JP4940798B2

JP4940798B2 - 衝撃吸収構造

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Publication number: JP4940798B2
Application number: JP2006190631A
Authority: JP
Inventors: 信之菊川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: JP2008018780A

Description

本発明は、衝撃吸収構造に関し、特に、車両の衝突時にステアリングシャフトに働く衝撃を吸収する衝撃吸収構造に関する。

従来、車両の操舵輪、すなわち、車輪の操舵を行うステアリング装置には、車両の衝突時における運転者の安全性を向上するためのエネルギー吸収機構を備えたものがある。このようなエネルギー吸収機構としては、ステアリングに衝撃を受けると、ロアブラケットやブレークアウェイブラケットにより車両本体に固定されていたステアリングコラムがブラケットから分離し、前方へ移動する際にプレートを変形させることでエネルギーを吸収するものが知られている。

特許文献１には、２本の金属管のそれぞれ一方の端部をトレランスリングを介してテレスコープ式に互いに内外に嵌め合わせ、金属管の半径方向に作用する締め付け力を調整可能な締め付け手段により端部を取り囲んでいる衝撃吸収機構が開示されている。しかしながら、この構成では、衝撃により２本の金属管の一方が他方に対して金属管の軸方向へ伸縮する力が発生すると、金属管の一方が他方から抜ける可能性がある。

これに対して、特許文献２には、アウターシャフトの途中部とインナーシャフトの途中部とを一体的に連結し、かつ、閾値以上の荷重がアウターシャフトとインナーシャフトとの間に作用した場合に剪断する樹脂部を備えるステアリング装置の中間機構が開示されている。この中間機構では、樹脂部が剪断する際に衝撃が吸収されるが、衝撃吸収時にアウターシャフトの開口部に形成される係止部に、係止部に長手方向で対向するようにインナーシャフトの挿入先端部に形成される係合部を係止させることにより、アウターシャフトからインナーシャフトが抜け出ることを防止している。
特開平９−２２９３号公報特開平６−１５６２８９号公報

しかしながら、特許文献２に記載のステアリング装置の中間機構を製造するにあたっては、アウターシャフトとインナーシャフトとを一体的に連結するための樹脂を注入する孔をそれぞれに設ける工程が必要となる。また、その孔からアウターシャフトとインナーシャフトとの隙間の一部に樹脂を充填する工程も必要となる。そのため、装置が複雑となりコストが上昇する一因ともなる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成により、車両の衝突時に入力される衝撃を吸収するとともにステアリングシャフトがステアリングコラムから抜け出ることを防止する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の衝撃吸収構造は、車両を操舵するためのステアリングホイールの回転力を操舵輪へ伝達するステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムと、を備える。前記ステアリングシャフトに入力される衝撃を前記ステアリングコラムが収縮して吸収する衝撃吸収構造において、前記ステアリングコラムは、前記ステアリングシャフトを支持する第１の筒体と、前記第１の筒体と軸方向の一部が重なるように設けられた第２の筒体と、前記第１の筒体と前記第２の筒体との間に配置され、前記ステアリングシャフトを軸方向に収縮する力が閾値以上入力された場合に前記第１の筒体が前記第２の筒体に対して移動するように、前記第１の筒体と前記第２の筒体とを締結する締結手段と、前記第１の筒体または前記第２の筒体のいずれかに設けられ、前記ステアリングシャフトが軸方向に伸長した場合に前記第１の筒体が前記第２の筒体から抜けないように締結手段と係止するフランジ部と、を有する。

この態様によると、例えば、車両の衝突時に、ステアリングシャフトを軸方向に収縮する力が閾値以上ステアリングホイールやステアリングギヤボックスから入力されると、それまで締結手段により締結されていた第１の筒体と第２の筒体の一方が他方に対して移動することでステアリングコラムが収縮する。その際、締結手段に対する第１の筒体または第２の筒体の摺動抵抗により衝撃を吸収することができる。また、例えば、一度収縮したステアリングシャフトがリバウンドして伸長した場合には、フランジ部が締結手段に係止されることで第１の筒体が第２の筒体に対して移動することが規制され、第２の筒体から抜けることを防止することができる。

