JP2014129833A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングシャフトを回転可能に軸支する転がり軸受を備え、アッパーコラム
とロアーコラムが軸方向に摺動可能に嵌合するステアリング装置に適し、高速走行中のス
テアリングホイールの操縦安定性を向上させたステアリング装置を提供する。
【解決手段】ロックナット６１Ａを締め付けて、ウェーブワッシャー６４を介してアンギュラ玉軸受４２の内輪４２２を押圧し、外輪４２１Ａと内輪４２２、外輪４２１Ｂと４２３との間に予圧を付与すると、アンギュラ玉軸受４２のガタが小さくなり、ロアーステアリングシャフト３２、アッパーステアリングシャフト３１の回転トルクが次第に大きくなる。ロアーステアリングシャフト３２、アッパーステアリングシャフト３１の回転トルクが所定の大きさになったところで、左側のロックナット６１Ｂを締め付けて右側のロックナット６１Ａに密着させる。
【選択図】図４

Description

本発明はステアリング装置、特に、アッパーコラムとロアーコラムが軸方向に摺動可能
に嵌合することによって、ステアリングホイールのテレスコピック位置の調整を行うよう
にしたテレスコピック式のステアリング装置、または、二次衝突時に車体前方側にコラプ
ス移動して衝撃荷重を吸収するステアリング装置であって、ステアリングシャフトを回転
可能に軸支する転がり軸受を備えたステアリング装置に関する。

ステアリングシャフトを回転可能に軸支する転がり軸受は、摩擦抵抗が小さく、摩擦抵
抗が安定しているため、極めて滑らかなハンドル操作を行うことができる。しかし、転が
り軸受は振動吸収特性が小さいため、高速走行中の路面の起伏等による車軸の振動がステ
アリングホイールにそのまま伝達して、ステアリングホイールが回転方向に微振動し、操
縦安定性が低下する問題がある。

特許文献１のステアリング装置は、すべり軸受をコラムの内周面とステアリングシャフ
トの外周面との間に弾性体を介して装着することによって、ステアリングシャフトに摩擦
抵抗を付与し、ステアリングホイールの振動を吸収して、操縦安定性を向上させている。
しかし、特許文献１のステアリング装置は、すべり軸受に適用したものであって、転がり
軸受に適用したものではない。

特許文献２のステアリング装置は、転がり軸受で前端が回転可能に軸支されたステアリ
ングシャフトの後端外周面を、円筒状の摩擦付加部材をＯリングを介して装着することに
よって、ステアリングシャフトに摩擦抵抗を付与し、ステアリングホイールの振動を吸収
して、操縦安定性を向上させている。しかし、特許文献２のステアリング装置は、アッパ
ーコラムとロアーコラムが軸方向に摺動可能に嵌合するステアリング装置に適用するのが
難しい。

特開平９−３０３３８７号公報 特開２００５−５３２９２号公報

本発明は、ステアリングシャフトを回転可能に軸支する転がり軸受を備え、アッパーコ
ラムとロアーコラムが軸方向に摺動可能に嵌合するステアリング装置に適し、高速走行中
のステアリングホイールの操縦安定性を向上させ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、ロアーコラ
ム、上記ロアーコラムに軸方向に相対的に摺動可能に嵌合されたアッパーコラム、上記ア
ッパーコラムのアッパー側に設けられた軸受によって上記アッパー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したアッパーステアリングシャフト、
上記ロアーコラムのロアー側に設けられた転がり軸受によって上記ロアーコラムに回転可
能に軸支され、上記アッパーステアリングシャフトに軸方向に相対的に移動可能に嵌合さ
れて、上記ステアリングホイールの回転を車輪に伝達するロアーステアリングシャフト、
上記ロアーステアリングシャフトの外周面に形成された雄ねじ、上記雄ねじにねじ込まれ
たロックナットを締め付けて、軸受間に介挿されている輪環状のストッパーおよびウェーブワッシャーに荷重をかけて撓ませ、上記ウェーブワッシャーを介して転がり軸受に予圧を付与する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、上記ロックナットがダブルナットであ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番目から第２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、上記転がり軸受が単列アンギュラ玉軸受を２個背中合わせで使用す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番目から第３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、上記軸受間に介挿されている輪環状のストッパーにより軸方向の過大荷重からウェーブワッシャーを保護する機能を有す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は、ロアーコラムのロアー側に設けられた転がり軸受によっ
てロアーコラムに回転可能に軸支され、アッパーステアリングシャフトに軸方向に相対的
に移動可能に嵌合されて、ステアリングホイールの回転を車輪に伝達するロアーステアリ
ングシャフトと、ロアーステアリングシャフトの外周面に形成された雄ねじと、雄ねじに
ねじ込まれたロックナットを締め付けて、転がり軸受の内輪を押圧し、転がり軸受に荷重を付与している。

