車両用衝撃吸収操舵装置およびこれに用いる中間シャフトのチューブの製造方法
【課題】蛇腹部が屈曲し易くてしかも小型の車両用衝撃吸収操舵装置を提供する。
【解決手段】本車両用衝撃吸収操舵装置１の中間シャフト５は、チューブ３５を含む。チューブ３５は、円筒をなす第１の端部３８および第２の端部３９と、第１の端部３８および第２の端部３９の間に介在する塑性変形可能な蛇腹部４０とを含む。蛇腹部４０は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に交互に配置された山部４１および谷部４２を有する。蛇腹部４０の山部４１の外径Ｄ３が、円筒の外径Ｄ１，Ｄ２と等しくされている。または小さくされてもよい。車両の衝突のときに、蛇腹部４０が屈曲することにより相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接し、互いに当接した蛇腹部４０の山部４１の頂部４３を支点として、さらに蛇腹部４０が屈曲する。
【解決手段】本車両用衝撃吸収操舵装置１の中間シャフト５は、チューブ３５を含む。チューブ３５は、円筒をなす第１の端部３８および第２の端部３９と、第１の端部３８および第２の端部３９の間に介在する塑性変形可能な蛇腹部４０とを含む。蛇腹部４０は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に交互に配置された山部４１および谷部４２を有する。蛇腹部４０の山部４１の外径Ｄ３が、円筒の外径Ｄ１，Ｄ２と等しくされている。または小さくされてもよい。車両の衝突のときに、蛇腹部４０が屈曲することにより相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接し、互いに当接した蛇腹部４０の山部４１の頂部４３を支点として、さらに蛇腹部４０が屈曲する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用衝撃吸収操舵装置およびこれに用いる中間シャフトのチューブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用衝撃吸収操舵装置は、ステアリングシャフトおよびステアリングギヤを連結する中間シャフトを有している。この中間シャフトは、屈曲変形可能な中空の蛇腹部を有している。車両の衝突時に、ステアリングギヤが車両後方に移動するのに伴って、中間シャフトの蛇腹部が屈曲変形し、その結果、中間シャフトの両端部間の距離が短くなるようになっている（例えば、特許文献１，２，３参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３５２０１１号公報
【特許文献２】特開平８−１９８１２３号公報
【特許文献３】特開２００７−１４５０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、衝撃吸収のときに、蛇腹部の屈曲の角度をあまり大きくできないので、衝撃吸収のときに、中間シャフトの両端部間の距離の収縮量をあまり大きくできなかった。また、車両の小型化、および室内空間の確保のために、中間シャフトの小型化が要請されている。
そこで、本発明の目的は、蛇腹部が屈曲し易くてしかも小型の車両用衝撃吸収操舵装置およびこれに用いる中間シャフトのチューブの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の車両用衝撃吸収操舵装置（１）は、操舵部材（２）に連結されたステアリングシャフト（３）と、転舵輪（１６）を転舵するためのステアリングギヤ（１１）と、上記ステアリングシャフトおよび上記ステアリングギヤの間に介在し上記ステアリングシャフトおよび上記ステアリングギヤを連結する中間シャフト（５）と、上記中間シャフトおよび上記ステアリングシャフトを連結する第１の自在継手（４）と、上記中間シャフトおよび上記ステアリングギヤの入力部材（７）を連結する第２の自在継手（６）と、を備え、上記中間シャフトは、チューブ（３５）を含み、上記チューブは、第１の端部（３８）と、第２の端部（３９）と、上記第１の端部および上記第２の端部の間に介在する塑性変形可能な蛇腹部（４０，４０Ａ）とを含み、上記蛇腹部は、上記中間シャフトの軸方向（Ｓ２）に交互に配置された山部（４１）および谷部（４２）を有し、上記第１の端部および上記第２の端部は、円筒をなし、上記第１の端部および上記第２の端部のそれぞれのなす上記円筒の中心軸線（Ｃ１，Ｃ２）は、上記第１の自在継手および上記第２の自在継手の継手中心（２７，３１）間を結ぶライン（３２）に一致しており、上記蛇腹部の上記山部の外径（Ｄ３）が、上記円筒の外径（Ｄ１，Ｄ２）と等しいかまたは小さくされており、車両の衝突のときに、上記蛇腹部が屈曲することにより相隣接する上記山部の頂部（４３）が互いに当接し、互いに当接した上記蛇腹部の上記山部の上記頂部を支点として、さらに上記蛇腹部が屈曲するようにしてあることを特徴とする。
【０００５】
本発明によれば、車両の衝突のときに、蛇腹部の屈曲に伴って、相隣接する山部の頂部が互いに当接した後、これら互いに当接した山部の頂部を支点として、さらに蛇腹部が屈曲する。このとき、蛇腹部の山部の外径が、円筒の外径と等しいかまたは小さくされているので、相隣接する山部の頂部が互いに当接するまでの蛇腹部の屈曲の角度が大きくなる。蛇腹部の屈曲の角度が大きいほどに、中間シャフトを軸方向に圧縮するときに、互いに当接する山部の頂部を屈曲の支点とする曲げモーメントが大きくなる。従って、山部が互いに当接した状態で、蛇腹部が屈曲し易くなる。
【０００６】
結果として、蛇腹部の屈曲角度を大きくできる。その結果、蛇腹部の屈曲角度が小さい場合と比較して、衝撃吸収するときの第１および第２の自在継手の継手中心間の距離の収縮量を大きくすることができる。ひいては、上述の収縮量を所要量で確保するという条件のもとで、衝撃吸収前の第１および第２の自在継手の継手中心間の距離を小さくできる。従って、蛇腹部が屈曲し易くてしかも小型の車両用衝撃吸収操舵装置を実現できる。
【０００７】
また、本発明の中間シャフトのチューブの製造方法は、上記本発明の上記車両用衝撃吸収操舵装置に用いる上記中間シャフトの上記チューブの製造方法であって、素管としての円筒管（４８）の軸方向（Ｓ３）の中間部（５５）を内側からの加圧により塑性変形させることにより、蛇腹部（５８）を有しその蛇腹部の両端（６２）の山部（５９）の頂部（６１）が円筒をなす製造用中間体（４９）を得る工程（５１）と、上記製造用中間体の上記蛇腹部の上記両端の上記山部の上記頂部のなす上記円筒を切断する工程（５２）とを含むことを特徴とする。本発明によれば、蛇腹部の山部の外径を、チューブの円筒の外径と等しいかまたはこの外径よりも小さくしたチューブを容易に製造できる。
【０００８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態の車両用衝撃吸収操舵装置の概略構成の模式図であり、（ａ）に衝撃を吸収する前の通常状態を、（ｂ）に衝撃を吸収した状態を図示している。車両用衝撃吸収操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に第１の自在継手４を介して連結された中間シャフト５と、中間シャフト５に第２の自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７と、ピニオンシャフト７の端部近傍に設けられたピニオン歯８に噛み合うラック歯９を有して自動車の左右方向（図１（ａ）において紙面垂直方向に相当する。）に延びる転舵軸としてのラックバー１０とを有している。
【００１０】
ピニオンシャフト７およびラックバー１０によりラックアンドピニオン機構からなるステアリングギヤ１１が構成されている。ピニオンシャフト７は、ステアリングギヤ１１の入力部材として機能する。ラックバー１０は、車体１２に固定されるラックハウジング１３内に図示しない複数の軸受を介して直線往復可能に支持されている。ラックバー１０には、一対のタイロッド１４（一方のみ図示）が結合されている。各タイロッド１４は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１６に連結されている。
【００１１】
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン歯８およびラック歯９によって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー１０の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１６の転舵が達成される。
