JP6926797B2 - 伸縮シャフト - Google Patents

Description

本発明は、自動車用のステアリング装置を構成する伸縮シャフトに関する。

図１０は、従来から知られた自動車用のステアリング装置を示している。ステアリング装置は、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、ステアリングコラム３と、１対の自在継手４ａ、４ｂと、中間シャフト５と、ステアリングギヤユニット６と、１対のタイロッド７とを備えている。

ステアリングホイール１は、ステアリングコラム３の内側に回転自在に支持されたステアリングシャフト２の後端部に取り付けられている。ステアリングシャフト２の前端部は、１対の自在継手４ａ、４ｂ及び中間シャフト５を介して、ステアリングギヤユニット６の入力軸８に接続されている。そして、入力軸８の回転を図示しないラックの直線運動に変換することで、１対のタイロッド７を押し引きし、操舵輪にステアリングホイール１の操作量に応じた舵角を付与する。なお、前後方向とは、ステアリング装置が組み付けられる車体の前後方向をいう。

ところで、自動車が衝突事故を起こすと、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し出される場合がある。そこで、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運転者側に突き上げられることを防止するため、中間シャフトを伸縮構造とすることが考えられている。図１１は、特開２０１７−２５９６４号公報に記載された、伸縮式の中間シャフト５ａを示している。

中間シャフト５ａは、インナシャフト９と、アウタチューブ１０とを備えている。インナシャフト９の軸方向一方側部には、インナシャフト９とは別体のヨーク１１が固定されており、インナシャフト９の軸方向他方側部には、その外周面に雄スプライン１２が設けられている。これに対し、アウタチューブ１０の軸方向一方側部には、その内周面に雌スプライン１３が設けられており、アウタチューブ１０の軸方向他方側部には、アウタチューブ１０と一体にヨーク１４が設けられている。そして、インナシャフト９の軸方向他方側部をアウタチューブ１０の軸方向一方側部の内側に挿入し、雄スプライン１２と雌スプライン１３とを係合させることで、インナシャフト９とアウタチューブ１０とを、トルク伝達可能に、かつ、伸縮可能に組み合わせている。

上述のような中間シャフト５ａを備えた自動車が衝突事故を起こした場合には、インナシャフト９とアウタチューブ１０とが軸方向に相対変位することで、中間シャフト５ａの全長を縮める。これにより、衝突による衝撃を吸収し、ステアリングホイールが後方に突き上がることを防止する。

特開２０１７−２５９６４号公報

自動車の衝突安全性能の向上を図るために、自動車が障害物に衝突する一次衝突の影響を、ステアリングコラムにまで伝えないようにしたいとの要求がある。そして、このような要求を満足するためには、中間シャフトの収縮量を増大する必要がある。

ここで、従来構造の中間シャフト５ａは、最大限収縮した状態で、アウタチューブ１０の軸方向一方側の端面と、インナシャフト９とヨーク１１とを結合固定している溶接ビード部１５とが当接する。このため、中間シャフト５ａの収縮量を増やすために、たとえば、溶接ビード部１５の体積を小さくすることなどが考えられるが、この場合には、インナシャフト９とヨーク１１との結合力を十分に確保することが難しくなる。

本発明は、上述のような事情に鑑みて、ステアリング装置を構成する中間シャフトとして用いられる伸縮シャフトの収縮量を増大できる構造を実現することを発明の目的としている。

本発明の伸縮シャフトは、インナシャフトと、アウタチューブとを備えている。
前記インナシャフトは、軸方向一方側のヨーク部と、該ヨーク部の軸方向他方側に前記ヨーク部と一体に設けられた軸部とを有しており、該軸部の軸方向一方側の端部の外周面に、前記ヨーク部の軸方向他方側の側面に連続する断面円弧形の凹曲面を有しており、かつ、前記軸部のうちで前記凹曲面の軸方向他方側に隣接する部分に、前記軸部のその他の部分よりも小径で、外周面の軸方向一方側部が前記凹曲面に直接連続したヒューズ部を有している。
前記アウタチューブは、その軸方向一方側部に前記インナシャフトの前記軸部の軸方向他方側部が、トルク伝達可能に、かつ、少なくとも一時衝突時における軸方向の相対変位を可能に結合されている。

