JP4671022B2 - 車両用のステアリングギヤボックス - Google Patents

Description

本発明は、車両用のステアリングギヤボックスに関する。

車両用のステアリングギヤボックスは、ステアリングホイールの回転に伴って回転される入力軸と、この入力軸の回転に伴って車輪を転舵させる出力部材を備えるとともに、車室外に設けられて前記入力軸と前記出力部材を保持するハウジングを備えていて、前記ハウジングにて車体に支持されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−７７７３７号公報

上記した特許文献１に記載されている車両用のステアリングギヤボックスでは、ハウジングが車体に対して車両後方に向けて移動可能に組付けられている。このため、車両の衝突時にハウジングが外力（車両後方への力）を受けると、当該ステアリングギヤボックスは車両後方に向けて移動する。この際には、上記した外力がステアリング系（ステアリングギヤボックスとステアリングホイールを連結しているインターミディエイトシャフトやステアリングシャフト等の動力伝達系）を介して車室内に伝達されるおそれがある。

本発明は、車両の衝突時において、ステアリングギヤボックスのハウジングが受ける外力が入力軸の入力側端部に伝達されるのを遮断され得るように構成して、同外力がステアリング系を介して車室内に伝達されないようにすることを目的としている。かかる目的を達成するために、本発明では、ステアリングホイールの回転に伴って回転される入力軸と、この入力軸の回転に伴って操舵車輪を転舵させる出力部材を備えるとともに、車室外に設けられて前記入力軸と前記出力部材を保持するハウジングを備えていて、前記ハウジングにて車体に支持されている車両用のステアリングギヤボックスにおいて、前記入力軸の入力側端部と前記ハウジング間に、車両の衝突時に前記ハウジングが受ける外力の前記入力軸の入力側端部への伝達を遮断可能で前記外力が車室内に伝達されないようにする外力伝達遮断手段を設けたことに特徴がある。

このステアリングギヤボックスにおいては、入力軸の入力側端部とハウジング間に設けた外力伝達遮断手段が、車両の衝突時に、ハウジングが受ける外力の入力軸の入力側端部への伝達を遮断する。このため、車両衝突時の上記した外力がステアリング系を介して車室内に伝達されないようにすることが可能であって、車室内での衝突対策手段と合わせることにより、大きな外力にも対応させること、或いは、車室内での衝突対策手段の簡素化を図って小型・軽量化を図ることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記入力軸はトルク伝達可能に連結された入力側回転部材と出力側回転部材を備えていて、前記入力側回転部材と前記出力側回転部材は、前記外力によって入力軸方向にて摺動可能に嵌合連結されて、前記外力伝達遮断手段を構成していることも可能である。この場合には、外力伝達遮断手段を入力軸の入力側回転部材と出力側回転部材によってシンプルに構成することが可能である。

この場合において、前記入力側回転部材と前記出力側回転部材との間に、これらの嵌合連結強度を規定する（入力軸方向での摺動開始荷重、摺動抵抗等を規定する）連結部材を設けることも可能である。この場合には、連結部材の素材や形状を適宜に設定することにより、入力側回転部材に対する出力側回転部材の入力軸方向での摺動（作動）を適宜に制御することが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記入力軸は軸受を介して前記ハウジングに支持されていて、前記軸受は前記外力に応じて前記ハウジングから離脱可能であり前記外力伝達遮断手段を構成していることも可能である。このステアリングギヤボックスにおいては、車両の衝突時に、ハウジングが受ける外力に応じて入力軸を支持する軸受がハウジングから離脱することで、上記した外力の入力側端部への伝達を遮断する。このため、車両衝突時の上記した外力がステアリング系を介して車室内に伝達されないようにすることが可能である。

この場合において、前記軸受と前記ハウジング間に、前記軸受が前記ハウジングから離脱するときに荷重を吸収する荷重吸収部材が介装されていることも可能である。この場合には、軸受がハウジングから離脱する際の離脱荷重を荷重吸収部材によって吸収することが可能である。

また、前記軸受と前記ハウジング間には、前記外力に応じて前記軸受を前記ハウジングから離脱可能とするアクチュエータが介装されていることも可能である。この場合には、軸受がハウジングから離脱する際の離脱タイミングをアクチュエータの作動タイミングによって制御することが可能である。

