JP3820987B2 - エネルギー吸収式ステアリング装置とその組付方法と組付装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明はエネルギー吸収性能が安定したステアリング装置を簡単に実現する技術に関する。ここで「安定した」とは製品毎のばらつきが小さいことを言う。
【０００２】
【背景技術】
ステアリングシャフトを取り囲む筒状のステアリングチューブ（コラムと称されることも多い)を、インナーチューブとアウターチューブを嵌め合わせることで構成し、両チューブがさらに深く嵌り合うことによってステアリングシャフトに加わるエネルギーを吸収するエネルギー吸収式ステアリング装置が知られている。あるいは、インナーシャフトとアウターシャフトを嵌め合わせてステアリングシャフトを構成し、両シャフトがさらに深く嵌り合うことによってステアリングシャフトに加わるエネルギーを吸収するエネルギー吸収式ステアリング装置が知られている。さらには、ステアリングチューブを軸方向に変位可能に車体に取り付け、そのステアリングチューブが車体に対して変位することによって、ステァリングシャフトに加わるエネルギーを吸収するエネルギー吸収式ステアリング装置が知られている。
いずれのエネルギー吸収式ステアリング装置も、外側に位置する筒部材に対して、その内孔に嵌め込まれている軸部材が軸方向に移動することによって、ステアリングシャフトに加わるエネルギーを吸収する。
インナーチューブとアウターチューブでステアリングチューブが構成されている場合には、アウターチューブが外側筒部材にあたり、インナーチューブが内側軸部材に相当する。インナーシャフトとアウターシャフトでステアリングシャフトが構成されている場合には、アウターシャフトが外側筒部材にあたり、インナーシャフトが内側軸部材に相当する。ステアリングチューブが車体に変位可能に取り付けられる構造では、車体に固定されるブラケットに外側筒部材が取り付けられ、ステアリングチューブが内側軸部材に相当する。
この種のエネルギー吸収式ステアリング装置の場合、製品毎のエネルギー吸収性能にばらつきが少ない製品群を製造することが求められている。
この必要に応える技術が特開昭５６−８７５５号公報や実開昭５６−６６６９号公報に記載されている。これら公報に記載の技術では、アウターシャフトとインナーシャフトの間にピアノ線等の細材を介在させて両者を圧入する。これによって、製品毎のエネルギー吸収性能のばらつきが小さく押さえられる。
ステアリングシャフトの場合、必要なエネルギー吸収性能を得るために、アウターシャフトとインナーシャフトの軸方向の剛性が硬過ぎてはいけない反面、両シャフトが相対回転することがないように、回転方向には十分に硬くなければいけない。この両者を満足させるために、前記した従来の技術では、インナーシャフトの断面を小判形とし、これをほぼ同じ形状の内形断面を持つアウターシャフトに圧入し、十分なトルクが伝達されるようにする一方、両者間に一本のピアノ線を介在させることで、軸方向の剛性が製品毎にばらつかないようにしている。
前記した従来技術の場合、シャフトの断面形状を小判形とすることで必要なトルク伝達が行われるようにしているために、インナーシャフトとアウターシャフトは少なくとも断面内の一点において接触する。この結果、製品毎の、インナーシャフト外面とアウターシャフト内面の仕上がり具合の相違や部品の寸法公差がそのままエネルギー吸収性能のばらつきとなり、エネルギー吸収性能を安定化させるのに間題を残している。
インナーチューブとアウターチューブでステアリングチューブが構成されている場合にも同種の間題があり、インナーチューブ外面とアウターチューブ内面の仕上がり具合の相違や部品の寸法公差がそのままエネルギー吸収性能のばらつきとなり、エネルギー吸収性能を安定化させるのに間題を残している。
ステアリングチューブを車体に変位可能に取り付ける構造の場合、車体に固定されているブラケットの外側筒部材とステアリングチューブを直接接触させると、エネルギー吸収性能のばらつきが大きくなる。そこで、特開平８−２０３４８号公報に記載されているように、ステアリングチューブと外側筒部材の間に剛性樹脂性の筒状のスペーサを介在させることによって、エネルギー吸収性能を安定化させる。そのために専用のスペーサを用いる。
本発明は、従来の技術に比してより鈍感な技術、即ち、部品の寸法公差や仕上がり具合のばらつきが製品のエネルギー吸収性能に影響しにくい技術を実現することを一つの課題とする。また、その構造を安価に実現することを他の一つの課題とする。
【０００３】
【発明の開示】
本発明のエネルギー吸収式ステアリング装置は、外側筒部材に内側軸部材が圧入されており、内側軸部材は断面円形で平坦な外形を有し、外側筒部材はそれより大径の断面円形で平坦な内形を有し、その断面円形で平坦な外形と内形の間に、複数本の線材が、内側軸部材と外側筒部材が重なり合う範囲の軸方向全長にわたって両部材の軸方向に直線的に伸びて折り返されない状態で介在し、両部材が直接接触していないことを特徴とする。
ここで、外側筒部材に内側軸部材が圧入されているとは、内側軸部材に外側筒部材が圧入されていることと同意であり、区別は無い。
このステアリング装置の場合、内側軸部材と外側筒部材の間に複数本の線材が介在していることによって、内側軸部材や外側筒部材の製品ごとの寸法公差や仕上がり具合のばらつきがエネルギー吸収性能に影響しにくく、ロバストな技術が実現されている。
