JP5356644B2 - チルトステアリング機構 - Google Patents

Description

本発明はステアリング装置に関する。

伝統的に船舶用チルトステアリング機構はシャフトハウジングのステアリングシャフトを支持するためにブッシュ型ベアリングを使用してきた。この構成の１例として、カールソンの米国特許４９４１７６６が挙げられる。

ブッシュは適用形態によっては効果的であろうが、船舶用ステアリング関連には必ずしも好適とは言えない。なぜなら、船舶はトラックや乗用車のように長いステアリングコラムを有していないからである。長いステアリングコラムではブッシュベアリングのコンタクトポイント間の距離を大きく開けることができる。船舶と較べてコンタクトポイント間の間隔をさらに長く開けることができるので、ステアリングホイールに顕著な可動量（遊び）なくベアリングに幾らかの放射状間隙を与えることができる。

機能的に、ブッシュは幾らかの間隙を必要とする。さもないとブッシュは回転部材と静止部材との間の相対動作を提供しないからである。ブッシュには必然的に幾らかの磨耗が発生する。磨耗によって間隙はさらに増加する。船舶では、ステアリングホイールを操舵手にさほど接近させずに計器盤の前方で全体的な傾斜作用を提供せねばならないため、ステアリングシャフト支持領域は非常に短く、一般的には１インチ程度である。存在する間隙と、ステアリングホイールの外側までの距離に対する支点間の短い距離とにより、これら間隙はステアリングホイールの外側エッジで不都合な動作を発生させるかも知れない。

この問題の解決には、予備荷重アンギュラーコンタクトニードルベアリングの利用が関与する。この予備荷重が適正であれば、放射方向あるいは軸方向の間隙が減少するであろう。荷重が掛けられているとき、ベアリングと係合する楔形部材の利用を介して遊びはさらに減少する。これでベアリングとシャフトとの間の遊び、並びにベアリング内の遊びは大きく減少する。

本発明の１特徴によれば、本発明は自動車その他の輸送手段用（乗り物用）のステアリング装置に関する。ステアリング装置は長軸を有したステアリングシャフトを備えたハウジングを含んでいる。第１ベアリングはステアリングシャフトとハウジングとの間に提供され、軸周囲でステアリングシャフトを回転させる。第１ベアリングとステアリングシャフトとの間の遊び、並びに第１ベアリング内の遊びを減少させるため、第１ベアリング側に薄い端部を有した第１楔形部材と、第１ベアリングに対して第１楔形部材を押圧し、第１楔形部材とハウジングとの間に第１ベアリングを挟み、第１ベアリングとステアリングシャフトとの間に第１楔形部材を挟む手段も存在する。

別の特徴によれば、本発明は凹部を有する支持部材と、凹部内に受領されるステアリングシャフトとを含んだ自動車その他の輸送手段用（乗り物用）のステアリング装置に関する。ステアリングシャフトは長軸を有している。ベアリングはシャフトと支持部材との間に提供されており、軸周囲でステアリングシャフトを回転させる。ベアリングに堅く係合する表面を有した遊低減部材も存在する。その表面は軸に対して傾斜している。

あるいは、本発明は凹部を有した支持部材と、凹部内に受領されるステアリングシャフトとを含んだ船舶用ステアリング装置に関する。ステアリングシャフトは長軸を有している。ベアリングのペアはシャフトと支持部材との間に提供され、軸周囲でステアリングシャフトを回転させる。各ベアリングに堅く係合する表面を有した遊低減部材も存在する。その表面は軸に対して傾斜している。

図１はチルトステアリング機構２０を示す。この機構は船舶あるいは自動車等での利用に適している。この機構は、以下で説明するように垂直方向傾斜が可能なハウジング２６と、典型的には自動車のダッシュボードに静止状態で搭載されるブラケット２４とを含む。そのステアリング機構は全体的にはカールソンの米国特許４９４１７６６のステアリング機構に類似する。

この装置はヘルムポンプ、電気機器、あるいは他の操舵装置に様々な方法で連結できる。チルトステアリング機構のための連結手段は、ステアリングシャフトの動作の変化を検出するポテンショメータあるいはステアリングシャフトの動作の変化を検出する電気センサーの利用を含む。さらに、以下で説明するもの以外の別タイプのＵ形ジョイントも使用できよう。

