JP3898943B2 - 衝撃吸収ステアリング装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリング装置に関する。特に、自動車の衝突時の衝撃を緩和する衝撃吸収ステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
一般に、自動車のステアリング装置では、ステアリングホイールからの回転力を、ステアリングコラムのステアリングシャフト、インターミディエイトシャフト(以下、中間軸ともいう。)等を介して、舵取り機構へと伝達し、これにより車輪を操向するようにしている。例えば、舵取り機構は、車両前部に配置され、ステアリングコラムの上部およびステアリングホイールは車室内に配置されている。
【0003】
ところで、車両衝突時には、舵取り機構が車体に対して車両後方に向けて相対移動し、これに伴い、中間軸を介して、ステアリングコラム、ひいてはステアリングホイールがドライバに向けて突き上げられることがある。このようなステアリングホイールの突き上げを防止するために、衝突時に中間軸を変形させて、舵取り装置からの衝撃を吸収するようにしている。
このような中間軸としては、その長さが短くなる収縮タイプと、その形が屈曲状になる屈曲タイプとがある。
【0004】
収縮タイプは、主流であるが、収縮するときのストローク量、すなわち、軸の端部同士の相対移動量を大きく確保することが困難であった。ストローク量が小さいと、衝突時の衝撃を吸収し切れない場合がある。このため、衝突時のストローク量をより一層大きく確保したいという要請がある。
また、屈曲タイプでは、屈曲するときの端部同士の相対移動量がストローク量となり、このストローク量を大きくできる傾向にあるが、課題もある。
【0005】
すなわち、屈曲タイプの中間軸では、その軸方向の途中部を曲げ変形させて、中間軸を屈曲させるようにしている。しかし、例えば、屈曲させるための荷重を低くしようとして、曲げ強度を低くすると、途中部で破断してしまう虞がある。逆に、破断を防止しようとすると、屈曲させるための荷重が高くなる。
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、衝突時に途中部で分離することなく、しかも屈曲させるための荷重を所望に設定できる新しい構造の屈曲タイプの衝撃吸収ステアリング装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項1に記載の発明は、ステアリングホイールの回転を舵取り機構に伝達するための伝達軸を備え、この伝達軸は、同軸上に配置される一対の軸部材と、これら一対の軸部材を揺動可能に接続する分離不能な自在継手と、この自在継手の一対のヨークの周囲を取り囲んでいて一対の軸部材間の揺動を所要の抑止力で抑制する包囲部材とを含み、上記自在継手は、一対の略U字状のヨークを有し、各ヨークには平行する一対の平板部が形成され、各ヨークの一対の平板部は互いに直交され、各ヨークは、互いに直交する方向に延びるとともに十字形状に一体に形成された一対の連結軸を有する十字軸により連結され、上記包囲部材は円筒状をなし、その内面が上記各平板部の両側角部に接触することによりヨーク同士の相対変位が規制されることを通じて、一対の軸部材間の揺動が抑制されることを特徴とする衝撃吸収ステアリング装置を提供する。
【0007】
この発明によれば、衝突時の衝撃力が所要の抑止力を超えると、自在継手が揺動動作できるようになり、伝達軸が屈曲する。その結果、伝達軸の端部同士を接近させて、その相対移動量としてストローク量を得ることができる。
しかも、自在継手が軸部材同士の分離を防止しているので、包囲部材としては、伝達軸を屈曲させるための屈曲荷重のみを考慮すれば良く、従って、屈曲荷重を所望の大きさで容易に調節することができる。
【0008】
また、自在継手は、軸部材同士を揺動させる方向を自在に変えることができるので、衝突時に伝達軸を、屈曲方向を制限することなく所望の屈曲荷重でスムーズに屈曲させることができる。
