JP2008222143A

JP2008222143A - Energy absorbing shaft for steering device

Info

Publication number: JP2008222143A
Application number: JP2007066367A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Hatanaka; 和幸畑中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a structure capable of securing shock absorbing efficiency in a collision accident, capable of reducing stress generated in a small cross sectional area part 13a in transmission of torque, and capable of improving durability and reliability while restraining increase of an axial dimension of the small cross sectional area part 13a. <P>SOLUTION: A cross sectional shape of the small cross sectional area part 13a is substantially a rectangular shape wherein a bent direction based on an impact load applied in the collision accident is a thickness and a perpendicular direction with respect to the bent direction is a width. Further, a width dimension W of the cross sectional shape is less than a diameter of a groove bottom circle of a male serration groove 15 formed on an outer peripheral surface of an inner shaft 7a. Furthermore, a thickness dimension T of the cross sectional shape is less than the width dimension. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、自動車用操舵装置を構成する中間シャフトのうち、衝突事故の際に衝撃エネルギを吸収しつつ折れ曲がる事で運転者を保護する、ステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of an energy absorbing shaft for a steering device that protects a driver by bending while absorbing impact energy in the event of a collision among intermediate shafts that constitute a steering device for an automobile.

自動車用操舵装置は、図６に示す様に、運転者が操作するステアリングホイール１の動きを、ステアリングシャフト２及び中間シャフト３等の複数本のシャフトと、これら各シャフト２、３の端部同士を結合した自在継手４ａ、４ｂとを介して、図示しないステアリングギヤに伝達する様に構成している。この様に構成される自動車用操舵装置では、衝突時に運転者を保護する為、上記ステアリングシャフト２及びこのステアリングシャフト２を挿通したステアリングコラム５、或いは上記中間シャフト３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。又、上記中間シャフト３に関しては、衝撃に伴って、この衝撃のエネルギを吸収しつつ軸方向中間部で「く」字形に折れ曲がる構造とする事も、従来から広く行なわれている。 As shown in FIG. 6, the steering apparatus for an automobile moves a steering wheel 1 operated by a driver from a plurality of shafts such as a steering shaft 2 and an intermediate shaft 3, and ends of the shafts 2 and 3. Is transmitted to a steering gear (not shown) through universal joints 4a and 4b. In the vehicle steering apparatus configured as described above, in order to protect the driver in the event of a collision, the steering shaft 2 and the steering column 5 through which the steering shaft 2 is inserted, or the intermediate shaft 3 are brought into contact with the impact. In general, an energy absorption type that absorbs impact energy and shortens the entire length is used. Further, regarding the intermediate shaft 3, it has been widely practiced that the intermediate shaft 3 is bent in a “<” shape at the axial intermediate portion while absorbing the energy of the impact.

この様な、衝撃のエネルギを吸収しつつ軸方向中間部で折れ曲がるステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトとして従来から、例えば特許文献１等に記載されたものが知られている。図７〜１１は、この特許文献１に記載された、ステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトの１例を示している。このステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトは、第一のアウタチューブ６と、インナシャフト７と、第二のアウタチューブ８とを備える。この第二のアウタチューブ８が、特許請求の範囲に記載したアウタチューブに相当する。これら各部材６〜８は、インナシャフト７の外周面に形成した雄セレーション溝と上記第一、第二の両アウタチューブ６、８の内周面に形成した雌セレーション溝とをセレーション係合させる事で、トルク伝達と軸方向に関する相対変位とを可能に組み合わせている。 As such an energy absorbing shaft for a steering device that bends at an intermediate portion in the axial direction while absorbing impact energy, one described in, for example, Patent Document 1 has been known. FIGS. 7 to 11 show an example of an energy absorbing shaft for a steering device described in Patent Document 1. FIG. This energy absorbing shaft for a steering device includes a first outer tube 6, an inner shaft 7, and a second outer tube 8. The second outer tube 8 corresponds to the outer tube described in the claims. Each of these members 6 to 8 engages a male serration groove formed on the outer peripheral surface of the inner shaft 7 and a female serration groove formed on the inner peripheral surfaces of the first and second outer tubes 6 and 8. Thus, torque transmission and relative displacement in the axial direction are combined in a possible manner.

但し、上記インナシャフト７と上記第一、第二の両アウタチューブ６、８との間には、それぞれ変位制限部９ａ、９ｂ、９ｃを設けている。これら各変位制限部９ａ、９ｂ、９ｃを設ける為に、上記インナシャフト７の外周面複数個所（図示の例では３個所）に形成した小径部１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、上記両アウタチューブ６、８に形成した通孔１１ａ、１１ｂ、１１ｃとの間に合成樹脂１２ａ、１２ｂ、１２ｃを掛け渡している。従って上記インナシャフト７と上記第一、第二の両アウタチューブ６、８とは、軸方向に強い衝撃が加わり、上記合成樹脂１２ａ、１２ｂ、１２ｃが裂断した場合にのみ、軸方向に関して相対変位可能になる。又、インナシャフト７の中間部で上記第二のアウタチューブ８の軸方向中間部内径側に位置する部分に小断面積部１３を設けている。この小断面積部１３は、上記インナシャフト７の他の部分に比べて十分に小径として、この小断面積部１３部分の曲げ剛性を、衝突事故の際に加わる衝撃荷重に基づいて折れ曲がる程度としている。更に、上記第二のアウタチューブ８の一端縁で、上記第一のアウタチューブ６の一端縁（図７の左下端縁）に対向する部分（図７の右上部分）を、その片半部側が他半部側よりも上記第一のアウタチューブ６の一端縁から離れる向きに（中心軸に対し直交する仮想平面に対し）傾斜させている。尚、第二のアウタチューブ８の一端縁に代えて、或はこの一端縁と共に、第一のアウタチューブ６の一端縁を傾斜させる場合もある。 However, displacement limiting portions 9a, 9b, and 9c are provided between the inner shaft 7 and the first and second outer tubes 6 and 8, respectively. In order to provide each of these displacement limiting portions 9a, 9b, 9c, small diameter portions 10a, 10b, 10c formed at a plurality of locations on the outer peripheral surface of the inner shaft 7 (three locations in the illustrated example), both the outer tubes 6, Synthetic resins 12a, 12b, and 12c are spanned between the through holes 11a, 11b, and 11c formed in the No. 8. Therefore, the inner shaft 7 and the first and second outer tubes 6 and 8 are relatively relative to each other only in the axial direction when a strong impact is applied in the axial direction and the synthetic resins 12a, 12b, and 12c are torn. Displaceable. A small cross-sectional area portion 13 is provided at a portion of the inner shaft 7 located on the inner diameter side of the second outer tube 8 in the axial direction intermediate portion. The small cross-sectional area 13 has a sufficiently small diameter as compared with the other parts of the inner shaft 7, and the bending rigidity of the small cross-sectional area 13 is such that it bends based on the impact load applied in the event of a collision. Yes. Further, a portion of the one end edge of the second outer tube 8 facing the one end edge (the left lower end edge in FIG. 7) of the first outer tube 6 (the upper right portion in FIG. 7) It is made to incline in the direction which leaves | separates from the one end edge of said 1st outer tube 6 rather than the other half part side (with respect to the virtual plane orthogonal to a central axis). The one end edge of the first outer tube 6 may be inclined instead of or together with the one end edge of the second outer tube 8.