また、車両用衝撃吸収操舵装置１は、ステアリングシャフト３を回転可能に支持するステアリングコラム１７と、このステアリングコラム１７を車体１２に支持する支持部材１８とを有している。
【００１２】
ステアリングコラム１７は、ステアリングシャフト３を、当該ステアリングシャフト３の軸方向Ｓ１の上方へ相対移動不能に保持している。
また、ステアリングコラム１７は、ステアリングシャフト３の軸方向Ｓ１に平行に延びている。例えば、操舵部材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Ｘに対して斜めにされて、ステアリングコラム１７が車体１２に支持されている。
【００１３】
支持部材１８は、車両衝突時にステアリングコラム１７およびステアリングシャフト３が共に車体１２に対して車両の後方ＸＢへ向けて移動することを規制している。
中間シャフト５は、ステアリングシャフト３およびステアリングギヤ１１の間に介在している。中間シャフト５は、ステアリングシャフト３およびステアリングギヤ１１を連結している。中間シャフト５は、ステアリングシャフト３から伝達されたトルクを、ステアリングギヤ１１のピニオンシャフト７に伝達する。
【００１４】
また、中間シャフト５の中心軸線が、車両の前後方向Ｘに対して斜めになるように配置されている。また、中間シャフト５は、ステアリングシャフト３に対して斜めに配置されている。
また、中間シャフト５は、衝撃吸収するときに、屈曲しつつ収縮するようにされている（図１（ａ）および図１（ｂ）参照。）。以下では、特に説明しないときには、衝撃吸収前の通常時の状態を基に説明する。
【００１５】
図２は、図１に示す中間シャフト５およびその周辺部分の模式的な側面図であり、部分的に断面表示してある。図２を参照して、第１の自在継手４は、ステアリングシャフト３の端部に固定された第１のヨーク２１と、中間シャフト５の一方の端部に固定された第２のヨーク２２と、第１および第２のヨーク２１，２２間を連結する十字軸２３とを有している。
【００１６】
十字軸２３は、４つの軸部としてのトラニオン２４（一部のみ図示）を有している。４つのトラニオン２４は、互いに直交する第１および第２の中心軸線２５，２６上に十の字状に配置されている。なお、第２の中心軸線２６は、図２の紙面垂直方向に延びている。４つのトラニオン２４のうちの２つのトラニオン２４は、第１の中心軸線２５に沿って互いに逆向きに延びており、第１のヨーク２１に回動可能に支持されている。残りの２つのトラニオン２４は、第２の中心軸線２６に沿って互いに逆向きに延びており、第２のヨーク２２に回動可能に支持されている。十字軸２３の第１および第２の中心軸線２５，２６の交点が、第１の自在継手４の継手中心２７である。
【００１７】
第２の自在継手６については、第１の自在継手４との相違点を中心に説明する。第２の自在継手６は、中間シャフト５の他方の端部に固定された第１のヨーク２８と、ピニオンシャフト７の端部に設けられた第２のヨーク２９と、第１および第２のヨーク２８，２９間を連結する十字軸３０とを有する。
第２の自在継手６の十字軸３０の構成要素は、第１の自在継手４の十字軸２３の構成要素と同じである。第１および第２の自在継手４，６の十字軸２３の構成要素は、互いに同じ符号を付してある。第２の自在継手６の十字軸３０の第１および第２の中心軸線２５，２６の交点が、第２の自在継手６の継手中心３１である。なお、第２の自在継手６の十字軸３０の第２の中心軸線２６は、図２の紙面垂直方向に延びている。
【００１８】
中間シャフト５は、第１の自在継手４の継手中心２７と第２の自在継手６の継手中心３１とを結ぶライン３２を回転中心軸線として回転する。中間シャフト５は、ライン３２を中心軸線とした回転体形状をなしている。また、中間シャフト５は、チューブ３５と、シャフト３６とを有している。
シャフト３６は、金属製の軸である。シャフト３６の軸方向の一方の端部は、チューブ３５に固定されている。シャフト３６の軸方向の他方の端部は、第２の自在継手６の第１のヨーク２８に固定されている。
【００１９】
チューブ３５は、金属部材により形成されており、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に沿って延びている。チューブ３５は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に関する第１および第２の端部３８，３９を有している。また、チューブ３５は、第１の端部３８および第２の端部３９間に介在した蛇腹部４０を有している。
第１の端部３８と、第２の端部３９と、蛇腹部４０とは、単一の材料により一体に形成されている。チューブ３５の第１の端部３８は、第１の自在継手４の第２のヨーク２２に固定されている。第２の端部３９は、シャフト３６の端部に固定されている。
【００２０】
図３は、図２に示す中間シャフト５のチューブ３５の断面図である。図２および図３を参照して、第１の端部３８は、円筒をなしている。第２の端部３９は、円筒をなしている。第１の端部３８のなす円筒（以下、第１の円筒ともいう。）および第２の端部３９のなす円筒（以下、第２の円筒ともいう。）は、互いに同心に配置されている。第１の端部３８のなす円筒の中心軸線Ｃ１および第２の端部３９のなす円筒の中心軸線Ｃ２は、上述のライン３２に一致している。
【００２１】
第１および第２の円筒の外周は、互いに同じ円形に形成されている。この円形の直径が、第１および第２の円筒の外径Ｄ１，Ｄ２である。
図３を参照して、蛇腹部４０は、複数の山部４１と、複数の谷部４２とを有している。山部４１と谷部４２とが、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に交互に並んでいる。また、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に関する蛇腹部４０の両端部には、山部４１が配置されている。具体的には、蛇腹部４０は、４つの山部４１と、３つの谷部４２とを有している。
【００２２】
各山部４１は頂部４３（一部のみ図示）を有している。また、蛇腹部４０の両端部にある一対の山部４１の頂部４３は、対応する第１および第２の円筒になめらかに連続してつながっている。
各山部４１の頂部４３は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２を含む断面において、凸湾曲形状をなしている。各山部４１の頂部４３の外周は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に垂直な断面において円形をなしている。この円形の直径が山部４１の外径Ｄ３に相当する。また、各山部４１の頂部４３の外径Ｄ３が、第１の円筒の外径Ｄ１（第２の円筒の外径Ｄ２でもよい。）と等しくされている。
【００２３】
各谷部４２は、互いに同じ形状をなしている。各谷部４２は底部４４を有している。
また、蛇腹部４０は、塑性変形可能である。車両の衝突時には、蛇腹部４０が塑性変形する。これにより、衝撃エネルギーが吸収されるようになっている。これとともに、蛇腹部４０が収縮し、また屈曲する。
図４は、図３のチューブ３５の蛇腹部４０が屈曲した状態の断面図であり、屈曲の角度が相対的に小さい状態を示す。図５は、図３のチューブ３５の蛇腹部４０が屈曲した状態の断面図であり、屈曲の角度が相対的に大きい状態を示す。なお、図３は、チューブ３５の自然状態を示す。自然状態は、チューブ３５が車両に取り付けられ且つ車両が衝突していないときに、チューブ３５が屈曲しておらず且つ収縮していない状態である。
【００２４】
先ず、図１を参照して、車両が衝突したときに、衝撃力が所定の大きさよりも大きくなると、ステアリングギヤ１１が車両の後方ＸＢへ向けて車体１２に対して移動する。これとともに、蛇腹部４０は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に衝撃力を受けて、収縮する。このとき、中間シャフト５は曲げモーメントを受けるので、蛇腹部４０が屈曲する。蛇腹部４０のうちの下部４５を湾曲の内側として、蛇腹部４０全体が湾曲するようになる。なお、図１には、上下方向Ｚを図示した。
【００２５】
図３および図４を参照して、蛇腹部４０が屈曲することにより、相隣接する山部４１の頂部４３の下部４５が互いに当接する。やがて、相隣接する全ての山部４１の頂部４３の下部４５が互いに当接する。このように互いに当接した山部４１の頂部４３の下部４５が曲げの支点として機能する（この状態を図４に図示した。）。