本例ではこの装置は、乗り物のステアリングギヤに連結されたステアリングシャフト（図示せず）の主要部を受領するために１端に方形凹部３２を有したソケット部材３０を含んでいる。前述したように、これは船舶用油圧ステアリングシステムに私用するヘルムポンプであってもよい。アパーチャ３４にはピンが受領され、ステアリングシャフトの主要部はソケット部材３０と共に回転する。ソケット部材は、図１で示すごとく側部から見て部分円であるソケット３６を含んでいる。この装置はステアリングホイール（図示せず）がナット４０とキー４２とで連結されているステアリングシャフトのスタブシャフトあるいは傾斜可能部分３８を含んでいる。スタブシャフトは内側端４４を有しており、アパーチャ４６でピン４８を受領する。ペアのキャップ部材５０はソケット３６内に受領される。それぞれのキャップ部材はピン４８の１端を受領する筒状ソケット５２を有している。それぞれのキャップ部材５０は、ソケット部材３０のソケット３６に回転式に受領される湾曲外面５６を有している。

それぞれのキャップ部材は、他方のキャップ部材側に湾曲外面５６から延びる対面する平坦面（図示せず）を有している。これら両平坦面は図１で示す位置から垂直である。これら平坦面はソケット部材３０のソケット３０内で対応する平坦面と係合する。従って、スタブシャフト３８は垂直に傾斜できるが、側方向の動作は防止される。

ハウジング２６は、ハウジング２６並びにステアリングホイールが望む角度と望む垂直位置にあるとき、ピボットレバー２７をピン２９周囲で手動回転させ、複数の溝条部３３の１つから歯部３１を外し、ピボットレバー２７を開放することで望む位置に傾斜させることができる。コイルスプリング３５はハウジング２６とブラケット２４との間で引き延ばされ、ハウジング２６とステアリングホイールとにバネ力を付与し、上昇位置に導く。

ハウジング２６はスタブシャフト３８を回転式に受領する凹部６０を有している。ハウジング２６はスタブシャフト３８の支持部材として作用する。このタイプのさらに一般的なユニットであり、米国特許４９４１７６６のスタブシャフトのようなスタブシャフトは、単純なブッシュによってハウジング内に回転式に支持されている。多くの場合にはこれで充分である。しかし、ブッシュ、ハウジング及びシャフトの間の比較的に少量の遊びは、シャフトに連結されたステアリングホイールのリム部で遊び量が誇張される。ベアリングの遊び量はステアリングホイールの径によって誇張される。この遊び量は適用形態によって、特に高品質ステアリングシステムにとっては受け入れ難く、望ましくない。

この実施例においては、傾斜あるいはテーパ状態のニードルベアリングであるベアリングペア６２、６４は、凹部６０の拡大部分６６、６８に受領される。これらベアリングはハウジング２６内でスタブシャフトを回転式に支持する。このようなベアリングは有利である。なぜなら、それらはハウジング内でステアリングシャフトのスタブ部分に軸方向支持並びにシャフトに垂直な放射方向支持を提供するからである。しかし、それでもシャフトとベアリングとの間及びベアリング内に望ましくない遊びが発生するであろう。

図５Ａで示す如く、ベアリング６４は、ベアリングの第１レース６７と第２レース６９との間で回転式に受領されている複数の周囲分離ローラー６５を有している。図５Ａで示す如く、ベアリング６４とスタブシャフト３８との間の遊び７１、及びローラーとベアリングのレース６７並びに６９との間の遊び７７によって、遊びがいくつかの隣接要素間で発生し得る。図５Ｂで示すように、遊低減部材７２は空間を効果的に縮め、遊低減部材７２とハウジング２６との間でベアリング６４を効果的に挟む。同様に、ベアリング６４とシャフト３８との間で遊低減部材７２が挟まれる。

