(57)【要約】【課題】  ステアリングホイールの軽量化や取付ボルトの変形防止等を実現したステアリングホイールの取付構造を提供する。【解決手段】  車室内温度が上昇すると、マグネシウム合金製のボス５は、鋼製のステアリングシャフト２やボルト８に較べて線膨張率が大きいことから、熱膨張によってステアリングシャフト２に対して軸方向長さが長くなる。すると、雄テーパ部１２と雌テーパ部３２との相対摺動を伴ってボス５の前部が前進することでボス５の伸張が吸収され、過大な応力に起因するボルト８の頭部２１の変形が抑制される。また、車室内温度が低下した場合、ボス５やステアリングシャフト２が収縮し、ステアリングシャフト２に対してボス５の軸方向長さが短くなり、弾性復元力によってボス５の前部が縮径し、雄テーパ部１２と雌テーパ部３２との相対摺動を伴ってボス５の前部が後退して元の状態に復帰する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールのボスに形成された取付孔にステアリングシャフトの後端を嵌入させた後、当該ボスを締結部品で当該ステアリングシャフトに締結することで当該ステアリングホイールを当該ステアリングシャフトに取り付ける構造であって、
前記ステアリングシャフトは、後方に向かって小径となる雄テーパ部を有し、
前記ボスの取付孔は、前記雄テーパ部に対応するテーパ角を有する雌テーパ部を有し、
前記ステアリングホイールが前記ステアリングシャフトに取り付けられた状態において、前記締結部品の前面が前記ステアリングシャフトの後端面に当接することを特徴とするステアリングホイールの取付構造。
【請求項２】
前記雄テーパ部と前記雌テーパ部とが当接し、かつ、前記締結部品による締結が行われていない状態においては、前記締結部品の前面と前記ステアリングシャフトの後端面との間に所定量のクリアランスが存在することを特徴とする、請求項１に記載されたステアリングホイールの取付構造。
【請求項３】
前記ステアリングシャフトは、前記雄テーパ部の後方に形成された雄セレーションを有し、
前記ボスの取付孔は、前記雄セレーションに係合する雌セレーションを有し、
前記雄セレーションと前記雌セレーションとの少なくとも一方は、他方と異なる捻れ角を有する捻れセレーションであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載されたステアリングホイールの取付構造。
【請求項４】
前記雄セレーションと前記雌セレーションとの間に弾性充填材が介装されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたステアリングホイールの取付構造。
【請求項５】
前記ボスがマグネシウム合金またはアルミニウム合金を素材とすることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたステアリングホイールの取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車におけるステアリングホイールの取付構造に係り、詳しくはステアリングホイールの軽量化や取付ボルトの変形防止等を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用のステアリングホイールでは、リムとボスとをスポークによって連結することで形成され、ステアリングシャフトの後端にボスが締結される構成を採ったものが多い。通常、ステアリングシャフトの後端側には後方に向かって小径となる雄テーパ部が形成される一方、ボス側の取付孔には雄テーパ部に対応する雌テーパ部が形成されており、ステアリングシャフトに形成されたねじ部（ねじ孔やねじ軸）に螺合する締結部品（ボルトやナット）を締め込むことによりボスが前進し、両テーパ部が圧接してステアリングシャフトとステアリングホイールとががた無く一体化される（特許文献１，２参照）。なお、ステアリングシャフトの軸部とボス側の取付孔とは、何らかの原因でテーパ部の係合がゆるんだ際の相対回転の防止等を図るため、雄セレーションと雌セレーションとによっても係合している。
【０００３】
一般に、ステアリングホイールは、ボス全体（あるいは、軽合金や樹脂からなるボスベースにモールドされたインサート）を鉄系部品（炭素鋼を素材とする塑性あるいは切削加工品や鋳鉄を素材とする鋳造成形品）としている。鉄系素材からなるボスは、その線膨張率が炭素鋼鋼管を素材とするステアリングシャフトや炭素鋼製の締結部品と同様であり、車室内の温度が比較的高く（例えば、８０℃程度に）なった場合にも、ステアリングシャフトや締結部品との間で軸方向における相対変位が生じない。
【特許文献１】特開２００２−１０４１９６号公報
