JP2008273359A - ステアリング装置用エネルギ吸収式シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】衝突事故の際に、中間部を「く」字形に折り曲げつつ衝撃を吸収させるべく、自在継手４ｂのヨーク１５に第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａの変位を制限する機能を持たせた構造で、このヨーク１５にこの機能を確実に果たさせる構造を実現する。
【解決手段】上記ヨーク１５をインナシャフト７ａに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重をＦ₁ とする。又、上記インナシャフト７ａの中間部に設けた小断面積部１２を上記第一のアウタチューブ６ａから露出させるべく、上記第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａを上記インナシャフト７ａに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重をＦ₂ とする。又、上記小断面積部１２を曲げ方向に塑性変形させる為に要するアキシアル荷重をＦ₃ とする。この場合に、Ｆ₁ ＞Ｆ₂ 、且つ、Ｆ₁ ＞Ｆ₃ の関係を満たすべく、各部の嵌合強度等を規制する。
【選択図】図１

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。

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ユニット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。

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１〜３に記載されたものが知られている。図７〜１１は、これら各特許文献に記載された、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。これら各部材６〜８は、このインナシャフト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。

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とは、このうちのインナシャフト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９ａ、９ｂ、９ｃと、上記両アウタチューブ６、８に形成した通孔１０ａ、１０ｂ、１０ｃとの間に掛け渡した、合成樹脂１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより結合している。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１１ａ、１１ｂ、１１ｃ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の中間部で上記第一のアウタチューブ６の軸方向中間部内径側に位置する部分には、このインナシャフト７の他の部分に比べて十分に小径な小断面積部１２を設けている。更に、上記第一のアウタチューブ６の一端縁で、上記第二のアウタチューブ８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二のアウタチューブ８の一端縁から離れる向きに傾斜させている。尚、第一のアウタチューブ６の一端縁に代えて、或はこの一端縁と共に、第二のアウタチューブ８の一端縁を傾斜させる場合もある。

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１２の周囲に第一のアウタチューブ６が、上記合成樹脂１１ｂ、１１ｃ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１２で折れ曲がる事はない。又、操舵の為のトルクは、主として上記第一のアウタチューブ６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。

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１１ａが裂断し、この合成樹脂１１ａによる係止力が喪失する。そして、このインナシャフト７と上記第二のアウタチューブ８とが図７→図８の様に軸方向に変位し、この第二のアウタチューブ８の一端縁上半部と第一のアウタチューブ６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、上記第二のアウタチューブ８に対し後方（図７の右上方向）に移動すると、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１１ｂ、１１ｃも裂断し、この第一のアウタチューブ６が上記第二のアウタチューブ８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１２の中間部周囲に存在する様になる。同時に、上記第一のアウタチューブ６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（図７、１１参照）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。

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、上記第一のアウタチューブ６による折れ曲がり阻止力を喪失した上記インナシャフト７が折れ曲がる。例えば図示の様に、上記第一のアウタチューブ６の一端面を上記段差面１４に突き当てる構造の場合には、傾斜したこの第一のアウタチューブ６の一端縁と、上記第二のアウタチューブ８の一端縁との係合に基づいて、これら両アウタチューブ６、８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１２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１２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。

上述の様に構成し作用するステアリング装置用エネルギ吸収式シャフトで、衝突事故の際に上記第一のアウタチューブ６が前方に変位するのを阻止する為の段差部１４は、前記自在継手４ｂを構成するヨークの基端面を利用する事が、部品製作を容易にし、コスト低減を図る面からは好ましい。この点に就いて、図１２を参照しつつ説明する。上記インナシャフト７の前端部には、上記自在継手４ｂを構成するヨーク１５を、トルク伝達可能に結合固定する。図１２に示した構造の場合、上記インナシャフト７の外周面に雄スプライン１６を形成し、上記ヨーク１５の基部１７の内周面に雌スプラインを形成している。又、この基部１７は、欠円筒状に形成すると共に、ボルト１８の締め付けにより、直径を縮められる様にしている。

