JP5935495B2

JP5935495B2 - ステアリングコラムの衝撃吸収機構及びこれを備えたステアリングコラム装置

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Publication number: JP5935495B2
Application number: JP2012108527A
Authority: JP
Inventors: 照夫筒井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: JP2013233897A

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載されるステアリングコラムの衝撃吸収機構及びこれを備えたステアリングコラム装置に関する。

例えば自動車等の車両には、ステアリングホイールに所定の荷重以上の衝撃荷重が加わった際に衝撃荷重の一部を吸収する機能を備えたステアリングコラム装置が搭載されている。

従来、この種のステアリングコラム装置には、車体側ブラケットに支持されて所定の荷重以上の衝撃荷重で車両前方に移動するステアリングコラムと、ステアリングコラムと車体側ブラケットとの間に介在するリッピングプレートとを備えたものがある（例えば特許文献１）。

また、ステアリングコラム装置には、所定の荷重以上の衝撃荷重をチルト調整用の支持ピンから受けて塑性変形する衝撃吸収板を有する衝撃吸収機構が備えられている。

このようなステアリングコラム装置を搭載した自動車が障害物（例えば他の自動車）に衝突（一次衝突）した後、運転者がステアリングホイールに衝突（二次衝突）することがある。この場合、二次衝突時に所定の荷重以上の衝突荷重がステアリングホイールを介してステアリングコラムに作用すると、ステアリングコラムが車両前方へ移動して衝撃吸収板を塑性変形させるとともに、リッピングプレートを切り裂いて初期位置から離脱させる。

特開２００４−２９９４８９号公報

ところで、上記したステアリングコラム装置においては、二次衝突時の衝撃吸収に衝撃吸収板のみならずリッピングプレートを必要としていた。この結果、部品点数が嵩み、構造全体が複雑になるばかりか、コスト高になるという問題があった。

従って、本発明の目的は、部品点数を削減することができ、もって構造全体の簡素化及びコストの低廉化を図ることができるステアリングコラムの衝撃吸収機構及びこれを備えたステアリングコラム装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、（１）〜（３）のステアリングコラムの衝撃吸収機構及びこれを備えたステアリングコラム装置を提供する。

（１）所定の荷重以上の衝撃荷重によって車両前方に移動するチルト調整用の支持ピンを回転中心として回転するステアリングコラムと、前記ステアリングコラムを回転可能に支持し、車体側部材に取り付けられたブラケットと、前記ブラケットに取り付けられ、前記支持ピンから前記衝撃荷重を受けて塑性変形する第１の衝撃吸収片、及び前記第１の衝撃吸収片から離脱する前記支持ピンを当接させて塑性変形する第２の衝撃吸収片を有する衝撃吸収板とを備え、前記衝撃吸収板は、前記支持ピンの外周面にその初期位置で適合する第１の曲面を前記第１の衝撃吸収片が有し、前記第１の衝撃吸収片の塑性変形の終了に伴い前記支持ピンの外周面を接触させる第２の曲面を前記第２の衝撃吸収片が有し、かつ前記第１の衝撃吸収片がその先端部に前記第１の曲面を介して隣接する内側部位に前記支持ピン側に開口する切り欠きを有するステアリングコラムの衝撃吸収機構。

（２）上記（１）に記載のステアリングコラムの衝撃吸収機構において、前記衝撃吸収板は、前記第１の衝撃吸収片がその先端部から離間する外側部位に前記支持ピン側と反対側に開口する切り欠きを有する。

（３）上記（１）又は（２）に記載のステアリングコラムの衝撃吸収機構を備えたステアリングコラム装置。

本発明によると、部品点数を削減して構造全体の簡素化及びコストの低廉化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの衝撃吸収機構を備えたステアリングコラム装置の全体を説明するために示す断面図。本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの衝撃吸収機構を備えたステアリングコラム装置の要部（図１のＭ部分）を説明するために示す断面図。本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの衝撃吸収機構における衝撃吸収板を説明するために示す側面図。本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの衝撃吸収機構を備えたステアリングコラム装置に衝撃荷重が作用した場合について考察した結果を示すグラフ。本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの衝撃吸収機構における衝撃吸収板を説明するために変形例として示す側面図。