また、包囲部材は、継手の揺動の抑制を、筒状といった簡素な構造で達成できる。包囲部材は衝突時に破断してもよいし、ヨークの基端側へ外れるものであってもよい。
【0012】
請求項に記載の発明は、請求項に記載の衝撃吸収ステアリング装置において、上記伝達軸は、一端がステアリングホイールに連結されるステアリングシャフトの他端に自在継手を介して連結されるインターミディエイトシャフトからなることを特徴とする衝撃吸収ステアリング装置を提供する。この発明によれば、衝突時にインターミディエイトシャフトを屈曲させて、ステアリングホイールの突き上げを確実に防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。図1は、上述のステアリング装置の概略構成を示す側面図である。
ステアリング装置1は、車輪(図示せず)を操向するためにステアリングホイール2の動きを伝達するステアリングシャフト3と、このステアリングシャフト3を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム4と、ステアリングホイール2の動きに応じて車輪を操向するためのピニオン、ラック軸等を含む舵取り機構7と、舵取り機構7の入力軸8とステアリングシャフト3との間を自在継手10,11を介して一体回転可能に連結する中間軸9とを有している。
【0014】
ステアリングホイール2は、ステアリングシャフト3の一方の端部5に連結される。ステアリングシャフト3の他方の端部6には、中間軸9が連結される。中間軸9の上端部に自在継手11が設けられ、中間軸9の下端部と舵取り機構7との間に自在継手10が設けられる。各自在継手10,11は、フォーク形状をなす一対のヨーク12を十字軸13を介して連結して構成されている。
ステアリングホイール2が回されると、その回転がステアリングシャフト3、中間軸9等の伝達軸を介して、舵取り機構7に伝達され、これにより車輪を操向することができる。
【0015】
ところで、自動車の衝突時には、舵取り機構7側の部材からステアリングホイール2に向けて衝撃が作用することがある。このような衝撃を吸収するために、本実施の形態の中間軸9は、衝突時に所要以上の衝撃荷重を受けたときに、その形状が屈曲形状に変形して、中間軸9の軸線方向(中心軸線C参照)に沿った両端部間の距離が短くなるように構成されている。
本発明では、中間軸9は、同軸上に配置される一対の軸部材21,22と、これら一対の軸部材21,22を揺動可能に接続する分離不能な継手23としての自在継手25と、一対の軸部材21,22間の揺動を所要の抑止力で抑制する揺動抑制手段24としての包囲部材26とを有している。
【0016】
自在継手25は、図2〜図4に示すように、フォーク形状に形成された一対のヨーク40と、一対のヨーク40を連結する十字軸41とを有している。十字軸41は互いに直交する方向に延びる一対の連結軸42を、十字形状に一体に形成している。各連結軸42は衝突前の状態で中心軸線Cと直交して配置され、各連結軸42が対応するヨーク40に回動自在にそれぞれ支持されている。各ヨーク40は、対応する軸部材21,22の対向する端部に固定されている。例えば、各ヨーク40と対応する各軸部材21,22とは一体に形成してもよいし、別体で形成して溶接、圧入等の公知の方法により固定してもよい。自在継手25では、ヨーク40と十字軸41との摺動により揺動を実現し、揺動しつつ一対の軸部材21,22を案内する。
【0017】
衝撃作用前の通常使用時の状態では、包囲部材26が自在継手25の一対のヨーク40同士を包囲していて、自在継手25の揺動を阻止している。また、中間軸9は中心軸線Cに沿った直線状をなし、一対の軸部材21,22は、中間軸9の中心軸線Cと同軸上に且つ、中心軸線Cに沿って並んで配置される。
衝突時に、衝撃力が所要の抑止力を超えてかかると、包囲部材26の変形等により継手23が揺動動作できるようになり、継手23で中間軸9が屈曲する。その結果、中間軸9の端部となる自在継手10,11のヨーク12同士を接近させて、その相対移動量としてストローク量を得ることができる。
【0018】
