JP4158595B2 - ステアリング軸 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリングホイールと舵取機構とを連結し、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを舵取機構に伝達すべく用いられるステアリング軸に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵は、車室の内部に配された操舵部材（ステアリングホイール）に加えられる操舵トルクを、操舵用の車輪（一般的には前輪）の舵取りのために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。このような操舵を行わせるためのステアリング装置は、車室の内部に軸回りでの回転自在に支持されたステアリング軸の上端部に、運転者に対面するようにステアリングホイールを取付け、また前記ステアリング軸の下端部を舵取機構に連結して構成されている。
【０００３】
このようなステアリング装置においては、前記ステアリング軸、及び該ステアリング軸を支持するステアリングコラムを軸方向の作用力に対して所定の抵抗下にて短縮可能とし、車両の前面衝突に伴って前方への慣性の作用により運転者がステアリングホイールに衝突（二次衝突）する際の衝撃エネルギを、前記ステアリング軸及びステアリングコラムの短縮により吸収する衝撃吸収式のステアリング装置として構成されたものがある。また同様に、前記ステアリング軸及びステアリングコラムを伸縮可能とし、この伸縮によりステアリング軸の上端部に取付けられたステアリングホイールの位置を、運転者の運転姿勢及び好みに合わせて調節可能としたテレスコピックステアリング装置として構成されたものがある。
【０００４】
以上の如き衝撃吸収式のステアリング装置、テレスコピックステアリング装置等に使用される伸縮可能なステアリング軸は、筒形をなす外軸に内軸を嵌め合わせてなり、相互に嵌め合い長さを増すように短縮せしめ、また嵌め合い長さを減じるように伸長せしめる構成により簡素に実現される。これらの内軸と外軸とは、操舵部材に加えられる操舵トルクを舵取機構に伝えるという本来の作用を確実に行わせるために一体回転可能に連結する必要があり、従来から、内軸及び外軸の嵌合部を非円形断面、特に、円形の一部を切欠いて互いに平行をなす一対の平坦面を形成してなる小判形断面とし、内軸と外軸との間の回転伝達を前記平坦面同士の当り部を介して行わせる構成としてある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところが、小判形断面等の非円形断面の嵌合部を採用した場合、この嵌合部の隙間、特に、両者の平坦面間の隙間を高精度に管理することが難しく、内軸と外軸との間での回転伝達に際し、両軸が前記隙間内にて周方向にガタ付くという問題があり、これらの間に衝突音が発生し、またガタ付きの影響により、例えば、操舵方向の転換時に操舵部材から舵取機構への伝動に遅れを伴い、操舵感の悪化を招来するという不具合がある。
【０００６】
このようなガタ付きによる不具合を防止するため、特許文献１に開示されたステアリング軸においては、外軸及び内軸の嵌合部に樹脂を注入し、嵌合隙間を埋めるように硬化させてガタ付きを防止するガタ止め構造が採用されており、また他のステアリング軸においては、外軸と内軸とを嵌合した後、外軸の一部をかしめ変形させて内軸の外面に当接させるガタ止め構造が採用されており（例えば、特許文献２参照）、更に他のステアリング軸においては、外軸と内軸との嵌合部に板ばねを介装し、この板ばねを外軸及び内軸の周面に弾接させて嵌合隙間を埋めるようにしたガタ止め構造が採用されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２０８０８９号公報
【特許文献２】
特開平１０−４５００５号公報
【特許文献３】
特開平２００１−１５８３８４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に開示されたガタ止め構造においては、樹脂インジェクションのための設備及び工程が必要であり、また特許文献２に開示されたガタ止め構造においても同様に、かしめ型を含めたかしめ用の設備及び工程が必要であって、これらのガタ止め構造を採用した場合、組立工数の増加に伴う製品コストの上昇を招来するという問題がある。
【０００９】
