JP2013014220A - ステアリング装置用トルク伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部材に衝撃的なトルクが加わった場合に、加わった事実を運転者が容易且つ確実に認識できるステアリング装置を得られるステアリング装置用トルク伝達装置を実現する。
【解決手段】ヨーク１２とシャフト１３とを、摩擦部材１９を介して結合する。この摩擦部材１９を介してこれらヨーク１２とシャフト１３との間で伝達可能なトルクの大きさを、車両が停止した状態でステアリングホイールを操作した場合に加わる、平常時最大伝達トルク以上とする。衝突事故等により前記ヨーク１２とシャフト１３との間に衝撃的なトルクが加わると、これらヨーク１２とシャフト１３との、回転方向に関する位相がずれる。この結果、直進状態でのステアリングホイールの姿勢が変化するので、前記衝撃的なトルクが加わった事が分かる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両（自動車）の操舵輪（フォークリフト等の特殊車両を除き、通常は前輪）に舵角を付与する為のステアリング装置を構成して、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤユニットに伝達するトルク伝達装置の改良に関する。具体的には、衝突事故や、運転操作の誤りにより操舵輪を縁石に乗り上げる等により、前記ステアリングギヤユニットの側から、前記ステアリング装置の構成部品の損傷に結び付く様な衝撃が加わった場合に、運転操作を可能にしつつ、この様な衝撃が加わった事実を運転者に分かる様にするものである。

ステアリング装置として、例えば図９に示す様な構造が、広く知られている。このステアリング装置は、車体１に支持された円筒状のステアリングコラム２の内径側にステアリングシャフト３を、回転自在に支持している。そして、このステアリングコラム２の後端開口よりも後方に突出した、前記ステアリングシャフト３の後端部分に、ステアリングホイール４を固定している。このステアリングホイール４を回転させると、この回転が、前記ステアリングシャフト３、自在継手５ａ、中間シャフト６、自在継手５ｂを介して、ステアリングギヤユニット７の入力軸８に伝達される。この入力軸８が回転すると、このステアリングギヤユニット７の両側に配置された１対のタイロッド９、９が押し引きされて左右１対の操舵輪に、前記ステアリングホイール４の操作量に応じた舵角を付与する。尚、図９に示した構造の場合、このステアリングホイール４の前後位置の調節を可能にすべく、前記ステアリングコラム２及び前記ステアリングシャフト３として、伸縮式のものを使用している。

上述の様なステアリング装置には、前記ステアリングホイール４から前記入力軸８までの間に、それぞれが操舵の為のトルクを伝達する部材同士の結合部が、複数箇所存在する。従来のステアリング装置の場合には、これら各結合部は、例えば特許文献１に記載されている様に、トルクの伝達方向に隣接する１対の部材同士を、回転方向の相対変位を完全に阻止した状態で結合している。例えば、前記ステアリングシャフト３を構成するインナシャフト１０の端部とアウタシャフト１１の端部とは、セレーション係合等により、トルク伝達可能に結合している。又、前記両自在継手５ａ、５ｂを構成するヨークの基端部と、これら両自在継手５ａ、５ｂにより結合されるシャフト端部（前記ステアリングシャフト３の前端部、前記中間シャフト６の両端部、前記入力軸８の基端部）とは、平坦面同士の係合、セレーション係合、溶接、これらの併用等により、トルク伝達可能に結合している。

上述の様なステアリング装置を搭載した車両が衝突事故を起こしたり、運転操作の誤りにより操舵輪を縁石に乗り上げる等した場合、前記ステアリングギヤユニット７の側から前記ステアリング装置の構成部材に、衝撃的なトルクが加わる場合がある。そして、この様な衝撃的トルクに基づいて、この構成部材の全部又は一部が損傷し、継続的な安全運行に支障をきたす可能性がある。この様な場合に、使用者が当該車両を修理工場に持ち込んで、直ちに検査、修理を受ければ良いが、一部の使用者は、特に異常を感じないで、そのまま車両の使用を継続する可能性がある。

実公昭６２−２５５４０号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、構成部材に衝撃的なトルクが加わった場合に、加わった事実を運転者が容易且つ確実に認識できるステアリング装置を得られるステアリング装置用トルク伝達装置を実現すべく発明したものである。

