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。
(実施形態)
図1は、本実施形態のステアリング装置の模式図である。図2は、本実施形態の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、実施形態の中間シャフトの側面図である。図4は、実施形態の中間シャフトの断面図である。図5は、図4の第1衝撃吸収部の拡大図である。図6は、図4の溝の拡大図である。図7は、図4の第2衝撃吸収部の拡大図である。
以下の説明において、中間シャフト85の軸方向は単に軸方向と記載され、軸方向に対して直交する方向は径方向と記載される。図4から図7は、径方向に対して直交する平面で中間シャフト85を切った断面である。
中間シャフト85は、略円柱状の中空部材である。例えば、中間シャフト85は機械構造用炭素鋼鋼管(STKM材(Carbon Steel Tubes for Machine Structural Purposes))で形成される。中間シャフト85は、STKM12B(JIS G 3445)で形成されることが好ましい。STKM12Bの引張強度は340MPa以上であり、管軸直角方向の伸びは20%以上である。このため、中間シャフト85は捩れやすく且つ座屈しにくい。中間シャフト85は、STKM13A又はSTKM15A(JIS G 3445)等で形成されてもよい。図4に示すように中間シャフト85は孔10を備える。中間シャフト85の内径D10(孔10の直径)は、軸方向の全長に亘って一定である。内径D10は、9mm以上15mm以下であることが好ましい。例えば本実施形態における内径D10は、9.4mmである。内径D10の公差は、±0.1mm以内であることが好ましい。
図3及び図4に示すように、中間シャフト85は、基部11と、第1衝撃吸収部15と、基部16と、第2衝撃吸収部17と、基部19と、を備える。
基部11は、第1ユニバーサルジョイント84に接続される。基部11は円柱状であり、基部11の外径は一定である。基部11は外径D1を有する。外径D1は、15mm以上18mm以下であることが好ましい。例えば本実施形態における外径D1は16.8mmである。外径D1の公差は、+0.2mm以内であることが好ましい。基部11の肉厚T1は3.7mmである。第1衝撃吸収部15は、基部11の前方に位置する。第1衝撃吸収部15は、中間シャフト85の軸方向において、中間シャフト85の中央に位置する。基部16は、第1衝撃吸収部15の前方に位置する。基部16の外径は一定であり、外径D1に等しい。第2衝撃吸収部17は、基部16の前方に位置する。第2衝撃吸収部17は、中間シャフト85の中央よりも前方側に位置する。基部19は、第2ユニバーサルジョイント86に接続される。基部19の外径は一定であり、外径D1に等しい。
図5に示すように、第1衝撃吸収部15は、複数の溝3と、複数の凸部4と、を備える。溝3は環状である。溝3は、例えば機械構造用炭素鋼鋼管の外周面を切削することにより形成される。複数の溝3は、軸方向で等間隔に配置されている。凸部4は、2つの溝3の間に位置する。凸部4に対応する位置における第1衝撃吸収部15の外径は外径D1に等しい。
図5に示すように、第1衝撃吸収部15は、溝3に面する表面として、第1側面31と、第2側面33と、底面35と、第1接続面36と、第2接続面37と、を含む。第1側面31及び第2側面33は、軸方向に対して垂直である。すなわち第2側面33は、第1側面31と平行である。底面35は、第1側面31と第2側面33との間に位置する。第1側面31が底面35に対して後方に位置し、第2側面33が底面35に対して前方に位置する。底面35は曲面である。第1接続面36は、第1側面31と底面35とを繋ぐ曲面である。第2接続面37は、第2側面33と底面35とを繋ぐ曲面である。
第1衝撃吸収部15は、例えば300Nmのトルクを伝達できるように設計される。第1衝撃吸収部15が伝達できるトルクは、溝3に対応する位置における第1衝撃吸収部15の外径D2により決まる(図6に示す溝3の深さHにより決まる)。外径D2は、15.5mm以上16.5mm以下であることが好ましい。例えば本実施形態における外径D2は16mmである。