図１の実施例は、一対の遊低減部材を有している。この場合はスタブシャフト３８周囲で延びる環状楔形部材７０と７２を有している。図２は遊低減部材７０と７２をさらに明瞭に示している。遊低減部材７２は第１楔形部材あるいは第１遊低減部材とも称呼する。遊低減部材７０は第２楔形部材または第２遊低減部材をとも称呼する。図７では、遊低減部材７２は分離部８４によって離れた状態の、スタブシャフト３８に対して放射状に延びる分離リングであることを示している。

図２は、遊低減部材がベアリング６２から離れないように、遊低減部材７０がシャフト上の環状溝８８内に受領されたスナップリング８６によってスタブシャフト３８周囲で固定されていることを示している。スナップリング８６は第１停止部とも称呼できる。遊低減部材７２は、シャフト周囲で延びる一対のスプリングワッシャ９０と９２を含んだスプリングによってベアリング６４に対して押圧された薄い端部または第１端部７３を有する。スプリングワッシャ９０と９２には弾性があり、第１弾性部材とも称呼できる。スプリングワッシャ９０と９２は遊低減部材７２と、シャフト３８上の環状溝９６内に受領されたスナップリング９４との間で共に圧縮され、遊低減部材７２をベアリング６４に対して押圧する。スナップリング９４は第２停止部とも称呼できる。この実施例では、スプリングワッシャ９０と９２は対面する凹状側面を有しているが、当業者ならスプリングワッシャ９０と９２は反対側に凹状側面を有することもできることを理解できるであろう。遊低減部材７２は第２端部７５を有しており、第１端部７３に向かう第２端部からシャフト側に傾斜している。ベアリング、遊低減部材及びスナップリングを含む構造体の側面それぞれに、ステアリングシャフトのスタブ部３８とハウジング２６の周囲で延びるシール９７と９９が存在する。

遊低減部材７０は、ベアリング６２の傾斜面９６に対面する傾斜面９５を有する。同様に遊低減部材７２は、ベアリング６４の傾斜面１００に対面する傾斜面９８を有する。これらの面は、遊低減部材の第１及び第２端部に対応する第１及び第２端部を有する。

遊低減部材７２が図５Ａと図５Ｂで見て、左のベアリング６４側に押圧されるとき、図７に示す如く、遊低減部材７２の分離部８４は大きさが減少し、ベアリング６４と強固に係合するため、遊低減部材７２はシャフト３８周囲で形状崩壊する。ベアリング６４がハウジング２６側にシャフト３８から強制的に引き離され、ベアリングの２つのレースである第１レース６７と第２レース６９は間にある分離ローラー６５に共に内側に押圧されるので、図５Ａに示すような様々なコンポーネント間の遊びが消滅する。よって、ステアリングホイールのリムでの遊びを減少または排除する。

本発明の変形は可能である。図３は、前の実施例の類似例を示しており、類似部分は“．３”を追加した番号で示されている。本例では、遊低減部材７０．３がスタブシャフト３８．３と一体的に形成されている。

図４では、類似部分は“．４”を追加した番号で示されている。本例ではスナップリング９４代わって、スタブシャフト３８．４の螺子溝部分１５２と歯合し、スプリングワッシャ９０．４と９２．４をベアリング６４．４側に押圧するナット１５０を利用する。ナット１５０は、スプリングワッシャ９０．４と９２．４が限られた移動範囲内でスプリングとして機能するミクロ調節機能を提供させるマクロ調節形態として作用する。ナット１５０はいかなる変化にも対応するため、前の実施例と比較して機械的厳格性をさほど必要としない。

図示しない別実施例では、ナット１５０は単独で遊低減部材７２．４をベアリング６４．４側に押圧する。ナット１５０の微調整によってスプリングワッシャ９０．４と９２．４の必要性を排除することができる。

図６は本発明の変形例の１つを示しており、類似部分は“．６”を追加した番号で示されている。本例では、ベアリング６２．６はテーパ状ニードルベアリングの代わりにボールベアリングを利用しており、遊低減部材７０．６はボールベアリング６２．６を押圧する。

