JP3760152B2 - 過負荷保護装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルによる過負荷保護装置と、請求項６のプレアンブルによるその製造方法とに関する。
【０００２】
一般的な形式の過負荷保護装置もしくはその製造方法がヨーロッパ特許出願公開第０５６９２６９号明細書から公知である。この場合は、内部円筒形接合部となるステアリング・スピンドル上に、外部接合部を形成する締付リングが摺動され、該締付リングは自動車の不正利用防止のためにステアリング・ホイール・ロックの締付ボルトと連動する。内部接合部と外部接合部との間に、一方側が内部接合部に、かつ他方側が外部接合部に支持される少なくとも１つの摩擦リングが配設されている。前記摩擦リングの保持のために、内部接合部（図２）が、リング保持用の円周溝を有する。もう１つの可能性として図３または図４の例で再現するが、外部接合部がその内周に摩擦リングを保持する自由回転部を有するものである。摩擦リングが弾性的に形成されており、両接合部の間で、一方側では摩擦接続、他方側では両接合部の非平坦性がある場合に公差補正を生じる。摩擦接続は、締付ボルトが締付リング内に噛合う際に、締付リングを介した反作用トルクによって、ステアリング・スピンドルのトルクが反作用するように形成され、そのためステアリング・スピンドルと共にステアリング・ホイールの回転が高抵抗により妨げられ、それによってステアリング・ホイールの回転が非常に重くなり、そのため走行中の安全な車両操縦が不可能になる。ある一定のトルク値の超過時に摩擦接続が解除され、そのためステアリング・スピンドルが締付リングで滑動するため、それによってステアリング・スピンドルの変形または破壊が阻止される。この公知の方法において、両接合部の同時摺動時に互いに両接合部の一方に組み付けられた摩擦リングが摺動時にすでに発生した摩擦接続と、前記摩擦接続と共に摺動運動によって結合した軸線方向張力とによって押しつぶされ、かつ損傷されうる。特に、その場合に摩擦リングの望ましくない高い予応力が発生され、そのため接合システムが滑動するべきトルク値が許容不可能かつ制御不可能な状態で増大する。さらに、組立て時に摩擦リングの保持のための接合部の加工コストが非常に高額となる。
【０００３】
本発明は、過負荷保護装置が低コストで製造可能な、かつ摩擦接続が簡単な方法で指標的に調整設定可能な、一般的な過負荷保護装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
上記課題は、本発明によれば、過負荷保護装置に関しては請求項１の特徴によって、かつ製造方法に関しては請求項６の特徴によって解決される。
【０００５】
本発明によれば、接合連結時に加圧嵌合が達成されることにより摩擦リングを省くことができ、それによって過負荷保護装置、更にはステアリング・コラムの組立ての多部品化が低減され、これが重量の低減をもたらすこととなる。所望の加圧嵌合と共に過負荷保護装置が低コストでのみ達成される。さらに摩擦リングの保持のための内部接合部および／または外部接合部の機械加工が無くなるため、製造コスト及び製造費用が低減される。この点で、各接合部の製造と共に過負荷保護装置が簡単になる。特に、摩耗が発生し易い摩擦リングの費用のかかる組立てがなくなる。これがさらに過負荷保護装置の長期耐久性の改善を図ることになる。過負荷保護装置の機能の実質的な要因となる摩擦接続の強度は、加圧力の変化によって非常に指標的かつ精密に各実施例及び必要性に応じて適切に調整（カスタマイズ）することができる。概して、本発明は極めて簡単な構成を可能とするにもかかわらず、高信頼性かつ実用性のある過負荷保護装置が接合連結部により可能となる。
【０００６】
本発明の目的に適合した実施形態は、従属請求項から読み取ることができる；その他の点について、本発明は図面及び更なる実施形態を利用して以下より詳しく説明する。
【０００７】
