JPH06227404A - 車両のステアリングシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両のステアリングシャフトにおいて、コラ
プス荷重を低く設定することによるメインシャフトの倒
れ変形の防止と、中間シャフトの大きな変形ストローク
を確保することによる衝撃吸収性能の向上との両立を可
能とする。 【構成】 中間シャフト３を、スライド可能な複数のシ
ャフト部材３１,３２で構成し且つこれをシャーピン部
材４０により破断可能に連結する一方、該複数のシャフ
ト部材３１,３２の少なくともいずれか一方側に脆弱部
３３,３４を形成するとともに、該複数のシャフト部材
３１,３２のスライド変位を所定のストローク位置にお
いて規制するスライド規制部材３０,３５を設ける。シ
ャーピン部材４０が比較的小さなコラプス荷重で破断す
ることでメインシャフトの倒れ方向の変形が防止され
る。中間シャフト３が脆弱部３３,３４で折曲すること
でコラプス時の変形ストロークが拡大される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、車両衝突時の衝撃を
吸収するようにした車両のステアリングシャフトに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】車両のステアリングシャフトは、ステア
リングホイールの回動変位をステアリングギヤに伝達す
ることで操舵を行うものであり、本来的には一本のシャ
フト部材で構成されるものであるが、近年の車両構造の
複雑化に伴う配置スペースの確保の困難さから、ステア
リングシャフトをステアリングホイールが取り付けられ
るメインシャフトと該メインシャフトにユニバーサルジ
ョイントを介して軸線が交差するように連結される中間
シャフトとで構成することも行なわれている(例えば、
実公昭５９ー３７４１６号公報参照)。

【０００３】ところで、車両においては、衝突時により
ステアリングギヤ部分に衝突荷重がかかってこれが車体
後方側(即ち、車室側)に移動する作用を受けた場合にそ
の変位が直接ステアリングシャフトに伝達されて該ステ
アリングシャフト(即ち、ステアリングホイール)が車室
側への移動するのを抑制する観点から、上記中間シャフ
ト部分に衝撃吸収機能を持たせることが試みられてい
る。その具体的方法としては、上掲公知例にも開示され
るように、中間シャフトを相互にスライド変位可能な二
つのシャフト部材で構成し且つこれをシャーピンによっ
て連結し、衝突により所定以上の軸力が入力された場合
に該シャーピンが破断することで上記二つのシャフト部
材が縮小方向にスライドしもって衝撃吸収を行う方法と
か、中間シャフトを前後二つの部分に分割しこれら両者
間を適度の弾性をもつ蛇腹状のラバーカップリングで連
結し、通常時にはこのラバーカップリングの捩り剛性に
よって操舵力を伝達せしめる一方、ステアリングギヤ側
から所定以上の軸力が入力された場合には上記ラバーカ
ップリングが撓曲変形して中間シャフトが折曲変形する
ことで衝撃吸収を行うようにした方法等が知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これら二つ
の衝撃吸収方法においては後述のようにそれぞれ長所・
短所があり、これらいずれの方法を採用しても衝撃吸収
性能等において不満の残るものであった。

【０００５】即ち、このような中間シャフトを備えたス
テアリングシャフトは、上述のようにメインシャフトと
中間シャフトとがその軸線が交差するようにして配置さ
れるものであることから、該中間シャフトにかかる衝突
による軸力がメインシャフトに伝達される場合、該軸力
はメインシャフトの軸線に対して傾斜方向に入力される
こととなる。従って、この中間シャフトからメインシャ
フトへ入力される荷重が大きいとこれによってメインシ
ャフトが倒れ方向に変位せしめられ、例えばステアリン
グホイールにエアバック装置が付設されているような場
合には該エアバックの乗員拘束点が設計点からずれる等
の問題が生じるものである。従って、かかる観点からす
れば、上記中間シャフト側からメインシャフト側に入力
される軸力は小さいほど良いと言える。

【０００６】一方、衝撃力の吸収性能という観点からす
れば、中間シャフトへの衝突による軸力の入力時には、
該中間シャフトの変形ストロークが大きいほど良いと言
える。

