(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングコラムと、
そのステアリングコラムの内周に嵌め合わされているベアリングと、
そのベアリングにより支持されているステアリングシャフトとを備えるステアリング装置において、
そのステアリングシャフトの外周とベアリングの内周との間、または、そのステアリングコラムの内周とベアリングの外周との間に挟まれることで、径方向に変形しているリング部材が設けられ、そのリング部材により、その径方向変形量に対応する径方向力をベアリングとステアリングシャフトとに、または、ベアリングとステアリングコラムとに作用させ、
そのリング部材の径方向変形量と径方向力との関係特性は、径方向変形量が一定値以下では径方向変形量に比例して径方向力が増加し、その径方向変形量が一定値を超える領域においては、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が、径方向変形量が一定値以下の領域における増加割合よりも小さくなる領域を有するものとされ、
そのステアリングシャフトの外周とベアリングの内周との間、または、ステアリングコラムの内周とベアリングの外周との間に挟まれることで径方向に変形されることで、その一定値を超える領域内の値にリング部材の径方向変形量が設定されているステアリング装置。
【請求項２】
そのステアリングコラムは、第１コラムと、この第１コラムに衝撃作用方向に軸方向相対移動可能となるように衝撃吸収機構を介して連結された第２コラムとを有し、
そのステアリングシャフトは、第１ステアリングシャフトと、この第１ステアリングシャフトに衝撃作用方向に軸方向相対移動可能となるように衝撃吸収機構を介して連結された第２ステアリングシャフトとを有し、
そのベアリングと第１コラムとは、衝撃作用方向に軸方向同行移動可能となるように接続され、
そのリング部材は、そのベアリング内周と第１ステアリングシャフトの外周との間に挟まれ、
そのベアリングと第１ステアリングシャフトとは、そのリング部材の径方向変形量に対応する径方向力に基づく摩擦抵抗に抗して衝撃作用方向に一定距離だけ軸方向相対移動可能とされ、且つ、その一定距離だけ軸方向相対移動した後に軸方向同行移動可能とされている請求項１に記載のステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングコラムの内周に嵌め合わされているベアリングにより支持されているステアリングシャフトを備えるステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
図１１に示すステアリング装置１００は、ステアリングコラム１０１と、そのステアリングコラム１０１の内周１０１ａに嵌め合わされているベアリング１０２と、そのベアリング１０２により支持されているステアリングシャフト１０３とを備える。そのベアリング１０２とステアリングシャフト１０３との間には、ベアリング１０２へのステアリングシャフト１０３の挿入を容易に行えるように隙間δが設けられ、組み立ての容易性を確保している。
【０００３】
しかし、そのような隙間δを設けると、ベアリング１０２の内輪とステアリングシャフト１０３との衝突音が発生したり、ステアリングシャフト１０３の径方向のガタにより操舵フィーリングが低下するという問題がある。
【０００４】
そこで、ステアリングコラムとステアリングシャフトとの間のベアリングを構成する外輪、内輪あるいは転動体を弾性変形可能な構造にすることで、その隙間をなくすことが提案されている（実公昭６２‐２６２８８号、特開昭５４‐５９５４２号）。
【０００５】
しかし、そのベアリングそのものを弾性変形可能な構造にすると、その構成部材相互の円滑な相対回転が阻害され、異常音が発生するおそれがある。また、量産品のベアリングを用いることができないためコストが増大する。
【０００６】
