JP7052310B2 - ステアリング装置及び中間シャフト - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング装置及び中間シャフトに関する。

車両には、操作者（運転者）のステアリングホイールに対する操作を車輪に伝えるための装置としてステアリング装置が設けられている。車両の衝突が生じた時に衝撃をステアリングホイールに伝えにくくするステアリング装置が知られている。例えば特許文献１には、管状のベローズを備える中間シャフトが記載されている。特許文献１によれば、１次衝突時においてベローズが変形することで衝撃が吸収される。

特開２００５－１４５１６４号公報

しかしながら、管状のベローズの作製には専用且つ高額な設備が必要となる。さらに、個別に求められる衝撃吸収性能に応じてベローズの変形特性を変更するためには、金型の変更が必要となる。このため、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が求められていた。

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、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により衝撃を吸収す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、本開示の一態様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、中実部材である第１シャフトと、前記第１シャフトに離脱可能に連結される筒状の第２シャフトと、を備え、前記第１シャフトは、外周面に溝を有する衝撃吸収部を備える。

これにより、第１衝撃吸収部の形成に際して金型が不要であるので、第１衝撃吸収部の形成が容易となる。また、第１衝撃吸収部の変形特性は、第１衝撃吸収部の溝の形状に応じて変化する。溝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により衝撃を吸収することができる。

さらに、１次衝突時に第２シャフトが第１シャフトに対して相対的に移動する。ステアリング装置は、第１シャフトと第２シャフト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。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記第１シャフトは、外周面にセレーションを有する第１嵌合部を備え、前記第２シャフトは、内周面にセレーションを有する第２嵌合部を備え、前記第１嵌合部が前記第２嵌合部に嵌まり、前記衝撃吸収部の最大直径は、前記第１嵌合部の最小直径よりも小さい。

これにより、第２シャフトが第１シャフトに対して相対的に移動する時に、第１衝撃吸収部と第２嵌合部のセレーションとが干渉しにくくなる。このため、ステアリング装置は、中間シャフトの衝撃吸収能力のバラツキを抑制することができる。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記衝撃吸収部は、複数の前記溝を備え、前記溝は、環状である。

これにより、中間シャフトに曲げ応力が作用すると、第１衝撃吸収部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、中間シャフトの衝撃吸収能力が向上する。さらに、溝が環状なので、中間シャフトの曲がる方向が限定されにくくなる。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記溝は、螺旋状である。

これにより、中間シャフトに曲げ応力が作用すると、第１衝撃吸収部の複数の部分で応力集中が生じる。このため、第１衝撃吸収部の変形が大きくなりやすいので、中間シャフトの衝撃吸収能力が向上する。さらに、溝が螺旋状なので、中間シャフトの曲がる方向が限定されにくくなる。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記溝の最大幅は１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、径方向に対して垂直な平面で前記中間シャフトを切った断面において、前記溝に面する前記衝撃吸収部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衝撃吸収部が曲がり易くなる。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記溝の幅は、前記溝の底に向かって小さくなっている。

これにより、中間シャフトに曲げ応力が作用した時に、応力集中が生じやすくなる。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記溝に面する前記衝撃吸収部の表面の少なくとも一部を覆う被覆材を備え、前記被覆材は、防錆皮膜である。

衝撃吸収部は、所定のトルクを伝達できるように設計される。溝を有する衝撃吸収部においては、溝に対応する部分のトルクに対する強度が低くなる。衝撃吸収部は十分な安全率を考慮して設計されているものの、衝撃吸収部に錆が生じると、衝撃吸収部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、衝撃吸収部においては、被覆材によって溝に面する表面での錆の発生が抑制される。衝撃吸収部の溝に対応する部分の強度低下が抑制される。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記被覆材は、前記衝撃吸収部の前記溝よりも外側の表面である主表面を覆う。

中間シャフトに軸方向の所定荷重が加わった場合、第１シャフト及び第２シャフトが相対的に移動する。中間シャフトに曲げモーメントも加わっていると、第２シャフトが衝撃吸収部に引っ掛かる可能性がある。これに対して、主表面が被覆材で覆われていることにより、第２シャフトと衝撃吸収部との間の摩擦が低減される。このため、仮に第２シャフトが衝撃吸収部に接触した場合でも、第２シャフトが衝撃吸収部に引っ掛かりにくい。このため、第２シャフトの移動が滑らかになる。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記溝に配置される充填材を備える。

