JPS59160666A - ステアリングホイ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は自動車のステアリングホイールに関し、特に
アルミニウム合金等の軽合金材料からなるステアリング
ホイールの芯金部の材質に関するものである。

一般にステアリングホイールは、第１図に示すようにス
テアリングメインシャフト１の先端部分に嵌合固定され
る芯金部２が中央に形成され、その芯金部１の周囲から
適当数のスポーク部３が延出されて、そのスポーク部３
によって外側のホイール部４と中央の芯金部２とが連結
された構成となっている。前記芯金部２は、第２図に詳
細に示すように全体として中空円筒状をなすように作ら
れるとともに、その内周面下部にＦ方へ向って拡大する
テーパー面５が形成され、かつ内周面上部に雌セレーシ
ョン６が形成されたものである。このようなステアリン
グホイールをステアリングメインシャフト１に取付ける
に当っては、前記雌セレーション６がステアリングメイ
ンシャフト１の雄セレーション７と係合するように芯金
部２をステアリングメインシャフト１の上端部に外挿さ
せてそのステアリングシャフト上端の螺子爺８にナツト
９を螺合させ、ナツト９を締め付けて芯金部２のテーパ
ー面５をステアリングメインシャフトｌのテーパー面１
０に密に押圧させる。このようにステアリングホイール
は、セレーション６．７の保合によってステアリングメ
インシャフト１に対する相対的な回動が抑制されるとと
もに、ナツト９の締め付けによるテーパー面５，１０同
士の密接合によってステアリングメインシャフト１に×
１し緊密に保持される。なお前記芯金部２の周囲とスポ
ー！部３は樹脂１１によって包覆されるのが通常である
。

ところで上述のようなステアリングホイールの芯金部２
に１ｄ１剛性が高いことが要求される。すなわちナツト
９の締め付は力によって芯金部２のテーパー嵌合部（内
面に前記テーパー面５を有する部分）１２はステアリン
グメインシャフト１のテーパー面１０から大きな力を受
けるから、芯金部２の剛性が低ければそのテーパー嵌合
部１２が拡開してステアリングホイールにガタが生じる
おそれがある。そこで従来はステアリングホイールの芯
金部材質として、剛性の高い鋼材を使用するのが通常で
あった。しかしながら鋼材は剛性が高い反面、重量も大
きく、そのためステアリングホイールの慣性重量が大き
くなって、悪路走行時や高速走行時におけるステアリン
グホイールのシェイク（振動）が激しくなる欠点がある
。

ステアリングホイールの慣性重量を軽減するだめの最も
簡単な方法は、その材料として鋼材に代えてアルミニウ
ム合金等の軽合金材料を用いることである。しかしなが
ら通常のアルミニウム合金等の軽合金材料は鋼材と比較
してその剛性が格段に低く、シたがって前述のように芯
金部にアルミニウム合金等の軽合金材料を使用すること
は不適当とされている。もちろん芯金部の肉厚を厚くす
ればある程度剛性を高めることは可能であるが、その場
合には芯金部の重量が大きくなって、軽合金材料を使用
する目的に反することになる。またアルミニウム合金等
の軽合金材料は、通常はその剪＋：）？強度が基材より
も格段に小さく、一方ステアリングシャフト自体は鋼材
で作られているのが通常であるから、芯金部にアルミニ
ウム合金等の軽合金材イ・）を用いた場合にはその芯金
部のセレーション６の山部が剪（訴荷重によって破壊さ
れやすくなる間、負が生じろ。これらの理由から、従来
は前Ｔホのように慣性型＝１４の問題があるにもかかわ
らずステアリングホイールの芯金部に鋼材を使用せざる
を得なかったのが実情で′める。

