JP5494593B2

JP5494593B2 - ステアリング装置

Info

Publication number: JP5494593B2
Application number: JP2011190127A
Authority: JP
Inventors: 浩二安藤; 行弘松本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: US20140026706A1; WO2012098738A1; EP2666700A4; EP2666700A1; EP2666700B1; CN102712333B; JP2012162249A; US8991864B2; CN102712333A

Description

本発明はステアリング装置、特に、回転トルクを伝達可能で、衝突時に軸方向に相対的に収縮して、運転者に加わる衝撃を緩和するようにしたステアリング装置、例えば、中間シャフトやステアリングシャフト等を有するステアリング装置に関する。

ステアリング装置では、ステアリングホイールの回転をステアリングギヤに伝達するために、図７に示すようなステアリング装置を使用している。図７に示すように、車体後方側（図７の右側）にステアリングホイール１１を装着可能なステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、このステアリングシャフト１２の車体前方側（図７の左側）に、図示しないラック／ピニオン機構を介して連結されたステアリングギヤとを備えている。

ステアリングシャフト１２は、雌ステアリングシャフト（雌シャフト）１２Ａと雄ステアリングシャフト（雄シャフト）１２Ｂとを、回転トルクを伝達可能に、かつ軸方向に関して相対移動可能にセレーション（またはスプライン）嵌合している。従って、上記雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとは、衝突時に、このスプライン嵌合部が相対移動して、全長を縮めることができる。

また、上記ステアリングシャフト１２を挿通した筒状のステアリングコラム１３は、所謂コラプシブル構造としている。すなわち、アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂとをテレスコピック移動可能に組み合わせており、衝突時に軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃エネルギーを吸収しつつ全長が縮まる。

アウターコラム１３Ａは、上部支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この上部支持ブラケット１４と車体１８との間に、図示しない係止部を設けて、この上部支持ブラケット１４に車体前方側に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この上部支持ブラケット１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。また、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方端も、下部支持ブラケット１９により、上記車体１８の一部に支承している。

上記雌ステアリングシャフト１２Ａの車体前方端は、自在継手１５を介して、中間シャフト１６の後端部に連結している。また、この中間シャフト１６の前端部に、別の自在継手１７を介して、図示しないステアリングギヤの入力軸を連結している。中間シャフト１６は、雌中間シャフト（雌シャフト）１６Ａの車体前方側に、雄中間シャフト（雄シャフト）１６Ｂの車体後方側がセレーション（またはスプライン）嵌合し、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に関して相対移動可能に嵌合している。

ステアリングホイール１１の回転が、雄ステアリングシャフト１２Ｂ、雌ステアリングシャフト１２Ａ、自在継手１５、雌中間シャフト１６Ａ、雄中間シャフト１６Ｂ、自在継手１７を介してステアリングギヤに伝達され、図示しない車輪を操舵する。

このようなステアリング装置で、車両衝突時に、セレーション（またはスプライン）嵌合した雌シャフトと雄シャフトが相対的に収縮した時に、収縮の途中でコラプス抵抗を大きくして、衝撃エネルギーの吸収量を大きくし、短いコラプスストロークでも、衝撃エネルギーの吸収が十分に行われるようにした構造が必要とされている。特許文献１には、図８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。

図８（ａ）は、図７の雄シャフト１２Ｂと雌シャフト１２Ａの要部を示す断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＲ部拡大斜視図である。図８に示すように、雄シャフト１２Ｂの左端外周に形成された雄セレーション２０が、雌シャフト１２Ａの右端内周に形成された雌セレーション３０に内嵌して、セレーション係合している。

雄セレーション２０の歯２１の歯底２２には、雄セレーション２０の軸方向の一部で、雄セレーション２０の円周方向の一箇所に、凸部２３が形成されている。凸部２３の軸方向の位置は、通常の運転操作時には、雌セレーション３０には係合せず、車両の衝突時に
雌シャフト１２Ａと雄シャフト１２Ｂが相対的に収縮した時に、雌セレーション３０に係合する位置に形成している。

車両の衝突時に雌シャフト１２Ａと雄シャフト１２Ｂが相対的に収縮すると、雄セレーション２０の凸部２３が、雌セレーション３０の歯先に係合し、雌セレーション３０の歯先を塑性変形させる。その結果、コラプス抵抗が大きくなり、衝撃エネルギーの吸収量が増大するようにしている。

