枢動点Ｏ（図２）に対してロアコラム１０２及びアッパコラム１０６等を、クランプボルト１１１が長孔１０４ｂの端部に当たるまでの範囲で任意にチルト調整できる。

次に、本実施の形態における回り止め手段について説明する。図５は、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６とを組み付けた状態及び分解した状態で示す斜視図であるが、ディスタンスブラケットは図示していない。図６は、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６の組み付けた状態での軸線方向断面図である。図７は、図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図であり、図８は、図６の構成をVIII-VIII線で切断して矢印方向に見た図である。図９（ａ）は、回り止め部材の斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の回り止め部材を矢印IXB方向に見た図であり、図９（ｃ）は、図９（ｂ）の回り止め部材をIXC-IXC線で切断して矢印方向に見た図である。

図７，８に示すように、アッパコラム１０６は、半径方向内方から外方に向かって９０度位相で塑性加工が施され、それによりアッパコラム１０６の外周に、軸線方向に沿って延在する断面外周円弧細帯状の隆起部１０６ａが４つ形成されている。又、ロアコラム１０２の端部には、隆起部１０６ａの一つに対向して、それより幅の大きな切欠１０２ｃが形成されている。図６に示すように、切欠１０２ｃに係合するようにして、回り止め部材１２０が配置されている。

図９に示すように、回り止め手段を構成する回り止め部材１２０は、ブロック状の本体１２０ａと、本体１２０ａの下端両側から張り出すように配置され、下面がアッパコラム１０６の外周面にならう薄い板状のスカート部１２０ｂと、本体１２０ａの上端からＬ字状に延在する鈎部１２０ｃとを有する。尚、本体１２０ａの下面中央には、底断面円弧状の凹溝１２０ｄが形成されている。

図７に示すように、回り止め部材１２０は、本体１２０ａをロアコラム１０２の切欠１０２ｃに係合させ、且つ鈎部１２０ｃを、切欠１０２ｃに隣接して形成した孔１０２ｄに係合させている。これにより、回り止め部材１２０はロアコラム１０２から不用意に脱落することがない。一方、回り止め部材１２０は、円弧状の下面をアッパコラム１０６の外周面に当接させると共に、対応した断面形状を有する凹溝１２０ｄを隆起部１０６ａに係合させている。回り止め部材１２０は、樹脂（例えばポリプロピレン）製であると好ましい。

本実施の形態では、ロアコラム１０２がアッパブラケット１０４に支持されており、アッパコラム１０６は車体に対して支持されていないフリーな状態である。しかるに、例えばコンビネーションスイッチＣＳを介してアッパコラム１０６に軸回りのトルクが入力されたとき、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６が相対回転しようとするが、４つの隆起部１０６ａがロアコラム１０２の内周に当接することにより発生する摩擦力にて抑制される。しかし、制御されたコラプスを確保すべくロアコラム１０２とアッパコラム１０６との圧入荷重が制限されるため、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６間の摩擦力のみでは不足する場合がある。そこで、アッパコラム隆起部１０６ａに凹溝１２０ｄを係合させ、本体１２０ａをロアコラム切欠部１２０ｃに係合させている。回り止め部材１２０のせん断抵抗を利用して、ロアコラム１０２に対するアッパコラム１０６の回動を阻止している。又、スカート部１２０ｂは、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６との間の隙間に介在して、本体１２０ａに剪断力が作用したときに抵抗となって傾くことを抑制するように機能する。

一方、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６とは、４つの隆起部１０６ａがロアコラム１０２の内周に当接することにより発生する摩擦力で軸線方向の移動も制限されている。かかる場合、例えば二次衝突時など、不図示のステアリングシャフトを介してアッパコラム１０６が軸線方向に所定値以上の力を受けたときは、その摩擦力にうち勝つことで、ロアコラム１０２に対してアッパコラム１０６は軸線方向に移動しようとする。このとき回り止め部材１２０と係合しているアッパコラム隆起部１０６ａは、凹溝１２０ｄに沿ってスムーズに相対移動するため、コラプシブル荷重に殆ど影響を与えることがない。

本実施の形態によれば、回り止め部材１２０によって、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６との相対回転を阻止することが出来、且つ二次衝突時に、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６の軸線方向における相対移動させるための軸線方向荷重に影響を与えることがない。したがって、アッパコラム１０６の軸回りの回転を抑制するために、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６の圧入荷重を高める必要がなくなって、制御されたコラプシブル機能を実現することができる。

図１０は、第２の実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００の斜視図であり、図１１は、アッパブラケットを分解した状態で示す同電動式パワーステアリング装置の斜視図である。図１２は、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６とを分解した状態で示す斜視図であるが、ディスタンスブラケットは図示していない。図１３は、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６の組み付けた状態での軸線方向断面図である。図１４は、図１３の構成をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図であり、図１５は、ピン部材の正面図である。

本実施の形態においては、回り止め手段として、ピン部材（係合部材）２２０を設けている。図１５において、ピン部材２２０は、頭部２２０ａと、頭部２２０ａから延在し且つ先端が放射方向に鈎状に突出している２本の足２２０ｂを有している。足２２０ｂの最大幅Ｂは、少なくとも孔１０６ｅの内径より大きくなっている。ピン部材２２０は、樹脂（例えばポリプロピレン）製であると好ましい。

組み付け時には、ロアコラム１０２の形成した孔１０２ｅと、アッパコラム１０６に形成した孔１０６ｅに、ピン部材２２０の足２２０ｂをまとめて挿入すると、孔１０６ｅを通過後に弾性変形から復帰することで足２２０ｂが広がって、その先端の鈎が孔１０６ｅの周囲に引っかかることで抜け止めを図れる。

