JP2020100357A - ステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステアリング装置において衝撃吸収の順番を設計通りに実行させる。【解決手段】コラムシャフト110と、コラムシャフト110を保持するコラムチューブ120と、コラムチューブ120を移動可能に保持するハウジング130と、ハウジング130の径方向の端部を締め付けてコラムチューブ120の位置決めをする締付手段140と、コラムチューブ120との間で第一動摩擦力を発生させる第一衝撃吸収体150と、二次衝突時に第一衝撃吸収体150を介して移動することでハウジング130との間で第二動摩擦力を発生させる第二衝撃吸収体160とを備え、第一衝撃吸収体150は、締付手段140の締付部位に近い近傍部分における近傍静止摩擦係数より締付部位から遠い遠方静止摩擦係数の方が小さい。【選択図】図4
Description
本発明は、車両などの操舵を行うステアリング装置に関する。
従来、操舵部材が接続されるコラムシャフトを回転可能に保持するコラムチューブと、コラムチューブを摺動可能に保持し、車両に固定されるハウジングとを備えたステアリング装置が知られている(例えば特許文献1参照)。このようなステアリング装置では、車両衝突によって引き起こされる二次衝突時に、コラムチューブがハウジングに対して没入する力を摩擦に変換することにより衝撃を吸収する衝撃吸収機構を有している。この衝撃吸収機構によって、二次衝突時の衝撃を段階的に吸収し操舵者の保護を図っている。
衝撃を吸収するための動摩擦が発生する箇所を複数備えるステアリング装置にあっては動摩擦が発生する順序、つまりそれぞれの箇所が順番に動き始め所望のプロファイルで衝撃が吸収できるようにステアリング装置の構造が設計される。しかし、二次衝突時に設計通りの順番で動摩擦が発生しない場合があることを発明者は見出した。このように、不本意に動摩擦が発生すると、設計したプロファイル通りの衝撃吸収が行われない。
本発明は、上記知見に鑑みなされたものであり二次衝突時に所望の順序で衝撃吸収を行う事ができるステアリング装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の1つであるステアリング装置は、操舵部材に接続されるコラムシャフトと、前記コラムシャフトを回転可能に保持する筒状のコラムチューブと、内方に刺し通された前記コラムチューブを軸方向に移動可能に保持するハウジングと、前記コラムチューブの外側において、前記ハウジングの軸方向の一部が縮径するように締め付けて前記コラムチューブの位置決めをする締付手段と、前記コラムチューブの外周に接触状態で取り付けられ、二次衝突時に前記コラムチューブとの間で第一動摩擦力を発生させる環状の第一衝撃吸収体と、前記締付手段の締付力により前記ハウジングに固定的に接続され、二次衝突時に前記コラムシャフトの移動に伴い前記第一衝撃吸収体を介して移動することで前記ハウジングとの間で第二動摩擦力を発生させる第二衝撃吸収体とを備え、前記第一衝撃吸収体は、軸方向および前記締付手段の締付方向と交差する径方向において、前記締付手段の締付部位に近い部分である近傍部分における近傍静止摩擦係数より前記締付部位から遠い部分である遠方部分における遠方静止摩擦係数が小さい。
本発明によれば、所望の順番(プロファイル)で動摩擦を発生させて衝撃吸収を行わせることができる。
以下に、本発明に係るステアリング装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
図1は、本発明の実施の形態に係るステアリング装置の構成を示す斜視図である。図2は、ステアリング装置を図1におけるI−I線に沿った断面で示す断面図である。これらの図に示すように、ステアリング装置100は、操舵者の操舵に連動して、車両の転舵輪を転舵する装置であって、コラムシャフト110と、コラムチューブ120と、ハウジング130と、締付手段140と、第一衝撃吸収体150と、第二衝撃吸収体160とを備える。なお、ステアリング装置100は、コラムシャフト110に連結されるインターミディエイトシャフトなどのシャフト部材、ラックアンドピニオン機構などの転舵機構を備えるが、これらの図示および説明は省略する。