上記した特許文献１の衝撃吸収式ステアリングシャフトは、収縮の途中でコラプス抵抗を大きくして、衝撃エネルギーの吸収量を大きくすることができる。しかし、凸部２３が、雄セレーション２０の円周方向の特定箇所だけなので、衝突時に凸部２３が円周方向のどの位相に有るかによって、衝撃エネルギーの吸収量が変化するため、衝撃エネルギーの吸収量を所定の大きさに設定することが困難であった。

また、特許文献２に示すように、雌ステアリングシャフト１２Ａの外周面を半径方向内側に押圧して、雌ステアリングシャフト１２Ａ及び雄ステアリングシャフト１２Ｂの断面形状を楕円形に塑性変形させて衝撃エネルギーを吸収するようにした衝撃吸収式ステアリングシャフトがある。しかし、特許文献２の構造を特許文献１の構造に適用すると、凸部２３の円周方向の位置と塑性変形させた楕円形の位相を合わせるのが難しいため、衝撃エネルギーの吸収量を所定の大きさに設定することが困難であった。

実用新案登録第２６０７０６９号公報特開平８−９１２３０号公報

本発明は、車両衝突時に、雌シャフトと雄シャフトが相対的に収縮した時に、衝撃エネルギーの吸収量を所定の大きさに設定することが容易なステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、ステアリングホイールの回転を伝達可能な雄シャフト、上記雄シャフトの外周に形成された雄セレーション、上記雄シャフトに外嵌する雌シャフト、上記雌シャフトの内周に形成され、上記雄セレーションに軸方向に相対的に移動可能にかつ回転トルクを伝達可能に係合する雌セレーション、上記雌シャフトの外周面を半径方向内側に押圧して、雌シャフト及び雄シャフトの断面形状を楕円形に塑性変形させて車両の衝突時の初期における衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるようにしたステアリング装置であって、更に、上記雌シャフトに対して上記雄シャフトが相対的に所定長さ収縮する際に、収縮の途中で上記雌セレーションに係合する部位において、上記雄シャフトの外周の全周に渡って所定の軸方向長さに形成され、上記雌セレーションの歯先円直径よりも外径寸法が大径で、雌セレーションの歯先が当接して衝撃エネルギーを吸収する衝撃エネルギー吸収部を備えたことを特徴とするステアリング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記衝撃エネルギー吸収部は、上記雄シャフトの軸方向に離間した複数箇所に形成されていることを特徴とするステアリング装置である。

第３番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるように上記衝撃エネルギー吸収部の軸方向長さを設定することを特徴とするステアリング装置である。

第４番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるように上記衝撃エネルギー吸収部の外径寸法を設定することを特徴とするステアリング装置である。

第５番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるように上記雄シャフトの硬度を設定することを特徴とするステアリング装置である。

第６番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるように上記衝撃エネルギー吸収部が上記雌セレーションの歯先に当接する当接面の傾斜角度を設定することを特徴とするステアリング装置である。

第７番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるように上記雌セレーションの歯先が上記衝撃エネルギー吸収部に当接する当接面の傾斜角度を設定することを特徴とするステアリング装置である。

本発明のステアリング装置では、車両の衝突時に、雌シャフトに対して雄シャフトが相対的に収縮する際に、収縮の途中で雌セレーションに係合する部位に、雄シャフトの外周の全周に渡って所定の軸方向長さに形成され、雌セレーションの歯先円直径よりも外径寸法が大径で、雌セレーションの歯先が当接して衝撃エネルギーを吸収する衝撃エネルギー吸収部を備えている。

従って、車両衝突時に雌シャフトと雄シャフトが相対的に収縮した時に、雌セレーションの歯先と衝撃エネルギー吸収部が、雄シャフトの外周の円周方向の全体にわたって当接するため、衝撃エネルギーの吸収量が安定し、衝撃エネルギーの吸収量を所定の大きさに設定することが容易となる。

本発明の実施例１の雄シャフトと雌シャフトの要部を示す断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。（ａ）は図１のＰ部拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の変形例である。本発明の実施例２の雄シャフトと雌シャフトの要部を示す断面図である。図４のＱ部拡大断面図である。本発明の実施例３の雄シャフトと雌シャフトの要部を示す断面図である。従来のステアリング装置を示す一部を断面した側面図である。（ａ）は図７の雄シャフトと雌シャフトの要部を示す断面図である。（ｂ）は（ａ）のＲ部拡大斜視図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例２を説明する。

