JP2019084860A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突時にロアシャフト及びアッパーシャフトが相対的に移動し且つ中間シャフトを容易に変形させることができるステアリング装置を提供する。【解決手段】本発明に係るステアリング装置は、第１ユニバーサルジョイント８４と、第１ユニバーサルジョイント８４より前方側に配置される第２ユニバーサルジョイント８６と、第１ユニバーサルジョイント８４と第２ユニバーサルジョイント８６とを連結する中間シャフト８５と、を備え、中間シャフト８５は、蛇腹状のベローズ部を有する中空円管状の第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３を備え第１ユニバーサルジョイント８４に連結されるアッパーシャフト２と、第２ユニバーサルジョイント８６に連結され且つアッパーシャフト２に離脱可能に連結されるロアシャフト１と、を備え、さらに、ロアシャフト１には、アッパーシャフト２に対してロアシャフト１のコラプス量Sを規制できるストッパー３を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

自動車用操舵装置は、運転者が操作するステアリングホイールの動きを、ステアリングシャフト及び中間シャフト等の複数本のシャフトと、これらのシャフトの端部同士を結合した自在継手とを介して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。この様に作用する操舵装置を搭載した自動車が衝突事故を起こす（一次衝突が発生する）と、車体の前部が潰れてステアリングギヤユニットが後方に押される。そこで、この様なステアリングギヤユニットの後方への変位にかかわらず、ステアリングホイールが後方に変位しない（運転者の体に向けて突き上げられない）様にすることが考えられている。この為に従来から、一次衝突の際に、操舵装置を構成するシャフトやヨーク等のトルク伝達部材を収縮させたり、塑性変形させたりして、衝撃荷重を吸収しつつステアリングホイールの後方への変位を阻止することが提案されている。ここでの前方とはステアリングホイー側を、後方とは運転者側をいう（以下、同じ。）。

例えば、特許文献１には、一次衝突時に押し潰されることにより、ステアリングホイールの後方への変位を阻止する蛇腹状のベローズ部をヨークに備え、ステアリングホイールの傾きの変化や突き上げを防止し、運転者の身体に加わる衝撃を緩和する構造が記載されている。

また、特許文献２には、軸方向中間部に蛇腹状のベローズ部を設け、二次衝突に伴う衝撃荷重に基づいてこのベローズ部を塑性変形させることにより全長を収縮可能としたステアリングコラムが記載されている。そして、この様な特許文献３２に記載されたステアリングコラムの場合には、ベローズ部の肉厚を調整することで、二次衝突に伴う衝撃荷重の吸収特性を調整可能としている。但し、特許文献３２に記載された発明は、車両走行中にステアリングホイールを操作することに伴って捩り方向の力が加わるシャフトやヨークではなく、ステアリングコラムに関するものである。又、衝撃荷重が加わった場合の変形態様も、ベローズ部が折れ曲がる様に変形するのではなく、収縮する様に変形するものである。

特開平８−７２７３０号公報 独国特許出願公開ＤＥ２４５９２４６号公報

衝撃吸収能力を向上させるためには、中間シャフトを構成するロアシャフト及びアッパーシャフトが衝突時に相対的に移動し、かつベローズ部が曲がることが好ましい。しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載されるようなベローズ部に衝撃荷重が加わった場合の変形態様は、ベローズ部が折れ曲がる様に変形するのではなく収縮する様に変形するものであるから、運転者の身体に加わる衝撃を緩和することが十分でない可能性があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、衝突時にロアシャフト及びアッパーシャフトが相対的に移動し、かつ中間シャフトを容易に変形させることができるステアリング装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明に係るステアリング装置は、第１ユニバーサルジョイントと、前記第１ユニバーサルジョイントより前方側に配置される第２ユニバーサルジョイントと、前記第１ユニバーサルジョイントと前記第２ユニバーサルジョイントとを連結する中間シャフトと、を備え、前記中間シャフトは、蛇腹状のベローズ部を有する中空円管状の第１衝撃吸収部を備え、前記第１ユニバーサルジョイントに連結されるアッパーシャフトと、前記第２ユニバーサルジョイントに連結され且つ前記アッパーシャフトに離脱可能に連結されるロアシャフトと、を備え、さらに、前記ロアシャフトには、前記アッパーシャフトに対して前記ロアシャフト軸方向のコラプス量を規制するストッパーを備えていることを特徴とする。