なお従来ステアリングホイールのスポーク部については
直性■羞軽減のためアルミニウム合金等の軽合金材料を
使用することがあったが、この場合でも前述の理由から
芯金部は鋼材で作られて３す、そのためスポーク部を芯
金部に溶接することが不可能でめって、両者の固着手段
としてはリベット等の機械的固着手段を用いざるを得す
、その場合スポーク部と芯金部との固着の信頼性が低い
問題があっ１２−０ この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、前述の
ような諸問題を招くことなく芯金部の・軽量化を図った
ステアリングホイールを提供することを目的とするもの
である すなわち第１発明は芯金部の基材としてアルミニウム合
金等の軽合金材料を用いて芯金部の慣性１１ｉｔｌｔの
軽減を図ると同時に、そのテーパー嵌合部の剛性を高め
てテーパー嵌合部の拡開によるガタ発生を防止したステ
アリングホイールを提供するものであって、具体的には
軽合金°材料を基材とする芯金部のうち、少くともテー
パー嵌合部に繊維を複合一体化して、そのテーパー嵌合
部の剛性を高めたものである。

また第２発明は、前記第１発明に加えて、セレーション
部の強度向上をも図ったステアリングホイールを提供す
るものであって、具体的には軽合金材料を基材とする芯
金部のうち、テーパー嵌合部とセレーション部との両者
に繊維を複合一体化して、テーパー嵌合部の剛性を高め
ると同時にセレーション部をも強化したものである。

以Ｆこの発明について図面を参照してさらに詳イ用に説
明する。

ｍ　３１！４は第２発明のステアリングホイールの心金
部附近を拡大して示すものであり、この芯金部２はステ
アリングメインシャフト１のテーパー而１０と嵌合する
テーパー嵌合部１２と、同じくステアリングメインシャ
フトの雄セレーション７に係合する雌セレーション６が
内面に形成されたセレーション部１３とを有する構成と
されている。

前記芯金部２は、アルミニウム合金もしくはマグネシウ
ム合金等の軽合金材料を基材として作られており、その
芯金部２のテーパー嵌合部１２およびセレーション部１
３の内層部分にはそれぞれ無機繊維が複合一体化さ１１
したがってテーパー嵌合部の内層部分およびセレーショ
ン部の内層部分はそれぞれ１経合金材料と無機繊維とを
複合した複合部１４．１５で形成されている。

前記テーパー嵌合部１２の複合部１４における無機繊維
としては長繊維、短繊維もしくはホイスカーのいずれを
使用しても良く、その配向方向は、テーパー嵌合部１２
を拡開させる方向の力に対し高い剛性を示すように、テ
ーパー嵌合部１２の円周方向に一方向に配向させること
が最も望ましいが、短繊維もしくはホイスカーの場合に
はテーパー嵌合部の円周面もしくはテーパー面内に２次
元ランダムに配向させても良い。後者の場合には芯金部
２の軸線方向と平行な方向の力、特にナツト９の締付は
力によるテーパー嵌合部１２の座屈をも防止することが
できる。テーパー嵌合部１２の複合部１４に使用される
繊維の具体的種類としては、長繊維としては炭素繊維、
アルミナ（Ａ１２０５）繊維、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊
維等、短繊維としては炭素繊維、アルミナ繊維等、ボイ
スカーとしては炭化ケイ呆、窒化ケイ素（Ｓ＋３Ｎ４　
）等を使用することが望ましい。またテーパー嵌合部１
２の複合部１４における繊維体積率は１０〜７０チ程度
とすることが望ましい。すなわち繊維体積率が１０％未
満では充分な剛性が得られず、一方７０％を越えれば工
業的な手段によって繊維と軽合金とを複合一体化するこ
とが困難となるおそれがある。

一方前記セレーション部１３の複合部１５における無機
繊維としては、短繊維もしくはホイスカーを用いること
が望ましく、まだその配向方向は、セレーション山部の
剪断強度を可及的に高めるように、芯金部２の軸線に対
し放射状に配向させることが最も望ましく、またこのほ
か芯金部２の軸線に対し直交する面内に２次元ランダム
あるいは３次元ランダムに配向させても良い。セレーシ
ョン部１３に使用される繊維の具体的種類としては、短
繊維としてはアルミナ繊維等、ホイスカーとしては炭化
ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ｓ；６Ｎ４’）等を使
用することが望ましい。またセレーション部１３の複合
部１５における繊維の体積率は３〜５０係８度とするこ
とが望ましい。３係未満ではセレーション山部の剪断強
度を高める効果が充分にイ；ｔられず、逆に５０％を越
えれば工業的に繊維を軽合金と複合一体化することが困
難となる。

