(57)【要約】  一端が車両のステアリングホイールに連結され、車両の衝突時に収縮することで衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収式ステアリングシャフトは、外周面に雄歯部が形成される係合領域を一方側に有するインナーシャフトと、内周面に雌歯部が形成され、インナーシャフトの係合領域が挿入されて雌歯部が雄歯部と摺動可能に係合するアウターシャフトと、を備える。インナーシャフトは、係合領域より他方側に、外径がインナーシャフトの他方側へ行くほど大きくなるように形成される衝撃吸収領域を有する。
2014038269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が車両のステアリングホイールに連結され、前記車両の衝突時に収縮することで衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収式ステアリングシャフトであって、
外周面に雄歯部が形成される係合領域を一方側に有するインナーシャフトと、
内周面に雌歯部が形成され、前記インナーシャフトの前記係合領域が挿入されて前記雌歯部が前記雄歯部と摺動可能に係合するアウターシャフトと、
を備え、
前記インナーシャフトは、前記係合領域より他方側に、外径が前記インナーシャフトの他方側へ行くほど大きくなるように形成される衝撃吸収領域を有する、
衝撃吸収式ステアリングシャフト。
【請求項２】
請求項１に記載の衝撃吸収式ステアリングシャフトであって、
前記衝撃吸収領域は、前記車両の衝突時における前記インナーシャフトと前記アウターシャフトとの摺動が前記衝撃吸収領域内で停止するように、軸方向長さ及び外径が設定される、
衝撃吸収式ステアリングシャフト。
【請求項３】
請求項１に記載の衝撃吸収式ステアリングシャフトであって、
前記衝撃吸収領域は、前記車両の衝突時に前記インナーシャフトと前記アウターシャフトとの摺動量が増加するほど摺動抵抗が一定の増加率で大きくなるように形成される、
衝撃吸収式ステアリングシャフト。
【請求項４】
請求項１に記載の衝撃吸収式ステアリングシャフトであって、
前記インナーシャフトの前記衝撃吸収領域の外周面に前記雄歯部が形成され、
前記衝撃吸収領域は、前記雄歯部の外径が前記インナーシャフトの他方側へ行くほど大きくなるように形成される、
衝撃吸収式ステアリングシャフト。
【請求項５】
請求項４に記載の衝撃吸収式ステアリングシャフトであって、
前記インナーシャフトは、前記衝撃吸収領域より前記インナーシャフトの他方側に、前記雄歯部の外径が前記インナーシャフトの他方側へ行くほど小さくなるように形成される衝撃吸収緩和領域を有する、
衝撃吸収式ステアリングシャフト。
【請求項６】
請求項１に記載の衝撃吸収式ステアリングシャフトであって、
前記衝撃吸収領域は、前記雄歯部が形成されないテーパ形状に形成され、外径が前記インナーシャフトの他方側へ行くほど大きくなるように形成される、
衝撃吸収式ステアリングシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両衝突時の衝撃を吸収可能な衝撃吸収式ステアリングシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパワーステアリング装置に用いられるステアリングシャフトとして、衝撃吸収式ステアリングシャフトが知られている。衝撃吸収式ステアリングシャフトは、雌セレーションを有するアウターシャフトと雄セレーションを有するインナーシャフトとを軸方向に摺動させることで、車両衝突時にステアリングホイールから運転者の胸部に加わる荷重を軽減することができる。【０００３】
ＪＰ１１−２９１９２３Ａには、雄セレーションの谷部に突起を設け、突起のせん断抵抗によってアウターシャフトとインナーシャフトとの摺動時の抵抗を増大させて衝撃エネルギーを吸収することが記載されている。
【発明の概要】
【０００４】
しかし、上記従来の技術では、雌セレーションの山部が雄セレーションの突起を乗り越える際にアウターシャフトとインナーシャフトとの摺動抵抗が急激にピーク値に達する。そのため、ピークを越えた後は急激に摺動抵抗が低下して十分に衝撃エネルギーを吸収することができなくなる可能性がある。また、摺動抵抗の立ち上がりが急激過ぎて突起の位置でアウターシャフトとインナーシャフトとの摺動が停止してしまい、十分に衝撃エネルギーを吸収することができなくなる可能性がある。