上述の様なステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトは、自動車の操舵装置に組み込まれ、ステアリングホイール１（図６）の動きを、図示しないステアリングギアに伝える。通常時には、上記小断面積部１３の周囲に第二のアウタチューブ８が、上記合成樹脂１２ｂ、１２ｃの係止力に基づいて存在する。この為、インナシャフト７がこの小断面積部１３で折れ曲がる事はない。又、操舵の為のトルクは、主として上記第二のアウタチューブ８によって、上記インナシャフト７の後部（図７の右上部）から前部（同左下部）に伝達される。 The energy absorbing shaft for a steering device as described above is incorporated in a steering device of an automobile and transmits the movement of the steering wheel 1 (FIG. 6) to a steering gear (not shown). Normally, the second outer tube 8 exists around the small cross-sectional area 13 based on the locking force of the synthetic resins 12b and 12c. For this reason, the inner shaft 7 is not bent at the small cross-sectional area 13. Further, the torque for steering is transmitted from the rear part (upper right part in FIG. 7) of the inner shaft 7 to the front part (lower left part) mainly by the second outer tube 8.

衝突時に（一次衝突又は二次衝突に伴って）上記ステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトに、軸方向に亙る強い圧縮力が加わると、先ず、上記第一のアウタチューブ６と上記インナシャフト７との間に掛け渡された合成樹脂１２ａが裂断し、この合成樹脂１２ａによる係止力が喪失する。そして、このインナシャフト７と第一のアウタチューブ６とが図７→図８の様に軸方向に変位し、この第一のアウタチューブ６の一端縁上半部と第二のアウタチューブ８の一端縁上半部とが当接する。この状態から更に上記インナシャフト７が、上記第一のアウタチューブ６に対し後方（図７の右上方向）に移動すると、上記第二のアウタチューブ８と上記インナシャフト７との間に掛け渡された合成樹脂１２ｂ、１２ｃも裂断し、この第二のアウタチューブ８が上記第一のアウタチューブ６により、上記インナシャフト７の一端（図７の左下端）に向け押される。そして、図８→図９に示す様に、第一のアウタチューブ６と第二のアウタチューブ８との突き合わせ面が軸方向に移動し、この突き合わせ面が、上記小断面積部１３の中間部周囲に存在する様になる。同時に、上記第二のアウタチューブ８の一端面が上記インナシャフト７の一端部に設けた段差面１４に突き当たり、それ以上、このインナシャフト７に対し軸方向に移動しない様になる。 When a strong compressive force in the axial direction is applied to the energy absorbing shaft for the steering device during a collision (according to a primary collision or a secondary collision), first, the first outer tube 6 and the inner shaft 7 The synthetic resin 12a stretched between them is broken, and the locking force by the synthetic resin 12a is lost. The inner shaft 7 and the first outer tube 6 are displaced in the axial direction as shown in FIGS. 7 to 8, and the upper half of one end edge of the first outer tube 6 and the second outer tube 8 One end edge upper half part contacts. When the inner shaft 7 further moves rearward (upper right direction in FIG. 7) with respect to the first outer tube 6 from this state, the inner shaft 7 is stretched between the second outer tube 8 and the inner shaft 7. The synthetic resins 12b and 12c are also broken, and the second outer tube 8 is pushed toward one end of the inner shaft 7 (the lower left end in FIG. 7) by the first outer tube 6. Then, as shown in FIGS. 8 to 9, the abutting surface between the first outer tube 6 and the second outer tube 8 moves in the axial direction, and this abutting surface is an intermediate portion of the small cross-sectional area portion 13. It seems to exist around. At the same time, one end surface of the second outer tube 8 abuts on a stepped surface 14 provided at one end portion of the inner shaft 7 and no longer moves in the axial direction with respect to the inner shaft 7.

この様な図９に示した状態から、更に上記圧縮力が加わると、傾斜した上記第二のアウタチューブ８の一端縁と、上記第一のアウタチューブ６の一端縁との係合に基づいて、これら両アウタチューブ８、６の中心軸同士を曲げる方向の力が加わる。そして、上記インナシャフト７の小断面積部１３が、図９→図１０→図１１に示す様に、塑性変形する事で折れ曲がる。この様に小断面積部１３を折り曲げる方向に塑性変形させる事により、ステアリング用シャフトの全長を縮めつつ、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。 When the compressive force is further applied from the state shown in FIG. 9, based on the engagement between the inclined one end edge of the second outer tube 8 and the one end edge of the first outer tube 6. A force in the direction of bending the central axes of the outer tubes 8 and 6 is applied. The small cross-sectional area 13 of the inner shaft 7 is bent by plastic deformation as shown in FIGS. In this way, by plastically deforming the small cross-sectional area 13 in the direction of bending, the energy due to the collision is absorbed while the overall length of the steering shaft is shortened, and the impact applied to the driver's body is reduced.