芯金部２以外の部分、すなわちスポーク部３やホイール
部４の材質はこの発明では特に限定しなぃが、これらの
部分にも芯金部と同様に軽合金材料と無機繊維とを複合
一体化した複合材を使用することが最も望ましい。また
このほかスポーク部３やホイール部１．４に従来と同様
に鋼材を用いても良く、また場合によってはアルミニウ
ム合金等の軽合金材料そのもの（複合しないもの）を使
用しても良い。

芯金部２とスポーク部３との結合手段は任意であり、例
えばスポーク部３が軽合金材料からなる場合、あるいは
スポーク部３が軽合金材料と無機繊維との複合材からな
る場合には、第３図に示すように隅肉溶接等１６の溶接
手段によって溶接することができ、この場合には芯金部
２とスポーク部３との結合の信頼性をリベット等の機械
的結合手段よりも増すことができる。但しリベット等の
機械的結合手段を用いても良いことはもちろんである。

なおスポーク部３を軽合金材料もしくは軽合金／無機繊
維複合材で構成する場合には、スポーク部３と芯金部２
とを一体成形することも可能である。

なお以上のような第２発明のステアリングホイールに２
いては、芯金部２のテーパー嵌合部１２とセレーション
部１３との両者に無機繊維を複合一体化して、テーパー
嵌合部１２の剛性向上とセレーション部１３の強度向上
を図っているが、テーパー嵌合部１２の剛性向上のみを
図る場合すなわち第１発明の場合にはテーノく一嵌合部
１２にのみ無機繊維を複合一体化すれば良い。

次にこの発明のステアリングホイール、特に第２発明の
ステアリングホイールの製造方法について説明する。

第：〕発明のステアリングホイールを製造するにあたっ
ては、先ずテーパー嵌合部１２およびセレーション部１
３の複合部１４　、１．５に対応する繊維成形体を作成
する。ここでテーパー嵌合部１２２よびセレーション部
１３の複合部１４．１５の繊維として同種のものを用い
かつ配向も同じとする場合には、１種類の繊維によシ例
えば圧縮成形法等により第４図に示すような中空円筒状
の繊維成形体１７を作成すれば良い。一方、テーノく一
嵌合部１２の複合部１４とセレーション部１３の複合部
１５とにおいて使用する繊維や配向を異ならせる場合に
は、両次合部１４．１５の繊維成形体を別に作成する必
要がある。例えばテーパー嵌合部１２に連続長繊維を用
いて円周方向に配向させ、一方セレーション部１３には
℃繊維もしくはホイスカーを用いる場合には、第５図に
示すようにステンレス鋼等からなる薄質なパイプ１８の
一端側にテーパー嵌合部用の繊維として連続長繊維１９
を巻付け、一方予め短繊維もしくはホイスカーを短円筒
状に圧縮成形等によシ成形してなる成形体２０を前記連
続長繊維１９と隣接するようにパイプ１８の他端側に嵌
合させて、繊維成形体１７とすれば良い。

上述のようにして得られた繊維成形体は、これを予熱し
てから芯金部鋳造用の高圧鋳造用金型内の所定位置に配
置し、直ちに軽合金材料の溶湯を金型内に注入して５０
０〜１５００　ｋｇ／Ｃ１１程度の加圧力を溶湯に印加
して、所謂高圧鋳造を行う。斯くすればその加圧力によ
って軽合金溶湯が繊維間の空ｌ！１Ｋに充填され、繊維
と軽合金とが複合一体化される。そしてその加圧力を軽
合金溶湯の凝固まで保持し、凝固後に金型から取出せば
、軽合金／無機繊維複合材からなる複合部がセレーショ
ン部およびテーパー嵌合部に形成された芯金部を得るこ
とが出来る。このようにして得られた芯金部に対し、リ
ベットあるいは溶接等、相手方の材質に応じて選ばれた
結合手段によってスポーク部を結合し、さらにホイール
部を取付けることによって第２発明のステアリングホイ
ールが完成する。