これにより、衝突時に車体の挙動を鑑みてロアシャフトを適切な位置に留め、中間シャフトの縮みと曲がりのタイミングをコントロールすることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記ロアシャフトの一部には、小径に形成された円柱状の第２衝撃吸収部を備えていることを特徴とする。

これにより、車両が縁石に乗り上げた等の場合、第２衝撃吸収部が捩じり方向に変形することで第１衝撃吸収部の変形を抑制させることができる。

第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、前記アッパーシャフトは、スプラインを有するアッパー嵌合部を備え、前記ロアシャフトは、スプラインを有するロア嵌合部を備え、前記ロア嵌合部が前記アッパー嵌合部に嵌まり、前記アッパーシャフトの軸方向に対して直交する断面において、前記アッパー嵌合部の外形及び前記ロア嵌合部の外形のうち一方が円を描き、且つ他方が楕円を描くことを特徴とする。

これにより、アッパー嵌合部とロア嵌合部との間に摩擦が生じ、アッパーシャフトとロアシャフトはがたつきなく固定され、大きな衝撃荷重が加わった場合には、アッパーシャフトとロアシャフトは軸方向に関する相対変位を可能にする。

第４の発明は、第１の発明又は第２の発明において、前記アッパーシャフトは、スプラインを有するアッパー嵌合部を備え、前記ロアシャフトは、スプラインを有するロア嵌合部を備え、前記アッパー嵌合部と前記ロア嵌合部のスプラインの少なくともいずれか一方に潤滑被膜が施されていることを特徴とする。
これにより、アッパーシャフトとロアシャフトとを、軽い力で軸方向の相対変位を可能とすることができる。

第５の発明は、第１の発明又は第２の発明において、前記アッパーシャフトは、スプラインを有するアッパー嵌合部を備え、前記ロアシャフトは、スプラインを有するロア嵌合部を備え、前記ロア嵌合部と前記アッパー嵌合部の間に転動体が介在されていることを特徴とする。

これにより、アッパーシャフトとロアシャフトとを、軽い力で軸方向の相対変位を可能とすることができる。

本発明によれば、衝突時にロアシャフト及びアッパーシャフトが相対的に移動し且つ中間シャフトを容易に変形させることができるステアリング装置を提供することができる。

本実施形態に係るステアリング装置の概略を示す模式図である。 本実施形態に係るステアリング装置の斜視図である。 本実施形態に係る中間シャフトの斜視図である。 図３における軸方向向断面図である。 ロアシャフトの第２衝撃吸収部（ヒューズ）を拡大した断面図である。 本発明に適用できるストッパーの例を示す図である。 （ａ）は、図４におけるＡ−Ａ断面図で、（ｂ）は、図４におけるＢ−Ｂ断面図である。 本実施形態に係るアッパーシャフトの斜視図である。 図８における軸方向断面図である。 ロアシャフトがストッパーで止まった時の中間シャフトの斜視図である。 ロアシャフトがストッパーで止まった後、曲がりが発生した時の中間シャフトの斜視図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、本実施形態に係るステアリング装置の概略を示す模式図である。図２は、本実施形態に係るステアリング装置の斜視図である。図１に示すように、ステアリング装置８０は、操作者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、操舵力アシスト機構８３と、第１ユニバーサルジョイント８４と、中間シャフト８５と、第２ユニバーサルジョイント８６と、を備えピニオンシャフト８７に接合されている。以下の説明においては、ステアリング装置８０が搭載された車両における前方は単に前方と記載され、車両における後方は単に後方と記載される。

図１に示すように、ステアリングシャフト８２は、入力軸８２ａと、出力軸８２ｂとを備える。入力軸８２ａの一方の端部がステアリングホイール８１に連結され、入力軸８２ａの他方の端部が出力軸８２ｂに連結される。また、出力軸８２ｂの一方の端部が入力軸８２ａに連結され、出力軸８２ｂの他方の端部が第１ユニバーサルジョイント８４に連結される。