これらに対し、特許文献３に開示されたガタ止め構造は、内軸と外軸との間に板ばねを介装する簡素な構成であり、専用の設備及び工程を必要とせずに実施可能であるが、内軸と外軸とは、前記板ばねの弾性変形を伴って変位することができ、十分なガタ止め効果が得られないという問題があった。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、内外に嵌め合わされた内軸と外軸とのガタ付きのない連結を、専用の設備及び工程を要することなく簡素に実現し、ガタ付きに起因する不具合の発生を未然に防止し得るステアリング軸を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明に係るステアリング軸は、互いに平行をなす少なくとも一対の平坦面を有する非円形断面の内軸と、該内軸と対応する非円形の内側断面を有する筒形の外軸とを適長に亘って内外に嵌め合わせてなり、これらの内軸と外軸との間にて前記平坦面同士の当り部を介して回転伝達する構成としてあるステアリング軸において、前記外軸の一部に、一方の平坦面、及びこの平坦面に連なる面に亘って形成された窓孔と、互いに平行をなす一対の弾性片を有し、前記窓孔から露出する前記内軸の一方の平坦面と前記外軸の他方の平坦面とに夫々を沿わせた前記弾性片の両端を弾接させてあるコの字形の押えばねとを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、外軸の一方の平坦面に窓孔を形成し、互いに平行をなす一対の弾性片を有しコの字形をなす押えばねを、窓孔から露出する内軸の一方の平坦面と外軸の他方の平坦面とに一対の弾性片を夫々沿わせるように装着して、各弾性片の両端を内軸及び外軸の平坦面に弾接させ、押えばねのばね力により、外軸の内側に内軸を押し付けて周方向のガタ付きを抑え、衝突音の発生、操舵感の悪化等、ガタ付きに起因する不具合の発生を防止する。前記窓孔は、平坦面の一側又は両側に連なる面に亘って形成してあり、押えばねの前述した装着は、コの字の開口側を過度に拡げることなく実施できる上、装着後の押えばねが大なるばね力を保ち、ガタ付きを有効に抑えることができる。
【００１３】
また本発明の第２発明に係るステアリング軸は、第１発明における押えばねの弾性片と内軸及び外軸の平坦面との弾接部に、相互に係合する係合手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
この発明においては、押えばねと内軸及び外軸との弾接部に係合手段を備え、この係合手段により押えばねの弾接状態を維持し、車両走行中の振動等の外力の作用による押えばねの脱落を防止する。
【００１５】
更に本発明の第３発明に係るステアリング軸は、第１発明又は第２発明における窓孔及び押えばねは、前記内軸及び外軸の軸長方向に複数並設してあることを特徴とする。
【００１６】
この発明においては、軸長方向に複数の押えばねを装着し、これらにより内軸及び外軸の嵌合部の軸長方向のガタ付きを併せて抑え、ガタ付きに起因する不具合の発生を防止する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るステアリング軸を備えるステアリング装置の構成を示す模式図である。
【００１８】
図中１は、ステアリング軸であり、該ステアリング軸１は、円筒形をなすステアリングコラム２の内部に同軸的に支持され、該ステアリングコラム２の中途部及び一端部に夫々固設されたアッパブラケット20とロアブラケット21とにより、ロアブラケット21の側を前下方（図における左下方）に向けた傾斜姿勢にて車室の内部に支持されている。なおアッパブラケット20は、ステアリングコラム２に下向きに加わる所定限度を超える力の作用により、車体側の固定部にカプセル22を残して下方に離脱する公知のブレークアウエイブラケットとして構成されている。
【００１９】
ステアリングコラム２の上部に突出するステアリング軸１の上端部1aには、車室内部の図示しない運転者に対面するようにステアリングホイール10が嵌着固定され、同じく下部に突出するステアリング軸１の下端部1bは、両端にユニバーサルジョイント60，60を備える中間軸６を介して舵取機構７の入力軸70に連結されている。以上の構成により、運転者により操舵のためにステアリングホイール10に加えられる操舵トルクは、ステアリング軸１及び中間軸６を介して舵取機構７の入力軸70に伝達され、該舵取機構７の動作により操舵が実行される。
【００２０】
なお図１に示すステアリング装置は、ステアリングコラム２の下端部近傍に取付けられた操舵補助用のモータ23を備え、また該モータ23よりも上位置のステアリングコラム２の内部にトルクセンサ24を備えており、ステアリングホイール10に加えられる操舵トルクをトルクセンサ24により検出し、この検出トルクに基づいて駆動されるモータ23の回転力をステアリングコラム２内部のステアリング軸１に伝え、前述の如く行われる操舵を補助する電動パワーステアリング装置として構成されているが、以下に示す本発明に係るステアリング軸１の特徴的な構成は、運転者によりステアリングホイール10に加えられる回転トルクのみによって操舵を行わせるマニュアル式のステアリング装置にも適用可能であり、また舵取機構７に付設された油圧シリンダの発生力により操舵を補助する油圧パワーステアリング装置にも適用可能である。