【０００５】
この発明の目的は、衝撃エネルギーを緩やかに吸収することが可能な衝撃吸収式ステアリングシャフトを提供することである。
【０００６】
本発明のある態様によれば、一端が車両のステアリングホイールに連結され、車両の衝突時に収縮することで衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収式ステアリングシャフトであって、外周面に雄歯部が形成される係合領域を一方側に有するインナーシャフトと、内周面に雌歯部が形成され、インナーシャフトの係合領域が挿入されて雌歯部が雄歯部と摺動可能に係合するアウターシャフトと、を備え、インナーシャフトは、係合領域より他方側に、外径がインナーシャフトの他方側へ行くほど大きくなるように形成される衝撃吸収領域を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施形態に係る衝撃吸収式ステアリングシャフトの側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ断面を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態に係る衝撃吸収式ステアリングシャフトの動作を説明するための側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態に係る衝撃吸収式ステアリングシャフトの動作を説明するための側面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る衝撃吸収式ステアリングシャフトの摺動量と摺動抵抗との関係を示す線図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態に係る衝撃吸収式ステアリングシャフトの側面図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施形態に係る衝撃吸収式ステアリングシャフトの側面図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施形態に係る衝撃吸収式ステアリングシャフトの側面図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態に係る衝撃吸収式ステアリングシャフトのインターミディエイトシャフトを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１Ａは、本実施形態における衝撃吸収式ステアリングシャフト１０の側面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ断面を示す断面図である。なお、以下の明細書中では、特に明記しない限り、衝撃吸収式ステアリングシャフト１０のステアリングホイール側（図１Ａの右側）を上側とし、操舵輪側（図１Ａの左側）を下側として説明する。
【００１０】
衝撃吸収式ステアリングシャフト１０は、アウターシャフトとしてのアッパシャフト１１と、インナーシャフトとしてのロアシャフト１２と、を備える。
【００１１】
アッパシャフト１１は、中空であり、上端がステアリングホイール（図示せず）に連結される。アッパシャフト１１の下方側の内周面には、全周にわたって雌歯部としての雌セレーション１１Ａが形成される。
【００１２】
ロアシャフト１２は、中実であり、上端がアッパシャフト１１の下端からアッパシャフト１１内に挿入され、下端がトーションバー（図示せず）を介して出力シャフト（図示せず）に連結される。ロアシャフト１２の上方側の外周面には、全周にわたって雄歯部としての雄セレーション１２Ａが形成される。なお、ロアシャフト１２は中空であってもよい。また、トーションバーを設けることなく、ロアシャフト１２の下端が直接出力シャフトに連結されていてもよい。
【００１３】
ロアシャフト１２はアッパシャフト１１に所定の寸法だけ挿入され、図１Ｂに示すように、アッパシャフト１１の雌セレーション１１Ａとロアシャフト１２の雄セレーション１２Ａとが互いに摺動可能に係合される。
【００１４】
これにより、ステアリングホイールに入力された操舵力は、アッパシャフト１１からセレーションによる係合部を介してロアシャフト１２へと伝達される。また、衝撃吸収式ステアリングシャフト１０は、アッパシャフト１１の雌セレーション１１Ａとロアシャフト１２の雄セレーション１２Ａとを摺動させることで伸縮させることができる。
