JP2010241169A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な量の衝撃吸収ストローク量を確保できる小型の車両用操舵装置を得る。
【解決手段】本車両用操舵装置のステアリングシャフト３は、軸方向Ａ１に順次に並ぶ第１、第２および第３の軸２１，２２，２３を含む。第２の軸２２の下端２２１の内周２２４に、中空の第１の軸２１の上端２１１の外周２１３が嵌合されている。第２の軸２２の上端２２２の内周２２４に、第３の軸２３の下端２３１の外周２３３が嵌合されている。第１の軸２１の上端２１１および第３の軸２３の下端２３１は、軸方向Ａ１に離隔している。ステアリングシャフト３の短縮に伴って衝撃吸収するときに、第１の軸２１が第２の軸２２を拡径させることによる第１の衝撃吸収、および第３の軸２３が第２の軸２２を拡径させることによる第２の衝撃吸収が、順次に行われるようにしてある。
【効果】衝撃吸収するときの挙動が安定化する。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両用操舵装置に関する。

車両用操舵装置は、ステアリングホイールの回転を舵取り機構に伝達するためのステアリングシャフトを有している。このステアリングシャフトは、互いに同伴回転可能に嵌合された一対の軸を有している。これら一対の軸を、車両の衝突時に軸方向に互いに相対移動させることにより、ステアリングシャフト全体を、軸方向に短縮させることが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

また、特許文献２では、ステアリングシャフトを回転可能に支持する筒状のステアリングコラムが、互いに嵌合された一対のチューブを有している。これら一対のチューブが、車両の衝突時に軸方向に互いに相対移動しつつ、一方のチューブが径方向に拡がるようにされている。

特開平１１−３１１２５６号公報 実開昭６３−１９３９８１号公報

特許文献１，２では、車両の衝突時に短縮するステアリングシャフトにおいて、十分な量の衝撃吸収ストローク量を確保しようとすると、通常時のステアリングシャフトの軸長が長くなる。その結果、車両用操舵装置が大型化する。
一方、車両用操舵装置は、車両の限られたスペースに配置されるため、小型化の要請がある。特に、ステアリングシャフトに、伝達比可変機構、操舵補助機構等が連結される場合において、車両用操舵装置の小型化を図るためには、ステアリングシャフトの軸長を短くする必要がある。

しかし、軸長の短い小型のステアリングシャフトを用いた場合、車両の衝突時に十分な量の衝撃吸収ストローク量を確保することができない。
そこで、この発明の目的は、十分な量の衝撃吸収ストローク量を確保することができる小型の車両用操舵装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ステアリングホイール（２）の回転を舵取り機構（９）に伝達するための伝達軸（３）を有し、所要以上の衝撃荷重を受けたときに伝達軸が軸方向（Ａ１）に短縮して衝撃を吸収する車両用操舵装置（１）において、上記伝達軸は、上記軸方向に順次に並ぶ第１、第２および第３の軸（２１，２２，２３）を含み、上記第１および第２の軸は、中空に形成され、上記第２の軸（２２）の一端（２２１）に、上記第１の軸（２１）の一端（２１１）が、同伴回転可能に且つ上記軸方向に移動可能に嵌合され、上記第２の軸の他端（２２２）に、上記第３の軸（２３）の一端（２３１）が、同伴回転可能に且つ上記軸方向に移動可能に嵌合され、上記伝達軸の短縮に伴って衝撃吸収するときに、上記第１の軸と上記第２の軸とが互いに相対移動することによる衝撃吸収、および上記第３の軸と上記第２の軸とが互いに相対移動することによる衝撃吸収の何れか一方、並びに他方が、順次に行われるようにしてあることを特徴とする車両用操舵装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１において、上記第１の軸と上記第２の軸とが互いに相対移動することによる第１の衝撃吸収荷重が、上記第３の軸と上記第２の軸とが互いに相対移動することによる第２の衝撃吸収荷重よりも小さくされていることを特徴とする車両用操舵装置である。
請求項３記載の発明は、請求項２において、上記第２の軸の上記一端の内周（２２５）に、上記第１の軸の上記一端の外周（２１５）が、同伴回転可能に且つ上記軸方向に移動可能に嵌合され、上記第２の軸の上記他端の内周（２２９）に、上記第３の軸の上記一端の外周（２３６）が、同伴回転可能に且つ上記軸方向に移動可能に嵌合され、上記第１の軸の上記一端および上記第３の軸の上記一端は、上記軸方向に離隔しており、衝撃吸収するときに、上記第１の軸が、上記第２の軸に対して上記軸方向に移動し、その結果、上記第１の軸の上記一端が、上記第３の軸の上記一端に係合することにより、上記第３の軸が、上記第１の軸を拡径させつつ上記第１の軸内に挿入されることを特徴とする車両用操舵装置である。

なお、上記括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を示すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１記載の発明によれば、伝達軸を多段で構成するので、小型の伝達軸であっても衝撃吸収ストローク量を長くできる。従って、十分な量の衝撃吸収ストローク量を確保できる小型の車両用操舵装置を実現できる。また、上述の２つの衝撃吸収の一方と他方とが、順次に行われるので、短縮時の伝達軸全体の挙動が安定し、その結果、伝達軸の短縮をスムーズに実現できる。