従って、ロックナットを締め付けて、ウェーブワッシャーを介して転がり軸受に予圧を付与すると、ロアーステアリングシャフト、アッパーステアリングシャフトの回転トルクを所定の大きさに調節することができるため、高速走行中のシミー等の振動を抑えることが可能となりステアリングホイールの操縦安定性を向上させることができる。また予圧をかけることによりラジアル方向のガタ（スキマ）も無くすことが出来、ハンドル支持剛性もアップする。

また稼動部分の磨耗等によりウェーブワッシャーの寸法変化が生じ、その結果ウェーブワッシャーの撓み量が変化しても、ウェーブワッシャー自体の弾性体機能による予圧が残るため予圧量の低下がカバーされ、初期設定の性能が長期に亘って保たれる。

さらに、弾性体であるウェーブワッシャーが内部配置されるため、錆や劣化の心配がなく性能が安定する。

また保護ストッパーがウェーブワッシャーと並列に設けられているため、過大な軸方向負荷がかかってもウェーブワッシャーには一定以上の負荷がかからず、初期性能が長期に亘って保たれる。

本発明の実施例のステアリング装置を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。 本発明の実施例のステアリング装置を示す要部の正面図である。 本発明の参考例の転がり軸受近傍の拡大断面図である。 本発明の実施例１の転がり軸受近傍の拡大断面図である。 本発明の実施例１の保護ストッパー部の拡大断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の参考例並びに実施例１を説明する。

図１は本発明の実施例のステアリング装置１０１を車両に取り付けた状態を示す全体斜
視図である。図１に示すように、中空円筒状のコラム１０２が車体に取付けられ、このコ
ラム１０２にはステアリングシャフト１０４が回転可能に軸支されている。ステアリング
シャフト１０４には、その右端（車体後方側）にステアリングホイール１０３が装着され
、ステアリングシャフト１０４の左端（車体前方側）には、自在継手１０５を介して中間
シャフト１０６が連結されている。

中間シャフト１０６は、雄スプラインが形成された中実の中間インナーシャフト１０６
ａと、雌スプラインが形成された中空円筒状の中間アウターシャフト１０６ｂで構成され
、中間インナーシャフト１０６ａの雄スプラインが、中間アウターシャフト１０６ｂの雌
スプラインに伸縮可能（摺動可能）に、かつ回転トルクを伝達可能に嵌合している。

さらに、中間アウターシャフト１０６ｂの車体後方側が上記自在継手１０５に連結され
、中間インナーシャフト１０６ａの車体前方側が自在継手１０７に連結されている。自在
継手１０７には、ステアリングギヤ１０８の図示しないラックに噛合うピニオンが連結さ
れている。

運転者がステアリングホイール１０３を回転操作すると、ステアリングシャフト１０４
、自在継手１０５、中間シャフト１０６、自在継手１０７を介して、その回転力がステア
リングギヤ１０８に伝達され、ラックアンドピニオン機構を介して、タイロッド１０９を
移動し、操舵輪１１０の操舵角を変えることができる。

