JP2013199169A - エネルギー吸収ステアリングコラム - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングシャフトに印加されるエネルギーを吸収するための摩擦荷重を容易且つ確実に付与し得るエネルギー吸収ステアリングコラムを提供する。
【解決手段】第１筒状部材（アッパチューブ１０）が、車両後方開口端から所定距離離隔した位置に外径段部１１を有し、第２筒状部材（ロアチューブ２０）が、車両後方開口端部に第１筒状部材の大径部１３の外径より小の内周面の内径段部２１を有し、これに第１筒状部材が圧入される。その大径部より小の外径となるように第１筒状部材の小径部１２に摩擦部材３０が巻装され、第１筒状部材の大径部が第２筒状部材の内径段部から離脱した後に、摩擦部材の外周面が第２筒状部材の内径段部の内周面に当接するように配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー吸収ステアリングコラムに関し、特に、車両のステアリングシャフトに印加されるエネルギーを吸収するエネルギー吸収ステアリングコラムに係る。

車両に搭載されるエネルギー吸収ステアリングコラムは、ステアリングコラムに対しエネルギーを吸収する特性を付与しておき、ステアリングホイールに対する衝撃を緩和する手段として広く知られており、種々の構造のものが採用されている。例えば、下記の特許文献１には、「筒状の金属製第１コラムと、この第１コラムに圧入される筒状の金属製第２コラムとを有し、ステアリングホイールとドライバーとの衝突時の衝撃に基づく第１コラムと第２コラムとの軸方向相対移動により、その衝撃が吸収される衝撃吸収式ステアリング装置において、その第１コラムの内周および第２コラムの外周の中の少なくとも一方に、摩擦低減材が薄膜状に塗布され、その摩擦低減材と各コラムとの間の摩擦係数は、両コラム相互間の摩擦係数よりも、同一測定条件下においては小さく、その摩擦低減材を介して第１コラムに第２コラムが圧入されている」衝撃吸収式ステアリング装置が開示されている。

また、下記の特許文献２には、「第２筒状部材の内径段部の内周面及び第１筒状部材の小径部の外周面の何れか一方側に環状溝が形成されると共に、カラー部材の外周面及び内周面の何れか一方側に環状突起が形成され、この環状突起が環状溝に係合するとカラー部材が第２筒状部材及び第１筒状部材の一方に係止され、第１筒状部材の第２筒状部材に対する相対的な移動時には、第１筒状部材の少なくとも外径段部の外周面とカラー部材の内周面とが摩擦係合するように配置された」エネルギー吸収ステアリングコラムが提案されている。

特開２００２−３０２０４８号公報 特開２０１０−２２１９２５号公報

上記の特許文献１に記載の衝撃吸収式ステアリング装置によれば、「摩擦低減材と各コラムとの間の摩擦係数は、両コラム相互間の摩擦係数よりも、同一測定条件下においては小さい。さらに、その摩擦力の大きさに影響するのは、第１コラムの内径、第２コラムの外径、摩擦低減材の塗布厚さのみである。すなわち、両コラム間に摩擦低減材を配置する構成において、その摩擦力の大きさに影響する寸法の種類は可及的に少なくなる。これにより、第１コラムの内径寸法、第２コラムの外径寸法、摩擦低減材の塗布厚さ寸法をそれほど高精度に管理することなく、その寸法の累積誤差を小さくして摩擦力の大きさを適正な一定範囲にできるので、衝突時にドライバーに作用する荷重のバラツキが小さくなる。」と記載されている。しかし、摩擦低減材の塗布厚さ寸法管理のコストは大であり、衝撃時の高荷重によって摩擦低減材の剥離が懸念される。また、衝撃時の荷重は軸方向に限らず複数の方向から荷重が印加されるので、塗布された摩擦低減材のみでは所望の衝撃吸収効果を奏し得ない場合も懸念される。

これに対し、上記の特許文献２に記載のステアリングコラムによれば、「カラー部材によって摩擦力を容易に調整することができ、移動中荷重として、安定した摩擦荷重を適切に付与することができる。特に、カラー部材は合成樹脂によってＣ字状に形成されているので、容易に組み付けることができると共に、異径断面の装着対象に対する摺動時にも容易に追従することができる。」旨記載されており、所望のエネルギー吸収特性を確保することができる。しかし、ステアリングシャフトに印加されるエネルギーを吸収するためには、所定形状のカラー部材及びこれに関連する所定形状の筒状部材が必要であり、基本的には第１筒状部材及び第２筒状部材の両者の端部を所定形状に形成する必要があるので、より簡単な構成で、一層容易に摩擦荷重を付与し得るステアリングコラムが望まれる。