以下に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本発明によるステアリングギヤボックスの第１実施形態を示していて、この第１実施形態のステアリングギヤボックスＡ１は、ステアリングホイール２０の回転に伴って回転される入力軸１１と、この入力軸１１の回転に伴って車輪３０（一方は図示省略）を転舵させる出力部材（ラックバー）１２を備えるとともに、入力軸１１と出力部材１２を保持するハウジング１３を備えていて、ハウジング１３にて車体（図示省略）に固定支持されている。

入力軸１１は、ハウジング１３に一対の軸受１４，１５を介して回転自在に組付けたピニオンギヤシャフト１１Ａと、このピニオンギヤシャフト１１Ａの入力側端部に所定の締め代で圧入嵌合した筒状のスライダ１１Ｂによって構成されている。ピニオンギヤシャフト１１Ａは、出力部材１２のラック歯１２ａに噛合するピニオンギヤ１１ａ１と、このピニオンギヤ１１ａ１に同軸で一体のシャフト１１ａ２によって構成されていて、シャフト１１ａ２の入力側端部外周には所定長さの外スプライン１１ａ３が形成されている。

スライダ１１Ｂは、インターミディエイトシャフトとステアリングメインシャフト（共に図示省略）を介してステアリングホイール２０に連結されるものであり、外周にはジョイント（図示省略）を介してインターミディエイトシャフトにトルク伝達可能に連結される外スプライン１１ｂ１が部分的に形成されている。また、スライダ１１Ｂの内周には、ピニオンギヤシャフト１１Ａの外スプライン１１ａ３に圧入嵌合する内スプライン１１ｂ２が全長に亘って形成されている。

ところで、この第１実施形態においては、入力軸１１において、ピニオンギヤシャフト１１Ａの外スプライン１１ａ３とスライダ１１Ｂの内スプライン１１ｂ２は、トルク伝達可能に連結されるとともに、車両の衝突時にハウジング１３が受ける設定値以上の外力Ｆ（図１に示した車両前方から車両後方に向けて作用する力）によって入力軸１１の軸方向にて摺動可能に嵌合連結されていて、上記した外力Ｆのピニオンギヤシャフト１１Ａからスライダ１１Ｂへの伝達を遮断可能な外力伝達遮断手段を構成している。

上記のように構成した第１実施形態のステアリングギヤボックスＡ１においては、車両の衝突時に、ハウジング１３が設定値以上の外力Ｆを受けると、ピニオンギヤシャフト１１Ａの外スプライン１１ａ３がスライダ１１Ｂの内スプライン１１ｂ２に対して入力軸１１の軸方向にて摺動して、入力軸１１が図３に示したように収縮し、上記した外力Ｆのピニオンギヤシャフト１１Ａからスライダ１１Ｂへの伝達を遮断する。

このため、車両衝突時の上記した外力Ｆがインターミディエイトシャフトとステアリングメインシャフトを含むステアリング系を介して車室内に伝達されないようにすることが可能であって、車室内での衝突対策手段と合わせることにより、大きな外力にも対応させること、或いは、車室内での衝突対策手段の簡素化を図って小型・軽量化を図ることが可能である。

図４および図５は本発明によるステアリングギヤボックスの第２実施形態を示していて、この第２実施形態のステアリングギヤボックスＡ２では、入力軸１１１が、筒状のピニオンギヤ１１１Ａと、このピニオンギヤ１１１Ａを貫通するようして所定の締め代で圧入嵌合したシャフト１１１Ｂによって構成されている。なお、ステアリングギヤボックスＡ２の入力軸１１１以外の構成は、上記第１実施形態のステアリングギヤボックスＡ１の入力軸１１以外の構成と実質的に同じであるため、同一符号を付して説明は省略する。

ピニオンギヤ１１１Ａは、外周に形成した歯部１１１ａ１にて出力部材１２のラック歯１２ａに噛合していて、内周には内スプライン１１１ａ２が全長に亘って形成されている。シャフト１１１Ｂは、インターミディエイトシャフトとステアリングメインシャフト（共に図示省略）を介してステアリングホイール２０に連結されるものであり、上端部外周にはジョイント（図示省略）を介してインターミディエイトシャフトにトルク伝達可能に連結される外スプライン１１１ｂ１が部分的に形成されている。また、シャフト１１１Ｂの中間部から下端部に至る外周には、ピニオンギヤ１１１Ａの内スプライン１１１ａ２に圧入嵌合する外スプライン１１１ｂ２が形成されている。