図４および図５を参照して、上述の曲げの支点の周りに、さらに蛇腹部４０が屈曲する。その結果、相隣接する谷部４２の底部４４の下部４６が互いに当接する。また、山部４１の頂部４３の上部同士の間隔が大きくなる。これにより、蛇腹部４０全体が塑性変形を伴って大角度で屈曲する。
【００２６】
図１および図２を参照して、以上説明したように、本実施形態の車両用衝撃吸収操舵装置１は、操舵部材２に連結されたステアリングシャフト３と、転舵輪１６を転舵するためのステアリングギヤ１１と、ステアリングシャフト３およびステアリングギヤ１１の間に介在しステアリングシャフト３およびステアリングギヤ１１を連結する中間シャフト５と、中間シャフト５およびステアリングシャフト３を連結する第１の自在継手４と、中間シャフト５およびステアリングギヤ１１の入力部材としてのピニオンシャフト７を連結する第２の自在継手６と、を備えている。中間シャフト５は、チューブ３５を含んでいる。チューブ３５は、第１の端部３８と、第２の端部３９と、第１の端部３８および第２の端部３９の間に介在する塑性変形可能な蛇腹部４０とを含んでいる。蛇腹部４０は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に交互に配置された山部４１および谷部４２を有している。第１の端部３８および第２の端部３９は、円筒をなしている。第１の端部３８および第２の端部３９のそれぞれのなす円筒の中心軸線Ｃ１，Ｃ２は、第１の自在継手４および第２の自在継手６の継手中心２７，３１間を結ぶライン３２に一致している。蛇腹部４０の山部４１の外径Ｄ３が、第１および第２の円筒の外径Ｄ１，Ｄ２と等しくされている。車両の衝突のときに、蛇腹部４０が屈曲することにより相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接し、互いに当接した蛇腹部４０の山部４１の頂部４３を支点として、さらに蛇腹部４０が屈曲するようにしてある。
【００２７】
本実施形態によれば、車両の衝突のときに、蛇腹部４０の屈曲に伴って、相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接した後、これら互いに当接した山部４１の頂部４３を支点として、さらに蛇腹部４０が屈曲する。
このとき、蛇腹部４０の山部４１の外径Ｄ３が、円筒の外径Ｄ１，Ｄ２と等しいので、相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接するまでの蛇腹部４０の屈曲の角度が大きくなる。蛇腹部４０の屈曲の角度が大きいほどに、中間シャフト５を軸方向Ｓ２に圧縮するときに、互いに当接する山部４１の頂部４３を屈曲の支点とする曲げモーメントＭが大きくなる。
【００２８】
すなわち、継手中心２７，３１間に作用する圧縮力Ｐが蛇腹部４０を屈曲させる向きの分力Ｐ１を生じる（図４参照）。相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接した状態では、上述の分力Ｐ１が、上述の屈曲の支点の周りの曲げモーメントＭを生じさせる。この曲げモーメントＭの大きさが、蛇腹部４０の屈曲の角度が大きくなるほどに、大きくなる。従って、相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接した状態で、蛇腹部４０が屈曲し易くなる。
【００２９】
結果として、蛇腹部４０の屈曲角度を大きくすることができる。その結果、蛇腹部の屈曲角度が小さい従来の場合と比較して、衝撃吸収するときの第１および第２の自在継手４，６の継手中心２７，３１間の距離ＺＡ（以下では、継手中心間距離ＺＡという。）の収縮量を大きくすることができる。なお、継手中心間距離ＺＡの収縮量は、衝撃吸収の前後での継手中心間距離ＺＡの差分に相当する。
【００３０】
ひいては、上述の継手中心間距離ＺＡの収縮量を所要量で確保するという条件のもとで、衝撃吸収前の継手中心間距離ＺＡの値を小さくすることができる。従って、蛇腹部４０が屈曲し易くてしかも小型の車両用衝撃吸収操舵装置１を実現することができる。
また、本実施形態の中間シャフト５は、収縮前の長さを短くできるので、収縮後（屈曲状態）の中間シャフト５が占めるスペースを小さくできる。
【００３１】
また、蛇腹部４０の各山部４１の外径Ｄ３が、第１の円筒の外径Ｄ１および第２の円筒の外径Ｄ２のうちの小さいものと等しくされているのが、屈曲し易い蛇腹部４０を確実に得るのに好ましい。
また、蛇腹部４０の山部４１の数（蛇腹部４０の軸方向両端部にある山部４１を含めた数）が４個の場合には、蛇腹部４０を屈曲し易くするのに好ましい。なお、山部４１の数は、４個以外の数、例えば、３個とすることも考えられる。
【００３２】
図６を参照して、本実施形態の蛇腹部４０と従来の蛇腹部（図示せず）との屈曲し易さを比較する。
図６は、図３のチューブ３５を含む実施例の中間シャフト５と従来の中間シャフトに相当する比較例の中間シャフトとにおける、継手中心間に作用する圧縮力の大きさＰと、継手中心間の距離の収縮量ＺＢとの関係を模式的に示すグラフである。縦軸に継手中心間に作用する圧縮力の大きさＰを、横軸に継手中心間の距離の収縮量ＺＢを示し、実施例における上述の関係を線Ｇ１に示し、比較例における上述の関係を線Ｇ２で示す。図６のグラフは、実施例および比較例をコンピュータ上で有限要素法の解析モデルとして作成し、その解析結果として得たものである。
【００３３】
ここで、比較例は、実施例のチューブにおいて山部と谷部との関係を逆にしたものに相当とする。すなわち、比較例の蛇腹部の谷部の直径は、第１および第２の円筒の直径と等しくされている。また、比較例の蛇腹部の山部は、３つあり、その直径が第１および第２の円筒の直径よりも大きくされている。
図６に示すように、実施例は、比較例に比べて、中間シャフトの収縮量が大きい。また、実施例では、収縮量が大きくなっても、圧縮力は概ね一定値に飽和する傾向にある。一方、比較例では、収縮量があまり大きくできない。しかも、収縮量が大きくなるほどに、圧縮力は急増する。従って、実施例は、比較例に比べて、屈曲し易いといえる。
【００３４】
図７は、図３のチューブ３５の製造方法を模式的に示すフローチャートである。図７を参照して、チューブ３５を、例えば、以下の製造方法により製造することができる。チューブ３５の製造方法は、素管としての円筒管４８から半製品としての製造用中間体４９を得る第１の工程５１と、製造用中間体４９から製品としてのチューブ３５を得る第２の工程５２とを有している。
【００３５】
円筒管４８は、軸方向Ｓ３に真直に延びている。円筒管４８の外周は、軸方向Ｓ３に垂直な断面において円形をなしている。円筒管４８は、軸方向Ｓ３の両端部５４と、これら両端部５４間の中間部５５とを有している。
第１の工程５１では、円筒管４８の軸方向Ｓ３の中間部５５を拡径する。具体的には、液圧バルジ加工法により、円筒管４８の軸方向Ｓ３の中間部５５を内側からの加圧により塑性変形させる。これにより、製造用中間体４９が得られる。
【００３６】
この製造用中間体４９は、当該製造用中間体４９の軸方向Ｓ４の両端部に配置された一対の円筒５７と、一対の円筒５７の間に配置された蛇腹部５８とを有している。蛇腹部５８は、複数の山部５９および複数の谷部６０を有している。複数の山部５９および複数の谷部６０は、製造用中間体４９の軸方向Ｓ４に交互に並んでいる。
各山部５９は、頂部６１を有している。製造用中間体４９の軸方向Ｓ４に関する蛇腹部５８の両端６２にある一対の山部５９の頂部６１が円筒をなしている。両端６２にある一対の山部５９以外の残りの山部５９の頂部６１は、製造用中間体４９の中心軸線を含む断面において、凸湾曲形状をなしている。全山部５９の頂部６１の外径は、互いに等しくされている。
【００３７】
図８は、図７の第１の工程５１における円筒管４８と製造用治具の断面図であり、分解状態を示す。図９は、図７の第１の工程５１における円筒管４８と製造用治具の断面図であり、組立状態を示す。図１０は、図７の第１の工程５１における製造用中間体４９と製造用治具の断面図であり、組立状態を示す。図１１は、図７の第１の工程５１における製造用中間体４９と製造用治具の断面図であり、分解状態を示す。図１２は、図７の製造用中間体４９の断面図である。
【００３８】
図８および図９を参照して、第１の工程５１では、例えば、製造用治具として、互いに対をなす第１および第２の成形型６５，６６を用いる。第１および第２の成形型６５，６６は、互いに組み合わされて用いられる。この状態で、第１および第２の成形型６５，６６は、空洞部を有している。第１および第２の成形型６５，６６のそれぞれは、上述の空洞部の内面に、製造用中間体４９の蛇腹部５８を形成するための成形面６７を有している。成形面６７は、被加工材としての円筒管４８に接してこれを変形させる。