【００１５】
図１Ａに示すように、ロアシャフト１２の雄セレーション１２Ａは、上端側から順に、係合領域としてのテレスコピック調整領域と、衝撃吸収領域と、を有する。
【００１６】
テレスコピック調整領域は、運転者がテレスコピック調整機構（図示せず）のロックを解除してステアリングホイールを軸方向に前後調整させる際に、アッパシャフト１１の雌セレーション１１Ａと摺接する領域である。衝撃吸収領域は、車両が障害物に衝突した際に、アッパシャフト１１の雌セレーション１１Ａと摺接する領域である。
【００１７】
テレスコピック調整領域では、雄セレーション１２Ａは、山部の高さ、すなわちロアシャフト１２の外径が軸方向に沿って同一となるように形成される。一方、衝撃吸収領域では、雄セレーション１２Ａは、外径がロアシャフト１２の下方へ行くほど大きくなるようにテーパ状に形成される。また、雄セレーション１２Ａの外径は、衝撃吸収領域の下端である雄セレーション１２Ａの下端までにわたってテーパ状に形成される。
【００１８】
次に、衝撃吸収式ステアリングシャフト１０の動作について説明する。
【００１９】
図２Ａに示すように、ステアリングホイールの前後位置、すなわち衝撃吸収式ステアリングシャフト１０の長さが所望の位置に固定されている状態で、車両が障害物に衝突すると、衝撃吸収式ステアリングシャフト１０に対して軸方向に衝撃荷重が作用する。これにより、アッパシャフト１１とロアシャフト１２とが互いに軸方向に接近する方向に移動して、アッパシャフト１１の雌セレーション１１Ａがロアシャフト１２の雄セレーション１２Ａの下方側へと摺動する。
【００２０】
雌セレーション１１Ａの下端が衝撃吸収領域に入ると、雄セレーション１２Ａの外径が徐々に大きくなるのに対して雌セレーション１１Ａの内径は一定であるので、雄セレーション１２Ａと雌セレーション１１Ａとが互いの歯（山部）を削りながら摺動し、雄セレーション１２Ａと雌セレーション１１Ａとがともに塑性又は剪断変形する。これにより、アッパシャフト１１とロアシャフト１２との摺動抵抗が徐々に増大していき、アッパシャフト１１とロアシャフト１２とは、衝撃エネルギーを吸収し終えた位置で停止する（図２Ｂ）。
【００２１】
図３に示すように、車両衝突時に一時的かつ急激に入力される衝撃エネルギーに対し、雄セレーション１２Ａと雌セレーション１１Ａとが塑性又は剪断変形しながら摺動量の増加に応じて徐々に一定の増加率で摺動抵抗を増大させていくので、衝撃エネルギーを緩やかに吸収することができる。
【００２２】
さらに、アッパシャフト１１が雄セレーション１２Ａを乗り越える前の位置（図２Ｂ）でアッパシャフト１１とロアシャフト１２とが衝撃エネルギーを吸収し終えるように、衝撃吸収領域の軸方向長さ及び外径が設定されるので、図３に示すように、摺動抵抗を摺動過程の全域にわたって徐々に増加させることができる。つまり、摺動抵抗が摺動途中でピーク値となって、衝撃エネルギーを十分に吸収することができなくなることを防止できる。
【００２３】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００２４】
ロアシャフト１２の雄セレーション１２Ａの外径が、衝撃吸収領域においてロアシャフト１２の下方へ行くほど大きくなるようにテーパ状に形成されるので、車両の衝突時におけるアッパシャフト１１とロアシャフト１２との摺動抵抗を徐々に増大させることができ、衝撃エネルギーを緩やかに吸収することができる。
【００２５】
さらに、雄セレーション１２Ａのテーパ形状の傾斜を変えるだけで衝突時の摺動抵抗の上昇率を変化させることができるので、摺動量と摺動抵抗との関係を容易にチューニングすることができる。
【００２６】
さらに、雄セレーション１２Ａのテーパ形状は、衝撃吸収領域の上端から下端までの全域にわたってテーパ状に形成されるので、衝撃吸収時の摺動途中で衝撃荷重が急激に上昇してピークが立つことを防止することができる。
【００２７】
さらに、衝撃吸収領域は、車両の衝突時におけるロアシャフト１２とアッパシャフト１１との摺動が衝撃吸収領域内で停止するように軸方向長さ及び外径が設定されるので、衝撃吸収時の摺動途中で摺動抵抗が急激に低下して衝撃エネルギーを十分に吸収することができなくなることを防止することができる。
【００２８】