図１及び図２に示すように、中間シャフト８５は、第１ユニバーサルジョイント８４と第２ユニバーサルジョイント８６とを連結している。中間シャフト８５の一方の端部が第１ユニバーサルジョイント８４に連結され、他方の端部が第２ユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７の一方の端部が第２ユニバーサルジョイント８６に連結され、ピニオンシャフト８７の他方の端部がステアリングギヤ８８に連結される。第１ユニバーサルジョイント８４及び第２ユニバーサルジョイント８６は、例えばカルダンジョイントである。ステアリングシャフト８２の回転が中間シャフト８５を介してピニオンシャフト８７に伝わる。すなわち、中間シャフト８５はステアリングシャフト８２に伴って回転する。

図１及び図２に示すように、ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａと、ラック８８ｂとを備える。ピニオン８８ａは、ピニオンシャフト８７に連結される。ラック８８ｂは、ピニオン８８ａに噛み合う。ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａに伝達された回転運動をラック８８ｂで直進運動に変換する。ラック８８ｂは、タイロッド８９に連結される。ラック８８ｂが移動することで車輪の角度が変化する。

図１に示すように、操舵力アシスト機構８３は、減速装置９２と、電動モータ９３とを備える。減速装置９２は、例えばウォーム減速装置である。電動モータ９３で生じたトルクは、減速装置９２の内部のウォームを介してウォームホイールに伝達され、ウォームホイールを回転させる。減速装置９２は、ウォーム及びウォームホイールによって、電動モータ９３で生じたトルクを増加させる。そして、減速装置９２は、出力軸８２ｂに補助操舵トルクを与える。すなわち、ステアリング装置８０はコラムアシスト方式である。

図１に示すように、ステアリング装置８０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）９０と、トルクセンサ９４と、車速センサ９５と、を備える。電動モータ９３、トルクセンサ９４及び車速センサ９５は、ＥＣＵ９０と電気的に接続される。トルクセンサ９４は、入力軸８２ａに伝達された操舵トルクをＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信によりＥＣＵ９０に出力する。車速センサ９５は、ステアリング装置８０が搭載される車体の走行速度（車速）を検出する。車速センサ９５は、車体に備えられ、車速をＣＡＮ通信によりＥＣＵ９０に出力する。

ＥＣＵ９０は、電動モータ９３の動作を制御する。ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９４及び車速センサ９５のそれぞれから信号を取得する。ＥＣＵ９０には、イグニッションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置９９（例えば車載のバッテリ）から電力が供給される。ＥＣＵ９０は、操舵トルク及び車速に基づいて補助操舵指令値を算出する。ＥＣＵ９０は、補助操舵指令値に基づいて電動モータ９３へ供給する電力値を調節する。ＥＣＵ９０は、電動モータ９３から誘起電圧の情報又は電動モータ９３に設けられたレゾルバ等から出力される情報を取得する。ＥＣＵ９０が電動モータ９３を制御することで、ステアリングホイール８１の操作に要する力が小さくなる。

図３は、本実施形態に係る中間シャフトの斜視図である。
図３に示すように、中間シャフト８５は、ロアシャフト１と、アッパーシャフト２と、を備える。ロアシャフト及びアッパーシャフト２は、機械構造用炭素鋼（ＳＣ材（Ｃａｒｂｏｎ Ｓｔｅｅｌ ｆｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｕｓｅ））であるＳ３５Ｃ又は機械構造用炭素鋼鋼管（いわゆるＳＴＫＭ材（Ｃａｒｂｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅｓ ｆｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅｓ））等で形成される。アッパーシャフト２及びロアシャフト１の強度は、第１ユニバーサルジョイント８４側又は第２ユニバーサルジョイント８６側から伝わるトルクによって変形しないように設計される。

図５に示すように、ロアシャフト１は中実部材の円柱２２である。ロアシャフト１は、ジョイント嵌合部２３、基部２２ａと、第２衝撃吸収部（ヒューズ）４と、基部２２ｂと、ストッパー３と、ロア嵌合部２１と、を備える。

ジョイント嵌合部２３は、円柱２２の前方の端部に配置される。ジョイント嵌合部２３は、第２ユニバーサルジョイント８６に連結される。ジョイント嵌合部２３の外径は一定である。例えば、ジョイント嵌合部２３は、外周面にセレーションを備える。ジョイント嵌合部２３のセレーションは、第２ユニバーサルジョイント８６に設けられたセレーションと噛み合う。ジョイント嵌合部２３は、第２ユニバーサルジョイント８６に対して溶接によって固定されている。

