(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ロアーチューブに対するアッパーチューブの相対変位量を十分に確保できれば、衝撃エネルギーを十分に吸収することができるが、スペース的な制約等によって当該相対変位量を十分に確保できない場合が想定される。この場合、アッパーチューブがロアーチューブの下端まで到達すると、ハウジングに底付きし、その際、底付き荷重が発生する。底付き荷重が大きくなると、衝撃エネルギーの吸収が妨げられる。
【0007】
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、インナージャケットに対してアウタージャケットが相対移動する構成において、アウタージャケットの移動に起因する底付き荷重を低減することができるステアリングコラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項1記載の発明は、ステアリングシャフト(3)を保持するステアリングコラム(4)であって、ステアリングシャフトを収容するインナージャケット(11)と、前記インナージャケットの一端(11A)に嵌合され、ステアリングシャフトにかかる操舵トルクを検出するセンサ(8)を収容するためのセンサハウジング(10)と、前記インナージャケットに対して外嵌されていて、衝撃を受けたときに前記センサハウジングへ向かって前記インナージャケットに対して相対移動するアウタージャケット(12)と、前記インナージャケットと前記センサハウジングとの嵌合部(30)に設けられ、前記アウタージャケットが前記インナージャケットの一端まで移動して前記センサハウジングに底付きしたときの底付き荷重を低減するための衝撃エネルギー吸収部(15)とを含
み、前記衝撃エネルギー吸収部は、前記センサハウジングに前記インナージャケットを固定するための固定部(15)を含むことを特徴とする、ステアリングコラムである。
【0009】
請求項
2記載の発明は、前記固定部は、前記嵌合部に対して外から取り付けられるリベット(15)を含むことを特徴とする、請求項
1記載のステアリングコラムである。
【0010】
請求項
3記載の発明は、前記アウタージャケットにおいて前記リベットを乗り越える部分には、前記インナージャケット側にかしめられたかしめ部(16)が設けられていることを特徴とする、請求項
2記載のステアリングコラムである。
請求項
4記載の発明は、前記リベットは、前記嵌合部において周方向の複数箇所に設けられていることを特徴とする、請求項
2または
3記載のステアリングコラムである。
【0011】
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明の効果】
【0012】
請求項1記載の発明によれば、アウタージャケットがインナージャケットの一端におけるセンサハウジングに底付きしたときに、インナージャケットとセンサハウジングとの嵌合部に設けられた衝撃エネルギー吸収部によって、底付き荷重を低減することができる。
また、固定部によってセンサハウジングとインナージャケットとが固定されているので、インナージャケットとセンサハウジングとの嵌合部の剛性および強度を向上することができる。
【0013】
請求項
2記載の発明によれば、リベットを用いた簡易な構成によって、センサハウジングとインナージャケットとを固定することができる。また、アウタージャケットが、センサハウジングに底付きする際にリベットの頭部を乗り越えることによって、アウタージャケットがセンサハウジングに底付きするときの衝撃を緩和できるので、底付き荷重を低減することができる。
【0014】
請求項
3記載の発明によれば、アウタージャケットがセンサハウジングに底付きする際、アウタージャケットではかしめ部がリベットの頭部を確実に乗り越えるので、底付き荷重を確実に低減することができる。
請求項
4記載の発明によれば、アウタージャケットが、センサハウジングに底付きする際に複数のリベットの頭部を乗り越えることにより、アウタージャケットがセンサハウジングに底付きするときの衝撃を大幅に緩和できるので、底付き荷重を一層低減することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図1Aは、この発明の一実施形態に係るステアリングコラム4を有するステアリング装置1の概略構成を示す模式図であって、衝撃吸収前の状態を示している。
図1Bは、
図1Aにおいて衝撃を吸収した直後の状態を示している。