【００２１】
ステアリング軸１は、図１中に一部を破断して示すステアリングコラム２の中途部内側において、適長に亘って内外に嵌合され、軸長方向への相対移動可能に連結された内軸３及び外軸４を備えている。下位置にある内軸３は、トルクセンサ24の構成位置近傍に、また上位置にある外軸４は、ステアリングコラム２の上端部近傍に各別の軸受（図示せず）により支持されており、これらの内軸３及び外軸４の連結部には、押えばね５，５が装着されている。
【００２２】
図２は、ステアリング軸１を構成する内軸３及び外軸４の嵌合部近傍の第１の実施の形態を示す外観斜視図、図３は、図２に示す内軸３及び外軸４の嵌合部近傍の分解斜視図、図４は、図２のIV−IV線による内軸３及び外軸４の嵌合部の横断面図である。
【００２３】
図３及び図４に示す如く内軸３は、円形の一部を切欠いて互いに平行をなす一対の平坦面30，30を形成してなる小判形断面の中実軸（又は中空軸）であり、図３に示す如く、一方の平坦面30の幅方向の中央部には、円弧形断面を有する係合溝31が、外軸４への嵌め込み側となる内軸３の上端面から下方に適長に亘って形成されている。
【００２４】
外軸４は、以上の如き内軸３の嵌め込みが可能な小判形の内側断面を有する筒形の軸であり、内軸３の平坦面30，30と対応する一対の平坦面40，40を有している。一方の平坦面40には、図２及び図３に示す如く、幅方向の一側から他側に向けて周壁を切欠いて形成された窓孔41，41が、軸長方向に距離を隔てた２か所に形成されており、他方の平坦面40には、幅方向の略中央に、図４に示す如く円弧形断面を有する係合凹部42，42が、図３に示す如く、窓孔41，41の夫々と対応する軸長方向位置に形成されている。
【００２５】
押えばね５は、コの字形に屈曲成形された板ばねであり、図３に示す如く、外軸４の平坦面40，40の半幅に相当する長さを有し、内軸３の平坦面30，30間の２面幅に略対応する距離を隔てて互いに平行をなす一対の弾性片50，50と、これらの基端を連絡する連絡片51とを備えており、弾性片50，50の先端近傍には、夫々との対向側に向けて突出する係合突起52，52が湾曲形成されている。
【００２６】
以上の如く構成された内軸３及び外軸４は、図３に示す如く、外軸４の下端部の開口に内軸３の上端部を対向させ、該内軸３を外軸４の内側に嵌合する一方、窓孔41，41の形成位置の夫々において、外軸４の幅方向一側に押えばね５，５を位置決めし、夫々の弾性片50，50の開放側から外軸４の外側に押し込み、外軸４の外周に沿わせるように装着することにより、図２に示す如く一体に連結されてステアリング軸１を構成する。
【００２７】
このとき押えばね５は、弾性片50，50の先端を拡開するように弾性変形し、図４に示す如く、一方の弾性片50を外軸４の平坦面40に弾接させ、同じく他方の弾性片50を、対応する窓孔41から露出する内軸３の一方の平坦面30に弾接させた状態となり、外軸４に内嵌された内軸３は、押えばね５のばね力により他方の平坦面30を外軸４の内面に押し付けた状態に拘束される。このような押えばね５の作用により、内軸３と外軸４との間の嵌合隙間は解消され、これら両軸３，４は、周方向のガタ付きを伴うことなく一体回転することができ、ガタ付きに起因する前述した不具合を有効に防止することができる。
【００２８】
また、押えばね５の弾性片50と内軸３の平坦面30との弾接部においては、前者の係合突起52が後者の係合溝31に係合し、同じく押えばね５の弾性片50と外軸４の平坦面40との弾接部においては、前者の係合突起52が後者の係合凹部42に係合せしめられており、押えばね５の前述した装着状態は、係合突起52，52と係合溝31及び係合凹部42との係合により維持される。従って、車両の走行中にステアリング軸１に加わる振動等の外力の作用下においても押えばね５が脱落する虞れはない。
【００２９】
なお、内軸３の係合溝31は、外軸４への嵌め込み側となる上端部に連続させてあることから、該係合溝31と係合突起52との係合は、押えばね５を予め外軸４の該当位置に装着した状態で内軸３を嵌め込む手順により実現することができ、押えばね５の拡開量を更に低減して組み付けることが可能となる。
【００３０】
更に押えばね５は、図２に示す如く、内軸３及び外軸４の軸長方向に離隔した２か所に装着されており、夫々の装着位置での嵌合隙間を解消することが可能であり、両軸３，４の軸長方向のガタ付きをも有効に防止することが可能となる。このようなガタ付き防止効果を高めるためには、２つの押えばね５，５の装着位置を、内軸３及び外軸４の嵌合長さの範囲内において可及的に離して設定するのが望ましい。押えばね５は、軸長方向に３つ以上並設することも可能であるが、並設数の増加は、組立て工数の増加を招くことになり好ましくない。また、押えばね５を１つとしてもよいことは言うまでもない。