本発明者が幾多の実験によって確認したところ、複数本の線材を介在させると、相対回転しやすい断面円形で平坦な内側軸部材と断面円形で平坦な外側筒部材を用い、軸方向に硬すぎず柔らかすぎず適度なエネルギー吸収性能が得られる剛性で圧入しておくことによって、回転方向には十分に硬く圧入できることを確認した。これは一本の線材を介在させる技術では実現できないものであり、仮に断面円形で平坦な内側軸部材と外側筒部材間に一本の線材を介在させて圧入し、軸方向に適度な剛性が得られるように組付けると、回転方向に柔となりすぎ、満足なトルク伝達特性を実現できない。このために、従来技術では、特開昭５６−８７５５号公報や実開昭５６−６６６９号公報に記載されているように、筒や軸の断面を小判形にしていた。
本発明のエネルギー吸収式ステアリング装置は、製品毎のエネルギー吸収性能が安定しており、回転方向には強固に組付けられておりながら、軸方向には適度に柔らかく圧入されており、しかも断面円形の部材と細材を用いて安価に製造することができる。
この発明がステアリングシャフトに適用される場合、インナーシャフトとアウターシャフトは必ずトルク伝達可能にくみつけられ、空転することがない。ステアリングコラムに適用される場合、一旦組み付けられたインナーチユーブとアウターチューブが不用意に相対回転してしまって、その後の組付け作業に障害となることがない。車体に固定されるブラケットに固定される外側筒部材とステアリングチューブ間に適用される場合にも、一旦組み付けられたステアリングチューブと外側筒部材が不用意に相対回転してしまって、その後の組付け作業に障害となることがない。
このエネルギー吸収式ステアリング装置の場合、線材の軸方向の長さが、内側軸部材と外側筒部材がさらに深く嵌り合ってエネルギーを吸収する間、内側軸部材と外側筒部材間にクリアランスを保持する長さ以上に設定されていることが好ましい。
この設定が満たされていると、内側軸部材と外側筒部材が軸方向に相対的に変位してエネルギーを吸収している間のエネルギー吸収性能が持続的に安定する。
また、内側軸部材と線材、又は、外側筒部材と線材が、ビヅカース硬度で２００以上の硬度差を持つことが好ましい。ここで、線材の方が硬くて軸部材や筒部材の方が柔らかくても、あるいは、軸部材や筒部材の方が硬くて線材の方が柔らかくてもよい。
この要件が満たされていると、圧入の際に軸部材と筒部材又は線材のいずれかが塑性変形し、部品の製造公差にかかわらず安定したエネルギー吸収性能を確実に得ることができる。
また、複数本の線材の周方向の配置位置が、内側軸部材に外側筒部材を組み付けるのに要する圧入荷重の値によって調整されていることが好ましい。
例えば４本の線材を用いる場合、その４本の線材を等間隔(即ち、内側軸部材の中心から見た線材の配置角が全部９０度となる)に配置すると、他の条件が同じならば、内側軸部材に外側筒部材が軸方向の剛性が高い状態に組み付けられる。一方、線材の２本同士を離して配置すると、即ち、内側軸部材の中心から見た線材の配置角が例えば６０度、１２０度、６０度、１２０度で配置されると、内側軸部材に外側筒部材が軸方向の剛性が低い状態に組み付けられる。
即ち、複数本の線材の周方向の配置位置を調整することで、部品を共通にしながら、エネルギー吸収性能が異なるステアリング装置を作り分けることができる。このために、複数本の線材の周方向の配置位置が、内側軸部材に外側筒部材を組み付けるのに要する圧入荷重の値によって調整されているエネルギー吸収式ステアリング装置が製造されるのである。
さらに、線材が前記内側軸部材の組付け側の端面又は外側筒部材の組付け側の端面に係止されて軸方向の移動が禁止されていることが好ましい。
この要件が満たされていると、細材が内側軸部材と外側筒部材間に介在した状態で確実に圧入されるのみならず、組付け後にエネルギーが作用して内側軸部材と外側筒部材がさらに深く嵌り合う間、細材が一方の部材に対して軸方向に位置決めされ、エネルギー吸収期間を通してほぼ一様なエネルギー吸収性能を確保することができる。
又、線材の内側軸部材又は外側筒部材の端面への係止部に、引込み防止手段が形成されていることが好ましい。この引込み防止手段は、例えば細材にループ個所を設けるなどして係止部自体が内側軸部材と外側筒部材間の間隙に引込まれることを防止する任意の手段をいう。
この引込み防止手段が設けられていると、係止部が間隙内に引き込まれることが防止され、エネルギー吸収性能が極めてよく安定する。
本発明は、また、新たなエネルギー吸収式ステアリング装置の組付方法を実現する。この組付方法は、内側軸部材に外側筒部材を圧入してエネルギー吸収式ステアリング装置を組付ける方法であり、内側軸部材の断面円形で平坦な外形又は外側筒部材の断面円形で平坦な内形に添って複数本の線材を軸方向に添わせる工程と、内側軸部材と外側筒部材が重なり合う範囲の軸方向全長に亘って、その線材によって内側軸部材と外側筒部材間にクリアランスが確保されて両部材が直接接触しない状態で内側軸部材に外側筒部材を圧入する工程とを有することを特徴とする。
この方法によって、エネルギー吸収性能の安定したステアリング装置を簡単に組付けることができる。
上記した組付方法では、圧入工程中に内側軸部材と外側筒部材と線材の内の少なくとも一つを弾性限界を超えて変形させることが好ましい。
部品の一つが弾性限界を超えて変形すると、即ち、塑性変形するまで変形させると、部品の寸法公差の影響が減少し、エネルギー吸収性能が極めてよく安定化する。
上記の方法において、圧入工程中に圧入に要する荷重を測定し、測定された圧入荷重が所定値に達したときに線材を切断するようにすることが好ましい。
この組付方法によると、エネルギー吸収性能が所定のものに調整されたステアリング装置が安定的に組付けられる。
あるいは、上記の組付方法において、複数本の線材を外側筒部材の内形に添って軸方向に所定の長さにわたって添わせておき、各線材がそれ以上には軸方向に引き込まれることを禁止した状態で内側軸部材を外側筒部材に圧入することが好ましい。
この方法によると、内側軸部材を外側筒部材間に介在する線材の長さを確実に調整することができ、安定したエネルギー吸収性能を発揮するステアリング装置が簡単に組付けられる。