本発明のステアリング装置用トルク伝達装置は、互いに同心に配置されてトルクの伝達方向に関して互いに直列に接続された、第一、第二両トルク伝達部材を備える。そして、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤユニットの入力軸に伝達するトルク伝達機構の途中に設けられて、前記ステアリングホイールとこの入力軸との間でのトルク伝達に供される。

特に、本発明のステアリング装置用トルク伝達装置に於いては、前記第一のトルク伝達部材の一部に形成された、内周面を円筒面とした結合孔と、前記第二のトルク伝達部材の一部に形成された、外周面を円筒面とした結合杆部と、これら結合孔の内周面と結合杆部の外周面との間に挟持された摩擦部材とを備える。そして、この摩擦部材を介して前記第一、第二のトルク伝達部材同士の間でのトルク伝達を可能としている。且つ、前記摩擦部材を介して前記第一、第二のトルク伝達部材同士の間で伝達可能なトルクの大きさを、車両が停止した状態で前記ステアリングホイールを操作した場合にこのステアリングホイールから前記入力軸に伝達される、平常時最大伝達トルク以上としている。

上述の様な本発明のステアリング装置用トルク伝達装置を実施する場合、請求項２に記載した発明の様に、前記第一、第二のトルク伝達部材同士を溶接する事もできる。
この様な請求項２に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、前記第一、第二のトルク伝達部材同士を溶接している溶接部の強度を、前記平常時最大伝達トルクでは破損せず、前記ステアリングギヤユニット側から前記第一、第二のトルク伝達部材同士の間に加わる衝撃荷重により破損する大きさとする。

又、上述の様な本発明のステアリング装置用トルク伝達装置を実施する具体的形態としては、例えば請求項４に記載した発明の様に、前記第一トルク伝達部材と前記第二トルク伝達部材とのうちの一方のトルク伝達部材を自在継手のヨークとし、前記結合孔をこのヨークの基端部に形成する。同じく他方の部材をシャフトとし、前記結合杆部をこのシャフトの端部に設ける。

或いは、請求項５に記載した発明の様に、前記第一、第二のトルク伝達部材を何れもシャフトとする。そして、前記結合孔を一方のシャフトの端部に、この一方のシャフトの端面に開口する状態で設ける。又、前記結合杆部を、他方のシャフトの端部に設けられた、この他方のシャフトの中間寄り部分よりも外径が小さくなった小径部とする。そして、前記摩擦部材を、この小径部の先端部に形成された外向フランジ状の鍔部と前記中間寄り部分との間に設置する。

上述の様に構成する本発明のステアリング装置用トルク伝達装置によれば、ステアリング装置の構成部材に衝撃的なトルクが加わった場合に、加わった事実を運転者が容易且つ確実に認識できる。
即ち、前記衝撃的なトルクが加わると、第一、第二のトルク伝達部材同士が、このうちの第一のトルク伝達部材に設けた結合孔の内周面と、第二のトルク伝達部材に設けた結合杆部の外周面との間で、摩擦部材を滑らせつつ、回転方向（トルクの作用方向）に関して相対変位する。この結果、前記第一、第二のトルク伝達部材同士の回転方向に関する位相が、前記衝撃的なトルクが加わる前の状態から変化する。この結果、車両を直進状態とする為の、ステアリングホイールの中立状態の姿勢が変化する。この変化は、運転者にとって容易且つ確実に認識できるので、ステアリング装置の構成部材が損傷している可能性がある車両の運行を継続する事に対する、明りょうな警告を発する事ができる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、シャフトとヨークとの結合部の断面図。 図１のａ−ａ断面図。 図２のｂ部拡大図。 ステアリングホイールの中立状態を、衝撃的なトルクが加わる前（Ａ）と加わった後（Ｂ）とで示す正面図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図１の上部に相当する断面図。 同第３例を示す、図５と同様の断面図。 同第４例を示す、図５と同様の図。 同第５例を示す断面図。 従来から知られているステアリング装置の１例を示す部分切断側面図。

［実施の形態の第１例］
図１〜４は、請求項１、４に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例は、自在継手を構成するヨーク１２とシャフト１３（ステアリングシャフト又は中間シャフト）との結合部に本発明の構造を適用した場合に就いて示している。尚、前記ヨーク１２を含む自在継手の構造及び作用に就いては、従来から周知であるから、図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