ステアリング装置100は、衝突が発生していない通常の使用においては、締付手段140をゆるめ、ハウジング130に対しコラムチューブ120を軸方向(図中Y軸方向)にスライドさせることにより、操舵者の体格などに応じて操舵部材のポジションを変更し、締付手段140でハウジング130を締め付けることにより変更したコラムチューブ120ポジションを固定することができる。本実施の形態の場合、ステアリング装置100は、車体に対するハウジング130の傾きを変更でき、ハウジング130の傾きの固定と解除も締付手段140により実行することができるものとなっている。
コラムシャフト110は、操舵者が操舵する操舵部材が先端部に取り付けられる部材であり、コラムチューブ120を介してハウジング130の内方に挿通状態で回転可能に保持され、操舵部材の操舵角を転舵機構に伝達する部材である。本実施の形態の場合、コラムシャフト110は、第一軸受111を介してコラムチューブ120に保持されており、コラムチューブ120に対し軸方向には固定、周方向には回転可能となっている。コラムシャフト110は、ハウジング130に対するコラムチューブ120の出没に伴って伸縮し、かつ操舵角の伝達を維持できるように構成されている。具体的にコラムシャフト110は、第一軸受111に保持される第一軸体112と、第二軸受(図示省略)を介してハウジングに保持される第二軸体(図示省略)とを備えている。第一軸体112と第二軸体とは、テレスコピック構造を実現するように形成されており、ハウジング130に対するコラムチューブ120の出没に伴って、第二軸体に対し第一軸体112が出没し、コラムシャフト110が伸縮する。また、第一軸体112と第二軸体とはスプライン嵌合構造を実現するように形成されており、操舵部材の操舵角を伝達できるものとなっている。
コラムチューブ120は、コラムシャフト110を回転可能に保持するコラムジャケットなどと称される部材であり、車体に取り付けられたハウジング130に保持されることによりコラムシャフト110を介して操舵部材を所定の位置に配置する部材である。コラムチューブ120の形状は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、円筒形状(管状)であり、軸方向に貫通孔を備えたハウジング130に挿入状態で保持される。また、コラムチューブ120は、第一軸受111などの軸受を介して内方にコラムシャフト110を保持しており、保持したコラムシャフト110と共にハウジング130に対して軸方向(図中Y軸方向)に移動可能となっている。
本実施の形態の場合、コラムチューブ120には、軸方向に延在し径方向に貫通する長孔状のチューブ長孔121が形成されている。ハウジング130には、チューブ長孔121に刺し通されるピン状の第三衝撃吸収体135が固定されている。第三衝撃吸収体135は、通常の使用におけるハウジング130に対するコラムチューブ120の移動を妨げることなくチューブ長孔121の内方に位置する。通常使用時において、チューブ長孔121の長手方向の端縁が第三衝撃吸収体135と当接することで、軸方向においてハウジング130に対するコラムチューブ120の移動距離を規制する。
二次衝突が発生した場合、チューブ長孔121の端縁が第三衝撃吸収体135を破断する。第三衝撃吸収体135の破断により二次衝突の衝撃を吸収し、操舵者に与える衝撃を抑制する。
ハウジング130は、車体に対しコラムチューブ120を軸方向(図中Y軸方向)に移動可能に保持する筒状の部材である。またハウジング130は、軸方向における操舵部材側(車体の後側)の端部において、径方向(図中Z軸方向)に周壁を貫通し軸方向に延在するスリット状の締め代部132(図2参照)と、締め代部132の両側からそれぞれ径方向に突出する被締付部133とを備えている。被締付部133には、締め代部132の貫通方向(径方向の1つ)、およびコラムチューブ120の軸方向にそれぞれ直交する貫通孔134を備えている。貫通孔134には、後述する締付手段140の締付軸体141が刺し通されており、締付手段140により対向状に配置される2つの被締付部133の間隔を狭めることができる。被締付部133の間隔を狭めることで、ハウジング130は、刺し通されたコラムチューブ120を周囲から締め付けて固定的に保持する。