上述の様なステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトは、衝突事故の際に衝撃エネルギの吸収を効果的に行なえる機能の他、通常時（衝突事故の未発生時）に操舵の為のトルクを確実に伝達する機能を要求される。上記ステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトに設けた、上記小断面積部１３部分で上記トルクは、前述した通り、主として、この小断面積部１３の周囲に設けた上記第二のアウタチューブ８によって伝達される。但し、上記トルクの一部は、上記小断面積部１３を通じて伝達される。この理由は、上記第二のアウタチューブ８の内周面に形成した雌セレーション溝と、上記インナシャフト７の外周面に形成した雄セレーション溝とのセレーション係合部に、僅かとは言えバックラッシュが存在するし、上記第二のアウタチューブ８に関しても、捩れ方向の弾性変形が全くないとは言えない為である。 The energy absorbing shaft for a steering device as described above has a function of effectively absorbing impact energy in the event of a collision, and ensures a torque for steering during normal times (when no collision accident occurs). The function to transmit to is required. As described above, the torque is transmitted mainly by the second outer tube 8 provided around the small cross-sectional area 13 as described above at the small cross-sectional area 13 provided on the energy absorbing shaft for the steering device. Is done. However, a part of the torque is transmitted through the small cross-sectional area portion 13. The reason for this is that backlash, although slight, is caused by the serration engaging portion between the female serration groove formed on the inner peripheral surface of the second outer tube 8 and the male serration groove formed on the outer peripheral surface of the inner shaft 7. This is because the second outer tube 8 does not have any elastic deformation in the twisted direction.

即ち、上記セレーション係合部には、上記第二のアウタチューブ８と上記インナシャフト７との組立作業を容易に行なえる様にする為、更には組立時に上記小断面積部１３が座屈変形しない様にする為、不可避的なバックラッシュが存在する。このバックラッシュは、上記雌セレーション溝と上記雄セレーション溝との間の微小隙間に前記変位制限部９ｂ、９ｃを構成する合成樹脂１２ｂ、１２ｃが入り込む事で、ステアリング剛性確保の面からは殆ど無視できる程度に小さくなる。但し、停車状態のままステアリングホイールを回転させる据え切りを行なう等、上記トルクが大きくなると、上記第二のアウタチューブ８と上記インナシャフト７とが回転方向に関して僅かとは言え相対変位し、この相対変位に伴って、上記トルクの一部が上記小断面積部１３により伝達される事になる。そして、このトルク伝達の結果、この小断面積部１３に応力が発生する。 That is, the small cross-sectional area 13 is buckled and deformed in the serration engaging portion so that the assembly work of the second outer tube 8 and the inner shaft 7 can be easily performed. There is an inevitable backlash to avoid it. This backlash is almost ignored from the aspect of securing the steering rigidity because the synthetic resins 12b and 12c constituting the displacement limiting portions 9b and 9c enter the minute gap between the female serration groove and the male serration groove. It becomes small as much as possible. However, if the torque is increased, such as when the steering wheel is rotated while the vehicle is stopped, the second outer tube 8 and the inner shaft 7 are relatively displaced in the rotational direction. A part of the torque is transmitted by the small cross-sectional area 13 along with the displacement. As a result of this torque transmission, stress is generated in the small cross-sectional area portion 13.

この応力は極く僅かであり、この小断面積部１３に亀裂等の損傷を発生する可能性は殆ど無いし、仮にこの様な損傷が発生しても、上記第二のアウタチューブ８によるトルク伝達は行なわれるので、自動車用操舵装置としての機能は確保される。但し、自動車用操舵装置は、長期間に亙り繰り返し使用されるもので、据え切りを多用する運転者の存在も考えられるし、上記損傷が発生した場合には、衝突事故の際のエネルギ吸収機能を期待できなくなる。従って、操舵の為にステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトを通じて伝達されるトルクが大きい場合にも、上記小断面積部１３に生じる応力をできるだけ小さく抑えられる構造を実現する事が、極端な使用条件下でも十分な耐久性及び信頼性を確保する面からは好ましい。 This stress is extremely small, and there is almost no possibility of causing damage such as cracks in the small cross-sectional area 13. Even if such damage occurs, the torque generated by the second outer tube 8 is not affected. Since the transmission is performed, the function as a steering apparatus for an automobile is ensured. However, the automobile steering system is used repeatedly over a long period of time, and there may be a driver who frequently uses stationary, and in the event of the above damage, the energy absorbing function in the event of a collision accident Can not expect. Therefore, even when the torque transmitted through the energy absorbing shaft for the steering device for steering is large, it is possible to realize a structure that can suppress the stress generated in the small cross-sectional area 13 as small as possible under extreme use conditions. However, it is preferable in terms of ensuring sufficient durability and reliability.

一方、従来から知られているステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトを構成するインナシャフト７は、前述した特許文献１に記載されたものも含め、図１２〜１３に示す様に、小断面積部１３を、雄セレーション溝１５を形成した外周面部分と同心で円筒状の外周面を有する円柱状に形成していた。この様な円柱状の小断面積部１３は、トルク伝達に供される部分の最大直径が小さい為、特定の大きさのトルクを伝達した場合に上記小断面積部１３に発生する応力が比較的大きくなり、上記耐久性及び信頼性を確保する面からは不利である。上記図１２〜１３に示した構造で、上記小断面積部１３の外径を大きくすれば、上記応力を低減する事での耐久性及び信頼性の確保は図れるが、上記小断面積部１３の曲げ剛性が高くなり、衝突事故の際の運転者保護を図り難くなる可能性がある。 On the other hand, as shown in FIGS. 12 to 13, the inner shaft 7 that constitutes a conventionally known energy absorbing shaft for a steering device includes a small cross-sectional area portion 13 as shown in FIGS. Is formed in a columnar shape having a cylindrical outer peripheral surface concentric with the outer peripheral surface portion where the male serration groove 15 is formed. Since such a cylindrical small cross-sectional area 13 has a small maximum diameter of a portion used for torque transmission, the stress generated in the small cross-sectional area 13 when a torque of a specific magnitude is transmitted is compared. This is disadvantageous in terms of securing the durability and reliability. In the structure shown in FIGS. 12 to 13, if the outer diameter of the small cross-sectional area portion 13 is increased, durability and reliability can be ensured by reducing the stress, but the small cross-sectional area portion 13 can be ensured. This increases the bending rigidity of the vehicle and may make it difficult to protect the driver in the event of a collision.