溝3の最大幅Wは、1mm以上3mm以下であることが好ましい。図6に示す断面において、第1接続面36及び第2接続面37は同じ円弧(以下、第1円弧という)を描く。第1円弧の曲率半径C1は、0.2mm以上1.0mm以下であることが好ましい(第1円弧の曲率は、1.0mm−1以上5.0mm−1以下であることが好ましい)。例えば、本実施形態における曲率半径C1は0.3mmである(第1円弧の曲率は10/3mm−1である)。
図7に示すように、第2衝撃吸収部17は、小径部175と、第1接続部171と、第2接続部179と、を含む。小径部175、第1接続部171及び第2接続部179は、例えば機械構造用炭素鋼鋼管の外周面を切削することにより形成される。小径部175、第1接続部171及び第2接続部179の算術平均粗さ(Ra)は6.3μm以下であることが好ましい。例えば、本実施形態における算術平均粗さ(Ra)は3.2μmである。これにより、小径部175が捩れた時に、小径部175にせん断が生じにくくなる。
小径部175は円柱状であり、小径部175の外径は一定である。小径部175は外径D3を有する。外径D3は外径D1よりも小さい。第2衝撃吸収部17は、例えば150Nm以上250Nm以下程度のトルクで変形するように設計される。そのために、外径D3は14mm以上16mm以下であることが好ましい。例えば、本実施形態において外径D3は15mmである。外径D3の公差は、±0.05mm以内であることが好ましい。図7に示す小径部175の肉厚T3は2.8mmである。肉厚T3は、外径D3の10%以上20%以下であることが好ましい。すなわち、本実施形態において肉厚T3は1.5mm以上3.0mm以下であることが好ましい。これにより、小径部175の座屈が抑制され且つ小径部175が捩れやすくなる。小径部175の軸方向の長さLは、溝3の最大幅Wよりも大きい。長さLは、10mm以上50mm以下であることが好ましい。例えば本実施形態における長さLは15mmである。長さLが大きくなるほど、小径部175は捩れやすくなる。長さLがより大きければ、中間シャフト85は管軸直角方向の伸びがSTKM12Bよりも小さい材料で形成されてもよい。一方、長さLが小さくなるほど、小径部175の形成が容易になる。
第1接続部171は、基部16と小径部175とを接続する。第1接続部171の外径は、小径部175に向かって小さくなっている。第2接続部179は、基部19と小径部175とを接続する。第2接続部179の外径は、小径部175に向かって小さくなっている。図6に示す断面において、第1接続部171及び第2接続部179の表面は同じ円弧(以下、第2円弧という)を描く。第2円弧の曲率半径C2は、第1円弧の曲率半径C1よりも大きい(第2円弧の曲率は第1円弧の曲率よりも小さい)。曲率半径C2は2mm以上であることが好ましい(第2円弧の曲率は0.5mm−1以下であることが好ましい)。例えば、曲率半径C2は8mmである(第2円弧の曲率は0.125mm−1である)。
図8は、曲がった後の中間シャフトの側面図である。車両の1次衝突時においてステアリングギヤ88に荷重が加わる。ステアリングギヤ88に加わった荷重により中間シャフト85には曲げ応力が生じる。また中間シャフト85には、1次衝突による曲げ応力が生じることがあると共に、車両が縁石へ乗り上げた場合等において大きなトルク(捩り力)が入力されることがある。このため、中間シャフト85には、大きなトルクを受けた時の破損を抑制し且つ1次衝突時に衝撃を吸収することができることが求められる。
中間シャフト85においては、第1衝撃吸収部15及び第2衝撃吸収部17が他の部分よりも変形しやすくなっている。上述したように、図7に示す曲率半径C2が図6に示す曲率半径C1よりも大きい。このため、中間シャフト85には曲げ応力が生じた場合、応力集中が生じやすい第1接続面36及び第2接続面37を起点として第1衝撃吸収部15が曲がる。溝3の径方向における一方側が拡がり、溝3の径方向における他方側が縮む。溝3が縮む側においては、凸部4が隣接する凸部4に接する。曲がった中間シャフト85は、中間シャフト85の周辺部品の隙間に入り込む。第1衝撃吸収部15が曲がることにより、衝突による衝撃が吸収される。その結果、ステアリングホイール81に伝わる衝撃が低減する。