基部２２ａは、図４に示すように、第１ユニバーサルジョイント８６に固定される。基部２２ａの直径は一定である。第２衝撃吸収部（ヒューズ）４は、基部２２ａの後方に位置する。また、第２衝撃吸収部（ヒューズ）４は、ロアシャフト１の軸方向において、ロアシャフト１の中央よりも前方に位置している。

第２衝撃吸収部（ヒューズ）４は、図５に示すように、小径部１２５と、第１接続部１２１と、第２接続部１２９と、を含む。小径部１２５は、軸方向の所定の長さＬを有する円柱状である。長さＬは本発明の範囲内で適宜最適な長さを選択する。第１接続部１２１は、基部２２ｂと小径部１２５とを接続する。第２接続部１２９は、基部１３と小径部１２５とを接続する。
また、第１接続部１２１及び第２接続部１２９の表面は同じ円弧（以下、第２円弧という）を描く。曲率半径Ｃ２は、５ｍｍ以上であることが好ましい。例えば、曲率半径Ｃ２は８ｍｍである。

また、第２衝撃吸収部（ヒューズ）４は、例えば１５０（Ｎｍ）以上２５０（Ｎｍ）以下程度のトルクで変形するように設計される。中間シャフト８５が機械構造用炭素鋼（ＳＣ材）であるＳ３５Ｃで形成される場合、小径部１２５の直径Ｄ３は、１３ｍｍ以上１５．５ｍｍ以下程度となる。例えば、本実施形態において直径Ｄ３は、１３ｍｍである。

ストッパー３は、ロアシャフト１の軸方向において、第２衝撃吸収部（ヒューズ）４の後方に位置する。また、ストッパー３は、ロアシャフト１の軸方向において、ロアシャフト１のやや中央よりに位置している。基部２２ｂは、ストッパー３の前後に位置する。

また、ストッパー３は、軸方向の潰れ量である相対変位（コラプス）量を規制する機能を有し、アッパーシャフト２に対してロアシャフト１が、軸方向に潰れる量（コラプスストロークＳ、図４参照）を規制するためにロアシャフト１に形成された部材である。例えば、ストッパー３は、基部２２ｂの外径よりも大きい外径に形成される。
本実施形態では、一例として、軸方向のコラプスストロークＳの所定位置にロアシャフト１と同質の金属製の円環状の止め輪が形成されているが、ストッパー部材を溶接して一体としても良く、或いはＣ型止め輪やＥ型止め輪との別体との組合せでも良く、固定方法は適宜採用でき、特に問わない。

例えば、図６に示した部材（Ａ）〜（Ｆ）を使用することができる。
（Ａ）に示したものは、弾性を有する断面円形状の線材を曲げ形成することにより造られており、欠円環状の止め輪本体と、止め輪本体の円周方向両端部から径方向外方に折れ曲がった１対の係止環部とを備えている。
（Ｂ）に示したものは、一般的にＣ型リングと呼ばれるもので、金属板を打ち抜き形成することにより造られており、欠円環状の止め輪本体と、止め輪本体の円周方向両端部から径方向外方に突出した１対の耳部とを備えている。
（Ｃ）に示したものは、一般的にＥ型リングと呼ばれるもので、金属板を打ち抜き形成することにより造られており、欠円環状の止め輪本体と、止め輪本体の円周方向両端部及び円周方向中央部から径方向内方に突出した３つの爪部とを備えている。
（Ｄ）に示したものは、円環部と、円環部の円周方向複数箇所から径方向内方に突出した複数の舌片とを備えている。
（Ｅ）に示したものは、例えば合成樹脂や銅、アルミニウムなどの鉄系材料に比べてせん断抵抗の低い材料から造られたもので、全体を欠円環状に構成している。
（Ｆ）に示したものも、（Ｅ）と同様に、鉄系材料に比べてせん断抵抗の低い材料から造られたもので、ピン状に構成している。
更に、円環状や軸状以外の形状のものを使用することができ、溶接、接着、圧入、かしめ、ねじ止め等、従来から知られた各種固定構造によって、ロアシャフト１に対して固定する構造を採用できる。

