JPH11182573A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数本のステアリングシャフトをダブルカル
ダン式等速継手により連結させながら、衝突時における
衝撃吸収性を向上させたステアリング装置を提供する。 【解決手段】 アッパシャフト５には、その上端にステ
アリングホイールが取り付けられる一方、下端にダブル
カルダンジョイント９を介してロアシャフト１１が連結
されている。ダブルカルダンジョイント９の出力側ヨー
ク３３では、基端部３５とアーム部７３とが直に接合さ
れず、両者の間に可撓部を形成するベローズ８１が介装
されている。ベローズ８１は、薄鋼板を公知の方法によ
り塑性加工したものであり、その両端がスポット溶接に
より基端部３５とアーム部７３とに接合されている。鋼
板製のベローズ８１は、形状および素材に起因する機械
的特性として、通常の鋼管と略同程度の捻り剛性を有す
るが、捻り剛性に較べて曲げ剛性や圧縮剛性等は遙かに
低く、所定値以上の曲げ応力や圧縮応力が作用すると容
易に塑性変形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダブルカルダン式
等速継手により連結された複数本のステアリングシャフ
トを有するステアリング装置に関し、詳しくは、衝突時
における衝撃吸収性を向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のステアリング装置は、運転者の
操舵に供されるステアリングホイールと、車輪の操向を
行うステアリングギヤと、ステアリングホイールとステ
アリングギヤとを連結するステアリングシャフトとから
構成される。ステアリングシャフトとしては、ステアリ
ングホイールの軸線上にステアリングギヤが位置するも
のを除き、複数本のステアリングシャフトを連結したも
のが用いられる。例えば、ワンボックスカー等のキャブ
オーバ車では、運転者の足下フロアパネルの下方にステ
アリングギヤが位置する都合上、ステアリングホイール
と一体に傾斜したアッパステアリングシャフト（以下、
アッパシャフトと略称する）と、ダッシュボード後方に
垂直配置されたロアステアリングシャフト（以下、ロア
シャフトと略称する）とが用いられ、両シャフトが自在
継手により連結される。

【０００３】通常、２本構成のステアリングシャフトで
は、アッパシャフトとロアシャフトとを連結する継手と
して、カルダンジョイントが用いられることが多い。カ
ルダンジョイントは、一対のヨーク間にクロスピース
（十字軸）を揺動自在に介装させた簡便な自在継手であ
るが、両ヨークの中心軸が同一直線上にない場合には、
クロスピースの揺動により角速度が変化し、回転が不等
速に伝達されることが避けられない。そのため、キャブ
オーバ車等のステアリング装置にカルダンジョイントを
採用した場合、アッパシャフトとロアシャフトとの交角
が大きいことから、上述した回転伝達の不等速が無視し
得る範囲を超え、確実かつ円滑な操舵が行えなくなる等
の不具合が発生する。

【０００４】このような問題を解決するものとして、特
公昭５０−２１６１０号公報や特開平７−２５１７４６
号公報等では、ダブルカルダン式等速継手（以下、ダブ
ルカルダンジョイントと記す）を採用したステアリング
装置が提案されている。ダブルカルダンジョイントは、
センタハウジングを介して二つのカルダンジョイントを
組み合わせたもので、アッパシャフトの端部とロアシャ
フトの端部とが各々嵌入される入力側および出力側ヨー
クと、これらヨークとセンタハウジングとをそれぞれ揺
動自在に結合する一対のクロスピースと、両ヨークの先
端球状部を同位相で偏芯支持しながらセンタハウジング
内に回動自在に保持された偏芯支持部材とから構成され
ている。