そこで、本発明は、車両のステアリングシャフトに印加されるエネルギーを吸収するための摩擦荷重を容易且つ確実に付与し得るエネルギー吸収ステアリングコラムを提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、車両のステアリングシャフトを収容し軸を中心に回転可能に支持する第１筒状部材と、該第１筒状部材に対して車両前方側に配置され、当該第１筒状部材を収容し常時は当該第１筒状部材を所定位置に保持する第２筒状部材と、前記ステアリングシャフトに対し所定値以上の荷重が印加されたときには前記第２筒状部材に対する前記第１筒状部材の軸方向相対移動を許容するように構成されたエネルギー吸収ステアリングコラムにおいて、前記第１筒状部材が、車両後方の開口端から所定距離離隔した位置に外径段部を有し、該外径段部から車両後方に向かって相対的に小径に形成した小径部と、該小径部に対し前記外径段部を介して隣接し、車両前方に向かって相対的に大径に形成した大径部を有すると共に、前記第２筒状部材が、車両後方の開口端部に前記第１筒状部材の大径部の外径より小の内周面の内径段部を有し、該内径段部に前記第１筒状部材の大径部が圧入されて成り、前記第１筒状部材の大径部より小の外径となるように前記第１筒状部材の小径部に巻装され、前記第１筒状部材の小径部に係止される摩擦部材を備え、前記第１筒状部材の前記第２筒状部材に対する相対的な移動時には、前記第１筒状部材の大径部が前記第２筒状部材の内径段部から離脱した後に、前記摩擦部材の外周面が前記第２筒状部材の内径段部の内周面に当接するように配置することとしたものである。

上記のエネルギー吸収ステアリングコラムにおいて、前記摩擦部材の車両前方側端部の外周面を、前記第１筒状部材の外径段部側を最小径とするテーパ状に形成するとよい。更に、前記第２筒状部材の内径段部における車両後方側端部の内周面を、前記摩擦部材に当接する側の端面を最大径とするテーパ状に形成することとしてもよい。

また、上記のエネルギー吸収ステアリングコラムにおいて、前記第１筒状部材は、前記外径段部を含み軸方向に延在する縮径部を有し、前記摩擦部材が前記第１筒状部材の小径部に巻装された後、前記摩擦部材を前記縮径部に係止する係止具を備えたものとするとよい。尚、係止具としてはリベットやピンがあり、摩擦部材を縮径部に溶接接合することとしてもよい。

更に、上記のエネルギー吸収ステアリングコラムにおいて、前記第１筒状部材は、前記外径段部を含み軸方向に延在する縮径部を有するものとし、該縮径部に形成した孔を介して樹脂材料を射出し、前記摩擦部材をアウトサート成形することとしてもよい。この場合において、ピンゲートとして縮径部に複数の孔を穿設し、あるいは、縮径部に長孔を形成し、これをゲートとしてアウトサート成形することとしてもよい。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明のエネルギー吸収ステアリングコラムにおいては、第１筒状部材が、車両後方の開口端から所定距離離隔した位置に外径段部を有し、この外径段部から車両後方に向かって相対的に小径に形成した小径部と、この小径部に対し前記外径段部を介して隣接し、車両前方に向かって相対的に大径に形成した大径部を有すると共に、第２筒状部材が、車両後方の開口端部に第１筒状部材の大径部の外径より小の内周面の内径段部を有し、この内径段部に第１筒状部材の大径部が圧入されて成り、第１筒状部材の大径部より小の外径となるように第１筒状部材の小径部に巻装され、第１筒状部材の小径部に係止される摩擦部材を備え、第１筒状部材の第２筒状部材に対する相対的な移動時には、第１筒状部材の大径部が第２筒状部材の内径段部から離脱した後に、摩擦部材の外周面が第２筒状部材の内径段部の内周面に当接するように配置することとされているので、第１筒状部材に巻装された摩擦部材によって、容易且つ確実に摩擦荷重を付与することができる。特に、第２筒状部材は従前の形状のままで、第１筒状部材に摩擦部材を巻装し得る構成とすればよいので、簡単且つ容易に製造することができる。しかも、第２筒状部材に対し第１筒状部材を組み付ける際、逆に、第１筒状部材に対し第２筒状部材を組み付ける際、両者の組付後であっても、摩擦部材を容易に第１筒状部材に装着することができる。あるいは、第１筒状部材及び第２筒状部材をコラムハウジングに組み付けた後でも、摩擦部材を第１筒状部材に装着することができるので、組付ラインの自由度が増し、組付性が向上する。