本発明では、前記アウタチューブの軸方向中間部にベローズ部を備えさせることができる。

本発明では、前記インナシャフトの軸部と前記アウタチューブとを、定常状態において軸方向に関する相対変位を不能に結合することができる。この場合には、前記インナシャフトと前記アウタチューブとの嵌合部を構成する、前記インナシャフトの前記軸部の外周面の軸方向他方側及び前記アウタチューブの内周面の軸方向一方側部に、断面非円形状の塑性変形部をそれぞれ設けることができる。
換言すれば、本発明では、伸縮シャフトに対し所定値以上の大きさの圧縮力、つまり、衝突事故の際に、インナシャフトとアウタチューブとのうち、下方に配置された部材が突き上げられることに伴う圧縮力が加わった場合のみ、前記インナシャフトの軸部と前記アウタチューブとの軸方向に関する相対変位が可能になる構成を採用することができる。
あるいは、本発明では、前記インナシャフトの軸部と前記アウタチューブとを、定常状態において軸方向に関する相対変位を可能に緩く係合させることもできる。

さらに本発明では、前記インナシャフトを構成する前記軸部に、該軸部の軸方向他方側の端面にのみ開口する中空部を設けることができる。この場合に、前記中空部の軸方向一方側の端面（底面）と前記ヒューズ部の軸方向他方側の端縁部との軸方向位置を一致させることもできる。

本発明の伸縮シャフトによれば、軸方向に関する収縮量を増大できる。

図１は、本発明の実施の形態の第１例に係る第一伸縮シャフトを組み込んだステアリング装置の１例を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態の第１例の第一伸縮シャフトを含んで構成される中間シャフトの断面図である。 図３は、本発明の実施の形態の第１例の第一伸縮シャフトを示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態の第１例の第一伸縮シャフトを構成するインナシャフトの軸方向一方側部を示す側面図である。 図５は、本発明の実施の形態の第１例の第一伸縮シャフトを構成するインナシャフトの軸方向一方側部を示す斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態の第１例の第一伸縮シャフトとともに中間シャフトを構成する第二伸縮シャフトを示す断面図である。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本発明の実施の形態の第１例に関して、インナシャフトとヨークとを一体構造とすることで収縮量が増加することを説明する図であり、図７（Ａ）は、インナシャフトに別体のヨークを溶接固定した伸縮シャフトの断面図であり、図７（Ｂ）は、インナシャフトとヨークとを一体構造とした伸縮シャフトの断面図である。 図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、本発明の実施の形態の第１例に関して、ヒューズ部の形成位置により収縮量が増加することを説明する図であり、図８（Ａ）は、軸部のうち凹曲面から軸方向他方側に離隔した位置にヒューズ部を設けた場合の伸縮シャフトの断面図であり、図８（Ｂ）は、軸部のうち凹曲面の軸方向他方側に隣接する位置にヒューズ部を設けた場合の伸縮シャフトの断面図であり、図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）のＡ部に相当する部分に関して、図８（Ａ）と図８（Ｂ）のそれぞれのインナシャフトの輪郭を重ね合わせて示す図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、実施の形態の第２例の第一伸縮シャフトを構成するインナシャフトを造る際の形状変化を説明するために示す図であり、図９（Ａ）は、冷間鍛造加工により形成された中間素材を示す部分断面図であり、図９（Ｂ）は、中間素材に機械加工を施すことにより形成されたインナシャフトの部分断面図である。 図１０は、従来から知られているステアリング装置を示す部分断面側面図である。 図１１は、従来構造の伸縮式の中間シャフトを示す断面図である。

［実施の形態の第１例］
実施の形態の第１例について、図１〜図８を用いて説明する。

［ステアリング装置の概要］
自動車用のステアリング装置は、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、ステアリングコラム３と、１対の自在継手４ｃ、４ｄと、中間シャフト５ｂと、ステアリングギヤユニット６と、１対のタイロッド７とを備えている。

ステアリングシャフト２は、車体に支持されたステアリングコラム３の内側に回転自在に支持されている。ステアリングシャフト２の後端部には、運転者が操作するステアリングホイール１が取り付けられており、ステアリングシャフト２の前端部は、１対の自在継手４ｃ、４ｄ及び中間シャフト５ｂを介して、ステアリングギヤユニット６の入力軸８に接続されている。このため、運転者がステアリングホイール１を回転させると、該ステアリングホイール１の回転が、ステアリングギヤユニット６の入力軸８に伝達される。入力軸８の回転は、該入力軸８と噛合したラックの直線運動に変換され、１対のタイロッド７を押し引きする。この結果、操舵輪にステアリングホイール１の操作量に応じた舵角が付与される。

［中間シャフトの構成］
中間シャフト５ｂは、図２に示すように、それぞれが軸方向に伸縮可能な第一伸縮シャフト１６及び第二伸縮シャフト１７を、ジョイント部材１８により、トルク伝達可能に連結することにより構成されている。