[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態に係るステアリングコラムの衝撃吸収機を備えたステアリングコラム装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（ステアリングコラム置の全体構成）
図１はステアリングコラム装置の全体を示す。図１に示すように、ステアリングコラム装置１は、ステアリングホイール１００の回転操作によって回転するステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２を回転可能に支持するステアリングコラム３と、ステアリングコラム３の軸線上で電動用のアシスト機構（図示せず）を収容するハウジング４と、ハウジング４の操舵機構側で所定の荷重以上の衝撃荷重Ｐ_１の一部を吸収する衝撃吸収機構５とから大略構成されている。

（ステアリングシャフト２の構成）
ステアリングシャフト２は、アッパシャフト２０及びロアシャフト２１を有し、ステアリングコラム３内にその軸線回りに回転可能に支持され、かつ操舵機構（図示せず）に自在継手６及び中間軸７等を介して連結されている。そして、ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１００の回転力を操舵力として操舵機構に伝達し、操舵輪を操舵する。

アッパシャフト２０は、ステアリングシャフト２のアッパ側（ステアリングホイール１００側）に一部をステアリングコラム３外に露出させて配置され、全体が軸線両方向に開口する円筒部材によって形成されている。

ロアシャフト２１は、ステアリングシャフト２のロア側（操舵機構側）に配置され、かつアッパシャフト２０にその軸線に沿って相対移動可能に連結されている。ロアシャフト２１のアッパシャフト２０に対する連結は、例えばスプライン嵌合によって行われる。

（ステアリングコラム３の構成）
ステアリングコラム３は、それぞれが互いに相対移動可能な外方のチューブ３０及び内方のチューブ３１を有し、車両用運転席（図示せず）の前方に配置されている。そして、ステアリングコラム３は、ステアリングシャフト２を回転可能に支持する。

外方のチューブ３０は、アッパ側のコラムブラケット３２，３３（固定ブラケット３２，可動ブラケット３３）のうち可動ブラケット３３に取り付けられ、かつ内方のチューブ３１に連結ワイヤ（図示せず）によって連結されている。そして、外方のチューブ３０は、固定ブラケット３２と可動ブラケット３３との間に介在するロック・アンロック機構３４の操作レバー３５を操作させて軸線方向にアッパシャフト２０と共に移動（テレスコピック調整）すること、及びステアリングシャフト２（ステアリングコラム３）の回転中心としてのチルト調整用のリベット１０１の回りに回転（チルト調整）することが可能となる。固定ブラケット３２は車体（図示せず）に車体側部材３６を介して取り付けられ、可動ブラケット３３は固定ブラケット３２にロック・アンロック機構３４を介して支持されている。

ロック・アンロック機構３４は、固定ブラケット３２と可動ブラケット３３との間に介在して配置されている。そして、ロック・アンロック機構３４は、操作レバー３５のレバー操作によってステアリングコラム３（ステアリングシャフト２）の伸縮動作及び回転動作のロック状態とアンロック状態とを切り替える。

内方のチューブ３１は、外方のチューブ３０にその軸線方向に沿って相対移動可能に配置され、かつロア側のコラムブラケット３７にハウジング側のブラケット１０２を介してリベット１０１の回りに回転（チルト調整）可能に連結されている。ロア側のコラムブラケット３７は、衝撃荷重Ｐ_１を受けて車両前方に移動するリベット１０１を案内するガイド溝（長孔）３７ａを有し、車体に車体側部材３８を介して取り付けられている。ハウジング側のブラケット１０２は、リベット１０１を挿通させるリベット挿通孔１０２ａを有し、車体側部材３８とステアリングコラム３との間に介在してハウジング４に取り付けられ、かつロア側のコラムブラケット３７にリベット１０１を介して回転可能に連結されている。

（ハウジング４の構成）
ハウジング４は、センサ用のハウジング４０及び減速機構用のハウジング４１からなり、内方のチューブ３１の軸線上に配置されている。そして、ハウジング４は、ステアリングシャフト２にステアリング操作の操作補助力を付与するアシスト機構（図示せず）を収容する。ハウジング４には、トルクセンサ（図示せず）及び減速機構（図示せず）と共にアシスト機構を構成する電動モータ（図示せず）が取り付けられている。センサ用のハウジング４０はアッパ側に、また減速機構用のハウジング４１はロア側にそれぞれ配置されている。減速機構用のハウジング４１のロア側には、自在継手６及びリベット１０１を収容するステアリングコラム側部材としての収容チューブ４２が設けられている。

なお、アシスト機構は、操作者（運転者）によるステアリングホイール１００の操作によって作動する。ステアリングホイール１００が操作されると、トルクセンサ及び車速の検出値に基づいて所定の電圧で電動モータが駆動される。そして、電動モータの駆動力（回転力）が減速機構を介してステアリングシャフト２に伝達され、運転者のステアリング操作に対する操舵補助が行われる。