本発明の別の態様もまた、衝撃吸収構造である。この衝撃吸収構造は、車両を操舵するためのステアリングホイールの回転力を操舵輪へ伝達するステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムと、を備える。前記ステアリングシャフトに入力される衝撃を前記ステアリングコラムが収縮して吸収する衝撃吸収構造において、前記ステアリングシャフトは、ステアリングホイール側に配置されている第１のシャフトと、操舵輪側に配置されているとともに、前記第１のシャフトと軸方向に相対移動可能に係合する第２のシャフトと、を有する。前記ステアリングコラムは、前記第１のシャフトまたは前記第２のシャフトのいずれか一方を支持する第１の筒体と、前記第１の筒体と軸方向の一部が重なるように設けられた第２の筒体と、車両本体に固定され、前記第１のシャフトまたは前記第２のシャフトのいずれか他方を支持するとともに、前記第２の筒体と軸方向に相対移動可能に係合する第３の筒体と、前記第１の筒体と前記第２の筒体との間に配置され、前記ステアリングシャフトを軸方向に収縮する力が閾値以上入力された場合に前記第１の筒体が前記第２の筒体に対して移動するように、前記第１の筒体と前記第２の筒体とを締結する締結手段と、前記第１の筒体または前記第２の筒体のいずれかに設けられ、前記ステアリングシャフトが軸方向に伸長した場合に前記第１の筒体が前記第２の筒体から抜けないように前記締結手段と係止するフランジ部と、前記第１の筒体または前記第２の筒体のいずれか一方を前記第３の筒体に対して前記ステアリングシャフトの伸縮方向に移動させる移動手段と、を有する。

この態様によると、前述の態様と同様に、締結手段に対する第１の筒体または第２の筒体の摺動抵抗により衝撃を吸収することができる。また、一度収縮したステアリングシャフトがリバウンドして伸長した場合には、フランジ部が締結手段に係止されることで第１の筒体が第２の筒体から抜けることを防止することができる。

前記締結手段は、前記第１の筒体または前記第２の筒体のいずれか一方に形成された環状溝に取り付けられ、前記第１の筒体または前記第２の筒体のいずれか他方に径方向の弾性力を付与してもよい。

これにより、締結手段は第１の筒体または第２の筒体のいずれか一方に形成された環状溝に取り付けられるので、締結手段の取り付け位置の位置決めを容易に行うことができる。また、締結手段が環状溝に取り付けられているので、ステアリングシャフトが軸方向に伸長した場合に係止部が締結手段と係止しても締結手段が誤って移動することがなく、より確実に第１の筒体が第２の筒体から抜けることを防止することができる。また、第１の筒体と第２の筒体とを組み付けた初期状態において締結手段が係止部と係止するような位置に環状溝を設けることで、初期状態における第１の筒体と第２の筒体との相対的な位置決めを容易に行うことができる。また、締結手段はステアリングシャフトの径方向に弾性力を付与し締結するので、嵌め合い構造と比べて第１の筒体や第２の筒体の寸法誤差の影響を受けにくく、安定して第１の筒体と第２の筒体との締結を行うことができる。

前記締結手段は、前記環状溝に取り付けられた状態における該締結手段の外径と内径との差が、前記環状溝の溝深さより大きい。これにより、第１の筒体または第２の筒体のいずれかに設けられた係止部が確実に締結手段に係止されるので、より確実に第１の筒体が第２の筒体から抜けることを防止することができる。

前記締結手段は、凹凸部が環状に交互に形成されていてもよい。これにより、凸部が変形することで締結手段は第１の筒体または第２の筒体に対してその径方向に弾性力を付与することができる。したがって、第１の筒体と第２の筒体とが相対移動する際に摺動抵抗を簡易な構成により発生させることができる。