その一方で、中間シャフト85の外径は小径部175で最小となる。このため、中間シャフト85に大きなトルクが入力された時、第2衝撃吸収部17が変形する(捩れる)。第2衝撃吸収部17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。第2衝撃吸収部17でエネルギーが吸収されるので、第1衝撃吸収部15の変形が抑制される。このため、第1衝撃吸収部15において、曲げ応力に対する設計された変形特性が保たれる。なお、第2衝撃吸収部17が変形する(捩れる)ことで吸収されるエネルギーは、例えば300J以上500J程度であることが求められる。
なお、中間シャフト85は、必ずしも機械構造用炭素鋼鋼管から形成されなくてもよく、その他の材料から形成されてもよい。ただし製造を容易にするために、中間シャフト85は円筒状の材料から形成されることが望ましい。
なお、第1衝撃吸収部15の溝3は、必ずしも上述した形状を有していなくてもよい。例えば、第1接続面36及び第2接続面37が底面35を介さずに繋がっていてもよい。すなわち、径方向に対して垂直な平面で中間シャフト85を切った断面において、溝3の底に対応する位置における第1衝撃吸収部15の表面が半円を描いていてもよい。また、第1接続面36及び第2接続面37がなくてもよい。すなわち、第1側面31及び第2側面33が底面35に直接繋がっていてもよい。
なお、第1衝撃吸収部15が備える溝3の数は、必ずしも図に示すような数でなくてもよい。第1衝撃吸収部15は少なくとも1つの溝3を有していればよい。凸部4に対応する位置における第1衝撃吸収部15の外径は、必ずしも外径D1に等しくなくてもよく、少なくとも外径D2よりも大きければよい。
なお、中間シャフト85は、複数の部材を備えていてもよい。例えば、中間シャフト85は、第1シャフトと、第1シャフトに連結される第2シャフトとを備えていてもよい。このような場合、第1シャフト及び第2シャフトの少なくとも一方が、上述した中間シャフト85の構成を備えていればよい。言い換えると、本実施形態においては中間シャフト85が第1シャフトである。
以上で説明したように、ステアリング装置80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よりも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との間に位置する中間シャフト85と、を備える。中間シャフト85は、軸方向の全長に亘って内径が一定である中空部材である。中間シャフト85は、外周面に溝3を有する第1衝撃吸収部15を備える。
これにより、第1衝撃吸収部15は切削加工等により形成できるので、第1衝撃吸収部15の形成に際して金型が不要である。このため、第1衝撃吸収部15の形成が容易となる。また、第1衝撃吸収部15の変形特性は、第1衝撃吸収部15の溝3の形状に応じて変化する。切削範囲の変更により溝3の形状を変更することは容易であるため、第1衝撃吸収部15の変形特性の調整は容易である。したがって、ステアリング装置80は、容易に製造でき且つ容易に変形特性を変更することができる中間シャフト85により衝撃を吸収することができる。
また、ステアリング装置80においては、第1衝撃吸収部15は、複数の溝3を備える。溝3は、環状である。
これにより、中間シャフト85に曲げ応力が作用すると、第1衝撃吸収部15の複数の部分で応力集中が生じる。このため、第1衝撃吸収部15の変形する部分の範囲が大きくなりやすいので、中間シャフト85の衝撃吸収能力が向上する。さらに、溝3が環状なので、中間シャフト85の曲がる方向が限定されにくくなる。