図１は本発明の実施例１の雄シャフトと雌シャフトの要部を示す断面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３（ａ）は図１のＰ部拡大断面図である。図１に示すように、雄シャフト１２Ｂの左端外周に形成された雄セレーション２０が、雌シャフト１２Ａの右端内周に形成された雌セレーション３０に内嵌して、セレーション係合している。図示はしないが、雄シャフト１２Ｂは中空円筒状に形成されている。

図１から図３に示すように、雄セレーション２０には、雌シャフト１２Ａの右端面（当接面）１２１Ａから長さＬ１だけ離れた位置に、衝撃エネルギー吸収部４０が形成されている。衝撃エネルギー吸収部４０の軸方向長さはＬ２で、雄シャフト１２Ｂの外周の全周に渡って円筒状に形成されている。衝撃エネルギー吸収部４０の外径寸法Ｄ１は、雌セレーション３０の歯先３１の歯先円直径Ｄ２よりも大径に形成されている。

図１に示す雌シャフト１２Ａの右端外周面１２２Ａは、雌セレーション３０に雄セレーション２０をセレーション係合させた後、外周側から半径方向内側に少し押し潰すことにより、雌シャフト１２Ａ及び雄シャフト１２Ｂを楕円形に塑性変形させる。その結果、雄シャフト１２Ｂと雌シャフト１２Ａは、軸方向にある程度の強い力が加わらない限り、軸方向に相対移動しないように結合されている。

車両が衝突して、雌シャフト１２Ａと雌シャフト１２Ｂとの間に作用するコラプス荷重が大きくなると、雌シャフト１２Ａに対して雄シャフト１２Ｂが収縮を開始する。

雌シャフト１２Ａに対して雄シャフト１２Ｂが長さＬ１だけ収縮すると、雌シャフト１２Ａの右端面（当接面）１２１Ａの歯先３１が衝撃エネルギー吸収部４０の左端面（当接面）４１に当接する。すると、雌セレーション３０の歯先３１と衝撃エネルギー吸収部４０の左端面４１が強く当接して塑性変形し、コラプス抵抗が増加して、衝撃エネルギーを吸収する。

本発明の実施例１では、雌セレーション３０の歯先３１と衝撃エネルギー吸収部４０の左端面４１が、雄シャフト１２Ｂの外周の円周方向の全体にわたって当接するため、雌シャフト１２Ａと雄シャフト１２Ｂとの間にこじれが生じることはなく、衝撃エネルギーの吸収量が安定する。

また、雌シャフト１２Ａの右端外周面１２２Ａを押し潰して楕円形に塑性変形させても、衝撃エネルギー吸収部４０が雄シャフト１２Ｂの外周の全周に渡って円筒状に形成されているため、塑性変形させた楕円形の位相に係わらず、衝撃エネルギーの吸収量を所定の大きさに設定することができる。

衝撃エネルギー吸収部４０の軸方向長さＬ２、衝撃エネルギー吸収部４０の外径寸法Ｄ１、雄シャフト１２Ｂの硬度のうちの少なくとも一つを所定の大きさに設定すれば、衝撃エネルギーの吸収量を所定の大きさに設定することができる。また、図３（ｂ）に示す、雌シャフト１２Ａの右端面（当接面）１２１Ａの歯先３１の傾斜角度α１、衝撃エネルギー吸収部４０の左端面（当接面）４１の傾斜角度α２のうちの少なくとも一つを所定の大きさに設定すれば、衝撃エネルギーの吸収量を所定の大きさに設定することができる。

次に本発明の実施例２について説明する。図４は本発明の実施例２の雄シャフトと雌シャフトの要部を示す断面図、図５は図４のＱ部拡大断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例２は、実施例１の変形例であって、衝撃エネルギー吸収部を雄シャフト１２Ｂの軸方向に離間した複数箇所に形成した例である。図４から図５に示すように、雄セレーション２０には、雌シャフト１２Ａの右端面（当接面）１２１Ａから長さＬ１だけ離れた位置に、衝撃エネルギー吸収部４０が形成されている。また、衝撃エネルギー吸収部４０から長さＬ３だけ離れた位置に、衝撃エネルギー吸収部５０が形成されている。