上記インナシャフト７の前端部に上記ヨーク１５を結合固定するには、図１２の（Ａ）に示した状態から、このインナシャフト７を上記基部１７の内径側に挿入して、上記雄スプライン１６と上記雌スプラインとをスプライン係合させる。次いで、上記基部１７に、この基部１７の不連続部を挟んで設けた１対のフランジ部のうちの一方のフランジ部に設けた挿通孔１９に上記ボルト１８を挿通し、更にこのボルト１８のねじ部を、他方のフランジ部に設けたねじ孔に螺合し、更に締め付ける。この結果、上記基部１７の内径が縮まり、上記インナシャフト７の外周面とこの基部１７の内周面とが強く当接して、このインナシャフト７の前端部に上記ヨーク１５が結合固定される。

上述の様な構成によれば、衝突事故の際に上記第一のアウタチューブ６が前方に変位するのを阻止する為の段差部１４を、別途独立して設ける必要がなくなり、コスト低減を図れる。但し、この様な構造を採用する場合には、上記基部１７に対し上記インナシャフト７が、不用意に（小さな力で）ずれ動く事を防止する為の考慮が必要になる。即ち、このインナシャフト７が、上記基部１７に対し不用意にずれ動くと、衝突事故の際に、このインナシャフト７の軸方向中間部に設けた小断面積部１２（図７〜１１参照）が、第一、第二のアウタチューブ６、８の突き合わせ部に位置しなくなって、上記小断面積部１２を折り曲げられなくなる。

特開平７−３０９２４１号公報 特開平８−２５８７２７号公報 実用新案登録第２５８６５６９号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、衝突事故の際に、中間部を「く」字形に折り曲げつつ衝撃を吸収させるべく、自在継手のヨークにアウタチューブの変位を制限する機能を持たせた構造で、このヨークにこの機能を確実に果たさせる構造を実現すべく発明したものである。

本発明のステアリング装置用自在継手付エネルギ吸収式シャフトは、エネルギ吸収式シャフトと、このエネルギ吸収式シャフトの端部に結合された自在継手とから成る。
そして、上記エネルギ吸収式シャフトは、インナシャフトと、第一のアウタチューブと、第二のアウタチューブと、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、上記第一のアウタチューブは、内周面に形成した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軸方向の一部で上記小断面積部を設けた部分の周囲に、この小断面積部を跨ぐ状態で外嵌されている。
又、上記第二のアウタチューブは、上記インナシャフトの軸方向の残部で上記小断面積部から外れた部分の周囲に、内周面に形成した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外嵌されている。
更に、上記変位制限部は、上記インナシャフトと上記第一の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第一の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第一の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。この様な変位制限部としては、前述の図７〜１１に示す様な合成樹脂による構造、或いは予め楕円形に変形させた第一のアウタチューブを上記インナシャフトに、締り嵌めにより外嵌する構造、インナシャフトの一部に係止した止め輪による構造等が採用可能である。

一方、前記自在継手は、１対のヨークを、十字軸を介して相対変位自在に結合して成る。そして、これら両ヨークのうちの一方のヨークの基部の内周面に形成した雌セレーションと上記インナシャフトの外周面の雄セレーションとをセレーション係合させ、ボルトの締め付けにより上記基部の内径を縮め、この基部の内周面により上記インナシャフトの端部外周面を抑え付ける事で、上記一方のヨークをこのインナシャフトに対し結合固定している。

本発明のステアリング装置用自在継手付エネルギ吸収式シャフトは、上述の様な構造を前提として各部の性状を、次の様に構成している。
先ず、上記一方のヨークをこのインナシャフトに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重をＦ₁ とする。尚、このアキシアル荷重Ｆ₁ は、上記ボルトの締め付け力を大きくし、上記一方のヨークの基部の内周面により上記インナシャフトの端部外周面を抑え付ける力を大きくする程大きくなる。
又、前記小断面積部を上記第一のアウタチューブから露出させるべく、上記第一、第二の両アウタチューブを上記インナシャフトに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重をＦ₂ とする。尚、このアキシアル荷重Ｆ₂ は、変位制限部の構造に応じて、合成樹脂の強度が大きい程、締り嵌めによる嵌合強度が大きい程、止め輪の係止強度が大きい程、それぞれ大きくなる。
そして、上記両アキシアル荷重Ｆ₁ 、Ｆ₂ の大小関係を、
Ｆ₁ ＞Ｆ₂
としている。