第一伸縮シャフト１６は、軸方向に所定値以上の大きさの衝撃荷重が加わった場合にのみ、全長を収縮可能に構成されているのに対し、第二伸縮シャフト１７は、衝突事故の発生していない定常状態において、全長を伸縮可能に構成されている。このため、中間シャフト５ｂは、定常状態では、第二伸縮シャフト１７のみが伸縮することで、その全長を変化させるが、衝突事故発生時には、第一伸縮シャフト１６及び第二伸縮シャフト１７のそれぞれが収縮することで、その全長を縮める。なお、本例の中間シャフト５ｂは、大型車に使用されるもので、一般的な普通乗用車に使用されるものに比べて軸方向寸法が長くなっている。

［第一伸縮シャフトの構成］
第一伸縮シャフト１６は、図２及び図３に示すように、インナシャフト９ａとアウタチューブ１０ａとを備えている。これらインナシャフト９ａとアウタチューブ１０ａとは、トルク伝達可能に、かつ、一時衝突時にのみ、軸方向に関する相対変位が可能になるように結合されている。換言すれば、インナシャフト９ａとアウタチューブ１０ａとは、定常状態においては、軸方向に関する相対変位が不能になるように結合されている。

インナシャフト９ａは、金属製で、軸方向一方側のヨーク部１９と、軸方向他方側の軸部２０とを有している。特に本例では、図４及び図５に示すように、ヨーク部１９と軸部２０とを、一体に設けている。つまり、ヨーク部１９と軸部２０とは、嵌合や溶接などによって連結されているのではなく、素材を鍛造加工などにより塑性変形させることで、一体的に造られている。

ヨーク部１９は、ステアリングギヤユニット６の入力軸８に接続される別のヨーク２１と図示しない十字軸とにより、自在継手４ｄを構成するもので、基部２２と、１対の腕部２３とを有している。基部２２は、その軸方向他側面の中央部が、軸部２０の軸方向一方側部の端面に連続している。基部２２の軸方向他側面の径方向外側部は、軸部２０の中心軸に直交する仮想平面上に存在する円輪面２４となっている。

１対の腕部２３は、略平板状に構成されており、基部２２の直径方向反対側の２個所位置から軸方向一方側に伸長している。また、腕部２３の先端部には、互いに同軸上に、前記十字軸を構成する軸部を回転自在に支持するための円孔２５が設けられている。

軸部２０は、略円柱状で、ほぼ全長にわたり中実状に構成されている。軸部２０の軸方向他方側端部には、軸部２０の軸方向他方側の端面にのみ開口した中空部２６が設けられている。軸部２０軸方向他方側半部の外周面には、雄セレーション２７が設けられている。これに対し、軸部２０の軸方向一方側端部の外周面には、断面形状が凹円弧形の凹曲面２８が設けられている。凹曲面２８は、いわゆる隅Ｒ部と呼ばれるもので、単一の曲率半径ｒを有しており、ヨーク部１９を構成する基部２２の軸方向他側面である円輪面２４に滑らかに直接連続している。また、軸部２０のうちで、凹曲面２８の軸方向他方側に隣接する部分には、軸部２０のその他の部分よりも小径のヒューズ部２９が設けられている。凹曲面２８の小径側部は、ヒューズ部２９の軸方向一方側部の外周面と滑らかに直接連続している。したがって、凹曲面２８は、基部２２の軸方向他側面である円輪面２４と、ヒューズ部２９の軸方向一方側部の外周面とに、それぞれ直接つながっており、これら円輪面２４とヒューズ部２９の外周面とを滑らかに連続させている。なお、ヒューズ部２９の外径寸法（直径）は、１３ｍｍ〜１６ｍｍの範囲であり、ヒューズ部２９の軸方向寸法は、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲である。また、凹曲面２８の曲率半径ｒの大きさは、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。

ヒューズ部２９は、衝突事故や操舵輪の縁石への乗り上げなどのアクシデントが発生した場合に、他の部分に先立って変形し、衝撃や荷重を吸収する。これにより、ヒューズ部２９以外の部分に変形が生じるのを防止するとともに、万が一、ステアリング装置が破損に至った場合にも、ステアリング装置の破損が原因でアクシデントが発生したのではなく、アクシデントが原因でステアリング装置が破損したことを確認することが可能になる。すなわち、ステアリング装置が破損した車両を点検し、ヒューズ部の変形を確認することで、事故の発生原因が縁石の乗り上げなどといったアクシデントにあるのか否かを判定することができる。

