JP7213743B2 - ステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、運転者の体格に応じて伸縮可能であり、非常時に運転者が受ける衝撃を吸収する機能を有するステアリング装置に関する。
従来、このようなステアリング装置としては例えば以下の特許文献1(〔0031〕乃至〔0038〕段落及び図1、図2など参照)に記載されたものがある。
このステアリング装置においては、車体に固定された固定チューブに対して、ハンドルと一体に組み付けられたアウタチューブが伸縮する。当該伸縮に際しては、固定チューブに設けられたモータおよびウォームギヤによる回転駆動が、ねじ部材を介して、アウタチューブに固定されたナット部材に伝達される。つまり、ねじ部材の回転に応じてこれに螺合するナット部材の位置が変化することでハンドルの軸方向位置が決定される。
アウタチューブの内部には、インナチューブが圧接リングを介して内挿されている。さらに、インナチューブには、一端にハンドルを保持するハンドル軸が回転自在に内装されている。これにより、通常は、アウタチューブとインナチューブ、ハンドル軸は一体に伸縮する。
このステアリング装置において、仮に、車両が他物に接触し、運転者がハンドルと接触する場合には、ハンドル軸・インナチューブ・アウタチューブに押し込み力が作用する。その際に、ナット部材を介してネジ軸が押し込まれる。この結果、ネジ軸には、ネジ軸を回転させようとする外力が作用する。ネジ軸にはウォームホイールおよびウォームが接続されている。ウォームギヤは一般に逆ネジ効率が大きく、ウォームホイールからの入力によってウォームが回転することは少ない。そのため、ネジ軸の回転が規制され、アウタチューブの移動が阻止される。
この結果、運転者からの外力を受けたハンドル軸およびインナチューブが嵌合力に抗してアウタチューブの内部に進入し、運転者に作用する衝撃が吸収される。
特開2009-298229号公報
上記特許文献1のステアリング装置において衝撃吸収機能を発揮するためには、ウォームギヤ等の取り付け状態が健全であり、アウタチューブが押し込まれようとする力に確実に対抗できる必要がある。ただし、ステアリング装置の設置環境によっては、当該ウォームギヤ等が車室内の他物との干渉によって損傷する可能性がある。
例えば、モータを収納するハウジングは固定チューブから所定方向に突出した状態に設置されることがある。つまり、車室のうち運転者の足元付近で他物との配置関係が調整され、ステアリング装置の実装を容易にするためにハウジングが所定方向に設定される。ただし、この設置位置の近傍にはブレーキペダル等も配置され、ブレーキペダルの中には、衝突時などに特定方向に退避する機能を有するものがある。
特に、モータハウジングの設置位置がブレーキペダルの退避移動軌跡と干渉する場合には、非常時にブレーキペダルがモータのハウジングと衝突し、ハウジングが破損することがある。ハウジングが破損すると、これに付随して配置されるウォームやウォームホイールも共に破損するおそれがある。
ウォーム等が破損すると、上記のアウタチューブ等による押し込み力が作用した際に、ウォームギヤの逆ネジ効果が発揮されず、ネジ軸が容易に回転する事態が生じ得る。その結果、アウタチューブは固定チューブからの反力を得られず、インナチューブおよびハンドル軸が勢いよく押し込まれ、運転者の衝撃吸収機能が発揮されなくなる可能性がある。
このように、従来のステアリング装置にあっては種々の改善すべき点があり、従来から非常時においても衝撃吸収機能が確実に発揮されるステアリング装置が求められている。
(特徴構成)
本発明に係るステアリング装置の特徴構成は、
ハンドルを取り付けるシャフトと、
当該シャフトを回転自在に内包するインナチューブと、
当該インナチューブに外嵌するアウタチューブと、
前記アウタチューブを前記シャフトの軸芯方向に沿って往復移動可能に内包する第1ハウジングと、
前記アウタチューブに設けられた入力部と、