そこで、そのステアリングシャフトの外周とベアリングの内周との間、または、そのステアリングコラムの内周とベアリングの外周との間に挟まれることで、径方向に変形しているゴム製のリング部材を設け、そのリング部材により、その径方向変形量に対応する径方向の弾力をベアリングとステアリングシャフトとに、または、ベアリングとステアリングコラムとに作用させているステアリング装置が提案されている（実開平２‐９０１８６号）。
【０００７】
しかし、そのリング部材をゴム製とした場合、その径方向変形量に対応する径方向の弾力は、そのステアリングシャフトの外周とベアリングの内周との間隔、または、そのステアリングコラムの内周とベアリングの外周との間隔に比例して変動する。そのため、その間隔が小さ過ぎる場合、そのゴム製リング部材を介してベアリングにステアリングシャフトまたはステアリングコラムを嵌め合わせるのに大きな力を必要とし、組み立てを容易に行うことができない。また、その間隔が過大な場合、ステアリングシャフトの支持剛性が低下するため操舵フィーリングが低下してしまう。その間隔を適正な寸法に設定するためには、ステアリングシャフトの外周径とステアリングコラムの内周径の寸法を高精度に仕上げる必要があり、加工コストが増大してしまう。
【０００８】
また、そのゴム製のリング部材を用いることを開示している従来技術において、そのステアリングコラムは、第１コラムと、この第１コラムに衝撃作用方向に軸方向相対移動可能となるように衝撃吸収機構を介して連結された第２コラムとを有し、そのステアリングシャフトは、第１ステアリングシャフトと、この第１ステアリングシャフトに衝撃作用方向に軸方向相対移動可能となるように衝撃吸収機構を介して連結された第２ステアリングシャフトとを有し、そのベアリングと第１コラムとは、衝撃作用方向に軸方向同行移動可能となるように接続され、そのリング部材は、そのベアリングの内周と第１ステアリングシャフトの外周との間に挟まれ、そのベアリングと第１ステアリングシャフトとは、そのリング部材の径方向変形量に対応する径方向力に基づく摩擦抵抗に抗して衝撃作用方向に一定距離だけ軸方向相対移動可能とされ、且つ、その一定距離だけ軸方向相対移動した後に軸方向同行移動可能とされている。
【０００９】
そのため、そのリング部材の径方向変形量に対応する径方向力が、そのステアリングシャフトの外周とベアリングの内周との間隔に比例して変動し、過大になると、衝撃作用時の第１ステアリングシャフトに対するベアリングの軸方向相対移動が円滑になされず、所期の衝撃吸収効果を得られなくなる。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決することのできるステアリング装置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】
本発明は、ステアリングコラムと、そのステアリングコラムの内周に嵌め合わされているベアリングと、そのベアリングにより支持されているステアリングシャフトとを備えるステアリング装置において、そのステアリングシャフトの外周とベアリングの内周との間、または、そのステアリングコラムの内周とベアリングの外周との間に挟まれることで、径方向に変形しているリング部材が設けられ、そのリング部材により、その径方向変形量に対応する径方向力をベアリングとステアリングシャフトとに、または、ベアリングとステアリングコラムとに作用させ、そのリング部材の径方向変形量と径方向力との関係特性は、径方向変形量が一定値以下では径方向変形量に比例して径方向力が増加し、その径方向変形量が一定値を超える領域においては、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が、径方向変形量が一定値以下の領域における増加割合よりも小さくなる領域を有するものとされ、そのステアリングシャフトの外周とベアリングの内周との間、または、ステアリングコラムの内周とベアリングの外周との間に挟まれることで径方向に変形されることで、その一定値を超える領域内の値にリング部材の径方向変形量が設定されていることを特徴とする。
【００１２】