図１に、接合連結部に過負荷保護装置を備えた部材の外部接合部１を示しており、該外部接合部が、貫通穴２を有し、接合部１の長手方向長さに沿って延び円周方向に相互に離間して配設した半径方向のウェブ３を有する（図２）。ここに示した適用例において、外部接合部１が、ステアリング・ホイール・ロックの固定部材（ロッキング部材）と連動する締付リングを形成し、過負荷保護装置は車両の不正利用に対する安全装置内に内蔵されている。締付リングが簡単な方法で量産部品としてエンドレス成形品から切断されたスリーブ状の押出成形品として形成される。本発明によれば、押出成形品を使用することは労力のかかる後加工を必要としない。締付リングは外周４でウェブ３同士の間に軸線方向に延びる噛合溝５を有し、この噛合溝中にステアリング・ホイール・ロックの固定部材を固定して噛合わせることができる。別法として、外部接合部１は押出成形のために衝撃押出成形してもよく、または直線状の円筒形の初期形状から噛合溝５を具備した最終形状に内部高圧成形してもよい。後者の方法は、たとえば作動防止保証付きの噛合溝５にステアリング・ホイール・ロックの固定部材を噛合わせる時など、正確な外輪郭が重要である場合に有利である。
【０００８】
さらに、ここで例としてステアリング・コラムを形成する部材は、接合連結部にステアリング・コラムのステアリング・スピンドルである円筒形の内部接合部６（図３）を有する。接合部６は中空であり、そのため同時に高剛性を保証すると共に中空でない形態よりも低重量である。内部接合部６には一端７に複数の凹部８と、ステアリング・ギヤへのステアリング・スピンドルの結合用の円錐形平面９とが成形されている（図４）。ステアリング・スピンドル、つまり中空内部接合部６はそれ自体内部高圧成形部品であってよく、この場合、直線状の円筒形の管が鍛造型中に挿入され、高い流体内部圧力下で鍛造型の彫刻形状にしたがって図３もしくは図４による該鍛造型の予備最終形状に膨張される。
【０００９】
図５によれば、内部接合部６はここで外部接合部１の貫通穴２中を摺動し外部接合部１から突出する。その後、両接合部１および６が前記摺動位置で互いに加圧される。この加圧は内部接合部６への外部接合部１の収縮によって行うことができるが、または有利な方法で熱エネルギーの影響なしに内部接合部６の膨張によって行ってもよく、加圧嵌合を形成させる箇所にある内部中空接合部６の区域１１が外部接合部１の貫通穴２のほぼ変化しない直径に対して可塑的に膨張され、膨張後に弾性的にスプリング・バックされる外部接合部１の内側１０へ押圧される。これによって該内部接合部６の外周が外部接合部１の貫通穴２の内周に当接する。この膨張は、内部接合部６の対応する箇所のブローチ削りまたは穴ぐり加工によって行ってよい。
【００１０】
膨張のための迅速かつ確実な工程であるのと同時に、正確に摩擦接続を行う方法が部分内部高圧成形法である。この場合、膨張ランス（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｌａｎｃｅ）が内部接合部６の中空内に摺動され、軸線方向路が高圧下にある流動媒体のガイド用に膨張ランス内に延びており、該膨張ランスは膨張を発生させる位置に位置付けられる半径方向穴を有する。この半径方向穴は膨張ランス円周上の穴出口の両側に配設された２つのラジアル・シールによって耐高圧的（＞約５００ｂａｒ）に両軸線方向に密閉されている。すなわち、内部高圧によって両方のラジアル・シールの間にある内部接合部６の箇所のみが作用を受ける。高圧流体の制御によって、高精度な加圧力及び摩擦接続の強さを、各々の要求に応じられることはもとより、内部接合部６の延性破壊と外部接合部１の弾性変形との範囲内で、調整設定することができる。つまり、内部接合部６は可塑的に該内部接合部６が外部接合部１の内側１０の内周面に広範囲に固定的に当接するまで膨張される。外部接合部１も瞬間的に膨張されるが、弾性領域でのみ膨張されるため、圧力の緩和後に外部接合部１の材料が可塑的に膨張された内部接合部６に向かって弾性的に付勢され、それによって高い摩擦接続が接合部１および６の間に生じる。
【００１１】