【０００５】ダブルカルダンジョイントでは、例えば、
入力側ヨークが回転すると、その回転が入力側のクロス
ピース、センタハウジング、出力側のクロスピースを介
して出力側ヨークに伝達される。この際、偏芯支持部材
によって両ヨークが同位相で支持されるため、入力側の
クロスピースの揺動による角速度変化が出力側のクロス
ピースの揺動により打ち消され、回転伝達における不等
速は発生しない。尚、ダブルカルダンジョイントでは、
偏芯支持部材がセンタハウジング内に保持されているた
め、入力側ヨークと出力側ヨークとの交角は略一義的に
定まる。したがって、ステアリング装置に採用するにあ
たっては、アッパシャフトとロアシャフトとの交角に適
応する偏芯支持部材が製作される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年の自動車用ステア
リング装置では、二次衝突時の衝撃エネルギを吸収させ
るべく、衝撃吸収式ステアリングシャフトが採用されて
いる。衝撃吸収式ステアリングシャフトは、運転者が二
次衝突した際にステアリングホイール側のステアリング
シャフトが短縮するもので、ステアリングシャフトをア
ウタシャフトとインナシャフトとに分割し、これらをセ
レーション等により相互摺動可能に係合させたものが一
般的である。しかるに、キャブオーバ車においては、ス
テアリングホイールが車体の前部に位置するためにアッ
パシャフトの全長が短くなり、衝撃吸収式ステアリング
シャフトのコラプス量（衝撃エネルギ吸収量）を十分に
確保することができない。そこで、旧来のカルダンジョ
イントを採用したものでは、二次衝突時にアッパシャフ
トがロアシャフトとの連結部を支点にしてステアリング
ホイールと一体に斜め下方あるいは斜め上方に倒れ、こ
れによっても衝撃エネルギを吸収させるようにしてい
る。

【０００７】ところが、ダブルカルダンジョイントを採
用したステアリング装置では、アッパシャフトとロアシ
ャフトとの交角が偏芯支持部材によって強固に保持され
るため、このようなアッパシャフトの倒れが殆ど期待で
きない。その結果、運転者は、衝突事故の際にステアリ
ングホイールに激しく二次衝突し、頭部や胸部を強打し
て深刻な損傷を受ける虞があった。このような問題を解
決するべく、ダブルカルダンジョイントに代え、バーフ
ィールドジョイント等の屈曲自在な等速継手を用いるこ
とも考えられたが、それらは許容交角が小さいことや部
品コストが非常に高い等の問題があり、キャブオーバ車
のステアリング装置に採用することが難しかった。

【０００８】本発明は、上記状況に鑑みなされたもの
で、複数本のステアリングシャフトをダブルカルダン式
等速継手により連結させながら、衝突時における衝撃吸
収性を向上させたステアリング装置を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するべく、第１のステアリングシャフトと第２のス
テアリングシャフトとをダブルカルダン式等速継手を介
して連結してなるステアリング装置であって、前記第１
および第２のステアリングシャフトの少なくとも一方に
可撓部を形成したものを提案するものである。本発明に
よれば、運転者がステアリングホイールに二次衝突する
と、ステアリングシャフトが可撓部において容易に曲げ
変形し、その際に衝撃エネルギが吸収される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明をキャブオーバ車の
ステアリング装置に適用した一実施形態を図面を参照し
て説明する。図１はステアリング装置の車室側部分を示
した斜視図、図２は同側面図であり、これらの図におい
て、符号１は衝撃吸収式（脱落式）のステアリングコラ
ムである。ステアリングコラム１は、車体側のブラケッ
ト３に樹脂ピン等により固着されており、図示しない軸
受を介してアッパシャフト５を回動自在に支持してい
る。アッパシャフト５には、その上端にステアリングホ
イール７が取り付けられる一方、下端にダブルカルダン
ジョイント９を介してロアシャフト１１が連結されてい
る。図中、１３はロアシャフト１１の下端に接続された
ステアリングギヤであり、１５はフロアパネル１７と共
に車室を画成するダッシュボードである。

【００１１】図３はアッパシャフト５とロアシャフト１
１との連結部位を示した側面図、図４と図５とはダブル
カルダンジョイント９の内部構造を９０度回転位相を変
えて示した縦断面図である。これらの図に示したよう
に、本実施形態のダブルカルダンジョイント９は、アッ
パシャフト５がその基端部３１に嵌入された入力側ヨー
ク３３と、ロアシャフト１１がその基端部３５に嵌入さ
れた出力側ヨーク３７と、互いに直交する第１軸３９と
第２軸４１とからなる一対のクロスピース４３と、これ
らクロスピース４３を介して両ヨーク３３，３７に連結
されるセンタハウジング４５と、センタハウジング４５
内に回動自在に保持されたクランクプレート（偏芯支持
部材）４７とから構成されている。