また、ステアリング装置80においては、溝3の最大幅Wは1mm以上3mm以下である。径方向に対して垂直な平面で中間シャフト85を切った断面において、溝3に面する第1衝撃吸収部15の表面の少なくとも一部は、曲率半径が0.2mm以上1.0mm以下である円弧を描く。
これにより、第1衝撃吸収部15において極端な応力集中が生じなくなり、且つ第1衝撃吸収部15が曲がり易くなる。
また、中間シャフト85は、溝3の底に対応する位置における第1衝撃吸収部15の外径D2よりも小さい外径D3を有する第2衝撃吸収部17を備える。
これにより、中間シャフト85に大きなトルクが作用した場合、第2衝撃吸収部17が変形することでエネルギーが吸収される。一方、第1衝撃吸収部15の変形は抑制される。このため、第1衝撃吸収部15の設計された変形特性が保たれる。その結果、車両の衝突が生じた時に、中間シャフト85は所定の衝撃吸収能力を発揮することができる。
また、径方向に対して垂直な平面で中間シャフト85を切った断面において、溝3に面する第1衝撃吸収部15の表面の少なくとも一部が第1円弧を描き、第2衝撃吸収部17の表面の少なくとも一部が第2円弧を描く。第2円弧の曲率半径C2は、第1円弧の曲率半径C1よりも大きい。
これにより、中間シャフト85に曲げ応力が生じた時、第2衝撃吸収部17よりも第1衝撃吸収部15に応力集中が生じやすくなる。このため、中間シャフト85が、第2衝撃吸収部17ではなく第1衝撃吸収部15を起点として曲がる。したがって、車両の衝突が生じた時に、中間シャフト85は所定の衝撃吸収能力を発揮することができる。
また、第2衝撃吸収部17の最小肉厚(肉厚T3)は、第2衝撃吸収部17の外径D3の10%以上20%以下である。
これにより、第2衝撃吸収部17の座屈が抑制され且つ第2衝撃吸収部17が捩れやすくなる。このため、中間シャフト85の衝撃吸収能力が向上する。
(第1変形例)
図9は、第1変形例の中間シャフトにおける第1衝撃吸収部の側面図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図9に示すように、第1変形例の第1衝撃吸収部15Aは、溝3Aを備える。溝3Aは、螺旋状である。上述した溝3の最大幅W及び曲率半径C1の説明は、溝3Aに対しても適用できる。
これにより、中間シャフト85に曲げ応力が作用すると、第1衝撃吸収部15Aの複数の部分で応力集中が生じる。このため、第1衝撃吸収部15Aの変形が大きくなりやすいので、中間シャフト85の衝撃吸収能力が向上する。さらに、溝3Aが螺旋状なので、中間シャフト85の曲がる方向が限定されにくくなる。
(第2変形例)
図10は、第2変形例の中間シャフトにおける溝の断面図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
第2変形例の第1衝撃吸収部15Bは、複数の溝3Bを備える。図10に示すように、第1衝撃吸収部15Bは、溝3Bに面する表面として、第1側面31Bと、第2側面33Bと、底面35Bと、第1接続面36Bと、第2接続面37Bと、を含む。底面35Bは、第1側面31Bと第2側面33Bとの間に位置する。第1接続面36Bは、第1側面31Bと底面35Bとを繋ぐ曲面である。第2接続面37Bは、第2側面33Bと底面35Bとを繋ぐ曲面である。第1側面31Bと第2側面33Bとの間の距離は、底面35Bに向かって小さくなっている。すなわち、溝3Bの幅は、溝3Bの底に向かって小さくなっている。
これにより、中間シャフト85に曲げ応力が生じた時に、応力集中が生じやすくなる。
(第3変形例)
図11は、第3変形例の中間シャフトの斜視図である。図12は、第3変形例の中間シャフトの断面図である。図13は、第1シャフトの第1衝撃吸収部及び第1嵌合部を拡大した断面図である。図14は、図12におけるA−A断面図である。図15は、図12におけるB−B断面図である。なお、上述した第1実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図11に示すように、中間シャフト85Cは、第1シャフト1と、第2シャフト2と、を備える。