摩擦接続の局所的形成は、複数の別法を基礎にしてよい。その１つとして、摩擦接続を局所的に点状にのみ形成することができ、そのために、外部接合部１の長さ範囲内で内部接合部６が少なくとも１つの軸線方向位置で外部接合部１に周囲で加圧され、これが特に膨張法における製造を（内部接合部６に適用して）迅速にする。第２として、内部接合部６を外部接合部１の貫通穴２の全軸線方向伸長の領域に沿って膨張することができる。この場合、接合部６上の外部接合部１、つまり接合連結部の保持が全般的に、接合連結部に作用するトルクが広範囲に外部接合部１の伸長にわたって分散するため、該外部接合部の耐久性に関して有利である。さらに、接合部１および６を閉鎖した内部高圧成形金型内で接合することも想到可能である。その場合、加圧嵌合を発生させる箇所においた内部接合部６の区域１１のみならず、外部接合部１の外側にある区域１２も膨張することができる。それによって、外部接合部１が、軸線方向に形状嵌合するように内部接合部６に嵌合することになるので、特に良好な耐滑り性の軸線方向保持が生じる。膨張が外部接合部１と内部接合部６の重畳区間にのみ制限される場合は、最後に述べた変形態様より取付空間を節約する接合連結部もしくは部材形成を達成することができる。その場合は、閉鎖した内部高圧成形金型は不要になり、そのため上記の膨張ランスの使用で充分である。
【００１２】
本発明による所望の加圧嵌合の形成後、内部高圧が作用していた場合には、該内部高圧は緩和されて膨張ランスが内部接合部から引き出される。接合連結部がステアリング・コラムに適用された場合、図６によれば、ステアリング・ギヤから離間しステアリング・ホイール付近にある端部１３は、ステアリング・スピンドル上にステアリング・ホイールを組立てるために適宜最終加工が施され、嵌め込み用にテーパー加工され円周に溝加工される。
【００１３】
上記の接合連結部での過負荷保護装置は、たとえばステアリング・スピンドルの例において次のように作用する。内部接合部６、即ちステアリング・スピンドルが締付リング、即ち外部接合部１と共に加圧によって直接互いに摩擦接続で連結されている。ここで固定部材が締付リングの噛合溝５中に噛合った、ステアリング・ホイール・ロックの閉鎖状態（ロック状態）にある場合、ステアリング・ホイール − 及び、該ステアリング・ホイールに連結されたステアリング・スピンドル − が回転すると、ステアリング・スピンドルのトルクは締付リングに噛合う固定部材の固定抵抗を介して前記と同じ大きさのトルクによって打ち消される。ここで高過度なトルクがかかった場合にステアリング・スピンドルが変形され、あるいは別の方法で損傷されることにより、走行運転の継続使用を行う正当な車両ドライバにとって使用不能になることを防ぐために、ステアリング・スピンドルと締付リングとの間の摩擦接続は、最大許容摩擦力に相当するトルク値が超過する際に摩擦接続が解除され、ステアリング・スピンドルが連結部で滑動するように調整設定されている。ここで再度指摘しておくと、高精度に制御可能な内部高圧の圧力調節によって、適切に最大トルク値が極めて正確に調整設定され、同様に簡単な方法で − ただ１つの工具（Ｗｅｒｋｚｅｕｇ）により、かつ圧力調節により − 多様な実施目的に広範囲に変化させることができる。ステアリング・スピンドルがそれによって締付リングに所定のトルク値に相当する予応力で当接する。その際に検出されたステアリング・スピンドル適用のトルク値は、１２０Ｎｍおよび１９０Ｎｍの間の範囲にある。１２０Ｎｍ以下では、ステアリング・スピンドルが許容できない方法で動き易くなりすぎ、１９０Ｎｍ以上では上記のようにステアリング・スピンドルが損傷する。
【００１４】
本発明による過負荷保護装置のための適用分野は、非常に広範囲とみなされる。この場合、全ての接合連結部を、一定の負荷で滑動する必要がある管状の本体、たとえば軸類、シャフト類および支持具類で考慮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による過負荷保護装置を備えた部材の外部接合部を示す側面縦断面図である。
【図２】 図１の接合部を示す正面図である。
【図３】 本発明による過負荷保護装置を備えた部材の内部接合部を示す側面図である。
【図４】 図３の内部接合部の切断部を示す側面縦断面図である。
【図５】 図１に記載の外部接合部と図３に記載の内部接合部との間の接合連結部の製造後の本発明による過負荷保護装置を備えた接合部材の、一部を断面で示す側面図である。
【図６】 本発明による最終仕上げを行った過負荷保護装置を備えた接合部材の、一部を断面で示す側面図である。

Claims (11)