第一のトルク伝達部材である、前記ヨーク１２の基部１４に、結合孔１５を形成している。この結合孔１５の内周面は円筒面であり、内径は軸方向（図１の左右方向）に亙り一定である。一方、第二のトルク伝達部材である、前記シャフト１３の先端部に、基端寄り部分に比べて外径が小さくなった、結合杆部１６を形成している。この結合杆部１６の外周面は円筒面であり、段差面１７を介して前記基端寄り部分と連続している。又、この結合杆部１６の先端寄り（図１の右端寄り）部分に突条１８を、全周に亙り形成している。この突条１８の外径は、前記結合孔１５の内径と一致若しくはほぼ一致させて、この突条１８をこの結合孔１５内に、ほぼ隙間なく、乃至は軽い締り嵌めで内嵌できる様にしている。

そして、前記結合杆部１６の外周面で、前記段差面１７と前記突条１８との間部分に、摩擦部材１９を挟持している。この摩擦部材１９は、ステンレスのばね鋼の如き弾性金属板を、断面波形で全体を円筒状に形成したもので、前記結合杆部１６を前記係止孔１５に押し込んだ状態で、これら結合杆部１６の外周面と係止孔１５の内周面との間で弾性的に挟持されている。前記摩擦部材１９の、自由状態での径方向に関する厚さは、前記結合孔１５の内周面と、前記係合杆部１６のうちで前記突条１８から外れた部分の外周面との間に存在する円筒状隙間２０の径方向厚さ｛（前記結合孔１５の内径−前記係合杆部１６のうちで前記突条１８から外れた部分の外径）／２｝よりも十分に大きくしている。又、前記摩擦部材１９の軸方向長さは、前記段差面１７と前記突条１８との間隔よりも短くしている。

この様な摩擦部材１９は、予め前記係合杆部１６のうちで前記突条１８から外れた部分に外嵌した後、径方向に関する厚さ寸法を縮めつつ、前記結合孔１５内に押し込んで、図１〜３に示した状態に組み立てる。この様に組み立てた状態で、前記摩擦部材１９の外周面と前記結合孔１５の内周面と、この摩擦部材１９の内周面と前記係合杆部１６の外周面とは、それぞれ高い面圧で当接し、両当接部に、それぞれ大きな摩擦力が作用する。これら両当接部に作用する摩擦力は、通常状態で前記ヨーク１２と前記シャフト１３との間で伝達する可能性のあるトルクよりも少しだけ大きくしている。即ち、車両が停止した状態でステアリングホイール４（図４、９参照）を操作する、所謂据え切り操作（生ハンドル）を行った場合にも、このステアリングホイール４からステアリングギヤユニット７の入力軸８（図９参照）に、前記両当接部を全く滑らせる事なく、前記据え切り操作に基づく大きなトルク（平常時最大伝達トルク）を伝達できる様にしている。従って、前記ステアリングホイール４の操作に基づいて前記ヨーク１２と前記シャフト１３との回転方向（トルクの作用方向）の位相がずれる事はない。この為、車両が直線状態にある場合には、前記ステアリングホイール４の姿勢は、図４の（Ａ）に示した、初期状態のままに維持される。

上述の様に構成する本例のステアリング装置用トルク伝達装置を搭載した車両が衝突事故を起こしたり、或いは運転操作の誤りにより操舵輪を縁石に乗り上げたりする事で、前記ヨーク１２と前記シャフト１３との結合部に衝撃的なトルクが加わると、これらヨーク１２とシャフト１３との、トルク伝達方向に関する位相がずれる。即ち、この様な場合には、前記衝撃的なトルクに基づいて、前記ヨーク１２と前記シャフト１３とが、前記結合孔１５の内周面と前記結合杆部１６の外周面との間で前記摩擦部材１９を滑らせつつ、回転方向（トルクの作用方向）に関して相対変位する。この結果、前記ヨーク１２と前記シャフト１３との回転方向に関する位相が、前記衝撃的なトルクが加わる前の状態から変化する。この結果、車両が直線状態にある場合であっても、前記ステアリングホイール４の姿勢が、図４の（Ｂ）に示した、初期状態とは異なる状態となる。この様な状態への変化は、運転者にとって容易且つ確実に認識できる。この為、運転者に、修理を促す事ができて、損傷した車両の運行を継続する事に伴う危険を回避できる。