そのステアリングコラムは、第１コラムと、この第１コラムに衝撃作用方向に軸方向相対移動可能となるように衝撃吸収機構を介して連結された第２コラムとを有し、そのステアリングシャフトは、第１ステアリングシャフトと、この第１ステアリングシャフトに衝撃作用方向に軸方向相対移動可能となるように衝撃吸収機構を介して連結された第２ステアリングシャフトとを有し、そのベアリングと第１コラムとは、衝撃作用方向に軸方向同行移動可能となるように接続され、そのリング部材は、そのベアリング内周と第１ステアリングシャフトの外周との間に挟まれ、そのベアリングと第１ステアリングシャフトとは、そのリング部材の径方向変形量に対応する径方向力に基づく摩擦抵抗に抗して衝撃作用方向に一定距離だけ軸方向相対移動可能とされ、且つ、その一定距離だけ軸方向相対移動した後に軸方向同行移動可能とされているのが好ましい。
【００１３】
【発明の作用および効果】
本発明のステアリング装置によれば、ステアリングシャフトの外周とベアリングの内周との間、または、ステアリングコラムの内周とベアリングの外周との間にリング部材を挟み、そのリング部材がベアリングとステアリングシャフト、または、ベアリングとステアリングコラムとに作用させる径方向力を、そのリング部材の径方向変形量に応じて適正に設定することで、ステアリングシャフトの径方向のガタによる音の発生や操舵フィーリングの低下を防止でき、且つ、そのリング部材を介してベアリングにステアリングシャフトまたはステアリングコラムを嵌め合わせるのに大きな力を必要とせず、組み立てを容易に行うことができる。
【００１４】
そのリング部材の径方向変形量に対する径方向力の増加割合が、その径方向変形量に対して径方向力が比例して増加する場合の増加割合よりも小さくされることで、ステアリングシャフトの外径寸法やステアリングコラムの内径寸法の加工公差によりリング部材の径方向変形量が変動しても、その径方向力の変動を小さくできる。これによって、その径方向力が小さくなり過ぎてステアリングシャフトの支持剛性が低下して操舵フィーリングが低下したり、その径方向力が過大になって組み立てが困難になるのを、加工コストを増大させることなく防止できる。
【００１５】
また、本発明を衝撃吸収機構を備えたステアリング装置に適用することで、そのリング部材の径方向変形量に対応する径方向力が過大になるのを防止し、衝撃作用時に第１ステアリングシャフトに対してベアリングを円滑に軸方向相対移動させ、その後に軸方向同行移動させることで、所期の衝撃吸収効果を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
図１、図２に示す衝撃吸収式電動パワーステアリング装置１は、筒状の第１コラム２ａと第２コラム２ｂとを有するステアリングコラムを備える。その第１コラム２ａと第２コラム２ｂとは、衝撃作用方向に軸方向相対移動可能となるように衝撃吸収機構を介して連結されている。すなわち、図３に示すように、その第１コラム２ａの一端は筒状部材３を介し第２コラム２ｂの一端に圧入され、その圧入荷重は適正に衝撃エネルギーを吸収できるように設定される。
【００１８】
その第１コラム２ａの他端内周に嵌め合わされているボールベアリング４により、筒状の第１ステアリングシャフト５が支持され、その第１ステアリングシャフト５の一端にステアリングホイールＨが取り付けられる。図４に示すように、その第１ステアリングシャフト５の外周とベアリング４の内周との間に挟まれることで、径方向に変形しているリング部材５１が設けられている。そのリング部材５１は、その径方向変形量に対応する径方向力をベアリング４および第１ステアリングシャフト５に作用させている。
【００１９】
そのリング部材５１として本実施形態では、図５の（１）、（２）に示すように、割り溝５１ａを有する金属製リング本体５１ｂに、周方向に沿って一定間隔で、径方向外方へ突出する複数の半円筒状突出部５１ｃを一体的に形成したものが用いられている。各突出部５１ｃの径方向変形量に対応する径方向力を、第１ステアリングシャフト５とベアリング４の内輪４ａとに作用させる。このようなリング部材５１として、例えばトレランスリング（レンコルトレランスリングス社製、ＳＶ型）を用いることができる。図６は、そのリング部材５１の径方向変形量と径方向力との関係を示し、径方向変形量が一定値δａ以下では径方向変形量に比例して径方向力が増加するものとされ、その一定値δａを超える領域において、径方向変形量に対する径方向力の増加割合が一定値δａ以下の領域における増加割合よりも小さくなる領域Ａを有する。その一定値δａを超える領域Ａ内の値δｂにリング部材５１の径方向変形量が設定されている。