図２は本発明の実施例のステアリング装置を示す要部の正面図である。図２に示すよう
に、アッパーコラム（アウターコラム）１は、アッパー車体取付けブラケット５２によっ
て、図示しない車体に固定されている。中空円筒状のアッパーコラム１の車体前方側（図
２の左側）には、アッパーコラム１の内周面に、中空円筒状の第１のロアーコラム（イン
ナーコラム）２１の外周面が、軸方向にテレスコピック摺動可能に密に嵌合している。

第１のロアーコラム２１の車体前方側（図２の左側）には、第１のロアーコラム２１の
内周面に、中空円筒状の第２のロアーコラム（インナーコラム）２２の外周面が、軸方向
にコラプス移動可能に密に嵌合している。第２のロアーコラム２２の車体前方端は、ロア
ー車体取付けブラケット５１によって、図示しない車体に枢動可能に固定されている。第
２のロアーコラム２２の外周面は第１のロアーコラム２１の内周面にかしめ加工によって
締め付けられており、二次衝突時に車体前方側に衝撃力が加わると、かしめ部分が塑性変
形して、第２のロアーコラム２２に対して第１のロアーコラム２１が車体前方側にコラプ
ス移動する。

アッパーコラム１の軸心にはアッパーステアリングシャフト３１が挿入され、アッパー
コラム１の内周面の右端（アッパー側）に圧入された軸受（図示せず）によって、アッパ
ーステアリングシャフト３１の右端（アッパー側）が回転可能に軸支されている。アッパ
ーステアリングシャフト３１の右端（車体後方側）には、図１のステアリングホイール１
０３が装着されている。

第２のロアーコラム２２の内周面２２１には、ロアーステアリングシャフト３２が挿入
され、第２のロアーコラム２２の内周面２２１の左端（ロアー側）に圧入されたアンギュ
ラ玉軸受４１によって、ロアーステアリングシャフト３２の左端（ロアー側）が回転可能
に軸支されている。ロアーステアリングシャフト３２の右側には、雄スプライン（図示せ
ず）が形成され、アッパーステアリングシャフト３１の左側に形成された雌スプライン（
図示せず）に移動可能にスプライン係合している。

図３は本発明の参考例の転がり軸受近傍の拡大断面図である。図３に示すように、ア
ンギュラ玉軸受４１の外輪４１１の右端面は、第２のロアーコラム２２の内周面２２１に
形成された肩部２２２に当接している。また、アンギュラ玉軸受４１の内輪４１２の右端
面は、ロアーステアリングシャフト３２に形成された肩部３２１に当接している。ロアー
ステアリングシャフト３２には、肩部３２１の左側の外周面に雄ねじ３２２が形成され、
２個のロックナット６１Ａ、６１Ｂがねじ込まれている。

右側のロックナット６１Ａと外輪４１１の左端面との間には、第１の間座６２と第２の
間座６３が介挿されている。第１の間座６２は、ロックナット６１Ａ、６１Ｂを締め付け
た時に、曲げ変形しないだけの十分な剛性を備えている。第２の間座６３は、表面にフッ
化エチレン樹脂が被覆された摩擦係数の小さい材料で形成されている。従って、右側のロ
ックナット６１Ａを締め付けた時に、右側のロックナット６１Ａと第２の間座６３との間
の摩擦力が小さくなる。そのため、ロックナット６１Ａ、６１Ｂを所定の締め付けトルク
で締め付けることが容易となる。

ロックナット６１Ａを締め付けて、第２の間座６３、第１の間座６２を介してアンギュ
ラ玉軸受４１の外輪４１１を押圧し、外輪４１１と内輪４１２との間に予圧を付与すると
、アンギュラ玉軸受４１のガタが小さくなり、ロアーステアリングシャフト３２、アッパ
ーステアリングシャフト３１の回転トルクが次第に大きくなる。ロアーステアリングシャ
フト３２、アッパーステアリングシャフト３１の回転トルクが所定の大きさになったとこ
ろで、左側のロックナット６１Ｂを締め付けて右側のロックナット６１Ａに密着させる。