【０００７】このような二つの観点から上記二つの衝撃
吸収方法を比較すると、先ず前者のスライド方式の中間
シャフトを備えたものにあっては、操舵力は例えば二つ
のシャフト部材をセレーション嵌合させることで支持し
得ることから、シャーピンの耐剪断性能はこれを比較的
低く設定することができ、従って、衝突時には比較的小
さな軸力がかかった時点で上記シャーピンが破断して二
つのシャフト部材が相互に縮小方向にスライドして衝撃
吸収を行うことから、メインシャフト側に伝達される荷
重が小さく、該メインシャフトの倒れ変位も抑制される
という利点がある。しかし、この反面、二つのシャフト
部材が軸方向にスライドする構成であることからスペー
ス的な制約もあってスライドストロークを余り大きくと
れず、この点で衝撃吸収性能が劣るという欠点を有する
ものである。

【０００８】一方、後者のラバーカップリングの撓曲変
形を利用する方式にあっては、撓曲変形であるがために
その変形ストロークを比較的大きくとることが容易であ
り、衝撃吸収性能という点では前者のものに勝るもので
ある。しかしながら、この方式のものは、ラバーカップ
リングの剛性によって操舵力を伝達するものであること
から、該ラバーカップリングの剛性を比較的高く設定す
る必要があり、そのためラバーカップリング部分が撓曲
変形を開始するまでに比較的大きな軸力がかかり、それ
だけ該中間シャフトからメインシャフトへの伝達力が大
きくなることから該メインシャフトの倒れ変形等の問題
が顕著になるという欠点がある。

【０００９】尚、上記シャーピンが破断する時の軸力及
び上記ラバーカップリングが撓曲変形を開始する時の軸
力等の衝撃吸収作用の開始時点の荷重は一般に「コラプ
ス荷重」と称されるため、本明細書においても適宜これ
を使用することとする。

【００１０】以上の如き従来技術の問題点に鑑み、本願
発明ではコラプス荷重を低く設定することによるメイン
シャフトの倒れ変形の防止と、中間シャフトの大きな変
形ストロークを確保することによる衝撃吸収性能の向上
との両立を可能とした車両のステアリングシャフトを提
供せんとしてなされたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願発明ではかかる課題
を解決するための具体的手段として、請求項１記載の発
明では、一端にステアリングホイールが取り付けられる
とともに車体側に取り付けたステアリングコラムにより
回転自在に支持されたメインシャフトと、その一端が第
１ユニバーサルジョイントを介して上記メインシャフト
の他端に連結されるとともにその他端が第２ユニバーサ
ルジョイントを介してステアリングギヤ側に連結される
中間シャフトとを備えた車両のステアリングシャフトに
おいて、上記中間シャフトを、軸方向にスライド可能な
る如くされた複数のシャフト部材で構成し且つ該複数の
シャフト部材相互間をシャーピン部材により破断可能に
連結するとともに、該複数のシャフト部材の少なくとも
いずれか一方側に脆弱部を形成し、さらに上記複数のシ
ャフト部材が上記シャーピン部材による連結状態から該
シャーピン部材の破断により縮小方向にスライドする場
合にその変位を所定のストローク位置において規制する
スライド規制部材を設けたことを特徴としている。

【００１２】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
車両のステアリングシャフトにおいて、上記脆弱部を上
記複数のシャフト部材にそれぞれ設けるとともに、上記
スライド規制部材により上記複数のシャフト部材の縮小
側へのスライドが規制された状態において上記複数のシ
ャフト部材に設けた各脆弱部が軸方向においてほぼ重合
する如く構成したことを特徴としている。

【００１３】

【作用】本願各発明ではかかる構成とすることによって
それぞれ次のような作用が得られる。

【００１４】請求項１記載の発明では、車両の衝突によ
りステアリングギヤ側から中間シャフトに衝突荷重が軸
力として入力された場合、これがコラプス荷重に達する
とシャーピン部材が破断して第１シャフト部材と第２シ
ャフト部材とが縮小方向への相対的にスライドし、衝撃
力が吸収緩和される。従って、中間シャフトからメイン
シャフトに上記コラプス荷重以上の荷重が作用すること
がないため該中間シャフトとメインシャフトとの軸線が
交差状態であっても該メインシャフトが倒れ方向に変形
するということがなくなるものである。

【００１５】上記第１シャフト部材と第２シャフト部材
との縮小方向へのスライドストロークが所定値に達する
と、スライド規制部材が作動して該各シャフト部材のス
ライド作用が規制され、中間シャフトに作用する荷重が
増大するが、この場合にはこの荷重を受けて上記第１シ
ャフト部材あるいは第２シャフト部材の少なくともいず
れか一方に設けた脆弱部の応力が局部的に増加し該脆弱
部において中間シャフトが折曲変形することになる。こ
の結果、中間シャフトの変形ストロークは、上記スライ
ド変形によるものと脆弱部での折曲変形によるものとの
合算値となり、これらいずれか一方による変形ストロー
クよりも増大することとなる。