請求項２記載の発明によれば、車両の衝突時に、先ず、第１の軸および第２の軸が相対移動する。次に、第２の軸および第３の軸が相対移動する。相対移動の順序が決まっているので、短縮時の伝達軸全体の挙動が安定する。
請求項３記載の発明によれば、第１の軸が第２の軸内に入った状態で、第３の軸が、第１の軸を拡径させながら第１の軸内に入ることができる。その結果、小型の伝達軸であっても、衝撃吸収ストローク量を長くできる。また、仮に、第１、第２および第３の軸を順次小径にする場合と比較して、伝達軸の曲げ剛性を向上できる。

図１は本発明の第１の実施形態の車両用操舵装置の概略構成を模式的に示す部分的な断面図である。 図２（ａ）は、通常時のステアリングシャフトにおける中心軸線よりも上側の半分を示す断面図であり、図２（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、ステアリングシャフトの衝撃吸収工程を順次に示す断面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、図２（ｄ）に続くステアリングシャフトの衝撃吸収工程を順次に示す断面図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態のステアリングシャフトにおける中心軸線よりも上側の半分を示す断面図であり、衝撃吸収工程を順次に示している。

以下では、この発明の一実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、車両用操舵装置が、電動パワーステアリング装置である場合に則して説明するが、本発明はこれに限らず、例えば、マニュアル操舵のステアリング装置であってもよい。また、本実施形態では、車両用操舵装置が、後述するＶＧＲ機能および位置調整機能を有している場合に則して説明するが、これらの機能の少なくともひとつが廃止されている場合も考えられる。

図１は、本発明の第１の実施形態の車両用操舵装置の概略構成を模式的に示す部分的な断面図である。図１を参照して、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４等を介して連結された中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有する転舵軸としてのラック軸８とを備えている。

ピニオン軸７およびラック軸８を含むラックアンドピニオン機構によって、舵取り機構９が構成されている。ラック軸８は、車体側部材に固定されたハウジング１１によって、車両の左右方向に沿う軸方向（図１の紙面とは直交する方向）に移動可能に支持されている。ラック軸８の各端部は、図示していないが、対応するタイロッドおよび対応するナックルアームを介して対応する転舵輪に連結されている。

ステアリングホイール２が上側となるように、ステアリングシャフト３の中心軸線が車両の前後方向Ｘ１，Ｘ２に対して斜めに配置されている。この状態で、ステアリングシャフト３は、車体側部材１３に固定されたステアリングコラム１４によって回転可能に支持されている。ここで、車体側部材１３は、車体の一部であってもよいし、この車体の一部に固定された部材であってもよい。

ステアリングシャフト３は、第１の軸２１、第２の軸２２および第３の軸２３を有している。第１、第２および第３の軸２１，２２，２３は、この記載の順序で、当該ステアリングシャフト３の軸方向Ａ１（以下、単に軸方向Ａ１ともいう。）に沿って下側から順に並んでいる。軸方向Ａ１に関する第３の軸２３の上端に、ステアリングホイール２が同伴回転可能に連結されている。第１の軸２１と第２の軸２２とは、互いに同伴回転可能に連結されている。第２の軸２２と第３の軸２３とは、互いに同伴回転可能に連結されている。

ステアリングシャフト３には、後述する伝達比可変機構４６および操舵補助機構４８が連結されている。ステアリングシャフト３と、伝達比可変機構４６と、操舵補助機構４８とは、軸方向Ａ１に沿って順次並んでいる。
具体的には、ステアリングシャフト３の第３の軸２３は、伝達比可変機構４６の入力部材５０と、同伴回転可能に連結されている。伝達比可変機構４６の出力部材５１は、操舵補助機構４８の入力軸５５と一体に形成されており、この入力軸５５は、トーションバー５６を介して出力軸５７に連結されている。

ステアリングコラム１４は、車両前方Ｘ１側の下部支持構造２４を介して車体側部材１３に固定されており、また、車両後方Ｘ２側の上部支持構造２５を介して車体側部材１３に固定されている。
また、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２の位置を調整するための位置調整機能を有している。具体的には、車両用操舵装置１は、チルト中心軸２６の中心軸線の周りにステアリングコラム１４を揺動させることにより、ステアリングホイール２の高さ位置を調整するチルト調整機能と、軸方向Ａ１にステアリングホイール２の位置を調整することにより、ステアリングホイール２の前後位置を調整するテレスコピック調整機能と、調整したステアリングホイール２の位置を解除可能に固定するための固定機能とを有している。

また、車両用操舵装置１は、車両の衝突時に運転者がステアリングホイール２に衝突するとき（二次衝突）の衝撃を吸収するための衝撃吸収機能を有している。
位置調整機能および衝撃吸収機能は、下部支持構造２４と、上部支持構造２５と、伸縮可能なステアリングシャフト３と、伸縮可能なステアリングコラム１４とにより実現されている。

ステアリングコラム１４は、ステアリングシャフト３の一部を収容するコラムチューブ２７と、ステアリングシャフト３の軸方向Ａ１に関してのコラムチューブ２７の下端に連結されたハウジング２８とを有している。
ステアリングコラム１４のハウジング２８は、伝達比可変機構４６の入力部材５０および出力部材５１を、複数の軸受（図示せず）を介して支持している。ハウジング２８は、軸方向Ａ１に関して、当該ハウジング２８に対する入力部材５０および第１の軸２１の相対移動を規制している。また、ハウジング２８は、操舵補助機構４８の入力軸５５、トーションバー５６および出力軸５７を、複数の軸受（図示せず）を介して支持している。