ヒューズ部２９は、断面円形状で、軸方向一方側の端部から軸方向他方寄り部分にわたる範囲では外径寸法が一定であり、軸方向他方側の端部では軸方向他方側に向かう程外径寸法が連続的に大きくなっている。このため、ヒューズ部２９の軸方向他方側の端部の母線形状は、凹円弧形になっている。このような構成により、軸部２０の外周面のうちで、ヒューズ部２９と、該ヒューズ部２９から軸方向他方側に外れた部分との間に、応力が集中することを防止している。ヒューズ部２９の外径寸法は、中間シャフト５ｂの中で、最も捩り剛性が小さくなるように規制されている。特にヒューズ部２９の捩れトルクよりも、後述するベローズ部３１の捩れトルクの方が高くなるように構成されている。ただし、ヒューズ部２９の外径寸法は、中間シャフト５ｂに、定常状態で伝達し得る最大トルクや該トルクに安全率を加味した大きさのトルクが作用しても、ヒューズ部２９に変形が生じず、衝撃的な荷重やトルクが作用した場合にのみ、中間シャフト５ｂの他の部分よりも先に塑性変形するように規制されている。ヨーク部１９の腕部２３は他の部分よりも捩り剛性が高く、ヨーク部１９の基部２２から軸方向他方側に向けてヒューズ部２９を連続させているので、捩りトルクが作用した場合に、インナシャフト９ａのうちヒューズ部２９以外の部分が捩れ、トルクが逃げることにより、ヒューズ部２９の捩りトルクがばらつくことを防止できる。

アウタチューブ１０ａは、金属製で、中空円管状に構成されている。アウタチューブ１０ａの軸方向両側部には、１対の結合筒部３０ａ、３０ｂが設けられており、アウタチューブ１０ａの軸方向中間部には、蛇腹状のベローズ部３１が設けられている。

１対の結合筒部３０ａ、３０ｂのうち、軸方向一方側の結合筒部３０ａの内周面には、第一雌セレーション３２が設けられており、軸方向他方側の結合筒部３０ｂの内周面には、第二雌セレーション３３が設けられている。

ベローズ部３１は、オフセット衝突時に折れ曲がるよう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定常時に、運転者がステアリングホイール１を操作することに基づいて加わる程度の捩り方向の荷重によっては変形しない程度の捩り強度を有している。ベローズ部３１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。また、本例では、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。ベローズ部３１は、折れ曲がり方向には、曲げモーメントの作用により曲がりやすくなっている反面、軸方向の収縮は、山部と谷部の高さと板厚の影響により縮みにくく構成されている。

本例では、インナシャフト９ａとアウタチューブ１０ａとを、トルク伝達可能に、かつ、一時衝突時における軸方向の相対変位を可能に結合するために、インナシャフト９ａの雄セレーション２７とアウタチューブ１０ａの第一雌セレーション３２とを、セレーション係合させるとともに、インナシャフト９ａとアウタチューブ１０ａとの嵌合部を、いわゆる楕円嵌合としている。すなわち、インナシャフト９ａを構成する軸部２０の軸方向他方側の端部、および、アウタチューブ１０を構成する結合筒部３０ａの軸方向一方側の端部に、断面形状が楕円形の塑性変形部３４ａ、３４ｂをそれぞれ形成している。なお、図３には、塑性変形部３４ａ、３４ｂの形成範囲にそれぞれ波線を付している。

本例では、上述のような構成により、インナシャフト９ａを構成する軸部２０の軸方向他方側部と、アウタチューブ１０ａを構成する結合筒部３０ａとを、トルク伝達可能に、かつ、軸方向に大きな衝撃荷重が加わる一次衝突時にのみ、軸方向に関する相対変位が可能となるように結合している。また、塑性変形部３４ａ、３４ｂは、インナシャフト９ａとアウタチューブ１０ａとが軸方向に相対変位する際の抵抗になるため、インナシャフト９ａとアウタチューブ１０ａとが軸方向に相対変位し、第一伸縮シャフト１６が収縮する際に、衝突によるエネルギを吸収する。また、インナシャフト９ａの軸部２０の外径を、塑性変形部３４ｂの内側をスムーズに通過できる大きさに規制している。

上述したような塑性変形部３４ａ、３４ｂは、例えば次のようにして形成する。
先ず、軸部２０の軸方向他方側部を、アウタチューブ１０ａの軸方向一方側部に僅かに挿入する。すなわち、結合筒部３０ａの軸方向一方側部と、軸部２０の軸方向他方側部とを係合する。次いで、結合筒部３０ａの軸方向一方側部を工具により径方向外側から押し潰し、結合筒部３０ａの軸方向一方側部の内周面及び軸部２０の軸方向他方側部の外周面を、断面楕円形状に塑性変形させて、当該部分に塑性変形部３４ａ、３４ｂを形成する。その後、インナシャフト９ａとアウタチューブ１０ａとを、第一伸縮シャフト１６の全長を縮めるように軸方向に相対変位させて、第一伸縮シャフト１６の全長を定常時での所定の軸方向長さとする。これにより、インナシャフト９ａの塑性変形部３４ａとアウタチューブ１０ａの塑性変形部３４ｂとを、軸方向に離隔して配置する。