図12に示すように、第1シャフト1は、略円柱状の中空部材である。第1シャフト1は、機械構造用炭素鋼鋼管で形成される。第1シャフト1は、基部13と、第1嵌合部18と、を備える。
第2衝撃吸収部17は、基部11の前方に位置する。第2衝撃吸収部17は、軸方向において、第1シャフト1の中央よりも後方側に位置する。基部13は、第2衝撃吸収部17の前方に位置する。基部13の外径は一定であり、外径D1に等しい。第1衝撃吸収部15は、基部13の前方に位置する。第1衝撃吸収部15は、第1シャフト1の軸方向において、第1シャフト1の中央に位置している。第1嵌合部18は、第1シャフト1の前方端部に位置する。第1嵌合部18は、外周面にセレーション18aを備える。図13に示すように外径D1は、第1嵌合部18の最小外径D4よりも小さい。最小外径D4は、セレーション18aの谷に対応する位置における第1嵌合部18の外径である。また、第1嵌合部18は、図12に示すように前方側の端面に凹部180を有する。
第1シャフト1の製造工程においては、第1嵌合部18が形成された後、切削により第2衝撃吸収部17が形成される。そして、第2衝撃吸収部17が形成された後に、第1シャフト1に樹脂コーティングが施される。その後、第1シャフト1にシェービング加工が施される。仮に樹脂コーティングの後に切削が行われる場合、切削粉が樹脂コーティングに混入する可能性がある。このような場合、第1シャフト1及び第2シャフト2が相対的に移動する時に、摩擦が増大し、スティックスリップ現象(摩擦と滑りとが繰り返されることによる振動)が生じる可能性がある。これに対して、第1シャフト1の製造工程においては、樹脂コーティングよりも前に第2衝撃吸収部17を形成するための切削が行われるので、切削粉の樹脂コーティングへの混入が抑制される。このため、第1シャフト1及び第2シャフト2が相対的に移動する時のスティックスリップ現象が抑制される。
図12に示すように、第2シャフト2は筒状である。例えば、第2シャフト2は、機械構造用炭素鋼鋼管で形成される。第2シャフト2は、第2嵌合部21と、大径部23と、基部25と、を備える。
第2嵌合部21は、第2シャフト2の後方端部に配置される。第2嵌合部21には、第1嵌合部18が挿入されている。第2嵌合部21は、内周面にセレーション21aを備える。セレーション21aは、セレーション18aと噛み合う。
図14に示すように、軸方向に対して垂直な断面において第1嵌合部18の外形が円を描く。図14に示す断面において、第2嵌合部21の外形は楕円を描く。図15に示すように、軸方向に対して垂直な断面のうち図14とは異なる断面において、第1嵌合部18の外形が楕円を描く。図15に示す断面において、第2嵌合部21の外形は円を描く。なお、図14の第2嵌合部21及び図15の第1嵌合部18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、セレーション21aの全ての歯は、それぞれセレーション18aの2つの歯の間に位置する。すなわち、図14の左側及び右側に位置するセレーション21aの歯は、セレーション18aの歯に接していないが、セレーション18aの2つの歯の間に位置する。図15の上側及び下側に位置するセレーション21aの歯は、セレーション18aの歯に接していないが、セレーション18aの2つの歯の間に位置する。
中間シャフト85Cを組み立てる時、第1嵌合部18の一部が第2嵌合部21に挿入される。そして、第1嵌合部18及び第2嵌合部21が凹部180に対応する位置で2方向からプレスされる。その後、第1嵌合部18が第2嵌合部21の中にさらに押し込まれる。これにより、図14及び図15に示す断面形状が形成される。なお、第1嵌合部18及び第2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。