本実施の形態の場合、ハウジング130には、軸方向(図中Y軸方向)において操舵部材と反対側(車体の前側)部分に、一組の第一ヒンジ部材131が突出状に設けられており、車体に固定された第二ヒンジ部材(図示せず)と第一ヒンジ部材131とを軸体を用いて回転可能に連結することによりハウジング130は、車体に対してチルト可能に固定される。また、第一ヒンジ部材131に対し操舵部材側(車体の後側)の位置において被締付部133の両側には2つの固定ブラケット170が面対称に配置されている。固定ブラケット170は、車体に固定される部材である。また2つの固定ブラケット170は、第一ヒンジ部材131の回転中心を中心とした円弧状の固定長孔171をそれぞれ備えている。2つの固定長孔171に刺し通された締付手段140により固定ブラケット170は、ハウジング130の被締付部133に押しつけられ、所定のチルト位置にハウジング130を固定することができるものとなっている。
締付手段140は、コラムチューブ120の外側において、ハウジング130の径方向の端部を締め付けてコラムチューブ120の位置決めをするユニットである。本実施の形態の場合、締付手段140は、ハウジング130の締め代部132の両側に一体に延設される被締付部133の貫通孔134に刺し通された状態で配置される締付軸体141を備えている。締付軸体141は、一端部に被締付部133の貫通孔134の周縁と係合するフランジ部142を備えている。また締付手段140は、締付軸体141に対しフランジ部142の反対側に、ハウジング130を締め付け、また解除することができるカムを備えた締付レバー143を備えている。
本実施の形態の場合、締付手段140は、一対の被締付部133のそれぞれの外側に配置される固定ブラケット170、および第二衝撃吸収体160をそれぞれ被締付部133に押しつけることができるものとなっている。以上の様に締付手段140は、締付レバー143を操作することにより、一対の被締付部133の間隔を狭めることでハウジング130にコラムチューブ120を締め付けさせて位置決めをすることができる。また、締付手段140は、コラムチューブ120の位置決めができるとともに、2つの第二衝撃吸収体160をハウジング130の2つの被締付部133の外側表面にそれぞれ押しつけて垂直抗力を発生させ、二次衝突時における第二動摩擦力を発生させることができる。さらに、締付手段140は、コラムチューブ120の位置決め、および通常使用時の第二衝撃吸収体160の固定と同時に、第二衝撃吸収体160を介して被締付部133に固定ブラケット170を押しつけることで、ハウジング130のチルト位置を決定することができる。
図3は、第一衝撃吸収体とコラムチューブの断面とを示す平面図である。図4は、ステアリング装置の第一衝撃吸収体近傍を示す斜視図である。これらの図に示すように、第一衝撃吸収体150は、コラムチューブ120の外周に接触状態で固定的に取り付けられ、通常使用時においてはコラムチューブ120と共に移動する環状の部材である。また二次衝突時においては、第一衝撃吸収体150は、コラムチューブ120に対して相対的に滑り、コラムチューブ120との間で衝撃を吸収するための第一動摩擦力を発生させる。
通常使用時における第一衝撃吸収体150とコラムチューブ120との間の最大静止摩擦係数はつぎの関係にある。つまり、軸方向(図中Y軸方向)および締付手段140の締付方向(図中X軸方向)と交差する径方向(図中Z軸方向)において、締付手段140の締付部位に該当する締付軸体141に近い部分である近傍部分151(図中破線で囲まれる部分)における近傍静止摩擦係数より締付手段140から遠い部分である遠方部分152(図中破線で囲まれる部分)における遠方静止摩擦係数が小さい。上記の最大静止摩擦力の関係を実現する構造としては、本実施の形態の場合、遠方部分152における第一衝撃吸収体150とコラムチューブ120との接触面積を、近傍部分151における第一衝撃吸収体150とコラムチューブ120との接触面積より少なくする構造を採用している。この構造により遠方静止摩擦係数よりも近傍静止摩擦係数を小さくしている。なお、近傍部分151と遠方部分152の領域の大きさは同じである。