特開平８−２５８７２７号公報JP-A-8-258727

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、小断面積部の軸方向寸法の増大を抑えつつ、衝突事故の際の衝撃吸収性能（折れ曲がり易さ）を確保し、しかもトルク伝達時に上記小断面積部に発生する応力を低減して、耐久性及び信頼性の向上を図れるステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトを実現すべく発明したものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention secures shock absorption performance (ease of bending) in the event of a collision while suppressing an increase in the axial dimension of the small cross-sectional area portion, and further reduces the above-mentioned small amount during torque transmission. The invention was invented to realize an energy absorbing shaft for a steering device that can reduce the stress generated in the cross-sectional area portion and improve durability and reliability.

本発明のステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトは、インナシャフトと、アウタチューブと、変位制限部とを備える。
このうちのインナシャフトは、軸方向中間部に小断面積部を、外周面に雄セレーション溝を、それぞれ形成している。
又、上記アウタチューブは、内周面に雌セレーション溝を形成している。そして、この雌セレーション溝と上記雄セレーション溝とをセレーション係合させた状態で上記インナシャフトの周囲に、上記小断面積部を跨ぐ状態で外嵌されている。
又、上記変位制限部は、上記インナシャフトと上記アウタチューブとの間に設けられ、これらインナシャフトとアウタチューブとの間に軸方向に強い力が加わった場合にのみ、これらインナシャフトとアウタチューブとの軸方向に関する相対変位を可能にするものである。
そして、軸方向に関して大きな荷重が加わった場合に上記小断面積部を、上記アウタチューブの軸方向端面とこの軸方向端面が対向する相手面との傾斜方向に応じて定める所定方向に折り曲げる事により、上記荷重のエネルギを吸収する。 The energy absorbing shaft for a steering device according to the present invention includes an inner shaft, an outer tube, and a displacement limiting portion.
Of these, the inner shaft has a small cross-sectional area portion formed in the axially intermediate portion and a male serration groove formed on the outer peripheral surface.
The outer tube has a female serration groove on the inner peripheral surface. Then, the female serration groove and the male serration groove are serrated and engaged with each other around the inner shaft so as to straddle the small cross-sectional area.
The displacement limiting portion is provided between the inner shaft and the outer tube, and the inner shaft and the outer tube are provided only when a strong axial force is applied between the inner shaft and the outer tube. Relative displacement in the axial direction.
Then, when a large load is applied in the axial direction, the small cross-sectional area portion is bent in a predetermined direction determined according to the inclination direction between the axial end surface of the outer tube and the opposing surface facing the axial end surface. The energy of the load is absorbed.

特に、本発明のステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトに於いては、上記小断面積部の断面形状を、上記荷重に基づく折れ曲がり方向を厚さとし、この折れ曲がり方向に対し直角方向を幅とする、実質的矩形としている。そして、上記断面形状の幅寸法を上記雄セレーション溝の溝底円の直径未満とし、この断面形状の厚さ寸法をこの幅寸法未満としている。尚、実質的矩形の断面形状とは、断面の輪郭線のうち、厚さ方向両側を区画する部分が互いに平行な１対の線分である形状を言う。この輪郭線のうちでこれら両線分の両端部同士を結ぶ部分の形状は問わない。例えば、この部分の形状は、上記インナシャフトの中心をその曲率中心とする凸円弧であっても、或いは上記両線分に対し直角に折れ曲がった直線であっても良い。
上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、上記小断面積部の中央部に、この小断面積部を断面形状の厚さ方向に貫通する通孔を形成する。 In particular, in the energy absorbing shaft for a steering device according to the present invention, the cross-sectional shape of the small cross-sectional area portion has a thickness in a bending direction based on the load, and a width in a direction perpendicular to the bending direction. The target rectangle. The width dimension of the cross-sectional shape is less than the diameter of the bottom circle of the male serration groove, and the thickness dimension of the cross-sectional shape is less than the width dimension. Note that the substantially rectangular cross-sectional shape refers to a shape in which a portion that divides both sides in the thickness direction is a pair of line segments parallel to each other in a cross-sectional outline. The shape of the part which connects the both ends of these line segments among these outlines is not ask | required. For example, the shape of this part may be a convex arc whose center of curvature is the center of the inner shaft, or a straight line that is bent at right angles to the two line segments.
When the present invention as described above is carried out, preferably, as described in claim 2, a through-hole penetrating the small cross-sectional area portion in the thickness direction of the cross-sectional shape is provided at the center of the small cross-sectional area portion. Form.

上述の様に構成する本発明のステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトによれば、小断面積部の軸方向寸法の増大を抑えつつ、衝突事故の際の衝撃吸収性能を確保し、しかもトルク伝達時に上記小断面積部に発生する応力を低減して、耐久性及び信頼性の向上を図れる。
即ち、断面形状が矩形である小断面積部は、厚さ方向に作用する折り曲げ力に対する剛性は低い。従って、この厚さ方向をインナシャフトを折り曲げるべき方向に一致させれば、衝突事故の際に上記小断面積部を比較的小さな力で折り曲げて、衝突事故の際の運転者保護を図れる。 According to the energy absorbing shaft for a steering device of the present invention configured as described above, the shock absorbing performance in the event of a collision is ensured while suppressing an increase in the axial dimension of the small cross-sectional area, and at the time of torque transmission. It is possible to reduce the stress generated in the small cross-sectional area and improve the durability and reliability.
That is, the small cross-sectional area portion having a rectangular cross-sectional shape has low rigidity against the bending force acting in the thickness direction. Therefore, if this thickness direction is made coincident with the direction in which the inner shaft should be bent, the small cross-sectional area can be bent with a relatively small force in the event of a collision, thereby protecting the driver in the event of a collision.