例えば、摩擦部材の車両前方側端部の外周面を、第１筒状部材の外径段部側を最小径とするテーパ状に形成し、更に、第２筒状部材の内径段部における車両後方側端部の内周面を、摩擦部材に当接する側の端面を最大径とするテーパ状に形成することとすれば、所謂こじりやかじりを惹起することなく、第１筒状部材は第２筒状部材内を円滑に摺動し、安定したエネルギー吸収特性を確保することができる。

更に、第１筒状部材を、外径段部を含み軸方向に延在する縮径部を有する構成とし、摩擦部材が第１筒状部材の小径部に巻装された後、摩擦部材を縮径部に係止する係止具を備えたものとすれば、係止具によって摩擦部材を容易に第１筒状部材に装着することができる。しかも、第１筒状部材及び第２筒状部材をコラムハウジングに組み付けた後でも、係止具によって摩擦部材を容易に第１筒状部材に装着することができる。

あるいは、第１筒状部材の縮径部に形成した孔を介して樹脂材料を射出し、摩擦部材をアウトサート成形することとすれば、樹脂製の摩擦部材を容易に第１筒状部材に装着することができる。

本発明の一実施形態に係るエネルギー吸収ステアリングコラムの横断面図である。 本発明の一実施形態におけるアッパチューブとロアチューブの連結部を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態におけるアッパチューブとロアチューブの連結部を示す側断面図である。 本発明の一実施形態におけるアッパチューブ、ロアチューブ及び摩擦部材の常態時の関係を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるアッパチューブ、ロアチューブ及び摩擦部材のエネルギー吸収作動時の関係を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるロアチューブと摩擦部材の接合部の他の態様を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態におけるロアチューブと摩擦部材の接合部の他の態様を示す側断面図である。 本発明の一実施形態におけるロアチューブと摩擦部材の接合部の更に他の態様を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態におけるロアチューブと摩擦部材の接合部の更に他の態様を示す側断面図である。 本発明の他の実施形態におけるアッパチューブとロアチューブの連結部を示す縦断面図である。 本発明の更に他の実施形態におけるアッパチューブとロアチューブの連結部を示す縦断面図である。

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係るエネルギー吸収ステアリングコラムの構成を示すもので、ステアリングシャフト１は、後端部にステアリングホイール（図示せず）が接続される筒状のアッパシャフト１ａと、このアッパシャフト１ａの内筒面とスプライン結合されるロアシャフト１ｂから成る。即ち、アッパシャフト１ａとロアシャフト１ｂが軸方向に相対移動可能で相対回転不能に連結されており、ロアシャフト１ｂの前端部が操舵機構（図示せず）に接続されている。このステアリングシャフト１は、車両の床面（図示せず）に対し所定角度をなすように、コラムハウジング（メインハウジング、メインチューブとも呼ばれる）２を介し、ブラケット（図示せず）によって車体（図示せず）に支持されている。

コラムハウジング２内には、ステアリングシャフト１を収容し軸を中心に回転可能に支持する第１筒状部材として、金属製のアッパチューブ１０が設けられている。即ち、アッパチューブ１０内に収容されたアッパシャフト１ａが、アッパチューブ１０の後端部に軸受３を介して回転可能に支持されている。但し、アッパシャフト１ａとアッパチューブ１０との間の軸方向相対移動は規制されており、アッパシャフト１ａとアッパチューブ１０は一体となって軸方向移動し得るように構成されている。更に、第１筒状部材に対して車両前方側（図１の左側）に配置され、第１筒状部材を収容し常時は第１筒状部材を所定位置に保持する第２筒状部材として、金属製のロアチューブ２０が設けられており、このロアチューブ２０はコラムハウジング２に支持されている。そして、ステアリングシャフト１に対し所定値以上の荷重が印加されたときには、ロアチューブ２０に対するアッパチューブ１０の軸方向相対移動（ひいてはアッパシャフト１ａの軸方向移動）を許容するように構成されており、本実施形態ではアッパチューブ１０及びロアチューブ２０はエネルギー吸収手段として機能する。

本実施形態のアッパチューブ１０はインナチューブとも呼ばれ、図２に示すように、車両後方の開口端から所定距離離隔した位置に外径段部１１を有し、この外径段部１１から車両後方に向かって相対的に小径に形成した小径部１２と、この小径部に対し外径段部１１を介して隣接し、車両前方に向かって相対的に大径に形成した大径部１３を有する。また、ロアチューブ２０はアウタチューブとも呼ばれ、その車両後方の開口端に、アッパチューブ１０の大径部１３の外径より小の内周面の内径段部２１を有し、この内径段部２１にアッパチューブ１０の大径部１３が圧入されるように構成されており、アッパチューブ１０は、その大径部１３に対してロアチューブ２０の内径段部２１の押圧荷重が付与された状態で保持される。