本発明によれば、車両の衝突時に入力される衝撃を吸収するとともにステアリングシャフトがステアリングコラムから抜け出ることを防止することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。図１は、本実施の形態に係る衝撃吸収構造を備えるに好適なステアリング装置の概略を説明するための図である。図２は、本実施の形態に係る衝撃吸収構造を説明するための主要部を示す断面図である。

ステアリング装置２は、ステアリングホイール４、ステアリングシャフト６、ステアリングコラム８、不図示のユニバーサルジョイント、不図示のステアリングギヤボックス等を含んで構成されている。ステアリングホイール４は、円環状のリム、ステアリングシャフト６に差し込むハブ、リムとハブを接続するスポークで構成され、車両を操舵するためにドライバにより回転操作される。ステアリングシャフト６は、上端側においてステアリングホイール４をナット１０で固着し、ステアリングホイール４の回転力を伝達する役割をもち、ステアリングホイール４とステアリングシャフト６とが同時に回転するように構成される。また、ステアリングシャフト６の下端側は、ステアリングシャフト６の回転をステアリングギヤボックスに伝達するためのユニバーサルジョイントと接続されている。

また、ステアリング装置２には、後述の衝撃吸収構造１００（図２参照）が設けられている。衝撃吸収構造１００は、例えば、衝突事故などの場合に、ドライバの負傷を軽減させる目的で、衝突時の車体破損（第１次衝撃）時に、ステアリング装置２が運転者側に飛び出すことを防止する。また、運転者が衝突時の慣性によりステアリングホイール４に衝突（第２次衝撃）したときのダメージを緩和する機能を有する。本実施の形態に係る衝撃吸収構造１００は、ステアリングコラム８を軸方向に圧縮変形させることによりステアリングシャフトに入力される衝撃を吸収する。

次に、図２を参照して本実施の形態に係る衝撃吸収構造を説明する。ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール４側に配置されているアッパシャフト１２と、操舵輪側に配置されているロアシャフト１４とを備え、コラム軸方向に伸縮可能かつトルク伝達可能に構成されている。具体的には、アッパシャフト１２とロアシャフト１４は、セレーションなどにより軸方向に相対移動可能に係合している。そして、定常時には、ステアリングホイール４の回転トルクを良好に伝達できるようになっている。

ステアリングコラム８は、ステアリングシャフト６を回転自在に支持する。より詳述すると、ステアリングコラム８は、ステアリングシャフト６を軸受３４を介して支持する第１のコラムパイプ１６と、第１のコラムパイプ１６と軸方向の一部が重なるように設けられた第２のコラムパイプ１８と、第１のコラムパイプ１６と第２のコラムパイプ１８とを締結する締結手段２０と、ロアシャフト１４を軸受３６を介して支持するとともに、第２のコラムパイプ１８に相対移動可能に係合する筒状のコラムジャケット２６と、を有する。アッパシャフト１２は、第１のコラムパイプ１６に対して軸方向の相対的な移動が制限された状態で軸受３４に回転自在に支持されている。コラムジャケット２６は、車両本体にブラケット２４で固定されている。

また、本実施の形態に係るステアリングコラム８は、ドライバが任意の操作ポジション設定を可能としたいわゆるテレスコピック式のステアリングコラムであり、テレスコピック機構２２を備える。テレスコピック機構２２は、第２のコラムパイプ１８または第１のコラムパイプ１６のいずれか一方をコラムジャケット２６に対してステアリングシャフト６の伸縮方向に移動させる移動手段として、駆動源としてのモータ２８とモータ２８の回転力を伝達するドライブスクリュー３０およびドライブナット３２とを備える。なお、テレスコピック機構は、モータのような電気的な駆動源により達成してもよいが、手動であってもよい。

