(57)【要約】【課題】目標コラプス荷重に設定容易で、ガタを無くすことができ、耐久性のある、低コストで簡単な構成の衝撃吸収式ステアリングシャフトを提供すること。【解決手段】小径部１ａを有し、その内周面に雌セレーション１ｂを形成した管状のアウターシャフト１と、大径部２ａを有し、その外周面に雄セレーション２ｃを形成したインナーシャフト２とを、小径部１ａの先端部に大径部２ａの先端部を係合させた状態で、小径部１ａの係合部分の外周面を直径方向内側に加圧することにより、小径部１ａ及び大径部２ａの先端部を直径方向に塑性変形させた後、アウターシャフト１とインナーシャフト２を軸方向に相対変位させて構成される衝撃吸収式ステアリングシャフトであって、小径部１ａと大径部２ａ、又は小径部１ａの、押圧する部分のみを、両シャフト(１,２)間の摺動抵抗力が適度に小さくなる程度に、低剛性形状としたこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面にメスセレーションを形成した管状のアウターシャフトと、外周面に前記メスセレーションと係合するオスセレーションを形成した中空または中実のインナーシャフトとを、前記アウターシャフトに前記インナーシャフトを係合させた状態で、前記アウターシャフトの外周面のうち、前記係合部分の一部または全部を直径方向内側に加圧することにより、前記アウターシャフトの前記係合部の一部または全部及び前記インナーシャフトの前記係合部の一部または全部を直径方向に塑性変形させた後、前記アウターシャフトと前記インナーシャフトとを軸方向に互いに近づくように相対変位させて、前記アウターシャフトの前記塑性変形部を前記インナーシャフトの基端部に、かつ前記インナーシャフトの前記塑性変形部を前記アウターシャフトの基端部にそれぞれ圧入嵌合させて構成される衝撃吸収式ステアリングシャフトにおいて、
前記アウターシャフトと前記インナーシャフトの少なくとも一方の、前記加圧する部分を、前記インナーシャフトと前記アウターシャフトとが相対的に軸方向に変位することで生じる両シャフト間の摺動抵抗力が適度に小さくなる程度に、低剛性形状としたことを特徴とする衝撃吸収式ステアリングシャフト。
【請求項２】
前記アウターシャフトの内周面、及び前記インナーシャフトの外周面に、表面硬化処理が施されていることを特徴とする請求項１記載の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、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ための衝撃吸収式ステアリングシャフトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、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ための自動車用操舵装置においては、衝突時に運転者を保護するため、ステアリングコラム、及びステアリングシャフト等を、衝撃に伴って全長が縮まって衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収式のものとすることが行われている。
【０００３】
このような衝撃吸収式ステアリングシャフトとしては、互いにセレーション係合するアウターシャフトとインナーシャフトとを合成樹脂で結合した構造や、インナーシャフトに雄セレーション溝を、アウターシャフトに雌セレーション溝を各々形成し、各溝を圧入させる構造、等が公知である。
【０００４】
しかし、前者の場合、合成樹脂による結合であるため、耐熱性が不足し、高温になり易いエンジンルーム内に設置する場合等、十分な捩じり強度や耐久性が得られないという問題点があった。また、後者においては、雄セレーション溝と雌セレーション溝を一致させるために両溝同志の位相を一致させる作業を容易に行うことができなかった。
【０００５】
このような問題点の対策として、実開平６−８１５０号公報においては、図１５に示すような衝撃吸収式ステアリングシャフトが開示されている。
同図において、円管状のアウターシャフト１２には、その一端部に絞り加工を施すことにより小径部１４が形成され、その内周面に雌セレーション１５が形成されている。同じく円管状のインナーシャフト１３の一端部には大径部１６が形成され、その外周面に雄セレーション１７が形成されている。この大径部１６の先端部には直径方向に少し押し潰すことにより断面が長円形の第１変形部１８が形成されている。この第１変形部１８の長径は大径部１６の直径よりもやや大きく、その短径は大径部１６の直径よりもやや小さく設定されている。
【０００６】
