JP2006205749A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車輪や車体の振動により、エクステンションシャフト下端のピニオンシャフトやピニオンに加わる振動と曲げモーメントを低減して、操縦安定性を向上し、ピニオンシャフトへの大きな負荷を防止するようにしたステアリング装置を提供する。
【解決手段】 走行時の車輪や車体の振動により、重量の重いダブルカルダン型等速自在継手４が振動するが、エクステンションシャフト５の軸方向長さの略中間位置に弾性軸継手７が介在しているため、ダブルカルダン型等速自在継手４の振動が弾性軸継手７の弾性体７２により吸収される。従って、ピニオンシャフト５３、ピニオン５４に加わる振動及び曲げモーメントが低減されるため、操縦安定性が向上し、ピニオンシャフト５３への大きな負荷を防止することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明はステアリング装置、特に、ステアリングホイールの回転をステアリングギヤのラックに伝達するエクステンションシャフトのピニオンに加わる振動と曲げモーメントを緩和するようにしたステアリング装置に関する。

このようなエクステンションシャフトを有するステアリング装置として特許文献１に示すステアリング装置がある。特許文献１のステアリング装置は、一直線上に無いステアリングホイールの回転をエクステンションシャフトに伝達するために、ステアリングホイールに連結したステアリングシャフトの下端に中間シャフトを連結し、この中間シャフトの下端に、自在継手を介してエクステンションシャフトを連結している。

このステアリング装置に、走行時の車輪や車体の振動が加わると、エクステンションシャフト上端の自在継手が振動し、この自在継手の振動でエクステンションシャフト下端のピニオンシャフトに大きな曲げモーメントと振動が加わる。そのため、ステアリングホイールの操縦安定性が低下するだけでなく、ピニオンシャフトに大きな負荷が加わる場合があった。特に重量の大きなダブルカルダン型等速自在継手を使用したステアリング装置では、ピニオンシャフトに加わる曲げモーメントが大きくなるため、問題が大きくなる傾向があった。

特開２００３−７２５７４号公報

本発明は、車輪や車体の振動により、エクステンションシャフト下端のピニオンシャフトやピニオンに加わる振動と曲げモーメントを低減して、操縦安定性を向上し、ピニオンシャフトへの大きな負荷を防止するようにしたステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、車体後方側にステアリングホイールを装着したステアリングシャフトを回転自在に軸承するコラム、上記ステアリングシャフトのロアー側に連結された中間シャフト、ステアリングギヤのラックに噛合うピニオンがロアー側に形成されたエクステンションシャフト、上記エクステンションシャフトのアッパー側と上記中間シャフトのロアー側を連結するソケットヨークとピンヨークが、環状のカップリングヨークの両端部に十字軸を介して連結され、ソケットヨークとピンヨークの先端部同士が球面軸受によって連結されたダブルカルダン型等速自在継手、上記エクステンションシャフトのアッパー側に形成されたアッパー側エクステンションシャフト、上記エクステンションシャフトのロアー側に形成されたロアー側エクステンションシャフト、上記アッパー側エクステンションシャフトの下端とロアー側エクステンションシャフトの上端を連結する弾性体とストッパーピンを備え、上記ステアリングホイールからステアリングシャフトに加えられる回転トルクが所定値よりも大きくなると、上記ストッパーピンを介して回転トルクが伝達される弾性軸継手を備えたことを特徴とするステアリング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記弾性軸継手は、上記エクステンションシャフトの軸方向長さの略中間位置に取付けられていることを特徴とするステアリング装置である。

第３番目の発明は、第１番目または第２番目のいずれかの発明のステアリング装置において、上記中間シャフトは、互いに軸方向に相対的に摺動可能で、回転トルクを伝達可能な中間インナーシャフトと中間アウターシャフトで構成されていることを特徴とするステアリング装置である。

本発明のステアリング装置では、エクステンションシャフトをアッパー側エクステンションシャフトとロアー側エクステンションシャフトで構成し、アッパー側エクステンションシャフトの下端とロアー側エクステンションシャフトの上端を弾性軸継手で連結するようにしたため、重量の大きなダブルカルダン型等速自在継手の振動が弾性軸継手により吸収される。従って、ピニオンシャフトやピニオンに加わる振動及び曲げモーメントが低減されるため、操縦安定性が向上し、ピニオンシャフトやピニオンへの大きな負荷を防止することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明のステアリング装置を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。図２は、本発明の実施形態のステアリング装置の要部を示す一部を断面した側面図である。図３は図２のダブルカルダン型等速自在継手を示すＡ−Ａ拡大断面図である。図４は図２の弾性軸継手を示す拡大断面図である。

