JPH0679894B2 - エネルギ吸収ステアリングシヤフトの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自動車等の車両に用いられるエネルギ吸収
ステアリングシャフトの製造方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来のエネルギ吸収ステアリングシャフトとしては、例
えば実開昭60−100262号広報に記載されているようなも
のがある。

そのものは、インタミディエイトシャフトを介してメイ
ンシャフトをギヤボックスに連結してなるステアリング
装置において、略小判形をなす断面形状を有する中実シ
ャフトを、この中実シャフトの断面形状に見合う断面形
状を有する中空シャフトに圧入嵌合し、両シャフト間に
設けた周間隙に合成樹脂を充填することにより両シャフ
トを連結して前記インタミディエイトシャフトを構成し
ている。そして、インタミディエイトシャフトに加えら
れる軸方向力を、前記合成樹脂の剪断応力と中実シャフ
ト及び中空シャフト間の摩擦抵抗力とで受け、これらで
両シャフトが相対移動する際のエネルギを吸収して、二
次衝突時、運転者に過大な荷重が加えられないようにし
ている。

このようなエネルギ吸収ステアリングシャフトにおいて
も一般のステアリングシャフトと同様に、ステアリング
ホイールに加えられた回転力をステアリングギヤ側に伝
達するために十分な捩り方向強度が要求されると共に、
耐久性や防振性等の面から、前記相対移動を許容する嵌
合部分にガタの発生しないことが要求される。

すなわち、ステアリングシャフトは、通常、操舵トルク
を伝えるために十分な捩り方向強度を有することが必須
とされているが、これが車体側部材に回転自在に支持さ
れ且つ上端に取付けられたステアリングホイールに外力
が入力されるという構造上から、該ステアリングシャフ
トには比較的小さな曲げ力と軸方向力とが加えられる。
そのため、ステアリングシャフトには、上記曲げ力に耐
え得る曲げ方向強度及び軸力に耐え得る軸方向強度が共
に要求される。特に、中実シャフト及び中空シャフトの
嵌合部分におけるガタによって曲げ方向強度が不足する
と、このステアリングシャフトに振動が発生し、これに
より安定した操舵を行うことができなくなる。

従って、エネルギ吸収ステアリングシャフトでは、通常
の操舵トルク伝達機能を保証しつつ、衝突時において
は、小荷重にて容易に収縮変形して衝突エネルギを吸収
し、二次衝突の際にも、運転者に過大荷重が作用しない
ような強度特性が要求される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来のエネルギ吸収ステアリングシ
ャフトにあっては、単に軸方向の１箇所にのみシェアピ
ンを設ける構造となっていたため、比較的小さな軸力で
切断されるようにシェアピンの強度を設定すると、捩り
方向強度が小さくなりすぎて伝達可能な操舵トルクが低
下することから耐久性が悪くなると共に、嵌合部分にガ
タが生じ易くなり、そのガタによって振動が発生して騒
音の原因にもなるという問題点がある。

そこで、上記捩り方向強度を高くするため、シェアピン
の径を太くするか、或いは、軸方向に離隔した２箇所以
上にシェアピンを設けることにより、ステアリングシャ
フト全体の軸力に対する剪断応力を高めると、捩り方向
強度の増加と共に軸方向強度も増加するため、小荷重で
は上記シェアピンを切断することができなくなり、その
結果、二次衝突時、運転者に大荷重を与えるおそれがあ
るという問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
ものであり、ステアリングシャフトを構成する軸側シャ
フトメンバ及び管側シャフトメンバの嵌合部分の１箇所
以上に成形部材を充填し、その成形部材を切断した後、
１箇所に新たに成形部材を充填してシェアピンを形成す
ることにより、衝突時に、両シャフトメンバが軸方向へ
相対移動する際の摺動抵抗力の増加を最小限に抑えつ
つ、十分に大きな操舵トルクの伝達が行えるようにする
ことを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、この発明は、ステアリング
ホイールに連結される第１シャフトと、該第１シャフト
に直列に連結される第２シャフトとからなるステアリン
グシャフトであって、前記第１シャフトと前記第２シャ
フトの連結部は非円形とされた横断面形状を有して軸方
向に摺動自在に嵌合する一方の軸部と他方の管部とされ
ており、前記軸部は周方向に形成された環状溝を外周面
に有し、前記管部は該管部に嵌合された軸部の環状溝を
外部と連通させる貫通孔を少なくとも１つ有し、該貫通
孔を前記環状溝位置と一致させた状態で成形材料を充填
することにより前記両シャフトを連結するエネルギ吸収
ステアリングシャフトにおいて、前記環状溝は互いに軸
方向に所定間隔隔てられた少なくとも２箇所に設けら
れ、該環状溝のうち１つの環状溝に前記貫通孔の１つを
一致させた状態で該環状溝及び貫通孔により形成された
空隙に成形材料を充填し、成形材料の固化後、前記両シ
ャフトを軸方向に相対移動させて前記成形材料により形
成されたシェアピンを切断する工程と、該工程の後、前
記貫通孔又は他に設けた貫通孔を他の１つの環状溝に一
致させ、この状態で該環状溝及び貫通孔により形成され
た空隙に成形材料を充填し１箇所のみにシェアピンを形
成する工程とを含むことを特徴としている。