【００２０】
図４に示すように、そのベアリング４の外輪４ｂのステアリングホイールＨとは反対側の端面は、第１コラム２ａの内周に形成された段差２ａ′に当接され、これにより、そのベアリング４と第１コラム２ａとは、衝撃作用方向に軸方向同行移動可能に接続されている。
【００２１】
そのベアリング４からステアリングホイールＨ側に離れた位置において、第１ステアリングシャフト５の外周に形成された周溝５′に止め輪５２が嵌め込まれている。その止め輪５２とベアリング４との間において、第１ステアリングシャフト５の外周に緩衝リング５３が軸方向相対移動可能に嵌め合わされている。その緩衝リング５３は、ゴム製リング５３ａの両端面に金属製リング５３ｂ、５３ｃを接着することで形成されている。これにより、後述のように衝撃により第１ステアリングシャフト５が軸方向移動する際に、そのベアリング４と第１ステアリングシャフト５とは、そのリング部材５１の径方向変形量に対応する径方向力に基づく摩擦抵抗に抗して衝撃作用方向に軸方向相対移動する。また、その軸方向相対移動により、その止め輪５２により緩衝リング５３がベアリング４の端面に押し付けられ、緩衝リング５３が圧縮される。その軸方向相対移動距離が一定距離になると、その緩衝リング５３を介して止め輪５２によりベアリング４を押す力が、そのリング部材５１とベアリング４との間の摩擦抵抗よりも大きくなるものとされ、これにより、その第１ステアリングシャフト５とベアリング４とは軸方向同行移動可能とされている。そのベアリング４と第１コラム２ａとは、衝撃作用方向に軸方向同行移動可能に接続されているので、第１ステアリングシャフト５とベアリング４とが軸方向同行移動可能となると、第１ステアリングシャフト５と第１コラム２ａとは軸方向同行移動可能となる。
【００２２】
図２に示すように、第１ステアリングシャフト５の他端に第２ステアリングシャフト７の一端が挿入される。その第１ステアリングシャフト５と第２ステアリングシャフト７とは、衝撃作用方向に軸方向相対移動可能となるように衝撃吸収機構を介して連結されている。すなわち、図３に示すように、その第２ステアリングシャフト７の外周に一対の周溝８が形成され、その周溝８に連通する通孔９が第１ステアリングシャフト５に形成され、その通孔９と周溝８とに樹脂６０が充填される。衝撃が作用すると、その樹脂６０が破断され、第１ステアリングシャフト５と第２ステアリングシャフト７とは軸方向相対移動する。図７に示すように、第１ステアリングシャフト５の内周形状と第２ステアリングシャフト７の外周形状とが非円形とされることで、第１ステアリングシャフト５と第２ステアリングシャフト７とは回転伝達可能に連結されている。
【００２３】
図２に示すように、その第２コラム２ｂの他端はトルクセンサ７０のセンサハウジング７１に圧入されている。
【００２４】
その第２ステアリングシャフト７の他端にピン９１を介して第３ステアリングシャフト７３とトーションバー７８とが連結され、そのトーションバー７８にピン９２を介して第４ステアリングシャフト７４が連結され、これにより、その第３ステアリングシャフト７３と第４ステアリングシャフト７４とは操舵トルクに応じ相対回転可能とされている。その第３ステアリングシャフト７３の外周は、その第２コラム２ｂの内周によりブッシュ（支持部材）９４を介し支持される。その第４ステアリングシャフト７４の外周は、センサハウジング７１の内周により軸受８０ａ、８０ｂを介し支持される。その第４ステアリングシャフト７４は操舵用車輪（図示省略）に連結される。
【００２５】