第1嵌合部18の第2嵌合部21との接触部分に生じる摩擦により、第1嵌合部18に対する第2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、第2嵌合部21は第1嵌合部18に対して移動しない。一方、衝突時において第2シャフト2に軸方向の所定荷重が加わった場合、第2嵌合部21が第1嵌合部18に対して移動する。所定荷重は、例えば1kN以上3kN以下程度である。すなわち、第2シャフト2は、衝突時に第1シャフト1から離脱できるように第1シャフト1に連結されている。第2嵌合部21と第1嵌合部18との間の摩擦により衝撃が吸収される。
大径部23は、第2嵌合部21の前方に配置される。大径部23の外径は一定である。大径部23の外径は、第2嵌合部21の外径よりも大きい。
基部25は、第2シャフト2の前方端部に配置される。基部25は、第2ユニバーサルジョイント86に固定されている。基部25の外径は一定である。基部25の外径は、第2嵌合部21の外径に等しい。
図16は、第2シャフトが第1シャフトの中に入った後の中間シャフトの斜視図である。図17は、第1シャフトが曲がった後の中間シャフトの斜視図である。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を介して第2シャフト2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)、第2シャフト2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16に示すように第2シャフト2が第1シャフト1に対して移動することで衝撃が吸収される。その結果、ステアリングホイール81に伝わる衝撃が低減する。
一方、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)、第2シャフト2には軸方向でない荷重が加わることが多い。このため、第2シャフト2が第1シャフト1に対して真っ直ぐに移動できない。オフセット衝突の場合には、中間シャフト85Cには曲げ応力が生じる。この時、第1接続面36及び第2接続面37(図6参照)に応力集中が生じることで、第1接続面36及び第2接続面37を起点として図17に示すように第1衝撃吸収部15が曲がる。曲がった中間シャフト85Cは、中間シャフト85Cの周辺部品の隙間に入り込む。第1衝撃吸収部15が曲がることにより、衝突による衝撃が吸収される。その結果、ステアリングホイール81に伝わる衝撃が低減する。
なお、第1嵌合部18及び第2嵌合部21の連結方法は、樹脂コートスライダーを用いた連結方法、又は転動体を用いた連結方法であってもよい。樹脂コートスライダーを用いた連結方法は、潤滑皮膜を有する第1嵌合部18を第2嵌合部21に嵌める方法である。潤滑皮膜は、例えば、第1嵌合部18の外周面に合成樹脂のコーティングを施した上にグリースが塗布されることで形成される。これにより、第1嵌合部18と第2嵌合部21との接触部分の磨耗が低減されると共に摩擦抵抗が低減される。なお、潤滑皮膜は、第2嵌合部21に設けられてもよいし、第1嵌合部18及び第2嵌合部21の両方に設けられてもよい。また、転動体を用いた連結方法は、第1嵌合部18と第2嵌合部21とを転動体を介して連結する方法である。転動体の例としては、ボール又はローラが挙げられる。転動体としてボールとローラが組み合わされていてもよい。これにより、第1嵌合部18と第2嵌合部21との接触部分の磨耗が低減されると共に摩擦抵抗が低減される。
なお、中間シャフト85Cは、第1シャフト1及び第2シャフト2が相対的に過剰に移動することを防ぐためのストッパーを備えていてもよい。ストッパーは、例えばC字状の樹脂リングであり、第2衝撃吸収部17の周辺に配置される。
上述したように、中間シャフト85Cは、第1シャフト1に離脱可能に連結される筒状の第2シャフト2を備える。
これにより、1次衝突時に第2シャフト2が第1シャフト1に対して相対的に移動する。ステアリング装置80は、第1シャフト1と第2シャフト2との間で生じる摩擦によって衝撃を吸収することができる。
また、第1シャフト1は、外周面にセレーション18aを有する第1嵌合部18を備える。第2シャフト2は、内周面にセレーション21aを有する第2嵌合部21を備える。第1嵌合部18が第2嵌合部21に嵌まる。第1衝撃吸収部15の最大外径(外径D1)は、第1嵌合部18の最小外径D4よりも小さい。