ところで、この第２実施形態においては、入力軸１１１において、ピニオンギヤ１１１Ａの内スプライン１１１ａ２とシャフト１１１Ｂの外スプライン１１１ｂ２は、トルク伝達可能に連結されるとともに、車両の衝突時にハウジング１３が受ける設定値以上の外力Ｆによって入力軸１１１の軸方向にて摺動可能に嵌合連結されていて、上記した外力Ｆのピニオンギヤ１１１Ａからシャフト１１１Ｂへの伝達を遮断可能な外力伝達遮断手段を構成している。なお、ピニオンギヤ１１１Ａの内スプライン１１１ａ２とシャフト１１１Ｂの外スプライン１１１ｂ２が入力軸１１１の軸方向にて摺動するときには、シャフト１１１Ｂの下端部がハウジング１３に形成した貫通孔１３ａを通してハウジング１３外に突出可能である。

上記のように構成した第２実施形態のステアリングギヤボックスＡ２においては、車両の衝突時に、ハウジング１３が設定値以上の外力Ｆを受けると、ピニオンギヤ１１１Ａの内スプライン１１１ａ２がシャフト１１１Ｂの外スプライン１１１ｂ２に対して入力軸１１１の軸方向にて摺動して、入力軸１１１が図５に示したように変位し、上記した外力Ｆのピニオンギヤ１１１Ａからシャフト１１１Ｂへの伝達を遮断する。

このため、車両衝突時の上記した外力Ｆがインターミディエイトシャフトとステアリングメインシャフトを含むステアリング系を介して車室内に伝達されないようにすることが可能であって、車室内での衝突対策手段と合わせることにより、大きな外力にも対応させること、或いは、車室内での衝突対策手段の簡素化を図って小型・軽量化を図ることが可能である。

上記した各実施形態（第１実施形態および第２実施形態）においては、ピニオンギヤシャフト１１Ａ（出力側回転部材）とスライダ１１Ｂ（入力側回転部材）、ピニオンギヤ１１１Ａ（出力側回転部材）とシャフト１１１Ｂ（入力側回転部材）がスプラインで嵌合するように構成して実施したが、図６に例示したように、凹凸で嵌合するように構成、または、図７に例示したように、樹脂製の連結部材１１Ｄ、１１１Ｄを介して凹凸で嵌合するように構成、或いは、第１実施形態を例として図８に示したように、ピニオンギヤシャフト１１Ａ（出力側回転部材）とスライダ１１Ｂ（入力側回転部材）を外周にて連結部材１１Ｅを介して連結して実施することも可能である。

図７に示した連結部材１１Ｄ、１１１Ｄと図８に示した連結部材１１Ｅは、入力側回転部材に対する出力側回転部材の嵌合連結強度を規定する（入力軸の軸方向での摺動開始荷重、摺動抵抗等を規定する）ものである。このため、連結部材（１１Ｄ、１１１Ｄ、１１Ｅ）の素材や形状を適宜に設定することにより、入力側回転部材に対する出力側回転部材の入力軸方向での摺動を適宜に制御することが可能である。

図９および図１０は本発明によるステアリングギヤボックスの第３実施形態を示していて、この第３実施形態のステアリングギヤボックスＡ３では、入力軸２１１が、平歯車のピニオンギヤ２１１ａを中間部に一体的に有するとともに、外スプライン２１１ｂを上端部に一体的に有するように構成されている。また、下方の軸受１５が環状のクリップ２１６を用いてハウジング１３に組付けられていて、入力軸２１１が軸受１４，１５を介してハウジング１３に支持されている。

ところで、この第３実施形態においては、クリップ２１６が、車両の衝突時にハウジング１３が受ける設定値以上の外力Ｆによって、破断するように設定されていて、下方の軸受１５が上記した外力Ｆに応じてハウジング１３から離脱可能であり、上記した外力Ｆのハウジング１３から入力軸２１１への伝達を遮断可能な外力伝達遮断手段を構成している。なお、上記以外の構成は、上記第２実施形態のステアリングギヤボックスＡ２の構成と実質的に同じであるため、同一符号を付して説明は省略する。

上記のように構成した第３実施形態のステアリングギヤボックスＡ３においては、車両の衝突時に、ハウジング１３が設定値以上の外力Ｆを受けると、図１０に示したように、ハウジング１３が入力軸２１１に対して入力軸２１１の軸方向に移動することに伴って、クリップ２１６が破断して軸受１５がハウジング１３から離脱することで、上記した外力Ｆの入力軸２１１への伝達を遮断する。