また、ステアリングコラム１４は、ステアリングシャフト３の第３の軸２３を軸受２９を介して支持しており、これとともに、ステアリングシャフト３の第１の軸２１を、入力部材５０を介して支持している。
コラムチューブ２７は、軸方向Ａ１に関するステアリングコラム１４の上部および中間部を構成している。コラムチューブ２７は、第１のチューブ３１と、第２のチューブ３２と、第３のチューブ３３とを有している。第１、第２および第３のチューブ３１，３２，３３は、この記載の順序で、軸方向Ａ１に沿って下側から順に並んでいる。

第１のチューブ３１の内周に、第２のチューブ３２の外周が、軸方向Ａ１に相対移動可能に互いに嵌合している。第１のチューブ３１と第２のチューブ３２とは、ステアリングホイール２を位置調整するときに軸方向Ａ１に互いに相対移動できる。
第２のチューブ３２の内周に、第３のチューブ３３の外周が、軸方向Ａ１に相対移動可能に互いに嵌合している。具体的には、第２のチューブ３２の内周に、第３のチューブ３３が圧入されている。これにより、第２のチューブ３２および第３のチューブ３３は、軸方向Ａ１に関する所定の保持力で互いに保持されている。その結果、衝撃吸収前の通常時、例えば位置調整時には、第２のチューブ３２および第３のチューブ３３は相対移動しないようになっている。また、第２のチューブ３２と第３のチューブ３３とは、衝撃吸収するときに軸方向Ａ１に相対移動できるようになっている。

軸方向Ａ１に関しての第３のチューブ３３の上部は、軸受２９を保持し、この軸受２９を介して、第３の軸２３を回転可能に支持している。また、第３のチューブ３３と第３の軸２３との軸方向Ａ１の相対移動が規制されている。
車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２の回転を舵取り機構９に伝達するための伝達軸としての上述のステアリングシャフト３を有している。所要以上の衝撃荷重を受けたときにステアリングシャフト３が軸方向Ａ１に短縮して衝撃を吸収するようになっている。ステアリングシャフト３の第１の軸２１および第２の軸２２は、中空に形成されている。第３の軸２３は、中実軸形状に形成されている場合に則して説明するが、中空に形成されていることも考えられる。

第１の軸２１は、一端としての軸方向Ａ１に関する上端２１１（以下、単に上端２１１という。なお、第２の軸２２および第３の軸２３についても同様とする。）を有している。第２の軸２２は、一端としての軸方向Ａ１に関する下端２２１と、他端としての軸方向Ａ１に関する上端２２２とを有している。第３の軸２３は、一端としての軸方向Ａ１に関する下端２３１を有している。

第２の軸２２の下端２２１の内周に、第１の軸２１の上端２１１の外周が、同伴回転可能に且つ軸方向Ａ１に移動可能に嵌合されている。例えば、第１の軸２１の上端２１１と第２の軸２２の下端２２１とは、互いに、スプライン構造等の継手構造により互いに連結されている。これにより、第１の軸２１および第２の軸２２は、衝撃吸収するとき、およびステアリングホイール２の位置調整のときに、軸方向Ａ１に相対移動できるようになっている。

第２の軸２２の上端２２２の内周に、第３の軸２３の下端２３１の外周が、同伴回転可能に且つ軸方向Ａ１に相対移動可能に嵌合されている。例えば、第２の軸２２の上端２２２と第３の軸２３の下端２３１とは、互いにセレーション構造等の継手構造により互いに連結されている。また、第２の軸２２の上端２２２に、第３の軸２３の下端２３１が圧入されている。これにより、第２の軸２２および第３の軸２３は、衝撃吸収前の通常時においては所定の保持力で保持されており、互いの相対移動を規制されている。衝撃吸収に際し、所定の保持力を超える荷重が作用したときには、第２の軸２２および第３の軸２３は、軸方向Ａ１に相対移動できるようにされている。

また、第１の軸２１の上端２１１および第３の軸２３の下端２３１は、軸方向Ａ１に離隔している。第１の軸２１の上端２１１および第３の軸２３の下端２３１は、軸方向Ａ１に沿って互いに対向している。軸方向Ａ１に見たときに、第１の軸２１の上端２１１および第３の軸２３の下端２３１の少なくとも一部同士が、互いに重なりあっている。
車両が衝突したときに、運転者がステアリングホイール２にぶつかると、衝撃力が、運転者からステアリングホイール２に作用する。衝撃力を受けたステアリングホイール２は、車両前方Ｘ１へ向けて、車体に対して移動しようとする。

一方で、軸方向Ａ１に関するステアリングシャフト３の第３の軸２３およびステアリングコラム１４のコラムチューブ２７の第１および第２のチューブ３１，３２は、車体に係止されており、車両前方Ｘ１への移動を規制されている。
また、ステアリングコラム１４の第３のチューブ３３は、第２のチューブ３２により、衝撃吸収前においては所定の保持力で保持されている。この所定の保持力を上回る衝撃力が第３のチューブ３３に作用すると、第２および第３のチューブ３２，３３は互いに軸方向Ａ１に相対移動する。これにより、ステアリングホイール２と、第３の軸２３と、軸受２９と、第３のチューブ３３とは、一体的に、軸方向Ａ１の下方へ向けて移動する。また、これに伴い、ステアリングコラム１４が短縮される。また、ステアリングシャフト３が短縮される。さらに、第１および第２の軸２１，２２はともに径方向に広がる。その結果、衝撃エネルギが吸収される。

