(57)【要約】【課題】シャフトの曲がる方向を精度良く制御できるエネルギ吸収式中間シャフトを提供する。【解決手段】第２チューブ２７ａにおいて、第１チューブ２５に最も近接した第１の端面領域２７Ａの法線はシャフト２６の軸線と平行となっており、更に第１の端面領域２７Ａの周方向両側に続く第２の端面領域２７Ｂは、シャフト２６の軸線に直交する面（第１チューブ２５の端面２５Ａ）に対して傾いているので、第１チューブ２５と第２チューブ２７ａの端面同士が衝接した際に、第１の端面領域２７Ａに安定して当接することで座屈の発生が抑制され、それにより第２の端面領域２７Ｂが端面２５Ａと密着する方向に、シャフト２６の折れ曲がりを精度良く制御できるようになっている。【選択図】図２
2008143403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のチューブと、
前記第１のチューブに対して隔置して直列的に配置された第２のチューブと、
脆弱部を有し、少なくとも前記第２のチューブに対して軸線方向に相対変位可能に配置されたシャフトとを有し、
前記第１のチューブと前記第２のチューブの少なくとも一方において、他方に最も近接した第１の端面領域の法線は前記シャフトの軸線と平行となっており、更に前記第１の端面領域の両側に続く第２の端面領域は、前記シャフトの軸線に直交する面に対して傾いており、
前記第１のチューブと前記第２のチューブとの間に軸線方向力が付与されたとき、前記シャフトに対して両チューブが接近することにより、前記第１の端面領域は、前記他方の端面に当接し、その後前記シャフトが前記脆弱部において所定の方向に折れ曲がることを特徴とするエネルギ吸収式中間シャフト。
【請求項２】
前記第１の端面領域は、前記シャフトの軸線に直交する平面であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギ吸収式中間シャフト。
【請求項３】
前記第２の端面領域に続き第３の端面が設けられており、前記シャフトの軸線に直交する面に対する前記第２の端面領域の角度より、前記第３の端面の角度の方が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のエネルギ吸収式中間シャフト。
【請求項４】
前記第２の端面領域は、曲面の一部であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエネルギ吸収式中間シャフト。
【請求項５】
前記第１の端面領域及び前記第２の端面領域は、連続した曲面の一部であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギ吸収式中間シャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のステアリング装置に組み込んで、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤに伝達する為に利用するエネルギ吸収式中間シャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用操舵装置に於いて、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤに伝達する為に、ステアリング機構が使用されている。かかるステアリング機構に於いて、衝突時に運転者を保護する為、ステアリングコラム、ステアリングシャフト、及び中間シャフトを、衝撃に伴って、この衝撃のエネルギを吸収しつつ全長が縮まるエネルギ吸収式のものとする事が一般的に行なわれている。エネルギ吸収式中間シャフトとしては、例えば特許文献１、２に記載されたものが知られている。
【特許文献１】特開平８−２５８７２７号公報
【特許文献２】特開平７−３０９２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１、２の技術によれば、二次衝突時などにおいて、エネルギ吸収式中間シャフトのチューブの一端縁が小断面積部の周囲に位置した状態で更に圧縮力が加わると、シャフトが小断面積部で折れ曲がり、エネルギ吸収式中間シャフトの前端側から加えられた衝撃力が、この中間シャフトの後端側にまで伝わる事を防止するようになっている。
【０００４】
ここで、特許文献１、２の中間シャフトによれば、シャフトの曲がる方向を制御するために、チューブの当接端面を傾斜面としている。ところが、本発明者らの検討結果によれば、二次衝突時の状態によっては、チューブの端面における尖った部位が、対向する固定チューブやヨークに衝接した瞬間に座屈し、斜面と反対側に傾くように変形する場合があることが判明した。かかる場合、チューブに対して固定チューブやヨークに、予定した方向とは逆のモーメントが生じ、これによりチューブと固定チューブ又はヨークとは端面同士が開く方向に、シャフトの脆弱部が折れ曲がり、エネルギ吸収量のバラツキを招く恐れがある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、シャフトの曲がる方向を精度良く制御できるエネルギ吸収式中間シャフト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】