【００３１】
図５は、ステアリング軸１を構成する内軸３及び外軸４の嵌合部近傍の第２の実施の形態を示す外観斜視図、図６は、図５のVI−VI線による内軸３及び外軸４の嵌合部の横断面図である。
【００３２】
この実施の形態において押えばね５は、互いに平行をなす短寸の弾性片53，53と、これらの基端を連絡する連絡片54とを備えており、弾性片53，53の先端近傍には、夫々との対向側に向けて係合突起55，55が突設されている。また、内軸３の一方の平坦面30には、幅方向両側の側縁の近傍に係合溝32，32が形成され、更に、外軸４の一方の平坦面40には、軸長方向に距離を隔てて一対の窓孔41，41が形成されており、他方の平坦面40には、窓孔41，41の夫々と対応する軸長方向位置に、幅方向両側の側縁近傍に係合凹部43，43が形成されている。内軸３及び外軸４の形状等、他の構成は実施の形態１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００３３】
以上の如き内軸３及び外軸４は、内軸３の上端部を外軸４の内側に適長に亘って嵌め合わせる一方、窓孔41，41の形成位置の夫々において、外軸４の幅方向両側から押えばね５，５を押し込み、外軸４の外周に沿わせるように装着することにより、図５に示す如く一体に連結されてステアリング軸１を構成する。
【００３４】
このとき押えばね５は、図６に示す如く、一方の弾性片50を外軸４の平坦面40に、他方の弾性片50を、対応する窓孔41から露出する内軸３の平坦面30に夫々弾接させた状態となり、外軸４に内嵌された内軸３は、押えばね５のばね力により他方の平坦面30を外軸４の平坦面40に押し付けた状態に拘束される。このような押えばね５の作用により、内軸３と外軸４との間の嵌合隙間は解消され、これら両軸３，４は、周方向のガタ付きを伴うことなく一体回転することができ、ステアリングホイール10に加えられる操舵トルクは、密に当接する平坦面40と平坦面30との当り部を介して内軸３に伝えられることとなり、ガタ付きに起因する前述した不具合を有効に防止することができる。
【００３５】
またこの実施の形態においては、内軸３の平坦面30及び外軸４の平坦面40に幅方向の２か所に各別の押えばね５，５が弾接させてあり、内軸３及び外軸４間の周方向のガタ付きをより確実に抑えることができる。このようなガタ付きの抑制効果は、図６に示す如く、押えばね５，５の弾接位置を、平坦面30，40の側縁の近くに設定することにより一層確実に行わせ得る。
【００３６】
また、押えばね５，５の前述した装着状態は、係合突起55，55と係合溝32及び係合凹部43との係合により維持されており、押えばね５，５の脱落を防止し得ること、更に、以上の如く装着された押えばね５，５が、軸長方向に２組備えられていることにより、内軸３及び外軸４の軸長方向のガタ付きをも有効に防止することが可能となることは、実施の形態１と同様である。
【００３７】
図７は、ステアリング軸１を構成する内軸３及び外軸４の嵌合部近傍の第３の実施の形態を示す外観斜視図である。
【００３８】
この実施の形態において押えばね５は、コの字形に屈曲成形された広幅の板ばねであり、互いに平行をなす一対の弾性片56，56と、これらの基端を連絡する連絡片57とを備えており、弾性片56，56の先端近傍には、夫々との対向側に向けて係合突起58，58（一方のみ図示）が突設されている。また外軸４一方の平坦面40には、押えばね５の弾性片56の受容が可能な長さを有して１つの窓孔44が形成されている。内軸３及び外軸４の形状等、他の構成は実施の形態１、２と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００３９】
内軸３及び外軸４は、内軸３の上端部を外軸４の内側に適長に亘って嵌め合わせる一方、窓孔44の形成位置において、外軸４の幅方向一側から押えばね５を押し込み、外軸４の外周に沿わせるように装着することにより、図７に示す如く一体に連結されてステアリング軸１を構成する。
【００４０】
このとき押えばね５は、第１，第２の実施の形態と同様、一方の弾性片56を外軸４の平坦面40に、他方の弾性片56を、対応する窓孔44から露出する内軸３の平坦面30に夫々弾接させた状態となり、外軸４に内嵌された内軸３は、押えばね５のばね力により他方の平坦面30を外軸４の内面に押し付けた状態に拘束される。このような押えばね５の作用により、内軸３と外軸４との間の嵌合隙間は解消され、これら両軸３，４は、周方向のガタ付きを伴うことなく一体回転することができ、ガタ付きに起因する前述した不具合を有効に防止することができる。
【００４１】