本発明は、さらに、新たなステアリング装置の組付装置を実現する。この組付装置は、内側軸部材に外側筒部材を圧入する装置と、内側軸部材の外形と外側筒部材の内形との間の間隙に複数本の細材を供給する細材供給装置とを有する。ここで細材供給装置は圧入装置に隣接して配置されている。
この組付装置によると、エネルギー吸収性能が安定したステアリング装置を簡単に効率的に組付けることができる。
この装置において、細材供給位置が内側軸部材と外側筒部材の周方向に調整可能となっていることが好ましい。この装置によると、軸方向の剛性が高低様々なエネルギー吸収式ステアリング装置を作り分けることができる。
【０００４】
【発明を実施するための最良の形態】
次に本発明の実施の形態のいくつかを図面を参照しながら説明する。図１と図２は組付け後のインナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵと線材（以下では細材という）Ｗの配置関係を模式的に示しており、インナーチューブＩＮは断面円形の外形を備え、アウターチューブＯＵは断面円形の内形を備えている。アウターチューブＯＵの内径はインナーチューブＩＮの外径よりも大きく、両者が同軸に嵌め合わされたときに両者間には周状の間隙Ｇが形成される。両チューブＩＮとＯＵ間の間隙Ｇには複数本の細材Ｗが組付けられている。組付ける以前の細材Ｗの外径は前記した間隙Ｇの巾よりも大きく、複数本の細材Ｗは前記間隙Ｇ内に押込まれている。複数本の細材Ｗは、アウターチューブＯＵとインナーチューブＩＮを同軸に保つ位置に配置されている。細材の本数は３本以上が好ましいが、曲げた細材を利用すると、２本の細材でアウターチューブＯＵとインナーチューブＩＮを同軸に維持することができる。
細材Ｗは両チューブＩＮとＯＵよりも柔らかいものであり、この結果、組付け前には断面円形であったものが（図３の（Ａ）参照）、組付けによって塑性変形している（図３の（Ｂ）参照）。これが図３の（Ｃ）のＷＳに示されている。
この逆に細材Ｗは両チューブＩＮとＯＵよりも硬くてもよく、この場合には組付けによってチューブ側が塑性変形している。図３（Ｃ）のＷＨはこれを示し、両チューブＩＮとＯＵの向かい合う壁の細材に接する部分は押込まれ、その両サイドで壁が盛り上がっている。
両チューブＩＮとＯＵと細材Ｗの全部が同じ硬度であってもよく、この場合には全部の部品が塑性変形して組付けられる。
図４は部品に加えられる荷重と変形の関係を示し、弾性限界以上に変形する場合には、変形量によらず荷重が一定化する性質を有する。この発明では両チューブＩＮ、ＯＵ又は細材Ｗのうちの少なくとも一つの部品を弾性限界以上に変形させて組付けることで組付け荷重をほぼ一定化する。図４中、領域Ｄは弾性範囲を示し、その範囲内で変形させて組付けると部品の寸法公差が組付け荷重のばらつきにそのまま現れる。本発明では、領域にＥに示す塑性変形領域まで変形することで部品の寸法公差が組付け荷重のばらつきに直接現れないようにする。
図５は組付装置の第１実施例を示す。ベース５０Ａに第１コラム５０Ｂが固定され、その第1コラム５０Ｂの上端にアウターチューブＯＵを垂直な姿勢で位置決めする冶具５０Ｃが固定されている。冶具５０Ｃの上方にはシリンダ５５Ｃが固定されている。シリンダ５５Ｃは図示されていない部材で第１コラム５０Ｂに固定されている。シリンダ５５Ｃのピストン５５Ｂの下端にはインナーチューブＩＮを垂直な姿勢に位置決めする冶具５５Ａが固定されている。アウターチューブＯＵが冶具５０Ｃで位置決めされ、インナーチューブＩＮが冶具５５Ａで位置決めされたとき、両チューブＩＮ、ＯＵは同軸に位置決めされる。シリンダ５５Ｃで冶具５５Ａが下降したとき、アウターチューブＯＵにインナーチューブＩＮが圧入される。このとき、インナーチューブＩＮにアウターチューブＯＵが圧入されると言うこともでき、本明細書では両表現に差を設けていない。
第1コラム５０Ｂの周囲に、この場合、４台の細材供給装置６０が配置されている。全部の細材供給装置６０が同じ構造を持っているので、以下ではそのうちの１台についてのみ説明する。
細材供給装置６０はベース５０Ａに固定された第２コラム５０Ｄを有し、第２コラム５０Ｄにはアーム５１Ａとアーム５１Ｂが図示されていないシリンダで上下動可能に組付けられている。アーム５１Ａの側方には細材Ｗのドラム５１Ｄが回転自在に設けられている。図には３本の細材Ｗ１、Ｗ３、Ｗ４が示され、Ｗ２は図示省略されている。以下全部の細材について共通の事象を説明するときには添数字を省略する。
アーム５１Ｂの先端には、ピン５３の回りに揺動可能に、手首部５１Ｃが組付けられている。手首部５１Ｃには一対の細材供給ローラ５２が回転可能に組付けられている。この一対のローラ５２は図示されていないモータで回転される。又、手首部５１Ｃの先端には細材Ｗを切断するカッタ５４が取付けられている。
この組付け装置は、インナーチューブＩＮにアウターチューブＯＵを圧入する装置と、インナーチューブＩＮの外形とアウターチューブＯＵの内形との間の間隙に複数本の細材Ｗを供給する細材供給装置とを有しており、細材供給装置は圧入装置に隣接して配置されている。
この組付装置の作動を説明する。まず最初に冶具５０ＣにアウターチューブＯＵがセットされる。次に、細材供給ローラ５２を所定回転数だけ回転して細材Ｗを所定距離送り出す。送り出された細材はアウターチューブＯＵの内面に沿って軸方向に所定の距離伸びている。このとき、４本の細材Ｗが周方向に等間隔で配置される。この状態で細材供給ローラ５２の回転が禁止される。次に、冶具５５ＡにインナーチューブＩＮがセットされる。その後に、シリンダ５５Ｃが作動して冶具５５Ａを押し下げる。このことによって、内面に沿って４本の細材Ｗが軸方向に所定の距離伸びているアウターチューブＯＵの内形内に、インナーチューブＩＮが圧入される。このとき、インナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵが直接接触することはない。圧入中は細材供給ローラ５２の回転が禁止され、細材Ｗがそれ以上に引き込まれることを禁止する。