【０００６】
本発明のエネルギ吸収式中間シャフトは、
第１のチューブと、
前記第１のチューブに対して隔置して直列的に配置された第２のチューブと、
脆弱部を有し、少なくとも前記第２のチューブに対して軸線方向に相対変位可能に配置されたシャフトとを有し、
前記第１のチューブと前記第２のチューブの少なくとも一方において、他方に最も近接した第１の端面領域の法線は前記シャフトの軸線と平行となっており、更に前記第１の端面領域の両側に続く第２の端面領域は、前記シャフトの軸線に直交する面に対して傾いており、
前記第１のチューブと前記第２のチューブとの間に軸線方向力が付与されたとき、前記シャフトに対して両チューブが接近することにより、前記第１の端面領域は、前記他方の端面に当接し、その後前記シャフトが前記脆弱部において所定の方向に折れ曲がることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、前記第１のチューブと前記第２のチューブの少なくとも一方において、他方に最も近接した第１の端面領域の法線は前記シャフトの軸線と平行となっており、更に前記第１の端面領域の両側に続く第２の端面領域は、前記シャフトの軸線に直交する面に対して傾いているので、前記第１のチューブと前記第２のチューブの端面同士が衝接した際に、前記第１の端面領域の座屈の発生が抑制され、それにより前記第２の端面領域が前記他方の端面と密着する所定の方向に、前記シャフトの折れ曲がりを精度良く制御できるようになっている。
【０００８】
前記第１の端面領域は、前記シャフトの軸線に直交する平面であると好ましい。
【０００９】
前記第２の端面領域に続き第３の端面が設けられており、前記シャフトの軸線に直交する面に対する前記第２の端面領域の角度より、前記第３の端面の角度の方が大きいと好ましい。
【００１０】
前記第２の端面領域が、曲面の一部であると好ましい。或いは前記第１の端面領域及び前記第２の端面領域が、連続した曲面の一部であると好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に用いるエネルギ吸収式中間シャフトを含むステアリングシステムの概略構成図である。図１において、車体６に対して、ブラケット４，５によりコラム３が取り付けられている。コラム３の内部にステアリングシャフト１が挿通され、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト１の上端は、ステアリングホイール２に連結され、ステアリングシャフト１の下端は、第一の自在継手７を介してエネルギ吸収式中間シャフト８に連結されている。エネルギ吸収式中間シャフト８の下端は、第二の自在継手９を介して、ステアリング機構の入力軸１０に連結されている。かかるステアリングシステムによれば、運転者がステアリングホイール２を回転させることにより、入力軸１０がそれに応じて回転し、不図示のラックアンドピニオン機構を介して車輪が転舵されるようになっている。
【００１２】
図２は、本実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの軸線方向断面図である。図２において、エネルギ吸収式中間シャフト８は、第１チューブ２５と、第２チューブ２７ａと、それらの内部に挿通されたシャフト２６と、変位制限部３３とを備える。シャフト２６の外周面には、雄セレーション２９が形成されており、これが第１チューブ２５の内周に形成された雌セレーション２８と，第２チューブ２７ａの内周に形成された雌セレーション４０に噛合しており、これによりシャフト２６は、第１チューブ２５と第２チューブ２７ａとに対して軸線方向に相対変位可能であるが、相対回転不能となっている。
【００１３】
第１チューブ２５の他端（上端）部で、第一の自在継手７を構成するヨーク３６及び緩衝チューブ３５にそれぞれ形成された円孔３７、３８内には、ピン３４を緩く挿入している。このピン３４は、第１チューブ２５の他端（下端）部に設けられてシャフト２６の一端面が対向する部材に相当し、ストッパ部をなすものである。又、シャフト２６の中間部で第１チューブ２５から外れた部分には、シャフト２６と同心で、このシャフト２６の他の部分に比べて十分に小径な小断面積部（脆弱部）３９ａを設けている。そして、この小断面積部３９ａ形成部分の周囲を、補強部材である第２チューブ２７ａで覆っている。この第２チューブ２７ａはシャフト２６の周囲に、軸線方向（図１の斜め左右方向）に沿って変位のみ自在に支持している。
【００１４】
尚、小断面積部３９ａはシャフト２６と同心の円柱状とし、この小断面積部３９ａの両端とシャフト２６の本体部分とを、円弧部４３、４３により連続させている。又、本実施例では、シャフト２６の中間部で、小断面積部３９ａを挟む２個所位置に、それぞれ凹溝４４、４４を形成している。第２チューブ２７ａの前後２個所位置でこれら各凹溝４４、４４に整合する位置に、それぞれ通孔４１、４１を形成している。各通孔４１、４１と凹溝４４、４４とに掛け渡して、合成樹脂４２、４２を充填固化している。