図２（ａ）は、通常時のステアリングシャフト３の断面図であり、ステアリングシャフト３の中心軸線よりも上側の半分を図示している。図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）、図３（ａ）、図３（ｂ）および図３（ｃ）の各図は、ステアリングシャフト３の衝撃吸収工程を順次に示す断面図である。
図２（ａ）を参照して、第１の軸２１の外周２１３は、上端２１１の外周としての小径部２１５と、第１の傾斜部２１６と、小径部２１５よりも大径の第１の大径部２１７と、第２の傾斜部２１８と、第１の大径部２１７よりも大径の第２の大径部２１９とを有している。これらは、この記載の順序で、軸方向Ａ１の上側から並んでいる。

小径部２１５は、略円筒形状をなし、スプライン継手を構成する軸方向Ａ１に延びる複数の凹溝を有している。
第１の大径部２１７および第２の大径部２１９は、円筒面により形成されており、その外径の値を調節することにより、衝撃吸収荷重の大きさを調節できる。なお、第１の大径部２１７および第２の大径部２１９のいずれか一方を廃止することも考えられるが、本実施形態では、両方がある場合に則して説明する。また、第１の軸２１の内周における第２の大径部２１９に径方向に対向する部分に、入力部材５０が圧入されている。

第１の傾斜部２１６は、小径部２１５と第１の大径部２１７とを互いに接続しており、軸方向Ａ１に対して傾斜した円錐状のテーパ形状をなす。第２の傾斜部２１８は、第１の大径部２１７と第２の大径部２１９とを互いに接続しており、軸方向Ａ１に対して傾斜した円錐状のテーパ形状をなす。
第１の傾斜部２１６と、第１の大径部２１７と第２の傾斜部２１８と、第２の大径部２１９とは、第２の軸２２の下端２２１を拡径させるための部分を形成しており、衝撃吸収前の第２の軸２２の下端２２１の内周よりも大径に形成されており、これとともに、衝撃吸収前の状態において第２の軸２２の下端２２１から遠ざかるにしたがって径方向に次第に大きくなっている。第１の傾斜部２１６と、第２の傾斜部２１８とが、順次、第２の軸２２の下端２２１の内周に押し込まれることにより、第２の軸２２の下端２２１がしだいに大きく拡径される。

第２の軸２２の内周２２４は、下端２２１の内周としての第１の小径部２２５と、第１の傾斜部２２６と、第１の小径部２２５よりも大径の大径部２２７と、第２の傾斜部２２８と、大径部２２７よりも小径に形成され上端２２２の内周としての第２の小径部２２９とを有している。これらは、この記載の順序で、軸方向Ａ１の下側から並んでいる。
第１の小径部２２５は、略円筒形状をなし、スプライン継手を構成する軸方向Ａ１に延びる複数の突条を有している。第２の小径部２２９は、略円筒形状をなし、セレーション継手を構成する軸方向Ａ１に延びる複数の突条を有している。また、大径部２２７は、円筒面により形成されている。

第１の傾斜部２２６は、第１の小径部２２５と大径部２２７とを互いに接続しており、軸方向Ａ１に対して傾斜した円錐状のテーパ形状をなす。第２の傾斜部２２８は、大径部２２７と第２の小径部２２９とを互いに接続しており、軸方向Ａ１に対して傾斜した円錐状のテーパ形状をなす。
第３の軸２３の外周２３３は、軸方向Ａ１の先端に配置された傾斜部２３５と、下端２３１の外周としての小径部２３６と、この小径部２３６とは段部２３７を介して互いに接続されており小径部２３６よりも大径の大径部２３８とを有している。傾斜部２３５と、小径部２３６と、段部２３７と、大径部２３８とは、この記載の順序で軸方向Ａ１の下側から並んでいる。

小径部２３６は、セレーション継手を構成する軸方向Ａ１に延びる複数の凹溝を有している。大径部２３８は、円筒面により形成されている。
段部２３７は、軸方向Ａ１に垂直な環状平面をなしている。段部２３７は、軸方向Ａ１に関する第２の軸２２の上端２２２の移動を規制するための部分として機能する。このロックするための部分は、衝撃吸収前における第２の軸２２の上端２２２の内周よりも大径に形成されている。また、段部２３７の少なくとも一部が変形されつつ、第３の軸２３の下端２３１が第２の軸２２の上端２２２の内周に押し込まれることにより、第２の軸２２の上端２２２が拡径されるようになっている。

傾斜部２３５は、軸方向Ａ１に関して小径部２３６よりも、第１の軸２１に近い側に配置され、軸方向Ａ１に対して傾斜する円錐形状をなしている。傾斜部２３５は、ステアリングシャフト３の径方向（以下単に径方向ともいう。）に関して外周寄りに配置された環状部分を有している。環状部分は、第１の軸２１の上端２１１の先端における径方向内側の縁部よりも、径方向外側に配置されており、第１の軸２１の拡径を案内する。

傾斜部２３５の上述の環状部分と、段部２３７と、大径部２３８とは、第１の軸２１の上端２１１を拡径させるための部分を形成しており、衝撃吸収前の状態の第１の軸２１の上端２１１の内周よりも大径に形成されており、衝撃吸収前における第１の軸２１の上端２１１から遠ざかるにしたがってステアリングシャフト３の径方向に次第に大きくなっている。傾斜部２３５の上述の環状部分と段部２３７とが、第１の軸２１の上端２１１の内周に押し込まれることにより、第１の軸２１の上端２１１が拡径するようになっている。また、これを通じて第２の軸２２の上端２２２のロックを解除するための部材として、傾斜部２３５は機能する。