前記第1ハウジングに設けられ、前記入力部に作用して、前記入力部を前記軸芯方向に沿って往復移動させるねじ部材と、
前記第1ハウジングに取り付けられる第2ハウジングに内包され、前記ねじ部材を回転させるウォームギヤおよび前記ウォームギヤを駆動するモータと、を備え、
前記車両に衝撃が作用し、前記車両に設けられた他物が前記第2ハウジングに衝突する際、前記ウォームギヤが前記第1ハウジングに取り付けられた状態を維持しつつ、前記第2ハウジングが損傷するよう前記第2ハウジングに脆弱部を設けてある車両のステアリング装置。
(効果)
ウォームギヤは、逆ねじ効率が高いため、車両に衝撃が作用しシャフトが押し込まれたときに、ウォームギヤの回転が阻止されてシャフトの押込みが規制される。これにより、アウタチューブとインナチューブとの間に通常設けられている衝撃吸収機能が良好に発揮される。
そこで、本構成の脆弱部を設けることで、車両に衝撃が作用し、車両内の他物が仮に第2ハウジングに衝突した場合でもウォームギヤとねじ部材との歯合状態が維持される。よって、衝撃吸収機能が損なわれず非常時の安全性が高いステアリング装置を得ることができる。
また、本構成の脆弱部を設けるにあたり、ステアリング装置の従来構造を大きく変更する必要がない。よって、多くのステアリング装置に対する適用が容易である。
(特徴構成)
本構成のステアリング装置においては、前記脆弱部として、前記第2ハウジングのうち前記モータを収納する部位と前記ウォームギヤを保持する部位との間に薄肉部を形成しておくことができる。
(効果)
このように薄肉部を形成することで、当該部位での損傷発生をより確実に誘導することができる。このような薄肉部を形成することは、例えば、第2ハウジングを鋳造する金型を調整することで容易であるし、また、第2ハウジングを形成した後に当該部位のみ研削加工することも容易である。よって、所期の機能を発揮する第2ハウジングを効率的に得ることができる。
(特徴構成)
本構成のステアリング装置においては、前記薄肉部を、前記他物が前記第2ハウジングに当接する側の面を含む領域に形成されていると好都合である。
(効果)
本構成のように、他物が当接する側に薄肉部を形成しておくことで、衝撃力作用時に応力集中を発生させることができる。よって、ウォームギヤの保護効果を一層高めることができる。
(特徴構成)
本構成のステアリング装置においては、前記脆弱部を、前記第2ハウジングのうち、前記モータを収納する部位と前記ウォームギヤを保持する部位との間に設けられた細径部として構成することができる。
(効果)
本構成の如く細径部を設けておけば、他物が第2ハウジングの一部に当接した際に衝撃力が当該細径部に集中し易くなる。よって、第2ハウジングは当該細径部で損傷する確率が増し、ウォームギヤを第1ハウジングの側に確実に残せるようになる。
(特徴構成)
本構成のステアリング装置においては、前記ウォームギヤを構成するウォームにつき、前記車両に衝撃が作用して前記シャフトが押し込まれ、前記ねじ部材からの入力によって前記ウォームが回転し螺進しようとする場合に、前記ウォームの螺進方向の端部に当接する規制部が前記第2ハウジングに設けられていると好都合である。
(効果)
ウォームギヤはウォームとウォームホイールとで構成され、一般に、ウォームホイールからの作用によってウォームが回転する可能性は少ない。ただし、瞬時に大きな外力が作用した場合にウォームが幾分回転する事態が生じ得る。そこで本構成では、ウォームがウォームホイールからの外力によって螺進する側の端部に規制部を設けてある。これにより、ウォームに生じる回転を極力少なくしてウォームギヤによるねじ部材の係止効果を高めている。
第1実施形態に係るステアリング装置の構成を示す斜視図 第1実施形態に係るステアリング装置の要部の構成を示す説明図 第1実施形態に係るステアリング装置の要部の構成を示す分解斜視図 第1実施形態に係るウォームの規制部の構成を示す説明図 第2実施形態に係るステアリング装置の要部の構成を示す説明図
〔第1実施形態〕