また、包囲部材26による抑止力は、包囲部材26が変形や破断すると作用しなくなり、その後、自在継手25は自在に揺動することができる。
しかも、継手23が軸部材21、22同士の分離を防止しているので、揺動抑制手段24としては、中間軸9を屈曲を開始させるための屈曲荷重のみを考慮すれば良く、従って、屈曲荷重を所望の大きさで容易に調節することができる。特に、揺動抑制手段24が、継手23と別体とされている場合には、継手23に影響せずに揺動抑制手段24の抑止力を容易に調節できる。
【0019】
また、継手23は、揺動の中心位置を規制するので、衝突時の変形の状態を予測し易く、中間軸9と周囲の他の部材との干渉を防止するための中間軸9のレイアウトの自由度を高めることができる。
また、自在継手25は、軸部材21,22同士を揺動させる方向を自在に変えることができるので、衝突時に中間軸9を、屈曲方向を制限することなく所望の屈曲荷重でスムーズに屈曲させることができる。
【0020】
ここで、継手23としては、自在継手25の他、後述するボールジョイント29や、中間部材31と一対の連結軸とを用いるリンク機構等の、軸部材21,22同士を揺動可能に接続する他の構成の何れかを利用できる。また、継手23は、部材の弾性変形を利用して揺動するものも考えられる。
また、衝撃作用前には継手23の軸方向に両側の軸部材21,22は同軸とされているので、中間軸9が回転を伝達する場合でも、継手23は揺動動作せずに済む。従って、揺動動作に必要な潤滑等のための構成を、継手23で簡素化したり省略したりできるので、常時揺動させつつ動力伝達する場合に比べて、継手23の構造を簡素化したり、小型化できる。また、揺動抑制手段24は、軸部材21,22同士を固定するような簡素な構成ですむ。
【0021】
揺動抑制手段24としては、一対の軸部材21,22の中心軸線の互いの間の揺動を抑制するものであればよい。
また、揺動抑制手段24の抑止力としては、衝撃作用前の通常の運転時に想定される力が作用するときでも、この力に抗しつつ、継手23による揺動を抑制できる程度の大きさがあればよい。従って、揺動抑制手段24としては、例えば、低強度の部材により構成されて、通常の運転時には、破断や変形することなく揺動を抑制するが、衝突時の衝撃を受けると即座に破断や変形することにより揺動の抑制を解除するものでもよい。
【0022】
包囲部材26は、筒状部材27を含み、自在継手25の一対のヨーク40の周囲を取り囲んでいて、ヨーク40同士の相対変位を規制することにより、ヨーク40同士の揺動を抑制することができる。筒状部材27は、金属、合成樹脂等の硬質材料により形成される。
なお、筒状部材27としては、周方向に無端状のものでも、周方向に有端のものでもよい。また、包囲部材26は、軸部材21,22間の回転を伝達をするものである
【0023】
このように包囲部材26は、継手23の揺動の抑制を、筒状の簡素な構造で達成できる。例えば、包囲部材26を衝撃力により変形させたり破断させたり、ヨーク40の基端側へ外れるように軸方向に移動させたりすることにより、包囲部材26によるヨーク40の周囲の包囲を解除でき、自在継手25の揺動を開始させることができる
【0024】
また、包囲部材26は、筒状部材27に代えて、図4にともに図示している参考例としての有端状の細長い帯28を用いてもよい。帯28は、一対のヨーク40の周囲に巻かれて、ヨーク40同士の相対移動を規制する。衝撃作用時、帯28が破断したり変形して、少なくとも一方のヨーク40から外れると、規制が解除される。
このような帯28を利用することにより、より一層構造を簡素化できる。このような帯28としては、安価な市販品、例えば、電線結束用の結束バンドや、配管部材の締結用の締結具を利用することもできる。このような結束バンドや締結具は、例えば、ベルト状部材の一端44の凹凸を、ベルト状部材の他端に設けられた抜け止め用の孔45内に通して係合させることにより、任意の大きさの対象物に対して、所望の緊縛力で容易に締め付けることができる。
【0025】
また、有端の帯28であれば、継手23に後付けすることもできるので、車体への組み付け時に継手23を揺動させて中間軸9を組付け易い姿勢で、車体やステアリング装置1の他の部分に容易に組み付けることもできる。