圧入終了後にアーム５１Ａと５１Ｂが下降し、アウターチューブＯＵの端面から飛び出した細材Ｗを下方に折り曲げる。このとき、手首部５１Ｃはピン５３を中心にして揺動する。折り曲げられた細材Ｗは、アウターチューブＯＵの端面から所定距離伸びたところでカッタ５４で切断される。その後に、アウターチューブの外側に伸びる細材Ｗは、工具を用いた作業によってアウターチューブＯＵに沿うまで曲げられる。この状態が図６に示される。
このようにして組み付けられたステアリングチューブは、アウターチューブＯＵの内形に添って軸方向に４本の細材Ｗを所定の長さにわたって添わせておき、その細材Ｗがそれ以上に軸方向に引き込まれることを禁止した状態でインナーチューブＩＮにアウターチユーブＯＵを圧入することから、インナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵ間に介在する細材Ｗの長さが所定値に調整されており、エネルギー吸収性能が安定している。インナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵは軸方向に直線的に伸びる４本の細材Ｗによって分離されており(即ち、細材Ｗが介在しない部位において、インナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵ間にはクリアランスＧが保持される)、インナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵが直接接触することはない。このこともまた、エネルギー吸収性能を安定化させている。組付け後の細材Ｗは折り曲げられてアウターチューブＯＵの端面に係止されており、両チューブＩＮとＯＵ間に両者を押し縮めるエネルギーが作用してインナーチューブＩＮがアウターチューブＯＵに深く嵌り合う間、細材ＷはアウターチューブＯＵの端部に位置決めされており、常時安定してインナーチューブＩＮを案内する。細材Ｗが前記アウターチューブＯＵの端面に係止されて軸方向の移動が禁止されているので、エネルギー吸収期間を通してエネルギー吸収性能が持続的に安定する。さらに、細材Ｗの長さは十分に長く、アウターチューブＯＵにインナーチューブＩＮが深く嵌り合うときにも両チューブＩＮ、ＯＵの同軸度を確保するとともに屈曲して両チューブが接触し合うことを防止する長さが確保されており、エネルギー吸収作動中にインナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵが直接接触することを禁止している。細材Ｗの軸方向の長さが、インナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵがさらに深く嵌り合ってエネルギーを吸収する間、インナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵが直接接触することを禁止する長さ以上に設定されていることによって、エネルギー吸収期間を通してエネルギー吸収性能が持続的に安定している。なお、細材は３本以上あれば両チューブを同軸に維持することができ、３本以上の任意の本数でよい。また、曲がった細材を利用することで、２本の細材によって両チューブを同軸に、しかも、細材介在部位以外では両チューブ間にクリアランスが保持された状態で、両チューブを組付けることができる。
上記実施例では、細材Ｗにチューブよりも硬い鋼線を用いている。この鋼線は加工されると硬化する性質を有している。そしてこの実施例では、鋼線に接するチューブの壁が弾性限界を超えて変形し、チューブ素材が塑性変形する領域で圧入している。このため、チューブＩＮ、ＯＵの製造サイズにばらつきがあってもそのことが組付け荷重に直接には影響しない関係を得ている。
これらのことによって、本実施例のステアリングチューブやその組付方法によると、エネルギー吸収性能が安定し、又、この組付装置によると、エネルギー吸収性能が安定したステアリングチューブを効率的に組付けることができる。
上記では、本発明をアウターチューブとインナーチューブ間に施した例を説明した。同じことを、アウターシャフトとインナーシャフト間に施すことができる。この場合、インナーシャフトは中実のシャフトであってもよいし、筒状のシャフトであってもよい。あるいは、本発明を車体に固定されたブラケヅトの外側筒部材とステアリングチューブの間に施すこともできる。
図８は組付装置の第２実施例を示している。装置本体は図５のそれと大略同一のため、同様の部材には同じ参照符号を用いることで説明を省略する。
この組付け装置の場合、手首部５１Ｃに隣接する部位に、図１０に示す折り曲げ装置を有している。図中５８は細材の先端をつかむ一対の把持爪で、５７はその後方位置をつかむ一対の把持爪である。先端をつかむ把持爪５８は図（Ｂ）に示すように上下反転する。この結果、細材Ｗの先端は折り曲げられる。細材Ｗは加工されると硬化する性質を有し、折り曲げられた部位は硬化する。