図１及び図２に示すように、中空円筒状のコラム１が車体に固定され、このコラム１にステアリングシャフト１２が回動可能に軸支されている。ステアリングシャフト１２には、その右端（車体後方側）にステアリングホイール１３が装着され、ステアリングシャフト１２の左端（車体前方側）には、カルダンジョイント２を介して中間シャフト３が連結されている。

中間シャフト３には、その左端にダブルカルダン型等速自在継手４が連結され、ダブルカルダン型等速自在継手４には、エクステンションシャフト５が連結されている。エクステンションシャフト５の下端（ロアー側）に連結されたピニオンシャフト５３のピニオン５４が、ステアリングギヤ６のラック６１に噛合っている。エクステンションシャフト５は、アッパー側エクステンションシャフト５１の下端と、ロアー側エクステンションシャフト５２の上端を、弾性軸継手７で連結して構成している。

弾性軸継手７は、エクステンションシャフト５の軸方向の長さの略中間位置に設けられている。ピニオンシャフト５３及びピニオン５４はエクステンションシャフト５とは別体で構成され、ロアー側エクステンションシャフト５２の下端に形成された継手５２３に締付けられて固定されている。

運転者がステアリングホイール１３を回転操作すると、ステアリングシャフト１２、カルダンジョイント２、中間シャフト３、ダブルカルダン型等速自在継手４、エクステンションシャフト５、ピニオンシャフト５３のピニオン５４を介して、その回転力がステアリングギヤ６に伝達され、ラックアンドピニオン機構を介して、タイロッド６２を移動し、車輪の操舵角を変えることができる。

中間シャフト３は、車体後方側（アッパー側）で雄スプラインが形成された中実の中間インナーシャフト３１と、車体前方側（ロアー側）で雌スプラインが形成された中空円筒状の中間アウターシャフト３２で構成され、中間インナーシャフト３１の雄スプラインが、中間アウターシャフト３２の雌スプラインに摺動可能に、かつ回転トルクを伝達可能に嵌合している。そして、中間インナーシャフト３１の車体後方側が上記カルダンジョイント２に連結され、中間アウターシャフト３２の車体前方側が上記ダブルカルダン型等速自在継手４に連結されている。

図３にダブルカルダン型等速自在継手４の詳細を示す。このダブルカルダン型等速自在継手４は、ピンソケット型のダブルカルダン型等速自在継手である。すなわち、軸方向に配置したソケットヨーク４１とピンヨーク４２が、それぞれ十字軸４３、４４を介して中央部の環状のカップリングヨーク４５に連結される。

ピンヨーク４２は、上記アッパー側エクステンションシャフト５１の上端に取付けられ、ソケットヨーク４１は上記中間アウターシャフト３２の下端に取付けられている。そして、ソケットヨーク４１の先端部に形成された筒状スリーブ４１１がカップリングヨーク４５の内方に導入されるとともに、ピンヨーク４２の先端部に上記筒状スリーブ４１１の内周に導入されるピン４２１が形成されている。

また、ソケットヨーク４１の筒状スリーブ４１１の内周に球面座４１２が嵌合され、ピンヨーク４２のピン４２１にニードル軸受４２２を介して回転および軸方向に摺動自在に支持される球面体４２３が、上記球面座４１２に摺接して、球面軸受を構成している。さらに、ピンヨーク４２のピン４２１には有底円筒部４２４が形成されるとともに、この有底円筒部４２４の開口側に、球面体４２３とは別体に半径方向内方にのびるフランジ状のバネ受け部材４２５が形成されている。そして、上記有底円筒部４２４とバネ受け部材４２５間に軸方向に張り出す圧縮コイルバネ４２６が装着され、上記球面体４２３を球面座４１２に常時密接するように付勢している。

次に、弾性軸継手７について説明する。この弾性軸継手７は、図４に示すように、内側スリーブ７１、弾性体７２、外側スリーブ７３、ストッパーピン７４で構成されている。ストッパーピン７４は金属製で、上記ロアー側エクステンションシャフト５２の上端部に、直径方向にわたり固定している。この為、このロアー側エクステンションシャフト５２の上端部で直径方向反対側２個所位置に、一対の通孔５２１、５２１を、それぞれ直径方向に貫通する状態で形成している。