ロア嵌合部２１は、ロアシャフト１の後方端部に位置する。ロア嵌合部２１は、外周面に雄スプライン（又は雄セレーション）２１ａを備える。雄スプライン２１ａは、後述する雌スプライン（又は雌セレーション）１７ａと噛み合う。
また、ロア嵌合部２１は、図４に示すように後方側の端面に凹部２１０を有する。

以上、説明のとおり、本実施形態の中間シャフト８５では、小径部１２５の直径Ｄ３が基部２２ｂの直径Ｄ４よりも小さくしているため、車両が縁石へ乗り上げた場合等において、第２衝撃吸収部（ヒューズ）４が変形する（捩れる）。第２衝撃吸収部（ヒューズ）４が変形することで、中間シャフト８５に入力されたエネルギーが吸収される。また、第２衝撃吸収部（ヒューズ）４でエネルギーが吸収されるので、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３での変形が抑制される。

したがって、中間シャフト８５には、例えば、車両が縁石へ乗り上げた程度のトルク（捩り力）が入力されることがあっても、中間シャフト８５には、このトルクを受けた時の破損を抑制し、かつ衝突時の衝撃を吸収することができる。

すなわち、ロア嵌合部２１に近い部分に捩じり方向の第２衝撃吸収部（ヒューズ）４を設けることで、衝突時における車体の挙動に鑑みて、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３への衝撃の伝達を適宜緩和することができ、アッパーシャフト２のコラプスアプローチを十分に確保することができる。

また、ストッパー３により、一次衝突時にアッパーシャフト２に対してロアシャフト１がコラプスストロークＳだけ移動すると、ストッパー３がアッパーシャフト２の前方端部に当たり、ロアシャフト１の移動が停止する。この結果、ロアシャフト１は軸方向に変位し衝撃荷重を吸収するように伸縮するが、ストッパー３によって止まり第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３に荷重がかかることでアッパーシャフト２側に無理な荷重が付加されることが回避される。
したがって、衝突時の衝撃度に応じてコラプスストロークＳを最適化することで、中間シャフトの縮みと曲がりのタイミングをコントロールすることができる。

アッパーシャフト２は、図８に示すように、中空の筒状部材である。アッパーシャフト２は、図４に示すように、アッパー嵌合部１７と、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３と、ジョイント嵌合部１１と、を備える。

アッパー嵌合部１７は、アッパーシャフト２の前方の端部に配置される。アッパー嵌合部１７はロアシャフト１に連結される。アッパー嵌合部１７の外径は一定である。例えば、アッパー嵌合部１７の外径は２３ｍｍである。アッパー嵌合部１７は、図８に示すように内周面に雌スプライン１７ａを備える。

図７（ａ）に示すように、軸方向に対して直交する断面においてアッパー嵌合部１７の外形が楕円を描く。図７（ａ）に示す断面において、ロア嵌合部２１の外形は円を描く。図７（ｂ）に示すように、軸方向に対して直交する断面のうち図７（ａ）とは異なる断面において、アッパー嵌合部１７の外形が円を描く。図７（ｂ）に示す断面において、ロア嵌合部２１の外形は楕円を描く。なお、図７（ａ）のアッパー嵌合部１７及び図７（ｂ）のロア嵌合部２１の形状は、説明のために誇張して描かれており、実際の形状とは異なる。実際には、雌スプライン１７ａの全ての歯は、それぞれ雄スプライン２１ａの２つの歯の間に位置する。
すなわち、図７（ａ）の左側及び右側に位置する雌スプライン１７ａの歯は、雄スプライン２１ａの歯に接していないが、雄スプライン２１ａの２つの歯の間に位置する。図７（ｂ）の上側及び下側に位置する雌スプライン１７ａの歯は、雄スプライン２１ａの歯に接していないが、雄スプライン２１ａの２つの歯の間に位置する。

中間シャフト８５を組み立てる時、ロア嵌合部２１の一部がアッパー嵌合部１７に挿入される。そして、アッパー嵌合部１７及びロア嵌合部２１が凹部２１０に対応する位置で２方向からプレスされる。その後、ロア嵌合部２１がアッパー嵌合部１７の中にさらに押し込まれる。これにより、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す断面形状が形成される。なお、アッパー嵌合部１７及びロア嵌合部２１のこのような連結方法は、楕円嵌合と呼ばれることがある。