衝撃吸収部においては、充填材により溝に水が入りにくくなっている。このため、溝に面する衝撃吸収部の表面での錆の発生が抑制される。衝撃吸収部の溝に対応する部分の強度低下が抑制される。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記充填材は、樹脂である。これにより、充填材が衝撃吸収部の変形を阻害しにくくなる。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記充填材は、ゴムである。これにより、充填材が衝撃吸収部の変形を阻害しにくくなる。

ステアリング装置の望ましい態様として、前記充填材は、独立気泡体である。これにより、衝撃吸収部の重量の増加が抑制される。

本開示の一態様に係る中間シャフトは、ステアリング装置に用いられる中間シャフトであって、中実部材である第１シャフトと、前記第１シャフトに離脱可能に連結される筒状の第２シャフトと、を備え、前記第１シャフトは、外周面に溝を有する衝撃吸収部を備える。

これにより、第１衝撃吸収部の形成に際して金型が不要であるので、第１衝撃吸収部の形成が容易となる。また、第１衝撃吸収部の変形特性は、第１衝撃吸収部の溝の形状に応じて変化する。溝の形状を変更することは容易であるため、第１衝撃吸収部の変形特性の調整は容易である。したがって、中間シャフトは、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。

さらに、１次衝突時に第２シャフトが第１シャフトに対して相対的に移動する。中間シャフトは、第１シャフトと第２シャフト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。

本開示によれば、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により衝撃を吸収するステアリング装置を提供することができる。

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３は、本実施形態の中間シャフトの斜視図である。 図４は、本実施形態の中間シャフトの断面図である。 図５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６は、第１衝撃吸収部の溝の周辺部を拡大した断面図である。 図７は、第１シャフトの第２衝撃吸収部を拡大した断面図である。 図８は、図４におけるＡ－Ａ断面図である。 図９は、図４におけるＢ－Ｂ断面図である。 図１０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１１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。 図１２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。 図１３は、第２変形例の中間シャフトにおける溝の周辺部の拡大図である。 図１４は、第３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。 図１５は、第４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。 図１６は、第５変形例の中間シャフトの断面図である。

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。

（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、本実施形態の中間シャフトの斜視図である。図４は、本実施形態の中間シャフトの断面図である。図５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６は、第１衝撃吸収部の溝の周辺部を拡大した断面図である。図７は、第１シャフトの第２衝撃吸収部を拡大した断面図である。図８は、図４におけるＡ－Ａ断面図である。図９は、図４におけるＢ－Ｂ断面図である。

図３に示すように、中間シャフト８５は、第１シャフト１と、第２シャフト２と、を備える。

第１シャフト１は、略円柱状の中実部材である。例えば、第１シャフト１は、機械構造用炭素鋼（ＳＣ材（Carbon Steel for Machine Structural Use））であるＳ３５Ｃで形成される。図４に示すように、第１シャフト１は、基部１１と、第２衝撃吸収部１２と、基部１３と、第１衝撃吸収部１５と、第１嵌合部１７と、を備える。

基部１１は、第１ユニバーサルジョイント８４に固定される。基部１１の直径は一定である。第２衝撃吸収部１２は、基部１１の前方に位置する。第２衝撃吸収部１２は、第１シャフト１の軸方向において、第１シャフト１の中央よりも後方側に位置する。基部１３は、第２衝撃吸収部１２の前方に位置する。基部１３の直径は一定であり、基部１１の直径に等しい。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１７は、第１シャフト１の前方端部に位置する。第１嵌合部１７は、外周面にセレーション１７ａを備える。また、第１嵌合部１７は、図４に示すように前方側の端面に凹部１７０を有する。

以下の説明において、第１シャフト１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第１シャフト１を切った断面である。

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、例えば切削により形成される。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の直径Ｄ１は、基部１１及び基部１３の直径に等しい。また、直径Ｄ１は、第１嵌合部１７の最小直径Ｄ４よりも小さい。最小直径Ｄ４は、セレーション１７ａの谷に対応する位置における第１嵌合部１７の直径である。

図６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。

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。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シャフト１がＳ３５Ｃで形成される場合、溝３の底に対応する位置における第１衝撃吸収部１５の直径Ｄ２は、１４ｍｍ以上１６ｍｍ以下程度となる。直径Ｄ２は、図６に示す溝３の深さＨにより決まる。