一方、上記小断面積部の幅寸法は、上記インナシャフトと組み合わされるアウタチューブの内周面に形成された雌セレーション溝と干渉しない範囲で大きくできる。従って、トルク伝達に供される部分の最大直径を大きくできて、特定の大きさのトルクを伝達した場合に上記小断面積部に発生する応力を小さく抑えられる。即ち、この応力は、上記トルク伝達に供される部分の最大直径を大きくすれば、上述の様に、特定の大きさのトルクを伝達した場合に上記小断面積部に発生する応力を小さく抑えられる。そして、据え切りを多用する運転者が、同じ自動車用操舵装置を長期間に亙り繰り返し使用する様な、厳しい使用条件下であっても、上記小断面積部に亀裂等の損傷が発生する事を防止して、十分な耐久性及び信頼性を確保できる。 On the other hand, the width dimension of the small cross-sectional area portion can be increased as long as it does not interfere with the female serration groove formed on the inner peripheral surface of the outer tube combined with the inner shaft. Therefore, the maximum diameter of the portion used for torque transmission can be increased, and the stress generated in the small cross-sectional area when the torque of a specific size is transmitted can be suppressed to a small value. That is, if the maximum diameter of the portion subjected to torque transmission is increased, this stress suppresses the stress generated in the small cross-sectional area portion when a specific magnitude of torque is transmitted as described above. It is done. And even under severe use conditions, such as a driver who frequently uses stationary equipment repeatedly using the same automobile steering system over a long period of time, damage such as cracks may occur in the small cross-sectional area. To ensure sufficient durability and reliability.

［実施の形態の第１例］
図１〜２は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、インナシャフト７ａの軸方向中間部に形成する小断面積部１３ａの形状を工夫する事により、この小断面積部１３ａの軸方向寸法の増大を抑えつつ、衝突事故の際の衝撃吸収性能を確保し、しかもトルク伝達時に上記小断面積部１３ａに発生する応力を低減する点にある。上記インナシャフト７ａと第一、第二両アウタチューブ６、８（図７〜１１参照）とを組み合わせ、衝突事故に伴って衝撃エネルギを吸収しつつ折れ曲がる中間シャフト３（図６参照）を構成する点に関しては、組み合わせに関して上記小断面積部１３ａの方向を工夫する点を除き、前述した従来構造と同様である。就いては、この従来構造と同様の部分に関しては、図示並びに説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。尚、図１〜２（後述する図３〜４及び前述した図１２〜１３も同様）には、上記インナシャフト７ａの軸方向中間部で、上記第二アウタチューブ８が外嵌される部分のみを示している。実際の場合に上記インナシャフト７ａは、前述の図７からも明らかな通り、軸方向両側に延びて、上記第一アウタチューブ６を外嵌する部分や、衝突事故の際に上記第二アウタチューブの軸方向端面を突き当てる為の段差面１４（図７参照）を備える。 [First example of embodiment]
1 and 2 show a first example of an embodiment of the present invention corresponding to only claim 1. The feature of the present example is that a collision accident can be achieved while suppressing an increase in the axial dimension of the small cross-sectional area portion 13a by devising the shape of the small cross-sectional area portion 13a formed in the intermediate portion of the inner shaft 7a in the axial direction. In this case, the shock absorbing performance is ensured, and the stress generated in the small cross-sectional area 13a during torque transmission is reduced. The inner shaft 7a and the first and second outer tubes 6 and 8 (see FIGS. 7 to 11) are combined to form an intermediate shaft 3 (see FIG. 6) that bends while absorbing impact energy in the event of a collision. Regarding the point, it is the same as the conventional structure described above, except that the direction of the small cross-sectional area 13a is devised for the combination. As for the same parts as those of the conventional structure, the illustration and description thereof will be omitted or simplified, and the following description will focus on the features of this example. In FIGS. 1 and 2 (the same applies to FIGS. 3 to 4 described later and FIGS. 12 to 13 described above), only the portion where the second outer tube 8 is externally fitted at the intermediate portion in the axial direction of the inner shaft 7a. Is shown. In an actual case, the inner shaft 7a extends to both sides in the axial direction, as is apparent from FIG. 7, and the second outer tube is fitted to the first outer tube 6 or in the event of a collision. The step surface 14 (refer FIG. 7) for abutting the axial direction end surface is provided.

本例のステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトを構成する、上記インナシャフト７ａの軸方向中間部に設けた、上記小断面積部１３ａの断面形状は、図２の（Ｃ）に示す様に、互いに平行な１対の線分１６、１６の両端部同士を、上記インナシャフト７ａの中心軸上の点を曲率中心とする円弧１７、１７により連続させた、実質的な矩形としている。上記両線分１６、１６と上記インナシャフト７ａの中心軸との距離は、互いに同じとしている。言い換えれば、上記小断面積部１３ａの断面形状は、上記インナシャフト７ａの中心軸上の点に関して対称としている。又、上記両線分１６、１６同士の間隔である、上記小断面積部１３の厚さＴを、上記両円弧１７、１７同士の間隔である、上記小断面積部１３の幅Ｗよりも十分に小さく（Ｔ≪Ｗ）している。具体的には、この幅Ｗを、上記インナシャフト７ａの外周面に形成した雄セレーション溝１５の溝底円の直径未満で、できるだけ大きくしている。そして、上記厚さＴを、衝突事故の際に衝撃エネルギを効果的に吸収できる曲げ剛性を確保する面から、適切に規制している。 As shown in FIG. 2C, the cross-sectional shape of the small cross-sectional area 13a provided in the intermediate portion in the axial direction of the inner shaft 7a constituting the energy absorbing shaft for the steering device of this example is Both ends of the pair of parallel line segments 16 and 16 are substantially rectangular in which arcs 17 and 17 having a point on the central axis of the inner shaft 7a as a center of curvature are continuous. The distances between the line segments 16 and 16 and the central axis of the inner shaft 7a are the same. In other words, the cross-sectional shape of the small cross-sectional area 13a is symmetric with respect to a point on the central axis of the inner shaft 7a. Further, the thickness T of the small cross-sectional area 13, which is the distance between the two line segments 16, 16, is larger than the width W of the small cross-sectional area 13, which is the distance between the two arcs 17, 17. It is sufficiently small (T << W). Specifically, the width W is made as large as possible below the diameter of the groove bottom circle of the male serration groove 15 formed on the outer peripheral surface of the inner shaft 7a. And the said thickness T is appropriately regulated from the surface which ensures the bending rigidity which can absorb impact energy effectively in the case of a collision accident.