［実施の形態の第２例］
図５は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合も、上述した実施の形態の第１例と同様に、ヨーク１２とシャフト１３とを摩擦部材１９により、据え切り操作時にこれらヨーク１２とシャフト１３と間に加わる平常時最大伝達トルクを伝達可能に結合している。更に本例の場合には、前記ヨーク１２と前記シャフト１３とを前記摩擦部材１９により結合する事に加えて、これらヨーク１２とシャフト１３とを、溶接２１によっても結合している。この溶接２１による、これらヨーク１２とシャフト１３との結合強度は、前記平常時最大伝達トルクでは破損せず、衝突事故や操舵輪の縁石乗り上げに伴ってステアリングギヤユニット７側から前記ヨーク１２と前記シャフト１３との間に加わる衝撃荷重により破損する大きさとしている。

上述の様に構成する本例の構造の場合には、据え切り操作時を含めて、平常運転時には、前記ヨーク１２と前記シャフト１３との間でのトルク伝達を、主として前記溶接２１部分で行う。これに対して、衝突事故や操舵輪の縁石乗り上げに伴う衝撃荷重が加わった場合には、この溶接２１部分が破損すると共に、前記ヨーク１２と前記シャフト１３とが、前記摩擦部材１９を滑らせつつ、回転方向に関して相対変位する結果、車両が直線状態にある場合であっても、前記ステアリングホイール４の姿勢が、図４の（Ｂ）に示した、初期状態とは異なる状態となる。
前記溶接２１を設けた以外の部分の構成及び作用・効果は、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。

［実施の形態の第３例］
図６は、請求項１、４に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、ヨーク１２ａの基部１４ａに形成した結合孔１５ａを、この基部１４ａの基端面（図６の左端面）寄り部分の小径部２２と先端寄り（図６の右寄り）部分の大径部２３とを、段差部２４により連続させた、段付形状としている。そして、シャフト１３の結合杆部１６を前記結合孔１５ａに内嵌した状態で、この結合杆部１６の先端部を径方向外方に塑性変形させてかしめ部２５を形成している。前記結合孔１５ａのうちの小径部２２部分は、このかしめ部２５と段差面１７との間で、軸方向両側から挟持された状態となっている。従って、前記結合孔１５ａからの前記結合杆部１６の抜け止めは、摩擦部材１９の内外両周面と相手周面との摩擦力だけでなく、前記かしめ部２５と前記段差部２４との機械的係合によっても図られる。
その他の部分の構成及び作用・効果は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。尚、本例の構造で、前記ヨーク１２ａと前記シャフト１３とを溶接しても良い。

［実施の形態の第４例］
図７も、請求項１、４に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、ヨーク１２ｂの基部１４ｂに形成した結合孔１５ｂの内周面の基端寄り部分に、径方向内方に突出する内向突条２６を形成している。そして、摩擦部材１９を、この内向突条２６と、結合杆部１６の先端部外周面に形成した突条１８との間で、軸方向両側から挟む状態としている。この突条１８は、前記結合杆部１６を、前記結合孔１５ｂ及び前記摩擦部材１９の内径側に押し込んだ後、この結合杆部１６の先端部を塑性変形させる事により造る。この様な本例の構造の場合には、前記結合孔１５ｂからの前記結合杆部１６の抜け止めを、摩擦部材１９の内外両周面と相手周面との摩擦力だけでなく、この摩擦部材１９の軸方向両端縁と、前記内向突条２６及び前記突条１８との機械的係合によっても図られる。
その他の部分の構成及び作用・効果は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。尚、本例の構造に関しても、前記ヨーク１２ｂとシャフト１３とを溶接しても良い。