本実施形態のステアリング装置1は、電動パワーステアリング装置を想定しているが、この発明は、マニュアル操舵のステアリング装置に適用することもできる。
【0017】
ステアリング装置1は、車輪(図示せず)を操舵するためにステアリングホイール2に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト3と、このステアリングシャフト3を内部に通して回転自在に保持するステアリングコラム4とを有する。
ステアリングシャフト3は、自動車(図示せず)の車体100の前後方向に沿いつつ、後上側へ傾斜して延びる軸状体である。ステアリングシャフト3では、上端部3Aにステアリングホイール2が連結され、下端部3Bに、自在継手5、中間軸6等を介して車輪を操舵するためのラックアンドピニオン機構等の操舵機構(図示せず)が連結される。ステアリングホイール2が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト3等を介して操舵機構に伝達され、これにより車輪を操舵することができる。
【0018】
ステアリング装置1では、ステアリングホイール2の操舵トルクに応じた操舵補助力を得られるようになっている。これに関連して、ステアリング装置1は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ8と、検出された操舵トルク等に基づいて必要な大きさの操舵補助力を算出する制御部(図示せず)と、当該操舵捕助力を発生させる電動モータ7と、電動モータ7の出力軸の回転を減速するための減速機9と、センサハウジング10とをさらに有している。
【0019】
トルクセンサ8は、環状体であって、ステアリングシャフト3を非接触で取り囲んでいる。たとえば、ステアリングシャフト3では、トルクセンサ8に取り囲まれた部分がトーションバーになっていて、トルクセンサ8は、当該トーションバーの捩じれ量を検出することによって、ステアリングホイール2(換言すればステアリングシャフト3)にかかる操舵トルクを検出する。
【0020】
減速機9は、電動モータ7の出力軸に連結されたウォーム9Aと、ステアリングシャフト3に対して一体回転可能に連結されたウォームホイール9Bとを有している。ウォーム9Aは、ウォームホイール9Bの外周部分と噛み合っている。電動モータ7が駆動されると、その駆動力は、ウォーム9Aとウォームホイール9Bとの間で減速されてから、ステアリングシャフト3に伝達される。
【0021】
センサハウジング10は、中空体であって、内部に減速機9およびトルクセンサ8を収容して支持し、外壁等において電動モータ7を支持している。センサハウジング10は、ステアリングコラム4の一部を構成している。
図1Aの姿勢を基準として、センサハウジング10には、一段細くなって後上側へ突出する円管状の突出部10Aが一体的に設けられている。突出部10Aの後上側の端面には、突出部10Aの中空部分(つまり、センサハウジング10の中空部分)に連通する丸い上挿通孔10Bが形成され、センサハウジング10前下側の端面には、センサハウジング10の中空部分に連通する丸い下挿通孔10Cが形成されている。上挿通孔10Bおよび下挿通孔10Cは同心状に配置されている。
【0022】
ステアリングホイール2が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ8により検出され、この操舵トルク等に応じて電動モータ7が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機9によって減速されてからステアリングシャフト3に伝達され、ステアリングホイール2の動きとともに操舵機構に伝わり、車輪が操舵される。
図1Aおよび
図1Bに示すように、ステアリング装置1において、ステアリングシャフト3およびステアリングコラム4のそれぞれは、自動車が衝突したときの衝撃を吸収できるように収縮可能である。これにより、衝突時にドライバ(運転者)がステアリングホイール2にぶつかるときの衝撃エネルギーを吸収することができる。
【0023】
具体的に、ステアリングコラム4は、前述したセンサハウジング10と、インナージャケット11と、アウタージャケット12とを含んでいる。
図2は、インナージャケット11をセンサハウジング10との組み付けを説明するための模式図である。
図3Aは、
図1Aにおいてセンサハウジング10、インナージャケット11およびアウタージャケット12を抜き出して示した模式図である。
図3Bは、