【００１５】
又、シャフト２６の前端側（図１の下端側）外周面には、押圧部４５を形成している。この押圧部４５は、シャフト２６の前端部で第２チューブ２７ａから外れた部分に形成した大径部の後端面により構成している。そして、第二の自在継手９の一部をなす押圧部４５が、シャフト２６に衝突に伴う強い圧縮力が加わった場合に、第２チューブ２７ａの他端面と当接して、この他端面を押圧する様にしている。
【００１６】
更に、本発明のエネルギ吸収式中間シャフトに於いては、第２チューブ２７ａの一端面であって、第１チューブ２５の一端面２５Ａ（図１の下端面であって軸線に直交する平面）に対向する端面（図１の右上部分）において、それに最も近い第１の端面領域２７Ａと、第１の端面領域２７Ａの周方向両側に続く第２の端面領域２７Ｂとを形成している。第１の端面領域２７Ａは、軸線に直交する平面である。第２の端面領域２７Ｂは、第１チューブ２５の一端面２５Ａから離れる向きに、角度θで傾斜させた傾斜面である。本実施の形態に於いては、この角度θを１０度（θ＝１０°）としている。尚、第２チューブ２７ａの一端面に代えて、或はこの一端面と共に、第１チューブ２５の一端面に第１の端面領域と第２の端面領域とを形成しても良い。
【００１７】
本実施の形態の動作について説明する。図３〜８は、エネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す各部の図である。上述の様に構成されるエネルギ吸収式中間シャフトは、ステアリングホイール２（図１）の動きをステアリング機構に伝える機能とエネルギ吸収機能とを有する。通常時には、小断面積部３９ａの周囲に第２チューブ２７ａが、合成樹脂４２、４２の係止力に基づいて存在する。この為、シャフト２６がこの小断面積部３９ａで折れ曲がる事はない。又、操舵の為のトルクは、主としてこの第２チューブ２７によって、シャフト２６の上端から下端に伝達される。
【００１８】
ここで、二次衝突時等に軸線方向に亙る強い圧縮力が加わると、合成樹脂４２、４２の係止力が喪失する。そして、シャフト２６と第１チューブ２５とが軸線方向に変位し、図３に示す様に、第１チューブ２５の下側の端面２５Ａの上部と第２チューブ２７の第１の端面領域２７Ａとが当接した状態となる。このとき、端面２５Ａと第１の端面領域２７Ａとは平行であるため、第２チューブ２７の端面に座屈が発生することがない。この状態から更にシャフト２６が後方（図３で右上方）に移動する事で、図４に示す様に、第１チューブ２５の端面２５Ａと第２チューブ２７の第１の端面領域２７Ａが突き合ったまま軸線方向に移動し、この突き合わせ面同士が、小断面積部３９ａの中間部周囲に存在する様になる。更に圧縮力が付与され続けると、押圧部４５は第２チューブ２７ａの他端面（図２の下端）に当接する。
【００１９】
更に圧縮力が加わると、図６に示す様に、第２チューブ２７ａが押されて反時計回りのモーメント力が働くので、この第２チューブ２７ａと第１チューブ２５との中心軸線同士が交差するように折れ曲がり、それにより端面２５Ａは、第２の端面領域２７Ｂに当接するようになる。更に、シャフト２６は図８に示す様に、小断面積部３９ａを塑性変形させることで折れ曲がる。この様に小断面積部３９ａを塑性変形させる事により、衝突に基づくエネルギを吸収し、運転者の身体に加わる衝撃を緩和する。
【００２０】
本実施の形態によれば、第２チューブ２７ａにおいて、第１チューブ２５に最も近接した第１の端面領域２７Ａの法線はシャフト２６の軸線と平行となっており、更に第１の端面領域２７Ａの周方向両側に続く第２の端面領域２７Ｂは、シャフト２６の軸線に直交する面（第１チューブ２５の端面２５Ａ）に対して傾いているので、第１チューブ２５と第２チューブ２７ａの端面同士が衝接した際に、端面２５Ａが第１の端面領域２７Ａに安定して当接すると共に座屈の発生が抑制され、それにより第２の端面領域２７Ｂが端面２５Ａと密着する方向に、シャフト２６の折れ曲がりを精度良く制御できるようになっている。尚、角度θ＝４５度程度であると好ましい。又、互いに接続される各端面領域の間に、微小な曲面を介在させるとより好ましい。
【００２１】
図９は、第２の実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの第２スリーブの斜視図である。図１０〜１２は、第２の実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す図である。本実施の形態においては、図９，１０に示すように、第１チューブ２５に対向する第２チューブ２７ａの端面に、第２の端面領域２７Ｂに接続する第３の端面領域２７Ｃを形成した点のみが異なる。軸線に直交する面に対して、第２の端面領域２７Ｂの傾斜角度は３０度であり、第３の端面領域２７Ｃの傾斜角度は４５度である。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００２２】