(全体概要)
図1乃至図3に、本発明の第1実施形態に係るステアリング装置Sを示す。本実施形態のステアリング装置Sは、車両の衝突時などにおいて衝撃吸収機能が適切に発揮され、乗員の保護を可能にするものである。具体的には、衝突時に、車室内のブレーキペダル1などがステアリング装置Sの一部に衝突した場合でも、駆動機構を構成するギヤ等の取り付け状態を保護し、インナチューブ4のスライド機能等が確実に発揮されることを担保するものである。
図1に示すように本実施形態のステアリング装置Sは、ハンドル2を取り付けるシャフト3と、当該シャフト3を回転自在に内包するインナチューブ4と、当該インナチューブ4に外嵌するアウタチューブ5とを備えている。詳細な図示は省略するが、シャフト3はベアリングなどを用いた軸受によってインナチューブ4の内部に同軸芯上に保持される。
アウタチューブ5は通常時にはインナチューブ4と一体となる状態にインナチューブ4に外嵌している。ただし、衝突時など、一定以上の押込力がハンドル2を介してシャフト3に作用すると、インナチューブ4とアウタチューブ5との間に設けられた滑り部において一定の摩擦力等を発生させつつインナチューブ4が軸芯方向X1にスライドする。これにより、乗員がハンドル2に衝突する際の衝撃が吸収される。
アウタチューブ5は、ステアリング装置Sの全体を構成する第1ハウジングHの内部にスライド移動可能に設けられている。第1ハウジングHとアウタチューブ5とに亘っては伸縮機構が設けられており、乗員の体格等に応じてハンドル2の位置を調節することができる。
図1、図3に示すように、アウタチューブ5の筒状の側面には、アウタチューブ5に対してスライド移動の駆動力を入力する入力部6が設けられている。入力部6には雌ネジ部を備えたナット部材6aが内装されている。当該ナット部材6aには、モータMによって駆動されるねじ部材7が螺合している。
モータMは第2ハウジングhに内装され、当該第2ハウジングhは第1ハウジングHに取り付けられている。第2ハウジングhは、モータMを収容するモータ収容部hmと、モータMの駆動軸に接続されるウォームギヤ8、即ちウォーム81および、当該ウォーム81に歯合するウォームホイール82が内装されるギヤ収容部h8とを備えている。このうちウォームホイール82に前記ねじ部材7が接続される。
ウォームホイール82およびウォーム81で構成されるウォームギヤ8は、逆ねじ効率が高い。このため、車両に衝撃が作用しインナチューブ4が押し込まれたときにもウォームギヤ8は回転せずインナチューブ4の押込みが規制される。つまり、ウォーム81およびウォームホイール82の装着状態を適切に維持することで、アウタチューブ5は第1ハウジングHから反力を得ることができる。その結果、運転者からの押込力を受けたインナチューブ4がアウタチューブ5に対して一定摩擦力の下で滑り移動することができる。
(脆弱部)
そこで、本実施形態のステアリング装置Sでは、仮に第2ハウジングhが損傷した場合でも、少なくともウォーム81およびウォームホイール82の装着状態が影響を受けないように第2ハウジングhに脆弱部Wを形成してある。
当該脆弱部Wとしては、例えば部材の肉厚を薄くした薄肉部W1を形成しておく。図2および図3に示すように、第2ハウジングhのうち、モータMが内装されたモータ収容部hmと、ウォーム81およびウォームホイール82が内装されたギヤ収容部h8との間の筒状部Tの肉厚を薄く形成する。図2では、筒状部Tのうち、ブレーキペダル1などの他物が当接する側の半周のみを薄肉部W1としてある。つまり、当該部位の肉厚D1は、反対側の肉厚D2よりも薄く構成する。
尚、図2の例では、当該薄肉部W1に隣接するウォーム収容部h81の外径が筒状部Tの外径よりも小さい。夫々の部位の強度は夫々の断面形状に基づいて発揮されるが、本構成では、外径の大きな筒状部Tを優先的に破損させる必要がある。よって、ウォーム収容部h81の肉厚をD3とすると、D1はD3よりもかなり薄く構成しておくのが望ましい。