［第二伸縮シャフトの構成］
第二伸縮シャフト１７は、図２及び図６に示すように、雄軸３５と、雌軸３６と、複数個のボール３７と、複数本のローラ３８と、複数枚の板ばね３９とを備えている。

雄軸３５は、全長にわたり中実状に構成されており、軸方向一方側部の外周面に、それぞれが軸方向に伸長した第一雄側軸方向溝４０と第二雄側軸方向溝４１とを円周方向に関して交互に有している。第一雄側軸方向溝４０は、断面形状が略等脚台形状で、開口部の円周方向幅が底部の円周方向幅よりも広くなっている。これに対し、第二雄側軸方向溝４１は、断面凹円弧形状である。また、雄軸３５の軸方向一方側の端部外周面には、円輪状のストッパ４２が固定されている。これにより、第一雄側軸方向溝４０内に配置されるボール３７及び第二雄側軸方向溝４１内に配置されるローラ３８が、これら第一雄側軸方向溝４０及び第二雄側軸方向溝４１から軸方向一方側に抜け出すことを防止している。また、雄軸３５の軸方向他方側の端部には、雄軸３５とは別体のヨーク４３が溶接により固定されている。該ヨーク４３は、ステアリングシャフト２の前端部に接続される別のヨーク４４及び十字軸とともに、自在継手４ｃを構成する。

雌軸３６は、全体が中空円管状に構成されており、内周面に、それぞれが軸方向に伸長した第一雌側軸方向溝４５と第二雌側軸方向溝４６とを円周方向に関して交互に有している。これら第一雌側軸方向溝４５及び第二雌側軸方向溝４６は、それぞれ断面凹円弧形状である。

雄軸３５を雌軸３６の内側に挿入する際には、第一雄側軸方向溝４０と第一雌側軸方向溝４５との円周方向の位相を一致させ、かつ、第二雄側軸方向溝４１と第二雌側軸方向溝４６の円周方向の位相を一致させる。そして、第一雄側軸方向溝４０と第一雌側軸方向溝４５との間に、複数個のボール３７を配置する。さらに、第一雄側軸方向溝４０と複数個のボール３７との間には板ばね３９を配置し、これら複数個のボール３７に予圧を付与する。また、第二雄側軸方向溝４１と第二雌側軸方向溝４６との間に、それぞれ１本ずつローラ３８を配置する。

上述のような第二伸縮シャフト１７は、雄軸３５と雌軸３６とが、トルク伝達可能に、かつ、定常状態において全長を伸縮可能に組み合わされている。特に第二伸縮シャフト１７は、低トルク伝達時には、複数個のボール３７と板ばね３９とが、雄軸３５と雌軸３６との間でトルクを伝達し、伝達するトルクが増加すると、増加した分のトルクを、複数本のローラ３８が伝達する。また、雄軸３５と雌軸３６とが軸方向に相対変位する際には、複数個のボール３７は、第一雄側軸方向溝４０と第一雌側軸方向溝４５との間で転動し、複数本のローラ３８は、第二雄側軸方向溝４１と第二雌側軸方向溝４６との間で滑り摺動する。また、本例では、板ばね３９の弾力により、複数個のボール３７が第一雌側軸方向溝４５の内面に押し付けられているため、雄軸３５と雌軸３６とががたつくことが防止される。

［ジョイント部材の構成］
本例では、上述のような第一伸縮シャフト１６と第二伸縮シャフト１７とを、ジョイント部材１８により、トルク伝達可能に結合している。ジョイント部材１８は、雌ジョイント４７と雄ジョイント４８とを有している。雌ジョイント４７は、第一伸縮シャフト１６を構成するアウタチューブ１０ａの結合筒部３０ｂに固定され、雄ジョイント４８は、第二伸縮シャフト１７を構成する雌軸３６に固定される。

雌ジョイント４７は、全体が略円筒状に構成されている。雌ジョイント４７の軸方向一方側部の外周面には、雄セレーション４９が設けられており、雌ジョイント４７の軸方向他方側部の内周面には、雌セレーション５０が設けられている。また、雌ジョイント４７の軸方向他方側の半部には、軸方向に伸長したスリット５１が設けられており、該スリット５１の円周方向両側には、径方向外方に伸長した１対の鍔部５２が設けられている。また、１対の鍔部５２には、互いに同軸上に、ねじ孔５３が設けられている。

そして、雌ジョイント４７の軸方向一方側の外周面に設けられた雄セレーション４９を、アウタチューブ１０ａの結合筒部３０ｂの内周面に設けられた第二雌セレーション３３に、セレーション係合させている。また、雌ジョイント４７の外周面と結合筒部３０の軸方向他方側の端面との間を、溶接ビード部５４により溶接固定している。これにより、雌ジョイント４７とアウタチューブ１０ａとをトルク伝達可能に結合している。