また、本実施の形態では、中間軸9は、継手23による屈曲動作に加えて、軸方向の相対摺動動作によっても、ストロークを確保できるようにされている。すなわち、中間軸9は、互いに一体回転可能且つ軸方向に相対摺動可能な一対の筒部材47を含む。例えば、一方の筒部材47は軸部材22と一体に形成される。他方の筒部材47は自在継手25の一方のヨーク40と一体に形成される。一対の筒部材47同士は、セレーション嵌合構造等により互いに一体回転可能且つ軸方向に相対摺動可能に嵌合され、衝突時に軸方向に相対摺動して、軸部材22の軸方向の長さを短くする。これにより、屈曲時の径方向への突出量を少なくできるので、屈曲状の中間軸9と周囲の部材との干渉を生じ難くできる。
【0026】
第1の参考例では、図5〜図7に示すように、上述の実施形態の継手23として自在継手25に代えてボールジョイント29を用い、揺動抑制手段24として包囲部材26に代えてスリーブ30を用いている。なお、第1の参考例では、上述の実施の形態と異なる点を中心に説明し、同様の部分については同じ符号を付して説明を省略する。後述する他の参考例でも同様とする。
ボールジョイント29は、一方の軸部材22に固定された球状のボールピン48と、このボールピン48を受ける凹部状の球面座を含むボールブッシュ49とを有している。ボールブッシュ49は、ボールピン48を球面座に分離不能に係止し、他方の軸部材21に固定される。揺動できる状態で、ボールブッシュ49は、ボールピン48をその球の中心を通る軸線の周りに摺動自在に案内しつつ支持し、一方の軸部材22の延びる方向を自在に異ならせることができる。
【0027】
スリーブ30は、筒状に形成され、内部にボールジョイント29を収容するとともに、一対の軸部材21,22間を一体回転可能に接続する。すなわち、スリーブ30の両端部の内周および,対応する一対の軸部材21,22の対応する端部の外周には、セレーション嵌合構造等が設けられている。また、スリーブ30は一方の軸部材と、軸方向に相対摺動可能に連結されていてもよい。スリーブ30は、軸部材21,22同士の回転を伝達する点と、ボールジョイント29を収容する点とで、包囲部材26と異なるが、他の点では同様に構成されている。
【0028】
スリーブ30は、一対の軸部材21,22同士を位置規制することにより、ボールジョイント29の揺動を抑制する。衝撃が作用すると、スリーブ30は、曲げ変形を生じたり、折れて破断したりして、上述の位置規制を解除する。これにより、ボールジョイント29は揺動自在となる。
このように、ボールジョイント29により軸部材21,22同士を揺動させる方向を自在に変えることができるので、衝突時に中間軸9を、屈曲方向を制限することなく所望の屈曲荷重でスムーズに屈曲させることができる。しかも、この作用効果を、ボールジョイント29とスリーブ30という実用的で簡素な構成により達成できる。
【0029】
また、ボールジョイント29は、通例、軸部材21,22間の回転を伝達しないので、このための強度を確保せずに済み、小型化することができる。これに伴い、スリーブ30の小型化を図ることができる。
第2の参考例では、図8〜図10に示すように、継手23として、いわゆるリンク機構を利用している。
継手23は、両軸部材21,22間に介在する中間部材31と、この中間部材31と軸部材21,22とをそれぞれ分離不能に連結する一対の連結軸としての締結軸34,35とを有している。一対の締結軸34,35は、対応する軸部材21,22と中間部材31とを所定の締結力で締結する。
【0030】
衝突前の状態では、軸部材21と、中間部材31と、軸部材22とは、この順で軸線方向Cに沿って並んでいる。また、これら各部材21,31,22は、その延びる方向を軸線方向Cに平行にして配置されている。
軸部材21の端部と中間部材31の軸方向の一方の端部56とは、軸方向と直交する方向について重なりあい、互いに対向して配置され、これらの端部同士を締結軸34が貫通する。また、軸部材22の端部と中間部材31の軸方向の他方の端部57とは、軸方向と直交する方向について重なりあい、互いに対向して配置されていて、これらの端部同士を締結軸35が貫通する。