例えばコンビネーションスイッチＣＳを介してアッパコラム１０６に軸回りのトルクが入力されたとき、孔１０２ｅ、１０６ｅに挿入されたピン部材２２０の足２２０ｂの剪断抵抗で、ロアコラム１０２に対してアッパコラム１０６の軸回りの回動を阻止することができる。

本実施の形態の場合、例えば二次衝突時など、不図示のステアリングシャフトを介してアッパコラム１０６が軸線方向に所定値以上の力を受けたときのピン部材２２０のせん断抵抗は、コラム１０６の軸回りの回動を阻止するせん断抵抗と同一となる。

すなわち、ピン部材２２０の挿入部（足）を中実形状とした場合で説明すると、図１６（ａ）に示す様に、挿入部が円筒形状であるので、軸線方向の断面係数と、周方向の断面係数が等しくなる。従って、軸線方向に力を受けたときの剪断荷重と、周方向に力を受けたときの剪断荷重とは等しくなる。なお、本実施の形態の場合は、材料力学でいう純粋なせん断荷重ではなく、曲げ荷重が作用する上でのせん断であるため、断面積のみでなく、断面係数が影響する。

したがって、図１６（ｂ）に示す例の場合には、挿入部が楕円筒形状であるので、軸線方向の断面係数と、周方向の断面係数が異なる。従って、軸線方向に力を受けたときの剪断荷重と、周方向に力を受けたときの剪断荷重とは異なる。即ち、ピン部材２２０の挿入部における軸線方向の寸法ｘを周方向の寸法ｙよりも小さくすることで、例えば衝突時には容易に剪断するが、周方向には同じ力を与えても剪断しないように調整できる。これにより、ピン部材２２０がコラプシブル荷重に与える影響を小さく抑えることが可能となり、高精度にコラプシブル荷重を制御できる。なお、挿入部の断面形状は楕円に限定されるものではなく、長方形など軸線方向と周方向の断面係数が異なれば形状は問わない。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、ロアコラムとアッパコラムの嵌合は、隆起部の接触でなく、一方を楕円断面とした上での接触でも良い。

本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００の斜視図である。 同電動式パワーステアリング装置の側面図である。 図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 アッパブラケットを分解した状態で示す同電動式パワーステアリング装置の斜視図である。 図５（ａ）は、ロアコラム１０２とアッパコラム１０６とを組み付けた状態で示す斜視図であり、図５（ｂ）は、それから回り止め部材１２０を取り外した状態を示す図であり、図５（ｃ）は、完全に分解した状態で示す斜視図である。 ロアコラム１０２とアッパコラム１０６の組み付けた状態での断面図である。 図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。 図６の構成をVIII-VIII線で切断して矢印方向に見た図である。 図９（ａ）は、回り止め部材の斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の回り止め部材を矢印IXB方向に見た図であり、図９（ｃ）は、図９（ｂ）の回り止め部材をIXC-IXC線で切断して矢印方向に見た図である。 第２の実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００の斜視図である。 アッパブラケットを分解した状態で示す同電動式パワーステアリング装置の斜視図である。 ロアコラム１０２とアッパコラム１０６とを分解した状態で示す斜視図である。 ロアコラム１０２とアッパコラム１０６の組み付けた状態での断面図である。 図１３の構成をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図である。 ピン部材の正面図である。 ロアコラム１０２とアッパコラム１０６の組み付けた状態での上面図であって、ピン部材の断面形状を比較考察している。

符号の説明

１００ 電動式パワーステアリング装置
１０１ ギヤボックス
１０２ ロアコラム
１０２ａ ディスタンスブラケット
１０２ｂ 孔
１０２ｃ 切欠
１０２ｄ 孔
１０２ｅ 孔
１０３ ロアブラケット
１０４ アッパブラケット
１０４ａ 板部
１０４ｂ 長孔
１０５ ボルト
１０６ アッパコラム
１０６ａ 隆起部
１０６ｅ 孔
１０８ アッパシャフト
１１０ ロワシャフト
１１１ クランプボルト
１１２ 締付ナット
１１３ ナット
１１５ モータ
１２０ 回り止め部材
１２０ａ 本体
１２０ｂ スカート部
１２０ｃ 鈎部
１２０ｄ 凹溝
２２０ ピン部材
２２０ａ 頭部
２２０ｂ 足
ＣＳ コンビネーションスイッチ
Ｌ 操作レバー

Claims (6)

1. 車体に固定される筒状を有する第１のコラムと、
   前記第１のコラムに対して嵌合し、軸線方向に移動可能に支持された筒状の第２のコラムと、
   前記第１のコラムと前記第２のコラムとの一方に形成された切欠又は孔に対して移動不能に係合し、且つその他方に当接する回り止め手段とを有し、
   前記回り止め手段は、所定の力を受けたときに、前記第１のコラムと前記第２のコラムの軸線方向における相対移動を許容することを特徴とするステアリング装置。
2. 前記他方のコラムには、軸線方向に延在する形成されたガイド部が形成され、前記一方のコラムの切欠又は孔に、前記ガイド部に対して軸線方向に摺動可能に係合する回り止め部材を取り付けていることを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記回り止め部材は、前記一方のコラムの端部に形成された切欠に係合しており、更にその一部が、前記一方のコラムに形成された孔に嵌入していることを特徴とする請求項２に記載のステアリング装置。
4. 前記コラムの双方に孔が形成されており、前記双方の孔に係合する単一の係合部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
5. 前記係合部材の断面係数は、前記コラムの軸線方向と周方向とで異なっていることを特徴とする請求項４に記載のステアリング装置。
6. コラムアシスト式電動式パワーステアリング装置を組み込んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のステアリング装置。

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