雄ジョイント４８は、軸方向一方側のジョイント軸部５５と、軸方向他方側の嵌合筒部５６とを有している。ジョイント軸部５５の外周面には、全周にわたり雄セレーション５７が設けられているとともに、円周方向の一部に、ジョイント軸部５５の中心軸に対し直角方向に切り欠き５８が設けられている。

そして、ジョイント軸部５５を、雌ジョイント４７の軸方向他方側部の内側に挿入し、雄セレーション５７と雌セレーション５０とを、セレーション係合させている。これにより、雌ジョイント４７と雄ジョイント４８とをトルク伝達可能に結合している。また、雌ジョイント４７を構成する１対の鍔部５２のねじ孔５３に、図示しないボルトを螺合させている。そして、前記ボルトの中間部を切り欠き５８の内側に配置して、ジョイント軸部５５が雌ジョイント４７から軸方向他方側に抜け出ることを防止している。また、嵌合筒部５６を、雌軸３６の軸方向一方側の端部に内嵌固定している。さらに、雄ジョイント４８の外周面と雌軸３６の軸方向一方側の端面との間を、溶接ビード部５９により溶接固定している。これにより、雄ジョイント４８と雌軸３６とをトルク伝達可能に結合している。

以上のような本例の中間シャフト５ｂは、定常状態では、第二伸縮シャフト１７を構成する雄軸３５と雌軸３６とが軸方向に相対変位することで伸縮する。これにより、走行時にタイヤから入力される振動が、ステアリングホイール１にまで伝わることを防止する。

車体の前面全体で他の自動車などに衝突する、いわゆるフルラップ衝突が発生した場合には、ヒューズ部２９が変形するとともに、第一伸縮シャフト１６及び第二伸縮シャフト１７がそれぞれ収縮する。これにより、中間シャフト５ｂは、衝撃荷重を吸収しつつ全長を縮める。これにより、ステアリングホイール１が運転者側に突き上げられることを防止する。

これに対し、車体の前面のうちの一部が幅方向に偏って他の自動車などに衝突する、いわゆるオフセット衝突が発生した場合には、エンジンルームが変形して、中間シャフト５ｂが軸方向に収縮できない場合がある。この場合には、衝突に伴う衝撃荷重に基づいて、ヒューズ部２９が変形するとともに、アウタチューブ１０ａがベローズ部３１にて折れ曲がる。これにより、衝撃荷重を吸収するとともに、折れ曲がった中間シャフト５ｂ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する。したがって、オフセット衝突の場合においても、ステアリングホイール１が運転者側に突き上げられることを防止できる。なお、オフセット衝突が発生した際に、中間シャフト５ｂの全長が収縮するか否かは、衝撃荷重の加わり方やエンジンルームの変形態様などに依存する。

以上のような本例の中間シャフト５ｂによれば、軸方向に関する収縮量を増大できる。
すなわち、本例では、第一伸縮シャフト１６を構成するインナシャフト９ａを、ヨーク部１９と軸部２０との一体構造としたことによる収縮量の増加と、ヒューズ部２９を、軸部２０のうちで凹曲面２８の軸方向他方側に隣接する位置に設けたことによる収縮量の増加とをそれぞれ図れる。

先ず、第一伸縮シャフト１６の収縮量が、ヨーク部１９と軸部２０とを一体構造とすることで増加する理由について、図７を参照して説明する。
図７（Ａ）は、インナシャフト９に別体のヨーク１１を溶接ビード部１５により溶接固定した、比較例１の伸縮シャフトの構造を示している。これに対し、図７（Ｂ）は、インナシャフト９ａをヨーク部１９と軸部２０との一体構造とした、比較例２の伸縮シャフトの構造を示している。なお、図７（Ｂ）の伸縮シャフトは、インナシャフト９ａの軸部２０にヒューズ部２９を設けていない点で、本例の第一伸縮シャフト１６とは異なる。

比較例１の伸縮シャフトは、最大限収縮した際のアウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端部を鎖線で示すように、最大限収縮した状態で、アウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端面が、溶接ビード部１５に突き当たる。この際、アウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端面は、図７（Ａ）のＸ点に位置している。

これに対し、比較例２の伸縮シャフトは、最大限収縮した際のアウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端部を鎖線で示すように、最大限収縮した状態で、アウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端面が、凹曲面２８の内径側部分に突き当たる。この際、アウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端面は、図７（Ｂ）のＹ点に位置している。