また前述のような繊維成形体を用いて軽合金溶湯を高圧
鋳造する際には、芯金部およびスポーク部の両者を同時
に一体に成形鋳造しても良い。すなわち例えば第６図に
示すようにステアリングホイールのスポーク部および芯
金部に対応する形状の上型２０および丁型２１からなる
金型２２の芯金部に対応する位置に繊維成形体１７を配
置し、軽合金溶（＃ｊ２４を注湯してプランジャ２５に
より加圧して、スポーク部の鋳造と同時に芯金部におけ
る繊維の複合一体化を行い、スポーク部と芯金部とを一
体に作成することができる。

なお第１発明のステアリングホイールを作成する場合に
は、繊維成形体としてテーパー嵌合部のみに対応するも
のを用いれば良く、それ以外は第１発明のステアリング
ホイールと全く同様に製造することができる。

以′ドこの発明の実施例、特に第２発明の実施例につい
て記す。

実施例１ 外径１５■、長さ３０藺のステンレス製パイプに平均繊
維径２０μｍのアルミナ連続長繊維をパイプの一端から
長さ１５ｔｒａｎ１外径２５霧となるまで巻付けた。一
方、平均繊維径０．５μｍ１平均繊維長１３０μｍの炭
化ケイ素（ＳｉＣ）ホイスカーに１５チコロイダルシリ
力水溶液を添加し、外径２５　ｍ　。

内径１５．５咽、長さ１５１１１１１の円筒状に圧縮成
形して、前記アルミナ連続長繊維と接するように前記ス
テンレス製パイプに挿入し、第５図に示すようなアルミ
ナ長繊維と炭化ケイ素ホイスカーからなる繊維成形体を
得た。この繊維成形体を約８００℃に加熱してステアリ
ングホイールの芯金部鋳造用の高圧鋳造金型内に配置し
、直ちに約７５０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ　ＡＣ
４Ｃ）の溶湯を金型内に注入し、ｌ　Ｏ００ｋｌｉｄの
加圧力で加圧することにより繊維とアルミニウム合金と
を複合一体化させ、さらにその加圧力をアルミニウム合
金溶湯が完全に凝固するまで保持した。得られた鋳造品
を機械加工してステアリングホイール芯金部とした。

なおこの機械加工においてはアルミナ長繊維複合部がテ
ーパー嵌合部内ノ弱部分に、また炭化ケイ累ホイスカー
複合部がセレーション部内層部分となるように加工した
。ここでアルミナ長繊維複合部および炭化ケイ素ホイス
カー複合部における繊維体積率はそれぞれ５０％、２５
％でおった・。このようにして得られた芯金部にアルミ
ニウム合金製スポークを溶接し、かつその外側にホイー
ル部をリベットにて取付け、さらに全体を樹脂にょシ覆
うことによってステアリングホイールを作成した。

このステアリングホイールを実車に装着して耐久試験を
行ったところ、テーパー嵌合部の拡がりが許容範囲内に
収まシ、またセレーション部も充分な強度を有すること
が確認された。また芯金部の基材がアルミニウム合金と
されているため従来の鋼製のものと比較して芯金部の重
量を約３０％低減することができ、しだがってステアリ
ングホイールの慣性重量が軽減された結果、ステアリン
グホイールの振動（シェイク）も従来のＷｌｍのものと
比較して振幅で約３０％低減することができた。