上述の様な本発明のステアリング装置用自在継手付エネルギ吸収式シャフトを実施する場合に、例えば請求項２に記載した様に、上記インナシャフトの外周面に設けた雄セレーション溝と、第一、第二の両アウタチューブの内周面に設けた雌セレーション溝とを、締り嵌めでセレーション係合させる。そして、小断面積部を上記第一のアウタチューブから露出させるべく、上記両アウタチューブを上記インナシャフトに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₂ を、上記雄セレーション溝と上記第一のアウタチューブの内周面に設けた雌セレーション溝とのセレーション係合部に作用する摩擦力に基づく軸方向に関する静止力と、上記雄セレーション溝と上記第二のアウタチューブの内周面に設けた雌セレーション溝とのセレーション係合部に作用する摩擦力に基づく軸方向に関する静止力との合計とする。

或いは、請求項３に記載した様に、上記インナシャフトの中間部外周面で、第一のアウタチューブよりも第二のアウタチューブと反対側に露出した部分に、衝突事故に伴ってこの第一のアウタチューブと上記インナシャフトとの間に加わる強い力に基づいて破断若しくはこのインナシャフトに対し軸方向に変位する事で、上記第一のアウタチューブが上記小断面積部から外れる位置に迄軸方向に相対変位するのを可能にする阻止具を設ける。そして、小断面積部を上記第一のアウタチューブから露出させるべく、上記両アウタチューブを上記インナシャフトに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₂ を、上記阻止具を破断若しくは上記インナシャフトに対し軸方向に相対変位させる為に要するアキシアル荷重と、上記雄セレーション溝と上記第一のアウタチューブの内周面に設けた雌セレーション溝とのセレーション係合部に作用する摩擦力に基づく軸方向に関する静止力と、上記雄セレーション溝と上記第二のアウタチューブの内周面に設けた雌セレーション溝とのセレーション係合部に作用する摩擦力に基づく軸方向に関する静止力との合計とする。

上述の様に構成する本発明のステアリング装置用自在継手付エネルギ吸収式シャフトによれば、衝突事故の際に、中間部を「く」字形に折り曲げつつ衝撃を吸収させるべく、自在継手のヨークにアウタチューブの変位を制限する機能を持たせた構造で、このヨークにこの機能を確実に果たさせる事ができる。
即ち、一方のヨークを上記インナシャフトに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₁ が、第一、第二の両アウタチューブを上記インナシャフトに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₂ よりも大きい為、衝突事故が発生して上記第一、第二の両アウタチューブが上記インナシャフトに対し軸方向に変位し始める瞬間に、上記一方のヨークが上記インナシャフトに対し軸方向に変位し始める事がない。この為、上記第一、第二の両アウタチューブの突き合わせ部を上記小断面積部の周囲に確実に位置させて、この小断面積部を折り曲げる事ができ、衝突事故の際に、衝撃エネルギを吸収しつつ全長を縮めて、運転者の保護を図れる。

［実施の形態の第１例］
図１〜４は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例を含め、本発明の特徴は、衝突事故の際に、インナシャフト７ａの中間部に設けた小断面積部１２を折り曲げつつ衝撃を吸収させるべく、自在継手４ｂのヨーク１５に第一、第二のアウタチューブ６ａ、８ａの変位を制限する機能を持たせた構造で、このヨーク１５にこの機能を確実に果たさせる為、各部の係合強度を適切に規制した点にある。衝突事故の発生に伴って上記小断面積部１２を折り曲げる為の構造及び作用に就いては、基本的には前述の図７〜１１に示した従来構造と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、上記従来構造と異なる点、及び、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合には、中間シャフト３ａを構成する為に、外周面に雄セレーション１６を形成したインナシャフト７ａの軸方向中間部で小断面積部１２を設けた部分の周囲に、内周面に雌セレーションを形成した第一のアウタチューブ６ａを、この小断面積部１２の軸方向両側部分に掛け渡す状態で、締り嵌めにより外嵌している。又、上記インナシャフト７ａの軸方向後端部（前後方向は、車両への組み付け状態で言い、図１〜４の右端部。但し、前後方向は図示の例に限定されるものではない。）に、内周面に雌セレーションを形成した第二のアウタチューブ８ａの前半部を、締り嵌めで外嵌している。これら第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａを上記インナシャフト７ａの所定位置に締り嵌めで外嵌するには、例えば、外嵌作業に先立って上記両チューブ６ａ、８ａの断面形状を楕円形に変形させておく。そして、これら両チューブ６ａ、８ａの断面形状を円形に向け、弾性的に戻しつつ、これら両チューブ６ａ、８ａを上記インナシャフト７ａの所定位置に迄外嵌する。この様にして、これら両チューブ６ａ、８ａを上記インナシャフト７ａの所定位置に、セレーション係合させつつ外嵌すれば、これら両チューブ６ａ、８ａがこのインナシャフト７ａの所定位置に、軸方向に大きな力が加わった場合に限り移動可能に支持される。言い換えれば、上記両チューブ６ａ、８ａは上記インナシャフト７ａの所定位置に、大きな摩擦力により支持された状態となる。この様な締り嵌めによる構造は、コスト低減及び耐熱性確保の面から、合成樹脂を使用する構造に比べて有利である。図示の例の場合には、上記第二のアウタチューブ８ａの軸方向後端部に、軸方向後側の自在継手４ａを構成するヨーク２０を設け、このヨーク２０と別のヨーク２１とを十字軸を介して揺動変位自在に結合して、後側の自在継手４ａを構成している。