そして、これら両通孔５２１、５２１内に上記ストッパーピン７４の中間部２個所位置を支持している。なお、このストッパーピン７４の両端部の外径は、上記各通孔５２１、５２１の内径よりも若干大きくしている。又、この状態で上記ストッパーピン７４の両端寄り部分は、上記ロアー側エクステンションシャフト５２の外周面から直径方向外方に突出している。

上記弾性体７２は、ゴム等のエラストマー材料で、円筒状に形成されている。また、それぞれが金属製で円筒状に形成した内側スリーブ７１と外側スリーブ７３とを、互いに同心に配置している。そして、上記内側スリーブ７１の外周面と上記弾性体７２の内周面とを焼き付け若しくは接着により結合し、上記外側スリーブ７３の内周面と上記弾性体７２の外周面とを同様に結合している。

そして、上記内側スリーブ７１を上記ロアー側エクステンションシャフト５２の上端部外周５２２に外嵌固定し、上記外側スリーブ７３を、上記アッパー側エクステンションシャフト５１の内周５１２に内嵌固定している。

また、上記内側スリーブ７１、弾性体７２、外側スリーブ７３、アッパー側エクステンションシャフト５１の円筒部５１３の一部で、上述したロアー側エクステンションシャフト５２に形成した各通孔５２１、５２１と整合する、直径方向反対側２個所位置には、それぞれ１対ずつの通孔７１１、７２１、７３１、５１１を、直径方向に貫通する状態で形成している。そして、上記ロアー側エクステンションシャフト５２に支持した前記ストッパーピン７４の両端寄り部分を、内側スリーブ７１、弾性体７２、外側スリーブ７３、アッパー側エクステンションシャフト５１に形成した上記各通孔７１１、７２１、７３１、５１１内に挿入している。

なお、上記内側スリーブ７１に形成された通孔７１１の内径は、上記ロアー側エクステンションシャフト５２に形成した各通孔５２１、５２１の内径とほぼ同一径にしている。これに対して、上記弾性体７２と外側スリーブ７３とに形成した通孔７２１、７３１の内径、及び上記アッパー側エクステンションシャフト５１の円筒部５１３に形成した通孔５１１の内径は、上記ロアー側エクステンションシャフト５２に形成した各通孔５２１、５２１の内径よりも大きくしている。

従って、上記ストッパーピン７４の両端部外周面と、上記弾性体７２と外側スリーブ７３とに形成する部分の通孔７２１、７３１、及び上記アッパー側エクステンションシャフト５１に形成する通孔５１１の内周面との間には、隙間が形成される。

上述の様に構成する弾性軸継手７の作用は次の通りである。ステアリングホイール１３からステアリングシャフト１２に加えられる回転トルクが小さい場合には、ストッパーピン７４の両端部は、アッパー側エクステンションシャフト５１の通孔５１１内で中立位置若しくは中立位置から少しだけ片寄った位置に存在する。この状態では、上記ストッパーピン７４の両端部外周面と、上記各通孔５１１、５１１の内周面との間に、全周にわたり隙間が形成されて、上記ストッパーピン７４の両端部が上記各通孔５１１、５１１の内面に接触する事はない。

このとき、上記小さな回転トルクは、上記外側スリーブ７３、弾性体７２、内側スリーブ７１を介して、上記ロアー側エクステンションシャフト５２からピニオンシャフト５３、ピニオン５４、ラック６１、ステアリングギヤ６に伝達される。

走行時の車輪や車体の振動により、重量の重いダブルカルダン型等速自在継手４が振動するが、エクステンションシャフト５の軸方向長さの略中間位置に弾性軸継手７が介在しているため、ダブルカルダン型等速自在継手４の振動が弾性軸継手７の弾性体７２により吸収される。

従って、ピニオンシャフト５３、ピニオン５４に加わる振動及び曲げモーメントが低減されるため、操縦安定性が向上し、ピニオンシャフト５３への大きな負荷を防止することができる。本発明の実施形態に示すように、エクステンションシャフト５の軸方向長さの略中間位置に弾性軸継手７を介在させれば、ピニオンシャフト５３に加わる振動の振幅と曲げモーメントの両方を適度に抑制することが可能となる。