したがって、ヨーク部１９と軸部２０とを一体構造としたことにより、Ｘ点とＹ点との軸方向差に相当するα分だけ、伸縮量を増加させることができる。すなわち、ヨーク部１９と軸部２０とを一体構造とすることで、断面三角形状の溶接ビード部１５が設けられていた位置に、該溶接ビード部１５に代えて、断面凹円弧形状の凹曲面２８を有する構造に変更できる。このため、溶接ビード部１５と凹曲面２８との断面形状の相違に基づき、収縮量を増加させることができる。

次に、第一伸縮シャフト１６の収縮量が、ヒューズ部２９を、軸部２０のうちで凹曲面２８の軸方向他方側に隣接する位置に設けることで増加する理由について、図８を参照して説明する。
図８（Ａ）は、インナシャフト９ａをヨーク部１９と軸部２０との一体構造とし、かつ、軸部２０のうちで、凹曲面２８から軸方向他方側に所定間隔離れた位置に、ヒューズ部２９を設けた、比較例３の伸縮シャフトの構造を示している。これに対し、図８（Ｂ）は、インナシャフト９ａをヨーク部１９と軸部２０との一体構造とし、かつ、軸部２０のうちで、凹曲面２８の軸方向他方側に隣接する位置にヒューズ部２９を設け、該ヒューズ部２９の外周面を凹曲面２８に直接連続させた、本例の第一伸縮シャフト１６の構造を示している。

比較例３の伸縮シャフトは、最大限収縮した際のアウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端部を鎖線で示すように、最大限収縮した状態で、アウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端面が、凹曲面２８の内径側部分に突き当たる。つまり、図７（Ｂ）の構造と比較すれば明らかな通り、ヒューズ部２９を設けたことによっても当接位置に変化はなく、アウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端面は、図８（Ａ）のＹ点に位置している。

これに対し、本例の第一伸縮シャフト１６は、ヒューズ部２９を、軸部２０のうちで凹曲面２８の軸方向他方側に隣接する位置に設けているため、最大限収縮した際のアウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端部を鎖線で示すように、最大限収縮した状態で、アウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端面は、凹曲面２８の外径側部分に突き当たる。この際、アウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端面は、図８（Ｂ）のＺ点に位置している。

したがって、ヒューズ部２９を、軸部２０のうちで凹曲面２８の軸方向他方側に隣接する位置に設けたことにより、Ｙ点とＺ点との軸方向差に相当するβ分だけ、伸縮量を増加させることができる。すなわち、ヒューズ部２９を、軸部２０のうちで凹曲面２８の軸方向他方側に隣接する位置に設けることで、凹曲面２８の形成位置を、図８（Ａ）や図７（Ｂ）の構造に比べて、径方向内方に移動させることができる。理解を容易にするために、比較例３の凹曲面２８の輪郭と、本例の凹曲面２８の輪郭とを重ね合わせると、図８（Ｃ）に示すように、破線で示した比較例３の凹曲面２８よりも、実線で示した本例の凹曲面２８が径方向内方に位置する。このため、アウタチューブ１０ａの軸方向一方側の端面が当接する位置を、軸方向一方側（図８の左側）にβ分だけずらすことができ、収縮量を増加させることができる。

以上のように本例では、ヨーク部１９と軸部２０とを一体構造としたことによる増加分αと、ヒューズ部２９を、軸部２０のうちで凹曲面２８の軸方向他方側に隣接する部分に設けたことによる増加分βとの和（α＋β）だけ、第一伸縮シャフト１６の伸縮量を増やすことができる。したがって、本例の中間シャフト５ｂによれば、一次衝突時の影響をステアリングコラム３にまで伝わらないようにすることができる。この結果、自動車の衝突安全性能のさらなる向上を図れる。

［実施の形態の第２例］
本発明の実施の形態の第２例について、図９を用いて説明する。本例の特徴は、第一伸縮シャフト１６を構成するインナシャフト９ｂの構造にある。すなわち、本例では、円柱状の素材に冷間鍛造加工を施すことにより、図９（Ａ）に示すような形状を有する、中間素材６０を造る。該中間素材６０は、軸方向一方側の二股部６１と、軸方向他方側の中空軸部６２とを有しており、これら二股部６１と中空軸部６２とは一体に構成されている。中空軸部６２の軸方向他方側部ないし中間部にわたる広い範囲には、軸方向他方側の端面にのみ開口した中空部２６ａが設けられている。また、中空軸部６２の軸方向他方側部の外周面には、雄セレーション２７が設けられている。