［実施の形態の第５例］
図８は、請求項１、５に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の構造の場合には、第一のトルク伝達部材である第一シャフト２７と、第二のトルク伝達部材である第二シャフト２８とを、先に述べた実施の形態の第１〜４例の場合と同様の摩擦部材１９により、平常時最大伝達トルクを伝達可能に結合している。この為に、前記第一シャフト２７を円管状とするか、若しくは、図示の様に、端部に、先端面に開口する有底の結合孔１５ｃを形成している。又、前記第二シャフト２８の先端部に結合杆部１６ａを、この第二シャフト２８の中間寄り部分よりも外径が小さい小径部として形成している。又、前記結合杆部１６ａの先端部外周面に、外向フランジ状の鍔部である突条１８ａを形成している。そして、この結合杆部１６ａのうちでこの突条１８ａよりも基端寄り部分に前記摩擦部材１９を外嵌した状態で、この結合杆部１６ａを前記結合孔１５ｃ内に、この摩擦部材１９を径方向に押し潰しつつ圧入している。
第一トルク伝達部材が、ヨークから第一シャフト２７に変わった点以外の構成及び作用は、前述の実施の形態の第１例と同様であるから、重複する説明は省略する。尚、本例の構造に関しても、前記第一、第二両シャフト２７、２８同士を溶接しても良い。

本発明は、ステアリング装置を構成して、ステアリングホイールに加えられたトルクをステアリングギヤユニットの入力軸に伝達する部分であれば、何れの部分でも実施できる。例えば、上述の図８に示した実施の形態の第５例は、ステアリングシャフト或いは中間シャフトを構成するインナシャフトとして実施できる。

１ 車体
２ ステアリングコラム
３ ステアリングシャフト
４ ステアリングホイール
５ａ、５ｂ 自在継手
６ 中間シャフト
７ ステアリングギヤユニット
８ 入力軸
９ タイロッド
１０ インナシャフト
１１ アウタシャフト
１２、１２ａ、１２ｂ ヨーク
１３ シャフト
１４、１４ａ、１４ｂ 基部
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 結合孔
１６、１６ａ 結合杆部
１７ 段差面
１８、１８ａ 突条
１９ 摩擦部材
２０ 円筒状隙間
２１ 溶接
２２ 小径部
２３ 大径部
２４ 段差部
２５ かしめ部
２６ 内向突条
２７ 第一シャフト
２８ 第二シャフト

Claims (5)

1. 互いに同心に配置されてトルクの伝達方向に関して互いに直列に接続された、第一、第二両トルク伝達部材を備え、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤユニットの入力軸に伝達するトルク伝達機構の途中に設けられて、前記ステアリングホイールとこの入力軸との間でのトルク伝達に供されるステアリング装置用トルク伝達装置に於いて、前記第一のトルク伝達部材の一部に形成された、内周面を円筒面とした結合孔と、前記第二のトルク伝達部材の一部に形成された、外周面を円筒面とした結合杆部と、これら結合孔の内周面と結合杆部の外周面との間に挟持された摩擦部材とを備え、この摩擦部材を介して前記第一、第二のトルク伝達部材同士の間でのトルク伝達を可能としており、且つ、前記摩擦部材を介して前記第一、第二のトルク伝達部材同士の間で伝達可能なトルクの大きさを、車両が停止した状態で前記ステアリングホイールを操作した場合にこのステアリングホイールから前記入力軸に伝達される、平常時最大伝達トルク以上とした事を特徴とするステアリング装置用トルク伝達装置。
2. 前記第一、第二のトルク伝達部材同士を溶接している、請求項１に記載したステアリング装置用トルク伝達装置。
3. 前記第一、第二のトルク伝達部材同士を溶接している溶接部の強度が、前記平常時最大伝達トルクでは破損せず、前記ステアリングギヤユニット側から前記第一、第二のトルク伝達部材同士の間に加わる衝撃荷重により破損する大きさである、請求項２に記載したステアリング装置用トルク伝達装置。
4. 前記第一トルク伝達部材と前記第二トルク伝達部材とのうちの一方のトルク伝達部材が自在継手のヨークであって、前記結合孔がこのヨークの基端部に形成されており、同じく他方の部材がシャフトであって、前記結合杆部がこのシャフトの端部に設けられている、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載したステアリング装置用トルク伝達装置。
5. 前記第一、第二のトルク伝達部材が何れもシャフトであって、前記結合孔が一方のシャフトの端部に、この一方のシャフトの端面に開口する状態で設けられており、前記結合杆部が他方のシャフトの端部に設けられた、この他方のシャフトの中間寄り部分よりも外径が小さくなった小径部であり、前記摩擦部材が、この小径部の先端部に形成された外向フランジ状の鍔部と前記中間寄り部分との間に設置されている、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載したステアリング装置用トルク伝達装置。

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