図８の装置は、下記のように作動する。まず最初に冶具５０ＣにアウターチューブＯＵがセットされる。次に、細材供給ローラ５２が所定回転数だけ回転して細材Ｗを所定距離送り出す。送り出された細材はインナーチューブＩＮの下降経路に臨み、インナーチューブＩＮが下降すると、細材先端の折り曲げ部Ｗ１Ａ、Ｗ２Ａ・・がインナーチューブＩＮの先端端面に係止する位置関係に置かれる。インナーチューブＩＮは中空の筒状になっている。先と同様に４本の細材Ｗが周方向に等間隔で配置される。この状態で細材供給ローラ５２の回転が許容されるように、モータがフリーとされる。次に冶具５５ＢにインナーチューブＩＮがセットされる。その後にシリンダ５５Ｃが作動して冶具５５Ｂを押し下げる。冶具５５Ｂが押し下げられると、下降するインナーチューブＩＮの下端面に４本の細材Ｗの先端が係止される。さらにインナーチューブＩＮが下降することで、細材Ｗはドラム５１Ｄから引き出される。さらに下降することで、間に４本の細材Ｗが介在した状態でアウターチューブＯＵにインナーチューブＩＮが圧入される。インナーチューブＩＮがアウターチューブＯＵに深く挿入されるにしたがって細材Ｗはドラム５１Ｄから引き出される。所定の深さにまで圧入されたとき、シリンダ５５Ｃは停止する。ついでカッタ５４Ａによって細材Ｗは切断される。このとき、細材ＷはアウターチューブＯＵの端面近傍で切断される。
この装置で組み付けられるステアリングチューブは、インナーチューブＩＮがアウターチューブＯＵに挿入される全長にわたって細材Ｗが伸びている。このため、両チューブＩＮとＯＵは確実に直接接触が禁止される。又、インナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵの長さは両チューブが屈曲しない長さに設定されており、したがってエネルギー吸収時に両チューブが屈曲してチューブ同士が接触することを防止できる。
インナーチューブＩＮがアウターチューブＯＵにさらに深く挿入されるとき、細材ＷはインナーチューブＩＮの先端に係止されているので、インナーチューブＩＮとともに軸方向に変位し、インナーチューブＩＮの先端がアウターチューブＯＵの内面に直接接触することを防止する。細材ＷがインナーチューブＩＮの端面に係止されて軸方向の移動が禁止されることによって、この装置で組み付けられるステアリングチューブはエネルギー吸収性能が極めてよく安定化している。
さらに発明者らが幾多の実験をした結果、細材Ｗの素材をチューブの素材に比してビッカース硬度で２００以上硬い素材を用いたときに、エネルギー吸収性能が極めて安定化することを見出した。図１１はそれを説明している。
図１１において、縦軸はインナーチューブＩＮをアウターチューブＯＵに一定のスピードで圧入するのに必要な荷重を示し、横軸は圧入深さを示している。まっすぐ伸びる太い実線はビッカース硬度が２００硬い細材を用いた場合の実験結果を示し、折れ曲がった細線は硬度が１００硬い細材を用いた場合の結果を示している。ビッカース硬度が２００高いと圧入荷重はきれいに圧入深さに比例する。硬度差が不充分であると、上記の規則性が乱される。実験によって硬度差が２００以上あると、圧入深さを制御することで圧入荷重を正確に制御できることが確認された。
又実験によって、チューブ素材よりもビッカース硬度が２００以上柔らかい細材を用いても、圧入深さと圧入荷重間にきれいな規則性が得られることが確認された。インナーチューブＩＮと細材ＷまたはアウターチューブＯＵと細材Ｗがビッカース硬度で２００以上の硬度差を持っていると、エネルギー吸収特性が極めてよく安定化する。
さらに発明者らが幾多の実験をした結果、細材Ｗの配置位置が、両チューブの軸方向の剛性に大きく影響することを確認した。図２２はそれを説明している。
（Ｂ）はチューブセンターから見た細材の配置角が１５度、１６５度、１５度、１６５度の場合を示す。明らかに細材が２本一組となって、チューブの直径方向に大きく隔てられている。この場合、両チューブを圧入するときに、両チューブが楕円形状に変化しやすいことから、圧入後の軸方向の剛性が比較的に低い。図（Ｆ）の縦軸は、両チューブを組付けるのに必要な圧入力であり、組付け後の両チューブを相対的に変位させるのに必要な軸方向の荷重を示している。横軸は、近接する２つの細材の配置角を示す。前記した１５度の配置角では軸方向荷重が弱い。
（Ｅ）はチューブセンターから見た細材の配置角が全部９０度の場合を示す。この場合、４本の細材が周方向に等間隔に配置される。この場合、両チューブを圧入するときに、両チューブの周方向の長さが変わらなければならないことから軸方向の剛性が比較的に高い。図（Ｆ）にしめすように、組付け後の両チューブを相対的に変位させるのに必要な軸方向の荷重は極めて大きい。
（Ｂ）から（Ｄ）は、その中間を示し、等間隔に近いほど軸方向荷重が大きく、間隔の不ぞろいが大きくなるほど軸方向荷重が小さいことを示す。
この関係を使って、エネルギー吸収特性を変えることが可能であり、部品を使い分ける必要がない。細材を等間隔に配置することで軸方向荷重が大きなエネルギー吸収式ステアリングチューブが実現され、細材を不ぞろいに配置することで軸方向荷重が小さなエネルギー吸収式ステアリングチューブが実現される。
図２３（Ａ）から（Ｃ）は、３本の細材の様々な配置位置を示し、（Ｄ）から（Ｆ）は４本の細材の様々な配置位置を示している。これらの配置位置から選択することで、軸方向の剛性を調整することができる。高い剛性を必要とする場合には（Ａ）と（Ｄ）を採用し、低い剛性を必要とする場合には、（Ｃ）と（Ｆ）を採用する。
上記では、本発明をアウターチューブとインナーチューブ間に施した例を説明した。同じことを、アウターシャフトとインナーシャフト間に施すことができる。この場合、インナーシャフトは中実のシャフトであってもよいし、筒状のシャフトであってもよい。あるいは、本発明を車体に固定されたブラケットの外側筒部材とステアリングチューブの間に施すこともできる。
図１２は組付装置の第３実施例を示している。この実施例は図８の組付装置によく似ており、以下異なる部分だけを説明する。この組付装置では冶具５５Ｂ中にロードセル５５Ｄが組み込まれて圧入に要する荷重が測定可能になっている。この組付け装置では、圧入荷重を測定しながら組付作業を実施する。そして圧入荷重が所定の値に達したときに細材Ｗを切断する。