上述の様なインナシャフト７ａと前記第一、第二両アウタチューブ６、８とを組み合わせて、衝突事故に伴って衝撃エネルギを吸収しつつ折れ曲がる中間シャフト３を構成する場合には、上記小断面積部１３ａの厚さ方向を、この中間シャフト３を折り曲げる方向に一致させる。具体的には、上記厚さＴが図７に表れる様に、上記厚さ方向と、上記第二アウタチューブ８の端面を傾斜させる方向とを一致させる。 When the inner shaft 7a as described above and the first and second outer tubes 6 and 8 are combined to form the intermediate shaft 3 that bends while absorbing impact energy in the event of a collision, The thickness direction of the area portion 13a is matched with the direction in which the intermediate shaft 3 is bent. Specifically, the thickness direction and the direction in which the end face of the second outer tube 8 is inclined are made to coincide with each other so that the thickness T appears in FIG.

上述の様なインナシャフト７ａを含んで構成する、本例のステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトによれば、上記小断面積部１３ａの軸方向寸法の増大を抑えつつ、衝突事故の際の衝撃吸収性能を確保し、しかも、トルク伝達時に上記小断面積部１３ａに発生する応力を低減して、耐久性及び信頼性の向上を図れる。この理由に就いて、以下に説明する。 According to the energy absorbing shaft for a steering device of this example configured to include the inner shaft 7a as described above, the impact absorption in the event of a collision accident is suppressed while suppressing an increase in the axial dimension of the small cross-sectional area portion 13a. The performance can be ensured, and the stress generated in the small cross-sectional area 13a during torque transmission can be reduced to improve the durability and reliability. The reason will be described below.

先ず、上記小断面積部１３ａの軸方向寸法の増大を抑えつつ、衝突事故の際の衝撃吸収性能を確保する事は、断面形状が矩形である上記小断面積部１３ａの剛性のうち、厚さ方向に作用する折り曲げ力に対する剛性が低い事で得られる。即ち、上記インナシャフト７ａは、図２の（Ａ）の上下方向に作用する力に対する剛性は高いが、同図の（Ｂ）の上下方向に作用する力に対する剛性は低い。上記インナシャフト７ａは上記第一、第二両アウタチューブ６、８と、衝突事故の際に図２の（Ｂ）の上下方向に力が作用する様に組み付ける。又、上記小断面積部１３ａの幅Ｗを、上記インナシャフト７ａの外周面に形成した雄セレーション溝１５の溝底円の直径未満にしているので、この雄セレーション溝１５と上記小断面積部１３ａの一部外周面とが擦れ合ったり噛み合ったりして、この小断面積部１３ａが折れ曲がる事に対する抵抗が発生する事はない。これらの理由により、上記小断面積部１３ａが適切な力で折れ曲がる様にして、上記衝撃吸収性能を確保し、衝突事故の際の運転者保護を図れる。 First, to suppress the increase in the axial dimension of the small cross-sectional area 13a and to ensure the shock absorption performance in the event of a collision accident, the thickness of the small cross-sectional area 13a having a rectangular cross-sectional shape is the thickness. It is obtained because the rigidity against the bending force acting in the vertical direction is low. That is, the inner shaft 7a has high rigidity with respect to the force acting in the vertical direction in FIG. 2A, but low in rigidity against the force acting in the vertical direction in FIG. The inner shaft 7a is assembled to the first and second outer tubes 6 and 8 so that a force acts in the vertical direction of FIG. Further, since the width W of the small cross-sectional area portion 13a is made smaller than the diameter of the groove bottom circle of the male serration groove 15 formed on the outer peripheral surface of the inner shaft 7a, the male serration groove 15 and the small cross-sectional area portion There is no resistance against bending of the small cross-sectional area 13a due to rubbing or meshing with a part of the outer peripheral surface of 13a. For these reasons, the shock absorbing performance can be ensured so that the small cross-sectional area 13a bends with an appropriate force, and the driver can be protected in the event of a collision.

又、トルク伝達時に上記小断面積部１３ａに発生する応力を低減して、耐久性及び信頼性の向上を図れる効果は、この小断面積部１３ａの幅寸法Ｗを、上記第二のアウタチューブ８の内周面に形成された雌セレーション溝と干渉しない範囲で大きくできる事で得られる。即ち、上記幅寸法Ｗを大きくできる為、トルク伝達に供される部分の最大直径（＝Ｗ）を大きくできて、上記小断面積部１３ａに関するトルク伝達部（この小断面積部１３ａの断面）の平均直径を大きくできる。特定の大きさのトルクを伝達した場合に上記小断面積部１３ａに発生する応力は、上記トルク伝達に供される部分の最大直径（＝Ｗ）を大きくする事で上記平均直径を大きくすれば、上述の様に、特定の大きさのトルクを伝達した場合に上記小断面積部１３ａに発生する応力を小さく抑えられる。そして、据え切りを多用する運転者が、同じ自動車用操舵装置を長期間に亙り繰り返し使用する様な、厳しい使用条件下であっても、上記小断面積部に亀裂等の損傷が発生する事を防止して、十分な耐久性及び信頼性を確保できる。 The effect of reducing the stress generated in the small cross-sectional area 13a during torque transmission and improving the durability and reliability is that the width dimension W of the small cross-sectional area 13a is set to the second outer tube. 8 is obtained by making it large within a range that does not interfere with the female serration groove formed on the inner peripheral surface. That is, since the width dimension W can be increased, the maximum diameter (= W) of the portion to be used for torque transmission can be increased, and the torque transmission portion related to the small cross-sectional area portion 13a (the cross section of the small cross-sectional area portion 13a). The average diameter can be increased. When the torque of a specific magnitude is transmitted, the stress generated in the small cross-sectional area portion 13a can be increased by increasing the average diameter by increasing the maximum diameter (= W) of the portion subjected to the torque transmission. As described above, when the torque having a specific magnitude is transmitted, the stress generated in the small cross-sectional area 13a can be kept small. And even under severe use conditions, such as a driver who frequently uses stationary equipment repeatedly using the same automobile steering system over a long period of time, damage such as cracks may occur in the small cross-sectional area. To ensure sufficient durability and reliability.