さらに、衝撃吸収領域は、車両の衝突時にロアシャフト１２とアッパシャフト１１との摺動量が増加するほど摺動抵抗が一定の増加率で大きくなるように形成されるので、摺動量に応じて摺動抵抗が徐々に増大していき、途中で衝撃荷重が変動したり急激に上昇してピークが立ったりすることを防止でき、衝撃エネルギーをより確実に緩やかに吸収することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。この趣旨に従って、上記実施形態から把握され得る変形例を以下に示す。
【００３０】
例えば、上記実施形態では、ロアシャフト１２の雄セレーション１２Ａを、テレスコピック調整領域から衝撃吸収領域までに亘って形成したが、雄セレーション１２Ａをテレスコピック調整領域だけに設けてもよい。
【００３１】
この場合、図４に示すように、ロアシャフト２２の衝撃吸収領域はセレーションのないテーパ形状に形成される。すなわち、衝撃吸収領域は、雄セレーション２２Ａの歯底の径又は歯底の径より小さい径からロアシャフト２２の下方へ行くほど外径が大きくなるテーパ形状に形成される。これにより、ロアシャフト２２の構造が簡素化されるので、ロアシャフト２２の製造コストを低減させることができる。
【００３２】
車両の衝突時、アッパシャフト２１の下端がテレスコピック調整領域にある間は、アッパシャフト２１の雌セレーション２１Ａとロアシャフト２２の雄セレーション２２Ａとが摺動する。雌セレーション２１Ａの下端が衝撃吸収領域に入ると、ロアシャフト２２の外径が徐々に大きくなるのに対して雌セレーション２１Ａの内径は一定であるので、雌セレーション２１Ａの歯（山部）を削りながらアッパシャフト２１とロアシャフト２２とが摺動し、ロアシャフト２２の外周面２２Ｂ及び雌セレーション２１Ａが塑性又は剪断変形する。
【００３３】
これにより、アッパシャフト２１とロアシャフト２２との摺動抵抗が徐々に増大していき、アッパシャフト２１とロアシャフト２２とは、衝撃エネルギーを吸収し終えた位置で停止する。
【００３４】
また、雄セレーション２２Ａをテレスコピック調整領域だけに設ける場合、雄セレーション２２Ａをテレスコピック調整領域と衝撃吸収領域との境界にまで亘って設ける必要はなく、雄セレーション２２Ａが形成される領域とテーパ形状に形成される領域との間に雄セレーション２２Ａのない同一外径の領域を残すようにしてもよい。これにより、ロアシャフト２２の外周面２２Ｂに雄セレーション２２Ａを形成する際の加工性を向上させることができる。
【００３５】
さらに、上記実施形態では、ロアシャフト１２の雄セレーション１２Ａの外径が衝撃吸収領域の下端までにわたって徐々に大きくなるようなテーパ状に形成したが、図５に示すように、衝撃吸収領域より下端側に、雄セレーション３２Ａの外径が下端側に行くほど小さくなるようにテーパ状に形成される衝撃吸収緩和領域を設けてもよい。
【００３６】
これにより、衝突時におけるアッパシャフト３１とロアシャフト３２との摺動抵抗が、初めは徐々に増大し、途中から徐々に低下するので、摺動抵抗の上昇を緩和することができ、衝撃荷重が規定値を超えてしまうことをより確実に防止することができる。
【００３７】
さらに、上記実施形態では、テレスコピック調整機構を有する衝撃吸収式ステアリングシャフト１０を前提として説明したが、テレスコピック調整機構を有していない衝撃吸収式ステアリングシャフト４０にも適用可能である。この場合、図６に示すように、ロアシャフト４２の雄セレーション４２Ａは、テレスコピック調整領域を有することなく衝撃吸収領域のみを有する。ロアシャフト４２の上端は、アッパシャフト４１の下端側に設けられるカシメ部４３に当接する位置まで挿入される。これにより、通常はアッパシャフト４１とロアシャフト４２とは相対移動することはなく、車両の衝突時にのみ相対移動する。
【００３８】
車両が障害物に衝突して衝撃吸収式ステアリングシャフト４０に対して軸方向に衝撃荷重が作用すると、アッパシャフト４１とロアシャフト４２とが互いに軸方向に接近する方向に移動して、雄セレーション４２Ａと雌セレーション４１Ａとがともに塑性又は剪断変形し、衝撃エネルギーが緩やかに吸収される。
【００３９】