次に、締結手段近傍の構成について詳述する。図３は、図２に示すＡ領域の要部拡大図である。図３に示すように、第２のコラムパイプ１８の内周には、環状溝１８ａが形成され、締結手段２０としてのリング３８が取り付けられている。リング３８は、ステアリングシャフト６を軸方向に収縮する力が閾値以上入力された場合に第１のコラムパイプ１６が第２のコラムパイプ１８に対して移動するように、第１のコラムパイプ１６の外周を径方向に付勢している。換言すれば、ステアリングシャフト６を軸方向に収縮する力が閾値未満の場合は第１のコラムパイプ１６と第２のコラムパイプ１８とは互いに移動せずに固定されているので、ステアリングシャフト６はステアリングコラム８に安定して支持されておりステアリングホイール４の操作性を損なうことはない。

リング３８は、第２のコラムパイプ１８の内周に形成された環状溝１８ａに取り付けられた状態で、第１のコラムパイプ１６に対して径方向の弾性力を付与するものが好ましい。この構成によれば、嵌め合い構造と比べて第１のコラムパイプ１６や第２のコラムパイプ１８の筒体の寸法誤差の影響を受けにくく、安定して第１のコラムパイプ１６と第２のコラムパイプ１８との締結を行うことができる。また、リング３８は、第２のコラムパイプ１８の内周に形成された環状溝１８ａに取り付けられるので、リング３８の取り付け位置の位置決めを容易に行うことができる。

つまり、本実施の形態に係る締結手段は、リング３８と第１のコラムパイプ１６との間の摩擦係数と、リング３８が第１のコラムパイプ１６を径方向に付勢する力とにより摩擦力を発生させる。そして、例えば、車両の衝突時のようにステアリングシャフト６を軸方向に収縮する力が閾値以上入力された場合には、この摩擦力がリング３８に対する第１のコラムパイプ１６の摺動抵抗となる。そして、リング３８が取り付けられた第２のコラムパイプ１８に対して第１のコラムパイプ１６が図３の矢印Ｂ方向に移動することで、ステアリングコラム８全体が収縮し、ステアリングシャフト６に入力される衝撃を吸収することができる。

本実施の形態に係る衝撃吸収構造１００は、さらに、ステアリングシャフト６が軸方向に伸長した場合に第１のコラムパイプ１６が第２のコラムパイプ１８から抜けないように、第１のコラムパイプ１６は、ロアシャフト１４側の端部に係止部としてのフランジ部１６ａが形成されている。前述のように、車両の衝突時のようにステアリングシャフト６を軸方向に収縮する力が閾値以上入力された場合には、ステアリングコラム８全体が収縮することで衝撃を吸収することができるが、衝撃により一度収縮したステアリングシャフト６がリバウンドにより軸方向に伸長する場合がある。そのような場合に、ステアリングシャフト６とともに第１のコラムパイプ１６が図３の矢印Ｃ方向に移動したとき、フランジ部１６ａがリング３８に係止されることで第１のコラムパイプ１６が第２のコラムパイプ１８から抜け出ることを防止することができる。

また、本実施の形態に係る衝撃吸収構造１００は、ステアリングシャフト６を軸方向に収縮する力が閾値以上入力された場合に、一部の箇所の剪断等の不可逆変化により衝突エネルギーを吸収するのではなく、摩擦力による摺動抵抗により衝突エネルギーを吸収する。そのため、衝撃により一度収縮したステアリングシャフト６がリバウンドにより軸方向に伸長する場合にも摺動抵抗により第２のコラムパイプ１８から第１のコラムパイプ１６が抜け出ることを抑制することができる。

また、リング３８が環状溝１８ａに取り付けられているので、ステアリングシャフトが軸方向に伸長した場合にフランジ部１６ａがリング３８と係止してもリング３８が誤って移動することがなく、より確実に第１のコラムパイプ１６が第２のコラムパイプ１８から抜けることを防止することができる。また、第１のコラムパイプ１６と第２のコラムパイプ１８とを組み付けた初期状態において、図３に示すようにリング３８がフランジ部１６ａと係止するような位置に環状溝１８ａを設けることで、初期状態における第１のコラムパイプ１６と第２のコラムパイプ１８との相対的な位置決めを容易に行うことができる。