【００１６】請求項２記載の発明では、脆弱部が第１シ
ャフト部材と第２シャフト部材の双方に設けられ、且つ
スライド規制部材の作動時点においてはこれが軸方向に
ほぼ重合することから、中間シャフト全体からみた脆弱
部の剛性低下代が大きく、従って、上記した請求項１記
載の場合よりもさらに小さなコラプス荷重で且つスムー
ズに折曲変形することになる。

【００１７】

【発明の効果】従って、本願各発明の車両のステアリン
グシャフトによれば、コラプス荷重が小さいことから、
中間シャフトからの伝達荷重によってメインシャフトが
倒れ変形を起こすのが確実に防止でき、これにより例え
ば、ステアリングホイール部分にエアバックを装着した
車両にあってはエアバックによる乗員保護性能が確保さ
れ、車両の安全性のより一層の向上が図れるという効果
がある。

【００１８】また、中間シャフトのコラプス時における
変形ストロークを大きくとれるところから、該中間シャ
フトにかかる衝突による衝撃力をより円滑且つ確実に吸
収緩和してステアリングホイール側への衝撃力の伝達を
抑制することができるという効果もある。

【００１９】

【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいて本願
発明の車両のステアリングシャフトを具体的に説明する
と、図３には本願発明の実施例にかかるステアリングシ
ャフト１を備えた車両のステアリング装置部分が示され
ている。このステアリングシャフト１は、その一端２a
にステアリングホイール４が取り付けられたメインシャ
フト２と、該メインシャフト２の他端２bにその一端３a
が第１ユニバーサルジョイント５を介して連結された後
述の中間シャフト３とを有している。そして、上記メイ
ンシャフト２は、車体側のステアリング支持メンバー１
２にブラケット１１を介して支持されたステアリングコ
ラム１０に回転可能に嵌挿支持されている。また、上記
中間シャフト３の他端３bは、車幅方向に配置されたス
テアリングギヤボックス８内のステアリングギヤ９に噛
合してこれを回転させることで操舵を行うピニオンシャ
フト７に第２ユニバーサルジョイント６を介して連結さ
れている。

【００２０】ここで、上記メインシャフト２は、車体前
方へ向けて斜め下方に傾斜状態で配置され、また上記中
間シャフト３は上記メインシャフト２の他端２bから斜
め下方で且つ車幅方向側方の両方向に傾斜した状態で配
置されている。従って、車両の衝突によりステアリング
ギヤボックス８に衝突荷重がかかり該ステアリングギヤ
ボックス８が車体後方側へ移動すると、上記ピニオンシ
ャフト７に連結された中間シャフト３には所定の軸力が
かかり、さらにこの軸力が上記メインシャフト２に対し
て斜め下方から伝達されることになる。このため、中間
シャフト３においてその負荷軸力を吸収緩和しなければ
大きな荷重がメインシャフト２にかかって該メインシャ
フト２を車室側に移動させたりあるいは横方向に倒れ変
形を生ぜしめることとなる。このためこの実施例におい
ては上記中間シャフト３に本願発明を適用して特有の新
規な構造を実施することで衝撃力の吸収緩和作用の促進
とメインシャフト２の倒れ変形の防止とを実現するよう
にしている。以下、図１及び図２を参照して中間シャフ
ト３の具体的構造及びその作用効果について詳述する。

【００２１】上記中間シャフト３は、図１に示すよう
に、後述する第１シャフト部材３１と第２シャフト部材
３２とからなる複合構造とされている。

【００２２】上記第１シャフト部材３１は、その内周面
にセレーションを形成した筒体で構成されるとともに、
その一端３１a(即ち、中間シャフト３の一端３a)が連結
ピン３０を介して上記第２ユニバーサルジョイント６の
一端に連結されている。一方、上記第２シャフト部材３
２は、上記第１シャフト部材３１内に嵌挿可能な所定長
さの軸体の外周面にセレーションを形成して構成されて
いる。そして、この第２シャフト部材３２の一端３２a
は、上記第１シャフト部材３１に内挿されて該第２シャ
フト部材３２とセレーション結合される一方、その他端
３２bは上記第２ユニバーサルジョイント６の一端にセ
レーション結合されている。

