特許 6936162 ステアリング支持構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6936162

(24)【登録日】2021年8月30日

(45)【発行日】2021年9月15日

(54)【発明の名称】ステアリング支持構造

(51)【国際特許分類】

   B62D 25/08 20060101AFI20210906BHJP

   B62D 1/16 20060101ALI20210906BHJP

【ＦＩ】

   B62D25/08 J

   B62D1/16

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2018-22897(P2018-22897)

(22)【出願日】2018年2月13日

(65)【公開番号】特開2019-137253(P2019-137253A)

(43)【公開日】2019年8月22日

【審査請求日】2020年9月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000142115

【氏名又は名称】株式会社協豊製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】特許業務法人プロスペック特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金澤 俊

(72)【発明者】

【氏名】小林 一平

(72)【発明者】

【氏名】早川 俊一

【審査官】 川村 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０５３０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０５５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−００３７７４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６１−１５０８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１０５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２７５２０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００４０５１１８２（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ １７／００ − ２５／０８

Ｂ６２Ｄ ２５／１４ − ２９／０４

Ｂ６２Ｄ １／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両幅方向に延びるインパネリンフォースと、
前記インパネリンフォースに対して上方から対向し且つ前記インパネリンフォースの外周面に接触しながら溶接される溶接部を有し、且つ、ステアリングシャフトを回転可能に支持するステアリングコラムを支持するステアリングサポートアッパーと、
前記ステアリングサポートアッパーの下方に位置しながら前記インパネリンフォース及び前記ステアリングサポートアッパーに固定されるステアリングサポートロアと、
を備え、
前記ステアリングサポートアッパーが、前記ステアリングコラムを支持する前方部と、前記前方部から後方に離間する後方部と、前記前方部と前記後方部とを接続し且つ前記ステアリングシャフトの外周側に位置する平板状接続部と、を有し、
前記溶接部が、前記前方部に設けられた前方溶接部と、前記後方部に設けられた後方溶接部と、を有する、
ステアリング支持構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は車両に設けられるステアリング支持構造に関する。

【背景技術】

【0002】

図４はステアリング支持構造の一例である。
このステアリング支持構造は、車両の幅方向に延びるインパネリンフォースと、インパネリンフォースに対して上方から対向し且つインパネリンフォースに固定されたステアリングサポートアッパーと、インパネリンフォースに対して下方から対向し且つインパネリンフォース及びステアリングサポートアッパーに固定されたステアリングサポートロアと、を備えている。さらにステアリングサポートアッパー及びステアリングサポートロアにはステアリングコラム（図示略）が支持され、さらにステアリングコラムがステアリングシャフトを回転可能且つ軸線方向にスライド不能に支持している。

【0003】

ステアリングサポートアッパーは、その上面全体を構成する上面板と、上面板の左右両側部から下方に延びる左右一対の側板と、を有する。さらに左右の側板の下面には側面形状が略半円形をなす溶接部が形成されている。左右の溶接部はインパネリンフォースの外周面に上方から接触している。そして左右の溶接部全体がインパネリンフォースの外周面に対してそれぞれアーク溶接されている。さらに上面板には、溶接部と前後方向位置がほぼ一致し且つ側面形状（断面形状）が略円弧形状をなす断面円弧状部が形成されている。

【0004】

ステアリングサポートロアの上面には側面形状が略半円形をなす溶接部が形成されている。この溶接部はインパネリンフォースの外周面に下方から接触している。そしてこの溶接部全体がインパネリンフォースの外周面に対してアーク溶接されている。さらにステアリングサポートロアの前端部がステアリングサポートアッパーの前端部に溶接されている。さらにステアリングサポートアッパーの後端部及びステアリングサポートロアに対してステアリングコラムがボルト及びナットにより締結（固定）され、且つ、ステアリングサポートアッパーの前端部に対してステアリングコラムがボルト及びナットにより締結（固定）されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−２１０５４８号公報

【発明の概要】

【0006】

上記ステアリング支持構造を搭載した車両の運転者が、ステアリングシャフトに支持されたステアリングホイールを回転操作すると、所謂ラックエンド当てが発生することがある。ラックエンド当てが発生すると、ラック軸からステアリングシャフトに大きな力が及び、この力によってステアリングシャフトが軸線まわりの回転力を発生する。するとこの回転力がステアリングコラムを介してステアリングサポートアッパーの前部に捩じり力として伝わる。

【0007】

するとステアリングサポートアッパーの左右の側板に設けられた溶接部に応力が発生する。そして溶接部の前端に最も大きな応力が発生する。換言すると、溶接部に発生した応力が前端に集中する。