一方、アウターシャフト１２の小径部１４の先端部も、直径方向に少し押し潰すことにより断面が長円形の第２変形部１９が形成されている。この第２変形部１９の長径は小径部１４の直径よりもやや大きく、その短径は小径部１４の直径よりもやや小さく設定されている。そして、アウターシャフト１２の小径部１４の直径は、インナーシャフト１３の大径部１６の直径よりもわずかに大きく、この部分で雌セレーション１５と雄セレーション１７とがゆるく嵌合するように設定されている。加えて、第１変形部１８の長径は小径部１４の直径よりもやや大きく、第２変形部１９の短径は大径部１６の直径よりもやや小さく設定されている。
【０００７】
この構成において、同図に示すように、インナーシャフト１３をアウターシャフト１２に圧入で内嵌させた際、雄セレーション１７が雌セレーション１５に係合すると共に、第１変形部１８は弾性変形して小径部１４の基端部に押し込まれ、第２変形部１９は弾性変形して大径部１６の基端部に押しやられる。したがって、第１変形部１８の外周面が小径部１４の基端部内周面と、第２変形部１９の内周面が大径部１６の基端部外周面と、それぞれ摩擦係合する。これにより、インナーシャフト１３とアウターシャフト１２とは、回転力の伝達を自在にできると共に、衝突時に一定以上の力が加わらない限り、軸方向に圧縮されることはない。衝突時には、第１変形部１８及び第２変形部１９の圧入嵌合部における摩擦力に抗して、インナーシャフト１３とアウターシャフト１２が相対的に軸方向に変位することにより、衝突の衝撃を吸収する。
【０００８】
上記の衝撃吸収式ステアリングシャフトは、十分な耐熱性と剛性を有すると共に、コラプス荷重を十分に安定させることができ、衝突事故の際には、運転者の安全を確保することができる。
【０００９】
しかし、上記衝撃吸収式ステアリングシャフトは、第１変形部１８と第２変形部１９を別個に形成しているため、２つの工程が必要になると共に、インナーシャフト１３とアウターシャフト１２の嵌合強度の調整が容易ではない。それで、製造作業を一層簡素化することにより、製作費をさらに低減化することが望まれる。
【００１０】
そこで、この問題の対策となる衝撃吸収式ステアリングシャフトの製造方法が特開平８−０９１２３０号公報に開示されており、それを図１６に示している。同図において、一端部に少なくとも内径を小さくした小径部１４を有し、この小径部の内周面に雌セレーション１５を形成したアウターシャフト１２と、一端部に少なくとも外径を大きくした大径部１６を有し、この大径部１６の内周面に雄セレーション１７を形成したインナーシャフト１３とを、小径部１４の先端部と大径部１６の先端部とを係合させた状態で、小径部１４の外周面を直径方向内側に加圧部材２０で加圧することにより、小径部１４の先端部及び大径部１６の先端部を直径方向内側に塑性変形させる。その後、アウターシャフト１２とインナーシャフト１３を互いに近づく方向に軸方向に相対変位させて、小径部１４の先端部を上記大径部１６の基端部に圧入嵌合させると共に、小径部１４の中間部と大径部１６の中間部をゆるく係合させるという、以上のような工程により製造する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の上記衝撃吸収式ステアリングシャフトにおいては、ステアリングシャフトの全長を縮めるために必要な荷重（コラプス荷重）を低くするためには、アウターシャフト１２の厚みを薄くする必要があるが、この肉厚は、回転トルク伝達のために必要な捩じり強度を保持するために、現状以下に薄肉とすることはできなかった。
【００１２】
そこで、アウターシャフト１２を厚肉のままでコラプス荷重を低くするために、アウターシャフト１２の小径部１４の外周面を押圧するつぶし面積（シメシロ）をコントロールしたり、あるいは特開平１０−１４７２４５号公報に示されているように、押圧するプレス荷重をコントロールすることも可能ではある。しかし、この場合、アウターシャフト１２が薄肉の時と比較して、弾性を有するつぶし量が小さくなるため、目標とするコラプス荷重を得るための調整が容易ではないという問題点があった。
特に、このプレスによるつぶし量が不十分となり易く、耐久性が不足しがちとなる。また、シャフトの繰り返し回転によるトルク負荷等によってガタが発生することもあった。結果として、低荷重のコラプス荷重を求めることが困難であった。
【００１３】