次に、リング３８と環状溝１８ａとの関係について詳述する。図４は、本実施の形態に係る締結手段の一実施例であるリング３８の全体を示す斜視図である。図５は、図４に示すリング３８の一部を示す側面図である。

図４および図５に示すように、リング３８は、第２のコラムパイプ１８の内周側に形成された環状溝１８ａに固定するための固定部３８ａと、第１のコラムパイプ１６の外周を押圧し第１のコラムパイプ１６の径方向に弾性力を付与する弾性部３８ｂと、を備える。弾性部３８ｂは、リング３８の内周側に凸部３８ｂ１と凹部３８ｂ２とが波形形状のように交互に配列して形成されている。そして、リング３８は、凸部３８ｂ１が変形することで第１のコラムパイプ１６または第２のコラムパイプ１８に対して径方向に弾性力を付与することができる。このようなリングとしては、バネ性のある金属材料が好ましい。例えば、いわゆるトレランスリングを用いてもよい。

図６は、図３に示すＤ領域の要部拡大図である。図６に示すように、リング３８は、環状溝１８ａに取り付けられた状態において、かつ、第１のコラムパイプ１６を第２のコラムパイプ１８に組み付けた状態において、凸部３８ｂ１が圧縮され、第１のコラムパイプ１６と第２のコラムパイプ１８とを締結する。そのとき、リング３８の外径と内径との差である取り付け高さはＨとなる。そして、取り付け高さＨを環状溝１８ａの溝深さｈより大きくすることで、第１のコラムパイプ１６に設けられたフランジ部１６ａが確実にリング３８の凸部３８ｂ１に係止されるので、より確実に第１のコラムパイプ１６が第２のコラムパイプ１８から抜けることを防止することができる。

このように、本実施の形態に係る衝撃吸収構造１００によれば、車両の衝突時に入力される衝撃を吸収するとともにステアリングシャフトがステアリングコラムから抜け出ることを防止することができる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

例えば、リングを第１のコラムパイプ１６の外周側に形成された環状溝に取り付け、第１のコラムパイプ１６と第２のコラムパイプ１８とを締結する構成としてもよい。図７は、締結手段の他の一実施例であるリングの全体を示す斜視図である。リング１３８は、リング３８とは逆に第１のコラムパイプ１６の外周側に形成された環状溝に固定するための固定部１３８ａと、第２のコラムパイプ１８の内周を押圧し第２のコラムパイプ１８の径方向に弾性力を付与する弾性部１３８ｂと、を備える。この場合、係止部を第２のコラムパイプ１８の内周側にリング１３８の弾性部１３８ｂと系合するように設けるとよい。この構成によっても前述の実施の形態における衝撃吸収構造と同様の効果を得ることができる。

また、前述の実施の形態では、第１のコラムパイプ１６がアッパシャフト１２を支持し、コラムジャケット２６がロアシャフト１４を支持する場合について説明したが、例えば、第１のコラムパイプ１６や第２のコラムパイプ１８がロアシャフト１４を支持し、コラムジャケット２６がアッパシャフト１２を支持する構成としてもよい。この構成によっても、ステアリングシャフト６に入力された衝撃は、コラムジャケット２６を介して第１のコラムパイプ１６と第２のコラムパイプ１８とを含む衝撃吸収構造により衝撃を吸収するとともにステアリングシャフトがステアリングコラムから抜け出ることを防止することができる。

また、前述の実施の形態に係る衝撃吸収構造は、ステアリングコラム８を構成する複数の筒体のうち、２つの筒体の締結部の少なくともいずれかに設けていてもよい。例えば、衝撃吸収構造を第２のコラムパイプ１８とコラムジャケット２６との締結部に設け、テレスコピック機構は第１のコラムパイプ１６に作用するように構成してもよい。