【0008】

さらに断面円弧状部の断面形状は円弧状であるため、断面円弧状部の捩じり剛性は高く、そのため断面円弧状部は殆ど変形しない。即ち、このとき断面円弧状部はこの捩じり力を殆ど吸収しない。

【0009】

そのためステアリングサポートアッパーの溶接部の前端に集中した応力の値が極めて大きくなるおそれがある。仮に溶接部の前端に極めて大きな応力が発生すると、この応力によって溶接部の前端及びその近傍部が破損するおそれがある。

【0010】

このような事態が発生することを防止するために上記ステアリング支持構造では、ステアリングサポートロアの前端部及び後端部をステアリングサポートアッパーの前端部と後端部とにそれぞれ固定している。

【0011】

しかしステアリングサポートロアの前端部及び後端部をステアリングサポートアッパーの前端部と後端部とにそれぞれ固定するためには、ステアリングサポートロアの前後寸法を大きくする必要がある。そのためステアリングサポートロアの質量が増加する。さらに、ステアリングサポートロアをステアリングサポートアッパーの前端部までまわしこむ形状にするためには、ステアリングサポートロアを絞り加工を用いて製造する必要があるので製造コストが高い。従って、ステアリング支持構造の質量及び製造コストが大きくなってしまう。

【0012】

本発明は上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、ステアリングサポートロア及びステアリング支持構造の質量及び製造コストを大きくすることなく、ラックエンド当て等に起因してステアリングサポートアッパーが破損するおそれを小さくできるステアリング支持構造を提供することにある。

【0013】

本発明のステアリング支持構造（１０）は、
車両幅方向に延びるインパネリンフォース（２０）と、
前記インパネリンフォースに対して上方から対向し且つ前記インパネリンフォースの外周面に接触しながら溶接される溶接部（３５、４１）を有し、且つ、ステアリングシャフト（６０）を回転可能に支持するステアリングコラム（５０）を支持するステアリングサポートアッパー（３０）と、
前記ステアリングサポートアッパーの下方に位置しながら前記インパネリンフォース及び前記ステアリングサポートアッパーに固定されるステアリングサポートロア（４５）と、
を備え、
前記ステアリングサポートアッパーが、前記ステアリングコラムを支持する前方部（３１）と、前記前方部から後方に離間する後方部（３６）と、前記前方部と前記後方部とを接続し且つ前記ステアリングシャフトの外周側に位置する平板状接続部（４３）と、を有し、
前記溶接部が、前記前方部に設けられた前方溶接部（３５）と、前記後方部に設けられた後方溶接部（４１）と、を有する。

【0014】

例えばラックエンド当てに起因してステアリングシャフトが大きな回転力を発生すると、この回転力がステアリングコラムを介してステアリングサポートアッパーの前方部に捩じり力として及び、さらにこの捩じり力に起因して前方溶接部に応力が発生する。そして前方溶接部の前端及び後端に発生する応力が前方溶接部のその他の部位で発生する応力より大きくなる。換言すると、前方溶接部の前端のみに応力が集中しない。

【0015】

さらにステアリングサポートアッパーが、前方部と後方部とを接続し且つステアリングシャフトの外周側に位置する平板状接続部を有する。平板状接続部の捩じり剛性は低いため、上記捩じり力が平板状接続部に及ぶと、平板状接続部が捩じられる（変形する）。即ち、このとき平板状接続部が捩じり力を効率よく吸収する。

【0016】

そのため前方溶接部の前端及び後端に発生した応力が極めて大きくなるおそれは殆どない。そのためステアリングサポートロアの前端部及び後端部をステアリングサポートアッパーの前端部及び後端部に接続するために、ステアリングサポートロアを大型化する必要がない。そのため、ステアリングサポートロア及びステアリング支持構造の質量及び製造コストを大きくすることなく、ステアリングサポートアッパーが破損するおそれを小さくできる。

【0017】

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係るステアリング支持構造の前方から見た斜視図である。

【図2】ステアリング支持構造の一部の部材を省略した平面図である。

【図3】ステアリング支持構造の一部の部材を省略した右側から見た側面図である。

【図4】比較例の図３と同様の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態に係り且つ車両に設けられるステアリング支持構造１０について添付図面を参照しながら説明する。
ステアリング支持構造１０は主要な構成要素としてインパネリンフォース２０、ステアリングサポートアッパー３０、ステアリングサポートロア４５、及びステアリングコラム５０を有している。

【0020】

インパネリンフォース２０は車両の幅方向（左右方向）に直線的に延びる金属製パイプである。インパネリンフォース２０の両端部はボディシェル（図示略）に固定されている。さらにインパネリンフォース２０にはインストルメントパネル（図示略）が固定されている。