本発明は、上述した従来例の有する不都合を改善し、目標とする比較的低いコラプス荷重となるように容易に設定することができると共に、回転方向のガタを無くすことができ、耐久性のある、低コストで簡単な構成の衝撃吸収式ステアリングシャフトを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を達成するために、本発明では、内周面にメスセレーションを形成した管状のアウターシャフトと、外周面に前記メスセレーションと係合するオスセレーションを形成した中空または中実のインナーシャフトとを、前記アウターシャフトに前記インナーシャフトを係合させた状態で、前記アウターシャフトの外周面のうち、前記係合部分の一部または全部を直径方向内側に加圧することにより、前記アウターシャフトの前記係合部の一部または全部及び前記インナーシャフトの前記係合部の一部または全部を直径方向に塑性変形させた後、前記アウターシャフトと前記インナーシャフトとを軸方向に互いに近づくように相対変位させて、前記アウターシャフトの前記塑性変形部を前記インナーシャフトの基端部に、かつ前記インナーシャフトの前記塑性変形部を前記アウターシャフトの基端部にそれぞれ圧入嵌合させて構成される衝撃吸収式ステアリングシャフトにおいて、
前記アウターシャフトと前記インナーシャフトの少なくとも一方の、前記加圧する部分を、前記インナーシャフトと前記アウターシャフトとが相対的に軸方向に変位することで生じる両シャフト間の摺動抵抗力が適度に小さくなる程度に、低剛性形状としたことを特徴としている。
【００１５】
以上のように、アウターシャフトに加圧する部分のみを薄肉としているため、この薄肉部の加圧変形後の剛性が低くなって、アウターシャフトが楕円状に変形してインナーシャフトを押圧する力に柔軟性が加味されるようになるので、両シャフト間の回転トルクの伝達に必要な捩じり強度が保たれた状態で、比較的低いコラプス荷重が得られる。それと同時に、シメシロ（塑性変形量）とコラプス荷重の関係が鈍感となってシメシロの大きさの割にはコラプス荷重が大きくならず、目標とするコラプス荷重に対して実際のシメシロを十分に取ることができるため、部品精度と組み立て精度を上げることなくコラプス荷重のバラツキが抑えられ、回転方向のガタも防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示す衝撃吸収式ステアリングシャフトの断面構成図、図２は図１のＡ−Ａ断面を示す押圧セット状態の断面図、図３は図２のセット状態の加圧動作を示す説明図、図４は図１における加工工具の他の実施形態（Ｖ字型）を示す部分断面構成図、図５は図１における加工工具の他の実施形態（丸型）を示す部分断面構成図、図６は図１のステアリングシャフトを短縮した状態を示す断面構成図、図７は図６のＢ−Ｂ断面を示す断面図、図８は図６のＣ−Ｃ断面を示す断面図、図９は第２の実施形態を示す衝撃吸収式ステアリングシャフトの断面構成図、図１０は図９のステアリングシャフトを短縮した状態を示す断面構成図、図１１は第３の実施形態を示す衝撃吸収式ステアリングシャフトの断面構成図、図１２は図１１のステアリングシャフトを短縮した状態を示す断面構成図である。
【００１７】
図１において、一端部に内径を小さくした小径部１ａを有し、この小径部１ａの内周面に雌セレーション１ｂを形成したアウターシャフト１の端部（図中、左端部）に、インナーシャフト２の一端部（図中、右端部）が内嵌している。このインナーシャフト２は、一端部に外径を大きくした大径部２ａと、この大径部２ａの内周面に形成した雄セレーション２ｂと、その開口端部近傍に薄肉化して形成された薄肉部２ｃとから成っている。一方、アウターシャフト１の小径部１ａの開口端部近傍にも薄肉化された薄肉部１ｃが形成されており、アウターシャフト１とインナーシャフト２は前記薄肉部２ｃと薄肉部１ｃの部分で互いに圧接・係合している。
【００１８】
このアウターシャフト１の薄肉部１ｃの部分に、図２に示すように、直径方向両外側から、加圧のための加工工具３が押し当てられており、図３に示すように、この加工工具３に矢印方向に所定の荷重で加圧することにより、薄肉部１ｃの部分を直径方向内側へ押圧して、これを塑性変形させる。その後、図６に示すように、インナーシャフト２をアウターシャフト１に対して相対変位させる、即ち軸方向に互いに近づくように押し込んで必要な長さにする。この時、図７に示すように、アウターシャフト１の薄肉部１ｃの部分は塑性変形して、押圧された直径方向の径がつぶされて短径ｒ1となり、この直径方向に直交する方向の径が長径Ｒ1となった略楕円に変形している。このため、短径ｒ１の部分がインナーシャフト２に対して押圧力を発揮して、摺動抵抗力を生み出している。
【００１９】
一方、図８に示すように、インナーシャフト２の薄肉部２ｃの部分も塑性変形して、押圧された直径方向の径がつぶされて短径ｒ2となり、この直径方向に直交する方向の径が長径Ｒ2となっているので、長径Ｒ2の部分がアウターシャフト１の内周面に対して押圧力を発揮して、摺動抵抗力を生み出している。シャフトの回転方向のトルクの伝達は、大径部２ａと小径部１ａのセレーション係合により行われる。
【００２０】