この実施の形態においては、押えばね５として広幅の板ばねが用いられており、１つの押えばね５により内軸３及び外軸４間の周方向のガタ付きを抑えることが可能であり、部品点数を削減することができる。また、押えばね５が広幅であることから、内軸３及び外軸４間の軸長方向のガタ付きに対しても所定の抑制効果が得られる。
【００４２】
なお、弾性片56，56先端の係合突起58，58は、内軸３及び外軸４の平坦面30、40に夫々設けられた係合溝及び係合凹部（共に図示せず）に係合させてあり、外力の作用による脱落防止が図られていることは、実施の形態１及び２と同様である。
【００４３】
以上の如く構成されたステアリング軸１には、車両の前面衝突時に、前方への慣性の作用によりステアリングホイール10に運転者が衝突（二次衝突）したとき、図１中に白抜矢符にて示す如く、軸長方向の下向きに衝撃力が加わる。
【００４４】
このとき、前述の如くブレークアウエイブラケットとして構成されたアッパブラケット20が車体から離脱し、該アッパブラケット20による拘束が解かれた外軸４は、前記衝撃力の作用により、図１中にＳとして示す移動ストローク間にて内軸３に対して下方に相対移動し、ステアリング軸１が短縮する。
【００４５】
このようなステアリング軸１の短縮の間、ステアリングホイール10に衝突した運転者には、押えばね５のばね力による押し付け下にて摺動する内軸３と外軸４との間の摺動抵抗が作用し、この摺動抵抗と、同時に発生するステアリングコラム２の短縮に伴う抵抗とにより二次衝突の衝撃エネルギが吸収される。
【００４６】
なお以上の実施の形態に示すステアリング軸１の長さは、内軸３の平坦部30に設けた係合溝31，32と押えばね５との係合が保たれる長さ範囲内にて調節可能であり、このことを利用して、前述したテレスコピックステアリング装置への適用も可能である。
【００４７】
また以上の実施の形態においては、内軸３及び外軸４の断面形状を小判形としてあるが、これらの断面形状は、互いに平行をなす平坦面を少なくとも一対備えておればよく、例えば、矩形、正六角形、正八角形等であってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係るステアリング軸においては、内外に嵌め合わされた内軸と外軸とのガタ付きのない連結を、専用の設備及び工程を要することなく簡素に実現することが可能であり、内軸と外軸との衝突音の発生を防止することができ、またステアリングホイールに加えられる操舵トルクを遅れを伴わずに舵取機構に伝達し、良好な操舵感の実現に寄与することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステアリング軸を備えるステアリング装置の構成を示す模式図である。
【図２】ステアリング軸を構成する内軸及び外軸の嵌合部近傍の第１の実施の形態を示す外観斜視図である。
【図３】図２に示す内軸及び外軸の嵌合部近傍の分解斜視図である。
【図４】図２のIV−IV線による内軸及び外軸の嵌合部の横断面図である。
【図５】ステアリング軸を構成する内軸及び外軸の嵌合部近傍の第２の実施の形態を示す外観斜視図である。
【図６】図５のVI−VI線による内軸及び外軸の嵌合部の横断面図である。
【図７】ステアリング軸を構成する内軸及び外軸の嵌合部近傍の第３の実施の形態を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１ ステアリング軸
２ ステアリングコラム
３ 内軸
４ 外軸
５ 押えばね
30 平坦面
31，32 係合溝（係合手段）
40 平坦面
41，44 窓孔
42，43 係合凹部（係合手段）
52，55，58 係合突起（係合手段）

Claims (3)

1. 互いに平行をなす少なくとも一対の平坦面を有する非円形断面の内軸と、該内軸と対応する非円形の内側断面を有する筒形の外軸とを適長に亘って内外に嵌め合わせてなり、これらの内軸と外軸との間にて前記平坦面同士の当り部を介して回転伝達する構成としてあるステアリング軸において、
   前記外軸の一部に、一方の平坦面、及びこの平坦面に連なる面に亘って形成された窓孔と、
   互いに平行をなす一対の弾性片を有し、前記窓孔から露出する前記内軸の一方の平坦面と前記外軸の他方の平坦面とに夫々を沿わせた前記弾性片の両端を弾接させてあるコの字形の押えばねと
   を備えることを特徴とするステアリング軸。
2. 前記押えばねの弾性片と前記内軸及び外軸の平坦面との弾接部に、相互に係合する係合手段を備える請求項１記載のステアリング軸。
3. 前記窓孔及び押えばねは、前記内軸及び外軸の軸長方向に複数並設してある請求項１又は請求項２記載のステアリング軸。

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