【0021】

金属製のステアリングサポートアッパー３０は、前方部３１、後方部３６、及び平板状接続部４３を備えている。ステアリングサポートアッパー３０は、例えば金属板をプレス成形することにより製造可能である。

【0022】

前方部３１は、略平板状の上面板３２と、上面板３２の両側縁部から下方に延びる一対の側板３３と、上面板３２の前縁部から下方に延び且つその左右両端部が左右の側板３３の前端部にそれぞれ接続する前板３４と、を有している。さらに左右の側板３３の後端部の下縁部には側面形状が略円弧形をなす前方溶接部３５が形成されている。前方溶接部３５の曲率半径はインパネリンフォース２０の外周面の曲率半径と略同一である。

【0023】

後方部３６は、その前部を構成する基部３７と、その後部を構成するステアリングサポートロア支持部３８と、を有している。図３に示すように、側面視において基部３７とステアリングサポートロア支持部３８とは互いに傾斜している。後方部３６（基部３７及びステアリングサポートロア支持部３８）は、上面板３９と、上面板３９の両側縁部から下方に延びる一対の側板４０と、を有している。さらに左右の側板４０の前端部の下縁部には側面形状が略円弧形をなす後方溶接部４１が形成されている。後方溶接部４１の曲率半径はインパネリンフォース２０の外周面の曲率半径と略同一である。

【0024】

図２に示すように平板状接続部４３の平面形状は略台形であり、且つ、その左右幅は前方部３１及び後方部３６より狭い。平板状接続部４３の前端部は前方部３１（上面板３２）の後端部に接続しており、且つ、平板状接続部４３の後端部は後方部３６（上面板３９）の前端部に接続している。

【0025】

ステアリングサポートアッパー３０の左右の前方溶接部３５はインパネリンフォース２０の外周面の上部の前部に載せられ、且つ、左右の後方溶接部４１はインパネリンフォース２０の外周面の上部の後部に載せられている。さらに、左右の前方溶接部３５とインパネリンフォース２０の外周面とを互いにアーク溶接し且つ左右の後方溶接部４１とインパネリンフォース２０の外周面とを互いにアーク溶接することによりステアリングサポートアッパー３０がインパネリンフォース２０に固定されている。さらに前方部３１は、前方部３１に固定された接続部材２５（図１参照）を介して車両のボディ（ダッシュパネル）に接続されている。

【0026】

金属製のステアリングサポートロア４５は、上面板４６と、上面板４６の左右両側縁部から下方に延びる一対の側板４７と、を備えている。上面板４６の前端部及び左右の側板４７の前端部には側面形状が略円弧形をなす溶接部４８が形成されている。溶接部４８の曲率半径はインパネリンフォース２０の外周面の曲率半径と略同一である。ステアリングサポートロア４５は、例えば金属板をプレス成形することにより製造可能である。

【0027】

ステアリングサポートロア４５の後部は下方からステアリングサポートロア支持部３８の下面に接触しており、且つ、ステアリングサポートロア４５とステアリングサポートロア支持部３８とはボルト及びナット（いずれも図示略）により互いに固定されている。さらにステアリングサポートロア４５の溶接部４８はインパネリンフォース２０の外周面の下部の後部に接触している。さらに、溶接部４８とインパネリンフォース２０の外周面とを互いにアーク溶接することによりステアリングサポートロア４５がインパネリンフォース２０に固定されている。

【0028】

図１に示すステアリングコラム５０はステアリングサポートアッパー３０及びステアリングサポートロア４５に固定されている。即ち、図１及び図３に示す左右の側板３３の前端部に形成された締結部３３ａにステアリングコラム５０の前部がボルト及びナット（図示略）を用いて固定されている。さらに図２に示すステアリングサポートロア支持部３８の左右２箇所に形成された締結部３８ａ及びステアリングサポートロア４５の左右２箇所に形成された締結部４５ａにステアリングコラム５０の後部の２箇所がボルト及びナット（図示略）を用いて固定されている。さらにステアリングコラム５０はステアリングシャフト６０（図３の仮想線参照）を、その軸線まわりに回転可能且つ軸線方向に相対移動不能に支持している。周知のように、ステアリングシャフト６０の後端部にはステアリングホール（図示略）が固定されている。さらにステアリングシャフト６０の前端部は、ユニバーサルジョイント及びピニオンシャフトを介して車幅方向に延びるラック軸（いずれも図示略）に接続されている。ラック軸の左右両端部は、タイバー等を介して左右の前輪に接続されている。車両の運転者がステアリングホイールを回転させると、この回転力がステアリングシャフト６０、ユニバーサルジョイント、及びピニオンシャフトを介してラック軸に伝わり、ラック軸が車幅方向にスライドする。すると左右の前輪の舵角が変化する。