本実施の形態によれば、エネルギ吸収式中間シャフトに圧縮力が加わった場合、まず図１０に示すように、第１チューブ２５の端面２５Ａが、それと平行する第２チューブ２７ａの第１の端面領域２７Ａに衝接し、更にシャフトが曲がりながら、図１１に示すように第２の端面領域２７Ｂに接触し、更に図１２に示すように第３の端面領域２７Ｃに接触するようになっている。このように第２チューブ２７ａの端面に複数の傾斜角（３０度、４５度）を与えることで、図１０に実線で示す単一の傾斜角（４５度）の場合よりもシャフトの嵌合長Δを確保でき、シャフトの折れ曲がり量を増大させることで、十分に折れ曲がった後に小面積部を破断させれば、大きなエネルギ吸収を確保できる。
【００２３】
図１３，１４は、第３の実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す図である。本実施の形態においては、第２チューブ２７ａの第２の端面領域２７Ｂを、曲率半径Ｒの曲面としている点のみが異なる。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００２４】
本実施の形態によれば、エネルギ吸収式中間シャフトに圧縮力が加わった場合、まず図１３に示すように、第１チューブ２５の端面２５Ａが、それと平行する第２チューブ２７ａの第１の端面領域２７Ａに衝接し、更にシャフトが曲がりながら図１４に示すように、第２の端面領域２７Ｂに接触し、その曲面に沿って移動することで、シャフトの折れ曲がり量を増大させ、十分に折れ曲がった後に小面積部を破断させれば、大きなエネルギ吸収を行わせることができる。
【００２５】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、図１３，１４の構成において、第１の端面領域２７Ａと、第１の端面領域２７Ｂとを一続きの曲面とすることができる。この場合、第１の端面領域２７Ａの法線は、シャフト２６の軸線に平行であって、第１チューブ２５の端面２５Ａの法線と一致する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態に用いるエネルギ吸収式中間シャフトを含むステアリングシステムの概略構成図である。
【図２】本実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの軸線方向断面図である。
【図３】エネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す各部の図である。
【図４】エネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す各部の図である。
【図５】エネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す各部の図である。
【図６】エネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す各部の図である。
【図７】エネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す各部の図である。
【図８】エネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す各部の図である。
【図９】第２の実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの第２スリーブの斜視図である。
【図１０】第２の実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す図である。
【図１４】第３の実施の形態にかかるエネルギ吸収式中間シャフトの動作時の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ ステアリングシャフト
２ ステアリングホイール
３ コラム
４，５ ブラケット
６ 車体
７ 第１の自在継手
８ エネルギ吸収式中間シャフト
９ 第２の自在継手
１０ 入力軸
１９ 雄セレーション
２５ チューブ
２５Ａ 端面
２６ シャフト
２７ａ チューブ
２７Ａ 第１の端面領域
２７Ｂ 第２の端面領域
２７Ｃ 第３の端面領域
２８ 雌セレーション
３３ 変位制限部
３４ ピン
３５ 緩衝チューブ
３６ ヨーク
３７、３８ 円孔
３９ａ 小断面積部
４０ 雌セレーション
４１ 通孔
４２ 合成樹脂
４３ 円弧部
４４ 凹溝
４５ 押圧部
【図１】
2008143403.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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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