【特許文献２】特開昭６２−１８１９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者等は、ステアリングホイールの軽量化や低コスト化を実現するべく、ボス（あるいは、ステアリングホイールの骨格部全体）を軽合金（マグネシウム合金やアルミニウム合金等）を素材とするダイキャスト成型品とすることを試みた。しかしながら、軽合金は炭素鋼よりも線膨張率が大きい（２倍程度）ため、ボスを軽合金製とした場合、車室内の温度上昇に伴って以下に述べるような不具合が生じることがあった。
【０００５】
図７（ａ）は、軽合金ダイキャスト成型品のボス５を炭素鋼鋼管を素材とするステアリングシャフト２に組み付けた後、炭素鋼を素材とする鍔部９を有するボルト８によって締結した状態を示す。ボス５の後端はステアリングシャフト２の後端よりも所定量Ａだけ後方に位置しており（すなわち、ボルト８の締め代に余裕が設けられており）、ボルト８を締め付けることにより、ステアリングシャフト２側の雄テーパ部１２とボス５側の雌テーパ部３２とが所定の圧接力で圧接するようにしている。また、ステアリングシャフト２側の雄テーパ部１２と雄セレーション１３との間には段差１９が形成される一方、ボス５側の雌テーパ部３２と雌セレーション３３との間にストッパ部３４（雌セレーション３３の端部）が形成され、これら段差１９とストッパ部３４とが当接することで過剰な締付トルクによるボルト８の締め付けが防止される。なお、段差１９にストッパ部３４を当接させる代わりに、ステアリングシャフト２に止め輪（スナップリング）等を装着し、ボス５の先端面をこの止め輪に当接させる方法も採り得る。
【０００６】
さて、炎天下に駐車されること等によって車室の温度が上昇すると、線膨張率が大きい軽合金製のボス５は、ステアリングシャフト２やボルト８に対して軸方向長さが大きくなる。すると、ストッパ部３４が段差１９に係止されている都合上、図７（ｂ）に示すように、後端が後方に向けて変位し、その後端面に当接しているボルト８の鍔部９を後方に塑性変形させる。そして、夜間等に車室の温度が低下すると、ボス５の軸方向長さは小さくなるが塑性変形したボルト８の鍔部９は元の形状に戻らないため、図７（ｃ）に示すように、ボルト８の鍔部９とボス５との間に隙間Ｓが生じてしまう。その結果、ボルト８の締結力（軸力）が失われ、ステアリングシャフト２側の雄テーパ部１２とボス５側の雌テーパ部３２とが圧接しなくなることで、ステアリングシャフト２とステアリングホイール３との間に回転方向および軸方向のがたが生じたり、操舵時にボルト８が緩んだりする虞があった。これらの問題を構造を変えること無く解決する場合、ボルト８として高強度素材からなる高価なものを採用するだけでなく、ボルト８のねじ部に緩み止め剤（嫌気性接着剤等）を塗布する必要もあり、製造コストや製造工数、整備工数が大幅に増大することが避けられなかった。
【０００７】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ステアリングホイールの軽量化や取付ボルトの変形防止等を実現したステアリングホイールの取付構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面では、ステアリングホイール（３）のボス（５）に形成された取付孔（７）にステアリングシャフト（２）の後端を嵌入させた後、当該ボスを締結部品（８）で当該ステアリングシャフトに締結することで当該ステアリングホイールを当該ステアリングシャフトに取り付ける構造であって、前記ステアリングシャフトは、後方に向かって小径となる雄テーパ部（１２）を有し、前記ボスの取付孔は、前記雄テーパ部に対応するテーパ角を有する雌テーパ部（３２）を有し、前記ステアリングホイールが前記ステアリングシャフトに取り付けられた状態において、前記締結部品の前面が前記ステアリングシャフトの後端面に当接することを特徴とするステアリングホイールの取付構造。
【０００９】
また、第２の側面では、前記雄テーパ部と前記雌テーパ部とが当接し、かつ、前記締結部品による締結が行われていない状態においては、前記締結部品の前面と前記ステアリングシャフトの後端面との間に所定量のクリアランスが存在する。
【００１０】
また、第３の側面では、前記雄セレーションと前記雌セレーションとの少なくとも一方は、他方と異なる捻れ角を有する捻れセレーションである。
【００１１】
また、第４の側面では、前記雄セレーションと前記雌セレーションとの間に弾性充填材（１６）が介装された。
【００１２】