【００３９】
図１０および図１１を参照して、第１および第２の成形型６５，６６のそれぞれの成形面６７は、製造用中間体４９の蛇腹部５８の両端６２の山部５９を形成するための第１の部分７１と、製造用中間体４９の蛇腹部５８の両端６２以外の山部５９を形成するための第２の部分７２と、製造用中間体４９の蛇腹部５８の谷部６０を形成するための第３の部分７３と、製造用中間体４９の一対の円筒５７を形成するための第４の部分７４とを有している。各成形面６７において、第１の部分７１は一対あり、第２の部分７２は少なくともひとつ（本実施形態では２つの場合を図示）あり、第３の部分７３は、複数、例えば、３つあり、第４の部分７４は、一対である。
【００４０】
図８および図９を参照して、液圧バルジ加工法の場合に則して説明する。先ず、分割された第１および第２の成形型６５，６６の内部に、円筒管４８がセットされる。このセットされた円筒管４８の両端部には、一対の軸押しシリンダ７６（一部のみ図示）の端面が接触するようにされる。一対の軸押しシリンダ７６は、円筒管４８の内部に液圧を供給するための液圧供給口（図示せず）を有しており、第１および第２の成形型６５，６６にセットされる。第１および第２の成形型６５，６６が互いに組み合わされて、その内部が閉じられる。
【００４１】
図１０を参照して、円筒管４８の内部に液圧（図示せず）が液圧源により負荷される。これとともに、円筒管４８の両端部が軸押しシリンダ７６により押圧される。これにより、円筒管４８を塑性加工し、成形面６７の形状に沿った形状、すなわち、蛇腹形状の製造用中間体４９を得ることができる。
図１１を参照して、拡径加工後に、軸押しシリンダ７６が取り外され、また、第１および第２の成形型６５，６６を、互いに離隔させる。これにより、製造用中間体４９を取り外すことができる。
【００４２】
図７および図１２を参照して、第２の工程５２では、製造用中間体４９の蛇腹部５８の両端６２の山部５９の頂部６１のなす円筒を、切断位置ＣＰ１で切断する。製造用中間体４９において、一対の切断位置ＣＰ１の間にある部分は、チューブ３５と同じ形状に形成されている。従って、製造用中間体４９が切断されることにより、チューブ３５が得られる。
【００４３】
具体的には、切断により、製造用中間体４９は、当該製造用中間体４９の軸方向に関する一対の両端部と中間部とに、３分割される。中間部における両端部は、円筒をなしている。この円筒は、製造用中間体４９の蛇腹部５８の両端６２の山部５９の頂部６１のなす円筒の少なくとも一部が残されてなる。このようにして、製造用中間体４９の一部としての中間部が、チューブ３５になる。
【００４４】
このように、本実施形態のチューブ３５の製造方法は、（１）素管としての円筒管４８の軸方向Ｓ３の中間部５５を内側からの加圧により塑性変形させることにより、蛇腹部５８を有しその蛇腹部５８の両端６２の山部５９の頂部６１が円筒をなす製造用中間体４９を得る第１の工程５１と、（２）製造用中間体４９の蛇腹部５８の両端６２の山部５９の頂部６１のなす円筒を切断する第２の工程５２とを含むようにしている。
【００４５】
本実施形態によれば、第１および第２の円筒の外径Ｄ１，Ｄ２を、蛇腹部４０の山部４１の外径Ｄ３と等しくしたチューブ３５を容易に製造できる。
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のみを説明する。なお、他の構成については、上述の実施形態と同様である。
【００４６】
例えば、図１３は、本発明の変形例としてのチューブ３５の断面図である。チューブ３５は、図３に示す蛇腹部４０に代えて、図１３に示す蛇腹部４０Ａを有している。蛇腹部４０Ａは、両端部を除いた残りの山部４１の頂部４３の外径Ｄ３は、第１および第２の端部３８，３９のなす円筒の外径Ｄ１，Ｄ２よりも小さい。この場合、図３に示す蛇腹部４０と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、蛇腹部４０Ａの両端部を除いた各山部４１の外径Ｄ３が、第１および第２の円筒の外径Ｄ１，Ｄ２の小さいものよりも小さくされているのが、屈曲し易い蛇腹部４０Ａを確実に得るのに好ましい。
また、蛇腹部４０Ａを含むチューブ３５を図７に示した上述の製造方法により製造することができる。この場合、蛇腹部４０Ａの山部４１の外径Ｄ３を、第１および第２の円筒の外径Ｄ１，Ｄ２よりも小さくしたチューブ３５を容易に製造できる。
【００４８】
また、上述の各実施形態において、第１の円筒の外周の断面形状が、円形に代えて、円形に近似した形状であってもよい。この場合の第１の円筒の外径Ｄ１として、チューブ３５の中心軸線に垂直な断面において、中心軸線を挟んだ反対側にある第１の円筒の外周上の２点間の距離を用いることができる。第２の円筒およびその外径Ｄ２についても同様である。山部４１の頂部４３の外径Ｄ３についても同様である。
【００４９】
また、上述の各実施形態において、シャフト３６を廃止することも考えられる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態の車両用衝撃吸収操舵装置の概略構成の模式図であり、（ａ）に衝撃を吸収する前の通常状態を、（ｂ）に衝撃を吸収した状態を図示している。
【図２】図１に示す中間シャフトおよびその周辺部分の模式的な側面図であり、部分的に断面表示してある。
【図３】図２に示す中間シャフトのチューブの断面図であり、自然状態を示す。
【図４】図３のチューブの蛇腹部が屈曲した状態の断面図であり、屈曲の角度が相対的に小さい状態を示す。
【図５】図３のチューブの蛇腹部が屈曲した状態の断面図であり、屈曲の角度が相対的に大きい状態を示す。
【図６】図３のチューブを含む実施例の中間シャフトと比較例の中間シャフトにおける、継手中心間に作用する圧縮力の大きさＰと、継手中心間の距離の収縮量ＺＢとの関係を模式的に示すグラフである。
【図７】図３のチューブの製造方法を模式的に示すフローチャートである。
【図８】図７のチューブの製造方法の第１の工程における素管と製造用治具の断面図であり、分解状態を示す。
【図９】図７のチューブの製造方法の第１の工程における素管と製造用治具の断面図であり、組立状態を示す。
【図１０】図７のチューブの製造方法の第１の工程における製造用中間体と製造用治具の断面図であり、組立状態を示す。
【図１１】図７のチューブの製造方法の第１の工程における製造用中間体と製造用治具の断面図であり、分解状態を示す。
【図１２】図７の製造用中間体の断面図である。
【図１３】本発明の変形例のチューブの断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…車両用衝撃吸収操舵装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、４…第１の自在継手、５…中間シャフト、６…第２の自在継手、７…ピニオンシャフト（入力部材）、１１…ステアリングギヤ、１６…転舵輪、２７，３１…継手中心、３２…ライン、３５…チューブ、３８…チューブの第１の端部、３９…チューブの第２の端部、４０，４０Ａ…蛇腹部、４１…山部、４２…谷部、４３…山部の頂部、４８…円筒管、４９…製造用中間体、５１…第１の工程（製造用中間体を得る工程）、５２…第２の工程（切断する工程）、５５…中間部、５８…蛇腹部、５９…山部、６１…頂部、６２…蛇腹部の両端、Ｃ１…第１の円筒の中心軸線、Ｃ２…第２の円筒の中心軸線、Ｄ１，Ｄ２…円筒の外径、Ｄ３…山部の外径、Ｓ２…中間シャフトの軸方向、Ｓ３…円筒管の軸方向。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用衝撃吸収操舵装置およびこれに用いる中間シャフトのチューブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用衝撃吸収操舵装置は、ステアリングシャフトおよびステアリングギヤを連結する中間シャフトを有している。この中間シャフトは、屈曲変形可能な中空の蛇腹部を有している。車両の衝突時に、ステアリングギヤが車両後方に移動するのに伴って、中間シャフトの蛇腹部が屈曲変形し、その結果、中間シャフトの両端部間の距離が短くなるようになっている（例えば、特許文献１，２，３参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３５２０１１号公報
【特許文献２】特開平８−１９８１２３号公報
【特許文献３】特開２００７−１４５０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、衝撃吸収のときに、蛇腹部の屈曲の角度をあまり大きくできないので、衝撃吸収のときに、中間シャフトの両端部間の距離の収縮量をあまり大きくできなかった。また、車両の小型化、および室内空間の確保のために、中間シャフトの小型化が要請されている。