図1Bにおいてセンサハウジング10、インナージャケット11およびアウタージャケット12を抜き出して示した模式図である。
図4は、
図1Aにおいてセンサハウジング10、インナージャケット11およびアウタージャケット12の要部を抜き出して示した斜視図である。
【0024】
ステアリングコラム4の説明に関して、
図2〜
図4も参照する。
インナージャケット11は、所定長さの円管状(チューブ状)である。
図2を参照して、インナージャケット11の内径は、センサハウジング10の突出部10Aの外径とほぼ同じである。インナージャケット11の長さ方向(軸方向)における一端部11Aには、複数の貫通孔13が周方向に間隔を隔てて形成されている。なお、一端部11Aの端(インナージャケット11における一端部11A側の縁)がインナージャケット11の一端である。
【0025】
このようなインナージャケット11を一端部11Aが最下位になるように傾け、センサハウジング10の突出部10Aに対して後上側(
図2における右上側)から嵌合する。このとき、インナージャケット11の一端部11Aは、突出部10Aに対して同軸状で外嵌された状態になる(
図3A参照)。詳しくは、一端部11Aは、突出部10Aに対して圧入されている。
【0026】
ここで、突出部10Aの外周面において、周方向で一端部11Aの各貫通孔13と一致する位置には、突出部10Aの軸中心側へ窪む凹部14が1つずつ形成されている。そこで、突出部10Aに対して外嵌されたインナージャケット11の一端部11Aにおいて、各貫通孔13に対して径方向外側からリベット15を挿入する(
図2の破線矢印参照)。リベット15は、軸体15Aと、軸体15Aの一端から円弧状に膨出する半球状の頭部15Bとを一体的に含んでいる。
【0027】
図3Aに示すように、周方向で同じ位置にある貫通孔13および凹部14に対して1本のリベット15の軸体15Aを挿入し、当該リベット15の頭部15Bがインナージャケット11の外周面における当該貫通孔13の縁に対して径方向外側から当接すると、1つの貫通孔13および凹部14に対するリベット15の組み付けが完了する。このとき、軸体15Aは貫通孔13および凹部14の両方に対して圧入されている。なお、軸体15Aおよび頭部15Bを有しているのであれば、リベット15の代わりに、ボルト等も用いることができる。
【0028】
全ての貫通孔13および凹部14に対するリベット15の組み付けが完了した状態が、
図3Aに示されている。組み付けられたリベット15は、ステアリングコラム4の一部となる。この状態では、インナージャケット11の一端部11Aが、センサハウジング10の突出部10Aに対して外れ不能に固定されており、インナージャケット11の一端部11Aおよび突出部10Aによって、インナージャケット11とセンサハウジング10との嵌合部30が構成されている。この場合、リベット15を用いた簡易な構成によって、センサハウジング10とインナージャケット11とを固定することができる。また、嵌合部30では、剛性および強度が高められているので、嵌合部30に曲げ応力等が入力されても、インナージャケット11が突出部10Aから抜けたり、嵌合部30にがたつきが生じたりすることはない。このように、リベット15は、センサハウジング10にインナージャケット11を固定するための固定部として機能している。
【0029】
また、インナージャケット11の一端部11Aが突出部10Aに対して固定された状態では、インナージャケット11の外周面において、各リベット15の頭部15Bが径方向外側へはみ出しているとともに、周方向に並んでいる。ここから、前述した嵌合部30においてリベット15が周方向の複数箇所に設けられていることや、リベット15が嵌合部30に対して外から取り付けられていることがわかる。
【0030】
アウタージャケット12は、所定長さの円管状(チューブ状)である(
図1Aも参照)。アウタージャケット12の内径は、インナージャケット11の外径よりも大きい。アウタージャケット12の長さ方向(軸方向)における一端部12Aには、径方向内側へ窪まされたかしめ部16が周方向に間隔を隔てて複数設けられている。かしめ部16の数は、貫通孔13の数(リベット15の数)と等しい。アウタージャケット12の一端部12Aの内周面では、各かしめ部16が径方向内側へはみ出している。アウタージャケット12において長さ方向で一端部12Aとは反対側の他端部12Bには、径方向内側へ折り曲げられた環状のフランジ12Cが一体的に設けられている(
図1A参照)。フランジ12Cの内周縁によって挿通孔12Dが区画されている(