ロックナット６１Ａ、６１Ｂはダブルナットを構成している。このようにして、ロアーステアリングシャフト３２、アッパーステアリングシャフト３１の回転トルクを所定の大きさに調節することができるため、高速走行中のステアリングホイール１０３の操縦安定性を向上させることができる。

（実施例１）
次に本発明の実施例１について説明する。図４は本発明の実施例１の転がり軸受近傍の
拡大断面図である。以下の説明では、上記参考例と異なる構造部分と作用についてのみ説
明し、重複する説明は省略する。

実施例１は、参考例のアンギュラ玉軸受を２個使い、各々を背中合わせの状態で組合わせた例である。ここでアンギュラ玉軸受４２の構成を述べる。 アンギュラ玉軸受は、1個の外輪と１個の内輪の組み合わせと転動体の玉およびリテーナ（玉の保持器）で構成され、使用時には予圧をかけて使用する。 特徴は、外輪・玉・内輪の接点を結ぶ直線がラジアル方向に対してある角度（接触角）を持っているため、１つの軸受で２方向の荷重（ラジアル方向とアキシャル方向）を受けられる。また２個を組み合わせる事によりモーメント荷重の負荷能力も有することを特徴とする軸受である。（以下アンギュラ玉軸受と呼ぶ）すなわち、図４Ａに示すように、第２のロアーコラム２２の内周面２２１には、ロアーステアリングシャフト３２が挿入され、第２のロアーコラム２２の内周面２２１の左端（ロアー側）に２個を背中合わせで組み合わされ間に輪環状のウェーブワッシャー６４（弾性体）と保護ストッパーが挟み込まれた状態で圧入されたアンギュラ玉軸受４２によって、ロアーステアリングシャフト３２の左端（ロアー側）が回転可能に軸支されている。

図４Ｂに説明の保護ストッパー６５とウェーブワッシャー６４との関係について述べる。 輪環状の保護ストッパー６５は、鉄系の素材で充分な剛性を有しており、ウェーブワッシャー６４の径方向外側へ並設されており、軸方向の厚みは自由状態において“ウェーブワッシャー６４厚み ＞ 保護ストッパー６５厚み”の関係にある。従って過大な軸方向負荷がかかっても弾性体であるウェーブワッシャー６４には一定以上の負荷が及ばないよう保護構造になっている。

図４Ａに示すように、アンギュラ玉軸受４２の外輪４２１Ｂの右端面は、第２のロアーコラム２２の内周面２２１に形成された肩部２２２に当接している。また、アンギュラ玉軸受４２の右側内輪４２３の右端面は、ロアーステアリングシャフト３２に形成された肩部３２１に当接している。ロアーステアリングシャフト３２には、肩部３２１の左側の外周面に雄ねじ３２２が形成され、２個のロックナット６１Ａ、６１Ｂがねじ込まれている。

アンギュラ玉軸受４２の内輪４２２、４２３は、ロックナット６１Ａ、６１Ｂを締め付けた時に、曲げ変形しないだけの十分な剛性を備えているため、ロックナット６１Ａ、６１Ｂを所定の締め付けトルクで締め付けることが容易となる。

ロックナット６１Ａを締め付けてウェーブワッシャー６４に荷重をかけてウェーブワッシャー６４を撓ませた状態にしてアンギュラ玉軸受４２の左側内輪４２２を押圧し、外輪４２１Ａと内輪４２２、外輪４２１Ｂと内輪４２３との間に予圧を付与すると、アンギュラ玉軸受４２のガタが小さくなり、ロアーステアリングシャフト３２、アッパーステアリングシャフト３１の回転トルクが次第に大きくなる。ロアーステアリングシャフト３２、アッパーステアリングシャフト３１の回転トルクが所定の大きさになったところで、左側のロックナット６１Ｂを締め付けて右側のロックナット６１Ａに所定トルクで密着させる。

このようにして、ダブルナットにて締付力を調整することにより軸受部のフリクションを調整し、ロアーステアリングシャフト３２、アッパーステアリングシャフト３１の回転トルクを所定の大きさに調節することができるため、高速走行中のシミー等の振動を抑えることが可能となりステアリングホイール１０３の操縦安定性を向上させることができる。また予圧をかけることによりラジアル方向のガタ（スキマ）も無くすことが出来、ハンドル支持剛性もアップする。