図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、ステアリングシャフト３の短縮は、以下のようになされる。第１の軸２１の上端２１１と第２の軸２２の下端２２１とが、位置調整のために相対摺動し易くされているので、先ず相対移動する。すなわち、第２の軸２２の内周２２４の第１の小径部２２５が、第１の軸２１の外周２１３の小径部２１５に沿って、車両前方へ向けて移動する。これとともに、第２の軸２２と第３の軸２３とは、一体的に移動する。そして、第１の軸２１の外周２１３の第１の傾斜部２１６と、第２の軸２２の内周２２４の第１の小径部２２５の先端の縁部とが、互いに当接する。

図２（ｂ）および図２（ｃ）を参照して、次に、第１および第２の軸２１，２２が互いに嵌合した状態で相対摺動するのに伴い、第１の軸２１が第２の軸２２の下端２２１を拡径させることによる第１の衝撃吸収が行われる。
図２（ｄ）および図３（ａ）を参照して、その後、第２および第３の軸２２，２３が互いに係合した状態で相対摺動するのに伴い、第３の軸２３が第２の軸２２の上端２２２を拡径させることによる第２の衝撃吸収が行われる。

また、第１および第３の軸２１，２３が互いに係合し、この状態で相対摺動するのに伴い、第３の軸２３が第１の軸２１の上端２１１を拡径させることによる第３の衝撃吸収が行われる（図２（ｃ）および図２（ｄ）参照。）。
図２（ｂ）および図２（ｃ）を参照して、第１の衝撃吸収では、第２の軸２２の下端２２１が、第１の軸２１の外周２１３の第１の傾斜部２１６および第２の傾斜部２１８に沿って車体前方へ向けて移動すると、第２の軸２２の下端２２１が拡径される。これに伴って、第３の軸２３が、第２の軸２２と一体的に車体前方へ向けて移動する。その結果、第１の軸２１の上端２１１と第３の軸２３の下端２３１とが、第２の軸２２内で互いに接近する。

図２（ｃ）を参照して、次に、ステアリングシャフト３が短縮し、ステアリングシャフト３の軸長Ｌ０が第１の所定長Ｌ１になる（Ｌ０＝Ｌ１）と、第３の衝撃吸収が開始される。すなわち、第１の軸２１の上端２１１の先端が、第３の軸２３の下端２３１の傾斜部２３５に当接し係合する。ここで、ステアリングシャフト３の軸長Ｌ０は、軸方向Ａ１に関する第１の軸２１の下端の先端から第３の軸２３の上端の先端までの長さである。

図２（ｃ）および図２（ｄ）を参照して、第２の軸２２が、車体前方へさらに移動すると、ステアリングシャフト３の軸長Ｌ０が第１の所定長Ｌ１よりも短くなる。これに伴い、第３の軸２３の下端２３１が、第１の軸２１の上端２１１の内周に押し込まれ、これにより、第１の軸２１の上端２１１を拡径させる。このとき、第１の衝撃吸収と、第３の衝撃吸収とが、同時に行われる。

第３の衝撃吸収の開始後、第２の衝撃吸収が開始される。すなわち、ステアリングシャフト３がさらに短縮し、ステアリングシャフト３の軸長Ｌ０が第２の所定長Ｌ２（Ｌ０＝Ｌ２＜Ｌ１）と等しくなると、拡径された第１の軸２１の上端２１１が、第２の軸２２の上端２２２側の内周の第２の傾斜部２２８に当接し係合する（図２（ｄ）参照。）。
図２（ｄ）および図３（ａ）を参照して、第２の軸２２が車体前方へさらに移動すると、ステアリングシャフト３の軸長Ｌ０が第２の所定長Ｌ２よりも短くなる。これに伴い、拡径された第１の軸２１の上端２１１が、第２の軸２２の上端２２２の内周を径方向外方へ押圧する。これにより、第２の軸２２の上端２２２が拡径される。第２の衝撃吸収が開始される。

第２の衝撃吸収が開始されると、第１、第２および第３の衝撃吸収が、同時に行われる。この間、第２の軸２２と第３の軸２３とは、軸方向Ａ１に一体的に移動する。また、第２の軸２２の上端２２２は、拡径された第１の軸２１の上端２１１により径方向外方へ押圧されて、より大きく拡径される。また、第１の軸２１の上端２１１は、第２の軸２２と第３の軸２３との間の環状空間に押し込まれる。

図３（ａ）を参照して、次に、拡径された第１の軸２１の上端２１１が、第２の軸２２の上端２２２を径方向内側から押圧ことにより、第２の軸２２の上端２２２を拡径させる。これを通じて、第２の軸２２の上端２２２と第３の軸２３の下端２３１との係合が解除される。すなわち、ステアリングシャフト３の軸長Ｌ０が第３の所定長Ｌ３（Ｌ０＝Ｌ３＜Ｌ２）と等しくなると、第２の軸２２の上端２２２の内径が、第３の軸２３の段部２３７の外径と等しくなる。これにより、第２の軸２２の上端２２２と第３の軸２３との軸方向Ａ１に関する相対移動が許容される。