衝撃エネルギー吸収部４０の軸方向長さはＬ２、衝撃エネルギー吸収部５０の軸方向長さはＬ４で、雄シャフト１２Ｂの外周の全周に渡って円筒状に形成されている。衝撃エネルギー吸収部４０の外径寸法はＤ１、衝撃エネルギー吸収部５０の外径寸法はＤ３で、雌セレーション３０の歯先３１の歯先円直径Ｄ２よりも大径に形成されている。

図４に示す雌シャフト１２Ａの右端外周面１２２Ａは、雌セレーション３０に雄セレーション２０をセレーション係合させた後、外周側から半径方向内側に少し押し潰すことにより、雌シャフト１２Ａ及び雄シャフト１２Ｂを楕円形に塑性変形させる。その結果、雄シャフト１２Ｂと雌シャフト１２Ａは、軸方向にある程度の強い力が加わらない限り、軸方向に相対移動しないように結合されている。

雌シャフト１２Ａが衝撃エネルギー吸収部４０を通過し、雌シャフト１２Ａに対して雄シャフト１２Ｂが更に長さＬ３だけ収縮すると、雌シャフト１２Ａの右端面（当接面）１２１Ａの歯先３１が衝撃エネルギー吸収部５０の左端面（当接面）５１に当接する。すると、雌セレーション３０の歯先３１と衝撃エネルギー吸収部５０の左端面５１が強く当接して塑性変形し、コラプス抵抗が増加して、衝撃エネルギーを吸収する。

本発明の実施例２では、衝撃エネルギー吸収部４０及び５０が、雄シャフト１２Ｂの軸方向に離間した２箇所に形成されている。従って、ステアリング装置のコラプス移動ストロークの位置に応じて、衝撃エネルギーの吸収特性を所定の大きさに設定することができる。

衝撃エネルギー吸収部４０及び５０の軸方向長さＬ２、Ｌ４、衝撃エネルギー吸収部４０及び５０の外径寸法Ｄ１、Ｄ３、雄シャフト１２Ｂの硬度のうちの少なくとも一つを所定の大きさに設定すれば、衝撃エネルギーの吸収量を所定の大きさに設定することができる。また、雌シャフト１２Ａの右端面（当接面）１２１Ａの歯先３１の傾斜角度α１、衝撃エネルギー吸収部４０及び５０の左端面（当接面）４１及び５１の傾斜角度α２、α３のうちの少なくとも一つを所定の大きさに設定すれば、衝撃エネルギーの吸収量を所定の大きさに設定することができる。

次に本発明の実施例３について説明する。図６は本発明の実施例３の雄シャフトと雌シャフトの要部を示す断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例３は、実施例１の変形例であって、ステアリングホイールのテレスコピック位置を調整可能なステアリング装置の雄シャフトと雌シャフトに、衝撃エネルギー吸収部を形成した例である。図６に示すように、インナーコラム１３Ｂにはアウターコラム１３Ａが、テレスコピック位置調整長さＬ１だけテレスコピック位置調整可能に外嵌している。アウターコラム１３Ａには、雄シャフト１２Ｂが回転可能に軸支され、インナーコラム１３Ｂには右端にステアリングホイールを装着可能な雌シャフト１２Ａが回転可能に軸支されている。

雄シャフト１２Ｂの左端外周に形成された雄セレーション２０が、雌シャフト１２Ａの右端内周に形成された雌セレーション３０に内嵌して、セレーション係合している。運転者の体格に合わせてインナーコラム１３Ｂに対してアウターコラム１３Ａのテレスコピック位置を調整すると、テレスコピック位置調整長さＬ１の範囲では、雌シャフト１２Ａの雌セレーション３０に対して雄シャフト１２Ｂの雄セレーション２０が円滑に伸縮する。

雄セレーション２０には、雌シャフト１２Ａの右端面（当接面）１２１Ａから長さＬ１（テレスコピック位置調整長さＬ１と同一長さ）だけ離れた位置に、衝撃エネルギー吸収部４０が形成されている。衝撃エネルギー吸収部４０の軸方向長さはＬ２で、雄シャフト１２Ｂの外周の全周に渡って円筒状に形成されている。実施例１の図２、図３（ａ）と同様に、衝撃エネルギー吸収部４０の外径寸法Ｄ１は、雌セレーション３０の歯先３１の歯先円直径Ｄ２よりも大径に形成されている。