図1A参照)。
【0031】
アウタージャケット12を一端部12Aが最下位になるように傾け、インナージャケット11に対して後上側(
図3Aの右上側)から嵌合する。このとき、アウタージャケット12は、インナージャケット11に対して同軸状で外嵌された状態になる。この状態では、アウタージャケット12のかしめ部16は、インナージャケット11におけるいずれか1つのリベット15と周方向で同じ位置にある(
図4参照)。また、この状態において、インナージャケット11またはアウタージャケット12の軸中心Xを基準とした径方向において、当該軸中心Xから各リベット15の頭部15B(最も径方向外側に位置する部分)までの距離Yは、当該軸中心Xから各かしめ部16(最も径方向内側に位置する部分)までの距離Zより長い。つまり、当該径方向において、各かしめ部16は、各リベット15の頭部15Bよりも径方向内側へはみ出ている。各かしめ部16は、インナージャケット11に対して径方向外側から当接している。つまり、アウタージャケット12は、インナージャケット11に対して径方向外側から被せられているとともに、各かしめ部16においてインナージャケット11側にかしめられている。
【0032】
このようにインナージャケット11にアウタージャケット12が被せられた構成のステアリングコラム4は、
図1Aに示すように、全体として後上側へ傾斜した姿勢で、上部支持部20および下部支持部21を介して車体100に支持されている。上部支持部20は、ステアリングコラム4の後上部であるアウタージャケット12と車体100との間に介在されて、アウタージャケット12を吊り下げるように支持している。自動車が何かに衝突した場合(
図1B参照)には、上部支持部20は、車体100から外れて自由に動けるようになっている。下部支持部21は、ステアリングコラム4の前下部であるセンサハウジング10と車体100との間に介在されて、センサハウジング10(センサハウジング10に固定されたインナージャケット11も含む)を吊り下げるように支持している。下部支持部21は、車体100に対して外れ不能に固定されている。
【0033】
ステアリングシャフト3は、後上側のアッパーシャフト22と、前下側のロアーシャフト23とに分割可能である。アッパーシャフト22およびロアーシャフト23は、同軸状をなしていて、後上側へ傾斜して延びている。アッパーシャフト22の上端部が、ステアリングシャフト3全体における上端部3Aであり、ロアーシャフト23の下端部が、ステアリングシャフト3全体における下端部3Bである。
【0034】
アッパーシャフト22の下部には、円筒状の中空部分22Aが形成されている。中空部分22Aは、前下側の端部において外部に露出されている。中空部分22Aにおけるアッパーシャフト22の内周面には、アッパーシャフト22の軸方向に沿って後上側へ延びるセレーション(図示せず)が周方向に並んで形成されている。ロアーシャフト23の上部の外周面には、ロアーシャフト23の軸方向に沿って後上側へ延びるセレーション(図示せず)が周方向に並んで形成されている。ロアーシャフト23の上部は、アッパーシャフト22の下部の中空部分22Aに対して前下側から挿通されている。アッパーシャフト22とロアーシャフト23とは、互いのセレーション(図示せず)が噛み合うことによってセレーション嵌合している。そのため、アッパーシャフト22とロアーシャフト23とは、ロアーシャフト23の上部が中空部分22Aに挿通された状態で、軸方向に相対変位可能であるとともに一体回転可能である。
【0035】
ステアリングシャフト3は、ステアリングコラム4の内部に略同軸状で収容されている。この状態で、ステアリングシャフト3では、アッパーシャフト22の大部分がアウタージャケット12内に収容されていて、ロアーシャフト23の大部分がインナージャケット11およびセンサハウジング10内に収容されている。前述したトルクセンサ8は、ロアーシャフト23を取り囲んでおり、前述した減速機9のウォームホイール9Bは、ロアーシャフト23に対して同軸状に取り付けられている。
【0036】
この状態で、アッパーシャフト22の上端部は、アウタージャケット12の上端部の挿通孔12Dから後上側にはみ出してステアリングホイール2に連結されている。アッパーシャフト22においてステアリングホイール2と中空部分22Aとの間の部分が、挿通孔12Dに対して挿通されている。ロアーシャフト23の下端部は、センサハウジング10の下端部の下挿通孔10Cから前下側にはみ出して自在継手5に連結されている。ロアーシャフト23の下部は、センサハウジング10の上挿通孔10Bおよび下挿通孔10Cに対して挿通されている。