上記の如く、アウターシャフト１に加圧する部分のみを薄肉としているため、アウターシャフト１とインナーシャフト２間の摺動抵抗力に等しい、いわゆるコラプス荷重のコントロールは薄肉部１ｃで行い、回転方向の大トルクの伝達を肉厚の小径部１ａで行うという各役割を分担することができ、両シャフト間の回転トルクの伝達に必要な捩じり強度が保たれた状態で、比較的低いコラプス荷重を得ることができる。
【００２１】
また、アウターシャフト１の薄肉部１ｃは加圧変形時の弾性が大きくなるため、シメシロ（塑性変形量）とコラプス荷重の関係が鈍感となり、シメシロの大きさの割にはコラプス荷重が大きくならないので、目標とするコラプス荷重に対して実際のシメシロを十分に取ることができ、コラプス荷重のバラツキを抑えることができる。このように、比較的低いコラプス荷重の嵌合で摩耗することがあっても、ガタを無くすためのシメシロを十分に取ることができるので、耐久性の向上につながる。
【００２２】
したがって、上記の如く、比較的低いコラプス荷重を設定できるので、上記構成と相まって、アウターシャフト１とインナーシャフト２の熱処理等の表面硬化加工を行うことによって耐摩耗性を向上させるならば、常時、軸方向の摺動機能を維持することができる。
【００２３】
尚、この第１の実施形態では、加工工具３は直方形で、アウターシャフト１の直径方向両外側に押し当てたが、図４に示すように、Ｖ字型の加工工具４を用いることもできる。この場合、同図に示すように、Ｖ字型加工工具４をアウターシャフト１の直径方向外側から押し当て、図３に示したように、この加工工具４に矢印方向に所定の荷重を加えることにより、薄肉部１ｃの部分を４つの当接点からそれぞれ直径方向内側へ押圧して、これを塑性変形させる。この時、薄肉部１ｃの部分は塑性変形して角の丸い略４角形のような形になり、このつぶされて形成された４辺の部分がインナーシャフト２の外周面に対して押圧力を発揮して摺動抵抗力を生み出す。一方、インナーシャフト２の薄肉部２ｃの部分も塑性変形して、角の丸い略４角形のような形になり、この丸い角の部分がアウターシャフト１の内周面に対して押圧力を発揮して、摺動抵抗力を生み出す。
【００２４】
また、この第１の実施形態では、加工工具３の押圧する端部は平面としたが、図５に示すように、端部３１ａの断面形状を円弧状に成形した加工工具３１を用いることもできる。この加工工具３１は、薄肉部１ｃとの当接点が小さくなり、塑性変形する部分が緩やかな変形となるので、インナーシャフト２をアウターシャフト１に圧入し易くなると共に、異なった摺動抵抗力を生み出すことができ、摺動抵抗力を調整する場合に必要に応じて用いることができる。
【００２５】
次に、第２の実施形態について図９を参照して説明する。この実施形態は上記実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。異なっているのは、インナーシャフト５が中実で、先端のアウターシャフト１との係合部分の薄肉部５ｂを穴加工で形成している点である。５ａはインナーシャフト５の外周部に形成された雄セレーションである。
【００２６】
この構成において、アウターシャフト１の薄肉部１ｃに、インナーシャフト５の薄肉部５ｂが圧接・係合している。このアウターシャフト１の薄肉部１ｃの部分に、図２に示したように、直径方向両外側から、加工工具３が押し当てられており、図３に示したように、この加工工具３に矢印方向に所定の荷重で加圧することにより、薄肉部１ｃの部分を直径方向内側へ押圧して、これを塑性変形させる。その後、図１０に示すように、インナーシャフト５を軸方向に押し込んで必要な長さにする。この時の、薄肉部１ｃや薄肉部５ｂの塑性変形による摩擦抵抗力の発生については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。この実施形態では、アウターシャフト１の薄肉部５ｂを穴加工で形成しているので、インナーシャフト５を中実に設定しなければならない時に適用できる。
【００２７】
次に、第３の実施形態について図１１を参照して説明する。この実施形態は上記第１の実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。異なっているのは、インナーシャフト２の素径部２ｄの外径が、薄肉部２ｃを形成している部分（第１の実施形態の大径部２ａ）の外径よりも径が大きく設定されている点である。
【００２８】
この構成において、アウターシャフト１の薄肉部１ｃに、インナーシャフト２の薄肉部２ａが圧接・係合している。このアウターシャフト１の薄肉部１ｃの部分に、加工工具３を押し当て、これを塑性変形させる工程は上記実施形態と同様であるので説明を省略する。その後、図１２に示すように、インナーシャフト２を軸方向に押し込んで必要な長さにする。この実施形態では、特に、素径部２ｄの外径が薄肉部２ｃの外径よりも太くなっているので、作業台に固定し易く、薄肉部２ｃの絞り加工と同時にセレーション加工も可能なので、低コストにつながる。