一方、上記インナシャフト７ａの軸方向前端部には、前側の自在継手４ｂを構成する、前記ヨーク１５を、セレーション係合とボルト１８の締め付けとにより、結合している。即ち、このヨーク１５の基部１７の内周面に形成した雌セレーションと、上記インナシャフト７ａの前端部外周面に形成した雄セレーション１６とをセレーション係合させた状態で、上記ボルト１８の締め付けにより上記基部１７の直径を縮めている。そして、この基部１７の内周面と上記インナシャフト７ａの前端部外周面とを強く摩擦係合させている。この状態で上記ヨーク１５の基部１７がこのインナシャフト７ａの前端部に、強い摩擦力に基づいて支持された状態となる。尚、上記ヨーク１５の前端部に、十字軸２５を介して別のヨーク２２を結合し、前側の自在継手４ｂを構成している。

特に、本例の場合には、上記インナシャフト７ａの前端部に対する上記ヨーク１５の基部１７の静止力を、このインナシャフト７ａに対して上記第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａを前方に変位させる為に要する力に比べて大きくしている。更に、本例の場合には、より好ましい構造として、上記静止力を、前記小断面積部１２を折り曲げる為に要する力に比べても大きくしている。
即ち、上記静止力、即ち、ヨーク１５を上記インナシャフト７ａに対し軸方向前方に変位させる為に要するアキシアル荷重をＦ₁ とし、
上記小断面積部１２を上記第一のアウタチューブ６ａから露出させるべく、上記第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａを上記インナシャフト７ａに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重をＦ₂ とし、
上記小断面積部１２を曲げ方向に塑性変形させる為に要するアキシアル荷重をＦ₃ とした場合に、
Ｆ₁ ＞Ｆ₂ 、且つ、Ｆ₁ ＞Ｆ₃
を満たす様に、前記ボルト１８の締め付けに基づいて得られる、上記インナシャフト７ａの前端部に対する上記ヨーク１５の基部１７の静止力を大きくしている（上記ボルト１８の締め付け力を十分に大きくしている）。

尚、上記第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａを上記インナシャフト７ａに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₂ とは、衝突事故に伴って上記第二のアウタチューブ８ａが上記インナシャフト７ａに対し変位し始める瞬間から、上記第一のアウタチューブ６ａの後端縁と上記第二のアウタチューブ８ａの前端縁とが突き当たり、更にこれら両アウタチューブ６ａ、８ａを前方に変位させる為に要する（この過程での最大の）アキシアル荷重を言う。一般的には、上記両アウタチューブ６ａ、８ａの端縁同士が突き当たった瞬間に於ける、上記インナシャフト７ａの外周面と上記第二のアウタチューブ８ａの内周面とのセレーション係合部に作用する動摩擦力と、上記インナシャフト７ａの外周面と上記第一のアウタチューブ６ａの内周面とのセレーション係合部に作用する静止摩擦力との合計（始めから上記両アウタチューブ６ａ、８ａの端縁同士が突き当たっている場合には、両セレーション係合部に作用する静止摩擦力の合計）である。
又、上記小断面積部１２を曲げ方向に塑性変形させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₃ とは、この小断面積部１２を曲げ始める瞬間に要する荷重である（曲げ始め後には、上記塑性変形に要する荷重は次第に小さくなる）。
更に、上記ヨーク１５を上記インナシャフト７ａに対し軸方向前方に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₁ とは、このインナシャフト７ａの前端部外周面と上記ヨーク１５の基部１７の内周面とのセレーション係合部に作用する静止摩擦力である。