そして、アッパチューブ１０の小径部１２に摩擦部材３０が巻装され、アッパチューブ１０の大径部１３より小の外径となるように、小径部１２に係止される。本実施形態の摩擦部材３０は弾性変形し得る金属材料で帯状に形成されており、その車両前方側端部の外周面が、アッパチューブ１０の外径段部１１側を最小径とするテーパ状に形成されている（図４に３１で示す）。また、ロアチューブ２０の内径段部２１は、その車両後方側端部の内周面が、摩擦部材３０に当接する側の端面を最大径とするテーパ状に形成されている（図４に２２で示す）。

図２及び図３に示すように、アッパチューブ１０は、その外径段部１１を含み軸方向に延在する縮径部１４を有し、摩擦部材３０がアッパチューブ１０の小径部１２に巻装された後、係止具たる計４個のリベット（代表して４１で表す）によって縮径部１４に係止される。縮径部１４の外周面は、図２及び図３に示すように平坦面であり、当該部分のアッパチューブ１０は略Ｄ字断面に形成されているので、リベット４１は、その先端部はアッパチューブ１０内に突出するが、その頭部はロアチューブ２０と縮径部１４との間の空間に収容される。尚、係止具としてはピン等があり、また、溶接接合としてもよく、これらについては図６乃至図９を参照して後述する。

上記のように、摩擦部材３０はアッパチューブ１０の小径部１２に巻装され、リベット４１によって縮径部１４に固定されるように構成されているので、ロアチューブ２０に対しアッパチューブ１０を組み付ける際、逆に、アッパチューブ１０に対しロアチューブ２０を組み付ける際、両者の組付後であっても、摩擦部材３０を容易に装着することができる。あるいは、アッパチューブ１０及びロアチューブ２０をコラムハウジング２に組み付けた後でも、摩擦部材３０をアッパチューブ１０の小径部１２に装着することができるので、組付ラインの自由度が増し、組付性が向上する。

而して、アッパチューブ１０のロアチューブ２０に対する相対的な移動時には、アッパチューブ１０の前進に伴い、ロアチューブ２０の内径段部２１の押圧荷重が付与された状態の大径部１３に対し摩擦荷重（圧入荷重）が生じ、この摩擦荷重に抗して更にアッパチューブ１０が前進駆動され、アッパチューブ１０の大径部１３がロアチューブ２０の内径段部２１との係合から離脱すると、ロアチューブ２０の内径段部２１は軸心方向に戻され摩擦部材３０に当接する。この結果、ロアチューブ２０の内径段部２１の内周面と摩擦部材３０の外周面が摩擦係合し、内径段部２１に対する摩擦部材３０の通過に伴い摩擦荷重が付与されるように構成されている。

上記の構成になるエネルギー吸収ステアリングコラムの作用を説明すると、常時は図１乃至図４に示す状態にあって、アッパチューブ１０の大径部１３がロアチューブ２０の内径段部２１に圧入され、アッパチューブ１０がロアチューブ２０に押圧された状態で保持され、図４に拡大して示すように、アッパチューブ１０とロアチューブ２０の軸方向相対移動が阻止された状態で保持されている。

次に、ステアリングシャフト１に所定値以上の荷重が印加され、ステアリングシャフト１がアッパチューブ１０と共に前進し、アッパチューブ１０の大径部１３がロアチューブ２０の内径段部２１から離脱すると、アッパチューブ１０はその離脱速度を維持した状態で前進し、図５に示すように摩擦部材３０がロアチューブ２０の内径段部２１に当接する。この後、ロアチューブ２０の内径段部２１の内周面と摩擦部材３０の外周面とが摩擦係合状態となり、これによってアッパチューブ１０に対して摩擦荷重が付与され、エネルギーを吸収しながら移動する。

本実施形態の摩擦部材３０は、その車両前方側端部の外周面（図４の３１）がテーパ状に形成されており、また、ロアチューブ２０の内径段部２１における車両後方側端部の内周面（図４の２２）もテーパ状に形成されているので、所謂こじりやかじりを惹起することなく、アッパチューブ１０はロアチューブ２０内を円滑に摺動する。また、摩擦部材３０は弾性変形領域で使用されるので、変形によるこじりや摩擦荷重のばらつきが抑えられ、エネルギー吸収荷重の変動が少なく安定する。而して、上記の構成になるエネルギー吸収ステアリングコラムによって、所望のエネルギー吸収特性を確保することができる。