【0031】
一対の連結軸は、中間部材31において、軸線方向Cと直交する方向に延びて配置され、且つ一対の連結軸は互いに直交する方向に延びている。これにより、締結が解除される状態では、中間部材31からみて、対応する軸部材21,22を互いに異なる方向へ揺動させることができる。
また、本参考例においても、一対の軸部材21,22と中間部材31との周囲に、これらの各部材と別体で形成された上述の包囲部材26、スリーブ30等と同様の揺動抑制手段24を設けることが考えられる。一方で、以下のように、揺動抑制手段24を継手23の一部により構成するようにしてもよい。
【0032】
継手23には、一対の締結軸34,35にそれぞれ対応して一対の摩擦発生部33が設けられている。一対の摩擦発生部33により揺動抑制手段24が構成されている。また、一対の締結軸34,35は、それぞれ対応する摩擦発生部33に生じる摩擦力を調節する調節部材として機能する。
なお、一対の締結軸34,35は、それぞれ対応する軸部材21,22が異なり、およびそれぞれ対応する中間部材31の端部56,57が異なる点を除き同様に構成されているので、以下、締結軸34について主に説明する。また、一対の摩擦発生部33も同様に構成されているので、同様に締結軸34についてのものを主に説明する。
【0033】
締結軸34は、リベットからなり、その端部にあり大径の頭部51と、この頭部51から延びる軸部52とを有する。軸部52は、軸部材21および中間部材31の連通孔54,55を貫通し、貫通した先端が、所定量延び出すようにされる。この状態で軸部52の先端を塑性変形することにより、軸部52よりも大径のかしめ部53を形成する。この大径のかしめ部53と頭部51とは、その間に挟んだ軸部材21および中間部材31を上述の所定の締結力で締め付け状態で結合する。これにより、摩擦発生部33、すなわち、互いに対向する対向面同士の間に摩擦力が生じ、この摩擦力が、揺動を抑制する抑止力となる。
【0034】
摩擦発生部33は、互いに対向する3対の対向面を有している。これら3対の対向面は、頭部51の対向面61および中間部材31の端部56の対向面62の組と、中間部材31の端部56の対向面63および軸部材21の対向面64の組と、軸部材21の対向面65とかしめ部53の対向面66との組とからなる。
リベットからなる締結軸34であれば、少ない部品点数で緩む虞もない。なお、締結軸34を、ボルトと、このボルトにねじ込むナットとにより構成することも考えられる。
【0035】
衝撃作用前の通常時、摩擦発生部33には静摩擦力が作用し、継手23の揺動を抑制する。衝突時、静摩擦力を上回る衝撃力が作用すると、継手23は揺動し始め、摩擦発生部33にはより低い動摩擦力が作用し、この動摩擦力を上回る衝撃力が作用する間、継手23は揺動できて、中間軸9の屈曲を進行させる。
第2の参考例の継手23は、揺動方向が自在なので、衝突時に中間軸9を、屈曲方向をあまり制限することなく所望の屈曲荷重でスムーズに屈曲させることができる。しかも、この作用効果を、単純な棒形状の中間部材31を単純な柱状の締結軸34,35により回動可能に連結することにより構成された簡素な構造により達成できる。
【0036】
また、一対の連結軸に、摩擦力を調節するための締結軸34,35を一体にそれぞれ形成するので、摩擦力を調節するための部材を継手23の部材と別体で設ける場合に比べて、構造をより一層簡素化できる。
また、締結軸34,35は、連結軸として機能するが、軸部材21,22同士の連結と関係なく、抑止力に対応する締結力だけを考慮してその調節を行うことができる。従って、摩擦力、ひいては抑止力、屈曲荷重を所望の大きさに容易に調節することができる。
【0037】
このように本発明の実施の形態によれば、衝突時に、継手23は軸部材21,22同士の連結を維持しつつ揺動し、中間軸9は屈曲してストローク量を確保できる。従って、衝突時のステアリングホイール2の突き上げを防止できる。