また、本実施形態では、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３とロアシャフト１との嵌合部を、いわゆる楕円嵌合とし、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３とロアシャフト１とを軸方向に大きな衝撃荷重が加わった場合にのみ、軸方向に関する相対変位を可能となる様に嵌合しているが、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３とアッパーシャフト２とを、軽い力で軸方向に関する相対変位を可能に嵌合することもできる。

また、楕円嵌合と呼ばれる連結方法とは他の実施形態として、いわゆる樹脂コートスライダー及び転動体（ボールやローラ等）を用いた連結方法がある。

樹脂コートスライダーを用いた連結方法とは、例えば、ロアシャフト１のロア嵌合部２１の外周面に合成樹脂をコーティングし、さらにグリースを塗布して、アッパーシャフト２のアッパー嵌合部１７に内嵌させる。これにより、アッパー嵌合部１７とロア嵌合部２１との接触部分の磨耗を低減するとともに摩擦抵抗を削減することができる。
なお、アッパー嵌合部１７又はロア嵌合部２１の少なくともいずれか一方の外形に合成樹脂又はグリースのいずれか一方又は双方で潤滑被膜がコーティングされていれば良い。

転動体を用いた連結方法とは、例えば、アッパー嵌合部１７とロア嵌合部２１の間にボール或いはローラ、ボールとローラとを組合せた転動体を介在させる。これにより、アッパー嵌合部１７のロア嵌合部２１との接触部分の磨耗を低減するとともに摩擦抵抗を削減することができる。

アッパー嵌合部１７のロア嵌合部２１との接触部分に生じる摩擦により、アッパー嵌合部１７に対するロア嵌合部２１の移動が規制されている。すなわち、通常使用時（衝突が生じていない時）において、ロア嵌合部２１はアッパー嵌合部１７に対して移動しない。一方、衝突時においてロアシャフト１に軸方向の所定荷重が加わった場合、ロア嵌合部２１がアッパー嵌合部１７に対して、ストッパー３の位置までの軸方向コラプスストロークＳだけ移動する。
所定荷重は、例えば１ｋＮ以上３ｋＮ以下程度である。すなわち、ロアシャフト１は、衝突時にアッパーシャフト２から離脱できるようにアッパーシャフト２に連結されている。ロア嵌合部２１とアッパー嵌合部１７との間の摩擦により衝撃が吸収される。第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３の強度は、ロアシャフト１に所定荷重が加わった場合でも座屈しないように設計されている。

第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３は、中空円管状で、アッパー嵌合部１７とジョイント嵌合部１１との間に設けられた蛇腹状のベローズ部１２で形成されている。

ベローズ部１２は、オフセット衝突時に折れ曲がる様に塑性変形することで、衝突に伴う衝撃荷重を吸収する部分であり、衝突事故が発生する以前の通常時に捩り方向に加わる（運転者がステアリングホイール１を操作すること等に基づいて加わる）荷重によっては変形しない程度の捩り強度を有する。ベローズ部１２は、大径部である山部と、小径部である谷部とを、軸方向に関して交互に複数配置することで構成されている。又、本実施形態の場合には、山部の頂部と谷部の底部とを、それぞれ断面円弧形としている。

本実施形態の第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３は、軸方向一方側のジョイント嵌合部１１の内径（後方側雌セレーション１１ａの溝底径）Ｄ１１ｂを、ベローズ部１２のうちで最も内径が小さい部分（谷部）の内径Ｄ１２よりも小さく、軸方向他方側のアッパー嵌合部１７の内径（前方側雌セレーション１３の溝底径）Ｄ１１ａよりも大きくしている（Ｄ１１ａ＜Ｄ１１ｂ＜Ｄ１２）。但し、軸方向片側のアッパー嵌合部１７の内径Ｄ１１ａは、ベローズ部１２のうちで最も内径が小さい部分（谷部）の内径Ｄ１２よりも小さければ、軸方向他方側のジョイント嵌合部１１の内径Ｄ１１ｂと同じか、この内径Ｄ１１ｂよりも大きくすることもできる。