図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、第３の軸２３がさらに車体前方へ移動すると、ステアリングシャフト３の軸長Ｌ０が第３の所定長Ｌ３よりも短くなる。これに伴い、第１および第２の軸２１，２２が相対移動しなくなる一方で、第２および第３の軸２２，２３は相対移動する。
図３（ｂ）および図３（ｃ）を参照して、その結果、第３の軸２３と第１の軸２１とが、軸方向Ａ１に相対移動し、第３の軸２３の下端２３１が、第１の軸２１の上端２１１の内側にさらに、食い込む。これにより、第３の軸２３が嵌合した第１の軸２１の一部は拡径される。また、この第１の軸２１の上述の一部に嵌合した第２の軸２２の一部が、拡径される。このとき、第３の軸２３の一端２３１、例えば、傾斜部２３５の環状部分、小径部２３６、段部２３７の外周縁部、および大径部２３８の縁部が変形する。

第２の軸２２の内周２２４の大径部２２７は、第３の軸２３により拡径された第１の軸２１の外周２１３と接触するようにしてもよい。例えば、通常時において、大径部２２７の半径は、第３の軸２３の大径部２２７の半径と、第１の軸２１の肉厚、例えば第１の軸２１における小径部２１５を形成する部分の径方向の肉厚との和と等しいか、この和の値よりも小さくされている。

または、大径部２２７は、第１の軸２１の上端２１１が第３の軸２３により拡径されるときに第１の軸２１から逃げてもよい。この場合には、衝撃吸収荷重の上昇を抑制できる。例えば、逃げる場合には、通常時において、大径部２２７の半径は、第３の軸２３の大径部２２７の半径と、第１の軸２１の肉厚、例えば第１の軸２１における小径部２１５を形成する部分の径方向の肉厚との和よりも大きくされている。

図３（ｃ）を参照して、第１、第２および第３の軸２１，２２，２３が入れ子状に互いに嵌合される。これにより、衝撃吸収ストローク量を長く確保できる。
図２（ｃ）および図２（ｄ）を参照して、第１および第２の衝撃吸収の順序は、下記のようにして実現される。すなわち、第１の衝撃吸収において、第１の軸２１と第２の軸２２とが相対移動するのに伴って、第１の軸２１が第２の軸２２を拡径させることによる衝撃吸収荷重（第１の衝撃吸収荷重ともいう。）が、予め設定されている。例えば、拡径される直前の第２の軸２２の下端２２１と第１の軸２１の外周２１３の第１の傾斜部２１６とが互いに係合したときに、第１および第２の軸２１，２２を軸方向Ａ１に相対移動させるのに要する軸方向Ａ１の荷重が、第１の衝撃吸収荷重に相当する。

なお、第１の衝撃吸収荷重として、第１の軸２１と第２の軸２２との相対移動を開始させるのに要する軸方向Ａ１の荷重を用いてもよい。この荷重は、本実施形態では位置調整用に非常に小さな値に設定されている。
第２の衝撃吸収においては、第３の軸２３と第２の軸２２とが相対移動するのに伴って、第３の軸２３が第２の軸２２を拡径させることによる衝撃吸収荷重（第２の衝撃吸収荷重ともいう。）が、予め設定されている。例えば、第３の軸２３が第２の軸２２のみと係合した状態において、拡径される直前の第２の軸２２の上端２２２と、第３の軸２３の段部２３７とが互いに係合したときに、第２および第３の軸２２，２３を軸方向Ａ１に相対移動させるのに要する軸方向Ａ１の荷重が、第２の衝撃吸収荷重に相当する。第２の衝撃吸収荷重は、第２の軸２２と第３の軸２３との相対移動を開始させるのに要する軸方向Ａ１の荷重に相当する。

具体的には、第１の軸２１の第１の傾斜部２１６が、当該第１の軸２１に対する第２の軸２２の移動方向としての下向きの軸方向Ａ１に対して、相対的に小さな角度、例えば４５度以下の角度をなしている。これにより、第１の衝撃吸収荷重は小さくなる。
一方、第３の軸２３の段部２３７が、当該第３の軸２３に対する第２の軸２２の上端２２２の移動方向としての上向きの軸方向Ａ１に対して、相対的に大きな角度、例えば直角またはほぼ直角をなしている。これにより、第２の衝撃吸収荷重は大きくなる。

このように、第１の衝撃吸収荷重は、第２の衝撃吸収荷重よりも小さくされている。その結果、衝突時の衝撃力が立ち上がると、相対的に小さい第１の衝撃吸収荷重が設定された第１の衝撃吸収が、相対的に大きい第２の衝撃吸収荷重が設定された第２の衝撃吸収よりも先に行われる。
また、第２の衝撃吸収荷重は、第１の衝撃吸収荷重よりも常に大きくなるように設定されている。このために、段部２３７の高さ（径方向寸法）は、第２の軸２２の上端２２２の先端を係止できるような所定長で設定されている。例えば、第２の軸２２の上端２２２の先端に、軸方向Ａ１に、第２の衝撃吸収荷重と等しいかこれよりも大きな衝撃力が作用したときに、軸方向Ａ１への第２の軸２２の上端２２２の移動を許容する。また、第２の軸２２の上端２２２の先端に、軸方向Ａ１に、第２の衝撃吸収荷重の値未満の小さな衝撃力が作用したときには、軸方向Ａ１への第２の軸２２の上端２２２の移動を規制する。

一方で、段部２３７の高さは、第１の軸２１の上端２１１の先端の肉厚（径方向寸法）よりも小さくされている。ここで、第１の軸２１の上端２１１の先端の肉厚としては、通常時の肉厚としてもよいが、より好ましくは、第３の軸２３により拡径されたときの肉厚とするのがよい。これにより、拡径された第１の軸２１の上端２１１が第２の軸２２を径方向に内側から押圧することにより、第２および第３の軸２２，２３の係合を確実に解除できる。