各部の係合強度を上述の様に規制した本例の構造で、衝突事故に基づいて前記１対の自在継手４ａ、４ｂ同士の間に、互いに近づく方向の衝撃荷重が加わった場合には、上記ヨーク１５が、上記両アウタチューブ６ａ、８ａが前方に変位する事を阻止する。そして、上記インナシャフト７ａが上記小断面積部１２部分で折れ曲がる様にする。
先ず、上記ヨーク１５を上記インナシャフト７ａに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₁ が、上記第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａを上記インナシャフト７ａに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₂ よりも大きい為、上記両自在継手４ａ、４ｂ同士の間に圧縮方向に加わる衝撃荷重に基づいて、上記ヨーク１５を上記インナシャフト７ａに対して前方に変位させる事なく、上記両アウタチューブ６ａ、８ａが前方に変位する。そして、図２に示す様に、このうちの第一のアウタチューブ６ａの前端縁が上記ヨーク１５の基部１７の後端縁に突き当たる。この状態で上記小断面積部１２が、上記両アウタチューブ６ａ、８ａの突き当て部同士の間に存在する。
この状態から更に上記衝撃荷重が加わる事で、上記小断面積部１２が、前述の図８〜１１に示した様な機構で折れ曲がる。この様に、この小断面積部１２が折れ曲がる際にも、「Ｆ₁ ＞Ｆ₃ 」なる関係に基づいて、上記ヨーク１５を上記インナシャフト７ａに対して前方に変位する事はない。
これらにより、上記小断面積部１２を折り曲げて、運転者の保護を図れる。

この様な本例の構造に対して、「Ｆ₁ ＞Ｆ₂ 」なる要件を満たさない場合には、衝突事故の際に、上記小断面積部１２を折り曲げる事ができない。又、「Ｆ₁ ＞Ｆ₃ 」なる要件を満たさない場合には、上記インナシャフト７ａと上記第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａとの寸法関係や衝突事故の際に加わる衝撃荷重の作用方向によっては、上記小断面積部１２の折り曲げ状態が安定しない可能性がある。
先ず、「Ｆ₁ ＞Ｆ₂ 」なる要件を満たさない場合には、上記第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａが前方に押されるのに伴って、上記ヨーク１５の基部１７の内周面と上記インナシャフト７ａの外周面とのセレーション係合部が滑る。そして、図３に示す様に、上記第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａと上記インナシャフト７ａとの位置関係が変化せずに、このインナシャフト７ａのみが前方に変位する結果、上記小断面積部１２が、上記両アウタチューブ６ａ、８ａの突き当て部同士の間に位置しなくなる。言い換えれば、このうちの第一のアウタチューブ６ａが、上記小断面積部１２の周囲に位置したままの状態となり、この小断面積部１２が折れ曲がらない。

これに対して、「Ｆ₁ ＞Ｆ₂ 」なる要件を満たすが、「Ｆ₁ ＞Ｆ₃ 」なる要件を満たさない場合には、図４の（Ａ）に示す様に、一度は上記小断面積部１２が上記両アウタチューブ６ａ、８ａの突き当て部同士の間に位置する瞬間が発生する。一般的には、この瞬間に、上記アウタチューブ６ａ、８ａの端縁同士の突き合わせ面で生じる、折り曲げ方向の力によって、上記小断面積部１２が折れ曲がり始める。そして、折れ曲がり始めれば、それ以上はこの小断面積部１２が上記第一のアウタチューブ６ａ内に入り込む事はない。但し、衝突事故の際に、特殊な衝突状態で、衝撃荷重が上記インナシャフト７ａに対し、ほぼ軸方向に作用すると、衝突の速度や上記インナシャフト７ａと上記第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａとの寸法関係等によっては、上記瞬間に上記小断面積部１２の折れ曲がりが開始せず、上記インナシャフト７ａがそのまま前方に向け押し動かされる可能性が、全くないとは言えない。この場合には、図４の（Ｂ）に示す様に、再び上記第一のアウタチューブ６ａが上記小断面積部１２の周囲に位置する状態となり、この小断面積部１２が折れ曲がらない。
これに対して本例の構造の場合には、「Ｆ₁ ＞Ｆ₂ 、且つ、Ｆ₁ ＞Ｆ₃ 」なる要件を満たす為、図２の状態から上記小断面積部１２を折り曲げる事ができ、運転者の保護を十分に図れる。