図７に示すように、第２衝撃吸収部１２は、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、円柱状である。小径部１２５の直径Ｄ３は、図５に示す直径Ｄ２よりも小さい。小径部１２５の軸方向の長さＬは、溝３の最大幅Ｗよりも大きい。第１接続部１２１は、基部１１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。図７に示す断面において、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。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。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。

第２衝撃吸収部１２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。中間シャフト８５がＳ３５Ｃで形成される場合、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。

図４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（ＳＴＫＭ材（Carbon Steel Tubes for Machine Structural Purposes））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１７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１７ａと噛み合う。

図８に示すように、軸方向に対して直交する断面において第１嵌合部１７の外形が円を描く。図８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９に示すように、軸方向に対して直交する断面のうち図８とは異なる断面において、第１嵌合部１７の外形が楕円を描く。図９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８の第２嵌合部２１及び図９の第１嵌合部１７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１７ａの２つの歯の間に位置する。すなわち、図８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１７ａの歯に接していないが、セレーション１７ａの２つの歯の間に位置する。図９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１７ａの歯に接していないが、セレーション１７ａ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、第１嵌合部１７の一部が第２嵌合部２１に挿入される。そして、第１嵌合部１７及び第２嵌合部２１が凹部１７０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１７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８及び図９に示す断面形状が形成される。なお、第１嵌合部１７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１７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１７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１７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１７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１７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１０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１１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１０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８５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１１に示すように第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。

第１衝撃吸収部１５は複数の溝３を備えるので、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。

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。

本実施形態の中間シャフト８５では、直径Ｄ３が直径Ｄ２よりも小さい。このため、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１２が変形する（捩れる）。第２衝撃吸収部１２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１２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。

一方、本実施形態の中間シャフト８５においては、曲率半径Ｃ２が曲率半径Ｃ１よりも大きい。このため、１次衝突時に中間シャフト８５に曲げ応力が生じると、第２衝撃吸収部１２ではなく第１衝撃吸収部１５が変形する（曲がる）。

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。

なお、凸部４に対応する位置における第１衝撃吸収部１５の直径Ｄ１は、必ずしも基部１１の直径に等しくなくてもよい。直径Ｄ１は、少なくとも溝３の底に対応する位置における第１衝撃吸収部１５の直径Ｄ２よりも大きく且つ、第１嵌合部１７の最小直径Ｄ４よりも小さければよい。直径Ｄ１は、基部１１の直径よりも小さくてもよいし、基部１１の直径よりも大きくてもよい。

なお、第１嵌合部１７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１７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１７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１７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１７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１７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１７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。

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、を備える。中間シャフト８５は、中実部材である第１シャフト１と、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と、を備える。第１シャフト１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の形成に際して金型が不要であるので、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。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。

さらに、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１７ａを有する第１嵌合部１７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１７が第２嵌合部２１に嵌まる。第１衝撃吸収部１５の最大外径（直径Ｄ１）は、第１嵌合部１７の最小直径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８５の衝撃吸収能力のバラツキを抑制することができる。

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。

（第１変形例）
図１２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１２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１３は、第２変形例の中間シャフトにおける溝の周辺部の拡大図である。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１３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に曲げ応力が作用した時に、応力集中が生じやすくなる。

（第３変形例）
図１４は、第３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１４に示すように、第３変形例においては、第１衝撃吸収部１５Ｃに被覆材５が設けられる。被覆材５は、第１衝撃吸収部１５Ｃ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１５Ｃ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３変形例においては、被覆材５が第１衝撃吸収部１５Ｃ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１５Ｃ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１５Ｃ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１５Ｃ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３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１５Ｃ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１５Ｃ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１５Ｃ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１５Ｃ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１５Ｃに錆が生じると、第１衝撃吸収部１５Ｃ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１５Ｃ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１５Ｃの溝３に対応する部分の強度低下が抑制される。第３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。

また被覆材５は、第１衝撃吸収部１５Ｃの溝３よりも外側の表面である主表面１５０を覆う。

上述したように中間シャフト８５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８５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１５Ｃ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１５Ｃ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１５Ｃに接触した場合でも、第２シャフト２が第１衝撃吸収部１５Ｃ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４変形例）
図１５は、第４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１５に示すように、第４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１５Ｄのヤング率よりも小さい。第１衝撃吸収部１５Ｄ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３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１５Ｄ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４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４変形例の第１衝撃吸収部１５Ｄ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１５Ｄの表面での錆の発生が抑制される。第１衝撃吸収部１５Ｄの溝３に対応する部分の強度低下が抑制される。第４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１５Ｄ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１５Ｄ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１５Ｄの重量の増加が抑制される。