図１３はこの関係を模式的に示している。図中Ａはある製品Ａの圧入深さと圧入荷重を示し、図中Ｂは同じ仕様の別製品の関係を示している。前記してきたように、この発明を利用することで、部品の寸法公差等の影響が受けにくく、圧入荷重は安定化する。したがって特性Ａも特性Ｂも従来技術に比するとよく一致しており、図１３は図示の明瞭化のために、両特性を大きく離して図示しているに過ぎない。それでも部品の寸法公差等の影響がまったくなくはなく、細かく測定すると圧入荷重は製品毎に相違する。図１２の装置は、所定速度で圧入を続けながらその圧入作業に要する荷重をロードセル５５Ｄで測定し、測定された圧入荷重が所定圧入荷重に達したらそこで細材Ｗを切断する。すると、インナーチューブＩＮをそれ以上に深く圧入する間の圧入荷重は所定圧入荷重に維持され、結局すべての製品の圧入荷重が所定値に調整される。このようにして、本組付装置を用い、圧入に要する荷重を測定しながら圧入し、測定された圧入荷重が所定圧入荷重に達したときに細材Ｗを切断するようにすると、製品毎のエネルギー吸収性能にばらつきの小さなステアリングチューブ群を高能率で組付けることができる。
以上に説明した組付け装置によると、インナーチューブＩＮの外形（図８、１２参照）又はアウターチューブの内形（図５参照）に添って複数本の細材Ｗを軸方向に添わせる工程と、その複数本の細材ＷによってインナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵが直接接触することを禁止した状態でインナーチューブＩＮにアウターチューブＯＵを圧入する工程が実施され、エネルギー吸収性能が安定したステアリングチューブ群が組み付けられる。
上記ではドラムに巻かれた細材を利用する例を説明した。この発明では、これに代えてあらかじめ成形された細材をインナーチューブＩＮとアウターチューブＯＵ間に介在させてもよい。図１４以降はさまざまな細材の例を示している。
図１４は２本の細材Ｗ１とＷ２が渡り線ＷＴで１本の素材から成形されている場合を示す。この場合は２組用いられ、第２組みが第３と第４の細材Ｗ３、Ｗ４となる。各渡り線ＷＴがインナーチューブＩＮの挿入側端面にセットされた後に、両チューブが圧入される。
細材Ｗの断面形状は最も安価な断面円形でよいが、軸方向に柔らかく組付けて回転方向に硬く組付ける必要がある場合、図１５に例示するさまざまな断面形状のものを用いることができる。細材は中実である必要が無く、中心に孔が通っているものであってもよい。
図１６（Ａ）はアウターチューブＯＵの端面に係止させる細材の例を示し、細材Ｗ１とＷ２はアウターチューブＯＵの内面に沿って軸方向に伸びている。細材Ｗは渡り線ＷｆとＷｃでつながれている。折れ線部ＷａとＷｄでアウターチューブＯＵの端部に係止され、軸方向に移動することが禁止されている。図１６(Ｂ)は４本の細材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４が一本の素材で成形されている例を示している。
図１７の（Ａ）は２本の細材Ｗ１とＷ２の直径が変えられている例を示す。この細材は図１７（Ｂ）に示すように、２組で用いられ、断面円形の内形を持つアウターチューブＯＵに断面楕円形の外形を持つインナーチューブＩＮを圧入する際に好適に用いられる。逆に、断面楕円形の内形を持つアウターチューブＯＵに断面円形の外形を持つインナーチューブＩＮを圧入する際にも用いられる。
図１７の（Ｃ）は２本の細材の一方と他方とで断面形状が変わっている例を示し、この場合にも図１７（Ｄ）に示すように、円形断面と楕円形断面のチューブを組付けるのに用いられる。
図１８の（Ａ）は、一対の細材Ｗ１とＷ２の断面が異なるばかりでなく、長さとともに断面形状が変化する例を示している。図１８の（Ｃ）は長さとともに断面形状が徐々に変化する例を示している。これらの細材はエネルギー吸収工程の過程でその吸収特性を変化させるときに好適に用いられる。
細材を多数用いる場合、図１８の（Ｄ）に示すように、一本づつチューブ端面に係止させてもよいが、（Ｅ）に示すようにあらかじめ複数の細材を組付けておいて一度にチューブ端面に組付けるようにしてもよい。
本発明者らが実験したところ、チューブ端面に細材を係止しておく係止部がチユーブ間の間隙に引き込まれる現象が起こることを見出した。この現象が生じると圧入荷重が急激に増加して意図したエネルギー吸収性能が得られない。
図１９以降は、係止部に引き込み防止手段を設けた例を示している。（Ａ）は引っかけ部Ａ１を設けている。（Ｂ）は緩み部Ｂ１を設けている。（Ｃ）（Ｄ）では渡り線Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１を設けて引き込みを防止している。（Ｅ）ではループＥ１を設けている。（Ｆ）では結び目Ｆ１を設けている。なお、図（Ｄ）に示すように細材の長さを変えてもよい。すると、長い細材Ｌ１が位置する方向には両チューブが圧入部で屈曲しにくく、短い細材Ｌ２が位置する方向には両チューブが圧入部で屈曲しやすいという異方性を付与することができる。あるいは図（Ｃ）に示すように、細材間の間隔を変えてもよい。この場合、細材が密に配置されている方向には両チューブが圧入部で屈曲しにくく、細材が疎に配置されている方向には両チューブが圧入部で屈曲しやすいという異方性を付与することができる。
図２０はさらに別の引き込み防止手段を例示している。図(Ａ)では突出部Ａ１が設けられ、（Ｂ）ではループＢ１が設けられ、（Ｃ）では渡り線ＣＴに螺旋形状Ｃ１が設けられ、（Ｄ）では別部材Ｄ１、Ｄ２,Ｄ３が嵌められ、（Ｅ）ではループＥ１が設けられ、（Ｆ）ではループＦ１が設けられ、（Ｇ）ではループＧ１が溶接されている。