そこで、本発明の目的は、蛇腹部が屈曲し易くてしかも小型の車両用衝撃吸収操舵装置およびこれに用いる中間シャフトのチューブの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の車両用衝撃吸収操舵装置（１）は、操舵部材（２）に連結されたステアリングシャフト（３）と、転舵輪（１６）を転舵するためのステアリングギヤ（１１）と、上記ステアリングシャフトおよび上記ステアリングギヤの間に介在し上記ステアリングシャフトおよび上記ステアリングギヤを連結する中間シャフト（５）と、上記中間シャフトおよび上記ステアリングシャフトを連結する第１の自在継手（４）と、上記中間シャフトおよび上記ステアリングギヤの入力部材（７）を連結する第２の自在継手（６）と、を備え、上記中間シャフトは、チューブ（３５）を含み、上記チューブは、第１の端部（３８）と、第２の端部（３９）と、上記第１の端部および上記第２の端部の間に介在する塑性変形可能な蛇腹部（４０，４０Ａ）とを含み、上記蛇腹部は、上記中間シャフトの軸方向（Ｓ２）に交互に配置された山部（４１）および谷部（４２）を有し、上記第１の端部および上記第２の端部は、円筒をなし、上記第１の端部および上記第２の端部のそれぞれのなす上記円筒の中心軸線（Ｃ１，Ｃ２）は、上記第１の自在継手および上記第２の自在継手の継手中心（２７，３１）間を結ぶライン（３２）に一致しており、上記蛇腹部の上記山部の外径（Ｄ３）が、上記円筒の外径（Ｄ１，Ｄ２）と等しいかまたは小さくされており、車両の衝突のときに、上記蛇腹部が屈曲することにより相隣接する上記山部の頂部（４３）が互いに当接し、互いに当接した上記蛇腹部の上記山部の上記頂部を支点として、さらに上記蛇腹部が屈曲するようにしてあることを特徴とする。
【０００５】
本発明によれば、車両の衝突のときに、蛇腹部の屈曲に伴って、相隣接する山部の頂部が互いに当接した後、これら互いに当接した山部の頂部を支点として、さらに蛇腹部が屈曲する。このとき、蛇腹部の山部の外径が、円筒の外径と等しいかまたは小さくされているので、相隣接する山部の頂部が互いに当接するまでの蛇腹部の屈曲の角度が大きくなる。蛇腹部の屈曲の角度が大きいほどに、中間シャフトを軸方向に圧縮するときに、互いに当接する山部の頂部を屈曲の支点とする曲げモーメントが大きくなる。従って、山部が互いに当接した状態で、蛇腹部が屈曲し易くなる。
【０００６】
結果として、蛇腹部の屈曲角度を大きくできる。その結果、蛇腹部の屈曲角度が小さい場合と比較して、衝撃吸収するときの第１および第２の自在継手の継手中心間の距離の収縮量を大きくすることができる。ひいては、上述の収縮量を所要量で確保するという条件のもとで、衝撃吸収前の第１および第２の自在継手の継手中心間の距離を小さくできる。従って、蛇腹部が屈曲し易くてしかも小型の車両用衝撃吸収操舵装置を実現できる。
【０００７】
また、本発明の中間シャフトのチューブの製造方法は、上記本発明の上記車両用衝撃吸収操舵装置に用いる上記中間シャフトの上記チューブの製造方法であって、素管としての円筒管（４８）の軸方向（Ｓ３）の中間部（５５）を内側からの加圧により塑性変形させることにより、蛇腹部（５８）を有しその蛇腹部の両端（６２）の山部（５９）の頂部（６１）が円筒をなす製造用中間体（４９）を得る工程（５１）と、上記製造用中間体の上記蛇腹部の上記両端の上記山部の上記頂部のなす上記円筒を切断する工程（５２）とを含むことを特徴とする。本発明によれば、蛇腹部の山部の外径を、チューブの円筒の外径と等しいかまたはこの外径よりも小さくしたチューブを容易に製造できる。
【０００８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態の車両用衝撃吸収操舵装置の概略構成の模式図であり、（ａ）に衝撃を吸収する前の通常状態を、（ｂ）に衝撃を吸収した状態を図示している。車両用衝撃吸収操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に第１の自在継手４を介して連結された中間シャフト５と、中間シャフト５に第２の自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７と、ピニオンシャフト７の端部近傍に設けられたピニオン歯８に噛み合うラック歯９を有して自動車の左右方向（図１（ａ）において紙面垂直方向に相当する。）に延びる転舵軸としてのラックバー１０とを有している。
【００１０】
ピニオンシャフト７およびラックバー１０によりラックアンドピニオン機構からなるステアリングギヤ１１が構成されている。ピニオンシャフト７は、ステアリングギヤ１１の入力部材として機能する。ラックバー１０は、車体１２に固定されるラックハウジング１３内に図示しない複数の軸受を介して直線往復可能に支持されている。ラックバー１０には、一対のタイロッド１４（一方のみ図示）が結合されている。各タイロッド１４は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１６に連結されている。
【００１１】
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン歯８およびラック歯９によって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー１０の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１６の転舵が達成される。
また、車両用衝撃吸収操舵装置１は、ステアリングシャフト３を回転可能に支持するステアリングコラム１７と、このステアリングコラム１７を車体１２に支持する支持部材１８とを有している。
【００１２】
ステアリングコラム１７は、ステアリングシャフト３を、当該ステアリングシャフト３の軸方向Ｓ１の上方へ相対移動不能に保持している。
また、ステアリングコラム１７は、ステアリングシャフト３の軸方向Ｓ１に平行に延びている。例えば、操舵部材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Ｘに対して斜めにされて、ステアリングコラム１７が車体１２に支持されている。
【００１３】
支持部材１８は、車両衝突時にステアリングコラム１７およびステアリングシャフト３が共に車体１２に対して車両の後方ＸＢへ向けて移動することを規制している。
中間シャフト５は、ステアリングシャフト３およびステアリングギヤ１１の間に介在している。中間シャフト５は、ステアリングシャフト３およびステアリングギヤ１１を連結している。中間シャフト５は、ステアリングシャフト３から伝達されたトルクを、ステアリングギヤ１１のピニオンシャフト７に伝達する。
【００１４】
また、中間シャフト５の中心軸線が、車両の前後方向Ｘに対して斜めになるように配置されている。また、中間シャフト５は、ステアリングシャフト３に対して斜めに配置されている。
また、中間シャフト５は、衝撃吸収するときに、屈曲しつつ収縮するようにされている（図１（ａ）および図１（ｂ）参照。）。以下では、特に説明しないときには、衝撃吸収前の通常時の状態を基に説明する。
【００１５】
図２は、図１に示す中間シャフト５およびその周辺部分の模式的な側面図であり、部分的に断面表示してある。図２を参照して、第１の自在継手４は、ステアリングシャフト３の端部に固定された第１のヨーク２１と、中間シャフト５の一方の端部に固定された第２のヨーク２２と、第１および第２のヨーク２１，２２間を連結する十字軸２３とを有している。
【００１６】
十字軸２３は、４つの軸部としてのトラニオン２４（一部のみ図示）を有している。４つのトラニオン２４は、互いに直交する第１および第２の中心軸線２５，２６上に十の字状に配置されている。なお、第２の中心軸線２６は、図２の紙面垂直方向に延びている。４つのトラニオン２４のうちの２つのトラニオン２４は、第１の中心軸線２５に沿って互いに逆向きに延びており、第１のヨーク２１に回動可能に支持されている。残りの２つのトラニオン２４は、第２の中心軸線２６に沿って互いに逆向きに延びており、第２のヨーク２２に回動可能に支持されている。十字軸２３の第１および第２の中心軸線２５，２６の交点が、第１の自在継手４の継手中心２７である。
【００１７】
第２の自在継手６については、第１の自在継手４との相違点を中心に説明する。第２の自在継手６は、中間シャフト５の他方の端部に固定された第１のヨーク２８と、ピニオンシャフト７の端部に設けられた第２のヨーク２９と、第１および第２のヨーク２８，２９間を連結する十字軸３０とを有する。