図８の実施例では、類似部分は“．８”を追加した番号で示されており、スタブシャフト３８．８の環状溝１６２内でスタブシャフト３８．８と遊低減部材７２．８との間に提供されたＯリング１６０が存在する。遊低減部材７２．８として例示される遊低減部材は分離部を有していない。遊低減部材７２．８はテーパ状ニードルベアリング(図示せず)及びスタブシャフト３８．８をＯリング１６０上で押圧する。この実施例では遊低減部材に分離部を提供する必要がない。Ｏリング１６０は圧縮され、関連する反発力がスタブシャフト３８．８を中心に遊低減部材７２．８を保持するからである。本実施例では、遊低減部材７２．８とスタブシャフト３８．８を互いに連結させておくためのより均等な力を提供する。

図９は変形例の１つを示しており、類似部分は“．９”を追加した番号で示されている。本例では、スタブシャフト３８．９の周囲で延びる外側間隙調整部材１１６が遊低減部材７０．９をベアリング６２．９側に押圧する。外側間隙調整部材１１６は、スプリングワッシャ９０．９と９２．９が限られた移動範囲内でスプリングとして機能するミクロ調節機能を提供させるようにマクロ調節形態として作用する。外側間隙調整部材１１６はいかなる変化にも対応するため、機械的厳格性をさほど必要としない。１以上の外側間隙調整部材が使用できることは、当業者なら理解できるであろう。

図１０Ａと図１０Ｂは変形例の１つを示しており、類似部分は“．１０”を追加した番号で示されている。本例では、スタブシャフト３８．１０周囲で延びる押潰部材１１０が遊低減部材７２．１０をベアリング６４．１０側に押圧する。押潰部材１１０は孔質材料、波形材料（図示せず）あるいは圧縮で変形する突出部を有したワッシャ（図示せず）等から成ることができる。本例では、押潰部材１１０はスプリングワッシャの代用として作用する。押潰部材は所定の力で変形する。押潰部材１１０は未押潰幅１１２と押潰幅１１４とを有する。組み立て中に押潰部材は望む押潰幅１１４まで押潰される。押潰幅は環状溝９６．１０内にあるとき、遊低減部材７２．１０とスナップリング９４．１０との間の距離に対応する。押潰状態では、押潰部材１１０は遊低減部材７２．１０をベアリング６４．１０側に押圧する。

あるいは、押潰部材１１０は、スプリングワッシャ（図示せず）が限られた移動範囲内でスプリングとして作用し続け、ミクロ調節機能を提供させるように、スプリングワッシャと関連してマクロ調節形態として作用することができる。押潰部材１１０はいかなる変化にも対応できるため、本実施例では機械的厳格性をさほど必要としない。

図１１は変形例の１つを示しており、類似部分は“．１１”を追加した番号で示されている。本例では、スプリングワッシャ１７２と１７４は第２遊低減部材７０．１１と外側間隙調整部材１７０との間に提供されている。前述の別実施例と類似しているが、外側間隙調整部材１７０は、スプリングワッシャ１７２と１７４が限られた移動範囲内でスプリングとして作用するミクロ調節機能を提供させるように、マクロ調節形態として作用する。外側間隙調整部材１７０はいかなる変化にも対応できるため、機械的厳格性をさほど必要としない。スプリングワッシャ１７２と１７４は第２弾性部材の１例として考えることができる。スナップリング８６．１１はバックストップとして作用し、外側間隙調整部材１７０とスプリングワッシャ１７２と１７４はそれぞれ第２遊低減部材７０．１１をベアリング６２．１１側に押圧する。

図１２は変形例の１つを示しており、類似部分は“．１２”を追加した番号で示されている。本例はスプリングワッシャ９０．１２と９２．１２が第１遊低減部材７２．１２と内側間隙調整部材１８０との間に提供されている以外は図１１の実施例と類似している。

図１３は変形例の１つを示しており、類似部分は“．１３”を追加した番号で示されている。本実施例は第１遊低減部材７２．１３とスナップリング９４．１２との間にスプリングワッシャ１９２を有し、第２遊低減部材７０．１３とスナップリング８６．１３との間に第２スプリングワッシャ１９０有している。さらに別の実施例では、図示はしないが、遊低減部材とスナップリングとの間にそれぞれ一対のスプリングワッシャを含んでいる。さらに別の実施例では、図示はしないが、図１１のような外側間隙調整部材、図１２のような内側間隙調整部材あるいは外側並びに内側間隙調整部材の組み合わせを組み込んでいる。