図６及び図７は、係止具として、上記のリベット４１に代えて計４個のピン（代表して４２で表す）を用いた態様を示すもので、その先端部はアッパチューブ１０内に突出するが、その頭部はアッパチューブ１０の縮径部１４とロアチューブ２０との間の空間に収容される。図８及び図９は、摩擦部材３０がアッパチューブ１０の縮径部１４に溶接接合される態様を示すもので、計５箇所の溶接部（代表して４３で表す）で接合されている。このうち、図８の右側上下に示す溶接部４３は、摩擦部材３０の車両後方側端部が全周に亘って縮径部１４に溶接接合された状態を表している。何れの態様においても、帯状の摩擦部材３０がアッパチューブ１０の小径部１２に巻装された後に、その両端部を若干の空隙を以って衝合させた状態で、ピン４２により、あるいは溶接（４３）によって縮径部１４に固定される。尚、図６乃至図９に示す態様におけるその他の構成は図１と同様である。

図１０及び図１１は、本発明の他の実施形態に係るもので、樹脂材料で形成された摩擦部材３０ｘの構成を示しており、他の構成は図１と同様である。図１０に示す実施形態においては、アッパチューブ１０の縮径部１４に、ピンゲートとして複数の孔（代表して１５で表す）が穿設されており、これらの孔１５を介して樹脂材料が射出され、摩擦部材３０ｘがアウトサート成形される。この場合において、摩擦部材３０ｘの成形後、外周面にゲート跡が残らないように、アッパチューブ１０の内側から孔１５を介して射出成形される。

また、図１１に示す実施形態においては、アッパチューブ１０の縮径部１４に長孔１６が形成され、これをゲートとして樹脂材料が射出され、摩擦部材３０ｘがアウトサート成形される。これにより、キー形状のゲートとなるので、図１０に示す実施形態に比し、断面係数が向上し、抜け荷重発生時の剪断応力が強化される。

１ ステアリングシャフト
１ａ アッパシャフト
１ｂ ロアシャフト
１０ アッパチューブ（第１筒状部材）
２０ ロアチューブ（第２筒状部材）
１１ 外径段部
１２ 小径部
１３ 大径部
１４ 縮径部
２１ 内径段部
３０，３０ｘ 摩擦部材

Claims (5)

1. 車両のステアリングシャフトを収容し軸を中心に回転可能に支持する第１筒状部材と、該第１筒状部材に対して車両前方側に配置され、当該第１筒状部材を収容し常時は当該第１筒状部材を所定位置に保持する第２筒状部材と、前記ステアリングシャフトに対し所定値以上の荷重が印加されたときには前記第２筒状部材に対する前記第１筒状部材の軸方向相対移動を許容するように構成されたエネルギー吸収ステアリングコラムにおいて、前記第１筒状部材が、車両後方の開口端から所定距離離隔した位置に外径段部を有し、該外径段部から車両後方に向かって相対的に小径に形成した小径部と、該小径部に対し前記外径段部を介して隣接し、車両前方に向かって相対的に大径に形成した大径部を有すると共に、前記第２筒状部材が、車両後方の開口端部に前記第１筒状部材の大径部の外径より小の内周面の内径段部を有し、該内径段部に前記第１筒状部材の大径部が圧入されて成り、前記第１筒状部材の大径部より小の外径となるように前記第１筒状部材の小径部に巻装され、前記第１筒状部材の小径部に係止される摩擦部材を備え、前記第１筒状部材の前記第２筒状部材に対する相対的な移動時には、前記第１筒状部材の大径部が前記第２筒状部材の内径段部から離脱した後に、前記摩擦部材の外周面が前記第２筒状部材の内径段部の内周面に当接するように配置したことを特徴とするエネルギー吸収ステアリングコラム。
2. 前記摩擦部材の車両前方側端部の外周面が、前記第１筒状部材の外径段部側を最小径とするテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のエネルギー吸収ステアリングコラム。
3. 前記第２筒状部材の内径段部における車両後方側端部の内周面が、前記摩擦部材に当接する側の端面を最大径とするテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項２記載のエネルギー吸収ステアリングコラム。
4. 前記第１筒状部材が、前記外径段部を含み軸方向に延在する縮径部を有し、前記摩擦部材が前記第１筒状部材の小径部に巻装された後、前記摩擦部材を前記縮径部に係止する係止具を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のエネルギー吸収ステアリングコラム。
5. 前記第１筒状部材が、前記外径段部を含み軸方向に延在する縮径部を有し、該縮径部に形成した孔を介して樹脂材料を射出し、前記摩擦部材をアウトサート成形して成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のエネルギー吸収ステアリングコラム。

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