［実施の形態の第２例］
図５は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の構造の場合には、インナシャフト７ａの中間部外周面で、第一のアウタチューブ６ａよりも前側に露出した部分に、阻止具２３を設けている。この阻止具２３は、衝突事故に伴って上記第一のアウタチューブ６ａと上記インナシャフト７ａとの間に加わる強い力に基づいて、破断若しくはこのインナシャフト７ａに対し軸方向に変位する。そして、上記第一のアウタチューブ６ａがこのインナシャフト７ａの軸方向中間部に設けた小断面積部１２から外れる位置に迄軸方向に相対変位するのを可能にする。本例の場合には、上記インナシャフト７ａの外周面に形成した係止凹溝２４に、欠円環状の係止環である、上記阻止具２３を係止している。衝突事故の際に１対の自在継手４ａ、４ｂ同士の間に圧縮方向の力が加わると、上記第一のアウタチューブ６ａの前端縁が上記阻止具２３を前方に強く押し、この阻止具２３を上記係止凹溝２４から前方に抜き出して、上記第一のアウタチューブ６ａと第二のアウタチューブ８ａとの前方への変位を可能にする。そして、上記インナシャフト７ａの中間部に形成した小断面積部１２を、上記両アウタチューブ６ａ、８ａの突き合わせ部に位置させる。この様な構造も、コスト低減と耐熱性確保との面から、合成樹脂を使用する構造に比べて有利である。

この様な本例の構造に本発明を適用する場合には、上記小断面積部１２を上記両アウタチューブ６ａ、８ａの突き合わせ部に位置させる（第一のアウタチューブ６ａから露出させる）べく、これら両アウタチューブ６ａ、８ａを上記インナシャフト７ａに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₂ を、上記阻止具２３を上記係止凹溝２４から前方に抜き出す為に要する荷重を含めたものとする。即ち、上記アキシアル荷重Ｆ₂ を、上記阻止具２３を上記係止凹溝２４から前方に抜き出す為に要するアキシアル荷重と、上記インナシャフト７ａの外周面の雄セレーション溝と、上記第一、第二の両アウタチューブ６ａ、８ａの内周面に設けた雌セレーション溝とのセレーション係合部に作用する摩擦力に基づく軸方向に関する静止力との合計とする。本例の場合には、上記雄セレーション溝と上記両雌セレーション溝とは、緩く係合させる事ができる。そして、この場合には、上記両セレーション係合部に作用する摩擦力に基づく軸方向に関する静止力は極く小さくなる。従って、この場合には、上記アキシアル荷重Ｆ₂ を、上記阻止具２３を上記係止凹溝２４から前方に抜き出す為に要するアキシアル荷重よりも少しだけ大きくすれば良い。その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。

本発明の実施の形態の第１例を、衝突事故の未発生時の状態で示す断面図。 同じく衝突事故の発生時の途中段階の状態を示す断面図。 中間シャフトに対しヨークを締め付け固定する力が各部を軸方向に変位させる為に要する荷重に比べて不足した場合に生じる不都合を説明する為の断面図。 中間シャフトに対しヨークを締め付け固定する力が小断面積部を折り曲げる為に要する荷重に比べて不足した場合に生じる不都合を説明する為の断面図。 本発明の実施の形態の第２例を、衝突事故の未発生時の状態で示す断面図。 自動車用操舵装置の１例を示す略側面図。 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Ｂ部に相当する縦断側面図。 衝突開始直後の状態を示す、図７の中央部に相当する図。 更に衝突が進行した状態を示す、図８と同様の図。 更に衝突が進行した状態を示す、図８と同様の図。 更に衝突が進行した状態を示す、図８と同様の図。 中間シャフトと自在継手とを、結合する以前の状態で示す側面図（Ａ）と結合した後の状態で示す側面図（Ｂ）。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３、３ａ 中間シャフト
４ａ、４ｂ 自在継手
５ ステアリングコラム
６、６ａ 第一のアウタチューブ
７、７ａ インナシャフト
８、８ａ 第二のアウタチューブ
９ａ、９ｂ、９ｃ 小径部
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 通孔
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 合成樹脂
１２ 小断面積部
１４ 段差面
１５ ヨーク
１６ 雄セレーション
１７ 基部
１８ ボルト
１９ 挿通孔
２０ ヨーク
２１ ヨーク
２２ ヨーク
２３ 阻止具
２４ 係止凹溝
２５ 十字軸