図１４ではさらに別の変更例を示しており、類似部分は“．１４”を追加した番号で示されている。本例では、ベアリングレースそれ自体は使用されておらず、必要でもない。ベアリングローラー２００と２０２はハウジング２６．１４と、遊低減部材７０．１４及び７２．１４との間に収容されている。ベアリングローラーはボールでもよいことは当業者なら理解できるであろう。遊低減部材７０．１４と７２．１４はそれぞれ傾斜面９５．１４と９８．１４を有しており、第１ベアリングレースとして機能する形状となっている。本発明の前記実施例の第１ベアリングレース６７で例示されるような第１ベアリングレースは必要ない。同様に、ハウジング２６．１４は傾斜面２１０と２１２をそれぞれ有しており、第２ベアリングレースとして機能する形状となっている。本発明の前記実施例の第２ベアリングレース６９で例示されるような第２ベアリングレースは必要ない。

本実施例は、スタブシャフト、遊低減部材、ローラー、及びハウジング間の接触部分の数を減少させることでステアリングシャフトに感じられる遊びをさらに減少させる利点を提供する。この接触部分の減少は機械的エラーの量、よって遊びの量を結果として減少させる。

前述の実施例は例示のみを目的として提供したものであり、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は請求の範囲で定義される。

図１は本発明の１実施例によるチルトステアリング機構の断面図である。 図２は図１のチルトステアリング機構の拡大部分断面図であり、ハウジング内で支持されているステアリングシャフトの領域をさらに詳細に図示しており、そのベアリングは遊低減部材で支持されたテーパ状ニードルベアリングである。 図３は遊低減部材の１つがスタブシャフトと一体的に形成されている図２の別実施例を示す。 図４はスタブシャフトの螺子溝部分と歯合し、スプリングワッシャをベアリング側に押圧するナットを利用した図２の別実施例を示す。 図５Ａと図５Ｂは典型的なベアリングの一部と、隣接要素間で発生し得る遊びをさらに詳細に図示する拡大部分断面図であり、図５Ａは本発明による減少前の遊びを示す。 図５Ｂは減少後の遊びを示す。 図６はベアリングがボーリベアリングである別実施例の拡大部分斜視図である。 図７は図１の７−７線に沿った断面図であり、ステアリングシャフトと遊低減部材とを図示している。 図８はスタブシャフトと遊低減部材との間でスタブシャフトの環状溝内に提供されたＯリングを示す本発明の別実施例の拡大部分断面図である。 ９はスタブシャフトの周囲で延び、遊低減部材をベアリング側に押圧する外側間隙調整部材を利用した図２の別実施例を図示する。 図１０Ａと図１０Ｂは遊低減部材とスナップリングとの間にフィットし、遊低減部材をベアリング側に押圧する押潰部材を示す本発明の別実施例の拡大部分断面図であり、図１０Ａは押潰し前の押潰部材を示す。 図１０Ｂは図１０Ａに続く押潰し後の押潰部材を示す。 図１１はスプリングワッシャが第２遊低減部材と外側間隙調整部材との間に提供され、第２遊低減部材をベアリング側に押圧する本発明の別実施例の拡大部分断面図である。 図１２はスプリングワッシャが第１遊低減部材と内側間隙調整部材との間に提供され、第１遊低減部材をベアリング側に押圧する本発明の別実施例の拡大部分断面図である。 図１３はスプリングワッシャが第１遊低減部材と隣接スナップリングとの間に提供され、別なスプリングワッシャが第２遊低減部材と隣接スナップリングとの間に提供された本発明の別実施例の拡大部分断面図である。 図１４はハウジングと遊低減部材がベアリングローラーの起動として作用する図１の別実施例である。

Claims (16)