実施例２ 平均繊維径１３μｍ１平均繊維長１７０μｎ１の窒化ケ
イ素（５ＩｓＮ４）ホイスカーに１５％コロイダルア・
ルミナ水溶液を添加して第４図に示すような円筒状の繊
維成形体を作成した。この繊維成形体は、後にアルミニ
ウム合金と複合した際にホイスカーの体積率が３．０％
となるようにし、またホイスカーを円筒の周方向面内で
２次元ランダムに配向させたものである。このような繊
維成形体を約８００℃に予熱して第６図に示すようにス
テアリングホイールの芯金部およびスポーク部一体鋳造
用の金型の芯金部対応位置に配置し、直ちに７４０°Ｃ
のアルミニウム合金（ＪＩＳ　ＡＣ４Ｃ）（ＩＤ溶湯を
金型内に注入（〜、１０００に、ｒｍの加圧力を溶湯に
加えて゛窒化ケイ素ホイスカーとアルミニウム合金とを
複合一体化させ、溶湯が完全に凝固するまで加圧力を保
持した。このようにして窒化ケイ素ホイスカーが複合さ
れた芯金部とスポーク部とが一体となった部品を得、さ
らにスポーク部に鋼管製ホイールをリベット止めした後
、全体を樹脂にて包覆して、ステアリングホイールを構
成させた。

このようにして得られたステアリングホイールを火屯に
紹付け、走行試験を行ったところ、テーパー嵌合部の拡
がりが許容ｉ？ｉΣ囲内に収唆り、またセレーション部
の強度も充分であることが＠認された。捷プヒ芯金部お
よびスポーク部をアルミニウム合金とすることによって
ステアリングホイールの市酸を小さくすることができ、
そのため慣性重量の低Ｆによりシェイクを軽減するとと
ができた。

以上の説明で明らかなように第１発明のステアリングホ
イールは、芯金部の基材として軽合金材料を用いかつそ
のテーパー嵌合部に無機繊維を複合して強化したもので
あるから、芯金部の重量が小さく、シたがって慣性重量
の軽減により振動（シェイク）を軽減することができる
と同時に、テーパー嵌合部の剛性が高いためそのテーパ
ー嵌合部が拡°開するおそれが少なく、シたがってステ
アリングホイールにガタが生じるおそれもない等の長所
を有する。

また第２発明のステアリングホイールは、上述の第１発
明の構成に加え、芯金部のセレーション部をも無機繊維
によって強化したものであるから、上述の長所に加え、
セレーション部の強度が向上してそのセレーシ：Ｉジ山
部が剪断破壊されるとそれもない利点を仔する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なステアリングホイールの全体形状の一
例を示す平面図、第２図は従来のステアリングホイール
をステアリングメインシャフトに取付けた状態を示す芯
金部附近の縦断面図、第３図はこの発明のステアリング
ホイールの要部の縦断面図、第４図および第５図はそれ
ぞれこの発明のステアリングホイールの製造過程で使用
される乙 繊維成形体の一例を示す斜視図、第ｊ図はこの発明のス
テアリングホイールの芯金部およびスポーク部を一体鋳
造する際の状況を示す縦断面図である。 ■・・・ステアリングメインシャフト、２・・・芯金部
、１２・・・テーバ−嵌合部、ｔ　３・・・セレーショ
ン部、１４．１５・・・複合部。 出願人　トヨタ自動車株式会社 代理人　弁理士豊田武人 （ほか１名） 第１図 第２図 第３図 ４図　　し、−ｊや、。 ぽ 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ステアリングメインシャフトのテーパー向に
   嵌合されるテーパー嵌合部とステアリングメインシャフ
   トの雄セレーションニ係合スルセレーション部とを有す
   る芯金部を備えたステアリングホイールにおいて、 前記芯金部が軽合金材料を基材として作られ、かつその
   芯金部のテーパー嵌合部に無機繊維が複合一体化されて
   いることを特徴とするステアリングホイール。
2. （２）　　ステアリングメインシャフトのテーパー面で
   嵌合されるテーパー嵌合部とステアリングメインシャフ
   トの雄セレーションに係合するセレーションす＄とを有
   する芯金部を備えたステアリングホイールにおいて、 前記芯金部が軽合金材料を基材として作られ、かつその
   芯金部のテーパー嵌合部およびセレーション部に無機繊
   維が複合一体化されていることを特徴とするステアリン
   グホイール。