また、ベローズ部１２の肉厚ｔを、他の部分（ベローズ部１２から軸方向に外れた部分）の肉厚Ｔよりも小さくしている（ｔ＜Ｔ）。具体的には、ベローズ部１２の肉厚ｔを、他の部分の肉厚Ｔの１／５〜４／５の範囲、好ましくは、１／３〜２／３の範囲、寄り好ましくは、１／３〜１／２の範囲に規制している。

また、本実施形態では、中間シャフト８５のうち、ロアシャフト１を前方側に、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３を後方側に、それぞれ配置しているが、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３を前方側に、ロアシャフト１を後方側に、それぞれ配置することもできる。但し、オフセット衝突の際に、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３のベローズ部１２に加わるモーメントを大きくして、このベローズ部１２を変形し易くする面からは、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３を後方側に配置することが好ましい。

ジョイント嵌合部１１は、アッパーシャフト２の後方の端部に配置される。ジョイント嵌合部１１は、伝達軸１６を介して、第１ユニバーサルジョイント８４に連結される。ジョイント嵌合部１１の外径は一定である。例えば、ジョイント嵌合部１１の外径は２３ｍｍである。ジョイント嵌合部１１の厚みは２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であることが好ましい。例えば、ジョイント嵌合部１１の厚みは３ｍｍである。例えば、ジョイント嵌合部１１は、図８に示すように外周面にセレーション１１ａを備える。

このようなセレーション１１ａは、第１ユニバーサルジョイント８４を構成するヨークに結合固定された伝達軸１６の軸方向片端部（前端部）外周面に設けた雄セレーションとセレーション係合している。なお、セレーション係合に代えて、或いはセレーション係合と共に、溶接等の方法を用いることもできる。

図１０は、ロアシャフト１がストッパー３で止まった時の中間シャフト８５の斜視図である。図１１は、ロアシャフト１が曲がった時の中間シャフト８５の斜視図である。

車両が衝突するとステアリングギヤ８８に荷重が加わる。ステアリングギヤ８８に加わった荷重は、第２ユニバーサルジョイント８６を介してロアシャフト１に伝わる。車両の前面の全てが衝突対象物に当たった場合（フルラップ衝突の場合）、ステアリングギヤユニット２全体が後方に強く押され、ロアシャフト１には軸方向の荷重が加わることが多い。フルラップ衝突の場合には、図１０に示すように、ロアシャフト１に軸方向の衝撃荷重が加わると（図の矢印Ｐに示す）、このロアシャフト１が第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３に対して、ストッパー３まで移動する。その後、ロアシャフト１がベローズ部１２の中空部分を軸方向に潰ぶして入り込み中間シャフト８５の長さを縮め衝撃荷重を吸収することができる。

これにより、ステアリングホイール１が後方に変位して、運転者の体に向け突き上げられることを防止できる。なお、この様なフルラップ衝突が発生した場合に、ベローズ部１２が軸方向に潰れる以前に、ロアシャフト１と第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３とが相対変位を開始できる様に、ストッパー３のコラプスストロークＳ（潰れ量）を調整すると共に、ベローズ部１２の剛性の大きさと、ロアシャフト１と軸方向片側のアッパーシャフト２との結合強度の大きさを調整しておく。

また、車両の前面の一部が衝突対象物に当たった場合（オフセット衝突の場合）、ロアシャフト１には軸方向でない荷重が加わることが多いため（図の矢印Ｑに示す）、ロアシャフト１がアッパーシャフト２に対して真っ直ぐに移動できない。中間シャフト８５が軸方向に収縮できない様な場合には、衝突に伴う衝撃荷重に基づいて、第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３がベローズ部１２にて折れ曲がる。この場合、ロアシャフト１と第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３とが相対変位後、ベローズ部１２にて折れ曲がる様に、ストッパー３のコラプスストロークＳの潰れ量を調整しておく。

これにより、衝撃荷重が吸収されると共に、折れ曲がった中間シャフト８５が周辺部品の間に存在する隙間に収納され、後方に変位することを防止される。したがって、オフセット衝突の場合においても、フルセット衝突の場合と同様に、ステアリングホイール１が後方に向けて変位して、運転者の体に向け突き上げられることを防止できる。
なお、この様なオフセット衝突が発生した場合には、ロアシャフト１と第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３とは軸方向に相対変位しないこともある。