図１および図２（ａ）を参照して、以上説明したように、本実施形態では、伝達軸としてのステアリングシャフト３が、第１、第２および第３の軸２１，２２，２３を有し、ステアリングシャフト３の短縮に伴って衝撃吸収するようにしてある。ステアリングシャフト３を多段で構成するので、小型のステアリングシャフト３であっても衝撃吸収ストローク量を長くできる。従って、十分な量の衝撃吸収ストローク量を確保できる小型の車両用操舵装置１を実現できる。

また、第１の軸２１と第２の軸２２とが互いに相対移動することによる第１の衝撃吸収と、第３の軸２３と第２の軸２２とが互いに相対移動することによる第２の衝撃吸収とが順次に行われるので、短縮時のステアリングシャフト３全体の挙動が安定し、その結果、ステアリングシャフト３の短縮をスムーズに実現できる。なお、この効果は、第１および第２の衝撃吸収の一方と他方が、順次に行われるようにしてあればよい。本実施形態とは逆に、第１の衝撃吸収が、第２の衝撃吸収よりも後になされる場合でも、上述の効果を得ることができる。また、上述の順次は、一方の開始時点が、他方の開始時点よりも先であればよい。

また、第１の軸２１と第２の軸２２とが互いに相対移動することによる第１の衝撃吸収荷重が、第３の軸２３と第２の軸２２とが互いに相対移動することによる第２の衝撃吸収荷重よりも小さくされている。これにより、車両の衝突時に、先ず、第１の軸２１および第２の軸２２が互いに相対移動する。次に、第２の軸２２および第３の軸２３が互いに相対移動する。相対移動の順序が決まっているので、短縮時のステアリングシャフト３の全体の挙動が安定する。

また、本実施形態では、第２の軸２２の両端２２１，２２２の内周２２５，２２９にそれぞれ嵌合する第１の軸２１の上端２１１および第３の軸２３の下端２３１は、軸方向Ａ１に離隔している。伝達軸としてのステアリングシャフト３の短縮に伴って衝撃吸収するときに、第１の軸２１が、第２の軸２２に対して軸方向Ａ１に移動する。その結果、第１の軸２１の上端２１１が、第３の軸２３の下端２３１に係合することにより、第３の軸２３が、第１の軸２１を拡径させつつ第１の軸２１内に挿入されるようになっている。

これにより、第１の軸２１が第２の軸２２内に嵌合した状態で、第３の軸２３が、第１の軸２１を拡径させながら第１の軸２１内に入ることができる。その結果、小型のステアリングシャフト３であっても、十分な量の衝撃吸収ストローク量を得ることができる。
また、仮に、第１、第２および第３の軸を順次大径または小径にする場合と比較して、ステアリングシャフト３の曲げ剛性を高めることができる。これに加えて、第２の軸２２の両端を拡径させるために第１の軸２１の一部および第３の軸２３の一部を径方向に大きくできるので、ステアリングシャフト３の曲げ剛性をより一層高めることができる。

図１を参照して、車両用操舵装置１は、車両の盗難を防止するために、ステアリングシャフト３の回転を解除可能に規制するためのロックピン４２を含むロックピン移動機構４３と、ロックピン４２と離脱可能に係合する係合孔４４とを有している。ロックピン４２が係合孔４４の縁部に係合することにより、ロックピン４２がステアリングシャフト３の回転を規制することができる。ロックピン移動機構４３と係合孔４４とが、ステアリングロック装置の少なくとも一部を構成している。ロックピン移動機構４３は、第３のチューブ３３に固定されている。

本実施形態では、係合孔４４が第２の軸２２の大径部２２７に形成されるので、係合孔４４を挿通したロックピン４２の先端と、ステアリングホイール２の位置調整のときに第２の軸２２内を相対移動する第１の軸２１との干渉の発生を防止しやすい。
車両用操舵装置１は、ステアリングホイール２の操舵角θ１に対する転舵輪の転舵角θ２の比としての伝達比θ２／θ１を変更することのできるＶＧＲ（Variable Gear Ratio ）機能を実現するための伝達比可変機構４６と、ステアリングシャフト３に操舵補助力を付与するための操舵補助機構４８とを有している。

伝達比可変機構４６は、軸状の入力部材５０と、軸状の出力部材５１と、中間部材としての揺動歯車装置５２とを有しており、これらは差動機構を構成している。揺動歯車装置５２は、入力部材５０と出力部材５１との間に介在している。揺動歯車装置５２は、制御部（図示せず）の制御下で電動モータ５３により駆動されることにより、入力部材５０と出力部材５１との間の回転角度の比（伝達比）を変更することができる。

操舵補助機構４８は、入力軸５５と、この入力軸５５とトーションバー５６を介して連結された出力軸５７と、トルクセンサ５８と、操舵補助力を発生させるための電動モータ５９と、電動モータ５９の出力回転を減速する減速機６０とを有している。電動モータ５９は、減速機６０を介して、出力軸５７を駆動する。トルクセンサ５８は、トーションバー５６を介する入力軸５５および出力軸５７の間の相対回転変位量により、操舵トルクを検出する。制御部が、操舵トルクの検出結果や、車速センサにより検出された車速結果等に基づいて、電動モータ５９を制御し、操舵が補助されるようになっている。