図２１ではアウターチューブの端面を加工することで引き込み防止手段を形成している。（Ａ）（Ｂ）に図示されているように、チューブ端面に細材が嵌り合う溝が形成されおり、引き込みが防止されている。さらに、溝の底部が図（Ｃ）に示すように内が低くなっており、アウターチューブ外側の角部が鋭角となっている。このこともまた引き込み防止に寄与している。このように、アウターチユーブの端面と側面の角部(あるいはインナーチューブが筒状の場合にはインナーチユーブの端面と側面の角部)が鋭角にされていると、それだけで引き込み防止効果が得られ、図21(D)に示すように、アウターチューブ外側(あるいはインナーチューブ内側)の亘り線はなくてもよい。図21(D)はアウターチューブの内側の角部が鋭角にされて細材の引き込みを防止している例を示している。
以上に説明した実施の態様は本発明の実施の態様の一例に過ぎず、本発明は請求の範囲に記載の範囲内で各種態様で実施できる。例えば、一つの好ましい対応は、インナーチューブとアウターチューブの嵌合長の全長にわたって細材が伸びているものであり、このことによって、エネルギー吸収性能は大幅に安定化される。細材の断面が角張っていると、応力集中が起こって塑性変形しやすく、部品公差の影響が効果的に相殺される。同様に、中空の細材を用いても、塑性変形しやすくなり、部品公差が許容されやすくなる。さらに、円周方向で細材の配置密度を変えることで、屈曲に対する剛性を方向によって変化させることもできる。あるいは、軸方向の剛性を調整することがきる。また、円形のアウターチューブ等に溶接ビードがあっても、それを避けて細材を配置することができ、溶接ビードの後処理が容易化される。
また、圧入時に細材ないしチューブのいずれかに潤滑剤を塗布して圧入すると、細材が引きちぎられるといった間題が防止される。
上記では、本発明をアウターチューブとインナーチューブ間に施した例を説明した。同じことを、アウターシャフトとインナーシャフト間に施すことができる。この場合、インナーシャフトは中実のシャフトであってもよいし、筒状のシャフトであってもよい。あるいはまた、本発明をステアリングチューブとそれを車体にとりつけるための筒部材を備えたブラケット間に適用することもできる。
請求の範囲第1項の発明によると、断面円形の安価な内側軸部材と外側筒部材で、軸方向には適度な柔らかさで連結され、回転方向には硬く連結されたステアリング装置を製造できるために、安価にエネルギー吸収式ステアリング装置を製造できる。また、エネルギー吸収式ステアリング装置群のエネルギー吸収性能が安定化している。また、細材の本数、材質、太さ等を変える事で、さまざまなエネルギー吸収性能に調整することができる。
請求の範囲第２項から第７項の改良が施されていると、エネルギー吸収式ステアリング装置群のエネルギー吸収性能が一層安定化する。
請求の範囲第８項の組付方法によると、エネルギー吸収性能が安定化したステアリング装置群が安定的に組付けられる。
さらに請求の範囲第９項から１１項の改良が施されていると、さらにエネルギー吸収式ステアリングシャフト群のエネルギー吸収性能が一層安定化する。
また、請求項１２の組付装置によると、エネルギー吸収性能の安定化したステアリング装置群が高能率で組付けられる。
【０００５】
【図面の簡単な説明】
図１は、実施例のステアリングチューブを概念的に示す。
図２は、図１のII-II線断面を示す。
図３(A),(B),(C)は、組付前の細材と組付後の細材を示す。
図４は、素材の変形と荷重の関係を示す。
図５は、組付装置の第１実施例を示す。
図６は、図５の装置で組み付けられたステアリングチューブの嵌合部の断面を示す。
図７は、図６のVII-VII線断面を示す。
図８は、組付装置の第２実施例を示す。
図９は、図８の装置で組み付けられたステアリングチューブの嵌合部の断面を示す。
図１０は、図８の装置に組み込まれている折り曲げ機構を示す。
図１１は、圧入深さと荷重の関係を示す。
図１２は、組付装置の第３実施例を示す。
図１３は、圧入深さと荷重の関係を示す。
図１４は、細材の一例を示す。
図１５は、細材の断面形状の例を示す。
図１６(A),(B)は、細材の２つの例を示す。
図１７(A),(B),(C),(D)は、細材のさらに他の２例を示す。
図１８(A),(B),(C),(D),(E)は、細材のさらに他の例を示す。
図１９(A),(B),(C),(D),(E),(F)は、細材のさらに他の例を示す。
図２０(A),(B),(C),(D),(E),(F),(G)は、細材のさらに他の例を示す。
図２１(A),(B),(C),(D)は、細材とチューブの端面の関係を示す。
図22(A),(B),(C),(D),(E),(F)は、細材の配置位置と軸方向の剛性の関係を示す。
図23(A),(B),(C),(D),(E),(F)は、細材の配置位置の各種実施例を示す。

Claims (20)

1. 内側軸部材に外側筒部材が圧入されたエネルギー吸収式ステアリング装置であり、内側軸部材は断面円形で平坦な外形を有し、外側筒部材はそれより大径の断面円形で平坦な内形を有し、その断面円形で平坦な外形と内形の間に、複数本の線材が、内側軸部材と外側筒部材が重なり合う範囲の軸方向全長にわたって両部材の軸方向に直線的に伸びて折り返されない状態で介在し、両部材が直接接触していないことを特徴とするエネルギー吸収式ステアリング装置。
2. 前記内側軸部材と線材、又は、前記外側筒部材と線材が、ビッカース硬度で２００以上の硬度差を持つことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置。
3. 前記複数本の線材の周方向の配置位置が、内側軸部材に外側筒部材を組み付けるのに要する圧入荷重の値によって調整されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置。