前輪に大きな舵角を付与する場合等の様に、ステアリングホイール１３からステアリングシャフト１２に加えられる回転トルクが大きい場合には、上記ストッパーピン７４の両端部外周面と上記各通孔５１１、７３１、７２１の内周面とが当接する。この結果、ステアリングホイール１３から上記ステアリングシャフト１２に加えられた回転トルクのうちの多くの部分が、上記ストッパーピン７４を介して上記ロアー側エクステンションシャフト５２に伝達される。この状態では、上記弾性体７２を介して伝達される回転トルクは限られたものとなり、この弾性体７２に無理な力が作用して、この弾性体７２の耐久性が損なわれたりする事はない。

上記した実施形態では、ピニオンシャフト５３及びピニオン５４はエクステンションシャフト５とは別体で構成され、ロアー側エクステンションシャフト５２の下端にピニオンシャフト５３が連結されているが、ピニオンシャフト５３及びピニオン５４をロアー側エクステンションシャフト５２と一体に構成してもよい。

上記実施形態では、ステアリングシャフト１２と中間インナーシャフト３１をカルダンジョイント２で連結しているが、ステアリングシャフト１２と中間インナーシャフト３１が組付け誤差が無く一直線上に配置される場合には、カルダンジョイント２を省略することができる。また、上記実施形態では、運転者の体格に応じてステアリングホイール１３の位置調整を行わないステアリング装置に適用した例について説明したが、ステアリングホイール１３のチルト位置またはテレスコ位置の少なくとも一方の調整が可能なステアリング装置に適用してもよい。

本発明のステアリング装置を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。 本発明のステアリング装置の要部を示す一部を断面した側面図である。 図２のダブルカルダン型等速自在継手を示すＡ−Ａ拡大断面図である。 図２の弾性軸継手を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ コラム
１２ ステアリングシャフト
１３ ステアリングホイール
２ カルダンジョイント
３ 中間シャフト
３１ 中間インナーシャフト
３２ 中間アウターシャフト
４ ダブルカルダン型等速自在継手
４１ ソケットヨーク
４１１ 筒状スリーブ
４１２ 球面座
４２ ピンヨーク
４２１ ピン
４２２ ニードル軸受
４２３ 球面体
４２４ 有底円筒部
４２５ バネ受け部材
４２６ 圧縮コイルバネ
４３ 十字軸
４４ 十字軸
４５ カップリングヨーク
５ エクステンションシャフト
５１ アッパー側エクステンションシャフト
５１１ 通孔
５１２ 内周
５１３ 円筒部
５２ ロアー側エクステンションシャフト
５２１ 通孔
５２２ 外周
５２３ 継手
５３ ピニオンシャフト
５４ ピニオン
６ ステアリングギヤ
６１ ラック
６２ タイロッド
７ 弾性軸継手
７１ 内側スリーブ
７１１ 通孔
７２ 弾性体
７２１ 通孔
７３ 外側スリーブ
７３１ 通孔
７４ ストッパーピン

Claims (3)

1. 車体後方側にステアリングホイールを装着したステアリングシャフトを回転自在に軸承するコラム、
   上記ステアリングシャフトのロアー側に連結された中間シャフト、
   ステアリングギヤのラックに噛合うピニオンがロアー側に形成されたエクステンションシャフト、
   上記エクステンションシャフトのアッパー側と上記中間シャフトのロアー側を連結するソケットヨークとピンヨークが、環状のカップリングヨークの両端部に十字軸を介して連結され、ソケットヨークとピンヨークの先端部同士が球面軸受によって連結されたダブルカルダン型等速自在継手、
   上記エクステンションシャフトのアッパー側に形成されたアッパー側エクステンションシャフト、
   上記エクステンションシャフトのロアー側に形成されたロアー側エクステンションシャフト、
   上記アッパー側エクステンションシャフトの下端とロアー側エクステンションシャフトの上端を連結する弾性体とストッパーピンを備え、上記ステアリングホイールからステアリングシャフトに加えられる回転トルクが所定値よりも大きくなると、上記ストッパーピンを介して回転トルクが伝達される弾性軸継手を備えたこと
   を特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載されたステアリング装置において、
   上記弾性軸継手は、上記エクステンションシャフトの軸方向長さの略中間位置に取付けられていること
   を特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載されたステアリング装置において、
   上記中間シャフトは、互いに軸方向に相対的に摺動可能で、回転トルクを伝達可能な中間インナーシャフトと中間アウターシャフトで構成されていること
   を特徴とするステアリング装置。

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