当該筒状部Tは、モータMの駆動軸とウォーム81とが接続される部位である。図示は省略するが、例えばウォーム81の端部には断面形状がD形やトラック形の凹部を形成しておき、これに同じ断面形状を有するモータMの駆動軸を挿入する。これにより、当該脆弱部Wで第2ハウジングhが破損した場合でも、ウォーム81とモータMとが容易に分離することができる。
このように薄肉部W1を形成することで、当該部位からの損傷発生をより確実に誘導することができる。薄肉部W1の形成は、例えば、第2ハウジングhを鋳造する金型を調整することで容易であるし、また、第2ハウジングhを形成した後に当該部位のみ研削加工することも容易である。よって、所期の機能を発揮する第2ハウジングhを効率的に得ることができる。
(モータ収容部)
図3に示すように、モータ収容部hmは筒状部Tを介してギヤ収容部h8と一体化された基部hm1と、当該基部hm1に取り付けられるケース部hm2とで構成される。基部hm1とケース部hm2とは、複数本の固定ねじ9等を用いて締結される。
(ギヤ収容部)
一方のギヤ収容部h8は、モータMの駆動軸の軸芯X3と同軸芯状にウォーム81を内装するウォーム収容部h81と、ウォーム81に歯合するウォームホイール82を内装するホイール収容部h82とを備えている。ウォーム81は、両端部をベアリングなどの軸受10により、ホイール収容部h82において両持ち支持される。ウォーム81および二つの軸受10は、例えば図3に示すように予め組み付けられた状態で基部hm1の底面の側からウォーム収容部h81に挿入される。
ウォームホイール82は、図3に示すように、ホイール収容部h82から蓋部h83を取り外した状態で装着される。ウォームホイール82には、例えばホイール軸82aが一体に取り付けられている。このホイール軸82aも両端をベアリングなどの軸受10でホイール収容部h82に両持ち保持される。図示は省略するが、蓋部h83の底部には、一方の軸受10を保持する受座が形成してある。他方の軸受10は、ホイール収容部h82に形成した受座に保持される。
尚、蓋部h83を別部材で構成する都合上、ホイール収容部h82には開口部Eが形成され、ホイール収容部h82の強度低下が懸念される。図3に示すように、当該開口部Eは、ホイール軸82aの軸芯方向X2に沿う第1縁部E1と、これに垂直な第2縁部E2とを有する。モータ収容部hmに外力が作用した場合に、当該外力の一部がギヤ収容部h8に伝達され、第1縁部E1と第2縁部E2との交差部が応力集中部となる可能性がある。その場合、脆弱部Wの破損に加えてギヤ収容部h8が変形し、ウォームギヤ8の取り付け状態が損なわれる可能性がある。
そこで図3に示すように、第1縁部E1と第2縁部E2との交差部にアール部E3を設け、アール部E3での応力集中を緩和している。このため、蓋部h83には、当該アール部E3を回避できるように、アール部E3の内側に挿入されるインサート部E4を設けてある。
ホイール軸82aの両端部のうちねじ部材7と接続する側の端部の形状は、例えば、ウォーム81と同様にD形やトラック形に形成してある。この端部が、ねじ部材7の側に設けた同様の孔部を有する接続部7aに挿入される。これらの構成により、モータMからの駆動力がねじ部材7に伝達される。
本実施形態の薄肉部W1は、例えば図2に示すように、筒状部Tの約半周部分に形成する。この部位は、例えば、他物であるブレーキペダル1が非常時に矢印の方向から第2ハウジングhに当接する側の面を含む領域である。ブレーキペダル1との衝突に際して、モータ収容部hmは当該薄肉部W1を中心に曲げられようとし、当該薄肉部W1には引張応力が発生する。よってこの部位の肉厚を薄くしておくことで、当該部位からの損傷あるいは破断を誘発することができる。この結果、ウォーム81およびウォームホイール82が装着されたギヤ収容部h8の損傷が防止される。