第２の自在継手６の十字軸３０の構成要素は、第１の自在継手４の十字軸２３の構成要素と同じである。第１および第２の自在継手４，６の十字軸２３の構成要素は、互いに同じ符号を付してある。第２の自在継手６の十字軸３０の第１および第２の中心軸線２５，２６の交点が、第２の自在継手６の継手中心３１である。なお、第２の自在継手６の十字軸３０の第２の中心軸線２６は、図２の紙面垂直方向に延びている。
【００１８】
中間シャフト５は、第１の自在継手４の継手中心２７と第２の自在継手６の継手中心３１とを結ぶライン３２を回転中心軸線として回転する。中間シャフト５は、ライン３２を中心軸線とした回転体形状をなしている。また、中間シャフト５は、チューブ３５と、シャフト３６とを有している。
シャフト３６は、金属製の軸である。シャフト３６の軸方向の一方の端部は、チューブ３５に固定されている。シャフト３６の軸方向の他方の端部は、第２の自在継手６の第１のヨーク２８に固定されている。
【００１９】
チューブ３５は、金属部材により形成されており、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に沿って延びている。チューブ３５は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に関する第１および第２の端部３８，３９を有している。また、チューブ３５は、第１の端部３８および第２の端部３９間に介在した蛇腹部４０を有している。
第１の端部３８と、第２の端部３９と、蛇腹部４０とは、単一の材料により一体に形成されている。チューブ３５の第１の端部３８は、第１の自在継手４の第２のヨーク２２に固定されている。第２の端部３９は、シャフト３６の端部に固定されている。
【００２０】
図３は、図２に示す中間シャフト５のチューブ３５の断面図である。図２および図３を参照して、第１の端部３８は、円筒をなしている。第２の端部３９は、円筒をなしている。第１の端部３８のなす円筒（以下、第１の円筒ともいう。）および第２の端部３９のなす円筒（以下、第２の円筒ともいう。）は、互いに同心に配置されている。第１の端部３８のなす円筒の中心軸線Ｃ１および第２の端部３９のなす円筒の中心軸線Ｃ２は、上述のライン３２に一致している。
【００２１】
第１および第２の円筒の外周は、互いに同じ円形に形成されている。この円形の直径が、第１および第２の円筒の外径Ｄ１，Ｄ２である。
図３を参照して、蛇腹部４０は、複数の山部４１と、複数の谷部４２とを有している。山部４１と谷部４２とが、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に交互に並んでいる。また、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に関する蛇腹部４０の両端部には、山部４１が配置されている。具体的には、蛇腹部４０は、４つの山部４１と、３つの谷部４２とを有している。
【００２２】
各山部４１は頂部４３（一部のみ図示）を有している。また、蛇腹部４０の両端部にある一対の山部４１の頂部４３は、対応する第１および第２の円筒になめらかに連続してつながっている。
各山部４１の頂部４３は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２を含む断面において、凸湾曲形状をなしている。各山部４１の頂部４３の外周は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に垂直な断面において円形をなしている。この円形の直径が山部４１の外径Ｄ３に相当する。また、各山部４１の頂部４３の外径Ｄ３が、第１の円筒の外径Ｄ１（第２の円筒の外径Ｄ２でもよい。）と等しくされている。
【００２３】
各谷部４２は、互いに同じ形状をなしている。各谷部４２は底部４４を有している。
また、蛇腹部４０は、塑性変形可能である。車両の衝突時には、蛇腹部４０が塑性変形する。これにより、衝撃エネルギーが吸収されるようになっている。これとともに、蛇腹部４０が収縮し、また屈曲する。
図４は、図３のチューブ３５の蛇腹部４０が屈曲した状態の断面図であり、屈曲の角度が相対的に小さい状態を示す。図５は、図３のチューブ３５の蛇腹部４０が屈曲した状態の断面図であり、屈曲の角度が相対的に大きい状態を示す。なお、図３は、チューブ３５の自然状態を示す。自然状態は、チューブ３５が車両に取り付けられ且つ車両が衝突していないときに、チューブ３５が屈曲しておらず且つ収縮していない状態である。
【００２４】
先ず、図１を参照して、車両が衝突したときに、衝撃力が所定の大きさよりも大きくなると、ステアリングギヤ１１が車両の後方ＸＢへ向けて車体１２に対して移動する。これとともに、蛇腹部４０は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に衝撃力を受けて、収縮する。このとき、中間シャフト５は曲げモーメントを受けるので、蛇腹部４０が屈曲する。蛇腹部４０のうちの下部４５を湾曲の内側として、蛇腹部４０全体が湾曲するようになる。なお、図１には、上下方向Ｚを図示した。
【００２５】
図３および図４を参照して、蛇腹部４０が屈曲することにより、相隣接する山部４１の頂部４３の下部４５が互いに当接する。やがて、相隣接する全ての山部４１の頂部４３の下部４５が互いに当接する。このように互いに当接した山部４１の頂部４３の下部４５が曲げの支点として機能する（この状態を図４に図示した。）。
図４および図５を参照して、上述の曲げの支点の周りに、さらに蛇腹部４０が屈曲する。その結果、相隣接する谷部４２の底部４４の下部４６が互いに当接する。また、山部４１の頂部４３の上部同士の間隔が大きくなる。これにより、蛇腹部４０全体が塑性変形を伴って大角度で屈曲する。
【００２６】
図１および図２を参照して、以上説明したように、本実施形態の車両用衝撃吸収操舵装置１は、操舵部材２に連結されたステアリングシャフト３と、転舵輪１６を転舵するためのステアリングギヤ１１と、ステアリングシャフト３およびステアリングギヤ１１の間に介在しステアリングシャフト３およびステアリングギヤ１１を連結する中間シャフト５と、中間シャフト５およびステアリングシャフト３を連結する第１の自在継手４と、中間シャフト５およびステアリングギヤ１１の入力部材としてのピニオンシャフト７を連結する第２の自在継手６と、を備えている。中間シャフト５は、チューブ３５を含んでいる。チューブ３５は、第１の端部３８と、第２の端部３９と、第１の端部３８および第２の端部３９の間に介在する塑性変形可能な蛇腹部４０とを含んでいる。蛇腹部４０は、中間シャフト５の軸方向Ｓ２に交互に配置された山部４１および谷部４２を有している。第１の端部３８および第２の端部３９は、円筒をなしている。第１の端部３８および第２の端部３９のそれぞれのなす円筒の中心軸線Ｃ１，Ｃ２は、第１の自在継手４および第２の自在継手６の継手中心２７，３１間を結ぶライン３２に一致している。蛇腹部４０の山部４１の外径Ｄ３が、第１および第２の円筒の外径Ｄ１，Ｄ２と等しくされている。車両の衝突のときに、蛇腹部４０が屈曲することにより相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接し、互いに当接した蛇腹部４０の山部４１の頂部４３を支点として、さらに蛇腹部４０が屈曲するようにしてある。
【００２７】
本実施形態によれば、車両の衝突のときに、蛇腹部４０の屈曲に伴って、相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接した後、これら互いに当接した山部４１の頂部４３を支点として、さらに蛇腹部４０が屈曲する。
このとき、蛇腹部４０の山部４１の外径Ｄ３が、円筒の外径Ｄ１，Ｄ２と等しいので、相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接するまでの蛇腹部４０の屈曲の角度が大きくなる。蛇腹部４０の屈曲の角度が大きいほどに、中間シャフト５を軸方向Ｓ２に圧縮するときに、互いに当接する山部４１の頂部４３を屈曲の支点とする曲げモーメントＭが大きくなる。
【００２８】
すなわち、継手中心２７，３１間に作用する圧縮力Ｐが蛇腹部４０を屈曲させる向きの分力Ｐ１を生じる（図４参照）。相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接した状態では、上述の分力Ｐ１が、上述の屈曲の支点の周りの曲げモーメントＭを生じさせる。この曲げモーメントＭの大きさが、蛇腹部４０の屈曲の角度が大きくなるほどに、大きくなる。従って、相隣接する山部４１の頂部４３が互いに当接した状態で、蛇腹部４０が屈曲し易くなる。