さらに、上記実施形態では、衝撃吸収式ステアリングシャフト１０がアッパシャフト１１とロアシャフト１２とから構成される場合について例示したが、これに加えてロアシャフト１２の下端にジョイント５３を介して連結されるインターミディエイトシャフト５０を備える場合にも本実施形態が適用可能である。この場合、図７に示すように、インターミディエイトシャフト５０が、ロアシャフト１２の下端に連結されるインナーシャフトとしての中間アッパシャフト５１と、中間アッパシャフト５１を摺動可能に収装するアウターシャフトとしての中間ロアシャフト５２と、から構成される。
【００４０】
中間アッパシャフト５１の外周面にはロアシャフト１２と同様に全周にわたって雄セレーション５１Ａが形成され、中間ロアシャフト５２の内周面にはアッパシャフト１１と同様に全周にわたって雌セレーション５２Ａが形成される。さらに、中間アッパシャフト５１の雄セレーション５１Ａは、途中から中間アッパシャフト５１の上方へ行くほど外径が大きくなるようにテーパ状に形成される。
【００４１】
これにより、車両衝突時に中間アッパシャフト５１と中間ロアシャフト５２とが相対移動すると、両シャフト５１、５２のセレーション５１Ａ、５２Ａが塑性又は剪断変形することで衝撃エネルギーを吸収することができる。
【００４２】
この場合も図６と同様に、中間ロアシャフト５２の上端側にカシメ部を設け、中間アッパシャフト５１の下端がカシメ部に当接する位置まで挿入される構成としてもよい。これにより、通常は中間アッパシャフト５１と中間ロアシャフト５２とは相対移動することはなく、車両の衝突時にのみ相対移動する。
【００４３】
また、衝撃吸収は、インターミディエイトシャフト５０だけで行う構成であってもよいし、図１Ａに示す衝撃吸収式ステアリングシャフト１０とインターミディエイトシャフト５０との両方で行う構成であってもよい。
【００４４】
さらに、上記実施形態では、ステアリングホイールに連結されるアッパシャフト１１がアウターシャフトであり、出力シャフトに連結されるロアシャフト１２がインナーシャフトである場合について例示したが、反対に、アッパシャフトがインナーシャフトでロアシャフトがアウターシャフトであってもよい。この場合、雄セレーションはアッパシャフトの外周に形成され、雌セレーションはロアシャフトの内周に形成される。
【００４５】
さらに、上記実施形態では、ロアシャフト１２の雄セレーション１２Ａとアッパシャフト１１の雌セレーション１１Ａとを係合させているが、両セレーション１２Ａ、１１Ａは、必ずしも歯先が鋭角のセレーションである必要はなく、例えば、先端にフラットな面を有する台形状の歯を有するスプラインであってもよい。
【００４６】
さらに、上記実施形態では、ロアシャフト１２の外周とアッパシャフト１１の内周とにセレーションを形成し、ロアシャフト１２を外径が軸方向下方へ行くほど大きくなるようにテーパ状に形成し、車両衝突時にロアシャフト１２とアッパシャフト１１との相対移動によって両セレーションが塑性又は剪断変形することで衝撃吸収を行っているが、その他の衝撃吸収機構を組み合わせてもよい。
【００４７】
例えば、車両衝突時に相対移動するブラケットとカプセルとにそれぞれ嵌め込まれた衝撃吸収機構が、車両衝突時に破断することで衝撃吸収を行う構成を組み合わせてもよい。
【００４８】
さらに、例えば、アッパコラムチューブ側とロアコラムチューブ側とをＳ字形プレートで連結し、車両衝突時にアッパコラムチューブとロアコラムチューブとが相対移動するのに伴ってＳ字形プレートがしごかれることで衝撃吸収を行う構成を組み合わせてもよい。
【００４９】
本願は、２０１２年９月５日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−１９５１６８に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１Ａ】
2014038269.tif 000003
【図１Ｂ】
2014038269.tif 000004
【図２Ａ】
2014038269.tif 000005
【図２Ｂ】
2014038269.tif 000006
【図３】
2014038269.tif 000007
【図４】
2014038269.tif 000008
【図５】
2014038269.tif 000009
【図６】
2014038269.tif 000010
【図７】
2014038269.tif 000011
【国際調査報告】
2014038269.tif 000012
2014038269.tif 000013
2014038269.tif 000014
2014038269.tif 000015