（衝撃吸収機構５の構成）
図２はステアリングコラム装置の要部を示す。図３は衝撃吸収機構の衝撃吸収板を示す。図２に示すように、衝撃吸収機構５は、ステアリングコラム３（図１に示す）及びロア側のコラムブラケット３７を含むとともに、衝撃吸収板５０を有し、リベット１０１の周囲に配置されている。そして、衝撃吸収機構５は、前述したように所定の荷重以上の衝撃荷重Ｐ_１の一部を吸収する。

図３に示すように、衝撃吸収板５０は、基部片５００及び衝撃吸収片５０１，５０２（第１の衝撃吸収片５０１，第２の衝撃吸収片５０２）からなり、ロア側のコラムブラケット３７に例えば溶接によって取り付けられている。衝撃吸収板５０としては、例えば熱間圧延軟鋼鈑（Steel Plate Hot Commercial：ＳＰＨＣ）等の鋼材が用いられる。衝撃吸収板５０の厚さｔは、例えばｔ＝１．６ｍｍの寸法に設定されている。

基部片５００は、衝撃吸収板５０のステアリングホイール側（図３では右側）に配置されている。基部片５００の操舵機構側（図３では左側）端面中央部は、第１の衝撃吸収片５０１と第２の衝撃吸収片５０２との間に介在してリベット１０１の外周面にその初期位置で適合する内周面５００ａで形成されている。基部片５００は、ロア側のコラムブラケット３７の取付部に対する被取付部として機能する。

第１の衝撃吸収片５０１は、基部片５００の操舵機構側端縁であって、基部片５００の内周面５００ａに一方側（図３では上側）で隣接する部位に操舵機構側に突出して一体に設けられている。また、第１の衝撃吸収片５０１は、略半円板状の先端部を有し、リベット１０１の外周面一部を上側から包み込む舌片によって形成されている。そして、第１の衝撃吸収片５０１は、リベット１０１から衝撃荷重Ｐ_１を受けて塑性変形する。

第１の衝撃吸収片５０１の内側部位には、リベット１０１の外周面一部にその初期位置で適合する曲面５０１ａ，５０１ｂ、及び両曲面５０１ａ，５０１ｂに隣接してリベット１０１側に開口する切り欠き５０１ｃが設けられている。一方の曲面（第１の曲面）５０１ａは第１の衝撃吸収片５０１の先端部側に、また他方の曲面５０１ａは第１の衝撃吸収片５０１の基端部側（基部片５００側）にそれぞれ配置されている。切り欠き５０１ｃは、両曲面５０１ａ，５０１ｂ間に介在し、リベット１０１に接触しない位置に配置されている。これにより、第１の衝撃吸収片５０１ａは、リベット１０１からの衝撃荷重Ｐ_１を曲面５０１ａに集中させて受け易くなる。

第１の衝撃吸収片５０１の外側部位には、基部片５００の近傍でリベット１０１側と反対側に開口する切り欠き５０１ｄが設けられている。これにより、第１の衝撃吸収片５０１は、切り欠き５０１ｄ近傍部位の面方向厚さが他の部位の面方向厚さよりも小さくなり、リベット１０１から衝撃荷重Ｐ_１を受けた場合に切り欠き５０１ｄ近傍部位への応力集中によって塑性変形し易くなる。

第２の衝撃吸収片５０２は、基部片５００の操舵機構側端縁であって、基部片５００の内周面５００ａに他方側（図３では下側）で隣接する部位に操舵機構側に突出して一体に設けられている。また、第２の衝撃吸収片５０２は、略半円板状の先端部を有し、リベット１０１及び第１の衝撃吸収片５０１を下側から包み込む舌片によって形成されている。そして、第２の衝撃吸収片５０２は、第１の衝撃吸収片５０１からその塑性変形の終了に伴い離脱してリベット１０１を当接させ、リベット１０１から衝撃荷重Ｐ_３（Ｐ_３＜Ｐ_１）を受けて塑性変形する。これにより、第１の衝撃吸収片５０１の曲面５０１ａから第２の衝撃吸収片５０２の曲面５０２ｂへのリベット１０１の移行が円滑に行われる。第２の衝撃吸収片５０２の全長は、第１の衝撃吸収片５０１の全長よりも大きい寸法に設定されている。