【００２９】
次に、本発明の第４および第５の実施形態について図１３および図１４をそれぞれ参照して説明する。これら実施形態において上記実施形態と異なっているのは、アウターシャフトとインナーシャフトとの先端加圧部を薄肉部とすることに加えて、もしくは薄肉部とする代わりに、当該加圧部の肉を円周方向もしくは軸方向に一部取り去り低剛性化している点にある。第４および第５の実施形態について、前記実施形態と同一部分には同一符号を付し、前記実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００３０】
図１３に示す第４実施の形態においてアウターシャフト１の先端薄肉部１ｃには、円周方向に延びる切り欠き部１ｄが形成されており、またインナーシャフト２の先端も薄肉化され、同じく円周方向に切り欠き部２ｅが形成されている。第４実施の形態においては、これら切り欠き部の形成の仕方によって、前記実施形態同様の効果を達成できる。
【００３１】
図１４に示す第５実施の形態においてアウターシャフト１の先端薄肉部１ｃには、軸方向に延びる切り欠き部１ｅが形成されている。第５実施の形態において、図示の無いインナーシャフトの先端部加圧部はアウターシャフト同様に軸方向に切り欠き部を形成しても良いし、上述した実施形態のいずれかの方法により薄肉化、もしくは切り欠きを設けて低剛性化しても良い。
【００３２】
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、アウターシャフトの小径部とインナーシャフトの大径部、又はアウターシャフトの小径部の、加圧する部分のみを、塑性変形によって生じる両シャフト間の摺動抵抗力が適度に小さくなる程度に薄肉に成形した薄肉部としたので、両シャフト間の回転トルクの伝達に必要な捩じり強度が保たれた状態で、比較的低いコラプス荷重に容易に設定することができる。したがって、アウターシャフトとインナーシャフトの組み立て圧入が容易になると共に、加圧する部分の実際のシメシロを十分に取ることができるため、回転方向のガタを無くすことができ、結果として耐久性が向上する。
【００３３】
また、加圧変形後の剛性が低くなるため、低いコラプス荷重を安定させることができると共に、部品精度と組み立て精度を上げることなく安定した品質を維持することができる。したがって、低コスト化を図ることができ、衝突時に運転者を保護する点での信頼性を高めることができる。
さらに、薄肉化と表面硬化処理を組み合わせることにより、コラプス荷重が低い状態で、常時摺動可能とすることができるため、低コスト化に寄与するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す衝撃吸収式ステアリングシャフトの断面構成図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す加圧セット状態の断面図。
【図３】図２のセット状態の加圧動作を示す説明図。
【図４】図１における加工工具の他の実施形態（Ｖ字型）を示す断面構成図。
【図５】図１における加工工具の他の実施形態（丸型）を示す部分断面構成図。
【図６】図１のステアリングシャフトを短縮した状態を示す断面構成図。
【図７】図６のＢ−Ｂ断面を示す断面図。
【図８】図６のＣ−Ｃ断面を示す断面図。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す衝撃吸収式ステアリングシャフトの断面構成図。
【図１０】図９のステアリングシャフトを短縮した状態を示す断面構成図。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示す衝撃吸収式ステアリングシャフトの断面構成図。
【図１２】図１１のステアリングシャフトを短縮した状態を示す断面構成図。
【図１３】本発明の第４の実施形態を示す衝撃吸収式ステアリングシャフトの部分構成斜視図。
【図１４】本発明の第５の実施形態を示す衝撃吸収式ステアリングシャフトのアウターシャフトの部分構成斜視図。
【図１５】従来の衝撃吸収式ステアリングシャフトを示す断面構成図。
【図１６】従来の衝撃吸収式ステアリングシャフト（加圧式）の断面構成図。
【符号の説明】
【００３５】
１      アウターシャフト
１ａ    小径部
１ｂ    雌セレーション溝
１ｃ    薄肉部
１ｄ、１ｅ  切り欠き部
２      インナーシャフト
２ａ    大径部
２ｂ    雄セレーション溝  
２ｃ    薄肉部
２ｅ    切り欠き部
３      加工工具
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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