また、第５の側面では、前記ボスがマグネシウム合金またはアルミニウム合金を素材とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、車室内温度の上昇によってボスが膨張すると、ボスの前部が雌テーパ部と雄テーパ部との相対滑りを伴って前進し、締結部品の過大な応力による変形が生じ難くなる。また、ステアリングホイールがステアリングシャフトに取り付けられた状態でステアリングシャフトの後端面とボルトの前端面とが当接するため、ボルトを締め付ける際の締付トルクの管理が容易になるとともに、過剰な締め付けによるボスの割れ等が防止できる。また、雄テーパ部と雌テーパ部とが当接し、かつ、締結部品による締結が行われていない状態において締結部品の前面とステアリングシャフトの後端面との間に所定量のクリアランスが存在するものでは、雄テーパ部と雌テーパ部とを適切な圧接力で圧接させることができる。また、雄セレーションの捻れ角と雌セレーションの捻れ角とが異なるものでは、両セレーションが強固に噛み合うことにより、ステアリングシャフトとステアリングホイールとの回転方向のがたが生じ難くなる。また、雄セレーションと雌セレーションとの間に弾性充填材が介装されたものでは、ステアリングシャフトとステアリングホイールとの相対回転時に弾性充填材が撓み変形することで、ステアリングシャフトとステアリングホイールとの回転方向のがたがより生じ難くなる。また、ボスがマグネシウム合金またはアルミニウム合金を素材とするものでは、ステアリングホイールの軽量化や製造コストの低減が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るステアリングホイールの取付形態を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態に係るステアリングホイールの取付部位を示す要部分解斜視図である。
【図３】実施形態に係るステアリングホイールの取付手順を示す要部縦断面図である。
【図４】実施形態に係るステアリングホイールの取付手順を示す要部縦断面図である。
【図５】実施形態の作用を示す要部縦断面図である。
【図６】実施形態の作用を示す要部横断面図である。
【図７】従来のステアリングホイールの取付構造における不具合を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明を乗用車におけるステアリングホイールの取付構造に適用した一実施形態を詳細に説明する。なお、各部材の説明にあたっては、図２中に上下・左右・前後を矢印で示し、位置や方向をこれらに沿って表記する。
【００１６】
≪実施形態の構成≫
図１に示すように、本実施形態の乗用車Ｖでは、ステアリングコラム１が運転席の前部に運転席の前部に設置されており、このステアリングコラム１にステアリングシャフト２が回転自在に保持されている。ステアリングホイール３は、運転者に把持されるリム４、ステアリングシャフト２に固着されるボス５、リム４とボス５とを連結するスポーク６等からなっており、ボス５に形成された取付孔７にステアリングシャフト２の後端を嵌入させた後、ボルト８でボス５を締結することによってステアリングシャフト２に取り付けられる。
【００１７】
＜ステアリングシャフトおよびボルト＞
図２，図３に示すように、ステアリングシャフト２は、鋼管を素材として塑性加工によって製造されており、図示しない軸受に支持される円筒状の本体部１１と、本体部１１の後端側に形成された雄テーパ部１２と、雄テーパ部１２の更に後方に形成された雄セレーション１３と、雄テーパ部１２と雄セレーション１３との間に設けられた環状の逃げ溝１４と、ボルト８がねじ込まれる雌ねじ部１５とを有しており、雄セレーション１３の表面には樹脂フィルム１６が接着や溶着等によって被覆されている。雄セレーション１３は、ステアリングシャフト２の軸心に対して所定の捻れ角θをもって捻れた捻れセレーションであり、転造等によって形成されている。
【００１８】
また、ボルト８は、鋼を素材として鍛造や転造によって製造されており、円盤状を呈する扁平な頭部２１と、ステアリングシャフト２の雌ねじ部１５に螺合する雄ねじ部２２と、頭部２１の中心に形成されて締結工具（六角ソケット）の先端が嵌合する六角孔２３とを有している。
【００１９】
＜ボス＞
図２，図３に示すように、ボス５は、マグネシウム合金を素材とするダイキャスト成型品であり、スポーク６の芯金３１やリム４の芯金（図示せず）と一体成形されており、取付孔７の先端側に形成された雌テーパ部３２と、雌テーパ部３２の後方に形成された雌セレーション３３と、雌テーパ部３２と雌セレーション３３との間に形成されたボス側係止部３４（雌セレーション３３の先端）とを有している。本実施形態の場合、雌テーパ部３２はステアリングシャフト２の雄テーパ部１２に対応している（すなわち、同一のテーパ角を有している）。一方、雌セレーション３３は、ステアリングシャフト２側の雄セレーション１３と同一のピッチで形成されているが、取付孔７の軸芯と並行（すなわち、捻れ角が０）なストレートセレーションとなっている。
【００２０】
本実施形態の場合、図３に示すように、ステアリングシャフト２側の雄テーパ部１２とボス５側の雌テーパ部３２とが当接した状態においては、ステアリングシャフト２の後端面とボルト８の前端面とのクリアランスＣ１よりも、ボス側係止部３４と逃げ溝１４の前端とのクリアランスＣ２が有意に大きく設定されている。
【００２１】
≪実施形態の作用≫
＜組付時＞
ステアリングシャフト２にステアリングホイール３を取り付けるにあたり、組立作業者は、先ずボス５の取付孔７にステアリングシャフト２の後端を嵌入させ、図３に示すように、ボス５を押し込んでステアリングシャフト２の雄テーパ部１２と取付孔７の雌テーパ部３２とを当接させる。この際、雄セレーション１３と雌セレーション３３とは、互いの捻れ角が異なることにより、樹脂フィルム１６を介して強固に係合する。