より具体的には、本実施の形態の場合、第一衝撃吸収体150、およびコラムチューブ120の少なくとも一方に、相手側に接触する突起部153を遠方部分152、および近傍部分151にそれぞれ備え、遠方部分152における突起部153の数を、近傍部分151における突起部153の数より少なくすることにより遠方部分152の全体における遠方静止摩擦係数よりも近傍部分151全体における近傍静止摩擦係数を小さくしてもよい。本実施の形態の場合、第一衝撃吸収体150は、図4に示すように矩形板状の基体154にコラムチューブ120が挿通される孔が設けられており、孔の周縁には筒状の筒部155が軸方向に突出状に設けられている。さらに、筒部155には、コラムチューブ120に向かって突出し軸方向に延在する山脈状の突起部153が設けられている。従って突起部153はコラムチューブ120の外表面に線状に接触している。このように、比較的小型の部品である第一衝撃吸収体150に突起部153を設けることで、コラムチューブ120に突起部153を設けるよりも加工が容易になる。また、突起部153の数により遠方静止摩擦係数と近傍静止摩擦係数とを調整することができるため、最大静止摩擦力の再現性、管理性を向上させることができる。
第一衝撃吸収体150をコラムチューブ120に取り付ける方法は特に限定されるものではないが、例えば圧入を挙示することができる。また、第一衝撃吸収体150にコラムチューブ120を刺し通した後、部分的にかしめることにより突起部153をコラムチューブ120の外周面に押しつけても構わない。
第二衝撃吸収体160は、通常使用時においては、締付手段140の締付力によりハウジング130の被締付部133に固定的に接続される部材である。また第二衝撃吸収体160は、二次衝突によるコラムチューブ120のハウジング130への没入に伴い移動する第一衝撃吸収体150を介して移動することで被締付部133との間で第二動摩擦力を発生させる部材である。
本実施の形態の場合、第二衝撃吸収体160は、ハウジング130の被締付部133の外側表面に面状に接触する板状の接触部163と、軸方向(図中Y軸方向)に直交する面(図中XZ平面)内に広がり接触部163と接続される板状の連結部162とを備えている。第二衝撃吸収体160は、接触部163、および連結部162を2つの被締付部133の外側にそれぞれ面対称で備えている。2つの連結部162は、第一衝撃吸収体150の基体154とそれぞれ連結され、第一衝撃吸収体150と第二衝撃吸収体160とは一体となっている。従って、通常の使用時であって、締付手段140の締付を解除した状態においては、第二衝撃吸収体160は、第一衝撃吸収体150を介してコラムチューブ120と共に軸方向に移動する。また、接触部163には、締付手段140の締付軸体141を刺し通すことができる幅を有し軸方向(図中Y軸方向)に延在する長孔部161が設けられている。長孔部161に刺し通された締付軸体141を有する締付手段140により接触部163がハウジング130の被締付部133に押しつけられて第二衝撃吸収体160はハウジング130に固定される。なお、本実施の形態の場合、第二衝撃吸収体160は、被締付部133と固定ブラケット170との間に挟まれた状態となるため、固定ブラケット170との間でも動摩擦力が発生する。当該動摩擦力を第二動摩擦力に含めても構わない。
つぎにステアリング装置100の動作について説明する。