【００１２】センタハウジング４５は、フランジ部５１
と各一対のアーム部５３とからなる二つのフランジヨー
ク５５と、これらフランジヨーク５５間に介装された二
分割型のセンタプレート５７とからなっており、これら
がボルト５９およびナット６１により締結されている。
フランジヨーク５５の両アーム部５３には、クロスピー
ス支持穴６３が同心に穿設されており、これらクロスピ
ース支持穴６３に図示しないニードルベアリングを介し
てクロスピース４３の第１軸３９が回動自在に支持され
ている。クランクプレート４７は、センタプレート５７
に滑りブッシュ６５を介して回動自在に支持されると共
に、中心から所定量偏芯した同一部位の両端面に円筒形
状の支持ボス６７がそれぞれ突設されている。支持ボス
６７は、その中央に球状部保持穴６９が穿設されると共
に、両ヨーク３３，３７との干渉を避けるべく、中心側
に向けて突出量が少なくなるかたちでその端面が傾斜し
ている。

【００１３】入力側および出力側ヨーク３３，３７は、
その先端がブリッジ部７１により接続された一対のアー
ム部７３を構成要素としており、ブリッジ部７１の先端
面からは各ヨーク３３，３７の軸心と同軸に先端球状部
７５が突設されている。ヨーク３３，３７の両アーム部
７３には、クロスピース保持穴７７が同心に穿設されて
おり、これらクロスピース保持穴７７に図示しないニー
ドルベアリングを介してクロスピース４３の第２軸４１
が支持されている。また、各ヨーク３３，３７の先端球
状部７５は、両支持ボス６７の球状部保持穴６９に嵌入
することで、クランクプレート４７の両端面に揺動自在
に保持されている。

【００１４】さて、本実施形態では、入力側ヨーク３７
が基端部３１とアーム部７３とを溶接接合して形成され
ているのに対し、出力側ヨーク３３では、基端部３５と
アーム部７３とが直に接合されず、両者の間に可撓部を
形成するベローズ８１が介装されている。ベローズ８１
は、薄鋼板を公知の方法により塑性加工したものであ
り、その両端がスポット溶接により基端部３５とアーム
部７３とに接合されている。鋼板製のベローズ８１は、
形状および素材に起因する機械的特性として、通常の鋼
管と略同程度の捻り剛性を有するが、捻り剛性に較べて
曲げ剛性や圧縮剛性等は遙かに低く、所定値以上の曲げ
応力や圧縮応力が作用すると容易に塑性変形する。

【００１５】以下、本実施形態におけるステアリング装
置の作用を述べる。旋回時あるいは旋回からの復帰時に
おいて、運転者がステアリングホイール７を回転させる
と、その回転は、アッパシャフト５と一体の入力側ヨー
ク３３から、入力側のクロスピース４３、センタハウジ
ング４５、出力側のクロスピース４３を介して、出力側
ヨーク３７に伝達される。この際、クランクプレート４
７によって両ヨーク３３，３７の先端球状部７５が同位
相で保持されているため、入力側のクロスピース４３の
揺動に起因する角速度変化が出力側のクロスピース４３
の揺動により打ち消される。そのため、ダブルカルダン
ジョイント９の入力側と出力側との間では不等速な回転
伝達は発生せず、ステアリングホイール７の回転量と出
力側ヨーク３７の回転量とが常に等しくなる。