当該薄肉部W1は、第2ハウジングhを鋳造成形する金型の調節等により得ることができる。また、第2ハウジングhを鋳造或いは切削加工によって形成した後、さらに切削加工することでも形成可能である。このように、ブレーキペダル1などの他物が当接する側に薄肉部W1を形成しておくことで、衝撃力作用時に応力集中を発生させることができ、損傷部をモータ収容部hmのみに留めることができる。よって、ウォームギヤ8の保護効果が一層高まることとなる。また、本構成であれば、従来のステアリング装置Sの構造を大幅に変更する必要もなく、コストアップ抑制の効果も得ることができる。
(ウォームの規制部)
ウォーム81とウォームホイール82とで構成されるウォームギヤ8にあっては、逆ねじ効率のため、通常はウォームホイール82からの作用によってウォーム81が回転する可能性は少ない。ただし、瞬時に大きな外力が作用した場合にウォーム81が幾分回転する事態が生じ得る。そこで、本構成では、ウォーム81がウォームホイール82からの外力によって螺進する側の端部に規制部Bを設け、衝撃発生時などに第2ハウジングhに残存したウォーム81が、アウタチューブ5の押込力に起因してウォーム収容部h81に留まるように構成してある。ウォーム81の端部を規制することで、ウォーム81の軸芯方向X3に沿った移動および回転が阻止される。
具体的には、まず、図4に示すように、ウォーム81の両端部のうちモータMと反対側の端部が、ウォーム収容部h81の内面によって規制されるように構成する。合せて、アウタチューブ5の押込みに際して、ウォームホイール82の歯がウォーム81をモータMと反対側に移動させる方向に回転するようにねじ部材7のピッチ方向を設定する。
つまり、ねじ部材7のピッチについては、アウタチューブ5が押し込まれた際に、ウォームホイール82がウォーム81をウォーム収容部h81の底部h81aの側に押し付ける方向に回転する必要がある。図1に示すステアリング装置Sの場合には、ねじ部材7を左ねじで構成する。つまり、ねじ部材7を介してナット部材6aがウォームギヤ8の側に押し込まれた時、左ピッチを有するねじ部材7は、ねじ部材7をウォーム81の側から見たとき反時計方向に回転する。これにより、ウォーム81をウォーム収容部h81の底部h81aに向けて移動させることができる。
ウォーム81の規制部Bは、例えば図4に示すように各種の構造を取り得る。図4(a)は、ウォーム81の端部をウォーム収容部h81の底部h81aで受け止める構造である。尚、ウォーム81の軸芯方向X3への移動を確実に規制し、且つ、通常時はウォーム81の回転駆動に過大な抵抗を発生させないように、例えば、底部h81aをねじ込み構造として、ウォーム収容部h81に対する取り付け位置を任意に決定できるようにすると便利である。
また、図4(b)に示すように、ウォーム81の端部を支持する軸受10をウォーム収容部h81の底部h81aで受け止めるように構成することもできる。本構成であれば、底部h81aと軸受10との当接面積を大きく確保し易い。よって、衝撃が生じた際に底部h81aに生じる応力集中の程度が緩和され、ウォーム収容部h81そのものも破損し難くなる。
この他に、ウォーム81の端部あるいは軸受10と底部h81aとの間に各種形状の金属製の板ばね部材やゴム部材などを配置し、底部h81aとの間に緩衝機能を持たせることによってもウォーム収容部h81の損傷防止効果を高めることができる。
〔第2実施形態〕
図5に示すように、脆弱部Wとしては、第2ハウジングhのうち、モータ収容部hmとウォーム収容部h81との間の筒状部Tの外径そのものを細く構成した細径部W2とすることもできる。当該細径部W2とは、その外周の輪郭の断面積が、これに隣接するモータ収容部hmあるいはウォーム収容部h81の輪郭の断面積よりも小さい部位をいう。
このような細径部W2を形成することで、矢印の方向に外力が作用して第2ハウジングhに曲げ力が生じた際に、必然的に細径部W2に曲げ力を集中させることができる。細径部W2の肉厚D1は例えば隣接するウォーム収容部h81の肉厚D3に比べて薄いほど好ましい。しかし、輪郭の断面積が小さいことで、仮に、隣接のモータ収容部hmなどの肉厚に比べて厚い肉厚を有していても、応力集中の程度が小さくなる可能性が高まる。よって、当該部位での破損が誘導され易くなる。