〔作用〕

而して、この発明では、第１シャフトの軸部と第２シャ
フトの管部との嵌合部分に、両シャフトに係合して押圧
力で操舵トルクを伝達するシェアピンと、両シャフトに
圧接して摩擦力で操舵トルクを伝達する成形部材とを設
け、軸方向荷重に対する強度をあまり上げずに捩り方向
強度を高くして、十分な操舵トルクの伝達を可能としつ
つ、ある程度の軸力が加えられた時には両シャフトが容
易に相対移動できるようにして、二次衝突時、過大な荷
重が運転者に加えられるのを防止する。

〔実施例〕

以下に、添付した図面に基づいて、この発明の一実施例
を説明する。

第１図乃至第５図は、この発明の一実施例を示す図であ
る。まず、構成を説明すると、第１図に示す１がステア
リングコラムであり、このステアリングコラム１は、ス
テアリングシャフト２と、このステアリングシャフト２
に外嵌され且つ該ステアリングシャフト２を回転自在に
支持するコラムチューブ３とから構成している。

コラムチューブ３は、アッパチューブメンバ４とロアチ
ューブメンバ５とからなり、アッパチューブメンバ４の
下端部にロアチューブメンバ５の上端部が挿入されてい
て、その挿入部分に設けた周知のエネルギ吸収機構（図
示せず）を介して両チューブメンバ4,5が連結されてい
る。そして、コラムチューブ３は、軸方向の上側部分及
び同下側部分に取付けられた２個のコラムブラケット6,
7を介して、車体側部材８に対して脱落可能に支持され
ている。

また、上記ステアリングシャフト２の上端にはステアリ
ングホイール９が取付けられると共に、下側にはユニバ
ーサルジョイント10及びセンタシャフト11を介してステ
アリングギヤ（図示せず）が連結される。このステアリ
ングシャフト２は、第2,3図に要部を断面して示すよう
に、上端に軸部分12aを有する軸側シャフトメンバ（第
１シャフト）12と、下端に管部分13aを有する管側シャ
フトメンバ（第２シャフト）13とからなり、管側シャフ
トメンバ13の上端に前記ステアリングホイール９が取付
けられ、軸側シャフトメンバ12の下側に前記ユニバーサ
ルジョイント10が取付けられる。

かかる軸側シャフトメンバ12の軸部分12aの断面形状
は、第4,5図に示すように、図において上下２箇所に軸
方向へ延びる平面をそれぞれ形成した略小判形をなして
いて、その外周には周方向に連続する環状溝12b及び12c
を、軸方向に所定距離Ａ隔てた２箇所に設けている。こ
の軸部分12aには、その断面形状に見合う形状に形成さ
れた前記管部分13aが、軸部分12aとの間に若干の隙間を
設けて外嵌される。

上記管部分13aの二平面部には、それらの各表裏面を貫
通する貫通孔13b及び13cを、前記２箇所の環状溝12b,12
c間の距離Ａよりも長い距離Ｂ隔てた２箇所にそれぞれ
設けている。これら環状溝12b,12c及び貫通孔13b,13cの
位置関係は、後述するシェアピン15が成形される位置に
よってステアリングシャフト２の全長が所定長さとなる
ように設定する。そして、上記環状溝12b,12c及び貫通
孔13b,13cにより形成された空隙には、成形部材である
合成樹脂14が、所定の位置でそれぞれ充填される。

なお、２箇所の貫通孔13b、13cのうち、下側に設けた貫
通孔13bは、縦断面形状がＶ字形をなすように逆円錐形
状に形成されていて、これにより、充填された合成樹脂
14によって形成されるシェアピンの切断が容易に行われ
るようにしている。

上記エネルギ吸収ステアリングシャフトは、次のような
工程を経て製造される。

すなわち、まず、管側シャフトメンバ13の管部分13aに
軸側シャフトメンバ12の軸部分12aを挿入し、第２図に
示すように、管部分13aの下側に設けた貫通孔13bに軸部
分12aの下側に設けた環状溝12bを一致させ、この状態
で、該環状溝12b及び貫通孔13bにより形成された空隙に
合成樹脂14を充填する。