【００１６】出力側ヨーク３７に伝達された回転は、基
端部３５に嵌入されたロアシャフト１１を介して、ステ
アリングギヤ１３に伝達される。この際、出力側ヨーク
３７のベローズ８１には操舵力に応じた捻り荷重が作用
するが、上述したように、ベローズ８１は、その捻り剛
性が高いために、ステアリング剛性の低下を招く捻れ変
形を起こすことはない。ステアリングギヤ１３内には回
転入力を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構
が内蔵されており、図示しないラックに連結された左右
のタイロッド１９，２１がステアリングギヤ１３に対し
て左右に移動する。これにより、ステアリングホイール
７の回転量に応じて、タイロッド１９，２１に接続した
図示しない車輪のトー角が変化することになり、運転者
が意図した通りに自動車の車体が旋回あるいは直進する
ことになる。尚、ステアリングギヤには、ラックアンド
ピニオン式の他、ボールスクリュー式やウォームローラ
式等、種々の形式が公知であり、本発明はいずれの形式
にも適用可能である。

【００１７】一方、自動車が他の自動車や建造物等に衝
突すると、運転者が慣性でステアリングホイールに二次
衝突し、アッパシャフト５には大きな衝撃荷重が作用す
る。この場合、コラプス機構の作用によりアッパシャフ
ト５が短縮するが、キャブオーバ車では、アッパシャフ
ト５自体の全長が短いことから、コラプス機構のみでは
衝撃エネルギの吸収が十分に行えない。ところが、本実
施形態では、出力側ヨーク３７に可撓部たるベローズ８
１が設けられているため、図３中に二点鎖線で示したよ
うに、衝撃荷重によってベローズ８１が前方に湾曲する
かたちで塑性変形する。その結果、アッパシャフト５お
よびステアリングホイール７がダブルカルダンジョイン
ト９と共に前方に移動し、これによっても衝撃エネルギ
の多くが吸収され、運転者の受ける衝撃が大幅に軽減さ
れるのである。

【００１８】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、金属ベローズからなる可撓
部をダブルカルダンジョイントの出力側ヨークに設けた
が、ロアシャフトを始め、入力側ヨークやアッパシャフ
トに設けるようにしてもよいし、ステアリング装置内に
二つ以上設けるようにしてもよい。また、上記実施形態
では、金属ベローズを出力側ヨークを構成するアーム部
と基端部とに溶接接合するようにしたが、スクリューや
金属バンド等を用いて締結するようにしてもよい。ま
た、可撓部を形成する部材としても、金属ベローズに限
るものではなく、金属メッシュや軟質金属管、脆弱部を
有する鋼柱等、種々のものが使用可能である。また、前
記可撓部は単に曲げ変形するだけでなく、同時に軸方向
にコラプスするものも含み、曲げ変形せずにコラプスの
みするものであっても良い。更に、ステアリング装置の
全体構成を始め、ダブルカルダンジョイントの具体的構
造等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれ
ば適宜変更可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るステア
リング装置によれば、第１のステアリングシャフトと第
２のステアリングシャフトとをダブルカルダン式等速継
手を介して連結してなるステアリング装置であって、前
記第１および第２のステアリングシャフトの少なくとも
一方に可撓部を形成したため、衝突事故時等に運転者が
ステアリングホイールに二次衝突すると、ステアリング
シャフトが可撓部において容易に曲げ変形し、その際に
衝撃エネルギが吸収されて運転者の受ける衝撃が軽減さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステアリング装置の車室側部分を示した斜視図
である。

【図２】ステアリング装置の車室側部分を示した側面図
である。

【図３】アッパシャフトとロアシャフトとの連結部位を
示した側面図である。

【図４】ダブルカルダンジョイントの内部構造を示した
縦断面図である。

【図５】図４に対して９０度回転位相を変えてダブルカ
ルダンジョイントの内部構造を示した縦断面図である。

【符号の説明】

５‥‥アッパステアリングシャフト ７‥‥ステアリングホイール ９‥‥ダブルカルダンジョイント １１‥‥ロアステアリングシャフト １３‥‥ステアリングギヤ ３３‥‥入力側ヨーク ３７‥‥出力側ヨーク ４３‥‥クロスピース ４５‥‥センタハウジング ４７‥‥クランクプレート ８１‥‥ベローズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１のステアリングシャフトと第２のステ
   アリングシャフトとをダブルカルダン式等速継手を介し
   て連結してなるステアリング装置であって、前記第１お
   よび第２のステアリングシャフトの少なくとも一方に可
   撓部を形成したことを特徴とするステアリング装置。