Claims (3)

1. エネルギ吸収式シャフトと、このエネルギ吸収式シャフトの端部に結合された自在継手とから成るステアリング装置用自在継手付エネルギ吸収式シャフトであって、
   このうちのエネルギ吸収式シャフトは、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、それぞれ形成したインナシャフトと、内周面に形成した雌セレーション溝とこの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軸方向の一部で上記小断面積部を設けた部分の周囲に、この小断面積部を跨ぐ状態で外嵌された第一のアウタチューブと、このインナシャフトの軸方向の残部で上記小断面積部から外れた部分の周囲に、内周面に形成した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外嵌された第二のアウタチューブと、上記インナシャフトと上記第一の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第一の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第一の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変位制限部とを備えたものであり、
   上記自在継手は、十字軸を介して相対変位自在に結合された１対のヨークのうちの一方のヨークの基部の内周面に形成した雌セレーションと上記インナシャフトの外周面の雄セレーションとをセレーション係合させ、ボルトの締め付けによって上記基部の内径を縮め、この基部の内周面により上記インナシャフトの端部外周面を抑え付ける事で上記一方のヨークをこのインナシャフトに対し結合固定したものであり、
   この一方のヨークをこのインナシャフトに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重をＦ₁ とし、
   上記小断面積部を上記第一のアウタチューブから露出させるべく、上記第一、第二の両アウタチューブを上記インナシャフトに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重をＦ₂ とした場合に、
   Ｆ₁ ＞Ｆ₂
   であるステアリング装置用自在継手付エネルギ吸収式シャフト。
2. インナシャフトの外周面に設けた雄セレーション溝と、第一、第二の両アウタチューブの内周面に設けた雌セレーション溝とが、締り嵌めでセレーション係合しており、小断面積部を上記第一のアウタチューブから露出させるべく、上記両アウタチューブを上記インナシャフトに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₂ が、上記雄セレーション溝と上記第一のアウタチューブの内周面に設けた雌セレーション溝とのセレーション係合部に作用する摩擦力に基づく軸方向に関する静止力と、上記雄セレーション溝と上記第二のアウタチューブの内周面に設けた雌セレーション溝とのセレーション係合部に作用する摩擦力に基づく軸方向に関する静止力との合計である、請求項１に記載したステアリング装置用自在継手付エネルギ吸収式シャフト。
3. インナシャフトの中間部外周面で、第一のアウタチューブよりも第二のアウタチューブと反対側に露出した部分に、衝突事故に伴ってこの第一のアウタチューブと上記インナシャフトとの間に加わる強い力に基づいて破断若しくはこのインナシャフトに対し軸方向に変位する事で、上記第一のアウタチューブが上記小断面積部から外れる位置に迄軸方向に相対変位するのを可能にする阻止具を設けており、この小断面積部を上記第一のアウタチューブから露出させるべく、上記両アウタチューブを上記インナシャフトに対し軸方向に変位させる為に要するアキシアル荷重Ｆ₂ が、上記阻止具を破断若しくは上記インナシャフトに対し軸方向に相対変位させる為に要するアキシアル荷重と、上記雄セレーション溝と上記第一のアウタチューブの内周面に設けた雌セレーション溝とのセレーション係合部に作用する摩擦力に基づく軸方向に関する静止力と、上記雄セレーション溝と上記第二のアウタチューブの内周面に設けた雌セレーション溝とのセレーション係合部に作用する摩擦力に基づく軸方向に関する静止力との合計である、請求項１に記載したステアリング装置用自在継手付エネルギ吸収式シャフト。

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