車両が衝突して、インナーコラム１３Ｂに対してアウターコラム１３Ａが収縮し、雌シャフト１２Ａに対して雄シャフト１２Ｂがテレスコピック位置調整長さＬ１だけ収縮すると、雌シャフト１２Ａの右端面（当接面）１２１Ａの歯先３１が衝撃エネルギー吸収部４０の左端面（当接面）４１に当接する。すると、雌セレーション３０の歯先３１と衝撃エネルギー吸収部４０の左端面４１が強く当接して塑性変形し、コラプス抵抗が増加して、衝撃エネルギーを吸収する。

本発明の実施例３では、雌セレーション３０の歯先３１と衝撃エネルギー吸収部４０の左端面４１が、雄シャフト１２Ｂの外周の円周方向の全体にわたって当接するため、雌シャフト１２Ａと雄シャフト１２Ｂとの間にこじれが生じることはなく、衝撃エネルギーの吸収量が安定する。

衝撃エネルギー吸収部４０の軸方向長さＬ２、衝撃エネルギー吸収部４０の外径寸法Ｄ１、雄シャフト１２Ｂの硬度のうちの少なくとも一つを所定の大きさに設定すれば、衝撃エネルギーの吸収量を所定の大きさに設定することができる。

上記実施例１から実施例３では、雌シャフト１２Ａと雄シャフト１２Ｂにセレーションが形成された例について説明したが、雌シャフト１２Ａと雄シャフト１２Ｂにスプラインを形成してもよい。上記実施例１から実施例２では、ステアリングシャフトに適用した例について説明したが、中間シャフトに適用してもよい。また、上記実施例２では、衝撃エネルギー吸収部を雄シャフト１２Ｂの軸方向に離間した２箇所に形成しているが、２箇所以上の衝撃エネルギー吸収部を形成してもよい。

１１ステアリングホイール
１２ステアリングシャフト
１２Ａ雌ステアリングシャフト（雌シャフト）
１２１Ａ右端面（当接面）
１２２Ａ右端外周面
１２Ｂ雄ステアリングシャフト（雄シャフト）
１３ステアリングコラム
１３Ａアウターコラム
１３Ｂインナーコラム
１４上部支持ブラケット
１５自在継手
１６中間シャフト
１６Ａ雌中間シャフト（雌シャフト）
１６Ｂ雄中間シャフト（雄シャフト）
１７自在継手
１８車体
１９下部支持ブラケット
２０雄セレーション
２１歯
２２歯底
２３凸部
３０雌セレーション
３１歯先
４０衝撃エネルギー吸収部
４１左端面（当接面）
５０衝撃エネルギー吸収部
５１左端面（当接面）

Claims

ステアリングホイールの回転を伝達可能な雄シャフト、
上記雄シャフトの外周に形成された雄セレーション、
上記雄シャフトに外嵌する雌シャフト、
上記雌シャフトの内周に形成され、上記雄セレーションに軸方向に相対的に移動可能にかつ回転トルクを伝達可能に係合する雌セレーション、
上記雌シャフトの外周面を半径方向内側に押圧して、雌シャフト及び雄シャフトの断面形状を楕円形に塑性変形させて車両の衝突時の初期における衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるようにしたステアリング装置であって、更に
上記雌シャフトに対して上記雄シャフトが相対的に所定長さ収縮する際に、収縮の途中で上記雌セレーションに係合する部位において、上記雄シャフトの外周の全周に渡って所定の軸方向長さに形成され、上記雌セレーションの歯先円直径よりも外径寸法が大径で、雌セレーションの歯先が当接して衝撃エネルギーを吸収する衝撃エネルギー吸収部を備えたこと
を特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記衝撃エネルギー吸収部は、
上記雄シャフトの軸方向に離間した複数箇所に形成されていること
を特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるように上記衝撃エネルギー吸収部の軸方向長さを設定すること
を特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるように上記衝撃エネルギー吸収部の外径寸法を設定すること
を特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるように上記雄シャフトの硬度を設定すること
を特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるように上記衝撃エネルギー吸収部が上記雌セレーションの歯先に当接する当接面の傾斜角度を設定すること
を特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記衝撃エネルギーの吸収量が所定の大きさになるように上記雌セレーションの歯先が上記衝撃エネルギー吸収部に当接する当接面の傾斜角度を設定すること
を特徴とするステアリング装置。