【００２２】
次に、組立作業者は、ボス５の後面から取付孔７にボルト８をねじ込み、トルクレンチ等に取り付けた六角ソケットを用い、ボルト８を所定の締め付けトルクで締結する。すると、図４に示すように、雄テーパ部１２と雌テーパ部３２との相対摺動を伴ってボス５が前進してボルト８の前端面がステアリングシャフト２の後端面に当接し、雄テーパ部１２に雌テーパ部３２が所定の圧接力をもって圧接するが、この状態において、ボス側係止部３４と逃げ溝１４の前端との間にはクリアランスＣ３（Ｃ２−Ｃ１）が存在する。ボス５は、この状態で前部が弾性範囲内で若干拡径するものの、材質や肉厚等が適切に設定されているため割れ等が生じることはない。
【００２３】
＜車室の温度変化＞
さて、乗用車Ｖが炎天下に駐車されること等によって車室内温度が上昇すると、マグネシウム合金製のボス５は、鋼製のステアリングシャフト２やボルト８に較べて線膨張率が大きい（２倍程度）ことから、熱膨張によってステアリングシャフト２に対して軸方向長さが長くなる（相対的に伸張する）。すると、図５（ａ）に示すように、雄テーパ部１２と雌テーパ部３２との相対摺動を伴ってボス５の前部が前進することでボス５の伸張が吸収され、過大な応力に起因するボルト８の頭部２１の変形が抑制される。なお、本実施形態の場合、想定される最高車室内温度（例えば、８０℃）においても、ボス５の前部は弾性範囲内で拡径するとともに、ボス側係止部３４と逃げ溝１４の前端との間にはクリアランスＣ４が存在する。
【００２４】
運転者がエアコンディショナを作動させる、あるいは、駐車状態であっても夕方や夜間になることで車室内温度が低下した場合、ボス５やステアリングシャフト２が収縮し、ステアリングシャフト２に対してボス５の軸方向長さが短くなる（元の長さに戻る）。すると、図５（ｂ）に示すように、弾性復元力によってボス５の前部が縮径し、雄テーパ部１２と雌テーパ部３２との相対摺動を伴ってボス５の前部が後退して元の状態（図４に示した状態）に復帰する。
【００２５】
＜セレーション＞
本実施形態では、前述したように、雄セレーション１３の捻れ角と雌セレーション３３の捻れ角とが異なり、かつ、雄セレーション１３と雌セレーション３３との間に樹脂フィルム１６が介装されている。これにより、図６に示すように、両セレーション１３，３３の間に矢印で示す押付力が生起されるとともに、樹脂フィルム１６が撓み変形することで密着性が向上することでステアリングシャフト２とボス５（すなわち、ステアリングホイール３）とが強固に結合され、寒冷時等に雄テーパ部１２と雌テーパ部３２との圧接力が小さくなっても回転方向のがた等が殆ど生じ難くなる。また、樹脂フィルム１６として摩擦係数の低い素材（例えば、四弗化エチレン樹脂）からなるものを採用すれば、ステアリングシャフト２へのステアリングホイール３の着脱作業が極めて容易となる。
【００２６】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態ではボスの素材をマグネシウム合金としたが、線膨張率の大きなアルミニウム合金やエンジニアリングプラスチック等を採用してもよく、その場合にも実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、上記実施形態ではステアリングシャフトに逃げ溝を設け、ボスにボス側係止部を設けるようにしたが、これら逃げ溝やボス側係止部は必須のものではない。また、上記実施形態では雄セレーションの捻れ角と雌セレーションの捻れ角とが異なるものとしたが、双方をストレートセレーションとしてもよいし、両セレーションの間に介装される弾性充填材としてゴム素材のものを介装させるようにしてもよいし、弾性充填材を介装させなくてもよい。また、上記実施形態では締結部品としてボルトを用いたが、締結部品は、ステアリングシャフトの後端に形成されたねじ軸に螺合するナットであってもよい。その他、ステアリングシャフトやステアリングシャフトの具体的構形状等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設定可能である。
【符号の説明】
【００２７】
２      ステアリングシャフト
３      ステアリングホイール
５      ボス
７      取付孔
８      ボルト（締結部品）
１２    雄テーパ部
１３    雄セレーション
１６    樹脂フィルム（弾性充填材）
２１    頭部
３２    雌テーパ部
３３    雌セレーション
Ｃ１    クリアランス
Ｃ３    クリアランス
【図１】
2013043582.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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