【0037】
挿通孔12Dおよび下挿通孔10Cのそれぞれにおいて、ステアリングシャフト3とステアリングコラム4との間には軸受(図示せず)が介在されている。そのため、ステアリングシャフト3は、前述したようにステアリングコラム4によって回転可能に保持されている。なお、ステアリングシャフト3とステアリングコラム4とは、前述した軸受(図示せず)を介して間接的に連結されているのであって、軸受以外の部分では互いに接触していない。また、この状態では、図示しない規制部材によって、アッパーシャフト22とアウタージャケット12との軸方向における相対移動が規制されていて、ロアーシャフト23とインナージャケット11との軸方向における相対移動が規制されている。
【0038】
自動車が何かに衝突したことがない通常状態にある場合、
図1Aに示すように、ステアリングシャフト3およびステアリングコラム4のそれぞれは、一番伸張した状態にある。そのため、ステアリングシャフト3では、アッパーシャフト22がロアーシャフト23から後上側へ最も離れていて、ステアリングコラム4では、アウタージャケット12がインナージャケット11から後上側へ最も離れている。このとき、アウタージャケット12のかしめ部16は、インナージャケット11において周方向で同じ位置にあるリベット15の頭部15Bから後上側へ離れている。
【0039】
自動車が何かに衝突すると、その衝突の反動で運転者がステアリングホイール2にぶつかることがある。運転者がステアリングホイール2にぶつかったときの衝撃は、ステアリングホイール2からアッパーシャフト22およびアウタージャケット12に対して後上側から作用する。そして、この衝撃が所定以上であると、アウタージャケット12を支持している上部支持部20が、車体100から外れる。これにより、アウタージャケット12が、ステアリングホイール2、アッパーシャフト22および上部支持部20を伴って、車体100、ロアーシャフト23およびインナージャケット11に対して相対移動し、具体的には、前下側のセンサハウジング10へ向かってスライドする。この移動によって、前述した衝撃によるエネルギー(衝撃エネルギーということにする)を吸収することができる。
【0040】
ここで、アウタージャケット12は、かしめ部16においてインナージャケット11の外周面を滑りながら前下側へ向けて移動する。そして、アウタージャケット12の下端部(前述した一端部12A)がインナージャケット11の下端(前述した一端部11Aの端)に差し掛かるまでアウタージャケット12が前下側へ移動すると、アウタージャケット12の下端部の各かしめ部16が、周方向で同じ位置にあるリベット15の頭部15Bを乗り越えようとする。その際に、前述した衝撃エネルギーが消費されるので、当該衝撃エネルギーをさらに吸収することができる。
【0041】
そして、各かしめ部16が対応するリベット15の頭部15Bを乗り越えたときには、前記衝撃エネルギーはほとんど吸収されてしまっている。最終的に、
図1Bおよび
図3Bに示すように、アウタージャケット12の下端部がセンサハウジング10において突出部10Aを取り囲んでいる部分に当接すると、アウタージャケット12(ステアリングホイール2、アッパーシャフト22および上部支持部20)の移動が停止する。
【0042】
以下では、アウタージャケット12がセンサハウジング10に当接することを「底付き」ということにし、アウタージャケット12がセンサハウジング10に底付きしたときの荷重を「底付き荷重」ということにする。
図5は、比較例に係る底付き荷重と時間との関係を示すグラフである。
図6は、本願発明に係る底付き荷重と時間との関係を示すグラフである。
【0043】
アウタージャケット12がセンサハウジング10に底付きしたときの瞬間的な底付き荷重の変化を調べると、かしめ部16がリベット15の頭部15Bを乗り越えない比較例の場合(リベット15およびかしめ部16を省略した場合)には、アウタージャケット12がセンサハウジング10に勢いよく底付きする。そのため、
図5に示すように、底付き荷重が急激に大きくなる状況が発生する(
図5において破線で囲った部分参照)。
【0044】
しかし、本願発明のように、かしめ部16がリベット15の頭部15Bを乗り越えることで前記衝撃エネルギーをさらに吸収できるようにすると、