またウェーブワッシャー６４を介しての予圧であるため稼動部の磨耗等により寸法変化が生じても弾性体であるウェーブワッシャー６４による予圧が残るため予圧量の低下がカバーされる。

さらに、弾性体であるウェーブワッシャー６４が内部配置されるため、錆や劣化の心配がなく性能が安定し、保護ストッパー６５がウェーブワッシャー６４と並列に設けられているため、過大な軸方向負荷がかかってもウェーブワッシャー６４には一定以上の負荷がかからず、初期性能が長期に亘って保たれる。

上述した実施例は、アッパーコラムがアウターコラムで、ロアーコラムがインナーコラ
ムのステアリング装置に適用しているが、アッパーコラムがインナーコラムで、ロアーコ
ラムがアウターコラムのステアリング装置に適用してもよい。また、実施例ではロックナットとしてダブルナットを用いているが、ナットのゆるみ防止機能を有していればこれに限られることはなく、例えば、ナットをカシメる、ナイロンナットを用いる、ネジ部に接着剤を塗布する、リテーナリングを用いる、等のどのような手段でも用いることができる。
ウェーブワッシャーについては、弾性体の一例として用いたが、同様の機能を有する例えば市販の皿バネ、バネワッシャー、ラバー、樹脂等を用いることが出来る。

１０１ ステアリング装置
１０２ コラム
１０３ ステアリングホイール
１０４ ステアリングシャフト
１０５ 自在継手
１０６ 中間シャフト
１０６ａ 中間インナーシャフト
１０６ｂ 中間アウターシャフト
１０７ 自在継手
１０８ ステアリングギヤ
１０９ タイロッド
１１０ 操舵輪
１ アッパーコラム（アウターコラム）
２１ 第１のロアーコラム（インナーコラム）
２２ 第２のロアーコラム（インナーコラム）
２２１ 内周面
２２２ 肩部
３１ アッパーステアリングシャフト
３２ ロアーステアリングシャフト
３２１ 肩部
３２２ 雄ねじ
４１ アンギュラ玉軸受
４１１ 外輪
４１２ 内輪
４２ アンギュラ玉軸受（２個背中合わせ）
４２１Ａ 外輪（左側）
４２１Ｂ 外輪（右側）
４２２ 内輪（左側）
４２３ 内輪（右側）
５１ ロアー車体取付けブラケット
５２ アッパー車体取付けブラケット
６１Ａ、６１Ｂ ロックナット
６２ 第１の間座
６３ 第２の間座
６４ ウェーブワッシャー
６５ 保護ストッパー

Claims (4)

1. ロアーコラム、上記ロアーコラムに軸方向に相対的に摺動可能に嵌合されたアッパーコラム、上記アッパーコラムのアッパー側に設けられた軸受によって上記アッパー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したアッパーステアリングシャフト、上記ロアーコラムのロアー側に設けられた転がり軸受によって上記ロアーコラムに回転可能に軸支され、上記アッパーステアリングシャフトに軸方向に相対的に移動可能に嵌合されて、上記ステアリングホイールの回転を車輪に伝達するロアーステアリングシャフト、上記ロアーステアリングシャフトの外周面に形成された雄ねじ、上記雄ねじにねじ込まれたロックナットを締め付けて、ロックナットと軸受間に介挿されている輪環状のウェーブワッシャーに荷重をかけて撓ませ、上記ウェーブワッシャーを介して上記転がり軸受に予圧を付与する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、上記ロックナットがダブルナットであることを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１から請求項２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、上記転がり軸受がアンギュラ玉軸受を複数個使用の組み合わせで構成されていることを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１から請求項３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、上記軸受間に介挿されている輪環状のストッパーにより軸方向の過大荷重からウェーブワッシャーを保護する機能を有することを特徴とするステアリング装置。

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