尚、このような細径部W2を構成する場合には、輪郭の形状による影響が少なくなる。よって、例えば円筒状の輪郭であれば、他物が衝突する方向が限定されないから、第1ハウジングHに対する第2ハウジングhの取付姿勢の制限が小さくなる。また、当該細径部W2を切削加工する場合には、円筒形状であれば加工が極めて容易である。
〔その他の実施形態〕
第2ハウジングhに脆弱部Wを形成する方法としては、例えば、モータ収容部hmの取付部位が衝撃で破損するように構成することもできる。そのためには、例えば図3に示すように、モータ収容部hmを基部hm1に取り付けるための固定ねじ9の一部にくびれ部91を設けておく。
このくびれ部91は、固定ねじ9を締結した状態で、くびれ部91が基部hm1とモータ収容部hmとの境界位置、則ち取付面Fの位置に来るように構成しておくのが好ましい。モータ収容部hmに外力が作用した際には、モータ収容部hmのうち特に外力が作用する側の表面近傍の部位は基部hm1から離間しようとし、あるいは、モータ収容部hmの全体が基部hm1に対する取付面Fに沿って相対移動しようとする。よって、当該位置にくびれ部91を設けておくことで、くびれ部91に対して引張力あるいはせん断力が集中し、固定ねじ9が破断し易くなる。本構成であれば、従来のステアリング装置Sの構成を殆ど変更することなく、ウォームギヤ8の保護機能を発揮させることができる。
本発明に係るステアリング装置は、モータおよびウォームギヤを用いて伸縮機能を発揮するステアリング装置に広く適用することができる。
2 ハンドル
3 シャフト
4 インナチューブ
5 アウタチューブ
6 入力部
7 ねじ部材
8 ウォームギヤ
81 ウォーム
B 規制部
H 第1ハウジング
h 第2ハウジング
M モータ
S ステアリング装置
W 脆弱部
W1 薄肉部
W2 細径部
X1 軸芯方向

Claims (5)

  1. ハンドルを取り付けるシャフトと、
    当該シャフトを回転自在に内包するインナチューブと、
    当該インナチューブに外嵌するアウタチューブと、
    前記アウタチューブを前記シャフトの軸芯方向に沿って往復移動可能に内包する第1ハウジングと、
    前記アウタチューブに設けられた入力部と、
    前記第1ハウジングに設けられ、前記入力部に作用して、前記入力部を前記軸芯方向に沿って往復移動させるねじ部材と、
    前記第1ハウジングに取り付けられる第2ハウジングに内包され、
    前記ねじ部材を回転させるウォームギヤおよび前記ウォームギヤを駆動するモータと、を備え、
    前記車両に衝撃が作用し、前記車両に設けられた他物が前記第2ハウジングに衝突する際、前記ウォームギヤが前記第1ハウジングに取り付けられた状態を維持しつつ、前記第2ハウジングが損傷するよう前記第2ハウジングに脆弱部を設けてある車両のステアリング装置。
  2. 前記脆弱部が、前記第2ハウジングのうち、前記モータを収納する部位と、前記ウォームギヤを保持する部位との間に設けられた薄肉部である請求項1に記載のステアリング装置。
  3. 前記薄肉部が、前記他物が前記第2ハウジングに当接する側の面を含む領域に形成されている請求項2に記載のステアリング装置。
  4. 前記脆弱部が、前記第2ハウジングのうち、前記モータを収納する部位と、前記ウォームギヤを保持する部位との間に設けられた細径部である請求項1に記載のステアリング装置。
  5. 前記ウォームギヤを構成するウォームにつき、前記車両に衝撃が作用して前記シャフトが押し込まれ、前記ねじ部材からの入力によって前記ウォームが回転し螺進しようとする場合に、前記ウォームの螺進方向の端部に当接する規制部が前記第2ハウジングに設けてある請求項1から4の何れか一項に記載のステアリング装置。
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