1. 乗り物用のステアリング装置であって、
   ハウジングと；
   長軸を有したステアリングシャフトと；
   前記ステアリングシャフトと前記ハウジングとの間に提供され、前記長軸周囲で前記ステアリングシャフトを回転させる第１ベアリングと；
   前記第１ベアリング側に薄い端部を有した第１楔形部材と；
   前記第１楔形部材を前記第１ベアリング側に押圧し、前記第１楔形部材と前記ハウジングとの間に前記第１ベアリングを挟み、前記第１ベアリングと前記ステアリングシャフトとの間に前記第１楔形部材を挟む押圧手段と、
   を含んでいることを特徴とするステアリング装置。
2. 乗り物への搭載手段を有したブラケットが、チルトステアリング装置を提供するように前記ハウジングに回転式に連結しており、前記ステアリングシャフトは前記ハウジング上に回転式に搭載された傾斜可能部分を有することを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
3. 前記第１楔形部材は分離しており、前記第１楔形部材を押圧する前記手段は、前記第１ベアリングの反対側の前記第１楔形部材の側面上の前記ステアリングシャフト周囲で延びる押潰部材を含んでいることを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
4. 前記押潰部材は所定の力で変形することを特徴とする請求項３記載のステアリング装置。
5. 前記押潰部材は波形材料から成ることを特徴とする請求項３記載のステアリング装置。
6. 前記押潰部材は孔質材料から成ることを特徴とする請求項３記載のステアリング装置。
7. 前記押潰部材は、圧縮で変形する突出部を有したワッシャから成ることを特徴とする請求項３記載のステアリング装置。
8. 前記第１ベアリングはテーパ状ニードルベアリングであり、前記第１楔形部材は環状形であり、かつ分離しており、前記第１楔形部材を押圧する前記手段は、前記第１ベアリング反対側の前記第１楔形部材の側面上の前記ステアリングシャフト周囲で延びる第１弾性部材および前記第１ベアリングの反対側の前記第１楔形部材の側面上の前記ステアリングシャフト周囲で延びるスナップリングを含んでいることを特徴とするステアリング装置であって、
   前記第１ベアリングから前記ステアリングシャフトに沿って離れて提供されたテーパ状ニードルベアリングである第２ベアリングと；
   前記第２ベアリング側に薄い端部を有した第２楔形部材と；
   前記第２楔形部材が前記第２ベアリングから離れないように、前記第２ベアリングの反対側の前記第２楔形部材の側面上に第１停止部をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
9. 前記第２楔形部材を前記第２ベアリング側に押圧する外側間隙調整部材が、前記第２ベアリングの反対側の前記第２楔形部材の側面上の前記ステアリングシャフト周囲で延びていることを特徴とする請求項８記載のステアリング装置。
10. 前記第１弾性部材が第１楔形部材から離れないように、前記第１楔形部材の反対側の前記第１弾性部材の側面上に第２停止部を含んでいることを特徴とする請求項９記載のステアリング装置。
11. 前記第１ベアリングはテーパ状ニードルベアリングであり、前記ハウジングが前記ステアリングシャフトを受領する凹部を有し、前記凹部は前記第１ベアリングを受領する拡大部分を含んでいることを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
12. 前記ハウジングは前記凹部の前記拡大部分に接する傾斜した内部表面を含み、前記ハウジングの前記傾斜した内部表面は前記ステアリングシャフトに向かって延び、前記第１ベアリングは前記傾斜した内部表面で前記ハウジングに接することを特徴とする請求項１１記載のステアリング装置。
13. 前記第１楔形部材は前記第１楔形部材のステアリングシャフト支持領域を介して前記第１ベアリングと前記ステアリングシャフトに挟まれ、前記第１楔形部材の前記ステアリングシャフト支持領域は前記ステアリングシャフトを１インチ支持することを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
14. 前記第２ベアリングの反対側の前記第２楔形部材の側面上の前記ステアリングシャフト周囲で延びる第２弾性部材を含んでおり、前記第１弾性部材及び前記第２弾性部材はそれぞれ前記ステアリングシャフト周囲で延びるスプリングワッシャで形成されていることを特徴とする請求項９記載のステアリング装置。
15. 乗り物は海上船舶であり、前記ステアリングシャフトはスタブシャフトである請求項１に記載のステアリング装置。
16. 前記第１楔形部材は前記第１楔形部材のステアリングシャフト支持領域を介して前記第１ベアリングと前記スタブシャフトに挟まれており、前記第１楔形部材の前記ステアリングシャフト支持領域は前記スタブシャフトを１インチ支持していることを特徴とする請求項１５に記載のステアリング装置。

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