第２の衝撃吸収片５０２の内側部位には、リベット１０１の外周面一部にその初期位置で適合する曲面５０２ａ、第１の衝撃吸収片５０１から離脱したリベット１０１の外周面を接触させる曲面（第２の曲面）５０２ｂ、及びリベット１０１を移動させる平面５０２ｃが設けられている。また、第２の衝撃吸収片５０２の内側部位には、曲面５０２ｂと平面５０２ｃとの間に介在する不連続部としての変曲部５０２ｄが設けられている。これにより、第２の衝撃吸収片５０２は、リベット１０１から衝撃荷重Ｐ_３を受けた場合に変曲部５０２ｄ近傍部位への応力集中によって塑性変形し易くなる。

このように構成されたステアリングコラム装置１を搭載した自動車が障害物（例えば他の自動車）に衝突（一次衝突）した後、運転者がステアリングホイール１００に衝突（二次衝突）し、これに伴い衝突荷重Ｐ_１がステアリングホイール１００からステアリングコラム３を介してリベット１０１に作用したとする。この場合、衝撃荷重Ｐ_１がリベット１０１に作用すると、リベット１０１がハウジング側のブラケット１０２のリベット挿通孔１０２ａを離脱してロア側のコラムブラケット３７のガイド溝３７ａに沿って第２の衝撃吸収片５０２の平面５０２ｃ上を車両前方に移動しようとする。

このため、第１の衝撃吸収片５０１は、曲面５０１ａがリベッ１０１から衝撃荷重Ｐ_１´（Ｐ_１´＜Ｐ_１）を受け、リベット１０１の車両前方への移動に伴い外側（図３では上側）に塑性変形する。この場合、第１の衝撃吸収片５０１は、図３に実線で示す位置で塑性変形を開始し、図３に二点鎖線で示す位置で塑性変形を終了する。

一方、リベット１０１は、その初期位置から第１の衝撃吸収片５０１の塑性変形に伴い車両前方にガイド溝３７ａに沿って第２の衝撃吸収片５０２の平面５０２ｃ上を移動し、第１の衝撃吸収片５０１の塑性変形の終了に伴い第１の衝撃吸収片５０１から離脱して第２の衝撃吸収片５０２の曲面５０２ｂに当接する。この場合、リベット１０１から衝撃荷重Ｐ_３が第２の衝撃吸収片５０２の曲面５０２ｂに作用する。

このため、第２の衝撃吸収片５０２は、曲面５０２ｂがリベット１０１から衝撃荷重Ｐ_３を受け、リベット１０１の車両前方への移動に伴い外側（図３では下側）に塑性変形する。この場合、第２の衝撃吸収片５０２は、図３で実線で示す位置で塑性変形を開始し、図３に二点鎖線で示す位置で塑性変形を終了する。

従って、本実施の形態においては、第１の衝撃吸収片５０１及び第２の衝撃吸収片５０２で衝撃荷重Ｐ_１の一部が２段階にわたって吸収され、二次衝突時に発生する衝撃荷重Ｐ_１の一部を効果的に吸収することができる。

次に、本実施の形態に示すステアリングコラム装置１を搭載した自動車を用い、二次衝突時に発生する衝撃荷重（Ｐ）と経過時間（ｔ）との関係について考察する。

本考察は、ステアリングコラム装置１を搭載した自動車において、ステアリングホイール１００に衝撃荷重Ｐ_１を作用させ、衝撃荷重（ステアリングホイール１００からの反力）（Ｐ）と経過時間（ｔ）を測定することにより試みた。

この結果、ｔ＝０からｔ＝ｔ_１までの間では衝撃荷重Ｐが経過時間ｔに略比例して大きく変化することが確認された。また、ｔ＝ｔ_１からｔ＝ｔ_２までの間では衝撃荷重Ｐが殆ど変化せず、Ｐ＝Ｐ_１からＰ＝Ｐ_２（第１のピーク点：Ｐ_２＜Ｐ_１）となることが確認された。これは、第１の衝撃吸収片５０１によって衝撃荷重Ｐ_１の一部が吸収されたことによるものと考えられる。

一方、ｔ＝ｔ_２からｔ＝ｔ_３までの時間では衝撃荷重Ｐが時間の経過に伴い小さくなること、及びｔ＝ｔ_３からｔ＝ｔ_４までは経過時間ｔに略比例して急勾配で大きくなることが確認された。また、ｔ＝ｔ_４からｔ＝ｔ_５までは衝撃荷重Ｐが若干変化し、Ｐ＝Ｐ_３（第２のピーク点：Ｐ_３＜Ｐ_２）からＰ＝Ｐ_４（Ｐ_４＜Ｐ_３）となることが確認された。これは、第２の衝撃吸収片５０２によって衝撃荷重Ｐ_２の一部が吸収されたことによるものと考えられる。