4. 前記内側軸部材と外側筒部材が、少なくとも線材が介在している軸方向長さに亘って、クリアランスを隔てて組み付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置。
5. 前記線材の軸方向の長さが、内側軸部材と外側筒部材がさらに深く嵌り合ってエネルギーを吸収する間、内側軸部材と外側筒部材間にクリアランスを保持する長さ以上に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置。
6. 前記線材が前記内側軸部材の組付け側の端面又は前記外側筒部材の組付け側の端面に係止されて軸方向の移動が禁止されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置。
7. 前記線材の前記端面への係止部にループ、緩み部又は結び目が形成されており、内側軸部材と外側筒部材がさらに深く嵌り合ってエネルギーを吸収する際に係止部自体が外形と内形の間に引き込まれることが防止されていることを特徴とする請求項６に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置。
8. 内側軸部材に外側筒部材を圧入してエネルギー吸収式ステアリング装置を組付ける方法であり、内側軸部材の断面円形で平坦な外形又は外側筒部材の断面円形で平坦な内形に添って複数本の線材を軸方向に添わせる工程と、内側軸部材と外側筒部材が重なり合う範囲の軸方向全長に亘って、その線材によって内側軸部材と外側筒部材間にクリアランスが確保されて両部材が直接接触しない状態で内側軸部材に外側筒部材を圧入する工程とを有することを特徴とするエネルギー吸収式ステアリング装置の組付方法。
9. 前記圧入工程中に内側軸部材と外側筒部材と線材の内の少なくとも一つを弾性限界を超えて変形させることを特徴とする請求項８に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置の組付方法。
10. 前記圧入工程中に圧入に要する荷重を測定する工程と、測定された圧入荷重が所定値に達したときに線材を切断する工程とをさらに有することを特徴とする請求項８または９に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置の組付方法。
11. 外側筒部材の内形に添って軸方向に複数本の線材を所定の長さにわたって添わせる工程と、その線材がそれ以上に軸方向に引き込まれることを禁止した状態で前記内側軸部材を圧入する工程とを有することを特徴とする請求項第８から１０のいずれか１項に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置の組付方法。
12. 内側軸部材に外側筒部材を圧入する装置と、その圧入装置に隣接して配置されており、内側軸部材の外形と外側筒部材の内形との間の間隙に複数本の細材を供給する細材供給装置とを有し、
    前記圧入装置は、内側軸部材を位置決めする冶具と、その冶具に位置決めされた内側軸部材と同軸となるように外側筒部材を位置決めする冶具と、２つの冶具の一方を他方に向かって移動させて内側軸部材に外側筒部材を圧入するシリンダと、を備え、
    前記細材供給装置は、細材を巻きつけておくドラムと、そのドラムに巻き付けられている細材を内側軸部材の外形と外側筒部材の内形との間の間隙に送り出す細材供給ローラと、を備えているエネルギー吸収式テアリング装置の組付装置。
13. 前記内側軸部材は、インナーチューブ又はインナーシャフトであり、前記外側筒部材は、アウターチューブ又はアウターシャフトであることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置。
14. 前記内側軸部材は、インナーチューブ又はインナーシャフトであり、前記外側筒部材は、アウターチューブ又はアウターシャフトであることを特徴とする請求項８に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置の組付方法。
15. 前記内側軸部材は、インナーチューブ又はインナーシャフトであり、前記外側筒部材は、アウターチューブ又はアウターシャフトであることを特徴とする請求項１２に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置の組付装置。
16. 前記線材が、前記内側軸部材又は外側筒部材のいずれかの一方に対しては軸方向の移動が禁止されており、他方に対しては軸方向の移動が許容されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置。
17. 前記線材が、断面円形であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置。
18. 前記線材が、鋼線であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置。
19. 内側軸部材に外側筒部材を圧入することによってドラムに巻きつけておいた細材が引出されることを特徴とする請求項１２に記載のエネルギー吸収式ステアリング装置の組付装置。
20. 内側軸部材に外側筒部材を圧入してエネルギー吸収式ステアリング装置を組付ける方法であり、内側軸部材の外形又は外側筒部材の内形に添って複数本の細材を軸方向に添わせる工程と、少なくともその細材が介在する長さに亘って、その細材によって内側軸部材と外側筒部材間にクリアランスが確保された状態で内側軸部材に外側筒部材を圧入する工程とを有し、その圧入工程中に内側軸部材と外側筒部材と細材の内の少なくとも一つを弾性限界を超えて変形させることを特徴とするエネルギー吸収式ステアリング装置の組付方法。

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