【００２３】そして、この第１シャフト部材３１と第２
シャフト部材３２とは、該第２シャフト部材３２の一端
３２a側の端面３５と上記連結ピン３０との間に所定の
ストロークＳを確保した状態でシャーピン部材４０によ
って連結されている。尚、このシャーピン部材４０は、
上記第２シャフト部材３２の外周面に形成した環状凹部
３７内に嵌装配置される環状のベース部材４１と該ベー
ス部材４１の外周面に周方向に所定ピッチで突設された
複数のピン部４２,４２,・・とで構成され、該各ピン部
４２,４２,・・を上記第１シャフト部材３１側に形成し
た複数のピン受孔３８,３８,・・に嵌入させることで上
記第１シャフト部材３１と第２シャフト部材３２とを連
結している。尚、このシャーピン部材４０のピン部４２
の破断力は、比較的小さな値に設定されている。

【００２４】さらに、上記第１シャフト部材３１と第２
シャフト部材３２のうち、該第１シャフト部材３１は、
その外周壁の上記シャーピン部材４０の取付位置よりも
第１ユニバーサルジョイント５側寄り位置に所定大きさ
の開孔３３,３３,・・を周方向に所定間隔で形成してい
る。また、第２シャフト部材３２の外周面の上記シャー
ピン部材４０の取付位置よりも上記第２ユニバーサルジ
ョイント６寄り位置には、所定大きさの環状溝３４が形
成されている。そして、この第１シャフト部材３１側の
各開孔３３,３３,・・と第２シャフト部材３２側の環状
溝３４,３４,・・との相対的な形成位置は、図１に示す
ようにこの両者が上記シャーピン部材４０によって連結
された状態における軸方向間隔Ｓ₁が上記ストロークＳ
とほぼ一致するように設定されている。尚、この第１シ
ャフト部材３１の開孔３３と第２シャフト部材３２の環
状溝３４はそれぞれ特許請求の範囲中の脆弱部に該当す
るものである。

【００２５】このように構成された中間シャフト３にお
いては、通常時(非衝突時)には上記第１シャフト部材３
１と第２シャフト部材３２とのセレーション結合によっ
て上記メインシャフト２側の回転力(ステアリング操作
力)が中間シャフト３を介して上記ピニオンシャフト７
側に伝達される。従って、上記シャーピン部材４０は何
等回転力を受けるものではないため、その強度設定に際
しては衝突時において第１シャフト部材３１と第２シャ
フト部材３２との間に作用する剪断力のみを考慮して設
定すれば良いことから、その強度をかなり小さな値まで
下げることが可能である。

【００２６】この状態において車両が衝突すると、上記
ステアリングギヤボックス８側から衝突力が中間シャフ
ト３に対してその軸力として負荷される。この場合、こ
の軸力が上記シャーピン部材４０のピン部４２を破断に
至らしめる剪断力に達すると(即ち、コラプス荷重に達
すると)、該ピン部４２が破断しこれによる上記第１シ
ャフト部材３１と第２シャフト部材３２との連結作用が
解除されるため、該第２シャフト部材３２は第１シャフ
ト部材３１内に嵌入する方向(矢印Ｆ方向)にスライド
し、これによって上記衝突力を吸収緩和する如く作用す
る。この場合、上述のように上記シャーピン部材４０の
強度性能が比較的低く設定されていることから、コラプ
ス荷重を比較的小さな値に抑えることができるものであ
る。従って、中間シャフト３から伝達される荷重によっ
てメインシャフト２が倒れ方向に変位するのが確実に防
止され、延いては上述の如くエアバッグ装置を備えたも
のにあっては該エアバッグによる乗員の保護性能の向上
が図れるものである。

【００２７】このように第２シャフト部材３２が第１シ
ャフト部材３１側へスライドすることで衝突力が吸収緩
和されるわけであるが、そのストローク量は配置スペー
ス等から自ずと限界があり、例えばこの実施例の場合に
は上述のようにストロークＳを確保するのが限界であ
り、図２に示すように第２シャフト部材３２のスライド
量が上記ストロークＳに達すると該第２シャフト部材３
２の端面３５が上記連結ピン３０に当接してそれ以上の
スライドが規制される(即ち、この実施例においては、
上記端面３５と連結ピン３０とで特許請求の範囲中のス
ライド規制部材が構成されている)。従って、これ以上
は第２シャフト部材３２のスライドによる衝撃緩和作用
は期待できない。