1. 貫通穴を備えた外部接合部と、外部接合部の貫通穴から突出し、かつ前記外部接合部に摩擦接続で連結され、トルクの作用を受ける円筒形の内部接合部と、からなる接合連結部による過負荷保護装置であって、最大許容摩擦力に相当するトルク値の超過時に摩擦接続が解除され、かつ内部接合部が連結部内で滑動するように、外部接合部に内部接合部のトルクと同値の逆トルクが作用し、かつ内部接合部が外部接合部と共に加圧嵌合を形成し、前記内部接合部の外周が外部接合部の貫通穴の内周に対し予応力で当接する過負荷保護装置において、
   外部接合部（１）と加圧嵌合される内部接合部（６）が、その非加圧状態と比較して可塑的に膨張され、かつ外部接合部（１）が加圧嵌合内で弾性的に膨張され、その際に内部接合部（６）が外部接合部（１）に対し前記トルク値に相当する予応力で当接することを特徴とする過負荷保護装置。
2. 加圧嵌合箇所に位置付けられた内部接合部（６）の区域（１１）が、外部接合部（１）の外側に位置付けられる区域（１２）に対して膨張されていることを特徴とする、請求項１に記載の過負荷保護装置。
3. 内部接合部（６）が、外部接合部（１）の貫通穴（２）の全軸方向長さに亙って膨張されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の過負荷保護装置。
4. 前記過負荷保護装置が、車両の不正利用に対する安全装置内に内蔵されており、外部接合部（１）が、ステアリング・ホイール・ロックの固定部材と連動する締付リングであり、かつ内部接合部（６）がステアリング・コラムのステアリング・スピンドルによって構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の過負荷保護装置。
5. 締付リングが、外周に形成された軸線方向に延びる噛合溝（５）を備えたスリーブ状の押出成形品であることを特徴とする、請求項４に記載の過負荷保護装置。
6. 接合連結部による過負荷保護装置の製造方法であって、トルクの作用を受ける円筒形の内部接合部が外部接合部の貫通穴中へ摺動され、かつ前記外部接合部と摩擦接続で連結され、最大許容摩擦力に相当するトルク値の超過時に摩擦接続が解除され、かつ内部接合部が連結部内で滑動するように、内部接合部と、内部接合部のトルクと同値の逆トルクが作用する外部接合部との間の摩擦接続が調整設定され、かつ内部接合部が、外部接合部に対し外部接合部の予応力により外部接合部と共に加圧される過負荷保護装置の製造方法において、
   加圧が両方の接合部（１，６）の摺動位置で行われ、加圧嵌合を形成する位置に位置付けられた内部接合部（６）の区域（１１）が外部接合部（１）の貫通穴（２）のほぼ変化しない直径よりも可塑的に膨張され、かつ膨張後に弾性的にスプリング・バックする外部接合部（１）の内側（１０）に対して前記トルク値に相当する予応力で加圧されることを特徴とする過負荷保護装置の製造方法。
7. 内部接合部（６）が、少なくとも１つの軸線方向位置で外部接合部（１）の長さ内で内部接合部（６）内に導入された流体の高圧によって周囲に膨張されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 内部接合部（６）が、外部接合部（１）の貫通穴（２）の全軸方向長さの範囲に亙って膨張され、かつ前記範囲で加圧されることを特徴とする、請求項６または７のいずれか一項に記載の方法。
9. 内部接合部（６）が、外部接合部（１）の軸方向長さの範囲よりも外側でも、内部接合部（６）内に導入された流体の高圧によってさらに膨張されることを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 外部接合部（１）が、押出成形または衝撃押出成形されることを特徴とする、請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 外部接合部（１）が直線状の円筒形の初期形状から噛合溝（５）の形成された最終形状に内部高圧成形によって形成されることを特徴とする、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法。

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