ステアリングシャフト３と伝達比可変機構４６と操舵補助機構４８とが、軸方向Ａ１に並んで配置される場合は、軸方向Ａ１に関するステアリングシャフト３と伝達比可変機構４６と操舵補助機構４８との全体の長さが長くなる傾向にある。しかし、本実施形態では、十分な量の衝撃吸収ストローク量を確保しつつ、通常時のステアリングシャフト３の軸長を短くできる。従って、上述した多機能の車両用操舵装置１を小型化できて、広範囲の車両に適用することができる。

また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、他の構成については、上述の実施形態と同様である。
例えば、図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態のステアリングシャフト３における中心軸線よりも上側の半分を示す衝撃吸収開始直後の断面図であり、衝撃吸収工程を順次に示す。本実施形態の第２の衝撃吸収荷重は、第１の実施形態の第２の衝撃吸収荷重よりも小さく設定されている。例えば、段部２３７の高さは、第１の実施形態での高さよりも低くされている。これにより、先ず、第１の衝撃吸収が開始され、次に、第２の衝撃吸収が開始され、次に、第３の衝撃吸収が開始されるようになっている。

具体的には、衝撃吸収時にステアリングシャフト３の軸長Ｌ０が短くなるにしたがって、第２の軸２２の下端２２１の径方向変形量（拡径量）が、しだいに大きくなる。ステアリングシャフト３の短縮に伴い、第１の衝撃吸収荷重が、第２の衝撃吸収荷重よりも小さい値から徐々に大きくなり、第２の衝撃吸収荷重よりも大きくなるようにされている。
第２の軸２２の下端２２１が、第１の軸２１の外周２１３の第２の傾斜部２１８に沿って拡径され、第２の大径部２１９に沿って移動し、短縮に伴うステアリングシャフト３の軸長Ｌ０が予め定める値Ｌ５に等しくなる。このときに、第１の衝撃吸収荷重が、第２の衝撃吸収荷重と等しくなるように設定されている。これにより、第２の軸２２と第３の軸２３とが軸方向Ａ１に相対移動しつつ第２の軸２２の上端２２２が拡径される。第２の衝撃吸収が開始される。一方、第２の軸２２と第１の軸２１との相対移動は停止する。

その後、ステアリングシャフト３の軸長Ｌ０がさらに短くなる（Ｌ０＜Ｌ５）と、第３の衝撃吸収が開始される。すなわち、第１の軸２１の上端２１１が、第３の軸２３の傾斜部２３５に係合し、拡径され、その結果、第３の軸２３の外周２３３に嵌合しつつ、第２の軸２２の内周２２４に嵌合する。
図１を参照して、第１の実施形態のステアリングシャフト３の第１の軸２１、第２の軸２２および第３の軸２３が、軸方向Ａ１の上下関係を逆に配置されてもよい。この場合、第１の軸２１が、軸受２９を介してステアリングコラム１４により支持され、第１の軸２１の軸方向Ａ１の上端に、ステアリングホイール２が連結される。第３の軸２３の軸方向Ａ１の下端が、入力部材５０に、互いに同伴回転可能に互いに固定される。第２の実施形態についても同様である。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…車両用操舵装置、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト（伝達軸）、９…舵取り機構、２１…第１の軸、２２…第２の軸、２３…第３の軸、２１１…上端（第１の軸の一端）、２１５…小径部（第１の軸の一端の外周）、２２１…下端（第２の軸の一端）、２２２…上端（第２の軸の他端）、２２５…第１の小径部（第２の軸の一端の内周）、２２９…第２の小径部（第２の軸の他端の内周）、２３１…下端（第３の軸の一端）、２３６…小径部（第３の軸の一端の外周）、Ａ１…軸方向。

Claims (3)

1. ステアリングホイールの回転を舵取り機構に伝達するための伝達軸を有し、所要以上の衝撃荷重を受けたときに伝達軸が軸方向に短縮して衝撃を吸収する車両用操舵装置において、
   上記伝達軸は、上記軸方向に順次に並ぶ第１、第２および第３の軸を含み、
   上記第１および第２の軸は、中空に形成され、
   上記第２の軸の一端に、上記第１の軸の一端が、同伴回転可能に且つ上記軸方向に移動可能に嵌合され、
   上記第２の軸の他端に、上記第３の軸の一端が、同伴回転可能に且つ上記軸方向に移動可能に嵌合され、
   上記伝達軸の短縮に伴って衝撃吸収するときに、上記第１の軸と上記第２の軸とが互いに相対移動することによる衝撃吸収、および上記第３の軸と上記第２の軸とが互いに相対移動することによる衝撃吸収の何れか一方、並びに他方が、順次に行われるようにしてあることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１において、
   上記第１の軸と上記第２の軸とが互いに相対移動することによる第１の衝撃吸収荷重が、上記第３の軸と上記第２の軸とが互いに相対移動することによる第２の衝撃吸収荷重よりも小さくされていることを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項２において、
   上記第２の軸の上記一端の内周に、上記第１の軸の上記一端の外周が、同伴回転可能に且つ上記軸方向に移動可能に嵌合され、
   上記第２の軸の上記他端の内周に、上記第３の軸の上記一端の外周が、同伴回転可能に且つ上記軸方向に移動可能に嵌合され、
   上記第１の軸の上記一端および上記第３の軸の上記一端は、上記軸方向に離隔しており、
   衝撃吸収するときに、上記第１の軸が、上記第２の軸に対して上記軸方向に移動し、その結果、上記第１の軸の上記一端が、上記第３の軸の上記一端に係合することにより、上記第３の軸が、上記第１の軸を拡径させつつ上記第１の軸内に挿入されることを特徴とする車両用操舵装置。

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