［実施の形態の第２例］
図３〜４は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、インナシャフト７ｂの軸方向中間部に設けた小断面積部１３ｂの中央部に、この小断面積部１３ｂを断面形状の厚さ方向に貫通する、円形の通孔１８を形成している。そして、この通孔１８を形成した分、上記小断面積部１３ｂの厚さＴ₁ を、上述した実施の形態の第１例の場合に比べて大きくしている。
この様な本例の場合、中央部に通孔１８を形成し、上記小断面積部１３ｂの肉を径方向外寄り部分に集めている為、上記小断面積部１３ｂに関するトルク伝達部の平均直径を、上記実施の形態の第１例よりも更に大きくできる。この結果、特定の大きさのトルクを伝達した場合に上記小断面積部１３ｂに発生する応力を、上記実施の形態の第１例よりも更に小さく抑えられる。 [Second Example of Embodiment]
FIGS. 3-4 has shown the 2nd example of embodiment of this invention corresponding to Claim 1,2. In the case of this example, a circular through hole 18 that penetrates the small cross-sectional area 13b in the thickness direction of the cross-sectional shape at the center of the small cross-sectional area 13b provided at the axially intermediate portion of the inner shaft 7b. Is forming. Then, the thickness T ₁ of the small cross-sectional area 13b is made larger than that of the first example of the above-described embodiment by the amount of the through holes 18 formed.
In the case of this example, since the through hole 18 is formed in the central portion and the meat of the small cross-sectional area portion 13b is gathered in the radially outward portion, the average torque transmission portion related to the small cross-sectional area portion 13b The diameter can be made larger than in the first example of the above embodiment. As a result, the stress generated in the small cross-sectional area portion 13b when a specific magnitude of torque is transmitted can be further reduced as compared with the first example of the above embodiment.

図５は、小断面積部の形状の相違が、特定の大きさのトルクを伝達した場合に当該小断面積部に発生する応力の大きさに及ぼす影響を知る為に行なったＦＥＭ解析の結果を示している。この解析では、各試料同士の間で小断面積部の曲げ剛性（曲げ強さ、衝突事故の際に折れ曲がりにより吸収する衝撃エネルギの大きさ）を同じとした場合に、特定の大きさのトルク伝達に伴って各試料の小断面積部に発生する応力の大きさの相違に就いて求めた。上記図５では、前述の図１２〜１３に示した様な、断面円形の小断面積部１３を有するインナシャフト７で、特定の大きさのトルク伝達に伴ってこの小断面積部１３に発生する応力の大きさを、１として記載した。この場合に、前述の図１〜２に示した実施の形態の第１例のインナシャフト７ａの小断面積部１３ａに発生する応力の大きさは、例えば０．６２程度に、上述の図３〜４に示した実施の形態の第２例のインナシャフト７ａの小断面積部１３ａに発生する応力の大きさは、例えば０．４２程度に、それぞれ抑えられる。勿論、各構造で小断面積部１３、１３ａ、１３ｂに発生する応力の大きさの比は、小断面積部１３の外径、小断面積部１３ａ、１３ｂの幅Ｗ及び厚さＴ（Ｔ₁ ）、小断面積部１３ｂに形成する通孔１８の内径により多少異なる。但し、これら各寸法が多少異なっても、傾向が変わる事はなく、上記比にしても大幅に変わる事はない。 FIG. 5 shows the result of FEM analysis performed to know the effect of the difference in the shape of the small cross-sectional area on the magnitude of the stress generated in the small cross-sectional area when torque of a specific magnitude is transmitted. Is shown. In this analysis, when the bending rigidity (bending strength, the magnitude of impact energy absorbed by bending in the event of a collision) is the same between each sample, the torque of a specific magnitude The difference in the magnitude of the stress generated in the small cross-sectional area of each sample along with the transmission was obtained. In FIG. 5, the inner shaft 7 having the small cross-sectional area 13 having a circular cross section, as shown in FIGS. 12 to 13 described above, is generated in the small cross-sectional area 13 in accordance with torque transmission of a specific size. The magnitude of the stress to be described is shown as 1. In this case, the magnitude of the stress generated in the small cross-sectional area 13a of the inner shaft 7a of the first example of the embodiment shown in FIGS. The magnitude of the stress generated in the small cross-sectional area 13a of the inner shaft 7a of the second example of the embodiment shown in FIGS. 4 to 4 is suppressed to about 0.42, for example. Of course, the ratio of the magnitudes of the stresses generated in the small cross-sectional area portions 13, 13a, 13b in each structure is the outer diameter of the small cross-sectional area portion 13, the width W and the thickness T (T) of the small cross-sectional area portions 13a, 13b. ₁ ) slightly different depending on the inner diameter of the through hole 18 formed in the small cross-sectional area 13b. However, even if these dimensions are slightly different, the tendency does not change, and the ratio does not change significantly.