通常使用時において、操舵者が締付レバー143を操作して締付手段140による締め付けを解除することにより、ハウジング130は、第一ヒンジ部材131を中心として回転可能となり、またコラムチューブ120、およびコラムシャフト110は、ハウジング130に対し軸方向に移動可能となる。このような状態において操舵者は、操舵部材を上下や前後に移動させることで操舵部材を操舵者に適したポジションに設定し、締付手段140により設定したポジションを固定する。締め付け解除中は、ハウジング130に対してコラムチューブ120を出退させると、第一衝撃吸収体150は、コラムチューブ120に固定されているためコラムチューブ120と一体となって軸方向に移動し、第一衝撃吸収体150と共に第二衝撃吸収体160も移動する。
車両の衝突により操舵者が操舵部材に衝突する二次衝突が発生した場合、コラムチューブ120がハウジング130に没入する方向に強い力が発生する。第一衝撃吸収体150とコラムチューブ120との間の最大静止摩擦力が締付手段140により締め付けられた第二衝撃吸収体160とハウジング130との最大静止摩擦力よりも大きくなるように設定されているため、先に第二衝撃吸収体160とハウジング130の被締付部133との間が滑り第二動摩擦力が発生する。この第二動摩擦力による衝撃吸収が行われる。なお、ハウジング130とコラムチューブ120との間にも動摩擦力が発生し、この動摩擦力によっても衝撃吸収は行われる。
図5に示すように、第二衝撃吸収体160と被締付部133との間で発生する第二動摩擦力DF2の位置は、コラムチューブ120の外側にある。従って、一体となっている第一衝撃吸収体150、および第二衝撃吸収体160にはコラムチューブ120に対し捩れるように第二衝撃吸収体160から力が加わる。ここで仮に第一衝撃吸収体150とコラムチューブ120との摩擦係数がコラムチューブ120の周方向に均等であるとした場合、第一衝撃吸収体150、および第二衝撃吸収体160の捩れる力によりコラムチューブ120に対し第一衝撃吸収体150がこじた状態となり、第二衝撃吸収体160が被締付部133に対し滑っている途中において第一衝撃吸収体150がコラムチューブ120に対し滑りはじめる現象などが発生する。このような状態になると、設計通りのプロファイルで衝撃を吸収できなくなる。
そこで本実施の形態の場合、コラムチューブ120に接触する近傍部分151の突起部153の数を遠方部分152の突起部153の数よりも多くすることで、遠方静止摩擦係数Μ2よりも近傍静止摩擦係数Μ1を大きくし、大きな最大静止摩擦係数の位置を第二動摩擦力DF2が発生している位置に近づけることで、コラムチューブ120に対する第一衝撃吸収体150のこじりを抑制し、第一衝撃吸収体150がコラムチューブ120に対して不本意に滑ることを防止している。
次に、ハウジング130に対しコラムチューブ120がさらに没入すると、コラムチューブ120に設けられたチューブ長孔121の軸方向の端縁が第三衝撃吸収体135を破断する。これにより、さらに衝撃吸収が行われる。
次に、第一衝撃吸収体150がハウジング130に対し設計に従った位置で静止する一方、コラムチューブ120がハウジング130に対してさらに没入することで、第一衝撃吸収体150とコラムチューブ120との間で第一動摩擦力による衝撃吸収が行われる。
以上の様に、遠方静止摩擦係数Μ2より近傍静止摩擦係数Μ1が大きくなるようにコラムチューブ120と第一衝撃吸収体150とを結合し、第二動摩擦力DF2と近傍静止摩擦係数Μ1となる位置とを近づけることで、二次衝突が発生した際に所望の順序(プロファイル)で衝撃吸収をステアリング装置100に行わせることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。
例えば、近傍部分151における近傍静止摩擦係数より遠方部分152における遠方静止摩擦係数を大きくするには突起部153を備えるばかりでなく、図6に示すように、第一衝撃吸収体150、およびコラムチューブ120の少なくとも一方の少なくとも遠方部分152に相手側に接触しない陥凹部156を備えてもよい。これにより、近傍部分151におけるコラムチューブ120と第一衝撃吸収体150との接触面積を遠方部分152における接触面積より小さくし、近傍静止摩擦係数よりも遠方静止摩擦係数を小さくすることができる。