図6に示すように、底付き荷重が急激に大きくなるようなことはなく、緩やかに変化するようになり、結果として、底付き荷重を全体的に低減(分散)することができる。つまり、リベット15は、底付き荷重を低減するための衝撃エネルギー吸収部として機能する。
【0045】
特に、アウタージャケット12のかしめ部16とリベット15とは周方向で同じ位置にあるので(
図4参照)、アウタージャケット12がセンサハウジング10に底付きする際、アウタージャケット12ではかしめ部16がリベット15の頭部15Bを確実に乗り越える。これにより、アウタージャケット12がセンサハウジング10に底付きするときの衝撃を確実に緩和できるので、底付き荷重を確実に低減することができる。
【0046】
さらに、アウタージャケット12が、センサハウジング10に底付きする際に複数のリベット15の頭部15Bを乗り越えることにより、アウタージャケット12がセンサハウジング10に底付きするときの衝撃を大幅に緩和できるので、底付き荷重を一層低減することができる。
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【0047】
たとえば、運転者がステアリングホイール2にぶつかるときの衝撃が所定以上である場合に、上部支持部20が車体100から外れるようになっているが(
図1B参照)、上部支持部20が車体100に固定されたままで、アッパーシャフト22が上部支持部20から外れるようになっていてもよい。
また、前述した実施形態では、アウタージャケット12のかしめ部16の数とインナージャケット11のリベット15の数とが同じであったが(
図4参照)、これらの数を一致させなくてもよい。その場合、
図7に示すように、かしめ部16を周方向に細長い溝状にしておいて、1つのかしめ部16が複数のリベット15の頭部15Bを一度に乗り越えられるようにすれば良い。また、かしめ部16が周方向に長ければ、リベット15の周方向位置にずれがあっても、かしめ部16は、リベット15の頭部15Bを確実に乗り越えることができる。つまり、リベット15の周方向位置に自由度を確保できる。
【0048】
また、アウタージャケット12における複数のかしめ部16は、アウタージャケット12の軸中心を挟んで対称となるように、均等に配置されていることが好ましい。具体的には、
図4に示すように、アウタージャケット12の上側外周面において2つのかしめ部16が周方向に間隔を隔てて配置されている場合には、アウタージャケット12の下側外周面において、なるべく上側外周面側と同数(ここでは2つ)のかしめ部16が周方向に間隔を隔てて配置されているとよい。これに対応して、インナージャケット11のリベット15も、インナージャケット11の軸中心を挟んで対称となるように、均等に配置されていることが好ましい。このようにすれば、衝突時にアウタージャケット12がインナージャケット11上を滑る場合に、アウタージャケット12は、インナージャケット11に対して同軸状で滑ることができるので、アウタージャケット12がインナージャケット11にこじるようなことを抑制できる。
【0049】
もちろん、底付き荷重を低減する特性を調整するために、かしめ部16やリベット15の形状や配置位置(周方向において隣り合うもの同士の間隔)や個数を適宜変更することができる。
また、アウタージャケット12において、かしめ部16の代わりに、アウタージャケット12の内周面から径方向内側へ突出する凸部を設けてもよい。この場合、アウタージャケット12の肉厚を局所的に増やしたり、凸部をアウタージャケット12の内周面に溶接したりすることによって、当該凸部をアウタージャケット12において一体形成することができる。
【0050】
さらに、リベット15を設ける代わりに、インナージャケット11の一端部11Aに凹部や凸部をもうけてもよい、当該凹部によってインナージャケット11の一端部11Aがセンサハウジング10の突出部10Aに対してかしめられるので、インナージャケット11とセンサハウジング10との嵌合部30の剛性および強度を向上することができる。また、アウタージャケット12のかしめ部16が前記凸部を乗り越えることによって、リベット15を設ける場合と同様に、底付き荷重を全体的に低減することができる。
【0051】
また、アウタージャケット12においてかしめ部16を省略することもできる。その場合、アウタージャケット12の内径(半径)を、前述したリベット15の頭部15Bにおけるインナージャケット11の外径(前述した距離Y)よりも小さくしておくとよい。そうすれば、アウタージャケット12の内周面がリベット15の頭部15Bを乗り越えることで、底付き荷重を低減することができる。