このため、車両衝突時の上記した外力Ｆがインターミディエイトシャフトとステアリングメインシャフトを含むステアリング系を介して車室内に伝達されないようにすることが可能であって、車室内での衝突対策手段と合わせることにより、大きな外力にも対応させること、或いは、車室内での衝突対策手段の簡素化を図って小型・軽量化を図ることが可能である。

この第３実施形態の実施に際して、図１１に示したように、軸受１５とハウジング１３間に、軸受１５がハウジング１３から離脱するときに荷重を吸収する環状の荷重吸収部材２１７が介装されていることも可能である。この場合には、軸受１５がハウジング１３から離脱する際の離脱荷重を荷重吸収部材２１７によって制御（吸収）することが可能である。

また、上記した第３実施形態においては、下方の軸受１５がクリップ２１６を用いてハウジング１３に組付けられるように構成して実施したが、図１２および図１３に示した第４実施形態のステアリングギヤボックスＡ４のように、下方の軸受１５が、例えば、ソレノイド等の電動アクチュエータ２１８Ａ（概略的に図示した）の進退可能な支持ピン２１８ａを用いてハウジング１３に組付けられるように構成して実施することも可能である。

この場合には、上記した外力Ｆをセンサによって電気的に検出するとともに、このセンサからの信号によって電気制御装置により電動アクチュエータ２１８Ａの作動タイミング（支持ピン２１８ａの退避タイミング）を制御することで、軸受１５がハウジング１３から離脱する際の離脱タイミングを電動アクチュエータ２１８Ａの作動タイミングによって制御することが可能である。

また、上記した第４実施形態においては、下方の軸受１５が電動アクチュエータ２１８Ａの進退可能な支持ピン２１８ａを用いてハウジング１３に組付けられるように構成して実施したが、図１４および図１５にて概略的に示した第５実施形態のステアリングギヤボックスＡ５または図１６および図１７にて概略的に示した第６実施形態のステアリングギヤボックスＡ６のように、軸受１４，１５を介して入力軸２１１を支持するハウジング１３の入力軸支持剛性を電動アクチュエータ２１８Ｂまたは２１８Ｄの作動によって低減可能に構成して実施することも可能である。

図１４および図１５に示した第５実施形態のステアリングギヤボックスＡ５においては、ハウジング１３がメインハウジング１３Ａとサブハウジング１３Ｂによって構成されている。サブハウジング１３Ｂは、メインハウジング１３Ａとによって入力軸２１１を軸受１４，１５を介して支持するものであり、メインハウジング１３Ａに対して脱着可能とされており、メインハウジング１３Ａからの離脱を電動アクチュエータ２１８Ｂの進退可能な支持プレート２１８ｂによって制御されている。

この第５実施形態においては、上記した外力Ｆをセンサによって電気的に検出するとともに、このセンサからの信号によって電気制御装置により電動アクチュエータ２１８Ｂの作動タイミング（支持プレート２１８ｂの退避タイミング）を制御することで、サブハウジング１３Ｂがメインハウジング１３Ａから離脱する際の離脱タイミングを電動アクチュエータ２１８Ｂの作動タイミングによって制御することが可能である。これにより、入力軸２１１がメインハウジング１３Ａから離脱する際の離脱タイミングと離脱荷重を電動アクチュエータ２１８Ｂの作動によって制御することが可能である。

一方、図１６および図１７に示した第６実施形態のステアリングギヤボックスＡ６においては、ハウジング１３が入力軸２１１の軸方向に延びるスリット１３ｂを有するとともに重ね合わせ部１３ｃを有する構成とされている。重ね合わせ部１３ｃは、電動アクチュエータ２１８Ｄ（ラックを備えた固定ピンとこれを駆動する駆動歯車を備えている）によって固定・解除可能であって、固定状態（図１６の状態）ではハウジング１３の入力軸支持剛性を大きなものとし、解除状態（図１７の状態）ではハウジング１３の入力軸支持剛性を小さなものとする。このため、入力軸２１１は、ハウジング１３に対して傾動して離脱することが可能である。

この第６実施形態においては、上記した外力Ｆをセンサによって電気的に検出するとともに、このセンサからの信号によって電気制御装置により電動アクチュエータ２１８Ｄの作動タイミングを制御することで、ハウジング１３の入力軸支持剛性を低減するタイミングを電動アクチュエータ２１８Ｄの作動タイミングによって制御することが可能である。これにより、入力軸２１１がハウジング１３から離脱する際の離脱タイミングと離脱荷重を電動アクチュエータ２１８Ｄの作動によって制御することが可能である。