【００２９】
結果として、蛇腹部４０の屈曲角度を大きくすることができる。その結果、蛇腹部の屈曲角度が小さい従来の場合と比較して、衝撃吸収するときの第１および第２の自在継手４，６の継手中心２７，３１間の距離ＺＡ（以下では、継手中心間距離ＺＡという。）の収縮量を大きくすることができる。なお、継手中心間距離ＺＡの収縮量は、衝撃吸収の前後での継手中心間距離ＺＡの差分に相当する。
【００３０】
ひいては、上述の継手中心間距離ＺＡの収縮量を所要量で確保するという条件のもとで、衝撃吸収前の継手中心間距離ＺＡの値を小さくすることができる。従って、蛇腹部４０が屈曲し易くてしかも小型の車両用衝撃吸収操舵装置１を実現することができる。
また、本実施形態の中間シャフト５は、収縮前の長さを短くできるので、収縮後（屈曲状態）の中間シャフト５が占めるスペースを小さくできる。
【００３１】
また、蛇腹部４０の各山部４１の外径Ｄ３が、第１の円筒の外径Ｄ１および第２の円筒の外径Ｄ２のうちの小さいものと等しくされているのが、屈曲し易い蛇腹部４０を確実に得るのに好ましい。
また、蛇腹部４０の山部４１の数（蛇腹部４０の軸方向両端部にある山部４１を含めた数）が４個の場合には、蛇腹部４０を屈曲し易くするのに好ましい。なお、山部４１の数は、４個以外の数、例えば、３個とすることも考えられる。
【００３２】
図６を参照して、本実施形態の蛇腹部４０と従来の蛇腹部（図示せず）との屈曲し易さを比較する。
図６は、図３のチューブ３５を含む実施例の中間シャフト５と従来の中間シャフトに相当する比較例の中間シャフトとにおける、継手中心間に作用する圧縮力の大きさＰと、継手中心間の距離の収縮量ＺＢとの関係を模式的に示すグラフである。縦軸に継手中心間に作用する圧縮力の大きさＰを、横軸に継手中心間の距離の収縮量ＺＢを示し、実施例における上述の関係を線Ｇ１に示し、比較例における上述の関係を線Ｇ２で示す。図６のグラフは、実施例および比較例をコンピュータ上で有限要素法の解析モデルとして作成し、その解析結果として得たものである。
【００３３】
ここで、比較例は、実施例のチューブにおいて山部と谷部との関係を逆にしたものに相当とする。すなわち、比較例の蛇腹部の谷部の直径は、第１および第２の円筒の直径と等しくされている。また、比較例の蛇腹部の山部は、３つあり、その直径が第１および第２の円筒の直径よりも大きくされている。
図６に示すように、実施例は、比較例に比べて、中間シャフトの収縮量が大きい。また、実施例では、収縮量が大きくなっても、圧縮力は概ね一定値に飽和する傾向にある。一方、比較例では、収縮量があまり大きくできない。しかも、収縮量が大きくなるほどに、圧縮力は急増する。従って、実施例は、比較例に比べて、屈曲し易いといえる。
【００３４】
図７は、図３のチューブ３５の製造方法を模式的に示すフローチャートである。図７を参照して、チューブ３５を、例えば、以下の製造方法により製造することができる。チューブ３５の製造方法は、素管としての円筒管４８から半製品としての製造用中間体４９を得る第１の工程５１と、製造用中間体４９から製品としてのチューブ３５を得る第２の工程５２とを有している。
【００３５】
円筒管４８は、軸方向Ｓ３に真直に延びている。円筒管４８の外周は、軸方向Ｓ３に垂直な断面において円形をなしている。円筒管４８は、軸方向Ｓ３の両端部５４と、これら両端部５４間の中間部５５とを有している。
第１の工程５１では、円筒管４８の軸方向Ｓ３の中間部５５を拡径する。具体的には、液圧バルジ加工法により、円筒管４８の軸方向Ｓ３の中間部５５を内側からの加圧により塑性変形させる。これにより、製造用中間体４９が得られる。
【００３６】
この製造用中間体４９は、当該製造用中間体４９の軸方向Ｓ４の両端部に配置された一対の円筒５７と、一対の円筒５７の間に配置された蛇腹部５８とを有している。蛇腹部５８は、複数の山部５９および複数の谷部６０を有している。複数の山部５９および複数の谷部６０は、製造用中間体４９の軸方向Ｓ４に交互に並んでいる。
各山部５９は、頂部６１を有している。製造用中間体４９の軸方向Ｓ４に関する蛇腹部５８の両端６２にある一対の山部５９の頂部６１が円筒をなしている。両端６２にある一対の山部５９以外の残りの山部５９の頂部６１は、製造用中間体４９の中心軸線を含む断面において、凸湾曲形状をなしている。全山部５９の頂部６１の外径は、互いに等しくされている。
【００３７】
図８は、図７の第１の工程５１における円筒管４８と製造用治具の断面図であり、分解状態を示す。図９は、図７の第１の工程５１における円筒管４８と製造用治具の断面図であり、組立状態を示す。図１０は、図７の第１の工程５１における製造用中間体４９と製造用治具の断面図であり、組立状態を示す。図１１は、図７の第１の工程５１における製造用中間体４９と製造用治具の断面図であり、分解状態を示す。図１２は、図７の製造用中間体４９の断面図である。
【００３８】
図８および図９を参照して、第１の工程５１では、例えば、製造用治具として、互いに対をなす第１および第２の成形型６５，６６を用いる。第１および第２の成形型６５，６６は、互いに組み合わされて用いられる。この状態で、第１および第２の成形型６５，６６は、空洞部を有している。第１および第２の成形型６５，６６のそれぞれは、上述の空洞部の内面に、製造用中間体４９の蛇腹部５８を形成するための成形面６７を有している。成形面６７は、被加工材としての円筒管４８に接してこれを変形させる。
【００３９】
図１０および図１１を参照して、第１および第２の成形型６５，６６のそれぞれの成形面６７は、製造用中間体４９の蛇腹部５８の両端６２の山部５９を形成するための第１の部分７１と、製造用中間体４９の蛇腹部５８の両端６２以外の山部５９を形成するための第２の部分７２と、製造用中間体４９の蛇腹部５８の谷部６０を形成するための第３の部分７３と、製造用中間体４９の一対の円筒５７を形成するための第４の部分７４とを有している。各成形面６７において、第１の部分７１は一対あり、第２の部分７２は少なくともひとつ（本実施形態では２つの場合を図示）あり、第３の部分７３は、複数、例えば、３つあり、第４の部分７４は、一対である。
【００４０】
図８および図９を参照して、液圧バルジ加工法の場合に則して説明する。先ず、分割された第１および第２の成形型６５，６６の内部に、円筒管４８がセットされる。このセットされた円筒管４８の両端部には、一対の軸押しシリンダ７６（一部のみ図示）の端面が接触するようにされる。一対の軸押しシリンダ７６は、円筒管４８の内部に液圧を供給するための液圧供給口（図示せず）を有しており、第１および第２の成形型６５，６６にセットされる。第１および第２の成形型６５，６６が互いに組み合わされて、その内部が閉じられる。
【００４１】
図１０を参照して、円筒管４８の内部に液圧（図示せず）が液圧源により負荷される。これとともに、円筒管４８の両端部が軸押しシリンダ７６により押圧される。これにより、円筒管４８を塑性加工し、成形面６７の形状に沿った形状、すなわち、蛇腹形状の製造用中間体４９を得ることができる。
図１１を参照して、拡径加工後に、軸押しシリンダ７６が取り外され、また、第１および第２の成形型６５，６６を、互いに離隔させる。これにより、製造用中間体４９を取り外すことができる。
【００４２】
図７および図１２を参照して、第２の工程５２では、製造用中間体４９の蛇腹部５８の両端６２の山部５９の頂部６１のなす円筒を、切断位置ＣＰ１で切断する。製造用中間体４９において、一対の切断位置ＣＰ１の間にある部分は、チューブ３５と同じ形状に形成されている。従って、製造用中間体４９が切断されることにより、チューブ３５が得られる。
【００４３】
具体的には、切断により、製造用中間体４９は、当該製造用中間体４９の軸方向に関する一対の両端部と中間部とに、３分割される。中間部における両端部は、円筒をなしている。この円筒は、製造用中間体４９の蛇腹部５８の両端６２の山部５９の頂部６１のなす円筒の少なくとも一部が残されてなる。このようにして、製造用中間体４９の一部としての中間部が、チューブ３５になる。
【００４４】
このように、本実施形態のチューブ３５の製造方法は、（１）素管としての円筒管４８の軸方向Ｓ３の中間部５５を内側からの加圧により塑性変形させることにより、蛇腹部５８を有しその蛇腹部５８の両端６２の山部５９の頂部６１が円筒をなす製造用中間体４９を得る第１の工程５１と、（２）製造用中間体４９の蛇腹部５８の両端６２の山部５９の頂部６１のなす円筒を切断する第２の工程５２とを含むようにしている。
【００４５】