【0029】

続いて、ステアリング支持構造１０の動作について説明する。
車両の運転者が、ステアリングホイールを回転操作すると、所謂ラックエンド当てが発生することがある。ラックエンド当てが発生すると、ラック軸からピニオンシャフト及びユニバーサルジョイントを介してステアリングシャフト６０に大きな力が及び、この力によってステアリングシャフト６０が自身の軸線まわりの回転力を発生する。するとこの回転力が、ステアリングコラム５０から左右の締結部３３ａを介してステアリングサポートアッパー３０に、ステアリングサポートアッパー３０をステアリングシャフト６０まわりに捩じろうとする捩じり力として伝わる。

【0030】

すると、この捩じり力に起因して、図３に示すように例えば、右側の側板３３の締結部３３ａに下向きの力Ｆが掛かり且つ左側の側板３３の締結部３３ａに上向きの力（図示略）が掛かる。即ち、左右の締結部３３ａに逆向きの力が掛かる。ところで、左右の側板３３は、前方溶接部３５をインパネリンフォース２０に固定された固定端とし且つ締結部３３ａ側の端部を自由端とする片持ち梁とみなすことが可能である。そのため、左右の締結部３３ａに掛かる上記力（Ｆ）に起因して左右の前方溶接部３５の前端に大きな応力が発生する。さらに後方溶接部４１から前方に離間する（後方溶接部４１と非連続である）左右の前方溶接部３５の後端は、前方溶接部３５と後方溶接部４１とが連続している場合と比べて変形し易い。そのため、左右の前方溶接部３５の後端にも大きな応力が発生する。即ち、左右の前方溶接部３５の前端及び後端に発生する応力が、前方溶接部３５のその他の部位で発生する応力より大きくなる。換言すると、前方溶接部３５に発生する応力が前端のみに集中することがない。即ち、前方溶接部３５に発生する応力の大部分が、前方溶接部３５の前端と後端とに分散する。

【0031】

なお、このとき左右の後方溶接部４１にも、左右の側板３３の締結部３３ａに生じる上記力（Ｆ）に起因する応力が発生するが、その大きさは前方溶接部３５に発生する応力よりも小さい。

【0032】

さらにステアリングサポートアッパー３０の平板状接続部４３は平板形状であるため、捩じり剛性は低い。換言すると、平板状接続部４３に相当する部位の断面形状を比較例のように円弧形状とした場合と比べて、本実施形態の平板状接続部４３の捩じり剛性は低い。しかも平板状接続部４３の車幅寸法は前方部３１及び後方部３６より小さいので、平板状接続部４３の車幅寸法を前方部３１又は後方部３６と同じ大きさにした場合と比べて、平板状接続部４３の捩じり剛性はより小さい。そのため上記捩じり力が平板状接続部４３に及ぶと平板状接続部４３は捩じられる（変形する）。即ち、このとき平板状接続部４３が捩じり力を効率よく吸収する。なお、このときの捩じり力が極めて大きい場合は平板状接続部４３は塑性変形し、捩じり力がそれほど大きくない場合は、平板状接続部４３は弾性限度内で捩じられる。

【0033】

そのため左右の前方溶接部３５の前端及び後端に発生した応力が極めて大きくなるおそれは殆どない。そのため比較例のようにステアリングサポートロア４５の前端部をステアリングサポートアッパー３０に接続するために、ステアリングサポートロア４５を前後方向に大型化する必要がない。そのため、ステアリングサポートロア４５の質量が大きくならない。さらにステアリングサポートロア４５をプレス成形により製造する際に絞り加工を施す必要がないのでステアリングサポートロア４５の製造コストを低くすることが可能である。そのためステアリング支持構造１０及びステアリングサポートロア４５の質量及び製造コストを大きくすることなく、ステアリングサポートアッパー３０が破損するおそれを小さくできる。

【0034】

以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0035】

例えば、前方溶接部３５及び／又は後方溶接部４１をインパネリンフォース２０に対してアーク溶接とは異なる態様で溶接してもよい。同様に、溶接部４８をインパネリンフォース２０に対してアーク溶接とは異なる態様で溶接してもよい。

【符号の説明】

【0036】

１０・・・ステアリング支持構造、２０・・・インパネリンフォース、３０・・・ステアリングサポートアッパー、３１・・・前方部、３３・・・側板、３５・・・前方溶接部、３６・・・後方部、４３・・・平板状接続部、４５・・・ステアリングサポートロア、４８・・・溶接部、５０・・・ステアリングコラム、６０・・・ステアリングシャフト。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】