上記した第４実施形態〜第６実施形態のステアリングギヤボックスＡ４〜Ａ６では、電動アクチュエータ２１８Ａ、２１８Ｂ、２１８Ｄを採用して実施したが、第４実施形態〜第６実施形態では、電動アクチュエータに代えて油圧アクチュエータ（外力Ｆを油圧に変換した後に変位に変換するアクチュエータ）や機械式アクチュエータ（外力Ｆを変位に変換するアクチュエータ）を採用して実施することも可能である。これらの場合には、電気制御装置が不要でありシンプルかつ安価に構成することが可能である。

本発明によるステアリングギヤボックスの第１実施形態を示した全体構成図である。 図１の２−２線に沿った拡大断面図である。 図２に示した部分の作動説明図である。 本発明によるステアリングギヤボックスの第２実施形態を示した要部拡大断面図である。 図４に示した部分の作動説明図である。 第１実施形態または第２実施形態の入力軸における入力側回転部材と出力側回転部材の連結部において採用可能な第１の連結構造を示した要部拡大断面図である。 第１実施形態または第２実施形態の入力軸における入力側回転部材と出力側回転部材の連結部において採用可能な第２の連結構造を示した要部拡大断面図である。 第１実施形態または第２実施形態の入力軸における入力側回転部材と出力側回転部材の連結部において採用可能な第３の連結構造を示した要部拡大断面図である。 本発明によるステアリングギヤボックスの第３実施形態を示した要部拡大断面図である。 図９に示した部分の作動説明図である。 第３実施形態の変形実施形態を示した要部拡大断面図である。 本発明によるステアリングギヤボックスの第４実施形態を示した要部拡大断面図である。 図１２に示した部分の作動説明図である。 本発明によるステアリングギヤボックスの第５実施形態を示した要部拡大断面図である。 図１４に示した部分の作動説明図である。 本発明によるステアリングギヤボックスの第６実施形態を示した要部拡大断面図である。 図１６に示した部分の作動説明図である。

符号の説明

１１…入力軸、１１Ａ…ピニオンギヤシャフト（出力側回転部材）、１１ａ３…外スプライン、１１Ｂ…スライダ（入力側回転部材）、１１ｂ２…内スプライン、１２…出力部材、１２ａ…ラック歯、１３…ハウジング、１４，１５…軸受、Ａ１…ステアリングギヤボックス、２０…ステアリングホイール、３０…操舵車輪

Claims (6)

1. ステアリングホイールの回転に伴って回転される入力軸と、この入力軸の回転に伴って車輪を転舵させる出力部材を備えるとともに、車室外に設けられて前記入力軸と前記出力部材を保持するハウジングを備えていて、前記ハウジングにて車体に支持されている車両用のステアリングギヤボックスにおいて、前記入力軸の入力側端部と前記ハウジング間には、車両の衝突時に前記ハウジングが受ける外力の前記入力軸の入力側端部への伝達を遮断可能で前記外力が車室内に伝達されないようにする外力伝達遮断手段が設けられていることを特徴とする車両用のステアリングギヤボックス。
2. 請求項１に記載の車両用のステアリングギヤボックスにおいて、前記入力軸はトルク伝達可能に連結された入力側回転部材と出力側回転部材を備えていて、前記入力側回転部材と前記出力側回転部材は、前記外力によって入力軸方向にて摺動可能に嵌合連結されて、前記外力伝達遮断手段を構成していることを特徴とする車両用のステアリングギヤボックス。
3. 請求項２に記載の車両用のステアリングギヤボックスにおいて、前記入力側回転部材と前記出力側回転部材との間には、これらの嵌合連結強度を規定する連結部材が設けられていることを特徴とする車両用のステアリングギヤボックス。
4. 請求項１に記載の車両用のステアリングギヤボックスにおいて、前記入力軸は軸受を介して前記ハウジングに支持されていて、前記軸受は前記外力に応じて前記ハウジングから離脱可能であり前記外力伝達遮断手段を構成していることを特徴とする車両用のステアリングギヤボックス。
5. 請求項４に記載の車両用のステアリングギヤボックスにおいて、前記軸受と前記ハウジング間には、前記軸受が前記ハウジングから離脱するときに荷重を吸収する荷重吸収部材が介装されていることを特徴とする車両用のステアリングギヤボックス。
6. 請求項４に記載の車両用のステアリングギヤボックスにおいて、前記軸受と前記ハウジング間には、前記外力に応じて前記軸受を前記ハウジングから離脱可能とするアクチュエータが介装されていることを特徴とする車両用のステアリングギヤボックス。

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