本実施の形態に係る衝撃吸収構造を備えるに好適なステアリング装置の概略を説明するための図である。本実施の形態に係る衝撃吸収構造を説明するための主要部を示す断面図である。図２に示すＡ領域の要部拡大図である。本実施の形態に係る締結手段の一実施例であるリングの全体を示す斜視図である。図４に示すリングの一部を示す側面図である。図３に示すＤ領域の要部拡大図である。締結手段の他の一実施例であるリングの全体を示す斜視図である。

符号の説明

２ステアリング装置、４ステアリングホイール、６ステアリングシャフト、８ステアリングコラム、１２アッパシャフト、１４ロアシャフト、１６第１のコラムパイプ、１６ａフランジ部、１８第２のコラムパイプ、１８ａ環状溝、２０締結手段、２６コラムジャケット、３８リング、３８ａ固定部、３８ｂ１凸部、３８ｂ２凹部、３８ｂ弾性部、１００衝撃吸収構造。

Claims

車両を操舵するためのステアリングホイールの回転力を操舵輪へ伝達するステアリングシャフトと、
前記ステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムと、を備え、
前記ステアリングシャフトに入力される衝撃を前記ステアリングコラムが収縮して吸収する衝撃吸収構造において、
前記ステアリングコラムは、
前記ステアリングシャフトを支持する第１の筒体と、
前記第１の筒体と軸方向の一部が重なるように設けられた第２の筒体と、
前記第１の筒体と前記第２の筒体との間に配置され、前記ステアリングシャフトを軸方向に収縮する力が閾値以上入力された場合に前記第１の筒体が前記第２の筒体に対して移動するように、前記第１の筒体と前記第２の筒体とを締結する締結手段と、
前記第１の筒体または前記第２の筒体のいずれかに設けられ、前記ステアリングシャフトが軸方向に伸長した場合に前記第１の筒体が前記第２の筒体から抜けないように前記締結手段と係止するフランジ部と、
を有することを特徴とする衝撃吸収構造。
車両を操舵するためのステアリングホイールの回転力を操舵輪へ伝達するステアリングシャフトと、
前記ステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムと、を備え、
前記ステアリングシャフトに入力される衝撃を前記ステアリングコラムが収縮して吸収する衝撃吸収構造において、
前記ステアリングシャフトは、
ステアリングホイール側に配置されている第１のシャフトと、
操舵輪側に配置されているとともに、前記第１のシャフトと軸方向に相対移動可能に係合する第２のシャフトと、を有し、
前記ステアリングコラムは、
前記第１のシャフトまたは前記第２のシャフトのいずれか一方を支持する第１の筒体と、
前記第１の筒体と軸方向の一部が重なるように設けられた第２の筒体と、
車両本体に固定され、前記第１のシャフトまたは前記第２のシャフトのいずれか他方を支持するとともに、前記第２の筒体と軸方向に相対移動可能に係合する第３の筒体と、
前記第１の筒体と前記第２の筒体との間に配置され、前記ステアリングシャフトを軸方向に収縮する力が閾値以上入力された場合に前記第１の筒体が前記第２の筒体に対して移動するように、前記第１の筒体と前記第２の筒体とを締結する締結手段と、
前記第１の筒体または前記第２の筒体のいずれかに設けられ、前記ステアリングシャフトが軸方向に伸長した場合に前記第１の筒体が前記第２の筒体から抜けないように前記締結手段と係止するフランジ部と、
前記第１の筒体または前記第２の筒体のいずれか一方を前記第３の筒体に対して前記ステアリングシャフトの伸縮方向に移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする衝撃吸収構造。
前記締結手段は、前記第１の筒体または前記第２の筒体のいずれか一方に形成された環状溝に取り付けられ、前記第１の筒体または前記第２の筒体のいずれか他方に径方向の弾性力を付与することを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃吸収構造。
前記締結手段は、前記環状溝に取り付けられた状態における該締結手段の外径と内径との差が、前記環状溝の溝深さより大きいことを特徴とする請求項３に記載の衝撃吸収構造。
前記締結手段は、凹凸部が環状に交互に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の衝撃吸収構造。