これにより、第2シャフト2が第1シャフト1に対して相対的に移動する時に、第1衝撃吸収部15と第2嵌合部21のセレーション21aとが干渉しにくくなる。このため、ステアリング装置80は、中間シャフト85Cの衝撃吸収能力のバラツキを抑制することができる。
(第4変形例)
図18は、第4変形例の中間シャフトの断面図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図18に示すように、第4変形例においては、第1シャフト1が第2シャフト2の前方に位置する。第1シャフト1は、ストッパー14を備える。ストッパー14は、基部13の外周面から径方向に突出している。ストッパー14は、基部13と一体に形成されている。ストッパー14は、軸方向から見て第2嵌合部21の端面に重なる。ストッパー14は、第1衝撃吸収部15の後方に位置する。このため、第2嵌合部21の端面からストッパー14までの距離は、第2嵌合部21の端面から第1衝撃吸収部15までの距離よりも小さい。
第1シャフト1及び第2シャフト2が相対的に移動すると、ストッパー14は第2嵌合部21の端面に接する。ストッパー14は、第1シャフト1及び第2シャフト2の相対的な移動量を規制する。ストッパー14が第1衝撃吸収部15の後方に位置するので、第1衝撃吸収部15が第2シャフト2の中に入る前にストッパー14が第2嵌合部21に接する。このため、第1シャフト1は、第2シャフト2に対して相対的に移動した後に曲がることができる。
なお、ストッパー14は、第2シャフト2に設けられてもよい。例えば、ストッパー14は、第2シャフト2の内周面に設けられ、軸方向から見て第1嵌合部18に重なればよい。このような場合、第1嵌合部18の端面からストッパー14までの距離は、第2嵌合部21の端面から第1衝撃吸収部15までの距離よりも小さいことが好ましい。これにより、第1衝撃吸収部15が第2シャフト2の中に入る前に第1嵌合部18がストッパー14に接する。このため、第1シャフト1は、第2シャフト2に対して相対的に移動した後に曲がることができる。
なお、ストッパー14は、基部13に溶接等により接続されていてもよい。ストッパー14として、C型止め輪又はE型止め輪が用いられてもよい。
上述したように、中間シャフト85Dは、第1シャフト1及び第2シャフト2の相対的な移動量を規制するストッパー14を備える。
これにより、第1シャフト1及び第2シャフト2の相対的な移動量を調節することが可能となるので、第2シャフト2に過大な荷重が加わることが防止される。
(第5変形例)
図19は、第5変形例における第1衝撃吸収部の溝の周辺部を拡大した断面図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図19に示すように、第5変形例においては、第1衝撃吸収部15Eに被覆材5が設けられる。被覆材5は、第1衝撃吸収部15Eの溝3に面する表面(第1側面31、第2側面33、底面35、第1接続面36及び第2接続面37)を覆う。すなわち、被覆材5は溝3の内周面を覆う。また被覆材5は、第1衝撃吸収部15Eの溝3よりも外側の表面である主表面150を覆う。すなわち、第5変形例においては、被覆材5が第1衝撃吸収部15Eの表面の全体を覆う。被覆材5は、防錆皮膜である。被覆材5は、例えば亜鉛又はニッケル等を含む。言い換えると、第1衝撃吸収部15Eの表面には、亜鉛メッキ又はニッケルメッキ等が施されている。
なお、被覆材5は、必ずしも第1衝撃吸収部15Eの表面の全体を覆わなくてもよい。被覆材5は、第1衝撃吸収部15Eの溝3に面する表面の少なくとも一部を覆っていればよい。被覆材5は、少なくとも底面35、第1接続面36及び第2接続面37を覆うことが好ましい。また被覆材5は、例えばグリースであってもよい。この場合、グリースの粘度は高い方が好ましい。
上述したように、第5変形例のステアリング装置80は、溝3に面する第1衝撃吸収部15Eの表面の少なくとも一部を覆う被覆材5を備える。被覆材5は、防錆皮膜である。