また、充填材６の体積は、溝３の体積と同じである。

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１５Ｄ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１５Ｄ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１５Ｄに接触した場合でも、第２シャフト２が第１衝撃吸収部１５Ｄ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５変形例）
図１６は、第５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１６に示すように、第５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と、基部１９と、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。基部１９は、第１衝撃吸収部１５の前方に位置し、第２ユニバーサルジョイント８６に接続される。基部１９の直径は一定であり、基部１１の直径に等しい。

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１７に重なればよい。このような場合、第１嵌合部１７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１７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８５Ｅ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。

１ 第１シャフト
１１、１３、１９ 基部
１２ 第２衝撃吸収部
１２１ 第１接続部
１２５ 小径部
１２９ 第２接続部
１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ 第１衝撃吸収部
１５０ 主表面
１７ 第１嵌合部
１７０ 凹部
１７ａ セレーション
２ 第２シャフト
２１ 第２嵌合部
２１ａ セレーション
２３ 大径部
２５ 基部
３、３Ａ、３Ｂ 溝
３１、３１Ｂ 第１側面
３３、３３Ｂ 第２側面
３５、３５Ｂ 底面
３６、３６Ｂ 第１接続面
３７、３７Ｂ 第２接続面
４ 凸部
５ 被覆材
６ 充填材
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、８５Ｅ 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 (15)

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、中実部材である第１シャフトと、前記第１シャフトに離脱可能に連結される筒状の第２シャフトと、を備え、
   前記第１シャフトは、外周面に溝を有する第１衝撃吸収部と、前記溝の底に対応する位置における前記第１衝撃吸収部の外径よりも小さい外径を有する第２衝撃吸収部と、を備える
   ステアリング装置。
2. 径方向に対して垂直な平面で前記第１シャフトを切った断面において、前記溝に面する前記第１衝撃吸収部の表面の少なくとも一部が第１円弧を描き、前記第２衝撃吸収部の表面の少なくとも一部が第２円弧を描き、
   前記第２円弧の曲率半径は、前記第１円弧の曲率半径よりも大きい
   請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記第１シャフトは、外周面にセレーションを有する第１嵌合部を備え、
   前記第２シャフトは、内周面にセレーションを有する第２嵌合部を備え、
   前記第１嵌合部が前記第２嵌合部に嵌まり、
   前記第１衝撃吸収部の最大直径は、前記第１嵌合部の最小直径よりも小さい
   請求項１又は２に記載のステアリング装置。
4. 前記第１衝撃吸収部は、複数の前記溝を備え、
   前記溝は、環状である
   請求項１から３のいずれか１項に記載のステアリング装置。
5. 前記溝は、螺旋状である
   請求項１から３のいずれか１項に記載のステアリング装置。
6. 前記溝の最大幅は１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、
   前記第１円弧の曲率半径が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である
   請求項２に記載のステアリング装置。
7. 前記溝の幅は、前記溝の底に向かって小さくなっている
   請求項１から６のいずれか１項に記載のステアリング装置。
8. 前記溝に面する前記第１衝撃吸収部の表面の少なくとも一部を覆う被覆材を備え、
   前記被覆材は、防錆皮膜である
   請求項１から７のいずれか１項に記載のステアリング装置。
9. 前記被覆材は、前記第１衝撃吸収部の前記溝よりも外側の表面である主表面を覆う
   請求項８に記載のステアリング装置。
10. 前記溝に配置される充填材を備える
    請求項１から９のいずれか１項に記載のステアリング装置。
11. 前記充填材は、樹脂である
    請求項１０に記載のステアリング装置。
12. 前記充填材は、ゴムである
    請求項１０に記載のステアリング装置。
13. 前記充填材は、独立気泡体である
    請求項１２に記載のステアリング装置。
14. 前記充填材の体積は、前記溝の体積と同じである
    請求項１０または１１に記載のステアリング装置。
15. ステアリング装置に用いられる中間シャフトであって、
    中実部材である第１シャフトと、
    前記第１シャフトに離脱可能に連結される筒状の第２シャフトと、
    を備え、
    前記第１シャフトは、外周面に溝を有する第１衝撃吸収部と、前記溝の底に対応する位置における前記第１衝撃吸収部の外径よりも小さい外径を有する第２衝撃吸収部と、を備える
    中間シャフト。

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