そのトルクセンサ７０は、その第３ステアリングシャフト７３と第４ステアリングシャフト７４との操舵トルクに応じた相対回転量から、その操舵トルクを非接触に検知する。すなわち、その第３ステアリングシャフト７３の外周に嵌合された磁性材製の第１検出リング８１と、第４ステアリングシャフト７４の外周に嵌合された磁性材製の第２検出リング８２との対向端面を覆うように、そのセンサハウジング７１の内周に検出コイル８４が取り付けられる。各検出リング８１、８２の相対向する端面それぞれに周方向等間隔に歯が形成され、その検出コイル８４は両検出リング８１、８２を通過する磁束を発生する。その両検出リング８１、８２の歯の対向部分の面積が、操舵トルクによる第３ステアリングシャフト７３と第４ステアリングシャフト７４との相対回転に応じて変化することにより、その検出コイル８４の出力が変化し、その出力に対応して伝達トルクが検出される。
【００２６】
その第４ステアリングシャフト７４の外周にウォームホイール８５が嵌合され、このウォームホイール８５は、センサハウジング７１に取り付けられた操舵補助用モータ８６の出力軸に嵌合されたウォームギヤ８７に噛み合わされ、そのモータ８６がトルクセンサ７０により検出されたトルクに応じて駆動されることで、検出トルクに応じた操舵補助力が付与される。
【００２７】
その第１コラム２ａはアッパーブラケット１１を介し車体側部材４５に取り付けられている。図３、図７〜図９に示すように、そのアッパーブラケット１１は、第１コラム２ａに溶接され、一対の側壁１１ａ、１１ｂと、各側壁１１ａ、１１ｂの一端を連結する連結壁１１ｃと、各側壁１１ａ、１１ｂの他端から第１コラム２ａの径方向外方に延出する支持部１１ｄ、１１ｅとを有する。
各支持部１１ｄ、１１ｅに、ステアリングホイール側において開口する切欠１１ｄ′、１１ｅ′が形成され、各切欠１１ｄ′、１１ｅ′に連結部材２０、２１が挿入されている。すなわち、各連結部材２０、２１に、コラム軸方向に沿う一対の溝２０ａ′、２０ｂ′、２１ａ′、２１ｂ′が形成され、各溝２０ａ′、２０ｂ′、２１ａ′、２１ｂ′に、支持部１１ｄ、１１ｅの切欠１１ｄ′、１１ｅ′の周縁に沿う部分がコラムの長手方向に沿って相対移動可能に挿入されている。
その支持部１１ｄ、１１ｅの切欠１１ｄ′、１１ｅ′の周縁に沿う部分に複数の通孔が形成され、この通孔に連通する通孔が連結部材２０、２１に形成され、両通孔に樹脂６１が充填されている。また、車体側部材４５に植え込まれたネジ軸４０が、連結部材２０、２１のボルト通孔３５に挿通され、そのネジ軸４０にねじ合わされるナット４１と車体側部材４５とで連結部材２０、２１が挟み込まれる。なお、ボルト通孔３５はコラム軸方向が長手方向の長孔とされ、製作誤差による各部材相互の位置ずれに対応可能とされている。
これにより、衝撃の作用時に樹脂６１が剪断されると、アッパーブラケット１１と連結部材２０、２１とはコラムの長手方向に沿い相対移動し、アッパーブラケット１１と一体の第１コラム２ａは第２コラム２ｂに対し軸方向相対移動する。また、その相対移動距離が大きくなるとアッパーブラケット１１は連結部材２０、２１から抜け出し、アッパーブラケット１１を介する第１コラム２ａと車体側部材４５との連結は解除される。
【００２８】
図２、図９に示すように、その第２コラム２ｂ側はロアブラケット４６を介し車体側部材４５に取り付けられている。そのロアブラケット４６は一枚の鋼板から形成され、コラム軸方向に対し直角に配置される第１板状部４６ａと、コラム軸方向に対し傾斜して配置される第２板状部４６ｂと、コラム軸方向に対し平行に配置される第３板状部４６ｃおよび第４板状部４６ｄを有する。その第１板状部４６ａはセンサハウジング７１にボルトによって連結される。
その第３板状部４６ｃと第４板状部４６ｄとに反ステアリングホイール側が開放された切欠４７ｃ、４７ｄが形成され、各切欠４７ｃ、４７ｄに車体側部材４５に植え込まれたネジ軸５５が挿通される。このネジ軸５５にねじ合わされるナット５６と車体側部材４５とによって第３板状部４６ｃと第４板状部４６ｄとが挟み込まれる。
【００２９】