本発明のステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトを実施する場合に、アウタチューブ（第一、第二両アウタチューブ６、８）とインナシャフト（７、７ａ、７ｂ）との間に設ける変位制限部の構造は特に限定しない。通常時（衝突事故の未発生時）に上記アウタチューブと上記インナシャフトとが軸方向に関して相対変位する事を防止し、衝突事故に伴って大きな衝撃荷重が加わった場合にはこの相対変位を許容する構造であれば良い。例えば、前述の図７〜１１に示した様な、合成樹脂１２ａ、１２ｂ、１２ｃによるものの他、上記アウタチューブと上記インナシャフトとを締り嵌めで嵌合させる構造を採用する事もできる。締り嵌めで嵌合させる構造を造る場合には、一部を径方向内方に強く押圧して当該部分の断面形状を非円形に塑性変形させたアウタチューブ内に、インナシャフトを圧入する。この様な、合成樹脂を使用せずに金属製のアウタチューブとインナシャフトとを締り嵌めで嵌合させる構造によれば、低コストで造れる構造で、上記変位制限部の耐熱性を十分に確保できる。 When the energy absorbing shaft for a steering device according to the present invention is implemented, a displacement limiting portion provided between the outer tube (first and second outer tubes 6, 8) and the inner shaft (7, 7a, 7b) The structure is not particularly limited. Prevents relative displacement of the outer tube and the inner shaft in the axial direction under normal conditions (when no collision accident occurs), and allows this relative displacement when a large impact load is applied in the event of a collision accident. Any structure can be used. For example, a structure in which the outer tube and the inner shaft are fitted by an interference fit as well as the synthetic resins 12a, 12b, and 12c as shown in FIGS. In the case of producing a structure to be fitted by interference fitting, an inner shaft is press-fitted into an outer tube in which a part is strongly pressed radially inward and the cross-sectional shape of the part is plastically deformed into a non-circular shape. According to such a structure in which the metal outer tube and the inner shaft are fitted with an interference fit without using a synthetic resin, the heat resistance of the displacement limiting portion is sufficiently ensured with a structure that can be manufactured at a low cost. it can.

本発明の実施の形態の第１例を示す、インナシャフトの斜視図。The perspective view of an inner shaft which shows the 1st example of embodiment of this invention. 同じく正投影図で、（Ａ）は図１のａ矢視図、（Ｂ）は（Ａ）の下方から見た図、（Ｃ）は（Ｂ）のｂ−ｂ断面図。Similarly, FIG. 5A is an orthographic view, (A) is a view taken in the direction of arrow a in FIG. 本発明の実施の形態の第２例を示す、インナシャフトの斜視図。The perspective view of an inner shaft which shows the 2nd example of embodiment of this invention. 同じく正投影図で、（Ａ）は図３のｃ矢視図、（Ｂ）は（Ａ）の下方から見た図、（Ｃ）は（Ｂ）のｄ−ｄ断面図。Similarly, FIG. 3A is an orthographic view, FIG. 3A is a view taken in the direction of the arrow c in FIG. 3, FIG. 3B is a view seen from below (A), and FIG. 本発明の効果を確認する為に行なったＦＥＭ解析の結果を示す棒グラフ。The bar graph which shows the result of the FEM analysis performed in order to confirm the effect of this invention. 自動車用操舵装置の１例を示す略側面図。1 is a schematic side view showing an example of a steering apparatus for an automobile. 従来のステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトの１例を示す、図６のｅ部に相当する縦断側面図。FIG. 7 is a vertical side view showing an example of a conventional energy absorbing shaft for a steering device, corresponding to part e of FIG. 6. 衝突開始直後の状態を示す、図７の中央部に相当する図。The figure corresponding to the center part of FIG. 7 which shows the state immediately after a collision start. 更に衝突が進行した状態を示す、図８と同様の図。Furthermore, the same figure as FIG. 8 which shows the state which the collision progressed. 更に衝突が進行した状態を示す、図８と同様の図。Furthermore, the same figure as FIG. 8 which shows the state which the collision progressed. 更に衝突が進行した状態を示す、図８と同様の図。Furthermore, the same figure as FIG. 8 which shows the state which the collision progressed. 従来のステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトの１例を示す、インナシャフトの斜視図。The perspective view of an inner shaft which shows an example of the conventional energy absorption type shaft for steering devices. 同じく正投影図で、（Ａ）は図１２のｆ矢視図、（Ｂ）は（Ａ）のｇ−ｇ断面図。Similarly, it is an orthographic projection figure, (A) is a f arrow line view of FIG. 12, (B) is gg sectional drawing of (A).

Explanation of symbols

１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
３中間シャフト
４ａ、４ｂ自在継手
５ステアリングコラム
６第一のアウタチューブ
７、７ａ、７ｂインナシャフト
８第二のアウタチューブ
９ａ、９ｂ、９ｃ変位制御部
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ小径部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ通孔
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ合成樹脂
１３、１３ａ、１３ｂ小断面積部
１４段差面
１５雄セレーション溝
１６線分
１７円弧
１８通孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering wheel 2 Steering shaft 3 Intermediate shaft 4a, 4b Universal joint 5 Steering column 6 1st outer tube 7, 7a, 7b Inner shaft 8 2nd outer tube 9a, 9b, 9c Displacement control part 10a, 10b, 10c Small diameter Part 11a, 11b, 11c Through-hole 12a, 12b, 12c Synthetic resin 13, 13a, 13b Small cross-sectional area part 14 Step surface 15 Male serration groove 16 Line segment 17 Arc 18 Through-hole

Claims

In the state where the small cross-sectional area portion is formed in the intermediate portion in the axial direction, the male serration groove is formed on the outer peripheral surface, the inner serration formed on the outer peripheral surface, the female serration groove formed on the inner peripheral surface, and the male serration groove are in serration engagement. An outer tube that is fitted around the inner shaft in a state of straddling the small cross-sectional area, and is provided between the inner shaft and the outer tube, and is strong in the axial direction between the inner shaft and the outer tube. Only when a force is applied, the inner shaft and the outer tube are provided with a displacement limiting portion that enables relative displacement in the axial direction, and when a large load is applied in the axial direction, the small cross-sectional area portion is The load is bent by bending in a predetermined direction according to the inclination direction between the axial end surface of the outer tube and the opposing surface facing the axial end surface. In the energy absorbing shaft for a steering device that absorbs the energy of the above, the sectional shape of the small cross-sectional area is substantially the thickness of the bending direction based on the load, and the width is the direction perpendicular to the bending direction. An energy-absorbing shaft for a steering device, characterized in that it is rectangular, the width dimension of the cross-sectional shape is less than the diameter of the bottom circle of the male serration groove, and the thickness dimension of the cross-sectional shape is less than this width dimension.

2. The energy absorbing shaft for a steering device according to claim 1, wherein a through-hole penetrating the small cross-sectional area portion in the thickness direction of the cross-sectional shape is formed at a central portion of the small cross-sectional area portion.