また、揺動抑制手段24の抑止力を所望の大きさに調節することが容易なので、例えば、屈曲荷重を小さくできる。その結果、衝突時に中間軸9を速やかに屈曲でき、また、衝撃力が小さい場合でも、ストローク量を大きくできる。
【0038】
屈曲タイプの中間軸9であれば、軸方向以外の力も屈曲に寄与し、端部同士の間の部材が横方向に逃げて屈曲の邪魔にならずに済むので、収縮タイプよりもストローク量を大きく確保し易い。特に、継手23が揺動自在な場合には、小さい衝撃力でも、ストローク量を大きくするのに好ましい。また、揺動抑制手段24が抑制を破断により解除する場合には、より一層好ましい。
継手23が中間軸9の屈曲の角度のほぼ全範囲に対応する角度をその揺動により達成する場合には、例えば、屈曲方向を制限しないスムーズな屈曲動作に好ましい。なお、継手23は、中間軸9の屈曲の角度の一部だけをその揺動により達成し、残りの角度を他の方法、例えば、軸部材21,22、継手23等の部材を変形させて得るものであってもよい。この場合でも、継手23による作用効果の一部を得ることができる。
【0039】
また、本発明を、ステアリングシャフトとつながるインターミディエイトシャフトからなる中間軸9に適用するのが好ましい。衝突時に中間軸9を屈曲させることにより、ステアリングホイール2の突き上げを確実に防止できる。特に、中間軸9の両端部は自在継手10,11により揺動自在なので、中間軸9を屈曲させ易い。
なお、舵取り機構7としては、ラックアンドピニオン式のものの他、公知の構成のものを利用できる。
【0040】
また、中間軸9から、軸部材が軸方向に伸縮する構成を省略することも考えられる。また、本発明を中間軸9の他、ステアリングシャフト3の少なくとも一部に適用することも考えられる。
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態を示す衝撃吸収ステアリング装置の側面図。
【図2】 図1の中間軸の側面図であり、衝撃吸収前の状態を示す。
【図3】 図2に示す中間軸の側面図であり、衝撃吸収時の状態を示す。
【図4】 図2に示す中間軸の分解斜視図。
【図5】 第1の参考例の衝撃吸収前の中間軸の側面図。
【図6】 図5に示す中間軸の側面図であり、衝撃吸収時の状態を示す。
【図7】 図5に示す中間軸の分解斜視図。
【図8】 第2の参考例の衝撃吸収前の中間軸の側面図。
【図9】 図8に示す中間軸の側面図であり、衝撃吸収時の状態を示す。
【図10】 図8に示す中間軸の分解斜視図。
【符号の説明】
1 衝撃吸収ステアリング装置
2 ステアリングホイール
3 ステアリングシャフト(伝達軸)
5 ステアリングシャフトの一端
6 ステアリングシャフトの他端
7 舵取り機構
9 インターミディエイトシャフト(中間軸、伝達軸)
21,22 一対の軸部材
25 自在継手
26 包囲部
0 自在継手のヨーク
41 十字軸
42 連結軸

Claims (2)

  1. ステアリングホイールの回転を舵取り機構に伝達するための伝達軸を備え、この伝達軸は、同軸上に配置される一対の軸部材と、これら一対の軸部材を揺動可能に接続する分離不能な自在継手と、この自在継手の一対のヨークの周囲を取り囲んでいて一対の軸部材間の揺動を所要の抑止力で抑制する包囲部材とを含み
    上記自在継手は、一対の略U字状のヨークを有し、各ヨークには平行する一対の平板部が形成され、各ヨークの一対の平板部は互いに直交され、各ヨークは、互いに直交する方向に延びるとともに十字形状に一体に形成された一対の連結軸を有する十字軸により連結され、
    上記包囲部材は円筒状をなし、その内面が上記各平板部の両側角部に接触することによりヨーク同士の相対変位が規制されることを通じて、一対の軸部材間の揺動が抑制されることを特徴とする衝撃吸収ステアリング装置。
  2. 請求項に記載の衝撃吸収ステアリング装置において、
    上記伝達軸は、一端がステアリングホイールに連結されるステアリングシャフトの他端に自在継手を介して連結されるインターミディエイトシャフトからなることを特徴とする衝撃吸収ステアリング装置。
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