上記構成において、車両と車両前方の障害物とが衝突（１次衝突）し、次に、車両の運転者がステアリングホイールに衝突（２次衝突）すると、まず、第１ステアリングシャフト５と第２ステアリングシャフト７とを連結する樹脂６０が剪断され、アッパーブラケット１１と連結部材２０、２１とを連結する樹脂６１が剪断され、その剪断により衝撃エネルギーが吸収される。次に、第１ステアリングシャフト５が第２ステアリングシャフト７に対し一定距離だけ軸方向相対移動した後に、第１ステアリングシャフト５と同行して第１コラム２ａが第２コラム２ｂに対し軸方向相対移動し、また、アッパーブラケット１１が連結部材２０、２１に対し相対移動し、その相対移動部材間の摩擦により衝撃エネルギーが吸収される。次に、図１０に示すように、アッパーブラケット１１と車体側部材４５との接続が解除され、ロアブラケット４６が塑性変形し、その塑性変形により衝撃エネルギーが吸収される。これにより、衝撃吸収初期にドライバーに作用するピーク荷重を大きくすることなく、衝撃エネルギーを充分に吸収することができる。
【００３０】
上記構成によれば、第１ステアリングシャフト５の外周とベアリング４の内周との間にリング部材５１を挟み、そのリング部材５１がベアリング４および第１ステアリングシャフト５に作用させる径方向力を、そのリング部材５１の径方向変形量に応じて適正に設定することで、第１ステアリングシャフト５の径方向のガタによる音の発生や操舵フィーリングの低下を防止でき、且つ、そのリング部材５１を介してベアリング４に第１ステアリングシャフト５を嵌め合わせるのに大きな力を必要とせず、組み立てを容易に行うことができる。そのリング部材５１の径方向変形量に対する径方向力の増加割合が、その径方向変形量に対して径方向力が比例して増加する場合の増加割合よりも小さくされることで、第１ステアリングシャフト５の外径寸法や第１コラム２ａの内径寸法の加工公差によりリング部材５１の径方向変形量が変動しても、その径方向力の変動を小さくできる。これにより、その径方向力が小さくなり過ぎて第１ステアリングシャフト５の支持剛性が低下して操舵フィーリングが低下したり、その径方向力が過大になって組み立てが困難になるのを、加工コストを増大させることなく防止できる。
【００３１】
また、そのリング部材５１の径方向変形量に対応する径方向力が過大になるのを防止し、衝撃作用時に第１ステアリングシャフト５に対してベアリング４を円滑に軸方向相対移動させ、その後に軸方向同行移動させることで、所期の衝撃吸収効果を得ることができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、本発明は衝撃吸収式以外のステアリング装置にも適用できる。また、リング部材はステアリングコラムの内周とベアリングの外周との間に挟まれ、そのステアリングコラムとベアリングとに径方向力を作用させるものであってもよい。また、リング部材はトレランスリングに限定されず、本発明を実施する上で必要な機能を奏するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のステアリング装置の部分側断面図
【図２】本発明の実施形態のステアリング装置の部分側断面図
【図３】本発明の実施形態のステアリング装置の部分拡大断面図
【図４】本発明の実施形態のステアリング装置の主要部の断面図
【図５】本発明の実施形態のステアリング装置におけるリング部材の（１）は断面図、（２）は正面図
【図６】そのリング部材の径方向変形量と径方向力との関係を示す図
【図７】図９のＶＩＩ‐ＶＩＩ線断面図
【図８】図３のＶＩＩＩ‐ＶＩＩＩ線断面図
【図９】本発明の実施形態のステアリング装置の平面図
【図１０】本発明の実施形態のステアリング装置の衝突後の側面図
【図１１】従来のステアリング装置の部分断面図
【符号の説明】
２ａ  第１コラム
２ｂ  第２コラム
４  ベアリング
５  第１ステアリングシャフト
７  第２ステアリングシャフト
５１  リング部材
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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