以上の説明のとおり、本発明のステアリング装置は、縁石に衝突した程度の衝突などに対してロア嵌合部２１に近い部分に捩じり方向の第２衝撃吸収部（ヒューズ）４により、また、フルラップ衝突に対してロアシャフト１がアッパーシャフト２に対してストッパー３まで移動することにより、さらにオフセット衝突に対してロアシャフト１と第１衝撃吸収部（アウタチューブ）１３とが相対変位後、ベローズ部１２にて折れ曲がり、ロアシャフト１は周辺部品の隙間に入り込むことにより、衝撃が吸収される。

したがって、種々な衝突時における車体の挙動に鑑みて、アッパーシャフト２のコラプスアプローチＳを調整して、衝撃の伝達を中間シャフトにて適宜緩和することができる。

１ ロアシャフト
１１ ジョイント嵌合部
１１ａ セレーション
１２ ベローズ部
１３ 第１衝撃吸収部（アウタチューブ）
１６ 伝達軸
１７ アッパー嵌合部
１７ａ 雌スプライン（雌セレーション）
２ アッパーシャフト
２１ ロア嵌合部
２１０ 凹部
２１ａ 雄スプライン（雄セレーション）
２２ 円柱部
２２ａ、２２ｂ 基部
２３ ジョイント嵌合部
３ ストッパー
４ 第２衝撃吸収部（ヒューズ）
５ アウタチューブ
８０ ステアリング装置
８１ ステアリングホイール
８２ ステアリングシャフト
８２ａ 入力軸
８２ｂ 出力軸
８３ 操舵力アシスト機構
８４ 第１ユニバーサルジョイント
８５、８５Ｂ、８５Ｃ 中間シャフト
８６ 第２ユニバーサルジョイント
８７ ピニオンシャフト
８８ ステアリングギヤ
８８ａ ピニオン
８８ｂ ラック
８９ タイロッド
９０ ＥＣＵ
９２ 減速装置
９３ 電動モータ
９４ トルクセンサ
９５ 車速センサ
９８ イグニッションスイッチ
９９ 電源装置

Claims (5)

1. 第１ユニバーサルジョイントと、
   前記第１ユニバーサルジョイントより前方側に配置される第２ユニバーサルジョイントと、
   前記第１ユニバーサルジョイントと前記第２ユニバーサルジョイントとを連結する中間シャフトと、を備え、
   前記中間シャフトは、
   蛇腹状のベローズ部を有する中空円管状の第１衝撃吸収部を備え、前記第１ユニバーサルジョイントに連結されるアッパーシャフトと、
   前記第２ユニバーサルジョイントに連結され且つ前記アッパーシャフトに離脱可能に連結されるロアシャフトと、を備え、
   前記ロアシャフトには、前記アッパーシャフトに対して前記ロアシャフトのコラプス量を規制するストッパーを備えていることを特徴とするステアリング装置。
2. 前記ロアシャフトの一部には、小径に形成された円柱状の第２衝撃吸収部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記アッパーシャフトは、スプラインを有するアッパー嵌合部を備え、
   前記ロアシャフトは、スプラインを有するロア嵌合部を備え、
   前記ロア嵌合部が前記アッパー嵌合部に嵌まり、
   前記アッパーシャフトの軸方向に対して直交する断面において、前記アッパー嵌合部の外形及び前記ロア嵌合部の外形のうち一方が円を描き、且つ他方が楕円を描くことを特徴とする請求項１又は２に記載のステアリング装置。
4. 前記アッパーシャフトは、スプラインを有するアッパー嵌合部を備え、
   前記ロアシャフトは、スプラインを有するロア嵌合部を備え、
   前記アッパー嵌合部と前記ロア嵌合部のスプラインの少なくともいずれか一方の外形に潤滑被膜が施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステアリング装置。
5. 前記アッパーシャフトは、スプラインを有するアッパー嵌合部を備え、
   前記ロアシャフトは、スプラインを有するロア嵌合部を備え、
   前記ロア嵌合部と前記アッパー嵌合部の間に転動体が介在されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステアリング装置。
   

Images