また、第一衝撃吸収体150、およびコラムチューブ120の少なくとも一方は、遠方部分152における相手側と接触する面の表面性状と、近傍部分151における相手側に接触する面の表面性状とを異ならせることにより近傍静止摩擦係数よりも遠方静止摩擦係数を小さくしても構わない。具体的には、遠方部分152において、第一衝撃吸収体150、およびコラムチューブ120の少なくとも一方の接触面にフッ素樹脂等の低摩擦材料の被膜を形成する方法を例示できる。また、遠方部分152において、第一衝撃吸収体150、およびコラムチューブ120の少なくとも一方の接触面の表面粗度を近傍部分151の表面粗度と異ならせることで近傍静止摩擦係数よりも遠方静止摩擦係数を小さくする方法を例示できる。
また、上記実施の形態では、コラムチューブ120と線状に接触する突起部153を例示したが、突起部153は、コラムチューブ120と点状に接触しても構わない。
100…ステアリング装置、110…コラムシャフト、111…第一軸受、120…コラムチューブ、121…チューブ長孔、130…ハウジング、131…第一ヒンジ部材、132…締め代部、133…被締付部、134…貫通孔、135…第三衝撃吸収体、140…締付手段、141…締付軸体、142…フランジ部、143…締付レバー、150…第一衝撃吸収体、151…近傍部分、152…遠方部分、153…突起部、154…基体、155…筒部、156…陥凹部、160…第二衝撃吸収体、161…長孔部、162…連結部、163…接触部、170…固定ブラケット、171…固定長孔
Claims (5)
- 操舵部材に接続されるコラムシャフトと、
前記コラムシャフトを回転可能に保持する筒状のコラムチューブと、
内方に刺し通された前記コラムチューブを軸方向に移動可能に保持するハウジングと、
前記コラムチューブの外側において、前記ハウジングの軸方向の一部が縮径するように締め付けて前記コラムチューブの位置決めをする締付手段と、
前記コラムチューブの外周に接触状態で取り付けられ、二次衝突時に前記コラムチューブとの間で第一動摩擦力を発生させる環状の第一衝撃吸収体と、
前記締付手段の締付力により前記ハウジングに固定的に接続され、二次衝突時に前記コラムシャフトの移動に伴い前記第一衝撃吸収体を介して移動することで前記ハウジングとの間で第二動摩擦力を発生させる第二衝撃吸収体とを備え、
前記第一衝撃吸収体は、軸方向および前記締付手段の締付方向と交差する径方向において、前記締付手段の締付部位に近い部分である近傍部分における近傍静止摩擦係数より前記締付部位から遠い部分である遠方部分における遠方静止摩擦係数の方が小さい
ステアリング装置。 - 前記遠方部分における前記第一衝撃吸収体と前記コラムチューブとの接触面積を、前記近傍部分における前記第一衝撃吸収体と前記コラムチューブとの接触面積より少なくすることにより前記近傍静止摩擦係数よりも前記遠方静止摩擦係数を小さくしている
請求項1に記載のステアリング装置。 - 前記第一衝撃吸収体、および前記コラムチューブの少なくとも一方は、
相手側に接触する突起部を前記遠方部分、および前記近傍部分にそれぞれ備え、
前記遠方部分における前記突起部の数を、前記近傍部分における前記突起部の数より少なくすることにより前記近傍静止摩擦係数よりも前記遠方静止摩擦係数を小さくしている
請求項1または2に記載のステアリング装置。 - 前記第一衝撃吸収体、および前記コラムチューブの少なくとも一方は、
少なくとも前記遠方部分に相手側に接触しない陥凹部を備え、
前記近傍部分の接触面積を前記遠方部分の接触面積よりも少なくすることにより、前記近傍静止摩擦係数よりも前記遠方静止摩擦係数を小さくしている
請求項1から3のいずれか一項に記載のステアリング装置。 - 前記第一衝撃吸収体、および前記コラムチューブの少なくとも一方は、
前記遠方部分における相手側と接触する面の表面性状と、前記近傍部分における相手側に接触する面の表面性状とを異ならせることにより前記近傍静止摩擦係数よりも前記遠方静止摩擦係数を小さくしている
請求項1から4のいずれか一項に記載のステアリング装置。
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