【００２８】ところが、この実施例においては、上記ス
トロークＳに達して第２シャフト部材３２のスライドが
規制されると、その時点において該第１シャフト部材３
１の各開孔３３,３３,・・と第２シャフト部材３２の環
状溝３４とが軸方向においてほぼ重合するようになって
いる。このため、この重合部分の剛性は他の部分に比し
て極端に低下することとなり、従って、上記第２シャフ
ト部材３２のスライド規制により中間シャフト３に軸力
が発生すると、該重合部分に応力集中が起きてメインシ
ャフト２は、図２に鎖線図示するように、該重合部分に
おいて側方へ折曲変形する。従って、この中間シャフト
３の折曲によりコラプス時の変形ストロークがさらに確
保され、結果的にこの折曲変形を生じない場合に比して
より大きな変形ストロークを得ることができ、この結
果、衝突力の吸収緩和作用が格段に向上し、衝突時の安
全性がより一層高められるものである。

【００２９】尚、この実施例においては上記第２シャフ
ト部材３２を中実軸で構成しているが、他の実施例にお
いてはこれを筒体で構成することもできることは勿論で
ある。また、このように筒体で第２シャフト部材３２を
構成した場合における上記脆弱部の形成方法としては、
例えば壁厚を局部的に薄くするとか周壁にスリットを形
成する等の方法が考えられる。

【００３０】さらに、上記第１シャフト部材３１に形成
される開孔３３と第２シャフト部材３２に形成される環
状溝３４の寸法を適宜調整することで、これらが重合し
た時点での脆弱部としての剛性を任意に設定することが
できるものである。即ち、上記寸法調整によりコラプス
荷重と折曲変形時の変形ストローク特性との相対関係を
任意に変更設定し得るということであり、このことは特
に構造の異なる多種類の車両(例えば、エンジンの大き
さが異なる車両とか車体に対するエンジンのレイアウト
が異なる車両等)に本発明を適用してこれら各種の車両
にそれぞれ最適な特性を得る上において有用な技術であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例にかかる車両のステアリング
シャフトの要部縦断面図である。

【図２】図１に示したステアリングシャフトの状態変化
図である。

【図３】本願発明の実施例にかかる車両のステアリング
シャフトの全体を示す側面図である。

【符号の説明】

１はステアリングシャフト、２はメインシャフト、３は
中間シャフト、４はステアリングホイール、５は第１ユ
ニバーサルジョイント、６は第２ユニバーサルジョイン
ト、７はピニオンシャフト、８はステアリングギヤボッ
クス、９はステアリングギヤ、１０はステアリングコラ
ム、１１はブラケット、１２はステアリング支持メンバ
ー、３０は連結ピン、３１は第１シャフト部材、３２は
第２シャフト部材、３３は開孔、３４は環状溝、３５は
端面、３７は環状凹部、３８はピン受孔、４０はシャー
ピン部材、４１はベース部材、４２はピン部である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端にステアリングホイールが取り付け
   られるとともに車体側に取り付けたステアリングコラム
   により回転自在に支持されたメインシャフトと、その一
   端が第１ユニバーサルジョイントを介して上記メインシ
   ャフトの他端に連結されるとともにその他端が第２ユニ
   バーサルジョイントを介してステアリングギヤ側に連結
   される中間シャフトとを備えた車両のステアリングシャ
   フトであって、 上記中間シャフトを、軸方向にスライド可能なる如くさ
   れた複数のシャフト部材で構成し且つ該複数のシャフト
   部材相互間をシャーピン部材により破断可能に連結する
   とともに、該複数のシャフト部材の少なくともいずれか
   一方側に脆弱部を形成し、 さらに上記複数のシャフト部材が上記シャーピン部材に
   よる連結状態から該シャーピン部材の破断により縮小方
   向にスライドする場合にその変位を所定のストローク位
   置において規制するスライド規制部材を設けたことを特
   徴とする車両のステアリングシャフト。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記脆弱部が上記複
   数のシャフト部材にそれぞれ設けられるとともに、上記
   スライド規制部材により上記複数のシャフト部材の縮小
   側へのスライドが規制された状態において上記複数のシ
   ャフト部材に設けた各脆弱部が軸方向においてほぼ重合
   する如く構成されたことを特徴とする車両のステアリン
   グシャフト。