しかる後、第３図に示すように、さらに軸部分12aを管
部分13a内に押し込むことによって前記合成樹脂14を切
断する。このとき、貫通孔13bが逆円錐形に形成されて
いて、その剪断面の面積が最も小さくなるように設定さ
れているため、上記合成樹脂14の切断作業は極めて容易
に行うことができると共に、その切り口の状態をある程
度統一化させることができる。しかも、貫通孔13bをテ
ーパ穴とすることにより、切断後、該貫通孔13bに残っ
た合成樹脂14のカス14aを容易に取り除くことができ
る。従って、前記カスが組付後に貫通孔13bから脱落し
て軸受やジョイント部分に噛み込む等の事故の発生を防
止することができる。

続いて、管部分13aの上側に設けた貫通孔13cに軸部分12
aの下側に設けた環状溝12cを一致させ、この状態で、該
環状溝12c及び貫通孔13cにより形成された空隙に合成樹
脂を充填し、これによりシェアピン15を成形する。この
ようにして、この発明に係わるエネルギ吸収ステアリン
グシャフトが製造される。

而して、この発明に係わるエネルギ吸収ステアリングシ
ャフトでは、ステアリングホイール９に回転力が加えら
れると、その回転力が管側シャフトメンバ13の管部分13
aから、この管部分13aの貫通孔13cに軸部が嵌合するシ
ェアピン15と、該管部分13aの内周面に摩擦接触する合
成樹脂14とを介して軸側シャフトメンバ12の軸部分12a
に伝達される。

従って、従来例のように、１箇所に設けたシェアピンの
みの剪断応力で操舵トルクを伝達する場合に比べて、予
め軸部を切断した合成樹脂14と管部分13aとの間に生じ
る摩擦抵抗力の増加分だけ大きな操舵トルクを伝達する
ことができる。しかも、すきまばめの関係で嵌合された
軸部分12aと管部分13aとを合成樹脂14及びシェアピン15
で弾性的に連結するようにしたため、両部材14,15の弾
性により、軸側シャフトメンバ12及び管側シャフトメン
バ13間のガタを吸収することができる。そのため、両シ
ャフトメンバ12,13の相対変動による振動の発生を防ぐ
ことができ、騒音の発生を防止することができると共
に、安定した操舵操作を確保することができる。

一方、衝突時、二次衝突によって運転者が前側に飛ばさ
れ、運転者がステアリングホイール９に衝突することに
よってその衝突力がステアリングシャフトに付与される
と、その軸方向力が前記操舵トルクと同様に、管側シャ
フトメンバ13の管部分13aからシェアピン15及び合成樹
脂14を介して軸側シャフトメンバ12の軸部分12aに伝達
される。このとき、合成樹脂14と管部分13aとは摩擦抵
抗力のみで結合されていて、従来の他の例のように２箇
所でシェアピンを使用して両シェアピンの剪断応力で軸
方向力を受ける場合に比べて、その結合力は小さいもの
であるため、該軸方向力に対する嵌合部分全体の摺動抵
抗力があまり大きくなることがない。

従って、１箇所でシェアピンを使用する場合とあまり変
わらない大きさの軸方向荷重によって２つのシャフトメ
ンバ12,13を相対移動させることができるため、二次衝
突時、運転者に過大な荷重が加えられるのを防ぐことが
できる。

なお、このエネルギ吸収ステアリングシャフトの製造
時、合成樹脂14からなるシェアピン15を切断した後の摺
動抵抗力を測定することにより、この合成樹脂14により
増加される摺動抵抗力を現品によって確認することがで
きる。特に、２箇所の貫通孔13b,13cの形状及び大きさ
を等しく設定した場合（例えば前記実施例における貫通
孔13cに統一した場合等）には、前記摺動抵抗力だけで
なく、シェアピン15の剪断荷重特性も実地に測定するこ
とが可能となるため、その製造時における軸部分12a及
び管部分13aの寸法等と合成樹脂のインジェクション条
件による剪断応力及び摺動抵抗力を共に現品にて確認す
ることができる。

また、上記実施例では、軸部分12の２箇所に現状溝12b,
12cを設けると共に、管部分13の２箇所にそれぞれ対を
なす２個の貫通孔13b,13cを設け、１箇所に合成樹脂14
をインジェクションしてこれを切断した後、他の１箇所
に合成樹脂14をインジェクションしてシェアピン15を形
成するようにしたが、この発明は上記実施例に限定され
るものではなく、例えば下記のような組合せとすること
ができ、それによっても前記実施例と同様の効果を得る
ことができる。