本例では、上述のような構成を有する中間素材６０に切削加工を施すことで、図９（Ｂ）に示す、本例のインナシャフト９ｂを形成する。具体的には、二股部６１に切削加工を施して形状を整えることで、ヨーク部１９を形成する。また、中空軸部６２の外周面のうち、雄セレーション２７が設けられた部分よりも軸方向一方側の形状を整えて、凹曲面２８及びヒューズ部２９などを形成して、軸部２０ａとする。この際、図示のように、ヒューズ部２９の軸方向他方側の端縁部と中空部２６ａの軸方向一方側の端面（底面）との、軸方向位置を一致させることが好ましい。このような構成を採用すれば、ヒューズ部２９によるトルク伝達機能を確保しつつ、中空部２６ａを設けることによるインナシャフト９ｂの軽量化を最大限に図れる。つまり、ヒューズ部２９には、定常状態で伝達し得る最大トルクや該トルクに安全率を加味した大きさのトルクが作用しても変形が生じず、衝撃的な荷重やトルクが作用した場合にのみ、他の部分よりも先に塑性変形する機能が求められるが、ヒューズ部２９の内側にまで中空部２６ａを設けると、変形を生じることなく伝達可能なトルクが小さくなり、上述のような本来の機能を確保することが難しくなる。その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同様である。

実施の形態の各例では、中間シャフトを構成する第一伸縮シャフトと第二伸縮シャフトのうち、第一伸縮シャフトを車両の前方に配置し、第二伸縮シャフトを車両の後方に配置した例を説明したが、第二伸縮シャフトを車両の前方に配置し、第一伸縮シャフトを車両の後方に配置することもできる。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ステアリングコラム
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 自在継手
５、５ａ、５ｂ 中間シャフト
６ ステアリングギヤユニット
７ タイロッド
８ 入力軸
９、９ａ、９ｂ インナシャフト
１０、１０ａ アウタチューブ
１１ ヨーク
１２ 雄スプライン
１３ 雌スプライン
１４ ヨーク
１５ 溶接ビード部
１６ 第一伸縮シャフト
１７ 第二伸縮シャフト
１８ ジョイント部材
１９ ヨーク部
２０、２０ａ 軸部
２１ ヨーク
２２ 基部
２３ 腕部
２４ 円輪面
２５ 円孔
２６、２６ａ 中空部
２７ 雄セレーション
２８ 凹曲面
２９ ヒューズ部
３０ａ、３０ｂ 結合筒部
３１ ベローズ部
３２ 第一雌セレーション
３３ 第二雌セレーション
３４ａ、３４ｂ 塑性変形部
３５ 雄軸
３６ 雌軸
３７ ボール
３８ ローラ
３９ 板ばね
４０ 第一雄側軸方向溝
４１ 第二雄側軸方向溝
４２ ストッパ
４３ ヨーク
４４ ヨーク
４５ 第一雌側軸方向溝
４６ 第二雌側軸方向溝
４７ 雌ジョイント
４８ 雄ジョイント
４９ 雄セレーション
５０ 雌セレーション
５１ スリット
５２ 鍔部
５３ ねじ孔
５４ 溶接ビード部
５５ ジョイント軸部
５６ 嵌合筒部
５７ 雄セレーション
５８ 切り欠き
５９ 溶接ビード部
６０ 中間素材
６１ 二股部
６２ 中空軸部

Claims (4)

1. 軸方向一方側のヨーク部と、該ヨーク部の軸方向他方側に前記ヨーク部と一体に設けられた軸部とを有し、該軸部の軸方向一方側の端部の外周面に、前記ヨーク部の軸方向他方側の側面に連続する断面円弧形の凹曲面を有しており、かつ、前記軸部のうちで前記凹曲面の軸方向他方側に隣接する部分に、前記軸部のその他の部分よりも小径で、外周面の軸方向一方側部が前記凹曲面に直接連続したヒューズ部を有しているインナシャフトと、
   軸方向一方側部に前記インナシャフトの前記軸部が、トルク伝達可能にかつ少なくとも一時衝突時における軸方向の相対変位を可能に結合されたアウタチューブと、
   を備える伸縮シャフト。
2. 前記アウタチューブの軸方向中間部にベローズ部を有している、請求項１に記載した伸縮シャフト。
3. 前記インナシャフトの前記軸部と前記アウタチューブとが、定常状態において軸方向に関する相対変位を不能に結合されており、前記インナシャフトと前記アウタチューブとの嵌合部を構成する、前記インナシャフトの前記軸部の外周面の軸方向他方側部及び前記アウタチューブの内周面の軸方向一方側部に、断面非円形状の塑性変形部がそれぞれ設けられている、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した伸縮シャフト。
4. 前記インナシャフトを構成する前記軸部には、該軸部の軸方向他方側の端面にのみ開口した中空部が設けられており、前記中空部の軸方向一方側の端面と前記ヒューズ部の軸方向他方側の端縁部との軸方向位置が一致している、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した伸縮シャフト。

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