本実施形態によれば、第１および第２の円筒の外径Ｄ１，Ｄ２を、蛇腹部４０の山部４１の外径Ｄ３と等しくしたチューブ３５を容易に製造できる。
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のみを説明する。なお、他の構成については、上述の実施形態と同様である。
【００４６】
例えば、図１３は、本発明の変形例としてのチューブ３５の断面図である。チューブ３５は、図３に示す蛇腹部４０に代えて、図１３に示す蛇腹部４０Ａを有している。蛇腹部４０Ａは、両端部を除いた残りの山部４１の頂部４３の外径Ｄ３は、第１および第２の端部３８，３９のなす円筒の外径Ｄ１，Ｄ２よりも小さい。この場合、図３に示す蛇腹部４０と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、蛇腹部４０Ａの両端部を除いた各山部４１の外径Ｄ３が、第１および第２の円筒の外径Ｄ１，Ｄ２の小さいものよりも小さくされているのが、屈曲し易い蛇腹部４０Ａを確実に得るのに好ましい。
また、蛇腹部４０Ａを含むチューブ３５を図７に示した上述の製造方法により製造することができる。この場合、蛇腹部４０Ａの山部４１の外径Ｄ３を、第１および第２の円筒の外径Ｄ１，Ｄ２よりも小さくしたチューブ３５を容易に製造できる。
【００４８】
また、上述の各実施形態において、第１の円筒の外周の断面形状が、円形に代えて、円形に近似した形状であってもよい。この場合の第１の円筒の外径Ｄ１として、チューブ３５の中心軸線に垂直な断面において、中心軸線を挟んだ反対側にある第１の円筒の外周上の２点間の距離を用いることができる。第２の円筒およびその外径Ｄ２についても同様である。山部４１の頂部４３の外径Ｄ３についても同様である。
【００４９】
また、上述の各実施形態において、シャフト３６を廃止することも考えられる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態の車両用衝撃吸収操舵装置の概略構成の模式図であり、（ａ）に衝撃を吸収する前の通常状態を、（ｂ）に衝撃を吸収した状態を図示している。
【図２】図１に示す中間シャフトおよびその周辺部分の模式的な側面図であり、部分的に断面表示してある。
【図３】図２に示す中間シャフトのチューブの断面図であり、自然状態を示す。
【図４】図３のチューブの蛇腹部が屈曲した状態の断面図であり、屈曲の角度が相対的に小さい状態を示す。
【図５】図３のチューブの蛇腹部が屈曲した状態の断面図であり、屈曲の角度が相対的に大きい状態を示す。
【図６】図３のチューブを含む実施例の中間シャフトと比較例の中間シャフトにおける、継手中心間に作用する圧縮力の大きさＰと、継手中心間の距離の収縮量ＺＢとの関係を模式的に示すグラフである。
【図７】図３のチューブの製造方法を模式的に示すフローチャートである。
【図８】図７のチューブの製造方法の第１の工程における素管と製造用治具の断面図であり、分解状態を示す。
【図９】図７のチューブの製造方法の第１の工程における素管と製造用治具の断面図であり、組立状態を示す。
【図１０】図７のチューブの製造方法の第１の工程における製造用中間体と製造用治具の断面図であり、組立状態を示す。
【図１１】図７のチューブの製造方法の第１の工程における製造用中間体と製造用治具の断面図であり、分解状態を示す。
【図１２】図７の製造用中間体の断面図である。
【図１３】本発明の変形例のチューブの断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…車両用衝撃吸収操舵装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、４…第１の自在継手、５…中間シャフト、６…第２の自在継手、７…ピニオンシャフト（入力部材）、１１…ステアリングギヤ、１６…転舵輪、２７，３１…継手中心、３２…ライン、３５…チューブ、３８…チューブの第１の端部、３９…チューブの第２の端部、４０，４０Ａ…蛇腹部、４１…山部、４２…谷部、４３…山部の頂部、４８…円筒管、４９…製造用中間体、５１…第１の工程（製造用中間体を得る工程）、５２…第２の工程（切断する工程）、５５…中間部、５８…蛇腹部、５９…山部、６１…頂部、６２…蛇腹部の両端、Ｃ１…第１の円筒の中心軸線、Ｃ２…第２の円筒の中心軸線、Ｄ１，Ｄ２…円筒の外径、Ｄ３…山部の外径、Ｓ２…中間シャフトの軸方向、Ｓ３…円筒管の軸方向。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、
転舵輪を転舵するためのステアリングギヤと、
上記ステアリングシャフトおよび上記ステアリングギヤの間に介在し上記ステアリングシャフトおよび上記ステアリングギヤを連結する中間シャフトと、
上記中間シャフトおよび上記ステアリングシャフトを連結する第１の自在継手と、
上記中間シャフトおよび上記ステアリングギヤの入力部材を連結する第２の自在継手と、を備え、
上記中間シャフトは、チューブを含み、上記チューブは、第１の端部と、第２の端部と、上記第１の端部および上記第２の端部の間に介在する塑性変形可能な蛇腹部とを含み、上記蛇腹部は、上記中間シャフトの軸方向に交互に配置された山部および谷部を有し、
上記第１の端部および上記第２の端部は、円筒をなし、上記第１の端部および上記第２の端部のそれぞれのなす上記円筒の中心軸線は、上記第１の自在継手および上記第２の自在継手の継手中心間を結ぶラインに一致しており、
上記蛇腹部の上記山部の外径が、上記円筒の外径と等しいかまたは小さくされており、車両の衝突のときに、上記蛇腹部が屈曲することにより相隣接する上記山部の頂部が互いに当接し、互いに当接した上記蛇腹部の上記山部の上記頂部を支点として、さらに上記蛇腹部が屈曲するようにしてあることを特徴とする車両用衝撃吸収操舵装置。
【請求項２】
請求項１の車両用衝撃吸収操舵装置に用いる上記中間シャフトの上記チューブの製造方法であって、
素管としての円筒管の軸方向の中間部を内側からの加圧により塑性変形させることにより、蛇腹部を有しその蛇腹部の両端の山部の頂部が円筒をなす製造用中間体を得る工程と、
上記製造用中間体の上記蛇腹部の上記両端の上記山部の上記頂部のなす上記円筒を切断する工程とを含むことを特徴とする中間シャフトのチューブの製造方法。
【請求項１】
操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、
転舵輪を転舵するためのステアリングギヤと、
上記ステアリングシャフトおよび上記ステアリングギヤの間に介在し上記ステアリングシャフトおよび上記ステアリングギヤを連結する中間シャフトと、
上記中間シャフトおよび上記ステアリングシャフトを連結する第１の自在継手と、
上記中間シャフトおよび上記ステアリングギヤの入力部材を連結する第２の自在継手と、を備え、
上記中間シャフトは、チューブを含み、上記チューブは、第１の端部と、第２の端部と、上記第１の端部および上記第２の端部の間に介在する塑性変形可能な蛇腹部とを含み、上記蛇腹部は、上記中間シャフトの軸方向に交互に配置された山部および谷部を有し、
上記第１の端部および上記第２の端部は、円筒をなし、上記第１の端部および上記第２の端部のそれぞれのなす上記円筒の中心軸線は、上記第１の自在継手および上記第２の自在継手の継手中心間を結ぶラインに一致しており、
上記蛇腹部の上記山部の外径が、上記円筒の外径と等しいかまたは小さくされており、車両の衝突のときに、上記蛇腹部が屈曲することにより相隣接する上記山部の頂部が互いに当接し、互いに当接した上記蛇腹部の上記山部の上記頂部を支点として、さらに上記蛇腹部が屈曲するようにしてあることを特徴とする車両用衝撃吸収操舵装置。
【請求項２】
請求項１の車両用衝撃吸収操舵装置に用いる上記中間シャフトの上記チューブの製造方法であって、
素管としての円筒管の軸方向の中間部を内側からの加圧により塑性変形させることにより、蛇腹部を有しその蛇腹部の両端の山部の頂部が円筒をなす製造用中間体を得る工程と、
上記製造用中間体の上記蛇腹部の上記両端の上記山部の上記頂部のなす上記円筒を切断する工程とを含むことを特徴とする中間シャフトのチューブの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−６４５５４（Ｐ２０１０−６４５５４Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３１０３６（Ｐ２００８−２３１０３６）
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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