これに対して、衝撃吸収板５０を有しないステアリングコラム装置においては、二次衝突時の第１のピーク点となる衝撃荷重ＰはＰ＝Ｐ_５（Ｐ_５＞Ｐ_２）であり、第２のピーク点となる衝撃荷重ＰはＰ＝Ｐ_６（Ｐ_６＞Ｐ_３）であることが確認された。

このことは、図４に示す通りである。図４は、衝撃荷重（縦軸）と経過時間（横軸）との関係について考察した結果を示す。図４において、衝撃吸収板５０を有するステアリングコラム装置１の場合を実線で、衝撃吸収片５０を有しないステアリングコラム装置の場合を一点鎖線でそれぞれ示す。

[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

第１の衝撃吸収片５０１及び第２の衝撃吸収片５０２によって衝撃荷重Ｐ_１の一部を段階的に吸収することができる。これにより、部品点数を削減して構造全体の簡素化及びコストの低廉化を図ることができる。

以上、本発明のステアリングコラムの衝撃吸収機構及びこれを備えたステアリングコラム装置を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

上記実施の形態では、衝撃荷重Ｐ_１の一部を２段階にわたって吸収する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、所定の荷重以上の衝撃荷重の一部をｎ（ｎ＞３）段階にわたって吸収してもよい。例えば、図５に示すように、ｎ＝４とする衝撃吸収板２００は、リベット１０１の移動方向に並列する衝撃吸収片２００ａ〜２００ｄを有する。これにより、衝撃荷重Ｐ_１の一部を４段階にわたって吸収することができる。

１…ステアリングコラム装置、２…ステアリングシャフト、２０…アッパシャフト、２１…ロアシャフト、３…ステアリングコラム、３０…外方のチューブ、３１…内方のチューブ、３２，３３…アッパ側のコラムブラケット（固定ブラケット３２，可動ブラケット３３、３４…ロック・アンロック機構、３５…操作レバー、３６…車体側部材、３７…ロア側のコラムブラケット、３７ａ…ガイド溝、３８…車体側部材、４…ハウジング、４０…センサ用のハウジング、４１…減速機構用のハウジング、４２…収容チューブ、５…衝撃吸収機構、５０…衝撃吸収板、５００…基部片、５００ａ…内周面、５０１，５０２…衝撃吸収片（第１の衝撃吸収片５０１，第２の衝撃吸収片５０２）、５０１ａ，５０１ｂ…曲面、５０１ｃ，５０１ｄ…切り欠き、５０２ａ，５０２ｂ…曲面、５０２ｃ…平面、５０２ｄ…変曲部、６…自在継手、７…中間軸、１００…ステアリングホイール、１０１…リベット、１０２…ハウジング側のブラケット、１０２ａ…リベット挿通孔、２００…衝撃吸収板、２００ａ〜２００ｄ…衝撃吸収片

Claims

所定の荷重以上の衝撃荷重によって車両前方に移動するチルト調整用の支持ピンを回転中心として回転するステアリングコラムと、
前記ステアリングコラムを回転可能に支持し、車体側部材に取り付けられたブラケットと、
前記ブラケットに取り付けられ、前記支持ピンから前記衝撃荷重を受けて塑性変形する第１の衝撃吸収片、及び前記第１の衝撃吸収片から離脱する前記支持ピンを当接させて塑性変形する第２の衝撃吸収片を有する衝撃吸収板とを備え、
前記衝撃吸収板は、前記支持ピンの外周面にその初期位置で適合する第１の曲面を前記第１の衝撃吸収片が有し、前記第１の衝撃吸収片の塑性変形の終了に伴い前記支持ピンの外周面を接触させる第２の曲面を前記第２の衝撃吸収片が有し、かつ前記第１の衝撃吸収片がその先端部に前記第１の曲面を介して隣接する内側部位に前記支持ピン側に開口する切り欠きを有する
ステアリングコラムの衝撃吸収機構。
前記衝撃吸収板は、前記第１の衝撃吸収片がその先端部から離間する外側部位に前記支持ピン側と反対側に開口する切り欠きを有する請求項１に記載のステアリングコラムの衝撃吸収機構。
請求項１又は２に記載のステアリングコラムの衝撃吸収機構を備えたステアリングコラム装置。