〔組合せ例１〕 環状溝を２箇所、貫通孔を１箇所設け、１箇所でインジ
ェクションしてそれを切断した後、他の１箇所にシェア
ピンを成形する。

〔組合せ例２〕 環状溝を３箇所、貫通孔を２又は３箇所設け、２箇所で
インジェクションしてそれを切断した後、他の１箇所に
シェアピンを成形する。

〔組合せ例３〕 環状溝を４箇所、貫通孔を３又は４箇所設け、３箇所で
インジェクションしてそれを切断した後、他の１箇所に
シェアピンを成形する。

その他、各種の組合せを採用することができるが、それ
らは、少なくとも１箇所にインジェクション成形した合
成樹脂を切断した後、他の１箇所にシェアピンをインジ
ェクション成形するものであればよい。

なお、上記実施例では、成形材料として合成樹脂を用い
たが、それと同程度の剪断応力を有するものであれば金
属材料を用いることもできる。

さらに、上記実施例においては、軸部分12の断面形状
を、180度回転変位した位置に二平面を形成した略小判
形をなす形状としたが、これに限定されるものではな
く、例えば楕円形、正方形、長方形、六角形その他の多
角形は勿論のこと、セレーションやスプラインを有する
形状など、回転力を同一軸心上にある他の部材に伝達で
きる真円形以外の形状（非真円形）であれば各種の形状
を採用することができる。また、上記実施例では、軸部
分12の外周に環状溝12b,12cを設けるようにしたが、こ
れに限定されるものではなく、周方向の中途まで延びる
だけであって環状をなさない溝であってもよい。

さらにまた、上記実施例においては、切断後の合成樹脂
14のカス14aの形状を逆円錐形として予め脱落させて取
り除くようにしたが、それが円柱形状をなすものである
場合、そのカスにカシメやテーピング等を施し、これに
よって該カスの脱落を防止することにより、カスによる
前記弊害の発生を防止することができる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、ステアリ
ングシャフトを構成する第１シャフト及び第２シャフト
の、軸部分と管部分との嵌合部分の１箇所以上に合成樹
脂を充填し、これを切断した後、１箇所のみに新たに合
成樹脂を充填して両シャフトを連結するシェアピンを成
形するようにしたため、軸方向荷重に対する強度をあま
り上げずに捩り方向強度を高くすることができた。その
ため、大きな操舵トルクの伝達を可能としつつ、ある程
度の大きさの軸方向力が加えられた時に、その軸力によ
って第１シャフトと第２シャフトとを容易且つ所定の荷
重で安定的に相対移動させることができる。従って、衝
突時、二次衝突による過大な荷重が運転者に加えられる
のを防止することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係わるエネルギ吸収ステアリングシ
ャフトの概略構成を示す説明図、第２図及び第３図は第
１図の要部を拡大し且つ断面して作用を示す説明図、第
４図は第２図のIV−IV線断面図、第５図は第２図のＶ−
Ｖ線断面図である。 ２……ステアリングシャフト、９……ステアリングホイ
ール、12……軸側シャフトメンバ、12a……軸部分、12
b,12c……環状溝（溝）、13……管側シャフトメンバ、1
3a……管部分、13b,13c……貫通孔、14……合成樹脂、1
5……シェアピン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングホイールに連結される第１シ
   ャフトと、該第１シャフトに直列に連結される第２シャ
   フトとからなるステアリングシャフトであって、前記第
   １シャフトと前記第２シャフトの連結部は非円形とされ
   た横断面形状を有して軸方向に摺動自在に嵌合する一方
   の軸部と他方の管部とされており、前記軸部は周方向に
   形成された環状溝を外周面に有し、前記管部は該管部に
   嵌合された軸部の環状溝を外部と連通させる貫通孔を少
   なくとも１つ有し、該貫通孔を前記環状溝位置と一致さ
   せた状態で成形材料を充填することにより前記両シャフ
   トを連結するエネルギ吸収ステアリングシャフトにおい
   て、前記環状溝は互いに軸方向に所定間隔隔てられた少
   なくとも２箇所に設けられ、該環状溝のうちの１つの環
   状溝に前記貫通孔の１つを一致させた状態で該環状溝及
   び貫通孔により形成された空隙に成形材料を充填し、成
   形材料の固化後、前記両シャフトを軸方向に相対移動さ
   せて前記成形材料により形成されたシェアピンを切断す
   る工程と、該工程の後、前記貫通孔又は他に設けた貫通
   孔を他の１つの環状溝に一致させ、この状態で該環状溝
   及び貫通孔により形成された空隙に成形材料を充填し１
   箇所のみにシェアピンを成形する工程とを含むことを特
   徴とするエネルギ吸収ステアリングシャフトの製造方
   法。