第1衝撃吸収部15Eは、所定のトルク(例えば300Nm)を伝達できるように設計される。溝3を有する第1衝撃吸収部15Eにおいては、溝3に対応する部分のトルクに対する強度が低くなる。第1衝撃吸収部15Eは十分な安全率を考慮して設計されているものの、第1衝撃吸収部15Eに錆が生じると、第1衝撃吸収部15Eが所定のトルクに耐えられなくなる可能性がある。これに対して、第1衝撃吸収部15Eにおいては、被覆材5によって溝3に面する表面での錆の発生が抑制される。第1衝撃吸収部15Eの溝3に対応する部分の強度低下が抑制される。第5変形例は、特に雨等の水がかかる可能性のある場所に配置される場合に有効である。
なお、被覆材5を上述した第3変形例(又は第4変形例)に適用した場合、被覆材5は、第1衝撃吸収部15Eの溝3よりも外側の表面である主表面150を覆うことが好ましい。第3変形例で説明したように、中間シャフト85Cに軸方向の所定荷重が加わった場合、第1シャフト1及び第2シャフト2が相対的に移動する。中間シャフト85Cに曲げモーメントも加わっていると、第2シャフト2が第1衝撃吸収部15Eに引っ掛かる可能性がある。これに対して、主表面150が被覆材5で覆われていることにより、第2シャフト2と第1衝撃吸収部15Eとの間の摩擦が低減される。このため、仮に第2シャフト2が第1衝撃吸収部15Eに接触した場合でも、第2シャフト2が第1衝撃吸収部15Eに引っ掛かりにくい。このため、第2シャフト2の移動が滑らかになる。
(第6変形例)
図20は、第6変形例における第1衝撃吸収部を拡大した断面図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図20に示すように、第6変形例においては、充填材6が溝3に設けられる。例えば、充填材6は、複数の溝3の全てに配置されている。例えば、充填材6の深さは溝3の深さH(図6参照)に等しい。充填材6は、樹脂又はゴムであることが好ましい。さらに、充填材6は独立気泡体であるゴムであることが好ましい。充填材6のヤング率は、第1衝撃吸収部15Fのヤング率よりも小さい。第1衝撃吸収部15Fに曲げモーメントが加わった時、充填材6は容易に変形する。
なお、充填材6の深さは溝3の深さH(図6参照)よりも小さくてもよい。すなわち、1つの溝3に埋められる充填材6の体積は、1つの溝3の体積よりも小さくてもよい。充填材6は、底面35、第1接続面36及び第2接続面37を覆うことが好ましい。また、溝3には充填材6及び第5変形例で説明した被覆材5の両方が設けられていてもよい。すなわち、被覆材5が第1衝撃吸収部15Fを覆い且つ充填材6が被覆材5を覆っていてもよい。また充填材6は、例えばグリースであってもよい。この場合、グリースの粘度は高い方が好ましい。
上述したように、第6変形例のステアリング装置80は、溝3に配置される充填材6を備える。
第6変形例の第1衝撃吸収部15Fにおいては、充填材6により溝3に水が入りにくくなっている。このため、溝3に面する第1衝撃吸収部15Fの表面での錆の発生が抑制される。第1衝撃吸収部15Fの溝3に対応する部分の強度低下が抑制される。第6変形例は、特に雨等の水がかかる可能性のある場所に配置される場合に有効である。
また充填材6は、樹脂である。これにより、充填材6が第1衝撃吸収部15Fの変形を阻害しにくくなる。
また充填材6は、ゴムである。これにより、充填材6が第1衝撃吸収部15Fの変形を阻害しにくくなる。
また充填材6は、独立気泡体である。これにより、第1衝撃吸収部15Fの重量の増加が抑制される。
なお、充填材6を上述した第3変形例(又は第4変形例)に適用した場合、充填材6の体積は、溝3の体積と同じであることが好ましい。これにより、溝3が充填材6で埋められるので、第1衝撃吸収部15Fの外周面が滑らかになる。第2シャフト2と第1衝撃吸収部15Fとの間の摩擦が低減される。このため、仮に第2シャフト2が第1衝撃吸収部15Fに接触した場合でも、第2シャフト2が第1衝撃吸収部15Fに引っ掛かりにくい。このため、第2シャフト2の移動が滑らかになる。